CN116917822A - 数值控制装置以及数值控制程序 - Google Patents

Abstract

在抑制移动路径误差的同时，不要求过大的速度和加速度的本发明的数值控制装置(10)根据包含分别确定对象的指定速度的多个指令块的加工程序，控制具有驱动所述对象的多个驱动轴的加工装置，所述数值控制装置(10)具备：合成速度计算部(16)，其针对所述多个指令块中的至少指定曲线移动的曲线块，计算以使所述指定速度最初从零以前修正时间常数加速、最后以所述前修正时间常数减速到零的方式修正后的合成速度；以及前修正速度计算部(17)，其计算实现所述合成速度的各驱动轴的按照时间的前修正速度。

Description

数值控制装置以及数值控制程序

技术领域

本发明涉及一种数值控制装置以及数值控制程序。

背景技术

数值控制装置根据由对象物应通过工件、工具等对象物的移动路径的多个指定坐标、移动速度等表示的加工程序控制加工装置。数值控制装置对加工程序进行分析，对于加工装置的各驱动轴进行计算每个时刻应有的速度或位置的插值处理，根据插值后的信息驱动各驱动轴。

不考虑加工装置的特性而生成加工程序。因此，当要执行在加工程序中记述的动作时，要求大的速度或加速度，有可能超过驱动轴的能力或产生振动。因此，在数值控制装置中，有时针对加工程序的指定分别连续的两个指定坐标间的动作的每个块，进行以使速度最初从零加速，最后使速度减速至零的方式修正各块的移动速度的加减速处理。通常，在加减速处理中，在块的起点将速度设为零，以恒定的加速度使速度增大，并且为在块的终点速度成为零而在终点跟前开始以恒定的加速度使速度减少。在该情况下，在各块刚开始之后，以将用于从零增速到该块的速度的速度数据和用于在前一个块的终点减速停止的速度数据相加后得到的速度来驱动各驱动轴。

然而，若进行这样的加减速处理，则对象物的移动路径从在加工程序中指定的路径产生偏移。特别地，已知在使对象物以描绘圆弧的方式移动的情况下，通过进行加减速处理，对象物通过在加工程序中指定的路径的内侧。因此，提出了通过在指定圆弧状的移动路径的块开始时逐渐减小加减速的时间常数(加速度)来减小移动路径的误差(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平3-292508号公报

发明内容

发明所要解决的课题

若在块开始时减小加减速的时间常数，则在将用于该块刚开始后的增速的速度数据与用于在前一个块的终点减速停止的速度相加时，有可能要求超过驱动轴的能力的速度或产生振动的过大的加速度。因此，期望一种在抑制移动路径的误差的同时不要求过大的速度和加速度的技术。

用于解决课题的手段

本公开的一个方式所涉及的数值控制装置根据包含分别确定对象的指定速度的多个指令块的加工程序，控制具有驱动所述对象的多个驱动轴的加工装置，所述数值控制装置具备：合成速度计算部，其针对所述多个指令块中的至少指定曲线移动的曲线块，计算以使所述指定速度最初从零以前修正时间常数加速、最后以所述前修正时间常数减速至零的方式修正后的合成速度；以及前修正速度计算部，其计算实现所述合成速度的各驱动轴的按照时间的前修正速度。

本公开的一个方式所涉及的数值控制程序用于根据包含分别确定对象的指定速度的多个指令块的加工程序，控制具有驱动所述对象的多个驱动轴的加工装置，所述数值控制程序具备：合成速度计算控制部，其针对所述多个指令块中的至少指定曲线移动的曲线块，计算以使所述指定速度最初从零开始以前修正时间常数加速、最后以所述前修正时间常数减速至零的方式修正后的合成速度；以及前修正速度计算控制部，其计算实现所述合成速度的各驱动轴的按照时间的前修正速度。

发明效果

根据本发明，能够提供一种在抑制移动路径的误差的同时不要求过大的速度以及加速度的数值控制装置以及数值控制程序。

附图说明

图1是表示本公开的一实施方式的数值控制装置的结构的框图。

图2是表示通过加工程序确定的移动路径的一例的图。

图3是表示图1的数值控制装置为了实现图2的移动路径而计算的各种速度的图。

图4是表示图2的移动路径、针对曲线块计算前修正速度的情况下的移动路径以及针对曲线块计算后修正速度的情况下的移动路径的图。

图5是表示在根据加工程序的情况下，计算前修正速度的情况以及计算后修正速度的情况下的移动速度的时间变化的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本公开的一实施方式的数值控制装置10的结构的框图。

数值控制装置10根据包含分别确定对象(例如工具、工件等)的指定速度的多个指令块的加工程序，控制具有驱动对象的多个驱动轴的加工装置。即，数值控制装置10向驱动加工装置的多个驱动轴的驱动电路(伺服驱动器)20输入指令值。在加工程序中，指令块通常通过指定移动路径的起点以及终点的坐标和移动速度来确定对象的移动路径。

数值控制装置10例如能够通过使具有CPU、存储器、输入输出接口等的计算机装置执行本公开的数值控制程序来实现。数值控制装置10具有程序读入部11、预处理部12、块判别部13、基准速度计算部14、后修正速度计算部15、合成速度计算部16、前修正速度计算部17以及输出速度计算部18。这些结构要素是对数值控制装置10的功能进行了分类的要素，也可以是不在物理构造以及程序构造中能够明确地区分的要素。

程序读入部11按照每个指令块将存储在存储介质中的加工程序读入到作业存储器内。程序读入部11也可以在存储区域的容量允许的范围内预先读入之后应执行的指令块。

在加工程序中应连续地处理的指令块的最初和最后指定了阶梯状的速度变化的情况下，预处理部12修正指令块的内容使在允许范围内的加速度下进行速度变化。

块判别部13判别指令块是指定对象的直线移动的直线块还是指定对象的曲线移动的曲线块。

基准速度计算部14针对直线块计算实现指定速度的各驱动轴的按照时间的速度理想值即基准速度。即，基准速度计算部14计算由指令块确定的对象的移动路径的起点与终点之间的各驱动轴的按照时间的速度理想值(再现忠实于指令块的移动的速度)。因此，基准速度计算部14执行对指令块的起点与终点之间的速度指令值进行插值的运算。

后修正速度计算部15计算以使基准速度计算部14计算出的基准速度最初从零以后修正时间常数加速，最后以后修正时间常数减速到零的方式修正后的后修正速度。因此，后修正速度依次具有速度逐渐增大的加速区间、速度恒定的恒速区间以及速度逐渐减少的减速区间。后修正时间常数根据加工装置的特性等而预先设定。

优选后修正速度计算部15将后修正速度设定为从基准速度的起点时刻加速，并且从基准速度的终点时刻减速。即，优选后修正速度计算部15通过以使基准速度的起点时刻的驱动轴的速度为零，从基准速度的起点时刻开始驱动轴的方式修正基准速度的时间变化来决定该指令块中的后修正速度的最初的时间变化。另外，优选后修正速度计算部15以将基准速度的起点时刻的驱动轴的速度作为基准速度计算部14计算出的速度，从基准速度的起点时刻开始驱动轴的减速的方式修正基准速度的时间变化(在终点时刻之后附加速度变化)，由此决定该指令块中的后修正速度的最后的时间变化。这样的后修正速度作为例子，能够将某时刻的后修正速度计算为从比该时刻靠前后修正时间常数的时刻到该时刻为止的基准速度的平均值。

合成速度计算部16针对曲线块计算以使指定速度最初从零以前修正时间常数加速，最后以前修正时间常数减速到零的方式修正后的合成速度。即，合成速度计算部16在计算每个时刻的驱动轴的速度之前，修正成为每个时刻的驱动轴的速度的计算依据的对象的移动速度。该合成速度计算部16在曲线块所指定的移动路径上进行加速以及减速。即，合成速度计算部16计算指定速度的加速以及减速作为角速度的变化。

合成速度计算部16可以将加速区间的前修正时间常数和减速区间的前修正时间常数设定为不同的值，也可以针对每个指令块将前修正时间常数的值设定为不同的值。但是，合成速度计算部16在前一个指令块是直线块的情况下，优选使前修正时间常数与应用于前一个指令块的后修正时间常数相等。由此，由合成速度计算部16进行的曲线块的最初的移动速度的减速被后修正速度计算部15在前一个直线块的速度变化的最后附加的减速部分抵消。因此，在直线块与曲线块的边界不产生变形的速度变化，因此抑制加工装置的振动等。另外，在曲线块连续，前面的曲线块的终点的移动方向与后面的曲线块的起点的移动方向一致的情况下，前面的曲线块的减速区间的前修正时间常数以及后面的曲线块的加速区间的前修正时间常数可以为零。

前修正速度计算部17计算实现合成速度计算部16计算出的合成速度的各驱动轴的每个时间的速度即前修正速度。这样，基于将基于指令块的速度变化修正为在起点附近及终点附近不产生过大的速度变化后的合成速度，对起点与终点之间的速度变化进行插值，由此能够减小实际的对象的移动路径从由指令块确定的移动路径的偏移。

输出速度计算部18计算将后修正速度计算部15计算出的后修正速度与前修正速度计算部17计算出的前修正速度相加后得到的输出速度。即，输出速度计算部18使之前的指令块的终点时刻与下一个指令块的起点时刻重合，通过连接各指令块的后修正速度或前修正速度，计算指定各驱动轴的速度的时间变化的输出速度。由此，能够不要求过大的速度以及加速度，而将使对象沿着由多个指令块确定的复杂的移动路径比较准确地移动的指令值输入到驱动电路20。

根据以上的说明可知，用于实现数值控制装置10的本公开的数值控制程序具备实现程序读入部11的程序读入控制部、实现预处理部12的预处理控制部、实现块判别部13的块判别控制部、实现基准速度计算部14的基准速度计算控制部、实现后修正速度计算部15的后修正速度计算控制部、实现合成速度计算部16的合成速度计算控制部、实现前修正速度计算部17的前修正速度计算控制部以及实现输出速度计算部18的输出速度计算控制部。本公开的数值控制程序能够以在非暂时性地存储程序的存储介质中存储的状态提供。

具体说明数值控制装置10中的来自加工程序的输出速度的计算。作为例子，对加工程序如图2所示依次连续地具有第一直线块N1、曲线块N2以及第二直线块N3的情况进行说明。在该例中，加工装置具有使对象在X方向上移动的X方向驱动轴和使对象在Y方向上移动的Y方向驱动轴，使对象在X-Y平面上移动。

图3针对图2的第一直线块N1、曲线块N2以及第二直线块N3示出每个指令块的指定速度、每个驱动轴的合成速度、前修正速度、基准速度、后修正速度以及输出速度。此外，图中的标记表示速度值确定的点。

在图示的例子中，第一直线块N1、曲线块N2以及第二直线块N3中的指定速度(移动速度的绝对值)不变化而仅其朝向变化。具体而言，第一直线块N1指定X方向的等速移动，曲线块N2指定描绘中心角90°的圆弧的等速移动，第二直线块N3指定Y方向的等速移动。

基准速度计算部14将第一直线块N1的速度以及第二直线块N3的速度分别分解成X方向的分量和Y方向的分量，计算(插值)X方向的分量以及Y方向的分量的每个时间的值。由此，得到X方向驱动轴的各时刻的速度的连续数据即X轴基准速度和Y方向驱动轴的速度即各时刻的速度的连续数据即Y轴基准速度。第一直线块N1由具有一定值的X轴基准速度和不具有值(速度始终为零)的Y轴基准速度来表示。第二直线块N3由不具有值的X轴基准速度和具有一定值的Y轴基准速度来表示。

后修正速度计算部15以使X轴基准速度以及Y轴基准速度以预定的后修正时间常数加速以及减速的方式进行修正，由此计算X轴后修正速度以及Y轴后修正速度。在图示的例子中，X轴后修正速度和Y轴后修正速度从X轴基准速度和Y轴基准速度的起点时刻开始加速，从X轴基准速度和Y轴基准速度的终点时刻减速。其结果，第一直线块N1由速度变化为梯形形状的X轴后修正速度和不具有值的Y轴后修正速度表示。第二直线块N3由不具有值的X轴后修正速度和速度变化为梯形的Y轴后修正速度表示。

合成速度计算部16修正曲线块N2的指定速度，计算最初从零以前修正时间常数加速到零，最后以修正时间常数减速到零的合成速度。由此，曲线块N2由绝对值以梯形形状进行速度变化的合成速度表示。曲线块N2的前修正时间常数被设定为与应用于前一个第一直线块N1的后修正时间常数相等。

前修正速度计算部17计算能够实现合成速度的X方向驱动轴以及Y方向驱动轴的每个时刻的速度即X轴前修正速度以及Y轴前修正速度。从曲线块N2的路径的中心观察，若将该时刻的对象的位置相对于起点位置的角度设为θ，则X轴前修正速度为合成速度乘以sinθ而得到的，Y轴前修正速度为合成速度乘以cosθ而得到的。

输出速度计算部18通过将第一直线块N1的X轴后修正速度、曲线块N2的X轴前修正速度、第二直线块N3的X轴后修正速度相加来算出成为X方向驱动轴的动作指令值的X轴输出速度，将第一直线块N1的Y轴后修正速度、曲线块N2的Y轴前修正速度、第二直线块N3的Y轴后修正速度相加，由此计算出成为Y方向驱动轴的动作指令值的Y轴输出速度。

由于第一直线块N1的X轴后修正速度的减速区间与曲线块N2的X轴前修正速度的加速区间在时间上重叠，因此在该时间范围内，将第一直线块N1的X轴后修正速度与曲线块N2的X轴前修正速度相加而得到的速度成为X轴输出速度。同样地，也将曲线块N2的X轴前修正速度的减速区间与第二直线块N3的X轴后修正速度的加速区间相加。由于用于附加减速区间的速度增加与用于形成加速区间的速度减少相互抵消，因此X轴输出速度成为不包含过大的速度或加速度而连续地增减的变化，也抑制对象的移动路径的误差。另外，关于Y轴输出速度，也与X轴输出速度同样地将Y轴后修正速度以及Y轴前修正速度的减速区间与加速区间相加，成为不包含过大的速度或者加速度而连续地增减的变化，也抑制对象的移动路径的误差。

图4示出了在图2的加工程序中指定的对象的移动路径、按照数值控制装置10的动作指令值(针对曲线块N2由合成速度计算部16以及前修正速度计算部17计算出前修正速度的情况下的动作指令值)的路径、按照针对曲线块N2也由基准速度计算部14以及后修正速度计算部15计算出后修正速度的情况下的动作指令值的路径。另外，图5表示与图4对应的对象的移动速度的时间变化。

计算出前修正速度时的移动路径(实线)和计算出后修正速度时的移动路径(双点划线)在加工程序指定的移动路径(单点划线)的圆弧移动开始点A处开始Y轴方向的加速，在点C1和C2处分别完成Y轴方向的加速。计算前修正速度时的加速距离L1变得比计算后修正速度时的加速距离L2短。因此，计算出前修正速度时的速度梯度大于计算出后修正速度时的速度梯度。

如上所述，数值控制装置10在计算出在曲线块的指定速度设置了加速区间以及减速区间的合成速度之后，计算各轴的每个时刻的速度即前修正速度，由此抑制移动路径的误差，并且不要求过大的速度以及加速度。

以上，对本公开所涉及的数值控制装置以及数值控制程序的实施方式进行了说明，但本公开所涉及的数值控制装置以及数值控制程序并不限定于所述的实施方式。另外，所述的实施方式所记载的效果只不过列举了由本公开所涉及的数值控制装置以及数值控制程序产生的最佳的效果，本公开所涉及的数值控制装置以及数值控制程序的效果并不限定于所述的实施方式所记载的效果。

在本公开的数值控制装置以及数值控制程序中，曲线块不限于确定圆弧的块，例如也可以确定椭圆曲线、螺旋形(spiral)曲线、渐开线曲线等二维曲线、陀螺(helical)式曲线等三维曲线的块。

本公开的数值控制装置以及数值控制程序也可以构成为，不判别曲线块和直线块，直线块也在合成速度计算部以及前修正速度计算部中处理来计算前修正速度。

附图标记的说明

10数值控制装置

11程序读入部

12预处理部

13块判别部

14基准速度计算部

15后修正速度计算部

16合成速度计算部。

17前修正速度计算部

18输出速度计算部

20驱动电路。

Claims (5)

1.一种数值控制装置，根据包含分别确定对象的指定速度的多个指令块的加工程序，控制具有驱动所述对象的多个驱动轴的加工装置，其特征在于，

所述数值控制装置具备：

合成速度计算部，其针对所述多个指令块中的至少指定曲线移动的曲线块，计算以使所述指定速度最初从零以前修正时间常数加速、最后以所述前修正时间常数减速到零的方式修正后的合成速度；以及

前修正速度计算部，其计算实现所述合成速度的各驱动轴的按照时间的前修正速度。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述数值控制装置还具备：

块判别部，其判别所述指令块是所述曲线块还是指定直线移动的直线块；

基准速度计算部，其针对所述直线块计算实现所述指定速度的各驱动轴的按照时间的基准速度；

后修正速度计算部，其计算以使所述基准速度最初从零以后修正时间常数加速、最后以所述后修正时间常数减速到零的方式修正后的后修正速度；以及

输出速度计算部，其计算将所述前修正速度和所述后修正速度相加后得到的输出速度。

3.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，

合成速度计算部决定为使所述合成速度从所述曲线块的起点时刻加速，并且从所述曲线块的终点时刻减速，

所述后修正速度计算部将所述后修正速度决定为从所述基准速度的起点时刻加速，并且从所述基准速度的终点时刻减速。

4.根据权利要求2或3所述的数值控制装置，其特征在于，

在前一个所述指令块是所述直线块的情况下，所述合成速度计算部使所述前修正时间常数与应用于前一个的所述直线块的所述后修正时间常数相等。

5.一种数值控制程序，用于根据包含分别确定对象的指定速度的多个指令块的加工程序，控制具有驱动所述对象的多个驱动轴的加工装置，其特征在于，

所述数值控制程序具备：

合成速度计算控制部，其针对所述多个指令块中的至少指定曲线移动的曲线块，计算以使所述指定速度最初从零以前修正时间常数加速、最后以所述前修正时间常数减速到零的方式修正后的合成速度；以及

前修正速度计算控制部，其计算实现所述合成速度的各驱动轴的按照时间的前修正速度。