DE102015011363B4

DE102015011363B4 - Numerische steuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015011363B4
Application number: DE102015011363.1A
Authority: DE
Inventors: Mitsunori Watanabe; Takenori Ono
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2035-08-29
Also published as: JP2016048512A; US20160062338A1; JP6133825B2; CN105388853A; US9804583B2; CN105388853B; DE102015011363A1

Abstract

Numerische Steuerungsvorrichtung (100), die konfiguriert ist, um eine Werkzeugmaschine, die eine Vielzahl von Antriebswellen umfasst, basierend auf einem Bearbeitungsprogramm zum Bearbeiten eines Werkstücks zu steuern, wobei die numerische Steuerungsvorrichtung Folgendes umfasst:eine Einheit zum Analysieren von Befehlen (110), die konfiguriert ist, um Befehlsdaten auszugeben, wobei die Befehlsdaten den Betrieb der Antriebswelle basierend auf dem Bearbeitungsprogramm befehlen;eine Einheit zum Berechnen der Beschleunigung (130) bei einem Umkehrvorgang, die konfiguriert ist, um die Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang derart zu berechnen, dass die Zeitableitung der Beschleunigung innerhalb einer Ruckgrenze liegt, wenn eine Richtung der verlangten Bahn der Antriebswelle basierend auf den Befehlsdaten, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen (110) ausgegeben werden, umgekehrt wird;eine Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit (120), die konfiguriert ist, um eine Geschwindigkeit der Antriebswelle in jedem Interpolationszyklus basierend auf den Befehlsdaten, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen (110) ausgegeben werden, und der Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang, die durch die Einheit zum Berechnen der Beschleunigung (130) bei einem Umkehrvorgang berechnet wird, zu berechnen; undeine Interpolationseinheit (140), die konfiguriert ist, um einen Interpolationsprozess zum Berechnen von Interpolationsdaten basierend auf den Befehlsdaten, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen (110) ausgegeben werden, und der Geschwindigkeit der Antriebswelle, die durch die Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit (120) berechnet wird, auszuführen, wobei die Interpolationsdaten die Position der Antriebswelle auf einer Bewegungsbahn in jedem Interpolationszyklus bezeichnen; wobeidie Einheit zum Berechnen der Beschleunigung (130) bei einem Umkehrvorgang konfiguriert ist, um die Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang zu berechnen, wenn die Umkehr der verlangten Bahn der Antriebswelle basierend auf den verlangten Daten durch die Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit (120) ermittelt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuerungsvorrichtung und insbesondere die numerische Steuerungsvorrichtung zum Berechnen einer optimalen Beschleunigung bei einem Umkehrvorgang.
Beschreibung der verwandten Technik
Bei der Geschwindigkeitssteuerung einer Zugspindel einer Werkzeugmaschine erzeugt die augenblickliche Ausgabe eines Geschwindigkeitssignals, das vom Programm verlangt wird, eine schnelle Beschleunigung und schnelle Zeitableitung der Beschleunigung (nachstehend als „Ruck“ bezeichnet), was zu einem starken Aufprall und einem großen Bearbeitungsfehler für die Werkzeugmaschine führt. Die japanische Patent-Auslegeschrift JP S59- 62 909 A offenbart eine Technik, bei der Beschleunigung und Ruck durch Filtern der Beschleunigung/ Verzögerung unterdrückt werden, um einen starken Aufprall auf die Werkzeugmaschine zu vermeiden. Die zuvor beschriebene Technik zur Steuerung unterdrückt in der Tat den Aufprall auf die Werkzeugmaschine, wenn eine Änderung der Bewegungsrichtung der Zugspindel einen Knick in einer Bearbeitungsbahn erzeugt.
Die in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 59-062909 beschriebene Technik verursacht einen Unterschied zwischen der Bearbeitungsbahn, die vom Programm verlangt wird, und der Bearbeitungsbahn, die durch den Filterprozess erzeugt wird. Das Filtern der Beschleunigung/Verzögerung, wenn eine Änderung der Bewegungsrichtung der Zugspindel eine Umkehr der Bearbeitungsbahn erzeugt, wie zuvor beschrieben, führt zu dem Problem, dass die Bahn einen verlangten Umkehrpunkt nicht erreicht. Um das Problem zu lösen, hält die Zugspindel an und die Beschleunigung wird gesteuert, um am Umkehrpunkt gleich 0 zu sein, so dass der Bahnfehler, der durch den Filterprozess verursacht wird, unterdrückt wird und eine Abweichung der Ankunftsposition vermieden wird.
Es besteht jedoch das Problem, dass die Wiederbeschleunigungszeit, die benötigt wird, wenn die Beschleunigung durch das Filtern der Beschleunigung/ Verzögerung auf 0 eingestellt wird, die Zykluszeit erhöht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der zuvor beschriebenen Probleme bei den Techniken aus dem Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine numerische Steuerungsvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, an dem verlangten Umkehrpunkt anzukommen und dabei bei einem Befehl zum Umkehren der Zugspindelbewegung die Zykluszeit zu minimieren.
Die numerische Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist konfiguriert, um eine Werkzeugmaschine, die eine Vielzahl von Antriebswellen umfasst, basierend auf einem Bearbeitungsprogramm zum Bearbeiten eines Werkstücks zu steuern, wobei die numerische Steuerungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Einheit zum Analysieren von Befehlen, die konfiguriert ist, um Befehlsdaten auszugeben, wobei die Befehlsdaten den Betrieb der Antriebswelle basierend auf dem Bearbeitungsprogramm befehlen, eine Einheit zum Berechnen der Beschleunigung bei einem Umkehrvorgang, die konfiguriert ist, um eine Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang zu berechnen, so dass die Zeitableitung der Beschleunigung innerhalb einer Ruckgrenze liegt, wenn eine Richtung der verlangten Bahn der Antriebswelle basierend auf den Befehlsdaten, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen ausgegeben werden, umgekehrt wird; eine Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit, die konfiguriert ist, um eine Geschwindigkeit der Antriebswelle in jedem Interpolationszyklus basierend auf den Befehlsdaten, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen ausgegeben werden, und der Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang, die von der Einheit zum Berechnen der Beschleunigung bei einem Umkehrvorgang berechnet wird, zu berechnen; und eine Interpolationseinheit, die konfiguriert ist, um einen Interpolationsprozess zum Berechnen von Interpolationsdaten basierend auf den Befehlsdaten, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen ausgegeben werden, und der Geschwindigkeit der Antriebswelle, die von der Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit berechnet wird, auszuführen, wobei die Interpolationsdaten die Position der Antriebswelle auf einer Bewegungsbahn in jedem Interpolationszyklus bezeichnen, wobei die Einheit zum Berechnen der Beschleunigung bei einem Umkehrvorgang konfiguriert ist, um die Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang zu berechnen, wenn eine Umkehr der verlangten Bahn der Antriebswelle basierend auf den verlangten Daten von der Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit ermittelt wird.
Die Einheit zum Berechnen der Beschleunigung bei einem Umkehrvorgang kann die Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang als einen maximalen Beschleunigungswert, der die folgende Gleichung für alle zu steuernden Wellen erfüllt, berechnen. $| a_{1} e_{1 [i]} + a_{2} e_{2 [i]} | < j_{max [i]}$
e_1[i], e_2[i] : jede Achsenkomponente des Geschwindigkeits-Einheitsvektors in der Richtung der verlangten Bahn vor und nach dem Umkehrvorgang
a₁, a₂: Größe der Beschleunigung vor und nach dem Umkehrvorgang
j_max[i]: jede Achsenkomponente der Ruckgrenze am Steuerungspunkt
Die vorliegende Erfindung mit der zuvor beschriebenen Konfiguration kann eine numerische Steuerungsvorrichtung bereitstellen, die es ermöglicht, den verlangten Umkehrpunkt zu erreichen, und dabei die Zykluszeit bei einem Befehl zum Umkehren der Zugspindelbewegung zu minimieren.
Figurenliste
Die zuvor beschriebene Aufgabe sowie andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen hervorgehen. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm, das eine numerische Steuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ein Funktionsblockdiagramm, das eine numerische Steuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3A bis 3C einfache Diagramme, die einen Prozess zum Berechnen der Beschleunigung bei einem Umkehrvorgang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
4 ein Ablaufschema, das einen Prozess zum Berechnen der Beschleunigung bei einem Umkehrvorgang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5A und 5B eine schematische Ansicht und eine Grafik, welche die Geschwindigkeitssteuerung für die verlangte Bahn mit einer schrägen Umkehr bei der vorliegenden Erfindung mit derjenigen aus dem Stand der Technik vergleichen.
6 eine schematische Ansicht und eine Grafik, welche die Geschwindigkeitssteuerung für die verlangte Bahn mit 180-Grad-Umkehr bei der vorliegenden Erfindung mit derjenigen aus dem Stand der Technik vergleichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine numerische Steuerungsvorrichtung (CNC) 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine CPU 11 ist ein Prozessor, der die gesamte numerische Steuerungsvorrichtung 100 steuert. Die CPU 11 liest ein Systemprogramm, das in einem ROM 12 gespeichert ist, über einen Bus 20 aus und steuert die gesamte numerische Steuerungsvorrichtung gemäß dem Systemprogramm. Ein RAM 13 speichert zeitweilige Berechnungsdaten, Anzeigedaten und diverse Arten von Daten, die von einem Bediener über eine Anzeige-/MDI-Einheit 70 eingegeben werden.
Ein SRAM 14, der von einer nicht gezeigten Batterie unterstützt wird, ist konfiguriert, um ein nicht flüchtiger Speicher zu sein, der einen Speicherzustand hält, selbst wenn eine Energiequelle der numerischen Steuerungsvorrichtung 100 ausgeschaltet ist. Der SRAM 14 speichert ein Bearbeitungsprogramm, das über eine Schnittstelle 15 eingelesen wird, ein Bearbeitungsprogramm, das über die Anzeige-/MDI-Einheit 70 eingegeben wird, und dergleichen. Diverse Arten von Systemprogrammen zum Ausführen eines Prozesses für einen Bearbeitungsmodus, der notwendig ist, um ein Bearbeitungsprogramm zu erzeugen und zu bearbeiten, und eines Prozesses zum automatischen Betrieb, werden im Voraus in den ROM 12 geschrieben.
Diverse Arten von Bearbeitungsprogrammen, wie etwa ein Bearbeitungsprogramm gemäß der vorliegenden Ausführungsform, sind konfiguriert, um über die Schnittstelle 15 oder die Anzeige-/MDI-Einheit 70 eingegeben und in dem SRAM 14 gespeichert zu werden.
Die Schnittstelle 15 ermöglicht es, die numerische Steuerungsvorrichtung 100 an eine externe Vorrichtung 72, wie etwa einen Adapter, anzuschließen. Seitens der externen Vorrichtung 72 liest das Bearbeitungsprogramm diverse Arten von Parametern ein. Das Bearbeitungsprogramm, das in der numerischen Steuerungsvorrichtung 100 bearbeitet wird, ist konfiguriert, um in einer externen Speichereinheit über die externe Vorrichtung 72 gespeichert zu werden. Ein PMC (programmierbarer Maschinen-Controller) 16 gibt ein Signal über eine E/A-Einheit 17 aus und steuert ein Hilfsgerät, wie etwa eine Roboterhand, um ein Werkzeug auszutauschen, unter Verwendung eines Programmablaufs, der in der numerischen Steuerungsvorrichtung 100 gespeichert ist. Der PMC 16 empfängt ein Signal von diversen Arten von Schaltern an dem Steuerpult, das in dem Hauptgehäuse der Werkzeugmaschine oder dergleichen installiert ist, und führt die notwendige Signalverarbeitung aus und überträgt das Signal an die CPU 11.
Die Anzeige-/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabevorrichtung, die mit einer Anzeigevorrichtung, einer Tastatur und dergleichen ausgestattet ist, während eine Schnittstelle 18 einen Befehl oder Daten von der Anzeige-/MDI-Einheit 70 empfängt, um den Befehl oder die Daten an die CPU 11 zu übertragen, und eine Schnittstelle 19 ist an ein Bedienfeld 71 angeschlossen, das mit einem manuellen Impulsgenerator oder dergleichen ausgestattet ist.
Die Achsensteuerungsschaltungen 30 bis 34 jeder Welle empfangen einen Bewegungsausmaßbefehl jeder Welle von der CPU 11 und geben den Befehl jeder Achse an die Servoverstärker 40 bis 44 aus. Die Servoverstärker 40 bis 44, die den Befehl empfangen, treiben jeweils die Servomotoren 50 bis 54 an. Jeder der Servomotoren 50 bis 54 jeder Welle, der einen Positions-/ Drehzahldetektor umfasst, gibt ein Positions-/ Drehzahl-Rückkopplungssignal von dem Positions-/ Drehzahldetektor an jede der Achsensteuerungsschaltungen 30 bis 34 zurück, um eine Rührkopplungssteuerung von Position und Drehzahl auszuführen. In dem Blockdiagramm ist die Rückkopplungssteuerung von Position und Drehzahl nicht gezeigt.
Eine Spindelsteuerungsschaltung 60 empfängt einen Spindeldrehbefehl für die Werkzeugmaschine und gibt ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 61 aus. Der Spindelverstärker 61, der das Spindeldrehzahlsignal empfängt, dreht einen Spindelmotor 62 der Werkzeugmaschine mit der verlangten Drehzahl und treibt ein Werkzeug an.
Ein Positionsgeber 63 ist mit dem Spindelmotor 62 über ein Zahnrad, einen Riemen oder dergleichen gekoppelt. Der Positionsgeber 63 gibt einen Rückkopplungsimpuls synchron zur Spindeldrehung zurück, und der Prozessor 11 liest den Rückkopplungsimpuls über einen Bus 20.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine numerische Steuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die numerische Steuerungsvorrichtung 100 bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Einheit zum Analysieren von Befehlen 100, eine Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit 120, eine Einheit zum Berechnen der Beschleunigung 130 bei einem Umkehrvorgang, eine Interpolationseinheit 140 und eine Achsenantriebseinheit 150 für jede Welle. Diese Blöcke für jede Funktion werden wirksam, wenn die CPU 11 in der numerischen Steuerungsvorrichtung 100 jedes Systemprogramm ausführt.
Die Einheit zum Analysieren von Befehlen 110 liest das Bearbeitungsprogramm aus dem SRAM 14 aus und analysiert eine Programmbefehlsbahn, die von dem Bearbeitungsprogramm verlangt wird.
Die Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit 120 berechnet die Geschwindigkeit, Beschleunigung, Zeitableitung der Beschleunigung und dergleichen für jede Achse basierend auf der Programmbefehlsbahn, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen 110 analysiert wird. Wenn von einer Bahn einer beliebigen Achse bestimmt wird, dass sie umgekehrt wird, erteilt die Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit 120 einen Befehl für die Einheit zum Berechnen der Beschleunigung 130 bei einem Umkehrvorgang, um eine geeignete Beschleunigung bei dem Umkehrvorgang der Welle durch den Prozess zum Berechnen der Beschleunigung in dem nachstehend erwähnten Umkehrvorgang zu berechnen, und steuert die Geschwindigkeit basierend auf der Beschleunigung bei dem Umkehrvorgang, die von der Einheit zum Berechnen der Beschleunigung 130 bei einem Umkehrvorgang berechnet wird.
Die Interpolationseinheit 140 berechnet das Bewegungsausmaß pro Zeiteinheit jeder Welle basierend auf der Geschwindigkeit, die von der Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit 120 berechnet wird. Dann steuert die Achsenantriebseinheit 150 für jede Welle die Servomotoren und treibt jede Welle basierend auf dem Bewegungsausmaß pro Zeiteinheit an, das von der Interpolationseinheit 140 berechnet wird.
Nachstehend wird der Prozess zum Berechnen der Beschleunigung bei dem Umkehrvorgang, der von der Einheit zum Berechnen der Beschleunigung 130 bei einem Umkehrvorgang ausgeführt wird, ausführlich beschrieben. 3A, 3B und 3C sind Diagramme, die ein Verfahren zum Ableiten einer Beziehung zwischen der Beschleunigung vor und nach dem Umkehrvorgang und der Ruckgrenze in einem Prozess zum Berechnen der Beschleunigung bei einem Umkehrvorgang zeigen. 3A, 3B, 3C zeigen die Bewegungsgeschwindigkeit, Beschleunigung und Zeitableitung der Beschleunigung an einem Steuerungspunkt durch den Bewegungsbefehl für jede Achse nach Vektoren.
3A zeigt den Geschwindigkeitsvektor an einem Steuerungspunkt, wenn die verlangte Bahn umgekehrt wird, auf der Programmbefehlsbahn, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen 110 analysiert wird. Wie in der Figur gezeigt, wird nachstehend ein Fall berücksichtigt, bei dem sich der Steuerungspunkt mit dem Geschwindigkeitsvektor ${\vec{V}}_{1}$
gemäß dem Befehl vor dem Umkehrvorgang bewegt und sich der Steuerungspunkt dann mit dem Geschwindigkeitsvektor ${\vec{V}}_{2}$
gemäß dem Befehl nach dem Umkehrvorgang bewegt.
In diesem Fall werden die Beschleunigungsvektoren ${\vec{a}}_{1}, {\vec{a}}_{2}$
, an einem Steuerungspunkt, wie in 3B gezeigt, erzielt, indem jeder Geschwindigkeitsvektor ${\vec{V}}_{1}, {\vec{V}}_{2}$
zeitlich differenziert wird. Dabei sind die Beschleunigungsvektoren ${\vec{a}}_{1}, {\vec{a}}_{2}$
Beschleunigungsvektoren pro Zeiteinheit, und die Zeitableitung der Beschleunigung wird beispielsweise als ${\vec{a}}_{1} - {\vec{a}}_{2}$
in dem Programm abgeleitet. Die Geschwindigkeit am Umkehrpunkt ist gleich 0, so dass der Beschleunigungsvektor ${\vec{a}}_{1}$
in die entgegengesetzte Richtung zu dem Geschwindigkeitsvektor ${\vec{V}}_{1},$
d.h. in die Verzögerungsrichtung, geht.
Die Beziehung zwischen den Beschleunigungsvektoren ${\vec{a}}_{1}, {\vec{a}}_{2}$
am Steuerungspunkt und dem Zeitableitungsvektor j der Beschleunigung wird in 3C gezeigt. In 3C sind die Vektoren ${\vec{e}}_{1}, {\vec{e}}_{2}$
Geschwindigkeits-Einheitsvektoren in der Befehlsbahnrichtung vor oder nach dem Umkehrvorgang. Wie in der Figur gezeigt, wird die Zeitableitung der Beschleunigung j am Steuerungspunkt dargestellt unter Verwendung der Größen der Beschleunigungen a₁, a₂ und der Geschwindigkeits-Einheitsvektoren ${\vec{e}}_{1}, {\vec{e}}_{2}$
in der verlangten Bahnrichtung vor und nach dem Umkehrvorgang dargestellt.
Dann wird die Gleichung (1) als Vergleichsausdruck zwischen der Beschleunigung vor und nach dem Umkehrvorgang und einer Ruckgrenze ${\vec{j}}_{m a x}$
am Steuerungspunkt aus der in 3C gezeigten Gleichung abgeleitet. $| a_{1} e_{1 [i]} + a_{2} e_{2 [i]} | < j_{max [i]}$
e_1[i], e_2[i] : jede Achsenkomponente des Geschwindigkeits-Einheitsvektors in der Richtung der verlangten Bahn vor und nach dem Umkehrvorgang
a₁, a₂: Größe der Beschleunigung vor und nach dem Umkehrvorgang
j_max[i] : jede Achsenkomponente der Ruckgrenze am Steuerungspunkt
Es sei zu beachten, dass der Ruckgrenzenvektor ${\vec{j}}_{m a x}$
einen begrenzten Wert für die Zeitableitung der Beschleunigung am Steuerungspunkt darstellt und in einem Einstellbereich des SRAM 14 im Voraus als voreingestellter Wert in der numerischen Steuerungsvorrichtung 100 eingestellt werden kann oder konfiguriert sein kann, um in dem Bearbeitungsprogramm bezeichnet zu werden.
In der Gleichung (1) stellt eine Endung [i] jede axiale Komponente der zu steuernden Welle dar. Die Zykluszeit bei der Umkehrsteuerung jeder Welle kann minimiert werden, wenn die Beschleunigung vor und nach dem Umkehrvorgang bestimmt wird, welche die Vergleichsgleichung erfüllt, die in der Gleichung (1) gezeigt wird, die wie zuvor beschrieben abgeleitet wird.
4 ist ein Ablaufschema, das einen Prozess zum Berechnen der Beschleunigung bei einem Umkehrvorgang zeigt, der von der Einheit zum Berechnen der Beschleunigung 130 bei einem Umkehrvorgang gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird.
[Schritt SA01] Es wird bestimmt, ob die Größe des Geschwindigkeitsvektors ${\vec{V}}_{1}$
vor dem Umkehrvorgang gleich der Größe des Geschwindigkeitsvektors ${\vec{V}}_{2}$
nach dem Umkehrvorgang ist. Der Prozess fährt mit Schritt SA02 fort, wenn die Größen gleich sind, und fährt andernfalls mit Schritt SA03 fort.
[Schritt SA02] Die Bedingung, dass die Größe a₁ des Beschleunigungsvektors vor dem Umkehrvorgang gleich der Größe a₂ des Beschleunigungsvektors nach dem Umkehrvorgang ist, wird vorausgesetzt.
[Schritt SA03] Die Bedingung, dass der Wert der Größe des Geschwindigkeitsvektors ${\vec{V}}_{1}$
vor dem Umkehrvorgang, geteilt durch die Größe a₁ des Geschwindigkeitsvektors vor dem Umkehrvorgang, gleich dem Wert der Größe des Geschwindigkeitsvektors ${\vec{V}}_{2}$
vor dem Umkehrvorgang, geteilt durch die Größe a₂ des Geschwindigkeitsvektors vor dem Umkehrvorgang ist, wird vorausgesetzt. Die Bedingung basiert auf der Tatsache, dass die Zykluszeit minimiert wird, wenn die Beziehung zwischen der verlangten Geschwindigkeit vor und nach dem Umkehrvorgang und der Beschleunigung vor und nach dem Umkehrvorgang die zuvor beschriebene Bedingung erfüllt, außer für den Fall, dass die Beziehung durch eine beliebige andere Bedingung der Beschleunigung oder der Zeitableitung der Beschleunigung eingeschränkt ist.
[Schritt SA04] Die Bedingung für die Zeitableitung der Beschleunigung wird hinzugefügt, indem die Beziehung zwischen der Größe a₁ des Geschwindigkeitsvektors vor dem Umkehrvorgang und der Größe a₂ des Beschleunigungsvektors nach dem Umkehrvorgang basierend auf der Bedingung, die in Schritt SA02 oder Schritt SA03 vorausgesetzt wird, und der Vergleichsgleichung, die in Gleichung (1) gezeigt wird, gelöst wird.
[Schritt SA05] Es wird bestimmt, ob die Maxima a₁, a₂, welche die Bedingung für die Zeitableitung der Beschleunigung erfüllen, die in Schritt SA04 abgeleitet wird, die Bedingung für die Beschleunigung, dass a₁ kleiner als a_max ist und a₂ kleiner als a_max ist, erfüllen oder nicht. Dabei ist a_max ein Grenzwert für die Beschleunigung am Steuerungspunkt, und der Wert kann in dem Einstellbereich des SRAM 14 als voreingestellter Wert in der numerischen Steuerungsvorrichtung 100 eingestellt werden oder kann konfiguriert sein, um in dem Bearbeitungsprogramm bezeichnet zu werden. Es sei zu beachten, dass die Bestimmung für die beiden Bedingungen für die Größe der Zeitableitung der Beschleunigung und jede Achsenkomponente ausgeführt wird. Der Prozess fährt mit Schritt SA06 fort, wenn bestimmt wird, dass die Bedingung für die Beschleunigung erfüllt ist, und fährt ansonsten mit Schritt SA07 fort.
[Schritt SA06] Die Beschleunigung vor und nach dem Umkehrvorgang wird als a₁, a₂ bestimmt, die in Schritt SA05 erzielt werden.
[Schritt SA07] Bei der Bedingung für die Beschleunigung, die bei der Bestimmung in Schritt SA05 verwendet wird, wird der Wert bei der strengeren Bedingung für die Beschleunigung für die Grenzbeschleunigung eingestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Wert von a₁ und a₂, der eine größere Überschreitung des Grenzbeschleunigungswertes a_max aufweist, als der Wert bei der strengeren Bedingung für die Beschleunigung bestimmt und als Grenzbeschleunigungswert eingestellt.
[Schritt SA08] Der Wert der Beschleunigung, der in Schritt SA07 eingestellt wird, wird in die Gleichung (1) eingesetzt, um die andere Beschleunigung zu bestimmen.
5A, 5B sind eine schematische Ansicht und eine Grafik, die eine Geschwindigkeitswellenform gemäß der Geschwindigkeitssteuerung für die verlangte Bahn mit schräger Umkehr aus dem Stand der Technik und gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. In 5B ist die Wellenform (a1) eine Wellenform gemäß einer Beschleunigungs-/ Verzögerungssteuerung mit vorbestimmter Zeit bei dem Umkehrvorgang. In diesem Fall kehrt die Bewegungsrichtung der Welle auf der höchsten Drehzahl um, es besteht jedoch das Problem, dass ein großer Aufprall auf die Werkzeugmaschine entsteht und dergleichen.
Die Wellenform (a2) in 5B zeigt eine Wellenform für den Fall, dass die Beschleunigung am Umkehrpunkt gemäß der Beschleunigungssteuerung, die in der japanischen Patent-Auslegeschrift JP S59- 62 909 A und dergleichen beschrieben wird, gleich 0 ist, und die Wellenform (a3) ist eine Wellenform gemäß der Beschleunigungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform. Wie in den Figuren zu sehen, wird die Zykluszeit reduziert, während die Beschleunigung den vorbestimmten Grenzbeschleunigungswert nicht überschreitet, gemäß der Beschleunigungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform.
6A, 6B sind eine schematische Ansicht und eine Grafik, die eine Geschwindigkeitswellenform gemäß der Geschwindigkeitssteuerung für die verlangte Bahn mit 180-Grad Umkehr aus dem Stand der Technik und eine Wellenform bei der vorliegenden Ausführungsform zeigen. In 6B ist die Wellenform (b1) eine Wellenform gemäß der Beschleunigungs-/ Verzögerungssteuerung mit einer vorbestimmten Zeit bei dem Umkehrvorgang. In diesem Fall wird die Bewegungsrichtung der Welle auf der höchsten Drehzahl umgekehrt, es besteht jedoch das Problem, dass ein starker Aufprall auf Werkzeugmaschine entsteht und dergleichen.
Die Wellenform (b2) in 6B zeigt eine Wellenform für den Fall, dass die Beschleunigung am Umkehrpunkt gemäß der Beschleunigungssteuerung, die in der japanischen Patent-Auslegeschrift JP S59- 62 909 A und dergleichen beschrieben wird, gleich 0 ist, und die Wellenform (b3) ist eine Wellenform gemäß der Beschleunigungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform. Wie in den Figuren zu sehen, wird die Zykluszeit reduziert, während die Beschleunigung den vorbestimmten Grenzbeschleunigungswert nicht überschreitet, gemäß der Beschleunigungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform.

Claims

Numerische Steuerungsvorrichtung (100), die konfiguriert ist, um eine Werkzeugmaschine, die eine Vielzahl von Antriebswellen umfasst, basierend auf einem Bearbeitungsprogramm zum Bearbeiten eines Werkstücks zu steuern, wobei die numerische Steuerungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Einheit zum Analysieren von Befehlen (110), die konfiguriert ist, um Befehlsdaten auszugeben, wobei die Befehlsdaten den Betrieb der Antriebswelle basierend auf dem Bearbeitungsprogramm befehlen; eine Einheit zum Berechnen der Beschleunigung (130) bei einem Umkehrvorgang, die konfiguriert ist, um die Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang derart zu berechnen, dass die Zeitableitung der Beschleunigung innerhalb einer Ruckgrenze liegt, wenn eine Richtung der verlangten Bahn der Antriebswelle basierend auf den Befehlsdaten, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen (110) ausgegeben werden, umgekehrt wird; eine Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit (120), die konfiguriert ist, um eine Geschwindigkeit der Antriebswelle in jedem Interpolationszyklus basierend auf den Befehlsdaten, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen (110) ausgegeben werden, und der Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang, die durch die Einheit zum Berechnen der Beschleunigung (130) bei einem Umkehrvorgang berechnet wird, zu berechnen; und eine Interpolationseinheit (140), die konfiguriert ist, um einen Interpolationsprozess zum Berechnen von Interpolationsdaten basierend auf den Befehlsdaten, die von der Einheit zum Analysieren von Befehlen (110) ausgegeben werden, und der Geschwindigkeit der Antriebswelle, die durch die Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit (120) berechnet wird, auszuführen, wobei die Interpolationsdaten die Position der Antriebswelle auf einer Bewegungsbahn in jedem Interpolationszyklus bezeichnen; wobei die Einheit zum Berechnen der Beschleunigung (130) bei einem Umkehrvorgang konfiguriert ist, um die Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang zu berechnen, wenn die Umkehr der verlangten Bahn der Antriebswelle basierend auf den verlangten Daten durch die Einheit zum Steuern der Geschwindigkeit (120) ermittelt wird.
Numerische Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einheit zum Berechnen der Beschleunigung (130) bei einem Umkehrvorgang konfiguriert ist, um die Beschleunigung der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang als maximalen Beschleunigungswert zu berechnen, der die folgende Gleichung für alle zu steuernden Wellen erfüllt: $| a_{1} e_{1 [i]} + a_{2} e_{2 [i]} | < j_{max [i]}$
e_1[i], e_2[i]: jede Achsenkomponente des Geschwindigkeits-Einheitsvektors in der Richtung der verlangten Bahn vor und nach dem Umkehrvorgang a₁, a₂: Größe der Beschleunigung vor und nach dem Umkehrvorgang j_max[i]: jede Achsenkomponente der Ruckgrenze am Steuerungspunkt.
Numerische Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einheit zum Berechnen der Beschleunigung (130) bei einem Umkehrvorgang konfiguriert ist, die Berechnung derart durchzuführen, dass die beiden Absolutwerte der Beschleunigungen der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang die Bedingung mit Bezug auf den Grenzwert für die Beschleunigung erfüllen.
Numerische Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einheit zum Berechnen der Beschleunigung (130) bei einem Umkehrvorgang konfiguriert ist, die Berechnung derart durchzuführen, dass die beiden Absolutwerte der Beschleunigungen der Antriebswelle vor und nach dem Umkehrvorgang a₁ und a₂ die Bedingung mit Bezug auf den Grenzwert für die Beschleunigung a_max erfüllen.