KR20200005435A - 수치 제어 장치, 수치 제어 방법 및 수치 제어 프로그램 - Google Patents

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Abstract

가공 효율을 올리면서, 가공면질의 저하를 억제할 수 있는 수치 제어 장치, 수치 제어 방법 및 수치 제어 프로그램을 제공한다. 수치 제어 장치(1)는, 공작 기계를 제어하기 위한 가공 프로그램을 해석하고, 지정된 좌표에 기초하여, 지령 블록마다의 누적의 이동 거리를 산출하는 프로그램 해석부(11)와, 지령 블록마다의 이동 거리, 및 지정된 속도에 기초하여, 지령 블록의 시점(始点) 및 종점에 있어서의 이동 거리 및 속도의 조(組)인 제어점을 생성하는 제어점 생성부(12)와, 제어점으로부터, 이동 거리에 대한 지령 속도를 정의한 파라메트릭 곡선을 생성하는 지령 속도 생성부(13)와, 생성된 상기 지령 속도를 보간 단위로 출력하는 지령 속도 출력부(14)를 구비한다.

Description

수치 제어 장치, 수치 제어 방법 및 수치 제어 프로그램 {NUMERICAL CONTROLLER, NUMERICAL CONTROL METHOD, AND NUMERICAL CONTROL PROGRAM}
본 발명은, 가공 중에 지령 속도를 변화시키는 수치 제어 장치, 수치 제어 방법 및 수치 제어 프로그램에 관한 것이다.
종래, 공작 기계를 제어하기 위한 가공 프로그램에 있어서는, 전송 속도가 초기 설정되어, 일정한 속도로 가공이 행해지는 경우가 많았다. 또한, 가공 프로그램으로는, 지령 블록의 단위로 속도의 지령이 가능하므로(예를 들면, 특허 문헌 1 참조), 형상 또는 가공 개소에 따라 변하는 가공 부하에 따라서, 지령 블록마다 속도 지령을 변경하여 가공 시간을 단축하고, 가공 효율의 향상을 도모하는 경우가 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 공보 제2017-204072호
그러나, 가감속이 고속인 기계는, 속도의 지령에 신속히 추종할 수 있으므로, 가공 중에 지령값이 변화하는 경우, 순조로운 속도 변화가 되지 않는다. 따라서, 가감속의 충격에 의한 가공 부하의 급격한 증대로 절삭 진동 등이 발생하고, 이에 따른 공구 수명 및 가공면질의 저하가 과제로 되어 있었다.
또한, 가감속을 제어하여 충격을 억제할 수도 있으나, 이에 의해 가공 시간이 늘어나므로, 단시간으로의 가감속이 설정된다. 그러면, 동일 가공면에서도, 속도가 변화하는 개소에서 상이한 가공면질이 불연속으로 발생하여, 가공면질 불량이라고 판단되는 경우가 있었다.
본 발명은, 가공 효율을 올리면서, 가공면질의 저하를 억제할 수 있는 수치 제어 장치, 수치 제어 방법 및 수치 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명에 따른 수치 제어 장치(예를 들면, 후술의 수치 제어 장치(1))는, 공작 기계를 제어하기 위한 가공 프로그램을 해석하고, 지정된 좌표에 기초하여, 지령 블록마다의 누적의 이동 거리를 산출하는 프로그램 해석부(예를 들면, 후술의 프로그램 해석부(11))와, 상기 지령 블록마다의 상기 이동 거리, 및 지정된 속도에 기초하여, 해당 지령 블록의 시점(始点) 및 종점에 있어서의 상기 이동 거리 및 상기 속도의 조(組)인 제어점을 생성하는 제어점 생성부(예를 들면, 후술의 제어점 생성부(12))와, 상기 제어점으로부터, 상기 이동 거리에 대한 지령 속도를 정의한 파라메트릭 곡선을 생성하는 지령 속도 생성부(예를 들면, 후술의 지령 속도 생성부(13))와, 생성된 상기 지령 속도를 보간 단위로 출력하는 지령 속도 출력부(예를 들면, 후술의 지령 속도 출력부(14))를 구비한다.
(2) (1)에 기재된 수치 제어 장치에 있어서, 상기 지령 속도 생성부는, 소정의 계수에 의해 상기 지령 속도를 조정해도 된다.
(3) (1) 또는 (2)에 기재된 수치 제어 장치에 있어서, 상기 파라메트릭 곡선은, B-스플라인 곡선, 베지에 곡선, 또는 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline) 곡선 중 어느 하나여도 된다.
(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 수치 제어 장치에 있어서, 상기 제어점 생성부는, 전후의 제어점 각각과 속도가 동일한 제어점을 생략해도 된다.
(5) (4)에 기재된 수치 제어 장치에 있어서, 상기 제어점 생성부는, 전후의 제어점 각각과 속도의 차가 지정된 속도 범위의 제어점을 생략해도 된다.
(6) 본 발명에 따른 수치 제어 장치 방법은, 공작 기계를 제어하기 위한 가공 프로그램을 해석하고, 지정된 좌표에 기초하여, 지령 블록마다의 누적의 이동 거리를 산출하는 프로그램 해석 단계와, 상기 지령 블록마다의 상기 이동 거리, 및 지정된 속도에 기초하여, 해당 지령 블록의 시점 및 종점에 있어서의 상기 이동 거리 및 상기 속도의 조(組)인 제어점을 생성하는 제어점 생성 단계와, 상기 제어점으로부터, 상기 이동 거리에 대한 지령 속도를 정의한 파라메트릭 곡선을 생성하는 지령 속도 생성 단계와, 생성된 상기 지령 속도를 보간 단위로 출력하는 지령 속도 출력 단계를 컴퓨터(예를 들면, 후술의 수치 제어 장치(1))가 실행한다.
(7) 본 발명에 따른 수치 제어 프로그램은, 공작 기계를 제어하기 위한 가공 프로그램을 해석하고, 지정된 좌표에 기초하여, 지령 블록마다의 누적의 이동 거리를 산출하는 프로그램 해석 단계와, 상기 지령 블록마다의 상기 이동 거리, 및 지정된 속도에 기초하여, 해당 지령 블록의 시점 및 종점에 있어서의 상기 이동 거리 및 상기 속도의 조(組)인 제어점을 생성하는 제어점 생성 단계와, 상기 제어점으로부터, 상기 이동 거리에 대한 지령 속도를 정의한 파라메트릭 곡선을 생성하는 지령 속도 생성 단계와, 생성된 상기 지령 속도를 보간 단위로 출력하는 지령 속도 출력 단계를 컴퓨터(예를 들면, 후술의 수치 제어 장치(1))에 실행시키기 위한 것이다.
본 발명에 의하면, 수치 제어 장치는, 가공 효율을 올리면서, 가공면질의 저하를 억제할 수 있다.
도 1는, 제1 실시 형태에 따른 가공 프로그램을 예시하는 도면이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 따른 가공 프로그램의 지령 블록마다 지정된 속도의 추이를 예시하는 도면이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 따른 가공 프로그램에 기초하여, 지정된 속도로의 가감속을 종래의 기술에 의해 제어한 경우의 속도의 추이를 예시하는 도면이다.
도 4는, 제1 실시 형태에 따른 수치 제어 장치가 가공 프로그램으로부터 생성한 파라메트릭 곡선을 따라, 공작 기계로의 지령 속도를 제어한 경우의 속도의 추이를 예시하는 도면이다.
도 5는, 제1 실시 형태에 따른 수치 제어 장치의 기능 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은, 제1 실시 형태에 따른 지령 블록과, 누적의 이동 거리 및 지정 속도와의 대응을 나타내는 도면이다.
도 7은, 제1 실시 형태에 따른 제어점의 생성 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 8은, 제1 실시 형태에 따른 제어점의 생성예를 나타내는 도면이다.
도 9는, 제1 실시 형태에 따른 제어점 및 B-스플라인 곡선의 생성예를 나타내는 도면이다.
도 10은, 제2 실시 형태에 따른 파라메트릭 곡선의 차수에 의한 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은, 제2 실시 형태에 따른 가공 프로그램에 있어서의 계수의 지정 방법을 예시하는 도면이다.
도 12는, 제2 실시 형태에 따른 지령 속도의 조정 결과를 예시하는 도면이다.
도 13은, 제3 실시 형태에 따른 가공 프로그램에 있어서의 모덜 속도 정보를 예시하는 도면이다.
도 14는, 제3 실시 형태에 따른 가공 프로그램의 지령 블록에 기술된 속도 및 모덜 속도 정보를 이용하여 생성한 제어점과, 이들 제어점에 기초하는 파라메트릭 곡선을 예시하는 도면이다.
도 15는, 제3 실시 형태에 따른 가공 프로그램으로부터 생략하여 생성된 제어점과, 이들 제어점에 기초하는 파라메트릭 곡선을 예시하는 도면이다.
도 16은, 제3 실시 형태에 따른 제어점의 생성 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 17은, 제3 실시 형태에 따른 가공 프로그램으로부터 생성될 수 있는 제어점 중, 아무것도 생략하지 않은 경우의 제어점의 생성예를 나타내는 도면이다.
도 18은, 제3 실시 형태에 따른 가공 프로그램으로부터 생성될 수 있는 제어점 중, 일부를 생략한 경우의 제어점의 생성예를 나타내는 도면이다.
도 19는, 제3 실시 형태에 따른 가공 프로그램에 있어서의, 제어점의 생략 기능의 지정 방법을 예시하는 도면이다.
［제1 실시 형태］
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 수치 제어 장치(1)는, 지령 블록 단위로 각 축의 위치를 나타내는 좌표 및 전송 속도가 지정된 가공 프로그램을 실행하여, 공작 기계를 제어한다. 수치 제어 장치(1)는, 가공 프로그램을 실행할 때에 각 지령 블록을 해석하여, 지정된 좌표까지, 지정된 속도에 기초하여 실제의 전송 속도의 제어를 행한다. 이 때, 수치 제어 장치(1)는, 지령 블록마다 지정된 좌표로부터 산출되는 누적의 이동 거리와, 지정된 속도를 대응시킨 복수의 제어점에 대하여, 속도 변화를 완만하게 한 파라메트릭 곡선을 생성하고, 이 파라메트릭 곡선을 따라, 이동 거리에 대한 지령 속도를 출력한다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램을 예시하는 도면이다. 이 예에서는, 블록 번호 1에서 지정된 원점으로부터, 블록 번호 2에서 좌표(10.0, 10.0)까지 전송 속도 F1000로 가공하는 것이 지정되어 있다. 마찬가지로, 블록 번호 3에서 좌표(15.0, 13.0)까지 전송 속도 F2000로, 블록 번호 4에서 좌표(18.0, 11.0)까지 전송 속도 F2500로, 블록 번호 5에서 좌표(20.0, 5.0)까지 전송 속도 F1100로 가공하는 것이 지정되어 있다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램의 지령 블록마다 지정된 속도의 추이를 예시하는 도면이다. 이 예에서는, 도 1에 도시한 가공 프로그램으로부터 읽어낼 수 있는, 원점으로부터의 누적의 이동 거리에 대하여, 지령 블록마다 지정된 속도가 묘화되어 있다.
지정된 속도대로 공작 기계를 제어하면, 지령 블록이 전환되는 위치(예를 들면, 블록 번호 2로부터 블록 번호 3으로 전환되는 위치(A), 및 블록 번호 3으로부터 블록 번호 4로 전환되는 위치(B) 등)에서 속도가 불연속으로 변화한다. 이 때문에, 이들 위치에서 가공 부하가 급격히 상승하여, 공구 수명 및 가공면질의 저하가 염려된다.
도 3은, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램에 기초하여, 지정된 속도로의 가감속을 종래의 기술에 의해 제어한 경우의 속도의 추이를 예시하는 도면이다. 이 경우, 지령 속도의 변화가 도 2의 경우보다 완만해져, 가공 부하의 급격한 상승은 억제되지만, 가감속에 걸리는 시간에 따라 가공에 필요로 하는 시간이 길어진다. 이에, 가감속에 걸리는 시간을 짧게 하면, 속도의 변화에 수반하는 지령 블록 간에서의 가공면질의 변화도 급격해지므로, 연속한 면질이 요구되는 경우에 가공면질 불량이라고 판단되기 쉽다.
도 4는, 본 실시 형태에 따른 수치 제어 장치(1)가 가공 프로그램으로부터 생성한 파라메트릭 곡선을 따라, 공작 기계로의 지령 속도를 제어한 경우의 속도의 추이를 예시하는 도면이다. 이 예에서는, 지령 블록의 시점 및 종점에 대응하는 제어점이 설치되고, 이들 제어점에 기초하여 파라메트릭 곡선이 묘화되어 있다.
이 경우, 지령 속도의 변화가 완만해지며, 또한, 가공 프로그램으로 지정된 속도에 기초하는 가공 시간과 비교하여, 속도가 높은 부분 및 낮은 부분이 생겨, 동등한 가공 시간이 유지된다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 수치 제어 장치(1)의 기능 구성을 나타내는 도면이다. 수치 제어 장치(1)는, 제어부(10) 및 기억부(20)를 구비한 정보 처리 장치이다. 가공 프로그램의 지령 블록으로 지정된 좌표 및 속도로부터 파라메트릭 곡선을 생성하고, 이 파라메트릭 곡선을 따라 실제의 지령 속도를 출력하기 위하여, 제어부(10)는, 프로그램 해석부(11)와, 제어점 생성부(12)와, 지령 속도 생성부(13)와, 지령 속도 출력부(14)를 구비한다. 이들 각 기능부는, 제어부(10)가 기억부(20)에 저장된 수치 제어 프로그램을 읽어들여 실행함으로써 실현된다.
프로그램 해석부(11)는, 공작 기계를 제어하기 위한 가공 프로그램을 기억부(20) 또는 외부 기기로부터 읽어들여 해석한다. 구체적으로는, 본 실시 형태에 있어서, 프로그램 해석부(11)는, 가공 프로그램을 구성하는 지령 블록의 각각으로부터, 종점 좌표 및 속도의 지정값을 추출한다.
또한, 프로그램 해석부(11)는, 추출한 좌표에 기초하여, 가공 개시점으로부터 각 지령 블록의 종점까지의 누적의 이동량(Bp)을 산출하고, 지령 블록마다 누적의 이동 거리(Bp) 및 지정 속도(Fp)를 취득한다.
도 6은, 본 실시 형태에 따른 지령 블록과, 누적의 이동 거리 및 지정 속도와의 대응을 나타내는 도면이다. 각 지령 블록으로부터는, 좌표 및 속도의 지정값이 추출되고, 블록 번호에 누적의 이동 거리와 지정 속도가 대응된다.
여기서, 지령 블록마다의 이동 거리(ΔBp)는, 각 축의 이동량(ΔAi)을 이용하여,
Figure pat00001
라고 정의된다. 예를 들면, XY의 2 축의 지령의 경우,
Figure pat00002
이다. 따라서, 지령 블록마다 지정된 좌표로부터,
Figure pat00003
로 계산할 수 있고, 누적의 이동 거리는,
B0=ΔB0=0
B1=ΔB0＋ΔB1=14.142
B2=ΔB0＋ΔB1＋ΔB2=19.973
가 된다.
제어점 생성부(12)는, 지령 블록마다의 종점까지의 누적의 이동 거리(Bp) 및 속도(Fp)에 기초하여, 이들 지령 블록의 시점 및 종점에 있어서의 누적의 이동 거리 및 속도의 조(組)인 제어점(Pi=(Pbi, Pfi))을 생성한다.
도 7은, 본 실시 형태에 따른 제어점의 생성 방법을 나타내는 플로우차트이다. 단계 S1에서, 프로그램 해석부(11)는, 가공 프로그램의 지령 블록 각각의 지정 내용에 기초하여, 지령 블록마다의 누적의 이동 거리(Bp) 및 속도(Fp)를 산출한다.
단계 S2에서, 제어점 생성부(12)는, 제어점의 인덱스(i), 및 지령 블록의 인덱스(p)를 0으로 초기화한다. 단계 S3에서, 제어점 생성부(12)는, i(≥0) 번째의 제어점을, Pfi=Fp, Pbi=Bp라고 계산한다.
단계 S4에서, 제어점 생성부(12)는, p＋1 번째의 지령 블록, 즉, Bp ＋1 및 Fp ＋1이 있는지의 여부를 판정한다. 이 판정이 YES인 경우, 처리는 단계 S5으로 이동하고, 판정이 NO인 경우, 제어점의 생성이 완료했으므로, 처리는 종료한다.
단계 S5에서, 제어점 생성부(12)는, 현재(p 번째)의 지령 블록과 다음(p＋1 번째)의 지령 블록에서 지정 속도가 동일한지의 여부를 판정한다. 이 판정이 YES인 경우, 처리는 단계 S8으로 이동하고, 판정이 NO인 경우, 처리는 단계 S6으로 이동한다.
단계 S6에서, 제어점 생성부(12)는, 다음(p＋1 번째)의 지령 블록의 시점에 상당하고 현재(p 번째)와 속도가 상이한 제어점을 생성하기 위해, 인덱스(i)를 카운트업한다. 단계 S7에서, 제어점 생성부(12)는, i 번째의 제어점을, Pfi=Fp ＋1, Pbi=Bp라고 계산한다.
단계 S8에서, 다음(p＋1 번째)의 지령 블록의 종점에 상당하는 제어점을 생성하기 위해, 인덱스 i 및 p를 카운트업한다. 그 후, 처리는, 단계 S3으로 되돌아온다.
도 8은, 본 실시 형태에 따른 제어점의 생성예를 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 각 지령 블록의 지정 속도가 각각 상이한 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 우선, 블록 번호 1(인덱스 p=0)로부터는, 가공 개시점에 대응하는 제어점(P0=(B0, F0))이 생성된다. 블록 번호 2 이후(인덱스 p＞0)부터는, 시점에 대응하는 제어점(P2p-1=(Bp-1, Fp))과, 종점에 대응하는 제어점(P2p=(Bp, Fp))이 생성된다.
지령 속도 생성부(13)는, 생성된 제어점에 기초하여, 이동 거리에 대한 지령 속도를 정의한 파라메트릭 곡선을 생성한다. 파라메트릭 곡선은, 예를 들면, B-스플라인 곡선, 베지에 곡선, 또는 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline) 곡선 중 어느 하나여도 된다. 이하, 파라메트릭 곡선은, B-스플라인 곡선인 것으로서 설명한다.
B-스플라인 곡선(C(t))은, 기저 함수(블렌딩 함수)(Nin(t)), 제어점(Pi), 노트(노트 벡터)(t), 차수(n), 제어점의 수(m＋1)에 의해 정의된다. 또한, 이동 거리(B(t)) 및 지령 속도(F(t))는, 각각 Pbi 및 Pfi로부터 다음과 같이 구해진다.
Figure pat00004
여기서, 최초의 제어점(P0) 및 최후의 제어점(Pm)을 통과하는 개방 균일(open uniform) B-스플라인을 얻기 위해서는, 다음과 같이, 최초와 최후에 n＋1 개의 다중 노트가 설치된다. 또한, 노트 벡터의 수(p)는, p=m＋n＋1이다.
t0=t1=···=tn=0
tp -n=tp -n＋1=···=tp=1
도 9는, 본 실시 형태에 따른 제어점 및 B-스플라인 곡선의 생성예를 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 이동 거리(B)와 속도(F)를 축으로 하는 좌표계에 있어서, 도 8의 제어점(P0~P8)이 설치되어 있다. 예를 들면, 블록 번호 3의 지령 블록에 있어서의 시점에 상당하는 제어점(P3)은, 좌표(Pb3, Pf3)에 설치된다. 이들 제어점에 기초하여, 지정된 차수, 예를 들면, 2 차의 B-스플라인 곡선(C(t))이 작성된다.
지령 속도 출력부(14)는, 생성된 지령 속도를 보간 단위인 소정의 이동량마다 출력하여, 공작 기계를 제어한다. 구체적으로는, 지령 속도 출력부(14)는, 보간 단위마다 이동 거리(B(t))가 측정되면, 다음과 같이 노트(t)의 2 차 방정식의 해로서 t를 산출하고, t로부터 지령 속도(F(t))를 계산하여 출력한다. 또한, α, β, γ는, 제어점에 있어서의 이동 거리(Pbi) 및 부여된 B(t)로부터 정해지는 계수이다.
Figure pat00005
이어서, B-스플라인 곡선의 계산예를 나타낸다.
(계산예 1： 세그먼트수 L=1, 차수 n=2, 제어 점수 m＋1=3인 경우)
P0, P1, P2를 제어점으로 하고, 양단의 P0 및 P2를 통하여, 1 세그먼트로 이루어진 2 차의 B-스플라인 곡선(C(t))은, 다음의 식으로 표시된다. 또한, 제어 점수 m＋1, 차수 n 및 세그먼트수 L의 관계는, m=n＋L-1이다.
Figure pat00006
여기서, 노트 벡터 ｛t0, ..., tp｝의 수 p는, p=m＋n＋1=5이다. 개방 균일 B-스플라인 곡선을 얻기 위해, 시점 및 종점에서, n＋1=3 개의 다중 노트를 설치하면, 노트 벡터는 ｛t0, ..., t5｝=｛0, 0, 0, 1, 1, 1｝이 된다. 또한, 정의역이 t2≤t＜t3이므로, 0 차의 기저 함수는, t2≤t＜t3만 1이 되고, 0 차부터 2 차의 기저 함수는, 각각 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00007
따라서, 보간 단위로 이동 거리(B(t))가 부여되면, 지령 속도(F(t))는, 다음과 같이 노트(t)를 통하여 계산된다.
Figure pat00008
<계산예 2：세그먼트수 L=2, 차수 n=2, 제어 점수 m＋1=4인 경우>
P0, P1, P2, P3를 제어점으로 하고, 양단의 P0 및 P4를 통하여, 2 세그먼트로 이루어진 2 차의 B-스플라인 곡선(C(t))은, 다음의 식으로 표시된다.
Figure pat00009
여기서, 노트 벡터 ｛t0, ..., tp｝의 수 p는, p=m＋n＋1=6이다. 개방 균일 B-스플라인 곡선을 얻기 위해, 시점 및 종점에서, n＋1=3 개의 다중 노트를 설치하면, 노트 벡터는 ｛t0, ..., t6｝=｛0, 0, 0, 1, 2, 2, 2｝가 된다. 또한, 다중 노트 구간 외에서 균일(uniform)의 변화를 함으로써, 개방 균일 B-스플라인 곡선이 얻어지고, 비균일(non-uniform)의 변화 또는 다중을 시킴으로써, 각 제어점의 무게를 변화시킨 비균일B-스플라인 곡선을 얻을 수 있다. 또한, 정의역이 t2≤t＜t4이므로, 0 차의 기저 함수는, 다음과 같이 t2≤t＜t4만 1이 된다.
Figure pat00010
또한, 1 세그먼트째의 노트(t)의 범위 0≤t＜1에서, 1 차 및 2 차의 기저 함수는, 각각 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00011
또한, 2 세그먼트째의 노트(t)의 범위 1≤t＜2에서, 1 차 및 2 차의 기저 함수는, 각각 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00012
따라서, 보간 단위로 이동 거리(B(t))가 부여되면, 지령 속도(F(t))는, 노트(t)를 통하여 세그먼트별로 계산된다. 즉, 1 세그먼트째의 0≤t＜1에서는, 이동 거리(B0(t))에 대하여, 지령 속도(F(t))가 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00013
또한, 2 세그먼트째의 1≤t＜2에서는, 이동 거리(B1(t))에 대하여, 지령 속도(F(t))가 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00014
본 실시 형태에 의하면, 수치 제어 장치(1)는, 가공 프로그램의 지령 블록마다 지정된 이동 거리 및 속도에 기초하여, 이 지령 블록의 시점 위치 및 종점 위치에 대응한 누적의 이동 거리 및 속도의 조(組)로 표시되는 제어점을 생성한다. 그리고, 수치 제어 장치(1)는, 이들 제어점으로부터, 이동 거리에 대한 지령 속도를 정의한 파라메트릭 곡선을 생성하여, 보간 단위마다의 이동 거리에 대응하는 지령 속도를 파라메트릭 곡선을 따라 출력한다.
따라서, 수치 제어 장치(1)는, 가공 효율을 도모하기 위해 지령 속도를 지령 블록 단위로 변화시킨 가공 프로그램을 이용한 경우에, 가감속에 의한 충격을 저감하고, 또한, 지정 속도의 변경 개소에서 가공면질에 연속성을 갖게 할 수 있다. 그 결과, 수치 제어 장치(1)는, 가공 효율을 올리면서, 가공면질의 저하를 억제할 수 있다.
수치 제어 장치(1)는, 파라메트릭 곡선으로서, B-스플라인 곡선, 베지에 곡선, 또는 NURBS 곡선을 이용하여, 적절한 지령 속도를 산출할 수 있다.
［제2 실시 형태］
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 제1 실시 형태에서는, 수치 제어 장치(1)는, 파라메트릭 곡선을 이용하여, 속도 변화를 완만히 제어했다. 이 때, 파라메트릭 곡선의 특성에 의해, 차수(n)를 증가시킴으로써, 속도 변화가 보다 매끄럽게, 즉, 변화율이 일정하게 가까워져 간다. 한편, 파라메트릭 곡선으로 표시되는 지령 속도는, 가공 프로그램에 의해 지정된 속도로부터는 괴리되어 버린다.
도 10은, 본 실시 형태에 따른 파라메트릭 곡선의 차수에 의한 변화를 나타내는 도면이다. 2 차의 B-스플라인 곡선에 비해, 5 차의 B-스플라인 곡선에서는, 지정 속도를 크게 웃돌거나, 반대로 밑돈다. 예를 들면, 파선의 원으로 나타낸 극대(極大) 부분에서는, 5 차의 B-스플라인 곡선이 지정 속도를 밑돌고 있다.
이에, 본 실시 형태에서는, 지령 속도 생성부(13)는, 소정의 계수를 곱함으로써 지령 속도를 조정한다. 구체적으로는, 지령 속도 생성부(13)는, 가공 프로그램에서 지정된 계수(a)를 이용하여, 다음과 같이, 지령 속도(F(t))를 증감시킨다.
Figure pat00015
도 11은, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램에 있어서의 계수의 지정 방법을 예시하는 도면이다. 파라메트릭 곡선에 의한 속도 제어 기능을 온으로 할 때(M400), 예를 들면, 파라미터(C)에 의해 차원(n)이 지정되고, 파라미터(A)에 의해 계수(a)가 지정된다. 이 예에서는, 「C5」에 의해 5 차의 파라메트릭 곡선이 생성되고 「A110」에 의해 지령 속도는 110%로 증가한다.
도 12는, 본 실시 형태에 따른 지령 속도의 조정 결과를 예시하는 도면이다. 실선으로 나타낸 그래프는, 계수를 이용하지 않은 (A0) 또는 등배하는 (A100) 지정이 된 경우의 파라메트릭 곡선이다. 파선으로 나타낸 그래프는, 「A110」 등에 의해 배율이 지정된 경우의 파라메트릭 곡선이며, 조정 전에 비해, 가공 중의 전역에 걸쳐 지령 속도가 높게 조정된다.
본 실시 형태에 의하면, 수치 제어 장치(1)는, 계수를 이용하여 지령 속도를 조정함으로써, 고차의 파라메트릭 곡선을 이용한 경우에, 지령 속도의 과도한 저하 또는 상승을 억제할 수 있다. 이 결과, 수치 제어 장치(1)는, 가공의 효율성을 높이고, 또한, 고품질의 가공을 실현할 수 있다.
［제3 실시 형태］
이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 지령 블록 각각에서, 속도가 명시적으로 지정되어 있었으나, 가공 프로그램에 있어서의 속도의 지정 방법은 이에 한정되지 않는다. 복수의 연속된 지령 블록에서 동일한 속도가 구해지는 경우, 연속된 최초의 지령 블록에만 속도의 지정값이 기술되어도 된다. 이 경우, 프로그램 해석부(11)에 의해, 생략한 지정 속도가 모덜 속도 정보로서 추출된다.
도 13은, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램에 있어서의 모덜(modal) 속도 정보를 예시하는 도면이다. 예를 들면, 블록 번호 2로 지정된 「F1000」가 블록 번호 3에서도, 모덜 속도 정보로서 계속하여 이용된다. 마찬가지로, 블록 번호 4로 지정된 「F1005」가 블록 번호 5에서, 블록 번호 6으로 지정된 「F2000」가 블록 번호 7에서, 블록 번호 8으로 지정된 「F2500」가 블록 번호 9에서, 블록 번호 10으로 지정된 「F1000」가 블록 번호 11에서, 각각 모덜 속도 정보로서 계속하여 이용된다.
도 14는, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램의 지령 블록에 기술된 속도 및 모덜 속도 정보를 이용하여 생성한 제어점과, 이들 제어점에 기초하는 파라메트릭 곡선을 예시하는 도면이다. 도 13의 가공 프로그램에 기초하여 제어점(P0~P14)이 생성되면, 모덜 속도 정보, 또는 블록 번호 4의 「F1005」와 같이 전(前)블록으로부터의 변화가 작은 속도 정보가 있기 위하여, 대략 직선 상에 제어점이 다수(3 개 이상) 배치된다.
이러한 배치의 제어점에 기초하는 파라메트릭 곡선은, 그 특성 상, 국소적으로 가로 축 방향으로의 직진성을 가진다. 따라서, 도면에 도시한 바와 같이, 5 차의 B-스플라인 곡선이어도, 급격한 속도 변화가 인정되고, 또한 고차여도 마찬가지의 특징이 나타나, 가공면질이 저하될 우려가 있다.
이에, 본 실시 형태에서는, 제어점 생성부(12)는, 제어점의 생성에 있어서, 전후의 제어점의 양방과 속도가 동일한 제어점을 생략한다. 그리고, 지령 속도 생성부(13)는, 일부가 생략된 제어점에 기초하여 파라메트릭 곡선을 생성한다. 이 때, 제어점 생성부(12)는, 전후의 제어점의 양방과의 속도의 차가 지정된 속도 범위 내의 제어점을 생략해도 된다.
도 15는, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램으로부터 생략하여 생성된 제어점과, 이들 제어점에 기초하는 파라메트릭 곡선을 예시하는 도면이다. 이 예에서는, 도 14에 도시한 제어점(P0~P14) 중, 전후의 제어점과 속도가 동일하거나 또는 근사하고 있는 제어점이 생략되어 있다. 이 결과, 대략 직선 상에 배열된 제어점 중, 양단의 제어점만이 남아 있다. 생략 후의 제어점(P0~P8)에 기초한 파라메트릭 곡선에는, 도 14에 도시한 가로 축 방향으로의 직진성이 없고, 속도 변화가 완만하게 되어 있다.
도 16은, 본 실시 형태에 따른 제어점의 생성 방법을 나타내는 플로우차트이다. 단계 S1~S8는, 제1 실시 형태의 플로우차트(도 7)와 동일하지만, 단계 S5a가 변경되고, 단계 S9 및 S10가 추가되어 있다.
단계 S5a에서, 제어점 생성부(12)는, 소정 범위(D) 이내의 속도 변화를, 지정 속도가 동일한 경우와 마찬가지로 취급한다. 즉, 제어점 생성부(12)는, 현재(p 번째)의 지령 블록과 다음(p＋1 번째)의 지령 블록에서 지정 속도의 차가 D 이내인지의 여부를 판정한다.
또한, 단계 S8에서, 인덱스(i 및 p)를 카운트업한 후, 단계 S9에서, 제어점 생성부(12)는, 현재(p 번째)의 지령 블록과 지정 속도의 차가 D 이내인 다음(p＋1 번째)의 지령 블록이 있는지의 여부를 판정한다. 이 판정이 YES인 경우, 처리는 단계 S10으로 이동하고, 판정이 NO인 경우, 처리는 단계 S3으로 이동한다.
단계 S10에서, 제어점 생성부(12)는, 현재(p 번째)의 지령 블록의 종점에 상당하는 제어점의 생성을 생략하고, 인덱스(p)를 카운트업한다. 그 후, 처리는 단계 S9으로 되돌아온다.
도 17은, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램으로부터 생성될 수 있는 제어점 중, 아무것도 생략하지 않은 경우의 제어점의 생성예를 나타내는 도면이다. 이 경우, 도 13의 가공 프로그램으로부터는, 지정 속도가 동일한 또는 근사한 제어점이 연속하여 생성되어 있다. 구체적으로는, 제어점(P1~P5), 제어점(P6~P8), 제어점(P9~P11), 제어점(P12~P14)은, 각각 가로 축 방향의 대략 직선 상에 생성되어 있다.
도 18은, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램으로부터 생성될 수 있는 제어점 중, 일부를 생략한 경우의 제어점의 생성예를 나타내는 도면이다. 이 경우, 도 17에서 생성된 제어점(P0~P14) 중, P2~P4, P7, P10, P13이 생략되고, 새로운 제어점(P0~P8)이 생성되어 있다.
도 19는, 본 실시 형태에 따른 가공 프로그램에 있어서의, 제어점의 생략 기능의 지정 방법을 예시하는 도면이다. 파라메트릭 곡선에 의한 속도 제어 기능을 온으로 할 때(M400), 예를 들면, 파라미터(B)에 의해 제어점의 생략 기능의 온(B1) 또는 오프(B0)가 지정되고, 파라미터(D)에 의해 생략하는 속도 범위가 지정된다. 이 예에서는, 「D10」에 의해, ±10mm/min의 속도 변화가 무시된다.
본 실시 형태에 의하면, 수치 제어 장치(1)는, 속도가 동일한 연속한 제어점의 일부를 생략함으로써, 이들 제어점으로부터 생성되는 파라메트릭 곡선의 가로 축(이동 거리) 방향으로의 직진성을 저감하여, 속도 변화를 완만하게 할 수 있다. 따라서, 수치 제어 장치(1)는, 연속하는 복수의 지령 블록으로부터 동일한 속도(기술된 속도 또는 모덜 속도 정보)가 추출된 경우에도, 적절한 파라메트릭 곡선을 생성할 수 있으므로, 가공 효율을 올리면서, 가공면질의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 수치 제어 장치(1)는, 전후의 제어점과 속도가 동일한 제어점에 추가로, 속도의 차가 지정된 범위 내의 제어점을 생략함으로써, 파라메트릭 곡선의 가로 축 방향으로의 직진성을 더 저감하여, 속도 변화를 완만하게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시 형태에 기재된 효과는, 본 발명으로부터 발생하는 가장 바람직한 효과를 열거한 것에 지나지 않으며, 본 발명에 의한 효과는, 본 실시 형태에 기재된 것으로 한정되는 것은 아니다.
수치 제어 장치(1)에 의한 수치 제어 방법은, 소프트웨어에 의해 실현된다. 소프트웨어에 의해 실현되는 경우에는, 이 소프트웨어를 구성하는 프로그램이, 컴퓨터에 인스톨된다. 또한, 이들 프로그램은, 리무버블 미디어에 기록되어 유저에게 배포되어도 되고, 네트워크를 통하여 유저의 컴퓨터에 다운로드됨으로써 배포되어도 된다.
1 : 수치 제어 장치
10 : 제어부
11 : 프로그램 해석부
12 : 제어점 생성부
13 : 지령 속도 생성부
14 : 지령 속도 출력부
20 : 기억부

Claims (7)

  1. 공작 기계를 제어하기 위한 가공 프로그램을 해석하고, 지정된 좌표에 기초하여, 지령 블록마다의 누적의 이동 거리를 산출하는 프로그램 해석부와,
    상기 지령 블록마다의 상기 이동 거리, 및 지정된 속도에 기초하여, 해당 지령 블록의 시점(始点) 및 종점에 있어서의 상기 이동 거리 및 상기 속도의 조(組)인 제어점을 생성하는 제어점 생성부와,
    상기 제어점으로부터, 상기 이동 거리에 대한 지령 속도를 정의한 파라메트릭 곡선을 생성하는 지령 속도 생성부와,
    생성된 상기 지령 속도를 보간 단위로 출력하는 지령 속도 출력부
    를 구비하는 수치 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지령 속도 생성부는, 소정의 계수에 의해 상기 지령 속도를 조정하는 수치 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 파라메트릭 곡선은, B-스플라인 곡선, 베지에 곡선, 또는 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline) 곡선 중 어느 하나인 수치 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어점 생성부는, 전후의 제어점 각각과 속도가 동일한 제어점을 생략하는 수치 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어점 생성부는, 전후의 제어점 각각과 속도의 차가 지정된 속도 범위의 제어점을 생략하는 수치 제어 장치.
  6. 공작 기계를 제어하기 위한 가공 프로그램을 해석하고, 지정된 좌표에 기초하여, 지령 블록마다의 누적의 이동 거리를 산출하는 프로그램 해석 단계와,
    상기 지령 블록마다의 상기 이동 거리, 및 지정된 속도에 기초하여, 해당 지령 블록의 시점 및 종점에 있어서의 상기 이동 거리 및 상기 속도의 조(組)인 제어점을 생성하는 제어점 생성 단계와,
    상기 제어점으로부터, 상기 이동 거리에 대한 지령 속도를 정의한 파라메트릭 곡선을 생성하는 지령 속도 생성 단계와,
    생성된 상기 지령 속도를 보간 단위로 출력하는 지령 속도 출력 단계를 컴퓨터가 실행하는 수치 제어 방법.
  7. 공작 기계를 제어하기 위한 가공 프로그램을 해석하고, 지정된 좌표에 기초하여, 지령 블록마다의 누적의 이동 거리를 산출하는 프로그램 해석 단계와,
    상기 지령 블록마다의 상기 이동 거리, 및 지정된 속도에 기초하여, 해당 지령 블록의 시점 및 종점에 있어서의 상기 이동 거리 및 상기 속도의 조(組)인 제어점을 생성하는 제어점 생성 단계와,
    상기 제어점으로부터, 상기 이동 거리에 대한 지령 속도를 정의한 파라메트릭 곡선을 생성하는 지령 속도 생성 단계와,
    생성된 상기 지령 속도를 보간 단위로 출력하는 지령 속도 출력 단계를 컴퓨터에 실행시키기 위한 수치 제어 프로그램을 기록한 컴퓨터 가독 매체.
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