具有考慮插值后加減速的角路徑生成功能的數(shù)值控制裝置的制造方法

具有考慮插值后加減速的角路徑生成功能的數(shù)值控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)值控制裝置，特別涉及計算考慮了插值后加減速的內旋量的曲 線來插入到加工程序的指令路徑，由此能夠抑制設備的沖擊，同時保證工件（加工對象物） 的加工精度的數(shù)值控制裝置。
【背景技術】
[0002] 在數(shù)值控制中，在連續(xù)執(zhí)行進行加工指令的程序塊的情況下，通過移動方向發(fā)生 變換，在加工路徑中產生角。在角部進行移動的軸、各軸的速度急劇地發(fā)生變化，因此設備 容易產生沖擊。
[0003] 在一般的數(shù)值控制中，為了抑制這樣的沖擊而在角附近等進行針對各軸的加減速 處理。作為加減速處理的方法，有在插值處理之前沿著加工路徑進行加減速的插值前加減 速和在插值處理后針對各軸進行加減速的插值后加減速。
[0004] 在插值前加減速中，為了抑制在角部的各軸的速度的急劇變化，計算各軸的速度 變化量成為預先設定的容許速度差以下的角部速度，進行速度控制從而從角部之前開始對 進給速度進行減速，以使角部的速度成為計算出的角部速度，在到達角部后對進給速度進 行加速。
[0005] 在插值后加減速中，為了進一步抑制在設備產生的沖擊，進行控制從而通過時間 基準將通過插值前加減速決定的各軸的速度局部平均化，即抑制各軸的速度變化，結果在 程序塊間重疊地進行加減速，因此加工路徑偏離指令的加工路徑，產生內旋誤差。
[0006] 除了通過這些加減速處理抑制設備沖擊外，還有通過變更指令來消除角本身的方 法。該方法通過將曲線插入到加工指令中存在的角部來消除角部，其中上述曲線在容許的 內旋量的范圍內平滑地連接角前后的程序塊。這樣的方法具有以下特征：雖然在產生內旋 的點與插值后加減速沒有變化，但相對于因為通過時間基準將插值后加減速平均化所以由 于角形狀和進給速度使內旋量發(fā)生變化，在角部插入的曲線與角形狀和進給速度不相關， 因此容易控制角部的加工精度。
[0007] 作為這種控制角部的內旋誤差的現(xiàn)有技術，在日本特開2008-225825號公報中提 出了一種方法，即在角前后的程序塊之間插入平滑的多個曲線，從而消除角。另外，在日本 特開2013-069123號公報中，通過使在角部的成為目標的進給速度降低到適當?shù)乃俣?，?決了由于插值后加減速使內旋量超過容許范圍的問題。
[0008] 并且，在日本特開2014-021759號公報中，提出了以下的方法，即通過在角前后的 程序塊之間插入多個曲線，與加工形狀和指令速度無關，將角的內旋量控制在預先設定的 容許誤差以下，或者通過連續(xù)地連接在角部的方向、曲率，減輕針對設備的沖擊。
[0009] 在進行插值后加減速時，由于在角部的方向轉向角、在角前后進行移動的軸的不 同，或者由于表示插值后加減速的特性的時間常數(shù)，內旋量發(fā)生變化，因此為了使內旋量在 某個值以下，需要針對每個使用的設備和加工程序調整各軸的容許速度差和插值后加減速 的時間常數(shù)。
[0010] 這點在將曲線插入到角部時，能夠控制角部的內旋量，但是在將曲線進行插值時 插值點成為離散的數(shù)據(jù)。并且，因為從插值點生成對伺服電動機的指令脈沖，所以無法嚴密 地采用連續(xù)的值。因此，難以通過曲線插入完全抑制在設備產生的沖擊，因此一般一并進行 插值后加減速。
[0011] 另外，伺服電動機對于數(shù)值控制裝置的指令脈沖具有某種程度的延遲，因此即使 在將曲線插入到角部的情況下，也無法完全忽略插值后加減速、伺服電動機的延遲的影響。
[0012] 但是，在日本特開2008-225825號公報和日本特開2014-021759號公報中記載的 技術有以下問題，即在將曲線插入到角部時，沒有考慮插值后加減速引起的內旋和伺服電 動機的延遲引起的內旋。另外，日本特開2013-069123號公報所記載的技術有以下問題，即 為了抑制角部的沖擊，需要增大插值后加減速的時間常數(shù)，因此為了限制在角部的內旋量 需要充分減低進給速度。

【發(fā)明內容】

[0013] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)值控制裝置，其能夠保證工件的加工精度，同 時抑制角前后的設備的沖擊。
[0014] 本發(fā)明的數(shù)值控制裝置控制具有多個控制軸的機床，從而在由多個程序塊組成的 加工程序中的連續(xù)2個程序塊之間產生的角部插入曲線的移動路徑，由此修正內旋誤差。 該數(shù)值控制裝置具備：容許內旋量設定部，其設定在上述程序塊之間產生的角部產生的內 旋量容許值；和角路徑生成部，其在上述程序塊之間產生的角部插入上述內旋量容許值以 下的內旋量的曲線的移動路徑。并且，上述角路徑生成部根據(jù)上述曲線的曲率半徑和上述 機床的各軸的容許加速度，計算通過對上述角部進行修正后加減速而產生的內旋估算量， 在上述曲線的內旋量與上述內旋估算量之和大于上述內旋量容許值的情況下，在上述程序 塊之間產生的角部插入內旋量成為從上述內旋量容許值減去上述內旋估算量得到的值的 曲線的移動路徑。
[0015] 上述角路徑生成部通過以下公式計算上述內旋估算量，
[0016]
[0017] 其中，?\為插值后加減速時間常數(shù)，T2為伺服電動機時間常數(shù)，v為進給速度，r為 圓弧半徑。
[0018] 本發(fā)明中，在插入與角前后的程序塊平滑連接的曲線的控制中，估算插值后加減 速引起的內旋量或伺服電動機的延遲引起的內旋量，限制在角部插入的曲線的內旋量，由 此控制路徑以使最終實施了插值后加減速的路徑的內旋量收斂在容許范圍內，從而解決課 題。另外，在插入曲線時，預先從容許內旋量減去插值后加減速的內旋量，由此能夠控制實 施了插值后加減速的路徑的加工精度。
[0019] 通過設置這樣的結構，根據(jù)本發(fā)明，當在角部插入曲線，將角前后的程序塊平滑地 連接，并且一并使用差值后加減速的情況下，與角的形狀、進給速度無關能夠以指定的精度 進行加工，由此，能夠通過插值后加減速抑制設備的沖擊，同時保證工件的加工精度。
【附圖說明】
[0020] 通過參照【附圖說明】以下的實施方式，本發(fā)明的上述以及其他的目的和特征會變得 明確。在這些附圖中：
[0021] 圖1是本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的一實施方式的主要部分框圖。
[0022] 圖2是圖1的數(shù)值控制裝置的功能框圖。
[0023] 圖3是說明通過本發(fā)明的數(shù)值控制裝置執(zhí)行的角路徑生成處理中的曲線插入過 程的控制軸路徑的圖。
[0024] 圖4是說明通過本發(fā)明的數(shù)值控制裝置執(zhí)行的角路徑生成處理中的曲線插入后 的控制軸的路徑的圖。
[0025] 圖5是表示在本發(fā)明的數(shù)值控制裝置上執(zhí)行由圖2的角路徑生成部執(zhí)行的角路徑 生成處理時的流程的流程圖。
[0026] 圖6是由本發(fā)明的數(shù)值控制裝置控制的由3個直線軸（X、Y、Z軸）和2個旋轉軸 (B、C軸）構成的5軸加工的機床的示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 圖1是本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的一實施方式的主要部分框圖。
[0028] CPU11是整體控制數(shù)值控制裝置100的處理器，經由總線20讀出在R0M12中存儲 的系統(tǒng)程序，根據(jù)該讀出的系統(tǒng)程序控制數(shù)值控制裝置100整體。RAM13存儲臨時的計算數(shù) 據(jù)和顯示數(shù)據(jù)以及操作者經由顯示器/MDI單元70輸入的各種數(shù)據(jù)。
[0029] CM0S14由未圖示的電池進行支持，構成為即使數(shù)值控制裝置100的電源被切斷也 能保持存儲狀態(tài)的非易失性存儲器。在該CM0S14中存儲經由接口 15讀入的后述的加工程 序、經由顯示器/MDI單元70輸入的加工程序等。另外，在R0M12中預先寫入了各種系統(tǒng)程 序，該各種系統(tǒng)程序用于實施加工程序的生成和編輯所需要的編輯模式的處理和用于自動 運行的處理。
[0030] 能夠經由接口 15和顯示器/MDI單元70輸入執(zhí)行本發(fā)明的加工程序等各種加工 程序，將其存儲在CM0S14中。
[0031] 接口 15能夠將數(shù)值控制裝置100和適配器等的外部設備72連接。從外部設備72 側讀入加工程序和各種參數(shù)等。另外，能夠經由外部設備72將在數(shù)值控制裝置100內進行 了編輯的加工程序存儲在外部存儲單元中。PMC(可編程序機床控制器）16通過在數(shù)值控制 裝置1〇〇中內置的時序程序經由I/O單元17向機床側的輔助裝置（例如稱為工具更換用 機械手的執(zhí)行器）輸出信號來進行控制。另外，接收機床（未圖示）本體上配備的操作盤 的各種開關等的信號，進行必要的處理后，將該信號轉交給CPU11。
[0032] 顯示器/MDI單元70是具備顯示器和鍵盤等的手動數(shù)據(jù)輸入裝置，接口 18接收來 自顯示器/MDI單元70的鍵盤的指令、數(shù)據(jù)后將其轉交給CPU11。接口 19與具備了手動脈 沖發(fā)生器等的操作盤71連接。
[0033] 各軸的軸控制電路30~34接收來自CPU11的各軸的移動指令量，將各軸的指令 輸出給伺服放大器40~44。伺服放大器40~44接收該指令，驅動各軸的伺服電動機50~ 54。各軸的伺服電動機50~54內置有位置/速度檢測器，將來自該位置/速度檢測器的 位置/速度反饋信號反饋給軸控制電路30~34,進行位置/速度的反饋控制。在圖1的框 圖中，省略位置/速度的反饋。
[0034] 主軸控制電路60接收對機床的主軸旋轉指令，對主軸放大器61輸出主軸速度信 號。主軸放大器61接收該主軸速度信號，按照指示的旋轉速度使機床的主軸電動機62旋 轉，驅動工具。
[0035] 通過齒輪或皮帶等將位置編碼器63與主軸電動機62結合，位置編碼器63與主軸 的旋轉同步地輸出反饋脈沖，經由總線20由處理器11讀取該反饋脈沖。
[0036] 圖2是圖1的數(shù)值控制裝置100的功能框圖。
[0037] 數(shù)值控制裝置100具備指令解析部110、插值部120、插值后加減速部130以及角 路徑生成部140。指令解析部110解析從CMOS存儲器14等讀出的加工程序200,變換為執(zhí) 行形式。插值部120根據(jù)指令解析部110輸出的執(zhí)行形式的指令進行插值處理，輸出對各 軸的移動指令。插值后加減速部130針對從插值部120輸出的各軸的移動指令進行插值后 加減速處理，根據(jù)處理后的各軸移動指令進行各軸的驅動控制。
[0038] 作為本發(fā)明的特征的角路徑生成部140在