JP6017509B2 - 運転停止時に送り速度を円滑に変更する数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に高速サイクル加工運転の停止時に送り速度を円滑に変更する数値制御装置に関する。

数値制御装置（ＣＮＣ）において、周期動作を繰返し実行するための高速サイクル加工の技術がある。高速サイクル加工を行うためには、加工形状を高速サイクル加工データに変換して数値制御装置内の変数領域に格納しておき、ＮＣプログラム指令により高速サイクル加工データを呼び出し、高速サイクル加工データから実行周期ごとの指令データである移動量を読み出して高速サイクル加工を実行している。

図８は、従来技術における高速サイクル加工データの例である。図８に示すように、高速サイクル加工データは、ヘッダーと移動量で構成されており、ヘッダーにおいて、サイクルの繰返し回数、移動量のデータ数、移動量の開始番号が定義され、軸毎にヘッダーで指定された数の移動量が用意される。
また、図９は移動量と移動量を複数集めて作成される１サイクル分のサイクルデータとの関係を、加工機の制御軸の移動量と時間とのグラフを用いて表している。

このような高速サイクル加工に関する従来技術として、同じ動作を繰返し実行し周期動作を行う高速サイクル加工の移動量とＮＣプログラム指令を重畳させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

高速サイクル加工中にリセット／フィードホールド／インタロックのいずれかを行うと、高速サイクル加工の実行は中断されるが、高速サイクル加工は指令に忠実な動作を実現するために補間後加減速を行わないため、実行中断時には駆動軸は即時停止する。そのため、高速サイクル加工中に加工の中断を行う際には、機械のショックや加工誤差を抑えるために、以下の２つのいずれかの手法が必要となる。
●手法１：減速停止の高速サイクル加工データを用意し、そのサイクルを実行し減速停止した後にリセット／フィードホールド／インタロックの状態とする。
●手法２：オーバライドをラダープログラムで微小な量ずつ減らし、減速停止した後にリセット／フィードホールド／インタロックの状態とする。
図１０は、上記手法１の減速停止の高速サイクル加工データを実行した場合における速度と時間のグラフを表している。

上記手法２のオーバライドとは、入力信号によりプログラムの指令速度の倍率（％）を指定することにより、送り速度を変更する機能である。入力信号で指定したオーバライドから指令速度に対して乗算することによって実際の送り速度を得るための実オーバライドを計算し、実オーバライドを指令速度に乗算して送り速度を算出する。オーバライドにより実オーバライドを変化させる周期は、信号の入力周期（例えば４ｍｓｅｃ）であり補間周期（例えば１ｍｓｅｃ）に比べて長くなる。

特開２０１０−００９０９４号公報

上記手法１の減速停止の高速サイクル加工データを実行する場合、各加工の速度や加減速時の速度から減速停止するために多くの高速サイクル加工データを用意する必要があり、また各軸で同期を保った状態で減速停止する必要がある。そのため、高速サイクル加工データの容量が増大し、また高速サイクル加工データ作成の負担も増えるという問題があった。

上記手法２のオーバライドをラダープログラムで微小な量ずつ減らす場合、減速停止の高速サイクル加工データが不要であるため高速サイクル加工データの容量が削減でき、また高速サイクル加工データ作成の負担も軽減することができる。しかしながら、オーバライドにより実オーバライドを変化させる周期は、信号の入力周期（例えば４ｍｓｅｃ）であり補間周期（例えば１ｍｓｅｃ）に比べて長いため、減速停止にかかる時間と距離が延びる、もしくはオーバライドの１回の変化量が大きくなるという問題や、ラダープログラム作成の負担がかかるという問題があった。
図１１は減速停止の高速サイクル加工データを実行する場合とオーバライドを変化させる場合で同じ変化量ずつ送り速度を変化させる例である。

また、歯車研削盤やクランクピン研削盤の場合、周期動作の途中で高速サイクル加工を中断すると、砥石とワークが干渉しないように同期を保った状態で加工開始位置へ復旧させる必要があるため、運転再開するまでに多くの時間を要するという問題があった。

そこで本発明の目的は、高速サイクル加工中の減速停止においてラダープログラムの作成や高速サイクル加工データの容量増加をせずとも周期動作の特定の位置で短時間で滑らかに減速停止させることができる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、高速サイクル加工中に加工中断に係る指令を受けて制御対象となる工作機械の軸の減速停止制御を行う数値制御装置において、オーバライドを取得するオーバライド入力手段と、前記オーバライド入力手段が取得したオーバライドに基づいて、補間周期毎に段階的に減少する実オーバライドを算出する減速停止オーバライド変更手段と、前記減速停止オーバライド変更手段により算出された実オーバライドに基づいて、前記軸の減速停止制御を行う速度演算手段と、を備えた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、前記減速停止オーバライド変更手段は、高速サイクル加工の周期動作の特定の位置で前記軸が減速停止するように実オーバライドを算出する、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。

本発明により、高速サイクル加工中にリセット／フィードホールド／インタロックのいずれかの操作を行ったときの減速停止において、減速停止の高速サイクル加工データや、オーバライドを微小な量ずつ減らすラダープログラムを作成する負担が無くなり、また、高速サイクル加工データの容量は増加せずに、短時間で滑らかに減速停止させることができる。更に、必要に応じて周期動作の特定の位置で停止することにより、減速停止後の運転再開に要する時間を短縮することができる。

本発明の高速サイクル加工中の減速停止の概念を説明する図である。 本発明における最後の移動量データで停止する時の移動量と時間のグラフである。 本発明の実施の形態における数値制御装置の概略ブロック図である。 本発明の実施の形態と従来技術との、高速サイクル加工中の減速停止時の速度制御と違いを説明する図である。 本発明の実施の形態における減速停止時の実オーバライドの算出方法を説明する図である。 本発明の実施の形態における減速停止位置を制御する手法を説明するグラフである。 本発明の実施の形態における減速停止処理のフローチャートである。 高速サイクル加工データの例を示す図である。 高速サイクル加工における加工機の制御軸の移動量と時間とのグラフを用いて表しているグラフである。 従来技術における減速停止用の高速サイクル加工データを用いた減速停止制御を説明する図である。 従来技術におけるオーバライドを用いた減速停止制御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。最初に本発明の高速サイクル加工中の減速停止機能の概要を説明する。
本発明の高速サイクル加工中の減速停止機能を実装した数値制御装置は、高速サイクル加工中にリセット／フィードホールド／インタロックのいずれかの操作が行われた場合に、図１に示すように、あらかじめ指定した減速時間で実オーバライドを０％になるまで補間周期ごとに段階的に変化させる。実オーバライドを信号の入力周期ではなく補間周期で変更することによって、短時間で滑らかに減速停止する。

また、本発明の高速サイクル加工中の減速停止機能を実装した数値制御装置は、リセット／フィードホールド／インタロックのいずれかの操作が行われた場合、即時減速停止するのではなく、必要に応じて周期動作の特定の位置で停止するように数値制御装置が減速停止を実行する。図２は、本発明の高速サイクル加工中の減速停止機能を実装した数値制御装置において、最後の移動量データで停止する時の移動量と時間のグラフを表している。

図３は、本発明の一実施の形態における数値制御装置の概略ブロック図である。数値制御装置１００は、指令プログラム解析手段１１０、速度演算手段１２０、補間手段１３０、補間後加減速手段１４０、サーボモータ制御部１５０、高速サイクル加工データ取得手段１６０、オーバライド入力手段１７０、減速停止オーバライド変更手段１８０を備えている。
数値制御装置１００は、ＮＣプログラム指令による加工の場合、指令プログラム解析手段１１０でＮＣプログラムを解析し指令速度を取得し、速度演算手段１２０で補間周期ごとに送り速度を演算し、送り速度に基づいて補間手段１３０で補間し、補間後加減速手段１４０で加減速を行い、サーボモータ制御部１５０を介してサーボモータ２００を駆動し、ワークと工具を相対的に移動させる。

一方、高速サイクル加工の場合、図３の太線矢印のように、指令プログラム解析手段１１０において高速サイクル加工データ取得手段１６０から高速サイクル加工データを取得し、速度演算手段１２０で送り速度を演算し送り速度を高速サイクル加工データに乗算し、補間手段１３０と補間後加減速手段１４０は介さずに、直接サーボモータ２００を駆動制御するサーボモータ制御部１５０に出力し、ワークと工具を相対的に移動させる。

従来の送り速度の算出では、指令プログラム解析手段１１０で指令速度を取得し、オーバライド入力手段１７０でオーバライドを取得し、速度演算手段１２０において信号の入力周期でオーバライドをそのまま実オーバライドに設定し補間周期で指令速度と実オーバライドを乗算して送り速度を算出する。

これに対して、本発明の送り速度の算出は、指令プログラム解析手段１１０で指令速度を取得し、オーバライド入力手段１７０でオーバライドを取得し、リセット／フィードホールド／インタロックのいずれかであれば減速停止オーバライド変更手段１８０で現在のオーバライドから０％までをあらかじめ指定された時間で段階的に変化させて実オーバライドとして出力し、速度演算手段１２０において補間周期で減速停止オーバライド変更手段１８０の実オーバライドを取得し、補間周期で指令速度と実オーバライドを乗算して送り速度を算出する。本発明の減速停止オーバライド変更手段１８０は速度演算手段１２０に属する。

このような構成を備えた本実施の形態の数値制御装置１００において、高速サイクル加工中にリセット／フィードホールド／インタロックのいずれかの操作が行われた場合の速度制御について説明する。
図４は信号の入力周期（ＣＹＣ_s）が４ｍｓｅｃで、補間周期（ＣＹＣ_p）が１ｍｓｅｃで、リセット後に減速時間（Ｔ_s）で減速停止する場合、従来技術と本実施の形態の数値制御装置における、オーバライド（入力されるオーバライド値）／実オーバライド（実際の速度制御に用いられるオーバライド値）の時間的変化をグラフで示した図である。

図４（ａ）に示す、従来技術におけるラダープログラムによりオーバライドを微小な量ずつ減らして減速する場合、実オーバライドが信号の入力周期（ＣＹＣ_s）で変化するため、ラダープログラムで設定したオーバライドがそのまま実オーバライドとなる。
これに対して、図４（ｂ）に示す本実施の形態の数値制御装置の場合、減速停止オーバライド変更手段１８０が実オーバライドを補間周期で計算することで、実オーバライド（ＯＶＲ_p）が補間周期（ＣＹＣ_p）で細かく変化するため、従来技術と比較して、より滑らかに減速停止することがわかる。

本実施の形態の数値制御装置１００が備える減速停止オーバライド変更手段１８０は、図５に示すように、パラメータや加工プログラムなどによりあらかじめ指定されている減速時間Ｔ_Sで、実オーバライドを開始実オーバライド（ＯＶＲ₀）から０％へ補間周期ごとに段階的に変化させる。これにより、減速停止の高速サイクル加工データやオーバライドを微小な量ずつ減らすラダープログラムの作成は不要となる。
あらかじめ設定されている減速時間Ｔ_sの時間内において、ある補間周期の時刻Ｔ_pにおける実オーバライドＯＶＲ_pは数１式で表される。なお、ＯＶＲ_pの最小値は０となる。

なお、フィードホールドやインタロックで減速停止した後の運転再開のおいても、減速時間Ｔ_sで実オーバライドを０％から開始実オーバライド（ＯＶＲ₀）へ補間周期ごとに段階的に変化させることにより、滑らかに加速させることができる。

また、本実施の形態の数値制御装置１００が備える減速停止オーバライド変更手段１８０は、必要に応じて周期動作の特定の位置、例えば周期動作の１周期分の動作が終了するタイミングなどで丁度減速停止するように減速開始のタイミングを調整する。

実オーバライドが１００％であれば１つの高速サイクル加工データを１回の実行周期で実行する。また実オーバライドが５０％であれば１つの高速サイクル加工データを２回の実行周期で実行する。そのため、実オーバライドから実行周期１回あたりの実行データ数を算出する。例えば実オーバライドが５０％であれば、実行周期１回あたりの実行データ数は０．５となる。１つの高速サイクル加工データの実行周期（ＣＹＣ_h）はパラメータで変更できるため、ある補間周期（ＣＹＣ_p）における１回の実行データ数（Ｄ_p）は数２式で表される。

減速時間Ｔ_Sの時間内における実行データ数（Ｄ_p）の総和は、高速サイクル加工データの減速停止データ数（Ｄ_n）となる。減速停止データ数（Ｄ_n）の小数点以下のデータは切り上げる。実オーバライドが補間周期（ＣＹＣ_p）ごとに７５％→５０％→２５％→０％と変化する時、実行データ数（Ｄ_p）は０．７５→０．５→０．２５→０．０となる。実行データ数（Ｄ_p）の総和は１．５であるため、減速停止データ数（Ｄ_n）は２となる。
本実施の形態の減速停止オーバライド変更手段１８０は、図６に示すように、リセットがかかった時点において即時減速運転を開始せず、周期動作の残りデータ数が減速停止データ数（Ｄ_n）となったときに減速を開始することにより、周期動作の最後の移動量データで減速停止する。

図７は、高速サイクル加工中にリセット／フィードホールド／インタロックのいずれかの操作が行われた場合、実オーバライドを０％になるまであらかじめ指定した時間で段階的に変更する減速停止オーバライド変更手段１８０のフローチャートである。本処理は補間周期毎に速度演算手段１２０から呼び出される。

本処理が実行される条件は以下の通りである。
条件１：減速停止完了フラグをＦ_cとする。（初期状態、リセット状態はＦ_c＝０）
条件２：減速停止中フラグをＦ_eとする。（初期状態、リセット状態はＦ_e＝０）
条件３：本処理が呼び出されたときの補間周期の時刻をＴ_pとする。
条件４：時刻Ｔ₀でリセット／フィードホールド／インタロックのいずれかの操作が行われた場合、実オーバライドを０％になるまであらかじめ指定した時間で段階的に変化させる。

●［ステップＳＡ０１］減速停止完了フラグＦ_cがセットされている（１が設定されている）か否かを判定する。減速停止完了フラグＦ_cがセットされている場合には今周期の本処理を終了し、そうでない場合にはステップＳＡ０２へ進む。
●［ステップＳＡ０２］減速停止中フラグＦ_eがセットされている（１が設定されている）か否かを判定する。減速停止中フラグＦ_eがセットされている場合にはステップＳＡ０５へ進み、そうでない場合にはステップＳＡ０３へ進む。
●［ステップＳＡ０３］リセット、フィードホールドまたはインタロックを指令する操作が行われたか否かを判定する。操作が行われた場合にはステップＳＡ０４へ進み、行われていない場合には今周期の本処理を終了する。

●［ステップＳＡ０４］減速停止のための各変数の値を初期化する。減速開始時刻Ｔ₀を補間周期の時刻Ｔ_pとし、現在のオーバライドをオーバライド入力手段１７０から取得して実オーバライドＯＶＲ₀として設定する。また、減速停止中フラグＦ_eをセットする。
●［ステップＳＡ０５］Ｔ_pの実オーバライドＯＶＲ_pを数１式で計算する。
●［ステップＳＡ０６］ＯＶＲ_pが０以下であるか否かを判定する。０以下の場合にはステップＳＡ０７へ進み、そうでない場合は今周期の本処理を終了する。
●［ステップＳＡ０７］減速停止の完了処理を行う。実オーバライドＯＶＲ_pを０に設定し、減速停止中フラグＦ_eをリセット、減速停止完了フラグＦ_cをセットして、今周期の本処理を終了する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより、その他の態様で実施することができる。例えば、上記実施の形態では周期動作の１周期分の動作が終了するタイミングにおいて丁度減速停止するように減速開始のタイミングを調整する例を示したが、周期動作の特定の位置を加工プログラムやオペレータの操作により予め設定しておき、該設定された周期動作の特定の位置で停止するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では減速時間Ｔ_sはあらかじめ設定された値であることを述べているが、減速時間Ｔ_Sの代わりに減速時のオーバライド変化率Ｒ_Sで設定してもよい。この場合加工中断された時のオーバライドＯＶＲ₀とあらかじめ設定されたオーバライド変化率Ｒ_Sから、減速時間Ｔ_SはＯＶＲ₀／Ｒ_Sと計算されるため、このＴ_Sから上記実施の形態と同様に計算することができる。

１００ 数値制御装置
１１０ 指令プログラム解析手段
１２０ 速度演算手段
１３０ 補間手段
１４０ 補間後加減速手段
１５０ サーボモータ制御部
１６０ 高速サイクル加工データ取得手段
１７０ オーバライド入力手段
１８０ 減速停止オーバライド変更手段
２００ サーボモータ

Claims (2)

1. 同じ動作を繰返し実行する周期動作を用いてワークまたは工具を移動させて加工するときに加工中断に係る指令を受けて制御対象となる工作機械の軸の停止制御を行う数値制御装置において、
   オーバライドを取得するオーバライド入力手段と、
   前記オーバライド入力手段が取得したオーバライドに基づいて、補間周期毎に段階的に減少する実オーバライドを算出する減速停止オーバライド変更手段と、
   前記実オーバライドに基づいて、前記軸の減速停止制御を行う速度演算手段と、
   を備えたことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記減速停止オーバライド変更手段は、周期動作の特定の位置で前記軸が減速停止するように前記実オーバライドを算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。