JP3036143B2 - 数値制御装置 - Google Patents

数値制御装置

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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S706/90—Fuzzy logic

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は数値制御装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】数値制御装置は紙テープ等から指令され
た加工プログラムに基づいて数値制御処理を実行し、該
処理結果により工作機械を駆動してワークに指令通りの
加工を施すものである。
【０００３】図１３はかかる従来の数値制御装置のブロ
ック図である。テープリーダ１１から読み込まれた加工
プログラムはメモリ１２に格納される。この加工プログ
ラムを実行する際には、メモリ１２から１ブロックずつ
加工プログラムが読み出され、まず、処理装置（ＣＰ
Ｕ）や制御プログラムメモリ等を内蔵する制御装置１７
で処理される。ついで、制御装置１７は該加工プログラ
ムに応じた数値制御処理を実行し、工作機械１のサーボ
モータを駆動してテーブルまたは刃物台を移動指令通り
に移動せしめ、或いは強電制御装置１３を介して工作機
械１のクーラントのオン／オフ、スピンドル正転／逆転
／停止等の制御を行なう。なお、１６は原点復帰、ジョ
グ等を指令するスイッチ、釦等を有する操作盤、１４は
手動操作により制御装置１７に対して各種データを入力
するマニュアル・データ・インプット操置（以下ＭＤＩ
という）、１５は機械の現在位置等を表示する表示ユニ
ットであり、各要素１１〜１７によりコンピュータ数値
制御装置（以下ＣＮＣという）が構成されている。そし
て、このＣＮＣにおける制御装置１７は前述の如く処理
装置（ＣＰＵ）、制御プログラムメモリ等を有してコン
ピュータ構成になっており、処理装置（ＣＰＵ）が制御
プログラム並びに加工プログラムに基づいて所定の数値
制御処理を行ない工作機械１を制御するようになってい
る。
【０００４】一般に工作機械による加工は工具と被削材
（以下ワークという）間の相対運動によって不要部を切
屑として排除する除去加工である。この除去加工におい
ては、単位時間当りに切屑を排除する量によって加工効
率が決まる。加工効率を上げるためには、この単位時間
当りの切屑排除量をできるだけ多くすればよいわけであ
るが、実際には機械や工具にかけられる負荷の限界や加
工面の必要とする精度等で一定の制約を受ける。この単
位時間当りの切屑排出量を決定するのが加工条件であ
る。旋削加工においてはワークの単位時間当りの回転
数、工具のワークに対しての相対的な送り速度、工具の
ワークに対しての切込み深さがこれに当たり、ミーリン
グ加工においては工具の単位時間当りの回転数、工具の
ワークに対しての相対的な送り速度、工具のワークに対
しての切込み深さがこれに当たる。すなわち、旋削加
工、ミーリング加工のいずれにおいても工具のワークに
対しての相対的な送り速度を好適に制御することは除去
加工において極めて重要な加工要素となる。これを不必
要に下げれば加工効率を損ない、加工時間の増加とな
り、またこれを許容値以上に上げると加工精度に悪影響
を与えたり、工具、機械等に過負荷となるためである。
【０００５】図４は、従来の送り速度制御部の要部ブロ
ック図である。図１３のメモリ１２から１ブロックづつ
読み出され、制御装置１７で解析された加工プログラム
は、図４のＣＮＣ指令データ２０、すなわち各軸の移動
指令及び送り速度指令としてパルス分配処理部２１に送
られる。パルス分配処理部２１では各軸の単位時間当り
の移動パルスを各軸の移動指令と送り速度指令とから算
出し、各軸のサーボ制御部２２へ送る。この移動パルス
によってサーボ制御部２２は工作機械１のサーボモータ
２３を駆動する。
【０００６】また図１４は従来の加工プログラム４１と
その動作４２及び送り速度４３を示す説明図である。こ
こで、“ＧＯ１”は直線補間を指令するものであり、
“Ｘ＿Ｙ＿”は終点の座標値を示す。“Ｆ＿”は工具の
送り速度を指令するものである。４１のように加工プロ
グラムで指令されると、４２で示すように現在工具のあ
る位置（Ｓ点）より、指令された終点（Ｅ点）まで送り
速度Ｆで直線補間される。この時の送り速度は４３で示
す通り、常に一定の値Ｆとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の数値制御装置は
以上のように構成されていたので、従来の加工プログラ
ム指令は、一ブロック内において送り速度を変化させる
指令（始点と終点との送り速度を中間点の送り速度より
遅くする等の指令）ができないものであった。
【０００８】また、図５はコーナ部におけるプログラム
経路の説明図であり、図５（ａ）はプログラムされた通
路と実際の工具通路とを示したものである。理想として
はプログラムされた通路と実際の工具通路とが一致する
ことが当然望ましいが、実際にはサーボ系の追従遅れ等
の原因で必ずコーナ部Ｐで両者が異なってしまう。この
ため、コーナ部Ｐで加工ワーク３０に対して図５（ｂ）
のように工具３１がワーク３０の外側を曲がる場合には
ワークにくい込む方向に曲がることになり、これを避け
るためには工具３１の送り速度を落としたり、コーナ部
で一旦停止させる等の対策を行っている。また、図５
（Ｃ）のように工具３１がワーク３０の内側を曲がる場
合には、ワーク３０にくい込みはしないが、削り残しを
多く生じたり、工具３１に対して急に負荷が多くかかる
等の問題がある。このため、図６（ａ），（ｂ）のコー
ナオーバライド機能説明図に示すように、コーナ部Ｐの
前後で指令された距離Ｌｅ，Ｌｓ内において指令された
送り速度を指令された比率で落とす（オーバライドをか
ける）処理を行うことのできるＣＮＣも存在した。し か
し、コーナ部Ｐから距離Ｌｅ，Ｌｓ内とその他の部分と
で２段階に速度が変化するだけであり、また従来の加工
プログラム指令は、一ブロック内において送り速度を変
化させる指令（始点と終点との送り速度を中間点の送り
速度より遅くする等の指令）ができないものであったの
で、コーナ部Ｐから距離Ｌｅ，Ｌｓ内の部分で最も速度
を落とさなければならない部分の速度に合わせて送り速
度を設定しなくてはならず、また送り速度が急に変化し
過ぎるという第１の問題があった。
【０００９】図７の穴あけ加工説明図は、ドリル工具３
１でワーク３０に穴あけ加工を行わせる例である。図７
（ａ）は、工具３１がワーク３０に対して切削を開始す
る場合であるが、工具３１がワーク３０に接触する際に
は送り速度を落とし、工具３１がワーク３０に完全にく
い込んだ状態で送り速度を上げた方が好適な加工が行え
る。これは、ワーク３０を加工する通常の送り速度で工
具３１をワーク３０に接触させると工具３１に対して急
に負荷をかけることになり、工具３１が折損したり、位
置ずれを発生させるためである。このため、一般には工
具３１をワーク３０のやや手前の点ａまで位置決めし、
工具３１がワーク３０に完全にくい込んだ点ｂまで送り
速度を落として加工し、点ｂからは通常のワーク３０を
加工する送り速度で加工させる。
【００１０】また、図７（ｂ）は工具３１がワーク３０
に対して貫通する穴を加工する場合の例である。この場
合、通常のワーク３０を加工する送り速度で工具３１を
ワーク３０に対して貫通させると、ワーク３０の穴底に
バリができたりするため、一般には工具３１がワーク３
０を貫通する手前の点ｃまで通常のワーク３０を加工す
る送り速度で加工し、点ｃからは送り速度を落として加
工させる。
【００１１】図８のテーパ部分の穴あけ加工説明図にお
いて、図８（ａ）は、ワーク３０が工具３１と接触する
面が傾いている場合であり、図８（ｂ）は工具３１が貫
通する穴底の面が傾いている場合である。この場合は特
にワーク３０に接触する際及びワーク３０を貫通する際
に送り速度を落とさないと穴加工の精度が低下し、工 具
を折損する危険性が増大する。このように送り速度を制
御するために、従来の加工プログラム指令は、一ブロッ
ク内において送り速度を変化させる指令（始点と終点と
の送り速度を中間点の送り速度より遅くする等の指令）
ができないものであったので、複数のブロックに分割す
る必要があり、ブロック内では、そのブロックで最悪の
場合を考慮した送り速度を設定しなくてはならないと言
う第２の問題があった。
【００１２】図９の成型材ワークの加工説明図におい
て、図９（ａ）は成形材等のワーク３０を工具３１で加
工する場合であり、図に示すように工具がワークを加工
している部分と、加工しない部分とが存在する。このた
め、加工効率を上げるために本来はａ−ｅ間を図９
（ａ）のように１ブロックで加工するところを、従来の
加工プログラム指令は、一ブロック内において送り速度
を変化させる指令（始点と終点との送り速度を中間点の
送り速度より遅くする等の指令）ができないものであっ
たので、加工ブロックを図９（ｂ）のようにａ−ｂ，ｂ
−ｃ，ｃ−ｄ，ｄ−ｅと４分割して加工する。この場
合、ワークに対して加工を開始する点（ ｂ，ｄ点）で
はワーク３０に工具３１が接触する際、工具３１に対す
る衝撃を和らげるため、送り速度を減少させ、ワーク３
０から工具３１が抜ける点（ｃ点）でもワーク３０にバ
リなどを生じさせないように工具３１の送り速度を減少
させることが望ましいが、さらにブロックが分割される
ので、実際には図９（ｂ）のまま加工を行い、ｂ，ｃ，
ｄ点における送り速度を考慮して問題があれば全体の送
り速度を下げて加工せざるをえないという第３の問題が
ある。
【００１３】図１０の途中型の加工説明図はワーク３０
の途中部分を工具３１で加工する場合であり、ａ−ｂの
部分がワークに対して切り込んでいく部分であり工具に
対して次第に負荷がかかる部分である、ｂ−ｃの部分は
工具に対して常に一定の負荷がかかる部分であり、ｃ−
ｄの部分は工具の負荷が次第に小さくなる部分である。
従来の加工プログラム指令は、一ブロック内において送
り速度を変化させる指令（始点と終点との送り速度を中
間点の送り速度より遅くする等の指令）ができないもの
であったので、通常ｂ−ｃの部分の送り速度を考慮して
送り速度を決定 するが、この送り速度ではａ−ｂの部分
で工具の負荷が急にかかり過ぎ、工具に悪影響を与える
場合にはやむなく、ａ−ｂの部分の送りを考慮して送り
速度を下げて送り速度を指定しなくてはならないという
第４の問題がある。
【００１４】図１１の計測説明図はワーク３０を計測用
の工具３１で測定する場合であり、ワーク３０にセンサ
ー工具３１を接触させてワークの位置を計測するもので
ある。この場合、従来の加工プログラム指令は、一ブロ
ック内において送り速度を変化させる指令（始点と終点
との送り速度を中間点の送り速度より遅くする等の指
令）ができないものであったので、ワークの手前のａ点
まで比較的速い速度で工具を送り、ａ点からｂ点までは
遅い計測速度で工具を送るようにブロックを分けてプロ
グラミングしていた。このように計測点近傍（ａ−ｂ）
でブロックを分割し、かつこの間（ａ−ｂ）での送り速
度を相当に下げるため、計測に時間が掛かるという第５
の問題がある。
【００１５】図１２は進入禁止エリア設定における制御
説明図であり、工具３１の進入を禁止するエリア３２を
設け、工具３１がこのエリア３２内に進入しないか常に
監視し、進入しそうになった場合には、その境界上のａ
点で工具を停止させる機能を説明するものである。この
場合、従来の加工プログラム指令は、一ブロック内にお
いて送り速度を変化させる指令（始点と終点との送り速
度を中間点の送り速度より遅くする等の指令）ができな
いものであったので、工具３１が進入禁止エリア３２に
進入するまでは工具の送りは指定されたままの速度であ
り、従って安全のため進入禁止エリアをやや大きめに指
定しておく必要があるという第６の問題があった。
【００１６】また本発明は、上記のような第１〜６の問
題点を解消するためになされたもので、１ブロック内に
おいて送り速度を変更可能とする数値制御装置を得るこ
とを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる数値制御
装置は、Ｇコードにより指令される数値制御用加工プロ
グラムの１ブロック中に、１ブロックの通常の送り速度
指令による送り速度とは異なる任意の送り速度を指令す
る任意の送り速度指令、この任意の送り速度指令による
送り速度から上記１ブロックの通常の送り速度指令によ
る送り速度に変更する開始点を指令する開始点指令、及
び上記任意の送り速度指令による送り速度から上記１ブ
ロックの通常の送り速度指令による送り速度に変更する
終了点を指令する終了点指令をそれぞれ与えられるよう
にし、且つこれらの指令が与えられた場合、ブロックの
始点から上記開始点指令による開始点まで上記任意の送
り速度指令による送り速度とするとともに、上記任意の
送り速度指令による送り速度を、上記上記開始点指令に
よる開始点から上記終了点指令による終了点までの間
で、上記１ブロックの通常の送り速度指令による送り速
度に徐々に変更する手段を設けたものである。また本発
明に係わる数値制御装置は、Ｇコードにより指令される
数値制御用加工プログラムの１ブロック中に、１ブロッ
クの通常の送り速度指令による送り速度とは異なる任意
の送り速度を指令する任意の送り速度指令、上記１ブロ
ックの通常の送り速度指令による送り速度から上記任意
の送り速度指令による送り速度に変更する開始点を指令
する開始点指令、及び上記１ブロックの通常の送り速度
指令による送り速度から上記任意の送り速度指令による
送り速度に変更する終了点を指令する終了点指令をそれ
ぞれ与えられるようにし、且つこれらの指令が与えられ
た場合、上記１ブロックの通常の送り速度指令による送
り速度を、上記開始点指令による開始点から上記終了点
指令による終了点までの間で、上記任意の送り速度指令
による送り速度に徐々に変更するとともに、上記終了点
指令による終了点からブロックの終点まで上記任意の送
り速度指令による送り速度とする手段を設けたものであ
る。
【００１８】
【作用】本発明においては、一ブロック内で送り速度を
変更させる指令を与えることが可能となる。
【００１９】
【実施例】実施例１． 以下、本発明の実施例１を図について説明する。図１に
おいて、２０〜２３は従来装置と同一または相当する部
分であり、２４は送り速度処理部、２５は知識記憶部、
２６は推論部である。なお、知識記憶部２５、推論部２
６は、ファジー推論等に用いるものであって、本実施例
には、特に関係しない。
【００２０】図１４は従来の加工プログラム４１とその
動作４２及び送り速度４３である。ここで、“ＧＯ１”
は直線補間を指令するものであり、“Ｘ＿Ｙ＿”は終点
の座標値を示す。“Ｆ＿”は工具の送り速度を指令する
ものである。４１のように加工プログラムで指令される
と、４２で示すように現在工具のある位置（Ｓ点）よ
り、指令された終点（Ｅ点）まで送り速度Ｆで直線補間
される。この時の送り速度は４３で示す通り、常に一定
の値Ｆとなる。
【００２１】図２は本発明による加工プログラム４４と
その動作４２及び送り速度４５である。加工プログラム
４４において “ＧＯ１Ｘ＿Ｙ＿Ｆ＿” の部分は従来の加工プログラムと全く同様であり、その
動作４２も同様である。 “Ｌ１＝＿Ｌ２＝＿Ｌ３＝＿Ｌ４＝＿Ｒ１＝＿Ｒ２＝
＿” の部分がブロックの始点及び終点部で工具の送り速度を
変化させるための指令であり、図２の場合、具体的に
は、例えば、“Ｌ１＝Ｐ１ Ｌ２＝Ｐ２ Ｌ３＝Ｐ３
Ｌ４＝Ｐ４ Ｒ１＝５０ Ｒ２＝４０”と指令される。
即ち、４５で示すように始点ＳよりＬ１の距離だけ離れ
た点Ｐ１まで指定された送り速度をＦ＊（Ｒ１／１０
０）にし、次にＬ２の距離だけ離れた点Ｐ２までで指令
された送りＦの値に戻すことを意味する。終点部分に関
しては、終点ＥからＬ３＋Ｌ４の距離離れた点Ｐ３から
Ｌ４の距離離れた点Ｐ４までで指定された送り速度をＦ
からＦ＊（Ｒ２／１００）まで変更し、以後終点までこ
の送り速度にする。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は各々不要
であれば設定しなくともさしつかえない。未設定の場合
には各々０とみなされる。またＲ１，Ｒ２に関しては未
設定の場合は１００とみなし、速度の変更は行なわない
ものとする。
【００２２】図２で示した例の処理フローを図３のフロ
ーチャートで示す。まず、工具の位置がＳ−Ｐ１間であ
るかどうかチェックする（ステップＳ５０１）。Ｓ−Ｐ
１間であれば工具の送り速度を指定された送り速度のＲ
１％にする（ステップ５０２）。Ｓ−Ｐ１間でなけれ
ば、Ｐ１−Ｐ２間であるかどうかチェックする（ステッ
プ５０３）。Ｐ１−Ｐ２間であれば、送りをＦ＊αとす
る（ステップ５０４）。ここでαは５１０で示す式で表
わされる数とする。Ｐ１−Ｐ２間でなければ、Ｐ２−Ｐ
３間であるかどうかチェックする（ステップ５０５）。
Ｐ２−Ｐ３間であれば、送り速度は指定された通りＦに
する（ステップ５０６）。Ｐ２−Ｐ３間でなければ、Ｐ
３−Ｐ４間であるかどうかチェックする（ステップ５０
７）。Ｐ３−Ｐ４間であれば、送りをＦ＊βとする（ス
テップ５０８）。ここでβは５１１で示す式で表わされ
る数とする。Ｐ３−Ｐ４間でなければ、Ｐ４−Ｅ間であ
るので、工具の送り速度は指定された送り速度のＲ２％
にする（ステップ５０９）。上記実施例においては、Ｐ
１−Ｐ２間あるいはＰ３−Ｐ４間をリニアに送り速度を
変化させる例を示したが、この他、特開昭５９−１６８
５１３号公報，特開昭 ６１−１８００９公報等で示され
る方式を用いて、加減速のパターンを変更してもさしつ
かえない。この場合、図３のフローチャートにおいて、
５１０、５１１の式を変更すればよい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、１
ブロック内の始点、終点部の任意の位置で工具の送り速
度を任意に変更可能となるので、図７や図８に示すよう
な、従来ブロックを分割しなくてはならなかった部分を
１ブロックに記述するだけで、即ち加工プログラム作成
にさほど手間を要することなく、１ブロック内で任意に
速度を変化させることが可能となる。また、本発明は、
１ブロック内で、速度変更開始位置（開始点指令）及び
速度変更終了位置（終了点指令）を任意に決定すること
もできるため、サーボ系の加減速制御のみに依存するこ
となく、任意の位置から任意の位置までの間で速度変更
を行うこともでき、従って、図７や図８に示すような、
所定の位置から所定の位置までの間で徐々に加工速度を
変更したい場合に好適である。更にまた、１ブロック内
で任意に速度を変化させるため、加工プログラムとは別
の個所で、パラメータ設定により、１ブロックを数箇所
のＸ−Ｙ平面等領域に分割し、その領域に工具等が来た
とき、その工具等の速度をその領域に設定された速度と
することも考えられる。ところが、このような方法は、
加工プログラムとは別の個所で、Ｘ−Ｙ平面等の領域設
定作業が必要であるため、１ブロック内で任意に速度を
変化させるための作業に手間を要し、しかも１ブロック
内を木目細かく設定することが行い難い不都合がある
が、本発明によればそのような不都合も生じないと言う
効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による送り速度制御部の要部ブロック
図である。
【図２】 本発明による加工プログラムにおける１ブロ
ックの送り速度制御を示す図である。
【図３】 本発明による１ブロックの送り速度制御のフ
ローチャートである。
【図４】 従来の送り速度制御部の要部ブロック図であ
る。
【図５】 従来のコーナ部におけるプログラム経路の説
明図である。
【図６】 従来のコーナオーバライド機能の説明図であ
る。
【図７】 従来の穴あけ加工説明図である。
【図８】 従来のテーパ部分の穴あけ加工説明図であ
る。
【図９】 従来の成型材ワークの加工説明図である。
【図１０】 従来の途中型の加工説明図である。
【図１１】 従来の計測説明図である。
【図１２】 従来の進入禁止エリア設定における制御説
明図である。
【図１３】 従来の数値制御装置のブロック図である。
【図１４】 従来の数値制御装置における制御軸に関す
る説明図である。
【符号の説明】
１ 工作機械 １１ テープリーダ １２ メモリ １３ 強電制御装置 １４ ＭＤＩ １５ 表示ユニット １６ 操作盤 １７ 制御装置 ２０ ＣＮＣ指令データ ２１ パルス分配処理部 ２２ サーボ制御部 ２３ サーボモータ ２４ 送り速度処理部 ３０ ワーク ３１ 工具 ３２ 進入禁止エリア

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｇコードにより指令される数値制御用加
    工プログラムの１ブロック中に、１ブロックの通常の送
    り速度指令による送り速度とは異なる任意の送り速度を
    指令する任意の送り速度指令、この任意の送り速度指令
    による送り速度から上記１ブロックの通常の送り速度指
    令による送り速度に変更する開始点を指令する開始点指
    令、及び上記任意の送り速度指令による送り速度から上
    記１ブロックの通常の送り速度指令による送り速度に変
    更する終了点を指令する終了点指令をそれぞれ与えられ
    るようにし、且つこれらの指令が与えられた場合、ブロ
    ックの始点から上記開始点指令による開始点まで上記任
    意の送り速度指令による送り速度とするとともに、上記
    任意の送り速度指令による送り速度を、上記上記開始点
    指令による開始点から上記終了点指令による終了点まで
    の間で、上記１ブロックの通常の送り速度指令による送
    り速度に徐々に変更する手段を設けてなる数値制御装
    置。
  2. 【請求項２】 Ｇコードにより指令される数値制御用加
    工プログラムの１ブロック中に、１ブロックの通常の送
    り速度指令による送り速度とは異なる任意の送り速度を
    指令する任意の送り速度指令、上記１ブロックの通常の
    送り速度指令による送り速度から上記任意の送り速度指
    令による送り速度に変更する開始点を指令する開始点指
    令、及び上記１ブロックの通常の送り速度指令による送
    り速度から上記任意の送り速度指令による送り速度に変
    更する終了点を指令する終了点指令をそれぞれ与えられ
    るようにし、且つこれらの指令が与えられた場合、上記
    １ブロックの通常の送り速度指令による送り速度を、上
    記開始点指令による開始点から上記終了点指令による終
    了点までの間で、上記任意の送り速度指令による送り速
    度に徐々に変更するとともに、上記終了点指令による終
    了点からブロックの終点まで上記任意の送り速度指令に
    よる送り速度とする手段を設けてなる数値制御装置。
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