JP3467139B2 - 数値制御装置 - Google Patents

数値制御装置

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JP3467139B2 JP34633495A JP34633495A JP3467139B2 JP 3467139 B2 JP3467139 B2 JP 3467139B2 JP 34633495 A JP34633495 A JP 34633495A JP 34633495 A JP34633495 A JP 34633495A JP 3467139 B2 JP3467139 B2 JP 3467139B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/414Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械等の数値
制御装置(以下NC装置という)に関するものであり、
特に、個人用汎用コンピュータ(以下パソコンという)
を利用したNC装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、工作機械の数値制御化が進み、N
C装置の需要が高まっている。現在のNC装置は、内部
にマイクロプロセッサ等のCPUを含み、NCプログラ
ムを解析し各制御軸のサーボモータへの制御信号を送る
部分と、工具交換等のシーケンス制御を行う部分とを有
している。このようなNC装置を汎用のコンピュータを
利用して実現することは可能であり、特に安価に出回る
ようになったパソコンを利用してNC装置を実現すれば
NC装置のコストを引き下げることが可能となる。ここ
でいうパソコンとは、個人用(シングルユーザ)を目的
とした小型の汎用コンピュータのことであり、いわゆる
OAパソコン(事務用パソコン)の他にFAパソコン
(工場用パソコン)を含むものである。
【0003】最近、パソコンの高性能化が進みリアルタ
イムの処理もある程度のレベルを達成することができ、
パソコンを利用したNC装置が実現可能となってきた。
パソコンを利用したNC装置は、図2のような構成であ
った。パソコン1は、マイクロプロセッサ等のCPU、
主メモリ、割り込みコントローラ、バスコントローラ等
を含むマザーボード2と、マザーボード2に接続された
メインバス3と、メインバス3上に設けられた複数の拡
張スロット4を有している。拡張スロット4には各種入
出力用の拡張ボードや外部記憶装置へのインターフェー
スボード等を取り付けることができ、パソコン1の機能
を拡張することが可能となっている。メインバス3はこ
れらの拡張ボードとマザーボード2とを接続するための
バスであり、マザーボード2上のCPUは、メインバス
3を介して各拡張ボードにアクセスする。
【0004】この拡張スロット4の1つに、各制御軸の
サーボモータに制御信号を送るためのNCボード6を取
り付ける。また、他の拡張スロット4にPLC(プログ
ラマブル・ロジック・コントロール)ボード7を取り付
ける。PLCボード7はシーケンス制御のための制御信
号を出力したり、各可動部材の位置情報を入力したりす
るためのものである。例えば、工作機械のテーブルのス
トロークエンドでテーブルを強制停止するような場合、
パソコン1がPLCボード7をアクセスすることにより
ストロークエンドに達したことを知り、NCボード6に
対してテーブルの移動停止指令を出力していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】パソコンは高性能化し
てきてはいるが、数値制御を行うにはリアルタイムの処
理性能にまだ問題がある。特にノンプリエンプティブな
マルチタスクの処理を行ったり、外部記憶装置のアクセ
ス等のための長時間の割り込み処理が起こった場合に
は、リアルタイムの処理としては許容しがたい時間遅れ
を生じることがある。従来の構成のパソコンNC装置
で、上記のテーブルのストロークエンドでの非常停止を
行う場合、パソコン1の処理の遅れにより、ストローク
エンドを検出するのが遅れたり、NCボードへの指令が
遅れたりして、テーブルが固定部材に衝突してしまうこ
とがあった。このような衝突が起こると、工作機械本体
が破損してしまうこともあった。
【0006】そこで、本発明は、パソコンのリアルタイ
ム処理能力が低くても、NC装置としての動作遅れを生
じることのないNC装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のNC装置は、メインバスとメインバス上の
複数の拡張スロットを有する個人用汎用コンピュータ
と、前記拡張スロットに取り付けられ、少なくともサー
ボモータの制御を行うNCボードと、前記拡張スロット
に取り付けられ、シーケンス制御を行うPLCボードと
を有するNC装置であって、前記NCボードと前記PL
Cボードとを前記メインバス以外のサブバスによって互
いに接続したことを特徴とする。
【0008】また、上記NC装置において、前記メイン
バスのデータバス幅は16ビット以上であり、前記サブ
バスのデータバス幅は8ビットであることが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図面を
参照して説明する。図1に本発明のNC装置の構成を示
す。パソコン1は、マイクロプロセッサ等のCPU、主
メモリ、割り込みコントローラ、バスコントローラ等を
含むマザーボード2と、マザーボード2に接続されたメ
インバス3と、メインバス3上に設けられた複数の拡張
スロット4を有している。拡張スロット4には各種入出
力用の拡張ボードや外部記憶装置へのインターフェース
ボード等を取り付けることができ、パソコン1の機能を
拡張することが可能となっている。メインバス3はこれ
らの拡張ボードとマザーボード2とを接続するためのバ
スであり、マザーボード2上のCPUは、メインバス3
を介して各拡張ボードにアクセスする。メインバス3の
データバス幅は16ビットまたは32ビットである。
【0010】マザーボード2には、メインバス3を介す
ることなく、パソコン内蔵の外部記憶装置5が接続され
ている。外部記憶装置には、フレキシブルディスク装
置、ハードディスク装置、CD−ROM装置、光磁気デ
ィスク装置等が含まれる。また、マザーボード2には、
シリアルポート、CRTインターフェース等を介して、
NC操作盤10が接続されている。NC操作盤10に
は、CRT等のディスプレイとフィルムスイッチ等から
成るキーボードとが配置されており、NCプログラムの
入力や編集が行える。また、NC操作盤10のディスプ
レイには、制御軸の座標値、例えば工作機械の制御であ
れば、工具の位置やテーブルの位置を表示することもで
きる。さらに、必要ならばNC操作盤10にNCプログ
ラム入力装置としてのフレキシブルディスクドライブま
たは紙テープ読取器を設置しておく。
【0011】拡張スロット4の1つに、各制御軸のサー
ボモータに制御信号を送るためのNCボード6を取り付
ける。また、他の拡張スロット4にPLC(プログラマ
ブル・ロジック・コントロール)ボード7を取り付け
る。PLCボード7はシーケンス制御のための制御信号
を出力したり、各可動部材の位置情報を入力したりする
ためのものである。NCボード6とPLCボード7を1
枚の拡張ボードにまとめることができれば拡張スロット
4の使用個数も1つで済むのであるが、現在の実装技術
では通常のNC機能を実現するためには、どうしてもN
Cボード6とPLCボード7の2枚の拡張ボートとして
実装せざるを得ない。
【0012】例えば、工作機械のテーブルのストローク
エンドでテーブルを強制停止する場合、PLCボード7
に入力されたストロークエンド検出信号を、約10ms
ec以内にNCボード6に伝達し、テーブルの移動停止
制御を行う必要がある。前述のように、パソコン1のマ
ザーボード2のCPUがPLCボード7をアクセスする
ことによりストロークエンドに達したことを知り、NC
ボード6に対してテーブルの移動停止指令を出力してい
たのでは、この許容時間以内に制御が行えない場合があ
った。そこで、本発明のパソコンNC装置では、NCボ
ード6とPLCボード7とをメインバス3以外のサブバ
ス8によって直接接続するようにした。サブバス8のデ
ータバス幅は、8ビットで十分である。
【0013】工作機械の加工用NCプログラムとして
は、図3に示すようなものが挙げられる。このようなN
Cプログラムは、NC操作盤10から入力され、パソコ
ン1に内蔵された外部記憶装置5にASCIIコード等
の適宜のコードにより格納される。また、NCプログラ
ムは、他のNC装置やCAD/CAM装置等により作ら
れフレキシブルディスクや紙テープに保存されていたも
のをNC操作盤10のフレキシブルディスクドライブや
紙テープ読取器によって読み取り、外部記憶装置5のハ
ードディスク装置に格納することもできる。
【0014】図3のNCプログラムを簡単に説明する
と、1行目の「O0020」は、このプログラムのプロ
グラム番号である。次の行の「N001」は、実際のプ
ログラム部分の行番号であって、「G92 X0 Y0
Z0」がプログラムの命令の部分である。命令の内容
は、ワーク座標系の設定であり、現在の工具位置をワー
ク座標原点(X,Y,Z)=(0,0,0)とするもの
である。行番号(シーケンス番号)から行末のセミコロ
ン「;」(エンド・オブ・ブロック:EOB)までの部
分をブロックと呼ぶ。このような工作機械へのNC命令
が順次続いている。
【0015】パソコン1のマザーボード2内のCPU回
路は、外部記憶装置5に格納された図3のようなNCプ
ログラムを主メモリにロードし、それを解析して1ブロ
ックずつのNC命令に分離し、NCボード6が解釈可能
な命令形式に変換して、1ブロックの命令毎にNCボー
ド6の受信可能状態を確認してからNCボード6に送出
する。NCボード6は、受け取ったNC命令に従ってパ
ルス分配等を行い、各制御軸の制御モータのサーボアン
プに駆動信号を送出する。NC命令が終了し、NC命令
のバッファに空きができると受信可能状態をマザーボー
ド2側に知らせる。このような動作を1ブロック毎に繰
り返すことになる。
【0016】また、図3の「N0004」行は主軸の回
転数毎分1500回転(S1500)で主軸正転(M
3)させるものであるが、この命令は、PLCボード7
に対して送出され、PLCボード7が外部のI/Oボー
ドに対して制御信号を出力するものである。このように
NC命令の中には、NCボード6が実行する命令と、P
LCボード7が実行する命令とが混在している。マザー
ボード2のCPU回路は、これらの命令を適宜両ボード
に振り分けて送出するようにしてもよいし、メインバス
3の共通のI/Oアドレスに出力して、各ボードが自分
に対する命令を判断してそれを取り込み実行するように
しても良い。
【0017】何れにしても、図3のようなNCプログラ
ムが各ブロックの順番に従って、順序よく実行されるた
めには、NCボード6とPLCボード7の一方から他方
へ各NC命令が終了したことを知らせることが必要であ
る。例えば、図3の「N005」行の実行(タッピング
加工)では、NCボード6が実行する送り制御と、穴底
でPLCボード7が実行する主軸逆転制御の信号タイミ
ングは時間遅れが生じないことが必要である。
【0018】従来の図2のようなNC装置では、サブバ
ス8がなく、このようなNC命令の終了信号の伝送をメ
インバス3を介して、パソコン1のCPU回路を通して
行っていたため、パソコン1の処理遅れによる時間遅れ
が生じ、場合によっては許容範囲を超えることがあっ
た。本発明においては、図1のようにサブバス8が設け
られており、サブバス8を介してこれらの信号を直接伝
送するので時間遅れが少なく、許容範囲を超える時間遅
れは皆無となる。サブバス8を介する信号の伝送は、N
Cボード6とPLCボード7のそれぞれに設けられたC
PUが予め決められたプロトコルに従って直接行う。
【0019】サブバス8を介して伝送を行う信号は、こ
のようなNCプログラムの同期のための終了信号の他に
も、ストロークエンドでのテーブルの強制停止や、外部
からの位置信号による減速指令を行う際の位置信号等が
ある。これらの位置信号に時間遅れが生じると、部材の
衝突により工作機械が破損したり、位置決めミスが発生
したりするので、許容される時間遅れは10msec程
度である。サブバス8を介して、このような位置信号も
PLCボード7からNCボード6に許容範囲内の時間遅
れで伝送することができる。
【0020】なお、この実施の形態では、PLCボード
7へのNC命令は、マザーボード2内のCPU回路がメ
インバス3を介して直接PLCボード7に送出するよう
にしたが、マザーボード2内のCPU回路がメインバス
3を介していったんNCボード6に送り、NCボード6
からPLCボード7へサブバス8を介して送出するよう
にしてもよい。その場合は、NCボード6からPLCボ
ード7へのNC命令の終了信号は必ずしも必要では無く
なる。
【0021】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下のような効果を奏する。
【0022】パソコンのリアルタイム処理能力が低くて
も、NC装置としての動作遅れを生じることがなく、N
C装置の信頼性および安全性を高くすることができる。
【0023】パソコンとして、処理速度の極めて大きい
高価なものを使用しなくとも、十分なリアルタイム性能
を達成でき、NC装置の製造コストを引き下げることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明のNC装置の構成を示すブロッ
ク図である。
【図2】図2は、従来のNC装置の構成を示すブロック
図である。
【図3】図3は、NCプログラムの例を示す図である。
【符号の説明】
1…パソコン 2…マザーボード 3…メインバス 4…拡張スロット 5…外部記憶装置 6…NCボード 7…PLCボード 8…サブバス 10…NC操作盤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−62703(JP,A) 特開 平2−195403(JP,A) 特開 平6−125195(JP,A) 特開 平4−282707(JP,A) 特開 平6−309019(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 19/18 - 19/46 B23Q 15/00 - 15/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メインバス(3)とメインバス(3)上の
    複数の拡張スロット(4)を有する個人用汎用コンピュ
    ータと、 前記拡張スロット(4)に取り付けられ、少なくともサ
    ーボモータの制御を行うNCボード(6)と、 前記拡張スロット(4)に取り付けられ、シーケンス
    を行うPLCボード(7)とを有する数値制御装置で
    あって、 前記NCボード(6)と前記PLCボード(7)とを前
    記メインバス(3)以外のサブバス(8)によって互い
    に接続したことを特徴とする数値制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載した数値制御装置であっ
    て、前記メインバス(3)のデータバス幅は16ビット
    以上であり、前記サブバス(8)のデータバス幅は8ビ
    ットである数値制御装置。
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