JP4560191B2

JP4560191B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP4560191B2
Application number: JP2000285795A
Authority: JP
Inventors: 一郎松本
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: JP2002091526A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数値制御装置に係り、工作機械や工業用ロボット等の制御対象の動作をプログラム制御する際等に利用できる。
【０００２】
【背景技術】
従来より、工作機械や工業用ロボット等の制御対象の動作制御にあたっては、所定の指令プログラムを解読・実行して制御対象を制御する数値制御装置（ＮＣ装置）が利用されている。
数値制御装置は、所定の形式で動作指令（移動量、速度等についての指令）が順次記載された指令プログラムを予め読み込み、各指令を制御対象に出力して制御対象に所定の動作を実行させるものである。
【０００３】
数値制御装置の指令プログラムの生成にあたっては、たとえば、工作機械でワークの切削加工等を行う場合、ＣＡＤ・ＣＡＭシステムから与えられたワークの形状データを利用することで、別途のプログラミング作業なしに指令プログラムを生成すること（自動プログラミング）が行われている。なお、ワークの形状データから求められた、たとえば工具の理想的な移動軌跡を元形状と呼ぶ。このような元形状の例を図５に示す。この元形状１００は、直線からなる部分１００Ａと、曲線からなる部分１００Ｂとを含んで構成されている。
【０００４】
このようにして生成された指令プログラムでは、図５の元形状１００を、通常、図６に示すような指令形状１１０として表現している。具体的に、指令形状１１０では、元形状１００の直線からなる部分１００Ａが、連続した複数の直線１１０Ａで表現されているとともに、元形状１００の曲線からなる部分１００Ｂが、連続した複数の微小な直線１１０Ｂで表現されている。
このような指令形状１１０に基づいて生成された指令プログラムを解析・実行する数値制御装置のなかには、これら複数の直線１１０Ａ，１１０Ｂから選択的に一部を曲線補間して曲線に復元する機能を備えている数値制御装置がある。
この数値制御装置において、指令形状１１０の一部が曲線に復元された復元形状に基づいて制御対象に指令を出力すれば、指令プログラムによる制御対象の移動軌跡を円滑化でき、たとえば切削加工においては、加工対象に滑らかな加工を施すことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような数値制御装置では、指令形状１１０のデータのみが与えられ、この指令形状１１０の全ての直線１１０Ａ，１１０Ｂから、推測により、一部を選択的に曲線補間して曲線に復元している。このため、場合によっては、元形状１００の直線からなる部分１００Ａにあたる指令形状１１０の直線１１０Ａが、選択されて曲線補間により曲線化されてしまう可能性がある。具体的には、図７に示すように、本来直線であったはずの部分（元形状において、微小な直線１００Ｂと連続する直線１００Ａの部分）が曲線化された復元形状１２０が生成されてしまう可能性がある。
そして、このような復元形状１２０に基づいて制御対象に指令を出力してしまうと、制御対象の動作精度を低下させてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、工作機械や工業用ロボット等の制御対象の動作精度を高めることができる数値制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の数値制御装置は、上記目的を達成するために、以下の構成を備える。
請求項１に記載の発明は、所定の指令プログラムを解読して制御対象を所定の移動軌跡に沿って移動させる動作指令を前記制御対象に出力する数値制御装置であって、前記指令プログラムは、複数の指令ブロックを含んで構成され、前記指令ブロックは、前記制御対象の理想的な移動軌跡である元形状を近似した移動軌跡である指令形状を示す経路情報を含むとともに、前記経路情報の元形状が直線か曲線かを示す元形状情報を含み、前記経路情報および前記元形状情報を参照し、前記元形状情報が示す前記元形状が直線であれば前記経路情報を直線として動作指令を作成し、前記元形状情報が示す前記元形状が曲線であれば前記経路情報を曲線として前記元形状を復元して動作指令を作成し、作成した動作指令を前記制御対象に出力することを特徴とするものである。
【０００８】
この発明によれば、所定の移動軌跡の指令を示す経路情報に加えて、所定の移動軌跡の元形状の状態、具体的には元形状が直線か曲線かを示す元形状情報を含んで指令ブロックを構成するとともに、これら経路情報および元形状情報から元形状を復元して、この復元形状に応じた動作指令を前記制御対象に出力しているので、元形状をそのまま反映させた動作指令を制御対象に出力できる。
つまり、所定の移動軌跡の指令を示す経路情報のみに基づいて復元処理を行うのではなく、経路情報に加えて、所定の移動軌跡の元形状の状態つまり元形状が直線か曲線かを示す元形状情報にも基づいて復元処理を行っているので、元形状が直線の場合は動作指令も直線として、元形状が曲線の場合は移動指令も曲線として、元形状により近い復元形状を求めることができ、元形状を制御対象の動作軌跡にそのまま反映できて、制御対象の動作精度を高めることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の数値制御装置において、前記経路情報は、前記移動軌跡が直線の指令を示す情報を含み、前記元形状情報は、前記直線の移動軌跡の元形状が直線か曲線かを示す情報であることを特徴とするものである。
この発明によれば、移動軌跡が直線の指令を示す経路情報と、この移動軌跡の元形状が直線か曲線かを示す元形状情報とから元形状を復元しているので、従来のように、数値制御装置の推測によって、元形状が直線の部分を曲線として復元してしまうことなく、元形状が曲線の部分のみを曲線として復元できる。これにより、復元形状を元形状により忠実に基づいて求めることができて、制御対象の動作精度を確実に高めることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の数値制御装置において、前記元形状が曲線を示しかつ前記移動軌跡が直線である情報のみを前記指令プログラムから抜き出すとともに、前記直線の移動軌跡を曲線に復元する曲線復元部を備えていることを特徴とするものである。
この発明によれば、曲線復元部において、復元処理が必要な部分の情報、すなわち、元形状が曲線であるが移動軌跡が直線とされた情報のみを指令プログラムから抜き出して本発明に基づく元形状の復元を行っているので、復元処理のスピードアップを図ることができ、制御対象が工作機械であった場合には加工時間を短縮できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の数値制御装置において、前記元形状情報は、モーダルデータであることを特徴とするものである。
この発明によれば、元形状情報をモーダルデータとしたので、指令プログラムを生成する際に、一連の指令ブロックで元形状情報の内容が同一であれば、最初の指令ブロックで一度指令しておくことで、その後に続く一連の指令ブロックで再び指令する必要がなくなる。このため、指令プログラムの生成作業を簡単にできるとともに、作業時間の短縮を図ることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の数値制御装置において、前記指令プログラムは、ＣＡＭで生成されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、指令プログラムは、ＣＡＭで生成されているため、たとえば、制御対象が工作機械であった場合には、ワークの形状データから指令プログラムを生成でき、指令プログラムの生成作業を簡易にできるとともに、生成時間も短縮できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るシステムが示され、このシステムは、数値制御装置１０と、この数値制御装置１０により制御される制御対象としての工作機械２０とを含んで構成されている。このようなシステムにおいて、数値制御装置１０は、所定の指令プログラムとしての加工プログラム３０を読み込み、この加工プログラム３０に基づいて工作機械２０に動作指令を出力する。
【００１４】
工作機械２０は、たとえば工具（図示せず）を、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向へ移動させるＸ軸サーボ系２１、Ｙ軸サーボ系２２、およびＺ軸サーボ系２３を有し、図示は省略するが、必要に応じて主軸を回転させる主軸ドライバ等の複数の駆動系を有する。
【００１５】
加工プログラム３０は、図５に示す元形状１００に基づいてＣＡＭで生成されたプログラムであり、時系列的に読み込まれる一連の指令ブロック３０Ａで構成されている。この加工プログラム３０では、上述したように、図５の元形状１００を、図６に示すような指令形状１１０として表現している。
指令ブロック３０Ａには、経路情報３１、元形状情報３２、および速度情報３３が含まれている。本実施形態では、図２に示すように、複数のワードで構成された一行一行が指令ブロック３０Ａであり、一行の最初にはＮコードで表示されるシーケンス番号が設けられている。
このような指令ブロック３０Ａを構成する各情報３１〜３３について、図２を用いて、以下に詳述する。
【００１６】
経路情報３１は、所定の移動軌跡の指令を示す情報であり、直線補間、円弧補間および一時停止等の動作等の準備機能を指定するＧコードと、移動先の座標値あるいは現在位置からの移動量を表す寸法語Ｘ、Ｙとで構成されている。この経路情報３１により、図６の指令形状１１０が求められる。
速度情報３３は、送り速度を指定するＦコードから構成されており、指定された速度は、その指令ブロック３０Ａおよび次にＦコードが指令されるまでの各指令ブロック３０Ａの速度となる。
【００１７】
元形状情報３２は、所定の移動軌跡（指令形状１１０）の元形状１００の状態を示す情報であり、経路情報３１が直線補間であった場合、すなわちＧ０１であった場合、その直線が元形状１００において直線からなる部分１００Ａであるか、または曲線からなる部分１００Ｂであるかを示している。このような元形状情報３２は、モーダルデータであるＱコードから構成されている。
Ｑコードは、「０」のときに直線を指定し、「１」のときに曲線を指定しており、指定された状態（直線または曲線）は、その指令ブロック３０Ａおよび次にＱコードが指令されるまでの各指令ブロック３０Ａの状態となる。
このようなＱコードにより、Ｎ０１〜Ｎ０４までの指令ブロック３０Ａは、元形状１００の直線からなる部分１００Ａを表し、Ｎ０５〜Ｎ０９までの指令ブロック３０Ａは、元形状１００の曲線からなる部分１００Ｂを表していることが分かる。
なお、元形状情報３２および速度情報３３の加工プログラム３０への付加は、ＣＡＭで加工プログラム３０を生成する際、キーボード等のインターフェースから各情報３２，３３の内容（各コードや数値等）を入力することで行われる。
【００１８】
図１に戻って、数値制御装置１０は、解析部１１、形状評価部１２、曲線復元部１３、および分配部１４を備えている。
解析部１１は、読み込まれた加工プログラム３０について、各指令ブロック３０Ａごとに解析処理を行う。解析部１１では、各指令ブロック３０Ａ中のアドレスコード等の文字列が読み出され、経路情報３１からは軸移動量が、元形状情報３２からは元形状１００が直線であるか曲線であるかが、速度情報３３からは送り速度等が求められる。これら軸移動量の情報および元形状１００の直線または曲線情報は形状評価部１２に送られ、送り速度の情報は分配部１４に送られる。
【００１９】
形状評価部１２は、解析部１１からの解析情報に基づいて、図６に示す指令形状１１０を求め、この指令形状１１０は、軸移動量の情報から求められる。
ここで、各指令ブロック３０Ａにおいて、元形状１００が直線である場合、つまり元形状情報３２のＱコードが「０」である場合、求められた指令形状１１０（直線１１０Ａ）の情報が分配部１４に送られる。
一方、各指令ブロック３０Ａにおいて、元形状１００が曲線である場合、つまり元形状情報３２のＱコードが「１」である場合、求められた指令形状１１０（直線１１０Ｂ）の情報が曲線復元部１３に送られる。
【００２０】
曲線復元部１３は、形状評価部１２から送られた指令形状１１０（直線１１０Ｂ）の情報に基づいて、元形状１００の曲線からなる部分１００Ｂを復元して、図３に示す復元形状１３０を求めている。つまり、曲線復元部１３では、元形状１００が曲線で表現されかつ直線からなる移動軌跡（指令形状１１０）の情報のみを加工プログラム３０から抜き出して、指令形状１１０（直線１１０Ｂ）を曲線に復元していることになる。
このような復元形状１３０は、形状評価部１２から送られた指令形状１１０の直線１１０Ｂからなる部分を補間処理することで求められる。このようにして求められた復元形状１３０の情報は分配部１４に送られる。
【００２１】
分配部１４は、解析部１１から送られた送り速度の情報、形状評価部１２から送られた指令形状１１０（直線１１０Ａ）の情報、および曲線復元部１３から送られた復元形状１３０の情報をもとに、動作指令を工作機械２０のＸ、Ｙ、およびＺ軸サーボ系２１〜２３に対して出力する。
【００２２】
次に、上述した数値制御装置の動作について、図４に示されるフローチャートを用いて説明すると、以下のようになる。
数値制御装置１０に加工プログラム２０が与えられると、まず、解析部１１で加工プログラム２０を構成する複数の指令ブロック３０Ａについての解析処理を行う（Ｓ１）。
ついで、形状評価部１２で、軸移動量の情報をもとに指令形状１１０を求める（Ｓ２）とともに、元形状１００の直線または曲線情報において、曲線情報があるかどうか（元形状１００の曲線からなる部分１００Ｂの情報が含まれているかどうか）を判定する（Ｓ３）。
元形状１００の曲線からなる部分１００Ｂの情報が含まれていない場合、指令形状１１０の情報を分配部１４に出力して、分配部１４で、この情報に応じて各軸サーボ系２１〜２３に動作指令を分配する（Ｓ４）。
一方、元形状１００の曲線からなる部分１００Ｂの情報が含まれている場合、指令形状１１０の情報のうち、元形状１００が直線からなる部分１００Ａの情報を分配部１４に出力するとともに、元形状１００が曲線からなる部分１００Ｂの情報を曲線復元部１３に出力して、曲線復元部１３で指令形状１１０（直線１１０Ｂ）を補間処理して復元形状１３０を求める（Ｓ５）。この後、復元形状１３０の情報を分配部１４に出力し、分配部１４で、復元形状１３０の情報および形状評価部１２から送られた指令形状１１０（１１０Ａ）の情報に応じて各軸サーボ系２１〜２３に動作指令を分配する（Ｓ４）。
【００２３】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）経路情報３１に加えて、元形状１００の状態を示す元形状情報３２を含んで指令ブロック３０Ａを構成するとともに、これら経路情報３１および元形状情報３２から元形状１００を復元して、この復元形状１３０に応じた動作指令を工作機械２０に出力しているので、元形状１００をそのまま反映させた動作指令を工作機械２０に出力できる。つまり、経路情報３１のみに基づいて復元処理を行うのではなく、経路情報３１に加えて、元形状情報３２にも基づいて復元処理を行っているので、元形状１００により近い復元形状１３０を求めることができ、元形状１００を工作機械２０のたとえば図示しない工具の動作軌跡にそのまま反映できて、工作機械２０（工具等）の動作精度を高めることができる。
【００２４】
（２）指令形状１１０が求められる経路情報３１と、元形状１００が直線または曲線で表現されることを示す元形状情報３２とから元形状１００を復元しているので、従来のように、数値制御装置の推測によって、元形状１００の直線からなる部分１００Ａを曲線として復元してしまうことなく、元形状１００の曲線からなる部分１００Ｂのみを曲線として復元できる。これにより、元形状１００に忠実に基づいて復元形状１３０を求めることができて、工作機械２０の動作精度を確実に高めることができる。
【００２５】
（３）曲線復元部１３において、復元処理が必要な部分の情報、すなわち、元形状１００が曲線で表現される指令形状１１０（直線１１０Ｂ）の情報のみを加工プログラム３０から抜き出して元形状１００を復元しているので、復元処理のスピードアップを図ることができ、工作機械２０における加工時間を短縮できる。
【００２６】
（４）元形状情報３２をモーダルデータとしたので、加工プログラム３０を生成する際に、一連の指令ブロック３０Ａで元形状情報３１の内容が同一であれば、最初の指令ブロック３０Ａで一度指令しておくことで、その後に続く一連の指令ブロック３０Ａでその指令が保持されるため、再び指令する必要がなくなる。
このため、加工プログラム３０の生成作業を簡単にできるとともに、作業時間の短縮を図ることができる。
【００２７】
（５）加工プログラム３０は、ＣＡＭで生成されているため、工作機械２０で加工される図示しないワークの形状データから加工プログラム３０を生成でき、加工プログラム３０を生成作業を簡易にできるとともに、生成時間も短縮できる。
【００２８】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、元形状情報をＱコードから構成していたが、Ｐコード等の他のアドレスコードで構成してもよく、このような場合も本発明に含まれる。また、アドレスコードに続く数値において、前記実施形態では、直線を「０」、曲線を「１」として表現したが、いずれの数値で表現してもよい。
要するに、加工プログラム３０の元形状情報３２は、元形状１００の直線からなる部分１００Ａと、曲線からなる部分１００Ｂとの区別ができるように表現されればよい。
【００２９】
前記実施形態では、加工プログラム３０をＣＡＭで生成したが、必ずしもＣＡＭで生成する必要はなく、他の方法で生成してもよい。
前記実施形態では、制御対象として工作機械を挙げたが、本発明に係る制御対象がこれに限定されるものではなく、工業用ロボット等であってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、工作機械や工業用ロボット等の制御対象の動作精度を高めることができるできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシステムの構成を示す概略構成図である。
【図２】前記実施形態における加工プログラムの内容を示す図である。
【図３】前記実施形態における曲線復元部で求められた復元形状を示す図である。
【図４】前記実施形態における数値制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】元形状を示す図である。
【図６】指令形状を示す図である。
【図７】従来技術における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０数値制御装置
１３曲線復元部
２０制御対象である工作機械
３０指令プログラムである加工プログラム
３０Ａ指令ブロック
３１経路情報
３２元形状情報
１００元形状
１１０移動軌跡である指令形状
１３０復元形状

Claims

所定の指令プログラムを解読して制御対象を所定の移動軌跡に沿って移動させる動作指令を前記制御対象に出力する数値制御装置であって、
前記指令プログラムは、複数の指令ブロックを含んで構成され、
前記指令ブロックは、前記制御対象の理想的な移動軌跡である元形状を近似した移動軌跡である指令形状を示す経路情報を含むとともに、前記経路情報の元形状が直線か曲線かを示す元形状情報を含み、
前記経路情報および前記元形状情報を参照し、前記元形状情報が示す前記元形状が直線であれば前記経路情報を直線として動作指令を作成し、前記元形状情報が示す前記元形状が曲線であれば前記経路情報を曲線として前記元形状を復元して動作指令を作成し、作成した動作指令を前記制御対象に出力することを特徴とする数値制御装置。
請求項１に記載の数値制御装置において、
前記経路情報は、前記移動軌跡が直線の指令を示す情報を含み、
前記元形状情報は、前記直線の移動軌跡の元形状が直線か曲線かを示す情報であることを特徴とする数値制御装置。
請求項２に記載の数値制御装置において、
前記元形状が曲線を示しかつ前記移動軌跡が直線である情報のみを前記指令プログラムから抜き出すとともに、前記直線の移動軌跡を曲線に復元する曲線復元部を備えていることを特徴とする数値制御装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の数値制御装置において、
前記元形状情報は、モーダルデータであることを特徴とする数値制御装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の数値制御装置において、
前記指令プログラムは、ＣＡＭで生成されていることを特徴とする数値制御装置。