DE102015009871B4 - Numerische Steuereinheit mit Eckwegerzeugungsfunktion unter Berücksichtigung von Beschleunigung/Verlangsamung nach Interpolation - Google Patents

Abstract

Numerische Steuereinheit (100), die eine Werkzeugmaschine steuert, die mehrere Steuerachsen umfasst, um einen Fehler durch einen nach innen gerichteten Versatz auszugleichen, indem ein neuer gekrümmter Bewegungsweg in einen Eckabschnitt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Blöcken in einem Bearbeitungsprogramm, das mehrere Blöcke umfasst, eingefügt wird, wobei die numerische Steuereinheit (100) Folgendes umfasst:
eine Einheit zur Einstellung eines zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrags, die dazu konfiguriert ist, einen zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrag (I_S) einzustellen, der an dem Eckabschnitt zwischen den Blöcken erzeugt wird; und
eine Eckwegerzeugungseinheit (140), die dazu konfiguriert ist, den gekrümmten Bewegungsweg mit einem nach innen gerichteten Versatzbetrag (I), der nicht größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag (I_S) ist, in den Eckabschnitt zwischen den Blöcken einzufügen,
wobei die Eckwegerzeugungseinheit (140) dazu konfiguriert ist, einen geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrag (S), der erzeugt wird, wenn der Eckabschnitt einer Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation unterzogen wird, auf der Basis des Krümmungsradius der Kurve und zulässiger Beschleunigungen der Achsen der Werkzeugmaschine zu berechnen und einen derartigen gekrümmten neuen Bewegungsweg, so dass der nach innen gerichtete neue Versatzbetrag einen Wert hat, der durch Subtrahieren des geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrags (S) von dem zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrag (I_S) erhalten wird, in den Eckabschnitt zwischen den Blöcken in dem Fall einzufügen, in dem die Summe des nach innen gerichteten Versatzbetrags (I) der Kurve und des geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrags (S) größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag (I_S) ist.

Description

• ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuereinheit und insbesondere eine numerische Steuereinheit, die die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks (maschinell zu bearbeitenden Objekts) sicherstellen kann, während sie die Erschütterung an einer Maschine unterdrückt, indem sie eine Kurve unter Berücksichtigung eines nach innen gerichteten Versatzbetrags (Drehumfang) aufgrund einer Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation berechnet und die Kurve in einen Befehlsweg eines Bearbeitungsprogramms einfügt.
• Beschreibung des Standes der Technik
• Beim kontinuierlichen Ausführen von Blöcken für einen Bearbeitungsbefehl bei der numerischen Steuerung wird in einem Bearbeitungsweg eine Ecke gebildet, wenn sich die Bewegungsrichtung ändert. Da sich die Geschwindigkeit jeder sich bewegenden Achse plötzlich an einem Eckabschnitt ändert, kann eine Maschine dazu neigen, einer Erschütterung zu unterliegen.
• Bei der herkömmlichen numerischen Steuerung wird die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitung für jede Achse nahe der Ecke durchgeführt, um eine derartige Erschütterung zu unterdrücken. Die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitung umfasst eine Beschleunigung/Verlangsamung vor der Interpolation und eine Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation. Bei der Beschleunigung/Verlangsamung vor der Interpolation wird die Beschleunigung/Verlangsamung entlang dem Bearbeitungsweg vor der Interpolationsverarbeitung durchgeführt. Bei der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation wird die Beschleunigung/Verlangsamung für jede Achse nach der Interpolationsverarbeitung durchgeführt.
• Bei der Beschleunigung/Verlangsamung vor der Interpolation wird eine Eckengeschwindigkeit derart berechnet, dass eine Geschwindigkeitsvariation jeder Achse nicht größer als eine vorherbestimmte zulässige Geschwindigkeitsdifferenz ist, um eine plötzliche Geschwindigkeitsänderung jeder Achse an dem Eckabschnitt zu unterdrücken. Dann wird eine Geschwindigkeitssteuerung derart durchgeführt, dass die Vorschubgeschwindigkeit an einem Punkt kurz vor dem Eckabschnitt verringert wird, so dass die Geschwindigkeit an dem Eckabschnitt die berechnete Eckengeschwindigkeit erreicht und die Vorschubgeschwindigkeit erhöht wird, nachdem der Eckabschnitt erreicht wurde.
• Bei der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation werden die Geschwindigkeiten der Achsen, die durch die Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation bestimmt werden, lokal auf Zeitbasis gemittelt, d. h. von der Steuerung wird bewirkt, dass sie eine Geschwindigkeitsänderung jeder Achse unterdrückt, um eine Erschütterung an der Maschine weiter zu unterdrücken. Infolgedessen wird die Beschleunigung/Verlangsamung überlappend zwischen den Blöcken durchgeführt, so dass der Bearbeitungsweg von einem spezifizierten Weg abweicht, wodurch ein Fehler eines nach innen gerichteten Versatzes bewirkt wird.
• Anstelle des Unterdrückens der Erschütterung an der Maschine durch die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitung kann die Ecke selbst entfernt werden, indem der Befehl geändert wird. In diesem Verfahren wird die Ecke entfernt, indem eine Kurve eingefügt wird, die Blöcke vor und hinter der Ecke innerhalb des Bereichs eines zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrags in den Eckabschnitt in dem Bearbeitungsbefehl nahtlos verbindet. Dieses Verfahren ist mit dem Verfahren der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation identisch, in dem der nach innen gerichtete Versatz auftritt. Da die Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation auf Zeitbasis gemittelt wird, ändert sich der nach innen gerichtete Versatzbetrag jedoch in Abhängigkeit von der Eckenform und der Vorschubgeschwindigkeit. Da die in den Eckabschnitt eingefügte Kurve nicht von der Eckenform oder der Vorschubgeschwindigkeit abhängt, kann die Bearbeitungsgenauigkeit im Gegensatz dazu einfach gesteuert werden.
• JP 2008 - 225 825 A schlägt ein Verfahren des Standes der Technik zum Steuern des nach innen gerichteten Versatzbetrags an dem Eckabschnitt vor. Gemäß diesem Verfahren wird eine Ecke entfernt, indem mehrere glatte Kurven zwischen Blöcken auf ihren gegenüberliegenden Seiten eingefügt werden. Des Weiteren löst eine in JP 2013 - 69 123 A offenbarte Technik das Problem, dass der nach innen gerichtete Versatzbetrag seine Toleranz aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation überschreitet, indem eine Sollvorschubgeschwindigkeit an dem Eckabschnitt auf eine geeignete Geschwindigkeit verringert wird.
• Darüber hinaus schlägt JP 2014 - 21 759 A ein Verfahren vor, in dem ein nach innen gerichteter Versatzbetrag an einer Ecke so gesteuert wird, dass er innerhalb einer vorherbestimmten Toleranz ohne Berücksichtigung der Bearbeitungsform oder der Befehlsgeschwindigkeit liegt, indem mehrere Kurven zwischen Blöcken vor und hinter der Ecke eingefügt werden, und eine Erschütterung an einer Maschine wird gemildert, indem die Richtung und die Krümmung an der Ecke kontinuierlich variiert werden.
• Wenn die Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation durchgeführt wird, ändert sich der nach innen gerichtete Versatzbetrag in Abhängigkeit von dem Richtungsänderungswinkel an dem Eckabschnitt, dem Unterschied zwischen Achsen, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten der Ecke bewegen, oder einer Zeitkonstante, die die Eigenschaften der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation angibt. Um den nach innen gerichteten Versatzbetrag auf einen bestimmen Wert zu begrenzen, müssen die zulässige Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Achsen und die Zeitkonstante der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation für jede verwendete Maschine und jedes verwendete Bearbeitungsprogramm justiert werden.
• Obwohl der nach innen gerichtete Versatzbetrag an dem Eckabschnitt gesteuert werden kann, wenn die Kurven in den Eckabschnitt eingefügt werden, werden andererseits Interpolationspunkte zu separaten Daten, wenn die Kurven interpoliert werden. Da Befehlsimpulse für einen Servomotor aus den Interpolationspunkten erzeugt werden, können sie keine strikt kontinuierlichen Werte annehmen. Es ist somit schwierig, eine Erschütterung an der Maschine, die von der Einfügung der Kurven bewirkt wird, vollständig zu unterdrücken, so dass die Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation im Allgemeinen mit der Einfügung durchgeführt wird.
• Da der Servomotor auch einer gewissen Verzögerung von den Befehlsimpulsen von einer numerischen Steuereinheit unterliegt, können Einflüsse der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation und die Servomotorverzögerung darüber hinaus nicht komplett ignoriert werden, selbst wenn die Kurven in den Eckabschnitt eingefügt werden.
• Die in JP 2008 - 225 825 A und in JP 2014 - 21 759 A beschriebenen Techniken weisen jedoch ein Problem auf, dass die Kurven in den Eckabschnitt eingefügt werden, ohne den nach innen gerichteten Versatzbetrag aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation oder der Servomotorverzögerung zu berücksichtigen. Des Weiteren weist die in JP 2013 - 69 123 A beschriebene Technik ein Problem auf, dass die Zeitkonstante der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation erhöht werden muss, um die Erschütterung an dem Eckabschnitt zu unterdrücken, so dass die Vorschubgeschwindigkeit vollständig verringert werden muss, um den nach innen gerichteten Versatzbetrag an dem Eckabschnitt einzuschränken.
• KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Dementsprechend besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, eine numerische Steuereinheit bereitzustellen, die eine Erschütterung an einer Maschine auf den gegenüberliegenden Seiten einer Ecke unterdrücken kann, während die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks sichergestellt wird.
• Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine numerische Steuereinheit nach Anspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in dem Unteranspruch beschrieben.
• Eine numerische Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine Werkzeugmaschine, das mehrere Steuerachsen umfasst, um einen Fehler durch einen nach innen gerichteten Versatz auszugleichen, indem ein neuer gekrümmter Bewegungsweg in einen Eckabschnitt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Blöcken in einem Bearbeitungsprogramm, das mehrere Blöcke umfasst, eingefügt wird. Die numerische Steuereinheit umfasst eine Einheit zur Einstellung eines zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrags, die dazu konfiguriert ist, einen zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrag einzustellen, der an dem Eckabschnitt zwischen den Blöcken erzeugt wird, und eine Eckwegerzeugungseinheit, die dazu konfiguriert ist, den gekrümmten Bewegungsweg mit einem nach innen gerichteten Versatzbetrag, der nicht größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag ist, in den Eckabschnitt zwischen den Blöcken einzufügen. Die Eckwegerzeugungseinheit ist dazu konfiguriert, einen geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrag, der erzeugt wird, wenn der Eckabschnitt einer Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation unterzogen wird, auf der Basis des Krümmungsradius der Kurve und zulässiger Beschleunigungen der Achsen der Werkzeugmaschine zu berechnen und einen derartigen gekrümmten neuen Bewegungsweg, so dass der nach innen gerichtete neue Versatzbetrag einen Wert hat, der durch Subtrahieren des geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrags von dem zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrag erhalten wird, in den Eckabschnitt zwischen den Blöcken in dem Fall einzufügen, in dem die Summe des nach innen gerichteten Versatzbetrags der Kurve und des geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrags größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag ist.
• Die Eckwegerzeugungseinheit kann dazu konfiguriert sein, den geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrag wie folgt zu berechnen: $$\text{S}=\left\{\left(1\text{/}24\right){\text{T}}_1{}^2+\left(1\text{/}2\right){\text{T}}_2{}^2\right\}\cdot \left({\text{v}}^2\text{/r}\right),$$

  

  wobei T₁ eine Zeitkonstante der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation ist, T₂ eine Servomotorzeitkonstante ist, v eine Vorschubgeschwindigkeit ist und r ein Kreisbogenradius ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein nach innen gerichteter Versatzbetrag aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation oder ein nach innen gerichteter Versatzbetrag aufgrund einer Servomotorverzögerung bei der Steuerung zum Einfügen der Kurve, die die Blöcke vor und hinter der Ecke nahtlos verbindet, geschätzt und der nach innen gerichtete Versatzbetrag der in den Eckabschnitt einzufügenden Kurve wird begrenzt. Somit wird ein Problem gelöst, indem der Weg, der der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation unterzogen wird, gesteuert wird, so dass der nach innen gerichtete Versatzbetrag des Wegs schließlich in einen Toleranzbereich fällt. Beim Einfügen der Kurve kann darüber hinaus die Bearbeitungsgenauigkeit des Wegs, der der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation unterzogen wird, gesteuert werden, indem zuvor der nach innen gerichtete Versatzbetrag aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation von dem zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrag subtrahiert wird.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann eine maschinelle Bearbeitung mit einer spezifizierten Genauigkeit ohne Berücksichtigung der Eckenform oder der Vorschubgeschwindigkeit, wenn die Kurve in den Eckabschnitt eingefügt wird, so dass die Blöcke vor und hinter der Ecke nahtlos verbunden werden, auf der Basis der Kombination mit der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation erzielt werden. Somit kann die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks sichergestellt werden, während eine Erschütterung an einer Maschine durch die Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation unterdrückt wird.
• Figurenliste
• Die obigen und andere Gegenstände und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, in denen:
• 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer numerischen Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
• 2 ein Funktionsblockdiagramm der numerischen Steuereinheit von 1 ist;
• 3 ein Diagramm ist, das einen Steuerachsenweg im Vorgang der Kurveneinfügung bei einer Eckwegerzeugungsverarbeitung, die von der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, darstellt;
• 4 ein Diagramm ist, das einen Steuerachsenweg nach der Kurveneinfügung bei der Eckwegerzeugungsverarbeitung, die von der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, darstellt;
• 5 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Verarbeitungsablauf in dem Fall zeigt, in dem die Eckwegerzeugungsverarbeitung durch eine Eckwegerzeugungseinheit von 2 auf der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird; und
• 6 eine schematische Ansicht einer Werkzeugmaschine für eine Fünf-Achsen-Bearbeitung ist, das drei Linearachsen (X-, Y- und Z-Achse) und zwei Drehachsen (B- und C-Achse) umfasst, die von der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung gesteuert werden.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer numerischen Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Eine CPU 11 ist ein Prozessor zum allgemeinen Steuern einer numerischen Steuereinheit 100, und sie liest ein Systemprogramm, das in einem ROM 12 gespeichert ist, durch einen Bus 20 und steuert allgemein die numerische Steuereinheit 100 gemäß dem gelesenen Systemprogramm. Ein RAM 13 ist mit temporären Berechnungsdaten, Anzeigedaten und verschiedenen Dateneingaben durch einen Bediener durch eine Anzeige/MDI-Einheit 70 geladen.
• Ein CMOS-Speicher 14 ist als ein nichtflüchtiger Speicher konstruiert, der von einer Batterie (nicht gezeigt) gestützt wird, so dass er seinen Speicherzustand selbst nach dem Ausschalten der numerischen Steuereinheit 100 aufrechterhalten kann. Auf dem CMOS-Speicher 14 ist ein Bearbeitungsprogramm, das durch eine Schnittstelle 15 gelesen wird, ein Bearbeitungsprogramm, das durch die Anzeige/MDI-Einheit 70 eingegeben wird, und dergleichen gespeichert. Des Weiteren ist der ROM 12 mit verschiedenen Systemprogrammen zur Ausführung einer Bearbeitungsmodusverarbeitung vorgeladen, die für die Erzeugung und Bearbeitung der Bearbeitungsprogramme und die Verarbeitung für einen Automatikbetrieb erforderlich sind.
• Verschiedene Bearbeitungsprogramme, wie diejenigen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung, können durch die Schnittstelle 15 oder die Anzeige/MDI-Einheit 70 eingegeben und in dem CMOS-Speicher 14 gespeichert werden.
• Die Schnittstelle 15 ermöglicht eine Verbindung zwischen der numerischen Steuereinheit 100 und einer externen Vorrichtung 72, wie einem Adapter. Die Bearbeitungsprogramme, verschiedene Parameter und dergleichen werden aus der externen Vorrichtung 72 gelesen. Des Weiteren können die Bearbeitungsprogramme, die in der numerischen Steuereinheit 100 bearbeitet werden, durch die externe Vorrichtung 72 in externe Speichermittel gespeichert werden. Eine programmierbare Maschinensteuereinheit (programmable machine controller, PMC) 16 gibt Signale an Hilfsvorrichtungen (z. B. einen Aktor, wie eine Roboterhand für einen Werkzeugwechsel) einer Werkzeugmaschine durch eine E/A-Einheit 17 aus, wodurch sie diese gemäß sequentiellen Programmen in der numerischen Steuereinheit 100 steuert. Bei Empfangen von Signalen von verschiedenen Schaltern einer Steuertafel auf dem Gehäuse der Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) führt die PMC 16 darüber hinaus eine erforderliche Signalverarbeitung durch und liefert dann die Signale an die CPU 11.
• Die Anzeige/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabevorrichtung, die eine Anzeige, eine Tastatur und dergleichen umfasst. Eine Schnittstelle 18 empfängt Befehle und Daten von der Tastatur der Anzeige/MDI-Einheit 70 und liefert sie an die CPU 11. Eine Schnittstelle 19 ist mit einer Steuertafel 71 verbunden, die mit einem manuellen Impulsgenerator und dergleichen versehen ist.
• Achsensteuerschaltungen 30 bis 34 für einzelne Achsen empfangen Achsenbewegungsbefehle von der CPU 11 und geben die Befehle für die einzelnen Achsen an Servoverstärker 40 bis 44 aus. Bei Empfangen dieser Befehle treiben die Servoverstärker 40 bis 44 jeweils Servomotoren 50 bis 54 für die einzelnen Achsen an. Die Servomotoren 50 bis 54 binden einzeln Positions-/Geschwindigkeitsdetektoren ein. Positions-/Geschwindigkeitsrückkopplungssignale von diesen Positions-/Geschwindigkeitsdetektoren werden zurück in die Achsensteuerschaltungen 30 bis 34 gespeist, um eine Positions-/Geschwindigkeitsrückkopplungssteuerung auszuführen. Eine Positions-/Geschwindigkeitsrückkopplung ist in dem Blockdiagramm von 1 nicht gezeigt.
• Eine Spindelsteuerschaltung 60 empfängt einen Spindeldrehbefehl für die Werkzeugmaschine und gibt ein Spindelgeschwindigkeitssignal an einen Spindelverstärker 61 aus. Bei Empfangen dieses Spindelgeschwindigkeitssignals dreht der Spindelverstärker 61 einen Spindelmotor 62 der Werkzeugmaschine mit einer befohlenen Drehgeschwindigkeit, wodurch ein Werkzeug angetrieben wird.
• Ein Positionskodierer 63 ist mit dem Spindelmotor 62 durch Zahnräder, einen Riemen oder dergleichen verbunden. Der Positionskodierer 63 gibt Rückkopplungsimpulse synchron mit der Drehung einer Spindel aus, und die Rückkopplungsimpulse werden durch den Bus 20 von der CPU 11 gelesen.
• 2 ist ein Funktionsblockdiagramm der numerischen Steuereinheit 100 von 1.
• Die numerische Steuereinheit 100 umfasst eine Befehlsanalyseeinheit 110, eine Interpolationseinheit 120, eine Einheit für die Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation 130 und eine Eckwegerzeugungseinheit 140. Die Befehlsanalyseeinheit 110 analysiert ein Bearbeitungsprogramm 200, das aus einem CMOS-Speicher 14 oder dergleichen gelesen wird, und wandelt es in ein ausführbares Format um. Die Interpolationseinheit 120 führt eine Interpolationsverarbeitung auf der Basis einer ausführbaren Befehlsausgabe von der Befehlsanalyseeinheit 110 durch und gibt Bewegungsbefehle für die Achsen aus. Die Einheit für die Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation 130 führt eine Verarbeitung der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation für die Achsenbewegungsbefehle, die von der Interpolationseinheit 120 ausgegeben wurden, aus und führt eine Antriebssteuerung für die Achsen auf der Basis der verarbeiteten Achsenbewegungsbefehle aus.
• Die Eckwegerzeugungseinheit 140, die ein Charakteristikum der vorliegenden Erfindung bildet, funktioniert während der Analyseverarbeitung durch die Befehlsanalyseeinheit 110. Die Eckwegerzeugungseinheit 140 berechnet eine Kurve unter Berücksichtigung eines nach innen gerichteten Versatzbetrags aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation durch Eckwegerzeugungsverarbeitung (später beschrieben) und fügt die berechnete Kurve in einen Befehlsweg des Bearbeitungsprogramms ein.
• Das Folgende ist eine Beschreibung von Beispielen, in denen die Eckwegerzeugungsverarbeitung, die von der Eckwegerzeugungseinheit 140 durchgeführt wird, einzeln auf Werkzeugmaschinen für eine Drei-Achsen-Bearbeitung und eine Fünf-Achsen-Bearbeitung angewendet wird.
• Beispiel einer Eckwegerzeugungsverarbeitung, die auf eine Werkzeugmaschine für eine Drei-Achsen-Bearbeitung angewendet wird
• Bei der Eckwegerzeugungsverarbeitung dieses Beispiels wird eine Kurve in einen Eckabschnitt unter Berücksichtigung des nach innen gerichteten Versatzbetrags des Bewegungswegs, der durch die Verarbeitung der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation einer Freiformkurve erzeugt wurde, eingefügt. Bei der Eckwegerzeugungsverarbeitung wird ein Krümmungsradius r an einem willkürlichen Punkt auf der Kurve unter Berücksichtigung der Schwierigkeit der Schätzung des nach innen gerichteten Versatzbetrags aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation der Freiformkurve in dem Befehlsanalysevorgang berechnet und der nach innen gerichtete Versatzbetrag wird unter der Annahme geschätzt, dass der Punkt sich auf einem Bogen eines imaginären Kreises mit dem Radius r befindet. Das Folgende ist eine Beschreibung einer spezifischen Vorgehensweise.
• 3 ist ein Diagramm, das einen Achsenbewegungsweg für den Fall darstellt, in dem die Kurve innerhalb des Bereichs eines zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrags für den Eckabschnitt eingefügt wird. Da ein Verfahren zum Einfügen der Kurve innerhalb des Bereichs des zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrags für den Eckabschnitt eine herkömmliche Technik ist, wird sie nicht ausführlich hierin beschrieben.
• Wenn der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag für den Eckabschnitt I_S ist, wie in 3 gezeigt, kann eine Kurve, die Blöcke vor und hinter der Ecke nahtlos verbindet, innerhalb des Bereichs des zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrags I_S durch Verwendung der herkömmlichen Technik erhalten werden. Wenn dies vorgenommen wird, wird angenommen, dass der maximale Betrag des nach innen gerichteten Versatzes der zu erhaltenden Kurve 1 ist.
• Wenn maximal zulässige Beschleunigungen für die X-, Y- und Z-Achse, die die Maschine bilden, a_x, a_y bzw. a_z sind und wenn Achsenkomponenten eines Einheitsvektors m, der zu der Mitte des imaginären Kreisbogens gerichtet ist, cosθ_x, cosθ_y und cosθ_z sind, wird eine maximale Vorschubgeschwindigkeit v, die die maximal zulässige Beschleunigung für jede Achse nicht übersteigt, durch den Ausdruck (1) wie folgt angegeben: $$\begin{array}{l}\text{v}=\text{min}\left\{\text{F},\surd \left({\text{a}}_{\text{min}}\cdot \text{r}\right)\right\}\hfill \\ \left({\text{a}}_{\text{min}}=\text{min}\left\{\left({\text{a}}_{\text{x}}\text{/cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{x}}\right),\left({\text{a}}_{\text{y}}\text{/cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{y}}\right),\left({\text{a}}_{\text{z}}\text{/cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{z}}\right)\right\}\right),\hfill \end{array}$$

  

  wobei F und r eine Befehlsgeschwindigkeit bzw. der Kreisbogenradius sind.
• Wenn die Vorschubgeschwindigkeit, der Kreisbogenradius, die Zeitkonstante der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation und die Zeitkonstante der Servomotoren v, r, T₁ bzw. T₂ sind, kann ein nach innen gerichteter Versatzbetrag S für eine Kreisbogeninterpolation durch den Ausdruck (2) wie folgt approximiert werden: $$\text{S}=\left\{\left(1\text{/}24\right){\text{T}}_1{}^2+\left(1\text{/}2\right){\text{T}}_2{}^2\right\}\cdot \left({\text{v}}^2\text{/r}\right).$$

  
• Dementsprechend wird ein tatsächlicher nach innen gerichteter Versatzbetrag S_a unter Berücksichtigung einer gleichmäßigen Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation durch den Ausdruck (3) wie folgt angegeben: $${\text{S}}_{\text{a}}=\text{I}+\text{S}.$$

  
• Der so erhaltene Wert S_a verursacht kein Problem, wenn er S_a = 1 + S ≤ I_S ist. Wenn S_a = 1 + S > I_S ist, übersteigt der nach innen gerichtete Versatzbetrag an dem Eckabschnitt jedoch unweigerlich seine Toleranz infolge der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation. In diesem Fall, wie in 4 gezeigt, wird eine Kurve erneut in den Eckabschnitt eingefügt, wobei ein zulässiger nach innen gerichteter Versatzbetrag I_S' der Kurve an dem Eckabschnitt auf I_S' = I_S - S eingestellt ist.
• Das Obige ist eine Beschreibung eines Abrisses einer Verarbeitung zum Einfügen der Kurve in den Eckabschnitt in der Eckwegerzeugungsverarbeitung. Das Folgende ist eine Beschreibung, wie eine Summe S_a' (= 1' + S') eines nach innen gerichteten Versatzbetrags 1' der so erhaltenen Kurve und eines nach innen gerichteten Versatzbetrags S' aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation nicht größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag I_S an dem Eckabschnitt wird. Die Beziehung zwischen I' und I_S (I' ≤ I_S') kann durch den Ausdruck (4) wie folgt dargestellt werden: $$\text{I'}\le {\text{I}}_{\text{S}}\text{'}={\text{I}}_{\text{S}}-\text{S}.$$

  
• Im Allgemeinen verursacht ein nach innen gerichteter Versatzbetrag aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation ein Problem, wenn der Krümmungsradius eines imaginären Kreises klein ist oder die Befehlsgeschwindigkeit hoch ist. Wenn der nach innen gerichtete Versatzbetrag aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation unter diesen Bedingungen problematisch ist, wird die Vorschubgeschwindigkeit an dem Eckabschnitt auf der Basis des Ausdrucks (1) durch den Ausdruck (5) wie folgt angegeben. $$\text{v}=\surd \left({\text{a}}_{\text{min}}\cdot \text{r}\right).$$

  
• Durch Anwenden des Ausdrucks (5) auf den Ausdruck (2) kann der Ausdruck (6) wie folgt abgeleitet werden: $$\text{S}=\left\{\left(1\text{/}24\right){\text{T}}_1{}^2+\left(1\text{/}2\right){\text{T}}_2{}^2\right\}\cdot {\text{a}}_{\text{min}}.$$

  
• Es lässt sich folglich erkennen, dass der nach innen gerichtete Versatzbetrag aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation durch die zulässige Beschleunigung ohne Abhängigkeit von dem Krümmungsradius der Kurve oder der Vorschubgeschwindigkeit bestimmt wird. Wenn die Einheitsvektoren cosθ_x, cosθ_y und cosθ_z, die zu den Mitten der imaginären Kreisbögen der Kurven gerichtet sind, die als I_S und I_S' in den Eckabschnitt eingefügt werden, im Wesentlichen invariabel sind, ist S' mit S identisch, so dass der Ausdruck (7) wie folgt abgeleitet werden kann, indem S' = S auf den Ausdruck (4) angewendet wird: $${\text{S}}_{\text{a}}\text{'}=\text{I'}+\text{S'}<{\text{I}}_{\text{S}}-\text{S}+\text{S}={\text{I}}_{\text{S}}.$$

  
• Dementsprechend ist der nach innen gerichtete Versatzbetrag S_a' unter Berücksichtigung der gleichmäßigen Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation der erhaltenen Kurve nicht größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag.
• 5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf in dem Fall zeigt, in dem die Eckwegerzeugungsverarbeitung durch die oben beschriebene Eckwegerzeugungseinheit 140 an der numerischen Steuereinheit durchgeführt wird. Diese Verarbeitung wird aktiviert und durchgeführt, wenn der Eckabschnitt von einem Bearbeitungsweg definiert wird, während die Bewegungsrichtung sich ändert, wenn die Bewegungsbefehle von der Befehlsanalyseeinheit 110 analysiert werden.
• [Schritt SA01] Eine Kurve wird in den Eckabschnitt eingefügt, so dass der nach innen gerichtete Versatzbetrag nicht größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag I_S an dem Eckabschnitt ist, und die Blöcke vor und hinter der Ecke werden nahtlos verbunden. Es wird angenommen, dass der nach innen gerichtete Versatzbetrag der Kurve in diesem Zustand 1 ist.
• [Schritt SA02] Der nach innen gerichtete Versatzbetrag S aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation wird auf der Basis des Krümmungsradius der in Schritt SA01 eingefügten Kurve und den zulässigen Beschleunigungen für die Achsen geschätzt. Die zulässigen Beschleunigungen für die Achsen können entweder aus Parameterwerten für die Achsen, die in der numerischen Steuereinheit 100 eingestellt sind, abgerufen werden oder durch Befehle in dem Bearbeitungsprogramm bezeichnet werden.
• [Schritt SA03] Es wird bestimmt, ob die Summe des in Schritt SA01 erhaltenen nach innen gerichteten Versatzbetrags I der Kurve und des in Schritt SA02 geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrags S aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag I_S an dem Eckabschnitt ist oder nicht. Wenn die Summe größer als der nach innen gerichtete Versatzbetrag I_S an dem Eckabschnitt ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt SA04 fort. Falls nicht, endet diese Verarbeitung.
• [Schritt SA04] Eine Kurve wird in den Eckabschnitt eingefügt, so dass der nach innen gerichtete Versatzbetrag nicht größer (I_S - S) ist, und die Blöcke vor und hinter der Ecke werden nahtlos verbunden.
• Wie oben beschrieben, wird der Achsenbewegungsweg für den Fall, in dem die Kurve durch die Eckwegerzeugungsverarbeitung, die auf die Werkzeugmaschine für eine Drei-Achsen-Bearbeitung angewendet wird, eingefügt wird, schließlich zu einem derartigen Bewegungsweg, dass sein nach innen gerichteter Versatzbetrag, der von der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation beeinflusst wird, in einen Toleranzbereich fällt. Somit kann die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks sichergestellt werden, während eine Erschütterung an der Maschine durch die Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation unterdrückt wird.
• (II) Beispiel einer Eckwegerzeugungsverarbeitung, die auf eine Werkzeugmaschine für eine Fünf-Achsen-Bearbeitung angewendet wird
• Dieses Beispiel der Eckwegerzeugungsverarbeitung wird auf eine Werkzeugmaschine für eine Fünf-Achsen-Bearbeitung angewendet, das drei Linearachsen (X-, Y- und Z-Achse) und zwei Drehachsen (B- und C-Achse) umfasst.
• 6 ist eine schematische Ansicht der Werkzeugmaschine für eine Fünf-Achsen-Bearbeitung, das die drei Linearachsen (X-, Y- und Z-Achse) und die zwei Drehachsen (B- und C-Achse) umfasst. In dieser Werkzeugmaschine, wie in 6 gezeigt, bewegt sich ein Tisch 3, auf dem ein Werkstück 2 platziert ist, auf einer XY-Achsen-Ebene, während ein Werkzeugkopf 1 mit einem Werkzeug sich entlang der Z-Achse bewegt. Die B- und die C-Achse sind Drehachsen.
• Wenn die Werkzeugmaschine dieser Art mittels der numerischen Steuereinheit 100 gesteuert wird, wollen wir annehmen, dass eine Kurve innerhalb des Bereichs eines zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrags für einen Eckabschnitt jeder Linearachse eingefügt wird, so dass Blöcke vor und hinter der Ecke nahtlos verbunden werden können. In diesem Fall werden der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag an dem Eckabschnitt jeder Linearachse und der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag jeder Drehachse durch I_sl bzw. I_sr dargestellt. Zudem werden der maximale nach innen gerichtete Versatzbetrag der Linearachse der eingefügten Kurve und der der Drehachse durch I_l bzw. I_r dargestellt.
• Wenn maximal zulässige Beschleunigungen für die X-, Y-, Z-, B- und C-Achse, die die Maschine bilden, a_x, a_y a_z, a_b bzw. a_c sind und wenn Achsenkomponenten eines Einheitsvektors, der zu der Mitte eines imaginären Kreisbogens gerichtet ist, cosθ_x, cosθ_y, cosθ_z, cosθ_b und cosθ_c sind, wird eine maximale Vorschubgeschwindigkeit v, die die maximal zulässige Beschleunigung für jede Achse nicht übersteigt, durch den Ausdruck (8) wie folgt angegeben: $$\begin{array}{l}\text{v}=\text{min}\left\{\text{F},\surd \left({\text{a}}_{\text{min}}\cdot \text{r}\right)\right\}\hfill \\ \left({\text{a}}_{\text{min}}=\text{min}\left\{\left({\text{a}}_{\text{x}}\text{/cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{x}}\right),\left({\text{a}}_{\text{y}}\text{/cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{y}}\right),\left({\text{a}}_{\text{z}}\text{/cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{z}}\right),\left({\text{a}}_{\text{y}}\text{/cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{b}}\right),\left({\text{a}}_{\text{z}}\text{/cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{c}}\right)\right\}\right),\hfill \end{array}$$

  

  wobei F eine Befehlsgeschwindigkeit ist und r der Radius des imaginären Kreisbogens in Kontakt mit einem willkürlichen Punkt auf der Kurve ist, wie in dem Fall des „Beispiels einer Eckwegerzeugungsverarbeitung, die auf eine Werkzeugmaschine für eine Drei-Achsen-Bearbeitung angewendet wird“.
• Wenn die Vorschubgeschwindigkeit, der Kreisbogenradius, die Zeitkonstante der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation und die Zeitkonstante von Servomotoren v, r, T₁ bzw. T₂ sind, kann ein nach innen gerichteter Versatzbetrag S für eine Kreisbogeninterpolation durch den Ausdruck (9) wie folgt approximiert werden: $$\text{S}=\left\{\left(1\text{/}24\right){\text{T}}_1{}^2+\left(1\text{/}2\right){\text{T}}_2{}^2\right\}\cdot \left({\text{v}}^2\text{/r}\right).$$

  
• Des Weiteren werden eine Linearachsenkomponente S_l und eine Drehachsenkomponente S_r des nach innen gerichteten Versatzbetrags für die Kreisbogeninterpolation aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation durch den Ausdruck (10) wie folgt definiert: $$\begin{array}{l}{\text{S}}_{\text{l}}=\surd \left({\text{cos}}^2{\mathrm{\theta }}_{\text{x}}+{\text{cos}}^2{\mathrm{\theta }}_{\text{y}}+{\text{cos}}^2{\mathrm{\theta }}_{\text{z}}\right)\cdot \text{S},\hfill \\ {\text{S}}_{\text{r}}=\text{max}\left\{\left|\text{cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{b}}\right|,\left|\text{cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{c}}\right|\right\}\cdot \text{S}.\hfill \end{array}$$

  
• Dementsprechend besteht ein tatsächlicher nach innen gerichteter Versatzbetrag unter Berücksichtigung einer gleichmäßigen Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation aus einer Linearachsenkomponente S_a1 (= I_l + S_l) und einer Drehachsenkomponente S_ar (= I_r + S_r).
• Es gibt kein Problem, wenn I_l + S_l ≤ I_sl und l_r + S_r ≤ I_sr gegeben sind. Wenn I_l + S_l > I_sl oder I_r + S_r > I_sr gegeben ist, übersteigt der nach innen gerichtete Versatzbetrag an dem Eckabschnitt jedoch unweigerlich seine Toleranz infolge der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation. In diesem Fall wird eine Kurve erneut in den Eckabschnitt eingefügt, wobei der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag an dem Eckabschnitt jeder Linearachse auf I_sl' = I_sl - S_l eingestellt ist, wenn I_l + S_l > I_sl gegeben ist, oder wobei der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag an dem Eckabschnitt jeder Drehachse auf I_sr' = I_sr - S_r eingestellt ist, wenn I_r + S_r > I_sr gegeben ist.
• Wenn I_sl' = I_sl - S_l < 0 oder I_sr' = I_sr - S_r < 0 gegeben ist, übersteigt andererseits der nach innen gerichtete Versatzbetrag aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation unweigerlich den zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrag, selbst wenn der nach innen gerichtete Versatzbetrag der Kurve null ist. Folglich wird der nach innen gerichtete Versatzbetrag aufgrund der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation auf den zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrag begrenzt, indem die Vorschubgeschwindigkeit an dem Eckabschnitt auf geeignete Weise verringert wird.
• Auf diese Weise kann die Eckwegerzeugungsverarbeitung auf der Basis der Einfügung der Kurve, die von der numerischen Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, auf die Werkzeugmaschine für eine Fünf-Achsen-Bearbeitung angewendet werden.

Claims (2)

1. Numerische Steuereinheit (100), die eine Werkzeugmaschine steuert, die mehrere Steuerachsen umfasst, um einen Fehler durch einen nach innen gerichteten Versatz auszugleichen, indem ein neuer gekrümmter Bewegungsweg in einen Eckabschnitt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Blöcken in einem Bearbeitungsprogramm, das mehrere Blöcke umfasst, eingefügt wird, wobei die numerische Steuereinheit (100) Folgendes umfasst: eine Einheit zur Einstellung eines zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrags, die dazu konfiguriert ist, einen zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrag (I_S) einzustellen, der an dem Eckabschnitt zwischen den Blöcken erzeugt wird; und eine Eckwegerzeugungseinheit (140), die dazu konfiguriert ist, den gekrümmten Bewegungsweg mit einem nach innen gerichteten Versatzbetrag (I), der nicht größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag (I_S) ist, in den Eckabschnitt zwischen den Blöcken einzufügen, wobei die Eckwegerzeugungseinheit (140) dazu konfiguriert ist, einen geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrag (S), der erzeugt wird, wenn der Eckabschnitt einer Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation unterzogen wird, auf der Basis des Krümmungsradius der Kurve und zulässiger Beschleunigungen der Achsen der Werkzeugmaschine zu berechnen und einen derartigen gekrümmten neuen Bewegungsweg, so dass der nach innen gerichtete neue Versatzbetrag einen Wert hat, der durch Subtrahieren des geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrags (S) von dem zulässigen nach innen gerichteten Versatzbetrag (I_S) erhalten wird, in den Eckabschnitt zwischen den Blöcken in dem Fall einzufügen, in dem die Summe des nach innen gerichteten Versatzbetrags (I) der Kurve und des geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrags (S) größer als der zulässige nach innen gerichtete Versatzbetrag (I_S) ist.
2. Numerische Steuereinheit (100) nach Anspruch 1, wobei die Eckwegerzeugungseinheit (140) den geschätzten nach innen gerichteten Versatzbetrag (S) wie folgt berechnet: $$\text{S}=\left\{\left(1\text{/}24\right){\text{T}}_1{}^2+\left(1\text{/}2\right){\text{T}}_2{}^2\right\}\cdot \left({\text{v}}^2\text{/r}\right),$$

   

   wobei T₁ eine Zeitkonstante der Beschleunigung/Verlangsamung nach der Interpolation ist, T₂ eine Servomotorzeitkonstante ist, v eine Vorschubgeschwindigkeit ist und r ein Kreisbogenradius ist.

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