JPH03246605A - 数値制御装置の送り速度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、数値制御装置の送り速度制御方法に関し、特
に補間前加減速の使用の有無によってフィードフォワー
ドゲインを切り換えるようにした数値制御装置の送り速
度制御方法に関する。

〔従来の技術〕

数値制御装置（ＣＮＣ）では、加工プログラムをブロッ
ク単位で実行しやすい形にあらかじ約処理（前処理）し
ておき、そのデータをもとにパルス分配（補間）を行っ
ている。このようなＣＮＣでは通常、急激な速度変化に
よる機械へのショック等を防ぐため、補間後の分配パル
スをある時定数でなまらせる補間後月減速か、接線方向
の送り速度を徐々に変化させる補間重加減速、またはそ
の両方が使用されている。

補間重加減速は接線方向の送り速度に加減速をかけるた
め加工誤差が生じないという利点があるが、コーナ部で
は軸毎にみると急激な速度変化が生じるため、コーナ部
で自動的に減速する機能等を使用しなければならないの
で、減速した分だけサイクルタイムが長くなるという欠
点がある。すなわち、高精度での加工であるが、加工時
間が長い。

これに対して、補間後月減速を使用した場合には、加工
誤差が生じるものの、コーナ部では軸毎に加減速がおこ
なわれるので、特に減速しなくてもなめらかに加工が行
われる。すなわち、加工精度は高くないが、加工速度は
早い。

従来は補間前月減速中もそうでないときも同一の補間後
月減速の時定数が使用されるため、補間前月減速中の精
度を重視して、補間後月減速の時定数を小さく設定する
と、補間重加減速を、使用しないときの機械へのショッ
クが大きくなる。

逆に、補間重加減速を使用しないときは充分なめらかな
加減速が行われるように、補間後月減速の時定数を大き
く設定すると、補間重加減速を使用しても精度の高い加
工が行えなくなる。

そこで、本出願人は平成２年１月２５日出願の発明の名
称を「数値制御装置の送り速度制御方法」とする出願に
おいて、補間重加減速が指令されている場合とそうでな
い場合で、補間後月減速の時定数を切り換える方法を提
案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、補間重加減速の使用の有無によって、補間後月減
速の時定数を切り換えても、サーボ系の遅れにより加工
誤差が生じる。このようなサーボ系の遅れに対しては、
これを減らすためにフィードフォワード制御方法が使用
されている。

しかし、従来のフィードフォワードゲインは、位置制御
ループ、速度制御ループとも固定である。

この結果、フィードフォワードゲインが大きいと加工精
度は向上するが、機械へのショックは大きく、逆に小さ
くするとサーボ系の遅れによる誤差が大きくなり加工精
度が低下する。

従って、補間後月減速の時定数のみ切り換えても、かな
らずしも加工ごとの精度、あるいは加工速度の目的にか
なうものではなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、補
間重加減速の使用の有無によってフィードフォワードゲ
インも切り換えるようにした数値制御装置の送り速度制
御方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、数値制御装置の
送り速度制御方式において、補間重加減速を使用する時
と、補間重加減速を使用しないときで、フィードフォワ
ードゲインを切り換えることを特徴とする数値制御装置
の送り速度制御方法が、提供される。

〔作用〕

プログラムまたはパラメータで補間重加減速が指令され
ている場合とそうでないときに、フィードフォワードゲ
インを切り換える。補間重加減速を使用したときは、高
精度の加工が可能になる。

また、補間重加減速を使用しないときは高速になめらか
な加工を可能にする。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例における数値制御装置の構成
を示すブロック図である。加工プログラム１は前処理演
算手段２に読み込まれ、実行形式にあらかじめ前処理さ
れる。補間前加減速手段３は急速な速度変化による機械
へのショックを防りために、接線方向の送り速度に加減
速をかける。

また、補間的加減速開始指令（ＧＯ５，ＩＱ、１）によ
り補間前動減速手段３は定めれた時定数で加減速をかけ
、補間前動減速終了指令（ＧＯ５，ＩＱＯ）により、補
間前動減速の動作は終了する。

補間手段４は前処理演算手段２からのデータに基づき各
軸へのパルス分配を行う。時定数切換手段５は補間後加
減速手段の時定数を切り換える。

すなわち、補間前動減速を行うときは、時定数を小さな
値Ｔ１にし、補間前動減速を行わないときは、時定数を
大きな値Ｔ２にする。

補間後加減速手段６は急速な速度変化による機械へのシ
ョックを防ぐた約に、補間後の分配パルスを時定数切換
手段５からの時定数Ｔ１あるいはＴ２でなまらせ、軸毎
に加減速をかける手段である。軸制御回路７ｘ、？ｙは
補間後加減速手段６からの分配パルス（位置指令）を受
けて、サーボアンプ８ｘ、８ｙに速度指令を出力し、サ
ーボモータ９ｘ、９ｙを制御する。

第３図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウェアのブロック図である。

プロセッサ１１はＲＯＭ１２に格納されたシステムプロ
グラムに従って、数値制御装置全体を制御する。ＲＯＭ
１２にはＥＰＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭが使用される
。ＲＡＭ１３はＳＲＡＭが使用され、各種のデータが格
納される。不揮発性メモリ１４は加工プログラム１４ａ
、パラメータ等が記憶され、バッテリバックアップされ
たＣＭＯ８等が使用されるので、数値制御装置の電源切
断後もその内容が保持される。

ＰＭＣ（７’ログラマブル・マシン・コントローラ）１
５はＭ機能、Ｓ機能、１機能等の指令を受けて、シーケ
ンスプログラム１５ａによってこの指令を解読処理し、
工作機械を制御する出力信号を出力する。また、機械側
からのリミットスイッチの信号あるいは機械操作盤から
のスイッチ信号を受けて、シーケンス・プログラム１５
ａで処理し、機械側を制御する出力信号を出力し、数値
制御装置で必要な信号はバス２５を経由してＲＡＭ１３
に転送され、プロセッサ１１によって、読み取られる。

グラフィック制御回路１６は各軸の現在位置、移動量等
のＲＡＭ１３に格納されたデータを表示信号に変換し、
表示装置１６ａに送り、表示装置１６ａはこれを表示す
る。表示装置１６ａはＣＲＴ、液晶表示装置等が使用さ
れる。キーボード１７は各種のデータを入力するのに使
用される。

軸制御回路１８はプロセッサ１１から位置指令を受けて
、サーボモータ２０を制御するための速度指令信号をサ
ーボアンプ１９に出力する。サーボアンプ１９はこの速
度指令信号を増幅し、サーボモータ２０を駆動する。サ
ーボモータ２０には位置帰還信号を出力するパルスコー
ダ２１が結合されている。パルスコーダ２１は位置帰還
パルスを軸制御回路１８にフィードバックする。パルス
コーダ２１の他にリニアスケール等の位置検出器を使用
する場合もある。これらの要素は軸数分だけ必要である
が、各要素の構成は同じであるので、ここでは１軸分の
み表しである。

軸制御回路１８はＤＳＰ　（ディジタル・シグナル・プ
ロセッサ）を中心に構成されており、補間後加減速制御
手段６からの分配パルス（位置指令）に従って、サーボ
モータ２０を制御する。また、後述するフィードフォワ
ード制御も行う。

なお、このサーボモータ２０は第２図のサーボモータ９
ｘ、９ｙに対応し、サーボアンプ１９は第２図のサーボ
アンプ８ｘ、８ｙに対応し、軸制御回路１８は第２図の
軸制御回路７Ｘ、７ｙに対応する。

入出力回路２２は機械側との入出力信号の授受を行う。

すなわち機械側のリミットスイッチ信号、機械操作盤の
スイッチ信号を受け、これをＰＭＣ１５が読み取る。ま
た、ＰＭＣ１５からの機械側の空圧アクチュエイタ等を
制御する出力信号を受けて、機械側に出力する。

手動パルス発生器２３は回転角度に応じて、各軸を精密
に移動させるパルス列を出力し、機械位置を精密に位置
決めするために使用される。手動パルス発生器２３は通
常機械操作盤に実装される。

図ではスピンドルを制御するためのスピンドル制御回路
、スピンドルアンプ、スピンドルモータ等は省略しであ
る。

また、ここではプロセッサは１個であるが、システムに
応じて複数のプロセッサを使用したマルチ・プロセッサ
システムにすることもできる。

第４図は位置制御ループと速度制御ループにフィードフ
ォワード制御ループを有するサーボモータ制御系のブロ
ック図である。このブロック図は第２図の軸制御回路７
ｘ、（７ｙ）、サーボアンプ８ｘ　（８ｙ）　、サーボ
モータ９ｘ（９ｙ）に対応するものである。

位置指令Ｕｐは加算器３１に入力され、位置フィードバ
ックｐｐとの差をとり、位置偏差量ＥＲｐが得られる。

位置偏差量ＥＲｐは伝達関数３３で位置制御ループゲイ
ンＫｐを乗じ、加算器３４に人力される。一方、位置指
令Ｕｐはフィードフォワードループを構成する伝達関数
３２で微分され（Ｌ＊Ｓを乗じ）加算器３４に人力され
る。ここで、Ｌは位置制御ループのフィードフォワード
ゲインであり、Ｓはラプラス演算子である。

加算器３４の出力は速度指令ＵＶとなる。速度指令Ｕｖ
は加算器３６に人力され、速度フィードバックＦνとの
差をとり、速度偏差量ＥＲｖが伝達関数３７に送られる
。ここで、伝達関数３７は速度制御ループゲインに１を
有し、速度偏差量ＥＲＶにに１を乗じて加算器３８に入
力される。

方、速度指令Ｕｖは速度制御ループのフィードフォワー
ドループを構成する伝達関数３５で微分され（Ｍ＊Ｓを
乗じ）加算器３８に入力される。ここで、Ｍは速度制御
ループでのフィードフォワードゲイン、Ｓはラプラス演
算子である。

加算器３８の出力は伝達関数３９に入力される。

伝達関数３９はサーボモータを含む機械系で、Ｋｔはサ
ーボモータのトルク定数、Ｊはサーボモータ軸からみた
機械系のイナーシャである。伝達関数３９の出力は機械
系の速度となる。さらに伝達関数３９の出力を積分する
伝達関数４０の出力がサーボモータの位置となる。

本発明ではこのフィードフォワードゲインし、Ｍを補間
前動減速の使用の有無によって切り換える。

第１図は本発明の一実施例の送り速度制御方法のフロー
チャートである。図において、Ｓに続く数値はステップ
番号を示す。

〔Ｓ１〕補間前加減速の使用（モード）中であるかどう
かをチエツクし、使用中ならＳ２に進み、使用していな
ければＳ５に進む。

〔Ｓ２〕補関前加減速の使用終了指令があるかどうかチ
エツクし、使用終了指令があればＳ３に進む。

〔Ｓ３〕補間前加減速の使用中から使用終了に変更にな
ったので、補間後動減速のパルス溜まりによる誤差を無
くすために、補間後月減速手段６の溜まりパルスが０に
なるまで完全に減速するイブザクトストップチエツクを
行う。

〔Ｓ４〕フイードフオワードゲインを補間前加減速を使
用しない時に適合するように小さな値に切り換える。

〔Ｓ５〕補間前加減速の使用開始指令があるかどうかチ
エツクし、使用開始指令があればＳ６に進む。

〔Ｓ６〕補間前加減速を使用するように変更になったの
で、補間後動減速のパルス溜まりによる誤差を無くすた
めに、補間後月減速手段６の溜まりパルスが０になるま
で完全に減速するイブザクトストップチエツクを行う。

〔Ｓ７〕フイードフオワードゲインを補間前動減速を使
用する時に適合するように大きな値に切り換える。

以上の説明ではフィードフォワードゲインは特定しなか
ったが、第４図の位置制御ループのフィードフォワード
ゲインＬと、速度制御ループのフィードフォワードゲイ
ンＭを含むものとする。

この他に位置制御ループのフィードフォワードゲインＬ
のみ、あるいは速度制御ループのフィードフォワードゲ
インＭのみを切り換えることもできる。いずれのフィー
ドフォワードゲインを切り換えるかは、加工精度とサー
ボ系の性質によって決定される。

以上のフィードフォワードゲインの切り換えは、加工プ
ログラム１の指令ＧＯ５，ＩＱＩ及びＧＯ５、ＩＱＯを
前処理演算手段２で解読して、フィードフォワードゲイ
ンの切り換え指令を軸制御回路７ｘ、７ｙに送り、軸制
御回路７ｘ、７ｙ内で実行する。

また、制御する機械が高精度が必要か、あるいは高速加
工が必要かに応じて、フィードフォワードゲインをパラ
メータによって切り換えるようにすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、補間前加減速の有無に
応じて、フィードフォワードゲインを切り換えるように
したので、加工目的にそったフィードフォワードゲイン
を選択することができ、要求される加工精度、加工時間
に対応した制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の送り速度制御方法のフロー
チャート、 第２図は本発明の一実施例における数値制御装置の構成
を示したブロック図、 第３図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウェアのブロック図、第４図は位置制御ルー
プと速度制御ループにフィードフォワード制御ループを
有するモータ制御系のブロック図である。 ７Ｘ、７Ｙ ８Ｘ、８Ｙ ９Ｘ、９Ｙ １ 加工プログラム 前処理演算手段 補間前加減速手段 補間手段 時定数切換手段 補間後月減速手段 軸制御回路 サーボアンプ サーボモータ プロセッサ ２ ３ ４ ４ａ ５ ５ａ ６ａ ７ ８ ９ ０ １ ２ ３ ５ ＯＭ ＡＭ 不揮発性メモリ 加工プログラム ＰＭＣ（プログラマブル・マ シン・コントローラ） シーケンスプログラム 表示装置 キーボード 軸制御回路 サーボアンプ サーボモータ パルスコーダ 入出力回路 手動パルス発生器 ノイズ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）数値制御装置の送り速度制御方式において、補間
   前加減速を使用する時と、補間前加減速を使用しないと
   きで、フィードフォワードゲインを切り換えることを特
   徴とする数値制御装置の送り速度制御方法。
2. （２）前記フィードフォワードゲインは位置制御ループ
   の第１のフィードフォワードゲインであることを特徴と
   する請求項１記載の数値制御装置の送り速度制御方法。
3. （３）前記フィードフォワードゲインは速度制御ループ
   の第２のフィードフォワードゲインであることを特徴と
   する請求項１記載の数値制御装置の送り速度制御方法。
4. （４）前記フィードフォワードゲインは位置制御ループ
   の第１のフィードフォワードゲインと、速度制御ループ
   の第２のフィードフォワードゲインであることを特徴と
   する請求項１記載の数値制御装置の送り速度制御方法。
5. （５）前記フィードフォワードゲインは加工プログラム
   の指令により選択することを特徴とする請求項１記載の
   数値制御装置の送り速度制御方法。
6. （６）前記フィードフォワードゲインはパラメータによ
   り選択することを特徴とする請求項１記載の数値制御装
   置の送り速度制御方法。