TW201314394A - 工作機械用控制裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種減輕對工作機械中產生之熱位移量進行算出處理之處理負擔並且避免處理速度之下降，且實現工件之加工精度提高之工作機械用控制裝置。本發明之工作機械用控制裝置100具備逐次解析控制部110、事前解析控制部120、修正值算出部130、變化量算出部140以及模式切換部150，執行根據於工作機械M之構成部分所產生之熱位移量修正之加工程式使工作機械M作動，從而實現對於工件W之高精度之加工。

Description

工作機械用控制裝置
本發明係關於一種控制NC(numerical control，數值控制)自動車床裝置等工作機械之工作機械用控制裝置。
先前，有如下工作機械之控制裝置作為於執行加工程式時依序算出之修正量，已知有例如對於工作機械之熱位移量之修正量，進行運算直至上述熱位移量達到飽和熱位移量為止，且使用逐次熱位移量作為修正量直至熱位移量達到飽和熱位移量為止，於熱位移量達到飽和熱位移量後，使用飽和熱位移量作為修正量(例如，參照專利文獻1)。
又，有如下數值控制裝置：具備逐次解析控制手段，逐列讀取並執行工件之加工程式；以及事前解析控制手段，預先一次地解讀上述加工程式並轉換為預先定義之形式而執行，且藉由上述逐次解析控制手段或事前解析控制手段控制工作機械之動作(例如，參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平10-143217號公報(參照申請專利範圍、圖1至圖3)
[專利文獻2]日本特開2002-341912號公報(參照申請專利範圍、圖1至圖3)
然而，於上述工作機械之控制裝置中，存在必需預先測量或算出飽和熱位移量，而無法容易地進行熱位移之修正之問題。
另一方面，通常事前解析控制手段與逐次解析控制手段相比可高速地控制工作機械之動作，但必需進行上述熱位移之修正之情形時，例如由於對工件之每一個加工週期中，根據熱位移之修正值(熱位移修正量)進行解讀並轉換加工程式，從而作成執行資料，故會導致處理速度下降，且存在於事前解析控制手段之執行時不易進行熱位移之修正之問題。
因此，本發明所欲解決之技術課題、即本發明之目的在於提供一種修正工作機械中產生之熱位移量，避免處理速度之下降，且實現工件之加工精度提高之工作機械用控制裝置。
首先，申請專利範圍第1項之發明之工作機械用控制裝置，係設置有逐次解析控制手段，逐列讀取並執行工件之加工程式；事前解析控制手段，預先一次地解讀上述加工程式並轉換為預先定義之形式而執行；以及修正量算出手段，依序算出執行上述加工程式時之修正量；根據該修正量算出手段算出之修正量執行上述加工程式，從而控制工作機械之動作之工作機械用控制裝置中，其特徵在於： 設置有變化量算出手段，依序算出上述修正量之變化量；以及模式切換手段，使上述事前解析控制手段與逐次解析控制手段互相切換；該模式切換手段係以於上述變化量為預先定義之既定範圍內之情形時使上述事前解析控制手段作動、上述變化量在上述範圍外之情形時使上述逐次解析控制手段作動之方式構成；上述事前解析控制手段係以根據上述變化量成為既定範圍內之修正量進行上述轉換，於事前解析控制手段之持續中，不進行再轉換，藉此解決上述課題。
又，申請專利範圍第2項之發明，係於申請專利範圍第1項之工作機械用控制裝置，其中，上述修正量算出手段算出於工作機械之熱位移相對應之熱位移修正量，藉此進一步解決上述課題。
又，申請專利範圍第3項之發明，係申請專利範圍第1或2項之工作機械用控制裝置，其中，上述模式切換手段以於1個加工週期之開始時切換事前解析控制手段與逐次解析控制手段之方式構成，藉此進一步解決上述課題。
又，申請專利範圍第4項之發明，係申請專利範圍第1或2項之工作機械用控制裝置，其中，上述模式切換手段，具備逐次解析持續作動手段，該逐次解析持續作動手段係於自上述逐次解析控制手段切換為事前解析控制手段後，於在預先定義之既定時間內自上述事前解析控制手段切換為逐次解析控制手段之情形時，使逐次解析控制手段持續作動預先定義之既定之逐次解析執行時間，藉此進一步解 決上述課題。
本發明之申請專利範圍第1項之工作機械用控制裝置，係藉由不預先測量或運算修正量之飽和值，而根據修正量之變化量切換事前解析控制手段與逐次解析控制手段並使其作動，從而可提高工件之加工精度，並且藉由於事前解析控制手段之持續中不進行加工程式之再轉換，因而可實現縮短事前解析控制手段之工件之加工時間。
又，申請專利範圍第2項之工作機械用控制裝置，係除申請專利範圍第1項之工作機械用控制裝置所發揮之效果以外，由於上述修正量算出手段算出於工作機械之熱位移相對應之熱位移修正量，故可不預先進行飽和熱位移量之測量或運算，而容易地修正熱位移量並控制工作機械之動作，從而以高精度加工工件。
又，申請專利範圍第3項之工作機械用控制裝置，係除申請專利範圍第1或2項之工作機械用控制裝置所發揮之效果以外，由於上述模式切換手段以於1個加工週期之開始時切換事前解析控制手段與逐次解析控制手段之方式構成，故能高速地且以高精度控制工作機械，從而以高精度加工工件。
又，申請專利範圍第4項之工作機械用控制裝置，係除申請專利範圍第1或2項之工作機械用控制裝置所發揮之效果以外，亦可防止頻繁地發生上述逐次解析控制手段與事前解析控制手段之切換，藉由事前解析控制手段之加 工程式之轉換頻繁發生，進一步縮短加工時間。
以下，對本發明之一實施例之工作機械用控制裝置100進行說明。如圖1所示，本發明之實施例之工作機械用控制裝置100具備逐次解析控制部110、事前解析控制部120、修正量算出部130、變化量算出部140、以及模式切換部150，且控制工作機械M。工作機械M係例如假定有連續加工複數個工件之工作機械、例如加工棒材之自動車床等，且具備主軸M1、主軸Z軸馬達M2、Z軸滾珠螺桿M3、加工工具M4、刀具台M5、X軸滾珠螺桿M6以及刀具台X軸馬達M7。
工作機械用控制裝置100根據預先記憶之加工程式旋轉控制主軸Z軸馬達M2，使主軸M1沿Z軸滾珠螺桿M3於Z軸方向上移動，並且旋轉控制刀具台X軸馬達M7，使刀具台M5沿X軸滾珠螺桿M6於X軸方向上移動，藉此工作機械M可加工工件W。
一般而言，藉由上述工作機械M對工件W進行加工時，因各馬達之旋轉或滾珠螺桿之摩擦等而產生熱，由該熱引起滾珠螺桿延伸等而導致產生加工誤差(熱位移)。相對於此，本工作機械用控制裝置100係以藉由上述修正量算出部130算出修正上述位移(熱位移)之熱位移修正量作為修正值，且藉由上述變化量算出部140算出修正值(修正量)之變化量之方式構成。
於本實施形態中，修正量算出部130係如圖2所示，與工件W之加工週期無關地以一定週期依序算出修正值，並將該修正值儲存至未圖示之暫存器等記憶體中。上述修正值係根據工作機械側之溫度或熱位移量等算出。再者，由於上述修正值之算出方法等為公知，故省略詳細之說明。
上述變化量算出部140係如圖3所示，判定是否已由修正量算出部130算出修正值(步驟S101)，於算出有修正值之情形時，係取得修正值(步驟S102)，並根據所取得之修正值算出變化量(步驟S103)。變化量可藉由時間上相繼算出之修正量彼此之差分、或移動平均等而算出。
其次，判定上述變化量是否為既定範圍內(步驟S104)，於變化量處於既定閾值(範圍)內之情形時，設置事前解析旗標(步驟S105)。於步驟S104中，於變化量未處於既定範圍內(閾值外)之情形時，判定是否設置有事前解析旗標(步驟S106)，於未設置事前解析旗標之情形時，返回流程，於設置有事前解析旗標之情形時，重置事前解析旗標並返回流程。
藉由以上步驟，根據修正值依序算出修正值之變化量，並根據變化量進行事前解析旗標之設置與重置。再者，由於上述修正值與工件W之加工週期無關地被輸出，故事前解析旗標亦與工件W之加工週期無關地被設置或重置。
上述工作機械用控制裝置100具備：逐次解析模式，藉由上述逐次解析控制部(逐次解析控制手段)110逐列讀取並執行加工程式，從而控制上述各馬達；以及事前解析 模式，藉由事前解析控制部(事前解析控制手段)120預先一次地解讀加工程式，並轉換為預先定義之形式，且藉由經轉換之程式控制上述各馬達。上述逐次解析模式與事前解析模式係藉由上述模式切換部150進行切換而擇一地設定，上述工作機械用控制裝置100係藉由逐次解析模式與事前解析模式中之任一者進行工件W之加工控制。
模式切換部150係如圖4所示，判定是否設置有於步驟S210中設置、於步驟S207中OFF(未設置)之逐次解析持續旗標(步驟S201)，於未設置逐次解析持續旗標之情形時，判定是否設置有上述事前解析旗標(步驟S202)。
於設置有事前解析旗標之情形時，判定是否設定有逐次解析模式(步驟S203)，於設定有逐次解析模式之情形時使事前解析控制部120執行事前解析，並進行事前解析之運算(步驟S204)，而設定成事前解析模式(步驟S205)。於未設定逐次解析模式之情形時，直接執行步驟S205，不進行事前解析之再運算而持續事前解析模式之設定。
另一方面，於步驟S202中，於未設置事前解析旗標之情形時，判定是否設定有事前解析模式(步驟S208)，於設定有事前解析模式之情形時，判定事前解析模式是否持續設定有一定時間(步驟S209)。
於事前解析模式持續設定有一定時間之情形時，設定逐次解析模式(步驟S211)，於事前解析模式未持續設定一定時間之情形時，設置上述逐次解析持續旗標(步驟S210)，並於步驟S211設定逐次解析模式。於步驟S208 中，於未設定事前解析模式之情形時，亦於步驟S211中設定逐次解析模式，並持續逐次解析模式。
於步驟S201中，於設置有逐次解析持續旗標之情形時，判定逐次解析模式是否持續設定有一定時間(步驟S206)。於判定為逐次解析模式持續設定有一定時間之情形時，重置持續逐次解析模式之上述逐次解析持續旗標(步驟S207)，執行步驟S202。於在步驟S206中判定為逐次解析模式未持續執行一定時間之情形時，執行步驟S211。模式切換部150係於每當工件W之1個加工週期結束時則重複執行步驟S201至S211，直至工作機械M對工件W之加工動作結束為止。
藉由上述模式切換部150之作動，工作機械用控制裝置100於工件W之1個加工週期結束時，藉由上述變化量算出部140於設置有事前解析旗標之情形時設定事前解析模式，於未設置事前解析旗標之情形時設定逐次解析模式。
然而，若於事前解析模式經過預先定義之一定時間之前切換為逐次解析模式，則所切換之逐次解析模式與事前解析旗標之設置無關地持續地持續設定預先定義之既定逐次解析執行時間。藉由步驟S201、S206、S207而使逐次解析模式持續作動上述逐次解析執行時間之逐次解析持續作動手段發揮作用。
於對工作機械用控制裝置100設定逐次解析模式之情形時，上述逐次解析控制部110一面根據工件W之1個加工週期開始時之修正值(例如圖2之修正值A)進行修正， 一面逐列執行加工程式，藉此修正熱位移，從而工作機械M可高精度地加工工件W。
於對工作機械用控制裝置100設定事前解析模式之情形時，藉由利用上述事前解析控制部120而轉換之程式，與於工作機械用控制裝置100設定逐次解析模式之情形相比，工作機械M可高速地加工工件W。根據修正值之變化量為上述閾值內之最新之修正值(例如圖2之修正值F)而執行利用事前解析控制部120之加工程式之轉換運算，藉此於事前解析模式中修正熱位移，且工件W之加工精度亦維持為高精度。再者，若利用事前解析控制部120之加工程式之轉換運算時所使用之修正值為上述變化量成為上述閾值內之修正值，則除上述最新之修正值以外，亦考慮使用上述變化量為上述閾值內之最初之修正值(例如圖2之修正值C)、或變化量為閾值內之各修正值之平均值等。
然而，於持續設定事前解析模式之情形時，由於工作機械用控制裝置100持續使用由事前解析控制部120轉換之程式而進行控制，故如圖5(a)所示般，相對於利用事前解析控制部120之加工程式之轉換運算中所應用之修正值，熱位移量之變化增大，若依序算出之修正值之變化量超出上述閾值，則工件W之加工精度下降，且加工誤差增大。
相對於此，利用修正量算出部130之修正值之算出、利用變化量算出部140之變化量之算出以及事前解析旗標之設置及重置於設定為事前解析模式後亦繼續地持續執 行，工作機械用控制裝置100係如圖5(b)所示般，修正值之變化量暫且處於閾值內，於設定事前解析模式後，若修正值之變化量超出閾值內則再次設定為逐次解析模式，藉由根據現在之修正值之逐次解析模式，而可追隨於熱位移量，從而使工件W之加工精度提高。
藉此，可將工作機械M對工件之加工精度維持於高精度，因此，可不預先測量或運算飽和熱位移量而對工作機械用控制裝置100設定事前解析模式，藉由事前解析而提高工件W之加工之處理速度，並且可藉由於設定為事前解析模式後，視需要重新設定為逐次解析模式而維持工件W之加工精度。因此，上述閾值係設定為相對於工件之設計尺寸可容許加工誤差之範圍之值。
藉由事前解析模式加工工件W之情形時，與藉由逐次解析模式加工工件W之情形相比，由於在工件W之每1個加工週期內處理速度以既定比例提高，故若將逐次解析模式中1個加工週期之週期時間設為t、將提高之比例設為α%，則以事前解析模式加工工件W可於每1個加工週期內縮短α．t/100處理時間。例如，於在工件W之每1個加工週期內處理速度以5%提高之情形時，可於每1個加工週期內縮短0.05t處理時間。
另一方面，於以事前解析模式加工工件W之情形時，必需於加工前執行利用事前解析控制部120之上述事前解析之運算。因此，若將運算時間設為T，則暫且自逐次解析模式切換為事前解析模式後，藉由以事前解析模式進行加 工「T/縮短時間」(週期)，而可抵消運算時間T，藉由以事前解析模式進行加工「T/縮短時間」週期以上之次數、即「t．T/縮短時間」以上之時間，可縮短整體之加工時間。例如，於縮短時間如上述般為0.05t之情形時，藉由以事前解析模式進行加工「t．T/0.05t=T/0.05時間」以上之時間，而可縮短整體之加工時間。
然而，自逐次解析模式切換為事前解析模式後，若於「t．T/縮短時間」以內再次自事前解析模式切換為逐次解析模式，則無法抵消切換為事前解析模式時之運算時間T，若以後保持逐次解析模式之狀態，則整體之加工時間反而延長。
認為於「t．T/縮短時間」以內自事前解析模式切換為逐次解析模式之狀態係因熱位移不穩定而產生，故上述模式切換部150係以將上述步驟S209中之一定時間設為「t．T/縮短時間(例如T/0.05時間)」，藉由上述逐次解析持續動作手段，於在「t．T/縮短時間」以內自事前解析模式切換為逐次解析模式之情形時，與事前解析旗標之ON(設置)、未設置(OFF)無關地僅以上述逐次解析執行時間持續執行逐次解析模式之方式構成。
藉此，防止逐次解析模式與事前解析模式之切換頻繁地發生，並限制加工時間之增加。逐次解析執行時間若認為熱位移穩定之時間即可，例如可設定為t．T/縮短時間之2倍左右。
100‧‧‧工作機械用控制裝置
110‧‧‧逐次解析控制部
120‧‧‧事前解析控制部
130‧‧‧修正量算出部
140‧‧‧變化量算出部
150‧‧‧模式切換部
M‧‧‧工作機械
M1‧‧‧主軸
M2‧‧‧主軸Z軸馬達
M3‧‧‧Z軸滾珠螺桿
M4‧‧‧加工工具
M5‧‧‧刀具台
M6‧‧‧X軸滾珠螺桿
M7‧‧‧刀具台X軸馬達
W‧‧‧工件
圖1係顯示本發明之實施例之工作機械用控制裝置之構成之方塊圖。
圖2係沿時間軸顯示工作機械之加工程式及解析模式之表。
圖3係顯示本發明之實施例之工作機械用控制裝置之控制流程之流程圖。
圖4係顯示本發明之實施例之工作機械用控制裝置之控制流程之流程圖。
圖5係熱位移量、工件尺寸及修正值之時間變化曲線與解析模式之時序圖。
100‧‧‧工作機械用控制裝置
110‧‧‧逐次解析控制部
120‧‧‧事前解析控制部
130‧‧‧修正量算出部
140‧‧‧變化量算出部
150‧‧‧模式切換部
M‧‧‧工作機械
M1‧‧‧主軸
M2‧‧‧主軸Z軸馬達
M3‧‧‧Z軸滾珠螺桿
M4‧‧‧加工工具
M5‧‧‧刀具台
M6‧‧‧X軸滾珠螺桿
M7‧‧‧刀具台X軸馬達
W‧‧‧工件

Claims (4)

  1. 一種工作機械用控制裝置，係設置有逐次解析控制手段，逐列讀取並執行工件之加工程式；事前解析控制手段，預先一次地解讀上述加工程式並轉換為預先定義之形式而執行；以及修正量算出手段，依序算出執行上述加工程式時之修正量；根據由該修正量算出手段算出之修正量而執行上述加工程式，從而控制工作機械之動作，其特徵在於：設置有變化量算出手段，依序算出上述修正量之變化量；以及模式切換手段，使上述事前解析控制手段與逐次解析控制手段互相切換；該模式切換手段係以上述變化量為預先定義之既定範圍內之情形時使上述事前解析控制手段作動、上述變化量為上述範圍外之情形時使上述逐次解析控制手段作動之方式構成；上述事前解析控制手段根據上述變化量成為既定範圍內之修正量而進行上述轉換，於事前解析控制手段之持續中不進行再轉換。
  2. 如申請專利範圍第1項之工作機械用控制裝置，其中，上述修正量算出手段算出與工作機械之熱位移相對應之熱位移修正量。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之工作機械用控制裝置，其中，上述模式切換手段係以於1個加工週期之開始時切換事前解析控制手段與逐次解析控制手段之方式構成。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之工作機械用控制裝置，其中，上述模式切換手段具備逐次解析持續作動手段，該逐次解析持續作動手段係於自上述逐次解析控制手段切換 為事前解析控制手段後，於預先定義之既定時間內自上述事前解析控制手段切換為逐次解析控制手段之情形時，使逐次解析控制手段持續作動預先定義之既定之逐次解析執行時間。
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