DE102019218677A1

DE102019218677A1 - Numerische steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102019218677A1
Application number: DE102019218677.7A
Authority: DE
Inventors: Naoya KOIDE
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2020-06-10
Also published as: CN111290338A; US20200183364A1; CN111290338B; JP2020095316A; US11360458B2

Abstract

Es wird eine numerische Steuervorrichtung vorgesehen, mit der eine Bearbeitungszeit einfach verkürzt werden kann. Eine numerische Steuervorrichtung (1) gemäß der vorliegenden Erfindung ist für eine Werkzeugmaschine vorgesehen, die eine Bewegung eines Werkzeugs entlang eines durch ein Bearbeitungsprogramm vorgegebenen Bearbeitungspfads veranlasst, und umfasst: eine Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit (12), in der Grenzwerte einer Vielzahl von Parametern in Bezug auf eine Bewegung des Werkzeugs gesetzt werden; eine Grenzgeschwindigkeit-Berechnungseinheit (25), die eine Vielzahl von Grenzgeschwindigkeiten berechnet, die Bewegungsgeschwindigkeiten des Werkzeugs sind, die jeweils den Grenzwerten der Vielzahl von Parametern an jeder Position des Bewegungspfads entsprechen; eine Vorschubrate-Bestimmungseinheit (26), die einen minimalen Wert innerhalb einer idealen Geschwindigkeit des Werkzeugs und der Vielzahl von Grenzgeschwindigkeiten an jeder Position des Bewegungspfads als eine Vorschubrate des Werkzeugs an jeder Position des Bewegungspfads definiert; und eine Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit (17), die den Typ des Parameters speichert, wenn die Vorschubrate-Bestimmungseinheit die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsfeld
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung.
Stand der Technik
Eine Werkzeugmaschine veranlasst eine Bewegung eines Werkzeugs entlang eines durch ein Bearbeitungsprogramms vorgegebenen Bewegungspfads. Wenn dabei die Beschleunigung des Werkzeugs größer wird, können unter Umständen Fehler in der Bewegung des Werkzeugs auftreten und wird das Werkzeug nicht genau entlang des vorgegebenen Bewegungspfads geführt. Deshalb ist, wie in dem Patentdokument 1 beschrieben, eine Technik zum Durchführen einer Verlangsamungssteuerung für eine Verlangsamung des Werkzeugs, damit die Beschleunigung des Werkzeugs einen vorbestimmten Grenzwert nicht überschreitet, an einer Position, an der sich die Bewegung krümmt, bekannt.
Grenzwerte können nicht nur für die Beschleunigung, sondern auch für das Rucken des Werkzeugs, die augenblickliche Geschwindigkeitsvariation für jede Antriebsachse usw. gesetzt werden, damit das Werkzeug genauer bewegt werden kann. Aus diesem Grund wird in numerischen Steuervorrichtungen für Werkzeugmaschinen eine Steuerung für eine Verlangsamung des Werkzeugs basierend auf einer Vielzahl von Parametern durchgeführt.
Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H 11-338530
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die Bearbeitungszeit zu verkürzen, ist es wünschenswert eine Verlangsamung des Werkzeugs zu vermeiden. Deshalb wurde bei der Bearbeitung insbesondere von massenproduzierten Gütern versucht, die Bearbeitungszeit wenigstens etwas zu verkürzen, indem der Sicherheitsfaktor in dem oberen Grenzwert von bei der Verlangsamungssteuerung verwendeten Parametern vermindert wurde. Wenn jedoch dieser Grenzwert geändert wird, besteht die Gefahr, dass die Bearbeitungspräzision unter einen zulässigen Bereich vermindert wird. Wenn also beim Ändern des Grenzwerts von Parametern bekannt ist, für welchen Parameter eine Änderung des Grenzwerts effizient ist, kann die Bearbeitungszeit relativ einfach verkürzt werden und gleichzeitig eine Verminderung der Bearbeitungspräzision vermieden werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine numerische Steuervorrichtung vorzusehen, mit der eine Verkürzung der Bearbeitungszeit einfach ist.
Eine numerische Steuervorrichtung (zum Beispiel die weiter unten beschriebene numerische Steuervorrichtung 1) gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist für eine Werkzeugmaschine vorgesehen, die eine Bewegung eines Werkzeugs entlang eines gemäß einem Bearbeitungsprogramm vorgegebenen Bewegungspfads veranlasst, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Gesetzte-Grenzwert-Speichereinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit 12), in der Grenzwerte einer Vielzahl von Parametern in Bezug auf eine Bewegung des Werkzeugs gesetzt werden; eine Grenzgeschwindigkeit-Berechnungseinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Grenzgeschwindigkeit-Berechnungseinheit 25), die eine Vielzahl von Grenzgeschwindigkeiten berechnet, die Bewegungsgeschwindigkeiten des Werkzeugs sind, die jeweils den Grenzwerten der Vielzahl von Parametern an jeder Position des Bewegungspfads entsprechen; eine Vorschubrate-Bestimmungseinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26), die einen minimalen Wert aus einer idealen Geschwindigkeit des Werkzeugs und der Vielzahl von Grenzgeschwindigkeiten an jeder Position an dem Bewegungspfad als eine Vorschubrate des Werkzeugs an jeder Position an dem Bewegungspfad definiert; und eine Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17), die den Typ des Parameters, wenn die Vorschubrate-Bestimmungseinheit die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert, speichert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der numerischen Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt die Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit die Häufigkeit, mit der die Vorschubrate-Bestimmungseinheit die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert, für jeden der Parameter summieren.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die numerische Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt weiterhin enthalten: eine Zählung-Ausgabeeinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Zählung-Ausgabeeinheit 21), die das Anzeigen der durch die Beschleunigungs-Aufzeichnungseinheit summierten Häufigkeit für jeden der Parameter veranlasst.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die numerische Steuervorrichtung gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte weiterhin enthalten: eine Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit 18), die ein Signal in Entsprechung zu dem Typ des Parameters in Entsprechung zu der als Vorschubrate definierten Grenzgeschwindigkeit ausgibt, wenn das Werkzeug durch eine Position geht, an der die Vorschubrate-Bestimmungseinheit die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert hat.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die numerische Steuervorrichtung der ersten bis vierten Aspekte weiterhin enthalten: eine Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit 19), die das Anzeigen einer Bewegungsbahn des Werkzeugs veranlasst, wobei die Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit veranlasst, dass eine Markierung in Entsprechung zu dem Typ des Parameters in Entsprechung zu der als die Vorschubrate definierten Grenzgeschwindigkeit an einer Position angezeigt wird, an welcher die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate an der Bewegungsbahn des Werkzeugs definiert wird.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die numerische Steuervorrichtung der ersten bis fünften Aspekte weiterhin enthalten: eine Einstellungseffekt-Berechnungseinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Einstellungseffekt-Berechnungseinheit 20), die eine Variation in der Zeit, die das Werkzeug für die Bewegung entlang des gesamten Bewegungspfads benötigt, wenn ein Grenzwert des Parameters geändert wird, berechnet.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der numerischen Steuervorrichtung der ersten bis sechsten Aspekte die Vielzahl von Parametern eine augenblickliche Variation in der Geschwindigkeit jeder Antriebsachse der Werkzeugmaschine, eine Beschleunigung und ein Rucken des Werkzeugs umfassen.
Mit der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verkürzung der Bearbeitungszeit einfach.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht, die den Bewegungspfad eines Werkzeugs zeigt, das durch die numerische Steuervorrichtung von 1 zu einer Bewegung veranlasst wird.
3 ist ein Kurvendiagramm, das eine Vorschubgrenze in Entsprechung zu einem Grenzwert für eine augenblickliche Variation in der Geschwindigkeit jeder Antriebsachse für den Bewegungspfad von 2 zeigt.
4 ist eine Ansicht, die den Bewegungspfad eines Werkzeugs zeigt, das durch die numerische Steuervorrichtung von 1 zu einer Bewegung veranlasst wird.
5 ist ein Kurvendiagramm, das die Grenzgeschwindigkeit in Entsprechung zu dem Grenzwert der Beschleunigung des Werkzeugs für den Bewegungspfad von 4 zeigt.
6 ist eine Ansicht, die ein Bild zeigt, das durch eine Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit der numerischen Steuervorrichtung in 1 angezeigt werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die numerische Steuervorrichtung 1 ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine und veranlasst, dass sich das Werkzeug entlang eines durch ein Bearbeitungsprogramm vorgegebenen Bewegungspfads bewegt. Insbesondere steuert die numerische Steuervorrichtung 1 Servoverstärker 3x, 3y und 3z, die jeweils Servomotoren 2x, 2y und 2z der Antriebsachsen in den zueinander senkrechten X, Y und Z-Richtungen für eine Positionierung des Werkzeugs antreiben.
Die numerische Steuervorrichtung 1 umfasst: eine Programmspeichereinheit 11, eine Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit 12, eine Programmanalyseeinheit 13, eine Interpolationseinheit 14, eine Geschwindigkeit-Projektionseinheit 15, eine Geschwindigkeit-Steuereinheit 16, eine Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17, eine Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit 18, eine Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit 19, eine Einstellungseffekt-Berechnungseinheit 20 und eine Zählung-Ausgabeeinheit 21 sowie weiterhin eine Eingabevorrichtung 22 und eine Anzeigevorrichtung 23.
Die numerische Steuervorrichtung 1 kann durch einen Computer konfiguriert werden, der zum Beispiel eine CPU, einen Speicher usw. aufweist. Mit anderen Worten können die Programmspeichereinheit 11, die Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit 12, die Programmanalyseeinheit 13, die Interpolationseinheit 14, die Geschwindigkeit-Projektionseinheit 15, die Beschleunigung-Steuereinheit 16, die Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17, die Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit 18, die Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit 19, die Einstellungseffekt-Berechnungseinheit 20 und die Zählung-Ausgabeeinheit 21 durch Teile eines in den Computer gelesenen Steuerprogramms (z.B. eine Subroutine, ein festes Programm usw.) realisiert werden. Es ist zu beachten, dass diese Komponenten einfach anhand der Funktion unterschieden werden, wobei die Komponenten nicht separat voneinander in dem Code des Steuerprogramms geschrieben sein müssen.
Die Programmspeichereinheit 11 speichert das Bearbeitungsprogramm, das die für das Bearbeiten eines Werkstücks erforderliche Bewegung des Werkzeugs spezifiziert. Die Programmspeichereinheit 11 kann als ein Speicherraum für einen Speicher, eine Festplatte oder ähnliches realisiert werden, wie durch das Steuerprogram des die numerische Steuervorrichtung 1 bildenden Computers spezifiziert.
Das in der Programmspeichereinheit 11 gespeicherte Bearbeitungsprogramm kann als ein Programm vorgesehen werden, das sequentiell die Koordinaten zum Beispiel von Punkten, an denen sich die Bewegungsrichtung ändert, von Kurven des Bewegungspfads usw. im Pfad des Werkzeugs schreibt.
Für eine Vielzahl von Parametern, die Faktoren für eine Positionsabweichung des Werkzeugs sein können, innerhalb der auf die Bewegung des Werkzeugs bezogenen Parameter werden Grenzwerte, von denen erwartet wird, dass sie die Positionsabweichung des Werkzeugs auf unter einen maximal zulässigen Grenzwert unterdrücken können, jeweils in der Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit 12 gesetzt. Mit anderen Worten ist die Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit 12 derart konfiguriert, dass ein Bediener über die Eingabeeinrichtung eingegebene Grenzwerte speichern kann, und kann als ein Speicherraum eines Speichers, eine Festplatte oder ähnliches, wie durch das Steuerprogramm des die numerische Steuervorrichtung 1 bildenden Computers spezifiziert, ähnlich wie die Programmspeichereinheit 11 realisiert werden.
Die Vielzahl von Parametern, für die die Grenzwerte in der Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit 12 gesetzt werden, umfassen vorzugsweise eine augenblickliche Variation in der Geschwindigkeit jeder Antriebsachse der Werkzeugmaschine (eine Geschwindigkeitsvariation, wenn sich die Geschwindigkeit schrittweise ändert; dies kann als eine Geschwindigkeitsvariation in einer fixen Mikrozeit verstanden werden), die Beschleunigung des Werkzeugs und ein Rucken. Wenn die Werte dieser Parameter größer werden, neigt die räumliche Position des Werkzeugs zu einer Abweichung von der theoretischen räumlichen Position während der Bewegung des Werkzeugs. Aus diesem Grund kann durch das Setzen der Grenzwerte (oberen Grenzwerte) der Parameter eine Abweichung des Werkzeugs von dem durch das Bearbeitungsprogramm vorgegebenen Bewegungspfad effektiv unterdrückt werden.
Die Programmanalyseeinheit 13 analysiert das in der Programmspeichereinheit 11 gespeicherte Bearbeitungsprogramm und wandelt es in Daten wie etwa für die Position (Koordinaten) und die Geschwindigkeit jeder Antriebsachse). Weil eine derartige Verarbeitung wohlbekannt ist, wird hier auf eine detaillierte Beschreibung des Betriebsverfahrens usw. verzichtet.
Die Interpolationseinheit 14 interpoliert die von der Programmanalyseeinheit 13 erhaltenen Daten und erzeugt Daten für jeden Abtastungszyklus. Weil auch eine derartige Verarbeitung wohlbekannt ist, wird hier auf eine detaillierte Beschreibung des Betriebsverfahrens usw. verzichtet.
Die Geschwindigkeit-Projektionseinheit 15 enthält eine Idealgeschwindigkeit-Berechnungseinheit 24, eine Grenzgeschwindigkeit-Berechnungseinheit 25 und eine Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26.
Die Idealgeschwindigkeit-Berechnungseinheit 24 ist eine Einheit, die die Geschwindigkeit des Werkzeugs (Tangentialgeschwindigkeit in der Bewegungsrichtung) während einer Bewegung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel mit der in Entsprechung zu Materialeigenschaften des Werkstücks, dem Typ des Werkzeugs usw. bestimmten Geschwindigkeit) aufrechterhält, wobei eine Beschleunigung von dem Werkzeugstoppzustand und eine Verlangsamung während des Stoppens ausgenommen sind, und für jeden Abtastungszyklus die ideale Geschwindigkeit des Werkzeugs an jeder Position des Bewegungspfads berechnet.
Die Grenzgeschwindigkeit-Berechnungseinheit 25 berechnet basierend auf dem Profil des Bewegungspfads des Werkzeugs eine Vielzahl von Grenzgeschwindigkeiten, die die maximal zulässigen Bewegungsgeschwindigkeiten des Werkzeugs in Entsprechung zu jedem der Grenzwerte sind, aus der Vielzahl von Parametern an jeder Position des Bewegungspfads für jeden Abtastungszyklus.
Zuerst wird die Grenzgeschwindigkeit in Entsprechung zu dem Grenzwert für die augenblickliche Variation in der Geschwindigkeit der Antriebsachsen (Servomotoren 2x, 2y, 2z) beschrieben. Es wird das Beispiel einer Bewegung des Werkzeugs von dem Punkt P0 durch den Punkt P1 zu dem Punkt P2 wie in 2 gezeigt, bei welcher sich die Bewegungsrichtung des Werkzeugs an dem Punkt P1 an dem Bewegungspfad des Werkzeugs ändert, beschrieben. Es ist zu beachten, dass der einfacheren Darstellung halber im Folgenden eine Konfiguration erläutert wird, in welcher sich das Werkzeug in der X-Y-Ebene bewegt, wobei die Bewegung des Werkzeugs aber natürlich auch eine Komponente in der Z-Richtung enthalten könnte. Wenn sich das Werkzeug in dem Bewegungspfad von 2 bewegt und versucht wird, die absolute Geschwindigkeit des Werkzeugs (Geschwindigkeit in der Tangentialrichtung des Bewegungspfads) aufrechtzuerhalten, müssen der Servomotor 2x der X-Antriebsachse und der Servomotor 2y der Y-Antriebsachse eine schrittweise Änderung der Antriebsgeschwindigkeit wie durch die Strichlinien in 3(a) und (b) gezeigt veranlassen. Wenn jedoch die Größe dieses Schritts den in der Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit 12 gespeicherten Grenzwert (definiert als Vmaxx, Vmaxy) für die augenblickliche Variation in der Geschwindigkeit jedes Servomotors 2x, 2y überschreitet, wird die Geschwindigkeit der Servomotoren 2x, 2y vor und nach dem Punkt P1 verlangsamt, sodass die augenblickliche Variation in der Geschwindigkeit der Servomotoren 2x, 2y die Grenzwerte Vmaxx, Vmaxy wie durch die durchgezogene Linie in 3 angegeben nicht überschreitet. Die Grenzgeschwindigkeit in der Tangentialrichtung des Werkzeugs in Entsprechung zu dem Grenzwert der augenblicklichen Variation in dieser Geschwindigkeit wird als die synthetische Geschwindigkeit der Geschwindigkeitskomponenten jedes der Servomotoren 2x, 2y berechnet. In dem Beispiel von 3 vermindert sich wie in (c) gezeigt die Grenzgeschwindigkeit gegenüber den davor und danach gegebenen Grenzgeschwindigkeiten und nimmt beim Durchgang durch den Punkt P1 einen minimalen Wert an.
Im Folgenden wird die Grenzgeschwindigkeit in Entsprechung zu dem Grenzwert für eine Beschleunigung des Werkzeugs erläutert. Es wird zum Beispiel wie in 4 gezeigt ein Bewegungspfad betrachtet, der den Punkt P10 als einen Startpunkt definiert, einen sich in einem Kreisbogen krümmenden Teil (zwischen den Punkten P11 - P12, zwischen den Punkten P13 - P14 und zwischen den Punkten P15 - P16) aufweist und den Punkt P17 als den Endpunkt definiert. An dem Punkt P10 und dem Punkt P17 muss die Geschwindigkeit des Werkzeugs gleich null sein. Aus diesem Grund beschleunigt das Werkzeug mit der Beschleunigung des Grenzwerts von dem Punkt P10 und verlangsamt mit der Beschleunigung des Grenzwerts zu dem Punkt P17. Außerdem wirkt an einem Teil, an dem sich der Bewegungspfad krümmt, eine Beschleunigung in der Radialrichtung des Bogens (eine der Zentrifugalkraft entgegenwirkende Kraft). Die auf das Werkzeug wirkende Beschleunigung wird größer, wenn die Krümmung (Kehrwert des Radius) des Bewegungspfads größer wird. Wenn also das Werkzeug derart bewegt wird, dass es den für die in der Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit 12 gespeicherten Grenzwert für die Beschleunigung nicht überschreitet, muss die Geschwindigkeit des Werkzeugs vermindert werden, wenn die Krümmung größer wird. Und weil die Werkzeugbeschleunigung begrenzt ist und die Geschwindigkeit des Werkzeugs nicht diskontinuierlich an den Punkten P11, P13, P15, an denen sich der Bewegungspfad zu krümmen beginnt, und an den die Krümmung beendenden Punkten P12, P14, P15 fluktuieren kann, müssen eine Beschleunigung und eine Verlangsamung des Werkzeugs an davor und dahinter liegenden linearen Teilen durchgeführt werden. Aus diesem Grund wird die basierend auf dem Bewegungspfad von 4 berechnete Grenzgeschwindigkeit des Werkzeugs in Entsprechung zu dem Grenzwert wie in 5 gezeigt erhalten.
Es wird hier auf eine nähere Erläuterung der Grenzgeschwindigkeit in Entsprechung zu dem Grenzwert anderer Parameter verzichtet, wobei jedoch eine derartige Geschwindigkeitsänderung des Werkzeugs, dass der Grenzwert, zu dem der Parameterwert in der Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit 12 gesetzt ist, nicht überschritten wird, berechnet wird.
Die Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26 definiert den minimalen Wert innerhalb der idealen Geschwindigkeit für das Werkzeug an jeder Position des Bewegungspfads und der Vielzahl von Grenzgeschwindigkeiten als die Vorschubrate des Werkzeugs an jeder Position des Bewegungspfads. Mit anderen Worten bestimmt die Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26 die Vorschubrate des Werkzeugs für jeden Abtastungszyklus. Wenn die Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26 eine Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate des Werkzeugs definiert, wird eine derartige Steuerung als eine Verlangsamungssteuerung bezeichnet, weil die Geschwindigkeit des Werkzeugs relativ zu der idealen Geschwindigkeit verlangsamt wird. Weil die ideale Geschwindigkeit unmittelbar nach einem Bewegungsstart von einem gestoppten Zustand des Werkzeugs und unmittelbar vor dem Stoppen eine relativ geringe Geschwindigkeit wird, wird in vielen Fällen nicht die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate des Werkzeugs definiert (wird keine Verlangsamung vorgesehen).
Die Geschwindigkeitssteuereinheit 16 steuert die Servoverstärker 3x, 3y, 3z, um das Werkzeug mit der durch die Geschwindigkeit-Projektionseinheit 15 bestimmten Vorschubrate zu bewegen.
Die Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17 speichert den Typ des Parameters (Verlangsamungsfaktor), wenn die Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26 die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert. Außerdem speichert die Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17 vorzugsweise die Koordinaten der Position, an der die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert wird, oder die Zeit zusammen mit dem Verlangsamungsfaktor. Weiterhin ist die Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17 vorzugsweise konfiguriert, um die Häufigkeit, mit welcher die Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26 die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert hat, für jeden Parameter hinzuzufügen.
Wenn das Werkzeug durch eine Position, an welcher die Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26 die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert, hindurchgeht, gibt die Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit 18 ein Signal in Entsprechung zu dem Typ des Parameters in Entsprechung zu der durch die Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26 als Vorschubrate definierten Grenzgeschwindigkeit aus. Mit anderen Worten überwacht die Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit 18 die tatsächliche Bewegung des Werkzeugs durch die Geschwindigkeit-Steuereinheit 16 und gibt ein für jeden in der Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17 gespeicherten Verlangsamungsfaktor in Entsprechung zu der Koordinate oder der Zeit bestimmtes Signal aus.
Die Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit 19 veranlasst das Anzeigen der Bewegungsbahn des Werkzeugs an der Anzeigevorrichtung 23 wie in 6 gezeigt. Die Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit 19 empfängt vorzugsweise das durch die Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit 18 ausgegebene Signal und veranlasst das Anzeigen einer Markierung in Entsprechung zu dem Typ von Parameter in Entsprechung zu der als die Vorschubrate definierten Grenzgeschwindigkeit an der Position, an welcher die Vorschubrate-Bestimmungseinheit 26 die Grenzgeschwindigkeit als die anzuzeigende Vorschubrate definiert hat, an der Bewegungsbahn des Werkzeugs. Mit anderen Worten kann die Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit 19 konfiguriert sein, um zu veranlassen, dass die Position des Werkzeugs, das durch die Geschwindigkeit-Steuereinheit 16 bewegt werden kann, an der Anzeigevorrichtung 23 angezeigt wird, und um zu veranlassen, dass die Position, an welcher die Verlangsamung aufgrund des Grenzwerts des Parameters auftritt, und der Typ des Verlangsamungsfaktors an der Anzeigevorrichtung 23 angezeigt wird.
Die Einstellungseffekt-Berechnungseinheit 20 berechnet eine Variation in der Zeit (Variation in der Bewegungszeit), die für das Werkzeug erforderlich ist, um den gesamten Bewegungspfad zu bewegen, wenn der Grenzwert des Parameters geändert wird. Die Einstellungseffekt-Berechnungseinheit 20 ist vorzugsweise konfiguriert, um das Anzeigen der berechneten erforderlichen Zeitvariation an der Anzeigevorrichtung 23 zu veranlassen.
Die Einstellungseffekt-Berechnungseinheit 20 kann die Variation ΔT in der Bewegungszeit unter Verwendung der folgenden Formel (1) für jede Position, an welcher die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate des Werkzeugs definiert wird, d.h. die Verlangsamungsposition berechnen und kann die Variation in der Zeit, die das Werkzeug für eine Bewegung entlang des gesamten Bewegungspfads benötigt, durch das Summieren der Variation aller Verlangsamungspositionen berechnen. In der Formel (1) ist VcP die Grenzgeschwindigkeit vor der Grenzwertänderung, ist VcR die Grenzgeschwindigkeit nach der Grenzwertänderung, ist V die ideale Geschwindigkeit, ist A der Grenzwert vor der Änderung in der Beschleunigung des Werkzeugs und ist J der Grenzwert vor der Änderung in dem Rucken des Werkzeugs. $Δ T = \frac{S V c_{R} - 2 V c_{P}}{A} - \frac{V C_{R}^{2} - V C_{P}^{2}}{A V} + \frac{A (V c_{R} - V c_{P})}{J V}$
Unter Verwendung dieser Formel (1) kann die Variation in der Zeit, die das Werkzeug für eine Bewegung entlang des gesamten Bewegungspfads benötigt, auf relativ einfache und relativ genaue Weise berechnet werden.
In der Formel (1) kann die Zeit T1p, die für das Beschleunigen des Werkzeugs von der Grenzgeschwindigkeit VcP vor der Änderung mit der Beschleunigung A zu der idealen Geschwindigkeit V benötigt, durch die folgende Formel (2) wiedergegeben werden. $T 1_{P} = \frac{V - V c_{P}}{A}$
Außerdem kann die Zeit T2p, bis die Beschleunigung des Werkzeugs die Beschleunigung A mit einem Rucken J erreicht, durch die folgende Formel (3) wiedergegeben werden. $T 2_{P} = \frac{A}{J}$
Aus diesem Grund kann die Zeit Tp, die für eine Beschleunigung von der Grenzgeschwindigkeit VcP zu der idealen Geschwindigkeit V mit einem Rucken J und einer maximalen Beschleunigung A benötigt wird, durch die folgende Formel (4) wiedergegeben werden. $T_{P} = T 1_{P} - T 2_{P}$
Die Distanz Xp, über die sich das Werkzeug bewegt, während es von der Grenzgeschwindigkeit VcP zu der idealen Geschwindigkeit V vor einer Änderung mit einem Ruck J und einer Beschleunigung A beschleunigt, kann durch die folgende Formel (5) wiedergegeben werden. $X_{P} = V (T 1_{P} + T 2_{P}) + (V - V c_{P}) T 2_{P} + \frac{1}{2} (V - V c_{P}) (T 1_{P} - T 2_{P})$
Wenn die rechte Seite der Formel (5) umgeordnet wird, wird die folgende Formel (6) erhalten. $X_{P} = \frac{1}{2} (V + V c_{P}) (T 1_{P} + T 2_{P})$
Entsprechend kann die Zeit T1R, die für das Beschleunigen des Werkzeugs von der Grenzgeschwindigkeit VcR zu der idealen Geschwindigkeit nach der Änderung mit der Beschleunigung A benötigt wird, durch die folgende Formel (7) wiedergegeben werden. $T 1_{R} = \frac{V - V c_{R}}{A}$
Die Zeit TR, die für das Beschleunigen von der Grenzgeschwindigkeit VcR zu der idealen Geschwindigkeit V mit der maximalen Beschleunigung A benötigt wird, kann durch die folgende Formel (8) wiedergegeben werden. $T_{R} = T 1_{R} - T 2_{R}$
Die Distanz XR, über die sich das Werkzeug bewegt, während es von der Grenzgeschwindigkeit VcR zu der idealen Geschwindigkeit V vor der Änderung mit einem Rucken J und einer Beschleunigung A beschleunigt, kann durch die folgende Formel (9) wiedergegeben werden. $X_{R} = \frac{1}{2} (V + V c_{R}) (T 1_{R} + T 2_{R})$
Die Variation in der Zeit ΔT0, die für das Beschleunigen zu der idealen Geschwindigkeit V bei einer Änderung der Grenzgeschwindigkeit von VcP zu VcR benötigt wird, kann durch die folgende Formel (10) wiedergegeben werden. $Δ T_{0} = (T_{P} - T_{R}) - \frac{X_{P} - X_{R}}{V}$
Wenn die Formeln (2) bis (9) in die Formel (10) eingesetzt werden, wird die folgende Formel (11) erhalten. $Δ T_{0} = \frac{1}{2} (\frac{2 V c_{R} - 2 V c_{P}}{A} - \frac{V c_{R}^{2} - V c_{P}^{2}}{A V} + \frac{A (V c_{R} - V c_{P})}{J V})$
Die Variation ΔT0 in der Formel (11) tritt während der Verlangsamung und während der Beschleunigung des Werkzeugs auf. Deshalb ist die Variation ΔT in der Bewegungszeit pro Verlangsamungsposition gleich ΔT0 und kann durch die oben angegebene Formel (1) wiedergegeben werden.
Wenn der Grenzwert eines Parameters auf diese Weise geändert wird, kann durch das Berechnen der Variation in der Bewegungszeit für jede Verlangsamungsposition unter Verwendung einer relativ einfachen Formel relativ genau und schnell die Variation in der Zeit geschätzt werden, die für eine Bewegung des Werkzeugs entlang des gesamten Bewegungspfads erforderlich ist.
Die Zählung-Ausgabeeinheit 21 veranlasst, dass die durch die Beschleunigungs-Aufzeichnungseinheit 17 summierte Häufigkeit an der Anzeigevorrichtung 23 für jeden Parameter angezeigt wird (Verlangsamungsfaktor). Die Zählung-Ausgabeeinheit 21 kann die Häufigkeit jedes Verlangsamungsfaktors zu der Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit 19 hinzufügen und wie in 6 gezeigt anzeigen.
Die Eingabevorrichtung 22 kann zum Beispiel als eine Tastatur oder ähnliches konfiguriert sein.
Die Anzeigevorrichtung 23 kann zum Beispiel als ein Anzeigepanel oder ähnliches konfiguriert sein. Außerdem kann die Anzeigevorrichtung 23 als ein Berührungspanel oder ähnliches, das mit der Eingabevorrichtung 22 integriert ist, konfiguriert sein.
Weil die numerische Steuervorrichtung 1 die Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17 für das Aufzeichnen von Verlangsamungsfaktoren enthält, kann der das Werkzeug verlangsamende Faktor einfach erfasst werden. Aus diesem Grund kann die numerische Steuervorrichtung 1 erfassen, für welchen Parameter die Grenzwertänderung effizient ist, wenn die Bearbeitungszeit durch eine Änderung des Grenzwertes des Parameters verkürzt wird. Die Bearbeitungszeit kann also relativ einfach verkürzt werden, wobei gleichzeitig eine Verminderung der Bearbeitungspräzision unterdrückt werden kann.
Insbesondere kann die numerische Steuervorrichtung 1 einfacher erfassen, für welchen Parameter eine Änderung des Grenzwertes effizient ist, weil die Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17 die Häufigkeit der Verlangsamungen für jeden Verlangsamungsfaktor zählt. Außerdem kann die numerische Steuervorrichtung 1 einfach die Bearbeitungszeit verkürzen, weil die Zählung-Ausgabeeinheit 21 veranlasst, dass die durch die Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit 17 gezählte Häufigkeit der Verlangsamungen für jeden Verlangsamungsfaktor an der Anzeigevorrichtung 23 angezeigt wird. Und weil die Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit 19 als Markierungen die Verlangsamungsfaktoren an der Bewegungsbahn des Werkzeugs anzeigt, kann auch einfach verstanden werden, für welche Parameter eine Änderung des Grenzwerts effizient wäre.
Weil die numerische Steuervorrichtung 1 die Einstellungseffekt-Berechnungseinheit 20 enthält, die eine Variation in der Bewegungszeit relativ zu einer Änderung in dem Grenzwert eines Parameters berechnet und weil die Variation in der Bewegungszeit grob und unmittelbar durch das Eingeben eines neuen Grenzwerts eines Parameters bestätigt werden kann, kann die Bewegungszeit einfach auf eine gewünschte Zeit reduziert werden, indem der Grenzwert des Parameters geändert wird.
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Die für die beschriebene Ausführungsform genannten Effekte sind lediglich beispielhaft für die bevorzugten Effekte der vorliegenden Erfindung, und die Effekte der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die für die beschriebene Ausführungsform genannten Effekte beschränkt.
Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann integriert mit einer Steuervorrichtung ausgebildet sein, die andere Vorrichtungen als eine Werkzeugmaschine und die damit assoziierte Ausstattung steuert.
Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch nur zwei oder weniger oder auch vier oder mehr Antriebsachsen steuern. Außerdem kann die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur auf Werkzeugmaschinen mit einem Antriebsmechanismus des Kartesische-Koordinaten-Typs mit jeweils senkrechten Antriebsachsen, sondern auch auf Werkzeugmaschinen, die das Werkzeug mittels eines Antriebsmechanismus des Artikulationstyps bewegen, auf Antriebsmechanismen eines Parallelverbindungstyps oder ähnliches angewendet werden.
In der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Eingabevorrichtung und die Anzeigevorrichtung nicht ausschlaggebend, wobei auch eine Konfiguration mit einer externen Eingabevorrichtung und Anzeigevorrichtung für das Eingeben/Ausgeben von Informationen (Signalen) verwendet werden kann. Außerdem können die Zählungsausgabeeinheit, die Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit, die Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit und die Einstellungseffekt-Berechnungseinheit der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur für das Ausgeben von Informationen zu Komponenten in der numerischen Steuervorrichtung, sondern auch für das Ausgeben der Informationen zu externen Vorrichtungen (zum Beispiel zu Computern, die die Werkzeugmaschine verwalten) konfiguriert sein.
Bezugszeichenliste

1: numerische Steuervorrichtung
2x, 2y, 2z: Servomotor
3x, 3y, 3z: Servoverstärker
11: Programmspeichereinheit
12: Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit
13: Programmanalyseeinheit
14: Interpolationseinheit
15: Geschwindigkeit-Projektionseinheit
16: Geschwindigkeit-Steuereinheit
17: Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit
18: Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit
19: Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit
20: Einstellungseffekt-Berechnungseinheit
21: Zählung-Ausgabeeinheit
22: Eingabevorrichtung
23: Anzeigevorrichtung
24: Idealgeschwindigkeit-Berechnungseinheit
25: Grenzgeschwindigkeit-Berechnungseinheit
26: Vorschubrate-Bestimmungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H11338530 [0004]

Claims

Numerische Steuervorrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine, die eine Bewegung eines Werkzeugs entlang eines durch ein Bearbeitungsprogramm vorgegebenen Bewegungspfads veranlasst, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Gesetzte-Grenzwerte-Speichereinheit (12), in der Grenzwerte einer Vielzahl von Parametern in Bezug auf eine Bewegung des Werkzeugs gesetzt werden, eine Grenzgeschwindigkeit-Berechnungseinheit (25), die eine Vielzahl von Grenzgeschwindigkeiten berechnet, die Bewegungsgeschwindigkeiten des Werkzeugs sind, die jeweils den Grenzwerten der Vielzahl von Parametern an jeder Position des Bewegungspfads entsprechen, eine Vorschubrate-Bestimmungseinheit (26), die einen minimalen Wert aus einer idealen Geschwindigkeit des Werkzeugs und der Vielzahl von Grenzgeschwindigkeiten an jeder Position an dem Bewegungspfad als eine Vorschubrate des Werkzeugs an jeder Position an dem Bewegungspfad definiert, und eine Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit (17), die den Typ des Parameters, wenn die Vorschubrate-Bestimmungseinheit (26) die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert, speichert.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verlangsamung-Aufzeichnungseinheit (17) die Häufigkeit, mit der die Vorschubrate-Bestimmungseinheit (26) die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert, für jeden der Parameter summiert.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin eine Zählung-Ausgabeeinheit (21) umfasst, die das Anzeigen der durch die Beschleunigungs-Aufzeichnungseinheit (17) summierten Häufigkeit für jeden der Parameter veranlasst.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiterhin eine Verlangsamungsfaktor-Ausgabeeinheit (18) umfasst, die ein Signal in Entsprechung zu dem Typ des Parameters in Entsprechung zu der als Vorschubrate definierten Grenzgeschwindigkeit ausgibt, wenn das Werkzeug durch eine Position geht, an der die Vorschubrate-Bestimmungseinheit (26) die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate definiert hat.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin eine Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit (19) umfasst, die das Anzeigen einer Bewegungsbahn des Werkzeugs veranlasst, wobei die Bewegungsbahn-Ausgabeeinheit (19) veranlasst, dass eine Markierung in Entsprechung zu dem Typ des Parameters in Entsprechung zu der als die Vorschubrate definierten Grenzgeschwindigkeit an einer Position angezeigt wird, an welcher die Grenzgeschwindigkeit als die Vorschubrate an der Bewegungsbahn des Werkzeugs definiert wird.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die weiterhin eine Einstellungseffekt-Berechnungseinheit (20) umfasst, die eine Variation in der Zeit, die das Werkzeug für die Bewegung entlang des gesamten Bewegungspfads benötigt, wenn ein Grenzwert des Parameters geändert wird, berechnet.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vielzahl von Parametern eine augenblickliche Variation in der Geschwindigkeit jeder Antriebsachse der Werkzeugmaschine, eine Beschleunigung und ein Rucken des Werkzeugs umfassen.