CN100461053C

CN100461053C - 数字控制器

Info

Publication number: CN100461053C
Application number: CNB2006100749881A
Authority: CN
Inventors: 远藤贵彦; 竹内靖
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: US7552002B2; EP1720083B1; EP1720083A2; US20060241839A1; EP1720083A3; JP2006302208A; CN1854951A; JP4044105B2

Abstract

一种数字控制器，能够在多个系统中根据路径表格单独或者同步地操作，在控制器中在一个系统中的路径表格操作期间，能够在另一个系统中执行路径表格操作和通过NC语句操作。系统具有它们各自的参考变量。提供用于切换参考变量是设定为公共还是特定于每个系统的装置。在一个系统的路径表格操作期间，能够指令另一个系统的路径表格操作开始系统的路径表格操作，并在待机系统之后执行路径表格操作。如果参考变量设置为公共的，可以根据同一个参考同步地执行路径表格操作。如果参考变量设定为特定于每个系统，可以在系统中单独地执行路径表格操作。

Description

数字控制器

技术领域

本发明涉及用于控制机床的数字控制器，更特别的是涉及具有基于以表格形式存储的数据驱动控制每个轴的功能的数字控制器。

背景技术

通过以表格形式预先存储每个轴的移动量和位置，并根据存储在表格中的数据驱动控制每个轴，代替通过NC程序的块中的指令，来允许工具的自由移动而不像传统技术中那样受到块中的指令的限制，并可以实现加工时间的减少和加工中的高精度的数字控制器已经是公知的。

例如，存在一个公知的发明，其通过时间或通过旋转角度预先存储可移动轴的位置作为数字控制数据，监控时间或者旋转角度，并在每次达到存储的时间或者旋转角度的时候输出对应于可移动轴的数字控制数据(参考JP59-177604A)。

在另一个公知的发明中，提供数据表格，用于存储X轴和Y轴相对于参考位置的指令的位置。将用于计数参考脉冲的计数器的值乘以置换值来获得参考位置。基于参考位置，输出存储在数据表格中的X轴和Y轴的指令的位置来同步地控制X轴和Y轴。通过这样做，即使驱动控制由存储在数据表格中的数据执行，可以使用置换。还可能给出用于指令的位置之间的线性连接，二次函数连接，三次函数连接之类的指令，以及给出用于辅助功能的指令。(参考JP 2003-303005A)。

图8到图10为通过表格数据的操作(从这里以后称为路径-表格操作)的示意图，其在JP 2003-303005A中有所揭示，并且已经传统地实现。

在图8示例说明的例子中，提供了X轴路径表格Tx和Z轴路径表格Tz。图9显示了X轴路径表格Tx的例子，并且与参考变量相联系地存储X轴位置。图10的曲线图显示了根据图9所示的X轴路径表格Tx移动的X轴位置。

以相同的方式，与参考变量相联系地在Z轴路径表格Tz存储Z轴位置。此外，来自固定到主轴(主轴位置)上的位置编码器的脉冲或者基于来自参考外部脉冲发生部的时间的参考脉冲输入到计数器1中计数。使用乘法器2将由置换装置设定的置换值乘以计数器1的计数值并存储在参考变量计数器3中。在指令了路径表格操作的时间点上将参考变量计数器3复位。参考变量计数器3的值作为参考位置输入到X轴和Y轴路径表格插入处理部4x和4z。X轴和Y轴路径表格插入处理部4x和4z参考X轴路径表格Tx和Z轴路径表格Tz，获取X轴和Z轴相对于参考位置的指令的位置，并获取处理周期内的移动量以输出移动量来作为指令控制轴马达5x和5z。接着根据参考位置同步地操作X轴和Z轴。

当由多轴和多系统车床之类执行路径表格操作的时候，由于在传统的数字控制器中参考时间或主轴位置是公共的，路径表格操作的加工不能在系统中单独地执行。因此加工必须在另一个系统的处理之后执行。此外，当在特定系统中执行路径表格操作时，不可能由另一个系统中的常规NC语句执行操作。

发明内容

本发明提供一种用于控制多个系统的数字控制器，其能够在系统中单独地执行路径表格操作，在控制器中当在一个系统中执行路径表格操作时，能够允许在另一个系统中执行路径表格操作和NC语句的操作。

本发明的数字控制器在多个控制系统中控制马达的操作，该马达用于驱动机床的轴，每个控制系统包括一个或者多个马达，每个马达用于驱动一个轴。数字控制器包括：第一控制装置，用于根据NC语句对该多个控制系统分别控制马达的操作；第二控制装置，用于根据数据表格对多个控制系统分别控制马达的操作，每个数据表格存储所述各个控制系统中的轴的与参考变量相对的指令位置；以及切换装置，用于在由所述第一控制装置进行的马达控制和由所述第二控制装置进行的马达的控制之间进行切换。

对于该多个控制系统的数据表格，可以分别使用独立更新的参考变量值。

在该情况中，数字控制器可以进一步包括用于在马达的控制操作中，根据数据表格在该多个控制系统的两个或更多的控制系统中使马达处于操作待机状态的装置。

对该多个控制系统的数据表格，可以使用共同更新的参考变量值。

数字控制器可以进一步包括：用于在对于该多个控制系统的表格使用共同更新的参考变量值的模式，和对于该多个控制系统的数据表格分别使用单独更新的参考变量值的模式之间进行切换的装置。

数字控制器可以进一步包括：用于在根据该多个控制系统的一个控制系统的数据表格进行的马达控制中，根据该多个控制系统中的另一个控制系统中的数据表格开始马达控制的装置。

数字控制器可以进一步包括：用于在根据该多个控制系统中的一个控制系统的NC语句进行的马达控制中，根据该多个控制系统中的另一个控制系统的数据表格开始马达控制的装置。

参考变量可以是时间或主轴位置(在一个方向旋转的轴)。

在控制和操作多个系统的多系统数字控制器中，操作可以通过NC语句或者通过表格数据进行。关于表格数据的参考，操作可以使用公共参考或者特定于各系统的参考来执行操作。能够在由NC语句或者表格数据执行的操作的中间，由另一个系统的表格数据指令操作的开始。还可能在待机两个或者更多系统之后由表格数据执行操作。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中的多个系统的路径表格操作的示意性说明图；

图2是同一实施例的数字控制器的大致部分的框图；

图3是说明在根据相同的实施例的每个系统中，每个预定周期执行的操作处理的算法的流程图；

图4是说明一实施例的路径表格操作的处理的流程图，其中在路径表格操作中指令另一个系统的路径表格；

图5是在路径表格操作中指令另一个系统的路径表格的实施例中使用的路径表格的一个例子的说明性示图；

图6是说明在路径表格操作中在多个系统中执行待机操作的实施例的操作处理的算法的流程图；

图7a和7b是在两个系统之间执行待机操作的实施例中使用的路径表格的一个例子的说明性示图；

图8是传统路径表格操作的示意性说明示图；

图9是相同的传统路径表格操作中的路径表格的一个实例的说明性示图；

图10是图9所示的路径表格中轴移动的说明示图。

具体实施方式

图1是本发明的一个实施例中的多个系统的路径表格操作的示意性说明图。在该实施例中，图8中所示的传统路径表格操作提供给每个系统。图1示例说明了其中提供了两个系统的例子。

系统#1和#2分别具有路径表格T-1和T-2，参考变量计数器3-1和3-2，以及路径表格插入处理部4-1和4-2。还有为各个系统提供马达M-1x，M-1x，以及M-2z。

来自固定到主轴(主轴位置)上的位置编码器的脉冲或基于来自参考外部脉冲发生部的参考脉冲输入到计数器1中进行计数。通过乘法器2将计数器1的计数值乘以设定在置换装置中的置换值。乘法器2的输出输入到每个参考变量计数器3-1和3-2。参考变量计数器3-1和3-2是单独可复位的，并且其中的更新可以停止并重新开始。如果使用主轴位置作为参考变量，由于通过提供置换给主轴的旋转频率，已经生成了来自位置编码器的反馈脉冲，与计数器1的值相乘的置换值等于1。此外，可以计数主轴的指令脉冲。

为了能够使得路径表格操作使用系统中公共的参考变量值来同步地进行，将任一系统中的参考变量设定为公共参考变量。基于该参考变量，可以执行同步的系统的路径表格操作。在该实施例中，系统#1的参考变量计数器3-1的输出可以输出到系统#2的路径表格插入处理部4-2。在系统#2中，提供切换装置5，用于选择参考变量的公共值(参考变量计数器3-1的输出)或选择系统#2专用的参考变量值(参考变量计数器3-2的输出)。

如果通过切换装置5选择了公共参考变量，各系统的路径表格插入处理部4-1和4-2根据为参考变量计数器3-1输出的参考变量以及各系统的路径表格T-1和T-2，执行内插处理来驱动控制各系统的马达M-1x，M-1z，M-2x，以及M-2z，从而以系统1和2相互同步地执行路径表格操作。

如果通过切换装置5选择了要为各系统更新的参考变量值，各系统的参考变量计数器3-1和3-2的输出输入到各系统的路径表格插入处理部4-1和4-2作为各系统的参考变量值。由于参考变量计数器3-1和3-2可以单独复位，能够完全地、独立地执行路径表格操作。

图2是能够控制本实施例的多系统并执行各路径表格操作的数字控制器10的大致部分的框图。

CPU 11是整体地控制数字控制器10的处理器。CPU 11通过总线20读取存储在ROM 12中的系统程序，并根据系统程序控制整个数字控制器。RAM13存储临时计算的数据，显示数据，以及由操作者通过显示器/MDI单元70输入的各种数据。CMOS存储器14由未显示的电池支持，并形成为非易失性存储器，其即使在数字控制器10关闭的时候也保持存储状态。存储在CMOS存储器14中的是通过接口15读取的加工程序，通过显示器/MDI单元70输入的加工程序，等等。进一步地，预先存储各系统的路径表格T-1和T-2。

接口15实现数字控制器10和外部设备的连接。PC(可编程控制器)16根据初始地存储在数字控制器10中的顺序程序，通过I/O单元输出信号到机床的辅助设备，从而执行控制。PC 16还从提供在机床的主体上的操作面板的各种开关之类接收信号，并在执行必要的信号处理之后发送信号到CPU11。

显示器/MDI单元70是手动数据输入装置，包括由CRT，液晶显示器之类组成的显示器，键盘等等。接口18接收来自显示器/MDI单元70的指令和数据，并发送指令和数据到CPU 11。接口19连接到操作面板71，从而接收来自操作面板71的各种指令。

用于为系统1到n控制每个轴马达M的轴控制电路连接到总线20，并从CPU 11接收每个系统的每个轴的移动指令量来输出每个轴的指令到伺服放大器。当接收到指令时，伺服放大器驱动各轴的伺服马达M。每个轴的每个伺服马达包括位置/速度检测器，从位置/速度检测器反馈位置/速度信号到轴控制电路，并执行位置/速度反馈控制。在图2中，略去了位置/速度反馈。

至少一个系统具有主轴马达SM，主轴控制电路从CPU 11接收主轴旋转指令，并执行通过主轴放大器驱动主轴的主轴马达驱动。位置编码器PE与轴的旋转同步地反馈反馈脉冲(参考脉冲)和一次旋转信号到主轴控制电路。反馈脉冲和一次旋转信号由CPU 11通过主轴控制电路读取。反馈脉冲(参考脉冲)由提供到RAM 13的计数器(图1中的计数器1)计数。能够计数主轴的指令脉冲。

图3是说明对于数字控制器的系统，每个预定周期执行的操作处理的算法的流程图。

CPU 11确定指示路径表格操作的标志F是否设定为“1”(步骤a1)。如果标志F没有设定为“1”，CPU 11从NC语句(statement)中读取一块(步骤a2)，并确定读取的块的一个指令是否是对于另一个控制系统的路径表格操作指令(步骤a3)。如果该指令是对于另一个控制系统的路径表格操作指令，CPU 11输出路径表格操作指令到指定的控制系统(步骤a4)。在指定的控制系统中，存储路径表格操作的标志F由上述路径表格操作指令设定为“1”来开始路径表格操作。当步骤a3确定读取块的指令不是对于另一个控制系统的路径表格操作指令，确定该指令是否是对于处理中的控制系统的路径表格操作指令(步骤a5)。如果指令是对于处理中的控制系统的路径表格操作指令，将标志F设定为“1”(步骤a6)，并且流程回到步骤a1。如果指令不是对于处理中的控制系统的路径表格操作指令，执行读取的块的处理指令(步骤a7)。

如果在步骤a1确定标志F设定为“1”，根据预设的路径表格开始操作(步骤a8)。后面将描述该路径表格操作。当完成路径表格操作时(步骤a9)，标志F设定为“0”(步骤a10)，并且流程回到步骤a1。结果，除非读取了路径表格操作指令，否则从下个处理周期开始执行根据NC语句的处理和操作。

图4是说明一实施例的路径表格操作的处理的流程图，其中在路径表格操作期间指令另一个系统的路径表格。在该情况中，能够通过由切换装置5选择模式，或者基于公共参考变量执行多个系统的路径表格操作，或者基于各系统专用的参考变量执行路径表格操作。当开始路径表格操作时，复位参考变量值。

图5说明了在路径表格操作期间指令另一个系统的路径表格的实施例中使用的路径表格的一个例子。在图5所示的系统中，显示了对于X轴的路径表格T-1的例子，相似的路径表格提供给另一个轴。

对于参考变量设置并存储X轴位置，并相对于参考变量还设定到另一个系统的开始指令。在图5中，当参考变量值为L0时，指令X轴位于位置X0，以及当参考变量值为L1时，X轴位于位置X1。同时，设置并存储关于系统2和3的路径表格操作开始指令。当参考变量值为L2时，指令X轴位于位置X2，以及当参考变量值为L3时，指令X轴位于位置X3。同时，为系统4设置并存储路径表格操作开始指令。

当开始路径表格操作时，CPU 11开始图4所示的操作。首先，CPU 11读出持续地更新的参考变量的当前值L(步骤b1)，并从路径表格中搜索最接近于并大于参考变量的读取值L的参考变量指令值(步骤b2)。假设参考变量在要递增的方向上持续变化。确定是否存在大于当前值L的参考变量指定值(步骤b3)。如果这样，读取相对于参考变量指令值指令的指令位置，并判断是否为另一个系统设定了路径表格操作开始指令(步骤b4)。如果没有参考变量指令值，意味着当前路径表格操作的结束。然而，如果存在参考变量的下一指令值，并且如果指定了对于另一个系统的路径表格操作开始指令，路径表格操作开始指令到指定的系统(步骤b5)。流程接着前进到步骤b6。如果没有设置路径表格操作开始指令给另一系统，流程从步骤b4直接进行值步骤b6。在步骤b6中，在从当前值到参考变量指令值的每个预定的周期，利用对于参考变量指令值设定为目标位置的指令的轴位置，执行内插处理(步骤b6)。接着，读取参考变量的当前值(步骤b7)。确定读取的参考变量的当前值是否达到了指令值(步骤b8)。如果没有，在每个预定的周期执行从步骤b6到步骤b8的处理。

在图5所示的路径表格的情况中，首先读取参考变量指令值L0，还读取对于指令值L0指令的位置X0。由于没有对于另一个系统的路径表格操作开始指令，在每个预定周期执行内插处理，使得移动指令输出到该系统的轴控制电路来驱动马达，直到参考变量的当前值达到指令值L0，从而轴位置达到指令位置X0。

当参考变量的当前值达到指令值，流程回到步骤b2，并且执行前述处理。然而，在图5所示的路径表格T-1的情况下，读取相对于参考变量的下一个指令值L1的指令的位置X1，还读取到系统#2和#3的路径表格操作指令S23。因此，到系统#2和#3的路径操作指令在步骤b5中输出。

如上所述，路径表格操作按顺序进行。在图5所示的路径表格T-1中，当读取参考变量值L3时，由于设定了到系统4的路径表格操作指令S4，路径表格开始指令输出到系统4。结果，对于，内插处理将X轴从参考变量的指令值L3的当前值移动到位置X3。即使参考变量的当前值达到了指令值L3，并且流程回到步骤b2来读取参考变量的下一个指令值，由于在路径表格T-1中没有设置下一个指令值，终止该路径表格操作。

上面是到另一个系统的路径表格操作开始指令可以在路径表格操作期间根据图5所示的路径表格T-1输出的操作流程。在此情况中，能够使用系统中的公共参考变量，或者使用各系统专用的参考变量。在使用各系统专用的参考变量的情况中，在接收到路径表格操作指令的时刻将处理中的系统的参考变量值复位(图1所示的处理中的系统的参考变量计数器3-2)，并开始路径表格操作。

图6，7a和7b显示了在路径表格操作期间相对于多个系统执行待机操作的实例的实施例。图6是显示了用于该实施例中的操作处理的算法的流程图。图7a和7b显示了该实施例中使用的路径表格的一个例子。该实施例采用了系统1和2执行待机操作的例子。图7a显示了系统#1中使用的路径表格T-1的例子，而图7b显示了系统#2中使用的路径表格T-2的例子。使用各系统专用的参考变量进行执行系统待机的路径表格。

CPU 11读出持续地更新的参考变量的当前值L(步骤c1)，并从路径表格T-1中搜索接近于并大于参考变量的读取值L的参考变量指令值(步骤c2)。确定是否存在这样的参考变量指令值(步骤c3)。如果这样，读取相对于参考变量指令值指令的指令位置，并判断是否对于自身系统设定了待机指令(步骤c4)。如果在路径表格T-1中没有参考变量指令值，并且没有设定待机指令，流程前进到步骤c9，利用相对于读取的参考变量指令值而指令的轴位置作为目标位置，在每个预定的周期进行内插处理(步骤c9)。接着，读取参考变量的当前值(步骤c10)，并确定读取的参考变量的当前值是否达到了指令值(步骤c11)。如果没有，在每个预定的周期执行从步骤c9到步骤c11的处理。如果参考变量的当前值达到读取的指令值，流程回到步骤c2，并且执行前述处理。

当用读取的参考变量指令值设定了系统待机指令，流程从步骤c4前进到步骤c5。确定是否已经从指定的系统接收了待机信号。如果这样，流程直接前进到步骤c9，并执行步骤c9和后续步骤的处理。如果系统待机指令没有从另一个系统接收到，流程从步骤c5进行到步骤c6。系统待机指令输出到指定的系统，并停止参考变量的更新(步骤c6)。流程待机直到从指定的系统接收到待机指令(步骤c7)。一旦待机指令从指定的系统输入，恢复参考变量的更新(c8)。流程前进到步骤c9，并执行步骤c9和后续步骤的处理。

参考图7a和7b所示的路径表格T-1和T-2的例子，在系统#1中，首先，读取参考变量指令值La0以及与参考变量指令值相联系地设定的轴位置Xa0(步骤c1和c2)，并且没有设定系统待机指令。因此，基于参考变量指令值和指令的轴位置，执行内插处理。当读出参考变量的下一个指令值La1和指令的轴位置Xa1时，由于设定了系统待机指令P12(对于系统#1和#2的待机指令)，确定是否从系统#2接收了待机指令。如果没有，将系统待机指令输出到系统#2，并停止参考变量的更新，并保留其值(步骤c4到c6)。在该情况中，参考变量值保持为La1。

同样，在系统#2中，根据图7b所示的路径表格T-2执行操作。读取参考变量指令值Lb3，设定系统待机指令P12并联系参考变量指令值Lb3来存储。因此，待机指令输出到系统#1。在系统#1中，当接收到系统待机指令，流程进行到步骤c11来恢复参考变量的更新。流程前进到步骤c9，并且执行内插操作直到参考变量值和轴位置分别到达La1和Xa1。接着将移动指令输出到系统#1的轴控制电路。同样，在系统#2中，一旦从系统#1接收到系统待机指令，执行内插操作直到参考变量值和轴位置分别到达Lb1和Xb1。因此，持续了路径表格操作。

Claims

1.一种数字控制器，用于在多个控制系统中控制马达的操作，该马达用于驱动机床的轴，每个控制系统包括一个或者多个马达，每个马达用于驱动一个轴，所述数字控制器包括：

第一控制装置，用于根据NC语句对该多个控制系统分别控制马达的操作；

第二控制装置，用于根据数据表格对多个控制系统分别控制马达的操作，每个数据表格存储所述各个控制系统中的轴的与参考变量相对的指令位置；以及

切换装置，用于在由所述第一控制装置进行的马达控制和由所述第二控制装置进行的马达的控制之间进行切换。

2.根据权利要求1所述的数字控制器，其中，对于该多个控制系统的数据表格，分别使用独立更新的参考变量值。

3.根据权利要求2所述的数字控制器，进一步包括：用于在马达的控制操作中，根据数据表格在该多个控制系统的两个或更多的控制系统中使马达处于操作待机状态的装置。

4.根据权利要求1所述的数字控制器，其中，对该多个控制系统的数据表格，使用共同更新的参考变量值。

5.根据权利要求1所述的数字控制器，进一步包括：用于在对于该多个控制系统的表格使用共同更新的参考变量值的模式，和对于该多个控制系统的数据表格分别使用单独更新的参考变量值的模式之间进行切换的装置。

6.根据权利要求1所述的数字控制器，进一步包括：用于在根据该多个控制系统的一个控制系统的数据表格进行的马达控制中，根据该多个控制系统中的另一个控制系统中的数据表格开始马达控制的装置。

7.根据权利要求1所述的数字控制器，进一步包括：用于在根据该多个控制系统中的一个控制系统的NC语句进行的马达控制中，根据该多个控制系统中的另一个控制系统的数据表格开始马达控制的装置。

8.根据权利要求1所述的数字控制器，其中，参考变量是时间。

9.根据权利要求1所述的数字控制器，其中，参考变量是主轴位置。