JPH04117506A - 加速度制御による位置補正方式 - 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で制御される工作機械の機械位置
変動を補正する加速度制御による位置補正方式に係り、
特に制御軸毎に剛性の異なる工作機械の位置変動を補正
する加速度制御による位置補正方式に関する。

〔従来の技術］ 数値制御装置（ＣＮＣ）では、加ニブログラムで指令さ
れた通路上を指令された速度で工具を移動させることに
よってワークを所望の形状に加工している。

このように数値制御装置を用いた工作機械で指令に忠実
に、かつ、良好な仕上げ面を得るためには、急激な指令
の変化にも追従できる遠心性及び振動のない安定した動
きを保つ安定性の高いサーボ機構が不可欠である。

サーボ機構におけるサーボモータは、速度検出器、位置
検出器により速度と位置とを検出し、その情報を制御回
路にフィードバックして制御している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、一般の工作機械では、各軸の機械的剛性が異な
り、特に大型の工作機械ではその差が大きく、２軸以上
で切削加工を行うと、加工開始点、加工終了点の近傍あ
るいはコーナ一部で、形状誤差が生じ、精度の高い切削
加工が行われないという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、制
御軸の機械剛性の相違から生じる急激な形状誤差を抑制
することのできる加速度制御による位置補正方式を提供
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、少なくとも２つ
の制御軸を有する工作機械の位置変動を補正する加速度
制御による位置補正方式において、前記２つの制御軸の
分配パルスの分配パルス比と、前記２つの制御軸の位置
を表す帰還位置の帰還位置比との差が一定以上になった
ことを判別し、前記一方の軸の加速度を限界加速度まで
低下させ、他方の軸も前記一方の軸の加速度の低減度に
比例して、低減することを特徴とする加速度制御による
位置補正方式が、提供される。

〔作用〕

分配パルスによる分配パルス比を求める。これは指令し
た直線の傾きを示す。帰還位置比は例えば、エラーレジ
スタあるいは機械側の位置検出器の検出位置から求める
。２つの制御軸の剛性が等しければ、分配パルス比と帰
還位置比は等しい。

しかし、一方の軸の剛性が弱ければ、両者の比が異なっ
てくる。

従って、両者の比が所定以上になったら、一方の軸の加
速度を限界加速度まで低減し、他・方の軸も同じ比率で
加速度を低減する。

これによって、機械位置の変動を抑え、加工精度を向上
させる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の加速度制御による位置補正方式を実施
するための数値制御装置システムのブロック図である。

数値制御部１はパルス分配手段１１、加減速制御手段１
２、加減速時定数制御手段１３及び位置変動チエツクシ
ミュレータ１４を有する。これ等の機能は図示されてい
ない数値制御部１のプロセッサによって実行される。

パルス分配手段１１はサーボモータ５ｘ及び５Ｙを制御
するものである。パルス分配手段１１は加ニブログラム
に応じた指令を受けて、分配パルスＸｐｌ及びＹｐｌを
出力する。それを加減速制御手段１２で加減速制御した
後にＸ軸及びＹ軸のサーボモータ５Ｘ及び５Ｙを制御す
るための指令パルスＸｐ３及びＹｐ３を演算器２Ｘ、２
Ｙに出力する。さらに、パルス分配手段１１は指令パル
スＸｐｌ及びＹｐｌと同じパルスの指令パルスＸｐ５及
びＹｐ５を加減速時定数制御手段１３及び位置変動チェ
ックシミュレータ１４に出力する。

位置変動チエツクシミュレータ１４は、サーボ系が１次
遅れ系であると仮定して構成された１段の１次遅れ系を
内蔵しており、分配パルスＸｐ５及びＹｐ５から、機械
位置を予測し、この予測値から分配パルス比Ｒ４を計算
する。また、後述する位置検出器８ｘ及び８Ｙからの機
械位置Ｘｅｌ及びＹｅｌを検出し、帰還位置比Ｒ５を計
算する。

この分配パルス比Ｒ４と帰還位置比Ｒ５は加減速時定数
制御手段１３へ送られる。

加減速時定数制御手段１３は、分配パルス比と帰還位置
パルス比を比較し、その差が所定以上になったら、Ｘ軸
の加速度を限界加速度まで低減させる。すなわち、加減
速時定数を最大にする。同時に、Ｘ軸が加減速時定数を
大きくした比に応じてＹ軸の加減速時定数も大きくする
。加減速時定数制御手段１３の詳細は後述する。

演算器２ｘ及び２Ｙは指令パルスＸｐ３及びＹｐ３から
サーボモータ５Ｘ及び５Ｙの位置帰還パルスＸｆｐ及び
Ｙｆｐを減算した値、即ちエラー量に応じたパルスｘｐ
４及びＹｐ４をエラーレジスタ３Ｘ及び３Ｙに出力する
。

エラーレジスタ３Ｘ及び３Ｙは、エラー量に応じたパル
スＸｐ４及びＹｐ４の数を格納し、それに応じた電圧を
サーボアンプ４ｘ及び４Ｙに出力する。サーボアンプ４
ｘ及び４Ｙはエラーレジスタ３ｘ及び３Ｙからの出力電
圧を増幅し、サーボモータ５ｘ及び５Ｙを駆動する。

サーボモータ５Ｘ及び５Ｙはパルスコーダを内蔵してお
り、このパルスコーダの出力を位置帰還パルスＸｆｐ及
びＹｆｐとして演算器２Ｘ及び２Ｙに帰還している。

サーボモータ５ｘ及び５Ｙには、テーブルと一体化され
たボールネジ７ｘ及び７Ｙが結合されている。従って、
サーボモータ５Ｘ及び５Ｙを駆動することによって工作
機械のＸ軸及びＹ軸のテーブル６ｘ及び６Ｙが移動する
。テーブル６Ｘ及び６Ｙには機械位置を検出するための
位置検出器８Ｘ及び８Ｙが設けられている。この位置検
出器８Ｘ及び８Ｙとしては、インダクトシン、磁気スケ
ール、光学スケール、モアレ縞計数器、レーザ測定器等
を用いる。

図ではスピンドルを制御するだ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、数値制御システムでは、位置検出器８Ｘ、８
Ｙあるいは位置変動チェックシミュレータ１４がない場
合がある。

第２図は機械位置の移動を示す図である。ここでは、指
令は直線指令であり、Ｘ軸とＹ軸の移動量を１：２とす
る。従って、工具の指令通路は直線２１である。ここで
、Ｘ軸の剛性が弱く、工具の移動通路は２２に示すよう
になる。すなわち、Ｘ軸の剛性が弱いので、Ｘ軸の移動
開始は遅くなる。従って、Ｘ軸の加速度を小さく、すな
わち、加減速時定数を大きくすることによって、これを
曲線２３になるようにする。

第３図は加減速の曲線を示す図である。第３図で横軸は
時間、縦軸はＸ軸及びＹ軸の速度Ｖｘ及びｖｙである。

Ｘ軸の加減速曲線は曲線３１で示される。これを第２図
の曲線２３になるように加速度を低減、すなわち加速度
時定数ＴａをＴｂにし、曲線３２にする。同様にＹ軸の
加減速曲線も曲線４１から曲線４２に変える。これらの
制御は第１図の加減速時定数制御手段１３によって行う
。

なお、帰還位置比を求めるにはシステムに応じて以下の
各種の方法がある。

第１の方法は帰還位置比をエラーレジスタの値から求め
る方法である。すなわち、位置検出器８Ｘ、ＢＹ及び位
置変動チエツクシミュレータ１４のない数値制御システ
ムの場合の方法である。第４図は帰還位置比をエラーレ
ジスタの値から求めるときの処理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〕パルス分配手段１１からの分配パルスＸｐ５及
びＹｐ５から、分配パルス比Ｒ１を求める。

〔Ｓ２〕分配パルスＸｐｌ及びＹｐｌを出力する。

〔Ｓ３〕エラーレジスタ３Ｘ及び３Ｙの値を読み取り、
帰還位置比Ｒ２を求める。

〔Ｓ４〕分配パルス比Ｒ１及び帰還位置比Ｒ２を比較し
、その差が所定の値△Ｒａ以上か判別し、そうであれば
Ｓ５へ進む。

（Ｓ５］Ｘ軸の加減速時定数を最大値にする。すなわち
、加減速時定数をＴａからＴｂにする。Ｙ軸の加減速時
定数もＴａからＴｂにする。

この加減速時定数Ｔｂで加減速制御手段１２は加減速制
御を行い、第２図に示すような位置補正が可能になる。

第２の方法は帰還位置比を機械側の位置検出器から求め
る方法である。この方法は機械側の位置検出器８Ｘ、８
Ｙはあるが位置変動チエツクシミュレータ１４のない数
値制御システムの場合の方法である。第５図は帰還位置
比をエラーレジスタの値から求めるときの処理のフロー
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。

〔Ｓ１１〕パルス分配手段１１からの分配パルスＸｐ５
及びＹａ５から、分配パルス比Ｒ１を求める。

［５１２）分配パルスＸｐｌ及びＹｐｌを出力する。

［”Ｓ１３：１機械側の位置検出器８Ｘ及び８Ｙから機
械位置Ｘｅｌ及びＹｅｌを読み取り、帰還位置比Ｒ３を
求める。

（Ｓ　１４］分配パルス比Ｒ１及び帰還位置比Ｒ３を比
較し、その差が所定の値△Ｒｂ以上あるか判別し、そう
であれば３１５へ進む。

Ｃ５１５）Ｘ軸の加減速時定数を最大値にする。

すなわち、加減速時定数をＴａからＴｂにする。

Ｙ軸の加減速時定数もＴａからＴｂにする。

この加減速時定数で加減速制御手段１２は加減速制御を
行い、第２図に示すような位置補正が可能になる。

第３の方法はパルス分配比を位置変動チエツクシミュレ
ータの予測値から求め、帰還位置比を機械側の位置検出
器の検出位置から求める方法である。この方法は位置検
出器８ｘ、８Ｙ、位置変動チェックシミュレータ１４を
有する数値制御システムの場合に使用できる。第６図は
パルス分配比を位置変動チェックシミュレータ１４の予
測値から求める場合の処理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。

［３２１：］パルス分配手段１１からの分配パルスＸｐ
５及びＹａ５を位置変動チエツクシミュレータ１４に出
力する。

［３２２］分配パルスにピッチ誤差補正及びバックラッ
シニ補正の補正パルスＸｃｐ、Ｙａｐ　（図示されてい
ない）を加える。

［Ｓ２３］位置変動チェックシミュレータ１４によって
、Ｘ軸とＹ軸の機械位置の予想移動量Ｘａ。

Ｙａを求め、その値からパルス分配比Ｒ４を求め、加減
速時定数制御手段１３に送る。

［３２４）機械側の位置検出器８Ｘ及び８Ｙから機械位
置Ｘｅｌ及びＹｅｌを読み取り、帰還位置比Ｒ５を求め
、加減速時定数制御手段１３に送る。

［３２５］加減速時定数制御手段１３では、分配パルス
比Ｒ４及び帰還位置比Ｒ５を比較し、その差が所定の値
ΔＲｃ以上か判別し、そうであれば３２６へ進む。

［：３２６ＥＸ軸の加減速時定数をＴａからＴｂにする
。Ｙ軸の加減速時定数もＴａからＴｂにする。

この加減速時定数で加減速制御手段１２は加減速制御を
行い、第２図に示すような位置補正が可能になる。

このようにして、加減速時定数を制御することにより、
各軸の剛性差による位置変動を補正することができる。

以上の実施例では２軸制御の場合について説明したが、
３軸以上の制御の場合も同様に各軸の分配パルス比及び
帰還位置比を求めて、位置補正が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、各軸の機械剛性の
相違から生じる位置誤差を、加速度を制御することによ
り補正するようにしたので、位置補正が自動的に行われ
、加工精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加速度制御による位置補正方式を実施
するための数値制御装置システムのブロック図、 第２図は機械位置の移動を示す図、 第３図は加減速の曲線を示す図、 第４図は帰還位置比をエラーレジスタの値から求めると
′きの処理のフローチャート、第５図は帰還位置比をエ
ラーレジスタの値から求めるときの処理のフローチャー
ト、 第６図はパルス分配比を位置変動チエツクシ走ユレータ
から求める場合の処理のフローチャートである。 １・・・　・数値制御部 １１　゛パルス分配手段 １２　・・・・・・加減速制御手段 １３・・・・・・・・・加減速時定数制御手段１４・・
・・・・・・・・・・・・位置変動チエツクシミュレー
タ２Ｘ、２Ｙ・・　・・　・演算器 ３Ｘ、３Ｙ−・・・・　　エラーレジスタ４Ｘ、４Ｙ・
・・・　・・・サーボアンプ５Ｘ、５Ｙ・・−・・・サ
ーボモータ ６　Ｘ、　６　Ｙ−・・・・テーブル ７Ｘ、７Ｙ・・・・・・・・・ボールネジ８Ｘ、８Ｙ”
・・・・・・　位置検出器特許出願人　ファナック株式
会社 第２図 第５図 第６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２つの制御軸を有する工作機械の位置
   変動を補正する加速度制御による位置補正方式において
   、 前記２つの制御軸の分配パルスの分配パルス比と、前記
   ２つの制御軸の位置を表す帰還位置の帰還位置比との差
   が一定以上になったことを判別し、前記一方の軸の加速
   度を限界加速度まで低下させ、他方の軸も前記一方の軸
   の加速度の低減度に比例して、低減することを特徴とす
   る加速度制御による位置補正方式。
2. （２）前記帰還位置比は前記制御軸のエラーカウンタの
   値によって計算することを特徴とする請求項１記載の加
   速度制御による位置補正方式。
3. （３）前記帰還位置比は機械側の位置検出器の検出位置
   によって計算することを特徴とする請求項１記載の加速
   度制御による位置補正方式。
4. （４）前記分配パルス比は位置変動チェックシミュレー
   タの予測値によって求め、前記帰還位置比は前記工作機
   械に設けられた位置検出器の検出位置から求めることを
   特徴とする請求項１記載の加速度制御による位置補正方
   式。
5. （５）前記位置変動チェックシミュレータの予測値はサ
   ーボ系が１次遅れ系であると仮定して、各軸の分配パル
   スに基づいて機械位置を予測することを特徴とする請求
   項４記載の加速度制御による位置補正方式。