JP2021002194A - 数値制御装置、cnc工作機械、数値制御方法及び数値制御用プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
また、加工速度を設定する場合には許容加速度等の加工要求を満たすことが求められる。
許容される内回り量以下で、許容加速度等の加工要求を満たす最適化された加工速度を設定し、加工精度と効率とを両立させることが望まれる。
前記工具又は前記ワークを駆動するサーボ制御装置のサーボパラメータ、前記加工プログラムから検出した前記加工形状の特徴、及び加工条件を規定する加工要求に基づいて、プログラム軌跡に対する加工軌跡の内回り量を求める関係式を算出する計算部と、
前記関係式によって最適化した加工速度を決める決定部と、
を備えた数値制御装置である。
前記工具又は前記ワークを駆動するサーボ制御装置のサーボパラメータ、前記加工プログラムから検出した前記加工形状の特徴、及び加工条件を規定する加工要求に基づいて、プログラム軌跡に対する加工軌跡の内回り量を求める関係式を算出し、
前記関係式によって最適化した加工速度を決める、
数値制御装置の数値制御方法である。
工具又はワークの移動を指令する加工プログラムから加工形状の特徴を検出する処理と、
前記工具又は前記ワークを駆動するサーボ制御装置のサーボパラメータ、前記加工プログラムから検出した前記加工形状の特徴、及び加工条件を規定する加工要求に基づいて、プログラム軌跡に対する加工軌跡の内回り量を求める関係式を算出する処理と、
前記関係式によって最適化した加工速度を決める処理と、
を実行させる数値制御用プログラムである。
図1に示すように、CNC工作機械10は、CNC(Computerized Numerical Control)装置等の数値制御装置300及びサーボ制御装置400を備えている。CAD装置100はCAM装置200に接続され、CAM装置200は数値制御装置300に接続されている。サーボ制御装置400はモータ501、及びモータ502を制御する。
<サーボ制御装置>
サーボ制御装置400は、X軸サーボ制御部401及びY軸サーボ制御部402を備えているが、ここでは、X軸サーボ制御部401を取り上げて説明する。Y軸サーボ制御部402はX軸サーボ制御部401と同様な構成を有する。
図2に示すように、X軸サーボ制御部401は、減算器4011、位置制御部4012、加算器4013、減算器4014、速度制御部4015、積分器4016、フィードフォワード部4017及びパラメータ出力部4018を備えている。
位置制御部4012は、位置偏差にポジションゲインPGを乗じた値を、速度指令値として加算器4013に出力する。
減算器4014は、加算器4013から出力される速度指令と速度フィードバックされた速度検出値との差を求め、その差を速度偏差として速度制御部4015に出力する。
積分器4016はモータ501に取り付けられたロータリーエンコーダ601から出力される速度検出値を積分して位置検出値を出力する。
以下、数値制御装置300の構成について図1を参照して説明する。以下の説明では、一例として加工形状が円弧の場合について説明する。
特徴検出部302は、記憶部301から読みだした加工プログラムから円弧の加工形状の特徴となる加工情報、例えば曲率半径Rを計算して、内回り量計算部303に出力する。
加工要求は、内回り量計算部303のメモリ等の記憶部に外部から入力されて記憶されている。加工要求は、補間後加減速方式が直線形とベル形とのうちのいずれであるか、補間後時定数T1、円弧許容加速度amax、及び微小線分許容加速度a等の加工条件を含んでいる。
図3はサーボ系の遅れによる誤差Δ1、補間後加減速による生ずる誤差Δ2及び形状誤差Δを説明するための図である。
図3に示すように、補間後加減速による生ずる誤差Δ2は、加工プログラムに基づくプログラム軌跡と、数値制御装置300から出力される位置指令に基づく指令軌跡との差を示す。サーボ系の遅れによる誤差Δ1は、指令軌跡と、サーボ制御装置400により制御されるモータの駆動による加工軌跡との差を示す。形状誤差Δは加工プログラムに基づくプログラム軌跡と、加工軌跡との差を示す。
数式2において、Vは加工速度、Rは曲率半径、T1は補間後時定数を示す。なお、数式2は誤差Δ2が数式2の右項とほぼ等しいことを示している。
そして、加工速度決定部304は、形状誤差係数λ、加工速度の時間微分の絶対値、及び加工速度の絶対値が、それぞれ以下の数式4(以下の数4)で示される条件1、条件2及び条件3を満たす加工速度の最大値Vmaxを求めて、指令出力部305に出力する。加工速度の最大値Vmaxは最適化した加工速度となる。
条件1は加工精度の要求に基づく条件であり、条件2は許容加速度の要求に基づく条件であり、条件3は微小線分による速度の要求に基づく条件である。
数式4において、amaxは円弧許容加速度(円弧補間の加減速による許容加速度)、aは微小線分許容加速度、Rは曲率半径を示す。
図4は、CAM装置200で設定されるプログラム指令点、プログラム指令点間の微小線分の長さL、トレランスHを示す説明図である。
補間部307は、指令解析部306から出力される移動指令データにより指令される移動指令に基づいて、指令経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを生成する。
指令出力部305は、加減速制御部308から出力される各軸の加工速度及び加工速度決定部304から出力される加工速度の最大値Vmaxに基づいて位置指令を生成し、サーボ制御装置400に出力する。指令出力部305は円弧において各軸の加工速度が最大値Vmaxの加工速度となるように位置指令を生成する。各軸の加工速度は速度の変動を考慮して最大値Vmaxの加工速度より小さい速度としてもよい。
これらの機能ブロックを実現するために、数値制御装置300及びサーボ制御装置400は、それぞれCPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置を備える。また、数値制御装置300及びサーボ制御装置400は、アプリケーションソフトウェアやOS(Operating System)等の各種の制御用プログラムを格納したHDD(Hard Disk Drive)等の補助記憶装置や、演算処理装置がプログラムを実行する上で一時的に必要とされるデータを格納するためのRAM(Random Access Memory)といった主記憶装置も備える。
そして、ステップS12において、特徴検出部302は、曲率半径Rを計算して、内回り量計算部303に出力する。
また、上述した実施形態は、加工形状が円弧で加工形状の特徴が曲率半径であったがこの場合に限定されず、例えば、加工形状が角で、加工形状の特徴が角の角度の場合も本発明は適用可能である。
またサーボパラメータは、フィードフォワード無効、フィードフォワード係数、フィードフォワードタイミングのいずれかを含むようにしてもよい。
また、加工要求の加工条件(加工要求パラメータ)は、補間部307の前に切削送り補間前加減速を行う場合には切削送り補間前加減速の許容最大加速度を含んでもよい。加工形状が角の場合は、加工要求の加工条件は角部(コーナ部)の許容速度差を含んでもよい。また、加工要求の加工条件は、円弧補間の加減速による下限速度、加速度変化による速度制御の許容加速度変化量、スムージングのトレランス要求のうちの1つ又は複数を含んでもよい。
前記工具又は前記ワークを駆動するサーボ制御装置(例えば、サーボ制御装置400)のサーボパラメータ、前記加工プログラムから検出した前記加工形状の特徴、及び加工条件を規定する加工要求に基づいて、プログラム軌跡に対する加工軌跡の内回り量を求める関係式を算出する計算部(例えば、内回り量計算部303)と、
前記関係式によって最適化した加工速度を決める決定部(例えば、加工速度決定部304)と、
を備えた数値制御装置(例えば、数値制御装置300)である。
この数値制御装置によれば、許容される内回り量以下としつつ、許容加速度等の加工要求を満たす最適化された加工速度を設定することができ、加工精度と効率とを両立させた加工ができる。
この数値制御装置によれば、加工形状が円弧の場合に、加工精度と効率とを両立させた加工ができる。
この数値制御装置によれば、サーボ制御装置がフィードフォワード処理を行う場合に、加工精度と効率とを両立させた加工ができる。
上記(1)から(3)のいずれかに記載の数値制御装置。
この数値制御装置によれば、加工形状が円弧の場合に、加工精度と効率とを両立させた加工ができる。
この数値制御装置によれば、数値制御装置とサーボ制御装置を含むシステムの小型化を実現することができる。
このCNC工作機械によれば、許容される内回り量以下としつつ、許容加速度等の加工要求を満たす最適化された加工速度を設定することができ、加工精度と効率とを両立させた加工ができる。
前記工具又は前記ワークを駆動するサーボ制御装置のサーボパラメータ、前記加工プログラムから検出した前記加工形状の特徴、及び加工条件を規定する加工要求に基づいて、プログラム軌跡に対する加工軌跡の内回り量を求める関係式を算出し、
前記関係式によって最適化した加工速度を決める、
数値制御装置の数値制御方法である。
この数値制御方法によれば、許容される内回り量以下としつつ、許容加速度等の加工要求を満たす最適化された加工速度を設定することができ、加工精度と効率とを両立させた加工ができる。
工具又はワークの移動を指令する加工プログラムから加工形状の特徴を検出する処理と、
前記工具又は前記ワークを駆動するサーボ制御装置のサーボパラメータ、前記加工プログラムから検出した前記加工形状の特徴、及び加工条件を規定する加工要求に基づいて、プログラム軌跡に対する加工軌跡の内回り量を求める関係式を算出する処理と、
前記関係式によって最適化した加工速度を決める処理と、
を実行させる数値制御用プログラムである。
この数値制御用プログラムによれば、許容される内回り量以下としつつ、許容加速度等の加工要求を満たす最適化された加工速度を設定することができ、加工精度と効率とを両立させた加工ができる。
100 CAD装置
200 CAM装置
300 数値制御装置
301 記憶部
302 特徴検出部
303 内回り量計算部
304 加工速度決定部
305 指令出力部
306 指令解析部
307 補間部
308 加減速制御部
400 サーボ制御装置
501、502 モータ
Claims (8)
- 工具又はワークの移動を指令する加工プログラムから加工形状の特徴を検出する特徴検出部と、
前記工具又は前記ワークを駆動するサーボ制御装置のサーボパラメータ、前記加工プログラムから検出した前記加工形状の特徴、及び加工条件を規定する加工要求に基づいて、プログラム軌跡に対する加工軌跡の内回り量を求める関係式を算出する計算部と、
前記関係式によって最適化した加工速度を決める決定部と、
を備えた数値制御装置。 - 前記加工形状の特徴は、曲率と微小線分の長さとの少なくとも一方を含む請求項1に記載の数値制御装置。
- 前記サーボパラメータは、フィードフォワードの無効又はフィードフォワード係数を含む請求項1又は2に記載の数値制御装置。
- 前記加工条件は、補間後加減速方式、補間後加減速時定数、円弧補間の加減速による許容加速度、及び微小線分許容加速度の少なくとも1つを含む、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の数値制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の数値制御装置において、前記サーボ制御装置を備える数値制御装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の数値制御装置と、前記数値制御装置から制御指令を受けて前記工具又は前記ワークを駆動する前記サーボ制御装置とを備えるCNC工作機械。
- 工具又はワークの移動を指令する加工プログラムから加工形状の特徴を検出し、
前記工具又は前記ワークを駆動するサーボ制御装置のサーボパラメータ、前記加工プログラムから検出した前記加工形状の特徴、及び加工条件を規定する加工要求に基づいて、プログラム軌跡に対する加工軌跡の内回り量を求める関係式を算出し、
前記関係式によって最適化した加工速度を決める、
数値制御装置の数値制御方法。 - 数値制御装置としてのコンピュータに、
工具又はワークの移動を指令する加工プログラムから加工形状の特徴を検出する処理と、
前記工具又は前記ワークを駆動するサーボ制御装置のサーボパラメータ、前記加工プログラムから検出した前記加工形状の特徴、及び加工条件を規定する加工要求に基づいて、プログラム軌跡に対する加工軌跡の内回り量を求める関係式を算出する処理と、
前記関係式によって最適化した加工速度を決める処理と、
を実行させる数値制御用プログラム。
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