CN110647109A - 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，通过轴控制使可动物移动，具备：距离判定部，其根据禁止可动物进入的干扰区域与上述可动物之间的距离，设定进给速度或就位宽度的至少一方。通过上述结构提供能够进行考虑了干扰区域的速度控制的数值控制装置。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，特别涉及能够进行考虑了干扰区域的速度控制的数值控制装置。
背景技术
在由数值控制装置控制的机械(以机床为代表的工业用机械)中，通常从输出程序(加工程序。以下简单称为程序)指令后到伺服进行动作之前会产生时滞。将该时滞称为伺服的延迟。由于伺服的延迟，在程序假设的加工路径与实际的加工路径之间产生偏离。伺服的延迟与进给速度成比例地变大。因此，如果进给速度大，则如图1左图所示，在拐角部等容易产生伺服延迟造成的内旋转，存在包括工件和机器各部的干扰物等，刀具会进入到不想使刀具进入的区域(干扰区域)。
为了应对这样的问题，以往预先考虑伺服延迟造成的内旋转等，通过手动设定在干扰区域附近的进给速度和就位宽度(视为刀具到达由程序规定的程序块终点的范围)(参照图1右图)。另外，越缩小进给速度或就位宽度则越能够缩小伺服延迟造成的偏离，但是周期时间相反会延长。
作为回避与干扰物的碰撞相关的现有技术，有日本特开平05-313729号公报。日本特开平05-313729号公报记载的数值控制装置根据块间的拐角角度来变更就位宽度，从而使拐角误差收敛在容许范围内。
在通过手动设定进给速度或就位宽度的方法中，每次实施干扰区域附近的加工时必须要考虑这些设定，非常复杂。
如果采用日本特开平05-313729号公报记载的方法，则进给速度或就位宽度会被自动设定为满足拐角部的容许误差。这种控制例如如果在干扰区域附近(参照图2)的拐角部实施，则能够通过与周期时间的权衡而避免干扰，因此可以说有用。但是，会有以下问题，即不仅在干扰区域附近外(参照图2)中不需要这种控制，如果实施则周期时间会不必要地延长。
发明内容
本发明用于解决这样的问题，目的为提供能够进行考虑了干扰区域的速度控制的数值控制装置。
本发明的一个实施方式的数值控制装置是通过轴控制使可动物移动的数值控制装置，具备：距离判定部，其根据禁止可动物进入的干扰区域与上述可动物之间的距离，设定进给速度和就位宽度的至少一方。
本发明的一个实施方式的数值控制装置，在上述可动物位于设置在上述干扰区域的周围的一定范围内的干扰区域附近时，上述距离判定部将进给速度倍率或就位宽度设定为比上述可动物位于干扰区域附近外时小。
本发明的一个实施方式的数值控制装置，上述距离判定部在上述干扰区域的周围设置离上述干扰区域的距离不同的多个区域，上述可动物所位于的上述区域离上述干扰区域越近，将进给速度倍率或就位宽度设定得越小。
本发明的一个实施方式的数值控制装置，上述距离判定部根据当前的上述可动物的位置和下一个控制周期的上述可动物的位置来判定上述可动物的移动方向，根据上述移动方向来设定进给速度和就位宽度的至少一方。
本发明的一个实施方式的数值控制装置，在上述可动物向离上述干扰区域的距离扩大的方向移动时，上述距离判定部不进行与进给速度或就位宽度相关的上述设定。
本发明的一个实施方式的数值控制装置，在上述可动物向离上述干扰区域的距离缩小的方向移动时，上述距离越小，上述距离判定部将进给速度倍率或就位宽度设定得越小。
通过本发明能够提供能够进行考虑了干扰区域的速度控制的数值控制装置。
附图说明
根据参照附图的以下实施例的说明来明确本发明的上述以及其他的目的和特征。这些附图中：
图1说明现有数值控制装置中的问题。
图2说明现有数值控制装置中的问题。
图3表示数值控制装置的硬件结构例。
图4表示数值控制装置的功能结构例。
图5表示数值控制装置的动作例。
图6表示数值控制装置的动作例。
图7表示数值控制装置的动作例。
图8表示数值控制装置的动作例。
图9表示数值控制装置的动作例。
图10表示数值控制装置的动作例。
图11表示数值控制装置的动作例。
具体实施方式
图3是表示本发明一个实施方式的数值控制装置1的主要部位的概略硬件结构图。数值控制装置1是读入程序，进行机械的控制的装置。数值控制装置1具有处理器11、ROM12、RAM13、非易失性存储器14、接口18、总线10、轴控制电路16、伺服放大器17。接口18例如与输入输出装置60连接。
处理器11是整体控制数值控制装置1的处理器。处理器11经由总线10读出存储在ROM12中的***程序，并按照***程序来控制数值控制装置1整体。
ROM12预先存储用于执行机械的各种控制等的***程序。
RAM13中暂时存储暂时的计算数据或显示数据、操作员经由后述的输入输出装置60输入的数据等。
非易失性存储器14例如通过未图示的电池进行备份，即使数值控制装置1的电源被切断也保持存储状态。例如程序被存储在非易失性存储器14中。
轴控制电路16控制机械的动作轴。轴控制电路16接受处理器11输出的轴的移动指令量，并将轴的移动指令输出给伺服放大器17。
伺服放大器17接受轴控制电路16输出的轴的移动指令，并驱动伺服电动机50。
伺服电动机50通过伺服放大器17进行驱动并使机械的动作轴运动。伺服电动机50典型地内置位置/速度检测器。位置/速度检测器输出位置/速度反馈信号，该信号被反馈给轴控制电路16，由此进行位置/速度的反馈控制。
另外，在图3中，轴控制电路16、伺服放大器17以及伺服电动机50分别示出一个，但是实际上只准备机械所具备的轴的数量。例如，在对具备6轴的机械进行控制时，准备与各个轴对应的轴控制电路16、伺服放大器17以及伺服电动机50合计6组。
输入输出装置60是具备显示器或硬件键等的数据输入输出装置。输入输出装置60将经由接口18从处理器11接受的信息显示在显示器上。输入输出装置60将从硬件键等输入的指令或数据等经由接口18传递给处理器11。
图4是本实施方式的数值控制装置1的概略功能框图。数值控制装置1具有预处理部101、预行位置计算部(先行位置算出部)102、距离判定部103、插值移动指令分配处理部104、移动指令输出部105、加减速处理部106、伺服控制部107、就位宽度指令部108、进给速度倍率指令部109以及当前位置寄存器110。
预处理部101读入程序并解释。
预行位置计算部102预读程序，计算下一个控制周期的刀具位置。
距离判定部103根据干扰区域与刀具之间的距离等来判定是否应该变更就位宽度或进给速度。
插值移动指令分配处理部104根据需要预读程序，进行插值处理以及轴分配处理。
移动指令输出部105输出机器各轴的移动指令。
加减速处理部106对移动指令输出部105输出的移动指令进行加减速度处理。
伺服控制部107根据由加减速处理部106进行了加减速处理后的移动指令来驱动机械各轴的伺服电动机50。
就位宽度指令部108在距离判定部103判定为应该变更就位宽度时，按照预定条件来变更就位宽度的设定值。
进给速度倍率指令部109在距离判定部103判定为应该变更进给速度时，按照预定条件来变更进给速度的倍率。
当前位置寄存器110保持当前的控制周期的刀具位置。
<实施例1>
本实施方式的数值控制装置1根据与干扰区域之间的距离来控制进给速度或就位宽度。图5是表示实施例1的数值控制装置1的动作概要的图。实施例1的数值控制装置1在干扰区域附近(图5右图)存在刀具时，将进给速度以及就位宽度的至少一方设定为比刀具存在于干扰区域附近外(图5左图)时要小。
根据图4及时说明数值控制装置1的动作。数值控制装置1按照每个控制周期重复执行步骤1到步骤3的处理。
步骤1：预处理部101从非易失性存储器14等读入程序并解释。
步骤2：插值移动指令分配处理部104进行插值处理以及轴分配处理。此时，插值移动指令分配处理部104如果能够取得就位宽度指令部108输出的就位宽度以及进给速度倍率指令部109输出的进给速度倍率，则使该就位宽度以及速度倍率反映到移动指令中。
对其进行相应，移动指令输出部105输出机械各轴的移动指令。加减速处理部106对移动指令输出部105输出的移动指令进行加减速处理。伺服控制部107根据通过加减速处理部106进行加减速处理后的移动指令来驱动机械各轴的伺服电动机50。
步骤3：与步骤2的处理并行，预行位置计算部102预读程序，并计算下一个控制周期的刀具位置。
距离判定部103根据下一个控制周期的刀具位置是干扰区域附近内还是干扰区域附近外，控制进给速度以及就位宽度的至少一方。接着，表示具体的控制方法的一例。
距离判定部103将刀具位置位于干扰区域附近时的进给速度的倍率Oin以及就位宽度Iin、刀具位置位于干扰区域附近外时的倍率Oout以及就位宽度Iout预先保持在数据库或设定文件等中。这里，Oin<Oout，Iin<Iout。
另外，距离判定部103预先确定干扰区域以及干扰区域附近。例如距离判定部103能够将以下所表示的区域确定为干扰区域。
·存在机械的一部分的区域。典型地由数值控制装置1来保持。
·存在加工物的区域。典型地记述在程序内。
·操作员输入的干扰区域。
距离判定部103将一定的余量加到这样确定出的干扰区域的周围，从而计算干扰区域附近。
在下一个控制周期的刀具位置位于干扰区域附近时，距离判定部103使进给速度倍率指令部109输出Oin作为下一个控制周期的进给速度的倍率。另一方面，在下一个控制周期的刀具位置位于干扰区域附近外时，使进给速度倍率指令部109输出Oout作为下一个控制周期的进给速度的倍率。这样，在干扰区域附近，进给速度被设定得比干扰区域附近外要小，所以伺服的延迟造成的偏离变小，能够避免干扰。或者，即使假设产生了干扰，也能够抑制干扰时的损坏。另一方面，在干扰区域附近外，进给速度被设定得比干扰区域附近要大，所以能够缩短周期时间(参照图6左图)。
或者，在下一个控制周期的刀具位置位于干扰区域附近内时，距离判定部103使就位宽度指令部108输出Iin作为下一个控制周期的就位宽度。另一方面，在下一个控制周期的刀具位置位于干扰区域附近外时，使就位宽度指令部108输出Iout作为下一个控制周期的就位宽度。这样，在干扰区域附近，就位宽度被设定得比干扰区域附近外要小，所以伺服延迟造成的偏离变小，能够避免干扰。或者假设即使进行了干扰，也能够抑制干扰时的损坏。另一方面，在干扰区域附近外，就位宽度被设定得比干扰区域附近要大，所以能够缩短周期时间(参照图6右图)。
在下一个控制周期的步骤2的处理中使用就位宽度指令部108输出的就位宽度以及进给速度倍率指令部109输出的进给速度倍率。
实施例1的数值控制装置1在刀具存在于干扰区域附近时，将进给速度倍率以及就位宽度的至少一方设定的比较小。该方式有以下优点，即能够仅根据刀具的位置来决定进给速度倍率或就位宽度，通过考虑干扰区域能够简便地实现速度控制。
<实施例2>
图7表示实施例2的数值控制装置1的动作的概要。实施例2的数值控制装置1根据离干扰区域的距离来设定多个区域，并按照每个该区域控制进给速度倍率以及就位宽度的至少一方。即在实施例2中，存在刀具的区域离干扰区域越近，进给速度以及就位宽度的至少一方被设定得越小。
按照图4及时地说明数值控制装置1的动作。数值控制装置1按照每个控制周期重复步骤1至步骤3的处理。另外，适当省略关于进行与实施例1相同的动作的部分的说明。
步骤1：预处理部101从非易失性存储器14等读入程序并解释。
步骤2：插值移动指令分配处理部104进行插值处理以及轴分配处理。此时，插值移动指令分配处理部104如果能够取得就位宽度指令部108输出的就位宽度以及进给速度倍率指令部109输出的进给速度倍率，则使该就位宽度以及速度倍率反映到移动指令中。
对此进行响应，通过移动指令输出部105、加减速处理部106来驱动机器各轴的伺服电动机50。
步骤3：与步骤2的处理并行，预行位置计算部102预读程序，并计算下一个控制周期的刀具位置。
距离判定部103根据下一个控制周期的刀具位置所存在的区域来控制进给速度以及就位宽度的至少一方。表示具体控制方法的一例。
在本实施例中，如图7所示，在干扰区域的外侧定义离干扰区域距离不同的2个以上的区域。例如在干扰区域的最近外侧定义区域A，在区域A的外侧定义区域B，在区域B的外侧定义区域C。此时，距离判定部103将刀具位置位于区域A时的进给速度的倍率Oa以及就位宽度Ia、刀具位置位于区域B时的进给速度的倍率Ob以及就位宽度Ib、刀具位置位于区域C时的进给速度的倍率Oc以及就位宽度Ic预先保持在数据库或设定文件等中。这里，Oa<Ob<Oc，Ia<Ib<Ic。
另外，距离判定部103预先确定干扰区域、区域A、区域B以及区域C。例如，距离判定部103与实施例1同样地确定干扰区域。并且分别计算在干扰区域的周围加上了余量Ma后的区域A、在区域A的周围加上了余量Mb后的区域B以及区域B的外侧的区域C。
距离判定部103在下一个控制周期的刀具位置位于区域A内时使进给速度倍率指令部109输出进给速度倍率Oa作为下一个控制周期的进给速度的倍率，在下一个控制周期的刀具位置位于区域B内时使进给速度倍率指令部109输出进给速度倍率Ob作为下一个控制周期的进给速度的倍率，在下一个控制周期的刀具位置位于区域C内时使进给速度倍率指令部109输出进给速度倍率Oc作为下一个控制周期的进给速度的倍率。这样，在比干扰区域更近的区域设定更小的进给速度，所以伺服的延迟造成的偏离变小，容易避免干扰。或者假设即使产生了干扰也能够更加抑制干扰时的损坏。另一方面，在离干扰区域更远的区域，进给速度被设定得更大，所以能够更加缩短周期时间。
或者，距离判定部103在下一个控制周期的刀具位置位于区域A内时使就位宽度指令部108输出就位宽度Ia作为下一个控制周期的就位宽度，在下一个控制周期的刀具位置位于区域B内时使就位宽度指令部108输出就位宽度Ib作为下一个控制周期的就位宽度，在下一个控制周期的刀具位置位于区域C内时使就位宽度指令部108输出就位宽度Ic作为下一个控制周期的就位宽度。这样，在比干扰区域更近的区域设定更小的就位宽度，所以伺服的延迟造成的偏离变小，容易避免干扰。或者假设即使进行了干扰也能够更加抑制干扰时的损害。另一方面，在离干扰区域更远的区域，就位宽度被设定得更大，所以能够更加缩短周期时间。
在下一个控制周期的步骤2的处理中使用就位宽度指令部108输出的就位宽度以及进给速度倍率指令部109输出的进给速度倍率。
实施例2的数值控制装置1在刀具所存在的区域越接近干扰区域，越将进给速度倍率以及就位宽度中的至少一方设定得更小。该方式有以下优点，即能够仅根据刀具的位置来决定进给速度倍率或就位宽度，并且能够实现比实施例1更加细密的速度控制。
<实施例3>
图8表示实施例3的数值控制装置1的动作的概要。实施例3的数值控制装置1在刀具向离干扰区域的距离扩大的方向移动的情况下，将进给速度倍率或就位宽度设定为比实施例1或实施例2计算出的值要大。优选不进行任何能够抑制减小进给速度和就位宽度的控制。
按照图4及时地说明数值控制装置1的动作。与实施例2比较地进行说明，不过适当省略关于进行与实施例2相同的动作的部分的说明。
步骤1以及步骤2：数值控制装置1与实施例2同样地进行动作。
步骤3：与实施例2同样，数值控制装置1在存在刀具的区域越接近干扰区域，越将进给速度以及就位宽度的至少一方设定得更小。即，在下一个控制周期的刀具位置位于区域A内时设定进给速度倍率Oa以及就位宽度Ia，在刀具位置位于区域B时设定进给速度倍率Ob以及就位宽度Ib，在刀具位置位于区域C时设定进给速度倍率Oc以及就位宽度Ic。这里，Oa<Ob<Oc，Ia<Ib<Ic。
另外，数值控制装置1的距离判定部103在刀具向离干扰区域的距离扩大的方向移动时，不管上述的进给速度倍率或就位宽度的设定如何，而设定为能够变更的最大值。例如在图8所示的例子中，刀具向区域C→区域B→区域A→区域B(第二次)→……进行移动。其中，在区域B(第二次)中，刀具向离干扰区域的距离扩大的方向即远离干扰区域的方向移动。此时，距离判定部103将进给速度倍率或就位宽度设定为最大值。即，根据实施例2尽管区域B(第二次)的进给速度倍率为Ob，但在本实施例中变更为能够变更的最大值即Oc(Ob<Oc)。
距离判定部103通过例如图9至图11以及步骤(1)至步骤(3)所示的处理，能够判定刀具是否向离干扰区域的距离扩大的方向移动。
步骤(1)：距离判定部103取得当前的刀具位置和下一个控制周期的刀具位置。刀具的当前位置能够从当前位置寄存器110取得。下一个控制周期的刀具位置通过预行位置计算部102来计算。
步骤(2)：距离判定部103求出干扰区域和当前刀具位置之间的距离C1以及干扰区域和下一个控制周期的刀具位置之间的距离C2。
使用图9说明求出干扰区域和刀具位置之间的距离C的方法。距离判定部103求出从干扰区域的中心点(干扰区域的中心)到刀具位置之间的直线距离A。接着求出从干扰区域的中心点到干扰区域的外缘(边界)之间的距离B。通过从A减去B能够计算出距离C。
步骤(3)：距离判定部103将干扰区域和当前刀具位置之间的距离C1与干扰区域和下一个控制周期的刀具位置之间的距离C2进行比较。如果C1>C2，则判定为刀具向离干扰区域的距离缩小的方向移动(参照图10)。另一方面，如果C1<C2，则判定为刀具向离干扰区域的距离扩大的方向移动(参照图11)。
实施例3的数值控制装置1在刀具向离干扰区域的距离扩大的方向移动时，不进行根据离干扰区域的距离而减小进给速度和就位宽度的控制。如果刀具远离干扰区域则认为不会产生干扰。这样，能够更加缩短周期时间。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式的例子，能够通过增加适当的变更以各种方式来实施。
例如在上述实施方式中，根据离干扰区域的距离设定一个或多个区域，根据刀具位于这些区域的哪个区域来决定进给速度倍率或就位宽度。但是，本发明不限于此，还可以通过基于离干扰区域的距离的其他计算方法来决定进给速度或就位宽度。例如距离判定部103可以通过数学式或表格等形式来保持干扰区域和刀具位置之间的距离C(参照图9)与进给速度倍率或就位宽度之间的对应关系。此时，距离判定部130首先能够计算距离C，并求出与对照上述对应关系计算出的距离C对应的进给速度倍率或就位宽度。
另外，在上述实施方式中主要讨论了刀具与干扰区域之间的关系，但是本发明不限于刀具，能够适用于任意的可动物(典型地安装在主轴上并进行移动的可动物)与干扰区域之间的关系。

Claims (6)

1.一种数值控制装置，通过轴控制使可动物移动，其特征在于，
该数值控制装置具备：距离判定部，其根据禁止可动物进入的干扰区域与上述可动物之间的距离，设定进给速度和就位宽度的至少一方。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
在上述可动物位于设置在上述干扰区域的周围的一定范围内的干扰区域附近时，上述距离判定部将进给速度倍率或就位宽度设定为比上述可动物位于干扰区域附近外时小。
3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述距离判定部在上述干扰区域的周围设置离上述干扰区域的距离不同的多个区域，上述可动物所位于的上述区域离上述干扰区域越近，将进给速度倍率或就位宽度设定得越小。
4.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述距离判定部根据当前的上述可动物的位置和下一个控制周期的上述可动物的位置来判定上述可动物的移动方向，根据上述移动方向来设定进给速度和就位宽度的至少一方。
5.根据权利要求4所述的数值控制装置，其特征在于，
在上述可动物向离上述干扰区域的距离扩大的方向移动时，上述距离判定部不进行与进给速度或就位宽度相关的上述设定。
6.根据权利要求4所述的数值控制装置，其特征在于，
在上述可动物向离上述干扰区域的距离缩小的方向移动时，上述距离越小，上述距离判定部将进给速度倍率或就位宽度设定得越小。
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