CN101154099A

CN101154099A - 数值控制装置

Info

Publication number: CN101154099A
Application number: CNA2007101630249A
Authority: CN
Inventors: 渡边彻; 竹内靖; 远藤贵彦
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-04-02
Also published as: EP1906285A2; US20080082203A1; JP2008090513A

Abstract

通过存储了与时间相对的主轴速度以及主轴位置的路径表，对主轴进行速度控制以及轮廓控制。在速度控制中把向轮廓控制开始的切换指令和此时的时间(La)设定在路径表中，当到达该时间(La)时，读取此时的主轴速度(Sa)和主轴位置(Xa)。读取下一个所指定的轮廓控制开始的时间(Lb)和主轴位置Xb。为了在时间(La)与时间(Lb)之间主轴位置从(Xa)变为(Xb)，根据主轴速度Sa和轮廓控制中的最初路径的速度求出速度。通过该速度，以所指定的1次函数，从时间(La)到时间(Lb)进行主轴的移动。

Description

数值控制装置

技术领域

本发明涉及一种数值控制装置，其在存储器中设置有存储了与基准值对应的轴位置的表，并根据该表形式数据进行对轴驱动控制的路径表运转。

背景技术

在特开昭59-177604号公报(以下，称为专利文献1)、特开2003-303005号公报(以下，称为专利文献2)等中已知如下的路径表运转，以时间、主轴位置等为基准值，对应该基准值在存储器中以表的形式预先存储了控制轴的位置，从该进行了存储的存储器中对应基准值读出控制轴的位置，将控制轴控制到该位置。根据该以表的形式存储的数据与基准值同步地控制控制轴的路径表运转还称为电子凸轮控制，可针对基准值对控制轴进行正确的控制，可以进行在现有的加工程序中无法得到的自由的工具动作，实现了加工时间的缩短以及加工的高精度化。

另外，在专利文献2中还记载了如下内容：在根据表形式数据进行路径表运转时，指定是用1次函数的路径连接由该表形式数据所指定的轴位置之间，还是用2次函数、3次函数来连接，对控制轴进行控制，使其根据所指定的函数的路径在指定的位置之间进行移动。

在所述路径表运转中，在以时间为基准值，针对该基准值使主轴从速度控制切换为轮廓控制时，为了从指定的时间开始进行基于路径表运转的轮廓控制，必需使主轴在该指定的时间到达对应该时间指定的旋转位置。

但是，在速度控制中主轴的位置是不固定的，主轴何时到达开始进行基于路径表运转的轮廓控制的位置也是不固定的。因此，如图7所示，目前采取以下的方法：在从速度控制切换为轮廓控制时，使主轴速度减速并使其停止，之后在到达了由表形式数据指定的基准值(时间)时，主轴为了到达轮廓控制开始位置而进行加速。

但是在该方法中，必需进行主轴的减速、停止、加速的动作，导致加工时间变长，白白地消耗能源，并且成为使主轴电动机加热的原因。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种数值控制装置，在将主轴控制从速度控制切换为轮廓控制来进行路径表运转时，无需使主轴停止就可以从速度控制切换为轮廓控制来进行路径表运转。

本发明的数值控制装置，具有：存储路径表的存储器，该路径表以时间为基准，使该基准值和主轴速度、以及所述基准值和所述主轴位置分别对应；依次读出该路径表的基准值和主轴速度，对应基准值控制主轴速度的速度控制执行单元；依次读出所述路径表的基准值和主轴位置，对应基准值控制主轴位置的轮廓控制执行单元；检测所述主轴的旋转位置的位置检测单元；在所述路径表中，针对位于设定了由轮廓控制执行单元开始执行轮廓控制的基准值之前的基准值，设定从速度控制向轮廓控制的切换指令，从该路径表读出该设定的切换指令，并通过所述位置检测单元求出在到达设定了该切换指令的基准值时的主轴位置的单元；根据到达设定了所述切换指令的基准值时的主轴速度、和轮廓控制开始时的主轴速度，求出使主轴从所述求出的切换指令时的主轴位置移动到轮廓控制开始时的主轴位置的速度的连接主轴速度取得单元；以及通过由所述连接主轴速度取得单元所求出的主轴速度，将主轴从所述切换指令时的主轴位置驱动到轮廓控制开始时的主轴位置的主轴驱动单元。

在所述路径表中还可以设定如下的信息，用时间的1次函数或多次函数指定对到达了存储所述切换指令的基准值时的主轴位置与轮廓控制开始时的主轴位置进行连接的主轴移动函数。并且，将主轴从所述切换指令时的主轴位置驱动到轮廓控制开始时的主轴位置的所述主轴驱动单元在从存储所述切换指令的基准值到轮廓控制开始的基准值之间，根据所述指定的函数来驱动主轴。

根据本发明，在从速度控制切换到轮廓控制时，无需使主轴速度减速停止就可从速度控制转换到轮廓控制，所以可以缩短加工时间。另外，因为不需要减速停止，所以可以防止减速停止以及之后的加速等无用的能量消耗，可以抑制主轴电动机的加热。

附图说明

通过参照附图对以下实施例进行说明，本发明上述的目的、特征以及其它的目的、特征变得明确。在这些附图中：

图1的(a)和(b)是在采用本发明的数值控制装置的路径表运转中，从速度控制转换为轮廓控制时的动作状态的说明图。

图2是在本发明的数值控制装置中将从速度控制切换为轮廓控制时的连接函数设为1次函数时的例子的说明图。

图3是在本发明的数值控制装置中，将从速度控制切换为轮廓控制时的连接函数设为1次函数，不停止主轴速度地进行移动时的移动量的说明图。

图4用主要部件方框图来表示了本发明的数值控制装置的一实施方式。

图5是保存在本发明的数值控制装置的存储器中的、针对主轴的路径表的一例。

图6是表示本发明的数值控制装置从速度控制转换到轮廓控制时的控制处理算法的流程图。

图7是在现有路径表运转中从速度控制切换为轮廓控制时的动作的说明图。

具体实施方式

首先，对本发明的动作原理进行说明。

图1的(a)以及(b)是在本发明的路径表运转中从速度控制转换到轮廓控制时的动作状态的说明图。在路径表中对应时间La指令了从速度控制切换为轮廓控制。这里，时间为基准L的值。

当基准L的值到达La时，读入此时的主轴位置Xa与主轴速度Sa，读出在路径表中设定了下次指令的轮廓控制开始指令的基准L的值Lb、和对应该指令值Lb所指令的轮廓控制开始的主轴位置Xb，并且，读出下次指令的连接函数(1次函数、2次函数、3次函数等多次函数)。如此，为了在基准L的值到达Lb时主轴到达在路径表中所指令的位置Xb，进行控制以便通过上述读出的连接函数的动作无需使速度减速停止地在基准L的值从La向Lb变化的期间进行移动。这点正是本发明的特征。并且，在基准L的值到达了Lb之后，与现有技术相同，根据路径表中设定的数据，通过轮廓控制的路径表运转来驱动控制主轴。

图2以及图3的说明图一同说明将用于从速度控制切换为轮廓控制的连接函数设为1次函数时的例子。

当在路径表中设定有在基准值L到达了La时从速度控制切换为轮廓控制的指令时，通过位置/速度检测器23(图4)读入基准值L到达了该指令值La时的主轴位置Xa。另外，根据在此时(L＝La)所指令的主轴速度来读出此时的主轴速度Sa，或者从位置/速度检测器23中读出此时的主轴速度Sa。另外，读出由路径表指定了轮廓控制开始指令的下一个基准值L＝Lb、以及对应于该值Lb所指定的主轴位置Xb。而且，读出与基准L的值Lc对应的主轴位置Xc，该基准L的值Lc表示以轮廓控制的开始点为起始点的最初路径(移动动作)的终点。此外，从位置/速度检测器23读出的位置X是主轴1旋转范围内的位置。

首先，求出从主轴位置Xa到轮廓控制开始的主轴位置Xb的差分Dx，在该主轴位置Xa发出了从速度控制向轮廓控制的切换指令。

Dx＝Xb-Xa (度) (1)

如图2所示，在该例中，因为是以1次函数进行连接，所以通过直线来连接主轴位置Xa至主轴位置Xb。

在本发明中，为了在该连接中无需使主轴速度减速停止地进行连接，从当前的主轴速度Sa接近轮廓控制中的最初路径(移动动作)中的速度Sb，求出在基准值L＝Lb时主轴位置X到达指定位置Xb这样的速度。

通过以下的公式(2)求出从轮廓控制开始后的与基准值L＝Lb相对的主轴位置Xb到与下一个基准值L＝Lc相对的主轴位置Xc之间的速度。

Sb＝{(Xc-Xb)/(Lc-Lb)}×(60/360) (旋转/分) (2)

然后，求出在该轮廓控制的最初路径(Xc与Xb之间)中的速度Sb和当前速度Sa的平均速度Savg。

Savg＝(Sa+Sb)/2 (旋转/分) (3)

然后，求出从当前位置Xa到轮廓控制开始时的位置Xb的通过该平均速度Savg的移动量Dt。

Dt＝Savg×(360/60)×(Lb-La) (度) (4)

用于维持速度的移动量为了保持作为一旋转范围内的位置的轮廓控制开始位置Xb，需要为360度的整数倍。因此，通过以下的公式求出以360度旋转的、360度的整数倍(转速单位的整数倍)的移动量Ds。

Ds＝INT(Dt/360)×360 (度) (5)

在该公式(5)中，INT(Dt/360)表示舍去了(Dt/360)的小数点以后得到的值。

如图3所示，该移动量Ds是360度单位(转速单位)的移动量。对该移动量Ds加上通过公式(1)求出的主轴1旋转范围内的移动量Dx后得到的移动量D表示主轴的旋转移动量，该主轴的旋转移动量是以将主轴的移动速度从速度控制切换为轮廓控制时的速度Sa、与轮廓控制中的在最初路径中移动时的速度Sb的平均速度，从主轴Xa移动到Xb的旋转移动量。

D＝Dx+Ds (度) (6)

因此，在该例中，指定1次函数作为连续函数，所以将移动量除以从主轴位置(当前位置)Xa的基准值L＝La到指令了轮廓控制开始时的位置Xb的基准值L＝Lb的经过时间，来求出该期间的主轴速度V，上述主轴位置Xa是发出了从速度控制向轮廓控制的切换指令的位置。

V＝D/(Lb-La) (度/秒) (7)

以该速度V从位置Xa(基准值La)到位置Xb(基准值Lb)，根据基准值L进行插补来驱动主轴。该插补的点如之前的专利文献2所示，各插补点的位置通过下面的公式(8)根据基准值L求出此时的位置X，来进行插补。

X＝{(L-La)×D/(Lb-La)}+Xa

＝(L-La)×V+Xa (8)

然后，在基准值L到达Lb，主轴位置到达了Xb之后，根据路径表数据进行轮廓控制。

此外，上述例子是以1次函数进行连接的例子，但还可以指定为多次函数。例如，在用2次函数进行连接时，如之前的专利文献2所示，利用下面的公式(9)求出插补点的位置X。

X＝(1/2)×{(Sb-Sa)/(Lb-La)}×(L-La)²

+Sa(L-La)+Xa (9)

其中，Sb＝{2×D/(Lb-La)}-Sa。

在通过3次函数进行连接时，如专利文献2所示，预先设定在基准值L＝Lb的速度Sb，利用下面的公式(10)求出插补点的位置X。

X＝(1/6)×{(Ab-Aa)/(Lb-La)}×(L-La)³

+(1/2)× Aa(L-La)²+Sa(L-La)+Xa (10)

其中，在L＝Lb时，由条件S＝Sb、X＝D+Xa求出加速度Aa以及Ab。

在通过4次函数进行连接时，预先设定基准值L＝Lb和速度Sb，利用下面的公式(11)求出插补点的位置X。

X＝(1/24)×{(Bb-Ba)/(Lb-La)}×(L-La)⁴

+(1/6)× Ba(L-La)³+(1/2)× Aa(L-La)²

+Sa(L-La)+Xa (11)

其中，在L＝Lb时，通过边界条件S＝Sb以及X＝D+Xa，求出在基准值L＝La的加加速度Ba、和在基准值L＝Lb的加加速度Bb。

而且，在通过5次函数进行连接时，预先设定在基准值L＝Lb的速度Sb以及在基准值L＝La、L＝Lb的加速度Aa、Ab，利用下面的公式(12)求出插补点的位置X。

X＝(1/120)×{(Cb-Ca)/(Lb-La)}×(L-La)⁵

+(1/24)Ca(L-La)⁴+(1/6)× Ba(L-La)³

+(1/2)Aa(L-La)²+Sa(L-La)+Xa (12)

在L＝Lb时，由边界条件A＝Ab、S＝Sb、X＝D+Xa，求出基准值L＝La、L＝Lb的加速度变化量Ca、Cb 以及基准值L＝La的加加速度Ba。

此外，关于该4次连接以及5次连接的方法以及上述2、3次连接，在本申请的申请人于2006年5月19日向日本专利厅提交的特愿2006-130513号中进行了记载，所以省略其详细的说明。

以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。

图4是本实施方式的数值控制装置10的概要方框图，作为数值控制装置的结构与现有装置没有特别的差异，所以仅表示概要。

在数值控制装置10的处理器(CPU)11上经由总线19连接有：存储器12、接口13、显示器/手动输入单元机构14、各轴控制电路15、主轴控制电路17。存储器12由ROM、RAM、非易失性RAM等构成，其存储了系统程序、加工程序，尤其涉及到本发明，存储有对路径表运转用数据进行存储的路径表。加工程序和路径表在外部生成，并存储在存储介质(未图示)中，从该存储介质经由接口13取入到存储器12内，并最终存储在这里。另一方面，读出存储在存储器12中的加工程序和路径表数据，经由接口13输出到外部的存储介质。

显示器/手动输入单元机构14具有：由CRT或液晶等构成的显示器；以及由键盘等构成的手动输入单元，用于输入各种指令及数据。

对工具的每个进给轴(互相垂直的X、Y、Z轴)设置轴控制电路15，根据向这些各轴的来自处理器11的移动指令量、以及来自安装在各轴的伺服电动机20上的轴位置/速度检测器21的位置/速度反馈信号，进行位置反馈控制以及速度反馈控制，经由各轴的伺服放大器16来驱动各轴的伺服电动机20。

另外，在本实施方式中，在主轴上安装有检测主轴的旋转位置的位置/速度检测器23。并且，主轴控制电路17根据来自位置/速度检测器23的位置以及速度的反馈信号、和来自处理器11的移动指令量或速度指令，来进行位置反馈控制以及速度反馈控制，并经由主轴放大器18驱动控制主轴电动机22。

图5是在本实施方式中，在进行路径表运转时设定存储在存储器12中的主轴用路径表T的一例。

在该实施方式中，以时间为基准，针对其基准值L设定了主轴速度或主轴位置。如果在该路径表T中针对基准值L设定了速度S，则成为通过路径表运转的速度控制。另一方面，如果针对基准值L设定了位置X，则成为通过路径表运转的位置控制，即轮廓控制。指令R是针对基准值L输出的指令。

在图5的例子中，针对基准值L＝L0、L1...设定了速度S＝S0、S1...，针对基准值L＝La设定了指令R32。该指令R32是开始从速度控制向轮廓控制的切换的指令。另外，针对设定了该指令R32的基准值L＝La的下一个基准值L＝Lb，设定了位置Xb和指令R33。其指令在基准值L＝Lb时主轴到达位置Xb，并且指令在该值Lb，通过由指令R33指令的连接函数开始轮廓控制。

该R33是指定1次函数作为连接函数的指令，是将主轴控制为在基准值L＝La至L＝Lb之间以1次函数进行动作的指令。取而代之，在通过2次函数控制主轴时设定R332，在通过3次函数控制主轴时设定R333，在通过4次、5次等次数的函数控制主轴时设定R334、R335等指定各自函数的指令。

另外，基准值L＝Lb的下一个基准值L＝Lc是开始轮廓控制进行下一个指令的值(时间)。针对该基准值L＝Lc设定了轮廓控制开始后的最初路径的终点Xc、以及对从速度控制切换为轮廓控制时的连接函数进行指定的R1。该R1是将主轴控制为在基准值L＝Lb至基准值L＝Lc之间以1次函数进行动作的指令。取而代之，在控制为以2次函数进行动作时设定R2，在控制为以3次函数进行动作时设定R3，此外，在控制为以4次、5次等次数的函数进行动作时设定R4、R5等。

还存在在开始了轮廓控制后，针对基准值L分别设定用于进行轮廓控制的主轴位置X，另外设定连接该设定位置之间的连接函数R。该轮廓控制开始后的路径表T的数据与现有的路径表运转中所使用的路径表数据相同，如果是不对现有的轮廓控制中的各路径的连接函数进行指定的类型的路径表运转，则在轮廓控制中的指令R中可以不设定连接函数。另外，如果是设定了该轮廓控制中的各路径的连接函数的路径表运转，则如专利文献2所记载的那样，分别设定了连接函数。

另外，路径表T仅表示用于主轴，但也可以与现有技术相同地设定与主轴同步地进行路径表运转的进给轴(X、Y、Z轴)所使用的路径表，并设有设定了对应基准值进行同步运转的进给轴位置的路径表。这点与现有技术相同，所以省略说明。

图6是表示数值控制装置10的处理器11从路径表运转时的速度控制转换到轮廓控制时的控制处理算法的流程图。

首先，与现有技术相同，一边读出表示计数器等的时间的值一边以该读出的值为基准，根据设定在路径表中的数据进行主轴的速度控制(步骤100)。即，当作为基准值L的时间到达设定在路径表T中的值时，以针对该值L设定的速度来驱动控制主轴。然后，读出在路径表T中下一个设定的基准值L和针对该值设定的数据。如果对应于基准值L设定了速度数据S，则读出速度数据继续进行速度控制。

另一方面，当读出下一个基准值L和针对该值L的R32指令(开始从速度控制向轮廓控制的切换的指令)时(步骤101)，读取在路径表T中设定的下两个基准值L和针对这些值L设定的数据。在图5所示的路径表T的例子中，当读出指令了指令R32的基准值L＝La时，读入下一个基准值L＝Lb、针对该值Lb设定的主轴位置Xb和指令R33(轮廓控制开始的指令)，而且还读入其下一个基准值L＝Lc、针对该值Lc设定的主轴位置Xc和指令R1(步骤102)。R33是指令通过1次函数连接La至Lb之间的指令，R1是指令通过1次函数连接Lb至Lc之间的指令。

等待表示基准值L(时间)的计数器值达到指令了切换指令R32的值La(步骤103)。当达到L＝La时，根据来自位置/速度检测器23的反馈信号来求出此时的主轴位置Xa。另外，根据路径表T求出此时的指令主轴速度Sa(或者读取由位置/速度检测器23输出的速度)并进行存储(步骤104)。

然后，利用上述公式(1)的运算来求出从位置Xa到位置Xb的主轴1旋转范围内的旋转角度Dx，上述位置Xa对应于指令了切换指令R32的基准值L＝La，上述位置Xb对应于通过指令R33指令了开始轮廓控制的基准值L＝Lb(步骤105)。

然后，求出轮廓控制开始之后的在最初路径(从对应于轮廓控制开始的基准值L＝Lb的主轴Xb到对应于下一个指定的基准值L＝Lc的主轴位置Xc的移动)中的主轴速度Sb。即，如上所述进行公式(2)的运算，求出转换为每分钟的主轴旋转数的主轴速度Sb(步骤106)。

用公式(3)求出当前速度Sa与轮廓控制中最初路径中的速度Sb的平均速度Savg(步骤107)。

而且，通过公式(4)的运算求出在从指令了切换指令R32的基准值L＝La到通过指令R33指令了开始轮廓控制的基准值L＝Lb之间，以上述求出的平均速度Savg进行移动的主轴的移动量Dt(步骤108)，采用该求出的移动量Dt进行公式(5)的运算，求出整数倍转速单位的主轴移动量Ds(步骤109)。

对如此求出的主轴移动量Ds加上在步骤105中求出的主轴1旋转范围内的移动量Dx，求出移动量D(＝Dx+Ds)，该移动量是用于使主轴以求出的平均速度Savg进行移动，并且从主轴1旋转范围内的速度控制中的轮廓控制切换指令位置Xa移动到轮廓控制开始位置Xb的移动量(步骤110)。

然后，根据从步骤102中读出的指定从速度控制切换为轮廓控制时的连接函数的指令，利用所指定的连接函数进行插补处理(步骤111)。因为在该实施方式中指定了R33(1次函数)，所以进行公式(8)的运算，根据基准值L(时间)进行插补，求出主轴旋转位置X，由该主轴位置X求出向主轴的移动指定量，然后向主轴控制电路17输出来驱动主轴电动机22。

然后，根据在路径表中设定的数据，进行通过表运转的轮廓控制。

此外，在步骤111中，在连接函数的指令为R332，指定了2次函数时，利用公式(9)；在由R333指定了3次函数时利用公式(10)；在由R334指定了4次函数时利用公式(11)；以及在由R335指定了5次函数时利用公式(12)来求出针对基准值L的主轴位置X，由该主轴位置求出移动量并输出给主轴控制电路17。

Claims

1.一种数值控制装置，其特征在于，具有：

存储路径表的存储器，该路径表以时间为基准，使该基准值和主轴速度、以及所述基准值和所述主轴位置分别对应；

依次读出该路径表的基准值和主轴速度，对应于基准值控制主轴速度的速度控制执行单元；

依次读出所述路径表的基准值和主轴位置，对应于基准值控制主轴位置的轮廓控制执行单元；

检测所述主轴的旋转位置的位置检测单元；

在所述路径表中，针对位于设定了由轮廓控制执行单元开始执行轮廓控制的基准值之前的基准值，设定从速度控制向轮廓控制的切换指令，从该路径表读出该设定的切换指令，并通过所述位置检测单元求出在到达设定了该切换指令的基准值时的主轴位置的单元；

根据到达设定了所述切换指令的基准值时的主轴速度、和轮廓控制开始时的主轴速度，求出使主轴从所述求出的切换指令时的主轴位置移动到轮廓控制开始时的主轴位置的速度的连接主轴速度取得单元；以及

通过由所述连接主轴速度取得单元所求出的主轴速度，将主轴从所述切换指令时的主轴位置驱动到轮廓控制开始时的主轴位置的主轴驱动单元。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

在所述路径表中还设定有通过时间的1次函数或者多次函数来指定主轴移动函数的信息，该主轴移动函数对到达了存储所述切换指令的基准值时的主轴位置与轮廓控制开始时的主轴位置进行连接，

将主轴从所述切换指令时的主轴位置驱动到轮廓控制开始时的主轴位置的所述主轴驱动单元在从存储所述切换指令的基准值到达轮廓控制开始的基准值之前，根据所述指定的函数来驱动主轴。

3.根据权利1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述连接主轴速度取得单元通过下式表示的一定速度V，将主轴从读出所述切换指令时的主轴的位置驱动到轮廓控制开始时的主轴的位置，

V＝{Dx+INT[Savg×t/60]×360}/t

其中，Dx是从所述切换指令时的主轴的位置到轮廓控制开始时的主轴位置的1转内的移动量(度)，INT[]表示舍去了[]内数值的小数点之后的值，Savg是到达设定了所述切换指令的基准值时的主轴速度(转/分)和轮廓控制开始时的主轴速度(转/分)的平均值，t是从设定了由速度控制向轮廓控制的切换指令的时刻(基准值)到设定了开始轮廓控制的时刻(基准值)为止的经过时间(秒)。