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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung und im Besonderen eine numerische Steuervorrichtung, die eine Verschiebung einer Bewegungsbahn eines Werkzeugs ermittelt.
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Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Bei einer fünfachsigen Werkzeugmaschine wird unter Berücksichtigung einer Drehung eines Werkzeugs und einer Drehung eines Tisches eine Steuerpunktbahn für eine angewiesene Werkzeugspitzenbahn erhalten. Durch Veranlassen eines Motors, auf der Steuerpunktbahn zu arbeiten, arbeitet eine Werkzeugspitze einer tatsächlichen Maschine schließlich auf der angewiesenen Bahn (z.B. offengelegtes
japanisches Patent Nr. 2003-195917 oder dergleichen). Obgleich es eine numerische Steuervorrichtung zum Erhalten einer Werkzeugspitzenbahn anhand einer Steuerpunktbahn gibt (z.B. offengelegtes
japanisches Patent Nr. 2011-43874 ), ist dieses Werkzeug auf eine Verifizierung nach Abschluss der Bearbeitung und nicht auf eine Verhinderung eines fehlerhaften Betriebs während der Bearbeitung gerichtet.
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Es gibt den Fall, in dem während eines automatischen Betriebs zur Werkstückbearbeitung unter Verwendung einer fünfachsigen Werkzeugmaschine durch einen Bediener der automatische Betrieb unterbrochen und der Betrieb auf einen manuellen Betrieb umgeschaltet wird, um ein Werkzeug zu wechseln oder einen Bearbeitungszustand zu bestätigen. Solange der Bediener ein Werkzeug von einer Position weg bewegen muss, wenn der automatische Betrieb durch den manuellen Betrieb unterbrochen wird, um das Werkzeug zu wechseln oder den Bearbeitungszustand zu bestätigen, besteht das Problem, dass, wenn der Bediener nach Erreichen seines Ziels eine Spitze eines Werkzeugs zu einer falschen Position bewegt (ohne die Spitze des Werkzeugs nach dem manuellen Betrieb in die ursprüngliche Position zurückzuführen) und die Bearbeitung neu startet, eine tatsächliche Werkzeugspitzenposition von der angewiesenen Bahn abweicht, was einen fehlerhaften Schneidvorgang oder eine Maschinenbeeinträchtigung verursacht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Wie in 1 gezeigt, löst die vorliegende Erfindung das vorstehend beschriebene Problem durch Versehen einer numerischen Steuervorrichtung mit einer Funktion zum Erhalten einer Werkzeugspitzenposition in Bezug auf eine durch die numerische Steuervorrichtung auszugebende Steuerpunktposition durch Durchführen einer zur normalen Berechnung umgekehrten Berechnung basierend auf einer Drehachsenposition und einer Werkzeugmaschinenlänge, Berechnen eines Abstands zwischen der erhaltenen Werkzeugspitzenposition und einer Programmbefehlsbahn und, wenn der berechnete Abstand um einen Betrag abweicht, der gleich oder größer als ein zulässiger Betrag ist, Ausgeben eines Alarms, ohne einen Bewegungsimpuls an die Steuerpunktposition auszugeben, um den automatischen Betrieb zu stoppen. Durch ständiges Durchführen dieser Überwachung während der Bearbeitung kann die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung einen fehlerhaften Schneidvorgang und eine Maschinenbeeinträchtigung verhindern, die durch ein unerwartetes Problem verursacht werden.
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Die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung steuert basierend auf einem Programm eine fünfachsige Werkzeugmaschine, die unter Verwendung von Achsen, die drei gerade Achsen und zwei Drehachsen umfassen, einen Werkzeugspitzenpunkt eines Werkzeugs antreibt, das an einem an einem Tisch angebrachten Werkstück eine Bearbeitung durchführt, und umfasst eine Befehlsanalyseeinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Block des Programms auszulesen und zu analysieren und basierend auf dem Analyseergebnis erzeugte Bewegungsbefehlsdaten auszugeben, eine Interpolationseinheit, die dazu eingerichtet ist, durch Durchführen einer Interpolationsverarbeitung basierend auf den Bewegungsbefehlsdaten Interpolationsdaten zu erzeugen und die erzeugten Interpolationsdaten auszugeben, eine Servosteuereinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf den Interpolationsdaten die Achsen zu steuern, eine Bahnverschiebungsbestimmungseinheit, die dazu eingerichtet ist, nach dem Addieren von Bewegungsbeträgen der Achsen in dieser Steuerperiode basierend auf den Bewegungsbefehlsdaten, den Interpolationsdaten und aktuellen Positionen der Achsen einen Abstand zwischen einer durch das Programm angewiesenen Programmbefehlsbahn und einem Werkzeugspitzenpunkt des Werkzeugs zu berechnen und zu bestimmen, ob der berechnete Abstand gleich oder größer als ein vorab definierter zulässiger Betrag ist, und eine Alarmeinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Alarm auszugeben, wenn die Bahnverschiebungsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Abstand gleich oder größer als der vorab definierte zulässige Betrag ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es durch ständiges Überwachen der Verschiebung der Bahn während der Bearbeitung möglich, einen fehlerhaften Schneidvorgang und eine Maschinenbeeinträchtigung zu verhindern, die durch ein unerwartetes Problem verursacht werden.
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Figurenliste
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Die vorstehend beschriebenen und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die folgenden beigefügten Zeichnungen hervor.
- 1 ist eine Darstellung, die einen Fall zeigt, in dem ein Werkzeugspitzenpunkt von einer Programmbefehlsbahn verschoben wird;
- 2 ist eine Darstellung, die eine bei der vorliegenden Erfindung angenommene Verschiebung einer Bahn des Werkzeugspitzenpunkts erläutert;
- 3 ist eine Figur (1), die ein Verfahren zum Berechnen eines Abstands zwischen der Programmbefehlsbahn und dem Werkzeugspitzenpunkt erläutert;
- 4 ist eine Figur (2), die ein Verfahren zum Berechnen eines Abstands zwischen der Programmbefehlsbahn und dem Werkzeugspitzenpunkt erläutert;
- 5 ist eine Figur (3), die ein Verfahren zum Berechnen eines Abstands zwischen der Programmbefehlsbahn und dem Werkzeugspitzenpunkt erläutert;
- 6 ist eine schematische Hardwarekonfigurationsdarstellung einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 7 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Zunächst werden unter Verwendung von 2 bis 5 die Grundzüge einer Bahnverschiebungsermittlungsfunktion der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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2 ist eine Darstellung, die eine bei der vorliegenden Erfindung angenommene Verschiebung einer Bahn eines Werkzeugspitzenpunkts erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass
2 der Einfachheit der Beschreibung halber eine Programmbefehlsbahn zwischen jeweiligen Programmbefehlspunkten durch eine gerade Linie darstellt. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine numerische Steuervorrichtung angenommen, die eine fünfachsige Werkzeugmaschine steuert, die in dem offengelegten
japanischen Patent Nr. 2003-195917 , dem offengelegten
japanischen Patent Nr. 2011-43874 oder dergleichen offenbart ist. Eine numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung gibt einen Alarm aus, um einen automatischen Betrieb zu stoppen, ohne Bewegungsbeträge zu jeweiligen Achsen zu addieren (einen Bewegungsimpuls auszugeben), wenn beim Bewegen eines Werkzeugspitzenpunkts zu einem Programmbefehlspunkt, der durch jeden Block eines ausgeführten Programms angewiesen wird, ein Bewegungszielpunkt, zu dem der Werkzeugspitzenpunkt in einer derzeitigen Steuerperiode bewegt werden soll, um einen Betrag vom Programmbefehlspunkt entfernt ist, der gleich oder größer als ein vorab definierter zulässiger Betrag ist.
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In dem Beispiel von 2 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem ein Bediener während der Ausführung eines Blocks N2 beim Durchführen eines automatischen Betriebs gemäß einem in einem unteren Abschnitt von 2 dargestellten Programm einen automatischen Betrieb unterbricht und einen manuellen Betrieb durchführt, und der Bediener nach dem manuellen Betrieb eine Spitze eines Werkzeugs zu einer falschen Position bewegt und den automatischen Betrieb neu startet. Zu diesem Zeitpunkt berechnet die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Abstand zwischen einer gemäß einem Befehl des Blocks N2 durch den Werkzeugspitzenpunkt gezogenen Programmbefehlsbahn, wenn der automatische Betrieb fortgesetzt würde, und einer Position des Werkzeugspitzenpunkts, die basierend auf einer Position eines Steuerpunkts erhalten wird, wenn in einer derzeitigen Steuerperiode zu jeweiligen Achsen zu addierende Bewegungsbeträge zu einer aktuellen Position des Steuerpunkts addiert werden, und gibt, wenn der berechnete Abstand gleich oder größer als ein vorgegebener zulässiger Wert ist, der vorab definiert wird, einen Alarm aus, ohne die Bewegungsbeträge zu den jeweiligen Achsen zu addieren (einen Bewegungsimpuls auszugeben), und stoppt den automatischen Betrieb.
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Die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung berechnet in jedem von drei Fällen einen Abstand zwischen der Programmbefehlsbahn und der Position des Werkzeugspitzenpunkts T.
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3 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zum Berechnen eines Abstands zwischen der Programmbefehlsbahn und der Position des Werkzeugspitzenpunkts T veranschaulicht, wenn sich ein Schnittpunkt P einer geraden Linie, die die Programmbefehlsbahn eines Blocks umfasst, der bei einer Unterbrechung des automatischen Betriebs ausgeführt wird, und einer von der Position des Werkzeugspitzenpunkts T zur geraden Linie verlaufenden vertikalen Linie zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt der Programmbefehlsbahn befindet. Bei einem in 3 dargestellten Positionsverhältnis legt die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Abstand zwischen dem Werkzeugpunkt T und dem Schnittpunkt P der Programmbefehlsbahn des Blocks, der bei einer Unterbrechung des automatischen Betriebs ausgeführt wird, anhand der Position des Werkzeugspitzenpunkts T und der vertikalen Linie zur Programmbefehlsbahn als einen Abstand zwischen der Programmbefehlsbahn und der Position des Werkzeugspitzenpunkts T fest.
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4 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zum Berechnen eines Abstands zwischen der Programmbefehlsbahn und der Position des Werkzeugspitzenpunkts T veranschaulicht, wenn sich der Schnittpunkt P der geraden Linie, die die Programmbefehlsbahn des Blocks umfasst, der bei einer Unterbrechung des automatischen Betriebs ausgeführt wird, und der von der Position des Werkzeugspitzenpunkts T zur geraden Linie verlaufenden vertikalen Linie, vom Endpunkt der Programmbefehlsbahn ausgesehen, jenseits des Startpunkts der Programmbefehlsbahn befindet. Bei einem in 4 dargestellten Positionsverhältnis legt die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Abstand zwischen dem Werkzeugpunkt T und dem Startpunkt der Programmbefehlsbahn als den Abstand zwischen der Programmbefehlsbahn und der Position des Werkzeugspitzenpunkts T fest.
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5 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zum Berechnen eines Abstands zwischen der Programmbefehlsbahn und der Position des Werkzeugspitzenpunkts T veranschaulicht, wenn sich der Schnittpunkt P der geraden Linie, die die Programmbefehlsbahn des Blocks umfasst, der bei einer Unterbrechung des automatischen Betriebs ausgeführt wird, und der von der Position des Werkzeugspitzenpunkts T zur geraden Linie verlaufenden vertikalen Linie, vom Startpunkt der Programmbefehlsbahn aus gesehen, jenseits des Endpunkts der Programmbefehlsbahn befindet. Bei einem in 5 dargestellten Positionsverhältnis legt die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Abstand zwischen dem Werkzeugpunkt T und dem Endpunkt der Programmbefehlsbahn als den Abstand zwischen der Programmbefehlsbahn und der Position des Werkzeugspitzenpunkts T fest.
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Eine Konfiguration der numerischen Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachstehend beschrieben.
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6 ist eine Hardwarekonfigurationsdarstellung, die die Hauptteile der numerischen Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer durch die numerische Steuervorrichtung angetriebenen und gesteuerten Werkzeugmaschine darstellt. Eine in der numerischen Steuervorrichtung 1 bereitgestellte CPU (Zentraleinheit) 11 ist ein Prozessor, der die numerische Steuervorrichtung 1 insgesamt steuert. Die CPU 11 liest ein in einem ROM 12 gespeichertes Systemprogramm über einen Bus 20 aus und steuert die gesamte numerische Steuervorrichtung 1 gemäß dem Systemprogramm. In einem RAM 13 werden temporäre Berechnungsdaten, Anzeigedaten, verschiedene Arten von Daten, die durch den Bediener über eine Anzeige-/MDI-Einheit 70 eingegeben werden, welche später beschrieben ist, oder dergleichen gespeichert.
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Ein nichtflüchtiger Speicher 14 ist als Speicher konfiguriert, bei dem ein Speicherzustand, beispielsweise durch eine nicht dargestellte batteriegestützte Energiequelle, selbst dann aufrechterhalten wird, wenn die numerische Steuervorrichtung 1 abgeschaltet wird. In dem nichtflüchtigen Speicher 14 werden ein über eine Schnittstelle 15 geladenes Bearbeitungsprogramm und ein über eine nachstehend beschriebene Anzeige-/MDI-Einheit 70 eingegebenes Bearbeitungsprogramm gespeichert. Obgleich im nichtflüchtigen Speicher 14 ferner ein zum Betreiben des Bearbeitungsprogramms zu verwendendes Programm zur Bearbeitungsprogrammbetriebsverarbeitung oder dergleichen gespeichert wird, werden diese Programme bei der Ausführung in den RAM 13 ausgedehnt. Ferner werden verschiedene Arten von Systemprogrammen zur Ausführung einer Verarbeitung eines Editionsmodus, der zum Erstellen und Editieren des Bearbeitungsprogramms erforderlich ist, vorab in das ROM 12 geschrieben.
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Die Schnittstelle 15 ist eine Schnittstelle zum Verbinden der numerischen Steuervorrichtung 1 mit einem externen Gerät 72, wie etwa einem Adapter. Die Bearbeitungsprogramme, verschiedene Arten von Parametern oder dergleichen werden von Seiten des externen Geräts 72 geladen. Ferner kann das in der numerischen Steuervorrichtung 1 editierte Bearbeitungsprogramm über das externe Gerät 72 in externen Speichereinrichtungen gespeichert werden. Eine PMC (programmierbare Maschinensteuereinrichtung) 16 führt durch Ausgeben von Signalen an Peripheriegeräte (z.B. einen Aktor, wie etwa eine Roboterhand zum Wechseln eines Werkzeugs) der Werkzeugmaschine über eine I/O- (Ein-/Ausgabe-) Einheit 17 unter Verwendung eines in der numerischen Steuervorrichtung 1 enthaltenen Sequenzprogramms eine Steuerung durch. Ferner empfängt die PMC 16 Signale von verschiedenen Arten von Schaltern und dergleichen eines am Körper der Werkzeugmaschine angeordneten Bedienpanels, führt eine erforderliche Signalverarbeitung durch und übermittelt die Signale an die CPU 11.
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Die Anzeige-/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabeeinrichtung, die eine Anzeigeeinrichtung, eine Tastatur oder dergleichen umfasst, und die Schnittstelle 18 empfängt Befehle und Daten von der Tastatur der Anzeige-/MDI-Einheit 70 und übermittelt die Befehle und Daten an die CPU 11. Eine Schnittstelle 19 ist mit einem Bedienpanel 71 verbunden, das einen manuellen Impulsgeber oder dergleichen umfasst.
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Eine Achsensteuerschaltung 30 zum Steuern von in der Werkzeugmaschine vorgesehenen Achsen empfängt einen angewiesenen Bewegungsbefehlsbetrag der Achsen von der CPU 11 und gibt den Befehl für die Achsen an einen Servoverstärker 40 aus. Der diesen Befehl empfangende Servoverstärker 40 treibt einen Servomotor 50 an, der die in der Werkzeugmaschine vorgesehenen Achsen bewegt. Der Servomotor 50 der Achsen weist einen eingebauten Positions-/Drehzahldetektor auf, führt ein Positions-/Drehzahlrückkopplungssignal vom Positions-/Drehzahldetektor zur Achsensteuerschaltung 30 zurück und führt eine Rückkopplungsregelung der Position und Drehzahl durch. Es wird darauf hingewiesen, dass, obgleich in der Hardwarekonfigurationsdarstellung in 6 nur eine Achsensteuerschaltung 30, ein Servoverstärker 40 und ein Servomotor 50 dargestellt sind, diese in Wirklichkeit entsprechend der Anzahl der in der Werkzeugmaschine vorgesehenen Achsen bereitgestellt werden. Bei einer fünfachsigen Werkzeugmaschine beispielsweise werden Achsensteuerschaltungen 30, Servoverstärker 40 und Servomotoren 50 entsprechend den drei geraden Achsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) und den zwei Drehachsen (A-Achse und C-Achse) bereitgestellt.
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Eine Spindelsteuerschaltung 60 empfängt einen Hauptachsendrehbefehl für die Werkzeugmaschine und gibt ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 61 aus. Der dieses Spindeldrehzahlsignal empfangende Spindelverstärker 61 dreht einen Spindelmotor 62 der Werkzeugmaschine mit einer angewiesenen Drehzahl, um das Werkzeug anzutreiben.
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Ein Positionscodierer 63 ist mit dem Spindelmotor 62 verbunden, wobei der Positionscodierer 63 in Synchronisation mit der Drehung der Hauptachse einen Rückkopplungsimpuls ausgibt und der Rückkopplungsimpuls durch die CPU 11 gelesen wird.
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7 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Systemprogramm zum Umsetzen der vorstehend beschriebenen Bahnverschiebungsermittlungsfunktion in der in 6 gezeigten numerischen Steuervorrichtung 1 implementiert wird. Jeder in 7 gezeigte Funktionsblock wird durch die CPU 11 umgesetzt, die in der in 6 gezeigten numerischen Steuervorrichtung 1 bereitgestellt ist, das Systemprogramm der Bahnverschiebungsermittlungsfunktion ausführt und den Betrieb jeder Einheit der numerischen Steuervorrichtung 1 steuert. Die numerische Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Befehlsanalyseeinheit 100, eine Interpolationseinheit 110, eine Servosteuereinheit 130, eine Bahnverschiebungsbestimmungseinheit 140 und eine Alarmeinheit 150.
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Die Befehlsanalyseeinheit 100 analysiert einen Block von Bearbeitungsbefehlen, die in dem aus einem nicht dargestellten Speicher ausgelesenen Programm enthalten sind, um auf einen Bewegungsbefehl bezogene Daten zu erzeugen, und gibt die erzeugten, auf den Bewegungsbefehl bezogenen Daten an die Interpolationseinheit 110 und die Bahnverschiebungsbestimmungseinheit 140 aus.
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Die Interpolationseinheit 110 erzeugt Interpolationsdaten, die durch Interpolieren von Punkten auf einer angewiesenen Bahn, welche durch die auf den Bewegungsbefehl einer Steuerperiode bezogenen Daten angewiesen wird, basierend auf den von der Befehlsanalyseeinheit 100 entgegengenommenen, auf den Bewegungsbefehl bezogenen Daten berechnet werden und gibt die erzeugten Interpolationsdaten (einen Bewegungsbetrag jeder Achse jeder Steuerperiode) an die Servosteuereinheit 130 aus.
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Die Servosteuereinheit 130 steuert dann basierend auf dem Ausgang der Interpolationseinheit 110 den Servomotor 50, der jede zu steuernde Achse steuert.
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Die Bahnverschiebungsbestimmungseinheit 140 erhält basierend auf den Daten, die sich auf den durch die Befehlsanalyseeinheit 100 analysierten Bewegungsbefehl beziehen, eine durch jeden Block angewiesene Programmbefehlsbahn, führt basierend auf den Interpolationsdaten (einem Bewegungsbetrag jeder Achse jeder Steuerperiode), die von der Interpolationseinheit 110 in die Servosteuereinheit 130 eingegeben werden, und einer aktuellen Position jeder Achse, die basierend auf der Rückkopplung oder dergleichen durch die Servosteuereinheit 130 vom Servomotor 50 erhalten wird, die vorstehend beschriebene Verarbeitung aus, berechnet nach dem Addieren eines Bewegungsbetrags dieser Steuerperiode zu jeder Achse einen Abstand zwischen einer aktuell ausgeführten Programmbefehlsbahn und einer Position eines Werkzeugspitzenpunkts und bestimmt, ob der berechnete Abstand gleich oder größer als ein vorab definierter zulässiger Betrag δ ist. Wenn der Abstand zwischen der aktuell ausgeführten Programmbefehlsbahn und der Position des Werkzeugspitzenpunkts nach dem Addieren des Bewegungsbetrags dieser Steuerperiode zu jeder Achse gleich oder größer als der vorab definierte zulässige Betrag δ ist, weist die Bahnverschiebungsbestimmungseinheit 140 die Alarmeinheit 150 an, einen Alarm auszugeben.
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Wenn die Alarmeinheit 150 von der Bahnverschiebungsbestimmungseinheit 140 einen Befehl zum Ausgeben eines Alarms empfängt, weist die Alarmeinheit 150 die Servosteuereinheit 130 an, die Addition des Bewegungsbetrags jeder Achse nach dieser Steuerperiode (die Ausgabe eines Bewegungsimpulses) zu stoppen, und meldet dem Bediener den Alarm beispielsweise mittels eines Tons, einer Leuchte oder einer Anzeige auf der Anzeigeeinrichtung der Anzeige-/MDI-Einheit 70.
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Obgleich vorstehend die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich auf das Beispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschränkt und lässt sich durch Vornehmen geeigneter Abänderungen auf verschiedene Art und Weise umsetzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003195917 [0002, 0009]
- JP 2011043874 [0002, 0009]
