JPS61156309A - 速度段差平滑機能を備えた数値制御装置 - 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】 本発明は工作機械等の数値制御装置に関し、特に、加工
プログラムの隣合うブロック間で前記工作機械の各制御
軸における速度段差を平滑化せしめるための速度段差平
滑機能を備えた数値制御装置に関する。

数値制御装置により工作機械の如く工具先端の移動軸跡
をａｍする場合において、その数値制御装置にロードさ
れている加工プログラムの個々のブロックによる移動指
令を実行する際に、ある１つのブロックと次のブロック
との継ぎ目に対応して生ずる各制御軸上の速度変化が大
きいとその制御軸におけるサーボ系および駆動機械系に
多大な機械的ショックがかかることになる。

こうした現象は、特に、制御軸が３軸を超える多軸工作
機械の場合には直観的にどの制御軸に急激な速度変化が
要求されるのか分かりにくいという現象として現れその
対策が困難であった。

すなわち、上記多軸工作機械によって、個々のブロック
に対応して微少な工具先端部の移動□　量ずつ指令が与
えられていく場合、その送り指令速度（工具の合成移動
速度）は一定で且つ各ブロックの継ぎ目が滑らかな場合
でも、各軸毎の移動速度に注目すれば、ある軸はブロッ
クの継ぎ目を境にしぞ非常に大きな速度変化が生ずるこ
とになる。

第１図は、上述したブロック間において、速度段差が生
ずることを例示する図である。同図に示される工作機械
１０１の左側において、基礎に固定したテーブル側へラ
ド１０２と、同ヘッド１０２上において２方向に摺動可
能に設けたテーブル１０３と、同テーブル１０３上にお
いて水平面内を矢印Ｂで示すように回転可能に設けたロ
ータリテーブル１０４および同テーブル１０４上に取付
具１０５を介して被加工物であるプロペラ翼Ｗ（以下ワ
ークＷと称する）が載置固定されている。参照符号１０
４Ａはロータリテーブル１０４の回転駆動部を示す。

一方、工作機械１０１の右側には基礎上に固定したコラ
ム側ベッド１０６の上面にコラム１０７が図の紙面垂直
方向（以下Ｘ軸と称する）に摺動可能に設けられており
、さらに同コラム１０７の前面には主軸頭１０９を搭載
する架台１０８が摺動面１０７Ａ、　１０７Ｂ上でＹ方
向に摺動可能に取付けられている。参照符号１１０は架
台１０８をＹ軸駆動モータ１１１によって駆動するため
の送りネジである。

また、参照符号１０６Ａはコラム１０７をＸ方向に駆動
するための駆動モータを含む駆動源を示す。

前記主軸頭１０９は、架台１０８の前面において、油圧
シリンダ１１３の駆動により矢印Ａの如（支点１１２を
中心に回動可能に取付けられており、さらに同主軸頭１
０９の左端部には下方に工具１１４を突出して保持する
ヘッド１１５が取付けられており、同ヘッド１１５は主
軸頭１０９の軸を中心にして一定の角度範囲で矢印Ｃで
示す如く回動出来るようになっている。

以上、概略的に工作機械１０１の主な構成部分を示した
ように、同工作機械１０１の制御軸数はＸ５ＹＳＺ、Ａ
、ＢＳＣの計６軸である。

さて、同図において、今、工具１１４は切削のためにワ
ークＷに対し垂直な姿勢を保ちながら矢印■の方向へ進
められているとする。そして、工具１１４先端の矢印■
の方への移動速度Ｆは一定に保持されているとすると、
コーナ一部分ＣＮＲでは、架台１０８はＹ軸の負の方へ
、また、主軸頭１０９はＡ軸の負の方へ急激に移動され
なければならない、これが前述した大きな速度変化があ
る制御軸に対して要求される例として示したものである
。

こうした複雑な曲面加工等における急激な制御軸の速度
変化は、一般には、ワークＷのための加工プログラムを
作成する段階（ＣＡＤ／ＣＡＭ）により計算機で作成さ
れる）では予知されず、従うて、事前にはＣＡＤ／ＣＡ
Ｍ段階での対策としては工具の移動速度を低（押さえる
ことしか出来ない、しかし、これでは全体の加工時間が
長（なるという欠点がある。また、他のこうした大きな
速度変化の生ずる問題に対する対処の仕方としては、ブ
ロックの継ぎ目で一旦各制御軸の速度を０にする方法も
提案されている。しかし、これも加工時間が長くなり、
さらに、加工面に各ブロックに対応して工具停止の軌跡
（マーク）が残留するという欠点があり、加工品の表面
の出来具合からしてよい対策とは謂えない。

このような理由により、現在では、あるブロックと次の
ブロックの間で補間演算に際して、加速、減速を行うこ
と（以下ソフト速度出力の加減速と称する）が行われる
ようになっている。

第２図ＡＳＢはこうしたソフト速度出力において加減速
を行う場合を例示する。

第３図ＡＳＢは第２図ＡＳＢと比較するため加減速を行
わない場合を例示している。

なお、第２図ＡおよびＢ、第３図ＡおよびＢにおいて、
実行される各ブロックの内容は共に以下のようである。

ＧＯＩ　　Ｇ９１　　Ｘ　　ｘＩ　Ｆｆ　　（ＥＯＢ）
Ｘ　　Ｘ２　　　　（ＥＯＢ） Ｙ　　ｙｘ　　　　（ＥｏＢ） ＭＯ２（ＥＯＢ） 但し、Ｇｏｔは直線補間指令、Ｇ９１はインクリメンタ
ル方式、ＭＯ２はテープエンドを指令する。

すなわち、第３図Ａでは加減速を行わないので補間演算
によるソフト速度出力上では、Ｘ軸、Ｙ軸共に同図と同
じであうで軌跡は崩れない。

しかし、実際の工具の移動軌跡は第３図Ｂに示すように
、サーボモータの遅れのためサーボモータのエラー分だ
けずれることになる。このずれは、値ｆが大きい場合に
はそれに比例して大きくなる。また、駆動系に対する機
械的シラツクも、Ｘ−Ｏ，Ｏ→Ｙのように急激な変化を
伴って指令されるので必然的に大きくなる。

一方、第２図ＡおよびＢの例では、補間演算で減速、加
速を行うようにしているので、Ｘ、Ｙ軸駆動系への機械
的シ腫ツクは緩和され、サーボモータの遅れもそれに応
じて少なくなるが、補間が時定数分だけずれること、す
なわち、時刻ｔｋでＸ軸の補間が減速工程に入った時、
Ｙ軸の補間がスタートされるので、ソフト速度出力とし
てみると、Ｘ、Ｙの両方の制御軸が同時に駆動されてい
る時間帯（ｔ　ｋ−ｔｋ＋ｔ）が存在することになり、
結果的には、サーボモータの遅れを少なくするという目
的は第３図、Ａ、Ｂに比べると改善される。然しなから
、他方では工具の移動軌跡を本来の正しい軌跡からずら
せることになるという欠点がある。

以上述べた方式は多軸工作機械における加工プログラム
のブロック間の継ぎ目において生ずる速度段差に関連し
て、１つまたは複数の制御軸の駆動系に生ずる機械的シ
タツクを緩和するものではあるが、加工精度上の問題を
本質的に解決するに至ってはいない。

そこで、本発明者は上記の技術的課題を解決するために
種々の実験、考究を重ねた結果、各制御軸のブロック間
での速度段差に関して、予めパラメータにより各制御軸
毎の許容速度段差を設定しておき、ブロック間での各制
御軸毎の速度変化が前記許容値を超えない場合には補間
における加減速制御を行わず、また許容値を超える場合
には、補間における加減速を行うことにより、結果とし
て、工具の移動軌跡が理論上指示された通りのものとし
て得られるようにし、且つ機械的シラツクも最少限に抑
えることが可能となることを究明した。

そこで、本発明はブロック間での各制御軸の速度変化を
その多軸工作機械に適したある一定量に抑えると共に、
補間演算による工具の移動規制を維持し、且つあらゆる
連続的な工具の移動指令に対して高精度な加工の実現を
達成することを目的とするものである。

さらにまた、゛どのような複雑な曲面加工等の加工プロ
グラムが指令されても、その加工プログラムを構成して
いる各ブロック間の継ぎ目の加工形状の精度を均一の量
とすることが出来る新たな数値制御方式を提案するもの
であり、これにより切削残り、あるいは、切削し過ぎの
量を一定内に抑え、さらにサーボモータ、機械系に対し
ても速度変化によるショックが少なく、無理のない動作
を保証することを目的とするものである。

次に、第４図以降に本発明に係る数値制御装置について
好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照して以下詳細に
説明する。

第４図は本発明が適用される数値制御装置における信号
処理の流れを示す、同図において、参照符号２０１は一
連の加工プログラムが記録されたテープを示し、同テー
プ上の仕切り線は、概念的に、同テープが各ブロック毎
に区分されていることを表す。

参照符号２０２は指令値の解析部を示し、ここでは次ブ
ロツクデータの解析が行われる。参照符号２０３は補間
部で現ブロックの実行が行われ、また、参照符号２０４
は減速車算出部、参照符号２０５はサーボシステム、さ
らに、参照符号２０６はサーボモータを示す。

同図において、加工テープのあるブロックの指令値デー
タをＸ：五、ｙ：ｘ、Ｚ：土　−−−−−・・Ｆ：工　
とすると 解析部２０２においては、 （１）　　各制御軸の移動量（但し、インクリメンタル
制御方式の場合はテープ上の指令値と同じである）はｘ
ＳｙＳｘ・−−−−−−である。

（２）合成軸の移動量： Ｌ＝　　ｘ”　＋Ｙ２＋２２＋−−−−−−ｋ”（３）
逆数１／Ｌ： （４）ｆ・・・単位系の換算 （５）　　各制御軸の速度算出を順次行う。

（ｚ−＋ｘ）Ｖ　Ｘ　！　ｆ　−ｘ／Ｌ（α→７）Ｖ７
−ｆ−ｙ／Ｌ （α→ｋ　）　Ｖｋ’−ｆ　−ｋ　／Ｌ減速率算出部２
０４では、解析部２０２で算出された制御軸α（α−ｘ
、ｙ、−−−−−−・・ｋ）の各ブロックにおける速度
Ｖα（ｎ＋１）と、補間部２０３で実行されている対応
する制御軸に関する現実行速度Ｖα（ｎ）と、予め設定
されたその制御ｉαに関するブロック間速度段差許容値
ＶＬαとを用いて各制御軸に関する現ブロックと次ブロ
ックとの間の減速率を算出する。そして、その中で一番
減速率の小さい減速率をＱｉとする。

補間部２０３は解析部２０２から与えられる移動指令に
基づいて、サーボシステム２０５に対する速度指令を与
える。その際、前記減速車算出部２０４からの最小の減
速率Ｑｉと工具移動速度Ｖｎとめ乗算値Ｖｎ　Ｑｉを工
具移動速度としたうえで、各制御軸の移動速度を算出す
るようにしている。

補間部２０３では加減速補間演算の際使用される初速度
、終速度も決定されるようになっている。補間部２０３
からの各制御軸への速度指令はサーボシステム２０５に
与えられ、同システム２０５からは各制御軸駆動用のサ
ーボモータ２０６に所定の電力が供給される。

第５図に本発明による数値制御装置３００の要部をその
機能的要素をブロック化して示す。同図において、参照
符号３０１は数値制御装置３００によって制御される工
作機械を示し、参照符号３０１Ａは操作盤を示し、参照
符号３０２は前記工作機械３００の各制御軸に対応した
サーボモータＭｌ、Ｍ２−・−・Ｍｉへ所要の電力を供
給するサーボドライブユニットを示し、また、参照符号
３０３は数値制御装置３００と夫々工作機械３０１、サ
ーボドライブユニット３０２）操作盤３０１Ａおよびテ
ープリーダ３０４との間の信号の授受を行うＩ１０イン
ターフェイスである。なお、参照符号３０１Ｂはパラメ
ータ設定部を示し、これは操作盤３０１Ａに設けられる
が、ここでは別々に在るものとして扱う。

数値制御装置３００は本実施例ではＣＮＣタイプ（Ｃｏ
ｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ）の装置であって、中央演算処理ユニット（以下
ＣＰＵと称す）３０５と、プログラムメモリ３０６およ
びデータメモリ３０７とに機能的に分けられる。また、
参照符号３０８はクロック信号ＣＬおよびサンプリング
信号（ΔＴは１サンプリング周期に対応する時間を表す
）を与える基準信号発生部を示す。

第６図に示されるように、ＣＰυ３０５は時間的にはサ
ンプリング周期ΔＴにより区切られる。

各サンプリング時間中のＣＰυ３０５の概略的サービス
は図示のように時間帯ｔ１　：ｔ２！８よびｔ３からな
っており、各ΔＴの最初の時間帯ｔ１ではサーボシステ
ム２０５への出力はき出しを行い、時間帯ｔ２は割込処
理により補間演算が行われる０次の時間帯ｔ３では、次
ブロックの解析が行われる０次ブロックの解析は１サン
プリング中では完了することなく、数ブロックにまたが
って１つのブロックデータに関する前述した処理を行う
、減速率の算出もこの時間帯ｔ３の間に行われるように
構成しておく。

第５図において、データメモリ３０７中のメモリエリア
３５０は工作機械３０１の各制御軸ｘ、ｙ、ｚ−・−・
・・に関する許容速度段差値ＶＬＸ、ｖＬハＶ　ＬＺ−
−−・がパラメータとして予め貯蔵されている。これら
パラメータの値は、予め、パラメータ設定部３０１Ｂで
所定の制御軸を指定し、さらにその軸に関する許容速度
段差値をテンキーにより入力出来るようになっている。

メモリエリア３５２にはオーバーライドの値Ｋが貯蔵さ
れている。さらにメモリエリア３５４には１ブロツク毎
の各制御軸に関する移動量指令値が貯蔵されている。同
データメモリ３０７の下段側にある参照符号３５６は各
サンプリング周期ΔＴ毎に移動すべき移動量を貯蔵する
メモリエリアを示し、例えば、第６図のサンプリング周
期■の中の時間帯ｔ２で補間演算された結果として得ら
れるΔｘｎ、Δｙｎ、・Δｚｎ−・・−・−等は次のサ
ンプリング周期■中の時間帯ｔ１でサーボ出力として各
制御軸のサーボドライブユニット３０２へ供給される。

参照符号３５Ｂ　、３６０．３６２は補間演算部での演
算中において使用される各種データを貯蔵するメモリエ
リアを示しており、その各記号の内容は第７図已に一覧
される如くである。

さて、第５図のプログラムメモリ３０６内には、数値制
御装置のシステムプログラムとしてのＯ３：　　（Ｏｐ
ｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｐｒｏｇｒａｍ）　　
Ｐ　ｏの他、本発明での次ブロツク指令値解析部でのデ
ータ処理に用いられる指令解析処理プログラム、減速率
算出プログラムＰ１と、補間演算部での補間演算処理プ
ログラムＰ２が貯蔵されている。

さらに、工作機械の各種機能実現のための処理プログラ
ム、例えば、切削異常検出処理および工具摩耗検出処理
等のアプリケーションプログラムがメモリエリアＰ３に
貯蔵されている。

第７図Ａはサンプリング周期毎に実行される補間演算プ
ロセスの詳細を示すフローチャートである。同図におい
て各サンプリング周期における時間帯ｔ２が割り込みに
より指令されると、′ｃｐｕは補間演算処理プログラム
に従って動作する。５ＴＥＰＩで計算！直ｎの値がチェ
ックされる。

ｎ−１は各ブロックでの補間演算の開始状態に対応して
おり、今、ｎ５−１であると、５ＴＥＰ　２で初速度ｖ
１の決定がなされる。ここで、ｖｌとして初速度０また
は指令速度Ｖｐが決定される。

通常、工具が既に移動されている状態ではｖ１≠０なの
で、今、Ｖｉ麿Ｖｐとする０次いで、５ＴＩＩ！Ｐ　３
においてオーバーライド値Ｋが考慮されて現実の指令速
度■がＶ−ＶｐＸＫとして与えられる。５ＴＥＰ４にお
いて、減速車算出部で最小減速率Ｑｉが１または１より
大の時は５ＴｌｌｉＰ８へ移る。また、１より小さい場
合、５ＴＥＰ　５に移り、ここで減速開始判定の有無が
チェックされる。なお、既に補間演算での減速開始がな
されている場合には、５ＴＥＰ　７での減速処理、すな
わち、１サンプリング周期毎に加速度ΔＶだけ現速度Ｖ
ｎを減少せしめる。

また、判定５ＴＥＰ　５においてＮＯの場合には、減速
開始の判定のためＳＴＩ！Ｐ　６へ移る。５ＴＩＥＰ６
では、今実行中のブロックでの移動残量Ｌｎが値ｖｎ／
（２・ΔＶ）　　−（ＶｎＱｉ）　’　／２ΔＶ＝Ｌｓ
ｔより小さいか否かをチェックする。（この値Ｌａｔに
ついては後述する。５ＴＥＰ６において移動残量Ｌｎが
値Ｌｓｔより小さくなると、５ＴＥＰ　７へ移り、前述
したように減速処理が１サンプリング毎に遂行される。

５ＴＥＰ６でＮＯの場合は、目標速度への追従のための
判定処理が行われる。

すなわち、減速度Ｖｎが目標速度Ｖに達してい゛ないか
、または、到達した場合は ＶｎｓｍＶｎ＋Δｖ□ とし、且つ、その結果がＶｎ　＞Ｖである場合はｎｍＶ とする。

また、現速度Ｖｎが目標速度■より大の時は、Ｖｎ　＝
Ｖｎ−ΔＶとし、且つその結果がＶｎ　＜Ｖである場合
はＶｎ＝Ｖとする。

５ＴＥＰ　９ではＳＴＩ！Ｐ　７または５ＴＥＰ　８で
新たなＶｎが指示されると、移動残量算出が実行される
。

すなわち、補間演算におけるインチグランドとりメイン
ダとの演算（加算）が合成軸および各制御軸の成分毎に
実行される０例えば、合成軸の場合では、Ｖｎ＋ＲＬｎ
−１と加算される。ここで、ＲＬｔｌ−１は前回の加算
結果のりメインダ（レジスタ）の１μ未満の値（端数値
）である。

ＲＬｎは今回の加算結果の１μ未満の値でΔＬｎは加算
結果の整数部を表している。

さらに、ＳＴＩ！Ｐ　９では合成軸の移動残量Ｌｎが更
新される。（ΔＬｎが次のサンプリング周期でサーボ系
へ与えられることに対応して）　５ＴＥＰ１０では前記
移動残量ＬｎがＯとなったか否かの判定を行う、Ｌｎ＝
Ｏであると５ＴＥＰＩＩでｎｓ＝　１とされ、次のブロ
ックにおける指令に関する５ＴＥＰ　１でのｎ５−１の
判定の準備としてｎ＝１ｌｌ　１がセットされる。

５ＴＨＰＩＯで未だ移動残量があると、５ＴＥＰ１２で
ｎを１つインクリメントする。

以上で１回分の補間演算が終了する。

第７図Ｃは、本発明において、合成軸すなわち工具先端
の移動方向に関連して、ある１つのブロックの補間演算
の実行により同方向の移動残量Ｌｎと減速開始時点Ｔ３
との相関関係を説明する図である。同図で時刻ＴＩ　、
７２等では移動残量Ｌｎが減速開始のための条件（第７
図ＡのＳＴＩ！Ｐ　６　”）を満たしていないので、Ｖ
ｎとしては５ＴＢＰ　８で指定される目標速度Ｖが指定
される０時刻Ｔ３で５ＴＥＰ　６の条件が成立すると、
減速が開始される０時刻Ｔ４でＬｎ　−０となると、そ
のブロックにおける補間演算出力は停止される。この時
、留意されるべきことは時刻Ｔ４における合成軸の速度
ばＶｎ　Ｑｉであるということである。すなわち、この
ブロックと次のブロックとの間の各制御軸における速度
段差の、各許容値に対する割合が最も大きい値Ｑｉ（最
大の減速率）がこのブロックの補間実行前に既に算出さ
れており、そして、現速度Ｖｎが所定加速度ΔＶだけ１
回の補間演算に対し減じられながら減少していき、つい
にＶｎ　Ｑｉに到達した時にＬｎ＝Ｏとなるような減速
開始点Ｔ３を算出するのである。この算出方法は式で５
ＴＥＰ　６に示すものであるが、今、この点について説
明する。

第７図りでは、現速度、すなわち、補間速度出力Ｖｎが
加速度（Δ■／ΔＴ）の割合で減速された時、ＶｎｗＱ
となるまでに要する時間Ｔとその間の移動距離Ｓとの関
係を示す。同図で三角形の面積は減速開始（ｔｏ）後移
動した距離Ｓを表している。同距離Ｓは Ｓ−’Ａ　　Ｖｎ−Ｔ＝（Ｖｎ）”／（２・ΔＶ）であ
る。

一方第７図Ｃにおいて、面積Ｓ２はＶｎが時刻Ｔ３で減
速が開始され、補間出力停止時刻Ｔ５までの移動距離を
表し、・また、面積Ｓ１はＶｎＱｉが時刻Ｔ４からＴ５
までに補間出力として与えられる距離を表す。従って ２−３ｌ ＝　（Ｖｎ）　”　／　（２・ΔＶ）　−（Ｖｎ　Ｑｉ
）　”　／　（２・ΔＶ：＝Ｌｓｔ となり、移動残量Ｌｎが（Ｓ２−３ｌ）と等しくなる時
刻（減速開始時刻）をＣＰＵは、補間演算中、絶えずチ
ェックしているのである。

第７図Ａの５ＴＥＰ　４でＮＯの場合は速度段差が許容
速度段差の範囲に入っているので各ブロックの継ぎ目で
の減速処理を行わず５ＴＥＰ　８へ移る。

５ＴＥＰ　８は前述した加減速処理のプロセスであって
５ＴＥＰ　７を経由しない、すなわち、減速開始の判定
がなされず、且つ同判定結果がＮｏ　（ＳＴＥＰ６）の
状態での加減速処理のプロセスである。

同図で＊１、＊２でのＶｎ＋ΔＶまたはＶｎ−Δ■は、
例えば、オペレータによりＫを変えた場合に対応してい
る。

第８図は加工プログラムの第Ｎブロックと第Ｎ＋１ブロ
ツクとにおいてｘ、ｙＳｚの各制御軸に関して速度段差
が夫々 １Ｖｘ−Ｖｘ’　　１５ｗ１ ＩＶｙ−Ｖｙ’　　Ｉ離１ ｌＶｚ−Ｖｚ’　　ｌ電６ となる場合であって各制御軸の許容速度段差ＶＬＸ、Ｖ
　ＩＪ　ｓ　Ｖ　ＬＺが夫々２．２および１．５ノ場合
に合成軸速度および各制御軸の速度がブロックの継ぎ目
でどのように影響を受けるかを具体例で示すものである
。同図（Ｂ）　、（Ｃ）　、（Ｄ）で示すようにＸ、Ｙ
軸の速度段差に関しては、夫々許容速度段差ｖＬ×、ｖ
Ｌ、以下であるが、Ｚ軸の速度段差に関しては１Ｖ２−
ＶＺ’ｌ−５であるため、ＶＬＺ　（−１，５）を超え
る。従って、合成軸上の現速度Ｖｎに関してはｌ　Ｖｎ
　−Ｖｎ’　ｌの値の大小に係わらず減速工程を経るこ
とになる。

すなわち、最小減速率 Ｑｉ”　ＶＩＪ／　ｌ　Ｖｚ　−Ｖ２’　ｌ　Ｘ　Ｋ＝
１．５　／（５ｘｌ） −０，３（−３０％）：（但しに−１）となる。

第８図（Ａ）に示すように、値Ｖｎ　Ｑｉが定まり、さ
らに、勾配ΔＶの減速ラインｇｏから合成軸上での減速
開始位置が第７図Ａで説明したプロセスにより決定され
る。この減速開始点を第８図（Ａ）で点Ｐｏとすると、
各制御軸Ｘ、Ｙ、Ｚ上でも同点Ｐｏに対応したＰ　ｏｘ
ｓ　Ｐ　ｏｙｓＰＯＺが定められ、各制御軸での補間出
力により、夫々減速ライン１１ｘｓｌｌｙｓｌｌｚの如
く減速される。さらに、ブロックの継ぎ目での点Ｐ１に
対応する点をＰｙｌ、Ｐｙｌ、Ｐｚｌで示す０次のブロ
ックＮ＋１での速度は合成軸上では点Ｐ２）各制御軸で
は夫々Ｐｘ２　、Ｐｙ２　、Ｐｚ２で示される。

点Ｐ２は次ブロックでの合成軸上での指令速度■ｎ＊に
対しＱｉを乗じた値Ｖｎ’・Ｑｉとして与えられる。同
様の方法でＸ軸に関する点Ｐｘ２の速度値Ｖｘ’・Ｑｉ
　ｓおよびＹ軸、２軸に関する点ｐｙ２）Ｐｚ２の速度
値Ｖｙ’　・Ｑｉ　ｓ　Ｖｚ’−Ｑｉが与えられる。な
お、第８図（Ａ）のＶｎの値６と、同図（Ｂ）　、（Ｃ
）　、（Ｄ）　（７）各ＶＸ％　Ｖｙ、ＶＺの値とは異
なった単位の大きさで表示しである。

第８図（Ｄ）から諒解されるように、Ｚ軸については ｌ　Ｖｚ　−Ｑｉ　−Ｖｚ’　・Ｑｉ　　Ｉ　−Ｖｌ−
２となっており、２軸の駆動が減速ラインｌｚおよび点
Ｐｚ１　、Ｐｚ２の指定によりブロックの継ぎ目におい
てその許容速度段差ＶＬＺに抑えられている。

第９図Ａ、Ｂは本発明を適用した場合のソフト速度出力
および移動軌跡を夫々示しており、−これらは第２図Ａ
ＳＢ、第３図Ａ、Ｂに対応している。同図ＡはＸ、Ｙ軸
弁許容速度段差をＶｘ　、ｖｙの各２０％にとった場合
であって、ソフト速度出力は図示のように与えられ、補
間演算出力上での軌跡は全くくずれない、同図Ｂに示さ
れるように、コーナ一部でのエラーはブロック間（ｘ＋
−ｙｔ）での最終の補間演算出力における速度変化に比
例したサーボエラー分のみであって、これもパラメータ
すなわち許容速度段差（今の例ではＶｘの０．２）を小
さくすれば極めて小さく出来る。

第１０図乃至第１４図は本発明をシュミレートするため
に行った実験結果であり、第１０図は各ブロックの指令
値を示す、第１１図乃至第１４図では制御軸としてＸ軸
をとり、同Ｘ軸に関する許容速度段差を種々設定した場
合におけるＸ輪駆動モータに流れる電流値を示し、これ
はＸ軸速度波形に対応している。

第１１図において、各部分波形の下方には対応する加工
プログラム上のブロックコードＮ１、Ｎ２）・−・−・
−ＮＩＯが示しである。第１１図は、Ｘ軸の許容速度段
差を０鶴／ｗ＋ｉｎに設定した場合であって、これが意
味するところはＸ軸のブロック継ぎ目での速度段差がそ
の許容値ＶＬＸ（ここでは０に設定）を超えた場合には
その許容値に抑えるのであるから、少しでもブロック間
で指令速度の差がある場合には、Ｘ軸の速度を継ぎ目で
一旦Ｏにするということである。同第１０図、第１１図
から判るように、最初のブロックＮ１では指令値はＸの
正方向ニ１００．００　（１ｍ）　、速度Ｆ＝４０００
　（ｍ／ｍ１１１）であり、モータ出力上では略速度は
４０００　（ｗ／ｌ１ｉｎ）に達している。ブロックＮ
２では指令値はＸ　−＋５０．００　Ｆ２０００テあル
ノで、ブロックＮ１とＮ２との間でのＸ軸速度段差の絶
対値は＋　２０００−４０００１−２０００となり、こ
の値は当然ＶＬＸ（＝０）より大きいので矢視で示す継
ぎ目においてＸ軸速度は一旦０になる。

同第１１図では、モータに遅れがあるため完全に値０に
落ち込む前に次のブロックＮ２の指令がモータに与えら
れるので、図の波形のようになっているのである。

以下、Ｎ２）Ｎ３・・−−−−−−・についても各ブロ
ックの継ぎ目において速度段差があり、その都度、Ｘ軸
速度波形は値Ｏになるよう制御される。特に、ブロック
Ｎ６とＮ７の間では指令速度の値は共にＦ　４０００で
あるが、Ｘ軸のインクリメンタル移動量の符号が逆であ
るので、結果として速度は＋４０００−一４０００の如
＜　８０００の段差がある。

第１２図は許容速度段差の設定値として５００　ｗａ／
ｓｉｎを与えた場合の第１０図で示す指令値に応答した
波形図である。第１２図と第１１図を比較すると、第１
２図では許容速度段差５００　ｍ／ｓｉｎが有効化され
るため、各ブロック間での補間演算指令速度は０にまで
落ち込まない、このことは、波形図としては、例えば、
第１１図、第１２図の継ぎ目■、■および■を比べると
諒解されるように第１２図の方では速度値０に対し遠く
の位置にあり変化は緩やかになっている。また、補間演
算出力が各ブロックの継ぎ目で０まで達しないので、そ
れだけ全体の移動に要する時間も短縮されている。これ
はＴ１２＜Ｔｌｌとして第１１図、第１２図から確認さ
れる。

第１３図は許容速度段差値として９９９９ｍ／ｓｉｎを
与えた場合に対応しており、この場合には、第１０図に
示す全てのブロックＮ１乃至Ｎ１３において、各ブロッ
ク間での速度段差値は９９９９８／ｓｉｎを超えないの
で、各ブロック間での速度段差値が直接モータに指令さ
れる。従って、同図の波形は各継ぎ目において指数カー
ブを描いている。

また、ブロックＮ１からＮＩＯまでの所用時間ＴＩ（は
Ｔ１２よりさらに短くなっていることが判る。さらにま
た、この第１３図の例では、例えば、Ｎ６とＮ７の継ぎ
目では略０．５秒の間に８０００ｍｍ／ｓｉｎの速度変
化が与えられるが、第１１図および第１２図においては
１秒以上かかって８００Ｏｎ　／ｓｉｎの速度変化に対
応しているので、それだけ機械的シラツクを緩和出来る
。

第１４図乃至第１８図は本発明の他のシェミレーシッン
の結果を示す。

第１４図上方にはＮ１乃至Ｎ１３までのＸ軸、Ｙ軸方向
の移動指令値を含む各ブロックの移動経路がＸ−Ｙ座標
系において図示される。また、−同図下方にはＮｏ−８
１３までの各ブロックの移動指令の内容と、同各ブロッ
ク間での速度段差値（絶対値）を示しである。

第１４図乃至第１８図を例示したのは、ブロック中にＹ
軸方向への移動指令が与えられており、従って、ブロッ
ク間でのＹ軸速度段差が許容速度段差（ＶＬｙ）を超え
た場合、それがＸ軸の指令速度に影響を与えることを明
示するためである。

さて、第１５図は許容速度段差設定値をＯｎ／ｓｉｎに
設定した場合である。この場合には各ブロック間での速
度段差値がＹ軸に関してＯでないので、許容速度段差設
定値Ｏを超えることになり、従って、Ｘ、Ｙの合成軸方
向の速度はブロックの継ぎ目においてＹ軸に関する前記
減速率Ｏの条件により一旦Ｏに落とされるように制御さ
れることになる。第１５図で示す各継ぎ目■−〜−−−
・−■では補間演算指令上ではＸ軸速度Ｏまで指令され
ているが、実際のＸ軸速度の波形はモータの遅れにより
ｖ−０のラインより若干上まわっている。また、Ｎ１か
らＮ９までの所要経過時間Ｔ１５は約１７．５秒である
。

第１６図ではＶ　Ｌｙ−５００ｍｓ　／　ａｋｉｎが設
定された場合で、移動指令値は第１５図に示される場合
と同じであって第１４図に示されるものである。同第１
６図では継ぎ目■、■に示されるように補間演算上での
指令速度は０まで落ち込まない、その理由はＮ１とＮ２
の間の速度段差の絶対値はＹ軸上で１０００ｍｍ／ｗｉ
ｎだけあり、これはＶ　Ｌｙ−５００を超える。

すなわち、Ｙ軸減速率−５００／　１０００−０．５で
あり、またＸ軸減速率は速度段差はない。従って、合成
軸方向の補間演算速度は、Ｙ軸の減速率０，５により、
ブロックの継ぎ目位置で０．５まで低下させられる。こ
のため、継ぎ目■ではＸ軸速度４０００が２０００ｍ／
ａ＋ｉｎまで低下させられる。

但し、波形図ではモータの応答遅れのため、２０００よ
り大きい速度値となっている。ブロックＮ２とＮ３の間
でも上記と同様な理由で継ぎ目■でのＸ軸速度がＹ軸の
速度段差の影響を受けて２０００ｍ／ｓｉｎ　　（補間
演算の出力）まで落ち込んでいる。

一方、継ぎ目■においては指令値上での速度段差は第１
４図に示されるように５０００ｍ／ｗｉｎであり、従っ
てＹ軸減速率−５００／（５０００ｘＫ）−０，１とな
り、Ｘ軸速度４０００ｘＯｍｉｎは継ぎ目■の位置で４
０００ｘＯ，１＝４００まで低下させられる。

同図ではモータの応答遅れにより４００までは落ち込ん
でいないが、継ぎ目■および■との差は明瞭に判別出来
る。他の継ぎ目■〜［相］に関しても以上の説明と同様
である。

また、第１６図のＮ１〜Ｎ９までの所要時間Ｔ１６は約
１６秒であり第１５図の場合より短縮されている。これ
は各継ぎ目において、補間演算上での速度が（加速度一
定の条件で）Ｏまで落ち込まないためそれだけ時間がか
からないからである。

第１７図ではさらニＶ　ＬＸ、ｖＬｙを１０００ｍ／ｌ
ｌｌ１ｎと設定した場合の指令値に対するＸ軸モータの
速度波形図である。同図ではブロックＮ１とＮ２）Ｎ２
とＮ３との間の継ぎ目■、■は消失している。これは第
１４図のブロック間速度段差絶対値（Ｙ軸）が夫々１０
００　（■／ｓｉｎ　）であるので、減速率（許容速度
段差／速度段差ＸＫ）−１０００／１００Ｇ−１，０（
冑１００％）であるため、第７図Ａのフローにおいて５
ＴＩＥＰ　４でＮＯとなり、減速処理５ＴＥＰ　７を経
由しないからである。すなわち、ブロックＮ１とＮ２）
Ｎ２とＮ３の間ではＹ軸の速度段差１０００がその許容
値より大きくないので無視される。また、Ｎｌ−Ｎ９ま
での所要時間Ｔ１７は約１４．７秒である。

第１８図はさらに許容速度段差ＶＬＸ、ｖＬｙを９９９
９　（Ｗ／請ｉｎ　）とした場合である。この場合には
、第１４図のＹ軸速度段差の全てが９９９９より小であ
り、各Ｙ軸の減速率はｌより大きい、従って、各ブロッ
クでのＹ軸速度段差に対応するブロック間継ぎ目での減
速処理は行われないので同図波形（Ｘ軸モータ速度の波
形）に示すように４０００　（ｗ／ｗｉｎ　）で平坦で
ある。同図の場合、各ブロックの区分がはっきりしない
ため、所要時間は明示されていないが、第１７図のＴＩ
？（Ｉ＝１１４．７秒）よりさらに短縮される。

以上、本発明の実施例について説明したが、以下若干の
変形例について説明する。すなわち、第５図に示すパラ
メータ設定部３０１Ｂでは工作機械３０１の全ての制御
軸に対してその許容速度段差値を入力しなければ本発明
の主旨が発揮されないわけではなく、１つの制御軸（好
ましくは非常に速度変化が大きい制御軸）のみを対象に
してもよい、この場合は、第４図の減速率算出部２０４
では上記１つの制御軸に対する減速率Ｑが得られる。こ
の時、最小の減速率Ｑｉという用語は適切な表現ではな
いが、この場合においてＱ＜１であればＱｉとしてその
Ｑ（＜１）を用いることが出来る。

また、上述した唯１つの制御軸ではなくて複数の制御軸
（全制御軸ではないが）を指定するようにしても本発明
の主旨に基づく効果は発揮され得る。

さらにまた、許容速度段差値はパラメータとして都度与
えるように説明したが、対象としている工作機械が特定
されるなら定数として予め与えるようにしてもよい。

一方、許容速度段差値としてはパラメータで入力出来る
ようになっているので、その制御軸に関しての最大許容
速度段差を入力するようにしてもよい。さらにまた、以
上の実施例に関する説明では数値制御される対象の機械
は工作機械、特に、切削工作機械を扱っているが、必ず
しもこのような切削工作機械に限られる必要はな（、例
えば、レーザ加工機のようなものでも本発明の主旨は発
揮されるのである。

すなわち、本発明は、第１図を含め切削工具を例として
その説明に用いたがレーザ加工機のように非切削工具を
用いて所望の形状を実現する機械においてもそれが数値
制御装置からの工具移動指令を受けて動作するものであ
る限り、本発明の技術的思想の範囲内であることは勿論
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る数値制御装置を用いた工作機械の
概略正面説明図、第２図は従来技術に係るソフト速度出
力によって加減速を行う場合の制御波形図、第３図は第
２図に示す制御方式に対し加減速を行わない場合の制御
波形図、第４図は本発明に係る数値制御装置における信
号処理の流れを示す説明図、第５図は本発明に係る数値
制御装置の具体的構成を示す説明図、第６図は本発明に
係る数値制御装置に用いられるＣＰＵにおいてサンプリ
ング周期と時間帯との相関関係を示す説明図、第７図Ａ
はサンプリング周期に応じて処理される補間演算プロセ
スのフローチャート、第７図Ｂは第７図Ａで用いた各種
記号の説明図、第７図Ｃは工具先端の移動方向の移動残
量と減速開始時点との相関関係を示す説明図、第７図り
は補間遠度出力と時間との相関関係を示す説明図、第８
図は隣接する加ニブロックと速度段差との相関関係を示
す説明図、第９図はソフト速度出力と移動軌跡との関係
を示す説明図、第１０図乃至１３図は本発明に係る数値
制御装置を用いてシミュレートした実験結果を示す速度
と時間との相関関係の説明図、第１４図乃至第１８図は
本発明に係る数値制御装置を用いてシミュレートした他
の実験結果を示す速度と時間との相関関係の説明図であ
る。 １０１・−工作機械　　　　１０２・・ヘッド１０３．
１０４・・テーブル　１０６・・ベッド１０７・・コラ
ム　　　　　１０８・・架台１１２・・支点　　　　　
　１１３・・油圧シリンダ１１４・・工具　　　　　　
１１５・・ヘッド２０１・・テープ　　　　　２０２・
・解析部２０４・・減速率算出部　　２０６・・サーボ
モータ３００・・数値制御装置　　３０１・・工作機械
３０３・・インターフイース ３０６・・プログラムメモリ３０８・・基準信号発生部
手　続　争甫　正　書（方式） 昭和６０年　２月　５日 １、事件の表示　　昭和５９年　特許願　第２７８７４
３号２）発明の名称 速度段差平滑機能を備えた数値制御装置３、補正をする
者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　　　東京都中央区銀座４丁目２番１１号名
　称　　　　　東芝機械株式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　自発 ６、補正の対象　　　（１１明細書の発明の詳細な説明
の欄特願昭第５９−２７８７４３号 補　　　　　　　正　　　　　　　書 １、　明細書の「発明の詳細な説明」につき、次の通り
補正します。 （１１第１２頁１５行目の

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）数値制御装置において、同装置の制御軸に対応し
   てその制御軸に関する許容速度段差値を予め設定する手
   段と、相続く加工プログラム中のブロックの指令データ
   から前記制御軸に対応した速度成分の段差値を算出する
   手段と、前記速度成分の段差値および前記許容速度段差
   値とから前記制御軸に関する減速率を算出する手段と、
   前記減速率を用いて現ブロックにおける減速開始点を算
   出する手段とを備え、前記減速率に対応する前記制御軸
   のブロック間継ぎ目における速度段差をその許容速度段
   差の範囲に抑えるように構成することを特徴とする速度
   段差平滑機能を備えた数値制御装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の数値制御装置におい
   て、許容速度段差の設定手段に１つまたは複数の制御軸
   に対応して夫々の許容値を設定する手段を設けるように
   した数値制御装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載の数値制御装置におい
   て、減速率算出手段が複数の制御軸の夫々に対応する減
   速率を算出すると共に同複数の算出された減速率の中の
   １つを特定する減速率特定手段を備えたことからなる数
   値制御装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載の数値制御装置におい
   て、前記減速率算出手段が減速率として前記ブロック間
   の速度段差に対する前記許容速度段差の比を含むことか
   らなる数値制御装置。
5. （５）特許請求の範囲第１項記載の数値制御装置におい
   て、前記減速率算出手段が減速率として前記ブロック間
   の速度段差にオーバーライド値を乗じた実際の指令速度
   段差に対する前記許容速度段差の比を含むことからなる
   数値制御装置。
6. （６）特許請求の範囲第４項または第５項記載の数値制
   御装置において、前記減速率算出手段で得られた減速率
   が１以上の場合にその制御軸に関する減速率の存在対象
   から除外することからなる数値制御装置。
7. （７）特許請求の範囲第３項記載の数値制御装置におい
   て、前記減速率特定手段が複数の減速率の中の最少値の
   ものを特定することからなる数値制御装置。