JP4462270B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械の駆動制御を行う数値制御装置に関するものであり、特に指令系のオートチューニング機能を有する数値制御装置に関するものである。

図１８は、工作機械の駆動制御を行う従来の数値制御装置（以下ＮＣとも称する）の一例を示すブロック図である。
図において、パラメータ１には、フィードフォワードゲイン、加減速フィルタの設定値、移動指令のブロック間の減速速度等の設定値が設定されている。このパラメータ１に設定された設定値は、マンマシンインタフェイス部２を介して駆動制御部３に転送され、この設定値に従って駆動制御部３により速度指令が生成され、アンプ４に出力される。この速度指令によりアンプ４に接続されたモータ５を介して、サーボ６軸或いは主軸７の駆動が行われる。そして、サーボ軸６及び主軸７の各々に結合されているエンコーダ８によりモータ５の速度が検出され、検出されたモータ５の速度はアンプ４を介して駆動制御部３に転送され、フィードバック制御等に使用される。
また、アンプ４は、駆動制御部３から入力された速度指令、電流指令、及びエンコーダ８から入力された速度フィードバック、電流フィードバック等を、内蔵のＤ／Ａ出力チャンネル９から外部機器１０に対して出力する。
その後、外部機器１０にて採取された速度指令、電流指令、速度フィードバック、電流フィードバック等のデータをもとに、パラメータ１に最適値を設定する際に、設定者が設定値の最適値を確認しながら調整し、再設定を行っていた。

従来のＮＣにおいて、同期タップ加工を行う時、パラメータ１に設定された主軸の加減速時の加速度に従って、サーボ軸の指令速度を生成していた。この場合、結合されている主軸の加減速時間を外部測定機器１０にて採取し、加減速時間により決定される加速度を目安としてパラメータ１に設定し、同期タップ動作中のサーボ軸と主軸の同期誤差を専用ツールにて解析し、同期誤差が許容誤差内の範囲に収まるように、繰り返し作業を行い、パラメータ１に設定する加速度を調整する必要があった。
このため、同期タップ時の主軸の加速度の設定に外部測定機器１０が必要となり、多大な作業時間を要し、作業性が悪いという問題があった。また、外部測定機器１０を購入設置する必要があるため、コストが嵩むという問題があった。

この発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、上述した外部計測機器を用いたパラメータの最適値の設定のわずらわしさをなくし、作業性を向上することができるオートチューニング機能を備えた数値制御装置を得ることを目的とする。
また、この発明の他の目的は、外部計測機器の購入コストを削減できるＮＣを得ることにある。

この発明によるオートチューニング機能を備えた数値制御装置は、パラメータに設定された同期タップ時の主軸の加速度が入力され、プログラムにより指令された移動指令からサーボ軸の速度指令を生成しアンプへ出力する速度指令生成手段と、速度指令生成手段が生成出力した速度指令に基づき、位置ループ制御により主軸の主軸位置指令をアンプへ生成出力する主軸位置生成手段と、アンプより主軸とサーボ軸の速度フィードバックが入力され、サーボ軸の速度フィードバックを主軸の回転数パルスに換算して主軸の速度フィードバックと比較し、タップの呼び径毎に許容される同期誤差パルスを越えないようにパラメータに設定された主軸の加減速時の加速度を加算する同期誤差量計算手段とを有するものである。

また、この発明は、同期誤差量計算手段によりサーボ軸の速度フィードバックを主軸の回転数パルスに換算するには、パラメータに予め設定されたボールネジピッチ、位置検出器分解能及びサーボギア比を用いて換算するものである。

この発明によるオートチューニング機能を備えた数値制御装置では、パラメータに設定された同期タップ時の主軸の加速度が入力され、プログラムにより指令された移動指令からサーボ軸の速度指令を生成しアンプへ出力する速度指令生成手段と、速度指令生成手段が生成出力した速度指令に基づき、位置ループ制御により主軸の主軸位置指令をアンプへ生成出力する主軸位置生成手段と、アンプより主軸とサーボ軸の速度フィードバックが入力され、サーボ軸の速度フィードバックを主軸の回転数パルスに換算して主軸の速度フィードバックと比較し、タップの呼び径毎に許容される同期誤差パルスを越えないようにパラメータに設定された主軸の加減速時の加速度を加算する同期誤差量計算手段とを有し、人手による調整時間を必要とすることなく、同期タップ時の主軸の加速度を自動で最適値にチューニングできるので、作業性を改善できるとともに、外部機器を必要としないので、コスト削減を図れるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明によるオートチューニング機能を備えた数値制御装置の実施形態１を示すブロック図であり、駆動制御部の構成を詳細に示したブロック図であり、フィードフォワードゲインをオートチューニングすることを説明するものである。図１において図１８と同一または相当箇所は同符号を付して説明を省略する。
なお、図１では、ＮＣの駆動制御部３を示しているが、パラメータ１に設定された設定値は、ＮＣのマンマシンインターフェース２を介して駆動制御部３に転送されており、この構成は図１８の従来装置と同様である。
また、駆動制御部３は、速度指令生成部１１、モータ最大電流摘出部１２、比較／演算制御部１３及びブロック停止制御部１４を有している。

図１のように構成された実施形態１のＮＣでは、外部からのフィードフォワードゲインのオートチューニング起動がなされると、パラメータ１に初期設定された早送り指令または切削送り指令のフィードフォワードゲインが速度指令生成部１１に入力される。そして、速度指令生成部１１は、プログラムにより指令された移動指令から速度指令を生成し、生成された指令速度をアンプ４に出力する。 モータ最大電流摘出部１２は、アンプ４から入力されたモータ名称より、アンプ４に結合されているモータ５の最大電流を予め定義されたテーブルより摘出し、比較／演算制御部１３に対して出力する。
比較／演算制御部１３は、アンプ４からの電流フィードバックとモータ５の最大電流とを比較し、モータ５の最大電流値の方が大きければ、アンプ４より円弧補間動作または往復運動動作を行った際の位置フィードバックを入力し、指令値と位置フィードバック値との差が予め設定された目標精度より大きければ、パラメータ１に設定されたフィードフォワードゲインの設定値を加算する。そして、加算されて設定されたフィードフォワードゲインを使用して速度指令生成部１１が再び指令速度の生成を行う。

また、比較／演算制御部１３は、アンプ４からの電流フィードバックとモータ５の最大電流とを比較し、モータの最大電流値の方が小さい場合、または指令値と位置フィードバック値との誤差が予め設定された目標精度より小さい場合、ブロック停止制御部１４により、連続運転中の指定プログラムを停止させる。
なお、パラメータ１へのフィードフォワードゲインの設定は、駆動制御部３にて認識している現在実行中の移動指令が、早送り指令か切削送り指令かの情報により、パラメータ１の各々のモードに対応したフィードフォワードゲインを更新する。
このような構成により、起動から停止までの間に最適なフィードフォワードゲインにオートチューニングされる。

図２は、フィードフォワードゲインのオートチューニングを実施する実施形態１における駆動制御部の制御フローチャートである。

まず、数値制御装置にオートチューニングに使用するプログラムを作成し、また、パラメータ１にフィードフォワードゲインの初期値を設定しておく。
そして、オートチューニング起動により、数値制御装置のプロセッサは、図２に示す処理を所定周期（速度指令生成周期）毎に実施する。
起動要求を受けた駆動制御部３は、パラメータ１に初期設定されたフィードフォワードゲインを入力し（ステップＳ２０１）、速度指令生成部１１により速度指令を生成して（ステップＳ２０２）、アンプ４に対し出力する（ステップＳ２０３）。
初回起動の場合（ステップＳ２０４）は、アンプ４よりモータ５の名称を入力し（ステップＳ２０５）、モータ最大電流摘出部１２において予めモータ５の最大電流が定義されたテーブルより、モータ５の名称に該当する最大電流値を摘出する（ステップＳ２０６）。次にアンプ４より電流フィードバックを入力し（ステップＳ２０７）、比較／演算制御部１３はモータ５の最大電流と電流フィードバックの比較を行う（ステップＳ２０８）。

そして、最大電流の方が大きい場合は、アンプ４より位置フィードバックを入力し（ステップＳ２０９）、指令値と位置フィードバック値との誤差と、予め設定された目標誤差との比較を行う（ステップＳ２１０）。このとき、指令値と位置フィードバック値との誤差の方が目標誤差より大きい場合は、現在実行中の移動指令が、早送り指令か切削送り指令かを判別し（ステップＳ２１１）、早送りの場合は早送り用のフィードフォワードゲインの設定値を加算し（ステップＳ２１２）、切削送りの場合は切削送り用のフィードフォワードゲインの設定値を加算し（ステップＳ２１２）、パラメータ１へ設定する。電流フィードバックが最大電流よりも大きくならない限り、指令値と位置フィードバック値との誤差が目標誤差より小さくなるまで、ステップＳ２０１〜Ｓ２１３の処理を繰り返す。
電流フィードバックが最大電流以上の場合、及び指令値と位置フィードバック値との誤差が目標誤差より小さくなった場合は、運転中のプログラムを停止させる（ステップＳ２１４）。
なお、プログラム停止した時点で、パラメータ１に設定されたフィードフォワードゲインの設定値が初期設定値より変更がない場合は、初期設定値を小さくして、ステップＳ２０１〜２１２の処理を繰り返す。
このようにして、自動的に最適なフィードフォワードゲインの調整が可能となる。

このような実施形態１の構成では、パラメータに設定されるフィードフォワードゲインのチューニングを、自動的に最適値に設定することができ、人手による調整のための多大な作業時間を軽減することができ、作業性を向上できる。
また、外部計測機器の購入を行う必要がなくなるので、コスト削減を図ることができる。
さらに、早送り用と切削送り用との夫々のフィードフォワードゲインを独立して容易に設定することができ、加工の態様にあわせてフィードフォワードゲインを用いることができ、全体としての工作機械の加工時間を短縮できる。

実施の形態２．
図３は、この発明によるオートチューニング機能を備えた数値制御装置の実施形態２を示すブロック図であり、駆動制御部の構成を詳細に示したブロック図であり、加減速フィルタの設定値をオートチューニングすることを説明するものである。図３において図１８と同一または相当箇所は同符号を付して説明を省略する。加減速フィルタは、加速度の急激な変化による機械振動を抑制するために用いられるものであり、加減速時の速度指令をベル型指令とする機能を有しているものである。また、加減速フィルタの設定値は、加減速フィルタ長さともいう。 なお、図３では、ＮＣの駆動制御部３を示しているが、パラメータ１に設定された設定値は、ＮＣのマンマシンインターフェース２を介して駆動制御部３に転送されており、この構成は図１８の従来装置と同様である。
また、駆動制御部３は、速度指令生成部１１、モータ最大電流摘出部１２、比較／演算制御部１３及びブロック停止制御部１４を有している。

図３のように構成された実施形態２のＮＣでは、外部からの加減速フィルタの設定値のオートチューニング起動により、パラメータ１に初期設定された加減速フィルタの設定値が速度指令生成部１１に入力される。そして、速度指令生成部１１は、プログラムにより指令された移動指令から速度指令を生成し、生成された指令速度をアンプ４へ出力する。

モータ最大電流摘出部１２は、アンプ４から入力されたモータ５の名称より、アンプ４に結合されているモータ５の最大電流を予め定義されたテーブルより摘出し、比較／演算制御部１３に対して出力する。
比較／演算制御部１３は、アンプ４からの電流フィードバックとモータ５の最大電流とを比較し、モータ５の最大電流値の方が大きければ、パラメータ１に設定された加減速フィルタの設定値を減算する。そして、減算されて設定された加減速フィルタの設定値を使用して、速度指令生成部１１は再び指令速度の生成を行う。
また、比較／演算制御部１３は、アンプ４からの電流フィードバックとモータ５の最大電流とを比較し、モータ５の最大電流値の方が小さければ、ブロック停止制御部１４により、連続運転中の指定プログラムを停止させる。
このような構成により、起動から停止までの間に最適な加減速フィルタの設定値にオートチューニングされる。

図４は、加減速フィルタのオートチューニングを実施する実施形態２における駆動制御部の制御フローチャートである。

まず、数値制御装置にオートチューニングに使用するプログラムを作成し、また、パラメータ１に加減速フィルタの初期値を設定しておく。
そして、オートチューニング起動により、数値制御装置のプロセッサは、図４に示す処理を所定周期（速度指令生成周期）毎に実施する。
起動要求を受けた駆動制御部３は、パラメータ１に初期設定された加減速フィルタの設定値を入力し（ステップＳ４０１）、速度指令生成部１１により速度指令を生成して（ステップＳ４０２）、アンプ４に対し出力する（ステップＳ４０３）。
初回起動の場合（ステップＳ４０４）は、アンプ４よりモータ５の名称を入力し（ステップＳ４０５）、モータ最大電流摘出部１２において予めモータ５の最大電流が定義されたテーブルより、モータ５の名称に該当する最大電流値を摘出する（ステップＳ４０６）。次にアンプ４より電流フィードバックを入力し（ステップＳ４０７）、比較／演算制御部１３は最大電流と電流フィードバックの比較を行う（ステップＳ４０８）。

そして、最大電流の方が大きい場合は、加減速フィルタの設定値を減算し（ステップＳ４０９）、パラメータ１へ設定する。電流フィードバックが最大電流よりも大きくならない限り、ステップＳ４０１〜Ｓ４０９の処理を繰り返す。
電流フィードバックが最大電流以上の場合は、運転中のプログラムを停止させる（ステップＳ４１０）。
なお、プログラム停止した時点で、パラメータ１に設定された加減速フィルタの設定値が初期設定値より変更がない場合は、初期設定値を大きくして、ステップＳ４０１〜４１０の処理を繰り返す。
このようにして、自動的に最適な加減速フィルタ設定値の調整が可能となる。

このような実施形態２の構成では、パラメータに設定される加減速フィルタの設定値のチューニングを、自動的に最適値に設定することができ、人手による調整のための多大な作業時間を軽減することができ、作業性を向上できる。
また、外部計測機器の購入を行う必要がなくなるので、コスト削減を図ることができる。

実施の形態３．
図５は、この発明によるオートチューニング機能を備えた数値制御装置の実施形態３を示すブロック図であり、駆動制御部の構成を詳細に示したブロック図であり、移動指令のブロック間の減速速度の設定値をオートチューニングすることを説明するものである。図５において図１８と同一または相当箇所は同符号を付して説明を省略する。
なお、図５では、ＮＣの駆動制御部３を示しているが、パラメータ１に設定された設定値は、ＮＣのマンマシンインターフェース２を介して駆動制御部３に転送されており、この構成は図１８の従来装置と同様である。
また、駆動制御部３は、速度指令生成部１１、比較／演算制御部１３及びブロック停止制御部１４を有している。

図５のように構成された実施形態３のＮＣでは、外部からの移動指令のブロック間減速速度のオートチューニング起動がなされると、パラメータ１に初期設定された減速速度が速度指令生成部１１に入力される。そして、速度指令生成部１１は、プログラムにより指令された移動指令から速度指令を生成し、生成された指令速度をアンプ４に出力する。
比較／演算制御部１３は、アンプ４から位置フィードバックが入力され、指令値と位置フィードバック値とを比較し、その誤差が予め設定された目標精度より大きければ、パラメータ１に設定された減速速度の設定値を減算する。そして、減算されて設定された減速速度を使用して、速度指令生成部１１が再び指令速度の生成を行う。
また、比較／演算制御部１３は、指令値と位置フィードバック値との誤差が、予め設定された目標精度より小さければ、ブロック停止制御部１４により、連続運転中の指定プログラムを停止させる。
このような構成により、起動から停止までの間に最適な減速速度にオートチューニングされる。

図６は、減速速度のオートチューニングを実施する実施形態３における駆動制御部の制御フローチャートである。

まず、数値制御装置にオートチューニングに使用するプログラムを作成し、また、パラメータ１に減速速度の初期値を設定しておく。
そして、オートチューニング起動により、数値制御装置のプロセッサは、図６に示す処理を所定周期（速度指令生成周期）毎に実施する。
起動要求を受けた駆動制御部３は、パラメータ１に初期設定された減速速度を入力し（ステップＳ６０１）、速度指令生成部１１により速度指令を生成し（ステップＳ６０２）、アンプ４に対し出力する（ステップＳ６０３）。
比較／演算制御部１３は、アンプ４より位置フィードバックが入力され（ステップＳ６０４）、指令値と位置フィードバック値とを比較し、その誤差と予め設定された目標精度との比較を行う（ステップＳ６０５）。このとき、指令値と位置フィードバック値との誤差が、予め設定された目標精度より大きい場合は、パラメータ１に設定された減速速度を減算し（ステップＳ６０６）、指令値と位置フィードバック値との誤差が、目標精度より小さくなるまで、ステップＳ６０１からＳ６０６の処理を繰り返す。
その後、指令値と位置フィードバック値との誤差が、目標精度より小さくなった場合は、運転中のプログラムを停止させる（ステップＳ６０７）。
なお、プログラム停止した時点で、減速速度の設定値が、初期設定値より変更がない場合は、初期設定値を大きくして、ステップＳ６０１〜６０７の処理を繰り返す。
このようにして、自動的に最適な移動指令のブロック間の減速速度の調整が可能となる。

このような実施形態３の構成では、パラメータに設定される移動指令のブロック間の減速速度の設定値のチューニングを、自動的に最適値に設定することができ、人手による調整のための多大な作業時間を軽減することができ、プログラム等の条件が変更されたびに最適値を選定する手間がなくなり、作業性を向上できる。
また、補間指令の切換りで生じていた物理的な精度の劣化を防止でき、精度の向上を望めることになる。
さらに、外部計測機器の購入を行う必要がなくなるので、コスト削減を図ることができる。

実施の形態４．
図７は、この発明によるオートチューニング機能を備えた数値制御装置の実施形態４を示すブロック図であり、駆動制御部の構成を詳細に示したブロック図であり、フィードフォワードゲインの設定値及び加減速フィルタの設定値をオートチューニングすることを説明するものである。図７において図１８と同一または相当箇所は同符号を付して説明を省略する。
加減速フィルタは、加速度の急激な変化による機械振動を抑制するために用いられるものであり、加減速時の速度指令をベル型指令とする機能を有しているものである。また、加減速フィルタの設定値は、加減速フィルタ長さともいう。
なお、図７では、ＮＣの駆動制御部３を示しているが、パラメータ１に設定された設定値は、ＮＣのマンマシンインターフェース２を介して駆動制御部３に転送されており、この構成は図１８の従来装置と同様である。
また、駆動制御部３は、速度指令生成部１１、モータ最大電流摘出部１２、比較／演算制御部１３及びブロック停止制御部１４を有している。

図７のように構成された実施形態４のＮＣでは、外部からの加減速フィルタの設定値（長さ）、及びフィードフォワードゲインのオートチューニング起動がなされると、パラメータ１に初期設定された加減速フィルタ長さとフィードフォワードゲインが速度指令生成部１１に入力される。そして、速度指令生成部１１は、プログラムにより指令された移動指令から速度指令を生成し、生成された指令速度をアンプ４に出力する。
この時、選択手段により加工精度を重視するか加工時間短縮を重視するかの選択を行い、加工精度を選択した場合はフィードフォワードゲインをでき得る限りの最大値に、加工時間の短縮を選択した場合は加減速フィルタ長さをでき得る限りの最小値にそれぞれ固定し、オートチューニング起動を行う。
モータ最大電流摘出部１２は、アンプ４から入力されたモータ５の名称によりアンプ４に結合されているモータ５の最大電流を予め定義されたテーブルより摘出し、比較／演算制御部１３に対して出力する。
比較／演算制御部１３は、アンプ４からの電流フィードバックとモータ５の最大電流とを比較し、モータの最大電流値の方が大きければ、選択手段により精度重視を選択した場合は、パラメータ１に設定された加減速フィルタ長さ設定値を減算し、選択手段により加工時間の短縮重視を選択した場合は、パラメータ１に設定されたフィードフォワードゲインの設定値を加算する。そして、減算された加減速フィルタ長さ及び加算されたフィードフォワードゲインを使用して速度指令生成部１１が再び指令速度の生成を行う。

また、比較／演算制御部１３は、アンプ４からの電流フィードバックとモータ５の最大電流とを比較し、モータの最大電流値の方が小さい場合は、ブロック停止制御部１４により、連続運転中の指定プログラムを停止させる。
このような構成により、起動から停止までの間に最適な加減速時のフィルタ長さ、及びフィードフォワードゲインにオートチューニングされる。

図８乃至１０は、加減速時のフィルタ長さとフィードフォワードゲインのオートチューニングを実施する実施形態４における駆動制御部の制御フローチャートである。

まず、数値制御装置にオートチューニングに使用するプログラムを作成し、選択手段により、加工精度を重視するか加工時間短縮を重視するかの選択を行う。加工精度重視を選択した際は、フィードフォワードゲイン及び加減速フィルタ長さ共に設定可能な値の最大値を、また加工時間の短縮重視を選択した際には、フィードフォワードゲイン及び加減速フィルタ長さ共に設定可能な値の最小値を初期値としてパラメータ１に設定しておく。
そして、オートチューニング起動により、数値制御装置のプロセッサは、図８乃至１０に示す処理を所定周期（速度指令生成周期）毎に実施する。

起動要求を受けた駆動制御部３は、加工精度重視か加工時間短縮重視かのいずれが選択手段により選択されているか判断を行い（ステップＳ８０１）、精度重視が選択されていると判断した場合は、まずパラメータ１に初期設定された加減速フィルタ長さとフィードフォワードゲインを入力し（ステップＳ８０２）、速度指令生成部１１により速度指令を生成して（ステップＳ８０３）、アンプ４に対し出力する（ステップＳ８０４）。
初回起動の場合（ステップＳ８０５）は、アンプ４よりモータ５の名称を入力し（ステップＳ８０６）、モータ最大電流摘出部１２において予めモータ５の最大電流が定義されたテーブルより、モータ５の名称に該当する最大電流値を摘出する（ステップＳ８０７）。次にアンプ４より電流フィードバックを入力し（ステップＳ８０８）、比較／演算制御部１３はモータ５の最大電流と電流フィードバックの比較を行う（ステップＳ８０９）。

比較／演算制御部１３による初回の比較において、電流フィードバックが最大電流を越えていた場合で、かつパラメータ１に設定された加減速フィルタ長さが最大値の場合（ステップＳ８１０）は、フィードフォワードゲインを減算し（ステップＳ８１１）、再びステップＳ８０２に戻り処理を繰り返す。また、加減速フィルタ長さが最大値でない場合は、加減速フィルタ長さを加算し（ステップＳ８１２）、同様にステップＳ８０２へ戻り処理を繰り返す。

次に、電流フィードバックが最大電流を越えない場合は、まず加減速フィルタ長さを減算する（ステップＳ８１３）。そして、パラメータ１の加減速フィルタ長さとフィードフォワードゲインを速度指令生成部１１へ入力し（ステップＳ８１４）、速度指令を生成して（ステップＳ８１５）、アンプ４に対して出力する（ステップＳ８１６）。
その後、アンプ４より電流フィードバックを入力し（ステップＳ８１７）、比較／演算制御部１３は、モータ５の最大電流と電流フィードバックの比較を行う（ステップＳ８１８）。
そして、最大電流の方が大きい場合は、パラメータ１に設定された加減速フィルタ長さの設定値を減算し（ステップＳ８２０）、電流フィードバックが最大電流よりも大きくならない限り、ステップＳ８１４〜Ｓ８２０の処理を繰り返す。 また、電流フィードバックが最大電流以上の場合は、運転中のプログラムを停止させる（ステップＳ８１９）。

続いて、駆動制御部３が、加工時間の短縮重視を選択手段が選択していると判断した場合は（Ｓ８０１）、まずパラメータ１に初期設定された加減速フィルタ長さとフィードフォワードゲインを入力し（ステップＳ８２１）、速度指令生成部１１により速度指令を生成して（ステップＳ８２２）、アンプ４に対し出力する（ステップＳ８２３）。
初回起動の場合（ステップＳ８２４）は、アンプ４よりモータ５の名称を入力し（ステップＳ８２５）、モータ最大電流摘出部１２において予めモータ５の最大電流が定義されたテーブルより、モータ５の名称に該当する最大電流値を摘出する（ステップＳ８２６）。次にアンプ４より電流フィードバックを入力し（ステップＳ８２７）、比較／演算制御部１３は最大電流と電流フィードバックの比較を行う（ステップＳ８２８）。
比較／演算制御部１３による初回の比較において、電流フィードバックが最大電流を越えた場合で、かつパラメータ１に設定されたフィードフォワードゲインが最小値の場合（ステップＳ８２９）は、加減速フィルタ長さを加算し（ステップＳ８３０）、再びステップＳ８２１に戻り処理を繰り返す。また、フィードフォワードゲインが最小値でない場合は、フィードフォワードゲインを減算し（ステップＳ８３１）、同様にステップＳ８２１へ戻る。

次に、電流フィードバックが最大電流を越えない場合は、まずフィードフォワードゲインを加算する（ステップＳ８３２）。そして、パラメータ１の加減速フィルタ長さとフィードフォワードゲインを速度指令生成部１１へ入力し（ステップＳ８３３）、速度指令を生成して（ステップＳ８３４）、アンプ４に対し出力する（ステップＳ８３５）。
その後、アンプ４より電流フィードバックを入力して（ステップＳ８３６）、比較／演算制御部１３はモータ５の最大電流と電流フィードバックの比較を行う（ステップＳ８３７）。
そして、最大電流の方が大きい場合は、パラメータ１に設定されたフィードフォワードゲインの設定値を加算し（ステップＳ８３９）、電流フィードバックが最大電流よりも大きくならない限り、ステップＳ８３３〜Ｓ８３９の処理を繰り返す。
また、電流フィードバックが最大電流以上の場合は、運転中のプログラムを停止させる（ステップＳ８３８）。
このようにして、自動的に最適なフィードフォワードゲイン及び加速度フィルタの設定値の調整が可能となる。

このような実施形態４の構成では、パラメータに設定されるフィードフォワードゲイン及び加速度フィルタの設定値のチューニングを、選択手段による加工精度重視か加工時間の短縮重視かに応じて自動的に最適値に設定することができ、人手による調整のための多大な作業時間を軽減することができ、作業性を向上できる。
また、外部計測機器の購入を行う必要がなくなるので、コスト削減を図ることができる。

実施の形態５．
図１１は、ＮＣを用いて工作機械を制御した際の速度波形図を示し、プログラムにより指令された移動指令に基づき工作機械が往復運動を行うとき、即ち往復運動により移動指令の連続する指令ブロック間の移動方向が反転する時の速度及び加速度を示す波形図である。
なお、図１１では、加速度変化が許容された加速度となるように、移動指令の指令ブロックを制御していない状態を示している。

図１１において、移動方向反転前のプログラム指令速度をＦ［ｍｍ／ｓ］、反転後のプログラム指令速度をＦ’［ｍｍ／ｓ］、許容される加速度をα［ｍｍ／ｓ²］とすると、切削送り指令では連続する複数指令ブロック間を滑らかにつなぐ目的で、指令ブロック間で指令完了をチェックしてから次の指令ブロックの速度指令を生成しており、移動方向反転時の加速度がα’［ｍｍ／ｓ²］となり、許容される加速度αよりも大きくなってしまう。

図１２は、移動方向反転時の加速度変化を許容値以内になるように、移動指令の指令ブロックを制御するようにした実施形態５における駆動制御部３の制御フローチャートである。

まず、ＮＣにオートチューニングに使用するプログラムを作成し、また、パラメータ１に移動指令が移動方向を反転する際に許容される加速度に相当する切削送りクランプ速度、及びプログラムにより指令された移動指令から速度指令の生成を遅延させる時定数、即ち切削送り時定数を設定しておく。
そして、起動により、ＮＣのプロセッサは、図１２に示す処理を所定周期（速度指令生成周期）毎に実施する。

起動要求を受けた駆動制御部３は、初回起動の場合（ステップＳ１００１）、パラメータ１に設定された切削送りクランプ速度及び切削送り時定数が入力される（ステップＳ１００２）。プログラムにより指令された移動指令から速度指令生成部１１は、速度指令を生成しアンプ４へ出力する。そして、移動指令の移動方向が反転し、かつ現在の移動指令の移動ブロックの速度指令出力が完了していた場合（ステップＳ１００３）、現在の移動指令の移動ブロックのプログラム指令速度及び次の移動指令の移動ブロックの速度指令が入力される（ステップＳ１００４）。ここで、比較／演算制御部１３は、現在の移動指令の移動ブロックのプログラム指令速度と次の移動指令の移動ブロックの速度指令の総和と、パラメータに設定された切削クランプ速度とを比較し、総和の方が小さい場合は（ステップＳ１００５）、速度指令生成部１１に次の移動指令の移動ブロックの速度指令を生成させ（ステップＳ１００６）、アンプ４に対して速度指令を出力させる（ステップＳ１００７）。即ち、プログラムにより指令された移動指令の移動方向を反転する前後の移動指令のプログラム指令速度に基づく加速度と、設定手段によりパラメータ１に設定された許容される加速度とを比較し、指令速度に基づく加速度が許容される加速度を越えない場合は、速度指令生成部１１に移動指令の反転後のプログラム指令速度に基づく速度指令を生成出力させるようにしたものである。

また、現在の移動指令の移動ブロックのプログラム指令速度と次の移動指令の移動ブロックの速度指令の総和が切削クランプ速度以上の場合（ステップＳ１００５）は、現在の移動指令の移動ブロックの速度指令出力の完了から、設定し油断によりパラメータ１に設定された切削送り時定数分の時間が経過するまで（ステップＳ１００８）、速度指令生成部１１による速度指令の生成を休止させ、遅延させるようにしたものである。
このようにして、往復運動における移動方向反転時の最適な速度生成が可能となる。

このような実施形態５の構成では、往復運動において移動方向反転時の加速度変化が、許容された加速度を越えると判断された場合、移動方向が反転した後の指令速度の生成出力を遅延させるようにしているため、プログラムの指令による移動指令の移動方向が反転することを考慮に入れて指令プログラムを作成する必要がなくなり、指令プログラムの作成が容易となる。
また、過度の加速度になることがなく、工作機械の機械振動の発生を抑制することができ、加工精度の向上が図れる。

実施の形態６．
図１３は、この発明の実施形態６の構成を示すブロック図であり、同期タップ時の主軸の加速度のオートチューニング機能を備えた数値制御装置の駆動制御部の構成を詳細に示したブロック図であり、図１３において図１８と同一または相当箇所は同符号を付して説明を省略する。
なお、図１３では、ＮＣの駆動制御部３を示しているが、パラメータ１に設定された設定値は、ＮＣのマンマシンインターフェース２を介して駆動制御部３に転送されており、この構成は図１８の従来装置と同様である。
また、駆動制御部３は、速度指令生成部１１、主軸位置指令生成部１５、同期誤差量計算部１６及びブロック停止制御部１４を有している。

図１３のように構成された実施形態６のＮＣでは、外部からの同期タップ時の主軸の加速度のオートチューニング起動がなされると、パラメータ１に初期設定された同期タップ時の主軸の加速度が、速度指令生成部１１に入力される。そして、速度指令生成部１１は、プログラムにより指令された移動指令から速度指令を生成し、この速度指令をサーボ軸の速度指令としてアンプ４へ出力する。
また、生成された速度指令をもとに、主軸位置指令生成部１５にて位置ループ制御によって主軸の位置指令を生成し、サーボ軸、即ちタップ軸の速度指令と共に主軸の位置指令をアンプ４に出力する。

同期誤差量計算部１６は、アンプ４から入力されるタップ軸の速度フィードバックＶ、パラメータ１に予め設定されているボールネジピッチＰＩＴ、位置検出器分解能ＲＮＧ、サーボギア比ＰＣ１、及びプログラムにより指令されたタップのピッチ指令Ｆ等が入力され、以下の計算式（１）、（２）により、タップ軸の速度フィードバックＶを、主軸の移動パルス、即ち回転数パルス相当に換算を行う。
ここで、Ａ、Ｂを約分した整数とすると、
ＲＮＧ／ＰＩＴ＝Ａ／Ｂ ・・・（１）
となる。
そして、タップ軸の速度フィードバックを主軸の移動パルス相当に換算した値Ｖｐは、検出器１回転当たりのパルス数をＰとすると、上述の（１）式より求められた整数Ｂを使用して以下の計算式（２）により求められる。
Ｖｐ＝（Ｖ＊ＰＩＴ＊Ｐ）／（Ｆ＊ＲＮＧ＊ＰＣＩ＊Ｂ） ・・・（２）

同期誤差量計算部１６は、（２）式により求められたパルス数とアンプ４より入力された主軸の速度フィードバックを比較して、予め指定された許容誤差よりも誤差が小さい場合は、パラメータ１に設定された同期タップ時の主軸の加速度を加算する。即ち、比較した誤差が、タップの呼び径毎に許容される同期誤差パルスを越えない場合は、パラメータ１に設定された主軸の加速度を加算する。
そして、加算して設定された加速度を使用して、速度指令生成部１１は再びタップ軸の速度指令を生成する。
また、（２）式により求められたパルス数とアンプ４より入力された主軸の速度フィードバックを比較して、予め指定された許容誤差よりも誤差が大きい場合は、ブロック停止制御部１４により、連続運転中の指定プログラムを停止させることになる。

このような構成により、起動から停止までの間に最適な同期タップ時の主軸の加速度にオートチューニングされる。
なお、プログラム停止した時点で、同期タップ時の主軸の加速度の設定値が初期設定値より変更がない場合は、初期設定値を小さくして再度オートチューニング起動を行えばよい。

このような実施形態６の構成では、パラメータに設定される同期タップ時の主軸の加原則の加速度の設定値のチューニングを、自動的に最適値に設定することができ、人手による調整のための多大な作業時間を軽減することができ、作業性を向上できる。
また、外部計測機器の購入を行う必要がなくなるので、コスト削減を図ることができる。

実施の形態７．
図１４は、この発明の実施形態７を示すブロック図であり、ロストモーション補正量、即ち象限切換時における突起補正量のオートチューニング機能を備えた数値制御装置の構成を示すブロック図である。突起補正量は、モータ回転方向反転時に、モータの摩擦、捻れ等による不感帯が原因で発生する突起に対して、反転時の加速を早めて、突起を除去するロストモーション補正の補正量を示している。図１４において、図１８の従来装置と同一または相当部分には同符号を付して説明を省略する。
なお、図１では、ＮＣの駆動制御部１４を中心に示しているが、パラメータ１に設定された設定値は、ＮＣのマンマシンインターフェース２を介して駆動制御部３に転送されており、この構成は図１８の従来装置と同様である。

図１４のように構成された実施形態７のＮＣでは、外部から象限切換時における突起補正量のオートチューニング起動がなされると、パラメータ１に設定された突起補正量が入力され、駆動制御部３によりプログラムにより指令された移動指令に基づき生成された速度指令がアンプ４へ出力される。
アンプ４から出力された速度指令により稼働させられるＮＣ工作機械１７にはダブルボールバー（ＤＢＢ）測定器１６が取付けられ、この測定器１６の測定結果は解析部１９において解析される。
解析部１９は、軸の移動方向が変化する箇所を求める変化点測定器２０、方向変化を認識する許容誤差量が記憶された誤差量２１、象限切換時に発生する突起補正量が記憶された補正量２２、パラメータ１に設定された突起補正量を増加させる補正量加算器２３により構成される。

図１５は、象限切換時における突起補正量のオートチューニングを実施する実施形態７における駆動制御部の制御フローチャートである。

ここでは、まず、許容の誤差量２１を求める。これは、図１７に示すように、ＤＢＢ測定の結果には各種の外乱が含まれているため、本当の方向変化点を求めるためには許容され得る誤差量を設定する必要があり、この用件を満たすために設定するものである。
誤差量２１の値を０として（ステップＳ１３０１）、速度指令により制御される工作機械１７から入力される円弧補間動作における一周円内の位置フィードバック信号から、ＤＢＢ測定器１６の測定結果に基づき、変化点測定器２０が方向反転回数を求める。

そして、変化点測定器２０が求めた方向変化点が２個となった時（ステップＳ１３０２）、ループ処理を抜けるようにして（ステップＳ１３０３）、この時の誤差量２１を許容誤差量として記憶しておく。
方向変化点が２個以外の場合（ステップＳ１３０２）は、誤差量２１を増やし、同様の処理を繰り返す（ステップＳ１３０４）。

次に、象限切換時における突起が食い込む補正量２２、即ち、図１６に示すように状態０から状態１を経由して状態２ａ〜２ｃに遷移した最初の補正量２２を求める。
まず、パラメータ１に設定された象限突起補正量が０における方向変化点を求め（ステップＳ１３０５）、方向変化点が２個の場合（ステップＳ１３０６）、設定された象限突起補正量を補正量２２に記憶し（ステップＳ１３０７）、補正量加算器２３によりパラメータ１の象限突起補正量を増加させる（ステップＳ１３０８）。
そして、方向変化点が２個を越えるまで同様の処理を繰り返す（ステップＳ１３０９）。方向変化点が２個を越えて、図１６の状態２に示すように、食い込みが発生した時点で、補正量２２に記憶させておいた、象限突起補正量をパラメータ１に設定された象限突起補正量に設定する（ステップＳ１３１０）。
このようにして、自動的に最適な象限切換時における突起補正量の調整が可能となる。

このような実施形態７の構成では、モータ回転方向反転時に発生する突起を補正する突起補正量、即ちロストモーション補正量の調整を、自動的に最適値に設定することができ、人手による調整のための多大な作業時間を軽減することができ、作業性を向上することができる。

この発明に係る数値制御装置は、オートチューニングを実施する数値制御装置として用いられるのに適している。

この発明の実施形態１におけるフィードフォワードゲインのオートチューニング機能を備えた数値制御装置の駆動制御部の構成を示すブロック図である。 フィードフォワードゲインのオートチューニングを実施する実施形態１における駆動制御部の制御フローチャートである。 この発明の実施形態２における加減速フィルタのオートチューニング機能を備えた数値制御装置の駆動制御部の構成を示すブロック図である。 加減速フィルタのオートチューニングを実施する実施形態２における駆動制御部の制御フローチャートである。 この発明の実施形態３における移動指令ブロック間の減速速度のオートチューニング機能を備えた数値制御装置の駆動制御部の構成を示すブロック図である。 減速速度のオートチューニングを実施する実施形態３における駆動制御部の制御フローチャート。 この発明の実施形態４における加減速時のフィルタ長さ、及びフィードフォワードゲインのオートチューニング機能を備えた数値制御装置の駆動制御部の構成を示すブロック図である。 加減速時のフィルタ長さとフィードフォワードゲインのオートチューニングを実施する実施形態４における駆動制御部の制御フローチャートの一部を示す図である。 加減速時のフィルタ長さとフィードフォワードゲインのオートチューニングを実施する実施形態４における駆動制御部の制御フローチャートの一部を示す図である。 加減速時のフィルタ長さとフィードフォワードゲインのオートチューニングを実施する実施形態４における駆動制御部の制御フローチャートの一部を示す図である。 この発明の実施形態５における工作機械の往復運動時の速度変化並びに加速度の状態を示す速度波形図である。 移動方向反転時の加速度を許容値以内になるよう制御する実施形態５における駆動制御部の制御フローチャートである。 この発明の実施形態６における同期タップ時の主軸の加速度のオートチューニング機能を備えた数値制御装置の駆動制御部の構成を示すブロック図である。 この発明の実施形態７における象限切換時に発生するおける突起の補正量のオートチューニング機能を備えた数値制御装置の構成を示すブロック図である。 象限切換時における突起補正量のオートチューニングを実施する実施形態７における駆動制御部の制御フローチャートである。 実施形態７における象限切換時の突起の状態を示した図である。 実施形態７を説明するためのＤＢＢによる真円測定結果の例を示す図である。 工作機械の駆動制御を行う従来の数値制御装置の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ パラメータ、２ マンマシンインタフェイス部、３ 駆動制御部、４ アンプ、５ モータ、６ サーボ、７ 主軸、８ エンコーダ、９ Ｄ／Ａ出力チャンネル、１０ 外部機器、１１ 速度指令生成部、１２ モータ最大電流摘出部、１３ 比較／演算制御部、１４ ブロック停止制御部、１５ 主軸位置指令生成部、１６ 同期誤差量計算部、１７ 機械、１８ ＤＢＢ測定器、１９ 解析部、２０ 変化点測定器、２１ 誤差量、２２ 補正量、２３ 補正量加算器。

Claims (2)

1. パラメータに設定された同期タップ時の主軸の加速度が入力され、プログラムにより指令された移動指令からサーボ軸の速度指令を生成しアンプへ出力する速度指令生成手段と、
   上記速度指令生成手段が生成出力した速度指令に基づき、位置ループ制御により上記主軸の主軸位置指令を上記アンプへ生成出力する主軸位置生成手段と、
   上記アンプより上記主軸と上記サーボ軸の速度フィードバックが入力され、上記サーボ軸の速度フィードバックを上記主軸の回転数パルスに換算して上記主軸の速度フィードバックと比較し、タップの呼び径毎に許容される同期誤差パルスを越えないように上記パラメータに設定された上記主軸の加減速時の加速度を加算する同期誤差量計算手段と、
   を備えたことを特徴とするオートチューニング機能を備えた数値制御装置。
2. 同期誤差量計算手段によりサーボ軸の速度フィードバックを主軸の回転数パルスに換算するには、パラメータに予め設定されたボールネジピッチ、位置検出器分解能及びサーボギア比を用いて換算することを特徴とする請求項１に記載のオートチューニング機能を備えた数値制御装置。

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