JP3894124B2 - 数値制御システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は数値制御システムに係り、特にNC工作機械の高速高精度加工のために必要な補正指令生成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10は従来の数値制御装置の構成図である。
【0003】
以下、従来技術を図面に基づいて説明する。
一般に数値制御装置は加工プログラムを解析手段10で解析し解析情報を作成する。例えば、G1 X10.0 Y10.0 F100;という加工プログラムを解析して、直線補間、X軸移動量10mm、Y軸移動量10mm、速度100mm/分、移動長さ14.142mmという解析情報を作る。この解析情報を分配手段5で分配し、各軸の位置指令を出力する。位置制御手段4は位置指令と位置フィードバックから速度指令を出力する。速度制御手段3は速度指令と速度フィードバックから電流指令を出力する。電流制御手段2は電流指令を入力して電動機1を駆動する。電動機1に接続された検出器9は速度および位置を検出してフィードバックする。
したがって、一般には解析手段から検出器までの装置をひとまとめの数値制御装置12として販売されることが多い。
【0004】
さて、このように構成された数値制御装置における高精度加工の課題は、機械系の動的誤差の補正である。機械系の動的誤差は、摩擦係数の変化や機械のばね定数、粘性抵抗などによる機械変形により発生する。
この誤差は数値制御装置の電流制御手段や速度制御手段や位置制御手段に補正量を付加することにより補正できる。しかし、汎用の数値制御装置12は特定の機械系に最適な補正機能やユーザ独自の補正機能を備えていないため、汎用の数値制御装置12のほかに前処理装置11を設けて指令の変形を行う。
例えば、図11に示すようにXY平面での半円動作において象限の変わり目でY軸が一旦減速するため摩擦力が増大し、Y軸の運動が鈍くなるため円弧の形状精度が悪くなってしまう。そこで、曲線31のように指令曲線を変形させることにより誤差を補正する。
【0005】
また、図12の例では、A点からB点までの位置決めを行うが、機械の応答遅れのため位置決め完了までの時間が長くなる。そこで、指令32のように過大な指令により加速度を大きくするように指令を変形させることにより位置決め時間を短縮する。
【0006】
また、図13の例では、X軸とY軸の剛性が異なるため真円指令に対し楕円状の応答軌跡となる。そこで、曲線33のように指令曲線を逆の楕円形に変形させることにより誤差を補正する。
このように指令を変形させることにより機械系の誤差を補正できる。
【0007】
これは、位置指令の微分が速度指令、速度指令の微分が電流指令であるとの関係を利用して、電流指令の補正を行いたい場合には補正量の積分の積分を、速度指令の補正を行いたい場合は補正量の積分を、位置指令の補正を行いたい場合は補正量を位置指令に夫々加算することによって求められる。
このような補正演算を行うために、従来の数値制御装置では、数値制御装置の上位に指令を変形させるための前処理装置11として、外部解析手段28と外部補正分配手段29とプログラム作成手段30を付加し、外部解析手段28で加工プログラムを解析したのち、外部補正分配手段29で指令曲線を変形しながら分配して、さらにプログラム作成手段30で解析手段10が解析できるような加工プログラムに書換えている。
なお、前処理装置11は、パソコン、CAM装置等が用いられる。
【0008】
このほかに汎用の数値制御装置12では前処理装置12の機能の一部を取り込んで、位置制御手段4、速度制御手段3及び電流制御手段2に簡単な補正機能を内蔵したものがある。図11の曲線の例では電流制御手段2に象限の変わり目でY軸の進行方向が変化したときに電流指令を増加する機能を内蔵したものがある。図12の直線の例では速度制御手段3に位置指令の微分を速度指令に加算する機能を内蔵したものがある。
【0009】
【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、前処理装置11で補正のための複雑な上述の演算を高速で行わなければならず、また前処理装置11から汎用の数値制御装置12への高速データ転送が必要となり、高価なシステムとなってしまう欠点があった。
【0010】
さらに、一般に電流制御の制御周期よりも速度制御の制御周期が長く、速度制御の制御周期よりも位置制御の制御周期が長いが、前処理装置での補正は位置制御周期で実行されるので補正の精度が劣るという欠点があった。
【0011】
また、前処理装置11の機能の一部を取り込んで、位置制御手段4、速度制御手段3および電流制御手段2に簡単な補正機能を内蔵したものは、特別な付加装置を必要とせず価格的な欠点はないが、特定の機械に最適な補正機能やユーザ独自の補正機能を実現できない欠点や、高速高精度な制御を行うために、位置制御・速度制御・電流制御の周期をなるべく短くしなければならないが、補正機能を内蔵することによって処理負荷が増大し制御周期が長くなるという矛盾があり、結局簡単な補正機能しか実現できないという欠点がある。
【0012】
例えば、図11の曲線の例では円の曲率や機械の位置によって補正量は変更した方が良いがこの判断は複雑である。図12の直線の例ではワーク重量や加速時か減速時で機械応答が異なるので速度補正パターンを変更すべきであるがこの演算もかなり複雑である。また位置制御・速度制御・電流制御は軸単位で独立して制御するので他の軸との移動軌跡を考慮した補正演算は困難である。
【0013】
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、前処理装置を設けることなく、高精度な補正を行うことができる数値制御システムを得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る数値制御システムは、加工プログラムを解析する解析手段と、この解析手段からの解析情報が与えられ、電動機の位置を制御する位置制御手段と、この位置制御手段の出力に基基づいて上記電動機の電流を制御する電流制御手段とを備えた数値制御システムにおいて、上記速度制御手段からの出力に加算する電流指令加算量、上記位置制御手段からの出力に加算する速度指令加算量及び上記位置制御手段の前段に加算する位置指令加算量の少なくとも一つを演算する演算手段を、数値制御装置本体に接続する手段を備え、上記演算手段は、上記解析手段の解析情報を基に上記加算量を演算するものである。
【0015】
またこのこの発明に係る数値制御システムは、上記電流指令加算量、速度指令加算量及び位置指令加算量の少なくとも一つを記憶するバッファと、このバッファに記憶された加算量を、上記速度制御手段からの出力、上記位置制御手段からの出力及び上記位置制御手段の前段の何れかに加算する加算手段とを備えてなるものである。
【0016】
またこのこの発明に係る数値制御システムは、上記電流指令加算量が上記電流制御手段の処理周期に、上記速度指令加算量が上記速度制御手段の処理周期に、上記位置指令加算量が上記位置制御手段の処理周期に分割されているとともに、上記加算手段が、上記電流指令加算量を加算するときは上記電流制御手段の処理周期で、上記速度指令加算量を加算するときは上記速度制御手段の処理周期で、上記位置指令加算量を加算するときは上記位置制御手段の処理周期で加算するものである。
【0018】
またこのこの発明に係る数値制御システムは、上記加算手段が、現在位置と加算すべき範囲を参照して現在位置が加算すべき範囲内であれば、上記加算量を加算するものである。
【0019】
またこのこの発明に係る数値制御システムは、上記加算範囲の指定を、指令ブロックの終点までの補間算距離で指定するものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
実施例1.
以下、この発明の実施例1について図1〜図4を用いて説明する。
即ち、この実施例では、図1に示すように、解析情報読込手段21、解析情報バッファ26、内部解析手段34、内部解析手段用バッファ34A、内部解析起動手段20、内部解析登録手段14、位置指令加算判定手段17、位置指令加算手段8、速度指令加算判定手段18、速度指令加算手段7、電流指令加算判定手段19及び電流指令加算手段6が、数値制御装置の内部に設けられている。
また、内部解析手段34は、内部解析登録手段14にて登録することにより、ソフトウエア的に解析手段10と分配手段5との間に位置するように設けられている。
なお、上記各手段は、ソフトウエアにて構成されている。
【0021】
次に各要素の機能・動作について説明する。
即ち、分配手段5は、解析情報が必要となった時(例えば加工のために機械スタートボタンが押されたとき)に内部解析起動手段20を呼び出す。
内部解析起動手段20は、内部解析登録手段14に登録された内部解析手段アドレスを参照して内部解析手段34を起動する。
内部解析手段34は、分配手段5に渡す解析情報を作成するために解析情報バッファ26を参照するが、参照情報が不足している場合は解析情報読込手段21を起動する。
【0022】
解析情報読込手段21は、解析手段10を起動して解析手段10に解析情報27を作成させる。さらに、作成された解析情報27を解析情報バッファ26にセットする。
内部解析手段34は、解析情報バッファ26の解析情報を参照して、位置指令加算情報や速度指令加算情報や電流指令加算情報を作成し、内部解析手段用バッファ34Aにセットする。なお、位置指令加算情報、速度指令加算情報及び電流指令加算情報の作成については後で詳述する。
また、この内部解析手段34は、分配手段5に渡す解析情報として、解析情報バッファ26の解析情報、即ち解析手段10が解析した解析情報を内部解析手段用バッファ34Aにセットする。
即ち、内部解析手段34は、上述した演算のみを行うだけで、従来の前処理装置11のように、電流指令の補正を行いたい場合には補正量の積分の積分を、速度指令の補正を行いたい場合は補正量の積分を、位置指令の補正を行いたい場合は補正量を位置指令に加算するという演算の後、それを解析手段10が解析できるような加工プログラムに書き換える演算は行わない。
【0023】
分配手段5は、解析情報を参照して指令軌跡と指令速度に基づいて分配を行い位置制御手段4に対し位置指令を出力する。
位置指令加算判定手段17は、位置指令加算情報を参照して現在の補間残距離が加算範囲内であれば位置指令加算量を位置指令加算手段8へ出力する。
位置指令加算手段8は、分配手段5から出力された位置指令と位置指令加算判定手段17から出力された位置指令加算量を加算して位置制御手段4へ出力する。
【0024】
位置制御手段4は、位置指令と検出器9からの位置フィードバックの差分から速度指令を演算して速度制御手段3へ出力する。
速度指令加算判定手段18は、速度指令加算情報を参照して現在の補間残距離が加算範囲内であれば速度指令加算量を速度指令加算手段7へ出力する。
速度指令加算手段7は、位置制御手段4から出力された速度指令と速度指令加算判定手段18から出力された速度指令加算量を加算して速度制御手段3へ出力する。
【0025】
速度制御手段3は、速度指令と検出器9からの速度フィードバックの差分から電流指令を演算して電流制御手段2へ出力する。
電流指令加算判定手段19は、電流指令加算情報を参照して現在の補間残距離が加算範囲内であれば電流指令加算量を電流指令加算手段6へ出力する。
電流指令加算手段6は、速度制御手段3から出力された電流指令と電流指令加算判定手段19から出力された電流指令加算量を加算して電流制御手段2へ出力する。
【0026】
電流制御手段2は、電流指令に基づいて電動機1へ与える電流を制御する。
電動機1は回転力により機械を駆動する。
検出器9は、電動機1の位置および速度を検出して位置制御手段4および速度制御手段3へフィードバックする。
【0027】
図2は円弧指令時の象限の変わり目で方向反転する軸の移動速度が0に近くなるためおこる摩擦変化や弾性変形などのロストモーションを補正する例である。
この例では半径Rmmの円弧の頂点の前後0.5mmの範囲で10%の電流を補正している。
図2(c)は補正の範囲を図示したものである。
図2(d)は解析情報にセットされる電流指令加算情報のメモリ配置である。ここで3つの頂点(A点、B点、C点)の情報として電流指令加算情報1、2、3が割り当てられる。電流指令加算情報4の内容は0であり、これは電流指令加算情報が3までで終了であることを示す終了情報である。なお、加工開始点はD点とする。
【0028】
図2(a)は内部解析手段34で電流指令加算情報を作成するフローチャートである。
ステップ1:A点での電流指令加算情報として電流指令加算情報1を作成する。開始残距離は2×3.14R×270/360+0.5、終了残距離は2×3.14R×270/360−0.5、X軸電流指令加算量はー10、Y軸電流指令加算量は0となる。
ステップ2:B点での電流指令加算情報として電流指令加算情報2を作成する。開始残距離は2×3.14R×180/360+0.5、終了残距離は2×3.14R×180/360−0.5、X軸電流指令加算量は0、Y軸電流指令加算量は−10となる。
ステップ3:C点での電流指令加算情報として電流指令加算情報3を作成する。開始残距離は2×3.14R×90/360+0.5、終了残距離は2×3.14R×90/360−0.5、X軸電流指令加算量は10、Y軸電流指令加算量は0となる。
ステップ4:電流指令加算情報4に終了情報を書き込む。開始残距離に0をセットすることにより終了情報とする。
【0029】
図2(b)は電流指令加算判定手段19の動作を示すフローである。
ステップ1:分配残距離を読み込む。
ステップ2:電流指令加算情報1のアドレスを電流指令加算情報の読みだしポインタにセットする。
ステップ3:開始残距離を0と比較し終了を判定する。終了であればステップ1へ分岐する。
ステップ4:分配残距離を開始残距離および終了残距離と比較する。開始残距離以下でかつ終了残距離以上であれば加算範囲内である。そうでなければステップ6へ分岐する。
ステップ5:X軸電流指令加算量をX軸の電流指令加算量レジスタにコピーする。Y軸電流加算量をY軸の電流指令加算量レジスタにコピーする。この電流指令加算量レジスタの内容は電流指令加算手段により電流指令に加算され電流制御手段2に出力される。
ステップ6:電流指令加算情報の読みだしポインタを1つ進める。ステップ3へ分岐する。
【0030】
図3は速度フィードフォワードをかけることにより位置決め時間を短縮することの例である。
この例では直線位置決めの加速減速時間T秒の範囲でFmm/分の速度を補正している。直線はLmmで(x,y)のベクトルとする。
図3(c)は速度補正の範囲と速度指令の波形を図示したものである。
図3(d)は解析情報にセットされる速度指令加算情報のメモリ配置である。ここで加速時と減速時の情報として速度指令加算情報1、2が割り当てられる。速度指令加算情報3の内容は0であり、これは速度指令加算情報が2までで終了であることを示す終了情報である。
図3(a)は内部解析手段34で速度指令加算情報を作成するフローチャートである。
ステップ1:加速および減速の移動量Ammをもとめる。A=FT/60/2。
ステップ2:加速時の速度指令加算情報として速度指令加算情報1を作成する。開始残距離はL、終了残距離はL−A、X軸速度指令加算量はFx/L、Y軸速度指令加算量はFy/Lとなる。
ステップ3:減速時の速度指令加算情報として速度指令加算情報2を作成する。開始残距離はA、終了残距離は0、X軸速度指令加算量はーFx/L、Y軸速度指令加算量はーFy/Lとなる。
ステップ4:速度指令加算情報3に終了情報を書き込む。開始残距離に0をセットすることにより終了情報とする。
【0031】
図3(b)は速度指令加算判定手段18の動作を示すフローである。
ステップ1:分配残距離を読み込む。
ステップ2:速度指令加算情報1のアドレスを速度指令加算情報の読みだしポインタにセットする。
ステップ3:開始残距離を0と比較し終了を判定する。終了であればステップ1へ分岐する。
ステップ4:分配残距離を開始残距離および終了残距離と比較する。開始残距離以下でかつ終了残距離以上であれば加算範囲内である。そうでなければステップ6へ分岐する。
ステップ5:X軸速度指令加算量をX軸の速度指令加算量レジスタにコピーする。Y軸速度加算量をY軸の速度指令加算量レジスタにコピーする。この速度指令加算量レジスタの内容は速度指令加算手段により速度指令に加算され速度制御手段3に出力される。
ステップ6:速度指令加算情報の読みだしポインタを1つ進める。ステップ3へ分岐する。
【0032】
図4は円弧の縦軸と横軸の長さを変えることにより長円の軌跡を補間することの例である。
この例では半径Rの真円指令をX軸方向にC%縮小するように位置指令を補正している。補正はD度ずつの360/D分割とした。
図4(c)は円弧を等角度に分割した補正範囲と補正量を図示したものである。
解析情報にセットされる位置指令加算情報は360/D領域指定される。位置指令加算情報の内容0は位置指令加算情報が終了であることを示す終了情報である。
図4(a)は内部解析手段34で位置指令加算情報を作成するフローチャートである。
ステップ1:位置指令加算情報1のアドレスを位置指令加算情報書き込みポインタにセットする。
ステップ2:円弧中心角変数Wに初期値0を代入する。
ステップ3:位置指令加算情報の開始残距離を作成する。開始残距離は2×3.14R−2×3.14RW/360となる。
ステップ4:円弧中心角変数Wに分割角度Dを加算する。
ステップ5:Wと360を比較して最終分割のチェックを行う。Wが360以上であれば最終分割である。そうでなければステップ7へ分岐する。
ステップ6:最終分割なのでWに360を代入する。
ステップ7:位置指令加算情報の終了残距離を作成する。終了残距離は2×3.14R−2×3.14RW/360となる。
ステップ8:位置指令加算情報の位置指令加算量を作成する。X軸の位置指令加算量は−RC/100×cosWとなる。Y軸の位置指令加算量は0である。
ステップ9:位置指令加算情報書き込みポインタを1つ進める。
ステップ10:分割終了チェックをおこなう。Wが360であれば終了である。そうでなければステップ3へ分岐する。
ステップ11:位置指令加算情報に終了情報を書き込む。開始残距離に0をセットすることにより終了情報とする。
【0033】
図4(b)は位置指令加算判定手段17の動作を示すフローである。
ステップ1:分配残距離を読み込む。
ステップ2:位置指令加算情報1のアドレスを位置指令加算情報の読みだしポインタにセットする。
ステップ3:開始残距離を0と比較し終了を判定する。終了であればステップ1へ分岐する。
ステップ4:分配残距離を開始残距離および終了残距離と比較する。開始残距離以下でかつ終了残距離以上であれば加算範囲内である。そうでなければステップ6へ分岐する。
ステップ5:X軸位置指令加算量をX軸の位置指令加算量レジスタにコピーす る。Y軸位置加算量をY軸の位置指令加算量レジスタにコピーす る。この位置指令加算量レジスタの内容は位置指令加算手段により 位置指令に加算され位置制御手段4に出力される。
ステップ6:位置指令加算情報の読みだしポインタを1つ進める。ステップ3へ分岐する。
【0034】
実施例2.
以下、この発明の実施例2について図5〜図9を用いて説明する。
即ち、この実施例では、図5に示すように、解析情報読込手段21、解析情報バッファ26、内部解析手段34、内部解析手段用バッファ34A、内部解析起動手段20、内部解析登録手段14、位置指令加算手段8、速度指令加算手段7、電流指令加算手段6、外部分配登録手段15、外部分配起動手段16、外部分配手段22、電流指令加算量バッファ23、速度指令加算量バッファ24及び位置指令加算量バッファ25が、数値制御装置の内部に設けられている。
また、内部解析手段34は、内部解析登録手段14にて登録することにより、ソフトウエア的に解析手段10と分配手段5との間に位置するように設けられており、また外部分配手段22は、外部分配登録手段15にて登録することによりソフトウエア的に解析手段10と位置制御手段4との間に位置するように設けられている。
なお、上記各手段は、ソフトウエアにて構成されている。
【0035】
次に各手段の機能・動作について説明する。
即ち、図5において、分配手段5は解析情報が必要となった時(例えば加工のために機械スタートボタンが押された時)に内部解析起動手段20を呼び出す。
内部解析起動手段20は、内部解析登録手段14に登録された内部解析手段アドレスを参照して内部解析手段34を起動する。
内部解析手段34は、外部分配手段16に渡す解析情報を作成するために解析情報バッファ26を参照するが、参照情報が不足している場合は解析情報読込手段21を起動する。
解析情報読込手段21は、解析手段10を起動して解析情報27を作成させる。さらに、作成された解析情報27を解析情報バッファ26にセットする。
内部解析手段34は、上記外部分配起動手段16を使用しないとき、即ち実施例1の場合には、解析情報バッファ26を参照して位置指令加算情報や速度指令加算情報や電流指令加算情報を作成して、解析手段10が解析した解析情報とともに内部解析手段用バッファ34Aにセットするが、この実施例の場合には、外部分配起動手段16を使用するので、解析手段10が解析した解析情報を内部解析手段用バッファ34Aにそのままセットする。
分配手段5は、外部分配起動手段16を使用するとき、即ちこの実施例の場合には、本来の分配機能を行うことなく、外部分配起動手段16及び内部解析起動手段20の起動手段として動作する。
外部分配起動手段16は、外部分配登録手段15に登録された外部分配手段アドレスを参照して外部分配手段22を起動する。
【0036】
外部分配手段22は、内部解析手段用バッファ34A中の解析情報を参照して指令軌跡と指令速度に基づいて分配を行い位置制御手段4に対し位置指令を出力する。また、必要に応じて位置制御手段4の処理周期に分割された位置指令加算量を演算し、それを位置指令加算量バッファ25にセットする。同様に、必要に応じて速度制御手段5の処理周期に分割された速度指令加算量を演算し、それを速度指令加算量バッファ24に、また電流制御手段6の処理周期に分割された電流指令加算量を演算し、それを電流指令加算量バッファ23にセットする。
位置指令加算手段8は、分配手段5から出力された位置指令と位置指令加算量バッファ25から読みだした位置指令加算量を加算して位置制御手段4の処理周期に同期して位置制御手段4へ出力する。
位置制御手段4は、位置指令と検出器9からの位置フィードバックの差分から速度指令を演算して速度制御手段3へ出力する。
速度指令加算手段7は、位置制御手段4から出力された速度指令と速度指令加算量バッファ24から読みだした速度指令加算量を加算して速度制御手段3の処理周期に同期して速度制御手段3へ出力する。
速度制御手段3は、速度指令と検出器9からの速度フィードバックの差分から電流指令を演算して電流制御手段2へ出力する。
電流指令加算手段6は速度制御手段3から出力された電流指令と電流指令加算量バッファ23から読みだした電流指令加算量を加算して電流制御手段2の処理周期に同期して電流制御手段2へ出力する。
電流制御手段2は、電流指令に基づいて電動機1へ与える電流を制御する。
電動機1は回転力により機械を駆動する。
検出器9は、電動機1の位置および速度を検出して位置制御手段4および速度制御手段3へフィードバックする。
【0037】
図6(a)は電流指令加算手段6の動作を示すフローである。
ここでは、電流指令加算量バッファ23には16個の要素があり、それぞれ電流指令加算量レジスタ1から16と呼ぶものとする。
電流指令加算手段6は、電流制御手段2が電流指令を受け取る毎に次の電流指令を演算して出力する。
【0038】
ステップ1:電流指令を電流制御手段2が受け取ったかどうかをチェックする。受け取ってなければステップ1へ分岐する。
ステップ2:電流指令と電流指令加算量レジスタ1を読みだし、加算する。
ステップ3:結果を電流制御手段2へ出力する。
ステップ4:電流指令加算量バッファ23の電流指令加算量レジスタ2から電流指令加算量レジスタ16に記憶されている内容を、電流指令加算量レジスタ1から電流加算量レジスタ15へコピーする。電流指令加算量レジスタ16をクリアする。ステップ1へ分岐する。
【0039】
図6(b)は速度指令加算手段の動作を示すフローである。
ここでは、速度指令加算量バッファ24には8個の要素があり、それぞれ速度指令加算量レジスタ1から8と呼ぶものとする。
速度指令加算手段7は、速度制御手段3が速度指令を受け取る毎に次の速度指令を演算して出力する。
【0040】
ステップ1:速度指令を速度制御手段が受け取ったかどうかをチェックする。受け取ってなければステップ1へ分岐する。
ステップ2:速度指令と速度指令加算量レジスタ1を読みだし、加算する。
ステップ3:結果を速度制御手段へ出力する。
ステップ4:速度指令加算量バッファの速度指令加算量レジスタ2から速度指令加算量レジスタ8に記憶されている内容を、速度指令加算量レジスタ1から速度指令加算量レジスタ7へコピーする。速度指令加算量レジスタ8をクリアする。ステップ1へ分岐する。
【0041】
図6(c)は位置指令加算手段の動作を示すフローである。
ここでは、位置指令加算量バッファ25には4個の要素があり、それぞれ位置指令加算量レジスタ1から4と呼ぶものとする。
位置指令加算手段8は位置制御手段4が位置指令を受け取る毎に次の位置指令を演算して出力する。
【0042】
ステップ1:位置指令を位置制御手段が受け取ったかどうかをチェックする。受け取ってなければステップ1へ分岐する。
ステップ2:位置指令と位置指令加算量レジスタ1を読みだし、加算する。
ステップ3:結果を位置制御手段へ出力する。
ステップ4:位置指令加算量バッファの位置指令加算量レジスタ2から位置指令加算量レジスタ4に記憶されている内容を、位置指令加算量レジスタ1から位置指令加算量レジスタ3へコピーする。位置指令加算量レジスタ4をクリアする。ステップ1へ分岐する。
【0043】
図7は図2と同様に円弧の象限切り替えの近傍でのロストモーションを電流指令を補正することにより減少させる例である。
図7(b)は円弧の象限の変わり目で補正すべき電流指令加算量の標準値が格納されたメモリである。この例では、電流制御手段2の処理周期の4回に渡って何らかの補正が加算される。また、この電流指令加算量は一定のワーク荷重を与えたときの制御対象機械系の応答をもとに実験的に設定されている。したがって、実際の電流指令加算量はこの標準値にワーク荷重係数を乗じて算出する。さらに、このワーク荷重係数も実験的に与えられる。
【0044】
図7(a)は外部分配手段で電流指令補正量を求める処理を示すフローである。
ステップ1:X軸Y軸の位置指令を読み込む。
ステップ2:位置指令が円弧頂点近傍であるかどうかを比較する。近傍でなければステップ3へ分岐する。なお、位置指令が円弧頂点近傍であるかどうかは、例えばX軸、Y軸の符号が反転したか否かで判断する。
ステップ3:電流指令加算量出力済みフラグをオフする。ステップ1へ分岐する。
ステップ4:電流指令加算量出力済みフラグをチェックする。出力済みであればステップ1へ分岐する。
ステップ5:ワークの重量に応じて設定されたワーク荷重係数を読み出す。
ステップ6:電流指令加算量テーブル1から4には加算すべき電流指令加算量が設定されている。また、電流指令加算量レジスタ1から4は電流指令加算量バッファ23の要素である。
電流指令加算量テーブル1を読みだしワーク荷重係数を乗算し電流指令加算量レジスタ1に格納する。
電流指令加算量テーブル2を読みだしワーク荷重係数を乗算し電流指令加算量レジスタ2に格納する。
電流指令加算量テーブル3を読みだしワーク荷重係数を乗算し電流指令加算量レジスタ3に格納する。
電流指令加算量テーブル4を読みだしワーク荷重係数を乗算し電流指令加算量レジスタ4に格納する。
ステップ7:電流指令加算量出力済みフラグをオンする。ステップ1へ分岐する。
【0045】
図8は図3と同様に速度フィードフォワードにより位置決め時間を短縮する例である。
速度フィードフォワードは電動機の追従誤差を小さくする効果があるが機械振動を発生させやすいという欠点もある。
機械の運転条件によって振動を発生させるフィードフォワード量は変化するので運転条件によりフィードフォワード量を変化させることが望ましい。
この例では、たんなる速度ではなく、速度ににワーク荷重係数を乗じて算出したフィードフォワード量を加算する。このワーク荷重係数は制御対象の機械系に合わせて実験的に与えられる。
【0046】
図8は外部分配手段で速度指令補正量を求める処理を示すフローである。
ステップ1:今回の位置指令から前回の位置指令を引いて指令速度を演算する。
ステップ2:今回の位置指令をメモに保存する。
ステップ3:送りのモード(位置決めモード・切削モード)を読み出す。
ステップ4:送りのモードが切削モードであればステップ5へ分岐する。
ステップ5:速度指令加算量レジスタに0を出力する。ステップ1へ分岐する。
ステップ6:ワークの重量に応じて予め設定されたワーク荷重係数を読み出す。
ステップ7:指令速度にワーク荷重係数を乗算し速度指令加算量レジスタに出力する。速度指令加算量レジスタは速度指令加算量バッファのすべての要素である。ステップ1へ分岐する。
【0047】
図9は図4と同様に長円補間の実施例である。
図4の実施例と同様に円弧の中心角に応じて縦軸と横軸の位置を変化させることにより実現している。
機械の縦軸と横軸の剛性のアンバランスにより形状が変形するため円弧の角速度やワーク荷重により補正を行うことが望ましい。
この例では、補正係数や角速度やワーク荷重係数により補正量を変化させている。
この補正係数やワーク荷重係数は制御対象の機械系に合わせて実験的に与えられる。
【0048】
図9は外部分配手段で位置指令補正量を求める処理を示すフローである。
ステップ1:円弧指令かどうかをチェックする。円弧指令でなければステップ1へ分岐する。
ステップ2:予め設定された補正係数を読み出す。円弧の補正量は角速度に比例するが、補正係数は角速度と補正量の比例定数である。
ステップ3:ワークの重量に応じて予め設定されたワーク荷重係数を読み出す。
ステップ4:円弧の角速度を読み出す。
ステップ5:現在位置での円弧の中心角を読み出す。
ステップ6:位置指令加算量を演算する。補正係数とワーク荷重係数と角速度と中心角の余弦を乗じる。
ステップ7:演算された位置指令加算量を位置指令加算量レジスタに出力する。ステップ1へ分岐する。
【0049】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、特定の機械系に適した高速高精度加工等のための指令の変形やユーザ独自の補正を行うことができるようになり、指令軌跡を変形させるための前処理装置を設ける必要がなくなり、また前処理装置から数値制御装置への高速データ転送が不要となる。
【0050】
また、位置補正を行う場合、位置補正量が一定の範囲では数値制御装置の基本的な曲線補間機能と位置補正量の演算のみで補正を行うことができるようになり、位置指令加算量と位置指令を加算して得られる曲線を大量の微小な直線で近似した指令軌跡の解析情報を作成するという大量の演算を行う必要がなくなり、従来のものに比べ演算量を大幅に減らすことができるようになる。
また速度補正を行う場合、速度指令加算量を積分して位置指令に変換した後、指令軌跡を変形させるという複雑な演算を行う必要がなくなり、また電流補正を行う場合、電流指令加算量を積分して速度指令に変換し、更にそれを積分して位置指令に変換した後、指令軌跡を変形させるという複雑な演算を行う必要がなくなり、よってこれらの場合には従来のものに比べ補正演算を単純化できる。
【0051】
また、位置指令加算量、速度指令加算量及び電流指令加算量の少なくとも一つを演算する手段に、解析手段と同等の解析機能を重複して抱える必要がなくなる。
【0052】
また、高速高精度加工のために加算量と加算範囲を指定するだけで、簡単に位置、速度及び電流の補正を行うことが出来る。
【0053】
また、円弧形状のように同じ機械位置を複数回通過するような軌跡に対しても補正すべき範囲を一意に指定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例1の処理ブロック図である。
【図2】 この発明の実施例1に係る電流補正の動作を示すフロー図である。
【図3】 この発明の実施例1に係る速度補正の動作を示すフロー図である。
【図4】 この発明の実施例1に係る位置補正の動作を示すフロー図である。
【図5】 この発明の実施例2の処理ブロック図である。
【図6】 この発明の実施例2に係る電流指令加算手段と速度指令加算手段と位置指令加算手段の動作を示すフロー図である。
【図7】 この発明の実施例2に係る電流補正の動作を示すフロー図である。
【図8】 この発明の実施例2に係る速度補正の動作を示すフロー図である。
【図9】 この発明の実施例2に係る位置補正の動作を示すフロー図である。
【図10】 従来の高速高精度加工のための補正機能をもつ数値制御装置の処理ブロック図である。
【図11】 円弧の象限の変わり目の誤差と数値制御装置により作られる補正軌跡の説明図である。
【図12】 数値制御装置による位置決めの高速化のための補正軌跡の説明図である。
【図13】 数値制御装置による円弧形状の楕円状変形を修正するための補正軌跡の説明図である。
【符号の説明】
1は電動機、2は電流制御手段、3は速度制御手段、4は位置制御手段、5は分配手段、6は電流指令加算手段、7は速度指令加算手段、8は位置指令加算手段、9は検出器、10は解析手段、14は内部解析登録手段、15は外部分配登録手段、16は外部分配起動手段、17は位置指令加算判定手段、18は速度指令加算判定手段、19は電流指令加算判定手段、20は内部解析起動手段、21は解析情報読み込み手段、22は外部分配手段、23は電流指令加算量バッファ、24は速度指令加算量バッファ、25は位置指令加算量バッファ、26は解析情報バッファ、27は解析情報、34は内部解析手段。
Claims (5)
- 加工プログラムを解析する解析手段と、この解析手段からの解析情報が与えられ、電動機の位置を制御する位置制御手段と、この位置制御手段の出力に基づいて上記電動機の速度を制御する速度制御手段と、この速度制御手段の出力に基づいて上記電動機の電流を制御する電流制御手段とを備えた数値制御システムにおいて、上記速度制御手段からの出力に加算する電流指令加算量、上記位置制御手段からの出力に加算する速度指令加算量及び上記位置制御手段の前段に加算する位置指令加算量の少なくとも一つを演算する演算手段を、数値制御装置本体に接続する手段を備え、上記演算手段は、上記解析手段の解析情報を基に上記加算量を演算するものであることを特徴とする数値制御システム。
- 上記電流指令加算量、速度指令加算量及び位置指令加算量の少なくとも一つを記憶するバッファと、このバッファに記憶された加算量を、上記速度制御手段からの出力、上記位置制御手段からの出力及び上記位置制御手段の前段の何れかに加算する加算手段とを備えてなる請求項1に記載の数値制御システム。
- 上記電流指令加算量が上記電流制御手段の処理周期に、上記速度指令加算量が上記速度制御手段の処理周期に、上記位置指令加算量が上記位置制御手段の処理周期に分割されているとともに、上記加算手段は、上記電流指令加算量を加算するときは上記電流制御手段の処理周期で、上記速度指令加算量を加算するときは上記速度制御手段の処理周期で、上記位置指令加算量を加算するときは上記位置制御手段の処理周期で加算するものであることを特徴とする請求項2に記載の数値制御システム。
- 上記加算手段は、現在位置と加算すべき範囲を参照して現在位置が加算すべき範囲内であれば、上記加算量を加算することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の数値制御システム。
- 加算範囲の指定を、指令ブロックの終点までの補間算距離で指定することを特徴とする請求項4に記載の数値制御システム。
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