JP5911939B1 - 共通加減速制御部による任意ブロック間のオーバラップ機能を備えた数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工プログラムの実行において、各ブロックの加減速の設定によらず任意のブロック間でオーバラップが可能な数値制御装置を提供すること。【解決手段】数値制御装置１は、指令解析部１０の出力に基づいて補間処理を実行する補間器２０と、補間器２０が出力する補間パルスに対して指令等により異なる加減速制御パラメータに基づいて加減速制御処理を実行する加減速制御部３０と、加減速制御部３０が出力する速度パルスに対してオーバラップ用共通加減速制御パラメータに基づいて加減速制御処理を実行するオーバラップ用共通加減速制御部３２と、オーバラップ用共通加減速制御部３２が出力する速度パルスに基づいて駆動部を制御するサーボ制御部４０を備える。オーバラップ用共通加減速制御部３２は、共通したパラメータにより加減速制御処理を実行することにより、加減速設定が異なるブロック間でのオーバラップを可能とする。【選択図】図１

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に共通加減速制御部による任意ブロック間のオーバラップ機能を備えた数値制御装置に関する。

数値制御装置による加工プログラムの実行では、図５に示すように、加工プログラム等のＣＮＣ指令１００の各ブロックの移動指令を指令解析部１０により解析し、解析した結果得られた図示しない駆動部の移動に係る指令データに基づいて補間器２０により補間処理を実行し、補間処理により分配された補間パルスに対して加減速制御部３０により加減速処理をかけ、その結果に基づいてサーボ制御部４０でサーボモータなどの駆動部を制御する手法が一般に用いられている。また、大きな加速度により発生する振動などを抑えるために、図６に示すように複数の加減速制御部３０，３１を直列に設け、加減速処理を２段でかけて加速度を緩やか（ベル形加減速）にする手法も広く知られている。

数値制御装置による加工プログラムの実行の際に、連続したブロックの実行においては、現在実行中のブロックの移動指令の補間・加減速処理が終了した後、次のブロックの移動指令の補間・加減速処理を開始している。これに対して、現在実行中のブロックの移動指令の補間処理が終了した後、加減速処理の終了を待たずに次のブロックの移動指令の補間・加減速処理を開始する処理方法がある。この方法によると、２つのブロックの移動指令がオーバラップして出力されるため、加工プログラム通りの工具経路は得られないが、次ブロックの分配開始が早くなった分、加工時間の短縮が可能となる。

この方法でオーバラップする場合、オーバラップ中は前ブロックと次ブロックの加減速処理を同時に同一の加減速制御部で処理するために、オーバラップするブロックの加減速の設定が異なる場合はオーバラップできないという課題がある。このような課題に対して、図７に示すように複数の加減速制御部３０，３１を並列で設け、オーバラップ時は加減速制御部３０，３１を並列に実行することで課題を解決する従来技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の従来技術における加減速設定の異なる２ブロック間でのオーバラップ処理の例を説明する。図８は、早送り指令（Ｇ００）の加減速時定数がＴｒ、切削送り指令（Ｇ０１，Ｇ０２，Ｇ０３等）の加減速時定数がＴｃであり、いずれの加減速タイプも直線形加減速に設定されて数値制御装置１において、以下に示すプログラムＯ０００１に基づいて工作機械を制御し、Ｎ１０ブロックとＮ２０ブロックとをオーバラップした場合の、補間器２０、加減速制御部３０，３１の動作と、加減速制御部３０，３１の出力とのタイミングチャートである。
Ｏ０００１；
Ｎ１０ Ｇ００ Ｘ１００．；
Ｎ２０ Ｇ０１ Ｘ１５０． Ｆ５００．；
Ｍ３０；

はじめに、指令解析部１０において解析されたＮ１０ブロックの指令について、補間器２０で補間パルスの作成が開始される。加減速制御部３０は、設定に基づいて加減速時定数Ｔｒ、加減速タイプを直線形とし、補間器２０の出力に対して加減速制御処理をかけ、速度パルスを生成する。（図８＜１＞）。

補間器２０においてＮ１０ブロックの補間パルスの出力が完了する。この時、加減速制御部３０では、加減速制御を実行中である（図８＜２＞）。
オーバラップが開始されるタイミングで、指令解析部１０で解析されたＮ２０ブロックの指令について、補間器２０で補間パルスの作成を開始する。加減速制御部３１は、設定に基づいて加減速時定数Ｔｃ、加減速タイプを直線形とし、補間器２０の出力に対して加減速制御処理をかけ、速度パルスを出力する。このとき、加減速制御部３０では、Ｎ１０の補間パルスの加減速制御処理を実行中であり、サーボ制御部４０には、加算器５０で加算された加減速制御部３０と加減速制御部３１の合計の速度パルスが出力される（図８＜３＞）。

加減速制御部３０におけるＮ１０ブロックの補間パルスの加減速制御処理が完了すると、オーバラップは完了し、速度パルスは加減速制御部３１から出力されるＮ２０ブロックのみとなる（図８＜４＞）。

特開平０４−１６９９０７号公報

特許文献１に記載の技術では、上述したように複数の加減速制御部を用意することで、異なる加減速時定数、異なる加減速タイプのオーバラップを実現している。しかしながら、同じ指令タイプ（早送り、切削送りなど）でも指令速度によって加減速時定数や、直線、ベル形などの加減速タイプを変更する場合のように加減速の設定がブロック毎に複数ある場合、特許文献１に記載されるような複数の加減速制御部を設ける方法では、加減速の設定の数だけ加減速制御部を並列に実行できるように処理を追加する必要があり、加減速の種類が増えれば増えただけ処理は複雑化し、処理負荷も増加するという問題があった。また、資源も加減速の設定数に比例して必要になるため、実現が難しくなる。２ブロック間のオーバラップだけを考えれば２つの加減速制御部で設定を順次切換えることで実現可能だが、３ブロック以上のオーバラップが発生する状況をも考慮すると、加減速制御が２つでは不十分である。

そこで本発明の目的は、加工プログラムの実行において、各ブロックの加減速の設定によらず任意のブロック間でオーバラップが可能な数値制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、指令ブロックに基づいて生成された補間パルスに対して加減速制御を行う数値制御装置において、前記指令ブロックに対応する加減速設定に基づいて前記補間パルスに対して加減速制御処理をかけて第１の速度パルスを出力する加減速制御部と、前記指令ブロックに依存しないオーバラップ用共通加減速設定に基づいて前記第１の速度パルスに対して加減速制御処理をかけて第２の速度パルスを出力するオーバラップ用共通加減速処理部とを備え、前記オーバラップ用共通加減速処理部は、複数の前記指令ブロック間でオーバラップするように加減速制御処理をかける、ことを特徴とする数値制御装置である。

本願の請求項２に係る発明は、前記加減速設定は、加減速時定数設定、または加減速タイプ設定を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
本願の請求項３に係る発明は、前記加減速設定は、前記指令ブロックの指令タイプ、または前記指令ブロックの指令速度のいずれかに対応付けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置である。

本発明により、複数の加減速制御部を並列処理にする必要がないため、加減速の種類に制限を設けることなく、任意ブロックでオーバラップすることが可能となり、任意のブロック間でオーバラップできるため、加工時間が短縮される。

本発明の実施の形態における数値制御装置の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における加減速制御処理を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態における加減速制御処理を説明する図である。 本発明の第３の実施の形態における加減速制御処理を説明する図である。 従来技術における加減速制御をする数値制御装置の機能ブロック図である。 従来技術における２段階に加減速制御をする数値制御装置の機能ブロック図である。 従来技術における２つの加減速制御部を並列に用いた数値制御装置の機能ブロック図である。 従来技術における加減速設定の異なる２ブロック間でのオーバラップ処理を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。なお、従来技術と同一または類似する構成は同じ符号を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態における数値制御装置の機能ブロック図である。本発明の数値制御装置１は、指令解析部１０、補間器２０、加減速制御部３０、オーバラップ用共通加減速制御部３２、サーボ制御部４０を備える。

指令解析部１０は、ＣＮＣ指令１００に含まれる各指令ブロックを解析し、図示しない駆動部の移動に係る指令データを出力する。補間器２０は、指令解析部１０が出力する指令データに基づいて補間処理を実行し各補間周期に分配した補間パルスを生成する。

加減速制御部３０は、補間器２０が生成した補間パルスに対して、数値制御装置１が備えたメモリ（図示せず）上に設けられた加減速制御パラメータ領域６０に設定されている加減速制御パラメータに基づいて加減速制御処理をかけ、速度パルスを生成する。加減速制御パラメータには、加減速時定数や加減速タイプ（直線形、ベル形など）などの設定値が含まれており、加減速制御部３０が処理する補間パルスの基となった指令の指令タイプ（早送り、切削送りなど）や指令速度等に基づいて加減速制御パラメータ領域６０に動的に設定される。なお、加減速制御パラメータ領域６０に設定する加減速制御パラメータの基となる設定値については、あらかじめ数値制御装置１のメモリ（図示せず）内の設定領域などに指令タイプ（早送り、切削送りなど）や指令速度などと関連付けてテーブルに記憶したり、指令タイプ（早送り、切削送りなど）や指令速度などを引数とする関数などを用いて設定されており、当該設定に基づいて加減速制御パラメータ領域６０の加減速設定パラメータが設定される。

オーバラップ用共通加減速制御部３２は、加減速制御部３０が生成した速度パルスに対して、数値制御装置１が備えたメモリ（図示せず）上に設けられたオーバラップ用共通加減速制御パラメータ領域６２に設定されているオーバラップ用共通加減速制御パラメータに基づいてオーバラップ用共通加減速制御処理をかけ、速度パルスを生成する。オーバラップ用共通加減速制御パラメータには、加減速時定数や加減速タイプ（直線形、ベル形など）などの設定値が含まれており、オーバラップ用共通加減速制御部３２が処理する速度パルスの基となった指令の指令タイプ（早送り、切削送りなど）や指令速度に依存せず共通のパラメータとしてあらかじめ決定され、オーバラップ用共通加減速制御パラメータ領域６２に設定されている。

サーボ制御部４０は、オーバラップ用共通加減速制御部３２が出力した速度パルスに基づいてサーボモータなどの駆動部を制御する。
以上の構成を備えた数値制御装置１において、加減速設定の異なる２ブロック間でのオーバラップを行う例を以下に示す。

＜第１の実施の形態：加減速設定の異なる２ブロック間でのオーバラップ＞
本実施の形態では、加減速設定が異なる２つのブロックの間でオーバラップを行う例を示す。図２は、早送り指令（Ｇ００）の加減速時定数がＴｒ’、切削送り指令（Ｇ０１，Ｇ０２，Ｇ０３等）の加減速時定数がＴｃ’であり、いずれの加減速タイプも直線形加減速に設定されており、また、オーバラップ用共通加減速制御パラメータのオーバラップ用共通加減速時定数がＴｏｖに設定されている場合の数値制御装置１において、以下に示すプログラムＯ０００１に基づいて工作機械を制御し、Ｎ１０ブロックとＮ２０ブロックとをオーバラップした場合の、補間器２０、加減速制御部３０，オーバラップ用共通加減速制御部３２の動作と、オーバラップ用共通加減速制御部３２の出力とのタイミングチャートである。
Ｏ０００１；
Ｎ１０ Ｇ００ Ｘ１００．；
Ｎ２０ Ｇ０１ Ｘ１５０． Ｆ５００．；
Ｍ３０；

はじめに、指令解析部１０において解析されたＮ１０ブロックの指令について、補間器２０で補間パルスの作成が開始される。この時、加減速制御パラメータ領域６０に設定されている加減速制御パラメータには、加減速時定数Ｔｒ’、加減速タイプを直線形が設定される。加減速制御部３０は、加減速制御パラメータ領域６０に設定されている加減速制御パラメータに基づいて、加減速時定数Ｔｒ’、加減速タイプを直線形とし、補間器２０の出力に対して加減速制御処理をかけ、速度パルスを生成する（図２＜１＞）。

さらに、加減速制御部３０から出力された速度パルスを、オーバラップ用共通加減速制御部３２で加減速制御し、速度パルスを出力する。オーバラップ用共通加減速制御部３２は、オーバラップ用共通加減速制御パラメータ領域６２に設定されているオーバラップ用加減速制御パラメータに基づいて加減速時定数Ｔｏｖ、加減速タイプを直線形とし、加減速制御部３０の出力に対して加減速制御処理をかける。直線形加減速の２段に組合わされることにより、加減速制御部全体としてはベル形加減速として動作する（図２＜１＞）。

補間器２０においてＮ１０ブロックの補間パルスの出力が完了する。この時、加減速制御部３０はＮ１０ブロックの補間パルスに対して、また、オーバラップ用共通加減速制御部３２は加減速制御部３０が出力するＮ１０ブロックの速度パルスに対して、共に加減速制御を実行中である（図２＜２＞）。

加減速制御部３０においてＮ１０ブロックの補間パルスの加減速制御が完了する。この時、オーバラップ用共通加減速制御部３２は加減速制御部３０が出力するＮ１０ブロックの速度パルスに対して加減速制御を実行中である。加減速制御部３０のＮ１０ブロックの補間パルスに対する加減速制御が完了したので、加減速制御パラメータ領域６０の加減速制御パラメータの設定を、加減速時定数Ｔｃ’、加減速タイプ直線形へと変更する（図２＜３＞）。

次に、指令解析部１０で解析されたＮ２０ブロックの指令について、補間器２０で補間パルスの作成を開始する。加減速制御部３０は、加減速制御パラメータ領域６０に設定された加減速制御パラメータに基づいて、加減速時定数Ｔｃ’、加減速タイプを直線形として、補間器２０より出力された補間パルスを加減速制御し、速度パルスを出力する。この時、オーバラップ用共通加減速制御部３２の加減速制御処理に用いるバッファ（図示せず）上に、Ｎ１０ブロックとＮ２０ブロックの速度パルスが連続して記憶されるので、これら速度パルスに対してまとめて加減速制御がかけられ、サーボ制御部４０にはＮ１０ブロックとＮ２０ブロックに基づく速度パルスが混ぜ合わされて出力される（図２＜３＞）。

オーバラップ用共通加減速制御部３２におけるＮ１０ブロックの速度パルスの加減速制御処理が完了すると、オーバラップは完了し、Ｎ２０ブロックの速度パルスに対する加減速処理が継続される（図２＜４＞）。

＜第２の実施の形態：加減速設定の異なる３ブロック間のオーバラップ＞
第１の実施の形態においては、加減速設定の異なる２ブロック間でオーバラップが為される例を説明したが、本実施の形態では加減速設定が異なる３つのブロックの間でオーバラップを行う例を示す。図３は、早送り指令（Ｇ００）、機械座標指令での早送り（Ｇ５３）、切削送り指令（Ｇ０１，Ｇ０２，Ｇ０３等）の加減速時定数がそれぞれ異なる値に設定されている場合の数値制御装置１において、以下に示すプログラムＯ０００２に基づいて工作機械を制御し、Ｎ１０ブロック、Ｎ２０ブロック、Ｎ３０ブロックがオーバラップした場合の、補間器２０、加減速制御部３０，オーバラップ用共通加減速制御部３２の動作と、オーバラップ用共通加減速制御部３２の出力とのタイミングチャートである。
Ｏ０００２；
Ｎ１０ Ｇ００ Ｘ１００．；
Ｎ２０ Ｇ５３ Ｘ１２０．；
Ｎ３０ Ｇ０１ Ｘ１５０． Ｆ５００．；
Ｍ３０；

プログラムＯ００００２においては、Ｎ２０ブロックの実行時間が極端に短いものとする。Ｎ２０ブロックの実行時間が極端に短い場合、オーバラップ用共通加減速制御部３２においてＮ１０ブロックの速度パルスに加減速制御をかける間に、Ｎ２０ブロックの速度パルス、Ｎ３０ブロックの速度パルスが連続してバッファリングされるため、Ｎ１０ブロック、Ｎ２０ブロック、Ｎ３０ブロックの３ブロック間でオーバラップする。
なお、従来技術では３ブロック間オーバラップに対応する場合、並列実行する加減速制御部を３つに増やす必要がある。オーバラップは原理的には何ブロックでも可能なので、加減速の種類数だけ加減速制御部を増やす必要がある。これに対して、本発明では、加減速制御部を増やす必要はなく、何ブロックでもオーバラップすることができる。

はじめに、指令解析部１０において解析されたＮ１０ブロックの指令について、補間器２０で補間パルスの作成を開始する。この時、加減速制御パラメータ領域６０にはＧ００指令用の加減速制御パラメータが設定される。加減速制御部３０は、加減速制御パラメータ領域６０に設定されている加減速制御パラメータ（Ｇ００用）に基づいて、補間器２０の出力に対して加減速制御をかけ、速度パルスを生成する（図３＜１＞）

さらに、加減速制御部３０から出力されたパルスを、オーバラップ用共通加減速制御部３２で加減速制御し、速度パルスを出力する。オーバラップ用共通加減速制御部３２は、オーバラップ用共通加減速制御パラメータ領域６２に設定されている任意のブロック間で共通のオーバラップ用加減速制御パラメータに基づいて加減速制御部３０の出力に対して加減速制御処理をかける（図３＜１＞）。

補間器２０においてＮ１０ブロックの補間パルスの出力が完了する。この時、加減速制御部３０はＮ１０ブロックの補間パルスに対して、また、オーバラップ用共通加減速制御部３２は加減速制御部３０が出力するＮ１０ブロックの速度パルスに対して、共に加減速制御を実行中である（図３＜２＞）。

加減速制御部３０においてＮ１０ブロックの補間パルスの加減速制御が完了する。この時、オーバラップ用共通加減速制御部３２は加減速制御部３０が出力するＮ１０ブロックの速度パルスに対して加減速制御を実行中である。加減速制御部３０のＮ１０ブロックの補間パルスに対する加減速制御が完了したので、加減速制御パラメータ領域６０の加減速制御パラメータの設定を、Ｇ５３用の加減速設定へと変更する（図３＜３＞）。

次に、指令解析部１０で解析されたＮ２０ブロックの指令について、補間器２０で補間パルスの作成を開始する。加減速制御部３０は、加減速制御パラメータ領域６０に設定された加減速制御パラメータ（Ｇ５３用）に基づいて、補間器２０より出力された補間パルスを加減速制御し、速度パルスを出力する。この時、オーバラップ用共通加減速制御部３２の加減速制御処理に用いるバッファ（図示せず）上に、Ｎ１０ブロックとＮ２０ブロックの速度パルスが連続して記憶されるので、これら速度パルスに対してまとめて加減速制御がかけられ、サーボ制御部４０にはＮ１０ブロックとＮ２０ブロックに基づく速度パルスが混ぜ合わされて出力される（図３＜４＞）。

さらに、オーバラップ用共通加減速制御部３２におけるＮ１０ブロックの補間パルスの加減速制御が完了する前に、加減速制御部３０におけるＮ２０ブロックの補間パルスに対する加減速制御が完了した場合、Ｎ３０ブロックの補間パルスに対する加減速制御の実行が開始される。この時、オーバラップ用共通加減速制御部３２の加減速制御処理に用いるバッファ（図示せず）上には、加減速制御部３０が出力したＮ１０ブロック、Ｎ２０ブロック、Ｎ３０ブロックの速度パルスが連続して記憶されるので、これら速度パルスに対してまとめて加減速制御がかけられ、サーボ制御部４０にはＮ１０ブロック、Ｎ２０ブロック、Ｎ３０ブロックに基づく速度パルスが混ぜ合わされて出力される（図３＜５＞）。

オーバラップ用共通加減速制御部３２におけるＮ１０ブロックの速度パルスの加減速制御処理が完了すると、Ｎ２０ブロック、Ｎ３０ブロックの速度パルスに対するオーバラップされた加減速処理が継続され（図３＜６＞）、その後Ｎ２０ブロックの速度パルスの加減速制御処理が完了すると、オーバラップは完了し、Ｎ３０ブロックの速度パルスに対する加減速処理が継続される（図３＜７＞）。

＜第３の実施の形態：適用前と適用後で全体の時定数を変更しないオーバラップ＞
第１、第２の実施の形態においては、本発明のオーバラップした加減速制御処理の例を示したが、本実施の形態では、例えば図５に示すような一般的な加減速制御を行う数値制御装置に対して本発明を適用する場合において、本発明を適用する前の加減速制御における時定数と比較して、全体の時定数を変更しないようにオーバラップさせる時定数の設定方法について説明する。本発明を適用するに際して、本発明の適用前の設定に対し、オーバラップ用共通加減速制御パラメータの時定数にオーバラップさせたい時間だけ割り振るように設定することにより、全体の時定数を変更することなくオーバラップ時間を指定することができる。

図４は、適用前と適用後で全体の時定数を変更しないオーバラップ時定数の設定を説明する図である。図４において上に示されているグラフは、本発明の適用前における早送りと切削送りの加減速制御後の速度パルスの出力を示すグラフであり、図においては適用前の早送り（Ｇ００）の加減速時定数がＴｒ、切削送り（Ｇ０１，Ｇ０２，Ｇ０３等）の加減速時定数がＴｃ、いずれも加減速タイプが直線形加減速に設定されているものとする。

ここで、本発明を適用し、図１に示すような構成を持つ数値制御装置とする際、加減速制御パラメータとして設定される、早送り（Ｇ００）の加減速時定数をＴｒ’、切削送り（Ｇ０１，Ｇ０２，Ｇ０３等）の加減速時定数がＴｃ’、いずれも加減速タイプが直線形加減速に設定されるものとし、オーバラップ用共通加減速制御パラメータ領域６２に設定されるオーバラップ用共通加減速パラメータの時定数をＴｏｖとすると、以下の数１式を満たすようにＴｒ’とＴｃ’を設定することにより、図４下に示すグラフのように速度パルスが出力され、早送り指令（Ｇ００）と切削送り指令（Ｇ０１，Ｇ０２，Ｇ０３等）との実質的な時定数を変えることなく、オーバラップされた分Ｔｏｖだけ全体の時間が短縮され、適用前と適用後で全体の時定数を変更しないようにオーバラップさせることができる。

１ 数値制御装置
１０ 指令解析部
２０ 補間器
３０，３１ 加減速制御部
３２ オーバラップ用共通加減速制御部
４０ サーボ制御部
５０ 加算器
６０ 加減速制御パラメータ領域
６２ オーバラップ用共通加減速制御パラメータ領域
１００ ＣＮＣ指令

Claims (3)

1. 指令ブロックに基づいて生成された補間パルスに対して加減速制御を行う数値制御装置において、
   前記指令ブロックに対応する加減速設定に基づいて前記補間パルスに対して加減速制御処理をかけて第１の速度パルスを出力する加減速制御部と、
   前記指令ブロックに依存しないオーバラップ用共通加減速設定に基づいて前記第１の速度パルスに対して加減速制御処理をかけて第２の速度パルスを出力するオーバラップ用共通加減速処理部とを備え、
   前記オーバラップ用共通加減速処理部は、複数の前記指令ブロック間でオーバラップするように加減速制御処理をかける、
   ことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記加減速設定は、加減速時定数設定、または加減速タイプ設定を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記加減速設定は、前記指令ブロックの指令タイプ、または前記指令ブロックの指令速度のいずれかに対応付けられている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置。

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