JP3188396B2 - 数値制御における送り速度制御方法および装置 - Google Patents

数値制御における送り速度制御方法および装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、NC工作機械や産
業用ロボット等の数値制御における送り軸の送り速度制
御方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】NC工作機械や産業用ロボット等の機械
は、数値制御装置(NC装置)により送り軸の制御が行
われる。数値制御においては、加工プログラムや動作プ
ログラム等のNCデータが入力されると、そのNCデー
タは解釈され、解釈データに基づいて送り軸の軌跡や送
り速度が決定され処理単位であるブロック毎に動作が行
われる。NC工作機械でワークの加工を行う場合を例に
とると、ワークの加工形状は種々あり、1つのブロック
の動作に要する時間も長短ある。一方NCデータの解釈
にはNC装置の演算処理速度に依存する解釈時間を要す
る。したがって1つのブロックの加工動作に入る前には
当該1つの加工ブロックについてのデータ解釈が終了し
ていなければならない。そこで従来はバッファメモリを
用意し、このバッファメモリに複数ブロックについての
解釈データを記憶しておき、時間遅れのないようにバッ
ファメモリから読み出されたデータに基づいて加工動作
を行わせている。しかしながら、バッファメモリの容量
は無限ではなく、通常は構成の簡素化、コスト等を考慮
して最小容量に抑えている。バッファメモリに記憶され
ているNCデータ量が少なく、かつブロックの処理時間
が解釈時間よりも短いようなとき、つまり、加工部の長
さが短いときには、加工動作に入る前に、必要な解釈デ
ータが入力されない恐れが生じる。
【0003】図3には、一定のプログラム指令速度Fで
直線加工を、N1〜N10の各ブロックについて行う場
合の加工工具の軌跡(プログラム指令経路)が示されて
いる。各ブロックの矢印は向きを、その長さは加工移動
距離を示している。プログラム通りに処理を行う場合、
図5に示すように各ブロックのプログラムの動作時間が
1ブロック当りの許容最小移動時間taよりも短くなる
と、移動指令パルス出力が間に合わなくなり、送り速度
がステップ的に変化する。その結果、機械の送り動作が
不連続となり、加工工具に機械的ショックを与えてしま
い、加工精度が低下するという問題が発生する。ここで
1ブロック当りの許容最小移動時間taとは、送り軸が
1ブロックで指令された移動距離だけ移動するとき、停
止することなく移動できる最小移動時間のことで、換言
すると、NC装置が1ブロックのNCデータを読み取り
解釈し、補間演算して送り軸モータに送出するまでに必
要な最小時間である。
【0004】この問題を解決したのが特開平7−191
728号公報に開示の数値制御における送り速度制御方
法および装置である。つまりデータ解釈時間、補間サン
プリング時間等によって定まる1ブロック当りの許容最
小移動時間taと、1ブロックの移動距離lとで定まる
当該ブロックにおける許容最大送り速度Fdを動作中にリ
アルタイムで求め、移動指令速度Fが許容最大送り速度
Fdを越える場合は、該当ブロックの実際の送り速度を許
容最大送り速度Fdに設定するようにしたものである。こ
の構成によって図6のように送り速度がブロック毎に実
送りが停止することのない送り速度に設定されるので、
機械的ショックと加工精度は改善された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の特
開平7−191728号公報の技術は、ブロック毎に送
り速度を決定するので、ブロック毎に送り速度が変化
し、長いブロックの後に突然短いブロックがあるような
場合、大幅な減速を行う必要があるため、全体の加工時
間がのびてしまうなどの欠点があり、なお一層の改善が
望まれている。本発明はこのような問題点をなくし、連
続する一連のブロックの移動距離の長短およびその出現
パターンにかかわらず、可能な限り速度変動を小さく
し、安定した送り動作が行える数値制御における送り速
度制御方法および装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明では、複数ブロックのNCデータを先読みし
て一時記憶するマルチバッファを有した数値制御におけ
る送り速度制御方法において、前記マルチバッファに記
憶されているNCデータのうち予め定めた複数個のブロ
ックのNCデータに基づいて許容最大送り速度を演算
し、前記演算した予め定めた複数個のブロックのNCデ
ータに基づく許容最大送り速度を次に実行すべきブロ
ックにおける送り速度とする数値制御における送り速度
制御方法が提供される。また、複数ブロックのNCデー
タを先読みして一時記憶するマルチバッファを有した数
値制御における送り速度制御方法において、前記マルチ
バッファに記憶されている全ブロックの総移動量Lを算
出し、予め定めた1ブロック当りの許容最小移動時間t
aと前記マルチバッファに記憶されているブロックの数
nとの積即ち総許容最小移動時間Tを算出し、前記Lを
前記Tで除することにより前記マルチバッファに記憶さ
れている全ブロックに基づいて許容最大送り速度Vaを
求め、前記求めたマルチバッファに記憶されている全ブ
ロックに基づく許容最大送り速度Vaに基づいて次に実
行すべき1ブロックにおける実際の送り速度を決定する
数値制御における送り速度制御方法が提供される。ま
た、複数ブロックのNCデータを先読みして一時記憶す
るマルチバッファを有した数値制御における送り速度制
御装置において、前記マルチバッファに記憶されている
NCデータのうち予め定めた複数個のブロックのNCデ
ータに基づいて許容最大送り速度を演算する速度演算部
と、前記速度演算部で演算した予め定めた複数個のブロ
ックのNCデータに基づく許容最大送り速度を次に実行
すべきブロックにおける送り速度として設定する速度
制御部と、を具備する数値制御における送り速度制御装
置が提供される。
【0007】
【作用】マルチバッファに記憶されている予め定めた複
数個のブロックのNCデータまたはマルチバッファに記
憶されている全ブロックのNCデータにまたがって許容
最大送り速度をブロック処理毎に演算し、その演算結果
に基づき次に実行するブロックの送り速度を決定する。
例えば許容最大送り速度の演算結果がNCデータとして
入力されている指令送り速度より小さい場合は、次に実
行するブロックの送り速度が当該許容最大送り速度と決
定される。複数のブロックのNCデータにまたがって演
算された許容最大送り速度であるので平均化された送り
速度となり、ブロック間における速度段差が比較的小さ
く、かつマルチバッファ内に記憶されているNCデータ
量がなくなり送り動作が停止してしまう現象もない。
【0008】
【発明の実施の形態】次に図面に基づき本発明の実施の
形態を説明する。本実施の形態では数値制御における送
り速度をNC工作機械の送り軸の速度制御に適用した場
合について説明する。図1は、本発明の速度制御装置を
含んだ数値制御工作機械のブロック構成図、図2は本発
明の数値制御における送り速度制御の手順を示すフロー
チャート、図3は、数値制御加工における加工工具の移
動軌跡の一例を示す図、図4は、図3の移動軌跡におい
て、本発明の数値制御における送り速度制御方法を適用
した場合の送り速度線図、図5、図6は、図3の移動軌
跡において、従来の送り速度制御方法を適用した場合の
送り速度線図である。
【0009】まず図1に基づいて本発明をNC工作機械
の送り軸の速度制御に適用した場合の構成について説明
する。NCデータである加工プログラム1がプログラム
読取解釈部3で読取られ、解釈される。その解釈済みの
データはバッファメモリ部5へブロック単位で一時記憶
される。このバッファメモリ部5は、複数ブロックのデ
ータを同時に記憶できるマルチバッファでなっており、
例えば30ブロック分のデータを記憶できるようになっ
ている。速度演算部7は、バッファメモリ部5に記憶さ
れている複数個のブロックのデータを読み込んで後述す
る手順で許容最大送り速度Vaを演算する。このときパ
ラメータ記憶部9に予め入力されている1ブロック当り
の許容最小移動時間ta、速度制御係数K、速度設定段
差Vs等なる数値を適宜読み出して演算に利用する。速
度演算部7で1ブロック処理毎に演算された許容最大送
り速度Vaは、バッファメモリ部5を介して速度制御部
11へ送出される。速度制御部11では、加工プログラ
ムの指令速度Fや前回(1ブロック前の段階で)演算し
た許容最大送り速度Vao等を参照して、次に実行すべ
き送り速度を決定する。送り速度が決定されたNCデー
タは補間部13で補間演算され、サーボ部15を介して
各送り軸モータ17に送出され、工作機械19の各送り
軸の移動が制御される。
【0010】次に図2に基づいて、速度演算部7および
速度制御部11における制御手順について説明する。ま
ず、ブロック毎のNCデータを読み込む度にバッファメ
モリ部5に記憶されている全ブロックの総移動量Lを算
出するとともに、ブロックの総数nを計数する(ステッ
プS1)。パラメータ記憶部9に予め記憶されている1
ブロック当りの許容最小移動時間ta、速度制御係数
K、速度設定段差Vsを読み出す(ステップ2)。そし
て今回の(最新の)許容最大送り速度Vaを Va=(L/(ta・n))・K なる式によって演算する(ステップS3)。ここで速度
制御係数Kとして通常は、1または1に近い1より小さ
な数値が選定され、安全係数として作用する。速度設定
段差Vsは、前回(1ブロック前に)演算した許容最大
送り速度Vaoと今回演算した許容最大送り速度Vaと
の差がVs以上のときに送り速度を変更するように、加
工条件に応じて予め設定する数値である。Vsを小さく
設定し過ぎるとブロック処理毎に目まぐるしく送り速度
が変更されなめらかさがなくなる。
【0011】次に速度制御部11は、指令送り速度Fと
最新の許容最大送り速度Vaとを比較し(ステップS
4)、F>Vaならステップ5へ進み、F>Vaでない
なら送り速度を指令送り速度Fと設定する。ステップ5
では更に最新の許容最大送り速度Vaと前回の許容最大
送り速度Vaoとを比較し、|Va−Vao|≧Vsな
らば送り速度を演算した最新の許容最大送り速度Vaと
設定する(ステップS7)。|Va−Vao|≧Vsで
ないならば送り速度を前回の許容最大送り速度Vaoと
設定する(ステップS8)。
【0012】このような送り速度制御方法を用いて、図
3のような移動軌跡に沿って工具を送った時の送り軸の
送り速度は図4のようになる。例えばバッファメモリ部
5にN1からN6までの6ブロック分のデータが記憶さ
れている時点でその6ブロック分のデータにまたがって
許容最大送り速度Vaを演算し、そのVaでブロックN
1の実送りを行い、次にN2からN7までの6ブロック
分のデータにまたがって許容最大送り速度Vaを演算
し、ブロックN2の実送り速度を最新のVaに変更す
る。ブロックN5の実送り速度は、N4とN5部の加工
用に演算したVa同志の差がVsに満たないので同速度
になっている。このように本発明になる送り速度は、複
数のブロックにまたがって演算する許容最大送り速度と
いういわば平均化された送り速度に基づいて決定される
ので、図5のように送り速度が0になることはありえ
ず、図6のように送り速度がブロック毎に乱高下するこ
ともなく、なめらかに変化するのである。
【0013】本実施形態においては、バッファメモリに
記憶されている全ブロックのNCデータにまたがって許
容最大送り速度を演算したが、例えばバッファメモリの
容量が100ブロック分あり、そのうち60ブロック分
のNCデータにまたがって許容最大送り速度を演算する
構成でもよく、つまり許容最大送り速度を演算する際に
またがるブロック数は予め設定できるようにしても良
い。なお図4、5、6の送り速度線図は説明を簡単にす
るため、加減速時定数が0であるとして表示してある。
また本実施形態ではNC工作機械について述べたが、産
業用ロボット等の他の数値制御機械の動作制御について
も同様の構成が適用でき、同様の作用、効果が得られ
る。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による数値
制御における送り速度制御方法および装置は、マルチバ
ッファに記憶されている複数個のブロックのNCデータ
にまたがって許容最大送り速度を演算し、その演算した
許容最大送り速度を次に実行すべきブロックの送り速度
とするので、ブロックの移動距離の長短およびその出現
パターンによらず、可能な限り速度変動を小さくし、な
めらかな安定した送り動作が行える。それでいて動作時
間が従来技術より延びることはない。またバッファメモ
リ内の記憶量が多くなったり少なくなったり変動せず、
常に予め定めた目標量に維持される効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の速度制御装置を含んだ数値制御工作機
械のブロック構成図である。
【図2】本発明の数値制御における送り速度制御の手順
を示すフローチャートである。
【図3】数値制御加工における加工工具の移動軌跡の一
例を示す図である。
【図4】図3の移動軌跡において、本発明の数値制御に
おける送り速度制御方法を適用した場合の送り速度線図
である。
【図5】図3の移動軌跡において、従来の送り速度制御
方法を適用した場合の送り速度線図である。
【図6】図3の移動軌跡において、従来の改良された送
り速度制御方法を適用した場合の送り速度線図である。
【符号の説明】
1…加工プログラム 3…プログラム読取解釈部 5…バッファメモリ部 7…速度演算部 9…パラメータ記憶部 11…速度制御部 13…補間部 15…サーボ部 17…送り軸モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−50506(JP,A) 特開 平5−127731(JP,A) 特開 平7−191728(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 19/416 G05B 19/4155 B23Q 15/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数ブロックのNCデータを先読みして
    一時記憶するマルチバッファを有した数値制御における
    送り速度制御方法において、 前記マルチバッファに記憶されているNCデータのうち
    予め定めた複数個のブロックのNCデータに基づいて
    容最大送り速度を演算し、 前記演算した予め定めた複数個のブロックのNCデータ
    に基づく許容最大送り速度を次に実行すべきブロック
    における送り速度とすることを特徴とした数値制御にお
    ける送り速度制御方法。
  2. 【請求項2】 複数ブロックのNCデータを先読みして
    一時記憶するマルチバッファを有した数値制御における
    送り速度制御方法において、 前記マルチバッファに記憶されている全ブロックの総移
    動量Lを算出し、 予め定めた1ブロック当りの許容最小移動時間taと前
    記マルチバッファに記憶されているブロックの数nとの
    積即ち総許容最小移動時間Tを算出し、 前記Lを前記Tで除することにより前記マルチバッファ
    に記憶されている全ブロックに基づいて許容最大送り速
    度Vaを求め、 前記求めたマルチバッファに記憶されている全ブロック
    に基づく許容最大送り速度Vaに基づいて次に実行すべ
    き1ブロックにおける実際の送り速度を決定することを
    特徴とした数値制御における送り速度制御方法。
  3. 【請求項3】 複数ブロックのNCデータを先読みして
    一時記憶するマルチバッファを有した数値制御における
    送り速度制御装置において、 前記マルチバッファに記憶されているNCデータのうち
    予め定めた複数個のブロックのNCデータに基づいて
    容最大送り速度を演算する速度演算部と、 前記速度演算部で演算した予め定めた複数個のブロック
    のNCデータに基づく許容最大送り速度を次に実行すべ
    ブロックにおける送り速度として設定する速度制御
    部と、 を具備することを特徴とした数値制御における送り速度
    制御装置。
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