JP3539508B2 - Circular interpolation method for numerical controller - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、数値制御装置の円弧補間方法に関し、特に円弧切削時におけるサ−ボ系の遅れによる円弧縮小量を許容範囲内に納める円弧補間方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、円弧切削における円弧補間の速度指令は、図2のブロックに示した処理により最終の指令速度を出力していた。図2は従来技術による円弧補間方法を示すブロック図で、1は円弧指令部、2および3は入力の指令速度を一定値に制限するリミッタで、2は円弧切削速度制限器、3はモータ・エンコーダ等の限界速度によりその最大値を制限する最大速度制限器、4はモータとエンコーダの最高回転数の低いほうを選択して、最大速度制限器3の出力に制限をかける制限速度演算部、5は円弧指令部から与えられる円弧半径Rと、許容円弧縮小量ΔRと、位置ループゲインKp とに基づいて最大送り速度Vrmaxを演算する円弧切削制限速度演算部である。ここで、円弧指令半径をR、縮小円弧半径をRO とすると、ΔR=R−RO である。
このように構成されたブロックにより、円弧指令部1で与えられた指令速度は、円弧切削速度制限器2で制限され、さらに最大速度制限器3で制限されて最終指令速度として出力される。
ここで、数値制御装置のサーボ制御回路の構成と円弧縮小量ΔRとの関係を説明する。
図2のブロック6内に示した円弧縮小量ΔRの演算式を式(1)に示す。
ΔR=V2 /2Kp 2 R (1)
ここで、KP は位置ループゲインである。式(1)は、図3に示すような、位置ループのみで構成された制御ループを前提として成立する。図3は位置ループのみで構成される数値制御装置の制御ブロックである。
図4は、図3に加減速制御のための加減速フィルタを追加した場合のブロック図で、円弧縮小量ΔRは式(2)で求めることができる。
ΔR=(1/2)(TF 2 +1/KP 2 )(V2 /R) (2)
ここで、TF は加減速フィルタの時定数である。
実際の数値制御装置では、制御ループが位置ループのみで構成されることはなく、図5、図6に示すように位置ループの内側に速度ループが設けられている。図5は速度ループにPI制御を適用した場合の制御ブロック図で、図6は速度ループにP制御を適用した場合の制御ブロック図である。図5、図6のKV は速度ループゲインである。
図5、図6において、速度ループゲインKV が十分大きく、速度ループの伝達関数Gが1に近似できる場合は、これらのブロック図は等価的に図3と同一とみなすことができるので、式(1)を用いて円弧縮小量ΔRを求めることができた。また、図4と同様に図5、図6のブロックの前に加減速フィルタを追加した場合は、式(2)を用いて円弧縮小量ΔRを求めることができた。
このようにして求めた円弧縮小量ΔRを許容される円弧縮小量(以下、許容円弧縮小量と略)とした時の送り速度Vrmaxを求め、指令送り速度Vでの円弧縮小量が許容円弧縮小量より大きくなるような場合、指令速度をVrmaxに切り替え、円弧縮小量が許容円弧縮小量以内に納まる最大速度を速度指令としていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、速度ループに図7に示すようなIP制御を採用する場合には、速度ループゲインKV が十分大きくても伝達関数GIP(S)は式(3)
【0004】
【数1】
【0005】
となり、前述の円弧縮小量は式(1)、(2)では求めることができない。
その結果、要求される許容円弧縮小量に対する最大速度が得られず、作業の効率化が計れないという問題があった。
本発明は、このような問題点を解決し、速度ループにIP制御を採用した数値制御装置に適した円弧補間方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明における第1の発明は、数値制御装置の円弧加工指令データに対する実切削での工具追従遅れに伴う円弧加工誤差を演算し、前記誤差が設定許容誤差内に納まるように工具送り速度を自動的に減速するようにした数値制御装置の円弧補間方法において、比例要素を用いた位置ループと、積分と比例要素を用いたIP制御を用いた速度ループとから成る制御ループを備え、前記位置および速度ループの制御パラメータと円弧指令データと許容円弧縮小量とに基づいて、前記許容円弧縮小量を満たす最大送り速度を演算し、円弧指令速度が前記最大送り速度を越えないように制限するものである。
さらに、本発明における第2の発明は、前記最大送り速度Vは、前記許容円弧縮小量をΔR、速度ループゲインをKp 、速度ループ積分時定数をTI 、円弧指令半径をRとするとき、次式
ΔR=(1−2Kp TI )V2 /2Kp 2 R
によって求めるものである。
【0007】
【作用】
上記手段により、IP制御を採用した速度ループを有する場合、まず、プログラムで指定された円弧指令半径Rと、あらかじめ設定された許容円弧縮小量、位置ループゲインKP 、速度ループ積分時定数TI に基づいて、円弧切削における最大送り速度Vrmaxを生成する。つぎに、プログラムで指定された円弧送り速度が円弧切削制限速度演算部6で演算された円弧制限速度より大きい場合、円弧制限速度を指令速度とすることにより、許容円弧縮小量を満たす最大送り速度Vrmaxで切削を行うことができる。
以下に、本発明の原理について説明する。
近似した伝達関数が式(3)で表せる制御対象にたいして、角速度をωとする円弧指令を与えた場合、定常時における半径は次式(4)で表せる。
【0008】
【数2】
【0009】
さらに、式(4)を近似し、式(5)を得る。
【0010】
【数3】
【0011】
従って、円弧縮小量ΔR=R−R0 は次式(6)で表すことができる。
【0012】
【数4】
【0013】
以上より、式(6)で、ΔRに許容円弧縮小量を代入し、ゲインKP と積分定数TI を代入して許容最大速度Vrmaxを求め、円弧指令部1が出力する指令速度がこの許容最大速度Vrmaxを超過する場合は、最終の指令速度を許容最大速度Vrmaxに切り換える。
以上説明したように、本発明の円弧補間方法によってIP制御の速度ループを含むサーボ系の場合でも、円弧切削時の円弧縮小量を求めることが可能となり、必要以上に許容半径縮小量を大きくすることなく、許容最大速度を大きくすることができるので、高効率の円弧切削が可能となる。
【0014】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明の実施例で、円弧補間方法を示すブロック図である。図2と異なる部分は、6の円弧切削制限速度演算部のみである。その他の符号は図2と共通である。機能も図2と同様で、6の円弧切削制限速度演算部の演算内容のみが図2と異なる。
まず、速度ループにIP制御を用いた場合で、許容円弧縮小量を指定しない場合の円弧縮小の切削誤差を図8に示す。
次ぎに、円弧縮小量が図8で示した円弧縮小量より少なくなるように許容円弧縮小量を指定し、式(1)を用いて切削送り速度を導出した場合の実切削軌道を図9に示す。式(1)による円弧縮小量は、設定された許容円弧縮小量より小さいため、円弧送り速度に望ましくない余裕が生じてしまう。式(1)と式(6)とを比較すればこの差異は明らかである。
これに対して、本発明による式(6)を用いて、許容円弧縮小量から切削送り速度を指定した場合の実切削軌道を図10に示す。この場合円弧縮小量は、設定された許容円弧縮小量となり、許容円弧縮小量を満たす最大速度で円弧切削を行うことができる。
【0015】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、数値制御装置のサーボ回路の速度制御ループにIP制御を採用する場合、同一の円弧縮小量に対する最大送り速度が、従来技術によるものより本発明によるそれのほうが大きい速度になるので、許容円弧縮小量を満たす最大送り速度で切削を行うことにより、従来技術に比べてより効率的な円弧切削を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による円弧補間方法を示すブロック図
【図2】従来技術による円弧補間方法を示すブロック図
【図3】位置ループのみで構成される制御ブロック図
【図4】図3に加減速フィルターを追加した制御ブロック図
【図5】速度ループにPI制御を適用した場合の制御ブロック図
【図6】速度ループにP制御を適用した場合の制御ブロック図
【図7】速度ループにIP制御を適用した場合の制御ブロック図
【図8】速度ループがIP制御で、許容円弧縮小量を設定しない場合の円弧軌跡を示す図
【図9】従来技術による円弧補間方法を用いた場合の円弧縮小を示す図
【図10】本発明による円弧補間方法を用いた場合の円弧縮小を示す図
【符号の説明】
1 円弧指令部
2 円弧切削速度制限器
3 最大速度制限器
4 制限速度演算部
5 従来技術による円弧切削制限速度演算部
6 本発明による円弧切削制限速度演算部[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an arc interpolation method for a numerical control device, and more particularly to an arc interpolation method for keeping an arc reduction amount due to a delay of a servo system during an arc cutting within an allowable range.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as the speed command of the circular interpolation in the circular cutting, the final command speed is output by the processing shown in the block of FIG. FIG. 2 is a block diagram showing an arc interpolation method according to the prior art, wherein 1 is an arc command unit, 2 and 3 are limiters for limiting an input command speed to a fixed value, 2 is an arc cutting speed limiter, and 3 is a motor cutting speed limiter. A maximum speed limiter for limiting the maximum value by a limit speed of an encoder or the like, a limit speed calculation unit for selecting the lower one of the maximum rotation speeds of the motor and the encoder, and limiting the output of the maximum speed limiter; 5 and arc radius R given from arc instruction unit, and the allowable arc reduction amount [Delta] R, is an arc cutting speed limit calculator for calculating the maximum feed rate Vrmax based on the position loop gain K p. Here, if the arc command radius is R and the reduced arc radius is R O , then ΔR = R−R O.
With the block configured in this manner, the command speed given by the
Here, the relationship between the configuration of the servo control circuit of the numerical control device and the arc reduction amount ΔR will be described.
The equation for calculating the arc reduction amount ΔR shown in the block 6 of FIG.
ΔR = V 2 / 2K p 2 R (1)
Here, K P is a position loop gain. Equation (1) is established on the premise of a control loop composed of only position loops as shown in FIG. FIG. 3 is a control block of the numerical control device including only the position loop.
FIG. 4 is a block diagram in the case where an acceleration / deceleration filter for acceleration / deceleration control is added to FIG. 3, and the arc reduction amount ΔR can be obtained by Expression (2).
ΔR = (1/2) ( TF 2 + 1 / K P 2 ) (V 2 / R) (2)
Here, T F is a time constant of the acceleration / deceleration filter.
In an actual numerical control device, the control loop is not composed of only the position loop, but a speed loop is provided inside the position loop as shown in FIGS. FIG. 5 is a control block diagram when the PI control is applied to the speed loop, and FIG. 6 is a control block diagram when the P control is applied to the speed loop. K V in FIGS. 5 and 6 is a speed loop gain.
5 and 6, when the speed loop gain K V is sufficiently large and the transfer function G of the speed loop can be approximated to 1, these block diagrams can be regarded as equivalent to FIG. Using (1), the arc reduction amount ΔR could be obtained. When an acceleration / deceleration filter is added before the blocks in FIGS. 5 and 6 as in FIG. 4, the arc reduction amount ΔR can be obtained using Expression (2).
The feed speed Vrmax when the arc reduction amount ΔR thus determined is set to an allowable arc reduction amount (hereinafter, abbreviated as an allowable arc reduction amount) is determined, and the arc reduction amount at the commanded feed speed V is equal to the allowable arc reduction amount. If the amount becomes larger than the amount, the command speed is switched to Vrmax, and the maximum speed at which the arc reduction amount falls within the allowable arc reduction amount is set as the speed command.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the related art, when the IP control as shown in FIG. 7 is employed in the speed loop, the transfer function G IP (S) is calculated by the equation (3) even if the speed loop gain K V is sufficiently large.
[0004]
(Equation 1)
[0005]
Thus, the above-described arc reduction amount cannot be obtained by the equations (1) and (2).
As a result, there is a problem that the maximum speed for the required allowable arc reduction amount cannot be obtained, and the work efficiency cannot be improved.
An object of the present invention is to solve such a problem and to provide a circular interpolation method suitable for a numerical control device employing IP control in a speed loop.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a first invention of the present invention calculates an arc machining error accompanying a tool following delay in actual cutting with respect to an arc machining command data of a numerical controller, and the error falls within a set allowable error. In the circular interpolation method of the numerical control device in which the tool feed speed is automatically reduced as described above, a control comprising a position loop using a proportional element and a speed loop using IP control using an integral and a proportional element A maximum feed speed that satisfies the allowable arc reduction amount is calculated based on the position and speed loop control parameters, the arc instruction data, and the allowable arc reduction amount, and the arc instruction speed exceeds the maximum feed speed. It is restricted to not.
Further, in the second invention according to the present invention, when the maximum feed speed V is ΔR, the speed loop gain is K p , the speed loop integration time constant is T I , and the arc command radius is R. ΔR = (1-2K p T I ) V 2 / 2K p 2 R
Is what you want.
[0007]
[Action]
When a speed loop employing IP control is provided by the above means, first, an arc command radius R specified by a program, an allowable arc reduction amount set in advance, a position loop gain K P , and a speed loop integration time constant T I. , The maximum feed speed Vrmax in the arc cutting is generated. Next, when the arc feed speed specified by the program is higher than the arc limit speed calculated by the arc cutting speed limit calculator 6, the maximum feed speed that satisfies the allowable arc reduction amount is set by setting the arc speed limit to the command speed. Cutting can be performed at Vrmax.
Hereinafter, the principle of the present invention will be described.
When an arc command with an angular velocity of ω is given to a controlled object whose approximate transfer function can be expressed by equation (3), the radius at steady state can be expressed by the following equation (4).
[0008]
(Equation 2)
[0009]
Further, equation (4) is approximated to obtain equation (5).
[0010]
[Equation 3]
[0011]
Therefore, the arc reduction amount ΔR = R−R 0 can be expressed by the following equation (6).
[0012]
(Equation 4)
[0013]
As described above, in Equation (6), the allowable arc reduction amount is substituted for ΔR, the gain K P and the integration constant T I are substituted, and the maximum allowable speed Vrmax is obtained. If the maximum speed Vrmax is exceeded, the final command speed is switched to the allowable maximum speed Vrmax.
As described above, even in the case of a servo system including the speed loop of the IP control by the circular interpolation method of the present invention, it is possible to obtain the circular reduction amount at the time of circular cutting, and to increase the allowable radius reduction amount more than necessary. Without this, the maximum allowable speed can be increased, so that highly efficient circular cutting can be performed.
[0014]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a circular interpolation method according to an embodiment of the present invention. The only difference from FIG. 2 is the circular arc cutting speed limit calculator 6. Other reference numerals are the same as those in FIG. The function is the same as that of FIG. 2, and only the calculation content of the arc cutting speed limiter 6 is different from that of FIG.
First, FIG. 8 shows the cutting error of the arc reduction when the IP control is used in the speed loop and the allowable arc reduction amount is not specified.
Next, FIG. 9 shows the actual cutting trajectory when the allowable arc reduction amount is specified so that the arc reduction amount is smaller than the arc reduction amount shown in FIG. 8 and the cutting feed speed is derived using the equation (1). Show. Since the arc reduction amount according to the equation (1) is smaller than the set allowable arc reduction amount, there is an undesirable margin in the arc feed speed. This difference is clear when the equations (1) and (6) are compared.
On the other hand, FIG. 10 shows the actual cutting trajectory when the cutting feed speed is specified from the allowable arc reduction amount using the equation (6) according to the present invention. In this case, the arc reduction amount becomes the set allowable arc reduction amount, and the arc cutting can be performed at the maximum speed that satisfies the allowable arc reduction amount.
[0015]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the IP control is adopted in the speed control loop of the servo circuit of the numerical controller, the maximum feed speed for the same arc reduction amount is smaller than that of the prior art by that of the present invention. Since the cutting speed becomes higher, cutting is performed at the maximum feed speed that satisfies the allowable arc reduction amount, so that more efficient arc cutting can be realized as compared with the related art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a circular interpolation method according to the present invention; FIG. 2 is a block diagram showing a circular interpolation method according to the prior art; FIG. 3 is a control block diagram composed of only position loops; FIG. Control block diagram with deceleration filter added. [Fig. 5] Control block diagram when PI control is applied to the speed loop. [Fig. 6] Control block diagram when P control is applied to the speed loop. [Fig. 7] IP in the speed loop. FIG. 8 is a control block diagram when control is applied. FIG. 8 is a diagram showing an arc trajectory when a speed loop is IP control and an allowable arc reduction amount is not set. FIG. 9 is an arc when an arc interpolation method according to the prior art is used. FIG. 10 is a diagram showing reduction. FIG. 10 is a diagram showing arc reduction when the circular interpolation method according to the present invention is used.
DESCRIPTION OF
Claims (2)
ΔR=(1−2Kp TI )V2 /2Kp 2 R
によって求められることを特徴とする数値制御装置の円弧補間方法。The maximum feed speed V according to claim 1, wherein the allowable arc reduction amount is ΔR, the speed loop gain is K p , the speed loop integration time constant is T I , and the arc command radius is R. (1-2K p T I ) V 2 / 2K p 2 R
A circular interpolation method for a numerical control device, characterized by being obtained by:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP29403694A JP3539508B2 (en) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | Circular interpolation method for numerical controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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JPH08137536A JPH08137536A (en) | 1996-05-31 |
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- 1994-11-02 JP JP29403694A patent/JP3539508B2/en not_active Expired - Fee Related
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