JP2003005815A - 数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置 - Google Patents
数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置Info
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- NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 3-morpholin-4-yl-1-oxa-3-azonia-2-azanidacyclopent-3-en-5-imine;hydrochloride Chemical compound Cl.[N-]1OC(=N)C=[N+]1N1CCOCC1 NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
- G05B19/4163—Adaptive control of feed or cutting velocity
-
- G—PHYSICS
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 オービットボーリング等において、切り込み
あるいは逃げ動作のために、半径方向動作が入っても、
制御軸の送り速度、加速度が、機械仕様上の最大送り速
度、最大加速度を超えないようすること。 【解決手段】 円弧補間による輪郭制御時の半径方向の
最大許容速度Ｖａｍａｘあるいは／および 半径方向の
最大許容加速度度αａｍａｘを、機械仕様上、設定され
ている制御軸の最大送り速度Ｖｍａｘおよび最大加速度
αｍａｘの設定値とは別に予め設定し、円弧補間指令時
には、半径方向の最大許容速度Ｖａｍａｘあるいは／お
よび最大許容加速度度αａｍａｘを超えないように、半
径方向速度Ｖｎあるいは／および加速度αｎに制限を加
える。
あるいは逃げ動作のために、半径方向動作が入っても、
制御軸の送り速度、加速度が、機械仕様上の最大送り速
度、最大加速度を超えないようすること。 【解決手段】 円弧補間による輪郭制御時の半径方向の
最大許容速度Ｖａｍａｘあるいは／および 半径方向の
最大許容加速度度αａｍａｘを、機械仕様上、設定され
ている制御軸の最大送り速度Ｖｍａｘおよび最大加速度
αｍａｘの設定値とは別に予め設定し、円弧補間指令時
には、半径方向の最大許容速度Ｖａｍａｘあるいは／お
よび最大許容加速度度αａｍａｘを超えないように、半
径方向速度Ｖｎあるいは／および加速度αｎに制限を加
える。
Description
【０００１ 】
【発明の属する技術分野】この発明は、数値制御工作機
械の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置に関
し、特に、オービットボーリングを行う数値制御工作機
械の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置に関
するものである。
械の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置に関
し、特に、オービットボーリングを行う数値制御工作機
械の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置に関
するものである。
【０００２ 】
【従来の技術】近年、数値制御工作機械（ＮＣ工作機
械）における旋削加工法の一つとして、主軸に装着され
たボーリングバー（工具）が常に円弧半径方向（法線方
向）に向くように、主軸と直角平面内における主軸中心
の円弧補間運動と主軸の回転運動とを同期制御して穴加
工を行う旋削加工法が開発された（特許第３０９３９３
５号）。この旋削加工法は、運動形態からオービットボ
ーリングと名付けられ、一つのボーリングバーによって
任意の穴寸法の穴加工を行えると云う利点を有する。
械）における旋削加工法の一つとして、主軸に装着され
たボーリングバー（工具）が常に円弧半径方向（法線方
向）に向くように、主軸と直角平面内における主軸中心
の円弧補間運動と主軸の回転運動とを同期制御して穴加
工を行う旋削加工法が開発された（特許第３０９３９３
５号）。この旋削加工法は、運動形態からオービットボ
ーリングと名付けられ、一つのボーリングバーによって
任意の穴寸法の穴加工を行えると云う利点を有する。
【０００３ 】ＮＣ工作機械は、機械仕様上、適正な制
御軸の最大送り速度および最大加速度を設定されてい
る。そして、制御軸の送り速度を、パラメータ設定され
た最大送り速度以内に制限する技術（特開平４−２４５
５０５号公報）がある。
御軸の最大送り速度および最大加速度を設定されてい
る。そして、制御軸の送り速度を、パラメータ設定され
た最大送り速度以内に制限する技術（特開平４−２４５
５０５号公報）がある。
【０００４ 】
【発明が解決しようとする課題】オービットボーリング
中に、切り込みあるいは逃げ動作のために、半径方向動
作が入ると、円弧補間運動の送り速度（オービット運動
速度）に、切り込みあるいは逃げ動作の送り速度（半径
方向速度）が合成されるから、高速切削のために、オー
ビット運動速度をある値以上にすると、１軸の送り速度
や加速度が機械仕様上の上限を超えることがある。
中に、切り込みあるいは逃げ動作のために、半径方向動
作が入ると、円弧補間運動の送り速度（オービット運動
速度）に、切り込みあるいは逃げ動作の送り速度（半径
方向速度）が合成されるから、高速切削のために、オー
ビット運動速度をある値以上にすると、１軸の送り速度
や加速度が機械仕様上の上限を超えることがある。
【０００５ 】制御軸の送り速度、加速度が、機械仕様
上の上限である最大送り速度、最大加速度を超えると、
トルク飽和現象を起こして制御不能になったり、過渡誤
差が許容値を超え、所要の許容精度の加工が行われなく
なる。
上の上限である最大送り速度、最大加速度を超えると、
トルク飽和現象を起こして制御不能になったり、過渡誤
差が許容値を超え、所要の許容精度の加工が行われなく
なる。
【０００６ 】上述したような問題は、オービットボー
リングに限らず、高速化のために、制御軸の送り速度が
高速化されると、通常の円弧補間による輪郭加工でも、
同様に生じ、所要の許容精度の加工が行われなくなる。
リングに限らず、高速化のために、制御軸の送り速度が
高速化されると、通常の円弧補間による輪郭加工でも、
同様に生じ、所要の許容精度の加工が行われなくなる。
【０００７ 】この発明は、上述の如き問題点を解消す
るためになされたもので、オービットボーリング等、円
弧補間を伴う制御において、切り込みあるいは逃げ動作
のために、半径方向動作が入っても、制御軸の送り速
度、加速度が、機械仕様上の最大送り速度、最大加速度
を超えないようにし、許容精度の加工が行われることを
保証する数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法
および数値制御装置を提供することを目的としている。
るためになされたもので、オービットボーリング等、円
弧補間を伴う制御において、切り込みあるいは逃げ動作
のために、半径方向動作が入っても、制御軸の送り速
度、加速度が、機械仕様上の最大送り速度、最大加速度
を超えないようにし、許容精度の加工が行われることを
保証する数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法
および数値制御装置を提供することを目的としている。
【０００８ 】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明による数値制御工作機械の送り速度・加
速度制御方法は、円弧補間による輪郭制御時の半径方向
の最大速度あるいは／および最大加速度を、機械仕様
上、設定されている制御軸の最大送り速度および最大加
速度の設定値とは別に予め設定し、円弧補間指令時に
は、予め設定されている半径方向の最大速度あるいは／
および最大加速度を超えないように、半径方向速度ある
いは／および最大加速度に制限を加える。
めに、この発明による数値制御工作機械の送り速度・加
速度制御方法は、円弧補間による輪郭制御時の半径方向
の最大速度あるいは／および最大加速度を、機械仕様
上、設定されている制御軸の最大送り速度および最大加
速度の設定値とは別に予め設定し、円弧補間指令時に
は、予め設定されている半径方向の最大速度あるいは／
および最大加速度を超えないように、半径方向速度ある
いは／および最大加速度に制限を加える。
【０００９ 】また、この発明による数値制御工作機械
の送り速度・加速度制御方法は、加工プログラムの先読
みを行い、円弧補間による輪郭制御の指令の場合には、
その加工プログラムより送り速度、加工半径を読み取
り、これらと機械仕様上、設定されている制御軸の最大
送り速度および最大加速度の設定値より輪郭制御時の半
径方向の最大速度あるいは／および最大加速度を算出
し、算出した半径方向の最大速度あるいは／および最大
加速度を超えないように、半径方向速度あるいは／およ
び最大加速度に制限を加える。
の送り速度・加速度制御方法は、加工プログラムの先読
みを行い、円弧補間による輪郭制御の指令の場合には、
その加工プログラムより送り速度、加工半径を読み取
り、これらと機械仕様上、設定されている制御軸の最大
送り速度および最大加速度の設定値より輪郭制御時の半
径方向の最大速度あるいは／および最大加速度を算出
し、算出した半径方向の最大速度あるいは／および最大
加速度を超えないように、半径方向速度あるいは／およ
び最大加速度に制限を加える。
【００１０ 】これらの数値制御工作機械の送り速度・
加速度制御方法によれば、切り込みあるいは逃げ動作の
ために、送り動作に、半径方向動作が入っても、半径方
向の速度制限、加速度制限によって制御軸の送り速度、
加速度が、機械仕様上の最大送り速度、最大加速度を超
えることが回避される。
加速度制御方法によれば、切り込みあるいは逃げ動作の
ために、送り動作に、半径方向動作が入っても、半径方
向の速度制限、加速度制限によって制御軸の送り速度、
加速度が、機械仕様上の最大送り速度、最大加速度を超
えることが回避される。
【００１１ 】また、この発明による数値制御工作機械
の送り速度・加速度制御方法は、円弧補間による輪郭制
御時の半径方向の速度パターンをＳ字パターンに設定
し、半径方向動作の加速度を機械上、設定されている制
御軸の最大加速度以下に抑えたり、円弧補間による輪郭
制御時の半径方向動作の加速度を直角２軸平面の原点か
らの角度に応じて設定し、半径方向動作の加速度を機械
上、設定されている制御軸の最大加速度以下に抑えたり
することもできる。
の送り速度・加速度制御方法は、円弧補間による輪郭制
御時の半径方向の速度パターンをＳ字パターンに設定
し、半径方向動作の加速度を機械上、設定されている制
御軸の最大加速度以下に抑えたり、円弧補間による輪郭
制御時の半径方向動作の加速度を直角２軸平面の原点か
らの角度に応じて設定し、半径方向動作の加速度を機械
上、設定されている制御軸の最大加速度以下に抑えたり
することもできる。
【００１２ 】また、上述の目的を達成するために、こ
の発明による工作機械の数値制御装置は、円弧補間によ
る輪郭制御時の半径方向の最大速度あるいは／および最
大加速度を、機械仕様上、設定されている制御軸の最大
送り速度および最大加速度の設定値とは別に予め設定す
る手段と、円弧補間指令時には、予め設定されている半
径方向の最大速度あるいは／および最大加速度を超えな
いように、半径方向速度あるいは／および最大加速度に
制限を加える手段とを有しているものである。
の発明による工作機械の数値制御装置は、円弧補間によ
る輪郭制御時の半径方向の最大速度あるいは／および最
大加速度を、機械仕様上、設定されている制御軸の最大
送り速度および最大加速度の設定値とは別に予め設定す
る手段と、円弧補間指令時には、予め設定されている半
径方向の最大速度あるいは／および最大加速度を超えな
いように、半径方向速度あるいは／および最大加速度に
制限を加える手段とを有しているものである。
【００１３ 】また、この発明による工作機械の数値制
御装置は、加工プログラムの先読みする機能を備えた工
作機械の数値制御装置において、円弧補間による輪郭制
御の指令の場合には、その加工プログラムより送り速
度、加工半径を読み取り、これらと機械仕様上、設定さ
れている制御軸の最大送り速度および最大加速度の設定
値より輪郭制御時の半径方向の最大速度あるいは／およ
び最大加速度を算出する手段と、算出した半径方向の最
大速度あるいは／および最大加速度を超えないように、
半径方向速度あるいは／および最大加速度に制限を加え
る手段とを有しているものである。
御装置は、加工プログラムの先読みする機能を備えた工
作機械の数値制御装置において、円弧補間による輪郭制
御の指令の場合には、その加工プログラムより送り速
度、加工半径を読み取り、これらと機械仕様上、設定さ
れている制御軸の最大送り速度および最大加速度の設定
値より輪郭制御時の半径方向の最大速度あるいは／およ
び最大加速度を算出する手段と、算出した半径方向の最
大速度あるいは／および最大加速度を超えないように、
半径方向速度あるいは／および最大加速度に制限を加え
る手段とを有しているものである。
【００１４ 】また、この発明による数値制御工作機械
の送り速度・加速度制御方法および工作機械の数値制御
装置における円弧補間による輪郭制御として好適なもの
は、主軸に装着された工具が常に円弧半径方向法線方向
に向くように、主軸と直角平面内における主軸中心の円
弧補間運動と主軸の回転運動とを同期制御して穴加工を
行う旋削加工の制御である。
の送り速度・加速度制御方法および工作機械の数値制御
装置における円弧補間による輪郭制御として好適なもの
は、主軸に装着された工具が常に円弧半径方向法線方向
に向くように、主軸と直角平面内における主軸中心の円
弧補間運動と主軸の回転運動とを同期制御して穴加工を
行う旋削加工の制御である。
【００１５ 】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。 （記号の一覧） Ｖｔ オービット運動速度（送り速度） Ｖｔｘ オービット運動に伴うＸ軸方向速度 Ｖｔｍａｘ オービット運動による接線方向最大速度 Ｖｎ 半径方向速度（切り込み速度） Ｖｎｘ 半径方向運動に伴うＸ軸方向速度 Ｖｎｍａｘ 切り込み時の半径方向の最大速度 Ｖａｍａｘ 半径方向の最大許容速度（最大切り込み速
度設定値） Ｖｘ Ｘ軸合成速度 Ｖｘｍａｘ 機械仕様上のＸ軸の最大送り速度 Ｖｍａｘ 制御軸の機械仕様上の最大送り速度 αｔｘ オービット運動に伴うＸ軸方向加速度 αｎｘ 半径方向運動に伴うＸ軸方向加速度 αｎ 切り込み時の加速度 αｎｍａｘ 切り込み時の半径方向の最大加速度 αａｍａｘ 半径方向の最大許容加速度（最大切り込み
加速度設定値） αｘ Ｘ軸合成加速度 αｘｍａｘ 機械仕様上のＸ軸の最大加速度 αｍａｘ 制御軸の機械仕様上の最大加速度 αｏｂｉｔ オービットボーリング中の２軸の合成加速
度 αＸ Ｘ軸加速度 αＹ Ｙ軸加速度 θ Ｘ軸からの角度 γ 任意の角度 Ｒ 加工半径 Ｒｔ 工具長（工具の突き出し半径） Ｒｏ 円弧半径（円弧補間運動の半径）
明の実施の形態を詳細に説明する。 （記号の一覧） Ｖｔ オービット運動速度（送り速度） Ｖｔｘ オービット運動に伴うＸ軸方向速度 Ｖｔｍａｘ オービット運動による接線方向最大速度 Ｖｎ 半径方向速度（切り込み速度） Ｖｎｘ 半径方向運動に伴うＸ軸方向速度 Ｖｎｍａｘ 切り込み時の半径方向の最大速度 Ｖａｍａｘ 半径方向の最大許容速度（最大切り込み速
度設定値） Ｖｘ Ｘ軸合成速度 Ｖｘｍａｘ 機械仕様上のＸ軸の最大送り速度 Ｖｍａｘ 制御軸の機械仕様上の最大送り速度 αｔｘ オービット運動に伴うＸ軸方向加速度 αｎｘ 半径方向運動に伴うＸ軸方向加速度 αｎ 切り込み時の加速度 αｎｍａｘ 切り込み時の半径方向の最大加速度 αａｍａｘ 半径方向の最大許容加速度（最大切り込み
加速度設定値） αｘ Ｘ軸合成加速度 αｘｍａｘ 機械仕様上のＸ軸の最大加速度 αｍａｘ 制御軸の機械仕様上の最大加速度 αｏｂｉｔ オービットボーリング中の２軸の合成加速
度 αＸ Ｘ軸加速度 αＹ Ｙ軸加速度 θ Ｘ軸からの角度 γ 任意の角度 Ｒ 加工半径 Ｒｔ 工具長（工具の突き出し半径） Ｒｏ 円弧半径（円弧補間運動の半径）
【００１６ 】まず、オービットボーリングの概要を、
図１を参照して説明する。図１において、１０はボーリ
ングバー等の工具を、Ｗは被加工物を各々示している。
工具１０は主軸中心Ｃｓで示されている主軸（図示省
略）に取り付けられている。
図１を参照して説明する。図１において、１０はボーリ
ングバー等の工具を、Ｗは被加工物を各々示している。
工具１０は主軸中心Ｃｓで示されている主軸（図示省
略）に取り付けられている。
【００１７ 】オービットボーリングでは、主軸と被加
工物Ｗとが、相対的なＸＹ軸移動により円弧補間運動を
行い、主軸の回転角制御によって工具１０が常に円弧半
径方向（法線方向）に向くように、主軸中心Ｃｓの円弧
補間運動と主軸の回転運動との同期制御が行われる。
工物Ｗとが、相対的なＸＹ軸移動により円弧補間運動を
行い、主軸の回転角制御によって工具１０が常に円弧半
径方向（法線方向）に向くように、主軸中心Ｃｓの円弧
補間運動と主軸の回転運動との同期制御が行われる。
【００１８ 】この同期制御により、主軸中心Ｃｓは円
弧補間軌跡Ａを描き、工具１０の突き出し半径（工具
長）Ｒｔ、円弧補間運動の半径（円弧半径）Ｒｏとを合
成した半径Ｒｔ＋Ｒｏのボーリング加工が行われる。工
具１０の突き出し半径Ｒｔは、工具長により決まり、工
具交換以外に物理的に変更できないが、円弧半径Ｒｏ
は、数値制御の加工プログラムの指令によって任意に設
定できるから、１本の工具１０で、加工プログラムの指
令によって任意半径のボーリング加工を行うことができ
る。
弧補間軌跡Ａを描き、工具１０の突き出し半径（工具
長）Ｒｔ、円弧補間運動の半径（円弧半径）Ｒｏとを合
成した半径Ｒｔ＋Ｒｏのボーリング加工が行われる。工
具１０の突き出し半径Ｒｔは、工具長により決まり、工
具交換以外に物理的に変更できないが、円弧半径Ｒｏ
は、数値制御の加工プログラムの指令によって任意に設
定できるから、１本の工具１０で、加工プログラムの指
令によって任意半径のボーリング加工を行うことができ
る。
【００１９ 】図２は、オービット運動速度（送り速
度）がＶｔ、半径方向速度（切り込み方向速度）がＶｎ
の時の状態を示している。図２で、オービット運動に伴
うＸ軸方向速度をＶｔｘ、半径方向運動に伴うＸ軸方向
速度をＶｎｘ、Ｘ軸からの角度をθとすると、 Ｖｔｘ＝Ｖｔ・ｓｉｎ（θ） …（１） Ｖｎｘ＝Ｖｎ・ｃｏｓ（θ） …（２） となる。
度）がＶｔ、半径方向速度（切り込み方向速度）がＶｎ
の時の状態を示している。図２で、オービット運動に伴
うＸ軸方向速度をＶｔｘ、半径方向運動に伴うＸ軸方向
速度をＶｎｘ、Ｘ軸からの角度をθとすると、 Ｖｔｘ＝Ｖｔ・ｓｉｎ（θ） …（１） Ｖｎｘ＝Ｖｎ・ｃｏｓ（θ） …（２） となる。
【００２０ 】この時のＸ軸合成速度Ｖｘは、
Ｖｘ＝Ｖｔｘ＋Ｖｎｘ
＝Ｖｔ・ｓｉｎ（θ）＋Ｖｎ・ｃｏｓ（θ） …（３）
となる。
【００２１ 】また、この時のＸ軸合成加速度αｘは、
αｘ＝αｔｘ＋αｎｘ
＝−Ｖｔ２・／Ｒｏ・ｃｏｓ（θ）＋αｎｘ …（４）
となる。ただし、αｔｘはオービット運動に伴うＸ軸方
向加速度、αｎｘは半径方向運動に伴うＸ軸方向加速度
である。
向加速度、αｎｘは半径方向運動に伴うＸ軸方向加速度
である。
【００２２ 】オービットボーリングにおいて、切り込
みあるいは逃げ動作のために、半径方向動作が入って
も、制御軸の送り速度、加速度が、機械仕様上の最大送
り速度、最大加速度を超えないためには、式（５）、
（６）に表されているように、Ｘ軸合成速度Ｖｘの値が
機械仕様上のＸ軸の最大送り速度Ｖｘｍａｘ以下、Ｘ軸
合成加速度αｘの値が機械仕様上のＸ軸の最大加速度α
ｘｍａｘ以下になる必要がある。 Ｖｔ・ｓｉｎ（θ）＋Ｖｎ・ｃｏｓ（θ）≦Ｖｘｍａｘ …（５） −Ｖｔ２・／Ｒｏ・ｃｏｓ（θ）＋αｎｘ≦αｘｍａｘ …（６）
みあるいは逃げ動作のために、半径方向動作が入って
も、制御軸の送り速度、加速度が、機械仕様上の最大送
り速度、最大加速度を超えないためには、式（５）、
（６）に表されているように、Ｘ軸合成速度Ｖｘの値が
機械仕様上のＸ軸の最大送り速度Ｖｘｍａｘ以下、Ｘ軸
合成加速度αｘの値が機械仕様上のＸ軸の最大加速度α
ｘｍａｘ以下になる必要がある。 Ｖｔ・ｓｉｎ（θ）＋Ｖｎ・ｃｏｓ（θ）≦Ｖｘｍａｘ …（５） −Ｖｔ２・／Ｒｏ・ｃｏｓ（θ）＋αｎｘ≦αｘｍａｘ …（６）
【００２３ 】従って、半径方向の最大速度Ｖｎｍａｘ
は、 Ｖｎｍａｘ＝｛Ｖｘｍａｘ−Ｖｔ・ｓｉｎ（θ）｝／ｃｏｓ（θ） …（７） となる。Ｘ軸とＹ軸の仕様が同じであれば、角度θは０
〜９０°の範囲で考えればよく、この範囲で、式（７）
の微分を求めると、 ｄＶｎｍａｘ／ｄθ＝｛Ｖｘｍａｘ・ｓｉｎ（θ）−Ｖｔ｝／ｃｏｓ２（θ） …（８） ｄ２Ｖｎｍａｘ／ｄ２θ＝［Ｖｘｍａｘ｛１＋ｓｉｎ２（θ）｝ −２Ｖｔ・ｓｉｎ（θ）］／ｃｏｓ３（θ） …（９） となる。
は、 Ｖｎｍａｘ＝｛Ｖｘｍａｘ−Ｖｔ・ｓｉｎ（θ）｝／ｃｏｓ（θ） …（７） となる。Ｘ軸とＹ軸の仕様が同じであれば、角度θは０
〜９０°の範囲で考えればよく、この範囲で、式（７）
の微分を求めると、 ｄＶｎｍａｘ／ｄθ＝｛Ｖｘｍａｘ・ｓｉｎ（θ）−Ｖｔ｝／ｃｏｓ２（θ） …（８） ｄ２Ｖｎｍａｘ／ｄ２θ＝［Ｖｘｍａｘ｛１＋ｓｉｎ２（θ）｝ −２Ｖｔ・ｓｉｎ（θ）］／ｃｏｓ３（θ） …（９） となる。
【００２４ 】式（８）が０となる条件から、
ｓｉｎ（θ）＝Ｖｔ／Ｖｘｍａｘ …（１０）
θ＝ｓｉｎ−１（Ｖｔ／Ｖｘｍａｘ） …（１１）
となり、これを式（９）に代入すると、
（Ｖｘｍａｘ２−Ｖｔ２）／Ｖｘｍａｘ≧０ …（１２）
となり、式（１０）と式（１１）は極限値をとる条件に
なる。
なる。
【００２５ 】以上から、切り込み時の半径方向の移動
の最大速度Ｖｎｍａｘ（ｍｍ／ｍｉｎ）は、つぎのよう
にして計算することができる。ここでは、オービット運
動による接線方向最大速度をＶｔｍａｘ（ｍｍ／ｍｉ
ｎ）、機械仕様上、設定されている１軸の最大送り速度
をＶｍａｘとする。 θ＝ｓｉｎ−１（Ｖｔ／Ｖｍａｘ） …（１３） Ｖｎｍａｘ＝｛Ｖｍａｘ−Ｖｔｍａｘ・ｓｉｎ（θ）｝／ｃｏｓ（θ） …（１４）
の最大速度Ｖｎｍａｘ（ｍｍ／ｍｉｎ）は、つぎのよう
にして計算することができる。ここでは、オービット運
動による接線方向最大速度をＶｔｍａｘ（ｍｍ／ｍｉ
ｎ）、機械仕様上、設定されている１軸の最大送り速度
をＶｍａｘとする。 θ＝ｓｉｎ−１（Ｖｔ／Ｖｍａｘ） …（１３） Ｖｎｍａｘ＝｛Ｖｍａｘ−Ｖｔｍａｘ・ｓｉｎ（θ）｝／ｃｏｓ（θ） …（１４）
【００２６ 】円弧補間運動であるから、Ｘ軸の加速度
は、θ＝０の時に上限値になるから、 αｎｘ≦αｘｍａｘ＋Ｖｔ２・／Ｒｏ＝αｎｍａｘ …（１５） となり、加減速時定数Ｔｎは、直線加減速の場合、 Ｔｎ＝Ｖｘｍａｘ／αｎｘ …（１６） となる。
は、θ＝０の時に上限値になるから、 αｎｘ≦αｘｍａｘ＋Ｖｔ２・／Ｒｏ＝αｎｍａｘ …（１５） となり、加減速時定数Ｔｎは、直線加減速の場合、 Ｔｎ＝Ｖｘｍａｘ／αｎｘ …（１６） となる。
【００２７ 】例えば、オービット運動による接線方向
最大速度Ｖｔｍａｘをオービットボーリング指令による
送り速度Ｖｔ＝１００００ｍｍ／ｍｉｎ、円弧半径Ｒｏ
＝５０ｍｍとし、機械仕様上の制御軸Ｘの最大送り速度
Ｖｘｍａｘ＝３００００ｍｍ／ｍｉｎ、最大加速度αｘ
ｍａｘ＝１ｍ／ｓｅｃ２であれば、オービットボーリン
グ指令時の半径方向速度の上限（最大速度）は、式（１
３）、式（１４）より、 θ＝ｓｉｎ−１（Ｖｔ／Ｖｍａｘ）＝１９．４° Ｖｎｍａｘ＝｛３００００−１００００ｓｉｎ（１９．
４）｝／ｃｏｓ（１９．４） ＝ほぼ２８２８４ｍｍ／ｍｉｎ となる。
最大速度Ｖｔｍａｘをオービットボーリング指令による
送り速度Ｖｔ＝１００００ｍｍ／ｍｉｎ、円弧半径Ｒｏ
＝５０ｍｍとし、機械仕様上の制御軸Ｘの最大送り速度
Ｖｘｍａｘ＝３００００ｍｍ／ｍｉｎ、最大加速度αｘ
ｍａｘ＝１ｍ／ｓｅｃ２であれば、オービットボーリン
グ指令時の半径方向速度の上限（最大速度）は、式（１
３）、式（１４）より、 θ＝ｓｉｎ−１（Ｖｔ／Ｖｍａｘ）＝１９．４° Ｖｎｍａｘ＝｛３００００−１００００ｓｉｎ（１９．
４）｝／ｃｏｓ（１９．４） ＝ほぼ２８２８４ｍｍ／ｍｉｎ となる。
【００２８ 】また、式（１５）より、
αｎｘ≦αｘｍａｘ＋Ｖｔ２・／Ｒｏ＝０．４４ｍ／ｓ
ｅｃ２＝αｎｍａｘ となり、直線加減速時定数Ｔｎは、式（１６）より、Ｔ
ｎ＝Ｖｘｍａｘ／αｎｘ＝ほぼ１．１３ｓｅｃとなる。
ｅｃ２＝αｎｍａｘ となり、直線加減速時定数Ｔｎは、式（１６）より、Ｔ
ｎ＝Ｖｘｍａｘ／αｎｘ＝ほぼ１．１３ｓｅｃとなる。
【００２９ 】以上から、制御軸の送り速度、加速度
が、機械仕様上の最大送り速度、最大加速度を超えない
ようにするためには、円弧半径Ｒｏ＝５０ｍｍ、送り速
度１００００ｍｍ／ｍｉｎのオービットボーリングにお
ける半径方向速度Ｖｎは２８２８４ｍｍ／ｍｉｎ以下、
直線加減速時定数Ｔｎは１．１３ｓｅｃより長く設定す
る必要がある。
が、機械仕様上の最大送り速度、最大加速度を超えない
ようにするためには、円弧半径Ｒｏ＝５０ｍｍ、送り速
度１００００ｍｍ／ｍｉｎのオービットボーリングにお
ける半径方向速度Ｖｎは２８２８４ｍｍ／ｍｉｎ以下、
直線加減速時定数Ｔｎは１．１３ｓｅｃより長く設定す
る必要がある。
【００３０ 】図３はこの発明による数値制装置の実施
の形態を示している。数値制御装置は、入力された加工
プログラムＰを１ブロック毎の補間用データに解析する
加工プログラム解析部２０と、１ブロック毎の補間用デ
ータより各制御軸の移動量、送り速度を算出する補間器
２１と、補間演算に必要な各種パラメータや機械仕様
上、設定されている制御軸の最大送り速度Ｖｍａｘ、最
大加速度αｍａｘのパラメータ設定値を格納するパラメ
ータ格納部２２とを含んでいる。なお、数値制御装置は
コンピュータ式のものであり、加工プログラム解析部２
０、補間器２１は、コンピュータがプログラムを実行す
ることにより実現される。
の形態を示している。数値制御装置は、入力された加工
プログラムＰを１ブロック毎の補間用データに解析する
加工プログラム解析部２０と、１ブロック毎の補間用デ
ータより各制御軸の移動量、送り速度を算出する補間器
２１と、補間演算に必要な各種パラメータや機械仕様
上、設定されている制御軸の最大送り速度Ｖｍａｘ、最
大加速度αｍａｘのパラメータ設定値を格納するパラメ
ータ格納部２２とを含んでいる。なお、数値制御装置は
コンピュータ式のものであり、加工プログラム解析部２
０、補間器２１は、コンピュータがプログラムを実行す
ることにより実現される。
【００３１ 】補間器２１は、工作機械の各制御軸、オ
ービットボーリングを行う工作機械では、主軸、Ｘ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸の各位置制御器２３、２４、２５、２６へ位
置指令（速度指令）を出力する。主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸の各位置制御器２３、２４、２５、２６には、各制御
軸のサーボモータ２７、２８、２９、３０が電気的に接
続されており、各制御軸の位置制御器２３〜２６は各制
御軸のサーボモータ２７〜３０の駆動制御を行う。
ービットボーリングを行う工作機械では、主軸、Ｘ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸の各位置制御器２３、２４、２５、２６へ位
置指令（速度指令）を出力する。主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸の各位置制御器２３、２４、２５、２６には、各制御
軸のサーボモータ２７、２８、２９、３０が電気的に接
続されており、各制御軸の位置制御器２３〜２６は各制
御軸のサーボモータ２７〜３０の駆動制御を行う。
【００３２ 】補間器２１は、基本的には、パラメータ
格納部２２に設定されている機械仕様上の制御軸の最大
送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘの範囲内で、各
制御軸の速度指令を生成する。換言すれば、補間器２１
は、本来のスペックとして、各軸の位置制御器へ出力す
る速度指令（位置指令）を、パラメーラ設定されている
最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘの範囲内に
制限するリミッタ機能を有している。
格納部２２に設定されている機械仕様上の制御軸の最大
送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘの範囲内で、各
制御軸の速度指令を生成する。換言すれば、補間器２１
は、本来のスペックとして、各軸の位置制御器へ出力す
る速度指令（位置指令）を、パラメーラ設定されている
最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘの範囲内に
制限するリミッタ機能を有している。
【００３３ 】この発明による数値制御装置は、上述し
た本来のスペックに加え、機械仕様上、設定されている
制御軸の最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘ
と、オービットボーリングで指令される送り速度Ｖｔお
よび円弧半径Ｒｏの上限値より、オービットボーリング
切り込み時の半径方向の最大速度Ｖｎｍａｘ、最大加速
度αｎｍａｘを、上述したような演算式によって予め計
算し、これら最大速度Ｖｎｍａｘ、最大加速度αｎｍａ
ｘに安全率を見込んで算出したオービットボーリング中
の半径方向の最大許容速度（最大切り込み速度設定値）
Ｖａｍａｘ、最大許容加速度（最大切り込み加速度設定
値）αａｍａｘをパラメータ格納部２２にパラメータ設
定し、オービットボーリング指令時には、半径方向の最
大許容速度Ｖａｍａｘ、最大許容加速度αａｍａｘを超
えないように、最大切り込み速度および最大切り込み加
速度に制限を加える。
た本来のスペックに加え、機械仕様上、設定されている
制御軸の最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘ
と、オービットボーリングで指令される送り速度Ｖｔお
よび円弧半径Ｒｏの上限値より、オービットボーリング
切り込み時の半径方向の最大速度Ｖｎｍａｘ、最大加速
度αｎｍａｘを、上述したような演算式によって予め計
算し、これら最大速度Ｖｎｍａｘ、最大加速度αｎｍａ
ｘに安全率を見込んで算出したオービットボーリング中
の半径方向の最大許容速度（最大切り込み速度設定値）
Ｖａｍａｘ、最大許容加速度（最大切り込み加速度設定
値）αａｍａｘをパラメータ格納部２２にパラメータ設
定し、オービットボーリング指令時には、半径方向の最
大許容速度Ｖａｍａｘ、最大許容加速度αａｍａｘを超
えないように、最大切り込み速度および最大切り込み加
速度に制限を加える。
【００３４ 】これにより、オービットボーリング時
に、切り込みあるいは逃げ動作のために、半径方向動作
が入っても、制御軸の送り速度、加速度が、機械仕様上
の最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘを超える
ことがなくなり、許容精度の加工が行われる。
に、切り込みあるいは逃げ動作のために、半径方向動作
が入っても、制御軸の送り速度、加速度が、機械仕様上
の最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘを超える
ことがなくなり、許容精度の加工が行われる。
【００３５ 】図４はオービットボーリング時（円弧補
間運動時）のＸ軸、Ｙ軸の位置波形を、図５は同じくそ
れの速度波形を、図６は同じくそれの最大切り込み速度
・最大切り込み加速度制限前の加速度波形を、図７は同
じくそれの最大切り込み速度・最大切り込み加速度制限
前のトルク波形を、図８は同じくそれの最大切り込み速
度・最大切り込み加速度制限後の加速度波形を、図９は
同じくそれの最大切り込み速度・最大切り込み加速度制
限後のトルク波形を各々示している。
間運動時）のＸ軸、Ｙ軸の位置波形を、図５は同じくそ
れの速度波形を、図６は同じくそれの最大切り込み速度
・最大切り込み加速度制限前の加速度波形を、図７は同
じくそれの最大切り込み速度・最大切り込み加速度制限
前のトルク波形を、図８は同じくそれの最大切り込み速
度・最大切り込み加速度制限後の加速度波形を、図９は
同じくそれの最大切り込み速度・最大切り込み加速度制
限後のトルク波形を各々示している。
【００３６ 】オービットボーリング時に、最大切り込
み速度・最大切り込み加速度の制限が適切に行われない
と、図６の領域ａ、ｂにおいて加速度が許容範囲を超
え、図７の領域ｃにおいてトルク飽和を起こすが、上述
したように最大許容送り速度Ｖａｍａｘ、最大許容加速
度αａｍａｘをもって最大切り込み速度・最大切り込み
加速度の制限が適切に行われると、図８に示されている
ように加速度が許容範囲内になり、図９に示されている
ようにトルク飽和を起こすことがない。
み速度・最大切り込み加速度の制限が適切に行われない
と、図６の領域ａ、ｂにおいて加速度が許容範囲を超
え、図７の領域ｃにおいてトルク飽和を起こすが、上述
したように最大許容送り速度Ｖａｍａｘ、最大許容加速
度αａｍａｘをもって最大切り込み速度・最大切り込み
加速度の制限が適切に行われると、図８に示されている
ように加速度が許容範囲内になり、図９に示されている
ようにトルク飽和を起こすことがない。
【００３７ 】これにより、オービットボーリングにお
ける過渡誤差による加工誤差、加工面の品位低下がなく
なり、トルク飽和による急停止、ショックや衝撃音の発
生が回避される。
ける過渡誤差による加工誤差、加工面の品位低下がなく
なり、トルク飽和による急停止、ショックや衝撃音の発
生が回避される。
【００３８ 】加工プログラムを先読みする機能を具備
した数値制御装置を使用する場合には、加工プログラム
を先読みし、先読みした加工プログラムの指令が、主軸
位置制御モードで、オービットボーリングであれば、加
工プログラムに記述されているオービットボーリング中
の半径方向動作時の送り速度Ｖｔと円弧半径Ｒｏとをオ
ービットボーリング指令のたびに加工プログラムより先
読みし、予めパラメータ設定されている機械仕様上の制
御軸の最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘを参
照して、式（１３）、（７）、（１５）によってオービ
ットボーリングの半径方向の最大速度Ｖｎｍａｘ、最大
加速度αｎｍａｘを数値制御装置内で演算し、切り込み
速度Ｖｎが半径方向の最大速度Ｖｎｍａｘを超えないよ
う、また、切り込み時の加速度αｎが半径方向の加速度
αｎｍａｘを超えないように、切り込み速度Ｖｎ、加速
度αｎ、あるいは直線加減速時定数Ｔｎを変更すること
ができる。
した数値制御装置を使用する場合には、加工プログラム
を先読みし、先読みした加工プログラムの指令が、主軸
位置制御モードで、オービットボーリングであれば、加
工プログラムに記述されているオービットボーリング中
の半径方向動作時の送り速度Ｖｔと円弧半径Ｒｏとをオ
ービットボーリング指令のたびに加工プログラムより先
読みし、予めパラメータ設定されている機械仕様上の制
御軸の最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘを参
照して、式（１３）、（７）、（１５）によってオービ
ットボーリングの半径方向の最大速度Ｖｎｍａｘ、最大
加速度αｎｍａｘを数値制御装置内で演算し、切り込み
速度Ｖｎが半径方向の最大速度Ｖｎｍａｘを超えないよ
う、また、切り込み時の加速度αｎが半径方向の加速度
αｎｍａｘを超えないように、切り込み速度Ｖｎ、加速
度αｎ、あるいは直線加減速時定数Ｔｎを変更すること
ができる。
【００３９ 】これにより、オービットボーリング時
に、切り込みあるいは逃げ動作のために、半径方向動作
が入っても、必要最小限度の速度制限、加速度制限によ
って制御軸の送り速度、加速度が、機械仕様上の最大送
り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘを超えることがな
くなる。
に、切り込みあるいは逃げ動作のために、半径方向動作
が入っても、必要最小限度の速度制限、加速度制限によ
って制御軸の送り速度、加速度が、機械仕様上の最大送
り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘを超えることがな
くなる。
【００４０ 】なお、加工プログラムの記述が加工半径
Ｒによる場合には、円弧半径Ｒｏは、工具長Ｒｔが既知
値であることから、加工半径Ｒ−Ｒｔ＝Ｒｏなる演算に
よって算出することができる。
Ｒによる場合には、円弧半径Ｒｏは、工具長Ｒｔが既知
値であることから、加工半径Ｒ−Ｒｔ＝Ｒｏなる演算に
よって算出することができる。
【００４１ 】図１０は先読みを行う数値制装置の実施
の形態を示している。なお、図１０において、図３に対
応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付け
て、その説明を省略する。
の形態を示している。なお、図１０において、図３に対
応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付け
て、その説明を省略する。
【００４２ 】この数値制御装置は、入力された加工プ
ログラムＰを先読みして１ブロック毎の補間用データに
解析する加工プログラム解析部３１と、送り速度・加速
度調整演算部３２と、先読みプログラムに関するデータ
を一時格納するバッファメモリ３３と、補間演算を行
い、各制御軸の位置指令（速度指令）を出力する補間器
３４と、送り速度・加速度調整演算や補間演算に必要な
各種パラメータ、機械仕様上、設定されている制御軸の
最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘのパラメー
タ設定値を格納するパラメータ格納部３５とを含んでい
る。なお、この数値制御装置もコンピュータ式のもので
あり、加工プログラム解析部３１、送り速度・加速度調
整演算部３２、補間器３４は、コンピュータがプログラ
ムを実行することにより実現される。
ログラムＰを先読みして１ブロック毎の補間用データに
解析する加工プログラム解析部３１と、送り速度・加速
度調整演算部３２と、先読みプログラムに関するデータ
を一時格納するバッファメモリ３３と、補間演算を行
い、各制御軸の位置指令（速度指令）を出力する補間器
３４と、送り速度・加速度調整演算や補間演算に必要な
各種パラメータ、機械仕様上、設定されている制御軸の
最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速度αｍａｘのパラメー
タ設定値を格納するパラメータ格納部３５とを含んでい
る。なお、この数値制御装置もコンピュータ式のもので
あり、加工プログラム解析部３１、送り速度・加速度調
整演算部３２、補間器３４は、コンピュータがプログラ
ムを実行することにより実現される。
【００４３ 】送り速度・加速度調整演算部３２は、先
読みした加工プログラムがオービットボーリングであれ
ば、パラメータ格納部３５にパラメータ設定されている
機械仕様上の制御軸の最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速
度αｍａｘと、オービットボーリング指令の送り速度Ｖ
ｔ、円弧半径Ｒｏより、式（１３）、（７）、（１５）
によってオービットボーリングの半径方向の最大速度Ｖ
ｎｍａｘ、最大加速度αｎｍａｘを演算し、切り込み速
度Ｖｎが半径方向の最大速度Ｖｎｍａｘを超えないよ
う、また、切り込み時の加速度αｎが半径方向の加速度
αｎｍａｘを超えないように、切り込み速度Ｖｎ、加速
度αｎ、あるいは直線加減速時定数Ｔｎを演算設定す
る。これらのデータはバッファメモリ３３に一時格納さ
れる。
読みした加工プログラムがオービットボーリングであれ
ば、パラメータ格納部３５にパラメータ設定されている
機械仕様上の制御軸の最大送り速度Ｖｍａｘ、最大加速
度αｍａｘと、オービットボーリング指令の送り速度Ｖ
ｔ、円弧半径Ｒｏより、式（１３）、（７）、（１５）
によってオービットボーリングの半径方向の最大速度Ｖ
ｎｍａｘ、最大加速度αｎｍａｘを演算し、切り込み速
度Ｖｎが半径方向の最大速度Ｖｎｍａｘを超えないよ
う、また、切り込み時の加速度αｎが半径方向の加速度
αｎｍａｘを超えないように、切り込み速度Ｖｎ、加速
度αｎ、あるいは直線加減速時定数Ｔｎを演算設定す
る。これらのデータはバッファメモリ３３に一時格納さ
れる。
【００４４ 】補間器３４は、１ブロック毎の補間用デ
ータより各制御軸の移動量を算出するものであり、オー
ビットボーリングの場合には、バッファメモリ３３に一
時格納されている切り込み速度Ｖｎ、加速度αｎ、ある
いは直線加減速時定数Ｔｎに従って各制御軸の位置指令
（速度指令）を演算する。
ータより各制御軸の移動量を算出するものであり、オー
ビットボーリングの場合には、バッファメモリ３３に一
時格納されている切り込み速度Ｖｎ、加速度αｎ、ある
いは直線加減速時定数Ｔｎに従って各制御軸の位置指令
（速度指令）を演算する。
【００４５ 】補間器３４が出力する位置指令（速度指
令）は、各制御軸の位置制御器２３、２４、２５、２６
に入力される。
令）は、各制御軸の位置制御器２３、２４、２５、２６
に入力される。
【００４６ 】この場合の切り込み速度設定手順を図１
１に示されているフローチャートを参照して説明する。
１に示されているフローチャートを参照して説明する。
【００４７ 】まず、パラメータ設定されている制御軸
（たとえばＸ軸）の機械仕様上の最大送り速度Ｖｍａｘ
と最大加速度αｍａｘをパラメータメモリより取得する
（ステップＳ１１）。
（たとえばＸ軸）の機械仕様上の最大送り速度Ｖｍａｘ
と最大加速度αｍａｘをパラメータメモリより取得する
（ステップＳ１１）。
【００４８ 】つぎに、加工プログラムを先読みし、先
読みした加工プログラムより、オービットボーリング指
令の送り速度Ｖｔ、切り込み速度Ｖｎ、円弧半径Ｒｏを
取得する（ステップＳ１２）。なお、円弧半径Ｒｏは、
工具長Ｒｔが既知値であることから、加工半径Ｒ−Ｒｔ
なる演算によって算出することができる。
読みした加工プログラムより、オービットボーリング指
令の送り速度Ｖｔ、切り込み速度Ｖｎ、円弧半径Ｒｏを
取得する（ステップＳ１２）。なお、円弧半径Ｒｏは、
工具長Ｒｔが既知値であることから、加工半径Ｒ−Ｒｔ
なる演算によって算出することができる。
【００４９ 】つぎに、最大送り速度Ｖｍａｘ、送り速
度Ｖｔ、円弧半径Ｒｏ等より、切り込み時の半径方向の
最大速度Ｖｎｍａｘを上述の式（７）等により算出する
（ステップＳ１３）。
度Ｖｔ、円弧半径Ｒｏ等より、切り込み時の半径方向の
最大速度Ｖｎｍａｘを上述の式（７）等により算出する
（ステップＳ１３）。
【００５０ 】つぎに、オービットボーリング指令の切
り込み速度Ｖｎが最大速度Ｖｎｍａｘ以下であるか否か
の判別を行う（ステップＳ１４）。この判別で、Ｖｎ＜
Ｖｎｍａｘであれば、オービットボーリング指令の切り
込み速度Ｖｎをそのまま適用する（ステップＳ１５）。
これに対し、Ｖｎ＜Ｖｎｍａｘでなければ、切り込み速
度ＶｎをＶｎｍａｘに変更（制限）する（ステップＳ１
６）。
り込み速度Ｖｎが最大速度Ｖｎｍａｘ以下であるか否か
の判別を行う（ステップＳ１４）。この判別で、Ｖｎ＜
Ｖｎｍａｘであれば、オービットボーリング指令の切り
込み速度Ｖｎをそのまま適用する（ステップＳ１５）。
これに対し、Ｖｎ＜Ｖｎｍａｘでなければ、切り込み速
度ＶｎをＶｎｍａｘに変更（制限）する（ステップＳ１
６）。
【００５１ 】この後に、プログラムが実行されること
により（ステップＳ１７）、オービットボーリング時の
切り込み速度Ｖｎは最大速度Ｖｎｍａｘに抑えられ、オ
ービットボーリング時に、制御軸の送り速度が、機械仕
様上の最大送り速度Ｖｍａｘを超えることが回避され
る。
により（ステップＳ１７）、オービットボーリング時の
切り込み速度Ｖｎは最大速度Ｖｎｍａｘに抑えられ、オ
ービットボーリング時に、制御軸の送り速度が、機械仕
様上の最大送り速度Ｖｍａｘを超えることが回避され
る。
【００５２ 】上述した制御以外に、オービットボーリ
ング時の半径方向動作に関する速度パターンを、補間段
階で、Ｓ字など、速度変化が滑らかなパターンにしてオ
ービットボーリング時の半径方向動作の加速度を抑える
こともできる。
ング時の半径方向動作に関する速度パターンを、補間段
階で、Ｓ字など、速度変化が滑らかなパターンにしてオ
ービットボーリング時の半径方向動作の加速度を抑える
こともできる。
【００５３ 】ＸＹ平面オービットの場合、角度θ＝０
°で、Ｘ軸の加速度が最大になり（χ＝Ｒｏ・ｃｏｓθ
ならば、αχ＝−Ｒｏ（θ／ｔ）２ｃｏｓθ）、機械の
仕様上の最大加速度でオービットボーリングを実施する
場合には、θ＝０°の半径方向動作は、加速度α＝０で
ならなければならない。このために、Ｓ字加減速時定数
による加減速を行う。Ｓ字加減速時定数による加減速パ
ターンは、図１２に示されているようになる。
°で、Ｘ軸の加速度が最大になり（χ＝Ｒｏ・ｃｏｓθ
ならば、αχ＝−Ｒｏ（θ／ｔ）２ｃｏｓθ）、機械の
仕様上の最大加速度でオービットボーリングを実施する
場合には、θ＝０°の半径方向動作は、加速度α＝０で
ならなければならない。このために、Ｓ字加減速時定数
による加減速を行う。Ｓ字加減速時定数による加減速パ
ターンは、図１２に示されているようになる。
【００５４ 】Ｓ字速度パターンにおける曲線部時間Δ
Ｔｃと加減速全体時間ΔＴａとの関係は、加速目標速度
Ｖａと最大加速度αｍａｘが決まっていると、式（１
７）により表される。
Ｔｃと加減速全体時間ΔＴａとの関係は、加速目標速度
Ｖａと最大加速度αｍａｘが決まっていると、式（１
７）により表される。
【００５５ 】
ΔＴａ＝（Ｖａ／αｍａｘ）＋ΔＴｃ …（１７）
ただし、ΔＴｃ≦（Ｖａ／αｍａｘ）
したがって、曲線部時間ΔＴｃを決めれば、全体時間Δ
Ｔａが求められる。
Ｔａが求められる。
【００５６ 】また、これ以外に、角度θ毎にオービッ
トボーリング時の半径方向動作の加速度を制限すること
もできる。
トボーリング時の半径方向動作の加速度を制限すること
もできる。
【００５７ 】オービットボーリングは、送り系に、
Ｘ＝Ｒｏ・ｃｏｓωｔ …（１８）
Ｙ＝Ｒｏ・ｓｉｎωｔ …（１９）
（但し、ω＝θ／ｔ）の円弧補間を行わせるため、加速
度は、 αＸ＝−Ｒｏω２・ｃｏｓωｔ …（２０） αＹ＝−Ｒｏω２・ｓｉｎωｔ …（２１） となり、各制御軸の加速度の制限は、 αＸ＝｜αｍａｘ｜−｜−Ｒｏω２・ｃｏｓωｔ｜ …（２２） αＹ＝｜αｍａｘ｜−｜−Ｒｏω２・ｓｉｎωｔ｜ …（２３） となる。
度は、 αＸ＝−Ｒｏω２・ｃｏｓωｔ …（２０） αＹ＝−Ｒｏω２・ｓｉｎωｔ …（２１） となり、各制御軸の加速度の制限は、 αＸ＝｜αｍａｘ｜−｜−Ｒｏω２・ｃｏｓωｔ｜ …（２２） αＹ＝｜αｍａｘ｜−｜−Ｒｏω２・ｓｉｎωｔ｜ …（２３） となる。
【００５８ 】このため、オービットボーリング時の半
径方向動作において、半径方向動作開始角度毎に加速度
を制限することが可能である。
径方向動作において、半径方向動作開始角度毎に加速度
を制限することが可能である。
【００５９ 】また、オービットボーリング中の２軸の
合成加速度は、常に、 αｏｂｉｔ＝−Ｒｏω２ …（２４） であるから、任意の角度γの合成加速度の制限は、 ｜αＸＹ｜＝｜αｍａｘ｜−｜αｏｂｉｔ｜ ＝｜（αＸＹ・ｃｏｓγ２＋αＸＹ・ｓｉｎγ２）｜ …（２５） となる。
合成加速度は、常に、 αｏｂｉｔ＝−Ｒｏω２ …（２４） であるから、任意の角度γの合成加速度の制限は、 ｜αＸＹ｜＝｜αｍａｘ｜−｜αｏｂｉｔ｜ ＝｜（αＸＹ・ｃｏｓγ２＋αＸＹ・ｓｉｎγ２）｜ …（２５） となる。
【００６０ 】これにより、２軸の合成加速度は、移動
方向（角度）によって制限されることになる。
方向（角度）によって制限されることになる。
【００６１ 】なお、この発明による数値制御工作機械
の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置は、オ
ービットボーリングに限られることはなく、円弧補間に
よる各種の輪郭制御による加工、つまり、制御軸の送り
速度に半径方向速度が加算される加工において有用であ
る。
の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置は、オ
ービットボーリングに限られることはなく、円弧補間に
よる各種の輪郭制御による加工、つまり、制御軸の送り
速度に半径方向速度が加算される加工において有用であ
る。
【００６２ 】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、この発
明による数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法
および数値制御装置によれば、オービツトボーリング等
の円弧補間による各種の輪郭制御による加工において、
切込み動作など半径方向動作による過渡的な動作を含む
場合に、機械仕様上の許容速度や加速度を超えないよう
に制御するため、過渡誤差の残留振動による加工誤差、
加工面品位の低下や、トルク飽和による急停止、ショッ
クや衝撃音除去の効果が得られる。
明による数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法
および数値制御装置によれば、オービツトボーリング等
の円弧補間による各種の輪郭制御による加工において、
切込み動作など半径方向動作による過渡的な動作を含む
場合に、機械仕様上の許容速度や加速度を超えないよう
に制御するため、過渡誤差の残留振動による加工誤差、
加工面品位の低下や、トルク飽和による急停止、ショッ
クや衝撃音除去の効果が得られる。
【図１】オービットボーリングの概要を示す説明図であ
る。
る。
【図２】オービットボーリングの速度ベクトル図であ
る。
る。
【図３】この発明による数値制装置の一つの実施の形態
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図４】オービットボーリング時のＸ軸、Ｙ軸の位置波
形を示すグラフである。
形を示すグラフである。
【図５】オービットボーリング時のＸ軸、Ｙ軸の速度波
形を示すグラフである。
形を示すグラフである。
【図６】オービットボーリング時の最大切り込み速度・
最大切り込み加速度制限前の加速度波形を示すグラフで
ある。
最大切り込み加速度制限前の加速度波形を示すグラフで
ある。
【図７】オービットボーリング時の最大切り込み速度・
最大切り込み加速度制限前のトルク波形を示すグラフで
ある。
最大切り込み加速度制限前のトルク波形を示すグラフで
ある。
【図８】オービットボーリング時の最大切り込み速度・
最大切り込み加速度制限後の加速度波形を示すグラフで
ある。
最大切り込み加速度制限後の加速度波形を示すグラフで
ある。
【図９】オービットボーリング時の最大切り込み速度・
最大切り込み加速度制限後のトルク波形を示すグラフで
ある。
最大切り込み加速度制限後のトルク波形を示すグラフで
ある。
【図１０】この発明による数値制装置の他の実施の形態
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図１１】この発明による数値制御工作機械の送り速度
・加速度制御方法における切り込み速度設定手順を示す
フローチャートである。
・加速度制御方法における切り込み速度設定手順を示す
フローチャートである。
【図１２】Ｓ字速度パターンによる速度制御の速度波形
と加減速波形を示すグラフである。
と加減速波形を示すグラフである。
２０ 加工プログラム解析部
２１ 補間器
２２ パラメータ設定部
２３〜２６ 各制御軸の位置制御器
２７〜３０ 各制御軸のサーボモータ
３１ 加工プログラム解析部
３２ 送り速度・加速度調整演算部
３３ バッファメモリ
３４ 補間器
３５ パラメータ設定部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 斯波 和広
静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式
会社内
Ｆターム(参考） 5H269 AB02 AB03 BB03 CC02 CC11
CC17 RB05
Claims (8)
- 【請求項１】 円弧補間による輪郭制御時の半径方向の
最大速度あるいは／および最大加速度を、機械仕様上、
設定されている制御軸の最大送り速度および最大加速度
の設定値とは別に予め設定し、 円弧補間指令時には、予め設定されている半径方向の最
大速度あるいは／および最大加速度を超えないように、
半径方向速度あるいは／および最大加速度に制限を加え
ることを特徴とする数値制御工作機械の送り速度・加速
度制御方法。 - 【請求項２】 加工プログラムの先読みを行い、 円弧補間による輪郭制御の指令の場合には、その加工プ
ログラムより送り速度、加工半径を読み取り、これらと
機械仕様上、設定されている制御軸の最大送り速度およ
び最大加速度の設定値より輪郭制御時の半径方向の最大
速度あるいは／および最大加速度を算出し、 算出した半径方向の最大速度あるいは／および最大加速
度を超えないように、半径方向速度あるいは／および最
大加速度に制限を加えることを特徴とする数値制御工作
機械の送り速度・加速度制御方法。 - 【請求項３】 円弧補間による輪郭制御時の半径方向の
速度パターンをＳ字パターンに設定し、半径方向動作の
加速度を機械上、設定されている制御軸の最大加速度以
下に抑えることを特徴とする数値制御工作機械の送り速
度・加速度制御方法。 - 【請求項４】 円弧補間による輪郭制御時の半径方向動
作の加速度を直角２軸平面の原点からの角度に応じて設
定し、半径方向動作の加速度を機械上、設定されている
制御軸の最大加速度以下に抑えることを特徴とする数値
制御工作機械の送り速度・加速度制御方法。 - 【請求項５】 円弧補間による輪郭制御は、主軸に装着
された工具が常に円弧半径方向法線方向に向くように、
主軸と直角平面内における主軸中心の円弧補間運動と主
軸の回転運動とを同期制御して穴加工を行う旋削加工の
制御であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項
記載の数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法。 - 【請求項６】 円弧補間による輪郭制御時の半径方向の
最大速度あるいは／および最大加速度を、機械仕様上、
設定されている制御軸の最大送り速度および最大加速度
の設定値とは別に予め設定する手段と、 円弧補間指令時には、予め設定されている半径方向の最
大速度あるいは／および最大加速度を超えないように、
半径方向速度あるいは／および最大加速度に制限を加え
る手段と、 を有していることを特徴とする工作機械の数値制御装
置。 - 【請求項７】 加工プログラムの先読みする機能を備え
た工作機械の数値制御装置において、 円弧補間による輪郭制御の指令の場合には、その加工プ
ログラムより送り速度、加工半径を読み取り、これらと
機械仕様上、設定されている制御軸の最大送り速度およ
び最大加速度の設定値より輪郭制御時の半径方向の最大
速度あるいは／および最大加速度を算出する手段と、 算出した半径方向の最大速度あるいは／および最大加速
度を超えないように、半径方向速度あるいは／および最
大加速度に制限を加える手段と、 を有していることを特徴とする工作機械の数値制御装
置。 - 【請求項８】 円弧補間による輪郭制御は、主軸に装着
された工具が常に円弧半径方向法線方向に向くように、
主軸と直角平面内における主軸中心の円弧補間運動と主
軸の回転運動とを同期制御して穴加工を行う旋削加工の
制御であることを特徴とする請求項６あるいは７記載の
工作機械の数値制御装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2001189800A JP3603051B2 (ja) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | 数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置 |
| US10/176,134 US6728595B2 (en) | 2001-06-22 | 2002-06-21 | Numerical controller and numerical control method for NC machine tools |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001189800A JP3603051B2 (ja) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | 数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3603051B2 JP3603051B2 (ja) | 2004-12-15 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001189800A Expired - Lifetime JP3603051B2 (ja) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | 数値制御工作機械の送り速度・加速度制御方法および数値制御装置 |
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| JP (1) | JP3603051B2 (ja) |
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| JP2005165408A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-23 | Yamazaki Mazak Corp | 工作機械の制御方法及びその制御装置 |
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| US20040225382A1 (en) * | 2003-05-09 | 2004-11-11 | Phil Brown | Jerk profile, vector motion control and real time position capture in motion control systems |
| JP2006004275A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Fanuc Ltd | 数値制御装置 |
| DE102006022831A1 (de) * | 2006-05-16 | 2007-11-22 | Siemens Ag | Verfahren zum Steuern einer Schleifmaschine und numerisch gesteuerte Schleifmaschine |
| JP4800873B2 (ja) * | 2006-08-04 | 2011-10-26 | オークマ株式会社 | 近似点群データからの近似曲線生成プログラム及び方法 |
| JP2009038055A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Nuflare Technology Inc | 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 |
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| US10185304B2 (en) | 2012-03-21 | 2019-01-22 | Delcam Limited | Timing a machine tool using an accelerometer |
| GB201204908D0 (en) | 2012-03-21 | 2012-05-02 | Delcam Plc | Method and system for testing a machine tool |
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| JP2862036B2 (ja) * | 1991-09-17 | 1999-02-24 | 三菱電機株式会社 | 数値制御装置 |
| JP3093935B2 (ja) | 1994-09-05 | 2000-10-03 | 東芝機械株式会社 | バイト工具による主軸回転角制御式切削加工方法 |
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2001
- 2001-06-22 JP JP2001189800A patent/JP3603051B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-06-21 US US10/176,134 patent/US6728595B2/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
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