TWI409601B

TWI409601B - 數值控制裝置、系統及其轉角運動控制方法

Info

Publication number: TWI409601B
Application number: TW98137691A
Authority: TW
Inventors: Hsin Yu Lu; Hung Chen Chen
Original assignee: Syntec Inc
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2013-09-21
Also published as: TW201116954A

Description

數值控制裝置、系統及其轉角運動控制方法

本發明係關於一種數值控制之裝置及其方法，特別是有關一種具有動程重疊之數值控制之裝置及其方法，其針對機械裝置之快速移動定位指令間之轉角行為的改良，此控制方法用於機械設備的數值控制裝置，例如CNC車床的數值控制裝置、CNC銑床的數值控制裝置、攻牙機的數值控制裝置或是鑽孔機的數值控制等。

在自動化數值控制，常會有需要執行多個快速移動定位指令來定位每次切削起始位置的狀況，如車牙、攻牙、鑽孔等；而傳統因為有刀具、工件干涉的疑慮，所以快速移動定位指令間不若切削指令，是沒有做動程重疊的。以一鑽孔機之鑽孔過程為例來說明，如第1圖所示，一開始，鑽孔刀在1a的位置，接著，由一快速移動定位指令1b驅動鑽孔刀在X軸負方向軸運動，然後，鑽孔刀依據快速移動定位指令1c在X軸負方向軸進行鑽孔；待鑽孔完成後，再由一快速移動定位指令2b驅動鑽孔刀在X軸正方向軸運動；待鑽孔刀完成X軸之運動後，緊接著，由另一快速移動定位指令3b驅動鑽孔刀在Y軸正方向軸方向移動至下一鑽孔位置；當到達Y軸之下一鑽孔位置後，隨即依據快速移動定位指令2c在X軸負方向軸進行鑽孔；於鑽孔完成後，再由一快速移動定位指令4b驅動鑽孔刀在X軸正方向軸運動；由另一快速移動定位指令5b驅動鑽孔刀在Y軸正方向軸方向移動至下一鑽孔位置；如此重複地進行鑽孔(如3c及6b)。很明顯地，在X軸及Y軸運動是沒有做動程重疊的，使得快速指令所構成的路經為不平滑的。此外，這樣的作法會在各快速移動定位指令轉換的過程中產生過多的加、減速動作，不但造成機具的振動而產生精度上的問題，同時還會浪費很多時間。

另外，為解決上述的問題，在一篇美國專利US5888037，其揭露一種在快速移動的路徑上作動程重疊的處理，故使得運動路徑在1d及2d處能產生一個平滑的曲線，如第2圖所示。但這樣作法的缺點是加工程式的撰寫變的不自然，而且也沒辦法確實的控制動程重疊的多寡，有可能會造成路徑本身太長，使得加工時間沒有達到預期節省的效果。

再者，為了解決上述兩項問題，目前尚有一作法，係使用者只需撰寫原來不平滑、但是直觀的快速移動定位路徑，而使用者可以指定快速移動定位指令間的動程重疊的速度重疊百分比。請參考第3圖，係表示一鑽孔機於鑽孔完成後並準備移動至下一鑽孔位置的一段控制狀態示意圖，其中X軸速度與Y軸速度為控制器的動程所產生。鑽孔刀接受快速移動定位指令“G00 X10.”(例如：X10.表示向X軸正方向軸移動10mm)後，先在X軸正方向軸做快速的等速運動，然後逐漸減速至停止，其中從開始減速至停止的時間稱為總減速時間；當X軸尚未減速至停止前，可以選擇一個重疊時間，用以使得Y軸接受快速移動定位指令“G00 Y10.”(例如：Y10.表示向Y軸正方向軸移動10mm)開始加速運動。在這過程中，操作者可以輸入一個速度重疊百分比率，使得在重疊速度期間，X軸與Y軸均在進行速度。而此一重疊百分比率定義為：重疊百分比率=重疊時間/總減速時間 x 100%

這樣以重疊百分比率來控制X軸與Y軸的運動速度，雖然可以精確的指定出能夠節省時間的部份。但此方法仍有一缺點，即使用者無法確知前一快速移動定位指令移動到什麼位置時，而下一快速移動定位指令才開始移動，這樣會造成無法拿捏此百分比要設定多少，設定太大可能會使得刀具還未逃脫干涉位置即開始移動而造成撞機。

為解決先前技術的問題及缺點，本發明之主要目的在提供一種具有轉角運動控制之數值控制裝置，其在執行快速移動定位指令間的動程重疊的手段是以指定一長度d，使得前一快速移動定位指令到達終點前距離d的同時，下一快速移動定位指令即可同時開始動作，特別要強調的是，距離d是以運動軸的實際速度來計算的。故本發明之主優點包括：

1.可使快速移動定位指令作動程重疊，避免浪費快速移動定位指令間的加、減速時間。

2.使用者只需直觀的在加工程式中作直線快速定位指令的撰寫，不須寫出平滑的快速移動定位動作。

3.使用者可明確的以距離裕度設定動程重疊的時機，而不會因估計錯誤造成刀具干涉的結果。

本發明基於上述之目的提供一種具有轉角運動控制之數值控制裝置，係以第一快速移動定位指令及第二快速移動定位指令來控制機械設備之第一軸運動及第二軸運動，其中該數值控制裝置之特徵在於：設定一距離參數(d)並當第一快速移動定位指令驅動第一軸運動至第一軸運動路徑之終點前的該距離(d)時，其第二快速移動定位指令即同時驅動第二軸運動，藉由第一軸及第二軸同時運動的期間產生動程重疊，以達到節省該機械設備總定位時間的目的。

本發明接著提供一種數值控制系統，包括一可控制之機械裝置及一數值控制裝置，數值控制裝置係以第一快速移動定位指令及第二快速移動定位指令來控制機械設備之第一軸運動及第二軸運動，其中數值控制系統之特徵在於：於數值控制裝置中設定一距離參數(d)，並當第一快速移動定位指令驅動第一軸運動至第一軸運動路徑之終點前的距離參數(d)時，第二快速移動定位指令即同時驅動第二軸運動，藉由第一軸及第二軸同時運動的期間產生動程重疊，以達到節省該機械設備總定位時間的目的。

本發明接著提供控制機械裝置執行轉角運動控制方法，包括提供一機械裝置，此機械裝置至少包括一第一軸及一第二軸；提供一數值控制裝置，此數值控制裝置至少輸出一第一快速移動定位指令及一第二快速移動定位指令，以使第一快速移動定位指令及第二快速移動定位指令來驅動第一軸及第二軸；提供一設定之距離參數(d)至數值控制裝置中，而距離參數(d)係由數值控制裝置依據第一軸實際之運動速度所包含之面積來判斷；其中當第一快速移動定位指令驅動該第一軸運動至第一軸運動路徑之終點前的距離參數(d)時，第二快速移動定位指令即同時驅動第二軸運動，藉由第一軸及第二軸同時運動的期間產生動程重疊，以達到節省該機械設備總定位時間的目的。

由於本發明係揭露一種數值控制之轉角運動控制方法，因此，在以下的說明中，將詳細說明數值控制之轉角運動控制方法，而對於被此數值控制之轉角運動控制方法控制的機械裝置 (例如CNC車床的數值控制裝置、攻牙機的數值控制裝置、鑽孔機的數值控制等)，則不作完整描述。此外，在下述說明中之各種說明係為本發明之實施例，並非用以限制本發明。

本發明是一種使用數值控制裝置來控制機械裝置運動之控制方法，是針對在同一直線運動路徑上做往返運動之機械所做之控制方法。由於，機械裝置每次所要執行加工之路程並不相同，因此，數值控制裝置必須針對不同行程長短之路徑以最快的速度完成所要執行加工之路程。使用數值控制裝置(例如CNC車床的數值控制裝置、攻牙機的數值控制裝置或是鑽孔機的數值控制等)來控制機械裝置運動時，機械裝置(例如CNC車床、攻牙機或是鑽孔機等)之衝量最大值已知；而驅動機械裝置運動的馬達所能提供之加速度最大值也是已知。當機械裝置為一鑽孔機時，可以將所要加工之程式(例如要鑽5 mini-meter深度的孔)輸入至數值控制裝置，然後再將已知機械裝置之衝量最大值設定為預設之衝量絕對值之最大值J_max，以及已知的馬達加速度最大值設定為預設之加速度絕對值之最大值A_max也一併輸入至數值控制裝置中，以產生一相應之速度與時間之動程規畫。很明顯地，機械裝置之衝量最大值以及馬達所能提供之加速度最大值均是已知並且固定的，因此，數值控制裝置所產生之動程規畫會依據所要加工之行程而有不同的速度與時間之動程規畫。此外，為了能夠縮短鑽孔機的加工路程，本發明提供一種數值控制之轉角運動控制方法，係在數值控制裝置的動程規劃中，以指定一個長度d，使得當前一快速移動定位指令(例如控制X軸)到達終點前距離d的同時，下一快速移動定位指令(例如控制Y軸)即開始動作，故可達到作動程重疊的效果。特別要強調的是，距離d是以運動軸的實際速度來計算的。

接著，以一鑽孔機之鑽孔過程為例來說明，請同時參考第4圖及第5圖之說明。特別要說明的，鑽孔機之控制器已將機械裝置之衝量最大值設定為預設之衝量絕對值之最大值J_max，以及將已知的馬達加速度最大值設定為預設之加速度絕對值之最大值A_max，也將所要加工之程式(例如要鑽5 mini-meter深度的孔)輸入至數值控制裝置，以產生一相應之速度與時間之動程規畫的動程規劃；同時，也於加工程式中再設定一個長度d(例如：0.5 mm)，以做為動程重疊之控制。如第4圖所示，一開始，鑽孔刀在1a的位置，接著，由一快速移動定位指令1b驅動鑽孔刀在X軸負方向軸運動，然後，鑽孔刀依據快速移動定位指令1c在X軸負方向軸進行鑽孔；待鑽孔完成後，再由一快速移動定位指令2b(例如：“G00 X6.”，表示向X軸正方向軸移動6mm)驅動鑽孔刀在X軸正方向軸運動；由於加工程式中已設定一個長度d(例如：0.5 mm)，因此，當數值控制裝置依據X軸馬達實際的速度判斷出鑽孔刀具離基准平面0.5mm時(即到達X軸終點之基准平面之距離為0.5mm)，緊接著，由另一快速移動定位指令3b驅動鑽孔刀在Y軸正方向軸方向移動至下一鑽孔位置，在此過程中，產生X軸(減速)與Y軸(加速)同時運動，故使得鑽孔機產生動程重疊而形成類似轉角的運作路徑，如第4圖之3b線段所示之路徑；很明顯地，此動程重疊所產生之3b線段所示之路徑較第1圖及第2圖中的路徑短。接著，當X軸停止且Y軸到達下一鑽孔位置後，隨即依據快速移動定位指令2c在X軸負方向軸進行鑽孔；於鑽孔完成後，再由一快速移動定位指令4b(例如：“G00 X6.”，表示向X軸正方向軸移動 6mm)驅動鑽孔刀在X軸正方向軸運動；由於加工程式中已設定一個長度d(例如：0.5 mm)，故當數值控制裝置依據實際的馬達速度判斷出鑽孔刀具離基准平面0.5mm時(即到達X軸終點之基准平面之距離為0.5mm)，緊接著，由另一快速移動定位指令5b驅動鑽孔刀在Y軸正方向軸方向移動至下一鑽孔位置，在此過程中，產生X軸與Y軸同時運動，故使得鑽孔機產生動程重疊而形成類似轉角的運作路徑，如第4圖之長短虛線所示之路徑；很明顯地，此動程重疊所產生之長短虛線所示之路徑較第1圖及第2圖中的路徑短；如此重複地進行鑽孔(如3c及6b)。

本發明藉由在數值控制裝置的加工程式中設定一長度d的控制參數，使得X軸及Y軸產生動程重疊的運動。而在數值控制裝置中對長度d的控制參數的判斷，請參考第5圖所示。第5圖中的實直線與虛直線為數值控制裝置之X軸及Y軸動程規畫，而實曲線為X軸馬達實際之速度；因此，當在數值控制裝置之加工程式中設定一長度d後，數值控制裝置即依據X軸馬達實際之速度計算到達終點時所佔的面積來判斷，如第5圖中的斜線面積。很明顯地，本發明之動程重疊除了使得加工路徑所短外，也由於判斷設定控制參數(即長度d)係依據馬達實際之速度，故可以確知前一快速移動定位指令(例如X軸)移動到什麼位置，而不會產生錯誤之設定。

此外，在加工程式中設定控制參數(即長度d)後，即可以用指令來啟動此轉角運動，而啟動後即依照控制參數設定之長度d來做快速移動定位指令間的動程重疊；另一方面亦可以在數值控制裝置之加工程式中修改d之值，使得不論是由控制參數或是加工程式啟動此數值控制之轉角運動，在快速移動定位指令間均用此修改過後的d來做動程重疊。

以上針對本發明較佳實施例之說明係為闡明之目的，而無意限定本發明之精確應用形式，由以上之教導或由本發明的實施例學習而作某種程度修改是可能的。因此，本發明的技術思想將由以下的申請專利範圍及其均等來決定之。

1a‧‧‧鑽孔刀示意圖示

1b、2b、3b、4b、5b、6b‧‧‧一般鑽孔動作所用之快速移動定位指令

1c、2c、3c‧‧‧鑽孔動作

1d、2d‧‧‧使用US5888037專利方法鑽孔動作所用之平滑快速移動定位指令

G00‧‧‧快速移動定位指令

X10.‧‧‧X軸定位點10mm

Y10.‧‧‧Y軸定位點10mm

X6.‧‧‧X軸定位點6mm

Y6.‧‧‧Y軸定位點6mm

第1圖係一般鑽孔動作示意圖；第2圖鑽孔動作使用US5888037專利方法示意圖；第3圖係一種使用設定百分比達成快速移動定位指令示意圖；第4圖係本發明之鑽孔動作示意圖；第5圖係本發明之具有動程重疊之快速移動定位指令示意圖。

G00‧‧‧快速移動定位指令

X6.‧‧‧X軸定位點6mm

Y6.‧‧‧Y軸定位點6mm

Claims

一種具有轉角運動控制之數值控制裝置，係以一第一快速移動定位指令及一第二快速移動定位指令來控制一機械設備之一第一軸運動及一第二軸運動，其中該數值控制裝置之特徵在於：設定一距離參數(d)，並當該第一快速移動定位指令驅動該第一軸運動至該第一軸運動路徑之終點前的該距離參數(d)時，該第二快速移動定位指令即同時驅動該第二軸運動，藉由該第一軸及該第二軸同時運動的期間，再使該第一軸減速及該第二軸加速以產生一動程重疊，以達到節省該機械設備總定位時間；其中該第一軸運動路徑之終點前的該距離參數(d)係依據該第一軸實際之速度計算到達終點時所佔的面積來判斷。
如申請專利範圍第1項所述之數值控制裝置，其中該距離參數(d)可由一加工指令在加工程式中指定d之值。
一種具有轉角運動控制之數值控制系統，包括一可控制之機械裝置及一數值控制裝置，該數值控制裝置係以一第一快速移動定位指令及一第二快速移動定位指令來控制該機械設備之一第一軸運動及一第二軸運動，其中該數值控制系統之特徵在於：該數值控制裝置中設定一距離參數(d)，並當該第一快速移動定位指令驅動該第一軸運動至該第一軸運動路徑之終點前的該距離參數(d)時，該第二快速移動定位指令即同時驅動該第二軸運動，藉由該第一軸及該第二軸同時運動的期間，再使該第一軸減速及該第二軸加速以產生一動程重疊，以達到節省該機械設備總定位時間；其中該第一軸運動路徑之終點前的該距離參數(d)係依據該第一軸實際之速度計算到達終點時所佔的面積來判斷。
如申請專利範圍第3項所述之數值控制系統，其中該距離參數 (d)可由一加工指令在加工程式中指定d之值。
如申請專利範圍第3項所述之數值控制系統，其中該機械裝置係由下列組合中選出：一CNC車床、一攻牙機及一鑽孔機。
一種轉角運動控制方法，包括：提供一機械裝置，該機械裝置至少包括一第一軸及一第二軸；提供一數值控制裝置，該數值控制裝置至少輸出一第一快速移動定位指令及一第二快速移動定位指令，以使該第一快速移動定位指令及該第二快速移動定位指令來驅動該第一軸及該第二軸；提供一設定之距離參數(d)至該數值控制裝置中，而該距離參數(d)係由該數值控制裝置依據該第一軸實際之運動速度所包含之面積來判斷；其中當該第一快速移動定位指令驅動該第一軸運動至該第一軸運動路徑之終點前的該距離參數(d)時，該第二快速移動定位指令即同時驅動該第二軸運動，藉由該第一軸及該第二軸同時運動的期間，再使該第一軸減速及該第二軸加速以產生一動程重疊，以達到節省該機械設備總定位時間；其中該第一軸運動路徑之終點前的該距離參數(d)係依據該第一軸實際之速度計算到達終點時所佔的面積來判斷。
如申請專利範圍第6項所述之轉角運動控制方法，其中該距離參數(d)可由一加工指令在加工程式中指定d之值。
如申請專利範圍第6項所述之轉角運動控制方法，其中該機械裝置係由下列組合中選出：一CNC車床、一攻牙機及一鑽孔機。