JP2008269483A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パステーブル運転中にアラーム、リセット、またはフィードホールド状態になったときに制御軸による機械へのショックを回避すること。
【解決手段】時間、または軸あるいは主軸の基準軸位置を基準情報にして制御軸の指令位置情報を記憶するパステーブル運転データテーブルを備え、該データテーブルに基づいて前記基準情報に対応した前記指令位置情報を順次読み出し、前記主軸または前記制御軸の位置を制御する数値制御装置であって、前記パステーブル運転中に前記基準情報の速度の変更指示を受ける速度変更指示受手段と前記速度変更指示受手段からの指示に基づき前記基準情報の速度をゼロになるまで徐々に減速させる速度減速手段を有する数値制御装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械や産業機械を制御する数値制御装置に関し、特に、該数値制御装置で制御される機械の各軸が同期して動作するパステーブル運転、いわゆる電子カム制御に関する。

時間、軸位置あるいは主軸位置を基準にして制御軸の位置情報をメモリに格納されたパステーブル運転データテーブルに記憶しておき、該位置情報を順次読み出しながら各制御軸を駆動するパステーブル運転機能を有した数値制御装置は公知である（特許文献１、２を参照）。該パステーブル運転により、自由な工具の動作が可能となり、加工時間の短縮、加工の高精度化が実現されている。該パステーブル運転は直線接続、２次関数接続、３次関数接続などの複数の関数で接続してパスを設定している。

従来のパステーブル運転は何らかの異常が発生した時、サーボモータおよび主軸モータへの電源を切断して主軸および制御軸を非常停止する方法と、分配パルスを停止し主軸とは独立して制御軸を即停止状態とする方法があった。

特開昭５９−１７７６０４号公報 特開２００３−３０３００５号公報

パステーブル運転中に前記分配パルスを停止し主軸とは独立して制御軸を即停止状態とする方法は、前記関数の接続点での演算処理が正常に行われないときなどのアラーム、リセット、またはフィードホールド状態になると図６に示されるように基準となる主軸は停止せず、主軸位置を基準とする制御軸が軸位置あるいは主軸位置に対して設定された位置に制御されなくなり、同期状態を保たずに速度が急激に変化し即停止状態となり機械へショックを与えていた。

本発明はパステーブル運転中における上記課題を解決するために、アラーム、リセット、またはフィードホールドの状態になった場合にも、基準となる時間の進行速度、基準となる軸あるいは主軸の速度が減速開始してから０（ゼロ）になるまでのあらかじめ設定された時間である「あらかじめ設定された時定数」に基づき、基準となる時間の進行速度、基準となる軸あるいは主軸の速度を徐々に減少させながら０（ゼロ）にすることにより、パステーブル運転を継続しつつ制御軸を減速停止するものである。

本発明は、アラーム、リセット、またはフィードホールドの状態になった場合においても、パステーブル運転を継続した状態で制御軸が急激な速度変動を起こすことを防止しつつ徐々に減速しながら該制御軸を停止させ、機械へのショックを回避することが実現できる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明のパステーブル運転を実行する一実施形態の数値制御装置１の要部ブロック図である。ＲＯＭ２１には加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理や自動運転のための処理を実施するための各種システムプログラムが予め書き込まれている。ＣＰＵ１３はＲＯＭ２１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１を制御する。ＲＡＭ２２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２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。ＳＲＡＭ２３にはパステーブル運転データテーブルＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚが予め格納されている。また、インターフェイス２４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２を介して入力された加工プログラム等もＳＲＡＭ２３に記憶される。

インターフェイス２４は数値制御装置１とアダプタ等の外部機器２７との接続を可能とするものである。また、数値制御装置１内で編集した加工プログラムは、外部機器２７を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）２５は、数値制御装置１内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２６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、ＣＰＵ１３に渡す。表示器／ＭＤＩユニット２は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１４は表示器／ＭＤＩユニット２のキーボードからの指令、データを受けてＣＰＵ１３に渡す。インターフェイス１５は操作盤３に接続され、操作盤３からの各種指令を受け取るようになっている。各軸の軸制御回路１６、１７、及び１８はＣＰＵ１３から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９、１０、及び１１にそれぞれ出力する。サーボアンプ９、１０、及び１１はこの指令を受けて各軸のサーボモータ４、５、及び６をそれぞれ駆動する。各軸のサーボモータ４、５、及び６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１６、１７、及び１８にそれぞれフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１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、スピンドル制御回路１９は主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ１２にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ１２はスピンドル速度信号を受けて、主軸モータ７を指令された回転速度で回転させる。ポジションコーダ８は主軸モータ７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１９にフィードバックし、速度制御を行う。この帰還パルス（基準パルス）及び１回転信号は、スピンドル制御回路１９を介してＣＰＵ１３によって読み取られ、帰還パルス（基準パルス）はＲＡＭ２２に設けられたカウンタ（図１におけるカウンタ２８に対応するカウンタ）で計数される。また、主軸の指令パルスを基準パルスとしてもよい。

上記実施形態は、主軸に取り付けられたポジションコーダからの帰還パルスを基準パルスとし、主軸が基準軸で３つの制御軸を有する例である。この実施形態ではＳＲＡＭ２３に制御軸の３軸分のパステーブル運転データテーブルが格納されている。制御軸の数は、２つでもよいし４つ以上でもよい。制御軸の数に合わせてパステーブル運転データテーブルをＳＲＡＭ２３に格納し、軸制御回路、サーボアンプ、サーボモータを配置すればよい。なお、主軸を基準軸とせず外部に基準軸を設けて、該外部の基準軸の移動等に伴ってパルスを発生させ、このパルスを基準パルスとしてもよい。

図２（ａ）はパステーブル運転機能の概要図である。図２（ａ）において主軸に取り付けられたポジションコーダからのパルスまたは基準となる外部パルス発生部からのパルスなどの基準軸の運動を表す基準パルスが、所定周期毎（ＩＴＰ毎）カウンタ２８に入力され計数される。基準位置カウンタ３０の値は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各制御軸のパステーブル運転補間処理部３１〜３３に入力され、ＳＲＡＭ２３に記憶されている各制御軸パステーブル運転データテーブルＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚを参照して各設定基準位置に対する各制御軸の位置指令を求め、前回の周期での指令位置との差分を移動指令として各制御軸モータ４〜６に出力する。

図２（ｂ）はオーバーライド手段を付加したパステーブル運転機能の概要図である。図２（ｂ）において主軸に取り付けられたポジションコーダからのパルスまたは基準となる外部パルス発生部からのパルスなどの基準軸の運動を表す基準パルスが、所定周期毎（ＩＴＰ毎）カウンタ２８に入力され計数される。前記オーバーライド手段は、前記特許文献２に記載されるようにオーバーライド手段による倍率値を任意の所定の値とし基準軸（主軸）に対して任意の速度で各制御軸を同期してパステーブル運転する機能を有する。

図３は本発明の一実施形態におけるパステーブル運転時の数値制御装置１のＣＰＵ１３が実施するアルゴリズムを示すフローチャートである。
パステーブル運転指令が入力されるとＣＰＵ１３は、パステーブル運転データテーブルのデータを読み取る位置を指定する指標ｉを「１」にセットし（ステップＳ１）、ＳＲＡＭ２３に格納されているパステーブル運転データテーブルよりｉ行目の指令データを読み取る（ステップＳ２）。この読み取ったデータの基準となる時間、軸、あるいは主軸の基準位置Ｌｉを移動パスの始点の基準となる時間、軸あるいは主軸の位置を記憶するレジスタＭｓ（Ｌ）に格納し、また、制御軸（Ｘ軸）の指令位置Ｘｉを移動パス（経路）の始点の制御軸（Ｘ軸）の位置を記憶するレジスタＭｓ（Ｘ）に格納する（ステップＳ３）。

次に、パステーブルよりｉ＋１行目の指令データを読み取る（ステップＳ４）。この読み取ったデータの基準となる時間、軸あるいは主軸の位置Ｌｉ＋１を移動パスの終点の基準となる時間、軸、あるいは主軸の位置を記憶するレジスタＭｅ（Ｌ）に格納し、また、制御軸（Ｘ軸）の位置を記憶するレジスタＭｅ（Ｘ）に格納する（ステップＳ５）。

次に、パステーブル運転エンド指令か判断し（ステップＳ６）、パステーブル運転エンド指令でなければ、アラーム、リセット、またはフィードホールドか判断し（ステップＳ７）、アラーム、リセット、またはフィードホールドでなければ、入力された基準となる時間、軸あるいは主軸の位置Ｌｍを読み出し（ステップＳ８）、該読み出した基準となる時間、軸、あるいは主軸の位置ＬｍがレジスタＭｅ（Ｌ）に記憶する移動パスの終点の基準となる時間、軸あるいは主軸の位置以上か判断し（ステップＳ９）、終点の基準となる時間、軸あるいは主軸の位置まで達していなければ、パステーブルのｉ＋１行目で指令された関数指令Ｒに基づいて、レジスタＭｓ（Ｌ）、Ｍｓ（Ｘ）に記憶する始点位置と、レジスタＭｅ（Ｌ）、Ｍｅ（Ｘ）に記憶する終点位置を指令された関数Ｒにより接続する輪郭制御による移動指令の分配処理を行い、分配周期毎の制御軸（Ｘ軸）への移動量を制御軸であるＸ軸の軸制御回路１６に出力する（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ７に戻り、ステップＳ７からステップ１０までの処理を分配周期毎実行する。

ステップＳ９で、読み出した基準となる時間、軸あるいは主軸の位置ＬｍがレジスタＭｅ（Ｌ）に記憶する移動パスの終点の基準となる時間、軸あるいは主軸の位置以上となったことが判別されると、指標ｉを１つインクリメントし（ステップＳ１３）レジスタＭｅ（Ｌ）に記憶する基準となる時間、軸あるいは主軸の位置をレジスタＭｓ（Ｌ）に、レジスタＭｅ（Ｘ）に記憶する制御軸（Ｘ軸）の位置をレジスタＭｓ（Ｘ）に格納し、次の始点位置をレジスタＭｓ（Ｌ）、Ｍｓ（Ｘ）に格納する（ステップＳ１４）。そして、ステップＳ４に戻り、ｉ＋１行目の指令データを読み取り、この読み取ったデータの基準となる時間、軸あるいは主軸の位置Ｌｉ＋１をレジスタＭｅ（Ｌ）に格納し、また、制御軸（Ｘ軸）の指令位置Ｘｉ＋１レジスタＭｅ（Ｘ）に格納して、次のパス（経路）の終点位置をＭｅ（Ｌ）、Ｍｅ（Ｘ）に格納する（ステップＳ５）。上記した処理を実行し、パステーブル運転エンドの指令が読み込まれると（ステップＳ６）、このパステーブル運転処理は終了する。

また、ステップＳ７で、アラーム、リセット、またはフィードホールドを判断すると、基準となる時間の進行速度、基準となる軸あるいは主軸の速度がゼロ（０）であるか判断し（ステップＳ１１）、基準となる時間の進行速度、基準となる軸あるいは主軸の速度（以下「Ｖｐ」という）がゼロ（０）でなければ、前記Ｖｐを所定量ΔＶｐ下げる（ステップＳ１２）。前記ΔＶｐは、Ｖｐが一分配周期毎にあらかじめ設定された時定数に基づいて減少する減少量である。前記所定量ΔＶｐ下げた後、ステップＳ８に戻る。そして、ステップＳ７に戻り、ステップＳ７から分岐したステップＳ１１、ステップＳ１２を経由してステップＳ１０までの処理を分配周期毎実行し、徐々に制御軸を減速させる。ステップＳ１１で基準となる時間の進行速度、基準となる軸あるいは主軸の速度がゼロ（０）になると（例えば主軸と制御軸とが停止すると）判断されると、このパステーブル運転処理は終了する。この実施態様では、所定周期毎にカウンタ２８に入力され計数される値は基準となる時間の進行速度、基準となる軸あるいは主軸の速度を示す基準パルスであるから、当該所定周期毎にカウンタ２８に入力され計数される値は前記Ｖｐに相当する。

他の態様として、図２（ｂ）に記載されるオーバーライドの倍率値をあらかじめ設定された時定数に基づいて時系列的に減少させることにより制御軸の減速停止を実現することも可能である。この態様ではカウンタ２８で計数される値にあらかじめ設定された時定数に基づいて減少するオーバーライドの倍率を乗算器２９で乗算した出力値は前記Ｖｐに相当する。図４にはオーバーライドの倍率値の初期値が所定の数値Ａであり、該オーバーライドの倍率値があらかじめ設定された時定数に基づいて減少するよう倍率値ΔＡを減じ（ステップＳ１５）、カウンタ２８の計数値と所定倍率値減じたオーバーライドの倍率値との乗算を行い（ステップＳ１６）、ステップ８に戻る。ΔＡは、Ａが一分配周期毎にあらかじめ設定された時定数に基づいて減少する減少量である。そして、ステップ７から分岐したステップＳ１１、ステップＳ１５、ステップＳ１６を経由してステップ１０までの処理を分配周期毎実行し、徐々に制御軸を減速させる。前記カウンタ２８の計数値と所定倍率値減じたオーバーライドの倍率との乗算した値がゼロ（０）と判断されると、このパステーブル運転処理は終了する。この実施態様では、時間、軸あるいは主軸の速度に拘束されずに各制御軸の速度を変化させて、パステーブル運転を継続することが可能である。

数値制御装置の要部ブロック図である。 パステーブル運転機能の概要図である。 本発明の一実施形態であるパステーブル運転を継続させつつ時間、軸あるいは主軸の速度をあらかじめ設定された時定数に基づいて減少させるフローチャートの例。 本発明の一実施形態であるパステーブル運転を継続させつつオーバーライドの倍率をあらかじめ設定された時定数に基づいて減少させるフローチャートの例。 本発明の一実施形態である主軸速度をあらかじめ設定された時定数に基づいて徐々に減速させ制御軸も同期して減速する例。 従来技術である主軸と同期せず制御軸が即停止する例。

符号の説明

１ 数値制御装置
２ 表示器／ＭＤＩユニット
３ 操作盤
４ サーボモータ
５ サーボモータ
６ サーボモータ
７ 主軸モータ
８ ポジションコーダ
９ サーボアンプ
１０ サーボアンプ
１１ サーボアンプ
１２ スピンドルアンプ
１３ ＣＰＵ
１４ インターフェイス
１５ インターフェイス
１６ 軸制御回路
１７ 軸制御回路
１８ 軸制御回路
１９ スピンドル制御回路
２０ バス
２１ ＲＯＭ
２２ ＲＡＭ
２３ ＳＲＡＭ
２４ インターフェイス
２５ ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）
２６ Ｉ／Ｏユニット
２７ 外部機器
２８ カウンタ
２９ 乗算器
３０ 基準位置カウンタ
３１ Ｘ軸パステーブル運転補間処理部
３２ Ｙ軸パステーブル運転補間処理部
３３ Ｚ軸パステーブル運転補間処理部

Claims (5)

1. 時間、または軸位置あるいは主軸位置を基準情報にして制御軸の指令位置情報を記憶するパステーブル運転データテーブルを備え、該データテーブルに基づいて前記基準情報に対応した前記指令位置情報を順次読み出し、前記主軸または前記制御軸の位置を制御する数値制御装置であって、前記パステーブル運転中に前記基準情報の速度の変更指示を受ける速度変更指示受手段と前記速度変更指示受手段からの指示に基づき前記基準情報の速度をゼロになるまで徐々に減速させる速度減速手段を有する数値制御装置。
2. 前記基準情報の速度は前記時間の進行速度、前記軸あるいは主軸の速度である請求項１に記載された数値制御装置。
3. 前記速度減速手段はあらかじめ設定された時定数に基づき前記基準情報の速度をゼロになるまで徐々に減速させる手段である請求項１または２に記載された数値制御装置。
4. 前記速度変更指示受手段はアラーム、リセット、あるいはフィードホールドの指示を受ける手段である請求項１〜３に記載された数値制御装置。
5. 前記速度減速手段は前記基準情報の速度にあらかじめ設定された時定数に基づき小さくなる倍率を掛けて得られる基準情報の速度をゼロになるまで徐々に減速させる手段である請求項１、２、及び４に記載された数値制御装置。

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