DE102016012634B4

DE102016012634B4 - Numerische Steuerung mit krümmungs- und krümmungsänderungsabhängiger Geschwindigkeitssteuerung

Info

Publication number: DE102016012634B4
Application number: DE102016012634.5A
Authority: DE
Inventors: Nobuhito OONISHI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2036-10-22
Also published as: JP6321605B2; CN106647636A; DE102016012634A1; US20170123409A1; CN106647636B; JP2017084239A; US10037021B2

Abstract

Numerische Steuerung zur Steuerung einer ein Werkstück bearbeitenden Maschine auf Basis von Programmbefehlen durch Antrieb einer Mehrzahl von Achsen für eine Relativbewegung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück, wobei die Steuerung aufweist:eine Befehlsanalyseeinheit, welche Programmbefehle analysiert zur Erzeugung von Bewegungsbefehlsdaten;eine Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit, welche entsprechend den Bewegungsbefehlsdaten einen Wert einer Konstanten einstellt, die für eine Geschwindigkeitsänderung eingesetzt wird auf Basis der Größe eines Betrages bezüglich der Krümmung an einer momentanen Position auf einem Bewegungsweg, die Konstante zum Ableiten der Geschwindigkeit eines Antriebsobjekts auf der Basis einer befohlenen Geschwindigkeit verwendet wird; undeine Geschwindigkeitsberechnungseinheit, welche Bewegungsgeschwindigkeiten der Achsen berechnet unter Verwendung des Wertes der für die Geschwindigkeitsänderung eingesetzten Konstanten, welche durch die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit eingestellt ist, wobeidie Achsen auf Basis der durch die Geschwindigkeitsberechnungseinheit berechneten Bewegungsgeschwindigkeiten gesteuert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine numerische Steuerung, welche insbesondere eine optimale Geschwindigkeitssteuerung entsprechend der Form eines Bewegungsweges ermöglicht.
Stand der Technik
Bei der Steuerung einer Maschine durch eine numerische Steuerung werden üblicherweise für die Achsen der Maschine zulässige Beschleunigungen eingestellt. Wird ein Antriebsobjekt entlang einem Bewegungsweg mit gekrümmter oder eckiger Form bewegt, erfolgt die Steuerung so, dass die Bewegung mit höchster Geschwindigkeit in einem Bereich erfolgt, in welchem die Beschleunigung nicht die zulässige Beschleunigung überschreitet wenn die Bewegungsrichtung sich ändert.
7 zeigt ein Beispiel für eine herkömmliche Geschwindigkeitssteuerung unter Berücksichtigung der zulässigen Beschleunigung.
Wenn ein Antriebsobjekt, wie ein Werkzeug der Maschine, mit einer Bewegungsgeschwindigkeit v entlang einem durch die durchgezogenen Pfeile angezeigten Bewegungsweg bewegt wird, müssen die Beschleunigungen ax_n und ay_n bei Erhöhung der Geschwindigkeit v vergrößert werden, um an einem Punkt n des Bewegungsweges die Bewegungsrichtung zu ändern, wobei die Beschleunigung in der X-Achsen-Richtung ax_n ist und die Beschleunigung in der Y-Achsen-Richtung ay_n ist, jeweils am Punkt n des Bewegungsweges. Allerdings ist die Beschleunigung ax_n entsprechend der zulässigen Beschleunigung der X-Achse eingeschränkt und auch die Beschleunigung ay_n ist durch die zulässige Beschleunigung der Y-Achse eingeschränkt. Dementsprechend wird für die Bewegungsgeschwindigkeit v des Antriebsobjektes die höchste Geschwindigkeit in einem Bereich eingestellt, in welchem die Beschleunigungen ax_n und ay_n, welche für die Änderung der Bewegungsrichtung am am Punkt n erforderlich sind, nicht die jeweiligen zulässigen Beschleunigungen der Achsen überschreiten.
Bei Bewegung des Antriebsobjektes der Maschine kann die Geschwindigkeit auch konstant eingestellt werden, unabhängig von der Bewegungsrichtung.
Als Beispiel für den Stand der Technik bezüglich einer Geschwindigkeitssteuerung auf einem gekrümmten oder eckigen Bewegungsweg beschreibt die offengelegte japanische Patentanmeldung JP H02-219 107 A ein Geschwindigkeitssteuerungsverfahren, bei dem die Geschwindigkeit bestimmt wird aus einer Krümmung auf einem bogenförmigen Bewegungsweg oder aus einer Normalrichtungsbeschleunigung diesbezüglich.
Aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP H05-313 729 A ist eine Technik bekannt zur automatischen Bestimmung einer Eckform zwischen Blöcken bei Ausführung der numerischen Steuerung mit Positionsprüfung, auch wenn ein Stoppbefehl (G09) oder dergleichen nicht im Bearbeitungsprogramm enthalten ist. Bei dieser Technik wird ein Eckwinkel α zwischen einem Einheitsvektor eines ersten Blockes und einem Einheitsvektor eines zweiten Blockes berechnet, eine Prüfung durchgeführt, ob bezüglich des berechneten Eckwinkels α ein Eckfehler aufgrund einer Servosteuerungsverzögerung einen zulässigen Bereich überschreitet, und wenn festgestellt wird, dass der zulässige Bereich überschritten ist, wird eine Lageregelung befohlen bezüglich der Daten des ersten Blockes, um innerhalb des zugelassenen Bereiches zu bleiben.
In der numerischen Steuerung wird als Wert für die Ableitung der Geschwindigkeit des Antriebsobjektes bei der Geschwindigkeitssteuerung ein konstanter Wert eingesetzt, wie beispielsweise eine Normalrichtungsbeschleunigung, ein zulässiger Drehbetrag nach innen unter Berücksichtigung der Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation, und eine Positionsbreite. Wenn nur ein Wert für diese jeweils konstanten Werte einstellbar ist, muss eine Bedienungsperson den Bewegungsweg des Antriebsobjektes vor Start der Bearbeitung bestätigen und sie muss jeden Konstantwert einstellen, um den Punkt zu berücksichtigen, an welchem entlang dem Bewegungsweg die Abbremsung am Erforderlichsten ist, also an der Stelle mit den kritischsten Bedingungen. Damit aber geht einher, dass die Geschwindigkeit der Bearbeitung insgesamt geringer wird, was lange Zykluszeiten verursacht.
Erfolgt die Bearbeitung mit einem Bearbeitungsprogramm aus feinsten Liniensegmenten gemäß den 8A und 8B entsteht auch dann, wenn sich die gleichen Formen mit unterschiedlichen Winkeln zwischen den Blöcken in Abhängigkeit von der Anzahl der Befehlspunkte ergeben (3 Punkte bei 8A; 4 Punkte bei 8B) ein Problem bezüglich der Bestimmung der Form mit höchster Präzision.
DE 10 2011 104 445 A1 betrifft eine numerische Steuerung für Werkzeugmaschinen, die eine Geschwindigkeit in der Tangentialrichtung bei einer Bogenführung mittels einer beliebig eingestellten oder angewiesenen Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit steuert.
DE 692 21 408 T2 betrifft ein Vorschubgeschwindigkeitssteuerverfahren und - vorrichtung an gekrümmten Teilen zum Vorschieben eines Werkzeugs mit einer passenden Vorschubgeschwindigkeit in einem gekrümmten Bewegungsweg zur Ermöglichung hoher Wirksamkeit und sehr genauer Bearbeitung.
DE 690 23 981 T2 betrifft ein Geschwindigkeitssteuerverfahren für eine Evolventen-Interpolation, das eine Bearbeitungsgeschwindigkeit im Umfeld eines Grundkreises für eine Evolvente verringert.
DE 696 29 008 T2 betrifft eine numerische Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Werkzeugs durch Änderung eines Geschwindigkeitsbefehls zu schaffen, um auf diese Weise die Änderung von Beschleunigungenvektoren, die bei einem Endpunkt eines Blocks und bei einem Anfangspunkt eines nachfolgenden Blocks in einem Bearbeitungsprogramm auftreten, zu verringern und die Werkzeugbewegung in Übereinstimmung mit dem geänderten Geschwindigkeitsbefehl zu steuern. Die befohlene Geschwindigkeit ist eine konstante Geschwindigkeit, die für den Bewegungsweg von dem ersten Kreisbogen zu dem zweiten Kreisbogen befohlen ist. Ein Schwellwert der Änderung der Beschleunigung und der Verzögerung bei dem Verbindungspunkt (Punkt P) in den zwei Kreisbögen auf 2A gesetzt wird und die befohlene Geschwindigkeit nicht verringert wird, wenn der Beschleunigungswert von A0, welcher Wert kleiner als A ist, nach -A0 geändert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Deshalb ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine numerische Steuerung bereitzustellen, welche eine optimale Geschwindigkeitssteuerung entsprechend der Form eines Bewegungsweges ermöglicht.
Mit der vorliegenden Erfindung werden die oben erläuterten Probleme gelöst durch passenden Einsatz konstanter Werte für die Geschwindigkeitsberechnung unter Verwendung der Krümmung und/oder des Krümmungsänderungsbetrages bei Ausführung eines Bearbeitungsprogrammes. Dabei wird die Geschwindigkeit ruckfrei geändert, sodass keine Diskontinuität auftritt an den Stellen, wo die Konstantwerte für die Berechnung der Geschwindigkeit ausgewählt werden. Bei der Bestimmung wird berücksichtigt, dass im Allgemeinen eine Kantenform (scharfe Kurvenform oder Eckform) eine große Krümmungsänderung aufweist und häufig kleine Krümmungsstücke um sie herum erfordert. Trotz der Unterschiede hinsichtlich der Genauigkeit in Abhängigkeit von den Präzisionsanforderungen an das Bearbeitungsprogramm hängt die Krümmung nicht von der Feinheit der Befehlspunkte ab. Im Vergleich mit der Bestimmung aufgrund des Winkels gemäß der Technik nach der oben erwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldung JP H05-313729 A kann die erfindungsgemäße Bestimmung aufgrund der Krümmung und/oder des Krümmungsänderungsbetrages eine Kantenform mit höherer Präzision festlegen.
Eine erfindungsgemäße numerische Steuerung steuert auf Basis von Programmbefehlen eine Maschine, welche ein Werkstück bearbeitet, durch Antrieb einer Mehrzahl von Achsen zum Bewegen eines Werkzeuges und eines Werkstückes relativ zueinander. Die numerische Steuerung hat eine Befehlsanalyseeinheit, welche einen Programmbefehl analysiert zur Erzeugung von Bewegungsbefehlsdaten; eine Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit, welche den Wert einer Konstanten setzt, die für eine Geschwindigkeitsänderung verwendet wird auf Basis einer physikalischen Größe bezüglich einer Krümmung in einer momentanen Bewegung auf einem Bewegungsweg entsprechend den Bewegungsbefehlsdaten; und eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit, welche Bewegungsgeschwindigkeiten der Achsen berechnet unter Verwendung des Wertes der Konstanten für eine Geschwindigkeitsänderung, welche durch die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit gesetzt ist. Weiterhin ist die numerische Steuerung eingerichtet zum Steuern der Achsen auf Basis der Bewegungsgeschwindigkeiten, wie durch die Geschwindigkeitsberechnungseinheit berechnet.
Die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit kann eingerichtet sein, einen Wert der für die Geschwindigkeitsänderung eingesetzten Konstanten auf Basis eines Krümmungsänderungsbetrages in der momentanen Position auf den Bewegungsweg zu setzen, oder sie kann eingerichtet sein, den Zusammenhang herzustellen auf Basis der Beziehung zwischen der Krümmung und dem Krümmungsänderungsbetrag in der momentanen Position auf dem Bewegungsweg, oder sie kann weiterhin eingerichtet sein, den Wert der Konstanten, welche für die Geschwindigkeitsänderung eingesetzt wird so einzustellen, dass sie konstant einen kontinuierlichen Wert annimmt bezüglich einer Änderung des Wertes der physikalischen Größe bezüglich der Krümmung.
Erfindungsgemäß kann verhindert werden, dass ein Abschnitt mit einer schwierigen Bedingung eine starke Einschränkung für die Gesamtgeschwindigkeit verursacht und dies bedeutet im Vergleich zum Stand der Technik eine Reduzierung der Zykluszeit. Wird eine Bearbeitung mit gleichen Zykluszeiten unter Anwendung der vorliegenden Erfindung und ohne Anwendung derselben verglichen, kann die Präzision selektiv nur dort verbessert werden, wo es erforderlich ist weil die Erfindung ermöglicht, dass eine starke Geschwindigkeitseinschränkung nur an einer Stelle mit Kantenform eingesetzt wird während eine weniger starke Geschwindigkeitseinschränkung in Abschnitten mit moderater Kurvenform eingesetzt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Obige sowie weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren:

1 zeigt ein Beispiel für ein Verfahren zum Ableiten einer Krümmung und eines Krümmungsänderungsbetrages;
2A bis 2C erläutern einen passenden Einsatz von Konstantwerten bei der Geschwindigkeitsberechnung durch eine numerische Steuerung gemäß einem ersten Ausführungsbespiel der Erfindung.
3 ist ein funktionales Blockdiagramm einer numerischen Steuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4A bis 4C zeigen den passenden Einsatz von Konstantwerten bei der Geschwindigkeitsberechnung durch eine numerische Steuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5A bis 5C zeigen den passenden Einsatz von Konstantwerten bei der Geschwindigkeitsberechnung mit dem Krümmungsänderungsbetrag durch eine numerische Steuerung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6A und 6B zeigen den passenden Einsatz von Konstantwerten bei der Geschwindigkeitsberechnung auf Basis des Krümmungsänderungsbetrages in Relation zur Krümmung durch die numerische Steuerung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
7 zeigt die Begrenzung der Geschwindigkeit auf Basis von zulässigen Beschleunigungen; und
8A und 8B zeigen Bearbeitungen der gleichen Form mit unterschiedlichen Anzahlen an Befehlspunkten.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE IM EINZELNEN
Die Erfindung stattet eine numerische Steuerung mit einer Funktion aus zum passenden Einsatz von Konstantwerten für die Geschwindigkeitsberechnung in Abhängigkeit von einer Krümmung und/oder einem Krümmungsänderungsbetrag bei Ausführung eines Bearbeitungsprogrammes. Beispielsweise ist eine Einrichtung vorgesehen zum automatischen Diskriminieren von ausschließlich einem kantenförmigen Abschnitt zum Abbremsen bei Ausführung eines feinen Liniensegment-Programmes, welches von einem CAM auf Basis von CAD-Formdaten ausgegeben wird.
1 zeigt ein Beispiel für ein Verfahren zum Ableiten einer Krümmung und eines Krümmungsänderungsbetrages.
Zum Ableiten der Krümmung wird mit Liniensegment-Vektordaten, welche einen Bearbeitungsweg bilden, eine Krümmung κ_n gewonnen bezüglich eines Bogens, welcher durch drei Punkte geht, den Startpunkt des Blockes n, den Endpunkt des Blockes n (Startpunkt von Block n+1)) und den Endpunkt von Block (n+1), also auf Basis der Blöcke n und (n+1), wobei die Krümmung κ_n die Krümmung von Block n zu Block (n+1) darstellt. Weiterhin kann gemäß 1 der Krümmungsänderungsbetrag κv_n im Block n definiert werden als die Differenz zwischen der Krümmung κ_n-1 vom Block (n-1) zu Block n und der Krümmung κ_n von Block n zu Block (n+1). Das Verfahren zum Ableiten der Krümmung und des Krümmungsänderungsbetrages ist nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren beschränkt, sondern es sind verschiedene Abwandlungen des Verfahrens einsetzbar.
Beispiele für Konstantwerte für die Geschwindigkeitsberechnung sind eine Normalrichtungsbeschleunigung, eine zulässige Drehstrecke nach innen unter Berücksichtigung der Beschleunigung bzw. Abbremsung nach Interpolation, eine Positionsbreite und dergleichen. Gemäß der Erfindung ist die Auswahl unter solchen Konstantwerten für die Geschwindigkeitsberechnung nicht besonders beschränkt. Auch können andere Konstantwerte als die Obigen eingesetzt werden, solange es sich um einen Konstantwert handelt, der für die Geschwindigkeitsberechnung geeignet ist.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer numerischen Steuerung gemäß der Erfindung wird nunmehr mit Bezug auf die 2A bis 2C und 3 näher beschrieben.
Die numerische Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat eine Funktion zum passenden Einsatz eines von mehreren Konstantwerten für die Geschwindigkeitsberechnung auf Basis einer Bestimmung des Krümmungsänderungsbetrages. Diese Ausführungsform wird beschrieben unter Verwendung eines Beispiels, bei dem ein zulässiger Drehbetrag nach innen unter Berücksichtigung der Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation als Konstantwert für die Geschwindigkeitsberechnung herangezogen wird.
Der passende Einsatz der Konstantwerte für die Geschwindigkeitsberechnung bei diesem Ausführungsbeispiel wird mit Blick auf die 2A bis 2C näher beschrieben.
Die numerische Steuerung dieses Ausführungsbeispieles ist eingerichtet, bei Steuerung eines Antriebsobjektes einer Maschine eine Krümmung und einen Krümmungsänderungsbetrag auf dem Bewegungsweg des Antriebsobjektes zu gewinnen und dann, wenn der gewonnene Krümmungsänderungsbetrag einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, den zulässigen Betrag des Drehvorganges nach innen als den Konstantwert bei der Geschwindigkeitsberechnung zu ändern.
2A zeigt ein Beispiel für den Einsatz einer zulässigen Drehstrecke A nach innen oder einer zulässigen Drehstrecke B nach innen mit einem Schwellenwert X für den Krümmungsänderungsbetrag als Grenzlinie. Sind die zulässige Drehstrecke A nach innen und die zulässige Drehstrecke B nach innen gemäß 2 gesetzt, wird die Geschwindigkeit bezüglich der Krümmung gemäß 2B gesteuert. In 2B zeigt die gestrichelte Kurve die Relation der Geschwindigkeit zu der Krümmung für den Fall, bei dem die zulässige Drehstrecke nach innen A ist und die durchgezogene Linie zeigt die Beziehung der Geschwindigkeit zu der Krümmung für den Fall, bei dem die zulässige Drehstrecke nach innnen B ist.
2C zeigt drei-dimensional die Relation zwischen der Krümmung, dem Krümmungsänderungsbetrag und der Geschwindigkeit bei diesem Ausführungsbeispiel auf Basis obiger Voraussetzungen. Entsprechend 2C wird der Wert der zulässigen Drehstrecke nach innen von B auf A geändert entsprechend dem Schwellenwert X des Krümmungsänderungsbetrages als Übergangsstelle und die Geschwindigkeitssteuerung wird entsprechend geändert.
3 zeigt ein funktionales Blockdiagramm einer numerischen Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die numerische Steuerung 1 dieses Ausführungsbeispieles hat eine Befehlsanalyseeinheit 10, eine Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11, eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12, eine Interpolationseinheit 13 und eine Servosteuereinheit 14.
Die Befehlsanalyseeinheit 10 entnimmt vorab und analysiert CNC-Befehle 20 aus einem Programm oder dergleichen, welches in einem Speicher (nicht dargestellt) abgespeichert ist, erzeugt Bewegungsbefehlsdaten zum Befehlen von Bewegungen der Achsen entsprechend dem Analyseergebnis und gibt die erzeugten Bewegungsbefehlsdaten an die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11.
Die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11 berechnet die Krümmung am Startpunkt eines jedes Blockes auf dem Bewegungsweg entsprechend den von der Befehlsanalyseeinheit 10 empfangenen Bewegungsbefehlsdaten und berechnet weiterhin aus der Krümmung eines jedes Blockes sowie der Krümmung des diesem Block vorangehenden Blockes den Krümmungsänderungsbetrag und prüft, ob der berechnete Krümmungsänderungsbetrag einen bestimmten Schwellenwert X überschreitet oder darunter liegt. Auf Basis dieses Prüfungsergebnisses setzt die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11 einen Konstantwert für die Konstante, welche für die Geschwindigkeitssteuerung eingesetzt wird und welche in der Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12, wie weiter unten näher erläutert ist, verwendet wird. Überschreitet beispielsweise der Krümmungsänderungsbetrag den Schwellenwert X, wird der Konstantwert der Drehstrecke nach innen als die für die Geschwindigkeitssteuerung verwendete Konstante auf A eingesetzt und liegt andererseits der Krümmungsänderungsbetrag unter dem Schwellenwert X, wird der Konstantwert für die Drehstrecke nach innen als die für die Geschwindigkeitssteuerung eingesetzte Konstante auf B gesetzt. Haben der Krümmungsänderungsbetrag und der Schwellenwert X den gleichen Wert, kann die Drehstrecke willkürlich ausgewählt werden; die Wirkung der vorliegenden Erfindung wird in beiden Fällen erreicht.
Die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12 bestimmt die Geschwindigkeit so, dass die Drehstrecke nach innen unter Berücksichtigung der Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation konstant ist. Die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12 verwendet den durch die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11 gesetzten Konstantwert, berechnet die Geschwindigkeit so, dass die Drehstrecke nach innen konstant A ist wenn der Krümmungsänderungsbetrag den Schwellenwert X überschreitet, und berechnet die Geschwindigkeit so, dass die Drehstrecke nach innen konstant B ist wenn der Krümmungsänderungsbetrag unter dem Schwellenwert X liegt.
Die Interpolationseinheit 13 interpoliert und berechnet Punkte auf dem Befehlsweg, wie durch die Bewegungsbefehlsdaten vorgegeben, gemäß Interpolationsintervallen auf Basis der durch die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 13 bestimmten Geschwindigkeit und erzeugt Interpolationsdaten. Weiterhin führt die Interpolationseinheit 13 eine Verarbeitung bezüglich Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation bezüglich der erzeugten Interpolationsdaten aus, um für jedes Interpolationsintervall die Geschwindigkeit jeder Achse zu berechnen und sie gibt die Rechenergebnisse an die Servosteuereinheit 14.
Die Servosteuereinheit 14 steuert die Antriebskomponenten der Achse der Maschine als Steuerobjekte auf Basis des Ausgangs der Interpolationseinheit 13.
In der obigen Beschreibung erfolgt das Umschalten unter Verwendung eines Schwellenwertes X, jedoch können andererseits auch mehrere Schwellenwert X₁, X₂, ... vorab eingestellt werden, auf deren Basis einer von mehreren Wertebereichen, wie durch die mehreren Schwellenwerte definiert, in welchen Wertebereich der Krümmungsänderungsbetrag fällt, die Konstante bestimmt, die für die Geschwindigkeitssteuerung eingesetzt wird und dies kann in mehreren Stufen erfolgen. Auch kann eine Funktion zum Berechnen der für die Geschwindigkeitssteuerung eingesetzten Konstanten auf Basis des Krümmungsänderungsbetrages eingesetzt werden. Dieser Ansatz kann kombiniert werden zur Definition von Funktionen zum Berechnen der Konstanten für die Geschwindigkeitssteuerung aus den Krümmungsänderungsbeträgen entsprechend den durch die Schwellenwerte definierten Wertebereichen und es wird dann einer der Funktionen entsprechend derjenige Wertebereich, in welchen der Krümmungsänderungsbetrag fällt, eingesetzt, zum Berechnen der Konstanten für die Geschwindigkeitssteuerung entsprechend dem Krümmungsänderungsbetrag.
Mit der numerischen Steuerung 1 dieses Ausführungsbeispieles gemäß dem obigen Aufbau kann ein Abschnitt mit kritischen Bedingungen daran gehindert werden, eine starke Geschwindigkeitsbegrenzung für den ganzen Vorgang vorzugeben und im Vergleich zum Stand der Technik kann die Zykluszeit reduziert werden. Erfolgt der Vergleich unter der Voraussetzung gleicher Zykluszeiten, kann die Präzision selektiv nur dort verbessert werden, wo es erforderlich ist, weil die starke Geschwindigkeitsbeschränkung nur in einem Abschnitt an einer Kantenform eingesetzt wird, während eine geringere Geschwindigkeitsbeschränkung in Bereichen eingesetzt wird, in denen nur eine moderat gekrümmte Form vorliegt.
Nunmehr wird ein zweites Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen numerischen Steuerung mit Bezug auf die 4A bis 4C näher beschrieben.
Die oben beschriebene numerische Steuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat eine Funktion zum passenden Einsatz eines von mehreren Konstantwerten für die Geschwindigkeitsberechnung auf Basis einer Bestimmung des Krümmungsänderungsbetrages. Die numerische Steuerung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbespiel hingegen hat eine Funktion zum Einsatz von einem der Konstantwerte für die Geschwindigkeitsberechnung auf Basis einer Bestimmung der Relation zwischen der Krümmung und dem Krümmungsänderungsbetrag. Diese Ausführungsform wird beschrieben anhand eines Beispiels, bei dem eine zulässige Drehstrecke nach innen unter Berücksichtigung der Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation als Konstantwert für die Geschwindigkeitsberechnung eingesetzt wird.
Der Einsatz der Konstantwerte für die Geschwindigkeitsberechnung bei diesem Ausführungsbeispiel wird mit Blick auf die 4A bis 4C näher beschrieben.
Die numerische Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eingerichtet, bei der Steuerung des Antriebsobjektes der Maschine eine Krümmung und einen Krümmungsänderungsbetrag auf dem Bewegungsweg des Antriebsobjektes zu gewinnen und dann, wenn ein Verhältnis des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, die zulässige Drehstrecke nach innen als Konstantwert für die Geschwindigkeitsberechnung zu ändern.
4A zeigt ein Beispiel, bei dem die zulässige Drehstrecke nach innen auf A gesetzt ist wenn das Verhältnis (die Neigung) des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung einen Schwellenwert Y überschreitet, während die zulässige Drehstrecke nach innen auf B gesetzt ist wenn das Verhältnis unter dem Schwellenwert Y liegt. Sind die zulässige Drehstrecke A nach innen und die zulässige Drehstrecke B nach innen gemäß 4A eingestellt, wird die Geschwindigkeit in Bezug auf die Krümmung gemäß 4B gesteuert. In 4B zeigt die gestrichelte Kurve die Relation der Geschwindigkeit zur Krümmung für den Fall, bei dem die zulässige Drehstrecke nach innen A ist, während die durchgezogene Kurve die Relation der Geschwindigkeit zur Krümmung für den Fall zeigt, bei dem die zulässige Drehstrecke nach innen B ist.
4C zeigt drei-dimensional die Beziehung zwischen der Krümmung, dem Krümmungsänderungsbetrag und der Geschwindigkeit bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorstehenden Beschreibung.
Während das funktionale Blockdiagramm der numerischen Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ähnlich ist dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3, sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Prozesse der Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11 und der Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12 verschieden vom ersten Ausführungsbeispiel.
Die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11 berechnet die Krümmung am Startpunkt jedes Blockes auf dem Bewegungsweg entsprechend den von der Befehlsanalyseeinheit 10 erhaltenen Bewegungsbefehlsdaten und berechnet weiterhin den Krümmungsänderungsbetrag aus der Krümmung für jeden Block und der Krümmung am Startpunkt des vorangehenden Blockes und ermittelt, ob das Verhältnis des berechneten Krümmungsänderungsbetrages zur berechneten Krümmung einen bestimmten Schwellenwert Y überschreitet oder darunter liegt.
Auf Basis dieses Bestimmungsergebnisses wird ein Konstantwert für eine Konstante eingestellt, welche für die Geschwindigkeitssteuerung und für die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12 verwendet wird.
Überschreitet beispielsweise das Verhältnis des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung den Schwellenwert Y, wird der Konstantwert der Drehstrecke nach innen, also die für die Geschwindigkeitssteuerung eingesetzte Konstante, auf A gesetzt, während andererseits dann, wenn das Verhältnis des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung unter dem Schwellenwert Y liegt, der Konstantwert der Drehstrecke nach innen, also die für die Geschwindigkeitssteuerung eingesetzte Konstante, auf B gesetzt wird. Ist das Verhältnis des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung gleich dem Schwellenwert Y, dann kann willkürlich einer der beiden Werte festgesetzt werden, ohne dass dadurch die Wirkung der Erfindung beeinträchtigt wäre.
Die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12 bestimmt die Geschwindigkeit so, dass die Drehstrecke nach innen unter Berücksichtigung der Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation konstant ist, ähnlich wie die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12 beim ersten Ausführungsbeispiel. Dabei verwendet die Geschwindigkeitsberechnungseinheit den Konstantwert, wie durch die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11 gesetzt, berechnet die Geschwindigkeit so, dass die Drehstrecke nach innen konstant A ist bei einem Verhältnis des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung größer als der Schwellenwert Y und berechnet die Geschwindigkeit so, dass die Drehstrecke nach innen konstant B ist wenn das Verhältnis des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung unter dem Schwellenwert Y liegt.
Beim obigen Ausführungsbeispiel erfolgt das Umschalten mit einem einzigen Schwellenwert Y, jedoch kann, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, eine Technik mit mehreren Schwellenwerten Y₁, Y₂, ... eingesetzt werden. Weiterhin wurde beim obigen Ausführungsbeispiel das Verhältnis zwischen Krümmungsänderungsbetrag und Krümmung als Beziehung zwischen Krümmung und Krümmungsänderungsbetrag angegeben, jedoch besteht insoweit keine Einschränkung und jede Technik kann eingesetzt werden, welche abzielt auf eine Beziehung zwischen der Krümmung und dem Krümmungsänderungsbetrag, um einen passenden Konstantwert für die Geschwindigkeitssteuerung zu finden, beispielsweise kann das Verhältnis eines Produktwertes des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung gewählt werden oder es können Grenzwerte bezüglich der Krümmung und des Krümmungsänderungsbetrages gesetzt werden. Auch kann eine Funktion (Algorithmus) eingesetzt werden zum Berechnen einer Konstanten für die Geschwindigkeitssteuerung, ausgehend von der Krümmung und dem Krümmungsänderungsbetrag, oder es kann eine Konstante für die Geschwindigkeitssteuerung gewonnen werden durch eine Kombination der beschriebenen Verfahren.
Mit einer numerischen Steuerung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel und der obigen Konfiguration kann verhindert werden, dass ein Abschnitt mit kritischen Bedingungen die Gesamtgeschwindigkeit beträchtlich einschränkt und im Vergleich zum Stand der Technik kann die Zykluszeit reduziert werden. Bei einem Bearbeitungsbetrieb mit gleichen Zykluszeiten kann die Präzision selektiv nur an den erforderlichen Stellen erhöht werden weil eine deutliche Geschwindigkeitsreduzierung nur in Kantenbereichen vorgenommen wird während in anderen Bereichen mit weniger starken Krümmungen die Geschwindigkeit weniger stark reduziert wird.
Nunmehr wird ein drittes Ausführungsbeispiel einer numerischen Steuerung gemäß der Erfindung näher mit Bezug auf die 5A bis 5C und 6A und 6B beschrieben.
Bei den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen erfolgt eine Bestimmung auf Basis des Krümmungsänderungsbetrages oder auf Basis einer Relation zwischen der Krümmung und dem Krümmungsänderungsbetrag und entsprechend dieser Bestimmung werden die Konstantwerte gewählt für die bei der Geschwindigkeitsberechnung eingesetzten Konstanten. Werden aber die Konstantwerte für die Geschwindigkeitssteuerung plötzlich entsprechend der Bestimmung umgeschaltet, kann an der Stelle diskontinuierlicher Konstantwerte für die Geschwindigkeitsberechnung die Bearbeitung beeinträchtigt werden; eine solche Beeinträchtigung kann auch auftreten wenn der Krümmungsänderungsbetrag oder dessen Verhältnis zur Krümmung wiederholt schnell abwechselnd über bzw. unter dem Schwellenwert liegen.
Deshalb ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Konstantwert für die bei der Geschwindigkeitsberechnung verwendete Konstante eingerichtet, so kontinuierlich (stetig) wie möglich zu sein, also abrupte diskontinuierliche Stellen zu vermeiden, in Abhängigkeit von dem Krümmungsänderungsbetrag oder dem Verhältnis zwischen diesem und der Krümmung. Nachfolgend wird als Beispiel ein Fall näher beschrieben, bei dem die Konstantwerte für die Geschwindigkeitsberechnung linear verknüpft sind. Die Beschreibung dieses Beispiels erfolgt bezüglich des Einsatzes einer zulässigen Drehstrecke nach innen unter Berücksichtigung von Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation als Konstantwerte für die Geschwindigkeitsberechnung.
Die 5A bis 5C sowie 6A und 6B zeigen den passenden Einsatz der Konstantwerte für die Geschwindigkeitsberechnung bei diesem Ausführungsbeispiel.
Ein Verbindungsbereich D wird definiert für eine kontinuierliche Änderung der zulässigen Drehstrecke nach innen unter Berücksichtigung der Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation als Konstantwert für die Geschwindigkeitsberechnung und dieser Bereich liegt oberhalb und unterhalb des Schwellenwertes des Krümmungsänderungsbetrages oder des Verhältnisses des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung, wobei in diesem Bereich die zulässige Drehstrecke nach innen unter Berücksichtigung der Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation für die Geschwindigkeitssteuerung linear von A auf B geändert wird.
Wird beispielsweise die Geschwindigkeitssteuerung mit dem Krümmungsänderungsbetrag ähnlich ausgeführt wie beim obigen ersten Ausführungsbeispiel, wird gemäß 5A ein Verbindungsbereich D_x definiert von einem ersten Schwellenwert X-δ_x zu einem zweiten Schwellenwert X+δ_x und in diesem Bereich wird die Drehstrecke nach innen kontinuierlich und linear geändert. Auf diese Weise wird entsprechend den drei-dimensionalen Graphen der Beziehungen zwischen der Krümmung, dem Krümmungsänderungsbetrag und der Geschwindigkeit nach 5B eine kontinuierliche Geschwindigkeitssteuerung durchgeführt auf Basis des Krümmungsänderungsbetrages wenn dieser im oben erläuterten Verbindungsbereich D liegt.
Erfolgt eine Geschwindigkeitssteuerung gemäß dem Krümmungsänderungsbetrag im Verhältnis zur Krümmung ähnlich wie beim zweiten Ausführungsbeispiel wird gemäß 6A ein Verbindungsbereich D_y von einem ersten Schwellenwert Y-δ_y zu einem zweiten Schwellenwert Y+δ_y des Verhältnisses (der Kurvensteigung) des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung und in diesem Bereich wird die Drehstrecke nach innen kontinuierlich und linear geändert (variiert). Auf diese Weise erfolgt entsprechend dem drei-dimensionalen Graphen der Relation zwischen Krümmung, dem Krümmungsänderungsbetrag und der Geschwindigkeit entsprechend 6B eine kontinuierliche Geschwindigkeitssteuerung auf Basis des Krümmungsänderungsbetrages wenn das Verhältnis (die Kurvensteigung) des Krümmungsänderungsbetrages zu der Krümmung im oben beschriebenen Verbindungsbereich D_y liegt.
Ein funktionales Blockdiagramm der numerischen Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem der 3 (erste und zweite Ausführungsbeispiele), verschieden sind aber die Inhalte der durch die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11 und durch die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12 ausgeführten Prozesse im Vergleich zu den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen. Die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11 berechnet die Krümmung am Startpunkt eines jeden Blockes auf dem Bewegungsweg auf Basis der von der Befehlsanalyseeinheit 10 empfangenen Bewegungsbefehlsdaten und sie berechnet weiterhin den Krümmungsänderungsbetrag aus der Krümmung für jeden Block und der Krümmung am Startpunkt des dem genannten Block vorangehenden Blockes. Sodann prüft sie, wie sich der berechnete Krümmungsänderungsbetrag zum Verbindungsbereich D_x verhält wenn die Geschwindigkeitssteuerung mit dem berechneten Krümmungsänderungsbetrag ausgeführt wird. Weiterhin ermittelt die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11, wie sich das Verhältnis des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung in Bezug auf den Verbindungsbereich D_y verhält wenn die Geschwindigkeitssteuerung mit dem Verhältnis des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung ausgeführt wird.
Sodann wird ein Konstantwert bezüglich einer für die Geschwindigkeitssteuerung verwendeten Konstanten, welche für die Geschwindigkeitsberechnung verwendet wird, auf Basis der genannten Bestimmungsergebnisse gesetzt. Beim Setzen (Einstellen) eines derartigen Konstantwertes wird die Drehstrecke nach innen eingestellt entsprechend den drei nachfolgenden Unterscheidungen:

- der Fall, bei dem der Krümmungsänderungsbetrag den Maximalwert des Verbindungsbereiches überschreitet;
- der Fall, bei dem der Krümmungsänderungsbetrag in den Verbindungsbereich fällt; und
- der Fall, bei dem der Krümmungsänderungsbetrag unter dem Minimalwert des Verbindungsbereiches liegt.

Überschreitet beispielsweise der Krümmungsänderungsbetrag den Maximalwert des Verbindungsbereiches D_x, wird der Konstantwert der Drehstrecke als der für die Geschwindigkeitssteuerung verwendeten Konstanten auf A gesetzt.
Liegt der Krümmungsänderungsbetrag unterhalb des Minimalwertes des Verbindungsbereiches D_x, wird der Konstantwert bezüglich der Drehstrecke nach innen als die für die Geschwindigkeitssteuerung verwendete Konstante auf B gesetzt.
Liegt der Krümmungsänderungsbetrag im Verbindungsbereich D_x gemäß 5C, wird die für die Geschwindigkeitssteuerung verwendete zulässige Drehstrecke nach innen eingestellt, ausgehend von dem momentanen Krümmungsänderungsbetrag durch Ausführung einer linearen Interpolation auf Basis des Maximalwertes des Krümmungsänderungsbetrages und des Minimalwertes des Krümmungsänderungsbetrages innerhalb des Verbindungsbereiches D_x und den zulässigen Drehstrecken A und B.
Die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 12 bestimmt die Geschwindigkeit so, dass die Drehstrecke nach innen unter Berücksichtigung von Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation konstant ist. Erfolgt die Geschwindigkeitssteuerung auf Basis des Krümmungsänderungsbetrages unter Verwendung des durch die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit 11 gesetzten Konstantwertes, wird die Geschwindigkeit so berechnet, dass die zulässige Drehstrecke nach innen konstant A ist für den Fall, bei dem der Krümmungsänderungsbetrag den Maximalwert des Verbindungsbereiches D_x überschreitet, während die Geschwindigkeit so berechnet wird, dass die zulässige Drehstrecke nach innen konstant D ist für den Fall, bei dem der Krümmungsänderungsbetrag unter den Minimalwert des Verbindungsbereiches D_x liegt.
Im Falle, dass der Krümmungsänderungsbetrag im Verbindungsbereich D_x liegt, wird die für die Geschwindigkeitssteuerung verwendeten zulässige Drehstrecke nach innen gewonnen aus dem momentanen Krümmungsänderungsbetrag durch eine lineare Interpolation auf Basis des Maximalwertes des Krümmungsänderungsbetrages und des Minimalwertes des Krümmungsänderungsbetrages im Verbindungsbereich D_x und die zulässigen Drehstrecken A und B nach innen sowie die Geschwindigkeit werden auf Basis der gewonnenen zulässigen Drehstrecke berechnet.
Erfolgt die Geschwindigkeitssteuerung mit dem Verhältnis des Krümmungsänderungsbetrages zur Krümmung, wird die Rechnung entsprechend ausgeführt auf Basis dieses Verhältnisses, des Schwellenwertes Y und des Verbindungsbereiches D_y als Parameter. Auch mit anderen Techniken kann die Rechnung ausgeführt werden mit einem passend gesetzten Verbindungsbereich.
Die numerische Steuerung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel bringt ähnliche technische Vorteile wie die Steuerungen gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen. Zusätzlich wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Einfluss auf die Bearbeitung aufgrund des Umschaltens des Konstantwertes soweit als möglich unterdrückt weil die für die Geschwindigkeitsberechnung verwendeten Konstantwerte so kontinuierlich (stetig) wie möglich sind, also keine abrupten Änderungen aufweisen.
Oben wurden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und kann in unterschiedlicher Weise abgewandelt realisiert werden.
Beispielsweise wird bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das Umschalten der zulässigen Drehstrecken nach innen unter Berücksichtigung der Beschleunigung und Abbremsung nach der Interpolation für den Konstantwert, welcher bei der Geschwindigkeitssteuerung verwendet wird, herangezogen, jedoch kann die Erfindung auch auf andere für die Geschwindigkeitssteuerung eingesetzte Konstantwerte angewandt werden. Beim dritten Ausführungsbeispiel wird eine lineare Verknüpfung der Konstantwerte für die Geschwindigkeitssteuerung beispielhaft herangezogen, jedoch können auch andere Verbindungstechniken eingesetzt werden, solange die Verbindung so ist, dass der Konstantwert kontinuierlich, also ohne abrupte Änderungen, geändert wird.

Claims

Numerische Steuerung zur Steuerung einer ein Werkstück bearbeitenden Maschine auf Basis von Programmbefehlen durch Antrieb einer Mehrzahl von Achsen für eine Relativbewegung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück, wobei die Steuerung aufweist: eine Befehlsanalyseeinheit, welche Programmbefehle analysiert zur Erzeugung von Bewegungsbefehlsdaten; eine Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit, welche entsprechend den Bewegungsbefehlsdaten einen Wert einer Konstanten einstellt, die für eine Geschwindigkeitsänderung eingesetzt wird auf Basis der Größe eines Betrages bezüglich der Krümmung an einer momentanen Position auf einem Bewegungsweg, die Konstante zum Ableiten der Geschwindigkeit eines Antriebsobjekts auf der Basis einer befohlenen Geschwindigkeit verwendet wird; und eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit, welche Bewegungsgeschwindigkeiten der Achsen berechnet unter Verwendung des Wertes der für die Geschwindigkeitsänderung eingesetzten Konstanten, welche durch die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit eingestellt ist, wobei die Achsen auf Basis der durch die Geschwindigkeitsberechnungseinheit berechneten Bewegungsgeschwindigkeiten gesteuert werden.
Numerische Steuerung gemäß Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit eingerichtet ist, den Wert der Konstanten für die Geschwindigkeitsänderung auf Basis des Krümmungsänderungsbetrages an der momentanen Position auf dem Bewegungsweg einzustellen.
Numerische Steuerung gemäß Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit eingerichtet ist, den Wert der für die Geschwindigkeitsänderung eingesetzten Konstanten auf Basis der Beziehung zwischen der Krümmung und einem Krümmungsänderungsbetrag an der momentanen Position auf dem Bewegungsweg einzustellen.
Numerische Steuerung gemäß Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeitssteuerungsbestimmungseinheit eingerichtet ist, den Wert der für die Geschwindigkeitsänderung eingesetzten Konstanten so einzustellen, dass die Konstante einen Wert annimmt, der kontinuierlich ist bezüglich einer Änderung im Wert des Betrages der die Krümmung betreffenden Größe.