CN101776887B - 数字控制装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字控制装置的控制方法。数字控制装置其可执行一动程规划的路径，用以在此动程规划的路径上做往返运动，其会依照既定的行程长短，以及预设的速度(VELOCITY)绝对值最大值、预设的加速度(ACCELERATION)绝对值最大值以及预设的冲量(JERK)绝对值最大值等边界条件做出动程优化设计，进而达到在被控制物振动极少且走完行程所花时间最少的目的。

Description

数字控制装置的控制方法

技术领域

本发明是关于一种数字控制装置的控制方法，特别是有关于一种具有动程规划的数字控制装置的控制方法，用于机械设备的数字控制装置，例如CNC车床的数字控制装置、CNC铣床的数字控制装置、攻牙机的数字控制装置或是钻孔机的数字控制等。

背景技术

对于需要在同一直线路径做来回做往复运动的机械装置而言，例如攻牙机或钻孔机，传统的数字控制装置在对机械装置进行控制时，均会对机械装置的运动冲量(JERK)进行控制，以期减少机械的震动，进而可提高被加工物的精确度以及可增加机械使用寿命。因此，为达到上述的控制方式，通常需要产生一个时间-速度的动程规划，图1所示。例如：美国公开专利号第20080032604即揭露一种以凸轮(CAM)来产生动程规划。此种动程规划会在折返点处，会使用非零冲量减少加速度(ACCELERATION)及速度(VELOCITY)至静止，如图1中第7及第8步骤处，同时，也会在静止时用非零冲量增加加速度以及速度。然而，这样的控制方式会有下列两项缺点：

1.在折返点用非零等冲量减速或加速浪费加工时间；

2.在折返运动时不为零的冲量还是会造成机械多余的震动而减少机械使用寿命。

发明内容

为解决现有技术中的问题及缺点，本发明的一主要目的在提供一种可以依据机械装置直线路径长短来产生适当动程规划的数字控制装置，使得当机械装置运动至接近折返点时，维持零冲量的减速方式减速至零，然后再往回做零冲量的加速运动，使得在经过折返点的冲量恒为零，因此可以降低机械多余的震动，使得加工的精确度提高。

本发明的另一主要目的在提供一种可以依据机械装置的加工程序、冲量最大值以及加速度最大值等，以便在数字控制装置中产生一相应加工程序的动程规划；由于，数字控制装置均使用最大值来产生动程规划，故可以最短的时间完成动程。

本发明的再一主要目的在提供一种可以依据机械装置的加工程序、冲量最大值以及加速度最大值，以产生适当动程规划的数字控制装置，其中此动程规划执行的过程中，在冲量不为零处均以最大冲量运动，而冲量为零之处均以最大加速度运动、最大减速度运动、或者是以最大速度等速度运动，故可以大幅减少机械装置运动时的震动现象，以保护并延长机械装置的寿命。

依据上述的目的，本发明首先提供一种数字控制装置的控制方法，通过该数字控制装置来控制一机械装置于一路径的起点至折返点间运动，并使得该机械装置在到达折返点的速度与冲量为零且其加速度不为零，其中该控制方法的特征在于：

a、提供一加工程序；

b、提供一机械装置，在相应于该加工程序的一加工行程起点准备开始动作，该机械装置具有一冲量；

c、提供一马达驱动该机械装置运动，该马达具有一加速度值且该机械装置根据该冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax时，使该机械装置朝折返点作加加速运动至该机械装置的加速度绝对值达到一加速度绝对值最大值Amax，该加速度绝对值最大值Amax等于该马达的该加速度值的最大值；

d、当控制该机械装置朝折返点运动至加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax时，该机械装置作等加速度运动；

e、当该机械装置的速度绝对值快达到一速度绝对值最大值Vmax时，控制该机械装置使得

该冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax且该机械装置朝折返点以减加速度运动至该机械装置的速度绝对值等于该速度绝对值最大值Vmax；

f、当该机械装置的速度绝对值等于该速度绝对值最大值Vmax时，该机械装置朝折返点作等速度运动；

g、当该机械装置开始减速时，控制该机械装置的该冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax且该机械装置朝折返点以加减速度运动至使该机械装置的加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax；

h、当该机械装置朝折返点以加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax时，控制该机械装置作等加速度减速运动至折返点，且使得该机械装置运动至折返点时速度刚好为零，则流程结束；

其中，该加工程序的该加工行程的规划是依据该加工程序、该冲量及该加速度值产生。

本发明接着提供一种数字控制装置的控制方法，通过该数字控制装置来控制一机械装置于一路径的起点至折返点间运动，并使得该机械装置在到达折返点的速度与冲量为零且其加速度不为零，其中该控制方法的特征在于：

a、提供一加工程序；

b、提供一机械装置，在相应于该加工程序的一加工行程起点准备开始动作，该机械装置具有一冲量；

c、提供一马达驱动该机械装置运动，该马达具有一加速度值且该机械装置根据该冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax时，使该机械装置朝折返点作加加速运动至该机械装置的加速度绝对值达到一加速度绝对值最大值Amax，该加速度绝对值最大值Amax等于该马达的该加速度值的最大值；

d、当控制该机械装置朝折返点以加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax时，使该机械装置作等加速度运动；

e、当该机械装置需要准备开始减速时，控制该机械装置使得其冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax且该机械装置朝折返点以减加速度运动至该机械装置的加速度等于零；

f、控制该机械装置使得其冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax且该机械装置朝折返点以加减速度运动至该机械装置的加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax；及

g、当该机械装置朝折返点以加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax时，控制该机械装置以等加速度减速运动至折返点，且使得该机械装置运动至折返点时速度刚好为零，则流程结束；

其中，该加工程序的该加工行程的规划是依据该加工程序、该冲量及该加速度值产生。

附图说明

图1是现有动程规划技术的速度-时间图。

图2是本发明的动程规划的一较佳实施例的速度-时间图。

图3是本发明相应图2的加速度-时间图。

图4是本发明相应图2的冲量-时间图。

图5是本发明的动程规划的另一较佳实施例的速度-时间图。

图6是本发明相应图5的加速度-时间图。

图7是本发明相应图5的冲量-时间图。

【主要元件符号说明】

具体实施方式

由于本发明提供了一种具有动程规划的数字控制装置及其控制方法，使得数字控制装置可以控制机械装置，因此，在以下的说明中，将详细说明数字控制装置产生动程规划的多种方法，而对于被数字控制装置控制的机械装置(例如CNC车床的数字控制装置、攻牙机的数字控制装置或是钻孔机的数字控制等)，则不作完整描述。此外，本发明中所提及的动程规划的图式，亦并未依据实际的相关尺寸完整绘制，其作用仅在表达与本创作特征有关的示意图。特别要说明，在下述说明中的各种说明是本发明的实施例，并非用以限制本发明。

本发明是一种使用数字控制装置来控制机械装置运动的控制方法，是针对在同一直线运动路径上做往返运动的机械所做的控制方法。由于，机械装置每次所要执行加工的路程并不相同，因此，数字控制装置必须针对不同行程长短的路径以最快的速度完成所要执行加工的路程。为了方便说明在此我们使用下列几个符号：

Vmax代表预设的速度绝对值的最大值；

Amax代表预设的加速度绝对值的最大值；

Jmax代表预设的冲量绝对值的最大值。

使用数字控制装置来控制机械装置运动时，机械装置的冲量最大值已知；而驱动机械装置运动的马达所能提供的加速度最大值也是已知。当机械装置为一攻牙机时，可以将所要加工的程序(例如要攻5minimeter深度的孔)输入至数字控制装置，然后再将已知机械装置的冲量最大值设定为预设的冲量绝对值的最大值Jmax，以及已知的马达加速度最大值设定为预设的加速度绝对值的最大值Amax也一并输入至数字控制装置中，以产生一相应的速度与时间的动程规划。很明显地，机械装置的冲量最大值以及马达所能提供的加速度最大值均是已知并且固定的，因此，数字控制装置所产生的动程规划会依据所要加工的行程而有不同的速度与时间的动程规划。然而，本发明的数字控制装置除了可以依据不同行程长短的路径，使得机械装置均能以最短的时间走完全部行程之外；还有另一优点为「机械装置运动的起点与折返点的距离等于机械装置往复运动路径的长度」。此一优点可以确保攻牙机攻孔的深度的维持同一深度。

首先，说明本发明的第一较佳实施例。当机械装置的加工行程足够使速度绝对值达到预设的最大值时，数字控制装置执行控制所对应的速度-时间图、加速度-时间图以及冲量-时间图分别示于图2、图3以及图4；以下为控制步骤：

1、机械在行程起点准备开始动作；

2、控制机械以使得其冲量绝对值等于Jmax朝折返点作加加速运动至加速度绝对值达到Amax；

3、控制机械朝折返点以加速度绝对值等于Amax作等加速度运动；

4、当速度绝对值快达到Vmax时，控制机械使得其冲量绝对值等于Jmax朝折返点以减加速度运动至速度绝对值等于Vmax；

5、控制机械速度绝对值等于Vmax朝折返点作等速度运动；

6、当需要开始减速时，控制机械使得其冲量绝对值等于Jmax朝折返点以加减速度运动至加速度绝对值等于Amax；

7、控制机械朝折返点以加速度绝对值等于Amax作等减速度运动至折返点且使得机械运动至折返点时速度刚好为零；

8、控制机械朝起点以加速度绝对值等于Amax作等加速度运动；

9、当速度绝对值快达到Vmax时，控制机械使得其冲量绝对值等于Jmax朝起点以减加速度运动至速度绝对值等于Vmax；

10、控制机械速度绝对值等于Vmax朝起点作等速度运动；

11、当需要开始减速时，控制机械使得其冲量绝对值等于Jmax朝起点以减加速度运动至加速度绝对值等于Amax；

12、将至起点时，控制机械使得其冲量绝对值等于Jmax朝起点作减减速度运动，使得当机械运动至起点，且使得起点的速度、加速度、以及冲量均为零；

13、最后，机械装置运动至起点，流程结束。

很明显地，在本实施例中，当数字控制装置控制机械装置经过折返点时，此时机械装置的速度及冲量刚好为零，在此同时，数字控制装置控制机械装置经过折返点时的加速度绝对值不为零，因此可以降低机械多余的震动，使得加工的精确度提高；此外，在本实施例的动程规划执行的过程中，机械装置在冲量不为零处均以最大冲量运动，而冲量为零之处均以最大加速度运动、最大减速度运动、或者是以最大速度等速度运动，故可以大幅减少机械装置运动时的震动现象，以保护并延长机械装置的寿命。

接着，说明本发明的第二较佳实施例。当机械装置的加工行程不足以使得机械装置的速度绝对值达到Vmax，而加速度绝对值的最大达到Amax时，则此实施例的数字控制装置执行控制所对应的速度-时间图、加速度-时间图、以及冲量时间图分别示于图5、图6以及图7；以下为控制步骤：

1、提供一机械装置，在起点准备开始动作；

2、控制机械装置以使得其冲量绝对值等于Jmax朝折返点作加加速运动至加速度绝对值达到Amax；

3、控制机械装置朝折返点以加速度绝对值等于Amax作等加速度运动；

4、当需要准备开始减速时，控制机械装置使得其冲量绝对值等于Jmax朝折返点以减加速度运动至加速度等于零；

5、控制机械装置使得其冲量绝对值等于Jmax朝折返点以加减速度运动至加速度绝对值等于Amax；

6、控制机械装置朝折返点以加速度绝对值等于Amax作等加速度及减速度运动至折返点，使得机械装置运动至折返点时速度刚好为零；

7、控制机械装置朝起点以加速度绝对值等于Amax作等加速度运动；

8、当需要准备开始减速时，控制机械装置使得其冲量绝对值等于Jmax朝起点以减加速度运动至加速度等于零；

9、控制机械装置使得其冲量绝对值等于Jmax朝起点以加减速度运动至加速度绝对值等于Amax；

10、将至起点时，控制机械装置使得其冲量绝对值等于Jmax朝起点作减减速度运动；当机械装置运动至起点，使得起点的速度、加速度、以及冲量均为零；

11、最后，机械装置运动至起点，流程结束。

很明显地，在本实施例中，当数字控制装置控制机械装置经过折返点时，此时机械装置的速度及冲量刚好为零，在此同时，数字控制装置控制机械装置经过折返点时的加速度绝对值不为零，因此可以降低机械多余的震动，使得加工的精确度提高；此外，在本实施例的动程规划执行的过程中，机械装置在冲量不为零处均以最大冲量运动，而冲量为零之处均以最大加速度运动、最大减速度运动、或者是以最大速度等速度运动，故可以大幅减少机械装置运动时的震动现象，以保护并延长机械装置的寿命。

很明显地，在本实施例中，当数字控制装置控制机械装置经过折返点时，此时机械装置的速度及冲量刚好为零，在此同时，数字控制装置控制机械装置经过折返点时的加速度绝对值不为零，因此可以降低机械多余的震动，使得加工的精确度提高；此外，在本实施例的动程规划执行的过程中，机械装置在冲量不为零处均以最大冲量运动，而冲量为零之处均以最大加速度运动、最大减速度运动、或者是以最大速度等速度运动，故可以大幅减少机械装置运动时的震动现象，以保护并延长机械装置的寿命。

经由实际的测试比较，以本发明的控制装置与现有技术的控制方法进行测试后；若对0.2秒加速至6000转、主轴转速6000转、R点距离2mm、进给深度9mm、M3的牙作测试，其结果显示，现有技术的控制方法在单孔攻牙时间需要0.8503秒，而用本发明的控制装置需0.7982秒；若对0.2秒加速至6000转、主轴转速6000转、R点距离2mm、进给深度18mm、M6的牙作测试，其结果显示，现有技术的控制方法在单孔攻牙时间需要0.8100秒，而用本发明的控制装置需0.7569秒；本发明的控制装置比现有技术节省了超过百分之六的时间。

以上针对本发明较佳实施例的说明是为阐明的目的，而无意限定本发明的精确应用形式，由以上的教导或由本发明的实施例学习而作某种程度修改是可能的。因此，本发明的技术思想将由权利要求范围及其均等来决定。

Claims (3)

1.一种数字控制装置的控制方法，通过该数字控制装置来控制一机械装置于一路径的起点至折返点间运动，并使得该机械装置在到达折返点的速度与冲量为零且其加速度不为零，其中该控制方法的特征在于：

a、提供一加工程序；

b、提供一机械装置，在相应于该加工程序的一加工行程起点准备开始动作，该机械装置具有一冲量；

c、提供一马达驱动该机械装置运动，该马达具有一加速度值且该机械装置根据该冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax时，使该机械装置朝折返点作加加速运动至该机械装置的加速度绝对值达到一加速度绝对值最大值Amax，该加速度绝对值最大值Amax等于该马达的该加速度值的最大值；

d、当控制该机械装置朝折返点运动至加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax时，该机械装置作等加速度运动；

e、当该机械装置的速度绝对值快达到一速度绝对值最大值Vmax时，控制该机械装置使得该冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax且该机械装置朝折返点以减加速度运动至该机械装置的速度绝对值等于该速度绝对值最大值Vmax；

f、当该机械装置的速度绝对值等于该速度绝对值最大值Vmax时，该机械装置朝折返点作等速度运动；

g、当该机械装置开始减速时，控制该机械装置的该冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax且该机械装置朝折返点以加减速度运动至使该机械装置的加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax；

h、当该机械装置朝折返点以加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax时，控制该机械装置作等加速度减速运动至折返点，且使得该机械装置运动至折返点时速度刚好为零，则流程结束；

其中，该加工程序的该加工行程的规划是依据该加工程序、该冲量及该加速度值产生。

2.一种数字控制装置的控制方法，通过该数字控制装置来控制一机械装置于一路径的起点至折返点间运动，并使得该机械装置在到达折返点的速度与冲量为零且其加速度不为零，其中该控制方法的特征在于：

a、提供一加工程序；

b、提供一机械装置，在相应于该加工程序的一加工行程起点准备开始动作，该机械装置具有一冲量；

c、提供一马达驱动该机械装置运动，该马达具有一加速度值且该机械装置根据该冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax时，使该机械装置朝折返点作加加速运动至该机械装置的加速度绝对值达到一加速度绝对值最大值Amax，该加速度绝对值最大值Amax等于该马达的该加速度值的最大值；

d、当控制该机械装置朝折返点以加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax时，使该机械装置作等加速度运动；

e、当该机械装置需要准备开始减速时，控制该机械装置使得其冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax且该机械装置朝折返点以减加速度运动至该机械装置的加速度等于零；

f、控制该机械装置使得其冲量绝对值等于该冲量绝对值的最大值Jmax且该机械装置朝折返点以加减速度运动至该机械装置的加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax；及

g、当该机械装置朝折返点以加速度绝对值等于该加速度绝对值最大值Amax时，控制该机械装置以等加速度减速运动至折返点，且使得该机械装置运动至折返点时速度刚好为零，则流程结束；

其中，该加工程序的该加工行程的规划是依据该加工程序、该冲量及该加速度值产生。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其中所述的机械装置是由下列组合中选出：CNC车床、CNC铣床、攻牙机及钻孔机。

Images