JP2762810B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械を制御する数
値制御装置に関するもので、特に、カム式自動盤で従来
行われていた加工を数値制御工作機械により行えるよう
にした数値制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、カム式自動盤の一例の機構を示
す概略図である。カム軸２６を回転させることにより、
カム軸２６に接続さたカム２５が回転する。カム２５の
凹凸に応じた運動は、機構により伝達され、バイト２７
を移動させる。バイト２７は、回転するワーク２８に押
し当てられており、カム２５の凹凸に応じた所定の形状
に旋削加工が行われる。

【０００３】例えば、図８に示す形状のワーク２８を加
工する場合は、バイト２７を工具経路２９に沿ってワー
ク２８の径方向および長手方向に移動させれば良い。図
９は、ワーク２８を旋削するために、バイト２７をワー
ク２８の径方向に移動させるＸ軸カム３０である。図１
０は、ワーク２８を旋削するために、バイト２７をワー
ク２８の長手方向に移動させるＺ軸カム３１である。図
１１の（ａ）は、Ｘ軸カム３０のＸ軸カム曲線３２であ
る。図１１の（ｂ）は、Ｚ軸カム３１のＺ軸カム曲線３
３である。

【０００４】図１２は、上記カム式自動盤を制御する従
来の数値制御装置の一例の処理構成ブロック図である。
この数値制御装置５００において、タイマーパルス発生
器１は、周期信号を発生することにより周期的に移動量
計算処理３５を起動する。移動量計算処理３５は、タイ
マーパルス発生器１により周期的に起動され、加工プロ
グラムで指令された速度でバイト２７を移動させるため
に加工プログラム解析処理３４により加工プログラムか
ら読み取られた速度指令値と，タイマーパルス周期時間
とからタイマーパルスの１周期当たりの移動量を計算す
る。

【０００５】加工プログラム解析処理３４は、補間処理
３６により必要に応じて起動され、加工プログラムの１
ブロックを解析し、加工プログラムから速度指令値と補
間データを読み取る。補間処理３６は、Ｘ軸とＺ軸の合
成軌跡が加工プログラムに一致する様に補間データと移
動量からＸ軸移動量とＺ軸移動量を計算する。

【０００６】Ｘ軸加減速処理３７は、急激にＸ軸移動量
が変化することによりＸ軸モータ１３の加速度が過大と
なってＸ軸モータ１３が破損したり，安定に制御できな
くなることを防ぐために、Ｘ軸移動量に平均化フィルタ
ーをかけて加減速後Ｘ軸移動量を計算する。Ｘ軸アンプ
１２は、Ｘ軸モータ１３が加減速後Ｘ軸移動量だけ移動
する様にＸ軸モータ１３を駆動する。

【０００７】Ｚ軸加減速処理３８は、急激にＺ軸移動量
が変化することによりＺ軸モータ２３の加速度が過大と
なってＺ軸モータ２３が破損したり，安定に制御できな
くなることを防ぐために、Ｚ軸移動量に平均化フィルタ
ーをかけて加減速後Ｚ軸移動量を計算する。Ｚ軸アンプ
２２は、Ｚ軸モータ２３が加減速後Ｚ軸移動量だけ移動
する様にＺ軸モータ２３を駆動する。

【０００８】図１３は加工プログラム解析処理３４の動
作を示すフローチャートである。 ステップ１３１：加工プログラムからＸ軸移動量Ｌｘ
と，Ｚ軸移動量Ｌｚと，送り速度Ｆとを読み取る。 ステップし１３２：Ｘ軸移動量Ｌｘの２乗とＺ軸移動量
Ｌｚの２乗の和の平方根を計算し、移動長さＬｍとす
る。

【０００９】図１４は、移動量計算処理３５の動作を示
すフローチャートである。 ステップ１４１：送り速度Ｆを６０（秒）で割り、その
商にパルス間隔ΔＴ（秒）を乗じ、その積を１タイマー
パルス当たりの移動量ΔＦとする。

【００１０】図１５は、補間処理３６の動作を示すフロ
ーチャートである。 ステップ１５１：１タイマーパルス当たりの移動量ΔＦ
にＸ軸移動量Ｌｘを乗じ、その積を移動長さＬｍで割
り、その商を１タイマーパルス当たりのＸ軸移動量ΔＦ
ｘとする。 ステップ１５２：１タイマーパルス当たりの移動量ΔＦ
にＺ軸移動量Ｌｚを乗じ、その積を移動長さＬｍで割
り、その商を１タイマーパルス当たりのＺ軸移動量ΔＦ
ｚとする。

【００１１】図１６は、Ｘ軸加減速処理３７の動作を示
すフローチャートである ステップ１６１：過去Ｔｓ秒間のＸ軸移動量ΣΔＦｘ
を、過去Ｔｓ秒間に発生したタイマーパルス数ｎで割
り、その商を加減速後Ｘ軸移動量ΔＦａｘとする。Ｔｓ
は、加減速時定数と呼ばれる。Ｚ軸加減速処理３８の動
作は、上記Ｘ軸加減速処理３７の動作と同様であり、過
去Ｔｓ秒間に発生したタイマーパルス１個当たりのＸ軸
移動量ΔＦｘの平均値を求め、それを加減速後Ｚ軸移動
量ΔＦａｚとする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように数値制御
装置でカム式自動盤を制御して加工を行う場合、加工ワ
ークに応じて必ず１つ以上のカムを準備しなければなら
ない。また、カム式自動盤の台数分だけ準備しなけらば
ならない。さらに、ワーク加工精度は、カムの加工精度
に依存するので、１つのカム加工に要する費用は少なく
ない。このため、加工ワークの変更に伴う初期費用が大
きい問題があった。また、多品種少量生産を行うと、ワ
ークの変更が頻繁に発生するが、カムの交換に要する時
間が長いため、生産性が悪いという問題があった。

【００１３】一方、従来の数値制御装置５００は、図１
２の様に構成されていたので、加工プログラムを変更す
るだけで加工ワークの変更に対応できる。例えば、図８
のワーク２８を加工するプログラムは図１７のように表
現される。ところが、従来の数値制御装置は、図１６の
様に一定のフィルターがかかるように構成されているの
で、加速度を自由に選択することができない。例えば、
図１８の（ａ）において、従来の数値制御装置の速度曲
線３９は、加速時間も減速時間も一定時間Ｔｓである
が、もし加速時はワークへの接近を行うだけで負荷が小
さいとすると、より大きな加速度でもよい。従って、理
想の速度曲線４０は、加速時間がＴｃで減速時間がＴｓ
となり、加速開始から減速完了までＴｄ（＝Ｔｓ−Ｔ
ｃ）だけ早く到達できる。図１８の（ｂ）は、従来の数
値制御装置の速度曲線３９を得るためのカム曲線４１と
理想の速度曲線４０を得るためのカム曲線４２である。
このように、従来の数値制御装置５００では、カム式自
動盤のような自在な速度曲線を実現できないので、１ワ
ーク当たりの実加工時間が長く、大量生産時の生産性が
悪いという問題があった。

【００１４】図１９は、製作個数と１個当たりの製作費
の関係を表わすグラフで、カム式自動盤の生産性４４
と，数値制御装置の生産性４３を示している。これから
分るように、カム式自動盤は、大量生産時の生産性は良
いが、多品種少量生産時の生産性が悪い。一方、数値制
御装置は、多品種少量生産時の生産性は良いが、大量生
産時の生産性が悪い。

【００１５】そこで、この発明の目的は、多品種少量生
産と大量生産のいずれにおいても良好な生産性（図１９
に、４５で示す）を得られる数値制御装置を提供するこ
とである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、工作機械の
工具，ワークの位置と移動速度を制御することにより機
械加工を行う数値制御装置において、ある時刻における
カム軸のカム位相を演算するカム位相演算手段と、カム
位相に調整位相を加算し調整後カム位相を求める調整位
相加算手段と、カム曲線を記憶するカム曲線メモリー
と、カム曲線メモリーを参照して調整後カム位相に対応
する軸位置を演算する位置参照手段と、軸位置に移動比
率を乗算して比率後位置を求める移動比率乗算手段と、
比率後位置に調整移動量を加算して最終指令位置を求め
る調整移動量加算手段とを備えたことを特徴とする数値
制御装置を提供する。

【００１７】

【作用】この発明の数値制御装置は、カム位相演算手段
と、調整位相加算手段と、カム曲線メモリーと、位置参
照手段と、移動比率乗算手段と、調整移動量加算手段と
を備えている。

【００１８】カム位相演算手段は、カム式自動盤におけ
るカム軸回転速度調整機構を数値制御装置上に実現する
ためのもので、ある時刻におけるカム軸のカム位相を演
算する。調整位相加算手段は、カム式自動盤におけるカ
ム取付角度調整機構を数値制御装置上に実現するための
もので、カム位相に調整位相を加算する。カム曲線記憶
メモリーは、カム式自動盤におけるカム形状を数値制御
装置上に実現するためのもので、カム曲線を記憶する。
位置参照手段は、カム式自動盤におけるカム形状を数値
制御装置上に実現するためのもので、カム曲線記憶メモ
リーを参照してカム位相に対応する軸位置を演算する。
移動比率乗算手段は、カム式自動盤におけるカムとバイ
トの間のリンク機構を数値制御装置上に実現するための
もので、軸移動量に倍率を乗じて軸位置を演算する。調
整移動量加算手段は、カム式自動盤におけるバイト長さ
の調整機構を数値制御装置上に実現するためのもので、
軸位置に調整移動量を加算する。

【００１９】以上のように、カム式自動盤の機能を数値
制御装置上に実現し、数値制御工作機械を用いてカム式
自動盤と同等の加工を可能にするから、多品種少量生産
と大量生産のいずれにおいても良好な生産性を得られる
ようになる。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の数値制御装置１
００における処理構成のブロック図である。タイマーパ
ルス発生器１は、一定の周期でパルス信号を発生する。
タイマーパルスカウンタ２は、前記タイマーパルス発生
器１で発生したパルス信号の数を累積する。

【００２１】Ｘ軸カム位相演算処理３は、前記タイマー
パルスカウンタ２で累積したパルス累積値と，パルス間
隔時間と，Ｘ軸カム軸回転角速度とから、Ｘ軸カム位相
を演算する。Ｘ軸調整位相加算処理４は、Ｘ軸調整位相
メモリー５からＸ軸調整位相を読み出し、そのＸ軸調整
位相を前記Ｘ軸カム位相に加算し、その和を調整後Ｘ軸
カム位相とする。Ｘ軸調整位相メモリー５は、予め設定
されたＸ軸調整位相を記憶する。

【００２２】Ｘ軸位置参照処理６は、Ｘ軸カム曲線メモ
リー７に記憶したＸ軸カム曲線メモリーテーブルから前
記調整後Ｘ軸カム位相の近傍のＸ軸位置を読み出し、補
間演算を行い、調整後Ｘ軸カム位置のＸ軸位置を求め
る。Ｘ軸カム曲線メモリー７は、Ｘ軸カム位相とその時
のＸ軸カム位置の組の配列であるＸ軸カム曲線メモリー
テーブルを記憶する。

【００２３】Ｘ軸移動比率乗算処理８は、Ｘ軸移動比率
メモリー９からＸ軸移動比率とＸ軸カム基礎円半径を読
み出し、そのＸ軸移動比率とＸ軸カム基礎円半径と前記
Ｘ軸位置とからＸ軸比率後位置を求める。Ｘ軸移動比率
メモリー９は、予め設定されたＸ軸移動比率とＸ軸カム
基礎円半径とを記憶する。

【００２４】Ｘ軸調整移動量加算処理１０は、Ｘ軸調整
移動量メモリー１１からＸ軸調整移動量を読み出し、そ
のＸ軸調整移動量を前記Ｘ軸比率後位置に加算し、その
和を最終Ｘ軸指令位置とする。Ｘ軸調整移動量メモリー
１１は、あらかじめ設定されたＸ軸調整移動量を記憶す
る。Ｘ軸アンプ１２は、Ｘ軸モータ１３を駆動して、Ｘ
軸を前記最終Ｘ軸指令位置に移動させる。

【００２５】Ｚ軸カム位相演算処理１４は、前記タイマ
ーパルスカウンタ２で累積したパルス累積値と，パルス
間隔時間と，Ｚ軸カム軸回転角速度とから、Ｚ軸カム位
相を演算する。Ｚ軸調整位相加算処理１５は、Ｚ軸調整
位相メモリー４６からＺ軸調整位相を読み出し、そのＺ
軸調整位相を前記Ｚ軸カム位相に加算し、その和を調整
後Ｚ軸カム位相とする。Ｚ軸調整位相メモリー４６は、
予め設定されたＺ軸調整位相を記憶する。

【００２６】Ｚ軸位置参照処理１６は、Ｚ軸カム曲線メ
モリー１７から前記調整後Ｚ軸カム位相の近傍のＺ軸位
置を読み出し、補間演算を行い、調整後Ｚ軸カム位置の
Ｚ軸位置を求める。Ｚ軸カム曲線メモリー１７は、調整
後Ｚ軸カム位相とＺ軸位置の組のテーブルを記憶する。

【００２７】Ｚ軸移動比率乗算処理１８は、Ｚ軸移動比
率メモリー１９からＺ軸移動比率とＺ軸カム基礎円半径
を読み出し、そのＺ軸移動比率とＺ軸カム基礎円半径と
前記Ｚ軸位置とからＺ軸比率後位置を求める。Ｚ軸移動
比率メモリー１９は、予め設定されたＺ軸移動比率とＺ
軸カム基礎円半径とを記憶する。

【００２８】Ｚ軸調整移動量加算処理２０は、Ｚ軸調整
移動量メモリー２１からＺ軸調整移動量を読み出し、そ
のＺ軸調整移動量を前記Ｚ軸比率後位置に加算し、その
和を最終Ｚ軸指令位置とする。Ｚ軸調整移動量メモリー
２１は、あらかじめ設定されたＺ軸調整移動量を記憶す
る。Ｚ軸アンプ２２は、Ｚ軸モータ２３を駆動して、Ｚ
軸を前記最終Ｚ軸指令位置に移動させる。

【００２９】図２は、Ｘ軸カム位相演算処理３の動作を
示すフローチャートである。 ステップ２１：タイマーパルスカウンタ２からのパルス
累積値Ｐｓを読み込む。 ステップ２２：パルス間隔ΔＴ（秒）と，パルス累積値
Ｐｓと，Ｘ軸カム軸回転角速度Ｒｘ（rad／秒） の積を
２πで割り、その余りをＸ軸カム位相θｐｘとする。

【００３０】図３は、Ｘ軸調整位相加算処理４の動作を
示すフローチャートである。 ステップ３１：Ｘ軸調整位相メモリー５からのＸ軸調整
位相θａｘと読み込む。 ステップ３２：Ｘ軸カム位相θｐｘにＸ軸調整位相θａ
ｘを加算し、その和を調整後Ｘ軸カム位相θｑｘとす
る。

【００３１】図４の（ａ）は、Ｘ軸カム曲線メモリー７
に記憶されたＸ軸カム曲線メモリーテーブルの説明図で
ある。このＸ軸カム曲線メモリーテーブル２４は、Ｘ軸
カム位相θｔとその時のＸ軸カム位置（半径）Ｓｔｘの
組の配列である。Ｘ軸カム位相θｔは、０から２π（ra
d） まで不等間隔で設定されている。一般に、速度が変
化する点を含むように設定する。

【００３２】図４の（ｂ）は、Ｘ軸位置参照処理６の動
作を示すフローチャートである。 ステップ４１：Ｘ軸カム曲線メモリーテーブル検索カウ
ンタｍに＜１＞を代入し、初期化する。 ステップ４２：Ｘ軸カム曲線メモリーテーブル２４から
ｍ番目のＸ軸カム位相θｔ［ｍ］を読み出し、調整後Ｘ
軸カム位相θｑｘと比較する。もし、調整後Ｘ軸カム位
相θｑｘの方が大きい場合はステップ４３に進み、小さ
い場合はステップ４４に進む。 ステップ４３：ｍに＜１＞を加算し、前記ステップ４２
に戻る。 ステップ４４：Ｘ軸カム曲線メモリーテーブル２４のｍ
番目と（ｍ−１）番目を比例配分して、調整後Ｘ軸カム
位相θｑｘに対応するＸ軸位置Ｓｐｘを求める。すなわ
ち、

【００３３】図５は、Ｘ軸移動比率乗算処理８の動作を
示すフローチャートである。 ステップ５１：Ｘ軸移動比率メモリー９からＸ軸移動比
率ＨｘとＸ軸カム基礎円半径Ｋｘを読み込む。 ステップ５２：Ｘ軸位置ＳｐｘとＸ軸カム基礎円半径Ｋ
ｘの差分にＸ軸移動比率Ｈｘを乗じ、その積をＸ軸位置
Ｓｐｘに加算して、その和をＸ軸比率後位置Ｓｈｘとす
る。すなわち、 Ｓｈｘ＝Ｓｐｘ＋（Ｓｐｘ−Ｋｘ）×Ｈｘ

【００３４】図６は、Ｘ軸調整移動量加算処理１０の動
作を示すフローチャートである。 ステップ６１：Ｘ軸調整移動量メモリー１１からＸ軸調
整移動量Ｓａｘを読み込む。 ステップ６２：Ｘ軸比率後位置ＳｈｘにＸ軸調整移動量
Ｓａｘを加算し、その和を最終Ｘ軸指令位置Ｓｄｘとす
る。

【００３５】なお、Ｚ軸に関する各処理の動作は、上記
Ｘ軸に関する各処理の動作と同様である。

【００３６】以上の数値制御装置１００によれば、従来
の数値制御装置５００におけるＸ軸加減速処理３７，Ｚ
軸加減速処理３８のような加減速フィルターを用いず、
Ｘ軸カム曲線記憶メモリー７およびＺ軸カム曲線記憶メ
モリー１７によって全ての加減速制御を行うので、カム
式自動盤と同等の速度曲線を実行することが可能であ
り、従来の数値制御装置５００に較べて、１ワーク当た
りの加工時間が短く、大量生産時の生産性が高くなる。

【００３７】また、Ｘ軸カム曲線記憶メモリー７および
Ｚ軸カム曲線記憶メモリー１７を交換することにより、
簡単に加工形状の変更が可能である。従って、カムの作
成や交換が必要なカム式自動盤に較べて極めて少ない費
用で生産品種の変更が可能となり、多品種少量生産時の
生産性が高い。

【００３８】さらに、カム位相の調整手段（４，５，１
５，４６）と、移動比率の調整手段（８，９，１８，１
９）と、移動量の調整手段（１０，１１，２０，２１）
を設けたので、カム式自動盤における調整と同様な微調
整が可能となる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の数値制御装置によれば、カム式
自動盤と同等の速度曲線を実行することが可能であり、
従来の数値制御装置に較べて、１ワーク当たりの加工時
間が短く、大量生産時の生産性が高い。また、カム式自
動盤に較べて極めて少ない費用で生産品種の変更が可能
となり、多品種少量生産時の生産性が高い。さらに、カ
ム式自動盤における調整と同様な微調整が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の数値制御装置の一実施例の処理構成ブ
ロック図である。

【図２】Ｘ軸カム位相演算処理の動作を示すフローチャ
ートである。

【図３】Ｘ軸調整位相加算処理の動作を示すフローチャ
ートである。

【図４】Ｘ軸カム曲線メモリーテーブルの例示図および
Ｘ軸位置参照処理の動作を示すフローチャートである。

【図５】Ｘ軸移動比率乗算処理の動作を示すフローチャ
ートである。

【図６】Ｘ軸調整移動量加算処理の動作を示すフローチ
ャートである。

【図７】カム式自動盤の一例の機構を示す概略図であ
る。

【図８】ワーク形状の例示図である。

【図９】カム式自動盤におけるＸ軸カム形状の例示図で
ある。

【図１０】カム式自動盤におけるＺ軸カム形状の例示図
である。

【図１１】カム式自動盤におけるＸ軸カム曲線とＺ軸カ
ム曲線の例示図である。

【図１２】従来の数値制御装置の一例の処理構成ブロッ
ク図である。

【図１３】図１２の数値制御装置の加工プログラム解析
処理の動作を示すフローチャートである。

【図１４】図１２に示す数値制御装置の移動量計算処理
の動作を示すフローチャートである。

【図１５】図１２の数値制御装置の補間処理の動作を示
すフローチャートである。

【図１６】図１２に示す数値制御装置のＸ軸加減速処理
の動作を示すフローチャートである。

【図１７】数値制御装置における加工形状を指令する加
工プログラムの例示図である。

【図１８】従来の数値制御装置による速度曲線と理想の
速度曲線を示す例示図および従来の数値制御装置による
速度曲線と理想の速度曲線をカム式自動盤で実行させる
ためのカム曲線の例示図である。

【図１９】製作個数と１個当たりの製作費の関係の例示
図である。

【符号の説明】 １ タイマーパルス発生器 ２ タイマーパルスカウンタ ３ Ｘ軸カム位相演算 ４ Ｘ軸調整位相加算 ５ Ｘ軸調整位相メモリー ６ Ｘ軸位置参照 ７ Ｘ軸カム曲線メモリー ８ Ｘ軸移動比率乗算 ９ Ｘ軸移動比率メモリー １０ Ｘ軸調整移動量加算 １１ Ｘ軸調整移動量メモリー １２ Ｘ軸アンプ １３ Ｘ軸モータ １４ Ｚ軸カム位相演算 １５ Ｚ軸調整位相加算 １６ Ｚ軸位置参照 １７ Ｚ軸カム曲線メモリー １８ Ｚ軸移動比率乗算 １９ Ｚ軸移動比率メモリー ２０ Ｚ軸調整移動量加算 ２１ Ｚ軸調整移動量メモリー ２２ Ｚ軸アンプ ２３ Ｚ軸モータ ２４ Ｘ軸カム曲線メモリーテーブル ２５ カム ２６ カム軸 ２７ バイト ２８ ワーク ２９ 工具経路 ３０ Ｘ軸カム ３１ Ｚ軸カム ３２ Ｘ軸カム曲線 ３３ Ｚ軸カム曲線 ３４ 加工プログラム解析 ３５ 移動量計算 ３６ 補間 ３７ Ｘ軸加減速 ３８ Ｚ軸加減速 ３９ 従来の数値制御装置の速度曲線 ４０ 理想の速度曲線 ４１ 従来の数値制御装置の速度曲線を得るためのカム
曲線 ４２ 理想の速度曲線の速度曲線を得るためのカム曲線 ４３ 数値制御装置の生産性 ４４ カム式自動盤の生産性 ４５ 多品種少量生産と大量生産のいずれに於いても良
好な生産性 ４６ Ｚ軸調整位相メモリー

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の工具，ワークの位置と移動速
   度を制御することにより機械加工を行う数値制御装置に
   おいて、ある時刻におけるカム軸のカム位相を演算する
   カム位相演算手段と、カム位相に調整位相を加算し調整
   後カム位相を求める調整位相加算手段と、カム曲線を記
   憶するカム曲線メモリーと、カム曲線メモリーを参照し
   て調整後カム位相に対応する軸位置を演算する位置参照
   手段と、軸位置に移動比率を乗算して比率後位置を求め
   る移動比率乗算手段と、比率後位置に調整移動量を加算
   して最終指令位置を求める調整移動量加算手段とを備え
   たことを特徴とする数値制御装置。
2. 【請求項２】 調整位相を記憶する書換え可能な調整位
   相メモリーと、移動比率とカム基礎円半径を記憶する書
   換え可能な移動比率メモリーと、調整移動量を記憶する
   書換え可能な調整移動量メモリーとを備え、カム式自動
   盤における機械調整と同様な調整を可能としたことを特
   徴とする請求項１に記載の数値制御装置。