JP3407490B2 - 数値制御方法及びその装置 - Google Patents

数値制御方法及びその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は数値制御方法及び
その装置に係り、特にNC工作機械の高速高精度加工の
ために必要な補正指令生成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図10は従来の数値制御装置の構成図で
ある。
【0003】以下、従来技術を図面に基づいて説明す
る。一般に数値制御装置は加工プログラムを解析手段1
0で解析し解析情報を作成する。例えば、G1 X1
0.0 Y10.0 F100;という加工プログラム
を解析して、直線補間、X軸移動量10mm、Y軸移動
量10mm、速度100mm/分、移動長さ14.14
2mmという解析情報を作る。この解析情報を分配手段
5で分配し、各軸の位置指令を出力する。位置制御手段
4は位置指令と位置フィードバックから速度指令を出力
する。速度制御手段3は速度指令と速度フィードバック
から電流指令を出力する。電流制御手段2は電流指令を
入力して電動機1を駆動する。電動機1に接続された検
出器9は速度および位置を検出してフィードバックす
る。したがって、一般には解析手段から検出器までの装
置をひとまとめの数値制御装置12として販売されるこ
とが多い。
【0004】さて、このように構成された数値制御装置
における高精度加工の課題は、機械系の動的誤差の補正
である。機械系の動的誤差は、摩擦係数の変化や機械の
ばね定数、粘性抵抗などによる機械変形により発生す
る。この誤差は数値制御装置の電流制御手段や速度制御
手段や位置制御手段に補正量を付加することにより補正
できる。しかし、汎用の数値制御装置12は特定の機械
系に最適な補正機能やユーザ独自の補正機能を備えてい
ないため、汎用の数値制御装置12のほかに前処理装置
11を設けて指令の変形を行う。例えば、図11に示す
ようにXY平面での半円動作において象限の変わり目で
Y軸が一旦減速するため摩擦力が増大し、Y軸の運動が
鈍くなるため円弧の形状精度が悪くなってしまう。そこ
で、曲線31のように指令曲線を変形させることにより
誤差を補正する。
【0005】また、図12の例では、A点からB点まで
の位置決めを行うが、機械の応答遅れのため位置決め完
了までの時間が長くなる。そこで、指令32のように過
大な指令により加速度を大きくするように指令を変形さ
せることにより位置決め時間を短縮する。
【0006】また、図13の例では、X軸とY軸の剛性
が異なるため真円指令に対し楕円状の応答軌跡となる。
そこで、曲線33のように指令曲線を逆の楕円形に変形
させることにより誤差を補正する。このように指令を変
形させることにより機械系の誤差を補正できる。
【0007】これは、位置指令の微分が速度指令、速度
指令の微分が電流指令であるとの関係を利用して、電流
指令の補正を行いたい場合には補正量の積分の積分を、
速度指令の補正を行いたい場合は補正量の積分を、位置
指令の補正を行いたい場合は補正量を位置指令に夫々加
算することによって求められる。このような補正演算を
行うために、従来の数値制御装置では、数値制御装置の
上位に指令を変形させるための前処理装置11として、
外部解析手段28と外部補正分配手段29とプログラム
作成手段30を付加し、外部解析手段28で加工プログ
ラムを解析したのち、外部補正分配手段29で指令曲線
を変形しながら分配して、さらにプログラム作成手段3
0で解析手段10が解析できるような加工プログラムに
書換えている。なお、前処理装置11は、パソコン、C
AM装置等が用いられる。
【0008】このほかに汎用の数値制御装置12では前
処理装置12の機能の一部を取り込んで、位置制御手段
4、速度制御手段3及び電流制御手段2に簡単な補正機
能を内蔵したものがある。図11の曲線の例では電流制
御手段2に象限の変わり目でY軸の進行方向が変化した
ときに電流指令を増加する機能を内蔵したものがある。
図12の直線の例では速度制御手段3に位置指令の微分
を速度指令に加算する機能を内蔵したものがある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の数値制御装置は
以上のように構成されていたので、前処理装置11で補
正のための複雑な上述の演算を高速で行わなければなら
ず、また前処理装置11から汎用の数値制御装置12へ
の高速データ転送が必要となり、高価なシステムとなっ
てしまう欠点があった。
【0010】さらに、一般に電流制御の制御周期よりも
速度制御の制御周期が長く、速度制御の制御周期よりも
位置制御の制御周期が長いが、前処理装置での補正は位
置制御周期で実行されるので補正の精度が劣るという欠
点があった。
【0011】また、前処理装置11の機能の一部を取り
込んで、位置制御手段4、速度制御手段3および電流制
御手段2に簡単な補正機能を内蔵したものは、特別な付
加装置を必要とせず価格的な欠点はないが、特定の機械
に最適な補正機能やユーザ独自の補正機能を実現できな
い欠点や、高速高精度な制御を行うために、位置制御・
速度制御・電流制御の周期をなるべく短くしなければな
らないが、補正機能を内蔵することによって処理負荷が
増大し制御周期が長くなるという矛盾があり、結局簡単
な補正機能しか実現できないという欠点がある。
【0012】例えば、図11の曲線の例では円の曲率や
機械の位置によって補正量は変更した方が良いがこの判
断は複雑である。図12の直線の例ではワーク重量や加
速時か減速時で機械応答が異なるので速度補正パターン
を変更すべきであるがこの演算もかなり複雑である。ま
た位置制御・速度制御・電流制御は軸単位で独立して制
御するので他の軸との移動軌跡を考慮した補正演算は困
難である。
【0013】この発明は、上記の問題点を解決するため
になされたもので、前処理装置を設けることなく、高精
度な補正を行うことができる数値制御方法及びその装置
を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明は、加工プログ
ラムを解析する解析手段と、この解析手段からの解析情
報を基に指令軌跡を分配する分配手段と、この分配手段
の出力に基づいて電動機の位置を制御する位置制御手段
と、この位置制御手段の出力に基づいて上記電動機の速
度を制御する速度制御手段と、この速度制御手段の出力
に基づいて上記電動機の電流を制御する電流制御手段と
を備えた数値制御装置の制御方法において、上記解析手
段の解析情報を上記分配手段に与え、且つ上記解析手段
の解析情報を基に、指令軌跡上で位置指令、速度指令及
び電流指令の少なくとも一つの加算すべき範囲を演算す
るとともに、位置指令加算量、速度指令加算量及び電流
指令加算量の少なくとも一つを演算し、現在位置と上記
加算すべき範囲を参照して現在位置が加算すべき範囲内
であれば、上記演算された加算量を上記分配手段以降の
所定の出力に加算して上記電動機を制御するものであ
る。
【0015】またこの発明は、前記記載の数値制御方法
において、加算範囲の指定を、指令ブロックの終点まで
の補間残距離で指定するものである。
【0016】またこの発明は、加工プログラムを解析す
る解析手段と、この解析手段からの解析情報を基に指令
軌跡を分配する分配手段と、この分配手段の出力に基づ
いて電動機の位置を制御する位置制御手段と、この位置
制御手段の出力に基づいて上記電動機の速度を制御する
速度制御手段と、この速度制御手段の出力に基づいて上
記電動機の電流を制御する電流制御手段とを備えた数値
制御装置において、上記解析手段の解析情報を基に、指
令軌跡上で位置指令、速度指令及び電流指令の少なくと
も一つの加算すべき範囲を演算するとともに、位置指令
加算量、速度指令加算量及び電流指令加算量の少なくと
も一つを演算を演算する内部解析手段と、現在位置と上
記加算すべき範囲を参照して現在位置が加算すべき範囲
か否かを判断する加算判断手段と、この加算判断手段に
て判断された判断結果が、現在位置が加算すべき範囲内
であるとき、上記内部解析手段にて演算された加算量を
上記分配手段以降の所定の出力に加算する加算手段とを
備えたものである。
【0017】またこの発明は、前記記載の数値制御装置
において、上記内部解析手段を登録する登録手段を設け
たものである。
【0018】またこの発明は、前記記載の数値制御装置
において、加算範囲の指定を、指令ブロックの終点まで
の補間残距離で指定するものである。
【0019】またこの発明は、加工プログラムを解析す
る解析手段と、この解析手段からの解析情報が与えら
れ、電動機の位置を制御する位置制御手段と、この位置
制御手段の出力に基づいて上記電動機の速度を制御する
速度制御手段と、この速度制御手段の出力に基づいて上
記電動機の電流を制御する電流制御手段とを備えた数値
制御装置の制御方法において、上記解析手段の解析情報
を基に、指令軌跡を分配して上記位置制御手段に位置指
令を与えるとともに、上記電流制御手段の処理周期に分
割された電流指令加算量を演算し、且つこの演算された
電流指令加算量を、上記電流制御手段の処理周期で上記
速度制御手段からの出力に加算して上記電動機を制御す
るものである。
【0020】またこの発明は、加工プログラムを解析す
る解析手段と、この解析手段からの解析情報が与えら
れ、電動機の位置を制御する位置制御手段と、この位置
制御手段の出力に基づいて上記電動機の速度を制御する
速度制御手段と、この速度制御手段の出力に基づいて上
記電動機の電流を制御する電流制御手段とを備えた数値
制御装置の制御方法において、上記解析手段の解析情報
を基に、指令軌跡を分配して上記位置制御手段に位置指
令を与えるとともに、上記速度制御手段の処理周期に分
割された速度指令加算量を演算し、且つこの演算された
速度指令加算量を、上記速度制御手段の処理周期で上記
位置制御手段からの出力に加算して上記電動機を制御す
るものである。
【0021】またこの発明は、加工プログラムを解析す
る解析手段と、この解析手段からの解析情報が与えら
れ、電動機の位置を制御する位置制御手段と、この位置
制御手段の出力に基づいて上記電動機の速度を制御する
速度制御手段と、この速度制御手段の出力に基づいて上
記電動機の電流を制御する電流制御手段とを備えた数値
制御装置において、上記解析手段の解析情報を基に、指
令軌跡を分配して上記位置制御手段に位置指令を与える
とともに、上記電流制御手段の処理周期に分割された電
流指令加算量を演算する外部分配手段と、この演算され
た電流指令加算量を記憶する記憶手段と、この記憶手段
に記憶された電流指令加算量を、上記電流制御手段の処
理周期で上記速度制御手段からの出力に加算する電流指
令加算手段とを備えてなるものである。
【0022】またこの発明は、加工プログラムを解析す
る解析手段と、この解析手段からの解析情報が与えら
れ、電動機の位置を制御する位置制御手段と、この位置
制御手段の出力に基づいて上記電動機の速度を制御する
速度制御手段と、この速度制御手段の出力に基づいて上
記電動機の電流を制御する電流制御手段とを備えた数値
制御装置において、上記解析手段の解析情報を基に、指
令軌跡を分配して上記位置制御手段に位置指令を与える
とともに、上記速度制御手段の処理周期に分割された速
度指令加算量を演算する外部分配手段と、この演算され
た速度指令加算量を記憶する記憶手段と、この記憶手段
に記憶された速度指令加算量を、上記速度制御手段の処
理周期で上記位置制御手段からの出力に加算する速度指
令加算手段とを備えてなるものである。
【0023】またこの発明は、前記記載の数値制御装置
において、上記外部分配手段を登録する登録手段を設け
たものである。
【0024】
【発明の実施の形態】実施例1. 以下、この発明の実施例1について図1〜図4を用いて
説明する。尚、この実施例は、第1〜第5の発明に係る
ものである。即ち、この実施例では、図1に示すよう
に、解析情報読込手段21、解析情報バッファ26、内
部解析手段34、内部解析手段用バッファ34A、内部
解析起動手段20、内部解析登録手段14、位置指令加
算判定手段17、位置指令加算手段8、速度指令加算判
定手段18、速度指令加算手段7、電流指令加算判定手
段19及び電流指令加算手段6が、数値制御装置の内部
に設けられている。また、内部解析手段34は、内部解
析登録手段14にて登録することにより、ソフトウエア
的に解析手段10と分配手段5との間に位置するように
設けられている。なお、上記各手段は、ソフトウエアに
て構成されている。
【0025】次に各要素の機能・動作について説明す
る。即ち、分配手段5は、解析情報が必要となった時
(例えば加工のために機械スタートボタンが押されたと
き)に内部解析起動手段20を呼び出す。内部解析起動
手段20は、内部解析登録手段14に登録された内部解
析手段アドレスを参照して内部解析手段34を起動す
る。内部解析手段34は、分配手段5に渡す解析情報を
作成するために解析情報バッファ26を参照するが、参
照情報が不足している場合は解析情報読込手段21を起
動する。
【0026】解析情報読込手段21は、解析手段10を
起動して解析手段10に解析情報27を作成させる。さ
らに、作成された解析情報27を解析情報バッファ26
にセットする。内部解析手段34は、解析情報バッファ
26の解析情報を参照して、位置指令加算情報や速度指
令加算情報や電流指令加算情報を作成し、内部解析手段
用バッファ34Aにセットする。なお、位置指令加算情
報、速度指令加算情報及び電流指令加算情報の作成につ
いては後で詳述する。また、この内部解析手段34は、
分配手段5に渡す解析情報として、解析情報バッファ2
6の解析情報、即ち解析手段10が解析した解析情報を
内部解析手段用バッファ34Aにセットする。即ち、内
部解析手段34は、上述した演算のみを行うだけで、従
来の前処理装置11のように、電流指令の補正を行いた
い場合には補正量の積分の積分を、速度指令の補正を行
いたい場合は補正量の積分を、位置指令の補正を行いた
い場合は補正量を位置指令に加算するという演算の後、
それを解析手段10が解析できるような加工プログラム
に書き換える演算は行わない。
【0027】分配手段5は、解析情報を参照して指令軌
跡と指令速度に基づいて分配を行い位置制御手段4に対
し位置指令を出力する。位置指令加算判定手段17は、
位置指令加算情報を参照して現在の補間残距離が加算範
囲内であれば位置指令加算量を位置指令加算手段8へ出
力する。位置指令加算手段8は、分配手段5から出力さ
れた位置指令と位置指令加算判定手段17から出力され
た位置指令加算量を加算して位置制御手段4へ出力す
る。
【0028】位置制御手段4は、位置指令と検出器9か
らの位置フィードバックの差分から速度指令を演算して
速度制御手段3へ出力する。速度指令加算判定手段18
は、速度指令加算情報を参照して現在の補間残距離が加
算範囲内であれば速度指令加算量を速度指令加算手段7
へ出力する。速度指令加算手段7は、位置制御手段4か
ら出力された速度指令と速度指令加算判定手段18から
出力された速度指令加算量を加算して速度制御手段3へ
出力する。
【0029】速度制御手段3は、速度指令と検出器9か
らの速度フィードバックの差分から電流指令を演算して
電流制御手段2へ出力する。電流指令加算判定手段19
は、電流指令加算情報を参照して現在の補間残距離が加
算範囲内であれば電流指令加算量を電流指令加算手段6
へ出力する。電流指令加算手段6は、速度制御手段3か
ら出力された電流指令と電流指令加算判定手段19から
出力された電流指令加算量を加算して電流制御手段2へ
出力する。
【0030】電流制御手段2は、電流指令に基づいて電
動機1へ与える電流を制御する。電動機1は回転力によ
り機械を駆動する。検出器9は、電動機1の位置および
速度を検出して位置制御手段4および速度制御手段3へ
フィードバックする。
【0031】図2は円弧指令時の象限の変わり目で方向
反転する軸の移動速度が0に近くなるためおこる摩擦変
化や弾性変形などのロストモーションを補正する例であ
る。この例では半径Rmmの円弧の頂点の前後0.5m
mの範囲で10%の電流を補正している。図2(c)は
補正の範囲を図示したものである。図2(d)は解析情
報にセットされる電流指令加算情報のメモリ配置であ
る。ここで3つの頂点(A点、B点、C点)の情報とし
て電流指令加算情報1、2、3が割り当てられる。電流
指令加算情報4の内容は0であり、これは電流指令加算
情報が3までで終了であることを示す終了情報である。
なお、加工開始点はD点とする。
【0032】図2(a)は内部解析手段34で電流指令
加算情報を作成するフローチャートである。 ステップ1:A点での電流指令加算情報として電流指令
加算情報1を作成する。開始残距離は2×3.14R×
270/360+0.5、終了残距離は2×3.14R
×270/360−0.5、X軸電流指令加算量はー1
0、Y軸電流指令加算量は0となる。 ステップ2:B点での電流指令加算情報として電流指令
加算情報2を作成する。開始残距離は2×3.14R×
180/360+0.5、終了残距離は2×3.14R
×180/360−0.5、X軸電流指令加算量は0、
Y軸電流指令加算量は−10となる。 ステップ3:C点での電流指令加算情報として電流指令
加算情報3を作成する。開始残距離は2×3.14R×
90/360+0.5、終了残距離は2×3.14R×
90/360−0.5、X軸電流指令加算量は10、Y
軸電流指令加算量は0となる。 ステップ4:電流指令加算情報4に終了情報を書き込
む。開始残距離に0をセットすることにより終了情報と
する。
【0033】図2(b)は電流指令加算判定手段19の
動作を示すフローである。 ステップ1:分配残距離を読み込む。 ステップ2:電流指令加算情報1のアドレスを電流指令
加算情報の読みだしポインタにセットする。 ステップ3:開始残距離を0と比較し終了を判定する。
終了であればステップ1へ分岐する。 ステップ4:分配残距離を開始残距離および終了残距離
と比較する。開始残距離以下でかつ終了残距離以上であ
れば加算範囲内である。そうでなければステップ6へ分
岐する。 ステップ5:X軸電流指令加算量をX軸の電流指令加算
量レジスタにコピーする。Y軸電流加算量をY軸の電流
指令加算量レジスタにコピーする。この電流指令加算量
レジスタの内容は電流指令加算手段により電流指令に加
算され電流制御手段2に出力される。 ステップ6:電流指令加算情報の読みだしポインタを1
つ進める。ステップ3へ分岐する。
【0034】図3は速度フィードフォワードをかけるこ
とにより位置決め時間を短縮することの例である。この
例では直線位置決めの加速減速時間T秒の範囲でFmm
/分の速度を補正している。直線はLmmで(x,y)
のベクトルとする。図3(c)は速度補正の範囲と速度
指令の波形を図示したものである。図3(d)は解析情
報にセットされる速度指令加算情報のメモリ配置であ
る。ここで加速時と減速時の情報として速度指令加算情
報1、2が割り当てられる。速度指令加算情報3の内容
は0であり、これは速度指令加算情報が2までで終了で
あることを示す終了情報である。図3(a)は内部解析
手段34で速度指令加算情報を作成するフローチャート
である。 ステップ1:加速および減速の移動量Ammをもとめ
る。A=FT/60/2。 ステップ2:加速時の速度指令加算情報として速度指令
加算情報1を作成する。開始残距離はL、終了残距離は
L−A、X軸速度指令加算量はFx/L、Y軸速度指令
加算量はFy/Lとなる。 ステップ3:減速時の速度指令加算情報として速度指令
加算情報2を作成する。開始残距離はA、終了残距離は
0、X軸速度指令加算量はーFx/L、Y軸速度指令加
算量はーFy/Lとなる。 ステップ4:速度指令加算情報3に終了情報を書き込
む。開始残距離に0をセットすることにより終了情報と
する。
【0035】図3(b)は速度指令加算判定手段18の
動作を示すフローである。 ステップ1:分配残距離を読み込む。 ステップ2:速度指令加算情報1のアドレスを速度指令
加算情報の読みだしポインタにセットする。 ステップ3:開始残距離を0と比較し終了を判定する。
終了であればステップ1へ分岐する。 ステップ4:分配残距離を開始残距離および終了残距離
と比較する。開始残距離以下でかつ終了残距離以上であ
れば加算範囲内である。そうでなければステップ6へ分
岐する。 ステップ5:X軸速度指令加算量をX軸の速度指令加算
量レジスタにコピーする。Y軸速度加算量をY軸の速度
指令加算量レジスタにコピーする。この速度指令加算量
レジスタの内容は速度指令加算手段により速度指令に加
算され速度制御手段3に出力される。 ステップ6:速度指令加算情報の読みだしポインタを1
つ進める。ステップ3へ分岐する。
【0036】図4は円弧の縦軸と横軸の長さを変えるこ
とにより長円の軌跡を補間することの例である。この例
では半径Rの真円指令をX軸方向にC%縮小するように
位置指令を補正している。補正はD度ずつの360/D
分割とした。図4(c)は円弧を等角度に分割した補正
範囲と補正量を図示したものである。解析情報にセット
される位置指令加算情報は360/D領域指定される。
位置指令加算情報の内容0は位置指令加算情報が終了で
あることを示す終了情報である。図4(a)は内部解析
手段34で位置指令加算情報を作成するフローチャート
である。 ステップ1:位置指令加算情報1のアドレスを位置指令
加算情報書き込みポインタにセットする。 ステップ2:円弧中心角変数Wに初期値0を代入する。 ステップ3:位置指令加算情報の開始残距離を作成す
る。開始残距離は2×3.14R−2×3.14RW/
360となる。 ステップ4:円弧中心角変数Wに分割角度Dを加算す
る。 ステップ5:Wと360を比較して最終分割のチェック
を行う。Wが360以上であれば最終分割である。そう
でなければステップ7へ分岐する。 ステップ6:最終分割なのでWに360を代入する。 ステップ7:位置指令加算情報の終了残距離を作成す
る。終了残距離は2×3.14R−2×3.14RW/
360となる。 ステップ8:位置指令加算情報の位置指令加算量を作成
する。X軸の位置指令加算量は−RC/100×cos
Wとなる。Y軸の位置指令加算量は0である。 ステップ9:位置指令加算情報書き込みポインタを1つ
進める。 ステップ10:分割終了チェックをおこなう。Wが36
0であれば終了である。そうでなければステップ3へ分
岐する。 ステップ11:位置指令加算情報に終了情報を書き込
む。開始残距離に0をセットすることにより終了情報と
する。
【0037】図4(b)は位置指令加算判定手段17の
動作を示すフローである。 ステップ1:分配残距離を読み込む。 ステップ2:位置指令加算情報1のアドレスを位置指令
加算情報の読みだしポインタにセットする。 ステップ3:開始残距離を0と比較し終了を判定する。
終了であればステップ1へ分岐する。 ステップ4:分配残距離を開始残距離および終了残距離
と比較する。開始残距離以下でかつ終了残距離以上であ
れば加算範囲内である。そうでなければステップ6へ分
岐する。 ステップ5:X軸位置指令加算量をX軸の位置指令加算
量レジスタにコピーする。Y軸位置加算量をY軸の位置
指令加算量レジスタにコピーする。この位置指令加算量
レジスタの内容は位置指令加算手段により位置指令に加
算され位置制御手段4に出力される。 ステップ6:位置指令加算情報の読みだしポインタを1
つ進める。ステップ3へ分岐する。
【0038】実施例2. 以下、この発明の実施例2について図5〜図9を用いて
説明する。尚、この実施例は、第6〜第10の発明に係
る実施例である。即ち、この実施例では、図5に示すよ
うに、解析情報読込手段21、解析情報バッファ26、
内部解析手段34、内部解析手段用バッファ34A、内
部解析起動手段20、内部解析登録手段14、位置指令
加算手段8、速度指令加算手段7、電流指令加算手段
6、外部分配登録手段15、外部分配起動手段16、外
部分配手段22、電流指令加算量バッファ23、速度指
令加算量バッファ24及び位置指令加算量バッファ25
が、数値制御装置の内部に設けられている。また、内部
解析手段34は、内部解析登録手段14にて登録するこ
とにより、ソフトウエア的に解析手段10と分配手段5
との間に位置するように設けられており、また外部分配
手段22は、外部分配登録手段15にて登録することに
よりソフトウエア的に解析手段10と位置制御手段4と
の間に位置するように設けられている。なお、上記各手
段は、ソフトウエアにて構成されている。
【0039】次に各手段の機能・動作について説明す
る。即ち、図5において、分配手段5は解析情報が必要
となった時(例えば加工のために機械スタートボタンが
押された時)に内部解析起動手段20を呼び出す。内部
解析起動手段20は、内部解析登録手段14に登録され
た内部解析手段アドレスを参照して内部解析手段34を
起動する。内部解析手段34は、外部分配手段16に渡
す解析情報を作成するために解析情報バッファ26を参
照するが、参照情報が不足している場合は解析情報読込
手段21を起動する。解析情報読込手段21は、解析手
段10を起動して解析情報27を作成させる。さらに、
作成された解析情報27を解析情報バッファ26にセッ
トする。内部解析手段34は、上記外部分配起動手段1
6を使用しないとき、即ち実施例1の場合には、解析情
報バッファ26を参照して位置指令加算情報や速度指令
加算情報や電流指令加算情報を作成して、解析手段10
が解析した解析情報とともに内部解析手段用バッファ3
4Aにセットするが、この実施例の場合には、外部分配
起動手段16を使用するので、解析手段10が解析した
解析情報を内部解析手段用バッファ34Aにそのままセ
ットする。分配手段5は、外部分配起動手段16を使用
するとき、即ちこの実施例の場合には、本来の分配機能
を行うことなく、外部分配起動手段16及び内部解析起
動手段20の起動手段として動作する。外部分配起動手
段16は、外部分配登録手段15に登録された外部分配
手段アドレスを参照して外部分配手段22を起動する。
【0040】外部分配手段22は、内部解析手段用バッ
ファ34A中の解析情報を参照して指令軌跡と指令速度
に基づいて分配を行い位置制御手段4に対し位置指令を
出力する。また、必要に応じて位置制御手段4の処理周
期に分割された位置指令加算量を演算し、それを位置指
令加算量バッファ25にセットする。同様に、必要に応
じて速度制御手段5の処理周期に分割された速度指令加
算量を演算し、それを速度指令加算量バッファ24に、
また電流制御手段6の処理周期に分割された電流指令加
算量を演算し、それを電流指令加算量バッファ23にセ
ットする。位置指令加算手段8は、分配手段5から出力
された位置指令と位置指令加算量バッファ25から読み
だした位置指令加算量を加算して位置制御手段4の処理
周期に同期して位置制御手段4へ出力する。位置制御手
段4は、位置指令と検出器9からの位置フィードバック
の差分から速度指令を演算して速度制御手段3へ出力す
る。速度指令加算手段7は、位置制御手段4から出力さ
れた速度指令と速度指令加算量バッファ24から読みだ
した速度指令加算量を加算して速度制御手段3の処理周
期に同期して速度制御手段3へ出力する。速度制御手段
3は、速度指令と検出器9からの速度フィードバックの
差分から電流指令を演算して電流制御手段2へ出力す
る。電流指令加算手段6は速度制御手段3から出力され
た電流指令と電流指令加算量バッファ23から読みだし
た電流指令加算量を加算して電流制御手段2の処理周期
に同期して電流制御手段2へ出力する。電流制御手段2
は、電流指令に基づいて電動機1へ与える電流を制御す
る。電動機1は回転力により機械を駆動する。検出器9
は、電動機1の位置および速度を検出して位置制御手段
4および速度制御手段3へフィードバックする。
【0041】図6(a)は電流指令加算手段6の動作を
示すフローである。ここでは、電流指令加算量バッファ
23には16個の要素があり、それぞれ電流指令加算量
レジスタ1から16と呼ぶものとする。電流指令加算手
段6は、電流制御手段2が電流指令を受け取る毎に次の
電流指令を演算して出力する。
【0042】ステップ1:電流指令を電流制御手段2が
受け取ったかどうかをチェックする。受け取ってなけれ
ばステップ1へ分岐する。 ステップ2:電流指令と電流指令加算量レジスタ1を読
みだし、加算する。 ステップ3:結果を電流制御手段2へ出力する。 ステップ4:電流指令加算量バッファ23の電流指令加
算量レジスタ2から電流指令加算量レジスタ16に記憶
されている内容を、電流指令加算量レジスタ1から電流
加算量レジスタ15へコピーする。電流指令加算量レジ
スタ16をクリアする。ステップ1へ分岐する。
【0043】図6(b)は速度指令加算手段の動作を示
すフローである。ここでは、速度指令加算量バッファ2
4には8個の要素があり、それぞれ速度指令加算量レジ
スタ1から8と呼ぶものとする。速度指令加算手段7
は、速度制御手段3が速度指令を受け取る毎に次の速度
指令を演算して出力する。
【0044】ステップ1:速度指令を速度制御手段が受
け取ったかどうかをチェックする。受け取ってなければ
ステップ1へ分岐する。 ステップ2:速度指令と速度指令加算量レジスタ1を読
みだし、加算する。 ステップ3:結果を速度制御手段へ出力する。 ステップ4:速度指令加算量バッファの速度指令加算量
レジスタ2から速度指令加算量レジスタ8に記憶されて
いる内容を、速度指令加算量レジスタ1から速度指令加
算量レジスタ7へコピーする。速度指令加算量レジスタ
8をクリアする。ステップ1へ分岐する。
【0045】図6(c)は位置指令加算手段の動作を示
すフローである。ここでは、位置指令加算量バッファ2
5には4個の要素があり、それぞれ位置指令加算量レジ
スタ1から4と呼ぶものとする。位置指令加算手段8は
位置制御手段4が位置指令を受け取る毎に次の位置指令
を演算して出力する。
【0046】ステップ1:位置指令を位置制御手段が受
け取ったかどうかをチェックする。受け取ってなければ
ステップ1へ分岐する。 ステップ2:位置指令と位置指令加算量レジスタ1を読
みだし、加算する。 ステップ3:結果を位置制御手段へ出力する。 ステップ4:位置指令加算量バッファの位置指令加算量
レジスタ2から位置指令加算量レジスタ4に記憶されて
いる内容を、位置指令加算量レジスタ1から位置指令加
算量レジスタ3へコピーする。位置指令加算量レジスタ
4をクリアする。ステップ1へ分岐する。
【0047】図7は図2と同様に円弧の象限切り替えの
近傍でのロストモーションを電流指令を補正することに
より減少させる例である。図7(b)は円弧の象限の変
わり目で補正すべき電流指令加算量の標準値が格納され
たメモリである。この例では、電流制御手段2の処理周
期の4回に渡って何らかの補正が加算される。また、こ
の電流指令加算量は一定のワーク荷重を与えたときの制
御対象機械系の応答をもとに実験的に設定されている。
したがって、実際の電流指令加算量はこの標準値にワー
ク荷重係数を乗じて算出する。さらに、このワーク荷重
係数も実験的に与えられる。
【0048】図7(a)は外部分配手段で電流指令補正
量を求める処理を示すフローである。 ステップ1:X軸Y軸の位置指令を読み込む。 ステップ2:位置指令が円弧頂点近傍であるかどうかを
比較する。近傍でなければステップ3へ分岐する。な
お、位置指令が円弧頂点近傍であるかどうかは、例えば
X軸、Y軸の符号が反転したか否かで判断する。 ステップ3:電流指令加算量出力済みフラグをオフす
る。ステップ1へ分岐する。 ステップ4:電流指令加算量出力済みフラグをチェック
する。出力済みであればステップ1へ分岐する。 ステップ5:ワークの重量に応じて設定されたワーク荷
重係数を読み出す。 ステップ6:電流指令加算量テーブル1から4には加算
すべき電流指令加算量が設定されている。また、電流指
令加算量レジスタ1から4は電流指令加算量バッファ2
3の要素である。電流指令加算量テーブル1を読みだし
ワーク荷重係数を乗算し電流指令加算量レジスタ1に格
納する。電流指令加算量テーブル2を読みだしワーク荷
重係数を乗算し電流指令加算量レジスタ2に格納する。
電流指令加算量テーブル3を読みだしワーク荷重係数を
乗算し電流指令加算量レジスタ3に格納する。電流指令
加算量テーブル4を読みだしワーク荷重係数を乗算し電
流指令加算量レジスタ4に格納する。 ステップ7:電流指令加算量出力済みフラグをオンす
る。ステップ1へ分岐する。
【0049】図8は図3と同様に速度フィードフォワー
ドにより位置決め時間を短縮する例である。速度フィー
ドフォワードは電動機の追従誤差を小さくする効果があ
るが機械振動を発生させやすいという欠点もある。機械
の運転条件によって振動を発生させるフィードフォワー
ド量は変化するので運転条件によりフィードフォワード
量を変化させることが望ましい。この例では、たんなる
速度ではなく、速度ににワーク荷重係数を乗じて算出し
たフィードフォワード量を加算する。このワーク荷重係
数は制御対象の機械系に合わせて実験的に与えられる。
【0050】図8は外部分配手段で速度指令補正量を求
める処理を示すフローである。 ステップ1:今回の位置指令から前回の位置指令を引い
て指令速度を演算する。 ステップ2:今回の位置指令をメモに保存する。 ステップ3:送りのモード(位置決めモード・切削モー
ド)を読み出す。 ステップ4:送りのモードが切削モードであればステッ
プ5へ分岐する。 ステップ5:速度指令加算量レジスタに0を出力する。
ステップ1へ分岐する。 ステップ6:ワークの重量に応じて予め設定されたワー
ク荷重係数を読み出す。 ステップ7:指令速度にワーク荷重係数を乗算し速度指
令加算量レジスタに出力する。速度指令加算量レジスタ
は速度指令加算量バッファのすべての要素である。ステ
ップ1へ分岐する。
【0051】図9は図4と同様に長円補間の実施例であ
る。図4の実施例と同様に円弧の中心角に応じて縦軸と
横軸の位置を変化させることにより実現している。機械
の縦軸と横軸の剛性のアンバランスにより形状が変形す
るため円弧の角速度やワーク荷重により補正を行うこと
が望ましい。この例では、補正係数や角速度やワーク荷
重係数により補正量を変化させている。この補正係数や
ワーク荷重係数は制御対象の機械系に合わせて実験的に
与えられる。
【0052】図9は外部分配手段で位置指令補正量を求
める処理を示すフローである。 ステップ1:円弧指令かどうかをチェックする。円弧指
令でなければステップ1へ分岐する。 ステップ2:予め設定された補正係数を読み出す。円弧
の補正量は角速度に比例するが、補正係数は角速度と補
正量の比例定数である。 ステップ3:ワークの重量に応じて予め設定されたワー
ク荷重係数を読み出す。 ステップ4:円弧の角速度を読み出す。 ステップ5:現在位置での円弧の中心角を読み出す。 ステップ6:位置指令加算量を演算する。補正係数とワ
ーク荷重係数と角速度と中心角の余弦を乗じる。 ステップ7:演算された位置指令加算量を位置指令加算
量レジスタに出力する。ステップ1へ分岐する。
【0053】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、解析手
段の解析情報を分配手段に与え、且つ上記解析手段の解
析情報を基に、指令軌跡上で位置指令、速度指令及び電
流指令の少なくとも一つの加算すべき範囲を演算すると
ともに、位置指令加算量、速度指令加算量及び電流指令
加算量の少なくとも一つを演算し、現在位置と上記加算
すべき範囲を参照して現在位置が加算すべき範囲内であ
れば、上記演算された加算量を上記分配手段以降の所定
の出力に加算して上記電動機を制御するようにしたの
で、高速高精度加工等のために加算量と加算範囲を指定
するだけで、簡単に位置、速度及び電流の補正を行うこ
とが出来る。よって、1つの解析情報の中で補正量を変
化させることが可能であり、第1及び第4の発明では複
数の解析情報を作成しなければならない場合でも1つの
解析情報に集約できる。
【0054】また、この発明によれば、加算範囲の指定
を補間残距離で指定できるようにしたので、前記発明の
効果に加え、円弧形状のように同じ機械位置を複数回通
過するような軌跡に対しても補正すべき範囲を一意に指
定できるようになる。
【0055】また、この発明によれば、内部解析手段を
登録する登録手段を設けたので、前記発明の効果に加
え、特定の機械に最適な補正が可能な内部解析手段を簡
単に数値制御装置内に登録できるようになる。
【0056】また、この発明によれば、解析手段の解析
情報を基に、指令軌跡を分配して位置制御手段に位置指
令を与えるとともに、電流制御手段の処理周期に分割さ
れた電流指令加算量を演算し、且つこの演算された電流
指令加算量を、上記電流制御手段の処理周期で速度制御
手段からの出力に加算して上記電動機を制御するように
したので、特定の機械系に適した高速高精度加工等のた
めの指令の変形やユーザ独自の補正を数値制御装置の内
部で行うことができるようになり、指令軌跡を変形させ
るための前処理装置を設ける必要がなくなり、また前処
理装置から数値制御装置への高速データ転送が不要とな
る。また、電流指令加算量を積分して速度指令に変換
し、更にそれを積分して位置指令に変換した後、指令軌
跡を変形させるという複雑な演算を行う必要がなくな
り、よって従来のものに比べ補正演算を単純化できる。
また、電流指令加算量を演算する際、解析手段の解析情
報を用いているので、電流指令加算量を演算する手段
に、解析手段と同等の解析機能を重複して抱える必要が
なくなる。また、位置制御手段の周期よりも高速な電流
制御手段の処理周期で補正することができるようにな
る。
【0057】また、この発明によれば、解析手段の解析
情報を基に、指令軌跡を分配して位置制御手段に位置指
令を与えるとともに、速度制御手段の処理周期に分割さ
れた速度指令加算量を演算し、且つこの演算された速度
指令加算量を、上記速度制御手段の処理周期で上記位置
制御手段からの出力に加算して上記電動機を制御するよ
うにしたので、特定の機械系に適した高速高精度加工等
のための指令の変形やユーザ独自の補正を数値制御装置
の内部で行うことができるようになり、指令軌跡を変形
させるための前処理装置を設ける必要がなくなり、また
前処理装置から数値制御装置への高速データ転送が不要
となる。また速度指令加算量を積分して位置指令に変換
した後、指令軌跡を変形させるという複雑な演算を行う
必要がなくなり、従来のものに比べ補正演算を単純化で
きる。また、位置制御手段の周期よりも高速な速度制御
手段の処理周期で補正することができるようになる。
【0058】更にまた、この発明によれば、外部分配手
段を登録する登録手段を設けたので、前記発明の効果に
加え、特定の機械に最適な補正が可能な外部分配手段を
簡単に数値制御装置内に登録できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例1の処理ブロック図であ
る。
【図2】 この発明の実施例1に係る電流補正の動作を
示すフロー図である。
【図3】 この発明の実施例1に係る速度補正の動作を
示すフロー図である。
【図4】 この発明の実施例1に係る位置補正の動作を
示すフロー図である。
【図5】 この発明の実施例2の処理ブロック図であ
る。
【図6】 この発明の実施例2に係る電流指令加算手段
と速度指令加算手段と位置指令加算手段の動作を示すフ
ロー図である。
【図7】 この発明の実施例2に係る電流補正の動作を
示すフロー図である。
【図8】 この発明の実施例2に係る速度補正の動作を
示すフロー図である。
【図9】 この発明の実施例2に係る位置補正の動作を
示すフロー図である。
【図10】 従来の高速高精度加工のための補正機能を
もつ数値制御装置の処理ブロック図である。
【図11】 円弧の象限の変わり目の誤差と数値制御装
置により作られる補正軌跡の説明図である。
【図12】 数値制御装置による位置決めの高速化のた
めの補正軌跡の説明図である。
【図13】 数値制御装置による円弧形状の楕円状変形
を修正するための補正軌跡の説明図である。
【符号の説明】
1は電動機、2は電流制御手段、3は速度制御手段、4
は位置制御手段、5は分配手段、6は電流指令加算手
段、7は速度指令加算手段、8は位置指令加算手段、9
は検出器、10は解析手段、14は内部解析登録手段、
15は外部分配登録手段、16は外部分配起動手段、1
7は位置指令加算判定手段、18は速度指令加算判定手
段、19は電流指令加算判定手段、20は内部解析起動
手段、21は解析情報読み込み手段、22は外部分配手
段、23は電流指令加算量バッファ、24は速度指令加
算量バッファ、25は位置指令加算量バッファ、26は
解析情報バッファ、27は解析情報、34は内部解析手
段。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 19/18 - 19/46 B23Q 15/00 - 15/28 G05D 3/00 - 3/20

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加工プログラムを解析する解析手段と、
    この解析手段からの解析情報を基に指令軌跡を分配する
    分配手段と、この分配手段の出力に基づいて電動機の位
    置を制御する位置制御手段と、この位置制御手段の出力
    に基づいて上記電動機の速度を制御する速度制御手段
    と、この速度制御手段の出力に基づいて上記電動機の電
    流を制御する電流制御手段とを備えた数値制御装置の制
    御方法において、上記解析手段の解析情報を上記分配手
    段に与え、且つ上記解析手段の解析情報を基に、指令軌
    跡上で位置指令、速度指令及び電流指令の少なくとも一
    つの加算すべき範囲を演算するとともに、位置指令加算
    量、速度指令加算量及び電流指令加算量の少なくとも一
    つを演算し、現在位置と上記加算すべき範囲を参照して
    現在位置が加算すべき範囲内であれば、上記演算された
    加算量を上記分配手段以降の所定の出力に加算して上記
    電動機を制御することを特徴とする数値制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の数値制御方法におい
    て、加算範囲の指定を、指令ブロックの終点までの補間
    残距離で指定することを特徴とする数値制御方法。
  3. 【請求項3】 加工プログラムを解析する解析手段と、
    この解析手段からの解析情報を基に指令軌跡を分配する
    分配手段と、この分配手段の出力に基づいて電動機の位
    置を制御する位置制御手段と、この位置制御手段の出力
    に基づいて上記電動機の速度を制御する速度制御手段
    と、この速度制御手段の出力に基づいて上記電動機の電
    流を制御する電流制御手段とを備えた数値制御装置にお
    いて、上記解析手段の解析情報を基に、指令軌跡上で位
    置指令、速度指令及び電流指令の少なくとも一つの加算
    すべき範囲を演算するとともに、位置指令加算量、速度
    指令加算量及び電流指令加算量の少なくとも一つを演算
    を演算する内部解析手段と、現在位置と上記加算すべき
    範囲を参照して現在位置が加算すべき範囲か否かを判断
    する加算判断手段と、この加算判断手段にて判断された
    判断結果が、現在位置が加算すべき範囲内であるとき、
    上記内部解析手段にて演算された加算量を上記分配手段
    以降の所定の出力に加算する加算手段とを備えたことを
    特徴とする数値制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の数値制御装置におい
    て、上記内部解析手段を登録する登録手段を設けたこと
    特徴とする数値制御装置。
  5. 【請求項5】 請求項3に記載の数値制御装置におい
    て、加算範囲の指定を、指令ブロックの終点までの補間
    残距離で指定することを特徴とする数値制御装置。
  6. 【請求項6】 加工プログラムを解析する解析手段と、
    この解析手段からの解析情報が与えられ、電動機の位置
    を制御する位置制御手段と、この位置制御手段の出力に
    基づいて上記電動機の速度を制御する速度制御手段と、
    この速度制御手段の出力に基づいて上記電動機の電流を
    制御する電流制御手段とを備えた数値制御装置の制御方
    法において、上記解析手段の解析情報を基に、指令軌跡
    を分配して上記位置制御手段に位置指令を与えるととも
    に、上記電流制御手段の処理周期に分割された電流指令
    加算量を演算し、且つこの演算された電流指令加算量
    を、上記電流制御手段の処理周期で上記速度制御手段か
    らの出力に加算して上記電動機を制御することを特徴と
    する数値制御方法。
  7. 【請求項7】 加工プログラムを解析する解析手段と、
    この解析手段からの解析情報が与えられ、電動機の位置
    を制御する位置制御手段と、この位置制御手段の出力に
    基づいて上記電動機の速度を制御する速度制御手段と、
    この速度制御手段の出力に基づいて上記電動機の電流を
    制御する電流制御手段とを備えた数値制御装置の制御方
    法において、上記解析手段の解析情報を基に、指令軌跡
    を分配して上記位置制御手段に位置指令を与えるととも
    に、上記速度制御手段の処理周期に分割された速度指令
    加算量を演算し、且つこの演算された速度指令加算量
    を、上記速度制御手段の処理周期で上記位置制御手段か
    らの出力に加算して上記電動機を制御することを特徴と
    する数値制御方法。
  8. 【請求項8】 加工プログラムを解析する解析手段と、
    この解析手段からの解析情報が与えられ、電動機の位置
    を制御する位置制御手段と、この位置制御手段の出力に
    基づいて上記電動機の速度を制御する速度制御手段と、
    この速度制御手段の出力に基づいて上記電動機の電流を
    制御する電流制御手段とを備えた数値制御装置におい
    て、上記解析手段の解析情報を基に、指令軌跡を分配し
    て上記位置制御手段に位置指令を与えるとともに、上記
    電流制御手段の処理周期に分割された電流指令加算量を
    演算する外部分配手段と、この演算された電流指令加算
    量を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された電
    流指令加算量を、上記電流制御手段の処理周期で上記速
    度制御手段からの出力に加算する電流指令加算手段とを
    備えてなる数値制御装置。
  9. 【請求項9】 加工プログラムを解析する解析手段と、
    この解析手段からの解析情報が与えられ、電動機の位置
    を制御する位置制御手段と、この位置制御手段の出力に
    基づいて上記電動機の速度を制御する速度制御手段と、
    この速度制御手段の出力に基づいて上記電動機の電流を
    制御する電流制御手段とを備えた数値制御装置におい
    て、上記解析手段の解析情報を基に、指令軌跡を分配し
    て上記位置制御手段に位置指令を与えるとともに、上記
    速度制御手段の処理周期に分割された速度指令加算量を
    演算する外部分配手段と、この演算された速度指令加算
    量を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された速
    度指令加算量を、上記速度制御手段の処理周期で上記位
    置制御手段からの出力に加算する速度指令加算手段とを
    備えてなる数値制御装置。
  10. 【請求項10】 請求項8または請求項9に記載の数値
    制御装置において、上記外部分配手段を登録する登録手
    段を設けたこと特徴とする数値制御装置。
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