DE102019007393A1

DE102019007393A1 - Numerische Steuerung

Info

Publication number: DE102019007393A1
Application number: DE102019007393.2A
Authority: DE
Inventors: Chikara TANGO; Daisuke UENISHI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-04-30
Also published as: US20200133236A1; CN111123840A; CN111123840B; JP6823034B2; US11402824B2; JP2020071727A

Abstract

Es wird eine numerische Steuerung bereitgestellt, die die Position erfassen kann, an der die zur Bestimmung eines Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgangs zur Stabilisierung einer Vorschubgeschwindigkeit, einer Abtraggeschwindigkeit und weiterer Faktoren verwendeten Vorgriffsblöcke in einem Bearbeitungsprogramm unzureichend sind. Eine numerische Steuerung 100 umfasst eine Programmausführeinheit 111, die ein Bearbeitungsprogramm ausführt, eine Programmvorgriffseinheit 112, die parallel zu der Ausführung des Bearbeitungsprogramms auf das Bearbeitungsprogramm vorgreift, eine Theoriewert-Berechnungseinheit 113, die anhand der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine 200 und der Längen exakter gerader Linien, die die Bearbeitungsbahn bilden, der die Werkzeugmaschine 200 folgt, theoretische Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm berechnet, eine Messwert-Berechnungseinheit 114, die bei der Ausführung des Bearbeitungsprogramms tatsächlich gemessene Werte pro Block in der von der Programmvorgriffseinheit 112 benötigten Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm berechnet, und eine Anomalieblock-Erfassungseinheit 115, die einen anomalen Block erfasst, der ein Block ist, bei dem das Ergebnis einer Subtraktion der Summe der theoretischen Werte von der Summe der tatsächlich gemessenen Werte größer als ein vorgegebener Wert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuerung.
Verwandte Technik
In der heutigen Fertigungsindustrie werden IT-Elemente und andere Vorrichtungen in kleineren Maßstäben und mit höherer Präzision hergestellt, und das Interesse an einer Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision steigt. Zum Erzielen einer noch höheren Qualität der Bearbeitung ist die Anzahl an Werkstückbearbeitungsprogrammen zur Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision gestiegen, die mit Toleranzen von geringerer Größenordnung erstellt werden.
Herkömmlicherweise konnten Bearbeitungsprogramme mit geringen Toleranzen aufgrund einer geringen Verarbeitungsleistung der Computer nicht realistisch genutzt werden. In den jüngsten Jahren haben sich jedoch sowohl die Leistung der Computer als auch die Leistung der computergestützten Fertigung (CAM, computer aided manufacturing) bis zu dem Punkt verbessert, an dem nun leicht Bearbeitungsprogramme mit geringen Toleranzen erstellt werden können. Es ist zu erwarten, dass sich dieser Trend in den kommenden Jahren noch verstärken wird.
Ein anderer Aspekt als die Toleranz, der zur Erzielung einer Bearbeitung von hoher Qualität wesentlich ist, ist die Vereinheitlichung exakter gerader Linien. Die Qualität der Bearbeitung wird erhöht, wenn eine Vibration durch eine Stabilisierung der Beschleunigung/Verlangsamung auf jeder Achse verringert wird. Dadurch ist die Anzahl der Programme für eine Bearbeitung von hoher Qualität gestiegen, die selbst exakte gerade Linien bieten. Daher sind Bearbeitungsprogramme heute aus mehr Blöcken aufgebaut.
Gemäß dem Stand der Technik greift eine numerische Steuerung auf Programme vor und liest ein Programm unter einer Reihe von vorab gespeicherten Programmen aus und verarbeitet es nach dem FIFO-Verfahren (FIFO - first in, first out, zuerst herein - zuerst hinaus) entsprechend Vorgriffsblöcken nach als nächstes auszuführenden Blöcken. Dann bestimmt die numerische Steuerung einen Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgang und führt eine Achsensteuerung aus.
Bei derartigen Programmen für eine Bearbeitung von hoher Qualität tritt jedoch das folgende Problem auf. Das heißt, die Programme weisen kurze exakte gerade Linien und eine hohe Befehlsgeschwindigkeit auf, was bedeutet, dass die zur Bestimmung des Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgangs verwendeten Vorgriffsblöcke nicht sichergestellt werden können, wenn die Verarbeitungszeit zum Ausführen des Programms kürzer als die für die Vorgriffsverarbeitung erforderliche Zeit ist. Dadurch wird die Beschleunigung/Verlangsamung nicht unter Berücksichtigung des Programmverhaltens bestimmt, und Änderungen der Geschwindigkeit sind nicht konstant, und es kann keine Bearbeitung von hoher Qualität erzielt werden.
9 ist ein Graph, der die Differenz der Beschleunigung/Verlangsamung im Verlauf der Zeit bei einer instabilen Veränderung der Geschwindigkeit zeigt. Wie in 9 dargestellt, bewegt sich eine Geschwindigkeit bei einer Befehlsgeschwindigkeit von 6.000 mm/min anfänglich stabil. Bei 2.000 mm/min war die Verarbeitungszeit zum Ausführen des Programms unzureichend, und die zur Bestimmung des Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgangs verwendeten Vorgriffsblöcke konnten nicht sichergestellt werden. Daher wurde die Geschwindigkeit instabil und bewegte sich geringfügig, wie in 9 durch die Pfeile angezeigt. Ein derartiges Verhalten ist besonders hervorstechend, wenn eine Werkzeugmaschine wie bei einer 5-Achsen-Bearbeitung eine große Anzahl an Achsen aufweist und wenn die numerische Steuerung eine begrenzte Verarbeitungsleistung aufweist. Diese Probleme können durch eine Erhöhung der Verarbeitungsleistung der für den Vorgriff auf die Bearbeitungsprogramme oder ihre Ausführung verwendeten numerischen Steuerung gelöst werden. Ähnliche Probleme treten jedoch auf, wenn die Befehlsgeschwindigkeit weiter erhöht wird, indem die Programme detaillierter erstellt oder die Maschinen aufgerüstet werden.
Zur Bereitstellung einer Lösung dieser Probleme offenbart die in Patentschrift 1 beschriebene Erfindung eine Technologie, bei der eine numerische Steuerung die Menge an von dem FIFO-Verfahren bis zur Verwendung von in analysierten NC-Daten bestehenden Analysedaten als Mittel zur Interpolation der Beschleunigung/Verlangsamung gehaltenen Daten in einem Puffer überwacht. Genauer bestimmt die Technologie, dass unzureichend Daten vorhanden sind, wenn die Menge an Daten, deren Vorhandensein in dem Puffer prognostiziert wird, unter einen unteren Grenzwert sinkt.
Patentschrift 1: Japanisches Patent Nr. 3723015
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der in Patentschrift 1 offenbarten Technologie wird jedoch lediglich die Priorität der NC-Datenanalyse-Verarbeitungsprozesses erhöht, wenn bestimmt wird, dass unzureichend Daten vorhanden sind, und es wird nicht bestimmt, welche Daten unter den NC-Daten unzureichend sind oder an welcher Stelle unzureichend Daten vorhanden sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine numerische Steuerung bereitzustellen, die zur Stabilisierung der Vorschubgeschwindigkeit, Abtraggeschwindigkeit und weiterer Faktoren die Position in einem Bearbeitungsprogramm erfassen kann, an der das Auftreten einer Geschwindigkeitssteueranomalie aufgrund einer unzureichenden Anzahl an zur Bestimmung eines Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgangs verwendeten Vorgriffsblöcken wahrscheinlich ist.
(1) Eine numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine numerische Steuerung (beispielsweise eine später zu beschreibende „numerische Steuerung 100“) zur Steuerung einer Werkzeugmaschine mit Achsen durch Ausführen eines Bearbeitungsprogramms, das aus mehreren Blöcken zusammengesetzt ist und eine Beschleunigung/Verlangsamung der Achsen steuert, wobei die numerische Steuerung umfasst: eine Programmausführeinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende „Programmausführeinheit 111“), die das Bearbeitungsprogramm ausführt, eine Programmvorgriffseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende „Programmvorgriffseinheit 112“), die parallel zu der Ausführung des Bearbeitungsprogramms auf das Bearbeitungsprogramm vorgreift, eine Theoriewert-Berechnungseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende „Theoriewert-Berechnungseinheit 113“), die anhand der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine und der Längen exakter gerader Linien, die die Bearbeitungsbahn bilden, der die Werkzeugmaschine folgt, theoretische Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm berechnet, eine Messwert-Berechnungseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende „Messwert-Berechnungseinheit 114“), die tatsächlich gemessene Werte pro Block in der von der Programmvorgriffseinheit benötigten Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm berechnet, und eine Anomalieblock-Erfassungseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende „Anomalieblock-Erfassungseinheit 115“), die einen anomalen Block erfasst, der ein Block ist, bei dem das Ergebnis einer Subtraktion der Summe der theoretischen Werte von der Summe der tatsächlich gemessenen Werte größer als ein vorgegebener Wert ist.
(2) Die unter Punkt (1) beschriebene numerische Steuerung kann ferner eine Anomalieblock-Meldeeinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende „Anomalieblock-Meldeeinheit 116“) umfassen, die eine Position des anomalen Blocks in dem Bearbeitungsprogramm außerhalb der numerischen Steuerung meldet.
(3) Die unter Punkt (1) oder (2) beschriebene numerische Steuerung kann ferner eine Empfehlungswert-Berechnungseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende „Empfehlungswert-Berechnungseinheit 117“) umfassen, die bei der Erfassung des anomalen Blocks anhand der Längen der exakten geraden Linien, der Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für jeden Block eine Befehlsgeschwindigkeit als zur Sicherstellung der Vorgriffsblöcke empfohlenen Wert berechnet.
(4) Die unter Punkt (3) beschriebene numerische Steuerung kann ferner eine Empfehlungswert-Meldeeinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende „Empfehlungswert-Meldeeinheit 118“) umfassen, die den empfohlenen Wert außerhalb der numerischen Steuerung meldet.
(5) Die unter Punkt (3) oder (4) beschriebene numerische Steuerung kann ferner eine Befehlsgeschwindigkeits-Aktualisierungseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende „Befehlsgeschwindigkeits-Aktualisierungseinheit 119“) umfassen, die den von der Empfehlungswert-Berechnungseinheit berechneten empfohlenen Wert zur Aktualisierung einer Befehlsgeschwindigkeit verwendet, die nach dem anomalen Block in dem Bearbeitungsprogramm eingestellt wird.
(6) Bei der unter einem der Punkte (1) bis (5) beschriebenen numerischen Steuerung kann die Programmausführeinheit das Bearbeitungsprogramm bei der Erfassung des anomalen Blocks anhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Position zu erfassen, an der aufgrund einer unzureichenden Anzahl an Vorgriffsblöcken, die zur Bestimmung eines Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgangs in einem Bearbeitungsprogramm zur Stabilisierung einer Vorschubgeschwindigkeit, einer Abtraggeschwindigkeit und weiterer Faktoren verwendet werden, das Auftreten einer Geschwindigkeitssteueranomalie wahrscheinlich ist.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines Steuersystems, das eine numerische Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. 2 ist ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration der numerischen Steuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist ein Diagramm zur Darstellung von Funktionsblöcken der numerischen Steuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 ist ein Graph zum Aufzeigen einer Differenz der Vorgriffsblöcke im Verlauf der Zeit. 5A ist ein Graph zum Aufzeigen einer Differenz der Vorgriffsblöcke im Verlauf der Zeit als Ergebnis einer Aktualisierung der Befehlsgeschwindigkeit. 5B ist ein Graph zum Aufzeigen einer Differenz der Vorgriffsblöcke im Verlauf der Zeit als Ergebnis einer Aktualisierung der Befehlsgeschwindigkeit. 6 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines ersten Arbeitsablaufs der numerischen Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines zweiten Arbeitsablaufs der numerischen Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines dritten Arbeitsablaufs der numerischen Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist ein Graph zum Aufzeigen einer Instabilität der Geschwindigkeit aufgrund des Unvermögens, die Vorgriffsblöcke sicherzustellen.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
<Konfiguration der Erfindung>
1 zeigt die Konfiguration eines Steuersystems 10, das eine numerische Steuerung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, und einer Werkzeugmaschine 200, die von der numerischen Steuerung 100 gesteuert wird.
Die numerische Steuerung 100 ist eine Maschine, die zur numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine 200 unter Verwendung von später zu beschreibenden Funktionen einen Betriebsbefehl an die Werkzeugmaschine 200 ausgibt. Eine genaue Beschreibung der Konfiguration und der Funktionen der numerischen Steuerung 100 erfolgt später.
Die Werkzeugmaschine 200 ist eine Vorrichtung, die eine vorgegebene Bearbeitung wie ein Abtragen ausführt. Die Werkzeugmaschine 200 umfasst einen Motor, der zur Bearbeitung eines Werkstücks angesteuert wird, und eine Spindel und eine Vorschubachse, die an dem Motor angebracht sind. Die Werkzeugmaschine 200 umfasst auch Befestigungselemente und Werkzeuge, die den jeweiligen Achsen entsprechen. Der Motor der Werkzeugmaschine 200 wird entsprechend einem Betriebsbefehl angesteuert, der von der numerischen Steuerung 100 so ausgegeben wird, dass die Werkzeugmaschine 200 eine vorgegebene Bearbeitung ausführt. Hierbei besteht hinsichtlich der Inhalte der vorgegebenen Bearbeitung keine besondere Beschränkung, und andere Typen von Bearbeitung als ein Abtragen wie ein Schleifen, ein Polieren, ein Walzen oder ein Schmieden können ebenfalls eingesetzt werden.
2 ist ein Diagramm zur Darstellung einer beispielhaften Konfiguration der numerischen Steuerung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die numerische Steuerung 100 umfasst hauptsächlich eine CPU 11, ein ROM 12, ein RAM 13, ein CMOS 14, Schnittstellen 15, 18 und 19, eine programmierbare Maschinensteuerung (einen PMC) 16, eine E-/A-Einheit 17, Achsensteuerschaltungen 30 bis 34, Servoverstärker 40 bis 44, eine Spindelsteuerschaltung 60 und einen Spindelverstärker 61.
Die CPU 11 ist ein Prozessor, der die gesamte numerische Steuerung 100 steuert. Die CPU 11 liest über einen Bus 25 ein in dem ROM 12 gespeichertes Systemprogramm aus und steuert die gesamte numerische Steuerung 100 entsprechend dem Systemprogramm.
In dem RAM 13 werden temporäre Berechnungsdaten und Anzeigedaten und unterschiedliche Typen von durch einen Bediener unter Verwendung einer Anzeige-/MDE-Einheit 70 eingegebenen Daten gespeichert.
Der CMOS-Speicher 14 ist ein nicht flüchtiger Speicher, der durch eine (nicht gezeigte) Batterie abgesichert ist und seinen Speicherzustand selbst dann beibehält, wenn der Strom für die numerische Steuerung 100 abgeschaltet ist. In dem CMOS-Speicher 14 werden ein über die Schnittstelle 15 in den CMOS-Speicher 14 gelesenes Bearbeitungsprogramm, ein über die Anzeige-/MDE-Einheit 70 in den CMOS-Speicher 14 eingegebenes Bearbeitungsprogramm und weitere Daten gespeichert.
In das ROM 12 werden vorab unterschiedliche Typen von Systemprogrammen zum Ausführen einer Verarbeitung in einem zum Erstellen und Editieren von Bearbeitungsprogrammen erforderlichen Editiermodus und einer Verarbeitung für einen automatischen Betrieb geschrieben.
Unterschiedliche Typen von Bearbeitungsprogrammen wie die Bearbeitungsprogramme zur Implementierung der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung der Schnittstelle 15 oder der Anzeige-/MDE-Einheit 70 eingegeben und in dem CMOS-Speicher 14 gespeichert werden.
Die Schnittstelle 15 kann die numerische Steuerung 100 mit einer externen Vorrichtung 72 wie einem Adapter verbinden. Bearbeitungsprogramme, unterschiedliche Parameter und weitere Daten werden von der Seite der externen Vorrichtung 72 gelesen. Bearbeitungsprogramme, die in der numerischen Steuerung 100 editiert werden, können unter Verwendung der externen Vorrichtung 72 in einer externen Speichereinrichtung gespeichert werden.
Die programmierbare Maschinensteuerung (PMC) 16 gibt unter Verwendung eines in der numerischen Steuerung 100 gespeicherten Ablaufprogramms über die E-/A-Einheit 17 Signale an eine Hilfsvorrichtung (beispielsweise ein Stellglied in Form einer zum Wechseln von Werkzeugen verwendeten Roboterhand) einer Werkzeugmaschine aus und steuert die Vorrichtung. Die PMC 16 empfängt Signale wie die von unterschiedlichen Schaltern auf einer am Körper der Werkzeugmaschine vorgesehenen Bedienkonsole und sendet diese Signale nach dem Ausführen einer erforderlichen Signalverarbeitung an die CPU 11.
Die Anzeige-/MDE-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabevorrichtung, die Komponenten wie eine Anzeige und eine Tastatur umfasst. Die Schnittstelle 18 empfängt Befehle und Daten von einer Tastatur der Anzeige-/MDE-Einheit 70 und sendet diese Befehle und Daten an die CPU 11. Die Schnittstelle 19 ist mit einer Bedienkonsole 71 verbunden. Die Bedienkonsole 71 umfasst einen manuellen Impulsgenerator.
Die Achsensteuerschaltungen 30 bis 34 für jede Achse empfangen Bewegungsbefehlsgrößen für jede Achse von der CPU 11 und geben die Befehle für jede Achse an die Servoverstärker 40 bis 44 aus.
Die Servoverstärker 40 bis 44 empfangen diese Befehle und treiben Servomotoren 50 bis 54 für jede Achse an. Jeder Servomotor 50 bis 54 für jede Achse umfasst einen Positions-/Geschwindigkeitsdetektor. Die Positions-/Geschwindigkeitsdetektoren geben Positions-/Geschwindigkeits-Feedback-Signale aus, die zum Ausführen einer Feedback-Steuerung der Position/Geschwindigkeit an jede Achsensteuerschaltung 30 bis 34 zurückgeleitet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass in den Blockdiagrammen auf die Darstellung dieses Positions-/Geschwindigkeits-Feedback verzichtet wurde.
Die Spindelsteuerschaltung 60 empfängt einen Spindeldrehbefehl für die Werkzeugmaschine und gibt ein Spindeldrehzahlsignal an den Spindelverstärker 61 aus. Der Spindelverstärker 61 empfängt das Spindeldrehzahlsignal und dreht den Spindelmotor 62 der Werkzeugmaschine zum Antreiben des Werkzeugs mit der befohlenen Drehzahl.
Der Spindelmotor 62 ist mittels eines Zahnrads, eines Riemens oder einer anderen Komponente mit einem Impulsgeber 63 verbunden. Der Impulsgeber 63 gibt einen mit der Drehung der Spindel synchronen Feedback-Impuls aus. Der Feedback-Impuls wird über den Bus 25 von der CPU 11 gelesen.
Bei der in 2 dargestellten beispielhaften Konfiguration der numerischen Steuerung 100 sind fünf Achsensteuerschaltungen (die Achsensteuerschaltungen 30 bis 34) und fünf Servomotoren (die Servomotoren 50 bis 54) dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt, und es kann jede Anzahl an Achsensteuerschaltungen und Servomotoren vorgesehen sein.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm zur Darstellung einer Funktion, mittels derer die CPU 11 über den Bus 25 in dem ROM 12 gespeicherte Systemprogramme und Anwendungsprogramme ausliest und die vorliegende Erfindung entsprechend diesen Systemprogrammen und Anwendungsprogrammen implementiert. Die CPU 11 umfasst eine Programmausführeinheit 111, eine Programmvorgriffseinheit 112, eine Theoriewert-Berechnungseinheit 113, eine Messwert-Berechnungseinheit 114, eine Anomalieblock-Erfassungseinheit 115, eine Anomalieblock-Meldeeinheit 116, eine Empfehlungswert-Berechnungseinheit 117, eine Empfehlungswert-Meldeeinheit 118 und eine Befehlsgeschwindigkeits-Aktualisierungseinheit 119.
Die Programmausführeinheit 111 führt ein Bearbeitungsprogramm aus. Genauer führt die Programmausführeinheit 111 bei dieser Ausführungsform eine Simulation des Bearbeitungsprogramms aus. Bei dieser Simulation ist beispielsweise vorzugsweise ein Werkstück in der Werkzeugmaschine 200 angeordnet, und die Werkzeugmaschine 200 wird tatsächlich betrieben, statt dass das Bearbeitungsprogramm lediglich leer ausgeführt wird. Der Grund hierfür ist, dass sich die (später zu beschreibende) Differenz der Vorgriffsblöcke im Verlauf der Zeit abhängig von der Betriebsumgebung und der Achsenkonfiguration der Werkzeugmaschine 200 verändert.
Parallel zu der von der Programmausführeinheit 111 ausgeführten Simulation des Bearbeitungsprogramms greift die Programmvorgriffseinheit 112 auf das Bearbeitungsprogramm vor, bevor die Simulation ausgeführt wird.
4 ist ein Graph, der eine normale Differenz der Vorgriffsblöcke, auf die von der Programmvorgriffseinheit 112 vorgegriffen wird, im Verlauf der Zeit zeigt. Die Vorgriffsblöcke sind null, wenn die Position eines Blocks, auf den von der Programmvorgriffseinheit 112 vorzugreifen ist, oder die Position eines Blocks, der von der Programmausführeinheit 111 auszuführen ist, das Ende des Bearbeitungsprogramms erreicht. Die Vorgriffsblöcke gehen jedoch normalerweise nicht gleichmäßig auf null zurück. Die Verringerungsrate der Vorgriffsblöcke verändert sich abhängig von der Verarbeitungszeit für jeden Block, die aufgrund einer Änderung der Krümmung der Bearbeitungsbahn oder der Achsenkonfiguration unterschiedlich ist.
Insbesondere bei einer Zunahme der Geschwindigkeit, mit der die Programmausführeinheit 111 das Bearbeitungsprogramm ausführt, und einer Verkürzung der Verarbeitungszeit für jeden Block nimmt die Abnahmerate der Vorgriffsblöcke zu. Geschieht dies, können die zur Bestimmung des Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgangs verwendeten Vorgriffsblöcke nicht sichergestellt werden, und eine Geschwindigkeitssteueranomalie tritt auf, bei der eine Änderung der Geschwindigkeit nicht mehr konstant ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet die (später zu beschreibende) Theoriewert-Berechnungseinheit 113 theoretische Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm, und die Messwert-Berechnungseinheit 114 berechnet tatsächlich gemessene Werte pro Block in der von der Programmvorgriffseinheit 112 benötigten Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm. Dann vergleicht die Anomalieblock-Erfassungseinheit 115 zur Erfassung eines anomalen Blocks, der ein Block ist, bei dem das Auftreten einer Geschwindigkeitssteueranomalie relativ wahrscheinlich ist, die theoretischen Werte mit den tatsächlich gemessenen Werten.
Die Theoriewert-Berechnungseinheit 113 berechnet anhand der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine 200 und der Längen exakter gerader Linien, die die Bearbeitungsbahn bilden, der die Werkzeugmaschine 200 folgt, theoretische Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm.
Genauer berechnet die Theoriewert-Berechnungseinheit 113 die theoretischen Werte für die Verarbeitungszeit zum Ausführen des Programms anhand der folgenden Gleichung (1): Theoretische Werte für die Verarbeitungszeit zum Ausführen des $\begin{array}{l} Programs (ms) = 60 \cdot L \ddot{a} ngen extrakter gerader Linien (mm) / \\ Befehlsgeschwindigkeit (mm / min) \end{array}$
Die Messwert-Berechnungseinheit 114 berechnet bei der Ausführung des Bearbeitungsprogramms durch die Programmausführeinheit 111 tatsächlich gemessene Werte pro Block in der Gesamtzeit der von der Programmvorgriffseinheit 112 benötigten Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm.
Die Anomalieblock-Erfassungseinheit 115 vergleicht die Summe der von der Theoriewert-Berechnungseinheit 113 berechneten theoretischen Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm mit der Summe der tatsächlich gemessenen Werte pro Block in der von der Programmvorgriffseinheit 112 benötigten Vorgriffszeit und der tatsächlichen Verarbeitungszeit für das von der Programmausführeinheit 111 ausgeführte Bearbeitungsprogramm, die von der Messwert-Berechnungseinheit 114 berechnet wird, und erfasst die anomalen Blöcke. Ein Block, bei dem das Ergebnis einer Subtraktion der Summe der theoretischen Werte von der Summe der gemessenen Werte größer als ein vorgegebener Wert ist, wird als anomaler Block erfasst. Dieser anomale Block ist ein Block, bei dem das Auftreten einer Geschwindigkeitssteueranomalie im Vergleich zu anderen Blöcken relativ wahrscheinlich ist.
Die Anomalieblock-Meldeeinheit 116 meldet die Position des anomalen Block in dem Bearbeitungsprogramm außerhalb der numerischen Steuervorrichtung 100. Die Anomalieblock-Meldeeinheit 116 kann die Position des anomalen Blocks beispielsweise unter Verwendung der in 2 dargestellten Anzeige-/MDE-Einheit 70 anzeigen.
Wenn von der Anomalieblock-Erfassungseinheit 115 ein anomaler Block erfasst wird, berechnet die Empfehlungswert-Berechnungseinheit 117 anhand Längen exakter gerader Linien, die die Bearbeitungsbahn bilden, der die Werkzeugmaschine 200 folgt, der von der Programmvorgriffseinheit 112 benötigten Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für jeden Block, der von der Programmausführeinheit 111 ausgeführt wird, eine Befehlsgeschwindigkeit als empfohlenen Wert. Genauer wird die Befehlsgeschwindigkeit, die als empfohlener Wert dient, anhand der folgenden Gleichung 2 berechnet: $\begin{array}{l} Befehlsgeschindigkeit als empfohlener Wert (mm / min) = 60 \cdot \\ L \ddot{a} nge exakter gerader Linien (mm) / (Vorgriffszeit + \\ Ausf \ddot{u} hrungszeit f \ddot{u} r jeden Block (ms)) \end{array}$
Wenn von der Anomalieblock-Erfassungseinheit 115 ein anomaler Block erfasst wird, d.h. wenn das Ergebnis einer Subtraktion der Summe der theoretischen Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm von der Summe der gemessenen Werte pro Block in der Gesamtzeit der Vorgriffszeit für das Bearbeitungsprogramm und der tatsächlichen Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm größer als ein vorgegebener Wert ist, wird die in dem Bearbeitungsprogramm eingestellte Befehlsgeschwindigkeit zur Verringerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit und zur Sicherung einer festgelegten Anzahl an Vorgriffsblöcken auf den empfohlenen Wert eingestellt. Durch diese Konfiguration kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit stabilisiert werden.
Die Empfehlungswert-Meldeeinheit 118 meldet die Befehlsgeschwindigkeit als von der Empfehlungswert-Berechnungseinheit 117 berechneten empfohlenen Wert außerhalb der numerischen Steuerung 100. Die Empfehlungswert-Meldeeinheit 118 kann den empfohlenen Wert beispielsweise unter Verwendung der in 2 dargestellten Anzeige-/MDE-Einheit 70 anzeigen. Durch diese Konfiguration erhält der Benutzer der numerischen Steuerung 100 Kenntnis von der Befehlsgeschwindigkeit als empfohlenem Wert und kann damit die empfohlene Befehlsgeschwindigkeit in dem Bearbeitungsprogramm einstellen.
Die Befehlsgeschwindigkeits-Aktualisierungseinheit 119 verwendet die als von der Empfehlungswert-Berechnungseinheit 117 berechneter, empfohlener Wert dienende Befehlsgeschwindigkeit zur Aktualisierung der Befehlsgeschwindigkeit, die nach dem Erschöpfungsblock in dem Bearbeitungsprogramm eingestellt wird.
Die 5A und 5B zeigen jeweils die Differenz der Anzahl an Vorgriffsblöcken im Verlauf der Zeit ohne eine Aktualisierung der nach dem Erschöpfungsblock eingestellten Befehlsgeschwindigkeit durch die Befehlsgeschwindigkeits-Aktualisierungseinheit 119 und bei einer Aktualisierung der der nach dem Erschöpfungsblock eingestellten Befehlsgeschwindigkeit durch die Befehlsgeschwindigkeits-Aktualisierungseinheit 119.
Wie in 5A dargestellt, nehmen die Vorgriffsblöcke von 1.000 Blöcken stetig ab und werden schließlich null, wenn die Befehlsgeschwindigkeit nicht aktualisiert wird und die Befehlsgeschwindigkeit beispielsweise F6000 ist.
Wird andererseits, wie in 5B dargestellt, die Befehlsgeschwindigkeit auf F2000 aktualisiert, werden die Vorgriffsblöcke auf 1.000 Blöcken gehalten.
<Arbeitsabläufe der Erfindung>
Nun wird unter Bezugnahme auf 6 bis 8 der Arbeitsablauf der numerischen Steuerung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
<Erster Arbeitsablauf>
6 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines ersten Arbeitsablaufs der numerischen Steuerung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. In Schritt S11 führt die Programmausführeinheit 111 eine Simulation des Bearbeitungsprogramms aus.
In Schritt S12 greift die Programmvorgriffseinheit 112 parallel zu der von der Programmausführeinheit 111 ausgeführten Simulation des Bearbeitungsprogramms vor der Ausführung der Simulation auf das Bearbeitungsprogramm vor.
In Schritt S13 berechnet die Theoriewert-Berechnungseinheit 113 anhand der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine 200 und der Längen exakter gerader Linien, die die Bearbeitungsbahn bilden, der die Werkzeugmaschine 200 folgt, theoretische Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm.
In Schritt S14 berechnet die Messwert-Berechnungseinheit 114 bei der Ausführung der Simulation des Bearbeitungsprogramms durch die Programmausführeinheit 111 tatsächlich gemessene Werte pro Block in der Gesamtzeit der von der Programmvorgriffseinheit 112 benötigten Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm.
Wenn in Schritt S15 das Ergebnis einer Subtraktion der Summe der theoretischen Werte pro Block von der Summe der tatsächlich gemessenen Werte pro Block höher als ein vorgegebener Wert ist (S15: JA), wird die Verarbeitung mit Schritt S16 fortgesetzt. Wenn das Ergebnis dem vorgegebenen Wert entspricht oder kleiner als dieser ist (S15: NEIN), wird die Verarbeitung mit den Schritten S11 und S12 fortgesetzt.
In Schritt S16 erfasst die Anomalieblock-Erfassungseinheit 115 einen anomalen Block.
In Schritt S17 meldet die Anomalieblock-Meldeeinheit 116 die Position des anomalen Block in dem Bearbeitungsprogramm außerhalb der numerischen Steuervorrichtung 100.
<Zweiter Arbeitsablauf>
7 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines zweiten Arbeitsablaufs der numerischen Steuerung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass die Schritte S21 bis S26 gemäß 7 mit den Schritten S11 bis S16 gemäß 6 identisch sind und dass daher auf eine Beschreibung dieser Schritte verzichtet wird.
In Schritt S27 berechnet die Empfehlungswert-Berechnungseinheit 117 die Befehlsgeschwindigkeit als empfohlenen Wert. In Schritt S28 meldet die Empfehlungswert-Meldeeinheit 118 die Befehlsgeschwindigkeit, die als empfohlener Wert dient, außerhalb der numerischen Steuerung 100.
<Dritter Arbeitsablauf>
8 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines dritten Arbeitsablaufs der numerischen Steuerung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass die Schritte S31 bis S37 gemäß 8 mit den Schritten S21 bis S27 gemäß 7 identisch sind und dass daher auf eine Beschreibung dieser Schritte verzichtet wird.
In Schritt S38 verwendet die Befehlsgeschwindigkeits-Aktualisierungseinheit 119 die Befehlsgeschwindigkeit, die als empfohlener Wert dient, zur Aktualisierung der Befehlsgeschwindigkeit, die nach dem anomalen Block in dem Bearbeitungsprogramm eingestellt wird.
<Ergebnisse der Ausführungsform>
Die numerische Steuerung 100 gemäß dieser Ausführungsform berechnet anhand der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine 200 und der Längen exakter gerader Linien, die die Bearbeitungsbahn bilden, der die Werkzeugmaschine 200 folgt, theoretische Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm, berechnet bei der Ausführung des Bearbeitungsprogramms tatsächlich gemessene Werte pro Block in der Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm und erfasst einen anomalen Block, der ein Block ist, bei dem das Ergebnis einer Subtraktion der Summe der theoretischen Werte von der Summe der tatsächlich gemessenen Werte größer als ein vorgegebener Wert ist.
Durch diese Konfiguration ist es möglich, die Position in dem Bearbeitungsprogramm zu erfassen, an der das Auftreten einer Geschwindigkeitssteueranomalie als Ergebnis einer unzureichenden Anzahl an zur Bestimmung des Beschleunigungs-/Verlangsamungsvorgangs zur Stabilisierung der Vorschubgeschwindigkeit und der Abtraggeschwindigkeit verwendeten Vorgriffsblöcken wahrscheinlich ist.
Die numerische Steuerung 100 gemäß dieser Ausführungsform meldet auch die Position des anomalen Blocks in dem Bearbeitungsprogramm außerhalb der numerischen Steuerung 100.
Als Ergebnis kann der Benutzer der numerischen Steuerung 100 Kenntnis von der Position erhalten, an der das Auftreten einer Geschwindigkeitssteueranomalie wahrscheinlich ist.
Ferner berechnet die numerische Steuerung 100 gemäß dieser Ausführungsform eine Befehlsgeschwindigkeit als zur Sicherstellung der Vorgriffsblöcke empfohlenen Wert.
Durch diese Konfiguration kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine 200 von der numerischen Steuerung 100 stabilisiert werden.
Die numerische Steuerung 100 gemäß dieser Ausführungsform meldet auch die Befehlsgeschwindigkeit als zur Sicherstellung der Vorgriffsblöcke empfohlenen Wert außerhalb der numerischen Steuerung 100.
Als Ergebnis kann der Benutzer der numerischen Steuerung 100 Kenntnis von der Befehlsgeschwindigkeit als zur Sicherstellung der Vorgriffsblöcke empfohlenem Wert erhalten und sie einstellen.
Ferner verwendet die numerische Steuerung 100 gemäß dieser Ausführungsform die als zur Sicherstellung der Vorgriffsblöcke empfohlener Wert dienende Befehlsgeschwindigkeit zur Aktualisierung der Befehlsgeschwindigkeit, die nach dem anomalen Block in dem Bearbeitungsprogramm eingestellt wird.
Durch diese Konfiguration kann der Benutzer der numerischen Steuerung 10 die Befehlsgeschwindigkeit als zur Sicherstellung der Vorgriffsblöcke empfohlenen Wert automatisch statt manuell einstellen.
<Modifikationsbeispiele>
<Modifikationsbeispiel 1>
Wenn bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein anomaler Block erfasst wird, wird eine Meldung der Position dieses anomalen Blocks ausgegeben und die Befehlsgeschwindigkeit als empfohlener Wert wird berechnet, doch die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Programmausführeinheit 111 kann beispielsweise die Simulation des Bearbeitungsprogramms anhalten, wenn ein anomaler Block erfasst wird.
<Modifikationsbeispiel 2>
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform definiert die Anomalieblock-Erfassungseinheit 115 einen anomalen Block als Block, bei dem nach einem Vergleich der Summe der von der Theoriewert-Berechnungseinheit 113 berechneten theoretischen Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm mit der Summe der tatsächlich gemessenen Werte pro Block in der von der Programmvorgriffseinheit 112 benötigten Vorgriffszeit und der tatsächlichen Verarbeitungszeit für das von der Programmausführeinheit 111 ausgeführte Bearbeitungsprogramm, die von der Messwert-Berechnungseinheit 114 berechnet wird, das Ergebnis einer Subtraktion der Summe der theoretischen Werte von der Summe der tatsächlich gemessenen Werte größer als ein vorgegebener Wert ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Anomalieblock-Erfassungseinheit 115 kann beispielsweise einen anomalen Block als Block definieren, bei dem das Verhältnis der Summe der Anzahl an tatsächlich gemessenen Werten zu der Summe der Anzahl an theoretischen Werten einen vorgegebenen Wert übersteigt.
<Modifikationsbeispiel 3>
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden der erste bis dritte Arbeitsgang ausgeführt, wenn die Programmausführeinheit 111 die Simulation des Bearbeitungsprogramms ausführt, doch die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Es können beispielsweise ähnliche Arbeitsabläufe während einer tatsächlichen Bearbeitung ausgeführt werden, bei der die numerische Steuerung 100 die Werkzeugmaschine 200 steuert.
<Modifikationsbeispiel 4>
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform meldet die Anomalieblock-Erfassungseinheit 116 die Position des anomalen Blocks in dem Bearbeitungsprogramm außerhalb der numerischen Steuerung 100, doch die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. So kann beispielsweise die dem anomalen Block entsprechende Anzahl an seit dem Beginn des Bearbeitungsprogramms verstrichenen Sekunden einer Vorrichtung außerhalb der numerischen Steuerung 100 gemeldet werden.
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, doch die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Sämtliche der beschriebenen Ergebnisse sind lediglich die positivsten Ergebnisse, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden, und die durch die vorliegende Erfindung erzielten Ergebnisse sind nicht auf die hier vorgelegte Beschreibung beschränkt.
Das von der numerischen Steuerung 100 verwendete Steuerverfahren wird durch Software implementiert. Bei der Verwendung von Software werden die Programme, die diese Software bilden, auf einem Computer (in einer numerischen Steuerung 100) installiert. Diese Programme können auf einem entnehmbaren Medium aufgezeichnet und an einen Benutzer vertrieben werden oder sie können als Datei zum Herunterladen auf den Computer eines Benutzers über ein Netzwerk zugänglich gemacht werden. Diese Programme können dem Computer eines Benutzers (der numerischen Steuerung 100) auch über ein Netzwerk als Internet-Service zur Verfügung gestellt werden, statt heruntergeladen zu werden.
Bezugszeichenliste

10: Steuersystem
100: numerische Steuerung
111: Programmausführeinheit
112: Programmvorgriffseinheit
113: Theoriewert-Berechnungseinheit
114: Messwert-Berechnungseinheit
115: Anomalieblock-Erfassungseinheit
116: Anomalieblock-Meldeeinheit
117: Empfehlungswert-Berechnungseinheit
118: Empfehlungswert-Meldeeinheit
119: Befehlsgeschwindigkeits-Meldeeinheit
200: Werkzeugmaschine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3723015 [0009]

Claims

Numerische Steuerung (100) zur Steuerung einer Werkzeugmaschine (200) mit Achsen durch Ausführen eines Bearbeitungsprogramms, das aus mehreren Blöcken zusammengesetzt ist und eine Beschleunigung/Verlangsamung der Achsen steuert, wobei die numerische Steuerung umfasst: eine Programmausführeinheit (111), die das Bearbeitungsprogramm ausführt; eine Programmvorgriffseinheit (112), die parallel zu der Ausführung des Bearbeitungsprogramms auf das Bearbeitungsprogramm vorgreift; eine Theoriewert-Berechnungseinheit (113), die anhand der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine (200) und der Längen exakter gerader Linien, die die Bearbeitungsbahn bilden, der die Werkzeugmaschine (200) folgt, theoretische Werte pro Block in der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm berechnet; eine Messwert-Berechnungseinheit (114), die bei der Ausführung des Bearbeitungsprogramms tatsächlich gemessene Werte pro Block in der von der Programmvorgriffseinheit (112) benötigten Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für das Bearbeitungsprogramm berechnet; und eine Anomalieblock-Erfassungseinheit (115), die einen anomalen Block erfasst, der ein Block ist, bei dem das Ergebnis einer Subtraktion der Summe der theoretischen Werte von der Summe der tatsächlich gemessenen Werte größer als ein vorgegebener Wert ist.
Numerische Steuerung (100) nach Anspruch 1, die ferner eine Anomalieblock-Meldeeinheit (116) umfasst, die eine Position des anomalen Blocks in dem Bearbeitungsprogramm außerhalb der numerischen Steuerung (100) meldet.
Numerische Steuerung (100) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Empfehlungswert-Berechnungseinheit (117) umfasst, die bei der Erfassung des anomalen Blocks anhand der Längen der exakten geraden Linien, der Vorgriffszeit und der Verarbeitungszeit für jeden Block eine Befehlsgeschwindigkeit als zur Sicherstellung der Vorgriffsblöcke empfohlenen Wert berechnet.
Numerische Steuerung (100) nach Anspruch 3, die ferner eine Empfehlungswert-Meldeeinheit (118) umfasst, die den empfohlenen Wert außerhalb der numerischen Steuerung (100) meldet.
Numerische Steuerung (100) nach Anspruch 3 oder 4, die ferner eine Befehlsgeschwindigkeits-Aktualisierungseinheit (119) umfasst, die den von der Empfehlungswert-Berechnungseinheit (117) berechneten empfohlenen Wert zur Aktualisierung einer Befehlsgeschwindigkeit verwendet, die nach dem anomalen Block in dem Bearbeitungsprogramm eingestellt wird.
Numerische Steuerung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Programmausführeinheit (111) das Bearbeitungsprogramm bei der Erfassung des anomalen Blocks anhält.