專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)床的數(shù)字控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制機(jī)床的可動(dòng)單元的軸運(yùn)動(dòng)并且在發(fā)生停電的情況 下避免可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)之間的機(jī)械碰撞的數(shù)字控制器。
背景技術(shù)：
在數(shù)字控制器中，當(dāng)由加工程序引導(dǎo)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向生 成用于每個(gè)軸控制周期的函數(shù)，并且機(jī)床的可動(dòng)單元的軸運(yùn)動(dòng)被控制。 圖5為這種控制技術(shù)的方框圖。
在圖5中，首先，加工程序被從程序輸入單元1輸入并且被發(fā)送 到程序分析單元2。程序分析單元2產(chǎn)生供給方向的數(shù)據(jù)并且將所述數(shù) 據(jù)作為指令發(fā)送給函數(shù)生成單元3。
一旦接收到指令，函數(shù)生成單元3就生成函數(shù)以開(kāi)始用于每個(gè)軸 控制周期的函數(shù)生成位置的計(jì)算并且使可動(dòng)單元減速并停止在目標(biāo)位 置，使得控制機(jī)床的可動(dòng)單元的軸運(yùn)動(dòng)。在函數(shù)生成位置的計(jì)算期間， 參考預(yù)先由供給速度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元(未示出)設(shè)定和存儲(chǔ)的供給速度 數(shù)據(jù)作為用于每個(gè)控制軸和每個(gè)控制周期的加速度或減速度的單位 量，并且計(jì)算出函數(shù)生成位置以便移動(dòng)體的軸以預(yù)定加速度和預(yù)定速
度運(yùn)動(dòng)。計(jì)算出的函數(shù)生成位置被發(fā)送給用于每個(gè)軸控制周期的伺服 驅(qū)動(dòng)單元5。
例如，在DC電源單元4的交流(AC)電源一側(cè)上，三相AC電 源作為輸入電源被連接，并且平滑電容器(未示出)被連接到并嵌入 直流(DC )側(cè)電源端子部。伺服驅(qū)動(dòng)單元5被連接到DC側(cè)電源端子。 由于機(jī)械構(gòu)造，多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)單元5可以連接到DC電源單元4的DC 側(cè)電源端子。
在伺服驅(qū)動(dòng)單元5中，來(lái)自DC電源單元4的DC電力的供給被接 收，并且電流被供給到伺服電動(dòng)機(jī)6以基于從函數(shù)生成單元3接收到 的函數(shù)生成位置來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的可動(dòng)單元。在減速期間，由減速產(chǎn)生的 再生能量通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)單元5和DC電源單元4返回AC電源。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D6描述實(shí)際加工。圖6表示由加工中心執(zhí)行的加工 操作，并且在刀具T旋轉(zhuǎn)的同時(shí)工件W由在負(fù)Z方向上在切割指令矢 量Vc(t)的方向上運(yùn)動(dòng)的刀具T加工。在這樣的加工操作期間一旦發(fā) 生停電，三相AC電力到DC電源單元的供給被停止，導(dǎo)致不能生成向 伺服驅(qū)動(dòng)單元5的DC電力供給，并且，因此，停止從伺服驅(qū)動(dòng)單元5 到伺服電動(dòng)機(jī)6的電流供給。結(jié)果，因?yàn)閬?lái)自伺服驅(qū)動(dòng)單元5的電力 被停止，所以旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)刀具T的主軸電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)供給軸的伺服電 動(dòng)機(jī)6減速和停止。
另外，因?yàn)樵诩庸て陂g一旦發(fā)生停電，則向數(shù)字控制器的電力供 給就停止，所以在函數(shù)生成的中間所述函數(shù)生成被停止。因?yàn)檫@個(gè)原 因，例如，如果在使X軸和Y軸同步的同時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了切割處理，則 X軸和Y軸的同步^L函數(shù)生成的停止擾亂，并且刀具對(duì)于每個(gè)軸單獨(dú)
地減速和停止。更具體地，在旋轉(zhuǎn)刀具T在工件W內(nèi)被啃刀的同時(shí)刀 具T減速和停止，并且同時(shí)產(chǎn)生工件浪費(fèi)和刀具損壞的問(wèn)題。
作為解決上述停電期間的問(wèn)題的方法，已知的方法是，刀具在與 刀具由于重力沿其向下運(yùn)動(dòng)的軸(例如，圖6中的負(fù)Z方向)相反的 方向上(圖6中的正Z方向)縮進(jìn)固定的縮進(jìn)量。在這種縮進(jìn)方法中， 因?yàn)榭s進(jìn)方向和縮進(jìn)量不一致，存在如下問(wèn)題，如果在縮進(jìn)方向上存 在干涉結(jié)構(gòu)，則干涉結(jié)構(gòu)干涉可動(dòng)單元。另外，日本特開(kāi)平8-227307A 號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種在遠(yuǎn)離刀具和工件的干涉位置的方向上縮進(jìn)刀 具的方法。然而，在該縮進(jìn)方法中，因?yàn)榭s進(jìn)方向不一致，所以依然 存在如下問(wèn)題，如果在縮進(jìn)方向上存在干涉結(jié)構(gòu)，則可動(dòng)單元干涉干 涉結(jié)構(gòu)。
還存在一種方法，預(yù)先在加工程序中指定縮進(jìn)方向和縮進(jìn)量并且 在停電期間刀具在加工程序中指定的縮進(jìn)方向上縮進(jìn)指定的縮進(jìn)量， 以^使解決上述問(wèn)題。在該縮進(jìn)方法中，因?yàn)榭s進(jìn)方向和縮進(jìn)量在加工 程序中被指定，所以存在加工程序變得復(fù)雜和加工程序生成操作變得 復(fù)雜的問(wèn)題。另外，也存在當(dāng)加工對(duì)象刀具從豎直加工中心變?yōu)樗?加工中心時(shí)或當(dāng)在刀具上通過(guò)鏡像處理使坐標(biāo)變換時(shí)必須改變所述程
序的問(wèn)題。
本發(fā)明已經(jīng)考慮到上述情況，并且本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供一種一旦 發(fā)生停電就能執(zhí)行軸運(yùn)動(dòng)的精細(xì)控制以便能夠安全、可靠及精確地避 免工件和諸如刀具的可動(dòng)單元之間的碰撞的數(shù)字控制器。描述相關(guān)技 術(shù)的文獻(xiàn)包括日本特開(kāi)平8-227307A號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)和日本2002-182714A 號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的一個(gè)方案，提供了一種控制機(jī)床的可動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng) 的機(jī)床的數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器包括形狀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其存 儲(chǔ)指示可動(dòng)單元的位置和形狀的可動(dòng)單元形狀數(shù)據(jù)和指示干涉結(jié)構(gòu)相
對(duì)于可動(dòng)單元的位置和形狀的干涉結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)；縮進(jìn)方向判定單元， 其基于可動(dòng)單元的當(dāng)前位置和運(yùn)動(dòng)控制方向判定停電時(shí)可動(dòng)單元的縮 進(jìn)方向(下文中稱(chēng)為"停電時(shí)可動(dòng)單元的縮進(jìn)方向")；干涉判定單元， 當(dāng)可動(dòng)單元在由縮進(jìn)方向判定單元判定的停電時(shí)的縮進(jìn)方向上運(yùn)動(dòng) 時(shí)，其基于可動(dòng)單元形狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)判定可動(dòng)單元和干 涉結(jié)構(gòu)之間存在或不存在干涉；縮進(jìn)位置計(jì)算單元，其基于干涉判定 單元的判定結(jié)果判定可動(dòng)單元在由縮進(jìn)方向判定單元判定的停電時(shí)的 縮進(jìn)方向上的縮進(jìn)量，并且基于停電時(shí)的縮進(jìn)方向和縮進(jìn)量計(jì)算停電 時(shí)的縮進(jìn)位置；以及停電檢測(cè)單元，其檢測(cè)向機(jī)床的數(shù)字控制器的電 力供給的停止，其中，當(dāng)停電檢測(cè)單元檢測(cè)出電力供給的停止時(shí)，可 動(dòng)單元縮進(jìn)到停電時(shí)的縮進(jìn)位置。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方案，優(yōu)選地，在機(jī)床的數(shù)字控制器中，縮 進(jìn)方向判定單元，在與可動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)控制方向形成預(yù)定角度的平面 上，判定以可動(dòng)單元的位置為原點(diǎn)的多個(gè)縮進(jìn)矢量；基于可動(dòng)單元形 狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)，計(jì)算在每個(gè)縮進(jìn)矢量的方向上的可動(dòng)單 元和干涉結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)距離；基于相對(duì)距離將從多個(gè)縮進(jìn)矢量中選 出的縮進(jìn)矢量的方向判定為停電時(shí)的縮進(jìn)方向。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方案，優(yōu)選地，在機(jī)床的數(shù)字控制器中，縮 進(jìn)方向判定單元，在與可動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)控制方向形成預(yù)定角度的平面 上，判定以可動(dòng)單元的位置為原點(diǎn)的多個(gè)縮進(jìn)矢量；對(duì)每個(gè)縮進(jìn)矢量
都計(jì)算在相對(duì)于縮進(jìn)期間的時(shí)間內(nèi)可動(dòng)單元能的變化，其中可動(dòng)單元
能為所述可動(dòng)單元的動(dòng)能和所述可動(dòng)單元的勢(shì)能的加和；并且基于縮 進(jìn)期間的時(shí)間變化將從多個(gè)縮進(jìn)矢量中選出的縮進(jìn)矢量的方向確定為 停電時(shí)的縮進(jìn)方向。
依照本發(fā)明的另一個(gè)方案，優(yōu)選地，在機(jī)床的數(shù)字控制器中，干 涉判定單元包括干涉檢查位置計(jì)算單元，其將在由縮進(jìn)方向判定單元 判定的停電時(shí)的縮進(jìn)方向上的在可動(dòng)單元的當(dāng)前位置上加上用于檢查 的縮進(jìn)量的位置作為干涉檢查位置計(jì)算；以及干涉確認(rèn)單元，當(dāng)可動(dòng) 單元運(yùn)動(dòng)到干涉檢查位置時(shí)，其基于可動(dòng)單元形狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)形 狀數(shù)據(jù)檢查可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)之間存在或不存在重疊，當(dāng)存在重疊 時(shí)判定存在干涉，而不存在重疊時(shí)判定不存在干涉，并且縮進(jìn)位置計(jì) 算單元基于由縮進(jìn)方向判定單元判定的縮進(jìn)方向和由確認(rèn)不存在干涉 的干涉確認(rèn)單元確定的用于檢查的縮進(jìn)量確定縮進(jìn)位置。
依照本發(fā)明的各種方案，能夠提供即使在停電的情況下也可以安 全、可靠及精確地避免可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)的碰撞的數(shù)字控制器。


將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中
圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的數(shù)字控制器的結(jié)構(gòu)的方框
圖2為表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的控制方法的實(shí)例的流程圖3為用于說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中的加工中心中的具 體操作的圖解；
體操作的圖解；
圖5為控制器的方框圖；以及
圖6為用于說(shuō)明在加工中心中執(zhí)行的具體操作的圖解。
具體實(shí)施例方式
圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的數(shù)字控制器的示例結(jié)構(gòu)的 方框圖，具有當(dāng)停電發(fā)生時(shí)的碰撞避免功能。附圖標(biāo)記l、 2、 4、 5和 6表示與圖5相同的結(jié)構(gòu)，并且將不再描述。除了表示諸如刀具的機(jī)床 的可動(dòng)單元的位置和形狀的形狀數(shù)據(jù)外，形狀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元7記錄和
存儲(chǔ)表示工件、夾具和當(dāng)機(jī)床的可動(dòng)單元的軸運(yùn)動(dòng)時(shí)可能產(chǎn)生干涉的 機(jī)械干涉結(jié)構(gòu)的位置和形狀的形狀數(shù)據(jù)。其中，通過(guò)軸運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的 可動(dòng)單元和由于運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生干涉的干涉結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的結(jié)構(gòu)而不 同，并且尤其不局限于下文的說(shuō)明中所描述的那些。
為了基于從形狀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元7接收到的形狀數(shù)據(jù)判定縮進(jìn)方向， 縮進(jìn)方向判定單元8從在垂直于從程序分析單元2接收指令的供給軸 的運(yùn)動(dòng)方向的平面上的縮進(jìn)矢量和干涉結(jié)構(gòu)之間的交叉點(diǎn)中逐次計(jì)算 出與當(dāng)前位置的相對(duì)距離最長(zhǎng)的矢量。確定在每個(gè)矢量的方向上與干 涉結(jié)構(gòu)的干涉距離，并且具有最長(zhǎng)距離的矢量被最終確定為縮進(jìn)方向。
為了能夠基于可動(dòng)單元的形狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)確認(rèn)存 在/不存在干涉，干涉檢查位置計(jì)算單元9逐次計(jì)算出從可動(dòng)單元的當(dāng) 前位置根據(jù)確定的縮進(jìn)方向運(yùn)動(dòng)所需的縮進(jìn)量的位置作為干涉檢查位 置。
當(dāng)可動(dòng)單元被逐次地、假想地運(yùn)動(dòng)到干涉檢查位置時(shí)，干涉確i人
單元10基于可動(dòng)單元的形狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)的形狀it據(jù)^r查諸如在可 動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)之間的三維空間內(nèi)的重疊存在或不存在；當(dāng)存在重 疊時(shí)確認(rèn)存在干涉；而當(dāng)不存在重疊時(shí)確認(rèn)不存在干涉。當(dāng)判定存在 干涉時(shí)，干涉檢查位置計(jì)算單元9再次計(jì)算干涉檢查位置。
縮進(jìn)位置計(jì)算單元11基于由縮進(jìn)方向判定單元8判定的縮進(jìn)方向 和由干涉確認(rèn)單元IO在不存在干涉時(shí)確定的縮進(jìn)量計(jì)算縮進(jìn)位置。計(jì) 算出的縮進(jìn)位置被發(fā)送給函數(shù)生成單元3。
停電檢測(cè)單元12用于監(jiān)控DC電源單元4的AC電源側(cè)的停電， 例如，三相AC電源；并且， 一旦檢測(cè)到AC電源停電，停電檢測(cè)單元 12將停電檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給DC電源單元4，并且DC電源單元4停止電 源的再生以便積聚的電力可以被用于驅(qū)動(dòng)供給軸。
同時(shí)，停電檢測(cè)單元12還將停電檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給函數(shù)生成單元3。 一旦接收到停電檢測(cè)信號(hào)，函數(shù)生成單元3基于由縮進(jìn)位置計(jì)算單元 11發(fā)送的縮進(jìn)位置來(lái)生成函數(shù)，并且將函數(shù)生成結(jié)果發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng) 單元5。
伺服驅(qū)動(dòng)單元5基于被發(fā)送的生成函數(shù)將所需當(dāng)前指令發(fā)送給伺 服電動(dòng)機(jī)6，并且伺服電動(dòng)機(jī)6根據(jù)當(dāng)前指令縮進(jìn)機(jī)床的可動(dòng)單元。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D3描述判定縮進(jìn)方向和縮進(jìn)量的方法。圖3說(shuō) 明由加工中心執(zhí)行的加工，其中在刀具T旋轉(zhuǎn)的同時(shí)刀具T在負(fù)Z方 向上的切割指令矢量Vc (t)的方向上加工工件W?？紤]到穿過(guò)當(dāng)前 位置P (t)并且垂直于指令矢量Vc (t)的垂直平面(圖3中的XZ平 面Pxz)。在所述垂直平面上定義以當(dāng)前位置P (t)為原點(diǎn)的縮進(jìn)矢量
VAn(t)。例如，在8個(gè)方向上的矢量被認(rèn)為是縮進(jìn)矢量VAn (t)(數(shù) 字n為從0至7的整數(shù))。結(jié)果，定義了矢量VAO (t)、 VA1 (t)、 VA2 (t)、 VA3 (t)、 VA4 (t)、 VA5 (t)、 VA6 (t)和VA7 (t)，所述矢量 以2丌/8[rad]等分以當(dāng)前位置P (t)為圓心的圓(圖3中的數(shù)字N等于 數(shù)字n+l的最大值)。對(duì)于縮進(jìn)矢量VAn (t)，數(shù)字n的最大值不必須 為7，并且可以為大于或等于1的任意整數(shù)。
首先，將描述縮進(jìn)方向的判定。為了基于刀具T的形狀數(shù)據(jù)和工 件W的形狀數(shù)據(jù)判定縮進(jìn)方向，確定出在垂直于從程序分析單元2接 收到的供給軸的方向，即指令矢量Vc (t)的垂直平面(圖3中的XZ 平面Pxz)上縮進(jìn)矢量VAn (t)和對(duì)于刀具T來(lái)說(shuō)是干涉結(jié)構(gòu)的工件 W和其它干涉結(jié)構(gòu)(例如，用于啟動(dòng)的結(jié)構(gòu))之間的干涉距離，并且 逐次計(jì)算出與當(dāng)前位置P (t)的相對(duì)距離最長(zhǎng)的矢量。使用刀具T的 形狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)等計(jì)算刀具T和干涉結(jié)構(gòu)之間的交叉 點(diǎn)。在圖3所示的情況中，當(dāng)?shù)毒逿在縮進(jìn)矢量VA1 (t) -VA6 (t) 的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在XZ平面Pxz上的刀具T和工件W之間的關(guān)系被 判定為干涉，因?yàn)樗鲫P(guān)系為接觸；即，對(duì)于線(xiàn)段Pl (t) P2 (t) P6 (t)來(lái)說(shuō)相對(duì)距離為0。因此，縮進(jìn)方向?yàn)閂AO (t)或VA7 (t)。確 定出在縮進(jìn)矢量VAO (t)和VA7 (t)的每個(gè)矢量方向上與其他干涉結(jié) 構(gòu)(例如，用于啟動(dòng)的結(jié)構(gòu))的干涉距離，并且具有最長(zhǎng)相對(duì)距離的 矢量被最終確定為縮進(jìn)方向。當(dāng)所有在指令矢量Vc (t)的垂直平面上 定義的多個(gè)縮進(jìn)矢量被判定為在刀具T和工件W之間接觸時(shí)；即，判 定為相對(duì)距離為0的干涉時(shí)，諸如在鉆孔加工的情況中，不能利用上 述方法判定縮進(jìn)方向。在這種情況下，可以通過(guò)在與指令矢量Vc (t) 平行的平面上生成縮進(jìn)矢量來(lái)確定縮進(jìn)方向。選擇性地，其上將生成
縮進(jìn)矢量的平面的方向可以根據(jù)刀具T和工件W的接觸狀態(tài)定義，以
便能夠確定縮進(jìn)方向。
作為基于多個(gè)縮進(jìn)矢量判定最終縮進(jìn)方向的另一種方法，能夠在
軸運(yùn)動(dòng)期間在伺服電動(dòng)機(jī)6的電力消耗小的方向上縮進(jìn)。更具體地， 在當(dāng)前時(shí)間tk的縮進(jìn)矢量的指令和前一次時(shí)間，即(tk-l)的指令矢 量之間的能量差(動(dòng)能+勢(shì)能)可以通過(guò)下面的等式1確定。其中能量 的時(shí)間變化量△E最小的矢量被最終確定為縮進(jìn)矢量。
(等式1 ) △ E={ 1/2 x Vn (tk) A2-l/2 x vA2} + {p (tk) -p (tk-1)} x g
這里，Vn(t)表示指令矢量，V表示當(dāng)前速度，P(t)表示當(dāng)前 位置，而G表示重力矢量。當(dāng)基于刀具T的當(dāng)前位置P (t)和干涉結(jié) 構(gòu)之間的相對(duì)距離來(lái)判定縮進(jìn)方向的單元和基于能量的時(shí)間變化量來(lái) 判定縮進(jìn)方向的單元結(jié)合時(shí)，優(yōu)選的是選擇當(dāng)前位置P (t)和干涉結(jié) 構(gòu)之間的相對(duì)距離超過(guò)預(yù)定閾值的縮進(jìn)矢量，并且從所選的縮進(jìn)矢量 中選擇相對(duì)于能量的時(shí)間變化量AE最小的矢量作為最終的縮進(jìn)矢量。
接下來(lái)，將描述縮進(jìn)量的判定方法。從當(dāng)前位置P (t)在如上所 述確定的縮進(jìn)矢量方向上運(yùn)動(dòng)所需縮進(jìn)量的位置被設(shè)定為干涉檢查位 置。當(dāng)包括刀具T的可動(dòng)單元(未示出整個(gè)可動(dòng)單元)被假想地運(yùn)動(dòng) 到干涉檢查位置時(shí)，檢測(cè)出例如在三維空間內(nèi)的，包括刀具T的可動(dòng) 單元和干涉結(jié)構(gòu)(例如，用于啟動(dòng)的結(jié)構(gòu))的重疊。所述檢查以包括 刀具T的可動(dòng)單元的形狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。當(dāng)運(yùn)動(dòng) 到干涉檢查位置的可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)之間不存在重疊時(shí)，能夠確認(rèn) 不存在干涉，并且確定縮進(jìn)量。另一方面，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到干涉檢查位置的 可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)之間存在重疊時(shí)，在如上所述確定的縮進(jìn)矢量方
向上從當(dāng)前位置P (t)運(yùn)動(dòng)和先前使用的縮進(jìn)量不同的縮進(jìn)量的位置 被設(shè)定為新的干涉檢查位置。通過(guò)參考新的干涉檢查位置檢查出包括 刀具T的可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)之間的重疊。在門(mén)打開(kāi)的狀態(tài)下，存在 操作員的身體的一部分在加工區(qū)域內(nèi)的可能。因此，為了通過(guò)機(jī)械操 作單元來(lái)防止可動(dòng)單元和操作員的身體的一部分之間的接觸，當(dāng)門(mén)處 于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)縮進(jìn)有限的縮進(jìn)量是有效的。通過(guò)上述處理，縮進(jìn)方向
和縮進(jìn)量被確定。當(dāng)函數(shù)生成單元3接收來(lái)自停電片企測(cè)單元12的停電 檢測(cè)信號(hào)時(shí)，函數(shù)生成單元3根據(jù)基于縮進(jìn)方向和縮進(jìn)量計(jì)算出的軸 運(yùn)動(dòng)停止位置生成函數(shù)，以使刀具T從工件W縮進(jìn)。積聚在DC電源 單元4的平滑電容器內(nèi)的電能可以用于刀具T的縮進(jìn)。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D4描述另一種加工的縮進(jìn)方向和縮進(jìn)量的確定方法。 圖4為表示由車(chē)床執(zhí)行的加工的橫截面圖。刀具T在工件W旋轉(zhuǎn)的同 時(shí)被插入工件W的內(nèi)側(cè)，并且刀具T在正X方向上的切割指令矢量 Vc (t)的方向上加工。在當(dāng)前位置為P (t)時(shí)，考慮到穿過(guò)當(dāng)前位置 并且垂直于指令矢量Vc (t)的垂直平面(圖4中的XY平面Pxy)。 在所述垂直平面上定義以當(dāng)前位置P (t)為原點(diǎn)的縮進(jìn)矢量VAn (t)。 例如，利用數(shù)字n (數(shù)字n為從0到7的整數(shù))將在8個(gè)方向上的矢量 定義為縮進(jìn)矢量VAn (t)。結(jié)果，定義了矢量VAO (t)、 VA1 (t)、 VA2 (t)、 VA3 (t)、 VA4 (t)、 VA5 (t)、 VA6 (t)和VA7 (t)，所述矢量 將以當(dāng)前位置P (t)為圓心的圓等分為2TT/8[rad](圖4中的數(shù)字N等 于數(shù)字n+l的最大值)。對(duì)于縮進(jìn)矢量VAn (t)來(lái)說(shuō)，數(shù)字n的最大 值不必須為7，并且可以是大于或等于1的任意整數(shù)。
首先，將描述縮進(jìn)方向的判定。為了基于刀具T的形狀數(shù)據(jù)和工 件W的形狀數(shù)據(jù)判定縮進(jìn)方向，從垂直于從程序分析單元2接收到的
供給軸的方向，即指令矢量Vc(t)的平面(圖4中的XY平面Pxy) 上的縮進(jìn)矢量VAn (t)和對(duì)于刀具T來(lái)說(shuō)是干涉結(jié)構(gòu)的工件W之間 的交叉點(diǎn)中逐次計(jì)算出與當(dāng)前位置P (t)的相對(duì)距離最長(zhǎng)的矢量。在 刀具T和干涉結(jié)構(gòu)之間的交叉點(diǎn)的計(jì)算中，使用了刀具T的形狀數(shù)據(jù) 和干涉結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)等。在圖4所示的情況中，以當(dāng)前位置P (t) 為圓心刀具T和工件W之間的關(guān)系為接觸；即，在點(diǎn)P(t)處的相對(duì) 位置為0，并且到縮進(jìn)矢量VAO (t)、 VA1 (t)、 VA2 (t)、 VA6 (t)和 VA7(t)的方向的運(yùn)動(dòng)^皮判定為干涉。因此，可能的縮進(jìn)方向?yàn)閂A3 (t)、 VA4 (t)和VA5 (t)。如果確定出縮進(jìn)矢量VA3 (t)、 VA4 (t) 和VA5 (t)的每個(gè)矢量方向上與其它干涉結(jié)構(gòu)(在圖4中描述的情況 下為工件W)的干涉距離，則縮進(jìn)矢量VA3 (t)、 VA4 (t)和VA5 (t) 與工件W之間的干涉距離分別為線(xiàn)段P (t) P3 (t)、 P (t) P4 (t)和 P (t) P5 (t)，因此，其中距離最長(zhǎng)的矢量VA4 (t)被確定為最終的 縮進(jìn)方向。當(dāng)所有在指令矢量Vc(t)的垂直平面上定義的多個(gè)縮進(jìn)矢 量被判定為刀具T和工件W之間的接觸時(shí)；即，相對(duì)距離為0的干涉， 不能夠判定縮進(jìn)方向。在這種情況下，可以通過(guò)在與指令矢量Vc (t) 平行的平面上生成縮進(jìn)矢量來(lái)確定縮進(jìn)方向。選擇性地，其上將生成 縮進(jìn)矢量的平面的方向可以基于刀具T和工件W的接觸狀態(tài)定義，以 便能夠確定縮進(jìn)方向。
接下來(lái)將描述縮進(jìn)量的確定方法。從當(dāng)前位置P (t)在如上所述 確定的縮進(jìn)矢量VA4 (t)的方向上運(yùn)動(dòng)所需縮進(jìn)量的位置被i殳定為干 涉才企查位置。然后，在包括刀具T的可動(dòng)單元(未示出整個(gè)可動(dòng)單元) ^d艮想地運(yùn)動(dòng)到干涉檢查位置的情況中，檢測(cè)出例如在三維空間內(nèi)的， 包括刀具T的可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)(在圖4所示情況中為工件W和存
在于工件W外部的干涉結(jié)構(gòu))之間的重疊。所述檢查基于包括刀具T
的可動(dòng)單元的形狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)執(zhí)行。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到干涉檢 查位置的可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)之間不存在重疊時(shí)，確認(rèn)不存在干涉， 并且確定縮進(jìn)量。另一方面，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到干涉;險(xiǎn)查位置的可動(dòng)單元和干 涉結(jié)構(gòu)之間存在重疊時(shí)，在如上所述確定的縮進(jìn)矢量方向上從當(dāng)前位 置p (t)運(yùn)動(dòng)和先前使用的縮進(jìn)量不同的縮進(jìn)量的位置被設(shè)定為新的
干涉檢查位置。基于新的干涉檢查位置檢查出包括刀具T的可動(dòng)單元 和干涉結(jié)構(gòu)之間的重疊。
縮進(jìn)方向和縮進(jìn)量的確定如上所述。當(dāng)函數(shù)生成單元3接收來(lái)自 停電檢測(cè)單元12的停電檢測(cè)信號(hào)時(shí)，函數(shù)生成單元3根據(jù)基于縮進(jìn)方 向和縮進(jìn)量計(jì)算出的軸運(yùn)動(dòng)的停止位置來(lái)生成函數(shù)，并且使刀具T從 工件W縮進(jìn)。積聚在DC電源單元4的平滑電容器內(nèi)的電能可以用于 刀具T的縮進(jìn)。
接下來(lái)將參照?qǐng)D2描述本實(shí)施例中的工藝流程。在步驟S1中，為 了利用刀具T的形狀數(shù)據(jù)和工件W的形狀數(shù)據(jù)確定縮進(jìn)方向，從垂直 于從程序分析單元2接收到的供給軸的方向，即指令矢量Vc(O的平 面上的縮進(jìn)矢量VAn (t)和是干涉結(jié)構(gòu)的工件W之間的交叉點(diǎn)逐次計(jì) 算出與當(dāng)前位置Pc的相對(duì)距離最長(zhǎng)的矢量。確定出在每個(gè)矢量的方向 上的與干涉結(jié)構(gòu)的千涉距離，并且具有最長(zhǎng)距離的矢量被最終確定為 縮進(jìn)方向。在步驟S2中，在如上所述確定的縮進(jìn)矢量方向上從當(dāng)前位 置P (t)運(yùn)動(dòng)所需的縮進(jìn)量的位置祐j殳定為干涉檢查位置。在步驟S3 中，檢測(cè)出例如在三維空間內(nèi)的，當(dāng)包括刀具T的可動(dòng)單元的形狀數(shù) 據(jù)被假想地運(yùn)動(dòng)到干涉檢查位置時(shí)在包括刀具T的可動(dòng)單元和干涉結(jié) 構(gòu)之間的重疊。所述檢查基于從形狀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元7接收到的可動(dòng)單
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元的形狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)執(zhí)行。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到干涉檢查位置的 可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)之間不存在重疊時(shí)，確認(rèn)不存在干涉，并且確定 縮進(jìn)量。當(dāng)確認(rèn)存在干涉時(shí)，程序返回到步驟S2，并且計(jì)算出和先前 的干涉檢查位置不同的干涉檢查位置。另一方面，當(dāng)確認(rèn)不存在干涉
時(shí)，程序進(jìn)行到步驟S4。在步驟S4中，基于步驟S3的結(jié)果計(jì)算出考 慮到當(dāng)前位置P (t)和確定的縮進(jìn)量的縮進(jìn)位置?？s進(jìn)位置計(jì)算單元 11將計(jì)算出的縮進(jìn)位置發(fā)送給函數(shù)生成單元3。在步驟S5中，如果停 電斗企測(cè)單元12沒(méi)有沖企測(cè)到停電，即在正常時(shí)間內(nèi)，程序返回到步驟Sl。 另一方面，當(dāng)停電4企測(cè)單元12檢測(cè)出停電時(shí)，程序進(jìn)行到步驟S6。在 步驟S6中，從DC電源側(cè)到AC電源側(cè)的電源再生被從停電4企測(cè)單元 12發(fā)送的停電檢測(cè)信號(hào)停止，并且電力積聚在DC電源單元4的DC 匯流線(xiàn)上。在步驟S7中，伺服驅(qū)動(dòng)單元5利用積聚在DC電源單元4 中的電力將電力供給到伺服電動(dòng)機(jī)6，并且可動(dòng)單元被縮進(jìn)。
依照本發(fā)明的數(shù)字控制器，持續(xù)地執(zhí)行利用形狀數(shù)據(jù)的干涉檢查， 并且可以基于干涉檢查的結(jié)果生成函數(shù)以使可動(dòng)單元縮進(jìn)到無(wú)干涉方 向。因?yàn)檫@個(gè)原因，即使在發(fā)生停電的情況下也能夠安全、可靠及精 確地避免可動(dòng)單元和干涉結(jié)構(gòu)之間的碰撞。
權(quán)利要求
1、一種控制機(jī)床的可動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)的機(jī)床的數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器包括形狀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ)指示所述可動(dòng)單元的位置和形狀的可動(dòng)單元形狀數(shù)據(jù)和指示干涉結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述可動(dòng)單元的位置和形狀的干涉結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)；縮進(jìn)方向判定單元，其基于所述可動(dòng)單元的當(dāng)前位置和運(yùn)動(dòng)控制方向來(lái)判定停電時(shí)所述可動(dòng)單元的縮進(jìn)方向；干涉判定單元，當(dāng)所述可動(dòng)單元在由所述縮進(jìn)方向判定單元判定的所述停電時(shí)的縮進(jìn)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其基于所述可動(dòng)單元形狀數(shù)據(jù)和所述干涉結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)來(lái)判定所述可動(dòng)單元和所述干涉結(jié)構(gòu)之間存在或不存在干涉；縮進(jìn)位置計(jì)算單元，其基于所述干涉判定單元的判定結(jié)果來(lái)判定所述可動(dòng)單元在由所述縮進(jìn)方向判定單元判定的所述停電時(shí)的縮進(jìn)方向上的縮進(jìn)量，并且基于所述停電時(shí)的縮進(jìn)方向和所述縮進(jìn)量來(lái)計(jì)算停電時(shí)的縮進(jìn)位置；以及停電檢測(cè)單元，其檢測(cè)向所述機(jī)床的數(shù)字控制器的電力供給的停止，其中當(dāng)所述停電檢測(cè)單元檢測(cè)出電力供給的停止時(shí)，所述可動(dòng)單元縮進(jìn)到所述停電時(shí)的縮進(jìn)位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床的數(shù)字控制器，其中 所述縮進(jìn)方向判定單元，在與所述可動(dòng)單元的所述運(yùn)動(dòng)控制方向 形成預(yù)定角度的平面上，判定以所述可動(dòng)單元的位置為原點(diǎn)的多個(gè)縮進(jìn)矢量；基于所述可動(dòng)單元形狀數(shù)據(jù)和所述干涉結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算 在每個(gè)所述縮進(jìn)矢量的方向上的所述可動(dòng)單元和所述干涉結(jié)構(gòu)之間的 相對(duì)距離；并且基于所述相對(duì)距離將從所述多個(gè)縮進(jìn)矢量中選出的縮 進(jìn)矢量的方向判定為所述停電時(shí)的縮進(jìn)方向。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床的數(shù)字控制器，其中所述縮進(jìn)方向判定皁元，在與所述可動(dòng)單元的所述運(yùn)動(dòng)控制方向 形成預(yù)定角度的平面上，判定以所述可動(dòng)單元的位置為原點(diǎn)的多個(gè)縮 進(jìn)矢量；對(duì)每個(gè)所述縮進(jìn)矢量都計(jì)算在相對(duì)于縮進(jìn)期間的時(shí)間內(nèi)可動(dòng) 單元能的變化，其中所述可動(dòng)單元能為所述可動(dòng)單元的動(dòng)能和所述可 動(dòng)單元的勢(shì)能的加和；并且基于在相對(duì)于所述縮進(jìn)期間的時(shí)間內(nèi)的變 化將從所述多個(gè)縮進(jìn)矢量中選出的縮進(jìn)矢量的方向確定為所述停電時(shí) 的縮進(jìn)方向。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的機(jī)床的數(shù)字控制器，其中 所述干涉判定單元包括干涉檢查位置計(jì)算單元，其將在由所述縮進(jìn)方向判定單元判定的 所述停電時(shí)的縮進(jìn)方向上的所述可動(dòng)單元的當(dāng)前位置加上用于檢查的 縮進(jìn)量的位置作為干涉檢查位置而進(jìn)行計(jì)算；以及干涉確認(rèn)單元，當(dāng)所述可動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)到所述干涉4企查位置時(shí)，其 基于所述可動(dòng)單元形狀數(shù)據(jù)和所述干涉結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)來(lái)檢查所述可動(dòng) 單元和所述干涉結(jié)構(gòu)之間存在或不存在重疊，當(dāng)存在重疊時(shí)判定存在 干涉，而當(dāng)不存在重疊時(shí)判定不存在干涉，并且 所述縮進(jìn)位置計(jì)算單元基于由所述縮進(jìn)方向判定單元判定的所述 縮進(jìn)方向和由確認(rèn)不存在干涉的所述干涉確認(rèn)單元確定的用于檢查的 縮進(jìn)量來(lái)確定所述縮進(jìn)位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)床的數(shù)字控制器。本發(fā)明涉及一種具有根據(jù)所提供的加工程序執(zhí)行用于軸運(yùn)動(dòng)的函數(shù)生成的函數(shù)生成單元的數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器進(jìn)一步包括存儲(chǔ)可動(dòng)單元的形狀數(shù)據(jù)和干涉結(jié)構(gòu)的形狀數(shù)據(jù)的單元；判定縮進(jìn)方向的縮進(jìn)方向判定單元；干涉檢查位置計(jì)算單元，其逐次計(jì)算出根據(jù)確定的縮進(jìn)方向在所述可動(dòng)單元的當(dāng)前位置加上所需距離的位置作為干涉檢查位置；干涉確認(rèn)單元，其通過(guò)假想地運(yùn)動(dòng)所述可動(dòng)單元的所述形狀數(shù)據(jù)確認(rèn)所述可動(dòng)單元的所述形狀數(shù)據(jù)和所述干涉結(jié)構(gòu)的所述形狀數(shù)據(jù)之間存在或不存在干涉；以及停電檢測(cè)單元，其在停電期間將停電信號(hào)發(fā)送給DC電源單元和所述函數(shù)生成單元，其中所述函數(shù)生成單元根據(jù)所述干涉確認(rèn)單元的結(jié)果執(zhí)行函數(shù)生成。
文檔編號(hào)G05B19/18GK101393448SQ20081021166
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者江場(chǎng)浩二, 赤巖范隆 申請(qǐng)人:大隈株式會(huì)社