CN116234660A

CN116234660A - 控制装置

Info

Publication number: CN116234660A
Application number: CN202180066931.XA
Authority: CN
Inventors: 古山贵之
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-10-05
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2023-06-06
Also published as: US20230364728A1; WO2022075223A1; DE112021004086T5; JPWO2022075223A1

Abstract

控制装置基于以预定的介质变量显示的函数表示平面加工线的加工线信息和表示该加工线的各位置的切线方向的切线信息，按照每个指令周期，生成将使介质变量仅变化了预定量的情况下的加工线上的位置作为加工位置的旋转轴以及2个直线轴的位置指令。并且，在生成这些位置指令时，对使加工位置的切线相对于直线轴中的任一个成为预先确定的预定的角度的旋转轴的位置进行指令，并且以使工具位于定位在该旋转轴的位置时的加工位置的方式对2个直线轴的位置进行指令。

Description

控制装置

技术领域

本发明涉及控制装置，尤其涉及在对任意的加工形状进行加工时能够进行切削点恒定控制的控制装置。

背景技术

在具备1个旋转轴C和1个直线轴X的机械中，通过一边使C轴旋转一边根据该角度控制X轴，能够加工各种曲线。例如，在进行凸轮等非正圆形状或曲柄销等偏心形状的加工的情况下，指定转塔刀架相对于主轴旋转角的X轴位置，通过主轴旋转与转塔刀架的X轴移动的同步控制来实现非正圆面或偏心面的加工。

然而，在上述结构中，除了中心与C轴的旋转中心一致的正圆之外，存在工具相对于工件的接触点不固定的问题。例如如图6A～图6C所示，在工件81被偏心地载置于以C轴的旋转中心为轴进行旋转的工作台80的情况下，在图6A的旋转位置进行加工时，工具82的刃相对于工件81大致垂直地与工件81接触，但在图6B的旋转位置进行加工时，工具82的刃的上侧与工件81接触，在图6C的旋转位置进行加工时，工具82的刃的下侧与工件81接触。因此，产生如下问题：当由于加工部位而导致加工面的精加工产生不均、或者若工具82磨损时，将根据加工部位而导致加工精度产生偏差。

因此，在专利文献1中，使用控制工具的朝向的旋转轴C_t和与X轴正交的直线轴Y来实现工具相对于工件的朝向固定。另外，在专利文献2中，说明了使用与X轴正交的直线轴Y来进行切削点恒定控制的控制方法。切削点恒定控制是在表示正交的2个直线轴上的机械位置的坐标系中始终将从工具中心观察到的切削点的方向保持为恒定方向的控制方式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-42452号公报

专利文献2：日本特开平8-249028号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在上述的专利文献中，在工具侧设置旋转轴的结构会产生开发和维护的成本增加的问题，另外，在如何控制工具的旋转轴这一点上没有示出具体的方法。另外，关于一般的切削点恒定控制，对于直线、圆弧、渐开线的加工示出了具体的控制方法，但并不表示对它们以外的加工形状、例如椭圆形上的加工或对从C轴的旋转中心偏心的加工形状进行加工的方法。

因此，期望一种在对任意的加工线进行加工时能够以简单的结构进行切削点恒定控制的方法。

用于解决课题的手段

如图7-9所例示的那样，本发明的控制装置针对由加工程序指令的任意的加工线p(λ)，从存储部读入介质变量λ的显示信息和切线方向信息。接着，求出使介质变量λ从加工线p(λ)的起点到终点变化时的加工线上的点P_λ，根据求出的点P_λ处的切线信息计算使其切线方向成为恒定的旋转轴C的角度。然后，根据这样求出的旋转轴C的角度和指令点P_λ，计算2个直线轴的位置，并将计算出的值通知给伺服电动机，由此实现对任意的加工线的切削点恒定控制。

并且，本发明的一个方式是一种控制装置，其控制机械，所述机械具备至少1个旋转轴和2个直线轴，并基于加工程序使工具与工件相对地移动来进行加工，该控制装置具备：加工线数据存储部，其存储以预定的介质变量显示的函数表示平面加工线的加工线信息和表示该加工线的各位置的切线方向的切线信息；切削点恒定指令生成部，其基于所述加工线信息和所述切线信息，按照每个指令周期，生成将使所述介质变量仅变化了预定量的情况下的所述加工线上的位置作为加工位置的所述旋转轴和2个所述直线轴的位置指令，所述切削点恒定指令生成部所生成的位置指令对使所述加工位置的切线相对于所述直线轴中的任意一个成为预先确定的预定的角度的所述旋转轴的位置进行指令，并且以使工具位于定位在该旋转轴的位置时的所述加工位置对2个所述直线轴的位置进行指令。

发明效果

根据本发明的一个方式，能够对在通过1个旋转轴和2个直线轴加工任意的加工线时将工具与工件的抵接角度保持为恒定的控制进行简单地指令。

附图说明

图1是第一实施方式的控制装置的概略硬件结构图。

图2是表示第一实施方式的控制装置的功能的概略框图。

图3是说明图形的极坐标原点与C轴的旋转中心一致的情况下的加工方法的图。

图4是对偏心的情况下的加工方法进行说明的图。

图5是表示第二实施方式的控制装置的功能的概略框图。

图6A是对以往的加工方法的问题点进行说明的图。

图6B是对以往的加工方法的问题点进行说明的图。

图6C是对以往的加工方法的问题点进行说明的图。

图7是对本发明的切削点恒定控制进行说明的图。

图8是对本发明的切削点恒定控制进行说明的其他图。

图9是对本发明的切削点恒定控制进行说明的其他图。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的第一实施方式的工具诊断装置的主要部分的概略硬件结构图。本发明的控制装置1例如能够安装为对基于加工程序进行加工的机械3进行控制的控制装置。

本实施方式的控制装置1所具备的CPU11是整体控制控制装置1的处理器。CPU11经由总线22读出存储在ROM12中的系统程序，按照该系统程序来控制整个控制装置1。在RAM13中临时存储临时的计算数据、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例如由未图示的电池备份的存储器或SSD(Solid StateDrive：固态驱动器)等构成，即使控制装置1的电源断开，也保持存储状态。在非易失性存储器14中存储经由接口15从外部设备72读入的加工程序和数据、经由输入装置71输入的加工程序、数据、经由网络5从其他装置取得的加工程序和数据等。存储在非易失性存储器14中的加工程序和数据也可以在执行时/利用时在RAM13中展开。另外，在ROM12中预先写入有公知的分析程序等各种系统程序。

接口15是用于与控制装置1的CPU11和USB装置等外部设备72连接的接口。从外部设备72侧读入例如用于机械3的控制的加工程序和设定数据等。另外，在控制装置1内编辑后的加工程序和设定数据等能够经由外部设备72存储于外部存储单元。PLC(可编程逻辑控制器)16执行梯形程序并经由I/O单元19向机械3以及该机械3的周边装置(例如，工具更换装置、机器人等致动器、安装于机械3的温度传感器、湿度传感器等传感器)输出信号并进行控制。另外，接收配置于机械3的主体上的操作盘的各种开关、周边装置等信号，对该信号实施必要的信号处理后，交给CPU11。

接口20是用于连接控制装置1的CPU和有线或者无线的网络5的接口。在该网络5上连接有其他机械和雾计算机6、云服务器7等，在与控制装置1之间相互进行数据的交换。

在显示装置70中，经由接口17输出并显示作为执行了在存储器上读入的各数据程序等的结果而得到的数据等。另外，由键盘、指示设备等构成的输入装置71经由接口18将基于作业者的操作的指令、数据等交给CPU11。

用于控制机械3所具备的轴的轴控制电路30接收来自CPU11的轴的移动指令量，并将轴的指令输出至伺服放大器40。伺服放大器40接收该指令，驱动使机械3所具备的驱动部沿轴向移动的伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置有位置速度检测器，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，进行位置速度的反馈控制。此外，在图1的硬件结构图中，轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50分别仅表示1个，但实际上仅准备成为控制对象的机械3所具备的轴的数量。例如，本实施方式的控制装置1所控制的机械3具备直线轴2轴(X轴、Y轴)和旋转轴1轴，通过控制这些轴而使工件与工具相对地移动。因此，准备3个轴控制电路30、伺服放大器40以及伺服电动机50的组合。

图2是将本发明的第一实施方式的控制装置1所具备的功能表示为概略框图的图。本实施方式的控制装置1所具备的各功能通过图1所示的控制装置1所具备的CPU11执行系统程序并控制控制装置1的各部的动作而由此被实现。

本实施方式的控制装置1具备解析部100以及切削点恒定指令生成部120。另外，在控制装置1的RAM13至非易失性存储器14中，存储有用于控制机械3的加工程序200，并且设置有加工线数据存储部210，该加工线数据存储部210是用于存储平面中的一个介质变量显示的加工线信息和该加工线的切线信息的区域。

解析部100通过执行由图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，并主要基于CPU11进行使用了RAM13、非易失性存储器14的运算处理而由此被实现。解析部100解析加工程序200，生成具备伺服电动机50的机械3以及用于控制该机械3的周边装置的指令数据。在加工程序200中，除了在机械3的控制中通常使用的指令之外，还能够包含：指令开始切削点恒定控制的“切削点恒定控制开始指令”和指示结束切削点恒定控制的“切削点恒定控制结束指令”。

并且，解析部100在通过加工程序200进行了一般的指令时，进行以往那样的指令的解析，基于解析出的指令数据进行机械3的控制。另一方面，解析部100在由加工程序200指示“切削点恒定控制开始指令”时，从加工线数据存储部210读出平面中的一个介质变量显示的加工线信息和该加工线的切线信息，并向切削点恒定指令生成部120进行指令，以便开始基于读出的加工线信息以及切线信息的切削点恒定控制。

在加工线数据存储部210中存储有表示预先表示工件的加工形状的加工线的加工线信息和该加工线的切线信息。在考虑了从C轴的轴线方向观察载置有工件的工作台面的平面时，表示加工形状的加工线C的加工线信息能够定义为通过加工线信息所描绘的图形的中心位置为原点的极坐标，以旋转角度θ为介质变量的函数r＝p(θ)(θ₀≤θ≤θ₁)。加工线信息可以基于由CAD等生成的加工所涉及的信息预先生成并存储于加工线数据存储部210。关于切线信息，可以与加工线信息同样地基于由CAD等生成的加工所涉及的信息而预先生成，也可以在控制装置1上基于加工线信息进行运算来求出。一般地，加工线C(r＝p(θ))上的任意的点P＝(rcosθ，rsinθ)处的切线v与通过相对于从极坐标原点O_p到点P的矢量O_pP的点P的法线u所成的角度ψ能够通过以下的数学式1来计算。此外，在数学式1中，带点的r是用θ对r进行微分而得到的。

[数学式1]

例如，如图3所示，考虑对椭圆曲线进行加工的情况。此时，椭圆曲线能够通过将旋转角度θ设为介质变量的以下的数学式2来表示，因此将其作为加工线信息预先存储于加工线数据存储部210。

[数学式2]

另一方面，切线信息能够基于被登记为加工线信息的函数r(θ)由以下的数学式3表示。

[数学式3]

这样，通过在加工线数据存储部210中预先存储表示成为加工对象的加工线的加工线信息和该切线信息，由此能够进行使用了这些信息的切削点恒定控制。

此外，也可以使用包含直线的加工线信息。例如，考虑沿着一边的流长为2L且图形的极坐标原点与C轴的旋转中心一致的正方形的加工线进行加工的情况。在该情况下，使用4个加工线进行加工。4个加工线C₀～C₃分别如以下的数学式4所示那样构成。

[数学式4]

然后，一边使θ变化一边对各加工线进行加工，如果针对1个加工线结束加工，则切换到下一个加工线，由此能够进行交叉了直线的加工线的加工。

切削点恒定指令生成部120通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，并主要基于CPU11进行使用了RAM13、非易失性存储器14的运算处理、和使用了轴控制电路30的轴控制处理来实现。切削点恒定指令生成部120基于从解析部100输入的加工线信息以及切线信息，生成每个指令周期的、旋转轴(C轴)的位置指令(角度指令)和2个直线轴(X轴、Y轴)的位置指令。

切削点恒定指令生成部120所生成的旋转轴的位置指令是指，对由加工线信息表示的加工线C中由介质变量θ表示的位置的切线相对于直线轴成为预定的角度(例如，以介质变量表示的加工线C上的位置处的切线相对于X轴正交的角度)的C轴的位置进行指令。另外，切削点恒定指令生成部120所生成的2个直线轴的位置指令是在用加工线信息表示的加工线C中对由介质变量θ表示的位置进行指令。切削点恒定指令生成部120所指令的旋转轴的角度以及2个直线轴的位置的指令例如在加工线信息所描绘的图形的极坐标原点与C轴的旋转中心一致的情况下，能够通过以下的数学式5来表示。在数学式5中，c是C轴的位置指令，x、y分别是X轴和Y轴的位置指令。

[数学式5]

(c，x，y)＝(ψ-θ，r cosψ，r sinψ)

切削点恒定指令生成部120在开始了切削点恒定指令控制时，运算在使加工线信息的介质变量θ从表示加工线的开始位置的角度θ₀到表示加工线的结束位置的角度θ₁为止，按照每个指令周期仅变化了加工位置的变化量Δθ的情况下的各轴的位置，并对各轴指令该位置。对于每个指令周期的加工位置的变化量Δθ，考虑所要求的表面质量、周期时间，以在工具、机械3的规格范围内使工件与工具相对移动的方式决定即可。

此外，即使在加工线信息所描绘的图形的极坐标原点与C轴的旋转中心不一致(偏心)的情况下，切削点恒定指令生成部120也能够生成并指令旋转轴的角度以及2个直线轴的位置。在该情况下，只要能够分离地进行加工线的切线方向恒定的处理和偏心成分的计算即可。例如，如图4所示，考虑加工线信息所描绘的图形的极坐标原点从C轴的旋转中心仅位移了距离R、角度c₀的情况。此时，在图形的极坐标系中将以r＝p(θ)(θ₀≤θ≤θ₁)表现的加工线C作为加工线信息来提供。在该情况下，加工线C(r＝p(θ))上的任意的点P处的切线v与通过相对于从极坐标原点O_p向点P的向量O_pP的点P的法线u所成的角度ψ能够与上述同样地通过数学式1来计算。这样，切削点恒定指令生成部120能够通过以下的数学式6来运算对点P进行切削时的位置指令。

[数学式6]

(c，x，y)＝(ψ-θ+c₀，r cosψ+R cos(ψ-θ+c₀)，r sinψ+R sin(ψ-θ+c₀))

在进行这样的加工的情况下，预先在加工线信息的基础上设定距离R、角度c₀作为从C轴的旋转中心的偏移量即可。

具备上述结构的控制装置1能够对通过1个旋转轴和2个直线轴加工任意的加工线时将工具与工件的抵接角度保持为恒定的控制进行简单地指令。即使所加工的加工线的极坐标原点与C轴的旋转中心错开，即在加工偏心的加工线的情况下，也能够简单地进行指令。也能够容易地应用于凸轮形状的提升数据。而且，能够容易地进行工具直径修正等各修正。

图5是将本发明的第二实施方式的控制装置1所具备的功能表示为概略框图的图。本实施方式的控制装置1所具备的各功能通过图1所示的控制装置1所具备的CPU11执行系统程序并控制控制装置1的各部的动作而由此被实现。

本实施方式的控制装置1除了具备解析部100、切削点恒定指令生成部120以外，还具备周速恒定控制部140。另外，在控制装置1的RAM13至非易失性存储器14中存储有用于控制机械3的加工程序200，并且设置有加工线数据存储部210，该加工线数据存储部210作为用于存储平面中的一介质变量显示的加工线信息和该加工线的切线信息的区域。

本实施方式的解析部100在由加工程序200指令了“切削点恒定控制开始指令”时，从加工线数据存储部210读出加工线信息和该加工线的切线信息，向切削点恒定指令生成部120和周速恒定控制部140进行指令，以使得开始基于读出的加工线信息和切线信息的切削点恒定控制。

周速恒定控制部140通过执行图1所示的控制装置1所具备的CPU11从ROM12读出的系统程序，并主要基于CPU11进行使用了RAM13、非易失性存储器14的运算处理而由此被实现。周速恒定控制部140基于从解析部100输入的加工线信息及切线信息，以使由加工线信息表示的加工线的工件与工具的相对速度恒定的方式，计算每个指令周期的加工位置的变化量Δθ。周速恒定控制部140例如使用预定的每个指令周期的加工距离Δd，计算满足以下的数学式7式的Δθ。

[数学式7]

Δd＝||P(θ-Δθ)-P(θ)||

周速恒定控制部140也可以使用以下的数学式8、9式来计算Δθ。

[数学式8]

[数学式9]

关于使用哪个数学式来计算Δθ，只要根据计算时间、精度适当决定即可。周速恒定控制部140将这样计算出的Δθ输出给切削点恒定指令生成部120。

切削点恒定指令生成部120在开始了切削点恒定指令控制时，运算在使加工线信息的介质变量θ从表示加工线的开始位置的角度θ₀到表示加工线的结束位置的角度θ₁为止，仅变化了周速恒定控制部140计算出的每个指令周期的加工位置的变化量Δθ的情况下的各轴的位置，并对各轴指令该位置。关于其他功能，具备与第一实施方式的切削点恒定指令生成部120相同的功能。

具备上述结构的控制装置1与第一实施方式同样，能够对通过1个旋转轴和2个直线轴加工任意的加工线时保持工具与工件的接触角度为恒定的控制进行简单地指令。另外，由于能够使工件与工具的相对速度恒定，因此能够使加工面的精加工保持均匀而提高品质。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不仅限定于所述的实施方式的例子，通过施加适当的变更，能够以各种方式实施。

在上述的实施方式中，特别示出了以极坐标表示加工的情况下的动作，但对于通过坐标变换在不同的坐标系中记述的平面上的加工线也同样能够应用本发明。例如，作为应用于以正交坐标显示的加工线p(λ)＝(p_x(λ)、p_y(λ))时已知的坐标变换式，可举出以下所示的数学式10。在数学式10中，带撇号的p_x和p_y分别是对p_x和p_y进行微分而得到的值。

[数学式10]

通过将该数学式10应用于数学式11、数学式5、数学式6，对于利用正交坐标表示的加工线p(λ)，也能够应用本申请发明的方法。关于由其他坐标系表现的加工线，也能够通过使用各个坐标系与极坐标系之间的坐标变换式来适当应用。

附图标记说明

1 控制装置

3 机械

5 网络

6 雾计算机

7 云服务器

11 CPU

12 ROM

13 RAM

14 非易失性存储器

15，17，18，20 接口

16 PLC

19 I/O单元

22 总线

30 轴控制电路

40 伺服放大器

50 伺服电动机

70 显示装置

71 输入装置

72 外部设备

100 解析部

120 切削点恒定指令生成部

140 周速恒定控制部

200 加工程序

210 加工线数据存储部。

Claims

1.一种控制装置，对机械进行控制，所述机械具备至少1个旋转轴和2个直线轴，并基于加工程序使工具与工件相对移动来进行加工，其特征在于，

该控制装置具备：

加工线数据存储部，其存储以预定的介质变量显示的函数来表示平面加工线的加工线信息和表示该加工线的各位置的切线方向的切线信息；

切削点恒定指令生成部，其基于所述加工线信息和所述切线信息，按照每个指令周期，生成将使所述介质变量仅变化了预定量的情况下的所述加工线上的位置作为加工位置的所述旋转轴和2个所述直线轴的位置指令，

所述切削点恒定指令生成部所生成的位置指令对使所述加工位置的切线相对于所述直线轴中的任一个成为预先确定的预定的角度的所述旋转轴的位置进行指令，并且以使工具位于定位在该旋转轴的位置时的所述加工位置的方式对2个所述直线轴的位置进行指令。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

该控制装置还具备：周速恒定控制部，其以使所述工件与所述工具的每个指令周期的相对的移动量保持为恒定的方式控制所述介质变量的预定量的变化。