JP4293132B2

JP4293132B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP4293132B2
Application number: JP2004571849A
Authority: JP
Inventors: 信坂上; 正城竜
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: CN1675601A; KR20050019803A; US20050215176A1; DE10392943T5; US7044830B2; WO2004102290A1; KR100820438B1; JPWO2004102290A1; CN100442180C

Description

【技術分野】
【０００１】
【技術分野】
本発明は数値制御装置に関するものであり、更に詳しくは指令された加工パスに対して任意の方向、周期及び振幅で往復運動を伴わせる制御を行う、いわゆるチョッピング制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の数値制御装置は、Ｘ−Ｙ軸方向などの輪郭制御と、任意の周期及び振幅で往復運動を行わせるチョッピング制御とを、個別に制御するものであった。
このため、前記のような数値制御装置を用いて、指令された加工パスに対して任意の周期及び振幅で往復運動を伴わせるチョッピング制御加工を行わせたい場合、この数値制御装置で制御される工作機械（例えば研削盤）は、通常の制御軸（Ｘ軸、Ｙ軸など）以外に、チョッピング専用の軸（チョッピング軸）を、付加した構成となっていた。
【０００３】
なお、このような工作機械を、数値制御装置を用いてチョッピング制御する場合、数値制御装置に、チョッピング制御に必要な振幅（上死点及び下死点の位置）と往復動作周期などチョッピング動作に必要な情報を予めパラメータ設定しておき、図１０に示すように、チョッピング軸（例えば砥石を動作させる軸）を、Ｘ−Ｙ平面（水平面）での輪郭軌跡に対してＺ軸で垂直方向に位置決め後、Ｚ軸方向に往復運動させ、この往復運動時にワークを載せたテーブルを制御軸でＸ−Ｙ軸方向に輪郭制御することにより、加工プログラムで指令された輪郭に対してチョッピング制御加工を行う。
【０００４】
また、前記のような数値制御装置を用いて、図１１に示すように、ワークの加工面が傾いた状態でチョッピング制御加工を行わせたい場合、その工作機械は、ワークを所定角度傾いた状態でチョッピング動作させる回転可能なチョッピング軸を設け、且つ砥石を移動させるＸ−Ｙ軸方向の制御軸にて移動される機構上に、砥石を加工面に対して垂直になるように回転させる回転軸（Ｃ軸）を設ける構成となっていた。
【０００５】
なお、図１１に示す工作機械は、ワークを傾けた状態でこのワーク（チョッピング軸）を矢印方向に往復動作・回転動作させるとともに、回転軸（Ｃ軸）を回転させて加工面に対して垂直になるように保持された砥石を、Ｘ−Ｙ軸方向の制御軸を制御することにより矢印方向に移動させることにより、チョッピング制御加工を行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、以上説明したように、従来の数値制御装置は、Ｘ−Ｙ軸方向などの輪郭制御と、任意の方向、周期及び振幅で往復運動を行わせるチョッピング制御とを、個別に制御するものであったので、チョッピング制御加工が可能な従来の数値制御装置付き工作機械は、輪郭制御用の制御軸とは別に、往復運動するチョッピング動作を実現するための専用のチョッピング軸が必要であった。
【０００７】
また、図１１に示すような任意の斜め方向のチョッピング動作を実現するための数値制御装置付き工作機械においては、専用のチョッピング軸以外に、更に工具を加工面に対して垂直になるように回転させるための回転軸（Ｃ軸）が必要であった。
因みに、チョッピング制御加工が可能な従来の数値制御装置付き工作機械は、輪郭制御のための軸群に、チョッピング軸を搭載する機械構成にする必要があるため、機械構成の複雑化による調整やメンテナンスなどに問題点がある。
【０００８】
また、図１１に示す任意の斜め方向のチョッピング動作を実現するための工作機械においては、チョッピング軸以外に、更に回転軸（Ｃ軸）が必要となり、よって、図１０に示す機械より更に機械面において製造コスト、重量など様々な問題が発生する。
【０００９】
更にまた、チョッピング動作の誤差（例えば周期が速くなるとサーボ制御の遅れによって規定の振幅に対して実際の振幅が短くなる）の補正はチョッピング軸にしかできないため、位置決め軸や回転軸などの輪郭制御を含めた移動誤差を考慮した補正が難しいなど制御上に問題点があった。
【００１０】
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、チョッピング制御加工する工作機械であっても、専用のチョッピング軸が不要な数値制御装置を得ることを目的とする。
また、チョッピング動作の補正として、位置決め軸や回転軸などの輪郭制御を含めた移動誤差を考慮した補正が可能な数値制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は前記目的を達成させるため、２軸以上の制御軸を同時制御してチョッピング動作させると同時に輪郭制御する移動データを生成するチョッピング移動データ生成手段を、備える構成としたものである。
【００１２】
また本発明は、前記チョッピング移動データ生成手段を、チョッピング動作させる移動データと輪郭制御させる移動データとを重畳し、この重畳したデータを各制御軸に分配することにより、前記制御軸を輪郭制御と同時にチョッピング動作させる移動データを生成するものとしたものである。
【００１３】
また本発明は、輪郭制御と同時にチョッピング動作する各制御軸のサーボ遅れを補正する補正手段を、備える構成としたものである。
【００１４】
また本発明は、前記補正手段を、輪郭制御と同時にチョッピング動作する各制御軸の実際の位置フィードバック情報と指令値とを比較することにより各制御軸のサーボ遅れ量を取得し、この取得した各制御軸のサーボ遅れ量を合成するとともに、この合成したサーボ遅れ量をチョッピング補間ベクトルと輪郭制御補間ベクトルとに分配することにより、輪郭制御と同時にチョッピング動作する２軸以上の各制御軸のサーボ遅れを補正するものとしたものである。
【００１５】
また本発明は、チョッピング動作起動指令及びチョッピング動作停止指令が、加工プログラム及びラダー部の何れか一方から行われるようにしたものである。
【００１６】
また本発明は、チョッピング動作指令に係る諸データをメモリにパラメータ設定しておき、チョッピング動作起動指令がなされたとき、前記パラメータ設定されたチョッピング動作指令に係る諸データを用いてチョッピング制御を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
このため、チョッピング制御加工する工作機械であっても、専用のチョッピング軸が不要となる。
【００１８】
また、チョッピング制御加工する工作機械であっても、専用のチョッピング軸が不要となり、しかもチョッピング制御をワーク形状や加工条件に容易に対応できるようになる。
【００１９】
また、チョッピング動作の補正として、位置決め軸や回転軸などの輪郭制御を含めた移動誤差を考慮した補正が可能となり、ひいては精度よくチョッピング制御を行うことができる。
【００２０】
また、チョッピング動作起動指令及びチョッピング動作停止指令を、加工プログラム及びラダー部の何れからでも行えるようになり、よってチョッピング制御の起動・停止制御が容易に行えるようになる。
【００２１】
また、加工プログラムよりチョッピング動作指令を与える場合、チョッピング起動指令コードを記載するだけで足りるようになり、よって加工プログラムの簡略化を図ることができる。また、チョッピング動作指令に係る諸データを他の加工に流用でき、またチョッピング動作指令に係る諸データを容易に修正でき、よって加工前の準備時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１．
以下本発明の実施の形態１について、図１〜図９を用いて説明する。
なおこの実施の形態１は、図１１に示すような、ワークの加工面が傾いた状態でチョッピング制御加工を行わせる場合についての実施の形態である。
図１は数値制御装置のブロック図、図２は図１の要部詳細ブロック図であるが、図において、表示装置、キーボード等のマンマシンインターフェイス（ＭＭＩ）２や外部入出力機器２３から入力された加工プログラム２４やパラメータ等の設定データは、入出力データ処理部３や通信処理部７を経由してプログラム用メモリ４または設定データ保持メモリ１８に格納される。なおパラメータには、本発明の実施の形態１に係る斜めチョッピング動作制御に関連する情報も含む。
【００２３】
メモリ４に格納された又は外部入出力機器２３から直接入力される加工プログラム２４は、加工プログラム解析処理部５により解析される。
その際、移動指令がある場合、補間処理部１２にて補間処理を行い、その作成された軸制御データを軸制御処理部１３へ送る。
軸制御処理部１３では、サーボアンプ１９および主軸アンプ２０に軸制御データを渡す。
【００２４】
なお、図２に示すように、補間処理部１２は、チョッピング動作補間前処理部１２１、輪郭制御補間制御部１２２、チョッピング専用バッファー１２３及び輪郭制御専用バッファー１２４を有し、また軸制御処理部１３は、加減速制御部１３０、誤差補正制御部１３１及び軸制御部１３２を有するが、これら補間処理部１２及び軸制御処理部１３の詳細動作については図２〜図９を用いて後述する。また、補間処理部１２及び軸制御処理部１３は、本発明で言うチョッピング移動データ生成手段及び補正手段を構成する。
【００２５】
サーボアンプ１９および主軸アンプ２０では、受け取った軸制御データ内容に応じて、接続しているサーボモータ２１、スピンドルモータ２２を制御する。
また、加工プログラム解析処理部５で処理されたデータが補助指令（Ｍ指令）である場合には、機械制御処理部１０にそのデータが渡され、ラダー処理部９、ＰＬＣインターフェイス８及びＤＩ／ＤＯ制御部（デジタル入出力制御部）１１の作用により機械の制御（ＡＴＣの制御、クーラントＯＮ／ＯＦＦなど）を行う。
【００２６】
なお、本数値制御装置は、上記のように通常の表示装置、キーボード等のマンマシンインターフェイス（ＭＭＩ）２や外部入出力機器２３から入力された加工プログラム２４によるＮＣ制御の他に、入力／出力制御部１１より入力される外部信号と予め組まれたラダープログラム３１によりＮＣ制御も可能である。その場合、ＰＬＣインターフェイス８を経由しラダー処理部９で処理した結果に基づいて、機械制御処理部１０を通じてメモリ４に保存された加工プログラムの呼び出し、または直接に補間処理部１２への指令によりＮＣ制御を行う。
【００２７】
ところで、斜めチョッピング制御は、図３に示すように、その動作を単純な輪郭制御とチョッピングとに分解できる。またその動作には、チョッピング動作に輪郭制御を重畳する要素と、輪郭制御のベクトルに一定の角度で往復運動するチョッピング動作は輪郭制御のベクトルの変化に従うため、結果的に直交座標系に対し、任意の角度で斜め的に往復動作する要素とがある。
このため、分解した輪郭制御に軌跡や速度を与えるとともに、またチョッピングに少なくとも角度Ａ（輪郭制御のベクトルとの間の角度）、振幅Ｒ及び周波数Ｆを与え、また輪郭制御のベクトルと直交座標との角度を角度Ｂとしたとき、これらのデータを合成して演算・出力すれば、Ｘ−Ｙの直交座標に対し、Ａ＋Ｂの角度で斜めチョッピング動作することができる。
よって、工作機械にチョッピング専用の軸を追加することなく、元々保有しているＸ軸、Ｙ軸等の制御軸のみでチョッピング制御することが可能となる。
【００２８】
次にこの斜め方向のチョッピング動作を実現するための構成・動作の詳細について、図２〜図９を用いて説明する。
なお、図２の数値制御装置１は、図１の数値制御装置のブロック図から本実施の形態１に関連する部分を抜粋した詳細ブロック図である。
即ち、図２に示すように、加工プログラム解析処理部５が、加工プログラムよりＧ０１，Ｇ０２などの輪郭制御指令を読取り・解析した場合、その輪郭制御指令に係る諸値（ブロックの移動開始座標、終了座標、速度、加減速パターンおよび移動軌跡形状など）を補間処理部１２の輪郭制御補間処理部１２２に渡す。また、加工プログラム解析処理部５が、加工プログラムよりチョッピング動作に関わるチョッピング起動指令または停止指令を読取り・解析した場合、その指令に係る諸値（振幅、周波数、往復動作におけるサーボの遅れに対する補正量など）を補間処理部１２のチョッピング動作補間前処理部１２１に渡す。
【００２９】
なお、前記チョッピング起動指令は、加工プログラム中に、例えば
Ｇ○○ Ｒ○○ Ａ○○ Ｆ○○ Ｐ○○ Ｑ○○；（○○：任意の数値）
のフォーマットで指令される。
但し、前記Ｇ○○はチョッピング起動指令コード、Ｒは振幅、Ａは輪郭制御時の動きベクトルに対するチョッピング動作の角度、Ｆはチョッピング動作の速さとなる周波数、Ｐは補正量測定方式、Ｑは補正量保管場所である。また、前記振幅Ｒ、角度Ａ及び周波数Ｆは、図３の前記振幅Ｒ、角度Ａ及び周波数Ｆを指令するものである。
【００３０】
また、前記チョッピング停止指令は、例えばＧ△△（△△：任意の数値）のフォーマットで指令される。
また、輪郭制御指令は、従来と同様に指令される。
【００３１】
チョッピング動作補間前処理部１２１では、渡されるチョッピング動作に関する諸値から、図４（ａ）に示すように、往復運動する中心点（輪郭制御点）を基準にしたチョッピングの補間分割点を生成し、その生成したデータを、チョッピング専用の補間データバッファー１２３に一時保存する。
また、輪郭制御補間制御部１２２は、輪郭制御の諸値から、図４（ｂ）に示すように、輪郭制御の補間分割点を生成し、その生成したデータを輪郭専用の補間データバッファー１２４に一時保存する。
【００３２】
チョッピング専用の補間データバッファー１２３および輪郭専用の補間データバッファー１２４に貯められたデータは、次の軸制御処理部１３に順番に呼び出される。なお、データとして使用済みバッファー領域は、次の生成した新しいデータ保存領域として使われる。
軸制御処理部１３は、内部処理として、加減速制御部１３０、誤差補正制御部１３１、および軸制御部１３２の三つの部分に分けられる。
加減速制御部１３０は、チョッピング制御の場合、チョッピング専用の補間データバッファー１２３に保存されているデータを用い、図５（ａ）に示すように、往復運動するチョッピング動作の方向を切り替えするための加減速の処理を行う。一方、輪郭制御の場合、輪郭制御専用の補間データバッファー１２４に保存されているデータを用い、図５（ｂ）に示すようにその輪郭制御移動開始、終了及び移動途中の形状により加減速の処理を行う。
【００３３】
また誤差補正制御部１３１は、チョッピング動作のような高速往復運動の場合、顕著に表れる指令位置に対するサーボ制御の遅れを補正する部分で、斜めチョッピング動作として制御されている複数の軸を対象に、図７に示すように軸毎に誤差量を計算する。さらに、図８（ａ）に示すように計算した軸毎の誤差量を合成し、この合成誤差量を、図８（ｂ）に示すようにチョッピング補間ベクトル及び輪郭補間ベクトルを用いて、チョッピング誤差成分量と輪郭制御誤差成分量とに分解計算し、この分解計算したチョッピング誤差成分量と輪郭制御誤差成分量とを次の斜めチョッピング指令に重畳させることにより誤差補正を行う（チョッピング誤差成分量と輪郭制御誤差成分量とを用いて次の斜めチョッピング指令を補正することにより誤差補正を行う）。この結果、図９に示すように誤差補正を行うことができる。
【００３４】
なお、この誤差補正は、図９に示す例のように、ＮＣ内部メモリに一旦保存した複数回の誤差量を用いて誤差補正を行う。
軸制御部部１３２は、加減速制御部１３０により処理したチョッピング補間データ及び輪郭補間データ、及び誤差補正制御部１３１より算出したチョッピング誤差補正量に対し、図６（ａ）に示すようにチョッピング動作と輪郭制御の補間データを重畳させる。そして重畳された補間データを、さらに図６（ｂ）に示すように制御軸毎に軸の補間データを生成し、この各補間データを各サーボアンプ１９に出力することにより、工作機械にチョッピング制御動作を行わせる。
【００３５】
また、前記チョッピング停止指令（Ｇ△△）を加工プログラム解析処理部５が読込んだとき、チョッピング制御を停止させ、輪郭制御のみの制御形態となる。
従って、この実施の形態１によれば、工作機械にチョッピング専用の軸を追加することなく、元々保有しているＸ軸、Ｙ軸等の制御軸のみでチョッピング制御することが可能となる。
また、輪郭制御と同時にチョッピング制御が可能となる。
【００３６】
なお、この実施の形態１では発明の理解を助けるため、２軸の制御軸でチョッピング動作をさせるものについて説明したが、３軸以上の制御軸でチョッピング動作をさせてもよい。
【００３７】
実施の形態２．
前記実施の形態１では、Ｇ○○ Ｒ○○ Ａ○○ Ｆ○○ Ｐ○○ Ｑ○○；のように、斜めチョッピング動作を制御する諸データを加工プログラムから指令するものについて説明したが、前記Ｒ○○ Ａ○○ Ｆ○○ Ｐ○○ Ｑ○○の諸データを加工プログラムより指令することなく、パラメータとして、数値制御装置に用意してある設定データ保持メモリ１８に設定・保存してもよい。
【００３８】
なおこの場合、チョッピング動作起動指令であるＧ○○のみを加工プログラムに指令すれば、このＧ○○を加工プログラム解析処理部５が読み込み・解析したとき、設定データ保持メモリ１８に保存されている前記諸データを用いてチョッピング制御を行う。
【００３９】
実施の形態３．
また、前記各実施の形態では、チョッピング制御起動指令及び停止指令を加工プログラムより与えたが、特定の外部ビット信号を、入力／出力制御部１１より入力される外部信号やラダー回路によってオン・オフすることで、ラダー処理部９、ＰＬＣインターフェイス８及び機械処理制御部１０を経由し、補間処理部１２に対し、直接に斜めチョッピングの開始及び停止を指令するようにしてもよい。
【００４０】
なおこの場合、斜めチョッピング動作を制御する諸データを、パラメータとして、数値制御装置に用意してある設定データ保持メモリ１８に設定・保存しておき、補間処理部１２チョッピングの起動指令が入力されたとき、設定データ保持メモリ１８に保存されている前記諸データを用いてチョッピング制御を行う。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように本発明に係る数値制御装置は、チョッピング制御加工を行う工作機械の制御に用いられる数値制御装置として用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る数値制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る図１の要部詳細ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る斜めチョッピング動作例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る補間処理部における斜めチョッピングの補間処理を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る加減速処理部における斜めチョッピングの加減速処理を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る斜めチョッピングにおける補間データの重畳と軸制御を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る斜めチョッピングにおける誤差量計算を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る斜めチョッピングにおける誤差量をチョッピング誤差成分と輪郭制御誤差成分とに分ける方法を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る斜めチョッピングにおける誤差補正を説明する図である。
【図１０】従来のチョッピング制御加工を示す図である。
【図１１】他の従来のチョッピング制御加工（斜め方向のチョッピング制御加工）を示す図である。

Claims

輪郭制御を行うための２軸以上の制御軸を制御し輪郭制御を行う数値制御装置において、前記２軸以上の制御軸を同時制御してチョッピング動作させると同時に輪郭制御する移動データを生成するチョッピング移動データ生成手段を、備えたことを特徴とする数値制御装置。
前記チョッピング移動データ生成手段は、チョッピング動作させる移動データと輪郭制御させる移動データとを重畳し、この重畳したデータを各制御軸に分配することにより、前記制御軸を輪郭制御と同時にチョッピング動作させる移動データを生成するものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
輪郭制御と同時にチョッピング動作する各制御軸のサーボ遅れを補正する補正手段を、備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の数値制御装置。
前記補正手段は、輪郭制御と同時にチョッピング動作する各制御軸の実際の位置フィードバック情報と指令値とを比較することにより各制御軸のサーボ遅れ量を取得し、この取得した各制御軸のサーボ遅れ量を合成するとともに、この合成したサーボ遅れ量をチョッピング補間ベクトルと輪郭制御補間ベクトルとに分配することにより、輪郭制御と同時にチョッピング動作する２軸以上の各制御軸のサーボ遅れを補正するものであることを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
チョッピング動作起動指令及びチョッピング動作停止指令が、加工プログラム及びラダー部の何れか一方から行われることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
チョッピング動作指令に係る諸データをメモリにパラメータ設定しておき、チョッピング動作起動指令がなされたとき、前記パラメータ設定されたチョッピング動作指令に係る諸データを用いてチョッピング制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。