JP4142872B2 - 工作機械の数値制御処理方法および数値制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
技術分野
この発明は工作機械の数値制御処理方法および数値制御システムに関する。
【０００２】
背景技術
製品形状の複雑化や高精度化に伴って、工作機械用数値制御装置の加工プログラムを効率的に作成するために、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムやＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システムの使用頻度が高くなっている。ＣＡＤ／ＣＡＭシステムで作成された加工プログラムには、曲面などの部分に移動量が数ミリメートル以下の短い指令ブロックが連続するように配置されていることがある。
【０００３】
従来の一般的な数値制御装置では、指令情報を１ブロック読み取る毎に、加工プログラム解析処理部にて、そのブロックで指令されているプログラムの内容を解析し、機械制御部で、補間演算、加減速処理を施して機械可動部を制御している。
【０００４】
通常の加工プログラムであれば、数値制御装置は、加工プログラム解析処理部にてプログラムを先行解析し、その解析結果がデータバッファに格納される状態が保たれるが、移動量が数ミリメートル以下の短い指令ブロックが連続するような加工プログラムでは、機械制御部での各指令ブロックの実行が加工プログラム解析処理部でのプログラム解析処理よりも速くなり、この結果、データバッファ内のデータを消費し続けるといった現象が発生し、データバッファ内のデータが空となる。
【０００５】
上述のように、直前の指令ブロックが短くて短時間で実行された場合には、つぎの指令が間に合わなくなることがあり、数値制御装置におけるプログラム解析処理が間に合わなくなると、ブロックとブロックの間で、工具の送りが一時停止してしまい、カッタ・マークが製品に付き、製品品質の悪化を招く。また、サイクルタイムが延びるなどの生産効率の面でも悪影響も与える。
【０００６】
ブロックとブロックの間で、工具の送りが一時停止しないようにするためには、従来の数値制御装置では、数値制御装置のプログラム解析能力に応じて送り速度を下げなければならず、工作機械側の高速加工性能が活かされない。
【０００７】
このような問題点を解決しようとするものとして、特開昭６３−２６７０７号公報に開示されているような数値制御（ＮＣ）システムが提案されている。この数値制御システムを第１３図を参照して説明する。この数値制御システムは、数値制御装置１０と、数値制御装置１０と分離あるいは付属設備されるＮＣ加工データ格納用のバッファメモリ手段１２と、加工プログラムを供給する加工プログラム供給装置１４と、加工プログラム供給装置１４より供給されるＮＣ加工プログラムから高速加工指令に応じて所定のＮＣ加工データを高速ＮＣ加工用の加工データに演算、変換する高速ＮＣ加工データ作成装置１６と、数値制御装置１０からのＮＣ加工指令データにしたがって作動制御される駆動モータ群１８を具備している。
【０００８】
加工プログラム供給装置１４と高速ＮＣデータ作成装置１６とはインターフェース手段２０によって結合されており、同様に、高速ＮＣデータ作成装置１６とバッファメモリ手段１２との間も、同様のインターフェース手段２２によって結合されている。高速ＮＣデータ作成装置１６は、第１４図に示されているように、データ受信部２４と、高速ＮＣデータ処理部２６と、データ送信部２８とを有している。
【０００９】
加工プログラム供給装置１４から供給される加工プログラムは、通常または標準の速度モードでＮＣ加工を実行すべきＮＣ加工指令と高速モードでＮＣ加工を実行すべきＮＣ加工指令の両者を含んでおり、高速加工指令を含んだＮＣ加工プログラムが高速ＮＣデータ作成装置１６のデータ受信部２４に供給されると、高速ＮＣデータ作成装置１６は、高速ＮＣデータ処理部２６を経由して、或いは高速ＮＣデータ処理部２６をバイパスしてＮＣ指令データをデータ送信部２８に送信する。高速モードの場合には、ＮＣ指令データは、高速ＮＣデータ処理部２６において補間演算を行われて数値制御装置１０内のサーボ制御部に直接供給可能なバイナリデータの移動指令データに演算変換される。
【００１０】
高速ＮＣデータ作成装置１６は、数値制御装置１０内のサーボ機構へ直送できるデータを数値制御装置１０とは別の演算処理手段で予め高速度に作成するものであり、このシステムは、数値制御装置１０による補間演算処理を全て省略し得るようにした数値制御システムである。これにより、自動加工の高能率化を図ることができる。
【００１１】
しかしながら、上述の数値制御システムであっても、移動量が短い指令ブロックが連続するような加工プログラムでは、充分な加工精度を維持して目的とする工具の送り速度もしくはワークの回転速度を得ることができない場合があり、工作機械の加工速度の、より一層の高速化の対応に限界がある。
【００１２】
この発明は、上述の如き課題を解決するためになされたもので、移動量が短い指令ブロックが連続するような加工プログラムの実行において、工作機械の加工速度のより一層の高速化に対応できる数値制御処理方法および数値制御システムを提供することを目的としている。
【００１３】
発明の開示
この発明は、数値制御装置用の加工プログラムまたは加工データから算出された移動指令を、前記数値制御装置外部から前記数値制御装置内部のサーボ制御部に直接的に入力して工作機械を制御する数値制御システムであって、加工プログラムまたは加工データを解析する解析手段と、前記解析手段の出力情報および切削条件を元に各軸に対して前記サーボ制御部の位置制御周期で補間演算を行う補間手段と、前記補間手段から出力された補間データに加減速処理を行って単位時間当たりの速度情報を予め生成する速度情報生成手段と、前記速度情報生成手段から出力されたデータにサーボ系の遅れを吸収するフィードフォワード手段と、を前記数値制御装置外部に備え、前記フィードフォワード手段によって予め作成された速度情報を含むバイナリ形式の移動指令を前記数値制御装置内部の前記サーボ制御部に直接的に入力して工作機械を制御する数値制御システムを提供することができる。
【００１４】
したがって、数値制御装置外部で数値制御装置の機械制御周期より短いサーボシステムの位置制御周期で補間することができ、移動量が短い指令ブロックが連続するような加工プログラムの実行において、工作機械側の加工速度の、より一層の高速化に対応できる。また、加工プログラムの解析処理のみならず、加減速処理も予め数値制御装置外部で演算することにより数値制御装置の負荷が更に軽減され、高速でかつ高精度な加工が可能となる。さらに、加工プログラムの解析処理および加減速処理のみならず、フィードフォワード処理を予め数値制御装置外部で行うことにより、数値制御装置の負荷が更に軽減され、高速でかつ高精度な加工が可能となる。
【００１９】
この発明は、さらに、前記バイナリ形式の移動指令とバイナリデータに付随する切削条件と、その元となる前記数値制御用加工プログラムまたは加工データのいずれかと、をデータベース化して記憶するデータベース記憶装置と、前記データベース記憶装置を管理するデータベース管理手段とを有するデータベース装置が前記数値制御装置の外部に前記数値制御装置とデータ通信可能に設けられている数値制御システムを提供することができる。
【００２０】
したがって、バイナリデータおよびバイナリデータを作成する基となったＣＡＤデータおよび切削条件をデータベース化して管理でき、設計変更による形状の変化に対してＣＡＤデータの入力のみで以前までの切削条件からバイナリデータを作成することができ、加工システムの生産効率を向上できる。
【００２１】
また、この発明は、数値制御装置用の加工プログラムまたは加工データから算出された移動指令を、前記数値制御装置外部から前記数値制御装置内部のサーボ制御部に直接的に入力して工作機械を制御するための数値制御処理方法であって、前記数値制御装置の外部において、加工に先立って事前に、加工プログラムまたは加工データを解析すると共に、解析情報および切削条件を元に各軸に対して前記サーボ制御部の位置制御周期で補間演算を行った後、前記補間演算の出力結果に加減速処理を行って単位時間当たりの速度情報を生成し、前記速度情報にサーボ系の遅れを吸収するフィードフォワード補償の演算を行って、前記速度情報を含み、フィードフォワード補償されたバイナリ形式の移動指令を前記数値制御装置内部の前記サーボ制御部に直接的に入力して前記工作機械を制御する数値制御処理方法を提供することができる。
【００２２】
したがって、数値制御装置外部で数値制御装置の機械制御周期より短いサーボシステムの位置制御周期で事前に補間することができ、移動量が短い指令ブロックが連続するような加工プログラムの実行において、工作機械側の加工速度の、より一層の高速化に対応できる。また、加工プログラムの解析処理のみならず、加減速処理も事前に数値制御装置外部で演算することにより数値制御装置の負荷を更に軽減でき、高速でかつ高精度な加工が可能となる。さらに、加工プログラムの解析処理および加減速処理のみならず、フィードフォワード処理を事前に数値制御装置外部で行い、数値制御装置の負荷を更に軽減でき、高速でかつ高精度な加工が可能となる。
【００２７】
この発明は、さらに、前記バイナリ形式の移動指令とバイナリデータに付随する切削条件と、その元となる前記数値制御装置用の加工プログラムまたは加工データのいずれかと、を前記数値制御装置外部でデータベース化して記憶し、該データベースのデータを前記数値制御装置内部の前記サーボ制御部に直接的に入力して前記工作機械を制御する数値制御処理方法を提供することができる。
【００２８】
したがって、バイナリデータおよびバイナリデータを作成する基となったＣＡＤデータおよび切削条件をデータベース化して管理でき、設計変更による形状の変化に対してＣＡＤデータの入力のみで以前までの切削条件からバイナリデータを作成することができ、加工システムの生産効率を向上できる。
【００２９】
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面にしたがってこれを説明する。第１図は、この発明による数値制御システムの一実施例を示している。数値制御システムは、数値制御装置１００と、バイナリデータ作成装置１１０と、データベース装置１２０とを有している。数値制御装置１００にはＮＣ加工指令データにしたがって作動制御される各軸のサーボモータ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが接続されている。
【００３０】
バイナリデータ作成装置１１０には、インターフェース手段２００、２０１によって、ＣＡＤデータの作成編集を行って一般的なフォーマットに従ったＣＡＤデータを出力するＣＡＤシステム１３０と、切削条件を入力する切削条件入力手段１４０とが接続されており、バイナリデータ作成装置１１０はＣＡＤシステム１３０から出力されたＣＡＤデータから高速加工用のデータに演算および変換を行う。バイナリデータ作成装置１１０とデータベース装置１２０とはインターフェース手段２０２によって接続されている。データベース装置１２０は、バイナリデータ作成装置１１０にて作成されたデータを格納するものであり、インターフェース手段２０３によって数値制御装置１００と接続されている。
【００３１】
バイナリデータ作成装置１１０は、ＣＡＤシステム１３０よりのＣＡＤデータを解析する加工データ解析手段１１１と、サーボシステムの位置制御周期毎に補間演算を行う補間手段１１２と、補間手段１１２の出力結果に加減速処理を行って単位時間当たりの速度情報を予め生成する加減速手段（速度情報生成手段）１１３と、加減速手段１１３の出力結果にサーボ系の遅れを吸収するフィードフォワード補償を行うフィードフォワード手段１１４により構成される。
【００３２】
データベース装置１２０は、データベース管理手段１２１と、記憶装置（外部記憶装置）１２２とを有しており、バイナリデータ作成装置１１０にて作成されたデータをデータベース管理手段１２１の働きにより記憶装置１２２に格納する。即ち、データベース装置１２０は、バイナリ形式の移動指令とバイナリデータに付随する切削条件およびその元となるＮＣ装置用加工プログラムまたは加工データを数値制御装置外部でデータベース化して記憶するものであり、データベースのデータを数値制御装置１００内部のサーボ制御部１０３に直接的に与えることができる構造になっている。
【００３３】
数値制御装置１００は、データベース装置１２０からの出力データをインターフェース手段２０３を介してメモリに蓄えるバッファメモリ手段１０１と、バッファメモリ手段１０１内のデータを管理しながら次処理に渡す機械制御部１０２と、機械制御部１０２から受け渡されたデータに基づいてサーボシステムをコントロールするサーボ制御部１０３とにより構成される。なお、数値制御装置１００は、通常の加工プログラム解析処理手段１０４を具備することもできる。
【００３４】
通常の加工では、加工プログラム解析処理、機械制御処理、サーボ制御処理が順に行われてモータのサーボ制御が行われるが、上述のような構成による数値制御システムでは、バイナリデータ作成装置１１０にて生成されたバイナリデータを、データベース装置１２０より数値制御装置１００内部のバッファメモリ手段１０１、機械制御部１０２を介してサーボ制御部１０３に直接的に渡してサーボモータ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃのサーボ制御を行うことができる。
【００３５】
つぎに、この発明による数値制御システムの動作ならびに数値制御処理方法について第２図〜第１２図を参照して説明する。
【００３６】
バイナリデータ作成装置１１０は、２次元のＣＡＤシステムの出力フォーマットとして、第６図に示されているような一般的なＤＸＦ形式ファイル等のＣＡＤデータが入力されると、第２図に示すバイナリデータ生成処理を行い、データベース装置１２０に移動指令を保管する。
【００３７】
バイナリデータ作成装置１１０は、ＣＡＤデータを入力し（ステップＳＴ１）切削条件入力手段１４０からの切削条件の入力の有無をチェックする（ステップＳＴ２）。切削条件の入力があれば、ＣＡＤデータと関連づけて切削条件をデータベース装置１２０に書き込み（ステップＳＴ３）、これに対し切削条件の入力がないと判断するとデータベース装置１２０からＣＡＤデータと関連するデフォルト切削条件を読み込む（ステップＳＴ４）。
【００３８】
つぎに、第６図に示されているようなＤＸＦ形式で記述されたＣＡＤデータに矛盾がないかチェックを行いながら、主にＣＡＤデータ中のＥＮＴＩＥＳセクションの形状データを取り出し、始点および終点のデータ群を補間手段１１２に引き渡す（ステップＳＴ５）。
【００３９】
そして、取り出された図形の形状データと主軸の回転速度、工具の送り速度等の切削条件を元に補間演算処理を行う（ステップＳＴ６）。
【００４０】
補間演算処理は、補間のタイプや座標系の設定によりさまざまな演算が適用される。ここでは、ＣＡＤデータより始点と終点が与えられ、この２点間を直線で結ぶ場合の補間演算例を第７図に示す。この場合、ＣＡＤデータから始点Ｓと終点Ｄ、切削条件として工具の送り速度が与えられ、ＣＡＤデータのワールド座標系原点をプログラム原点として扱うものとする。
【００４１】
補間演算処理は、第７図に示されているように、始点Ｓと終点Ｄを結んだ直線と、与えられた工具の送り速度よりサーボ制御部１０３の位置制御周期（たとえば１／４５００ｍｓ）あたりの移動量ＦΔＴを半径値とした円との交点を求めることにより得られる。始点Ｓ（Ｘｓ，Ｙｓ）と終点Ｄ（Ｘｄ，Ｙｄ）の２点を通る直線は、次式（１）で表すことができる。
【００４２】
Ｙ−Ｙｓ＝（Ｙｄ−Ｙｓ／Ｘｄ−Ｘｓ）（Ｘ−Ｘｓ） ・・・（１）
【００４３】
また、加工開始点（Ｘｓ，Ｙｓ）から移動量ＦΔＴだけ進んだ位置は、次式（２）で表すことができる。
【００４４】
（Ｘ−Ｘｓ）2＋（Ｙ−Ｙｓ）2＝ＦΔＴ2 ・・・（２）
【００４５】
（１）式と（２）式から二つの解Ｐ１、Ｐ２が求まるが、線分ＳＤ上にあり、且つ、Ｓ→Ｄの方向とＰ１→Ｐ２もしくはＰ２→Ｐ１の方向が一致する終点を補間点Ｐａとする。つぎの補間点Ｐｂは、同様に、補間点Ｐａを中心とした半径ＦΔＴの円と直線との交点により求める。図形の補間点の解析が終了後、各軸に対する速度指令パルスとして分配を行う。その後、今求めた補間点を円の中心としつぎの補間点を求め、これを終点座標を超えるまで続ける。
【００４６】
つぎに、加減速手段１１３では、各軸に分配された速度指令パルスを入力として速度指令内容に変動があれば、該速度指令パルスに加減速処理を施す（ステップＳＴ７）。加減速手段１１３にて生成された速度指令パルスをもとに、フィードフォワード手段１１４で、フィードフォワード処理を行う（ステップＳＴ８）。
【００４７】
フィードフォワード演算は、サーボ系の追従遅れによる形状誤差を少なくするため位置ループにフィードフォワードをかけるものである。即ち、位置制御周期毎に位置指令を微分し、この微分値にフィードフォワード係数を乗じた値を指令に加算して出力するものであり、具体的には、第８図に示されているような演算器１１４ａによって計算式（３）により行う。
【００４８】
ｆ＝Ｆｄｔ（１／ｔ）（ＦＦｇａｉｎ／ＰＧＮ） ・・・（３）
【００４９】
計算式（３）中のＦｄｔは、加減速処理にて生成された速度情報が使用され、tにはサーボ制御部１０３の位置制御周期が使用される。また、フィードフォワードゲインＦＦｇａｉｎおよび位置ループゲインＰＧＮはパラメータによって設定されるものである。なお、第８図において１／ｓは積分器１１４ｂである。
【００５０】
つぎに、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ８の結果を、数値制御装置１００のサーボ制御部１０３との通信毎の２進数データであるバイナリデータ（第９図参照）に変換し（ステップＳＴ９）、これらを第１２図に示されているようにデータベース装置１２０の記憶装置１２２に記憶する（ステップＳＴ１０）。このように、データをデータベース装置１２０の記憶装置１２２に記憶することにより、バイナリデータの基となる切削条件およびＣＡＤデータ等の関連づけが行われ管理が容易となる。
【００５１】
上述したバイナリデータ生成処理は、加工に先立って事前に行われ、データベース装置１２０に格納されるものである。
【００５２】
データベース装置１２０は数値制御装置外部のハードディスク等の記憶装置１２２にデータベースを構築する。本実施例におけるデータベースの構成例を第１２図に示す。記憶装置１２２のデータベースに対する操作は、データベース管理手段１２１により実現され、数値制御装置１００などのデータ入出力に対する機能およびバックアップ機能等で構成される。
【００５３】
第１１図は、ステップＳＴ９にて求められたバイナリデータを呼出すための加工プログラムであり、予め数値制御装置１００内のメモリに入力されている。この加工プログラム内に記述されている指令フォーマット“Ｇ６５ Ｐプログラム番号,Ｒ１”によって指定されたプログラム番号がデータベース装置１２０の記憶装置１２２から読み出され数値制御装置１００内のバッファメモリ手段１０１に格納される。一つのバイナリデータファイルは、いくつかのブロックの塊に分割され、順次、第９図に示されているようなデータフォーマットでデータベース装置１２０の記憶装置１２２から数値制御装置１００のバッファメモリ手段１０１にインターフェース手段２０３を介して書き込まれる。
【００５４】
第９図に示すデータフォーマットでは、先頭にバイナリデータファイルの総ブロック数が格納され、つぎのアドレスに今回の通信で送信されるブロック数と送信を始めるブロックが全体の何番目に当たるかのブロック番号（先頭ブロック番号）が格納される。ここで云うブロック数とは、１回に行うサーボ通信単位のデータの塊を示す。
【００５５】
つぎのアドレスには、実際にサーボシステムに接続されているどの軸に指令を与えるかを示す軸指定フラグが格納される。軸指定フラグは第１０図に示すようなビット単位のデータとなっている。第１軸目のビット０から第１６軸目のビット１５のまでの情報を格納し、ビットオンの場合には、その軸に対する指令が存在することを示す。たとえば、ビット０とビット２がオンしている場合には、軸指定フラグのつぎに続くサーボ通信単位の指令データが第１軸目、第３軸目の順に格納されていることを示す。最後に前述までのデータを２バイト単位で足しあわせたものに１を加えたデータの下位２バイトを格納し、通信が正常に行われたかのチェックを行うチェックサムが格納される。
【００５６】
第３図は、加工プログラム中に記述された指令ブロックの解析を行う解析処理フローを示している。まず、機械制御部１０２から次ブロック解析要求があるかの判別を行い（ステップＳＴ１１）、次ブロックの解析要求がない場合にはそのまま処理を終了し、これに対し、次ブロックの解析要求がある場合には、現在、バイナリデータで制御が行われているかどうかの判断を行う（ステップＳＴ１２）。
【００５７】
バイナリデータによる制御が行われているときには、バイナリデータの読出し処理が行われ（ステップＳＴ１３）、通常の加工プログラムによる制御が行われている場合には、つぎのブロックを読出し（ステップＳＴ１４）、つぎのブロックがバイナリプログラムを呼び出す入力コードであるかを調べる（ステップＳＴ１５)。バイナリプログラムを呼び出す入力コードである場合には、つぎのブロックがバイナリモードであることを記憶し（ステップＳＴ１６）、バイナリデータ読出し処理を行い（ステップＳＴ１７）。これに対し、バイナリプログラム呼出要求以外の入力コードである場合には、通常の加工プログラムを解析するブロック解析処理を行う（ステップＳＴ１８）。前述までの処理が終えた段階で、解析が完了したことを示すフラグを設定し（ステップＳＴ１９）、処理を終了する。
【００５８】
つぎに第４図を参照してバイナリプログラムの読出し処理について説明する。まず、高速処理用のバッファメモリ手段１０１に空きが存在するかチェックを行い（ステップＳＴ２１）、空きがない場合には機械制御部１０２にてデータを消費するまで処理を行わないものとする。バッファメモリ手段１０１に空きが存在する場合には、読み出すブロック番号を以前読み出したブロック番号から更新し、つぎの読出しインデックスを取得する（ステップＳＴ２２）。最初の読出しの場合には、ブロック番号を１に初期化し、これに対し、既にバイナリデータ読出し中のモードである場合には、前回読み出した続きのブロック番号に更新する。
【００５９】
つぎに、更新したブロック番号を基にインターフェース手段２０３を介して第９図で示されているようなバイナリデータの入力処理を行う（ステップＳＴ２３）。入力されたバイナリデータは高速処理用のバッファメモリ手段１０１に格納される（ステップＳＴ２４）。
【００６０】
つぎに、バッファメモリ手段１０１に格納済みを示すブロック数を更新、換言すれば、バイナリバッファカウンタをインクリメントする（ステップＳＴ２５）。つぎに、機械制御部１０２の処理周期１回でサーボ通信するデータ量×Ｎ回分のデータがバッファメモリ手段１０１に存在するかチェックを行う（ステップＳＴ２６）。この時のＮ値は、データベース装置１２０の記憶装置１２２から数値制御装置１００内のバッファメモリ手段１０１にバイナリデータを格納するまでの所要時間とバイナリデータの消費時間との兼ね合いで決定される。データベース装置１２０とバッファメモリ手段１０１との通信時間が遅く、機械制御部１０２でのデータ消費が速い場合には、Ｎ値を大き目に設定する。最後に、現在までに読み出したブロック数を更新し（ステップＳＴ２７）、処理を終える。
【００６１】
第５図は、機械制御部１０２での機械制御処理フローを示している。まず、ブロックの解析が終了しているかのチェックを行い（ステップＳＴ３１）、ブロックの解析が終了していない場合には終了するまで待ち、終了している場合にはバイナリプログラムにより機械制御が行われているかのチェックを行う（ステップＳＴ３２）。バイナリプログラムによる制御ではなく、通常の加工プログラムによる制御の場合には、各軸に対する単位時間あたりの移動量ＦΔＴを求める処理を行い（ステップＳＴ３３）、求めた移動量ＦΔＴをもとにして直線加減速処理を行い（ステップＳＴ３４）、その後にフィードフォワード処理を行い（ステップＳＴ３５）、移動量ＦΔＴの積算値である絶対位置形式にデータ変換した後に、これをサーボ通信バッファにデータを設定し（ステップＳＴ３６）、サーボ制御部１０３に絶対位置指令を出す通信処理を行う（ステップＳＴ３７）。
【００６２】
解析処理にてバイナリモードであることを記憶している場合にはバイナリプログラム用の処理に移行する。この場合は、サーボ制御部１０３に渡すバイナリデータのブロック番号（データインデックス）を更新し（ステップＳＴ３９）、データバッファ手段１０１内のバイナリデータが終了かどうかを確認、即ち、データバッファ手段１０１が空であるを確認する（ステップＳＴ４０）。データバッファ手段１０１が空でない場合には、サーボ通信用の送信用バッファにバイナリデータをコピーし（ステップＳＴ４４）、サーボ通信処理を行う（ステップＳＴ４５）。この際、サーボ制御部１０３との間で行われる通信では、絶対位置指令のみではなく、絶対位置までの移動量をサーボ制御部１０３の位置制御周期で内挿した移動量も送ることになる。
【００６３】
データバッファ手段１０１が空の場合には、バイナリプログラムが終了したかのチェックを行い（ステップＳＴ４１）、バイナリプログラムが終了の場合には、バイナリモードの解除を行い（ステップＳＴ４２）、つぎのブロックの解析要求を出す（ステップＳＴ４６）。これに対し、まだ、バイナリプログラムの続きが存在する場合には、つぎのデータバッファ格納先ポインタに更新し（ステップＳＴ４３）、新たなバイナリデータを読み出すために、つぎのブロックの解析要求を設定し（ステップＳＴ４６）、解析処理にてバイナリデータの設定を行う。
【００６４】
以上のように、データベース装置１２０からバイナリデータが、順次バッファメモリ手段１０１に格納され、補間演算および加減速演算を行う機械制御部１０２では、バイナリデータをサーボシステムへ出力するのみで、ほとんど処理を行わない為、数値制御装置１００の負荷を軽減させることができ、数値制御装置１００の処理能力を向上させることができる。また、機械制御部１０２の補間周期より短いサーボシステムの位置制御周期で予め作成されたバイナリデータを使用するため、高精度な加工が可能になる。
【００６５】
また、フィードフォワード処理も、予め数値制御装置外部で演算するから、数値制御装置１００の負荷が更に軽減され、高速でかつ高精度な加工が可能となる。また、バイナリデータおよびバイナリデータを作成する基となったＣＡＤデータおよび切削条件をデータベース化して管理することにより、設計変更による形状の変化に対してＣＡＤデータの入力のみで以前までの切削条件からバイナリデータを作成ができ、加工システムの生産効率を向上できる。
【００６６】
なお、本実施例においては、バイナリプログラムの入力コードを第１１図に示すようなコードで示したが、バイナリプログラムの入力コードは、特に、これに限定されるものではなく、他の入力コードを割り当ててもよい。また、データベース装置１２０と数値制御装置１００のデータフォーマットに関しても第９図に示されているものに限ることはなく、必要に応じて変更することは差し支えない。また、第６図に示されているような面データ（ＣＡＤデータ）に限定されるものではなく、他の加工プログラムまたは加工データに変更しても構わない。
【００６７】
産業上の利用の可能性
この発明による数値制御システムおよび数値制御処理方法は、各種の工作機械の数値制御に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、この発明による数値制御システムの一つの実施例を示すブロック図である。
【図２】 第２図は、この発明による数値制御システムにおけるバイナリデータ変換処理を示すフローチャートである。
【図３】 第３図は、この発明による数値制御システムにおけるバイナリデータ読出しに対応した解析処理を示すフローチャートである。
【図４】 第４図は、この発明による数値制御システムにおけるバイナリデータ読出し処理のフローチャートである。
【図５】 第５図は、この発明による数値制御システムにおけるバイナリデータに対応した機械制御処理のフローチャートである。
【図６】 第６図は、この発明による数値制御システムで使用される図面データフォーマット例を示す説明図である。
【図７】 第７図は、補間演算処理例を示すグラフである。
【図８】 第８図は、フィードフォワード手段の内部構成を示すブロック図である。
【図９】 第９図は、この発明による数値制御システムで使用されるバイナリデータの構成（データフォーマット）を示す説明図である。
【図１０】 第１０図は、軸指定フラグの構成例を示す説明図である。
【図１１】 第１１図は、この発明による数値制御システムで使用される加工プログラム例を示す説明図である。
【図１２】 第１２図は、この発明による数値制御システムにおけるデータベース装置のデータベース構成を示す説明図である。
【図１３】 第１３図は、従来例を示すブロック図である。
【図１４】 第１４図は、従来例である高速ＮＣデータ作成装置の内部構成を示すブロック図である。
技術分野
この発明は工作機械の数値制御処理方法および数値制御システムに関する。
【０００２】
背景技術
製品形状の複雑化や高精度化に伴って、工作機械用数値制御装置の加工プログラムを効率的に作成するために、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムやＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システムの使用頻度が高くなっている。ＣＡＤ／ＣＡＭシステムで作成された加工プログラムには、曲面などの部分に移動量が数ミリメートル以下の短い指令ブロックが連続するように配置されていることがある。
【０００３】
従来の一般的な数値制御装置では、指令情報を１ブロック読み取る毎に、加工プログラム解析処理部にて、そのブロックで指令されているプログラムの内容を解析し、機械制御部で、補間演算、加減速処理を施して機械可動部を制御している。
【０００４】
通常の加工プログラムであれば、数値制御装置は、加工プログラム解析処理部にてプログラムを先行解析し、その解析結果がデータバッファに格納される状態が保たれるが、移動量が数ミリメートル以下の短い指令ブロックが連続するような加工プログラムでは、機械制御部での各指令ブロックの実行が加工プログラム解析処理部でのプログラム解析処理よりも速くなり、この結果、データバッファ内のデータを消費し続けるといった現象が発生し、データバッファ内のデータが空となる。
【０００５】
上述のように、直前の指令ブロックが短くて短時間で実行された場合には、つぎの指令が間に合わなくなることがあり、数値制御装置におけるプログラム解析処理が間に合わなくなると、ブロックとブロックの間で、工具の送りが一時停止してしまい、カッタ・マークが製品に付き、製品品質の悪化を招く。また、サイクルタイムが延びるなどの生産効率の面でも悪影響も与える。
【０００６】
ブロックとブロックの間で、工具の送りが一時停止しないようにするためには、従来の数値制御装置では、数値制御装置のプログラム解析能力に応じて送り速度を下げなければならず、工作機械側の高速加工性能が活かされない。
【０００７】
このような問題点を解決しようとするものとして、特開昭６３−２６７０７号公報に開示されているような数値制御（ＮＣ）システムが提案されている。この数値制御システムを第１３図を参照して説明する。この数値制御システムは、数値制御装置１０と、数値制御装置１０と分離あるいは付属設備されるＮＣ加工データ格納用のバッファメモリ手段１２と、加工プログラムを供給する加工プログラム供給装置１４と、加工プログラム供給装置１４より供給されるＮＣ加工プログラムから高速加工指令に応じて所定のＮＣ加工データを高速ＮＣ加工用の加工データに演算、変換する高速ＮＣ加工データ作成装置１６と、数値制御装置１０からのＮＣ加工指令データにしたがって作動制御される駆動モータ群１８を具備している。
【０００８】
加工プログラム供給装置１４と高速ＮＣデータ作成装置１６とはインターフェース手段２０によって結合されており、同様に、高速ＮＣデータ作成装置１６とバッファメモリ手段１２との間も、同様のインターフェース手段２２によって結合されている。高速ＮＣデータ作成装置１６は、第１４図に示されているように、データ受信部２４と、高速ＮＣデータ処理部２６と、データ送信部２８とを有している。
【０００９】
加工プログラム供給装置１４から供給される加工プログラムは、通常または標準の速度モードでＮＣ加工を実行すべきＮＣ加工指令と高速モードでＮＣ加工を実行すべきＮＣ加工指令の両者を含んでおり、高速加工指令を含んだＮＣ加工プログラムが高速ＮＣデータ作成装置１６のデータ受信部２４に供給されると、高速ＮＣデータ作成装置１６は、高速ＮＣデータ処理部２６を経由して、或いは高速ＮＣデータ処理部２６をバイパスしてＮＣ指令データをデータ送信部２８に送信する。高速モードの場合には、ＮＣ指令データは、高速ＮＣデータ処理部２６において補間演算を行われて数値制御装置１０内のサーボ制御部に直接供給可能なバイナリデータの移動指令データに演算変換される。
【００１０】
高速ＮＣデータ作成装置１６は、数値制御装置１０内のサーボ機構へ直送できるデータを数値制御装置１０とは別の演算処理手段で予め高速度に作成するものであり、このシステムは、数値制御装置１０による補間演算処理を全て省略し得るようにした数値制御システムである。これにより、自動加工の高能率化を図ることができる。
【００１１】
しかしながら、上述の数値制御システムであっても、移動量が短い指令ブロックが連続するような加工プログラムでは、充分な加工精度を維持して目的とする工具の送り速度もしくはワークの回転速度を得ることができない場合があり、工作機械の加工速度の、より一層の高速化の対応に限界がある。
【００１２】
この発明は、上述の如き課題を解決するためになされたもので、移動量が短い指令ブロックが連続するような加工プログラムの実行において、工作機械の加工速度のより一層の高速化に対応できる数値制御処理方法および数値制御システムを提供することを目的としている。
【００１３】
発明の開示
この発明は、数値制御装置用の加工プログラムまたは加工データから算出された移動指令を、前記数値制御装置外部から前記数値制御装置内部のサーボ制御部に直接的に入力して工作機械を制御する数値制御システムであって、加工プログラムまたは加工データを解析する解析手段と、前記解析手段の出力情報および切削条件を元に各軸に対して前記サーボ制御部の位置制御周期で補間演算を行う補間手段と、前記補間手段から出力された補間データに加減速処理を行って単位時間当たりの速度情報を予め生成する速度情報生成手段と、前記速度情報生成手段から出力されたデータにサーボ系の遅れを吸収するフィードフォワード手段と、を前記数値制御装置外部に備え、前記フィードフォワード手段によって予め作成された速度情報を含むバイナリ形式の移動指令を前記数値制御装置内部の前記サーボ制御部に直接的に入力して工作機械を制御する数値制御システムを提供することができる。
【００１４】
したがって、数値制御装置外部で数値制御装置の機械制御周期より短いサーボシステムの位置制御周期で補間することができ、移動量が短い指令ブロックが連続するような加工プログラムの実行において、工作機械側の加工速度の、より一層の高速化に対応できる。また、加工プログラムの解析処理のみならず、加減速処理も予め数値制御装置外部で演算することにより数値制御装置の負荷が更に軽減され、高速でかつ高精度な加工が可能となる。さらに、加工プログラムの解析処理および加減速処理のみならず、フィードフォワード処理を予め数値制御装置外部で行うことにより、数値制御装置の負荷が更に軽減され、高速でかつ高精度な加工が可能となる。
【００１９】
この発明は、さらに、前記バイナリ形式の移動指令とバイナリデータに付随する切削条件と、その元となる前記数値制御用加工プログラムまたは加工データのいずれかと、をデータベース化して記憶するデータベース記憶装置と、前記データベース記憶装置を管理するデータベース管理手段とを有するデータベース装置が前記数値制御装置の外部に前記数値制御装置とデータ通信可能に設けられている数値制御システムを提供することができる。
【００２０】
したがって、バイナリデータおよびバイナリデータを作成する基となったＣＡＤデータおよび切削条件をデータベース化して管理でき、設計変更による形状の変化に対してＣＡＤデータの入力のみで以前までの切削条件からバイナリデータを作成することができ、加工システムの生産効率を向上できる。
【００２１】
また、この発明は、数値制御装置用の加工プログラムまたは加工データから算出された移動指令を、前記数値制御装置外部から前記数値制御装置内部のサーボ制御部に直接的に入力して工作機械を制御するための数値制御処理方法であって、前記数値制御装置の外部において、加工に先立って事前に、加工プログラムまたは加工データを解析すると共に、解析情報および切削条件を元に各軸に対して前記サーボ制御部の位置制御周期で補間演算を行った後、前記補間演算の出力結果に加減速処理を行って単位時間当たりの速度情報を生成し、前記速度情報にサーボ系の遅れを吸収するフィードフォワード補償の演算を行って、前記速度情報を含み、フィードフォワード補償されたバイナリ形式の移動指令を前記数値制御装置内部の前記サーボ制御部に直接的に入力して前記工作機械を制御する数値制御処理方法を提供することができる。
【００２２】
したがって、数値制御装置外部で数値制御装置の機械制御周期より短いサーボシステムの位置制御周期で事前に補間することができ、移動量が短い指令ブロックが連続するような加工プログラムの実行において、工作機械側の加工速度の、より一層の高速化に対応できる。また、加工プログラムの解析処理のみならず、加減速処理も事前に数値制御装置外部で演算することにより数値制御装置の負荷を更に軽減でき、高速でかつ高精度な加工が可能となる。さらに、加工プログラムの解析処理および加減速処理のみならず、フィードフォワード処理を事前に数値制御装置外部で行い、数値制御装置の負荷を更に軽減でき、高速でかつ高精度な加工が可能となる。
【００２７】
この発明は、さらに、前記バイナリ形式の移動指令とバイナリデータに付随する切削条件と、その元となる前記数値制御装置用の加工プログラムまたは加工データのいずれかと、を前記数値制御装置外部でデータベース化して記憶し、該データベースのデータを前記数値制御装置内部の前記サーボ制御部に直接的に入力して前記工作機械を制御する数値制御処理方法を提供することができる。
【００２８】
したがって、バイナリデータおよびバイナリデータを作成する基となったＣＡＤデータおよび切削条件をデータベース化して管理でき、設計変更による形状の変化に対してＣＡＤデータの入力のみで以前までの切削条件からバイナリデータを作成することができ、加工システムの生産効率を向上できる。
【００２９】
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面にしたがってこれを説明する。第１図は、この発明による数値制御システムの一実施例を示している。数値制御システムは、数値制御装置１００と、バイナリデータ作成装置１１０と、データベース装置１２０とを有している。数値制御装置１００にはＮＣ加工指令データにしたがって作動制御される各軸のサーボモータ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃが接続されている。
【００３０】
バイナリデータ作成装置１１０には、インターフェース手段２００、２０１によって、ＣＡＤデータの作成編集を行って一般的なフォーマットに従ったＣＡＤデータを出力するＣＡＤシステム１３０と、切削条件を入力する切削条件入力手段１４０とが接続されており、バイナリデータ作成装置１１０はＣＡＤシステム１３０から出力されたＣＡＤデータから高速加工用のデータに演算および変換を行う。バイナリデータ作成装置１１０とデータベース装置１２０とはインターフェース手段２０２によって接続されている。データベース装置１２０は、バイナリデータ作成装置１１０にて作成されたデータを格納するものであり、インターフェース手段２０３によって数値制御装置１００と接続されている。
【００３１】
バイナリデータ作成装置１１０は、ＣＡＤシステム１３０よりのＣＡＤデータを解析する加工データ解析手段１１１と、サーボシステムの位置制御周期毎に補間演算を行う補間手段１１２と、補間手段１１２の出力結果に加減速処理を行って単位時間当たりの速度情報を予め生成する加減速手段（速度情報生成手段）１１３と、加減速手段１１３の出力結果にサーボ系の遅れを吸収するフィードフォワード補償を行うフィードフォワード手段１１４により構成される。
【００３２】
データベース装置１２０は、データベース管理手段１２１と、記憶装置（外部記憶装置）１２２とを有しており、バイナリデータ作成装置１１０にて作成されたデータをデータベース管理手段１２１の働きにより記憶装置１２２に格納する。即ち、データベース装置１２０は、バイナリ形式の移動指令とバイナリデータに付随する切削条件およびその元となるＮＣ装置用加工プログラムまたは加工データを数値制御装置外部でデータベース化して記憶するものであり、データベースのデータを数値制御装置１００内部のサーボ制御部１０３に直接的に与えることができる構造になっている。
【００３３】
数値制御装置１００は、データベース装置１２０からの出力データをインターフェース手段２０３を介してメモリに蓄えるバッファメモリ手段１０１と、バッファメモリ手段１０１内のデータを管理しながら次処理に渡す機械制御部１０２と、機械制御部１０２から受け渡されたデータに基づいてサーボシステムをコントロールするサーボ制御部１０３とにより構成される。なお、数値制御装置１００は、通常の加工プログラム解析処理手段１０４を具備することもできる。
【００３４】
通常の加工では、加工プログラム解析処理、機械制御処理、サーボ制御処理が順に行われてモータのサーボ制御が行われるが、上述のような構成による数値制御システムでは、バイナリデータ作成装置１１０にて生成されたバイナリデータを、データベース装置１２０より数値制御装置１００内部のバッファメモリ手段１０１、機械制御部１０２を介してサーボ制御部１０３に直接的に渡してサーボモータ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃのサーボ制御を行うことができる。
【００３５】
つぎに、この発明による数値制御システムの動作ならびに数値制御処理方法について第２図〜第１２図を参照して説明する。
【００３６】
バイナリデータ作成装置１１０は、２次元のＣＡＤシステムの出力フォーマットとして、第６図に示されているような一般的なＤＸＦ形式ファイル等のＣＡＤデータが入力されると、第２図に示すバイナリデータ生成処理を行い、データベース装置１２０に移動指令を保管する。
【００３７】
バイナリデータ作成装置１１０は、ＣＡＤデータを入力し（ステップＳＴ１）切削条件入力手段１４０からの切削条件の入力の有無をチェックする（ステップＳＴ２）。切削条件の入力があれば、ＣＡＤデータと関連づけて切削条件をデータベース装置１２０に書き込み（ステップＳＴ３）、これに対し切削条件の入力がないと判断するとデータベース装置１２０からＣＡＤデータと関連するデフォルト切削条件を読み込む（ステップＳＴ４）。
【００３８】
つぎに、第６図に示されているようなＤＸＦ形式で記述されたＣＡＤデータに矛盾がないかチェックを行いながら、主にＣＡＤデータ中のＥＮＴＩＥＳセクションの形状データを取り出し、始点および終点のデータ群を補間手段１１２に引き渡す（ステップＳＴ５）。
【００３９】
そして、取り出された図形の形状データと主軸の回転速度、工具の送り速度等の切削条件を元に補間演算処理を行う（ステップＳＴ６）。
【００４０】
補間演算処理は、補間のタイプや座標系の設定によりさまざまな演算が適用される。ここでは、ＣＡＤデータより始点と終点が与えられ、この２点間を直線で結ぶ場合の補間演算例を第７図に示す。この場合、ＣＡＤデータから始点Ｓと終点Ｄ、切削条件として工具の送り速度が与えられ、ＣＡＤデータのワールド座標系原点をプログラム原点として扱うものとする。
【００４１】
補間演算処理は、第７図に示されているように、始点Ｓと終点Ｄを結んだ直線と、与えられた工具の送り速度よりサーボ制御部１０３の位置制御周期（たとえば１／４５００ｍｓ）あたりの移動量ＦΔＴを半径値とした円との交点を求めることにより得られる。始点Ｓ（Ｘｓ，Ｙｓ）と終点Ｄ（Ｘｄ，Ｙｄ）の２点を通る直線は、次式（１）で表すことができる。
【００４２】
Ｙ−Ｙｓ＝（Ｙｄ−Ｙｓ／Ｘｄ−Ｘｓ）（Ｘ−Ｘｓ） ・・・（１）
【００４３】
また、加工開始点（Ｘｓ，Ｙｓ）から移動量ＦΔＴだけ進んだ位置は、次式（２）で表すことができる。
【００４４】
（Ｘ−Ｘｓ）2＋（Ｙ−Ｙｓ）2＝ＦΔＴ2 ・・・（２）
【００４５】
（１）式と（２）式から二つの解Ｐ１、Ｐ２が求まるが、線分ＳＤ上にあり、且つ、Ｓ→Ｄの方向とＰ１→Ｐ２もしくはＰ２→Ｐ１の方向が一致する終点を補間点Ｐａとする。つぎの補間点Ｐｂは、同様に、補間点Ｐａを中心とした半径ＦΔＴの円と直線との交点により求める。図形の補間点の解析が終了後、各軸に対する速度指令パルスとして分配を行う。その後、今求めた補間点を円の中心としつぎの補間点を求め、これを終点座標を超えるまで続ける。
【００４６】
つぎに、加減速手段１１３では、各軸に分配された速度指令パルスを入力として速度指令内容に変動があれば、該速度指令パルスに加減速処理を施す（ステップＳＴ７）。加減速手段１１３にて生成された速度指令パルスをもとに、フィードフォワード手段１１４で、フィードフォワード処理を行う（ステップＳＴ８）。
【００４７】
フィードフォワード演算は、サーボ系の追従遅れによる形状誤差を少なくするため位置ループにフィードフォワードをかけるものである。即ち、位置制御周期毎に位置指令を微分し、この微分値にフィードフォワード係数を乗じた値を指令に加算して出力するものであり、具体的には、第８図に示されているような演算器１１４ａによって計算式（３）により行う。
【００４８】
ｆ＝Ｆｄｔ（１／ｔ）（ＦＦｇａｉｎ／ＰＧＮ） ・・・（３）
【００４９】
計算式（３）中のＦｄｔは、加減速処理にて生成された速度情報が使用され、tにはサーボ制御部１０３の位置制御周期が使用される。また、フィードフォワードゲインＦＦｇａｉｎおよび位置ループゲインＰＧＮはパラメータによって設定されるものである。なお、第８図において１／ｓは積分器１１４ｂである。
【００５０】
つぎに、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ８の結果を、数値制御装置１００のサーボ制御部１０３との通信毎の２進数データであるバイナリデータ（第９図参照）に変換し（ステップＳＴ９）、これらを第１２図に示されているようにデータベース装置１２０の記憶装置１２２に記憶する（ステップＳＴ１０）。このように、データをデータベース装置１２０の記憶装置１２２に記憶することにより、バイナリデータの基となる切削条件およびＣＡＤデータ等の関連づけが行われ管理が容易となる。
【００５１】
上述したバイナリデータ生成処理は、加工に先立って事前に行われ、データベース装置１２０に格納されるものである。
【００５２】
データベース装置１２０は数値制御装置外部のハードディスク等の記憶装置１２２にデータベースを構築する。本実施例におけるデータベースの構成例を第１２図に示す。記憶装置１２２のデータベースに対する操作は、データベース管理手段１２１により実現され、数値制御装置１００などのデータ入出力に対する機能およびバックアップ機能等で構成される。
【００５３】
第１１図は、ステップＳＴ９にて求められたバイナリデータを呼出すための加工プログラムであり、予め数値制御装置１００内のメモリに入力されている。この加工プログラム内に記述されている指令フォーマット“Ｇ６５ Ｐプログラム番号,Ｒ１”によって指定されたプログラム番号がデータベース装置１２０の記憶装置１２２から読み出され数値制御装置１００内のバッファメモリ手段１０１に格納される。一つのバイナリデータファイルは、いくつかのブロックの塊に分割され、順次、第９図に示されているようなデータフォーマットでデータベース装置１２０の記憶装置１２２から数値制御装置１００のバッファメモリ手段１０１にインターフェース手段２０３を介して書き込まれる。
【００５４】
第９図に示すデータフォーマットでは、先頭にバイナリデータファイルの総ブロック数が格納され、つぎのアドレスに今回の通信で送信されるブロック数と送信を始めるブロックが全体の何番目に当たるかのブロック番号（先頭ブロック番号）が格納される。ここで云うブロック数とは、１回に行うサーボ通信単位のデータの塊を示す。
【００５５】
つぎのアドレスには、実際にサーボシステムに接続されているどの軸に指令を与えるかを示す軸指定フラグが格納される。軸指定フラグは第１０図に示すようなビット単位のデータとなっている。第１軸目のビット０から第１６軸目のビット１５のまでの情報を格納し、ビットオンの場合には、その軸に対する指令が存在することを示す。たとえば、ビット０とビット２がオンしている場合には、軸指定フラグのつぎに続くサーボ通信単位の指令データが第１軸目、第３軸目の順に格納されていることを示す。最後に前述までのデータを２バイト単位で足しあわせたものに１を加えたデータの下位２バイトを格納し、通信が正常に行われたかのチェックを行うチェックサムが格納される。
【００５６】
第３図は、加工プログラム中に記述された指令ブロックの解析を行う解析処理フローを示している。まず、機械制御部１０２から次ブロック解析要求があるかの判別を行い（ステップＳＴ１１）、次ブロックの解析要求がない場合にはそのまま処理を終了し、これに対し、次ブロックの解析要求がある場合には、現在、バイナリデータで制御が行われているかどうかの判断を行う（ステップＳＴ１２）。
【００５７】
バイナリデータによる制御が行われているときには、バイナリデータの読出し処理が行われ（ステップＳＴ１３）、通常の加工プログラムによる制御が行われている場合には、つぎのブロックを読出し（ステップＳＴ１４）、つぎのブロックがバイナリプログラムを呼び出す入力コードであるかを調べる（ステップＳＴ１５)。バイナリプログラムを呼び出す入力コードである場合には、つぎのブロックがバイナリモードであることを記憶し（ステップＳＴ１６）、バイナリデータ読出し処理を行い（ステップＳＴ１７）。これに対し、バイナリプログラム呼出要求以外の入力コードである場合には、通常の加工プログラムを解析するブロック解析処理を行う（ステップＳＴ１８）。前述までの処理が終えた段階で、解析が完了したことを示すフラグを設定し（ステップＳＴ１９）、処理を終了する。
【００５８】
つぎに第４図を参照してバイナリプログラムの読出し処理について説明する。まず、高速処理用のバッファメモリ手段１０１に空きが存在するかチェックを行い（ステップＳＴ２１）、空きがない場合には機械制御部１０２にてデータを消費するまで処理を行わないものとする。バッファメモリ手段１０１に空きが存在する場合には、読み出すブロック番号を以前読み出したブロック番号から更新し、つぎの読出しインデックスを取得する（ステップＳＴ２２）。最初の読出しの場合には、ブロック番号を１に初期化し、これに対し、既にバイナリデータ読出し中のモードである場合には、前回読み出した続きのブロック番号に更新する。
【００５９】
つぎに、更新したブロック番号を基にインターフェース手段２０３を介して第９図で示されているようなバイナリデータの入力処理を行う（ステップＳＴ２３）。入力されたバイナリデータは高速処理用のバッファメモリ手段１０１に格納される（ステップＳＴ２４）。
【００６０】
つぎに、バッファメモリ手段１０１に格納済みを示すブロック数を更新、換言すれば、バイナリバッファカウンタをインクリメントする（ステップＳＴ２５）。つぎに、機械制御部１０２の処理周期１回でサーボ通信するデータ量×Ｎ回分のデータがバッファメモリ手段１０１に存在するかチェックを行う（ステップＳＴ２６）。この時のＮ値は、データベース装置１２０の記憶装置１２２から数値制御装置１００内のバッファメモリ手段１０１にバイナリデータを格納するまでの所要時間とバイナリデータの消費時間との兼ね合いで決定される。データベース装置１２０とバッファメモリ手段１０１との通信時間が遅く、機械制御部１０２でのデータ消費が速い場合には、Ｎ値を大き目に設定する。最後に、現在までに読み出したブロック数を更新し（ステップＳＴ２７）、処理を終える。
【００６１】
第５図は、機械制御部１０２での機械制御処理フローを示している。まず、ブロックの解析が終了しているかのチェックを行い（ステップＳＴ３１）、ブロックの解析が終了していない場合には終了するまで待ち、終了している場合にはバイナリプログラムにより機械制御が行われているかのチェックを行う（ステップＳＴ３２）。バイナリプログラムによる制御ではなく、通常の加工プログラムによる制御の場合には、各軸に対する単位時間あたりの移動量ＦΔＴを求める処理を行い（ステップＳＴ３３）、求めた移動量ＦΔＴをもとにして直線加減速処理を行い（ステップＳＴ３４）、その後にフィードフォワード処理を行い（ステップＳＴ３５）、移動量ＦΔＴの積算値である絶対位置形式にデータ変換した後に、これをサーボ通信バッファにデータを設定し（ステップＳＴ３６）、サーボ制御部１０３に絶対位置指令を出す通信処理を行う（ステップＳＴ３７）。
【００６２】
解析処理にてバイナリモードであることを記憶している場合にはバイナリプログラム用の処理に移行する。この場合は、サーボ制御部１０３に渡すバイナリデータのブロック番号（データインデックス）を更新し（ステップＳＴ３９）、データバッファ手段１０１内のバイナリデータが終了かどうかを確認、即ち、データバッファ手段１０１が空であるを確認する（ステップＳＴ４０）。データバッファ手段１０１が空でない場合には、サーボ通信用の送信用バッファにバイナリデータをコピーし（ステップＳＴ４４）、サーボ通信処理を行う（ステップＳＴ４５）。この際、サーボ制御部１０３との間で行われる通信では、絶対位置指令のみではなく、絶対位置までの移動量をサーボ制御部１０３の位置制御周期で内挿した移動量も送ることになる。
【００６３】
データバッファ手段１０１が空の場合には、バイナリプログラムが終了したかのチェックを行い（ステップＳＴ４１）、バイナリプログラムが終了の場合には、バイナリモードの解除を行い（ステップＳＴ４２）、つぎのブロックの解析要求を出す（ステップＳＴ４６）。これに対し、まだ、バイナリプログラムの続きが存在する場合には、つぎのデータバッファ格納先ポインタに更新し（ステップＳＴ４３）、新たなバイナリデータを読み出すために、つぎのブロックの解析要求を設定し（ステップＳＴ４６）、解析処理にてバイナリデータの設定を行う。
【００６４】
以上のように、データベース装置１２０からバイナリデータが、順次バッファメモリ手段１０１に格納され、補間演算および加減速演算を行う機械制御部１０２では、バイナリデータをサーボシステムへ出力するのみで、ほとんど処理を行わない為、数値制御装置１００の負荷を軽減させることができ、数値制御装置１００の処理能力を向上させることができる。また、機械制御部１０２の補間周期より短いサーボシステムの位置制御周期で予め作成されたバイナリデータを使用するため、高精度な加工が可能になる。
【００６５】
また、フィードフォワード処理も、予め数値制御装置外部で演算するから、数値制御装置１００の負荷が更に軽減され、高速でかつ高精度な加工が可能となる。また、バイナリデータおよびバイナリデータを作成する基となったＣＡＤデータおよび切削条件をデータベース化して管理することにより、設計変更による形状の変化に対してＣＡＤデータの入力のみで以前までの切削条件からバイナリデータを作成ができ、加工システムの生産効率を向上できる。
【００６６】
なお、本実施例においては、バイナリプログラムの入力コードを第１１図に示すようなコードで示したが、バイナリプログラムの入力コードは、特に、これに限定されるものではなく、他の入力コードを割り当ててもよい。また、データベース装置１２０と数値制御装置１００のデータフォーマットに関しても第９図に示されているものに限ることはなく、必要に応じて変更することは差し支えない。また、第６図に示されているような面データ（ＣＡＤデータ）に限定されるものではなく、他の加工プログラムまたは加工データに変更しても構わない。
【００６７】
産業上の利用の可能性
この発明による数値制御システムおよび数値制御処理方法は、各種の工作機械の数値制御に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、この発明による数値制御システムの一つの実施例を示すブロック図である。
【図２】 第２図は、この発明による数値制御システムにおけるバイナリデータ変換処理を示すフローチャートである。
【図３】 第３図は、この発明による数値制御システムにおけるバイナリデータ読出しに対応した解析処理を示すフローチャートである。
【図４】 第４図は、この発明による数値制御システムにおけるバイナリデータ読出し処理のフローチャートである。
【図５】 第５図は、この発明による数値制御システムにおけるバイナリデータに対応した機械制御処理のフローチャートである。
【図６】 第６図は、この発明による数値制御システムで使用される図面データフォーマット例を示す説明図である。
【図７】 第７図は、補間演算処理例を示すグラフである。
【図８】 第８図は、フィードフォワード手段の内部構成を示すブロック図である。
【図９】 第９図は、この発明による数値制御システムで使用されるバイナリデータの構成（データフォーマット）を示す説明図である。
【図１０】 第１０図は、軸指定フラグの構成例を示す説明図である。
【図１１】 第１１図は、この発明による数値制御システムで使用される加工プログラム例を示す説明図である。
【図１２】 第１２図は、この発明による数値制御システムにおけるデータベース装置のデータベース構成を示す説明図である。
【図１３】 第１３図は、従来例を示すブロック図である。
【図１４】 第１４図は、従来例である高速ＮＣデータ作成装置の内部構成を示すブロック図である。
Claims (4)
- 数値制御装置用の加工プログラムまたは加工データから算出された移動指令を、前記数値制御装置外部から前記数値制御装置内部のサーボ制御部に直接的に入力して工作機械を制御する数値制御システムであって、
加工プログラムまたは加工データを解析する解析手段と、
前記解析手段の出力情報および切削条件を元に各軸に対して前記サーボ制御部の位置制御周期で補間演算を行う補間手段と、
前記補間手段から出力された補間データに加減速処理を行って単位時間当たりの速度情報を予め生成する速度情報生成手段と、
前記速度情報生成手段から出力されたデータにサーボ系の遅れを吸収するフィードフォワード手段と、
を前記数値制御装置外部に備え、前記フィードフォワード手段によって予め作成された速度情報を含むバイナリ形式の移動指令を前記数値制御装置内部の前記サーボ制御部に直接的に入力して工作機械を制御することを特徴とする数値制御システム。 - 前記バイナリ形式の移動指令とバイナリデータに付随する切削条件と、その元となる前記数値制御用加工プログラムまたは加工データのいずれかと、をデータベース化して記憶するデータベース記憶装置と、前記データベース記憶装置を管理するデータベース管理手段とを有するデータベース装置が前記数値制御装置の外部に前記数値制御装置とデータ通信可能に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の数値制御システム。
- 数値制御装置用の加工プログラムまたは加工データから算出された移動指令を、前記数値制御装置外部から前記数値制御装置内部のサーボ制御部に直接的に入力して工作機械を制御するための数値制御処理方法であって、
前記数値制御装置の外部において、加工に先立って事前に、加工プログラムまたは加工データを解析すると共に、解析情報および切削条件を元に各軸に対して前記サーボ制御部の位置制御周期で補間演算を行った後、前記補間演算の出力結果に加減速処理を行って単位時間当たりの速度情報を生成し、前記速度情報にサーボ系の遅れを吸収するフィードフォワード補償の演算を行って、前記速度情報を含み、フィードフォワード補償されたバイナリ形式の移動指令を前記数値制御装置内部の前記サーボ制御部に直接的に入力して前記工作機械を制御することを特徴とする数値制御処理方法。 - 前記バイナリ形式の移動指令とバイナリデータに付随する切削条件と、その元となる前記数値制御装置用の加工プログラムまたは加工データのいずれかと、を前記数値制御装置外部でデータベース化して記憶し、該データベースのデータを前記数値制御装置内部の前記サーボ制御部に直接的に入力して前記工作機械を制御することを特徴とする請求の範囲第３項記載の数値制御処理方法。
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