DE102017005811B4

DE102017005811B4 - Numerische Steuervorrichtung, die eine Zeitkonstante für ein Beschleunigungs-/Verzögerungsfilter dynamisch wechselt

Info

Publication number: DE102017005811B4
Application number: DE102017005811.3A
Authority: DE
Inventors: Mitsunori Watanabe
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: JP6404863B2; US10248103B2; CN107544441A; JP2018005304A; DE102017005811A1; CN107544441B; US20170371315A1

Abstract

Numerische Steuervorrichtung (1), die basierend auf einem Programm Achsen in einer Maschine steuert, um ein Steuerziel zu bewegen, wobei die numerische Steuervorrichtung (1) umfasst:- eine Befehlsanalyseeinheit (100), die Befehle vorausschaut und analysiert, die durch einen im Programm enthaltenen Block angegeben werden, um Befehlsdaten auszugeben,- eine Zeitkonstantenberechnungseinheit (110), die basierend auf den Befehlsdaten für jeden der Befehle eine Bewegungsrichtung des Steuerziels ermittelt, um basierend auf der ermittelten Bewegungsrichtung und einem Einstellwert unter Verwendung der folgenden Gleichung eine Zeitkonstante zu berechnen:Erforderliche Mindestzeitkonstante=maxixBeschleunigung in Bewegungsrichtung×Richtungscosinus(ix)Zula¨ssiger Ruck(ix)(wobei eine Achse durch ix bezeichnet wird),- eine Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit (120), die an den Befehlsdaten einen Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess durchführt,- eine Zeitkonstanteneinstelleinheit (130), die basierend auf der durch die Zeitkonstantenberechnungseinheit (110) berechneten Zeitkonstante für jeden der Befehle eine Zeitkonstante für eine Filterverarbeitung einstellt,- eine Filterverarbeitungseinheit (140), die basierend auf der durch die Zeitkonstanteneinstelleinheit (130) eingestellten Zeitkonstante für die Filterverarbeitung an den Befehlsdaten, die durch die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit (120) dem Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogen wurden, eine Filterverarbeitung durchführt, und- eine Interpolationseinheit (150), die basierend auf den Befehlsdaten, die durch die Filterverarbeitungseinheit (140) der Filterverarbeitung unterzogen wurden, eine Bewegung jeder der Achsen für jede Interpolationsperiode berechnet.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung und im Besonderen eine numerische Steuervorrichtung, die eine Zeitkonstante für ein Beschleunigungs-/Verzögerungsfilter dynamisch wechselt.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Ein lineares Beschleunigungs-/Verzögerungssteuersystem ist als System bekannt, das eine Beschleunigung und Verzögerung eines Servomotors steuert. Bei dem linearen Beschleunigungs-/Verzögerungssystem (links in 15) ändert sich die Beschleunigung rapide, wodurch ein Servosteuersystem und ein dafür vorgesehenes Ladesystem in nachteiliger Weise erschüttert werden, was zu einer Wahrscheinlichkeit von Vibrationen führt. Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, wird ein glockenförmiges Beschleunigungs-/Verzögerungssteuersystem (rechts in 15) verwendet, bei dem ein tangentialer Ruck durch Anlegen eines Zeitkonstantenfilters an die lineare Beschleunigung und Verzögerung unterdrückt wird. Bei der glockenförmigen Beschleunigung und Verzögerung, haben die Beschleunigung und Verzögerung Werte, die wie folgt in Gleichung (1) ausgedrückt werden: $R u c k = \frac{B e s c h l e u n i g u n g}{Z e i t k o n s t a n t e}$
Wie durch die Gleichung (1) angegeben, muss die Zeitkonstante einen großen Wert haben, um einen Ruck einzustellen, der gleich oder kleiner als ein vorgegebener Grenzwert bei der glockenförmigen Beschleunigung und Verzögerung ist. Eine erhöhte Zeitkonstante verringert zwar den Ruck, verlängert jedoch gleichzeitig die Zyklusdauer. Daher verwenden Bediener insofern gerne die erforderliche Mindestzeitkonstante, als dadurch verhindert wird, dass Maschinen erheblich erschüttert werden.
Als zugehöriger Stand der Technik, bei dem die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und der Ruck in einer Maschine bereitgestellter Achsen während des Antriebs gesteuert werden, offenbart beispielsweise die internationale Veröffentlichung WO 2006/ 063 945 A1 eine Technik, bei der eine tangentiale Grenzgeschwindigkeit, eine tangentiale Grenzbeschleunigung und ein tangentialer Grenzruck für jeden Abschnitt einer Bahn bereitgestellt werden und Geschwindigkeitskurven erzeugt werden, die sich von einem Abschnitt mit einer lokal minimalen Grenzgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen erstrecken und miteinander verbunden sind, um eine Geschwindigkeitskurve zu erzeugen, die den Grenzwert erfüllt.
Die JP H06 - 95 720 A offenbart eine Technik, bei der, wenn ein Bearbeitungsprogramm für eine numerische Steuervorrichtung ausgeführt wird, in dem diskrete Zeitkonstanten für eine Mehrzahl Achsen vorgesehen sind, eine Geschwindigkeitsregelung durchgeführt wird, indem für einen Betrieb mit nur einer einzelnen Achse die Zeitkonstante für diese Achse verwendet wird, und wenn eine Mehrzahl Achsen gleichzeitig betrieben wird die größte der Zeitkonstanten für die Achsen verwendet wird.
Bei einem Antriebssystem, das mit einer Mehrzahl Achsen betrieben wird, kann das Verhältnis zwischen dem Ruck und der Beschleunigung zwischen den Achsen beispielsweise aufgrund einer Steifigkeitsabweichung zwischen für die Achsen verwendeten Komponenten variieren. In einem solchen Fall variiert die erforderliche Mindestzeitkonstante zwischen den Achsen, die zum Betreiben des Antriebssystems verwendet werden (die erforderliche Mindestzeitkonstante variiert entsprechend der Bewegungsrichtung), die herkömmliche numerische Steuervorrichtung ist jedoch nicht dazu in der Lage, die Zeitkonstante während der Bearbeitung zu ändern und behält die Zeitkonstante unabhängig von der Achse ständig bei, wenn ein Zeitkonstantenfilter angelegt wird. Daher muss, wenn ein Antriebssystem mit einer Mehrzahl gesteuerter Achsen betrieben wird, der Maximalwert der Zeitkonstante verwendet werden, der sich aus einer Berechnung für all die Achsen ergibt, die gesteuert werden können. Daher kann entsprechend der Bewegungsrichtung eine Zeitkonstante verwendet werden, die größer als die erforderliche Mindestzeitkonstante ist, wodurch sich in nachteiliger Weise die Zyklusdauer verlängert.
Wie in 16 gezeigt, wird beispielsweise bei einem Antriebssystem, das mit zwei Achsen, einer X-Achse und einer Y-Achse, betrieben wird, angenommen, dass derselbe Beschleunigungsgrenzwert sowohl für die X-Achse als auch für die Y-Achse verwendet wird und dass ein Ruckgrenzwert für die Y-Achse doppelt so hoch ist wie ein Ruckgrenzwert für die X-Achse. In einem solchen Fall hat die erforderliche Mindestzeitkonstante für eine Bewegung in Richtung der X-Achse einen doppelt so großen Wert wie die erforderliche Mindestzeitkonstante für eine Bewegung in Richtung der Y-Achse. Da jedoch die Zeitkonstante daran gehindert wird, sich während des Betriebs zu ändern, wird die Zeitkonstante auf einen Wert (größeren Wert) eingestellt, der den Beschleunigungsgrenzwert und den Ruckgrenzwert für die X-Achse erfüllt. Daher wird in Richtung der Y-Achse kein ausreichender Ruck erhalten, was zu einer verlängerten Zyklusdauer führt.
Die DE 601 15 800 T2 beschreibt eine numerische Steuervorrichtung zum Bereitstellen einer Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung für einen Servosteuerungsabschnitt für Servomotoren einer Maschine. Die numerische Steuervorrichtung umfasst eine Befehlsanalyseeinheit zum Analysieren von Befehlen eines Teilprogramms und zum Erzeugen von Interpolationsdaten, sowie einen Vorinterpolations-Verarbeitungsabschnitt, um die Interpolationsdaten einer Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung zu unterziehen. Dabei werden basierend auf mehreren Einstellwerten beschränkte Beschleunigungskurven zur Beschleunigungssteuerung in positiver und in negativer Richtung und zur Verzögerungssteuerung in positiver und in negativer Richtung ermittelt. Bei der Verzögerung kann die Verarbeitung durch Filtern für eine gewisse Zeitspanne bezüglich einer festen Beschleunigung erfolgen. Die numerische Steuervorrichtung umfasst weiter einen Interpolationsabschnitt, um die vorverarbeiteten Daten in Bewegungsbefehle für die Servomotoren der jeweiligen Achsen der Maschine zu unterteilen.
Weck, Manfred, Brecher, Christian: Werkzeugmaschinen 4. Automatisierung von Maschinen und Anlagen. 6. Aufl., Berlin, Heidelberg: Springer, 2006. S. 287 - 303, beschreibt die Verwendung einer Look-Ahead-Funktion für Werkzeugmaschinen zur vorausschauenden Analyse mehrerer Sätze, um Geschwindigkeiten und Beschleunigungen an Satzübergängen an Genauigkeitsanforderungen anzupassen. Weiter ist dort beschrieben, dass die dynamisch schwächste Achse maßgeblich die Leistungsfähigkeit einer Maschine beeinflusst, da man bei der Interpolation einfacher Bahnen für die maximale Bahngeschwindigkeit, -beschleunigung und gegebenenfalls -beschleunigungsänderung, die die Maschine erreichen kann, die Maximalwerte der schwächsten Achse wählt. Zudem ist dort beschrieben, dass eine seltener eingesetzte Art der Geschwindigkeitsführung für Werkzeugmaschinen in einer Geschwindigkeitsführung mit Beschleunigungssprüngen und anschließender Tiefpassfilterung besteht. Das sich dabei ergebende Geschwindigkeitsprofil wird meistens als glockenförmig oder sin²-förmig bezeichnet.
Die DE 11 2011 105 627 T5 beschreibt eine Bearbeitungsprogramm-Erschaffungsvorrichtung, die ein Bearbeitungsprogramm zum Befehlen der Operation einer Werkzeugmaschine erschafft. Wenn die Werkzeugmaschine einen gerundeten Eckenabschnitt mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit passiert und dabei eine Beschleunigung in einer Normalrichtung zu einer Fahrrichtung einer Route eine Beschleunigungstoleranz überschreitet, wird ein Überlagerungsausmaß korrigiert, sodass eine erzeugte Beschleunigung mit der Beschleunigungstoleranz übereinstimmt.
Wenn die in WO 2006/ 063 945 A1 offenbarte Technik angewandt wird, um das vorstehend genannte Problem zu lösen, muss der Ruck direkt gesteuert werden, um einen geeigneten Wert innerhalb des Begrenzungsbereichs aufzuweisen. In diesem Fall erhöht eine komplizierte Bahn, auf der ein Steuerziel bewegt wird, den Berechnungsumfang, der pro Zeiteinheit verarbeitet werden muss, wodurch eine Hochleistungs-CPU und dergleichen benötigt werden. Dies stellt im Hinblick auf die Kosten ein Problem dar.
Auch wenn die in der JP H06 - 95 720 A offenbarte Technik angewandt wird, ist die Technik nicht dazu in der Lage, während des Betrieb die Zeitkonstante zu wechseln. Dies verhindert in nachteiliger Weise, dass kontinuierlich die optimale Zeitkonstante verwendet wird, wenn sich die Bewegungsrichtung ändert.
Zusammenfassung der Erfindung
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine numerische Steuervorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, entsprechend einer Bewegungsrichtung eines Steuerziels in einer Maschine eine optimale Zeitkonstante einzustellen.
Bei der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zeitkonstante entsprechend einer Bewegungsrichtung eines Steuerziels geändert, um es zu ermöglichen, kontinuierlich eine optimale Zeitkonstante (eine erforderliche Mindestzeitkonstante) zu verwenden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung, die basierend auf einem Programm Achsen in einer Maschine steuert, um ein Steuerziel zu bewegen. Die numerische Steuervorrichtung umfasst eine Befehlsanalyseeinheit, die Befehle vorausschaut und analysiert, die durch einen im Programm enthaltenen Block angegeben werden, um Befehlsdaten auszugeben, eine Zeitkonstantenberechnungseinheit, die basierend auf den Befehlsdaten für jeden der Befehle eine Bewegungsrichtung des Steuerziels ermittelt, um basierend auf der ermittelten Bewegungsrichtung und einem Einstellwert unter Verwendung einer nachstehend dargestellten Gleichung eine Zeitkonstante zu berechnen, eine Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit, die an den Befehlsdaten einen Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess durchführt, eine Zeitkonstanteneinstelleinheit, die basierend auf der durch die Zeitkonstantenberechnungseinheit berechneten Zeitkonstante für jeden der Befehle eine Zeitkonstante für eine Filterverarbeitung einstellt, eine Filterverarbeitungseinheit, die basierend auf der durch die Zeitkonstanteneinstelleinheit eingestellten Zeitkonstante für die Filterverarbeitung an den Befehlsdaten, die durch die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit dem Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogen wurden, eine Filterverarbeitung durchführt, und eine Interpolationseinheit, die basierend auf den Befehlsdaten, die durch die Filterverarbeitungseinheit der Filterverarbeitung unterzogen wurden, eine Bewegung jeder der Achsen für jede Interpolationsperiode berechnet. $\begin{array}{l} Erforderliche Mindest \\ zeitkonstante \end{array} = \begin{matrix} max \\ ix \end{matrix} \frac{Beschleunigung in Bewegungsrichtung \times Richtungscosinus (ix)}{Zul \ddot{a} ssiger Ruck (ix)}$
Wenn eine Zeitkonstante, die sich von einer aktuell für die Filterverarbeitung eingestellten Zeitkonstante unterscheidet, als neue Zeitkonstante für die Filterverarbeitung eingestellt wird, kann die Zeitkonstanteneinstelleinheit einen allmählich zu ändernden Wert der Zeitkonstante einstellen.
Wenn sich der Wert der Zeitkonstante allmählich ändert, kann, falls sich die Zeitkonstante erhöht, die Zeitkonstanteneinstelleinheit die Zeitkonstante erhöhen, bevor ein Verarbeitungsziel von einem aktuell verarbeiteten Befehl zu einem nächsten zu verarbeitenden Befehl wechselt.
Es kann ein Zeitkonstantenbereich voreingestellt werden, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann, wenn die Zeitkonstante allmählich geändert wird, wobei die Zeitkonstanteneinstelleinheit den Zeitkonstantenbereich dynamisch einstellt.
Im Vergleich zum zugehörigen Stand der Technik verringert der Aspekt der vorliegenden Erfindung die Zeitkonstante, wodurch eine Zyklusdauer verkürzt und gleichzeitig eine mögliche Erschütterung verhindert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Darstellung, die ein grundlegendes (erstes) Verfahren zum Ändern einer Zeitkonstante entsprechend einer Bewegungsrichtung eines Steuerziels zeigt, welches Verfahren durch eine numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
2 ist eine Darstellung, die ein zweites Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung zeigt, welches Verfahren durch die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
3 ist eine Darstellung, die ein drittes Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung zeigt, welches Verfahren durch die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
4 ist eine Darstellung einer Hardwarekonfiguration, die einen wichtigen Teil einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Darstellung (1), die einen Geschwindigkeitsimpuls zeigt, der vor und nach dem Anlegen eines Filters erhalten wird, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zeitkonstante ändert;
7 ist eine Darstellung (2), die einen Geschwindigkeitsimpuls zeigt, der vor und nach dem Anlegen eines Filters erhalten wird, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zeitkonstante ändert;
8 ist eine Darstellung (3), die einen Geschwindigkeitsimpuls zeigt, der vor und nach dem Anlegen eines Filters erhalten wird, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zeitkonstante ändert;
9 ist eine Darstellung (4), die einen Geschwindigkeitsimpuls zeigt, der vor und nach dem Anlegen eines Filters erhalten wird, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zeitkonstante ändert;
10 ist eine Darstellung (5), die einen Geschwindigkeitsimpuls zeigt, der vor und nach dem Anlegen eines Filters erhalten wird, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zeitkonstante ändert;
11 ist eine Darstellung (6), die einen Geschwindigkeitsimpuls zeigt, der vor und nach dem Anlegen eines Filters erhalten wird, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zeitkonstante ändert;
12 ist ein Flussdiagramm, das einen schematischen Ablauf einer Verarbeitung zeigt, die durch die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem in 1 beschriebenen grundlegenden Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung des Steuerziels durchgeführt wird;
13 ist ein Flussdiagramm, das einen schematischen Ablauf einer Verarbeitung zeigt, die durch die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem in 2 beschriebenen zweiten Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung des Steuerziels durchgeführt wird;
14 ist ein Flussdiagramm, das einen schematischen Ablauf einer Verarbeitung zeigt, die durch die numerische Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem in 3 beschriebenen dritten Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung des Steuerziels durchgeführt wird;
15 ist eine Darstellung, die eine lineare Beschleunigung und Verzögerung und eine glockenförmige Beschleunigung und Verzögerung zeigt; und
16 ist eine Darstellung, die ein Problem bei der Einstellung der Zeitkonstante gemäß dem zugehörigen Stand der Technik zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 ist eine Darstellung, die ein grundlegendes Verfahren zum Ändern einer Zeitkonstante entsprechend einer Bewegungsrichtung eines Steuerziels zeigt, welches Verfahren durch eine numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Wenn das Steuerziel in Richtung jeder Achse bewegt wird, verwendet die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine erforderliche Mindestzeitkonstante, die basierend auf einem Beschleunigungsgrenzwert und einem Ruckgrenzwert für die Achse bestimmt wird. Wenn zwei oder mehr Achsen gleichzeitig bewegt werden, um das Steuerziel in eine Richtung zu bewegen, die sich aus einer Synthese von Bewegungen der zwei oder mehr Achsen ergibt, verwendet die numerische Steuervorrichtung die erforderliche Mindestzeitkonstante, die wie folgt in Gleichung (2) bestimmt wird. In Gleichung (2) wird eine Achse durch ix bezeichnet, ein Zähler auf der rechten Seite von Gleichung (2) repräsentiert jede axiale Komponente der Beschleunigung in der Bewegungsrichtung und ein Nenner auf der rechten Seite der Gleichung repräsentiert einen zulässigen Ruck für jede Achse (Ruckgrenzwert). Mit anderen Worten, die Gleichung (2) besagt, dass für jede Achse die axiale Komponente der Beschleunigung in der Bewegungsrichtung durch den zulässigen Ruck für die Achse dividiert wird und dass der Maximalwert der berechneten Werte als erforderliche Mindestzeitkonstante bestimmt wird. $\begin{array}{l} Erforderliche Mindest - \\ zeitkonstante \end{array} = \begin{matrix} max \\ ix \end{matrix} \frac{Beschleunigung in Bewegungsrichtung \times Richtungscosinus (ix)}{Zul \ddot{a} ssiger Ruck (ix)}$
2 ist eine Darstellung, die ein zweites Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung zeigt, welches Verfahren durch die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Im Allgemeinen verursacht eine rapide Änderung der Zeitkonstante eine Erschütterung. Daher ändert die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung beim Ändern der Zeitkonstante, wenn sich die Bewegungsrichtung des Steuerziels ändert, die Zeitkonstante allmählich, um eine mögliche Erschütterung zu verhindern.
3 ist eine Darstellung, die ein drittes Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung zeigt, welches Verfahren durch die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Wie in der Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik ausgeführt, wird eine Erschütterung verursacht, wenn für jede Achse eine Zeitkonstante verwendet wird, die kleiner als die erforderliche Mindestzeitkonstante ist. Daher erhöht die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beim allmählichen Erhöhen der Zeitkonstante die Zeitkonstante vollständig, bevor sich die Bewegungsrichtung ändert, um die Verwendung einer Zeitkonstante zu verhindern, die kleiner als die erforderliche Mindestzeitkonstante für jede Achse ist.
Bei der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wenn die Zeitkonstante allmählich geändert wird, ein Zeitkonstantenbereich voreingestellt werden, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann, wobei der Zeitkonstantenbereich, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann, basierend auf dem Auftreten von Erschütterungen während einer früheren Bearbeitung dynamisch geändert werden kann.
Eine Konfiguration der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachstehend beschrieben.
4 ist eine Darstellung einer Hardwarekonfiguration, die wichtige Teile einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer regelbar durch die numerische Steuervorrichtung angetriebenen Werkzeugmaschine zeigt.
Eine in einer numerischen Steuervorrichtung 1 bereitgestellte CPU (Zentraleinheit) 11 ist ein Prozessor, der die numerische Steuervorrichtung 1 allgemein steuert. Die CPU 11 liest ein in einem ROM 12 gespeichertes Systemprogramm über einen Bus 20 aus und steuert die gesamte numerische Steuervorrichtung 1 gemäß dem Systemprogramm. Das RAM 13 speichert temporäre Berechnungsdaten, Anzeigedaten, verschiedene Daten, die durch einen Bediener über eine CRT-/MDI-Einheit 70 eingegeben werden, und dergleichen.
Ein nichtflüchtiger Speicher 14 ist als Speicher konfiguriert, der beispielsweise batteriegestützt ist, was in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, um einen Speicherzustand selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn die numerische Steuervorrichtung 1 abgeschaltet wird. Der nichtflüchtige Speicher 14 speichert ein Bearbeitungsprogramm, das nachstehend beschrieben ist und über eine Schnittstelle 15 geladen wird, und ein Bearbeitungsprogramm, das über die CRT-/MDI-Einheit 70 eingegeben wird. Der nichtflüchtige Speicher 14 speichert ferner ein Bearbeitungsprogrammbetriebsverarbeitungsprogramm, das zum Betreiben des Bearbeitungsprogramms, eines Achsensteuerverarbeitungsprogramms und dergleichen verwendet wird. Diese Programme werden während der Ausführung auf einen RAM 13 ausgeweitet. In das ROM 12 werden vorab verschiedene Systemprogramme geschrieben, die dazu verwendet werden, eine Verarbeitung für einen Editionsmodus auszuführen, der zum Erstellen und Editieren des Bearbeitungsprogramms benötigt wird. Verschiedene Bearbeitungsprogramme, wie etwa das zum Ausführen der vorliegenden Erfindung verwendete Bearbeitungsprogramm, können über die Schnittstelle 15 oder die CRT-/MDI-Einheit 70 eingegeben und im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert werden.
Die Schnittstelle 15 ist dafür konfiguriert, die numerische Steuervorrichtung 1 mit externen Geräten 72, wie etwa einem Adapter, zu verbinden. Bearbeitungsprogramme, verschiedene Parameter und dergleichen werden von den externen Geräte 72 geladen. In der numerischen Steuervorrichtung 1 editierte Bearbeitungsprogramme können über die externen Geräte 72 in eine externe Speichereinrichtung gespeichert werden. Eine programmierbare Maschinensteuereinrichtung (PMC) 16 gibt über eine I/O- (Ein-/Ausgabe-) Einheit 17 gemäß einem in die numerische Steuervorrichtung 1 eingebetteten Sequenzprogramm Signale an ein Peripheriegerät der Werkzeugmaschine (z.B. einen Aktor, wie etwa eine Roboterhand zum Werkzeugaustausch) aus. Die programmierbare Maschinensteuereinrichtung empfängt auch Signale von verschiedenen Schaltern und dergleichen auf einem am Hauptkörper der Werkzeugmaschine bereitgestellten Bedienpanel, führt an den Signalen eine erforderliche Signalverarbeitung aus und übermittelt die verarbeiteten Signale an die CPU 11.
Die CRT-/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabeeinrichtung, die eine Anzeigeeinrichtung, eine Tastatur und dergleichen aufweist, und eine Schnittstelle 18 empfängt Befehle und Daten von einer Tastatur der CRT-/MDI-Einheit 70 und übermittelt die Befehle und Daten an die CPU 11. Eine Schnittstelle 19 ist mit einem Bedienpanel 71 verbunden, das einen manuellen Impulsgeber umfasst.
Eine Achsensteuerschaltung 30, die dafür konfiguriert ist, in der Werkzeugmaschine bereitgestellte Achsen zu steuern, empfängt Bewegungsbefehlswerte für die Achsen von der CPU 11 und gibt Befehle für die Achsen an einen Servoverstärker 40 aus. Bei Empfang des Befehls treibt der Servoverstärker 40 einen Servomotor 50 an, der eine in der Werkzeugmaschine bereitgestellte Achse bewegt. Der Servomotor 50 für die Achse weist einen eingebauten Positions-/Drehzahlsensor auf, um eine Rückkopplungsregelung der Position und Drehzahl durchzuführen, indem Positions- und Drehzahlrückkopplungssignale vom Positions-/Drehzahlsensor zur Achsensteuerschaltung 30 zurückgeführt werden. Die Darstellung der Hardwarekonfiguration von 4 zeigt nur eine Achsensteuerschaltung 30, einen Servoverstärker 40 und einen Servomotor 50. Tatsächlich entspricht die Anzahl der bereitgestellten Achsensteuerschaltungen 30, Servoverstärker 40 und Servomotoren 50 jedoch jeweils der Anzahl der in der Werkzeugmaschine bereitgestellten Achsen. In 4 wurde die Rückkopplung der Position und Drehzahl von den Servomotoren 50 weggelassen.
Eine Spindelsteuerschaltung 60 empfängt einen Hauptspindeldrehbefehl für die Werkzeugmaschine, um ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 61 auszugeben. Bei Empfang des Spindeldrehzahlsignals dreht der Spindelverstärker 61 einen Spindelmotor 62 in der Werkzeugmaschine mit einer angewiesenen Drehzahl, um ein Werkzeug anzutreiben.
Ein Positionscodierer 63 ist mit dem Spindelmotor 62 über ein Zahnrad, einen Riemen oder dergleichen verbunden, um in Synchronisation mit der Drehung einer Hauptspindel einen Rückkopplungsimpuls auszugeben. Der Rückkopplungsimpuls wird durch die CPU 11 gelesen.
5 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm, das zeigt, dass die in 4 gezeigte numerische Steuervorrichtung 1 durch ein Systemprogramm mit einer Funktion zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung des Steuerziels versehen wird, welche Funktion gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
In 5 dargestellte Funktionseinrichtungen werden durch die in 4 gezeigte CPU 11 durch Ausführen des Systemprogramms implementiert, um die Funktionen bereitzustellen. Die numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Befehlsanalyseeinheit 100, eine Zeitkonstantenberechnungseinheit 110, eine Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit 120, eine Zeitkonstanteneinstelleinheit 130, eine Filterverarbeitungseinheit 140, eine Interpolationseinheit 150 und eine Servomotorsteuereinheit 160.
Die Befehlsanalyseeinheit 100 führt eine Vorausschau und Analyse eines Blocks durch, der in einem Programm oder dergleichen enthalten ist, das in einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Speicher gespeichert ist und einen einem Steuerziel entsprechenden Betrieb einer Maschine angibt, erzeugt basierend auf den Ergebnissen der Analyse Befehlsdaten, die eine Bewegung des Steuerziels unter Verwendung der Servomotoren 50 angeben, und gibt die erzeugten Befehlsdaten an die Zeitkonstantenberechnungseinheit 110 und die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit 120 aus. Für die durch die Befehlsanalyseeinheit 100 erzeugten Befehlsdaten kann für jeden Befehl, der durch den vorausgeschauten Block aus dem Programm angegeben wird, ein Befehlsdatenelement erzeugt werden, oder eine Bewegungsbahn, die durch den vorausgeschauten Block aus dem Programm angegeben wird, in Mikrozeilensegmente aufgeteilt werden, so dass für die Bahn jedes aus der Aufteilung resultierenden Mikrozeilensegments ein Befehlsdatenelement erzeugt werden kann. Es entsteht kein Problem, solange die durch die jeweiligen Befehlsdaten angegebenen Bewegungsrichtungen des Steuerziels gleich sind.
Die Zeitkonstantenberechnungseinheit 110 ermittelt die Bewegungsrichtung des Steuerziels, die durch die von der Befehlsanalyseeinheit 100 ausgegebenen Befehlsdaten angegeben wird, berechnet die optimale Zeitkonstante (erforderliche Mindestzeitkonstante) unter Verwendung der Gleichung (2) basierend auf der ermittelten Bewegungsrichtung und Einstellwerten für jede Achse (einem Geschwindigkeitsgrenzwert, einem Beschleunigungsgrenzwert, einem Ruckgrenzwert und dergleichen) und gibt die berechnete Zeitkonstante (nachstehend als berechnete optimale Zeitkonstante bezeichnet) für jedes Befehlsdatenelement an die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 aus.
Die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit 120 führt an den von der Befehlsanalyseeinheit 100 ausgegebenen Befehlsdaten einen Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess aus und gibt die dem Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogenen Befehlsdaten an die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 und die Filterverarbeitungseinheit 140 aus.
Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 bestimmt auf der Basis einer durch die Zeitkonstantenberechnungseinheit 110 ausgegebenen optimalen Zeitkonstante für jedes Befehlsdatenelement eine Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode (die Interpolationsperiode, in der die Verarbeitung ausgeführt wird) und stellt die bestimmte Zeitkonstante in der Filterverarbeitungseinheit 140 als Zeitkonstante für die Filterverarbeitung ein. Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 kann die optimale Zeitkonstante für die während jeder Interpolationsperiode verarbeiteten Befehlsdaten in der Filterverarbeitungseinheit 140 einfach als Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode einstellen oder, um die Zeitkonstante während aufeinanderfolgender unterschiedlicher Befehlsdaten allmählich zu ändern, basierend auf den optimalen Zeitkonstanten für die entsprechenden aufeinanderfolgenden Befehlsdaten Zeitkonstanten für die aufeinanderfolgenden Interpolationsperioden bestimmen und die bestimmten Zeitkonstanten in der Filterverarbeitungseinheit 140 einstellen. Zum allmählichen Ändern der Zeitkonstante, bevor sich die Befehlsdaten ändern, wird die zum Ändern der Zeitkonstante benötigte Zeitdauer geschätzt und die Interpolationsperiode berechnet, in der die Änderung der Zeitkonstante gestartet wird. Zur Schätzung der zum Ändern der Zeitkonstante benötigten Zeitdauer werden Informationen, die zum Bestimmen der Interpolationsperiode und dergleichen erforderlich sind, wenn die Zeitkonstante geändert wird, den Befehlsdaten entnommen, die dem Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogen wurden, welche Daten durch die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit 120 ausgegeben werden.
Die Filterverarbeitungseinheit 140 verwendet die durch die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung, um an den dem Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogenen Befehlsdaten eine Filterverarbeitung durchzuführen, welche Daten durch die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit 120 ausgegeben werden, und gibt die gefilterten Befehlsdaten an die Servomotorsteuereinheit 160 aus.
Die Interpolationseinheit 150 erzeugt in Bezug auf die durch die Filterverarbeitungseinheit 140 ausgegebenen gefilterten Befehlsdaten Interpolationsdaten, die Punkte für die jeweiligen Achsen für jede Interpolationsperiode enthalten, und gibt die erzeugten Interpolationsdaten an die Servomotorsteuereinheit 160 aus, die jeden Servomotor 50 steuert.
Die Servomotorsteuereinheit 160 steuert die Servomotoren 50, die die Achsen der Maschine antreiben, welche Steuerziele sind, basierend auf den durch die Interpolationseinheit 150 ausgegebenen Interpolationsdaten für jede Achse.
Ein Beispiel für eine Filterverarbeitung, die auf einer geänderten Zeitkonstante basiert und durch die numerische Steuervorrichtung 1 durchgeführt wird, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, ist unter Bezugnahme auf die 6 bis 11 beschrieben. Die 6 bis 11 sind Darstellungen, die Geschwindigkeitsimpulse zeigen, die erhalten werden, wenn die numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zeitkonstante ändert, und einen Geschwindigkeitsimpuls (Eingangsimpuls), der vor dem Anlegen eines Filters erhalten wird, und Ausgangsanordnungen umfassen, in denen Geschwindigkeitsimpulse (Ausgangsimpulse) angeordnet werden, die nach dem Anlegen des Filters erhalten werden. Die Geschwindigkeitsimpulse in den 6 bis 11 stellen einen Bewegungsbetrag in der Bewegungsrichtung in jeder Interpolationsperiode dar. Für jede Interpolationsperiode wird die Zeitkonstante für den entsprechenden Zeitpunkt durch die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 eingestellt. In den 6 bis 11 wird zur Vereinfachung der Beschreibung die Zeitkonstante als numerischer Wert für jede Interpolationsperiode dargestellt.
6 zeigt einen Zustand, in dem die Filterverarbeitung mit Interpolationsperiode i gestartet wird.
Wenn die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 die Zeitkonstante in der Interpolationsperiode i auf 5 einstellt, wie in 6 gezeigt, teilt die Filterverarbeitungseinheit 140 den Eingangsimpuls in der Interpolationsperiode i gemäß der Zeitkonstante in gleiche Teile auf (d.h. 5 in der Interpolationsperiode i) und akkumuliert (integriert) die resultierenden Teile in der Interpolationsperiode i entsprechenden Ausgangsanordnungen, verteilt auf eine Interpolationsperiode (i + 4), wie in 7 gezeigt.
Wenn die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 die Zeitkonstante in einer Interpolationsperiode (i + 1) auf 5 einstellt, teilt die Filterverarbeitungseinheit 140 den Eingangsimpuls in der Interpolationsperiode i gemäß der Zeitkonstante in gleiche Teile auf (d.h. 5 in der Interpolationsperiode (i + 1)) und akkumuliert (integriert) die resultierenden Teile in der Interpolationsperiode (i + 1) entsprechenden Ausgangsanordnungen, verteilt auf eine Interpolationsperiode (i + 5), wie in 8 gezeigt.
Wenn die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 die Zeitkonstante in einer Interpolationsperiode (i + 2) auf 6 einstellt, teilt die Filterverarbeitungseinheit 140 den Eingangsimpuls in der Interpolationsperiode i gemäß der Zeitkonstante in gleiche Teile auf (d.h. 6 in der Interpolationsperiode (i + 2)) und akkumuliert (integriert) die resultierenden Teile in der Interpolationsperiode (i + 2) entsprechenden Ausgangsanordnungen, verteilt auf eine Interpolationsperiode (i + 7), wie in 9 gezeigt. Dieselbe Verarbeitung wird für eine Interpolationsperiode (i + 3) durchgeführt (10).
Anschließend wird dieselbe Verarbeitung wiederholt, um in den Ausgangsanordnungen die Ausgangsimpulse einzustellen, die aus dem Anlegen des Filters auf die Eingangsimpulse resultieren, wie in 11 gezeigt. Die in jeder Ausgangsanordnung akkumulierten Ausgangsimpulse werden an die Interpolationseinheit 150 ausgegeben, die Interpolationsdaten für jede Achse erzeugt.
12 ist ein Flussdiagramm, das einen schematischen Ablauf einer Verarbeitung darstellt, die durch die in 5 gezeigte numerische Steuervorrichtung 1 in Verbindung mit einem in 1 beschriebenen grundlegenden Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung des Steuerziels durchgeführt wird. Die Verarbeitung gemäß dem in 12 gezeigten Flussdiagramm wird für jede Steuerperiode durchgeführt.
[Schritt SA01] Die Befehlsanalyseeinheit 100 schaut einen Block aus dem Bearbeitungsprogramm voraus, der einen dem Steuerziel entsprechenden Betrieb der Maschine angibt, und analysiert den Block und erzeugt basierend auf den Ergebnissen der Analyse Befehlsdaten, die eine Bewegung des Steuerziels unter Verwendung der Servomotoren 50 angeben.
[Schritt SA02] Die Zeitkonstantenberechnungseinheit 110 ermittelt die Bewegungsrichtung des Steuerziels, die durch die in Schritt SA01 erzeugten Befehlsdaten angegeben wird, und berechnet die optimale Zeitkonstante unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung (2) basierend auf der ermittelten Bewegungsrichtung und den Einstellwerten für jede Achse (dem Geschwindigkeitsgrenzwert, dem Beschleunigungsgrenzwert, dem Ruckgrenzwert und dergleichen).
[Schritt SA03] Die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit 120 führt an den in Schritt SA01 erzeugten Befehlsdaten einen Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess aus, um die dem Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogenen Befehlsdaten zu erzeugen.
[Schritt SA04] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 ermittelt die optimale Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode (die Interpolationsperiode, in der die Verarbeitung ausgeführt wird) basierend auf der in Schritt SA02 berechneten optimalen Zeitkonstante für jedes Befehlsdatenelement und stellt die ermittelte optimale Zeitkonstante in der Filterverarbeitungseinheit 140 als Zeitkonstante für die Filterverarbeitung ein.
[Schritt SA05] Die Filterverarbeitungseinheit 140 verwendet die in Schritt SA04 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung, um an den dem Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogenen Befehlsdaten eine Filterverarbeitung auszuführen, welche Daten in Schritt SA03 erzeugt wurden, um die gefilterten Befehlsdaten zu erzeugen.
[Schritt SA06] Die Interpolationseinheit 150 erzeugt in Bezug auf die in Schritt SA05 gefilterten Befehlsdaten Interpolationsdaten, die Punkte für die jeweiligen Achsen für jede Interpolationsperiode enthalten.
[Schritt SA07] Die Servomotorsteuereinheit 160 steuert die Servomotoren 50, die die Achsen der Maschine antreiben, welche dem Steuerziel entsprechen, basierend auf den in Schritt SA06 erzeugten Interpolationsdaten für jede Achse.
13 ist ein Flussdiagramm, das einen schematischen Ablauf einer Verarbeitung darstellt, die durch die in 5 gezeigte numerische Steuervorrichtung 1 in Verbindung mit einem in 2 beschriebenen zweiten Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung des Steuerziels durchgeführt wird. Die Verarbeitung gemäß dem in 13 gezeigten Flussdiagramm wird für jede Steuerperiode durchgeführt.
[Schritt SB01] Die Befehlsanalyseeinheit 100 schaut einen Block aus dem Bearbeitungsprogramm voraus, der einen dem Steuerziel entsprechenden Betrieb der Maschine angibt, und analysiert den Block und erzeugt basierend auf den Ergebnissen der Analyse Befehlsdaten, die eine Bewegung des Steuerziels unter Verwendung der Servomotoren 50 angeben.
[Schritt SB02] Die Zeitkonstantenberechnungseinheit 110 ermittelt die Bewegungsrichtung des Steuerziels, die durch die in Schritt SB01 erzeugten Befehlsdaten angegeben wird, und berechnet die optimale Zeitkonstante unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung (2) basierend auf der ermittelten Bewegungsrichtung und den Einstellwerten für jede Achse (dem Geschwindigkeitsgrenzwert, dem Beschleunigungsgrenzwert, dem Ruckgrenzwert und dergleichen).
[Schritt SB03] Die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit 120 führt an den in Schritt SB01 erzeugten Befehlsdaten einen Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess aus, um die dem Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogenen Befehlsdaten zu erzeugen.
[Schritt SB04] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 ermittelt die optimale Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode (die Interpolationsperiode, in der die Verarbeitung ausgeführt wird) basierend auf der in Schritt SB02 berechneten optimalen Zeitkonstante für jedes Befehlsdatenelement und vergleicht die ermittelte optimale Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode mit der aktuell in der Filterverarbeitungseinheit 140 eingestellten Zeitkonstante für die Filterverarbeitung. Wenn das Ergebnis des Vergleichs angibt, dass die optimale Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode größer ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt SB05 fort. Wenn das Ergebnis des Vergleichs angibt, dass die optimale Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode gleich der ermittelten optimalen Zeitkonstante ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt SB06 fort. Wenn das Ergebnis des Vergleichs angibt, dass die optimale Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode kleiner ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt SB07 fort.
[Schritt SB05] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 erhöht die aktuell in der Filterverarbeitungseinheit 140 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung innerhalb eines Zeitkonstantenbereichs, der innerhalb einer Interpolationsperiode veränderbar ist und vorab mit der optimalen Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode als Obergrenze eingestellt wird, dann fährt die Verarbeitung mit Schritt SB08 fort.
[Schritt SB06] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 verlagert die Verarbeitung zu Schritt SB08, ohne die aktuell in der Filterverarbeitungseinheit 140 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung zu ändern.
[Schritt SB07] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 verringert die aktuell in der Filterverarbeitungseinheit 140 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung innerhalb eines Zeitkonstantenbereichs, der innerhalb einer Interpolationsperiode veränderbar ist und vorab mit der optimalen Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode als Untergrenze eingestellt wird, dann fährt die Verarbeitung mit Schritt SB08 fort.
[Schritt SB08] Die Filterverarbeitungseinheit 140 verwendet die in den Schritten SB05 bis SB07 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung, um an den dem Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogenen Befehlsdaten eine Filterverarbeitung auszuführen, welche Daten in Schritt SB03 erzeugt wurden, um die gefilterten Befehlsdaten zu erzeugen.
[Schritt SB09] Die Interpolationseinheit 150 erzeugt in Bezug auf die in Schritt SB08 gefilterten Befehlsdaten Interpolationsdaten, die Punkte für die jeweiligen Achsen für jede Interpolationsperiode enthalten.
[Schritt SB10] Die Servomotorsteuereinheit 160 steuert die Servomotoren 50, die die Achsen der Maschine antreiben, welche dem Steuerziel entsprechen, basierend auf den in Schritt SB09 erzeugten Interpolationsdaten für jede Achse.
14 ist ein Flussdiagramm, das einen schematischen Ablauf einer Verarbeitung darstellt, die durch die in 5 gezeigte numerische Steuervorrichtung 1 in Verbindung mit einem in 3 beschriebenen dritten Verfahren zum Ändern der Zeitkonstante entsprechend der Bewegungsrichtung des Steuerziels durchgeführt wird. Die Verarbeitung gemäß dem in 14 gezeigten Flussdiagramm wird für jede Steuerperiode durchgeführt.
[Schritt SC01] Die Befehlsanalyseeinheit 100 schaut einen Block aus dem Bearbeitungsprogramm voraus, der einen dem Steuerziel entsprechenden Betrieb der Maschine angibt, und analysiert den Block und erzeugt basierend auf den Ergebnissen der Analyse Befehlsdaten, die eine Bewegung des Steuerziels unter Verwendung der Servomotoren 50 angeben.
[Schritt SC02] Die Zeitkonstantenberechnungseinheit 110 ermittelt die Bewegungsrichtung des Steuerziels, die durch die in Schritt SC01 erzeugten Befehlsdaten angegeben wird, und berechnet die optimale Zeitkonstante unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung (2) basierend auf der ermittelten Bewegungsrichtung und den Einstellwerten für jede Achse (dem Geschwindigkeitsgrenzwert, dem Beschleunigungsgrenzwert, dem Ruckgrenzwert und dergleichen).
[Schritt SC03] Die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit 120 führt an den in Schritt SC01 erzeugten Befehlsdaten einen Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess aus, um die dem Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogenen Befehlsdaten zu erzeugen.
[Schritt SC04] Basierend auf der in Schritt SC02 berechneten optimalen Zeitkonstante für jedes Befehlsdatenelement bestimmt die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130, ob die nächsten Befehlsdaten in Bezug auf die optimale Zeitkonstante für die während der aktuellen Interpolationsperiode verarbeiteten Befehlsdaten eine erhöhte optimale Zeitkonstante umfassen. Wenn das Ergebnis der Bestimmung angibt, dass die nächsten Befehlsdaten keine erhöhte optimale Zeitkonstante umfassen, fährt die Verarbeitung mit Schritt SC05 fort. Wenn das Ergebnis der Bestimmung angibt, dass die nächsten Befehlsdaten eine erhöhte optimale Zeitkonstante umfassen, fährt die Verarbeitung mit Schritt SC06 fort.
[Schritt SC05] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 übernimmt die optimale Zeitkonstante für die während der aktuellen Interpolationsperiode verarbeiteten Befehlsdaten als Zielzeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode, dann fährt die Verarbeitung mit Schritt SC08 fort.
[Schritt SC06] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 berechnet eine Position, an der die Zeitkonstante beginnt, erhöht zu werden (die Interpolationsperiode, in der die Zeitkonstante beginnt, erhöht zu werden), unter Berücksichtigung des voreingestellten Zeitkonstantenbereichs, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann.
[Schritt SC07] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 übernimmt die optimale Zeitkonstante für die nächsten Befehlsdaten als Zielzeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode, wenn die aktuelle Interpolationsperiode nach der in Schritt SC06 berechneten Position auftritt, an der die Zeitkonstante beginnt, erhöht zu werden.
[Schritt SC08] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 vergleicht die in den Schritten SC04 bis SC07 übernommene Zielzeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode mit der aktuell in der Filterverarbeitungseinheit 140 eingestellten Zeitkonstante für die Filterverarbeitung. Wenn das Ergebnis des Vergleichs angibt, dass die Zielzeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode größer ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt SC09 fort. Wenn das Ergebnis des Vergleichs angibt, dass die Zielzeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode gleich der Zeitkonstante für die Filterverarbeitung ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt SC10 fort. Wenn das Ergebnis des Vergleichs angibt, dass die Zielzeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode kleiner ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt SC11 fort.
[Schritt SC09] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 erhöht die aktuell in der Filterverarbeitungseinheit 140 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung innerhalb des voreingestellten Zeitkonstantenbereichs, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann, unter Verwendung der optimalen Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode als Obergrenze, dann fährt die Verarbeitung mit Schritt SC12 fort.
[Schritt SC10] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 verlagert die Verarbeitung zu Schritt SC12, ohne die aktuell in der Filterverarbeitungseinheit 140 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung zu ändern.
[Schritt SC11] Die Zeitkonstanteneinstelleinheit 130 verringert die aktuell in der Filterverarbeitungseinheit 140 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung innerhalb des voreingestellten Zeitkonstantenbereichs, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann, unter Verwendung der optimalen Zeitkonstante für die aktuelle Interpolationsperiode als Untergrenze, dann fährt die Verarbeitung mit Schritt SC12 fort.
[Schritt SC12] Die Filterverarbeitungseinheit 140 verwendet die in den Schritten SC09 bis SC11 eingestellte Zeitkonstante für die Filterverarbeitung, um an den dem Prä-Interpolations-Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogenen Befehlsdaten eine Filterverarbeitung auszuführen, welche Daten in Schritt SC03 erzeugt wurden, um die gefilterten Befehlsdaten zu erzeugen.
[Schritt SC13] Die Interpolationseinheit 150 erzeugt in Bezug auf die in Schritt SC12 gefilterten Befehlsdaten Interpolationsdaten, die Punkte für die jeweiligen Achsen für jede Interpolationsperiode enthalten.
[Schritt SC14] Die Servomotorsteuereinheit 160 steuert die Servomotoren 50, die die Achsen der Maschine antreiben, welche dem Steuerziel entsprechen, basierend auf den in Schritt SC13 erzeugten Interpolationsdaten für jede Achse.
In 13 und 14 wird der voreingestellte Wert ohne jegliche Änderung für den Zeitkonstantenbereich verwendet, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann. Beispielsweise kann jedoch die Größe einer Erschütterung, die auftritt, wenn die Zeitkonstante geändert wird, aufgezeichnet werden, so dass der Zeitkonstantenbereich, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann, einstellbar verringert werden kann, wenn die Größe der Erschütterung größer als ein voreingestellter zulässiger Maximalwert ist, und der Zeitkonstantenbereich, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann, einstellbar erhöht werden kann, wenn die Größe der Erschütterung kleiner als ein voreingestellter zulässiger Mindestwert ist. Eine solche Einstellung ermöglicht es, den Zeitkonstantenbereich, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann, auf den optimalen Wert einzustellen.

Claims

Numerische Steuervorrichtung (1), die basierend auf einem Programm Achsen in einer Maschine steuert, um ein Steuerziel zu bewegen, wobei die numerische Steuervorrichtung (1) umfasst: - eine Befehlsanalyseeinheit (100), die Befehle vorausschaut und analysiert, die durch einen im Programm enthaltenen Block angegeben werden, um Befehlsdaten auszugeben, - eine Zeitkonstantenberechnungseinheit (110), die basierend auf den Befehlsdaten für jeden der Befehle eine Bewegungsrichtung des Steuerziels ermittelt, um basierend auf der ermittelten Bewegungsrichtung und einem Einstellwert unter Verwendung der folgenden Gleichung eine Zeitkonstante zu berechnen: $E r f o r d e r l i c h e M i n d e s t z e i t k o n s t a n t e = \begin{matrix} m a x \\ i x \end{matrix} \frac{B e s c h l e u n i g u n g i n B e w e g u n g s r i c h t u n g \times R i c h t u n g s c o s i n u s (i x)}{Z u l \ddot{a} s s i g e r R u c k (i x)}$
(wobei eine Achse durch ix bezeichnet wird), - eine Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit (120), die an den Befehlsdaten einen Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess durchführt, - eine Zeitkonstanteneinstelleinheit (130), die basierend auf der durch die Zeitkonstantenberechnungseinheit (110) berechneten Zeitkonstante für jeden der Befehle eine Zeitkonstante für eine Filterverarbeitung einstellt, - eine Filterverarbeitungseinheit (140), die basierend auf der durch die Zeitkonstanteneinstelleinheit (130) eingestellten Zeitkonstante für die Filterverarbeitung an den Befehlsdaten, die durch die Prä-Interpolations-Beschleunigungs-/Verzögerungseinheit (120) dem Linear-Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess unterzogen wurden, eine Filterverarbeitung durchführt, und - eine Interpolationseinheit (150), die basierend auf den Befehlsdaten, die durch die Filterverarbeitungseinheit (140) der Filterverarbeitung unterzogen wurden, eine Bewegung jeder der Achsen für jede Interpolationsperiode berechnet.
Numerische Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Zeitkonstante, die sich von einer aktuell für die Filterverarbeitung eingestellten Zeitkonstante unterscheidet, als neue Zeitkonstante für die Filterverarbeitung eingestellt wird, die Zeitkonstanteneinstelleinheit (130) einen allmählich zu ändernden Wert der Zeitkonstante einstellt.
Numerische Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei, wenn sich der Wert der Zeitkonstante allmählich ändert, falls sich die Zeitkonstante erhöht, die Zeitkonstanteneinstelleinheit (130) die Zeitkonstante erhöht, bevor ein Verarbeitungsziel von einem aktuell verarbeiteten Befehl zu einem nächsten zu verarbeitenden Befehl wechselt.
Numerische Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Zeitkonstantenbereich voreingestellt wird, in dem die Zeitkonstante innerhalb einer Interpolationsperiode geändert werden kann, wenn die Zeitkonstante allmählich geändert wird, und wobei die Zeitkonstanteneinstelleinheit (130) den Zeitkonstantenbereich dynamisch einstellt.