CN112114561B - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数值控制装置。即使在预读距离小幅变动的情况下，数值控制装置仍进行抑制，使得轴速度的变动变得缓慢。上述数值控制装置具备：预读部，其从NC程序预读多个指令块；解析部，其对上述预读出的指令块进行解析并生成移动指令数据；目标速度计算部，其根据预读距离计算轴的目标速度；插值部，其根据上述移动指令数据以及上述目标速度来生成插值数据；以及伺服控制部，其根据上述插值数据控制电动机。在预读距离的变化在余量内时，上述目标速度计算部保留目标速度的重新计算。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置。
背景技术
数值控制装置逐个地读入并解析由NC程序所指令的指令块，以使加工时进行最佳的加减速的方式生成可执行的数据。数值控制装置通过预先读该指令块来生成考虑了之后执行的指令块的执行数据。并且，数值控制装置可以通过插值处理部对该执行数据进行插值处理，向驱动各轴的伺服电动机的控制部输出移动指令(例如，参照日本特开平11-338530号公报、日本特开平07-191728号公报等)。在进行这样的指令块的预读的情况下，数值控制装置在轴通过预读出的指令块的指令而进行移动的距离(以下称为“预读距离”)的范围内，计算该轴能够安全停止的上限速度。由此，数值控制装置能够在不超过上述上限速度的范围内控制该轴的速度。
在数字控制装置进行基于指令块的预读的速度控制时，并且在NC程序中有移动距离短的微小程序块连续出现的部分时，预读距离变短。而且，以使轴在该短距离内可以安全地停止的方式计算上限速度。因此，轴的移动速度会减速。然后，如果预读与微小程序块相比移动距离长的程序块，则预读距离变长。以使轴在该变长的预读距离内可以安全停止的方式计算上限速度。因此，轴的移动速度会加快。
这样，在进行基于预读的速度控制的数值控制装置中，如果以预定的频率反复出现长度不同的指令块群，则轴的速度发生振动。并且，如果在工件的加工中发生轴速度的振动，则工件的加工表面的完成度无法统一，加工表面品质会下降。这样的现象在机器的轴数多的情况和机械的选项结构等处理负荷高的情况下更容易发生。
发明内容
因此，希望一种即使在预读距离小幅变动的情况下，仍能够进行抑制，使得轴速度的变动变得缓慢的方式进行抑制的技术。
本发明的一个方式的数值控制装置在根据预读距离进行速度控制时，设定与预读距离对应的目标速度。本发明一个方式的数值控制装置进行以下控制：在预读距离不充分的情况下，降低目标速度，在充分的情况下提高速度。该数值控制装置在进行该控制时，通过使视为充分的预读距离和视为不充分的预读距离具有余量来抑制速度变动。
并且，本发明的一个方式是数值控制装置，其根据NC程序对具备至少一个轴其通过驱动该轴而使工具相对于工件相对移动来加工上述工件的机器进行控制。并且，该数值控制装置具备：预读部，其从上述NC程序预读多个指令块；解析部，其对上述预读部预读出的多个上述指令块进行解析，生成用于驱动上述轴的移动指令数据；目标速度计算部，其根据上述轴通过上述预读部预读出的多个上述指令块的指令进行移动的距离即预读距离，计算上述轴的目标速度；插值部，其根据上述移动指令数据以及上述目标速度来生成插值数据；以及伺服控制部，其根据上述插值数据对驱动上述机器的电动机进行控制。
并且，在上述预读距离发生变化时，当该变化在预先决定的预定余量内时，上述数值控制装置的上述目标速度计算部保留上述目标速度的重新计算。
根据本发明的一个方式，能够抑制由于预读距离不足所引发的减速和加速的重复所造成的振动，并能够保持良好的加工表面。
附图说明
通过参照附图说明以下的实施例来明确本发明的上述以及其他目的和特征。这些附图中：
图1是一个实施方式的数值控制装置的概略硬件结构图。
图2是一个实施方式的数值控制装置的概略功能框图。
图3是概略性地表示目标速度的计算步骤的例子的流程图。
图4是表示现有方法和本发明提案方法的进给速度的推移例的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明一个实施方式的数值控制装置的主要部件的概略硬件结构图。本发明的数值控制装置1可以安装为例如根据NC程序控制机床的数值控制装置。
本实施方式的数值控制装置1所具备的CPU11是整体控制数值控制装置1的处理器。CPU 11经由总线20读出存储在ROM12中的系统程序，并按照该系统程序控制数值控制装置1整体。RAM中临时存储临时计算数据、显示数据以及从外部输入的各种数据等。
非易失性存储器14例如由用未图示的电池进行备份的存储器、SSD(Solid StateDrive，固态硬盘)等构成，即使数值控制装置1的电源被断开也保持存储状态。在非易失性存储器14中存储有经由接口15从外部设备72读入的NC程序、经由显示器/MDI单元70输入的NEC程序等。在非易失性存储器14中存储的NC程序和各种数据可以在执行时以及使用时扩展到RAM 13。另外，在ROM 12中预先写入公知的解析程序等各种系统程序。
接口15是用于与数值控制装置1的CPU11和USB装置等的外部设备72连接的接口。从外部设备72侧读入用于机床控制的程序和各种参数等。另外，在数值控制装置1内进行编辑的NC程序和各种参数等可以经由外部设备72存储在外部存储单元中。PMC(可编辑机器控制器)16通过内置在数值控制装置1中的时序程序，将信号经由I/O单元17输出到机床以及该机床的周围装置(例如工具更换装置、机器人等的执行器、安装在机床上的传感器等)，并控制机床以及该机床的周围装置。另外，接收配备在机床本体上的操作盘的各种开关和周围装置等的信号，进行必要的信号处理后传递给CPU11。
显示器/MDI单元70是具备了显示器和键盘等的手动数据输入装置。接口18接受来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据并传递给CPU11。接口19与操作盘71连接，该操作盘71具备在手动驱动各轴时所使用的手动脉冲发生器等。
用于控制机床所具备的轴的轴控制电路30接受来自CPU11的轴移动指令量，并将轴的指令输出给伺服放大器40。伺服放大器40接受该指令，并驱动使机床具备的轴移动的伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置位置速度检测器，将来自该位置速度检测器的位置速度反馈信号反馈给轴控制电路30，并进行位置速度的反馈控制。另外，在图1的硬件结构图中只逐个示出了轴控制电路30、伺服放大器40以及伺服电动机50，但是实际上只准备机床所具备的成为控制对象的轴的数量对应的量。例如如本发明实施方式那样，在控制具备了2个刀架的机床的情况下，在数值控制装置1中准备有分别向X、Z轴方向驱动安装了第一工具的第一刀架的2组轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50和分别向X、Z轴方向驱动安装了第二工具的第二刀架的2组轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50。
主轴控制电路60接收主轴旋转指令，将主轴速度信号输出给主轴放大器61。主轴放大器61接收该主轴速度信号，使机床的主轴电动机62以所指令的转速旋转，并驱动工具。主轴电动机62与位置编码器63结合，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，并通过CPU11读取该反馈脉冲。
图2是本发明第一实施方式的数值控制装置1的概略功能框图。图1所示的数值控制装置1所具备的CPU11执行系统程序，控制数值控制装置1各部的动作，从而实现图2所示的各个功能块。
本实施方式的数值控制装置1具备预读部100、解析部110、目标速度计算部120、插值部130、伺服控制部140、主轴控制部150。另外，在数值控制装置1的非易失性存储器14中预先存储有NC程序200，该NC程序200用于进行使安装了工具的主轴相对于工件相对驱动来加工工件的控制。
图1所示的数值控制装置1所具备的CPU 11执行从ROM 12读出的系统程序，CPU11主要进行使用了RAM 13、非易失性存储器14的运算处理，由此实现预读部100。预读部100预读NC程序200的指令块，存储在设置于RAM 13等存储器上的未图示的预读缓冲器中。预读部100例如可以从NC程序200预读可存储在预读缓冲器的大小中的数量的指令块。另外，预读部100也可以从NC程序200预读在设置在非易失性存储器14上的设定区域中预先设定的数量的指令块。
图1所示的数值控制装置1所具备的CPU 11执行从ROM 12读出的系统程序，CPU11主要进行使用了RAM 13、非易失性存储器14的运算处理，由此实现解析部110。解析部110解析预读部100从NC程序200预读出的指令块，生成驱动机床的各轴的伺服电动机的移动指令数据和对机床主轴的转速进行指令的主轴指令数据。解析部110根据由预读出的指令块进行指示的进给指令，生成针对驱动机床各轴的伺服电机50的移动指令数据。另外，解析部110根据由预读出的指令块所指令的主轴旋转指令，生成主轴指令数据。解析部110解析并生成的移动指令数据被输出到目标速度计算部120。另外，解析部110解析并生成的主轴指令数据被输出到主轴控制部150。
图1所示的数值控制装置1所具备的CPU 11执行从ROM 12读出的系统程序，CPU11主要进行使用了RAM 13、非易失性存储器14的运算处理，由此实现目标速度计算部120。目标速度计算部120根据预读距离来计算目标速度，该预读距离是轴通过预读部100预读出的多个指令块进行移动的距离。目标速度计算部120将基本上能够在预读距离的范围内使轴安全停止的速度计算为目标速度。目标速度计算部120保留目标速度的上升或下降的重新计算，直到在预读部100进行的指令块的预读前推进的情况下或所执行的指令块推进的情况下等，超过预定的余量宽度而使预读离发生变化为止。例如，当预读距离在预定余量宽度的范围内增加时，目标速度计算部120可以保留重新计算以使目标速度不上升。当预读距离在预定余量宽度的范围内减小时，目标速度计算部120可以保留重新计算以使目标速度不下降。另外，目标速度计算部120在预读距离在预定的余量宽度的范围内增加及减少时，可以保留重新计算以使目标速度不上升以及不下降。
图3是概略地表示目标速度计算部120的基于预读距离d的目标速度F的计算步骤的流程图。图3的流程图表示目标速度计算部120在预读距离在预定的余量宽度的范围内增加时，保留重新计算以使目标速度不上升的计算处理的流程。图3的流程图所示的处理例如在预读部100进行的指令块的预读推进的情况下、所执行的指令块推进的情况下等变更目标速度的情况下来执行。
[步骤SA01]目标速度计算部120判定当前的预读距离d是否在以当前设定的目标速度F能够停止的距离dF以上。当预读距离d在能够停止距离dF以上时，处理转移到步骤SA03，当预读距离d小于可停止距离dF时，处理转移到步骤SA02。
[步骤SA02]目标速度计算部120将预先设定的减小率r(0<r<1)乘以当前设定的目标速度F而得到的值设定为新的目标速度F，并且结束本流程图中的处理。
[步骤SA03]目标速度计算部120判定当前的预读距离d是否大于将(1+预先决定的预定余量m)乘以可停止距离dF而得到的值。在当前预读距离d大于(1+m)dF的情况下，处理转移到步骤SA04，否则，不重新计算目标速度F而结束本流程图中的处理。
[步骤SA04]目标速度计算部120将当前设定的目标速度F除以预先决定的减少率r(0<r<1)后得到的值设定为新的目标速度F。
[步骤SA05]目标速度计算部120判定在步骤SA04设定的新的目标速度F是否大于由移动指令数据指示的指令速度F0。当新的目标速度F大于指令速度F0时，处理转移到步骤SA06，否则结束本流程图中的处理。
[步骤SA06]目标速度计算部120以指令速度F0限制新的目标速度F(将指令速度F0设定为新的目标速度F)。在图3所示的流程图中，关于预读距离的余量m和目标速度F的减少率r，只要预先进行实验等，求出成为不产生振动的适当目标速度的值，并设定求出的值即可。在申请人的实验环境中，例如将预读距离的余量m设定为0.1左右，将目标速度F的减少率r设定为0.9左右，由此可以进行稳定的速度控制。
图1所示的数值控制装置1所具备的CPU 11执行从ROM 12读出的系统程序，CPU11主要进行使用了RAM 13、非易失性存储器14的运算处理，由此实现插值部130。插值部130根据解析部110生成的移动指令数据和目标速度计算部120计算出的目标速度F，生成以插值周期(控制周期)对由移动指令数据所指令的指令路径上的点进行了插值计算而得的插值数据。按照每个插值周期(控制周期)执行插值部130的插值处理。插值部130以使针对工件的工具的移动速度接近目标速度F的方式生成驱动伺服电动机50的插值数据。
图1所示的数值控制装置1所具备的CPU 11执行从ROM 12读出的系统程序，CPU11主要进行使用了RAM 13、非易失性存储器14的运算处理和轴控制电路30、伺服放大器40进行的伺服电动机50的控制处理，由此实现伺服控制部140。伺服控制部140根据插值部130生成的插值数据，对驱动机床各轴的伺服电动机50进行控制。
图1所示的数值控制装置1所具备的CPU 11执行从ROM 12读取的系统程序，并且CPU11主要进行使用了RAM 13、非易失性存储器14的运算处理、主轴控制电路60和主轴放大器61进行的主轴电动机62的控制处理，由此实现主轴控制部150。主轴控制部150对根据解析部110生成的主轴指令数据使成为控制对象的机床的主轴旋转的主轴电动机62进行控制。
图4是概略地表示进行现有技术的速度控制时的进给速度的变化以及进行本发明的提案方法的速度控制时的进给速度的变化的图。如图4所示，在现有方法中如果由于微小程序块连续等原因导致预读距离d变短，则有时会产生进给速度的振动，例如在到达指令速度F0之前减速，之后在开始存储预读距离d时加速。在本发明的提案方法的速度控制中，当预读距离d在预定的余量m以内发生变化时维持目标速度F，当以预定的余量m以上发生变化时，进行基于预读距离d的目标速度F的重新计算。因此，在预读距离小幅度发生变化时，由于目标速度F没有变化，所以进给速度的振动被抑制并稳定地推移。
这样，通过本发明的提案方法进行速度控制，加工时针对工件的工具进给速度稳定推移。因此，工件加工表面的品质稳定，期待加工品质的维持。
以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式的例子，通过增加适当的变更，可以以各种方式来实施。

Claims (1)

1.一种数值控制装置，其根据NC程序对具备至少一个轴且通过驱动该轴而使工具相对于工件相对移动来加工上述工件的机器进行控制，其特征在于，
该数值控制装置具备：
预读部，其从上述NC程序预读多个指令块；
解析部，其对上述预读部预读出的多个上述指令块进行解析，生成用于驱动上述轴的移动指令数据；
目标速度计算部，其根据上述轴通过上述预读部预读出的多个上述指令块的指令进行移动的距离即预读距离，计算上述轴的目标速度；
插值部，其根据上述移动指令数据以及上述目标速度来生成插值数据；以及
伺服控制部，其根据上述插值数据对驱动上述机器的电动机进行控制，
在上述预读距离发生变化时，当该变化在预先决定的预定余量内时，上述目标速度计算部对上述目标速度的重新计算进行保留。
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