DE102016015515A1

DE102016015515A1 - Numerische Steuereinheit

Info

Publication number: DE102016015515A1
Application number: DE102016015515.9A
Authority: DE
Inventors: Hiroki Hokazono; Takashi Satou; Takeshi Mochida
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2036-12-24
Also published as: JP2017117252A; CN106919143A; JP6356658B2; US20170185073A1; CN106919143B; US10528035B2; DE102016015515B4

Abstract

Eine numerische Steuereinheit der vorliegenden Erfindung umfasst eine Parametereinstelleinheit, die Einstellungen zu Stanzpressparametern akzeptiert, eine NC-Parameterberechnungseinheit, die einen Achsensteuerparameter beim Stanzpressen auf Basis der Stanzpressparameter berechnet, eine Parameterspeichereinheit, die die Stanzpressparameter und den Achsensteuerparameter speichert, eine Befehlsanalyseeinheit, die einen Befehlsblock im Programm analysiert, um Bewegungsbefehlsdaten zu generieren, eine Interpolationseinheit, die Interpolationsdaten auf Basis der Bewegungsbefehlsdaten generiert, und eine Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit, die eine lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante und eine glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante zur Verwendung bei der Achsensteuerung auf Basis der Stanzpressparameter, des Achsensteuerparameters und einer Vorschubrate, die vom Befehlsblock spezifiziert wird, berechnet und eine Nach-Interpolation-Beschleunigungs- oder -Entschleunigungsverarbeitung auf Basis jeder der berechneten Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten durchführt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuereinheit und insbesondere auf eine numerische Steuereinheit, die in der Lage ist, einen Tischachsenbetrieb einer Stanzmaschine auf einfache Weise einzustellen.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Um bei einer Stanzmaschine eine Zielstoßrate (die Anzahl der Pressvorgänge pro Minute) zu erzielen, wird eine Funktion mit der Bezeichnung „Positionierung mit optimaler Beschleunigung” bereitgestellt, wobei Geschwindigkeiten, Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten und Positionsverstärkungsfaktoren einer Tischachse gemäß den Bewegungsausmaßen auf der X-Achse und der Y-Achse (Tischachse) in sieben Stufen gewechselt werden. Bei Verwendung dieser Funktion werden Bewegungsausmaße als Wechselgrenzen (im Folgenden als Grenzwerte bezeichnet) und Geschwindigkeiten, Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten und Positionsverstärkungsfaktoren für jede der X-Achse und der Y-Achse eingestellt. Bei dieser Einstellung, wie in 9 gezeigt, kommt es, da viele Elemente, einschließlich Grenzwerten und Geschwindigkeiten, Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten und Positionsverstärkungsfaktoren, für jede der X-Achse und der Y-Achse für sieben Stufen eingestellt werden müssen, zu dem Problem, dass die Einstellung schwierig ist und lange dauert.
Unterdessen offenbart die japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 4-335410 als Technik zur Unterstützung der Einstellung einer Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante für eine zu steuernde Achse aus dem Stand der Technik eine Technik, wie in 10 gezeigt, bei der eine Beschleunigung, deren Beschleunigungsdrehmoment das Obergrenzen-L_max der Motorleistung ist, anhand einer schnellen Vorschubrate F in einem Block mit einem Bewegungsausmaß d, Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika eines Servomotors und einer Lastträgheit erhalten wird; eine Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante T anhand der Beschleunigung erhalten wird; und die größte Zeitkonstante unter allen Antriebsachsen als Zeitkonstante für jede Achse eingestellt wird.
Bei der Stanzmaschine ist die Presse so ausgelegt, dass sie nach Abschluss der Bewegung eines Blocks betrieben wird. Hier kommt es zu einem Prozessausfall, sofern der Motor nicht bereit ist (settled). Bei der in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 4-335410 offenbarten Technik wird die Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante T anhand der Beschleunigung erhalten, deren Beschleunigungsdrehmoment das Obergrenzen-L_max der Motorleistung ist. Bei der Stanzmaschine kann es, wenn die Achsenbewegung mit hoher Beschleunigung oder Entschleunigung durchgeführt wird, wie in 11 gezeigt, zu dem Problem kommen, dass der Presszeitpunkt beispielsweise aufgrund des Auftretens einer Überschreitung verzögert werden muss, wenn eine Tischachsenbewegung abgeschlossen ist, und die Beschleunigung oder Entschleunigung, die gemäß der in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 4-335410 offenbarten Technik eingestellt wurde, ggf. keinen optimalen Wert aufweist. Aus diesem Grund kann die in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 4-335410 offenbarte Technik nicht einfach auf das Einstellen einer Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante für die Tischachse der Stanzmaschine angewandt werden.
Außerdem wird, wenn die Funktion der „Positionierung mit optimaler Beschleunigung” verwendet wird, die Tischachsenbeschleunigung, wenn das Tischachsenbewegungsausmaß einen Grenzwert überschreitet, gewechselt (die Beschleunigung wird durch Wechseln der Geschwindigkeit und der Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante gewechselt) und außerdem wird der Positionsverstärkungsfaktor ebenfalls gewechselt. Dies stellt dahingehend ein Problem dar, wie in 12 gezeigt, dass ein Tischachsenbetrieb (Beschleunigung und Positionsverstärkungsfaktor) signifikant verändert werden kann, sogar wenn ein geringer Unterschied des Bewegungsausmaßes vorliegt, wenn der Grenzwert überschritten wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Somit besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer numerischen Steuereinheit, die in der Lage ist, einen Tischachsenbetrieb einer Stanzmaschine auf einfache Weise einzustellen.
Bei der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung wird bei der Steuerung des Stanzpressens nicht wie bei der Technik des Änderns einer linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante gemäß dem Achsenbewegungsausmaß aus dem Stand der Technik eine lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁, die von einer erlangten Geschwindigkeit der Tischachse abhängt, automatisch anhand der Struktur der Maschine und den Charakteristika des Servomotors berechnet. Bei der Stanzmaschine ist außerdem eine Referenzstoßrate h_p zum Zeitpunkt des Betriebs unter der Bedingung, dass ein Tischachsenbewegungsausmaß d_p (25,4 (mm), 25,0 (mm) oder dergleichen ist) (dieses d_p wird als Referenzabstand eingestellt) ist, ein Beispiel für ein allgemeines Beurteilungskriterium. Außerdem wird ein Mindestbewegungsausmaß (Mindestabstand d_m) eingestellt und werden glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten t_2p und t_2m anhand einer beweglichen Zeit automatisch berechnet, die anhand einer Stoßrate h_m mit dem Mindestbewegungsausmaß und t berechnet wird. 13 ist ein Schaubild, das eine lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante und glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten zeigt, die von der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung automatisch berechnet werden. Auf diese Weise kann das Problem des Grenzwerts des Bewegungsausmaßes bei der Funktion der „Positionierung mit optimaler Beschleunigung” gelöst werden, da die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante gemäß der erlangten Geschwindigkeit linear geändert wird und die glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten gemäß dem Bewegungsausmaß linear geändert werden. Man bemerke, dass die Geschwindigkeit auf eine maximal verfügbare Geschwindigkeit in den Spezifikationen der Maschine eingestellt wird und dass der Positionsverstärkungsfaktor auf einen Standardwert für den Positionsverstärkungsfaktor eingestellt wird, der bei der anfänglichen Anpassung der Maschine eingestellt wurde (Servomotor), und zwar jeweils als fester Wert.
Bei der Technik aus dem Stand der Technik wird außerdem, wenn das Bewegungsausmaß nur mit der linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante erhöht wird, eine Überschreitung erhöht, was dahingehend ein Problem darstellt, dass die Zeit bis zum möglichen Stanzen instabil und schwierig zu steuern ist. Bei der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine Multiplikation von der glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante innerhalb eines Bereichs durchgeführt, in dem die Stoßrate erfüllt ist, wodurch eine Überschreitungshöhe verringert und die Steuerung leichtgemacht wird.
Außerdem steuert die numerische Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung eine Maschine, die ein Stanzpressen auf Basis eines Programms durchführt, und umfasst eine Parametereinstelleinheit, die Einstellungen von Stanzpressparametern in Bezug auf das Stanzpressen akzeptiert, eine NC-Parameterberechnungseinheit, die einen Achsensteuerparameter beim Stanzpressen auf Basis der Stanzpressparameter berechnet, die von der Parametereinstelleinheit akzeptiert wurden, eine Parameterspeichereinheit, die die Stanzpressparameter und den Achsensteuerparameter speichert, eine Befehlsanalyseeinheit, die einen Befehlsblock aus dem Programm liest und analysiert, um Bewegungsbefehlsdaten zu generieren, und die generierten Bewegungsbefehlsdaten ausgibt, eine Interpolationseinheit, die eine Interpolationsverarbeitung auf Basis der Bewegungsbefehlsdaten durchführt, um Interpolationsdaten zu generieren, und die generierten Interpolationsdaten ausgibt, eine Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit, die eine lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante und eine glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante zur Verwendung bei der Achsensteuerung auf Basis der Stanzpressparameter und des Achsensteuerparameters, die in der Parameterspeichereinheit gespeichert sind, und einer Vorschubrate berechnet, die vom Befehlsblock spezifiziert wird, eine Nach-Interpolation-Beschleunigungs- oder -Entschleunigungsverarbeitung an den Interpolationsdaten auf Basis der berechneten linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante und der glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante durchführt und die Interpolationsdaten, auf die die Nach-Interpolation-Beschleunigungs- oder -Entschleunigungsverarbeitung angewandt wurde, ausgibt, und eine Servosteuereinheit, die eine Achse der Maschine auf Basis der Interpolationsdaten, die von der Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit ausgegeben werden, und der Interpolationsdaten, auf die die Post-Interpolation-Beschleunigungs- oder Entschleunigungsverarbeitung angewandt wurde, steuert.
Bei der numerischen Steuereinheit umfassen die Stanzpressparameter zumindest einen Zeitraum, den ein Stanzschlag dauert, einen Referenzabstand und eine Zielstoßrate, die damit assoziiert ist, einen Mindestabstand und eine Zielstoßrate, die damit assoziiert ist, und ein maximales Beschleunigungsdrehmoment und eine lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante, abhängig von einer Struktur der Maschine.
Bei der numerischen Steuereinheit kann der Achsensteuerparameter eine Drehmomentwellenform zum Anpassen der linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante umfassen.
Bei der numerischen Steuereinheit berechnet die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit die glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante, die in Bezug auf die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante linear ist.
Bei der vorliegenden Erfindung können, die glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten T_2p und t_2m mit dem Referenzabstand bzw. dem Mindestabstand lediglich durch Einstellen von vier Parametern, die das Bewegungsausmaß (Referenzabstand) d_p (mm) der Tischachsenbewegung und die Zielstoßrate h_p (Male/ms), die damit assoziiert ist; das Bewegungsausmaß (Mindestabstand) d_m (mm) der Tischachsenbewegung und eine Zielstoßrate h_m (Male/ms), die damit assoziiert ist; einen Zeitraum t_p (ms), den jeder Stanzschlag dauert; und Motorcharakteristika des Servomotors auf der Tischachse umfassen automatisch berechnet und eingestellt werden. Aus diesem Grund kann die Anzahl von Prozessen für Elementeingaben durch den Benutzer verringert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, in denen:
1 ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen Parametern zeigt, die bei einer Stanzpresse verwendet werden, die von einer numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung gesteuert wird;
2 ein Schaubild ist, das Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika eines Servomotors zeigt;
3 ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen Beschleunigungsdrehmoment und Vorschubrate zeigt;
4 ein Schaubild ist, das eine Berechnung einer glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante zeigt, wenn ein Bewegungsausmaß klein ist und eine erlangte Geschwindigkeit einer Tischachse geringer als eine Befehlsgeschwindigkeit ist;
5 ein Schaubild ist, das eine Berechnung einer glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante zeigt, wenn die Bewegungsausmaß groß ist und die erlangte Geschwindigkeit einer Tischachse eine Befehlsgeschwindigkeit ist;
6 ein Funktionsschaubild einer numerischen Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7 ein Ablaufplan der Verarbeitung von Parametereinstellungen ist, die von der numerischen Steuereinheit von 6 durchzuführen ist;
8 ein Ablaufplan der Steuerverarbeitung zum Zeitpunkt eines Stanzpressen ist, der von der numerischen Steuereinheit von 6 durchzuführen ist;
9 ein Schaubild ist, das Einstellungen in Bezug auf Geschwindigkeit, Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante und Positionsverstärkungsfaktor, wie durch „Positionierung mit optimaler Beschleunigung” erhalten, bei einem Stanzpressen mit einer Technik aus dem Stand der Technik zeigt;
10 ein Schaubild ist, das die in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 4-335410 offenbarte Technologie zeigt;
11 ein Schaubild ist, das ein Problem zeigt, das beim Stanzpressen unter Verwendung der Technologie der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 4-335410 entsteht;
12 ein Schaubild ist, das ein Problem bei der Verwendung einer „Positionierung mit optimaler Beschleunigung” beim Stanzpressen mit der Technik aus dem Stand der Technik zeigt; und
13 ein Schaubild ist, das eine lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante und glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten zeigt, die von der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung automatisch berechnet werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Zusammenschau mit den Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird jeder Prozess in der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung beschrieben.
<Berechnung der Tischachsenbetriebszeit t anhand von Zielstoßrate und Presszeit>
Bei der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung wird eine Tischachsenbetriebszeit t (Ms), die in der Lage ist, jede Zielstoßrate zu erreichen, anhand von Zielstoßraten und deren assoziierten Referenz- und Mindestabständen erhalten, die von einem Maschinenhersteller eingestellt sind. Die Tischachsenbetriebszeit t (Ms) pro Pressblock in einem Verarbeitungsprogramm, die in der Lage ist, die Zielstoßraten zu erreichen, kann anhand der nachstehenden Gleichung 1 berechnet werden, wenn eine Zielreferenzstoßrate h (Male/ms) ist, eine Ausführungszeit pro Pressblock, die in der Lage ist, die Zielstoßrate zu erreichen, t_b (Ms) ist und ein Zeitraum, den ein Stanzschlag dauert, t_p (ms) ist, wie in 1 gezeigt.
[Gleichung 1]

t_b = 1 / h, t = t_b – t_p, daher: t = 1 / h – t_p

<Beziehung zwischen Beschleunigungsdrehmoment und Beschleunigung>
Eine Beziehung zwischen Beschleunigungsdrehmoment und Beschleunigung eines Servomotors ist im Allgemeinen durch die nachstehende Gleichung 2 dargestellt und eine Beziehung zwischen einer Drehzahl und einer Achsentransportgeschwindigkeit des Motors ist im Allgemeinen durch die nachstehende Gleichung 3 dargestellt. [Gleichung 2]

T_a:: Beschleunigungsdrehmoment (Nm)
V_m:: Motordrehzahl bei schnellem Vorschub (min^–1)
t₁:: Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante (s)
J_M:: Trägheitsmoment des Rotors (kgm²)
J_L:: Lastträgheitsmoment (kgm²)
η:: mechanische Effizienz

V:: Achsenvorschubrate (mm/min)
P:: Kugelumlaufspindelsteigung
Z₂:: Geschwindigkeitsverringerungsverhältnis

Auf Basis dieser Gleichungen 2 und 3 kann die Beziehung zwischen Beschleunigungsdrehmoment und Beschleunigung des Servomotors durch die nachstehende Gleichung 4 dargestellt werden. Da die Terme außer T_a und t₁ in dieser Gleichung 4 konstante Terme sind, die durch die Spezifikationen der Maschine definiert sind, kann festgestellt werden, dass die Tischachsenbeschleunigung V/t₁ und das Beschleunigungsdrehmoment T_a in proportionaler Beziehung zueinander stehen. [Gleichung 4]
<Registration von Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika des Servomotors>
Der Servomotor hat vordefinierte Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika, die die Beziehung zwischen Vorschubrate und Drehmoment darstellen (siehe 2). Merkmale dieser Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika (maximales Beschleunigungsdrehmoment T_max, Änderungspunkt F_pc und Gradient A nach dem Änderungspunkt) werden vorab in einer Datenbank registriert, um mit einer zugewiesenen Motorzahl jedes Servomotors verknüpft zu werden. Mit den Merkmalen der Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika, die auf diese Weise in der Datenbank registriert werden, können die Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika jedes Servomotors durch lediglich Ausweisen einer Motorzahl erhalten werden. Man bemerke, dass die Merkmale der Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika (maximales Beschleunigungsdrehmoment T_max, Änderungspunkt F_pc und Gradient A nach dem Änderungspunkt) für eine Verwendung eines Servomotors, der nicht in der Datenbank registriert ist, auch direkt eingegeben werden können. Durch die Option direkter Eingaben ist es möglich, die Verwendung eines neu eingeführten Servomotors, eines Servomotors eines anderen Herstellers und dergleichen flexibel zu unterstützen.
<Berechnung einer Anpassungsdrehmomentwellenform für eine lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante>
3 zeigt Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika des Servomotors. Anhand 3 kann eine Obergrenzen-Drehmomentwellenform der Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika des Servomotors, der in der Stanzmaschine verwendet wird, durch die nachstehende Gleichung 5 dargestellt werden. [Gleichung 5]
Und unter Verwendung der obigen Gleichung 5 und des maximalen Versatz-Lastdrehmoment (maximales Beschleunigungsdrehmoment) T_a (Nm), wie anhand der Struktur der Maschine ermittelt, können eine Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) zum linearen Steuern der linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante und eines Änderungspunkts F_c (mm/min) der Wellenform durch die nachstehenden Gleichungen 6 und 7 dargestellt werden. Man bemerke, dass die Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) anhand T_a, des Gradienten A nach dem Änderungspunkt F_pc (mm/min) von lp(f) und eines Verhältnisses X (%) in Bezug auf die Obergrenzen-Drehmomentwellenform (dieser Parameter dient dazu, eine Sättigung des Drehmoments ab dem Änderungspunkt F_c zu verhindern) erhalten wird. [Gleichung 6]
[Gleichung 7]
<Berechnung einer linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante>
Das maximale Drehmoment T_a bei Beschleunigung und Entschleunigung und eine maximale Beschleunigung (lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t_1m) hängen von der Struktur der Maschine ab. Da das Obergrenzen-Drehmoment nach dem Änderungspunkt F_c der Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) verringert ist, muss die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante erhöht werden, so dass das Drehmoment nicht gesättigt ist. Die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁ kann mit der nachstehenden Gleichung 8 anhand des maximalen Drehmoments T_a, der Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) und des Verhältnisses X in Bezug auf das Obergrenzen-Drehmoment erhalten werden. [Gleichung 8]
<Berechnung von glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten>
Glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten t_2p und t_2m werden anhand der oben berechneten linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁, der maximal zulässigen Betriebszeit t und der erlangten Geschwindigkeit berechnet. Wie in 4 gezeigt, kann, wenn ein Bewegungsausmaß d klein ist und die erlangte Geschwindigkeit der Tischachse geringer als eine Befehlsgeschwindigkeit F ist, eine glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₂ wie folgt erhalten werden. Das heißt, aus 4, gilt: d = t₀/2 × F_t0/2t₁. Aus diesem Grund wird, wenn diese Gleichung für eine Positionierungszeit t₀ nur mit der linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante gelöst wird, t₀ = √(4dt₁/F) erhalten. Außerdem wird aus t = t₀ + t₂t = √(4dt₁/F) + t₂ erhalten. Wenn diese Gleichung für t₂ gelöst wird, wird t₂ = t – √(4dt₁/F) erhalten, und aus diesem Grund kann eine glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante mit einem Referenzabstand und einem Mindestabstand durch die nachstehende Gleichung 9 dargestellt werden. Aus diesem Grund können t_2p und t_2m durch die nachstehende Gleichung 10 berechnet werden. [Gleichung 9]
[Gleichung 10]
Die Glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten t_2p und t_2m können außerdem auf Basis der oben beschriebenen linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁, einer maximal beweglichen Zeit t und einer erlangten Geschwindigkeit berechnet werden. Wie in 5 gezeigt, kann, wenn das Bewegungsausmaß d ausreichend groß ist und die erlangte Geschwindigkeit der Tischachse die Befehlsgeschwindigkeit F ist, die glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₂ durch die nachstehende Gleichung 11 dargestellt werden. Aus diesem Grund können t_2p und t_2m durch die nachstehende Gleichung 12 berechnet werden.
[Gleichung 11]

t₂ = t – d / F – t₁

[Gleichung 12]
Unter Bezugnahme auf die glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten t_2p und t_2m, wobei ein Tischachsenbewegungsausmaß der Referenzabstand d_p ist und der Mindestabstand d_m ist, wird die glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante sodann gemäß dem Tischachsenbewegungsausmaß auf die lineare gewechselt. Eine Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t_2d (Ms) mit dem Bewegungsausmaß d (mm) wird mit der nachstehenden Gleichung 13 berechnet. [Gleichung 13]
Bei der numerischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung werden die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁ und die glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t_2d mit dem obigen Betriebsprozess berechnet und die Tischachsenbewegungssteuerung wird unter Verwendung dieser Werte durchgeführt.
6 ist ein Funktionsschaubild der numerischen Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine numerische Steuereinheit 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Parametereinstelleinheit 10, eine NC-Parameterberechnungseinheit 11, eine Parameterspeichereinheit 12, eine Befehlsanalyseeinheit 13, eine Interpolationseinheit 14, eine Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 und eine Servosteuereinheit 16.
Die Parametereinstelleinheit 10 akzeptiert Einstellungen diverser Parameter zur Verwendung bei der Verarbeitung durch eine Stanzpresse, die auf Basis eines Betriebs eines Benutzers über eine Anzeige/MDI-Einheit (nicht gezeigt) eingegeben werden, die in der numerischen Steuereinheit 1 umfasst ist. Beispiele für diverse Parameter der Stanzpresse umfassen den Zeitraum t_p, den ein Stanzschlag dauert, den Referenzabstand d_p und die Zielstoßrate h_p, die damit assoziiert ist, den Mindestabstand d_m und die Zielstoßrate h_m, die damit assoziiert ist, und das maximale Beschleunigungsdrehmoment T_a und die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t_1m, wie von der Struktur der Maschine abhängig.
Außerdem akzeptiert die Parametereinstelleinheit 10 je nach Bedarf Einstellungen der Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika des Servomotors auf Basis des Betriebs eines Benutzers.
Auf Basis der Einstellungen der diversen Parameter zur Verwendung bei der Verarbeitung durch die Stanzpresse, wie durch die Parametereinstelleinheit 10 eingestellt, berechnet die NC-Parameterberechnungseinheit 11 die Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) für die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante gemäß der oben beschriebenen Berechnungsverfahrensweise und speichert die berechnete Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) für die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante zusammen mit den diversen Parametern, die von der Parametereinstelleinheit 10 eingestellt werden, in der Parameterspeichereinheit 12.
Die Befehlsanalyseeinheit 13 analysiert Blöcke eines Prozessbefehls, die in einem Programm umfasst sind, das aus einem nicht gezeigten Speicher gelesen wird, um Daten zu einem Bewegungsbefehl zu generieren, und gibt die generierten Daten zum Bewegungsbefehl an die Interpolationseinheit 14 aus.
Auf Basis der Daten zum Bewegungsbefehl, wie von der Befehlsanalyseeinheit 13 eingegeben, generiert die Interpolationseinheit 14 Interpolationsdaten, die durch Interpolationsberechnung von Punkten auf einer Befehlsroute, die durch die Daten zum Bewegungsbefehl spezifiziert werden, in einem Interpolationszyklus erhalten werden, und gibt die generierten Interpolationsdaten und eine erlangte Geschwindigkeit, wie in den Daten zum Bewegungsbefehl umfasst, an die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 aus.
Auf Basis der erlangten Geschwindigkeit, die von der Interpolationseinheit 14 eingegeben wird, der diversen Parameter, die in der Parameterspeichereinheit 12 gespeichert sind, und der Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) für die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante berechnet die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁ und die glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten t_2p und t_2m und berechnet des Weiteren die glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t_2d. Auf Basis der berechneten linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁ und der glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t_2d führt die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 sodann eine Nach-Interpolation-Beschleunigungs- oder -Entschleunigungsverarbeitung an den Interpolationsdaten durch, die von der Interpolationseinheit 14 ausgegeben werden, um eine Geschwindigkeit für jede Antriebsachse in jedem Interpolationszyklus zu berechnen, und gibt Interpolationsdaten nach der Beschleunigungs- oder Entschleunigungsverarbeitung, auf die das Berechnungsergebnis angewandt wird, an die Servosteuereinheit 16 aus.
Auf Basis der Ausgabe aus der Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 steuert die Servosteuereinheit 16 sodann den Servomotor 2, der jede zu steuernde Achse steuert.
7 ist ein Ablaufplan der Verarbeitung von Parametereinstellungen, die von der numerischen Steuereinheit 1 der vorliegenden Erfindung durchzuführen ist.
[Schritt SA01] Die Parametereinstelleinheit 10 akzeptiert diverse Parameter durch den Betrieb eines Benutzers zur Verwendung bei der Verarbeitung durch eine Stanzpresse wie z. B. den Zeitraum t_p, den ein Stanzstoß dauert, den Referenzabstand d_p und die Zielstoßrate h_p, die damit assoziiert ist, und den Mindestabstand d_m und die Zielstoßrate h_m, die damit assoziiert ist, und Einstellungen wie z. B. das maximale Beschleunigungsdrehmoment T_a und die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t_1m, wie von der Struktur der Maschine abhängig, und gibt diese Parameter und Einstellungen sodann an die NC-Parameterberechnungseinheit 11 aus.
[Schritt SA02] Die Parametereinstelleinheit 10 akzeptiert je nach Bedarf Einstellungen der Vorschubraten-Drehmoment-Charakteristika des Servomotors durch den Betrieb eines Benutzers und gibt die Einstellungen an die NC-Parameterberechnungseinheit 11 aus.
[Schritt SA03] Die NC-Parameterberechnungseinheit 11 berechnet die Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) für die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante auf Basis der diversen Einstellungswerte, die vom Benutzer in den Schritten SA01 und SA02 eingestellt wurden, und speichert die berechnete Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) für die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante in der Parameterspeichereinheit 12 zusammen mit den diversen Einstellungswerten, die in den Schritten SA01 und SA02 eingestellt wurden.
8 ist ein Ablaufplan eines Steuerprozesses zum Zeitpunkt eines Stanzpressen, der von der numerischen Steuereinheit 1 der vorliegenden Erfindung durchzuführen ist.
[Schritt SB01] Die Befehlsanalyseeinheit 13 liest einen Block aus einem Programm, das in einem nicht gezeigten Speicher gespeichert ist.
[Schritt SB02] Die Befehlsanalyseeinheit 13 analysiert den in Schritt SB01 gelesenen Block, um Daten zu einem Bewegungsbefehl zu generieren, und gibt die generierten Daten zum Bewegungsbefehl an die Interpolationseinheit 14 aus.
[Schritt SB03] Die Interpolationseinheit 14 führt eine Interpolationsverarbeitung an den Daten zum Bewegungsbefehl, die in Schritt SB02 generiert wurden, durch, um Interpolationsdaten zu generieren, und gibt die generierten Interpolationsdaten und eine Vorschubrate (erlangte Geschwindigkeit), die von den Daten zum Bewegungsbefehl spezifiziert wird, an die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 aus.
[Schritt SB04] Die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 berechnet die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁ auf Basis der erlangten Geschwindigkeit, die von der Interpolationseinheit 14 eingegeben wird, der diversen Parameter, die in der Parameterspeichereinheit 12 gespeichert sind, und der Anpassungsdrehmomentwellenform l(f) für die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante.
[Schritt SB05] Die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 berechnet die glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten t_2p und t_2m auf Basis der linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁, die in Schritt SB04 berechnet wurde, und der diversen Parameter, die in der Parameterspeichereinheit 12 gespeichert sind.
[Schritt SB06] Die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 ermittelt, ob die glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten t_2p und t_2m, die in Schritt SB05 berechnet wurden, jeweils größer gleich 0 sind. Wenn beide größer gleich 0 sind, geht die Verfahrensweise zu Schritt SB08 über. Wenn eine dieser kleiner als 0 ist, geht die Verfahrensweise zu Schritt SB07 über.
[Schritt SB07] Die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 gibt eine Warnung aus, dass eine Zielstoßrate nicht erreicht werden kann, und unterbricht die Verarbeitung.
[Schritt SB08] Die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 berechnet die glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstanten t_2d auf Basis der glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t_2p und t_2m, die in Schritt SB05 berechnet wurden, und der diversen Parameter, die in der Parameterspeichereinheit 12 gespeichert sind.
[Schritt SB09] Die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15 führt eine Nach-Interpolation-Beschleunigungs- und -Entschleunigungsverarbeitung an den Interpolationsdaten, die von der Interpolationseinheit 14 eingegeben wurden, auf Basis der linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t₁, die in Schritt SB04 berechnet wurde, und der glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante t_2d, die in Schritt SB08 berechnet wurde, durch und gibt das Verarbeitungsergebnis an die Servosteuereinheit 16 aus.
[Schritt SB10] Die Servosteuereinheit 16 steuert den Servomotor 2, der jede zu steuernde Achse steuert, auf Basis der Ausgabe aus der Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit 15.
[Schritt SB11] Es wird ermittelt, ob das Programm beendet ist. Wenn das Programm beendet ist, endet die Verarbeitung. Wenn das Programm nicht beendet ist, geht die Verfahrensweise zu Schritt SB01 über.
Auch wenn die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt und kann unter entsprechenden Modifikationen durch andere Ausführungsformen umgesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4-335410 [0003, 0004, 0004, 0004, 0024, 0025]

Claims

Numerische Steuereinheit zum Steuern eine Maschine, die ein Stanzpressen auf Basis eines Programms durchführt, wobei die numerische Steuereinheit umfasst: eine Parametereinstelleinheit, die Einstellungen der Stanzpressparameter zum Stanzpressen akzeptiert; eine NC-Parameterberechnungseinheit, die einen Achsensteuerparameter beim Stanzpressen auf Basis der von der Parametereinstelleinheit akzeptierten Stanzpressparameter berechnet; eine Parameterspeichereinheit, die die Stanzpressparameter und den Achsensteuerparameter speichert; eine Befehlsanalyseeinheit, die einen Befehlsblock aus dem Programm liest und analysiert, um Bewegungsbefehlsdaten zu generieren, und die generierten Bewegungsbefehlsdaten ausgibt; eine Interpolationseinheit, die eine Interpolationsverarbeitung auf Basis der Bewegungsbefehlsdaten durchführt, um Interpolationsdaten zu generieren, und die generierten Interpolationsdaten ausgibt; eine Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit, die eine lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante und eine glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante zur Verwendung bei einer Achsensteuerung auf Basis der Stanzpressparameter und des Achsensteuerparameters, die in der Parameterspeichereinheit gespeichert sind, und einer Vorschubrate, die vom Befehlsblock spezifiziert wird, berechnet, eine Nach-Interpolation-Beschleunigungs- oder -Entschleunigungsverarbeitung an den Interpolationsdaten auf Basis der berechneten linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante und der glockenförmigen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante durchführt und die Interpolationsdaten, auf die die Nach-Interpolation-Beschleunigungs- oder -Entschleunigungsverarbeitung angewandt wurde, ausgibt; und eine Servosteuereinheit, die eine Achse der Maschine auf Basis der von der Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit ausgegebenen Interpolationsdaten und der Interpolationsdaten, auf die die Nach-Interpolation-Beschleunigungs- oder -Entschleunigungsverarbeitung angewandt wurde, steuert.
Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die Stanzpressparameter zumindest einen Zeitraum, den ein Stanzschlag dauert, einen Referenzabstand und eine Zielstoßrate, die damit assoziiert ist, einen Mindestabstand und eine Zielstoßrate, die damit assoziiert ist, und ein maximales Beschleunigungsdrehmoment und eine lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante, abhängig von einer Struktur der Maschine, umfassen.
Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Achsensteuerparameter zumindest eine Drehmomentwellenform zum Anpassen der linearen Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante umfassen.
Numerische Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Beschleunigungs- und Entschleunigungseinheit die glockenförmige Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante, die in Bezug auf die lineare Beschleunigungs- und Entschleunigungs-Zeitkonstante linear ist, berechnet.