JP2006236103A - 対話形数値制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 初心者であっても容易に学習制御を行う加工プログラムを作成できる対話形数値制御装置を提供する。
【解決手段】 対話形式で形成された対話形プログラムから、工程データを順次読込む(b4、b13)。該工程の学習制御が可能か判断し(b5)、可能ならば、学習開始コマンドを先頭に付加し該工程のNCプログラムを作成し出力する(b6〜b7)。又、その工程のNCプログラムの後に、学習終了のコマンドを付加する(b11)。各工程毎に上述したNCプログラムへの変換を行う。又、全工程に対して学習制御の自動ON/OFFを選択した場合には、全工程が学習制御可能なとき、変換したNCプログラムの先頭に学習制御開始コマンドを、最後に学習終了のコマンドを付加する(b15〜b19)。自動的に学習開始、終了のコマンドが付加されるので容易に学習制御ができる加工プログラムを得る。
【選択図】 図5

Description

本発明は、工作機械等を制御する数値制御装置に関する。特に対話形式で入力されたデータに基づいて加工プログラムを作成したり、その加工プログラムを実行できる対話形数値制御装置であって、かつ学習制御を実行する対話形数値制御装置に関する。
同一指令パターンを繰り返し指令して同一動作パターンを実行させて加工等を行う場合において、加工精度を向上させるために、学習制御が採用されている。この学習制御は、同一指令パターンを指令して同一動作パターンが発生する1パターンを1周期とし、位置偏差をサンプリングし該位置偏差に基づいて1周期分の補正データを記憶し、同一指令パターンにおける対応するサンプリング時の補正データを当該サンプリング時の位置偏差に加算して補正するもので、この学習制御を繰り返し実行して補正値を順次更新し、最終的には位置偏差を「0」近傍に収束するように制御するものである。位置偏差が「0」近傍に収束することから、高い加工精度を得ることができるものである(例えば、特許文献1参照)。
特開平6−309021号公報
従来、この学習制御は同一動作パターンが生じるバイナリ運転に対してのみ適用されており、通常のNCプログラム(EIAフォーマット)による運転では(Mコード等の指令がプログラム中にあり、NCプログラムの各階の実行時にこのMコード等の指令による処理実行に伴う影響で動作タイミングがずれ)、同一のNCプログラムを実行しても同一の動作パターンが生じないことから、NCプログラムに対しては適用されていなかった。
そこで、本願出願人は、通常のNCプログラム(EIAフォーマット)に対しても学習制御を適用できるようにするため、同一指令パターンを繰り返し実行させて加工を行う場合、プログラム中に学習制御開始位置および終了位置を指令する学習制御オン指令、学習制御オフ指令を指令しておき、または、学習制御可能の指令を予め設定記憶させておき、プログラム指令の種類が設定記憶されている学習制御可能の指令であるか否かに基づいて、学習制御を行うようにした数値制御装置を提案した(特願2003−359664)。
しかしながら、この提案した特願2003−359664に係る発明は、加工プログラムの作成者が加工プログラムに学習制御開始位置および終了位置を指令する指令コードを入力するか、学習制御可能の指令を予め設定記憶させておく必要があり、加工に精通しているプログラマでなければ、学習制御を実行させる加工プログラムを作成することが難しい。
そこで、本発明の目的は、初心者であっても容易に学習制御を行う加工プログラムを作成できる対話形数値制御装置を提供することにある。
本願請求項1に係る発明は、同一動作パターンにおける位置偏差に基づく補正データを作成して記憶し、該補正データに基づいて同一動作パターン実行時の位置偏差を補正する学習制御機能を有し、対話形式で加工形状および加工条件を入力し対話形プログラムを作成する対話形数値制御装置において、作成された対話形プログラムに基づいて、学習制御ができるか否か判別する手段と、前記対話形プログラムをNCプログラムに変換する手段と、学習制御が可能と判別された前記生成されたNCプログラムの先頭には学習制御開始の指令コードを、NCプログラムの終了位置には学習制御終了の指令コードを挿入する手段とを備えたことを特徴としたものである。又、請求項2に係る発明は、前記学習制御の対象をプログラム全体とした。更に、請求項3に係る発明は、前記学習制御ができるか否か判別する手段を、対話形プログラムの加工工程単位毎に学習制御可能か判別し、学習制御が可能と判断された加工工程のNCプログラムの先頭に学習制御開始の指令コード及び該NCプログラムの最後に学習制御の指令コードを挿入してNCプログラムを作成するものとした。
請求項4に係る発明は、同一動作パターンにおける位置偏差に基づく補正データを作成して記憶し、該補正データに基づいて同一動作パターン実行時の位置偏差を補正する学習制御機能を有し、対話形式で加工形状および加工条件を入力し対話形プログラムを作成する対話形数値制御装置において、作成された対話形プログラムに基づいて、学習制御ができるか否か判別する手段と、前記対話形プログラムを実行し、加工経路の移動指令を出力する手段と、学習制御が可能と判別された対話形プログラムの先頭には学習制御開始指令を、対話形プログラムの終了位置には学習制御終了の指令を出力する手段とを備え、対話形式で作成された対話形プログラムを実行するとき、学習制御可能な場合は自動的に学習制御を指令できるようにした。又、請求項5に係る発明は、この請求項4に係る発明において、前記学習制御の対象を対話形プログラム全体とした。更に、請求項6に係る発明は、前記学習制御ができるか否か判別する手段により、作成された対話形プログラムの加工工程毎に判別し、学習制御ができると判別された加工工程の加工経路の移動指令を出力する前に学習開始指令を出力し、該加工工程における加工経路の移動指令の出力終了後に学習終了指令を出力するようにした。
対話形式で作成された加工プログラムに対して、学習制御できる場合は、自動的に学習制御を行うように指令できるから、初心者であっても容易に学習制御を行う加工プログラムを作成できる。
図1は、本発明の一実施形態の対話形数値制御装置の概要図である。対話形数値制御装置のハードウェア構成は従来の対話形数値制御装置と同一であることから簡単に図示している。対話形数値制御装置10は、大きく分けてCNCシステム11とサーボシステム12で構成され、該CNCシステム11とサーボシステム12との間はインタフェース17を介して接続されている。
CNCシステム11には数値制御用のプロセッサ13及びROM,RAM,不揮発性RAM等で構成されたメモリ14、CRTや液晶で構成された表示器とキーボード等の入力機器からなる表示器/入力機器18を備えている。又、インタフェースを介して外部メモリ19にも接続されるように構成されている。
サーボシステム12は、工作機械等の各軸サーボモータの位置、速度、電流を制御するサーボ回路を構成するもので、さらに主軸の制御回路を含めている。これら各軸サーボ
モータを制御するサーボ制御や主軸の制御は、ソフトウェアによる制御がなされており、サーボシステム12としては、サーボ用のプロセッサ15、ROM,RAM等で構成されたメモリ16を有している。このサーボシステム12にはサーボアンプ20を介して各軸のサーボモータM1〜M4に接続されている。又主軸アンプ21を介して主軸モータSMが接続されている。
CNCシステム11のプロセッサ13は、表示器/入力機器18を用いて加工プログラムを対話形式で作成しメモリ14に格納する。又、この対話形プログラムを読み出し実行し、各ブロックで指令された移動指令に基づいて各軸への分配補間処理して各軸への移動指令をサーボシステム12にインタフェース17を介して引き渡す。サーボシステム12のプロセッサ15は、この移動指令と、各サーボモータ等に設けられた位置・速度検出器からの位置、速度のフィードバック信号に基づいて、さらには電流フィードバック信号に基づいて位置、速度、電流のループ処理を行い、サーボアンプ20を介して各軸サーボモータM1〜M4を駆動制御する。また、同様に主軸モータSMに対しても速度のフィードバック制御がなされ、主軸速度を対話形プログラム指令値に保持する。又、対話形式で作成された対話形プログラムはNCプログラムに変換され外部メモリ19に格納し、他の数値制御装置での利用を可能にしている。
上述した対話形数値制御装置10の構成、作用は、従来の数値制御装置と同一である。そして、さらに、本実施形態では、サーボシステム12のプロセッサ15は、学習制御の処理をも実施するものである。
図2は、サーボシステム12において、プロセッサ15が実施する各サーボモータM1〜M4を制御するサーボ処理のブロック図の一部である。特にこの実施形態では学習制御を行う学習コントローラ30が設けられ、この学習コントローラ30の処理もサーボシステム12のプロセッサ15が実行する。なお、この学習コントローラ30も従来から周知のものである。
学習制御を実施しないときは、CNCシステム11から指令された位置指令から、位置・速度検出器よりフィードバックされてくる位置フィードバック量を減算器36で減じて位置偏差を求め、該位置偏差に位置ループゲインKpを乗じて速度指令を求め、速度制御部に指令する。速度制御部ではこの速度指令とフィードバックされてくる速度フィードバック量に基づいて比例、積分等の処理を行って電流指令を電流制御部へ出力し電流制御部では電流のループ制御を行ってサーボアンプ20を介してサーボモータM1〜M4を駆動制御する。
学習コントローラ30は、加算器31、制御系を安定化するために設けられた帯域制限フィルタ32、同一指令パターンの1周期分のサンプリング数に対応する数の補正データを記憶する遅れ要素メモリ33、制御対象の位相遅れ、ゲイン低下を補償する動特性補償要素34で構成されている。
サンプリング周期(この位置、速度ループ処理周期)毎に求められる位置偏差を求めるると共に、同一指令パターンにおける当該サンプリング時に対応する補正データを遅れ要素メモリ33から読み出し、動特性補償要素34の処理を行い、補正値として出力し、加算器37で、位置偏差に加算し、位置ループゲインKpを乗じて速度指令を求め、速度制御部39に入力する。
一方、当該サンプリング時に読み出した補正データを加算器31で位置偏差に加算し、帯域制限フィルタ32の処理を行った後、遅れ要素メモリ33の記憶データを1つシフトさせて、この帯域制限フィルタ32の処理を行って得られた補正データを最新のデータを記憶するメモリに格納する。
以上のようにして、学習制御においては先に実施した該同一指令パターンの処理における各サンプリング時の位置偏差に基づいて求められた補正データの内、当該同一指令パターンを実行するときの当該サンプリング時に対応する補正データを読み出して位置偏差を補正し、かつ、次の同一指令パターンを実行するときの当該サンプリング時に対応する補正データとして遅れ要素メモリに格納してこの補正データを更新するものであり、同一指令パターンにより同一動作パターンが生じることを前提としているものである。
しかし、ねじ切り加工や、Mコード等の指令がある場合には、加工プログラムの各回の実行時において動作タイミングがずれ、各加工プログラムの実行時に同一動作パターンで実行されないものとなる。そこで、先に出願した特願2003−359664では、加工プログラムに学習制御開始位置および終了位置を指令する指令コードを入力することによって、又は、学習制御可能の指令を予め設定記憶させておき、該指令が読込まれたとき学習制御を行うようにしている。
一方、対話形数値制御装置においては、一個の部品単位で対話形プログラムを作成した場合でも内部的に加工工程を自動的に作成する。つまり、対話形数値制御装置は、対話形プログラムを加工工程単位で作成されても、一個の部品単位で作成されても、加工工程を把握することができる。
したがって、学習制御の学習単位を加工工程単位とすることによって、対話形数値制御装置は、学習制御における学習開始、終了の指示を対話形プログラム作成者がコマンド等により指令する必要がなく、対話形数値制御装置が自動的に学習制御の開始、終了を下位コントローラに指示できることが可能となる。
図3は、対話形数値制御装置において、対話形プログラム作成を作成する加工プログラム編集画面の例である。対話形プログラムは、初期設定データと工程データから成り立っている。初期設定データとして、加工素材の材質、加工素材の形状(棒材、成形材)、素材外径(素材外径の直径値)、素材内径(素材内径部分の直径値)、素材長さ、最高回転(周速一定制御時の最高回転数)、切削油(使用する切削油の指定)、X,Z軸方向のそれぞれの仕上げ代、端面取代、製品長(加工完了後の製品の長さ)等であり、これらのデータを設定する。又、工程データは、切削条件とその切削形状からなり、これらのデータを入力設定する。例えば、加工種類(棒材、端面、ネジ、溝等)を指定し、棒材の場合、加工領域を指定すると、荒加工工程の切削条件(使用する工具の管理番号、切削速度としての周速、切削送り、初回切込量等)が自動決定される。又、仕上げ加工工程等の各工程の切削条件も指定する。切削形状は、表示画面に表示されたガイダンスに従って、座標値等を入力して形状を定義する。
以上のように、対話形プログラムでは、加工工程が定義され加工工程単位で切削条件がきまり、順番に実行される。そして、外径加工や内径加工等は学習制御ができるが、ネジ切り加工は学習制御ができず、加工工程の加工種類によって学習制御ができるか否か決まる。そこで、本発明は、学習制御単位をプログラム全体又は各工程単位とすることによって、学習制御の開始、終了を対話形プログラムに定義することなく、自動的に学習制御をオン、オフさせることができるようにしたものである。
図4は、対話形数値制御装置10によって作成された対話形プログラムによって直接工作機械を運転する本発明の第1の実施形態のフローチャートである。
まず、作業者は自動的に学習制御ON/OFFを行うときには、自動学習制御モードをONにセットし、又、その自動学習制御を、工程単位で実行するか、プログラム全体に亘って実行する加工部品単位で実行するかのいずれかを設定しておく。
対話形プログラムの直接運転指令を指令すると、CNCシステム11のプロセッサ13は、まず、学習制御自動ON/OFFモードに設定されているか否か判断し(ステップa1)、学習制御自動ON/OFFモードに設定されていなければ、通常の運転を行い、学習制御を行うことなく対話形プログラムを実行する(ステップa14)。学習制御自動ON/OFFモードに設定されていると、学習制御のON/OFF単位は工程単位か否か判断する(ステップa2)。工程単位に設定されていれば、対話形プログラムの初期設定データを読込むと共に第1工程データも読込む(ステップa3,a4)。そして、読込んだ工程データから当該実行工程に学習制御が適用可能か判断する(ステップa5)。外径加工や内径加工等で学習制御ができる工程であれば、下位コントローラのサーボシステム12に設けられた学習コントローラ30に当該工程に対応して記憶する補正データを転送すると共に学習開始指令を出力する(ステップa6)。
学習コントローラ30は、受信した補正データを遅れ要素メモリ33にセットすると共に学習制御を実行可能にする。
次に、読込んだ工程データに基づいて加工経路の計算を行い(ステップa7)、加工経路(移動指令)をサーボシステム12に出力する(ステップa8)。そして当該読み込んだ工程が終了するまでステップa7,a8の処理を実行する。一方、ステップa5で、読込んだ工程がネジ切り加工等の工程で学習制御ができない場合にはステップa6をとばしステップa7に移行し、ステップa7,a8の処理を工程終了まで実行する。サーボシステム12のプロセッサ15は、位置、速度、電流ループ処理を行うとともに、学習開始指令が入力された場合には、図2に示す学習コントローラ30の処理をも実行する。
CNCシステム11から送られてきた加工経路(位置指令)と位置フィードバック信号により位置偏差を求める。又、学習開始指令が入力されている場合には、学習コントローラ30では図2と共に説明した学習制御を行い、得られた補正量を位置偏差に加算して位置偏差を補正する。補正された位置偏差にポジションゲインKpを乗じて速度指令Vcを求め、該速度指令Vcと速度フィードバック信号とにより速度ループ制御を行いトルク指令(電流指令)を求め、該トルク指令(電流指令)と電流フィードバックにより電流ループ制御を行い、サーボモータへの指令を求めサーボアンプ20を介してサーボモータを駆動する。
読込んだ加工工程が終了すると(ステップa9)、前行程で今まで実行していた工程が学習制御を実行した工程か否か判別し(ステップa10)、学習制御を実行している工程であれば、下位コントローラである学習コントローラ30に学習制御終了の指令を出して学習制御処理を終了させる。又、学習コントローラ30の遅れ要素メモリ33に記憶する補正量を取り込み工程に対応させて記憶する(ステップa11)。なお、前工程が学習制御を実行していない工程のときはステップa11の処理は行わない。
次に、対話形プログラムに次の工程があるか判断し(ステップa12)、次工程があれば、該次工程を読み出し(ステップa13)、ステップa5に戻り、前述したステップa5以下の処理を実行する。そして、次の工程がなく最後の工程まで実行すると(ステップa12)、この対話形プログラムの実行は終了する。
以上のようにして、工程データを順次読込み、読込んだ工程が学習制御可能な工程か否か判断し、学習制御可能な工程であれば、当該工程に対応して記憶する補正データを学習コントローラに出力すると共に、学習制御開始指令を学習コントローラに出力して学習制御を行わせる。又、学習制御ができないねじ切り加工等の工程に対しては、学習制御開始指令を出力せず、学習制御を行わせない。
一方、ステップa2で、学習制御自動ON/OFFの単位が、工程ではなく、プログラム全体を指定している場合には、該対話形プログラムの全工程データを読みだし、全工程は学習制御できる工程か判断し(ステップa15,a16)、学習制御ができない工程が含まれる場合はアラーム信号を発生させて、全行程の学習制御ができないことを作業者に知らせる(ステップa20)。
又、全工程の学習制御ができると判別されたときに、全工程に亘る補正データを下位コントローラの学習コントローラ30に出力すると共に学習制御開始指令をも出力する(ステップa17)。そして、全工程を実行する(加工経路を計算し移動指令の出力)(ステップa18)。下位コントローラのサーボシステムでは、学習制御を行いながら位置、速度、電流ループ処理してサーボモータを駆動し全工程の加工を行う。そして、全工程を終了すると、学習終了指令を下位コントローラに出力すると共に学習制御の補正データを取り込み記憶する(ステップa19)。
なお、学習制御では、同一パターンの動作の学習制御を行い、補正データによる位置偏差の補正及び補正データの更新処理を複数回実行すると、位置偏差が零近傍になり、それ以上、補正データを更新する意味がなく、むしろ精度を下げる場合があることから、所定回数の補正データの更新、出力の学習制御を行った後は、補正データの更新を行わないように、学習コントローラ側に設定する。この場合では、CNCシステム11から学習制御開始指令が出力されたときは、補正データの更新は行わず補正データによる位置偏差の補正のみの学習制御を行う。
図5は、本発明の第2の実施形態のフローチャートである。この第2の実施形態は、加工プログラムとしての対話形プログラムをそのまま実行するのではなく、NCプログラムに変換し、これを加工プログラムとする例である。この第2の実施形態の処理と第1の実施形態の処理はほぼ同一であり、第1の実施形態のステップa1〜a20が第2の実施形態のステップb1〜b20に対応し、相違する点はステップa6,a17がステップb6,b17にかわり、学習開始指令を下位コントローラに出力する点が、NCプログラムに学習制御開始のコマンドを付加する点に代わったこと、ステップa11,a19がステップb11,b19にかわり、学習終了指令を下位コントローラに出力する点が、NCプログラムに学習制御終了のコマンドを付加する点に代わったこと、及びステップa8,a14,a18がステップb8,b14,b18にかわり、加工経路の出力、全工程の実行、が加工経路をNCプログラムとして出力する点に代わった点である。
この第2の実施形態の動作処理は、第1の動作処理と概略同じであることから、簡単にその処理を説明する。
学習制御自動ON/OFFモードに設定されていなければ(ステップb1)、通常の運転を行い、学習制御を行うことなく対話形プログラムをNCプログラムに変換する(ステップb14)。学習制御自動ON/OFFモードに設定されていると、学習制御のON/OFF単位は工程単位か否か判断し(ステップb2)、工程単位に設定されていれば、対話形プログラムの初期設定データを読込むと共に第1工程データも読込む(ステップb3,b4)。NCプログラムに変換するこの工程が、学習制御ができる工程であるか判断し(ステップb5)、学習制御が可能な工程であれば、学習制御開始のコマンド(このコマンドにより、学習制御の補正データの送出指令をも含む)を付加し(ステップb6)、工程データより経路計算して、加工経路を求めNCプログラムとして出力しメモリに記憶する(ステップb7,b8)。学習制御ができない工程であれば、ステップb6の処理を行わず、ステップb7,b8の処理のみ行う。
当該工程のNCプログラムの作成が終了すると、前工程が学習制御を行う工程であれば、NCプログラムに学習制御終了のコマンド(このコマンドで、学習コントローラから補正データの取り込む指令も含む)を付加し、次の工程のデータを読込むステップb5以下の処理を行う。対話形プログラムから、学習制御する工程の前後に学習制御開始コマンド、及び終了コマンドを付加してNCプログラムを作成し記憶する。
又、学習制御自動ON/OFFをプログラム全体に対して指定している場合にはステップb2からステップb15に移行して、全工程のデータを読みだし、学習制御ができない工程を含むか判断し(ステップb15、b16)、学習制御ができない工程を含むような場合にはアラームを出力して知らせ、全ての工程に対して学習制御ができる場合には、先頭に学習制御開始コマンドを付加し(ステップb17)、全行程の加工経路をNCプログラムに変換して出力し記憶し(ステップb18)、かつ、NCプログラムの最後に学習制御終了コマンドを付加して(ステップb19)、この処理を終了する。
本発明の一実施形態の対話形数値制御装置の概要図である。 同実施形態における位置ループ制御と学習制御のブロック図である。 同実施形態における対話形プログラムの作成画面の一例を示す図である。 同実施形態における対話形プログラムを実行する処理のフローチャートである。 同実施形態における対話形プログラムからNCプログラムを作成する処理のフローチャートである。
符号の説明
10 対話形数値制御装置
11 CNCシステム
12 サーボシステム
M1〜M4 サーボモータ
SM 主軸モータ
30 学習コントローラ

Claims (6)

  1. 同一動作パターンにおける位置偏差に基づく補正データを作成して記憶し、該補正データに基づいて同一動作パターン実行時の位置偏差を補正する学習制御機能を有し、対話形式で加工形状および加工条件を入力し対話形プログラムを作成する対話形数値制御装置において、
    作成された対話形プログラムに基づいて、学習制御ができるか否か判別する手段と、
    前記対話形プログラムをNCプログラムに変換する手段と、
    学習制御が可能と判別された前記生成されたNCプログラムの先頭には学習制御開始の指令コードを、NCプログラムの終了位置には学習制御終了の指令コードを挿入する手段と、を備えたことを特徴とする対話形数値制御装置。
  2. 前記学習制御の対象をプログラム全体としたことを特徴とする請求項1に記載の対話形数値制御装置。
  3. 前記学習制御ができるか否か判別する手段は、対話形プログラムの加工工程単位毎に学習制御可能か判別し、学習制御が可能と判断された加工工程のNCプログラムの先頭に学習制御開始の指令コード及び該NCプログラムの最後に学習制御の指令コードを挿入してNCプログラムを作成する請求項1記載の対話形数値制御装置。
  4. 同一動作パターンにおける位置偏差に基づく補正データを作成して記憶し、該補正データに基づいて同一動作パターン実行時の位置偏差を補正する学習制御機能を有し、対話形式で加工形状および加工条件を入力し対話形プログラムを作成する対話形数値制御装置において、
    作成された対話形プログラムに基づいて、学習制御ができるか否か判別する手段と、
    前記対話形プログラムを実行し、加工経路の移動指令を出力する手段と、
    学習制御が可能と判別された対話形プログラムの先頭には学習制御開始指令を、対話形プログラムの終了位置には学習制御終了の指令を出力する手段と、を備えることを特徴とする対話形数値制御装置。
  5. 前記学習制御の対象を対話形プログラム全体としたことを特徴とする請求項4に記載の対話形数値制御装置。
  6. 前記学習制御ができるか否か判別する手段は、作成された対話形プログラムの加工工程毎に判別し、学習制御ができると判別された加工工程の加工経路の移動指令を出力する前に学習開始指令を出力し、該加工工程における加工経路の移動指令の出力終了後に学習終了指令を出力する請求項4に記載の対話形数値制御装置。
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