JP2006302208A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の系統を制御する数値制御装置において、各系統で独立若しくは同期してパステーブルによる運転を可能とし、１つの系統でパステーブル運転中において、他の系統のパステーブル運転、ＮＣ文運転を可能とする。
【解決手段】 各系統毎に基準位置３-1，３-2備える。共通の基準位置（３-1）とするか、独自の基準位置（３-1，３-2）とするか切り替える手段５を設ける。１つの系統でのパステーブル（Ｔ-1，Ｔ-2）運転中、他の系統のパステーブル運転を指令し、他の系統のパステーブル運転を開始させたり、複数の系統で待ち合わせてパステーブル運転を可能とする。基準位置を共通とすれば、同一基準による同期したパステーブル運転ができ、独自の基準位置とすれば、各系統独立してパステーブル運転ができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械を制御する数値制御装置に関する。特に、テーブル形式で記憶されたデータに基づいて各軸を駆動制御する機能を有する数値制御装置に関する。

ＮＣプログラムのブロックによる指令ではなく、予め各軸の移動量や位置をテーブル形式で記憶しておき、該テーブルに記憶されたデータに基づいて各軸を駆動制御することによって、従来のブロックによる指令にとらわれない自由な工具の動作が可能となり、加工時間の短縮や、加工の高精度化を実現した数値制御装置はすでに公知である。
例えば、時間毎又は回転角度毎に対する可動軸の位置を数値制御データとして記憶しておき、時間又は回転角度を監視し、記憶した時間又は回転角度に達する毎に、可動軸に対応する数値制御データを出力するようにした発明が知られている（特許文献１参照）。

又、基準位置に対するＸ軸、Ｚ軸の指令位置を記憶するデータテーブルを設けておき、基準パルスをカウントするカウンタの値にオーバライド値をかけて基準位置を求めて、該基準位置に基づいて、データテーブルに記憶されたＸ軸、Ｚ軸の指令位置を出力してＸ軸、Ｚ軸を同期制御することにより、データテーブルに記憶されたデータによって駆動制御する場合でもオーバライドがかけられるようにし、さらには、指令位置間を直線的に接続するか、２次関数接続、３次関数接続等を指令できると共に、補助機能も指令できるようにした発明も知られている（特許文献２参照）。

図８〜図１０は、この特許文献２等に記載され従来から実施されているテーブル形式データによる運転（以下パステーブル運転という）の概要図である。
この図８に示す例では、Ｘ軸用パステーブルＴｘ、Ｚ軸用パステーブルＴｚを備えている。図９は、Ｘ軸用パステーブルＴｘの例を示すもので、基準位置に対して、Ｘ軸の位置が記憶されているものである。図１０は、この図９に示したＸ軸用パステーブルＴｘに基づいて移動したＸ軸の位置を示すグラフである。
同様にＺ軸用パステーブルＴｚにもＺ軸の位置が基準位置に対して記憶されている。又、主軸に取り付けられたポジションコーダからのパルス（主軸位置）又は基準とする外部パルス発生部からの時間を基準とする基準パルスが、カウンタ１に入力され計数される。このカウンタ１の計数値にオーバライド手段に設定されているオーバライド値が乗算器２で乗じられ基準位置カウンタ３に格納される。この基準位置カウンタ３は、パステーブル運転が指令された時点でリセットとされる。基準位置カウンタ３の値が基準位置としてＸ軸，Ｚ軸パステーブル補間処理部４ｘ，４ｚに入力される。Ｘ軸，Ｚ軸パステーブル補間処理部４ｘ，４ｚでは、Ｘ軸パステーブルＴｘ、Ｚ軸パステーブルＴｚを参照して基準位置に対するＸ，Ｚ軸の指令位置を求め、処理周期での移動量を求め該移動量を指令として各制御軸モータ５ｘ，５ｚに出力し、Ｘ，Ｚ軸を基準位置に合わせて同期運転するものである。

特開昭５９−１７７６０４号公報 特開２００３−３０３００５号公報

多軸多系統旋盤等でパステーブル運転を実施する場合、従来の数値制御装置は基準となる時間あるいは主軸位置が共通であることから、各系統で独立してパステーブル運転による加工を行うことはできない。他の系統の加工完了を待って実行する必要がある。又、ある系統でパステーブル運転中は、他の系統で通常のＮＣ文による動作を実行することができなかった。

そこで、本発明の目的は、複数の系統を制御する数値制御装置において、各系統で独立してパステーブル運転を可能とすると共に、１つの系統でパステーブル運転中において、他の系統のパステーブル運転、ＮＣ文運転を可能とした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、複数の系統毎の運転を可能にする数値制御装置において、前記系統毎にＮＣ文の運転をする第１の運転手段と、記憶手段に基準位置に対する各系統の各軸位置を指令するテーブル形式データを格納し、該テーブル形式データを用いて各軸モータを駆動させ運転をする第２の運転手段と、前記第１および第２の運転手段を切り替える切り替え手段を具備し、ＮＣ文でもテーブル形式データでも運転を可能とした。又、請求項２に係る発明は、前記記憶手段に記憶されるテーブル形式データを、各系統毎との独自の基準位置に基づいた軸位置データとした。さらに、請求項３に係る発明は、複数系統のテーブル形式データの運転を待ち合わせる手段を備えるようにした。

請求項４に係る発明は、前記記憶手段に記憶されるテーブル形式データを、前記各系統間で共通した基準位置に基づいた軸位置データとした。請求項５に係る発明は、前記基準位置を系統間で共通とするか各系統で独立とするかを切り替える手段を有するものとした。請求項６に係る発明は、ある系統のテーブル形式データによる運転から他の系統のテーブル形式データによる運転を開始させる手段を備えるものとした。請求項７に係る発明は、ある系統のＮＣ文から他の系統のテーブル形式データによる運転を開始させる手段を備えるものとした。請求項８に係る発明は、前記基準位置を、時間あるいは主軸（ここで主軸とは、一方向に回転する軸をいう）位置を基準とするものとした。

複数系統を制御し運転する多系統数値制御装置において、ＮＣ文でもテーブル形式データでも運転ができ、テーブル形式データの基準としては、共通の基準でも、系統毎の独自の基準でも運転可能となる。又、ＮＣ文又はテーブル形式データによる運転中に、他の系統のテーブル形式データによる運転開始を指令できる。又、２つ以上の系統の待ち合せをしてテーブル形式データによる運転ができる。

図１は、本発明の一実施形態における複数系統のパステーブル運転の概要説明図である。本実施形態では、図８に示した従来のパステーブル運転を系統毎に備えているものであり、図１では、２つの系統を備えた例を示している。
系統１、系統２毎にそれぞれのパステーブルＴ-1、Ｔ-2、基準位置カウンタ３-1、３-2、パステーブル補間処理部４-1，４-2を備え、系統毎のモータＭ-1ｘ，Ｍ-1ｚ、Ｍ-2ｘ，Ｍ-2ｚを備えている。

又、主軸に取り付けられたポジションコーダからのパルス（主軸位置）又は基準とする外部パルス発生部からの時間を基準とする基準パルスが、カウンタ１に入力され計数される。このカウンタ１の計数値にオーバライド手段に設定されているオーバライド値が乗算器２で乗じられ、この乗算器２の出力が各基準位置カウンタ３-1，３-2に入力される構成となっている。又、各基準位置カウンタ３-1，３-2は、それぞれ独自にリセットが可能であると共に、それぞれ更新を停止、再開させることができる構成となっている。なお、基準位置として主軸位置を用いた場合、ポジションコーダからの帰還パルスはすでに主軸回転数にオーバライドが掛けられて発生しているものであるから、カウンタ１の値に掛けられるオーバライド値は１となる。なお、主軸の指令パルスを計数してもよい。

さらに、各系統間で基準位置を同一として同期してパステーブル運転を可能とするために、いずれかの系統の基準位置を共通基準位置として設定し、この基準位置に基づいて各系統を同期パステーブル運転ができるようにしている。この実施形態では系統１の基準位置カウンタ３-1の出力を系統２のパステーブル補間処理部４-2に出力できるようにしており、系統２では、共通の基準位置（基準位置カウンタ３-1の出力）を選択するか、自己の基準位置（基準位置カウンタ３-2の出力）を選択するための切り替え手段５を備えている。

切り替え手段５で共通基準位置を選択した場合、系統１も系統２も基準位置カウンタ３-1の出力である基準位置と各系統のパステーブルＴ-1，Ｔ-2によって各系統のパステーブル補間処理部４-1，４-2は、補間処理して各系統のモータＭ-1ｘ，Ｍ-1ｚ，Ｍ-2ｘ，Ｍ-2ｚを駆動制御して系統１，２が同期してパステーブル運転がなされることになる。

又、切り替え手段５を系統独自の基準位置を選択した場合には、各系統の各基準位置カウンタ３-1，３-2の出力がそれぞれの系統の基準位置として各系統のパステーブル補間処理部４-1，４-2に入力されることになる。そして、各基準位置カウンタ３-1，３-2は、そのリセットを独自に行うことができることから、全く独自にそれぞれパステーブル運転を実施することができる。

図２は、本実施形態の多系統を制御し、それぞれのパステーブル運転を可能とする数値制御装置１０の要部ブロック図である。
ＣＰＵ１１は数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを、バス２０を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及び表示器／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。ＣＭＯＳメモリ１４中には、インターフェイス１５を介して読み込まれた加工プログラムや表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。さらに、前述した各系統のパステーブルＴ-1，Ｔ-2が予め格納されている。

インターフェイス１５は、数値制御装置１０と外部機器との接続を可能とするものである。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１０に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械の補助装置にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。

表示器／ＭＤＩユニット７０はＣＲＴや液晶等で構成されるディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インターフェイス１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インターフェイス１９は操作盤７１に接続され、操作盤７１からの各種指令を受け取るようになっている。

さらに、系統１〜ｎの各軸モータＭを制御する軸制御回路がバス２０に接続され、ＣＰＵ１１から、各系統の各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプに出力し、サーボアンプはこの指令を受けて、各軸のサーボモータＭを駆動する。各軸のサーボモータＭは位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置、速度フィードバック信号を軸制御回路にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図２では、位置・速度のフィードバックについては省略している。

また、少なくとも１つ以上の系統には、主軸モータＳＭを備えており、スピンドル制御回路がＣＰＵ１１から主軸回転指令を受け、スピンドルアンプを介して主軸を駆動する主軸モータ駆動する。ポジションコーダＰＣは、主軸の回転に同期して帰還パルス（基準パルス）及び１回転信号をスピンドル制御回路にフィードバックし、速度制御を行う。この帰還パルス及び１回転信号は、スピンドル制御回路を介してＣＰＵ１１によって読み取られ、帰還パルス（基準パルス）はＲＡＭ１３に設けられたカウンタ（図１におけるカウンタ１）で計数される。なお、主軸の指令パルスを計数してもよい。

図３は、この数値制御装置の各系統で所定周期毎実行される動作処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
ＣＰＵ１１は、パステーブル運転を記憶するフラグＦが「１」にセットされているか判断し（ステップａ１）、セットされていなければ、ＮＣ文より１ブロック読み出し（ステップａ２）、読み出したブロックの指令が他の系統のパステーブル運転指令か判断し（ステップａ３）、他の系統のパステーブル運転指令であれば、他の系統へパステーブル運転指令を出力する（ステップａ４）。他の系統では、このパステーブル運転指令で、パステーブル運転を記憶するフラグＦを「１」にセットしてパステーブル運転を開始する。一方、ステップａ３で他の系統へパス運転指令ではないと判断されたときは、自己の系統に対するパステーブル運転指令か判断し（ステップａ５）、自己に対するパステーブル運転指令であれば、フラグＦを「１」にセットし（ステップａ６）、ステップ１に戻る。又、自己に対するパステーブル運転指令でもなければ、このブロックにより指令された処理を実行する（ステップａ７）。

一方、ステップａ１でフラグＦが「１」にセットされていることが検出されると、指令されているパステーブルでの運転を開始する（ステップａ８）。このパステーブル運転については後述する。パステーブル運転が終了すると（ステップａ９）、フラグＦを「０」にセットし（ステップａ１０）、ステップａ１に戻る。その結果、次の周期からは、ＮＣ文による処理、運転が実行されることになる。

図４は、パステーブル運転中に他の系統のパステーブルを指令する実施形態のパステーブル運転処理のフローチャートである。この場合、切り替え手段５によってモードを選択し、共通基準位置によって複数の系統をパス運転させることも、各系統独自の基準位置によってパステーブル運転することもできるものである。なお、パステーブル運転を開始する際には、基準位置はリセットされる。

又、このパステーブル運転中に他の系統のパステーブルを指令する実施形態に用いるパステーブルの一例を図５に示す。この図５の系統では、Ｘ軸に対するパステーブルＴ-1の例を示しており、他の軸に対しても同様なパステーブルが設けられている。
基準位置に対して、Ｘ軸の位置が設定記憶されており、かつ、他の系統への開始指令も基準位置に基づいて設定記憶されている。図５では、基準位置がＬ０では、Ｘ軸はＸ０の位置、基準位置がＬ１では、Ｘ軸はＸ１の位置が指令されると共に系統２，３に対してパステーブル運転開始指令が設定記憶されている。又、基準位置がＬ２では、Ｘ軸はＸ２の位置が指令され、基準位置がＬ３では、Ｘ軸はＸ３の位置が指令されると共に系統４に対してパステーブル運転開始指令が設定記憶されている。

そこで、パステーブル運転を開始すると、ＣＰＵ１１は図４に示す処理を開始し、まず、順次更新される基準位置Ｌを読み取り（ステップｂ１）、該読み取った基準位置Ｌに近く且つ大きい指令基準位置のデータをパステーブルより読み取る（ステップｂ２）。なお、基準位置は増大方向に変化しているものとしている。そして、現在基準位置Ｌよりも大きい指令基準位置であるか判断し（ステップｂ３）、あればその指令基準位置に対して指令されている指令位置を読み取ると共に他の系統へのパステーブル運転開始指令が設定されているか判断する（ステップｂ４）、指令基準位置がない場合はこのパステーブル運転終了を意味するが、指令基準位置があり、他の系統へのパステーブル運転開始指令が設定記憶されている場合には、該他の系統へパステーブル運転開始を指令し（ステップｂ５）、ステップｂ６に移行する。又、他の系統へのパステーブル運転開始指令が設定記憶されていない場合は、ステップｂ４から直接ステップｂ６に移行する。ステップｂ６では、現在の基準位置から読み取った基準位置までの間に該基準位置に対して指令されている軸位置を目標位置として所定周期毎、補間処理を行い（ステップｂ６）、基準位置を読み取り（ステップｂ７）、読み取った基準位置が指令された基準位置に達したか判断し（ステップｂ８）、達してなければ、ステップｂ６からステップｂ８の処理を所定周期毎実行する。

図５に示すパステーブルＴ-1の場合、まず指令基準位置Ｌ０が読み出され、該指令基準位置Ｌ０と共の指令されている位置Ｘ０が読み出され、他の系統へのパステーブル運転開始指令がないことから、現在基準位置から指令基準位置Ｌ０の間に指令位置Ｘ０に達するように所定周期毎、補間処理がなされ、当該系統の軸制御回路に出力されてモータが駆動される。

そして、基準位置が指令基準位置に達するとステップｂ２に戻り、前述した処理を行うが、図５に示すパステーブルＴ-1の場合、次の基準位置Ｌ１に対する指令位置Ｘ１が読み込まれると共に、系統２，３へのパス運転指令Ｓ２３が読み込まれることから、系統２，３へのパステーブル運転指令がステップｂ５で出力されることになる。

以上のようにして、順次パステーブル運転が行われ、図５のパステーブルＴ-1において、基準位置Ｌ３が読み込まれたとき、系統４へのパステーブル運転指令Ｓ４が設定されているから、系統４へパステーブル開始指令が出力され、現在の基準位置から指令基準位置Ｌ３までの間に位置Ｘ３へ移動する補間処理がなされることになる。そして、基準位置がこの指令基準位置Ｌ３に達し、ステップｂ２に戻って次の指令基準位置を読み出そうとしても、パステーブルＴ-1には次の基準位置が設定されていないことから、このパステーブル運転は終了する。
以上が、図５に示したパステーブルＴ-1により、パステーブル運転中に他の系統へのパステーブル運転開始指令を出力できる動作処理である。この場合、各系統は共通の基準位置を用いても、各系統の独自の基準位置を用いてもよいものである。独自の基準位置を用いる場合には、パステーブル運転指令を受けた時点で自己の基準位置（図１に示す自己の基準位置カウンタ３-2）をリセットし、パステーブル運転を開始することになる。

図６，図７は、パステーブル運転中、複数の系統間で待つ合わせ動作を行う例の実施形態であり、図６は、この実施形態での動作処理のアルゴリズムを示すフローチャートであり、図７は、この実施形態で使用するパステーブルの一例である。この実施形態では、系統１と系統２が待ち合わせ動作を行う例をあげている。図７（ａ）は、系統１で使用するパステーブルＴ-1の例であり、図７（ｂ）は系統２で使用するパステーブルＴ-2の例である。又、この系統待ち合わせを行うパステーブル運転は、基準位置はそれぞれ自己の基準位置を用いて行われるものである。

ＣＰＵ１１は、まず、順次更新される基準位置Ｌを読み取り（ステップｃ１）、該読み取った基準位置Ｌに近く且つ大きい指令基準位置のデータをパステーブルＴ-1より読み取る（ステップｃ２）。そして、現在基準位置Ｌよりも大きい指令基準位置であるか判断し（ステップｃ３）、あればその指令基準位置に対して指令されている指令位置を読み取ると共に他の系統から待ち合わせ指令が入力されていないか判断する（ステップｃ４）。対応する指令基準位置がパステーブルＴ-1にあり、待ち合わせ指令も入力されていなければ、ステップｃ９に進み、現在の基準位置から読み取った基準位置までの間に該基準位置に対して指令されている軸位置を目標位置として所定周期毎、補間処理を行い（ステップｃ９）、基準位置を読み取り（ステップ１０）、読み取った基準位置が指令された基準位置に達したか判断し（ステップｃ１１）、達してなければ、ステップｃ９からステップｃ１１の処理を所定周期毎実行する。そして、基準位置が読み取った指令基準位置に達したならばステップｃ２に戻り、前述した処理を実行する。

又、読み出した指令基準位置と共に系統待ち合わせ指令が設定記憶されていたときには、ステップｃ４からステップｃ５に移行し、他の系統からすでに待ち合わせ信号が来ているか判断し、来ていれば、そのままステップｃ９に進み、前述したステップｃ９以下の処理を実行する。又、他の系統から系統待ち合わせ指令が来ていなければ、ステップｃ５からステップｃ６に進み、他の系統に系統待ち合わせ指令を出力し、基準位置の更新を停止させ（ステップｃ６）、他の系統から系統待ち合わせ指令がくるまで待つ（ステップｃ７）。そして、他の系統から待ち合わせ指令が入力されると、基準位置の更新を再開し、ステップｃ９に進み、前述したステップｃ９以下の処理を実行する。

図７に示したパステーブルＴ-1，Ｔ-2の例では、系統１では、最初に基準位置Ｌa0と該基準位置に対して設定されている軸位置Ｘa0がよみだされ（ステップｃ１、ｃ２）、系統待ち合わせ指令が設定されていないので、この指令基準位置と指令軸位置に基づいて補間処理がなされる。そして、次の指令基準位置Ｌa1と指令軸位置Ｘa1を読み出したとき、系統待ち合わせ指令Ｐ１２（系統１と系統２の待ち合わせ指令）が設定されていることから、系統２から系統待ち合わせ指令が入力されていないか判断し、入力されていなければ、系統待ち合指令を系統２に出力すると共に、基準位置の更新を停止し保持する（ステップｃ４〜ｃ６）。この場合、基準位置はＬa1に保持されることになる。

一方、系統２においても、図７（ｂ）に示すパステーブルＴ-2で運転を実行しており、指令基準位置Ｌb3を読み出し、該指令基準位置Ｌb3に対して系統待ち合わせＰ１２が設定記憶されていることから、この系統待ち合わせ指令を系統１に出力する。系統１では、この系統待ち合わせ指令を受けて、ステップｃ１１に進み基準位置の更新を再開し、ステップｃ９に進み、基準位置がＬa1、軸位置がＸa1に達するまで補間処理がなされ、系統１の軸制御回路へ移動指令が出力される。なお、系統２においても、系統待ち合わせ指令を系統１から受信することによって、基準位置がＬb3、軸位置がＸb3に達するまで補間処理がなされ、パステーブル運転が続行されることになる。

本発明の一実施形態における複数系統のパステーブル運転の概要説明図である。 同実施形態の数値制御装置の要部ブロック図である。 同実施形態での各系統で所定周期毎実行される動作処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 パステーブル運転中に他の系統のパステーブルを指令する実施形態のパステーブル運転処理のフローチャートである。 パステーブル運転中に他の系統のパステーブルを指令する実施形態に用いるパステーブルの一例の説明図である。 パステーブル運転中、複数の系統間で待つ合わせ動作を行う実施形態での動作処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 複数の系統間で待つ合わせ動作を行う実施形態で使用するパステーブルの一例の説明図である。 従来のパステーブル運転の概要説明図である。 同従来のパステーブル運転におけるパステーブルの一例の説明図である。 図９に示すパステーブルでの軸移動の説明図である。

符号の説明

１ カウンタ
２ 乗算器
３ 基準位置カウンタ
Ｍ、Ｍ-1ｘ，Ｍ-1ｚ，Ｍ-2ｘ，Ｍ-2ｚ サーボ
ＳＭ 主軸サーボ
ＰＣ ポジションコーダ
１０ 数値制御装置

Claims (8)

1. 複数の系統毎の運転を可能にする数値制御装置において、
   前記系統毎にＮＣ文の運転をする第１の運転手段と、記憶手段に基準位置に対する各系統の各軸位置を指令するテーブル形式データを格納し、該テーブル形式データを用いて各軸モータを駆動させ運転をする第２の運転手段と、前記第１および第２の運転手段を切り替える切り替え手段を具備することを特徴とする数値制御装置。
2. 前記記憶手段に記憶されるテーブル形式データは、各系統毎の独自の基準位置に基づいた軸位置データである請求項１に記載の値制御装置。
3. 複数系統のテーブル形式データの運転を待ち合わせる手段を具備した請求項２に記載の数値制御装置。
4. 前記記憶手段に記憶されるテーブル形式データは、前記各系統間で共通した基準位置に基づいた軸位置データである請求項１に記載の値制御装置。
5. 前記基準位置を系統間で共通とするか各系統で独立とするかを切り替える手段を具備した請求項１記載の数値制御装置。
6. ある系統のテーブル形式データによる運転から他の系統のテーブル形式データによる運転を開始させる手段を具備した請求項１乃至５の内いずれか１項に記載の数値制御装置。
7. ある系統のＮＣ文から他の系統のテーブル形式データによる運転を開始させる手段を具備した請求項１記載の数値制御装置。
8. 前記基準位置は、時間あるいは主軸位置を基準とした請求項１乃至７の内いずれか１項に記載の数値制御装置。
   

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