JP2000020118A

JP2000020118A - 数値制御装置及びその指令位置算出方法

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Publication number: JP2000020118A
Application number: JP10187966A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kubo; 光生久保; Masanobu Nakai; 正信中井
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2000-01-21
Anticipated expiration: 2018-07-02
Also published as: JP3354494B2

Abstract

(57)【要約】【課題】サンプル時間毎の離散的処理による影響を受
けることなく、速度加減速を考慮したサンプル時の指令
位置を算出でき、さらには単ピッチ連続加工への適用も
行えるような数値制御装置及びその指令位置算出方法を
提供する。【解決手段】ＮＣプログラムの解析を行うことにより
移動ブロックのデータを作成するＮＣ指令部と、移動ブ
ロックのデータに含まれる目標位置及び目標速度に基づ
いて所定のサンプル時間毎に指令位置を算出するように
された位置指令部と、を有する数値制御装置において、
位置指令部では、目標位置及び目標速度に基づいて求め
られた指令速度に対して、予め指定された加速度及び該
加速度への到達時間すなわち加加速度を加味することに
より、速度加減速を考慮した加減速曲線を算出し、この
加減速曲線に基づいて算出されたサンプル時間毎の加減
速指令位置を前記指令位置とするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣ指令部より移
動データを取得した位置指令部がサンプル時間毎の指令
位置を位置制御部へ指令するようにされた数値制御装置
に関し、特に、補間処理を行う前段階の加減速処理すな
わち補間前加減速処理において行われる、速度加減速を
考慮したサンプル時間毎の指令位置の算出方法及びそれ
が適用される数値制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ指令部より指令された目標位置や目
標速度に基づいてサンプル時間毎の指令位置を算出する
ようにされた位置指令部では、従来、指定された速度加
減速データからサンプル時の指令速度データを算出し、
それを位置移動量すなわち分配量に変換して、現在の指
令位置に加算することにより、サンプル時の指令位置の
算出を行うようにしている。これを数式で表すと、式
（１）に示すようになる。

【０００３】

【数１】

【０００４】なお、式（１）において、ｔはサンプル時
間、ｖ（ｔ）はサンプル時の速度、ｆ１（ｔ）は指令速
度算出関数、ｐ（ｔ）はサンプル時の分配量、ｆ２
（ｔ）は分配量算出関数、ｓ（ｔ）はサンプル時の指令
位置、ｓ′（ｔ）は前サンプル時の指令位置である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した指令
位置算出方法においては、目標位置に到達したときすな
わち分配完了したときの指令速度を考慮した場合、ある
位置から指定された速度加減速で減速または加速する必
要があるが、サンプル毎の離散的な処理のため理想加減
速開始位置に対して誤差が発生すること、さらにその誤
差量は指令速度やサンプル時間間隔が大きいほど顕著に
なることなどの問題点があった。また、移動ピッチが短
く指令速度に到達する前に加減速しなければならない場
合、理想減速開始位置の算出が困難なこと、さらにその
位置が算出できたとしてもサンプル時の指令位置がその
位置に一致することはほとんどないために誤差が発生し
まうこと、その結果として加速曲線と減速曲線のパター
ンが異なってしまい、それを機械系で見た場合、加速度
不連続という現象となって機械の振動を引き起こし、こ
の点がワーク加工精度の低下、切断加工時のチッピング
の発生などの要因になってしまうという問題点があっ
た。

【０００６】本発明は、従来技術のかかる問題点を解決
するためになされたものであり、サンプル時間毎の離散
的処理による影響を受けることなく、速度加減速を考慮
したサンプル時の指令位置を算出でき、好ましくは単ピ
ッチ連続加工への適用も行えるような数値制御装置及び
その指令位置算出方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかる発明では、ＮＣプログラムの解
析を行うことにより移動ブロックのデータを作成するＮ
Ｃ指令部と、移動ブロックのデータに含まれる目標位置
及び目標速度に基づいて所定のサンプル時間毎に指令位
置を算出するようにされた位置指令部と、を有する数値
制御装置において、位置指令部では、目標位置及び目標
速度に基づいて求められた指令速度に対して、予め指定
された加速度及びこの加速度への到達時間すなわち加加
速度を加味することにより、速度加減速を考慮した加減
速曲線を算出し、この加減速曲線に基づいて算出された
サンプル時間毎の加減速指令位置を前記指令位置とする
ようにしたことを特徴とする数値制御装置の指令位置算
出方法を提供した。

【０００８】上記の構成とすることにより、位置指令部
からサンプル時間毎に出力される指令位置は、予め指定
された加速度及びこの加速度への到達時間すなわち加加
速度を、目標位置及び目標速度に基づいて求められた指
令速度に加味したものとなる。これにより、加減速時に
発生するサンプル時間毎の離散的な処理に起因する指令
位置の誤差は解消されることになる。

【０００９】また、請求項２にかかる発明では、請求項
１にかかる発明において、指令速度と目標位置までの距
離との関係から与えられた条件下において加減速曲線が
算出できない場合には、移動ブロックのデータに含まれ
る目標速度の代わりにダミー目標速度を設定し、このダ
ミー目標速度をサンプル時間毎に更新していくことによ
り、加減速曲線を算出するようにした。ここで言う加減
速曲線が算出できない場合とは、例えば、加速中におい
て移動ブロックのデータに含まれる目標速度に到達する
前に減速するような場合を言い、この場合、目標速度の
取り得る値が制限されることになる。そこで、これに対
処するために、移動ブロックのデータに含まれる目標速
度の代わりにダミー目標速度を設定するようにする。具
体的には、始点速度からダミー目標速度まで加減速し、
ダミー目標速度で一定速移動し、さらにダミー目標速度
から終点速度まで加減速するような加減速曲線が算出で
きるようなダミー目標速度を設定する。このダミー目標
速度は、始点速度あるいは終点速度を初期値として、所
定のサンプル時間毎にこれを更新していくようにして、
最終的なダミー目標速度を算出するようにする。

【００１０】さらに、請求項３にかかる発明では、請求
項１または２にかかる発明において、移動ブロックが連
続する場合には、今移動ブロックの加減速曲線と次移動
ブロックの加減速曲線とを互いに連続する曲線と見做
し、次移動ブロックの加減速曲線上のサンプル分配位置
を算出することにより、両ブロック間で速度及び加速度
を連続とするようにした。例えば、単ピッチの加工が連
続するような場合、移動ブロック間で速度や加速度が不
連続となると、機械の振動を引き起こし、加工精度の低
下や切断加工時のチッピングの発生などの要因となる。
そこで、これに対処するために、現在の移動ブロックす
なわち今移動ブロックの加減速の最終サンプル時におい
ては、今移動ブロックの終点位置を指令するのではな
く、今移動ブロックの次の移動ブロックすなわち次移動
ブロックの加減速曲線上のサンプル分配位置を算出し、
これを指令することにする。これにより、両ブロック間
で速度及び加速度が連続することになり、機械の振動の
発生は抑制されることになる。

【００１１】さらにまた、請求項４にかかる発明では、
上記指令位置算出方法が適用される数値制御装置とし
て、ＮＣプログラムの解析を行うことにより移動ブロッ
クのデータを作成するＮＣ指令部と、この移動ブロック
のデータに含まれる目標位置及び目標速度に基づいて求
められた指令速度に対して、予め指定された加速度及び
この加速度への到達時間すなわち加加速度を加味するこ
とにより、速度加減速を考慮した加減速曲線を算出し、
この加減速曲線に基づいて算出されたサンプル時間毎の
加減速指令位置を指令位置として算出する位置指令部
と、この指令位置に基づいて駆動系に対してサーボ制御
を行う位置指令部と、を有することを特徴とする数値制
御装置を提供した。これにより、ＮＣプログラムに基づ
いて算出された指令速度に対して、予め指定された加速
度及びこの加速度への到達時間すなわち加加速度が加味
された指令位置が、駆動系をサーボ制御する位置指令部
に出力されることになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て、「ステップ＊＊」の表記中の「＊＊」は、図８乃至
図１３に記載のフローチャート中の各処理ステップの番
号を意味する。図１は本発明における加減速位置算出方
法が適用される数値制御装置の基本構成を示すブロック
図である。ＮＣ指令部１ではこれに入力されたＮＣプロ
グラムの解析を行い、目標位置、目標速度等の移動ブロ
ックのデータを作成する。実行中の現在の移動ブロック
が完了した時点で位置指令部２は次の移動ブロックのデ
ータをＮＣ指令部１より受け取り、位置指令部２内の加
減速処理部３にて指令速度を考慮したサンプル時間毎の
指令位置を算出する。この加減速処理部３にて本発明の
加減速位置算出方法が実施される。補間部４では加減速
処理部３にて算出されたサンプル時の指令位置から実際
の各軸指令位置の展開を行う。位置制御部５では位置指
令部２より指令されるサンプル毎の各軸指令位置に基づ
いて、駆動系６に対してサーボ制御を行う。

【００１３】以下、図１に示した加減速処理部３にて実
施される本発明の加減速位置算出方法の実施形態につい
て、計算式を交えて説明する。物体の運動は、加速度、
速度、及び移動量の各曲線により表現される。これら各
曲線相互の関係は、加速度曲線の時間積分が速度曲線で
あり、速度曲線の時間積分が移動量曲線である。補間指
令が存在する場合は、それぞれ補間曲線にそった加速
度、速度、移動量となる。よって、加速度曲線、速度曲
線、あるいは移動量曲線のいずれか一つが決まれば、他
の曲線も一義的に決定されることになる。

【００１４】本発明における加減速は、始点および終点
での加速度が０で、なおかつ移動中の加速度が連続的に
変化するような加減速とする。なお、始点および終点で
の加速度が０というのは、始点および終点での速度が０
の場合は勿論のこと、一定速での移動中に一時的に速度
が変化するような場合も含まれる。このときの加速度曲
線は、最大加速度がａ１、最大加速度ａ１に達するまで
の時間がＴ０（加加速度ａ１／Ｔ０）となるような曲線
である。始点速度をｖ０、目標速度をｖ１、終点速度を
ｖ２とすると、この加速度条件を満たす速度曲線は一般
的に図２に示すようになる。ただし、図２においては始
点速度ｖ０と終点速度ｖ２とは等しいものとしている。

【００１５】図２に示す速度曲線において、始点速度ｖ
０から目標速度ｖ１までの加減速区間を加減速ｐａｒｔ
Ｉ、一方、目標速度ｖ１から終点速度ｖ２までの加減速
区間を加減速ｐａｒｔＩＩとする。また、加速度が増大
する区間をｍｏｄｅ１、最大加速度（一定）区間をｍｏ
ｄｅ２、加速度が減少する区間をｍｏｄｅ３、加速度０
の区間をｍｏｄｅ０とする。なお、加速度連続かつ加加
速度（加速度の一次微分）一定の条件より、加速時と減
速時のそれぞれにおける加速度の増減に要する時間は等
しくなる。具体的には、各区間の境界となる時刻を図２
に示すようにｔ０乃至ｔ７とすると、ｔ１−ｔ０＝ｔ３
−ｔ２、ｔ５−ｔ４＝ｔ７−ｔ６となる。移動量曲線に
ついては、それぞれ区間多項式で表現できる。

【００１６】以下、各区間における加速度、速度、及び
移動量の式の詳細を示すわけであるが、区間ｔｉ≦ｔ≦
ｔ（ｉ＋１）（ただしｉ＝０、１、２、・・・）での時
間には、ｔの代わりに、各区間の始めを０としたτ（τ
＝ｔ−ｔｉ）を用いて式を表すことにする。τ＝ｔ−ｔ
ｉとおけば、置換積分により、式（２）に示すようにな
る。以下に示す式では、この変数置換を行う。

【００１７】

【数２】

【００１８】まず、加減速ｐａｒｔＩにおける各区間
（ｍｏｄｅ１〜ｍｏｄｅ３）のサンプル時間毎の移動量
ｓ（ｔ）は、加速度をａ（ｔ）、速度をｖ（ｔ）とする
と、それぞれ式（３）で表される。

【００１９】

【数３】

【００２０】ところで、目標速度ｖ１と始点速度ｖ０と
の差により、加速度曲線は図３に示すように２通り考え
られる。詳細には、目標速度ｖ１と始点速度ｖ０との差
（ｖ１−ｖ０）と最大加速度ａ１と最大加速度ａ１に達
するまでの時間Ｔ０との積（ａ１・Ｔ０）の大小関係に
依存する。すなわち、ｖ１−ｖ０≧ａ１・Ｔ０の場合、
図３（ａ）に示すように最大加速度ａ１まで達し、この
場合の移動量は前述の式（３）が適用できる。また、こ
のときｖ１−ｖ０の大きさに応じて最大加速度時間ＴＩ
２が変化する。一方、ｖ１−ｖ０＜ａ１・Ｔ０の場合、
図３（ｂ）に示すように最大加速度ａ１まで達せず、こ
の場合の移動量は、ｍｏｄｅ２が存在せず（ＴＩ２＝
０）、ｍｏｄｅ１及びｍｏｄｅ３については前述の式
（３）と同様にして式（４）で表される。また、このと
きｖ１−ｖ０の大きさに応じて加速時間ＴＩ１が変化す
る。

【００２１】

【数４】

【００２２】次に、目標速度ｖ１が一定速中（ｍｏｄｅ
０）のサンプル時間毎の移動量ｓ（ｔ）は、一定速時間
Ｔｃ＝ｔ４−ｔ３、区間の始めを０としたτ＝ｔ−ｔ３
とおくと、式（５）で表される。

【００２３】

【数５】

【００２４】最後に、加減速ｐａｒｔＩＩにおける各区
間（ｍｏｄｅ１〜ｍｏｄｅ３）のサンプル時間毎の移動
量ｓ（ｔ）は、前述の式（３）に示した加減速ｐａｒｔ
Ｉにおける各ｍｏｄｅと同様になる。すなわち、前述の
式（３）において、各変数を、ａ１→−ａ１、ｖ０→ｖ
１、ｖ１→ｖ２、ｓ（０）→ｓ（ｔ４）、ｔ０→ｔ４、
ｔ１→ｔ５、ｔ２→ｔ６、ｔ３→ｔ７、ＴＩ１→ＴＩＩ
１、ＴＩ２→ＴＩＩ２とそれぞれ置き換えたものにな
る。

【００２５】なお、図２においては、加減速ｐａｒｔＩ
で加速（ｖ１−ｖ２＞０）及び加減速ｐａｒｔＩＩで減
速（ｖ１−ｖ２＜０）としていたが、これとは逆に、加
減速ｐａｒｔＩで減速（ｖ１−ｖ２＜０）及び加減速ｐ
ａｒｔＩＩで加速（ｖ１−ｖ２＞０）となる動作を行わ
せた場合は、上述した式（３）及び（４）において加速
度ａ１の符号を反転させたものとなる。

【００２６】上述した加減速ｐａｒｔＩ及びｐａｒｔＩ
Ｉのそれぞれにおける各区間（ｍｏｄｅ）のサンプル時
間毎の移動量ｓ（ｔ）をまとめると、式（６）となる。

【００２７】

【数６】

【００２８】なお、式（６）において、最大加速度ａ１
に達するまでの時間Ｔ０が０の場合は、ｔ１＝ｔ０、ｔ
３＝ｔ２、ｔ５＝ｔ４、ｔ７＝ｔ６となり、加減速ｐａ
ｒｔＩ及びｐａｒｔＩＩともに、ｍｏｄｅ１及びｍｏｄ
ｅ３が存在しないことになる。また、Ｔ０≠０で、加減
速の速度差（ｖ１−ｖ０）が小さく、加速度が最大加速
度ａ１まで達しない場合には、ｔ２＝ｔ１、ｔ６＝ｔ５
となり、加減速ｐａｒｔＩ及びｐａｒｔＩＩともに、ｍ
ｏｄｅ２が存在しないことになる。

【００２９】以上詳述してきた一連の処理の流れをフロ
ーチャートにまとめると、図１２及び図１３に示すよう
になる。一連の処理はサンプル毎に行われるので、ステ
ップ７１においてサンプル時間Ｔｓｍｐが現在時刻ｔに
加算される。次いで、現在時刻ｔの値に応じて、ステッ
プ７２〜７８において処理が分岐され、ステップ７９〜
８５において加減速ｐａｒｔ及びｍｏｄｅが設定され
る。最後に、設定された加減速ｐａｒｔ及びｍｏｄｅに
対応して、ステップ８６において式（６）で示したサン
プル時間毎の移動量ｓ（ｔ）が算出されることになる。

【００３０】式（６）においては、最大加速度ａ１、最
大加速度ａ１に達するまでの時間Ｔ０、始点速度ｖ０、
目標速度ｖ１、終点速度ｖ２が既に与えられているの
で、図２に示した各区間の時間（ＴＩ１、ＴＩ２、Ｔ
ｃ、ＴＩＩ１、ＴＩＩ２）が決まれば、加減速曲線を算
出することができる。すなわち、既に与えられている始
点速度ｖ０、目標速度ｖ１、終点速度ｖ２、最大加速度
ａ１、加加速度ａ１／Ｔ０に基づいて、加減速における
時間（ＴＩ１、ＴＩ２、ＴＩＩ１、ＴＩＩ２）を求める
ことができる。そして、これが求められれば加減速にお
ける移動量を求めることができ、さらに終点での移動量
ｓｅがわかれば、一定速（ｍｏｄｅ０）での時間（Ｔ
ｃ）を求めることができる。以下、図９乃至１１を参照
して、加減速曲線の算出手順を示す。

【００３１】まず、加減速ｐａｒｔＩにおける時間（Ｔ
Ｉ１、ＴＩ２）は式（７）により求められる（ステップ
２１）。

【００３２】

【数７】

【００３３】また、加減速ｐａｒｔＩＩにおける時間
（ＴＩＩ１、ＴＩＩ２）も加減速ｐａｒｔＩの場合と同
様にして式（８）により求められる（ステップ２２）。

【００３４】

【数８】

【００３５】次に、一定速（ｍｏｄｅ０）における時間
Ｔｃの算出について、加減速ｐａｒｔＩにおける移動量
ｓＩ及び加減速ｐａｒｔＩＩにおける移動量ｓＩＩは、
式（９）により求められる（ステップ２１〜２２）。

【００３６】

【数９】

【００３７】そして、始点ｓ０から終点ｓｅまでの移動
量は式（１０）により求められる。

【００３８】

【数１０】

【００３９】したがって、式（１０）より、一定速（ｍ
ｏｄｅ０）における時間Ｔｃは式（１１）となる。

【００４０】

【数１１】

【００４１】以上により、各区間の時間が求められ、加
減速の式が決定される。

【００４２】ここまでの展開は、始点速度ｖ０から目標
速度ｖ１まで加減速し、目標速度ｖ１で一定速移動、さ
らに目標速度ｖ１から終点速度ｖ２へ加減速するものと
してきた。しかし、移動量が小さい場合には、始点速度
ｖ０から加速し、目標速度ｖ１に達する前に減速するこ
ともありうる。つまり、目標速度ｖ１として取り得る値
が制限されてくる。また、速度差が大きく、移動量が小
さい場合には、与えられた加速度、加加速度では、加減
速できない場合もある。そこで、加減速の式が求められ
る条件について以下に示す。

【００４３】加減速の式が求められる条件として、加減
速の式を求める際に与えられた加速度、加加速度、始点
速度、終点速度は必ず守るものとする。また、始点から
終点までの移動量は、終点位置保証のための前提条件で
ある。加減速ｐａｒｔＩ、加減速ｐａｒｔＩＩでの移動
量は、それぞれｓＩ、ｓＩＩである。ここで、始点速度
ｖ０から終点速度ｖ２へ目標速度ｖ１を経ずに加減速す
ることを考え、この加減速中の移動量をｓｍｉｎとす
る。ｓｍｉｎは、始点速度ｖ０から終点速度ｖ２へ、与
えられた加速度及び加加速度で加減速するために最低必
要な移動量である。なお、ｖ０＝ｖ２の場合はｓｍｉｎ
＝０である（ステップ２３）。また、始点から終点まで
の移動量ｓｔｏｔａｌ＝ｓｅ−ｓ０とする（ステップ２
４〜２５）。

【００４４】ここで、加減速の式が求められるか否か
は、これら加減速中の移動量ｓｍｉｎ及び始点から終点
までの移動量ｓｔｏｔａｌの大小関係により決定され
る。ｓｍｉｎ＞ｓｔｏｔａｌの場合は（ステップ２６Ｎ
Ｏ）、速度条件を達成するには加速度オーバとなってし
まうため、与えられた条件では加減速曲線を求めること
ができない（ステップ２７）。一方、ｓｍｉｎ≦ｓｔｏ
ｔａｌの場合（ステップ２６ＹＥＳ）、ｓＩ＋ｓＩＩ≦
ｓｔｏｔａｌのときは（ステップ２８ＹＥＳ）後述の加
減速曲線係数の算出処理（ステップ２９）を経たのち与
えられた条件で加減速曲線を求めることができるが、ｓ
Ｉ＋ｓＩＩ＞ｓｔｏｔａｌのときは（ステップ２８Ｎ
Ｏ）与えられた条件では加減速曲線を求めることができ
ない。ただし、この場合でも、目標速度ｖ１の代わりに
適当なダミーを目標速度ｖ１′として選定することによ
り、加減速曲線を求めることができる（ステップ３０以
降）。

【００４５】すなわち、ダミー目標速度ｖ１′の条件と
しては、図４に示すように、始点速度ｖ０からダミー目
標速度ｖ１′まで加減速し（移動量ｓＩ′）、ダミー目
標速度ｖ１′で一定速移動し（移動量ｖ１′・Ｔ
ｃ′）、さらにダミー目標速度ｖ１′から終点速度ｖ２
へ加減速する（移動量ｓＩＩ′）ような加減速曲線が算
出できることが必要である。よって、式（１２）に示す
関係式を満たすダミー目標速度ｖ１′を選定することに
なる。

【００４６】

【数１２】

【００４７】図４に示すように、ダミー目標速度ｖ１′
の選び方により、移動量が同じ加減速曲線（言い換えれ
ば台形形状部の面積が同じ加減速曲線）は幾通りも存在
する。そこで、与えられた目標速度ｖ１にできるだけ近
い加減速曲線となるようなダミー目標速度ｖ１′を選定
することにする。ここで選定したダミー目標速度による
加減速曲線は、一定速での移動が最も短くなる曲線であ
る。以下に、ダミー目標速度ｖ１′の算出方法について
説明する。

【００４８】与えられた始点速度、終点速度、加速度、
加加速度から解析的にダミー目標速度ｖ１′を算出する
こともできるが、この方法では計算が複雑になるので、
本発明では、ダミー目標速度ｖ１′を加減速曲線が算出
できる初期値から順々に変更していき、加減速曲線が算
出できるダミー目標速度ｖ１′の中から目標速度ｖ１に
可能な限り近いものを求めるようにする。この方法にお
いて重要な点は、ダミー目標速度ｖ１′の初期値の選定
と、この初期値を起点にダミー目標速度ｖ１′を順次ど
のように変更していくかの選定である。以下に、その方
法について、図５を参照して説明する。

【００４９】加減速曲線の形態は、始点速度ｖ０、目標
速度ｖ１、及び終点速度ｖ２の大小関係に応じて、図５
に示すように８通りがある。すなわち、はｖ１＞ｖ０
＞ｖ２、はｖ１＞ｖ２＞ｖ０、はｖ０＞ｖ１＞ｖ
２、はｖ２＞ｖ１＞ｖ０、はｖ０＞ｖ２＞ｖ１、
はｖ２＞ｖ０＞ｖ１、はｖ１＞ｖ０＝ｖ２、はｖ０
＝ｖ２＞ｖ１である。

【００５０】これら８通りの加減速曲線の形態の中で、
以外の７通りについては始点速度ｖ０と終点速度ｖ２
のうちの少なくとも一方は必ず０ではない。これらにつ
いては、始点速度ｖ０と終点速度ｖ２のうちの０ではな
い方の速度をダミー目標速度ｖ１′の初期値として設定
することにより、確実に加減速曲線が求められる。すな
わち、始点速度ｖ０から終点速度ｖ２への加減速と、始
点速度ｖ０あるいは終点速度ｖ２での一定速とを合わせ
た加減速曲線となる。

【００５１】詳細には、８通りの加減速曲線の形態の中
で、与えられた目標速度ｖ１が始点速度ｖ０と終点速度
ｖ２の間にあるもの、すなわち及びについては、始
点速度ｖ０と終点速度ｖ２のうちの大きい方の速度をダ
ミー目標速度ｖ１′の初期値として設定することによ
り、加減速曲線が求められる。具体的には、加減速曲線
の形態がの場合は（ステップ３０ＹＥＳ）、始点速度
ｖ０と終点速度ｖ２とでは終点速度ｖ２の方が大きいの
で、これを目標速度ｖ１とし（ステップ３１）、後述の
加減速曲線係数の算出処理（ステップ３２）に移行す
る。一方、加減速曲線の形態がの場合は（ステップ３
３ＹＥＳ）、始点速度ｖ０と終点速度ｖ２とでは始点速
度ｖ０の方が大きいので、これを目標速度ｖ１とし（ス
テップ３４）、後述の加減速曲線係数の算出処理（ステ
ップ３５）に移行する。これは、与えられた目標速度ｖ
１では加減速曲線が求められないことより、もともと始
点速度ｖ０から終点速度ｖ２への加減速に必要な移動量
（ｓｍｉｎ）と始点から終点までの移動量（ｓｔｏｔａ
ｌ）がほぼ同じことによるものである。

【００５２】残りの５通り（、、、、）の加
減速曲線の形態については（ステップ３６ＹＥＳ）、始
点速度ｖ０と終点速度ｖ２のうち少なくとも一方は０で
はないので、始点速度ｖ０と終点速度ｖ２のうち０では
なくかつ目標速度ｖ１に近い方の速度をダミー目標速度
ｖ１′の初期値として選定する（ステップ４１）。次い
で、ステップ４２では前述のステップ２１と同様にして
加減速ｐａｒｔＩにおける時間（Ｔ０、ＴＩ１、ＴＩ
２、ＳＩ）を算出し、ステップ４３では前述のステップ
２２と同様にして加減速ｐａｒｔＩＩにおける時間（Ｔ
０、ＴＩＩ１、ＴＩＩ２、ＳＩＩ）を算出する。

【００５３】加減速ｐａｒｔＩでの移動量ｓＩと加減速
ｐａｒｔＩＩでの移動量ｓＩＩとの和が、始点速度ｖ０
から終点速度ｖ２へ目標速度ｖ１を経ずに加減速すると
きの移動量ｓｍｉｎ以上の場合は（ステップ４４ＹＥ
Ｓ）、後述の加減速曲線係数の算出処理を行う（ステッ
プ４５）。一方、ｓｍｉｎ＞ｓＩ＋ｓＩＩの場合は（ス
テップ４４ＮＯ）、始点速度ｖ０あるいは終点速度ｖ２
のうちの目標速度ｖ１に近い方をダミー目標速度の初期
値として設定する。具体的には、図５における加減速曲
線の形態が及びの場合は（ステップ４７ＹＥＳ）、
終点速度ｖ２の方が始点速度ｖ０よりも目標速度ｖ１に
近いので、これをダミー目標速度の初期値として設定し
（ステップ４８）、一方、加減速曲線の形態が、及
びの場合は（ステップ４７ＮＯ）、始点速度ｖ１の方
が終点速度ｖ２よりも目標速度ｖ１に近いので、これを
ダミー目標速度の初期値として設定し（ステップ４
９）、後述の加減速曲線係数の算出処理を行う（ステッ
プ５０）。

【００５４】ここで、ダミー目標速度ｖ１′の変更につ
いては以下のようにする。本方式における加減速では最
大加速度ａ１が予め決まっているので、現在の速度とこ
れより１サンプリング（Ｔｓｍｐ）後の速度との差は最
大で｜ａ１｜・Ｔｓｍｐである。よって、ダミー目標速
度ｖ１′の初期値から目標速度ｖ１へとステップ間隔｜
ａ１｜・Ｔｓｍｐずつサンプリング毎にダミー目標速度
ｖ１′の値を変更していっても、実際の速度がダミー目
標速度ｖ１′を超えることはない。

【００５５】そこで、加減速を行いながらダミー目標速
度ｖ１′を毎サンプル変更し、その時点でのダミー目標
速度で加減速曲線が算出できなければ、ダミー目標速度
の変更を終了し、前サンプルのダミー目標速度を最終的
にダミー目標速度ｖ１′とすることにする。なお、加減
速最初のサンプルで加減速曲線が算出できなければ、初
期値を最終的なダミー目標速度ｖ１′とする。このよう
にして求められたダミー目標速度ｖ１′は、初期値に対
してステップ間隔｜ａ１｜・Ｔｓｍｐの整数倍の値とな
り、与えられた目標速度ｖ１に最も近い値（一定速での
移動が最も短くなる曲線）ではないが、元々与えられた
目標速度には達することができない移動指令であるので
影響は少ない。

【００５６】この点について具体的に示すと、図６は、
ダミー目標速度ｖ１′の初期値として始点速度ｖ０を選
定し、この初期値から目標速度ｖ１へとステップ間隔｜
ａ１｜・Ｔｓｍｐずつサンプリング毎にダミー目標速度
ｖ１′の値を変更していったときの加減速曲線の推移の
様子を示している。図６において、ダミー目標速度ｖ
１′（最終値）は、この次のサンプルのダミー目標速度
で加減速曲線が算出できなくなったために、これを最終
的にダミー目標速度ｖ１′としたものである。このダミ
ー目標速度ｖ１′（最終値）は、｜ａ１｜・Ｔｓｍｐの
ステップ間隔があるために、与えられた目標速度ｖ１に
最も近いダミー目標速度（図６におけるダミー目標速度
ｖ１′（最近値））ではないが、ほぼこれに近似したも
のとなる。したがって、このときの加減速曲線もほぼ近
似したものとなる。

【００５７】なお、始点速度ｖ０と終点速度ｖ２が等し
いの場合は、以下に述べる方法でダミー目標速度ｖ
１′を求める。ｖ０＝ｖ２≠０の場合には（ステップ３
６ＹＥＳ）、ダミー目標速度の初期値として始点速度ｖ
０を選定することにより一定速（ｖ０）の加減速曲線が
必ず求まるので、上述のステップ４１以降の処理方法と
同様にしてサンプリング毎にダミー目標速度を変更して
いくことにより、適切なダミー目標速度ｖ１′を見つけ
る。

【００５８】一方、ｖ０＝ｖ２＝０の場合には（ステッ
プ３６ＮＯ）、加減速曲線が必ず求められるダミー目標
速度の初期値が存在しない。移動のためにはダミー目標
速度ｖ１′が０でない必要であり、そのような速度を加
減速最初のサンプルで確実に求める必要がある。そこ
で、この場合のダミー目標速度ｖ１′の算出は、まず最
大加速度ａ１とサンプリング間隔Ｔｓｍｐとの積をダミ
ー目標速度ｖ１′の初期値として設定した後（ステップ
５１）、以下のＳＴＥＰを行う。

【００５９】ＳＴＥＰ１においては、ステップ５１にお
いて設定したダミー目標速度ｖ１′の初期値を使用し
て、加減速曲線を算出してみる（ステップ５２）。ただ
し、このときのダミー目標速度ｖ１′が与えられた目標
速度ｖ１よりも大きい場合は、このＳＴＥＰ１を行わ
ず、ＳＴＥＰ２へ進む（ステップ５３ＮＯ）。このダミ
ー目標速度ｖ１′にて加減速曲線が算出できれば、今サ
ンプルは算出できた加減速曲線とし、次サンプル以降
は、前述の方法と同様にして、このダミー目標速度から
毎サンプル｜ａ１｜・Ｔｓｍｐずつ変更して、最終的な
ダミー目標速度ｖ１′とその時の加減速曲線を求める
（ステップ５３ＹＥＳ）。このＳＴＥＰ１において加減
速曲線が求められなかった場合には、ＳＴＥＰ２へ進む
（ステップ５３ＮＯ）。

【００６０】ＳＴＥＰ２において、最大加速度ａ１に達
するまでの時間Ｔ０が０≦Ｔ０≦Ｔｓｍｐであるなら
ば、ＳＴＥＰ３へ進む（ステップ５５ＮＯ）。一方、Ｔ
ｓｍｐ＜Ｔ０であるならば、ａ１／Ｔ０・Ｔｓｍｐ・Ｔ
ｓｍｐをダミー目標速度ｖ１′として設定し、加減速曲
線を算出してみる（ステップ５４）。ただし、このとき
のダミー目標速度ｖ１′が与えられた目標速度ｖ１より
も小さい場合は、このＳＴＥＰ２を行わず、ＳＴＥＰ３
へ進む（ステップ５５ＮＯ）。このダミー目標速度ｖ
１′にて加減速曲線が算出できれば、今サンプルは算出
できた加減速曲線とし、次サンプル以降はこのダミー目
標速度から毎サンプルａ１／Ｔ０・Ｔｓｍｐ・Ｔｓｍｐ
ずつ変更して、最終的なダミー目標速度ｖ１′とその時
の加減速曲線を求める（ステップ５３ＹＥＳ）。このＳ
ＴＥＰ２において加減速曲線が求められなかった場合に
は、ＳＴＥＰ３へ進む（ステップ５５ＮＯ）。

【００６１】ＳＴＥＰ３は、上述のＳＴＥＰ１及び２に
おいて加減速曲線が求められなかった場合であるが、こ
の場合は最終手段として加減速を行うことを諦め、式
（１３）で示される速度ｖ１′にて一定速の移動を行う
ことにする（ステップ５６）。

【００６２】

【数１３】

【００６３】ただし、式（１３）において、目標速度ｖ
１が速度ｖ１′よりも小さい場合は、ｖ１′＝ｖ１での
一定速の移動とする。

【００６４】以上により、全ての場合のダミー目標速度
ｖ１′が求められたことになる。

【００６５】加減速曲線を算出できる目標速度ｖ１が求
められたことにより、図１１に示す手順で実際の加減速
曲線の式に使用される加減速曲線係数が算出される。す
なわち、ダミー目標速度の更新中でない場合は（ステッ
プ６１ＮＯ）、ｔ０に初期値０がセットされ、時間ｔ１
〜ｔ７は式（７）及び（８）から算出され、各時間にお
ける速度及び位置係数は式（３）、（４）のｖ（ｔ）、
ａ（ｔ）に対して該当時間を代入することにより算出さ
れ、さらに式（１１）より一定速の時間Ｔｃが算出され
る（ステップ６２〜６５）。これにより、時間をパラメ
ータとした移動量曲線が求められるので、毎サンプル時
刻の始点からの移動量が算出できる。補間指令以外の場
合には、始点位置にそのサンプルの移動量を加えたもの
がそのサンプルの指令位置となる。補間の場合には始点
からの移動量をパラメータとした各軸の位置関数を用意
し、まず移動量曲線から補間曲線にそったサンプル時刻
の移動量が算出でき、その移動量から各軸の位置関数に
よって実際の各軸の指令位置が算出される。

【００６６】図８にこれまでに説明した加減速位置算出
処理のメインフローチャートを示す。まず、加減速曲線
がすでに算出されているか否かをチェックし（ステップ
１１）、移動ブロックの開始時など新規に加減速曲線の
算出を行う必要がある場合は（ステップ１１ＮＯ）、与
えられた指令データに基づいて加減速曲線の算出を行う
（ステップ１２）。一方、次サンプル処理以降で既に加
減速曲線を算出している場合は（ステップ１１ＹＥ
Ｓ）、ダミー目標速度の更新中か否かをチェックし（ス
テップ１３）、更新中の場合は新しいダミー目標速度に
更新し（ステップ１４）、そのダミー目標速度にて加減
速曲線の算出を行う（ステップ１５）。加減速曲線の算
出ができた場合はそのサンプルでの加減速曲線とし（ス
テップ１６ＹＥＳ）、一方、算出できなかった場合は
（ステップ１６ＮＯ）、前のサンプルでのダミー目標速
度を最終目標速度とし、ダミー目標速度の更新をとり止
める（ステップ１７）。このようして算出された加減速
曲線に基づいて、そのサンプルでの加減速指令位置を算
出する（ステップ１８）。

【００６７】図７に示すように、自動運転中のＮＣプロ
グラムによる移動（補間）ブロックが連続する場合に、
ブロック間で速度（１サンプル分配量）を連続にする。
これは、今ブロックの加減速終了サンプルに、ブロック
終点を指令するのではなく、今ブロックの加減速曲線と
次ブロックの加減速曲線を連続する曲線として次ブロッ
クの加減速曲線上の分配位置を算出することにより行
う。なお、この場合、ブロック終点には止まらないの
で、インポジションチェック有効の場合には、ブロック
終点を指令する。加減速位置算出処理ではブロックの始
点と終点で加速度０となるような加減速曲線を算出する
ので、結果として加速度もブロック間で連続となる。

【００６８】

【発明の効果】請求項１にかかる発明によれば、ＮＣプ
ログラムの解析を行うことにより移動ブロックのデータ
を作成するＮＣ指令部と、移動ブロックのデータに含ま
れる目標位置及び目標速度に基づいて所定のサンプル時
間毎に指令位置を算出するようにされた位置指令部と、
を有する数値制御装置において、位置指令部では、目標
位置及び目標速度に基づいて求められた指令速度に対し
て、予め指定された加速度及びこの加速度への到達時間
すなわち加加速度を加味することにより、速度加減速を
考慮した加減速曲線を算出し、この加減速曲線に基づい
て算出されたサンプル時間毎の加減速指令位置を前記指
令位置とするようにしたことを特徴とする数値制御装置
の指令位置算出方法とした。そのため、位置指令部から
サンプル時間毎に出力される指令位置は、予め指定され
た加速度及びこの加速度への到達時間すなわち加加速度
を、目標位置及び目標速度に基づいて求められた指令速
度に加味したものとなったので、加減速時に発生するサ
ンプル時間毎の離散的な処理に起因する指令位置の誤差
は解消されることになった。

【００６９】請求項２にかかる発明によれば、請求項１
にかかる発明において、指令速度と目標位置までの距離
との関係から与えられた条件下において加減速曲線が算
出できない場合には、移動ブロックのデータに含まれる
目標速度の代わりにダミー目標速度を設定し、このダミ
ー目標速度をサンプル時間毎に更新していくことによ
り、加減速曲線を算出するようにした。そのため、例え
ば、加速中において移動ブロックのデータに含まれる目
標速度に到達する前に減速するような場合でも、移動ブ
ロックのデータに含まれる目標速度の値に制限されるこ
となく、理想的な減速開始位置が算出できることにな
り、その結果として、加速曲線と減速曲線の不一致に起
因する機械の振動の発生、及びこれによる加工精度の低
下を抑制することができるものとなった。

【００７０】請求項３にかかる発明によれば、請求項１
または２にかかる発明において、移動ブロックが連続す
る場合には、今移動ブロックの加減速曲線と次移動ブロ
ックの加減速曲線とを互いに連続する曲線と見做し、次
移動ブロックの加減速曲線上のサンプル分配位置を算出
することにより、両ブロック間で速度及び加速度を連続
とするようにした。そのため、単ピッチの加工が連続す
るような場合でも、移動ブロック間で速度や加速度が不
連続となることはなくなるので、機械の振動の発生、及
びこれに起因する加工精度の低下を抑制することができ
るものとなった。

【００７１】請求項４にかかる発明によれば、上記指令
位置算出方法が適用される数値制御装置として、ＮＣプ
ログラムの解析を行うことにより移動ブロックのデータ
を作成するＮＣ指令部と、この移動ブロックのデータに
含まれる目標位置及び目標速度に基づいて求められた指
令速度に対して、予め指定された加速度及びこの加速度
への到達時間すなわち加加速度を加味することにより、
速度加減速を考慮した加減速曲線を算出し、この加減速
曲線に基づいて算出されたサンプル時間毎の加減速指令
位置を指令位置として算出する位置指令部と、この指令
位置に基づいて駆動系に対してサーボ制御を行う位置指
令部と、を有することを特徴とする数値制御装置を提供
した。そのため、ＮＣプログラムに基づいて算出された
指令速度に対して、予め指定された加速度及びこの加速
度への到達時間すなわち加加速度が加味された指令位
置、すなわち加減速時に発生するサンプル時間毎の離散
的な処理に起因する指令位置の誤差が解消された指令位
置が、駆動系をサーボ制御する位置指令部に出力される
ことになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における加減速位置算出方法が適用され
る数値制御装置の基本構成を示すブロック図である。

【図２】始点および終点での加速度が０で、なおかつ移
動中の加速度が連続的に変化するような加速度、速度曲
線の一例を示す図である。

【図３】（ａ）図は最大加速度ａ１に到達するような加
速度曲線、（ｂ）図は最大加速度ａ１に到達しないよう
な加速度曲線の形態をそれぞれ示している。

【図４】互いに移動量が同一となるような複数の加減速
曲線の一例を示す図である。

【図５】始点速度ｖ０、目標速度ｖ１、及び終点速度ｖ
２の大小関係により分類される加減速曲線の形態を示す
図である。

【図６】ダミー目標速度ｖ１′の初期値として始点速度
ｖ０を選定し、この初期値から目標速度ｖ１へとステッ
プ間隔｜ａ１｜・Ｔｓｍｐずつサンプリング毎にダミー
目標速度ｖ１′の値を変更していったときの加減速曲線
の推移の様子を示す図である。

【図７】連続する移動指令ブロック間での速度連続を示
す図である。

【図８】本発明における加減速位置算出処理のフローチ
ャートである。

【図９】本発明における加減速曲線算出処理のフローチ
ャートである。

【図１０】図９に示した本発明における加減速曲線算出
処理のフローチャートの続きである。

【図１１】本発明における加減速曲線係数算出処理のフ
ローチャートである。

【図１２】本発明における加減速指令位置算出処理のフ
ローチャートである。

【図１３】図１２に示した本発明における加減速指令位
置算出処理のフローチャートの続きである。

【符号の説明】

１ＮＣ指令部２位置指令部３加減速処理部（加減速位置算出部）４補間部（指令位置算出部）５位置制御部６駆動系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＮＣプログラムの解析を行うことにより移
動ブロックのデータを作成するＮＣ指令部と、該移動ブ
ロックのデータに含まれる目標位置及び目標速度に基づ
いて所定のサンプル時間毎に指令位置を算出するように
された位置指令部と、を有する数値制御装置において、前記位置指令部では、前記目標位置及び目標速度に基づ
いて求められた指令速度に対して、予め指定された加速
度及び該加速度への到達時間すなわち加加速度を加味す
ることにより、速度加減速を考慮した加減速曲線を算出
し、該加減速曲線に基づいて算出されたサンプル時間毎
の加減速指令位置を前記指令位置とするようにしたこと
を特徴とする数値制御装置の指令位置算出方法。
【請求項２】前記指令速度と目標位置までの距離との関
係から与えられた条件下において前記加減速曲線が算出
できない場合には、前記移動ブロックのデータに含まれ
る目標速度の代わりにダミー目標速度を設定し、該ダミ
ー目標速度をサンプル時間毎に更新していくことによ
り、前記加減速曲線を算出するようにしたことを特徴と
する請求項１に記載の数値制御装置の指令位置算出方
法。
【請求項３】前記移動ブロックが連続する場合には、今
移動ブロックの加減速曲線と次移動ブロックの加減速曲
線とを互いに連続する曲線と見做し、次移動ブロックの
加減速曲線上のサンプル分配位置を算出することによ
り、両ブロック間で速度及び加速度を連続とするように
したことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制
御装置の指令位置算出方法。
【請求項４】ＮＣプログラムの解析を行うことにより移
動ブロックのデータを作成するＮＣ指令部と、該移動ブロックのデータに含まれる目標位置及び目標速
度に基づいて求められた指令速度に対して、予め指定さ
れた加速度及び該加速度への到達時間すなわち加加速度
を加味することにより、速度加減速を考慮した加減速曲
線を算出し、該加減速曲線に基づいて算出されたサンプ
ル時間毎の加減速指令位置を指令位置として算出する位
置指令部と、該指令位置に基づいて駆動系に対してサーボ制御を行う
位置指令部と、を有することを特徴とする数値制御装
置。