CN111665788B

CN111665788B - 机床的数值控制系统

Info

Publication number: CN111665788B
Application number: CN202010146792.9A
Authority: CN
Inventors: 西城善典
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2024-02-06
Anticipated expiration: 2040-03-05
Also published as: JP2020144667A; US20200285220A1; CN111665788A; JP7022090B2; US11048234B2; DE102020202854A1

Abstract

本发明提供一种能够缩短循环时间的机床的数值控制系统。具备：插补程序段波形绘制部(5)，其进行NC程序的仿真，根据各轴的轴地址的指令值来计算表示各轴的动作的速度与时间的关系，按每个程序段依次输出各轴的插补指令，来绘制使机床(2)运转的情况下的速度与时间的关系的波形；异轴程序段确定部(6)，其将由插补程序段波形绘制部(5)绘制的、且在时间序列上相邻的两个程序段之间进行比较，来确定根据不同的轴地址的指令值计算出的相邻的两个程序段；以及插补重叠程序段波形制作部(7)，其求出由异轴程序段确定部(6)确定的相邻的两个程序段的可重叠量，并基于可重叠量使相邻的两个程序段重叠，来重新制作使机床(2)运转的情况下的速度与时间的关系的波形。

Description

机床的数值控制系统

技术领域

本发明涉及一种机床的数值控制系统。

背景技术

众所周知，在机床领域中，应用CNC(计算机数值控制：Computerized NumericalControl)技术，利用计算机对移动量、移动速度等进行数值控制，由此使同一动作的重复、复杂的动作等高度自动化。另外，将利用CAD(Computer Aided Design：计算机辅助设计)、CAM(computer Aided Manufacturing：计算机辅助制造)制作的数据获取到CNC，并且输入选项、参数、NC程序、宏程序、宏变量、工件原点偏移量、工具偏移量、工具形状数据、工具管理数据等各种数据来进行控制，由此还能够使NC车床、加工中心等NC机床从设计到制造自始至终地自动化。

机床的数值控制系统例如进行以下控制：由CNC(指令部)按每个表示机床的驱动部的X轴、Y轴、Z轴各轴的动作(速度与时间的关系或者位置与时间的关系)的程序段(轴程序段、路径程序段)计算插补脉冲，在发出最初的程序段的指令使驱动部动作并完成之后，发出下一个程序段的指令来使驱动部动作，依次按照时间序列重复程序段的指令、各程序段的驱动部的驱动/动作、完成。即，根据按每个程序段所指示的轴地址的数量不同，所要插补的轴数量不同，但是按每个程序段计算插补脉冲，并重复进行动作、完成来使NC程序(加工程序)进展，按照该NC程序对机床的驱动进行控制(参照图2)。

换言之，例如进行如下控制：将表示启动、加速、恒速、减速、停止(插补指令)的各程序段(S1～S4)的指令按时间序列发出，在前一个程序段的驱动部停止后的阶段使下一个程序段的驱动部启动(参照图2)。像这样，以依次在等待前一个程序段的插补指令停止之后启动下一个程序段的插补指令的方式来构成NC程序，由此，即使在NC程序的制作者独自发出了X轴、Y轴、Z轴的插补指令的情况下，也不会在移动路径上与机床的构成部件、机床周围的部件、工件等发生干涉。

另一方面，存在以下事例：如图9所示，即使不等待前一个程序段(X轴与Y轴的插补指令)停止、完成而开始下一个程序段(Z轴的插补指令)，也能够避免干涉，其结果是，能够实现循环时间的缩短。

例如，在专利文献1中公开了一种机床的数值控制系统(数值控制装置)，用于以使连续的两个快进动作重叠且在加工物与工具互不干涉的路径上进行重叠动作的方式控制机床，该数值控制装置具备：存储工具形状和加工物形状的单元、对用于使连续的两个快进动作重叠的重叠指令进行解释的单元、按照重叠指令基于工具形状和加工物形状的存储信息来计算重叠路径的开始位置的单元、以及在一方的快进动作中在加工物与工具的相对位置到达了所述开始位置时开始另一方的快进动作的单元。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-046913号公报

发明内容

发明要解决的问题

在此，在NC程序中不使用轴地址的指令而使用宏程序等，能够制作即使不等待前一个程序段(X轴与Y轴的插补指令)停止、完成而开始下一个程序段(Z轴的插补指令)也能够避免干涉的移动路径。

然而，在该情况下，需要与宏程序的制作方法有关的知识，若是没有足够知识的人员的话，获得这种移动路径是非常困难的。另外，即使拥有知识，由于需要按NC程序的每个程序段设计宏程序并进行验证的作业，因此在NC程序的制作上也需要大量的时间和劳力。

此外，在专利文献1中，仅仅是使下一个程序段的启动、加速部分重叠于前一个程序段的插补指令的减速部分，无法实现最大限度地有效地缩短循环时间。另外，还有可能招致在移动路径上干涉机床的构成部件、机床周围的部件、工件等。

用于解决问题的方方案

本公开的机床的数值控制系统的一个方式构成为，具备：指令部；以及控制部，其按照来自所述指令部的指令来控制机床的各轴的驱动部，其中，所述指令部具备：插补程序段波形绘制部，其进行NC程序的仿真，根据所述各轴的轴地址的指令值来计算表示所述各轴的动作的速度与时间的关系或位置与时间的关系的插补脉冲，按每个程序段依次输出所述各轴的插补指令，来绘制使所述机床运转的情况下的速度与时间的关系或位置与时间的关系的波形；异轴程序段确定部，其将由所述插补程序段波形绘制部绘制的、且在时间序列上相邻的两个程序段之间进行比较，来确定根据不同的所述轴地址的指令值计算出的所述相邻的两个程序段；以及插补重叠程序段波形制作部，其求出由所述异轴程序段确定部确定的所述相邻的两个程序段的可重叠量，并基于所述可重叠量使由所述异轴程序段确定部确定的所述相邻的两个程序段重叠，来重新制作使所述机床运转的情况下的速度与时间的关系或位置与时间的关系的波形。

发明的效果

在本公开的一个方式中，由插补程序段波形绘制部按每个程序段依次输出各轴的插补指令，来绘制使机床运转的情况下的与以往同样的速度与时间的关系或位置与时间的关系的波形，由异轴程序段确定部将与以往同样的该波形的在时间序列上相邻的两个程序段之间依次进行比较，来确定根据不同的轴地址的指令值计算出的相邻的两个程序段。然后，通过插补重叠程序段波形制作部求出由异轴程序段确定部确定的相邻的两个程序段的可重叠量，并基于可重叠量使由异轴程序段确定部确定的相邻的两个程序段重叠，来重新制作使机床运转的情况下的速度与时间的关系或位置与时间的关系的波形。

而且，能够通过基于避免在移动路径上对机床的构成部件、机床周围的部件、工件等发生干涉的可重叠量来使程序段重叠，由此比较容易地制作能够可靠地防止干涉的移动路径，并且能够有效地(合理地)实现循环时间的缩短。

附图说明

图1是示出一个方式的机床的数值控制系统的框图。

图2是示出由一个方式的机床的数值控制系统的插补重叠程序段波形制作部制作的、未使各轴的程序段重叠的与以往同样的波形的一例的图。

图3是示出由一个方式的机床的数值控制系统的异轴程序段确定部确定出可重叠的程序段的状态的波形的一例的图。

图4是示出使由一个方式的机床的数值控制系统的异轴程序段确定部确定的程序段以可重叠量重叠的状态的波形的一例的图。

图5是示出由一个方式的机床的数值控制系统的干涉确认部、插补重叠程序段波形修正部对重叠量进行了调整的状态的波形的一例的图。

图6是示出在一个方式的机床的数值控制系统的修正程序制作部中NC程序的修正状况的一例的图。

图7是用于说明由一个方式的机床的数值控制系统的修正程序制作部对NC程序进行修正的图。

图8是示出使由一个方式的机床的数值控制系统的异轴程序段确定部确定的程序段以可重叠量重叠的状态的波形的其它例的图。

图9是示出通过以往的方法使程序段重叠的状态的波形的图。

附图标记说明

1：CNC(指令部)；2：机床；3：驱动部；4：控制部；5：插补程序段波形绘制部；6：异轴程序段确定部；7：插补重叠程序段波形制作部；8：干涉确认部；9：插补重叠程序段波形修正部；10：路径制作辅助部；11：修正程序制作部；12：插补重叠程序段波形绘制部；A：机床的数值控制系统；M1～M3：波形；S1～S4：程序段(插补指令)；T1：可重叠量(设定值)；T2：重叠量。

具体实施方式

以下，参照图1至图8来说明一个实施方式所涉及的机床的数值控制系统。

如图1所示，本实施方式的机床的数值控制系统A具备作为指令部的CNC 1和控制部4，该控制部4基于来自CNC 1的指令来对机床2的各轴(X轴、Y轴、Z轴)的驱动部3进行控制。作为驱动部3，例如列举出伺服马达、步进马达等，作为控制部4，列举出伺服放大器等。

另外，控制部4具备插补程序段波形绘制部5、异轴程序段确定部6、插补重叠程序段波形制作部7以及修正程序制作部11。

插补程序段波形绘制部5进行NC程序的加工仿真，例如图1、图2所示，根据X轴、Y轴、Z轴各轴的轴地址的指令值来计算表示各轴的动作的速度与时间的关系(或位置与时间的关系)的插补脉冲，按每个程序段S1～S4依次输出各轴的插补指令，来绘制使机床2运转的情况下的速度与时间的关系的波形M1。

在使用本实施方式的机床的数值控制系统A来进行机床2的数值控制时，首先，由该插补程序段波形绘制部5进行加工仿真，来绘制未使机床2的X轴、Y轴、Z轴各轴的程序段S1～S4重叠的与以往同样的波形M1。

此外，在本实施方式中，设为按照NC程序来绘制使机床2运转的情况下的速度与时间的关系的波形M1来进行说明，但是波形M1也可以是位置与时间的关系。

如图1、图3所示，异轴程序段确定部6将由插补程序段波形绘制部5绘制的、且在时间序列上相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)之间进行比较，来确定根据不同的轴地址的指令值计算出的相邻的两个程序段(在本实施方式中，是轴不同的S1和S2、S2和S3、S3和S4)。

如图1、图4所示，插补重叠程序段波形制作部7求出由异轴程序段确定部6确定的相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)的可重叠量(设定值)(T1)，基于可重叠量(T1)来使由异轴程序段确定部6确定的相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)重叠，来重新制作使机床2运转的情况下的速度与时间的关系的波形M2。

插补重叠程序段波形制作部7具备插补重叠程序段波形绘制部12，该插补重叠程序段波形绘制部12将重叠的相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)进行强调显示，并绘制使机床2运转的情况下的速度与时间的关系的波形M2。此外，在图4中用粗线进行强调显示，但是当然也可以附加红色等颜色来进行强调显示。

另外，如图1、图5所示，本实施方式的插补重叠程序段波形制作部7具备：干涉确认部8，其确认在以基于可重叠量T1使相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)重叠所得到的波形M2使机床2运转的情况下是否会与机床的构成部件、机床周围的部件、工件等(异物P)发生干涉；以及插补重叠程序段波形修正部9，其在由干涉确认部8确认为干涉的情况下，以避免发生干涉的重叠量(T2)使相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)重叠，来修正波形M3。

干涉确认部8具备路径制作辅助部10，该路径制作辅助部10显示以由插补重叠程序段波形制作部7制作的波形M2运转时的路径和异物P，插补重叠程序段波形修正部9构成为对由路径制作辅助部10显示出的路径R1进行修正使得避免与异物P发生干涉，来设定避免与异物P干涉的重叠量T2和路径R2。

在本实施方式中，修正程序制作部11根据由插补重叠程序段波形修正部9修正后的波形M3来修正NC程序。

而且，在使用本实施方式的机床的数值控制系统A来进行机床2的数值控制时，针对由插补程序段波形绘制部5绘制的波形M1(参照图2)，如图3所示，异轴程序段确定部6根据前后的指令关系来判别能够避免在X轴、Y轴、Z轴各轴周围驱动的机床构成部件与其它的机床的构成部件、机床周围的部件、工件等异物P发生干涉且使X轴、Y轴、Z轴各轴的动作控制重叠的指令(程序段：S1和S2、S2和S3、S3和S4)。

此时，异轴程序段确定部6从NC程序的开头起进行有无可重叠的指令的判定。即，将前一个程序段的程序与后一个程序段的程序进行比较，来判定是否未指令与前一个程序段相同的轴地址，或者将后一个程序段与再后一个程序段进行比较，来判定是否未指令相同的轴地址。另外，在前后的程序段搜索不具有轴地址的指令，来找到可重叠的轴地址。

例如，在图3(图4)中，Z轴被确定(判别/判定)为可重叠的指令。

接着，如图3、图4所示，插补重叠程序段波形制作部7求出由异轴程序段确定部6确定的相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)的可重叠量(T1)，基于可重叠量(T1)的设定值使所确定的相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)重叠，来重新制作使机床2运转的情况下的速度与时间的关系的波形M2。

此时，由插补重叠程序段波形制作部7的插补重叠程序段波形绘制部12将重叠的候选进行强调显示，并且将重叠的相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)进行强调显示，绘制使机床2运转的情况下的速度与时间的关系的波形M2。

接着，如图5所示，由干涉确认部8确认在以基于可重叠量T1使相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)重叠所得到的波形M2使机床2运转的情况下是否会与机床的构成部件、机床周围的部件、工件等异物P发生干涉。

另外，在由干涉确认部8确认为干涉的情况下，通过插补重叠程序段波形修正部9以避免发生干涉的重叠量(T2)使相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)重叠，来修正波形M3。

此时，在本实施方式中，通过路径制作辅助部10将以由插补重叠程序段波形制作部7制作的波形M2运转时的路径R1及异物P与波形M2一起显示，操作者一边看该显示，一边通过插补重叠程序段波形修正部9以手动方式修正移动路径方案(R1)，来生成不与异物P干涉的路径R2、与该路径R2相对应的重叠量(T2)的波形M3。

能够像这样通过使用路径制作辅助部10、插补重叠程序段波形修正部9辅助进行避免与异物P干涉的路径R2的制作，来容易地生成、调整波形M3，以确认位置或时间从而使作为对象的指令为适当的定时。

在本实施方式中，设为操作者以手动方式修正移动路径方案(R1)，但当然也可以构成为以自动方式进行修正。

最后，如图6所示，使用修正程序制作部11，根据由插补重叠程序段波形修正部9修正后的波形M3来修正NC程序。

此时，例如在根据以重叠量T2调整后的程序段S1～S4的波形M3来编辑NC程序时，如图7所示那样以如下方式修正NC程序：直到Z轴存在的位置为止插入待机指令，并置换为以X轴的位置为起动条件的指令。当然，NC程序的修正方法、修正内容也可以是将其它任意的轴的位置设为条件，不需要限定于此。

更具体地说，在修正NC程序时，在生成的程序中示出CNC 1(修正程序制作部11)自动编辑的NC程序。

例如，如图6所示，以原NC程序的开头(A)为基准设为(a)。(a)的程序段的内容本身不进行编辑。

将当(a)在自动运行中到达基准位置时开始(B)的移动指令的宏程序(b)插入到程序开头。(b)等待条件成立之后进行与(B)相当的移动指令。

插入如下宏程序(c)：如当(b)到达基准位置时开始(C)的移动指令那样，直至到达基准位置为止设为等待执行。

接着进行(C)的移动指令。插入当(c)和(c)’在自动运行中到达基准位置时开始(D)的移动指令的宏程序(d)。

顺便提及，图6中的NC程序的“F”表示进给速度。

在如上述那样构成的本实施方式的机床的数值控制系统A中，通过基于避免在移动路径上对机床的构成部件、机床周围的部件、工件等异物P发生干涉的可重叠量使程序段S1～S4重叠，能够比较容易地制作能够可靠地防止干涉的移动路径，并且能够有效(合理)地实现循环时间的缩短。

另外，由插补重叠程序段波形绘制部12将重叠的相邻的两个程序段S1～S4进行强调显示，绘制在使机床2运转的情况下的速度与时间的关系(或者位置与时间的关系)的波形M2、M3。

由此，能够将重叠的候选、重叠的相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)进行强调显示，从而容易地进行识别、判别。

另外，插补重叠程序段波形制作部7具备干涉确认部8和插补重叠程序段波形修正部9，由此，能够确认在以基于可重叠量T1使相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)重叠所得到的波形M2使机床2运转的情况下是否会与机床的构成部件、机床周围的部件、工件等异物P发生干涉。另外，在由干涉确认部8确认为干涉的情况下，能够由插补重叠程序段波形修正部9以避免发生干涉的重叠量(T2)使相邻的两个程序段(S1和S2、S2和S3、S3和S4)重叠，来容易地修正波形M3。

干涉确认部8具备显示以由插补重叠程序段波形制作部7制作的波形M2运转时的路径R1和异物P的路径制作辅助部10，由此、操作者一边看该显示，一边通过插补重叠程序段波形修正部9修正移动路径方案(R1)，来生成避免与异物P发生干涉的路径R2、与该路径R2相对应的重叠量(T2)的波形M3。

由此，通过使用路径制作辅助部10、插补重叠程序段波形修正部9辅助进行避免与异物P发生干涉的路径R2的制作，来容易地生成、调整波形M3，以确认位置或时间使作为对象的指令为适当的定时。

另外，插补重叠程序段波形制作部7构成为能够以手动方式使由异轴程序段确定部6确定的相邻的两个程序段S1～S4重叠来修正波形M3，由此操作者能够一边视觉确认状况一边适当地修正、生成波形M3。

因而，在本实施方式的机床的数值控制系统A中，能够通过编辑包括宏程序的NC程序来实现无法通过NC程序的每个程序段S1～S4的插补指令设定的大量重叠的移动路径，并且能够缩短循环时间。

另外，在如部件加工那样重复使用相同的NC程序时，通过使用成为事先考虑了重叠所得到的最优的移动路径的NC程序，能够有效地缩短部件加工的作业时间。

并且，CNC 1基于NC程序自动地生成包括宏程序的NC程序。因此，即使操作者等不具有宏程序的知识，也能够生成成为包括了复杂的宏程序的移动路径的NC程序。

另外，即使是具有宏程序的知识的人员，也能够省略成为复杂逻辑的宏程序的设计和确认作业，从而能够缩短作业时间。

因此，根据本实施方式的机床的数值控制系统A，除NC程序的插补指令的关系以外还自动计算可重叠的路径来作为宏程序，并将其呈现出的加工路径应用于CNC 1，能够不需要大量的劳力和时间地制作出能够避免干涉的NC程序，并能够有效(合理)地实现循环时间的缩短。

以上，说明了机床的数值控制系统的一个实施方式，但是本发明不限于上述的一个实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行适当的变更。

例如，在本实施方式的机床的数值控制系统A中，基于不会在移动路径上对机床的构成部件、机床周围的部件、工件等产生干涉的可重叠量使程序段S2～S3以时间序列平行移动并重叠。

因此，例如如图8所示，也可以使后一个程序段S2的加速部分重叠于前一个程序段S1的恒速部分等，由此，能够有效(合理)地实现循环时间的缩短。

Claims

1.一种机床的数值控制系统，具备：

指令部；以及

控制部，其按照来自所述指令部的指令来控制机床的各轴的驱动部，

其中，所述指令部具备：

插补程序段波形绘制部，其进行数值控制程序即NC程序的仿真，根据所述各轴的轴地址的指令值来计算表示所述各轴的动作的速度与时间的关系或位置与时间的关系的插补脉冲，按每个程序段依次输出所述各轴的插补指令，来绘制使所述机床运转的情况下的速度与时间的关系或位置与时间的关系的波形；

异轴程序段确定部，其将由所述插补程序段波形绘制部绘制的、且在时间序列上相邻的两个程序段之间进行比较，来确定根据不同的所述轴地址的指令值计算出的所述相邻的两个程序段；以及

插补重叠程序段波形制作部，其求出由所述异轴程序段确定部确定的所述相邻的两个程序段的可重叠量，并基于所述可重叠量使由所述异轴程序段确定部确定的所述相邻的两个程序段重叠，来重新制作使所述机床运转的情况下的速度与时间的关系或位置与时间的关系的波形。

2.根据权利要求1所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

所述插补重叠程序段波形制作部具备插补重叠程序段波形绘制部，该插补重叠程序段波形绘制部将重叠的所述相邻的两个程序段进行强调显示，并绘制使所述机床运转的情况下的速度与时间的关系或位置与时间的关系的波形。

3.根据权利要求1所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

所述插补重叠程序段波形制作部具备：

干涉确认部，其确认在以基于所述可重叠量使所述相邻的两个程序段重叠所得到的波形使所述机床运转的情况下是否会与异物发生干涉；以及

插补重叠程序段波形修正部，其在由所述干涉确认部确认为干涉的情况下，以避免发生干涉的重叠量使所述相邻的两个程序段重叠，来修正波形。

4.根据权利要求2所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

所述插补重叠程序段波形制作部具备：

5.根据权利要求3所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

还具备修正程序制作部，该修正程序制作部根据由所述插补重叠程序段波形修正部修正后的所述波形来修正所述NC程序。

6.根据权利要求4所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

所述干涉确认部具备路径制作辅助部，该路径制作辅助部显示以由所述插补重叠程序段波形制作部制作出的波形运转时的路径和所述异物，

所述插补重叠程序段波形修正部对由所述路径制作辅助部显示出的所述路径进行修正使得避免与所述异物发生干涉，来设定所述重叠量。

8.根据权利要求4所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

9.根据权利要求5所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

10.根据权利要求6所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

11.根据权利要求1～10中的任一项所述的机床的数值控制系统，其特征在于，

所述插补重叠程序段波形制作部能够以手动方式使由所述异轴程序段确定部确定的所述相邻的两个程序段重叠，来修正所述波形。