进行基于曲率和曲率变化量的速度控制的数值控制装置的制作方法

本发明涉及数值控制装置，特别是能够根据移动路径的形状进行最佳的速度控制的数值控制装置。

背景技术：

在数值控制装置进行的机械控制中，一般对于机械所具备的各轴设定有容许加速度，在使驱动对象沿着曲线形状或拐角形状等移动路径进行移动时，控制成使移动方向变化时的加速度在不超过容许加速度的范围内以最大速度来使其移动。

图7是说明现有的考虑了容许加速度的速度控制的例子的图。

在使机械所具备的刀具等驱动对象沿着实线箭头的移动路径以移动速度v移动时，若设移动路径上的点n的X轴方向的加速度为ax_n，Y轴方向的加速度为ay_n，则当增大速度v时，为了在点n沿着移动路径变更移动方向，必须增大加速度ax_n、ay_n。但是，加速度ax_n受X轴的容许加速度限制，另外，加速度ay_n受Y轴的容许加速度限制。因此，在点n的移动方向的变更所需的加速度ax_n、ay_n不超过各轴的容许加速度的范围内把最大速度设定为驱动对象的移动速度v。

另外，在使机械的驱动对象移动时，也能够进行与移动方向无关而速度为恒定那样的设定。

作为这样的与曲线形状或拐角形状的移动路径中的速度控制有关的现有技术，例如在日本特开平2-219107号公报中公开了根据圆弧状的移动路径中的曲率、或者根据法线方向加速度来决定速度的速度控制方法。

另外，日本特开平05-313729号公报中已知有如下技术，即使在没有对加工程序指示准确停止指令(G09)等的情况下，在执行数值控制时，也对块(block)间的拐角形状进行自动判别，并进行就位检查。在该技术中，通过第一块的单位矢量和第二块的单位矢量计算拐角角度α，根据该计算出的拐角角度α判定由伺服控制延迟引起的拐角误差是否超过容许范围，当判定为超过容许范围时对第一块的数据指示就位检查，以使其在容许范围内。

在数值控制装置中，作为在速度控制中为了导出驱动对象的速度而使用的值，设定有法线方向加速度、考虑了插补后加减速的容许内旋量、就位宽度等常数值，对于各个常数值只能设定一个值时，操作员在开始加工前确认驱动对象的移动路径，必须根据移动路径上的最需要减速的点、即条件最严格的点来设定各常数的值。然而，像这样设定后会产生加工整体的速度变慢、周期时间变长的问题。

另外，使用由微小线段构成的加工程序进行加工时，如图8A以及图8B所示，即使是相同的形状，各块间的角度也根据指令点的数量(在图8A的例子中是3个点，在图8B的例子中是4个点)而不同，因此存在很难高精度地判定形状的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供能够根据移动路径的形状进行最佳速度控制的数值控制装置。

在本发明中，在加工程序的执行中，通过使用了曲率和曲率变化量中的至少某一个的判定，通过使用区分使用用于速度计算的常数值的功能来解决上述问题。另外，当区分使用了用于速度计算的常数值时，平稳地切换速度，使得在判定的边界不发生不连续。

一般地，边缘形状(锐角的曲面形状或拐角形状)的部分曲率变化大，在其前后曲率小的情况较多，因此把该倾向反映到判定中。加工程序的制作存在精度的差别，但是由于曲率不依赖于指令点的精细程度，因此通过该曲率或曲率变化量的判定比在所述日本特开平05-313729号公报中记载的技术所使用的通过角度的判定更能够高精度地判定边缘形状。

本发明所涉及的数值控制装置根据程序指令对机械进行控制，所述机械通过驱动多个轴使刀具和工件相对移动来加工所述工件。该数值控制装置具备：指令分析部，其分析所述程序指令来生成移动指令数据；速度控制判定部，其根据基于所述移动指令数据的移动路径上的当前位置的与曲率相关的物理量来设定用于速度变化的常数的值；速度计算部，其使用通过所述速度控制判定部设定的、用于速度变化的常数的值来计算所述轴的移动速度。并且，所述数值控制装置被构成为根据所述速度计算部所计算出的移动速度来控制所述轴。

所述速度控制判定部既可以被构成为，根据所述移动路径上的当前位置的曲率变化量来设定用于速度变化的常数的值，也可以被构成为，根据所述移动路径上的当前位置的曲率与曲率变化量之间的关系来设定用于速度变化的常数的值，另外，所述速度控制判定部也可以被构成为：以相对于与曲率相关的物理量的值的变化取连续的值的方式来设定用于速度变化的常数的值。

通过本发明，能够配合条件严格的部分来避免整体的速度限制变得严格，与以往相比，能够缩短周期。另外，假设在本发明的导入前与导入后对相同周期下的加工进行比较，在本发明中，能够把边缘形状的部分的速度限制严格化，把平缓的曲面形状的部分的速度限制宽松化，因此能够仅选择性地增加所需位置的精确度。

附图说明

通过参照附图进行的以下实施方式的说明，本发明的上述以及其他目的、特征会变得更清楚。在这些图中：

图1是表示曲率和曲率变化量的导出方法的图。

图2A～图2C是对于本发明的第一实施方式的数值控制装置所进行的速度计算中使用的常数值的区分使用进行说明的图。

图3是本发明的第一实施方式所涉及的数值控制装置的功能框图。

图4A～图4C是对于本发明的第二实施方式的数值控制装置所进行的速度计算中使用的常数值的区分使用进行说明的图。

图5A～图5C是对于本发明的第三实施方式的数值控制装置所进行的速度计算中使用的常数值的曲率变化量的区分使用进行说明的图。

图6A以及图6B是对于本发明的第三实施方式的数值控制装置所进行的速度计算中使用的常数值的相对于曲率的曲率变化量的区分使用进行说明的图。

图7是对于基于容许加速度的速度约束进行说明的图。

图8A以及图8B是表示改变指令点的个数而对同一形状进行加工时的图。

具体实施方式

在本发明中，在数值控制装置中设置在加工程序的执行中，通过使用了曲率和曲率变化量中的至少某一个的判定，区分使用用于速度计算的常数值的功能。例如，提供在根据具有边缘形状的CAD形状数据来执行从CAM输出的微小线段程序时，仅自动判别边缘形状部分，限定性地进行减速的方法。

图1是表示曲率和曲率变化量的导出方法的一例的图。

作为曲率的导出方法，具有在构成加工路径的线段矢量数据中，对于块n与块n+1的2个块，求出通过块n的起点、块n的终点(块n+1的起点)、块n+1的终点这3点的圆弧的曲率κ_n，并把其推定为块n～块n+1的曲率的方法。另外，如图1所示，块n的曲率变化量κv_n能够被定为块n-1～块n的曲率κ_n-1与块n～块n+1的曲率κ_n之间的差值。此外，曲率与曲率变化量的导出方法不仅限于上述内容，能够采用各种导出方法。

作为用于速度计算的常数值，列举有法线方向加速度、考虑了插补后加减速的容许内旋量、就位宽度等。在本发明中，没有特别限定把哪个常数值用于速度计算。另外，只要是用于速度计算的常数值，也能够使用上述以外的常数值。

首先，使用图2A～图2C以及图3对本发明所涉及的数值控制装置的第一实施方式进行说明。

该实施方式的数值控制装置具备根据基于曲率变化量的判定来区分使用用于速度计算的常数值的功能。此外，使用区分使用考虑了作为用于速度计算的常数值的插补后加减速的容许内旋量的例子来对本实施方式进行说明。

因此，使用图2A～图2C对本实施方式的速度计算所使用的常数值的区分使用进行说明。

本实施方式的数值控制装置，在控制机械的驱动对象时求出该驱动对象的移动路径上的曲率以及曲率变化量，当该求出的曲率变化量超过预先设定的预定的阈值时，变更用于速度计算的常数值、即容许内旋量。

图2A表示以曲率变化量的阈值X为界区分使用容许内旋量A和容许内旋量B的例子。当容许内旋量A和容许内旋量B如图2A所示分别被设定时，对应于曲率的速度如图2B所示被控制。在图2B中，虚线的曲线表示当容许内旋量为A时的、速度相对于曲率的关系，实线的曲线表示当容许内旋量为B时的、速度相对于曲率的关系。

图2C是把上述基于区分使用的本实施方式的曲率、曲率变化量、速度的关系表示为三维图表的图。如图2C的图表所示，以曲率变化量的阈值X为界，容许内旋量的值从B被变更为A，对应于曲率的速度的控制被变更。

图3表示本发明的一实施方式所涉及的数值控制装置的功能框图。

本实施方式的数值控制装置1具备指令分析部10、速度控制判定部11、速度计算部12、插补部13、伺服控制部14。

指令分析部10从存储器(未图示)所存储的程序等中依次预读CNC指令20来进行分析，根据其分析结果制作指示各轴的移动的移动指令数据，把该制作出的该移动指令数据输出到速度控制判定部11中。

速度控制判定部11根据从指令分析部10接收到的移动指令数据来计算移动路径上的各块的起点的曲率，进一步，根据各块的曲率和该块的前一块的曲率来计算曲率变化量，判定该计算出的曲率的变化量是高于还是低于某固定的阈值X。接下来，根据该判定结果，设定在后面进行描述的速度计算部12中所使用的用于速度控制的常数的常数值。例如，当曲率变化量高于阈值X时，把用于速度控制的常数、即内旋量的常数值设为A，另一方面，当曲率变化量低于阈值X时，把用于速度控制的常数、即内旋量的常数值设为B。此外，当曲率变化量与阈值X为相同值时，可以在设计上决定使用内旋量A和内旋量B中的哪一个，并且使用任一值都能够得到本发明的效果。

速度计算部12以考虑了插补后加减速的内旋量为恒定的方式来决定速度。该速度计算部12使用速度控制判定部11所设定的常数值，当曲率变化量高于阈值X时，以内旋量为A且恒定的方式来计算速度，当曲率变化量低于阈值X时，以内旋量为B且恒定的方式来计算速度。

插补部13根据速度计算部12所决定的速度，对通过移动指令数据所指示的指令路径上的点在插补周期进行插补计算，并生成插补数据。另外，对于生成的插补数据进行插补后加减速处理，计算出每个插补周期的各驱动轴的速度，并把计算结果输出到伺服控制部14。

接下来，伺服控制部14根据插补部13的输出来控制作为控制对象的机械的各轴的驱动部。

此外，虽然在上述说明中使用一个阈值X进行切换，也可以代替其事先设定多个阈值X₁、X₂、……，根据曲率变化量在由这些设定好的多个阈值所决定的多个值的范围中的哪一个中，来多段地区分使用用于速度控制的常数。另外，也可以使用从曲率变化量计算用于速度控制的常数的函数，进一步，也可以把这些组合起来，针对由阈值决定的值的范围来分别定义从曲率变化量计算用于速度控制的常数的函数，根据曲率变化量在由阈值决定的值的范围中的哪一个中，来区分使用各个函数来从曲率变化量计算用于速度控制的常数。

通过具备上述说明的结构的本实施方式的数值控制装置1，能够避免配合条件严格的部分，整体的速度限制变得严格，与以往相比，能够缩短周期时间。另外，与相同周期时间的加工运行相比较，能够在边缘形状部分使速度限制严格化，在平缓的曲面形状部分使速度限制宽松化，因此能够选择性地仅提高必要位置的精度。

接下来，使用图4对本发明所涉及的数值控制装置的第二实施方式进行说明。

上述第一实施方式的数值控制装置具备根据基于曲率变化量的判定来区分使用用于速度计算的常数值的功能。与此相对，本实施方式的数值控制装置具备根据基于曲率与曲率变化量的关系的判定来区分使用用于速度计算的常数值的功能。此外，使用区分使用用于速度计算的常数值、即考虑了插补后加减速的容许内旋量的例子来说明本实施方式。

因此，使用图4A～图4C对本实施方式的用于速度计算的常数值的区分使用进行说明。

本实施方式的数值控制装置在控制机械的驱动对象时求出该驱动对象的移动路径上的曲率以及曲率变化量，当曲率变化量相对于曲率的比率超过预先设定的预定的阈值时，变更用于速度计算的常数值、即容许内旋量。

图4A表示进行当曲率变化量相对于曲率的比率(斜率)超过阈值Y时，把容许内旋量设为A，当低于阈值Y时把容许内旋量设为B的区分使用的例子。当容许内旋量A和容许内旋量B如图4A所示分别被设定时，相对于曲率的速度如图4B所示那样被控制。在图4B中，虚线的曲线表示当容许内旋量为A时的相对于曲率的速度的关系，实线的曲线表示当容许内旋量为B时的相对于曲率的速度的关系。

图4C是把基于上述区分使用的本实施方式的曲率、曲率变化量、速度的关系表示为三维图表的图。

虽然本实施方式所涉及的数值控制装置的功能框图与图3(第一实施方式)相同，但是在本实施方式中，速度控制判定部11以及速度计算部12所执行的处理内容与第一实施方式中的内容不同。

速度控制判定部11根据从指令分析部10接收到的移动指令数据来计算移动路径上的各块的起点的曲率，进一步，根据各块的曲率和该块的前一块的曲率来计算曲率变化量，判定计算出的曲率变化量相对于计算出的曲率的比率是高于还是低于某固定的阈值Y。

然后，根据该判定出的结果，设定在速度计算部12中所使用的用于速度控制的常数的常数值。例如，当曲率变化量相对于曲率的比率高于阈值Y时，把用于速度控制的常数、即内旋量的常数值设为A，另一方面，当曲率变化量相对于曲率的比率低于阈值Y时，把用于速度控制的常数、即内旋量的常数值设为B。此外，当曲率变化量相对于曲率的比率与阈值Y为相同值时，可以在设计上决定使用内旋量A和内旋量B中的哪一个，并且使用任一值都能够得到本发明的效果。

速度计算部12与第一实施方式中的速度计算部12相同，以考虑了插补后加减速的内旋量为恒定的方式来决定速度，但此时使用速度控制判定部11所设定的常数值，当曲率变化量相对于曲率的比率高于阈值Y时，以内旋量为A且恒定的方式来计算速度，当曲率变化量相对于曲率的比率低于阈值Y时，以内旋量为B且恒定的方式来计算速度。

此外，在上述说明中示出了使用一个阈值Y进行切换的例子，但也可以使用与第一实施方式同样地使用多个阈值Y₁、Y₂、……的方法。另外，在上述说明中作为曲率与曲率变化量之间的关系，示出了使用了曲率变化量相对于曲率的比率的例子，但不局限于此，例如使用曲率变化量的乘法值相对于曲率的比率，或者对曲率和曲率变化量分别设定阈值来进行判定等，也可以把由曲率与曲率变化量之间的关系决定的某一个判定手法用于区分使用用于速度控制的常数值的判定。进一步，也可以使用根据曲率和曲率变化量计算用于速度控制的常数的函数，或者把这些组合起来求出用于速度控制的常数。

通过具备上述说明的结构的本实施方式的数值控制装置1，能够避免配合条件严格的部分，使整体的速度限制变得严格，与以往相比，能够缩短周期时间。另外，与相同周期时间的加工运行相比较，能够在边缘形状部分使速度限制严格化，在平缓的曲面形状部分使速度限制宽松化，因此能够选择性地仅提高必要位置的精度。

接下来，使用图5A～图5C以及图6A、图6B对本发明的数值控制装置的第三实施方式进行说明。

在上述第一实施方式以及第二实施方式中，根据曲率变化量或根据曲率与曲率变化量之间的关系来进行判定，并根据其判定结果区分使用用于速度计算的常数的常数值。然而，如果在常数值根据判定发生切换时突然切换用于速度控制的常数值，则在切换时用于速度计算的常数值的不连续点，或曲率变化量、相对于曲率的曲率变化量在阈值的前后反复来回的部分，可能对加工面产生影响。

因此，在本实施方式中，对于曲率变化量、曲率变化量相对于曲率的变化，把用于速度计算的常数的常数值设定为尽量取连续的值，以使其不会不连续。以下，举例说明把用于速度计算的常数值进行线性连接的情况。此外，在本实施方式中使用区分使用用于速度计算的常数值、即考虑了插补后加减速的容许内旋量的例子来进行说明。

图5A-图5C和图6A以及图6B是对本实施方式的用于速度计算的常数值的区分使用进行说明的图。

在本实施方式中，定义了用于使用于速度计算的常数值、即考虑了插补后加减速的容许内旋量在曲率变化量或曲率变化量相对于曲率的比率的阈值前后进行连续变化的连接范围D，在该范围中，把用于速度控制的考虑了插补后加减速的容许内旋量从A向B进行线性变化。

例如，与第一实施方式同样地进行基于曲率变化量的速度控制时，如图5A所示从第一阈值X-δ_x到第二阈值X+δ_x定义连接范围D_x，在该范围内，内旋量连续地线性变化。通过这样做，图5B的曲率、曲率变化量、速度的关系如三维图表所示，当曲率变化量在所述连接范围D中时，根据曲率变化量进行连续的速度控制。

另外，在与第二实施方式同样地进行基于相对于曲率的曲率变化量的速度控制时，如图6A所示，从曲率变化量相对于曲率的比率(斜率)的第一阈值Y-δ_y到第二阈值Y+δ_y定义连接范围D_y，在该范围内内旋量连续地线性变化。通过这样做，图6B的曲率、曲率变化量、速度的关系如三维图表所示，当曲率变化量相对于曲率的比率(斜率)在所述连接范围D_y中时，根据曲率变化量进行连续的速度控制。

本实施方式所涉及的数值控制装置的功能框图与图3(第一、第二实施方式)相同，但是在本实施方式中，速度控制判定部11以及速度计算部12所执行的处理内容与第一、第二实施方式的内容不同。

速度控制判定部11根据从指令分析部10接收到的移动指令数据来计算移动路径上的各块的起点的曲率，进一步，根据各块的曲率和该块的前一块的曲率来计算曲率变化量。然后，在根据该计算出的曲率变化量进行速度控制时，判定该计算出的曲率变化量与连接范围D_x为何种关系。另外，在根据曲率变化量相对于曲率的比率进行速度控制时，判定曲率变化量相对于曲率的比率与连接范围D_y为何种关系。

然后，根据该判定结果，设定在速度计算部12中所使用的用于速度控制的常数的常数值。此时，分为以下三种情况设定内旋量：

超过连接范围的最大值的情况、

在连接范围内的情况、

小于连接范围的最小值的情况。例如，

在曲率变化量超过连接范围D_x的曲率变化量最大值的情况下，把用于速度控制的常数、即内旋量的常数值设为A，

在曲率变化量小于连接范围D_x的曲率变化量最小值的情况下，把用于速度控制的常数、即内旋量的常数值设为B。并且，

在曲率变化量在连接范围D_x的范围内的情况下，如图5C所示，通过根据连接范围D_x的曲率变化量最大值和曲率变化量最小值、容许内旋量A、B进行线性插补，根据当前的曲率变化量设定用于速度控制的容许内旋量。

另一方面，速度计算部12以考虑了插补后加减速的内旋量为恒定的方式来决定速度，但此时使用速度控制判定部11所设定的常数值，在通过曲率变化量进行速度控制的情况下，

在该曲率变化量超过连接范围D_x的曲率变化量最大值的情况下，以容许内旋量为A且恒定的方式来计算速度，

在该曲率变化量小于连接范围D_x的曲率变化量最小值的情况下，以容许内旋量为B且恒定的方式来计算速度。并且，

在曲率变化量在连接范围D_x的范围内的情况下，如图5C所示，通过根据连接范围D_x的曲率变化量最大值和曲率变化量最小值、容许内旋量A、B进行线性插补，根据当前的曲率变化量求出用于速度控制的容许内旋量，并根据该求出的容许内旋量来计算速度。

此外，在通过曲率变化量相对于曲率的比率进行速度控制时，也把曲率变化量相对于曲率的比率和阈值Y、连接范围D_y作为参数进行同样的运算即可。在使用其他的方法时，也设定合适的连接范围并进行运算即可。

通过具备上述说明的结构的本实施方式的数值控制装置1，在得到与第一、二实施方式同样的效果以外，把用于速度计算的常数的常数值不会不连续地、尽量以连续的方式进行连接，因此能够把由切换常数值而对加工面产生的影响抑制到最小限度。

以上，对于本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不仅限于上述实施方式的例子，通过加以合理的变更能够以多种方式实施。

例如，在上述进行说明的各实施方式中，示出了作为用于速度控制的常数值的例子，切换考虑了插补后加减速的容许内旋量的例子，但对于其他用于速度控制的常数值，也能够适当地运用本发明。进一步，在第三实施方式中，说明了线性连接用于速度控制的常数值的情况的例子，但是只要是以连续地变化的方式来连接，则也可以使用其他连接方法。