JP4980458B2 - 数値制御工作機械の加工時間予測装置 - Google Patents
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Description
請求項3に係る発明では、前記所定の時間間隔は可変であることを特徴とする請求項2に記載の加工時間予測装置である。
本発明は、工具経路をセグメントとよぶ微小な切片に分割し、セグメントの始点から終点にかけて接線方向の速度の変化を表す速度カーブを求め、工具が求めた速度カーブに従って動くとしてセグメントを移動するのに要する時間を算出する。全工具経路を移動するのに要する時間は、セグメント毎の移動時間の総和で与えられる。
隣り合うセグメントの間の速度差、加速度の差、加加速度の差、工具経路の曲率、速度算出に用いるセグメントデータの数によって決まる速度に対する制約を取り入れて速度カーブを決めることにより、算出した加工時間の精度を向上させる。
工具の動作を各軸の動作に分解せず、接線方向の速度を扱う1次元の問題として処理できるので、処理時間を短縮する。更に、セグメントへの分割間隔を可変にすることにより、移動時間の予測値と予測値の精度の調整を可能にする。
図1は、本発明の一実施形態を説明するブロック図である。加工時間予測装置1は、NC指令解読部10、速度制約処理部20、セグメントデータ生成部30、中間メモリ(バッファメモリ)40、セグメント移動時間計算部50、全移動時間計算部60を含む。
大域速度制約処理部21は、NC指令(加工プログラム)2において指令される指令速度Vcと工具経路の曲率に応じて予め決められた速度Viaを比較し、小さい方の値を上限速度Vlimとする。指令速度Vcのデータと工具経路の曲率のデータはNC指令解読部10で生成されるブロックデータに基づく。工具経路の曲率に応じて予め決められた速度Viaのデータは図示しないメモリに記憶しておく。速度オーバライドがかかった状態での工具の移動時間を算出する場合は、指令速度Vcの代わりに指令速度Vcにオーバライドの比率を乗じた速度を用いる。局所速度制約処理部22とデータ量依存速度制約処理部23は、セグメントデータを利用するので、後述する。
データ量依存型速度制約処理部23は、中間メモリ(バッファ)40に蓄積された末尾のセグメント(最も後に生成されたセグメント)の終点で所定の速度Uaになるとして、中間メモリ(バッファ)40の先頭のセグメントへ向かって減速曲線と呼ぶ速度の変化を表す速度カーブU(t)を形成する。工具は速度カーブU(t)以上の速度では移動することはできないので、該U(t)を許容速度と称する。通常、所定の速度Uaは0とするが、有限の値でもよい。
接線加速度αは、それを機械の駆動軸方向の成分に分解した時、各軸の許容加速度を超えない最大の値とする。つまり、急激な減速によって機械に損傷を与えないように減速する方向の加速度に制限が設けられていることに対応するものである。中間メモリ(バッファ)40の先頭のセグメント(s1)(最も前に生成されたセグメント)について、減速曲線によって決まるセグメントの終点における速度Unとコーナ速度Vrを比較し、小さい方をセグメント終点における速度Ueとする。
●[ステップSA100]変数の初期化を行う。すなわち、前セグメント終点の速度Ueを0に、また、移動時間を加算する変数Tを0に設定する。
●[ステップSA101]バッファの先頭からセグメントデータを1つ取り出し、図7に示すフローチャートの処理でそのセグメントの移動時間を計算する。
●[ステップSA102]前ステップで計算した時間をTに加算する。
●[ステップSA103]全てのセグメントの移動時間の計算が終了したか否かを判断し、終了していなければ、ステップSA104へ移行し、終了していれば、処理を終了する。
●[ステップSA104]セグメントデータを1つ生成してバッファに供給し、ステップSA101へ戻る。
a)0≦W(t)、かつ、V(t)<上限速度Vlimのときは加速
b)0≦W(t)、かつ、V(t)=上限速度Vlimのときは定速
c)W(t)<0のときは減速
●[ステップSB100]セグメント始点での値を設定する。つまり、Us=Ue(前セグメント終点における速度)、Rd=L(セグメントの長さ)、time=0に設定する。Ueは、図6のステップSA100によって最初のセグメントではUe=0に初期化されている。
●[ステップSB101]評価関数によって現在の状態を判定する。区間の始点における速度Vs、図5に示す速度曲線から求めた区間の始点における許容速度U0と接線加速度αを評価関数に代入し、上記の判定条件を適用して決める。
●[ステップSB102]評価関数を使って次の状態遷移が発生するポイントを決める。例えば、現在の状態が加速状態であれば、以下のように計算する。区間の始点から時間tが経過すると、速度は、数4式で表される。
●[ステップSB105]状態遷移ポイントが終点より手前にある場合の処理で、状態遷移ポイントまでの移動時間をtimeに加算し、現区間の終点の状態を次の区間の始点になるようにVsとRdを更新して、ステップSB101に戻って処理を繰り返す。更新された値は、現区間の終点の速度をVeとすると、Vs=Ve,Rd=Rd−Dとなる。
●[ステップSB106]セグメント終点が状態遷移ポイントより手前にある場合の処理で、区間の始点から終点までの移動時間Teをtimeに積算して終了する。
加速区間の場合、Teは数12式から求める。
全移動時間計算部60では、前記timeに保持されている値を全移動時間とする。
本発明の一実施例の説明では、セグメントの始点から終点にかけて接線加速度を一定としたが、速度算出手段はこれに限定されるものではない。例えば、接線加速度αが速度vに依存し、その関係が線型でα=v・h+kであり、hとkは定数と表されるとすると、数15式の式が成り立つ。
セグメント始点の速度をV0、局所速度制約処理部22で求めたセグメント終点の速度をUe、接線加速度をαとする。評価関数を使わないので、局所速度制約処理部22で求めたコーナ速度Vrが、セグメント終点の速度Ueとして扱われる。
1)V0≦Ueの場合
始点から終点への接線加速度αで一様に加速した時の終点の速度をVfとする。
Vf≦Ueの場合、接線加速度αで一様に減速する直線を速度カーブとする(図8(a)参照)。
2)Ue<V0の場合
始点から終点へ接線加速度αで一様に減速した時の終点の速度をVfとする。
Ue≦Vfの場合は、接線加速度αで一様に減速する直線を速度カーブとする(図8(c))
Vf<Ueの場合は、速度がUeに到達後、一定速度で推移する折れ線を速度カーブとする(図8(d))。
より、請求項5に記載の加工時間予測装置を実現できる。
決まる実施の速度を近似的に再現するものであれば、採用することができる。また、前記
のように、評価関数をあからさまに用いない手法でもよい。
2 NC指令
10 NC指令解読部
20 速度制約処理部
30 セグメントデータ生成部
40 中間メモリ
50 セグメント移動時間計算部
60 全移動時間計算部
Vr コーナ速度
Vc 指令速度
Vd 分割速度
Vs 区間の始点における速度
Ve 区間の終点における速度
Via 工具経路の曲率に応じて予め決められた速度
Vlim 上限速度
τ 所定の時間
k 所定の係数
Vd・τ 分割間隔
V(t) 速度カーブ
T セグメント毎の移動時間を積算した時間
T’ 状態遷移ポイントまでの時間
W(t) 評価関数
α 接線方向の加速度
U(t) 許容速度
Un 減速曲線によって決まるセグメント終点における速度
Us セグメント始点における速度
Ue セグメント終点における速度
U0 セグメントの区間の開始点における許容速度
L セグメントの長さ
time セグメント始点から積算した移動時間
Rd セグメントの残り距離
s(t) 工具経路に沿って測った距離
Claims (5)
- NC指令によって工具が指定された経路を移動するのに要する時間を算出する装置であって、
工具経路を細かい切片であるセグメントに分割する手段と、
セグメントの接線方向の速度を求める速度算出手段と、
前記速度算出手段によって求めた接線方向の速度に基づいて各セグメントを前記工具が移動するのに要する時間を算出するセグメント移動時間算出手段と、
前記セグメント移動時間算出手段により算出された各セグメントを移動する時間の総和を工具移動時間として求める工具移動時間算出手段と、
を備え、
前記速度算出手段は、セグメントの始点から終点にかけて、セグメントの接線方向の速度を所定の制約条件に基づいて算出する手段であり、該接線方向の速度を、数値制御装置が実際の加工制御において算出する接線速度の時間依存性にかかわらず、時間について区分一次式とするものであって、
前記セグメント移動時間算出手段は、前記接線速度を積分した値をセグメントの長さに同定することにより移動時間を算出する手段であること、を特徴とする加工時間予測装置。 - 前記セグメントに分割する手段は、前記NC指令による指令速度に所定の係数または工具経路の曲率に基づいて決めた係数を乗じて工具の速度を求め、該工具の速度で工具が移動するとして工具経路を所定の時間間隔で分割し、分割された各区間をセグメントとする手段であることを特徴とする請求項1に記載の加工時間予測装置。
- 前記所定の時間間隔は可変であることを特徴とする請求項2に記載の加工時間予測装置。
- 前記速度算出手段は、各セグメント終点における速度を、隣り合うセグメントの速度差、加速度差、加加速度差、工具経路の曲率、速度算出に使用するセグメント数のうち少なくとも一つに基づいて決める終点速度算出手段と、
セグメントの接線方向の接線加速度を前記NC指令によって駆動される軸方向の成分が各軸の最大加速度を超えない最大の値とする接線加速度算出手段と、
セグメントの上限速度を指令速度に所定の係数を乗じた値と曲率に基づく所定の値とを比較して決める上限速度算出手段と、
前記接線加速度算出手段により求めた接線加速度を用いて前記上限速度を超えないように、かつ、終点における速度が前記求めた速度を超えないようにセグメントの接線方向の速度である速度カーブを算出する速度カーブ算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の加工時間予測装置。 - 前記速度カーブ算出手段は、予め用意した複数の速度カーブ算出手段のうちの1つの算出手段を選択し、該選択した算出手段により速度カーブを算出する手段を備えたことを特徴とする請求項4に記載の加工時間予測装置。
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