CN108873818B - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数值控制装置，该数值控制装置分析加工程序，生成使主轴相对于工件进行相对移动的移动指令数据，通过插补部根据该生成的移动指令数据来执行插补处理，并生成输出每个插补周期的插补数据。还通过该插补部在非旋转坐标系上按照指令速度F进行临时插补处理，并将该临时插补的起点与终点转换到旋转坐标系上来求出在旋转坐标系上的速度F’，求出速度F’相对于指令速度F的比率r，并以F/r的速度来进行正式插补处理。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及数值控制装置。
背景技术
在制作控制安装在工件台中的工件(加工物)通过旋转轴进行旋转的机械的程序时，作为用于该程序的坐标系，有使用如图5所示那样的、伴随工件1的旋转而一起进行旋转的坐标系(以下，设为旋转坐标系)的情况，也有使用如图6所示那样的、不伴随工件1的旋转而进行旋转的坐标系(以下，设为非旋转坐标系)的情况。此外，在图5以及图6中，符号2是安装工件1的工件台。
特别是在一并具有车床、NC车床所具有的功能与加工中心所具有的功能的复合加工机中，有时会使用非旋转坐标系，这种情况下，作为在程序指令点之间进行插补的方法，有以下所示的2个方法。
(1)方法A：在旋转坐标系上进行插补的方法
如图7所示，在将在非旋转坐标系(程序坐标系)指令的指令路径(图7的(1))的出发点与指令点的坐标转换为旋转坐标系上的点后，根据该转换后的出发点与指令点的坐标值，在旋转坐标系上按照指令速度执行插补处理(图7(2))，并将插补后的路径的各坐标值转换为非旋转坐标系(程序坐标系)上的坐标值(图7(3))。该方法例如被日本特开2003-195917号公报等公开。
(2)方法B：在非旋转坐标系上按照指令速度进行插补的方法
如图8所示，根据在非旋转坐标系(程序坐标系)指令的指令路径(图8的(1))的出发点与指令点的坐标，直接在非旋转坐标系(程序坐标系)上按照指令速度来执行插补处理(图8的(2))。
上述方法A具有工具与工件的相对速度成为使用程序指令所指令的指令速度F的优点，但是由于从程序坐标系(非旋转坐标系)观察到的插补路径受到旋转轴的影响，因此具有实际的路径相对于指令路径偏移的缺点。例如，在直线插补指令时从非旋转坐标系(程序坐标系)观察到的实际的工具路径不成为如图7的(3)所示的直线。
另外，上述方法B具有从非旋转坐标系(程序坐标系)观察到的插补路径成为如所指令的那样的优点，另一方面，由于从非旋转坐标系(程序坐标系)观察到的工具的速度成为指令速度，因此具有无法得知工具与工件的相对速度是如何的缺点。
上述两个方法各自的缺点在通过程序块指令的指令路径长度较长时会变得明显。如果考虑路径的影响则优选方法B，这种情况下，如上所述，由于工具与工件的相对速度不成为指令速度，因此例如会产生切削面的品质下降的问题，另外，在激光加工中，需要根据工具与工件的相对速度来控制激光的输出，因此产生无法保证恒定输出的问题。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种数值控制装置，其即使在一边使工件相对于工具旋转一边进行加工时，也能够使实际的路径相对于指令路径不偏移，同时将工具与工件的相对速度基本保持恒定。
在本发明的数值控制装置中，在进行插补处理时，最初在非旋转坐标系上按照指令速度F来进行临时插补，将该临时插补的起点与终点转换到旋转坐标系上来求出在旋转坐标系上的速度F’，并求出速度F’相对于指令速度F的比率。然后，通过根据求出的比率来调整指令速度F并进行在非旋转坐标系上的正式插补，可以将工具与工件的相对速度基本保持恒定。
本发明的数值控制装置根据加工程序控制具有多个直线移动轴以及至少1轴的工件台的旋转移动轴且具备工具的加工机，并通过工具连续加工固定在工件台上的工件。该数值控制装置具备：指令分析部，其从所述加工程序读出并分析指令块，生成使所述工具相对于工件进行相对移动的移动指令数据；以及插补部，其根据所述移动指令数据执行插补处理，生成并输出每一个插补周期的插补数据。并且，所述插补部具备：扩展插补部，其按照在非旋转坐标系上通过所述加工程序指令的指令速度F来进行临时插补处理，并将基于该临时插补处理的插补路径的起点与终点转换到旋转坐标系上来求出在旋转坐标系上的速度F’，求出所述速度F’相对于所述指令速度F的比率r，并以对指令速度F乘以所述比率r的倒数而得的速度在非旋转坐标系上进行正式插补处理。
根据本发明，即使程序块长度较长，工具与工件的相对速度也保持恒定(指令速度)，由此能够使切削面的品质恒定，另外，在激光加工中，能够实现使激光的输出为恒定的加工。
附图说明
图1是表示一实施方式的数值控制装置与由该数值控制装置控制的加工机的主要部分的示意性的硬件结构图。
图2是一实施方式的数值控制装置的示意性的功能框图。
图3是说明扩展插补处理的概要的图。
图4是表示扩展插补处理的流程的示意性的流程图。
图5是针对旋转坐标系进行说明的图。
图6是针对非旋转坐标系进行说明的图。
图7是说明在旋转坐标系上进行插补处理时的动作的图。
图8是说明在非旋转坐标系上进行插补处理时的动作的图。
具体实施方式
以下表示用于实现本发明的数值控制装置的结构例。但是，本发明的数值控制装置的结构并不限定于下述的例子，只要可以实现本发明的目的，可以采用任何结构。
图1是表示本发明的一实施方式的数值控制装置与由该数值控制装置控制的加工机的主要部分的示意性的硬件结构图。
本实施方式的数值控制装置1所具备的CPU11是整体控制该数值控制装置1的处理器。该CPU11经由总线20读出存储在ROM12中的***程序，并按照该***程序来控制数值控制装置1整体。在RAM13中存储临时的计算数据、显示数据以及操作者经由后述的显示器/MDI单元70输入的各种数据等。
非易失性存储器14例如被构成为通过未图示的电池进行备份等，即使切断数值控制装置1的电源也可以保持存储状态的存储器。在该非易失性存储器14中，存储着经由接口15读入的加工程序、经由后述的显示器/MDI单元70输入的加工程序等。在该非易失性存储器14中，还存储用于运行加工程序的加工程序运行处理用程序等，但是这些程序在执行时被展开至RAM13。另外，在ROM12中，预先写入用于执行加工程序的制作以及编辑所需的编辑模式的处理等的各种的***程序(包含插补处理用的***程序)。
接口15是用于连接数值控制装置1与适配器等外部设备72的接口。从该外部设备72侧读入加工程序、各种参数等。另外，在数值控制装置1内编辑过的加工程序能够经由外部设备72存储至外部存储单元(未图示)。可编程机床控制器(PMC)16通过内置在数值控制装置1中的时序程序经由I/O单元17向加工机的***装置(例如，所谓工具更换用的机器人手这样的致动器)输出信号并控制该***装置。另外，接收配备在加工机主体中的操作面板的各种开关等的信号，在对其进行所需的信号处理之后，传递给CPU11。
显示器/MDI单元70是具备显示屏、键盘等的手动数据输入装置，接口18接收来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据并传递给CPU11。接口19连接到具备手动驱动各轴时所用的手动脉冲发生器等的操作面板71。
用于控制加工机所具备的轴的轴控制电路30接收来自CPU11的轴的移动指令量，并向伺服放大器40输出轴的指令。伺服放大器40接收该指令，并驱动使加工机所具备的轴移动的伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈至轴控制电路30，并进行位置/速度的反馈控制。
此外，在图1的硬件结构图中，仅各显示出一个轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50，但是实际上可以准备成为控制对象的机床所具备的轴的数量。例如，在具备直线3轴、旋转2轴的5轴加工机的情况下，针对作为直线轴的X轴、Y轴、Z轴与作为旋转轴的A轴、C轴这5轴分别准备轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50。
主轴控制电路60接收对加工机的主轴旋转指令，并向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接收该主轴速度信号，使加工机的主轴电动机62以所指令的旋转速度进行旋转，来驱动工具。
主轴电动机62与位置检测器63结合，该位置检测器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，并通过CPU11读取该反馈脉冲。
图2是将用于实现扩展插补功能的***程序安装在图1示出的数值控制装置1中时的、本发明的一实施方式的数值控制装置的示意性的功能框图。
通过图1示出的数值控制装置1所具备的CPU11执行扩展插补功能的***程序，控制数值控制装置1的各部的动作来实现图2示出的各功能块。本实施方式的数值控制装置1具备指令分析部100、插补部110、伺服控制部120以及主轴控制部130。
指令分析部100从非易失性存储器14依次读出包含在加工程序200中的指令块，分析该读出的指令块，并计算包含主轴的进给速度的指令值F的移动指令数据、包含主轴转速的指令值S的主轴旋转指令数据。
插补部110根据通过指令分析部100计算出的主轴的进给速度的指令值F，生成按照插补周期(控制周期)对通过移动指令数据指令的指令路径上的点进行了插补计算的插补数据。由插补部110进行的插补处理按照插补周期(控制周期)来执行。
另外，插补部110具备：扩展插补部112，其在驱动使工件相对于主轴旋转的旋转轴时，执行扩展插补处理来代替通常的插补处理。该扩展插补部112在驱动使工件相对于主轴旋转的旋转轴时，通过以下的过程来执行保持工具与工件的相对速度基本恒定的扩展插补处理。此外，针对非旋转坐标系与旋转坐标系之间的坐标值的转换方法，已经通过日本特开2003-195917号公报等公开，因此省略在本说明书中的说明。
过程1：在上述方法B中，在非旋转坐标系上按照指令速度进行临时插补。
过程2：将通过临时插补处理得到的插补路径的起点与终点转换到旋转坐标系上，并求出在旋转坐标系上的速度F’。
过程3：求出速度F’相对于通过程序指令的指令速度F的比率r。
过程4：以指令速度F乘以比率r的倒数而得的速度，进行在非旋转坐标系上的正式插补处理。
图3表示扩展插补处理的概要。如图3所示，在扩展插补处理中，通过在非旋转坐标系上进行插补处理使插补路径成为指令路径，并且通过根据在旋转坐标系上的速度对速度进行调整，使工具与工件的相对速度基本保持恒定。
伺服控制部120根据插补部110所生成的插补数据，控制驱动成为控制对象的机械的各轴的伺服电动机50。
另外，主轴控制部130根据主轴旋转指令数据，控制使成为控制对象的机械的主轴旋转的主轴电动机62。
图4是在图2示出的扩展插补部112上执行的处理的示意性的流程图。以下，按照各步骤进行说明。
[步骤SA01]扩展插补部112在非旋转坐标系上执行临时插补处理。
[步骤SA02]扩展插补部112将通过步骤SA01的临时插补处理得到的插补路径的起点与终点转换为旋转坐标系上的位置。
[步骤SA03]扩展插补部112根据在步骤SA02中求出的旋转坐标系上的插补路径的起点与终点，求出旋转坐标系上的速度F’。
[步骤SA04]扩展插补部112求出根据临时插补处理的结果计算出的旋转坐标系上的速度F’相对于通过加工程序指令的指令速度F的比率r。
[步骤SA05]扩展插补部112将对指令速度F乘以比率r的倒数而得的速度作为指令速度，进行非旋转坐标系上的正式插补处理。
[步骤SA06]扩展插补部112根据通过在步骤SA05中的正式插补处理得到的插补路径，对伺服控制部120输出插补数据。
[步骤SA07]扩展插补部112判断是否继续基于加工程序200的轴的移动控制。在继续时将处理移至步骤SA01，当移动控制结束时，结束本处理。
根据以上的结构，在通过旋转轴一边使工件相对于工具旋转一边控制直线轴来加工工件时，即使通过加工程序块指令的指令路径较长，也可以保持工具与工件的相对速度恒定(指令速度)，因此能够保持切削面的品质恒定。
以上，针对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式的例子，能够通过添加适当的变更以各种各样的方式来实施。
例如，在上述实施方式中，示出了控制具备主轴的加工机时的结构例，但是例如本发明也可以应用于像激光加工机等具备控制作为工具的激光的输出的机构的加工机等。在通过本发明的数值控制装置控制激光加工机时，在通过旋转轴使工件相对于激光发射口相对旋转时，也能够保持工具与工件的相对速度恒定，因此能够实现保持激光的输出恒定的加工。
另外，在上述实施方式中，示出了在插补部110内设置扩展插补部112的结构例，但是扩展插补部112也可以设置在插补部110的外部。

Claims (1)

1.一种数值控制装置，其是用于根据加工程序来控制具有多个直线移动轴以及至少1轴的工件台的旋转移动轴且具备工具的加工机，并通过工具对固定在工件台上的工件进行连续加工的数值控制装置，其特征在于，
所述数值控制装置具备：
指令分析部，其从所述加工程序读出并分析指令块，生成使工件相对于所述工具进行相对移动的移动指令数据；以及
插补部，其根据所述移动指令数据执行插补处理，生成并输出每个插补周期的插补数据，
所述插补部具备：扩展插补部，其在非旋转坐标系上按照由所述加工程序指令的指令速度F进行临时插补处理，将基于该临时插补处理的插补路径的起点与终点转换到旋转坐标系上来求出在旋转坐标系上的速度F’，求出所述速度F’相对于所述指令速度F的比率r，并以对指令速度F乘以所述比率r的倒数而得的速度在非旋转坐标系上进行正式插补处理。
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