DE102016007685B4

DE102016007685B4 - Numerische Steuervorrichtung, die einen tabellenformatdatenbasierten Betrieb durchführt

Info

Publication number: DE102016007685B4
Application number: DE102016007685.2A
Authority: DE
Inventors: Akira KANEMARU
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: JP2017016348A; US10401835B2; US20170003670A1; JP6325488B2; DE102016007685A1; CN106325222B; CN106325222A

Abstract

Numerische Steuervorrichtung, die Tabellenformatdaten verwendet, die in Bezug auf einen auf der Zeit, einer Achsenposition oder einer Spindelposition basierenden Referenzwert eine Position jeder gesteuerten Achse vorgeben, um die Position der gesteuerten Achse in Synchronisation mit dem Referenzwert zu steuern, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst:- eine Leseeinheit, die sequentiell Befehlsblöcke aus den Tabellenformatdaten ausliest, die Befehlsblöcke analysiert, um einen Referenzwert und einen Koordinatenwert eines Steuerpunkts zu erhalten, und den Referenzwert und den Koordinatenwert ausgibt,- eine Segmentunterscheidungseinheit, die basierend auf dem von der Leseeinheit erhaltenen Referenzwert und Koordinatenwert des Steuerpunkts sowie einer vorab eingestellten Beschleunigungszeitkonstante und Verzögerungszeitkonstante eine Bewegung zu dem Steuerpunkt in ein Beschleunigungssegment, ein Segment konstanter Geschwindigkeit und ein Verzögerungssegment aufteilt,- eine Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die basierend auf dem von der Leseeinheit erhaltenen Referenzwert des Steuerpunkts sowie der Beschleunigungszeitkonstante und der Verzögerungskonstante eine Vorschubgeschwindigkeit im Segment konstanter Geschwindigkeit berechnet, und- eine Verteilungsverfahrenseinheit, die basierend auf dem von der Leseeinheit erhaltenen Referenzwert und Koordinatenwert des Steuerpunkts einen Verfahrweg einer durch die Tabellenformatdaten gesteuerten Achse für jeden Steuerzyklus berechnet,- wobei die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechnete Vorschubgeschwindigkeit eine Vorschubgeschwindigkeit ist, die basierend auf einer Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung im Beschleunigungssegment und Verzögerungssegment berechnet wird und eine Zeitverzögerung des Koordinatenwerts in Bezug auf den Referenzwert korrigiert,- die Segmentunterscheidungseinheit basierend auf einem aktuellen Wert des für jeden Steuerzyklus erhaltenen Referenzwerts bestimmt, ob ein derzeit gesteuertes Segment das Beschleunigungssegment, das Segment konstanter Geschwindigkeit oder das Verzögerungssegment ist, und- die Verteilungsverfahrenseinheit basierend auf einem Ergebnis der durch die Segmentunterscheidungseinheit durchgeführten Bestimmung unter Verwendung einer auf der Beschleunigungszeitkonstante basierenden Beschleunigung im Beschleunigungssegment, der durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechneten Vorschubgeschwindigkeit im Segment konstanter Geschwindigkeit und einer auf der Verzögerungszeitkonstante basierenden Verzögerung im Verzögerungssegment den Verfahrweg für jeden Steuerzyklus berechnet.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung und im Besonderen eine numerische Steuervorrichtung, die bei einem tabellenformdatenbasierten Betrieb automatisch eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung durchführt.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Als Verfahren zum Antreiben und Steuern gesteuerter Achsen in Synchronisation miteinander und in Synchronisation mit einer Bewegung einer Referenzachse existiert eine bekannte tabellenformatdatenbasierte Betriebsfunktion zum Speichern von Informationen über die Positionen der gesteuerten Achsen in Tabellenformatdaten, die in einem Speicher oder einer beliebigen anderen Komponente bereitgestellt sind, entsprechend der Position der Referenzachse und Betreiben der gesteuerten Achsen in Synchronisation mit der Referenzachse basierend auf den in den Tabellenformatdaten gespeicherten Informationen.
Das offengelegte japanische Patent JP 2003-303 005 A offenbart eine numerische Steuervorrichtung, die unter Verwendung der tabellenformatdatenbasierten Betriebsfunktion eine numerische Steuerung durchführt, die als Wegtabellenbetriebsfunktion oder elektronische Nockensteuerung bezeichnet wird. Die numerische Steuervorrichtung ermöglicht eine beliebige Werkzeugtätigkeit unabhängig von einem Bearbeitungsprogramm, wodurch die Bearbeitungsdauer verkürzt und eine hochpräzise Bearbeitung erzielt werden kann.
Bei dem in dem offengelegten japanischen Patent JP 2003-303 005 A offenbarten tabellenformatdatenbasierten Betrieb bewegt sich, wenn der in 8 gezeigte tabellenformatdatenbasierte Betrieb durchgeführt wird, eine gesteuerte Achse linear zwischen Befehlsblöcken (bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit) und wird daher abrupt beschleunigt und verzögert, was große Auswirkungen auf eine gesteuerte Maschine hat.
Zur Reduzierung der mit der abrupten Beschleunigung und Verzögerung assoziierten Auswirkungen muss ein Bediener Befehlsblöcke zur Beschleunigung und Verzögerung den Tabellenformatdaten hinzufügen.
Das offengelegte japanische Patent JP 2007-304 714 A offenbart eine Technologie zum Durchführen einer Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung unter Verwendung einer quadratischen/kubischen Funktionsverbindung bei einem tabellenformatdatenbasierten Betrieb. Wenn die Technologie verwendet wird, bewegt sich eine gesteuerte Achse mit einer konstanten Beschleunigung, die bei der quadratischen Funktionsverbindung angewandt wird, oder mit einem konstanten Ruck, der bei der kubischen Funktionsverbindung angewandt wird, zwischen zwei Punkten.
8 zeigt ein Beispiel für typische Tabellenformatdaten. Bei den in 8 gezeigten Tabellenformatdaten wird ein Satz aus einem Referenzwert, der in Form eines Befehls L ausgedrückt wird, und einer X-Koordinate oder Y-Koordinate, die in Form eines Befehls X, Y ausgedrückt wird, oder einer beliebigen anderen Koordinate in eine Zeile geschrieben, wobei eine Mehrzahl Zeilen vorgegeben ist. Die derart konfigurierten Tabellenformatdaten weisen die numerische Steuervorrichtung an, eine Achse bei einem vorgegebenen Referenzwert zu einem vorgegebenen Koordinatenwert zu bewegen.
Wenn bei dem in 8 gezeigten typischen tabellenformatdatenbasierten Betrieb eine Beschleunigung und Verzögerung angewandt werden, werden am Startpunkt und Endpunkt der Tätigkeit der angetriebenen Achse eine mäßige Beschleunigung und Verzögerung durchgeführt, die durch die Tabellenformatdaten vorgegeben sind, die gesteuerte Achse erreicht jedoch bei dem vorgegebenen Referenzwert (Referenzzeit) nicht den vorgegebenen Koordinatenwert, was in unerwünschter Weise zu einer Diskrepanz zwischen der durch die Tabellenformatdaten vorgegebenen Tätigkeit und der tatsächlichen Tätigkeit der gesteuerten Achse führt.
9 zeigt eine Bewegung einer gesteuerten Achse in Form von Diagrammen, wenn eine Beschleunigungs-/Verzögerungstechnologie auf den Betrieb angewandt, der auf den in 8 gezeigten Tabellenformatdaten <ZElT_TABELLE_0101_X> basiert. Wie in 9 gezeigt, erreicht die gesteuerte Achse den Endpunkt X200.0 nicht bei einem Referenzwert L2000.0, wenn unter Verwendung einer Beschleunigungs-/Verzögerungszeitspanne t am Startpunkt und Endpunkt eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung durchgeführt wird. Wenn die in dem oberen Diagramm von 9 gezeigte Tätigkeit der gesteuerten Achse invers in Tabellenformatdaten transformiert wird, stellt sich heraus, dass sich der Inhalt der invers transformierten Tabellenformatdaten vom Inhalt der ursprünglichen Tabellenformatdaten <ZEIT_TABELLE_0101_X> unterscheidet, wie durch die im unteren Abschnitt von 9 gezeigten Tabellenformatdaten <ZEIT_TABELLE_0201_X> angegeben.
Wie vorstehend beschrieben, verschlechtert sich die relative Beziehung zwischen einem vorgegebenen Referenzwert und den Koordinaten der gesteuerten Achse und die gesteuerte Achse kann in unerwünschter Weise nicht mit den anderen Achsen synchronisiert werden, wenn eine Beschleunigung/Verzögerung auf den typischen tabellenformatdatenbasierten Betrieb angewandt wird. Daher muss der Bediener, um Befehlsblöcke zur Beschleunigung/Verzögerung zu den Tabellenformatdaten hinzuzufügen, die erforderliche Beschleunigung/Verzögerung berechnen und Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehlsblöcke schreiben, die ein Ergebnis der Berechnung explizit in den Tabellenformatdaten widerspiegeln. 10 zeigt ein Beispiel für Tabellenformatdaten, zu denen der Bediener unter Berücksichtigung der relativen Beziehung zwischen einem Referenzwert und den Koordinaten der gesteuerten Achse Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehlsblöcke hinzufügt. Wie in 10 gezeigt, muss der Bediener eine Zeitkonstante t und einen Verfahrweg α, die der Beschleunigung/Verzögerung zugeordnet sind, vorab berechnen und selbst die Tabellenformatdaten <ZEIT_TABELLE_0301_X> erzeugen, in die ein Ergebnis der Berechnung eingebracht ist.
Es ist daher für den Bediener schwierig, Tabellenformatdaten zu erzeugen und der Bediener muss zudem Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehlsblöcke schreiben, was in unerwünschter Weise zu einer Zunahme der Größe der Tabellenformatdaten und einer Zunahme des Programmumfangs führt.
Dasselbe gilt, wenn die in dem offengelegten japanischen Patent JP 2007-304 714 A offenbarte Technologie verwendet wird. 11 zeigt ein Beispiel, bei dem die in dem offengelegten japanischen Patent JP 2007-304 714 A offenbarte Technologie verwendet wird, um Befehle zum Durchführen einer Beschleunigung/Verzögerung zu den Tabellenformatdaten hinzuzufügen. Wenn die in dem offengelegten japanischen Patent JP 2007-304 714 A offenbarte quadratische/kubische Funktionsverbindung eingebracht wird, reduziert das Integrieren des Beschleunigungssegmentprogramms und des Verzögerungssegmentprogramms miteinander zu einem einzelnen Block die Größe der Tabellenformatdaten auf einen kleinen Wert, dennoch muss der Bediener in unerwünschter Weise Tabellenformatdaten erzeugen, die eine Zeitkonstante t und einen Verfahrweg α umfassen, die vorab berechnet werden und der Beschleunigung/Verzögerung zugeordnet sind.
CN 104 731 017 A und DE 10 2014 018 973 A1 betreffen eine numerische Steuerung, die eine Glättungsfunktion zum Begrenzen eines Korrekturbereichs eines Werkzeugwegs aufweist, ohne dass die Bediener selber vorhandene Wegtabellendaten in auf Daten in Tabellenform (Wegtabellendaten) basierenden Arbeitsabläufen einer Werkzeugmaschine korrigieren müssen, um dadurch eine glatte fertig-bearbeitete Oberfläche zu erhalten, während der festgelegte Werkzeugweg soweit wie möglich aufrecht erhalten wird. Die numerische Steuerung bestimmt die Vorschubgeschwindigkeit im Segment konstanter Geschwindigkeit und danach bestimmt Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung basierend auf der bestimmten Vorschubgeschwindigkeit. Die Vorschubgeschwindigkeit im bzw. Segment konstanter Geschwindigkeit wird vor der Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung berechnet und die berechnete Vorschubgeschwindigkeit wird nach der der Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung gehalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine numerische Steuervorrichtung bereitzustellen, die bei einer tabellenformatdatenbasierten Betriebssteuerung eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung mit einem Referenzwert und den Koordinaten einer gesteuerten Achse, die miteinander synchronisiert sind, ohne vorherige Berechnung einer Beschleunigung/Verzögerung oder Hinzufügung eines Befehlsblocks durchführt.
Eine numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine numerische Steuervorrichtung, die Tabellenformatdaten verwendet, die in Bezug auf einen auf der Zeit, einer Achsenposition oder einer Spindelposition basierenden Referenzwert eine Position jeder gesteuerten Achse vorgeben, um die Position der gesteuerten Achse in Synchronisation mit dem Referenzwert zu steuern, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Leseeinheit, die sequentiell Befehlsblöcke aus den Tabellenformatdaten ausliest, die Befehlsblöcke analysiert, um einen Referenzwert und einen Koordinatenwert eines Steuerpunkts zu erhalten, und den Referenzwert und den Koordinatenwert ausgibt, eine Segmentunterscheidungseinheit, die basierend auf dem von der Leseeinheit erhaltenen Referenzwert und Koordinatenwert des Steuerpunkts sowie einer vorab eingestellten Beschleunigungszeitkonstante und Verzögerungszeitkonstante eine Bewegung zu dem Steuerpunkt in ein Beschleunigungssegment, ein Segment konstanter Geschwindigkeit und ein Verzögerungssegment aufteilt, eine Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die basierend auf dem von der Leseeinheit erhaltenen Referenzwert des Steuerpunkts sowie der Beschleunigungszeitkonstante und der Verzögerungskonstante eine Vorschubgeschwindigkeit im Segment konstanter Geschwindigkeit berechnet, und eine Verteilungsverfahrenseinheit, die basierend auf dem von der Leseeinheit erhaltenen Referenzwert und Koordinatenwert des Steuerpunkts einen Verfahrweg einer durch die Tabellenformatdaten gesteuerten Achse für jeden Steuerzyklus berechnet. Die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechnete Vorschubgeschwindigkeit ist eine Vorschubgeschwindigkeit, die basierend auf einer Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung im Beschleunigungssegment und Verzögerungssegment berechnet wird und eine Zeitverzögerung des Koordinatenwerts in Bezug auf den Referenzwert korrigiert. Die Segmentunterscheidungseinheit bestimmt basierend auf einem aktuellen Wert des für jeden Steuerzyklus erhaltenen Referenzwerts, ob ein derzeit gesteuertes Segment das Beschleunigungssegment, das Segment konstanter Geschwindigkeit oder das Verzögerungssegment ist. Die Verteilungsverfahrenseinheit berechnet den Verfahrweg für jeden Steuerzyklus basierend auf einem Ergebnis der durch die Segmentunterscheidungseinheit durchgeführten Bestimmung unter Verwendung einer auf der Beschleunigungszeitkonstante basierenden Beschleunigung im Beschleunigungssegment, der durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechneten Vorschubgeschwindigkeit im Segment konstanter Geschwindigkeit und einer auf der Verzögerungszeitkonstante basierenden Verzögerung im Verzögerungssegment.
Bei der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung muss der Bediener keine vorherige Berechnung der Beschleunigung und Verzögerung durchführen, wodurch sich die Tabellenformatdaten ohne weiteres erzeugen lassen. Des Weiteren wird die Größe der Tabellenformatdaten stark reduziert, da der Bediener nicht explizit Befehlsblöcke zur Beschleunigung/Verzögerung in die Tabellenformatdaten schreiben muss.
Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Zeitkonstantenumsetzungseinheit umfassen, die eine basierend auf der Zeit, der Achsenposition oder der Spindelposition vorgegebene Zeitkonstante in einen anderen Referenzwert umsetzt, wobei, wenn sich eine Art eines Referenzwerts in den Tabellenformatdaten von einer Art einer vorab vorgegebenen Zeitkonstante unterscheidet, die Zeitkonstantenumsetzungseinheit basierend auf einem Verfahrweg einer Referenzachse oder der Spindel pro Zeiteinheit die Zeitkonstante in eine Referenzzeitspanne umsetzt, wenn der Referenzwert die Achsenposition oder Spindelposition ist, oder basierend auf einem Verfahrweg einer in Umsetzung befindlichen Achse oder der Spindel pro Zeiteinheit die Zeitkonstante in eine Achsenposition oder Spindelposition umsetzt, wenn der Referenzwert eine Zeitspanne ist, und wobei die Zeitkonstantenumsetzungseinheit der Segmentunterscheidungseinheit und der Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit ein Ergebnis der Umsetzung meldet.
Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Zeitkonstantenanalyseeinheit umfassen, die eine in den Tabellenformatdaten vorgegebene Zeitkonstante analysiert und der Segmentunterscheidungseinheit und der Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit ein Ergebnis der Analyse meldet.
Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Geschwindigkeitsbewertungseinheit umfassen, die entscheidet, ob die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechnete Vorschubgeschwindigkeit einen vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich übersteigt, wobei die Geschwindigkeitsbewertungseinheit der Verteilungsverfahrenseinheit einen Fehler melden kann, wenn die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechnete Vorschubgeschwindigkeit den vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich übersteigt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Das Ziel und die Vorteile der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschrieben sind, sowie andere Ziele und Vorteile gehen aus der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen hervor, wobei:

1 eine typische tabellenformatdatenbasierte Betriebssteuerung einer gesteuerten Achse mit einer tabellenformatdatenbasierten Betriebssteuerung einer gesteuerten Achse gemäß der vorliegenden Erfindung vergleicht;
2 ein Verfahren zum Berechnen einer Vorschubgeschwindigkeit F2 bei einer Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt;
3 ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 Tabellenformatdaten gemäß dem zugehörigen Stand der Technik mit unter Berücksichtigung einer Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung erzeugten Tabellenformatdaten gemäß der vorliegenden Erfindung vergleicht;
5 ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7 ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine auf typischen Tabellenformatdaten basierende Betriebssteuerung einer gesteuerten Achse beschreibt;
9 Tabellenformatdaten beschreibt, wenn eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung gemäß dem zugehörigen Stand der Technik durchgeführt wird;
10 Tabellenformatdaten beschreibt, wenn eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung unter Berücksichtigung einer Synchronisation zwischen einem Referenzwert und der Position einer gesteuerten Achse durchgeführt wird; und
11 Tabellenformatdaten gemäß dem zugehörigen Stand der Technik beschreibt, die in dem offengelegten japanischen Patent JP 2007-304 714 A offenbart sind.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung stellt eine numerische Steuervorrichtung bereit, die eine technische Konfiguration hat, bei der bei einem tabellenformatdatenbasierten Betrieb eine Beschleunigung/Verzögerung automatisch auf einen Befehl zum Bewegen zwischen zwei Punkten angewandt wird. Zum Abschließen der Tätigkeit innerhalb der Referenzwertdifferenz (vorgegebenen Bewegungszeitspanne) zwischen Befehlsblöcken in den Tabellenformatdaten korrigiert die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Zeitverzögerung, die durch die Beschleunigung/Verzögerung in einem Segment konstanter Geschwindigkeit zwischen einem Beschleunigungssegment und einem Verzögerungssegment erzeugt wird.
1 vergleicht eine tabellenformatdatenbasierte Betriebssteuerung einer gesteuerten Achse bei einer numerischen Steuervorrichtung gemäß dem zugehörigen Stand der Technik mit einer tabellenformatdatenbasierten Betriebssteuerung einer gesteuerten Achse bei einer numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, wird die relative Beziehung zwischen jedem Referenzwert und den Koordinaten der gesteuerten Achse beibehalten, aber am Startpunkt und Endpunkt der Tätigkeit der gesteuerten Achse eine abrupte Beschleunigung/Verzögerung durchgeführt, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäß dem zugehörigen Stand der Technik basierend auf den Tabellenformatdaten <ZEIT_TABELLE_0101_X> eine Betriebssteuerung der gesteuerten Achse durchführt.
Im Gegensatz dazu wird am Startpunkt und Endpunkt der Tätigkeit der gesteuerten Achse eine mäßige Beschleunigung/Verzögerung durchführt und eine durch die Beschleunigung/Verzögerung erzeugte Zeitverzögerung durch Ändern der Vorschubgeschwindigkeit im Segment konstanter Geschwindigkeit von F1 zu F2 korrigiert, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung basierend auf denselben Tabellenformatdaten <ZEIT_TABELLE_0101_X> eine Betriebssteuerung der gesteuerten Achse durchführt. Da die vorstehend beschriebene Steuerung automatisch durchgeführt wird, muss ein Bediener die Tabellenformatdaten nicht korrigieren und es werden keine zusätzlichen Beschleunigungs-/Verzögerungsbefehlsblöcke in die Tabellenformatdaten geschrieben.
2 beschreibt ein Verfahren zum Berechnen der Vorschubgeschwindigkeit F2 bei der Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt die Vorschubgeschwindigkeit F2 solchermaßen, dass der Verfahrweg zwischen Befehlsblöcken in den Tabellenformatdaten, wenn keine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung durchgeführt wird, gleich dem Verfahrweg ist, wenn eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung durchgeführt wird.
Nehmen wir an, dass F1 die Vorschubgeschwindigkeit, wenn keine Beschleunigung/Verzögerung angewandt wird, F2 die Vorschubgeschwindigkeit, wenn eine Beschleunigung/Verzögerung angewandt wird, T die Referenzwertdifferenz zwischen Befehlsblöcken und t₁ die Beschleunigungszeitkonstante und t₂ die Verzögerungszeitkonstante ist, die bei der Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung verwendet werden, und der Verfahrweg, wenn keine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung durchgeführt wird, der Bereich des schräg schraffierten Abschnitts des Diagramms im mittleren Abschnitt von 2 ist, während der Verfahrweg, wenn eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung unter Verwendung einer konstanten Beschleunigung durchgeführt wird, der Bereich des netzartigen Abschnitts des Diagramms im mittleren Abschnitt von 2 ist. Die Vorschubgeschwindigkeit F2 kann daher durch den folgenden Ausdruck 1 ausgedrückt werden:

#1 Verfahrweg, wenn keine Beschleunigung/Verzögerung angewandt wird = Verfahrweg, wenn eine Beschleunigung/Verzögerung angewandt wird

Wenn hingegen eine Beschleunigung/Verzögerung unter Verwendung einer Rucksteuerung angewandt wird, die durch das Diagramm im unteren Abschnitt von 2 gezeigt ist, sei J₁ und J₂ die Rucke, t₁ die Beschleunigungszeitkonstante und t₂ die Verzögerungszeitkonstante und der Verfahrweg im Beschleunigungs-/Verzögerungssegment kann unter Verwendung der Rucke J₁ und J₂ durch den folgenden Ausdruck 2 bestimmt werden. Es sei in Bezug auf Ausdruck 2 darauf hingewiesen, dass der Verfahrweg im Verzögerungssegment durch einen bezüglich der Verzögerungsstartzeit vereinfachten Ausdruck berechnet wird. $\begin{array}{l} \int_{0}^{t_{1}} \frac{1}{2} J_{1} t^{2} d t \ \\ \int_{T - t_{2} = 0}^{t_{2}} (F 2 + \frac{1}{2} J_{2} t^{2}) d t \end{array}$

# 1 Verfahrweg in Beschleunigungssegment
# 2 Verfahrweg in Verzögerungssegment

Basierend auf dem vorstehend beschriebenen Ausdruck 2 kann die Beziehung zwischen dem Verfahrweg vor dem Anwenden der Beschleunigung/Verzögerung und dem Verfahrweg nach dem Anwenden der Beschleunigung/Verzögerung durch den folgenden Ausdruck 3 ausgedrückt werden: $F 1 \times T = \int_{0}^{t_{1}} \frac{1}{2} J_{1} t^{2} d t + F 2 \times (T - t_{1} - t_{2}) + \int_{T - t_{2} = 0}^{t_{2}} (F 2 + \frac{1}{2} J_{2} t^{2}) d t$
Die Rucke J₁ und J₂ können durch den folgenden Ausdruck 4 ausgedrückt werden: $\begin{array}{l} J_{1} = (2 \times F 2) / t_{1}^{2} \\ J_{2} = (2 \times F 2) / t_{2}^{2} \end{array}$
Ein Substituieren von Ausdruck 4 in Ausdruck 3 ergibt den folgenden Ausdruck 5: $F 1 \times T = \int_{0}^{t_{1}} \frac{F 2}{t_{1}^{2}} t^{2} d t + F 2 \times (T - t_{1} - t_{2}) + \int_{r - t_{2} = 0}^{t_{2}} (F 2 + \frac{F 2}{t_{2}^{2}} t^{2}) d t$
Das Lösen des Ausdrucks 5 für die Vorschubgeschwindigkeit F2 ermöglicht es, die Vorschubgeschwindigkeit F2 durch den folgenden Ausdruck 6 auszudrücken: $F 2 = F 1 \times \frac{T}{T - \frac{2}{3} t_{1} - \frac{1}{3} t_{2}}$
Bei der vorstehend beschriebenen Berechnung wird angenommen, dass die relative Beziehung zu der vorhergehenden Tätigkeit so berechnet wurde, dass die Beschleunigung und die Geschwindigkeit zur Beschleunigungs-/Verzögerungsstartzeit null betragen.
Das Berechnungsverfahren bei konstanter Beschleunigung und konstantem Ruck wurde offenbart, wobei die Verfahrwege in den Beschleunigungs-/Verzögerungssegmenten bei anderen Arten der Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung ebenfalls unter Verwendung derselben Vorgehensweise berechnet werden können.
Nachdem die Vorschubgeschwindigkeit F2 wie vorstehend beschrieben berechnet worden ist, wird die Bewegung zwischen Befehlsblöcken in einem internen Verfahren in das Beschleunigungssegment, das Segment konstanter Geschwindigkeit und das Verzögerungssegment aufgeteilt und ein Verteilungsverfahren so durchgeführt, dass die Beschleunigung/Verzögerung unter Verwendung der Zeitkonstante t in den Beschleunigungs-/Verzögerungssegmenten durchgeführt wird und die Geschwindigkeit im Segment konstanter Geschwindigkeit gleich der Vorschubgeschwindigkeit F2 ist.
Dadurch wird die Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Leseeinheit 10, eine Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit 11, eine Segmentunterscheidungseinheit 12 und eine Verteilungsverfahrenseinheit 13. Die in 3 von der gepunkteten Linie umschlossenen Funktionseinrichtungen stellen neuartige Funktionseinrichtungen dar, die in die vorliegende Erfindung eingebracht wurden.
Die Leseeinheit 10 liest Tabellenformatdaten 20 aus einem Speicher oder einer beliebigen anderen Komponente aus, der/die nicht dargestellt ist, und gibt einen aus den ausgelesenen Tabellenformatdaten 20 erhaltenen Referenzwert und Koordinatenwert jedes Steuerpunkts an die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit 11 und die Segmentunterscheidungseinheit 12 aus.
Die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit 11 berechnet basierend auf dem von der Leseeinheit 10 empfangenen Referenzwert und Koordinatenwert jedes Steuerpunkts eine Differenz T des Referenzwerts zwischen Befehlsblöcken, liest eine Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante t aus, die beispielsweise durch ein Programm aus einem nicht gezeigten Speicher vorab eingestellt oder vorgegeben wurde, und verwendet die vorstehend beschriebenen Werte dazu, basierend auf dem Ausdruck 1 die Vorschubgeschwindigkeit F2 im Segment konstanter Geschwindigkeit zu berechnen.
Die Segmentunterscheidungseinheit 12 teilt die Bewegung zwischen den Befehlsblöcken basierend auf den von der Leseeinheit 10 empfangenen Referenzwerten der Steuerpunkte, der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante t und anderen Werten in das Beschleunigungssegment, das Segment konstanter Geschwindigkeit und das Verzögerungssegment auf. Die Segmentunterscheidungseinheit 12 erhält dann den aktuellen Referenzwert der Tätigkeit für jeden Steuerzyklus, bestimmt gemäß dem aktuellen Referenzwert, ob das derzeit gesteuerte Segment das Beschleunigungssegment, das Verzögerungssegment oder das Segment konstanter Geschwindigkeit ist, und weist die Verteilungsverfahrenseinheit an, basierend auf einem Ergebnis der Bestimmung gemäß dem bestimmten Segment ein Verteilungsverfahren durchzuführen.
Die Verteilungsverfahrenseinheit 13 berechnet dann den Verfahrweg der gesteuerten Achse für jeden Steuerzyklus basierend auf dem von der Leseeinheit 10 empfangenen Referenzwert und Koordinatenwert jedes Steuerpunkts, der Beschleunigungs-/Verzögerungszeitkonstante t, der durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit 11 berechneten Vorschubgeschwindigkeit F2 im Segment konstanter Geschwindigkeit und dem Befehl von der Segmentunterscheidungseinheit 12 unter Verwendung der Beschleunigung oder des Rucks, wenn das derzeit gesteuerte Segment das Beschleunigungs- oder Verzögerungssegment ist, oder unter Verwendung der Vorschubgeschwindigkeit F2, wenn das derzeit gesteuerte Segment das Segment konstanter Geschwindigkeit ist, und die Verteilungsverfahrenseinheit 13 führt das Verteilungsverfahren zum Verteilen des berechneten Verfahrwegs an der gesteuerten Achse durch.
Details des Verteilungsverfahrens sind vollständig dem zugehörigen Stand der Technik zu entnehmen, wie etwa dem offengelegten japanischen Patent JP 2003-303 005 A und dem offengelegten japanischen Patent JP 2007-304 714 A , und sind daher nicht in der vorliegenden Beschreibung dargelegt.
Als Nächstes werden vorteilhafte Effekte beschrieben, die sich ergeben, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration bei einer tabellenformatdatenbasierten Betriebssteuerung eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung durchführt. 4 vergleicht Tabellenformatdaten gemäß dem zugehörigen Stand der Technik mit unter Berücksichtigung einer Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung erzeugten Tabellenformatdaten gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 4 gezeigt, muss der Bediener, wenn bei einer typischen tabellenformatdatenbasierten Betriebssteuerung eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung durchgeführt wird, die bei der Beschleunigung/Verzögerung verwendete Zeitkonstante t und den Verfahrweg α einer gesteuerten Achse berechnen, die sich während der Beschleunigung/Verzögerung bewegt, und dann den Tabellenformatdaten einen Befehlsblock zum Aufteilen der Bewegung der gesteuerten Achse in das Beschleunigungssegment, das Segment konstanter Geschwindigkeit und das Verzögerungssegment sowie Befehlsblöcke zur Beschleunigung und Verzögerung hinzufügen.
Auch im Falle einer Durchführung der Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung bei einer tabellenformatdatenbasierend Betriebssteuerung, auf die die in dem offengelegten japanischen Patent JP 2007-304 714 A offengelegte Technologie angewandt wird, ist ein Befehlsblock zum Aufteilen der Bewegung einer gesteuerten Achse in das Beschleunigungssegment, das Segment konstanter Geschwindigkeit und das Verzögerungssegment erforderlich und der Bediener muss daher die bei der Beschleunigung/Verzögerung verwendete Zeitkonstante t und den Verfahrweg α der gesteuerten Achse berechnen, die sich während der Beschleunigung/Verzögerung bewegt, und dann den Aufteilungsbefehlsblock und der Beschleunigung und Verzögerung zugeordnete Befehle den Tabellenformatdaten hinzufügen.
Im Gegensatz dazu werden, wenn die in der vorliegenden Erfindung offenbarte Technologie verwendet wird, um bei einer tabellenformatdatenbasierten Betriebssteuerung eine Beschleunigung/Verzögerungssteuerung durchzuführen, durch den Bediener (ohne Berücksichtigung der Beschleunigung oder Verzögerung) erzeugte Tabellenformatdaten direkt ausgelesen und ein Beschleunigungs-/Verzögerungsverfahren in einem internen Verfahren unter Berücksichtigung jedes Referenzwerts durchgeführt. Da der Bediener keine Beschleunigung/Verzögerung berechnen oder spezielle Befehlsblöcke für die Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung hinzufügen muss, lassen sich Tabellenformatdaten daher ohne weiteres erzeugen. Des Weiteren wird als weiterer vorteilhafter Effekt die Grö-ße der Tabellenformatdaten stark reduziert, wodurch der Überblick über die gesamten Tabellenformatdaten verbessert wird.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorstehend beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht ausschließlich auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und die vorliegende Erfindung kann durch geeignetes Abändern der vorstehend beschriebenen Ausführungsform in einer Vielzahl Aspekten umgesetzt werden.
Beispielsweise kann auch bei achsenpositionsbasierten oder spindelpositionsbasierten Tabellenformatdaten, wie bei den beispielhaft beschriebenen zeitbasierten Tabellenformatdaten, die Vorschubgeschwindigkeit F2 ebenso anhand der Differenz zwischen Referenzwerten, der Zeitkonstante und der Vorschubgeschwindigkeit F1 berechnet werden.
5 ist ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass eine Zeitkonstantenumsetzungseinheit 14 hinzugefügt ist.
Wenn sich die Art der Referenzwerte in den Tabellenformatdaten 20 im Betrieb von der Art einer vorab vorgegebenen Zeitkonstante unterscheidet, setzt die Zeitkonstantenumsetzungseinheit 14 basierend auf dem Verfahrweg einer Referenzachse oder der Spindel pro Zeiteinheit die Zeitkonstante in eine Referenzzeitspanne um, wenn die Referenzwerte Positionen der Achse oder der Spindel sind, oder setzt die Zeitkonstante in eine Position der Achse oder der Spindel um, wenn die Referenzwerte Zeitspannen sind, wobei die Zeitkonstantenumsetzungseinheit 14 der Segmentunterscheidungseinheit 12 und der Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit 11 ein Ergebnis der Umsetzung meldet.
Bei einem tabellenformatdatenbasierten Betrieb wird dieselbe Achse basierend auf zeitbasierten, achsenpositionsbasierten und spindelpositionsbasierten Tabellenformatdaten entsprechend der Art der Bearbeitung bewegt. Das Bereitstellen der Zeitkonstantenumsetzungseinheit 14 beseitigt die Notwendigkeit, in Beachtung sämtlicher Arten von Referenzwerten Zeitkonstanten vorzugeben, wodurch durch Vorgeben einer einzelnen Zeitkonstante ungeachtet des Referenzwerts, auf dem die Tabellenformatdaten im Betrieb basieren, dieselbe Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung erreicht werden kann.
Des Weiteren ermöglicht das Vorgeben einer Zeitkonstante in der Kopfzeile der Tabellenformatdaten oder den Befehlsblöcken zur Beschleunigung/Verzögerung eine Einstellung einer geeigneten Zeitkonstante für jeden Satz Tabellenformatdaten im Betrieb.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass eine Zeitkonstantenanalyseeinheit 15 hinzugefügt ist.
Die Zeitkonstantenanalyseeinheit 15 weist eine Funktion zum Analysieren einer durch die Beschreibung der Tabellenformatdaten 20 vorgegebenen Zeitkonstante und Melden eines Ergebnisses der Analyse an die Segmentunterscheidungseinheit 12 und die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit 11.
Bei dieser Konfiguration ermöglicht das Vorgeben einer Zeitkonstante in der Kopfzeile der Tabellenformatdaten oder den Befehlsblöcken zur Beschleunigung/Verzögerung eine Einstellung einer geeigneten Zeitkonstante für sämtliche Tabellenformatdaten im Betrieb.
Des Weiteren kann die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit 11 berechnete Vorschubgeschwindigkeit so begrenzt werden, dass sie eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit der Maschine nicht übersteigt.
7 ist ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass eine Geschwindigkeitsbewertungseinheit 16 hinzugefügt ist.
Die Geschwindigkeitsbewertungseinheit 16 weist eine Funktion zum Entscheiden auf, ob die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit 11 berechnete Vorschubgeschwindigkeit einen vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich übersteigt, und Melden eines Fehlers an die Verteilungsverfahrenseinheit 13, wenn die Vorschubgeschwindigkeit den vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich übersteigt.
Bei dieser Konfiguration kann die Sicherheit der Maschine durch Entscheiden, ob die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit 11 berechnete Vorschubgeschwindigkeit eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit der Maschine übersteigt, sichergestellt werden.

Claims

Numerische Steuervorrichtung, die Tabellenformatdaten verwendet, die in Bezug auf einen auf der Zeit, einer Achsenposition oder einer Spindelposition basierenden Referenzwert eine Position jeder gesteuerten Achse vorgeben, um die Position der gesteuerten Achse in Synchronisation mit dem Referenzwert zu steuern, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: - eine Leseeinheit, die sequentiell Befehlsblöcke aus den Tabellenformatdaten ausliest, die Befehlsblöcke analysiert, um einen Referenzwert und einen Koordinatenwert eines Steuerpunkts zu erhalten, und den Referenzwert und den Koordinatenwert ausgibt, - eine Segmentunterscheidungseinheit, die basierend auf dem von der Leseeinheit erhaltenen Referenzwert und Koordinatenwert des Steuerpunkts sowie einer vorab eingestellten Beschleunigungszeitkonstante und Verzögerungszeitkonstante eine Bewegung zu dem Steuerpunkt in ein Beschleunigungssegment, ein Segment konstanter Geschwindigkeit und ein Verzögerungssegment aufteilt, - eine Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die basierend auf dem von der Leseeinheit erhaltenen Referenzwert des Steuerpunkts sowie der Beschleunigungszeitkonstante und der Verzögerungskonstante eine Vorschubgeschwindigkeit im Segment konstanter Geschwindigkeit berechnet, und - eine Verteilungsverfahrenseinheit, die basierend auf dem von der Leseeinheit erhaltenen Referenzwert und Koordinatenwert des Steuerpunkts einen Verfahrweg einer durch die Tabellenformatdaten gesteuerten Achse für jeden Steuerzyklus berechnet, - wobei die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechnete Vorschubgeschwindigkeit eine Vorschubgeschwindigkeit ist, die basierend auf einer Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung im Beschleunigungssegment und Verzögerungssegment berechnet wird und eine Zeitverzögerung des Koordinatenwerts in Bezug auf den Referenzwert korrigiert, - die Segmentunterscheidungseinheit basierend auf einem aktuellen Wert des für jeden Steuerzyklus erhaltenen Referenzwerts bestimmt, ob ein derzeit gesteuertes Segment das Beschleunigungssegment, das Segment konstanter Geschwindigkeit oder das Verzögerungssegment ist, und - die Verteilungsverfahrenseinheit basierend auf einem Ergebnis der durch die Segmentunterscheidungseinheit durchgeführten Bestimmung unter Verwendung einer auf der Beschleunigungszeitkonstante basierenden Beschleunigung im Beschleunigungssegment, der durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechneten Vorschubgeschwindigkeit im Segment konstanter Geschwindigkeit und einer auf der Verzögerungszeitkonstante basierenden Verzögerung im Verzögerungssegment den Verfahrweg für jeden Steuerzyklus berechnet.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: - eine Zeitkonstantenumsetzungseinheit, die eine basierend auf der Zeit, der Achsenposition oder der Spindelposition vorgegebene Zeitkonstante in einen anderen Referenzwert umsetzt, - wobei, wenn sich eine Art eines Referenzwerts in den Tabellenformatdaten von einer Art einer vorab vorgegebenen Zeitkonstante unterscheidet, die Zeitkonstantenumsetzungseinheit basierend auf einem Verfahrweg einer Referenzachse oder der Spindel pro Zeiteinheit die Zeitkonstante in die Achsenposition oder Spindelposition umsetzt, wenn der Referenzwert die Achsenposition oder Spindelposition ist, oder basierend auf einem Verfahrweg einer in Umsetzung befindlichen Achse oder der Spindel pro Zeiteinheit die Zeitkonstante in Zeit umsetzt, wenn der Referenzwert Zeit ist, und wobei die Zeitkonstantenumsetzungseinheit der Segmentunterscheidungseinheit und der Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit ein Ergebnis der Umsetzung meldet.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: - eine Zeitkonstantenanalyseeinheit, die eine in den Tabellenformatdaten vorgegebene Zeitkonstante analysiert und der Segmentunterscheidungseinheit und der Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit ein Ergebnis der Analyse meldet.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: - eine Geschwindigkeitsbewertungseinheit, die entscheidet, ob die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechnete Vorschubgeschwindigkeit einen vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich übersteigt, - wobei die Geschwindigkeitsbewertungseinheit der Verteilungsverfahrenseinheit einen Fehler meldet, wenn die durch die Vorschubgeschwindigkeitsberechnungseinheit berechnete Vorschubgeschwindigkeit den vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich übersteigt.