JP4754708B2 - 工作機械の数値制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の送り軸を加速または減速するとき、工作機械の送り軸が加速度に影響されて変位することを抑制し、かつ工作機械の送り軸の加速または減速における時間的応答を高める工作機械の数値制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術を説明するにあたり、従来と本発明に共通する事柄を図１９および図２０を用いて説明する。図１９と図２０は工作機械の送り軸であるＹ軸が移動するとき、Ｙ軸と直交して結合したＺ軸は、Ｙ軸に載って一緒に移動する場合を想定している。Ｙ軸が加速または減速して移動する時に、Ｚ軸は振動の影響を受けて変位する。図１９は、Ｚ軸の繰り出し量Ｌ１が図２０に比べて大きい場合を表し、図２０は、Ｚ軸の繰り出し量Ｌ２が図１９に比べて小さい場合を表している。同一加速度の場合、図１９と図２０を比べた場合、回転中心からの繰り出し量Ｌ１がＬ２より大きい分だけ、変位量ｄ１はｄ２より大きくなる。この変位は、工作機械の送り軸を移動させるとき、振動となって切削加工面に悪影響を及ぼす。従来は、Ｚ軸の繰り出し量の全域において、振動を抑制するために、Ｚ軸の繰り出し量が最大のときのＹ軸に対する加減速時間を単一で数値制御装置に設定して対応していた。しかし、Ｚ軸の繰り出し量が小さいときには、変位量ｄ１およびｄ２は小さいためにＹ軸の加減速時間をより短く設定すべきであった。ところが、従来においては、前述のとおりＺ軸の繰り出し量が最大のときのＹ軸の加減速時間を用いているので、加速または減速のときの時間的応答が必要以上に低く、従って、ワークを切削して加工する時間が余分にかかるという問題点があった。
【０００３】
次に、工作機械の数値制御装置に関する従来の構成について図１８を用いて説明する。詳細については後述するが、従来の工作機械の数値制御装置200は、入力部110、記憶部120、解析部130、サーボ出力部150で構成されている。
【０００４】
図１８の入力部110には、数字、アルファベット文字および「／」などの特殊記号を入力するときに用いる数字キー、アルファベットキーおよび特殊キーをそれぞれ有するキーボードを備えている。工作機械のオペレータ17は入力部110のキーボードのキーを操作することで、工作機械を作動する手順またはワークを加工する手順を指令する加工プログラムを入力部110に入力する。また、加減速時の振動によるＺ軸31の変位量を加工精度内にするためにＺ軸31の繰り出し位置の全域に対して単一でＹ軸21の加減速時間を入力部110に入力する。Ｚ軸31に対しては、単一の加減速時間を入力部110に入力する。さらに、入力部110には、前記加減速時間以外に工作機械固有の制御用パラメータなど工作機械の制御に関係する数値情報も入力される。これらの加工プログラム、加減速時間および数値情報は従来のデータ10に用意され、入力部110から記憶部120に記憶される。また、入力部110には、従来のデータ10をテープ18、または、ディスク19にて入力することもできる。また、入力部110では記憶部120に記憶された一連の加工プログラムを指定して保持する。加工プログラムが指定されて実行されると、解析部130は、この加工プログラムを解析して、工作機械の指令値（すなわち、Ｙ軸21とＺ軸31の送り速度ならびに移動量、工作機械の主軸の回転速度および切削工具を選択するための工具番号など）を生成する。
【０００５】
図１８のサーボ出力部150は、前記加減速時間と前記指令値から単位時間毎の移動量を生成し、Ｙ軸21とＺ軸31を駆動するための第１および第２サーボモータ22、32に出力する。さらに、Ｙ軸21とＺ軸31の移動した位置および速度（または第１および第２サーボモータ22、32の回転部の回転移動した位置および速度）を第２および第４の検出器24、34（または第１および第３の検出器23、33）からフィードバックして制御する。
【０００６】
駆動部160は、Ｙ軸21とＺ軸31の移動した位置および速度を検出する第２および第４の検出器24、34（または第１および第２サーボモータ22、32の回転部の回転移動した位置および速度を検出する第１および第３の検出器23、33）を有し、Ｙ軸21とＺ軸31を駆動する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決しようとするものであって、その目的は、工作機械の第１の送り軸と直交して結合した第２の送り軸が、前記第１の送り軸の加減速移動時に加速度の影響で振動し変位するので、この変位量を抑制し、かつ前記第１の送り軸の加速または減速における時間的応答を高める数値制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するため第１の発明においては、 第１の送り軸と直交する第２の送り軸を有する工作機械において、 前記第２の軸の複数の繰り出し位置に対応して前記第１の送り軸に関する複数の許容加速度を第１データとして入力する入力部と、前記入力部に入力された第１データを記憶する記憶部と、 前記記憶部に記憶された第１データを解析し前記工作機械を制御する指令値を生成する解析部と、 前記解析部にて生成された前記指令値から前記第２の送り軸の繰り出し量を算出して算出繰り出し量とし、この算出繰り出し量に対応して予め定められた式により算出された前記第１の送り軸にて許容できる加速度を算出許容加速度とする算出部と、 前記算出部で算出された前記算出許容加速度と前記指令値とから単位時間毎の移動量を算出し、前記第１および前記第２の送り軸をそれぞれ駆動する第１および第２サーボモータに出力すると共に、前記第１第２の各送り軸に関する位置および速度をフィードバックし制御するサーボ出力部と、 を備えたことを特徴とする工作機械の数値制御装置とした。
【０００９】
本発明の第２の発明においては、第１の発明おける許容加速度に替えて加減速時間を用い、許容できる加速度を算出し算出許容加速度とすることに替えて許容できる加減速時間を算出し算出加減速時間とすること、を特徴とする工作機械の数値制御装置とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を示す図面に基づいて説明する。請求項１および請求項２の発明にかかる以下の説明においては、Ｙ軸を請求項１記載の第１の送り軸とし、Ｚ軸を請求項１記載の第２の送り軸として説明する。
【００１１】
図１は、本発明における請求項1記載の発明に対する一実施形態としての構成を示すブロック図である。図１の各部についての詳細は後述するが、この工作機械の数値制御装置200Aは、図１のように入力部110A、記憶部120A、解析部130A、算出部140A、サーボ出力部150Aで構成されている。
【００１２】
詳細な説明をする前に、先に説明をした図１８における従来の工作機械の数値制御装置200と図１における本発明にかかる工作機械の数値制御装置200Aとの異なる点について、両者を比較して説明する。図１８の従来のデータ10および図１の第１データ10Aは、工作機械の数値制御装置が指令値を生成するために入力するデータの集まりを指している。まず、図１８の従来のデータ10と図１の第１データ10Aの相違点を説明する。従来の工作機械の数値制御装置200は、Ｙ軸の加減速時間が単一で用意されるのに対して、図１では、加減速時の振動によるＺ軸の変位量を加工精度内にするために許容加速度が複数で用意されている点である。さらに、加減速時間を単一で使用するために、算出繰り出し量と算出許容加速度を算出する図１の算出部が、図１８においては存在しない点である。そのほか、異なる種類のデータ（すなわち従来のデータ10と第１データ10A）をそれぞれ入力、記憶および解析する点において、図１と図１８の工作機械の数値制御装置200A、200の入力部110、110A、記憶部120、120A、解析部130、130Aは互いに異なる。
【００１３】
次に、図１を用いて本発明の請求項１記載の発明を詳細に説明する。図１の入力部110Aには、数字、アルファベット文字および「／」などの特殊記号を入力するときに用いる数字キー、アルファベットキーおよび特殊キーをそれぞれ有するキーボードを備えている。工作機械のオペレータ17は入力部110Aのキーボードのキーを操作することで、工作機械を作動する手順またはワークを加工する手順を指令する加工プログラムを入力部110Aに入力する。また、加減速時の振動によるＺ軸31の変位量を加工精度内にするためにＺ軸31の複数の繰り出し位置において予め測定して得たＹ軸21の複数の許容加速度を入力部110Aに入力する。さらに、入力部110Aには、前記許容加速度以外に工作機械固有の制御用パラメータなど工作機械の制御に関係する数値情報も入力される。これらの加工プログラム、許容加速度、繰り出し量および数値情報は第１データ10Aとして用意され、入力部110Aから記憶部120Aに記憶される。また、入力部110Aには、前記第１データ10Aをテープ18、または、ディスク19にて入力することもできる。また、入力部110Aでは記憶部120Aに記憶された一連の加工プログラムを指定して保持する。加工プログラムが指定され、指定された加工プログラムが実行されると、解析部130Aは、指定された加工プログラムを解析して、工作機械の指令値（すなわち、Ｙ軸21とＺ軸31の送り速度ならびに移動量、工作機械の主軸の回転速度および切削工具を選択するための工具番号など）を生成する。算出部140Aは、解析部130Aで解析して得られたＺ軸31の移動量を計算して、Ｚ軸31の実際の繰り出し量を算出する。さらに、算出部140Aでは、記憶部120Aに記憶された図１２の例に示すようなＺ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の表から、該当する値（すなわち、Ｚ軸31の実際の繰り出し量の前後にある記憶されたＺ軸31の繰り出し量とＹ軸21の許容加速度の値）を読込んで、のちほど説明する（式２）に従って計算し、Ｚ軸31の実際の繰り出し量に対するＹ軸21の算出許容加速度を算出する。（図１２については、後出の（００１８）の項で詳述する。）
【００１４】
下の（００１７）項に示す（式２）を導く過程を図３、図５、図６、図７および図８を用いて説明する。図５は、Ｚ軸の基準座標の位置Pz、加工プログラムが解析されて得られたＺ軸の基準座標に対する位置Ｐ、Ｚ軸の繰り出しの位置（繰り出し量）Ｄの関係を示した図である。図５のようにＺ軸の繰り出し量を算出するための工作機械のＺ軸31の基準座標に対する位置をPzとする。解析部130Aで加工プログラムを解析して得られた前記基準座標に対する位置をPとすると、繰り出し量Dは、D＝P−Pzとなる。
【００１５】
このＺ軸31の繰り出し量Dに対するＹ軸21の許容加速度Aとの関係を、図６を用いて説明する。図６は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係を表した図であるが、図６のようにＺ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係が、直線と仮定するとＺ軸の繰り出し量D1とD2との間のＺ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の算出許容加速度は、下の（式１）に示されるように比例式が成り立つ。下の（式１）をAについて展開すると、下の（式２）で表される。図７は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係において誤差を表した図であるが、実際の場合においては、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係は図７のように曲線である。このように曲線の場合、下の（式２）を用いるとＺ軸の繰り出し量D1とD2の距離が長い場合、Ｚ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の算出許容加速度Aは、ポイントＰの近くのポイントＰ'におけるＹ軸の算出許容加速度A'として求まる。すなわち、（Ａ'−Ａ）の分だけＹ軸の算出許容加速度は誤差が生じる。そこで、実際には、記憶部に設定するＺ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の数を増やして、Ｚ軸の繰り出し量が、Ｚ軸のどの繰り出し量の間にあるかを求めて算出しＹ軸の算出許容加速度Ａ''に対しては、近似線分から下の（式２）を用いて近似値を求め、その近似値を用いる。図８を用いてＹ軸の算出許容加速度Aに対する近似値A''を求める様子を説明する。図８は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係において線分に分割して誤差を減じたことを表した図であるが、図８のポイントＰとポイントＰ''、すなわちＡとＡ''の関係のように、Ｙ軸の実際の許容加速度Ａの近似値Ａ''として十分使用が可能となる。
【００１６】
さらに、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の設定の数を増やした場合を図３に示す。図３は、Ｚ軸の複数の繰り出し位置（繰り出し量）D1、D2、・・・、Dnに対するＹ軸の複数の許容加速度A1、A2、・・・、Anとの関係をグラフに表した図であるが、例えば、図３のように、Ｚ軸の繰り出し量D1に対するＹ軸の許容加速度をA1とし、Ｚ軸の繰り出し量D2に対するＹ軸の許容加速度をA2とし、・・・、Ｚ軸の繰り出し量Dnに対するＹ軸の許容加速度をAn（ここで、Ｚ軸の繰り出し量D1、D2、・・・、Dnの大きさの関係には、D1＜D2＜・・・＜Dnを持たせている。）とすると、Ｚ軸の繰り出し位置の全域に対して、下の（式３）に数値を当てはめてＹ軸の許容加速度Aを求めることができる。
【００１７】
（A−A1）／（A2−A1）＝（D−D1）／（D2−D1）・・・（式１）
A＝｛（D−D1）／（D2−D1）｝×（A2−A1）＋A1・・・（式２）
A＝｛（D−Di）／（Di+1−Di）｝×（Ai+1−Ai）＋Ai・・・（式３）
ここで、上の（式１）、（式２）および（式３）における各項は、
A：求めるＹ軸の算出許容加速度
A1：Ｚ軸の繰り出し量D1のときのＹ軸の許容加速度
A2：Ｚ軸の繰り出し量D2のときのＹ軸の許容加速度
Ai：Ｚ軸の繰り出し量DiのときのＹ軸の許容加速度
Ai+1：Ｚ軸の繰り出し量Di+1のときのＹ軸の許容加速度
D：Ｚ軸の実際の繰り出し量
D1：Ｚ軸の繰り出し量
D2：Ｚ軸の繰り出し量
Di：Ｚ軸の繰り出し量
Di+1：Ｚ軸の繰り出し量
ｉ：１、２、・・・、ｎのいずれかの整数
ｎ：２以上の整数
を意味する。
【００１８】
次に、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度との関係を示した具体的数値の例を、図12の表と図13のグラフに示す。図12は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の一例を表に表した図である。図13は、図12の表をグラフに表した図である。Ｚ軸の繰り出し量が０mmから100mm未満のとき、Ｙ軸の許容加速度は300mm／sec２ 、Ｚ軸の繰り出し量が100mmのときＹ軸の許容加速度は300mm／sec２、・・・、Ｚ軸の繰り出し量が500mmのときＹ軸の許容加速度は60mm／sec２というように図12の表が示すように、Ｚ軸の複数の繰り出し位置に対応したＹ軸の許容加速度が記憶部120Aに設定されている。Ｚ軸の繰り出し量が100mmから500mmまでの任意の点については上の（式２）を用いてＹ軸の算出許容加速度Ａを求めることができる。例えば、250mmの点についてＹ軸の算出許容加速度Ａを算出すると
Ａ＝｛（250−200）／（300−200）｝×（180−240）＋240＝210 （mm／sec２）
となる。
【００１９】
引き続き、図１のサーボ出力部150Aから説明する。サーボ出力部150Aは、前記算出許容加速度と前記指令値から各軸の移動量を生成し、Ｙ軸21とＺ軸31を駆動するための第１および第２サーボモータ22、32に出力する。さらに、Ｙ軸21とＺ軸31の移動した位置および速度（または第１および第２サーボモータ22、32の回転部の回転移動した位置および速度）を第２および第４の検出器24、34（または第１および第３の検出器23、33）からフィードバックして制御する。
【００２０】
駆動部160は、Ｙ軸21とＺ軸31の移動した位置および速度を検出する第２および第４の検出器24、34（または第１および第２サーボモータ22、32の回転部の回転移動した位置および速度を検出する第１および第３の検出器23、33）を有し、Ｙ軸21とＺ軸31を駆動する。（ここでは４台の検出器を有すると記述したが、第１から第４の検出器は、１つの送り軸に対してサーボモータか送り軸のどちらか一方に１台あれば位置および速度のフィードバックは可能である。）
【００２１】
図２は、本発明における請求項２記載の発明に対する一実施形態としての構成を示すブロック図であるが、次項の説明のように図１の構成において一部の項目を置き換えると図２の構成になる。従って、図２の説明は図１と相違する事柄を中心に説明し、図１と共通する部分については一部説明を省略する。
【００２２】
図２において、工作機械の数値制御装置200Aは、図１と同じ構成である。この数値制御装置200Aの外部には、図１の「第１データ10A」における許容加速度に対して、図２においては、加減速時間が用意されている。入力部110A、記憶部120Aおよび解析部130Aの各部においては、「第１データ」を入力し、記憶し、解析する点においては同じだが加減速時間を許容加速度として入力、記憶および解析する点で相違がある。また、図２の算出部140AがＺ軸の繰り出し量とＹ軸の「加減速時間」とＺ軸の算出繰り出し量からＹ軸の「算出加減速時間」を算出するのに対して、図１の算出部140AはＺ軸の繰り出し量とＹ軸の「許容加速度」とＺ軸の算出繰り出し量からＹ軸の「算出許容加速度」を算出する点において相違がある。さらに、図２のサーボ出力部150Aが「算出加減速時間」と「指令値」から加減速時における単位時間毎の移動量を生成するのに対して、図１では「算出許容加速度」と「指令値」から加減速時における単位時間毎の移動量を生成する点において相違がある。これらの相違により、具体的には、請求項１に関連して説明した「図３、図６、図７、図８、図１２、図１３」に対して、のちほど説明する請求項２に関連した「図４、図９、図１０、図１１、図１４、図１５」の相違が生じる。
【００２３】
下の（００２６）項に示す（式５）を導く過程を図４、図９、図１０および図１１を用いて説明する。
【００２４】
上記（００１５）の項でＺ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の許容加速度との関係を、図６を用いて説明したが、同様に、Ｚ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の加減速時間Taとの関係を、図９を用いて説明する。図９は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係を表した図であるが、図９のようにＺ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係が、直線と仮定するとＺ軸の繰り出し量D1とD2との間のＺ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の算出加減速時間は、下の（式４）に示されるように比例式が成り立つ。下の（式４）をTaについて展開すると、下の（式５）で表される。図１０は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係において誤差を表した図であるが、実際の場合においては、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係は図１０のように曲線である。このように曲線の場合、下の（式５）を用いるとＺ軸の繰り出し量D1とD2の距離が長い場合、Ｚ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の算出加減速時間Taは、ポイントＰの近くのポイントＰ'におけるＹ軸の算出加減速時間Ta'として求まる。すなわち、（Ta'−Ta）分だけＹ軸の算出加減速時間は誤差が生じる。そこで、実際には、記憶部に設定するＺ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の数を増やして、Ｚ軸の繰り出し量が、Ｚ軸のどの繰り出し量の間にあるかを求めて算出し、Ｙ軸の算出加減速時間Ta''に対しては、近似線分から下の（式５）を用いて近似値を求め、その近似値を用いる。図１１を用いてＹ軸の算出加減速時間Taに対する近似値Ta''を求める様子を説明する。図１１は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係において線分に分割して誤差を減じたことを表した図であるが、図１１のポイントＰとポイントＰ''、すなわちTaとTa''の関係のように、Ｙ軸の実際の加減速時間Taの近似値Ta''として十分使用が可能となる。
【００２５】
さらに、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の設定の数を増やした場合を図４に示す。図４は、Ｚ軸の複数の繰り出し位置（繰り出し量）D1、D2、・・・、Dnに対するＹ軸の複数の加減速時間Ta1、Ta2、・・・、Tanとの関係をグラフに表した図であるが、例えば、図４のように、Ｚ軸の繰り出し量D1に対するＹ軸の加減速時間をTa1とし、Ｚ軸の繰り出し量D2に対するＹ軸の加減速時間をTa2とし、・・・、Ｚ軸の繰り出し量Dnに対するＹ軸の加減速時間をTan（ここで、Ｚ軸の繰り出し量D1、D2、・・・、Dnの大きさの関係には、D1＜D2＜・・・＜Dnを持たせている。）とすると、Ｚ軸の繰り出し位置の全域に対して、下の（式６）に数値を当てはめてＹ軸の加減速時間Taを求めることができる。
【００２６】
（Ta−Ta1）／（Ta2−Ta1）＝（D−D1）／（D2−D1）・・・（式４）
Ta＝｛（D−D1）／（D2−D1）｝×（Ta2−Ta1）＋Ta1・・・（式５）
Ta＝｛（D−Di）／（Di+1−Di）｝×（Ta(i+1)−Tai）＋Tai・・・（式６）
ここで、上の（式４）、（式５）および（式６）における各項は、
Ta：求めるＹ軸の算出加減速時間
Ta1：Ｚ軸の繰り出し量D1のときのＹ軸の加減速時間
Ta2：Ｚ軸の繰り出し量D2のときのＹ軸の加減速時間
Tai ：Ｚ軸の繰り出し量DiのときのＹ軸の加減速時間
Ta(i+1)：Ｚ軸の繰り出し量Di+1のときのＹ軸の加減速時間
D：Ｚ軸の実際の繰り出し量
D1：Ｚ軸の繰り出し量
D2：Ｚ軸の繰り出し量
Di：Ｚ軸の繰り出し量
Di+1：Ｚ軸の繰り出し量
ｉ：１、２、・・・、ｎのいずれかの整数
ｎ：２以上の整数
を意味する。
【００２７】
次に、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間との関係を示した具体的数値の例を、図14の表と図15のグラフに示す。図14は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の一例を表に表した図である。図15は、図14の表をグラフに表した図である。Ｚ軸の繰り出し量が０mmから100mm未満のとき、Ｙ軸の加減速時間は56msec、Ｚ軸の繰り出し量が100mmのときＹ軸の加減速時間は56msec、・・・、Ｚ軸の繰り出し量が500mmのときＹ軸の加減速時間は278msecと図14の表が示すように、Ｚ軸の複数の繰り出し位置に対応したＹ軸の加減速時間が記憶部120Bに設定されている。Ｚ軸の繰り出し量が100mmから500mmまでの任意の点については上の（式５）を用いてＹ軸の算出加減速時間Taを求めることができる。例えば、250mmの点についてＹ軸の算出加減速時間Taを算出すると
Ta＝｛（250−200）／（300−200）｝×（70−93）＋93≒82 （msec）
となる。
【００２８】
図１６および図１７を用いて上記の時間的応答の向上と切削加工時間の短縮について説明する。図１６および図１７は、工作機械の送り軸の切削加工における送り速度が変化（すなわち、加速または減速）したとき、算出許容加速度または算出加減速時間の違いによる時間的応答の違いを示した図である。今、図１６および図１７において算出許容加速度A1およびA2または算出加減速時間Ta１およびTa2とし、切削加工における送り速度をF1からF2さらにF1へと加速して減速させたときの所要時間をT1およびT2とすると、所要時間T1とT2の差が所要時間差T3となる。図１６および図１７においては、所要時間差T3の分だけ、時間的応答は向上している。切削加工を長期間繰り返すうちに、所要時間差T3の短縮分は合計されて何時間も切削加工時間が短縮される。
【００２９】
本実施例の説明においては、Ｙ軸を工作機械の第１の送り軸、Ｚ軸を工作機械の第２の送り軸として説明したが、別の実施の例としては、Ｚ軸を第１の送り軸、Ｙ軸を第２の送り軸としてもよく、また、Ｘ軸を用いてＸ軸とＹ軸で実施してもよいし、さらに送り軸の数を増加して本発明が実施されてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
工作機械の第１の送り軸を加速または減速するとき、前記第１の送り軸に直交して結合した第２の送り軸は加速度に影響されて振動し変位する。その変位量を抑制しながらも、前記第２の送り軸の複数の繰り出し位置に対応して前記第１の送り軸に対して複数の算出許容加速度または算出加減速時間を算出して用いることで前記第１の送り軸の加速または減速における時間的応答を高め切削加工時間を短縮することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における請求項1記載の発明に対する一実施形態としての構成を示すブロック図である。
【図２】本発明における請求項２記載の発明に対する一実施形態としての構成を示すブロック図である。
【図３】Ｚ軸の複数の繰り出し位置（繰り出し量）D1、D2、…、Dnに対するＹ軸の複数の許容加速度A1、A2、・・・、Anとの関係をグラフに表した図である。
【図４】Ｚ軸の複数の繰り出し位置（繰り出し量）D1、D2、・・・、Dnに対するＹ軸の複数の加減速時間Ta1、Ta2、・・・、Tanとの関係をグラフに表した図である。
【図５】Ｚ軸の基準座標の位置Pz、加工プログラムが解析されて得られたＺ軸の基準座標に対する位置Ｐ、Ｚ軸の繰り出しの位置（繰り出し量）Ｄの関係を示した図である。
【図６】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係を表した図である。
【図７】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係において誤差を表した図である。
【図８】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係において線分に分割して誤差を減じたことを表した図である。
【図９】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係を表した図である。
【図１０】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係において誤差を表した図である。
【図１１】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係において線分に分割して誤差を減じたことを表した図である。
【図１２】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の一例を表に表した図である。
【図１３】図１２の表をグラフに表した図である。
【図１４】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の一例を表に表した図である。
【図１５】図１４の表をグラフに表した図である。
【図１６】工作機械の送り軸の切削加工における送り速度が変化（すなわち、加速または減速）したとき、算出許容加速度の違いによる時間的応答の違いを示した図である。
【図１７】工作機械の送り軸の切削加工における送り速度が変化（すなわち、加速または減速）したとき、算出加減速時間の違いによる時間的応答の違いを示した図である。
【図１８】従来の工作機械の数値制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】工作機械においてＹ軸が移動するとき、Ｚ軸がＹ軸の加速度の影響を受けて変位する様子を示した図である。（図２０に比べて、Ｚ軸の繰り出し量が大きい場合を表した図である。）
【図２０】工作機械においてＹ軸が移動するとき、Ｚ軸がＹ軸の加速度の影響を受けて変位する様子を示した図である。（図１９に比べて、Ｚ軸の繰り出し量が小さい場合を表した図である。）
【符号の説明】
10 従来のデータ
10A 第１データ
17 オペレータ
18 テープ
19 ディスク
21 Ｙ軸
22 第１サーボモータ
23 第１検出器
24 第２検出器
31 Ｚ軸
32 第２サーボモータ
33 第３検出器
34 第４検出器
110、110A 入力部
120、120A 記憶部
130、130A 解析部
140A 算出部
150、150A サーボ出力部
160 駆動部
200、200A 工作機械の数値制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の送り軸を加速または減速するとき、工作機械の送り軸が加速度に影響されて変位することを抑制し、かつ工作機械の送り軸の加速または減速における時間的応答を高める工作機械の数値制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術を説明するにあたり、従来と本発明に共通する事柄を図１９および図２０を用いて説明する。図１９と図２０は工作機械の送り軸であるＹ軸が移動するとき、Ｙ軸と直交して結合したＺ軸は、Ｙ軸に載って一緒に移動する場合を想定している。Ｙ軸が加速または減速して移動する時に、Ｚ軸は振動の影響を受けて変位する。図１９は、Ｚ軸の繰り出し量Ｌ１が図２０に比べて大きい場合を表し、図２０は、Ｚ軸の繰り出し量Ｌ２が図１９に比べて小さい場合を表している。同一加速度の場合、図１９と図２０を比べた場合、回転中心からの繰り出し量Ｌ１がＬ２より大きい分だけ、変位量ｄ１はｄ２より大きくなる。この変位は、工作機械の送り軸を移動させるとき、振動となって切削加工面に悪影響を及ぼす。従来は、Ｚ軸の繰り出し量の全域において、振動を抑制するために、Ｚ軸の繰り出し量が最大のときのＹ軸に対する加減速時間を単一で数値制御装置に設定して対応していた。しかし、Ｚ軸の繰り出し量が小さいときには、変位量ｄ１およびｄ２は小さいためにＹ軸の加減速時間をより短く設定すべきであった。ところが、従来においては、前述のとおりＺ軸の繰り出し量が最大のときのＹ軸の加減速時間を用いているので、加速または減速のときの時間的応答が必要以上に低く、従って、ワークを切削して加工する時間が余分にかかるという問題点があった。
【０００３】
次に、工作機械の数値制御装置に関する従来の構成について図１８を用いて説明する。詳細については後述するが、従来の工作機械の数値制御装置200は、入力部110、記憶部120、解析部130、サーボ出力部150で構成されている。
【０００４】
図１８の入力部110には、数字、アルファベット文字および「／」などの特殊記号を入力するときに用いる数字キー、アルファベットキーおよび特殊キーをそれぞれ有するキーボードを備えている。工作機械のオペレータ17は入力部110のキーボードのキーを操作することで、工作機械を作動する手順またはワークを加工する手順を指令する加工プログラムを入力部110に入力する。また、加減速時の振動によるＺ軸31の変位量を加工精度内にするためにＺ軸31の繰り出し位置の全域に対して単一でＹ軸21の加減速時間を入力部110に入力する。Ｚ軸31に対しては、単一の加減速時間を入力部110に入力する。さらに、入力部110には、前記加減速時間以外に工作機械固有の制御用パラメータなど工作機械の制御に関係する数値情報も入力される。これらの加工プログラム、加減速時間および数値情報は従来のデータ10に用意され、入力部110から記憶部120に記憶される。また、入力部110には、従来のデータ10をテープ18、または、ディスク19にて入力することもできる。また、入力部110では記憶部120に記憶された一連の加工プログラムを指定して保持する。加工プログラムが指定されて実行されると、解析部130は、この加工プログラムを解析して、工作機械の指令値（すなわち、Ｙ軸21とＺ軸31の送り速度ならびに移動量、工作機械の主軸の回転速度および切削工具を選択するための工具番号など）を生成する。
【０００５】
図１８のサーボ出力部150は、前記加減速時間と前記指令値から単位時間毎の移動量を生成し、Ｙ軸21とＺ軸31を駆動するための第１および第２サーボモータ22、32に出力する。さらに、Ｙ軸21とＺ軸31の移動した位置および速度（または第１および第２サーボモータ22、32の回転部の回転移動した位置および速度）を第２および第４の検出器24、34（または第１および第３の検出器23、33）からフィードバックして制御する。
【０００６】
駆動部160は、Ｙ軸21とＺ軸31の移動した位置および速度を検出する第２および第４の検出器24、34（または第１および第２サーボモータ22、32の回転部の回転移動した位置および速度を検出する第１および第３の検出器23、33）を有し、Ｙ軸21とＺ軸31を駆動する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決しようとするものであって、その目的は、工作機械の第１の送り軸と直交して結合した第２の送り軸が、前記第１の送り軸の加減速移動時に加速度の影響で振動し変位するので、この変位量を抑制し、かつ前記第１の送り軸の加速または減速における時間的応答を高める数値制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するため第１の発明においては、 第１の送り軸と直交する第２の送り軸を有する工作機械において、 前記第２の軸の複数の繰り出し位置に対応して前記第１の送り軸に関する複数の許容加速度を第１データとして入力する入力部と、前記入力部に入力された第１データを記憶する記憶部と、 前記記憶部に記憶された第１データを解析し前記工作機械を制御する指令値を生成する解析部と、 前記解析部にて生成された前記指令値から前記第２の送り軸の繰り出し量を算出して算出繰り出し量とし、この算出繰り出し量に対応して予め定められた式により算出された前記第１の送り軸にて許容できる加速度を算出許容加速度とする算出部と、 前記算出部で算出された前記算出許容加速度と前記指令値とから単位時間毎の移動量を算出し、前記第１および前記第２の送り軸をそれぞれ駆動する第１および第２サーボモータに出力すると共に、前記第１第２の各送り軸に関する位置および速度をフィードバックし制御するサーボ出力部と、 を備えたことを特徴とする工作機械の数値制御装置とした。
【０００９】
本発明の第２の発明においては、第１の発明おける許容加速度に替えて加減速時間を用い、許容できる加速度を算出し算出許容加速度とすることに替えて許容できる加減速時間を算出し算出加減速時間とすること、を特徴とする工作機械の数値制御装置とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を示す図面に基づいて説明する。請求項１および請求項２の発明にかかる以下の説明においては、Ｙ軸を請求項１記載の第１の送り軸とし、Ｚ軸を請求項１記載の第２の送り軸として説明する。
【００１１】
図１は、本発明における請求項1記載の発明に対する一実施形態としての構成を示すブロック図である。図１の各部についての詳細は後述するが、この工作機械の数値制御装置200Aは、図１のように入力部110A、記憶部120A、解析部130A、算出部140A、サーボ出力部150Aで構成されている。
【００１２】
詳細な説明をする前に、先に説明をした図１８における従来の工作機械の数値制御装置200と図１における本発明にかかる工作機械の数値制御装置200Aとの異なる点について、両者を比較して説明する。図１８の従来のデータ10および図１の第１データ10Aは、工作機械の数値制御装置が指令値を生成するために入力するデータの集まりを指している。まず、図１８の従来のデータ10と図１の第１データ10Aの相違点を説明する。従来の工作機械の数値制御装置200は、Ｙ軸の加減速時間が単一で用意されるのに対して、図１では、加減速時の振動によるＺ軸の変位量を加工精度内にするために許容加速度が複数で用意されている点である。さらに、加減速時間を単一で使用するために、算出繰り出し量と算出許容加速度を算出する図１の算出部が、図１８においては存在しない点である。そのほか、異なる種類のデータ（すなわち従来のデータ10と第１データ10A）をそれぞれ入力、記憶および解析する点において、図１と図１８の工作機械の数値制御装置200A、200の入力部110、110A、記憶部120、120A、解析部130、130Aは互いに異なる。
【００１３】
次に、図１を用いて本発明の請求項１記載の発明を詳細に説明する。図１の入力部110Aには、数字、アルファベット文字および「／」などの特殊記号を入力するときに用いる数字キー、アルファベットキーおよび特殊キーをそれぞれ有するキーボードを備えている。工作機械のオペレータ17は入力部110Aのキーボードのキーを操作することで、工作機械を作動する手順またはワークを加工する手順を指令する加工プログラムを入力部110Aに入力する。また、加減速時の振動によるＺ軸31の変位量を加工精度内にするためにＺ軸31の複数の繰り出し位置において予め測定して得たＹ軸21の複数の許容加速度を入力部110Aに入力する。さらに、入力部110Aには、前記許容加速度以外に工作機械固有の制御用パラメータなど工作機械の制御に関係する数値情報も入力される。これらの加工プログラム、許容加速度、繰り出し量および数値情報は第１データ10Aとして用意され、入力部110Aから記憶部120Aに記憶される。また、入力部110Aには、前記第１データ10Aをテープ18、または、ディスク19にて入力することもできる。また、入力部110Aでは記憶部120Aに記憶された一連の加工プログラムを指定して保持する。加工プログラムが指定され、指定された加工プログラムが実行されると、解析部130Aは、指定された加工プログラムを解析して、工作機械の指令値（すなわち、Ｙ軸21とＺ軸31の送り速度ならびに移動量、工作機械の主軸の回転速度および切削工具を選択するための工具番号など）を生成する。算出部140Aは、解析部130Aで解析して得られたＺ軸31の移動量を計算して、Ｚ軸31の実際の繰り出し量を算出する。さらに、算出部140Aでは、記憶部120Aに記憶された図１２の例に示すようなＺ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の表から、該当する値（すなわち、Ｚ軸31の実際の繰り出し量の前後にある記憶されたＺ軸31の繰り出し量とＹ軸21の許容加速度の値）を読込んで、のちほど説明する（式２）に従って計算し、Ｚ軸31の実際の繰り出し量に対するＹ軸21の算出許容加速度を算出する。（図１２については、後出の（００１８）の項で詳述する。）
【００１４】
下の（００１７）項に示す（式２）を導く過程を図３、図５、図６、図７および図８を用いて説明する。図５は、Ｚ軸の基準座標の位置Pz、加工プログラムが解析されて得られたＺ軸の基準座標に対する位置Ｐ、Ｚ軸の繰り出しの位置（繰り出し量）Ｄの関係を示した図である。図５のようにＺ軸の繰り出し量を算出するための工作機械のＺ軸31の基準座標に対する位置をPzとする。解析部130Aで加工プログラムを解析して得られた前記基準座標に対する位置をPとすると、繰り出し量Dは、D＝P−Pzとなる。
【００１５】
このＺ軸31の繰り出し量Dに対するＹ軸21の許容加速度Aとの関係を、図６を用いて説明する。図６は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係を表した図であるが、図６のようにＺ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係が、直線と仮定するとＺ軸の繰り出し量D1とD2との間のＺ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の算出許容加速度は、下の（式１）に示されるように比例式が成り立つ。下の（式１）をAについて展開すると、下の（式２）で表される。図７は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係において誤差を表した図であるが、実際の場合においては、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係は図７のように曲線である。このように曲線の場合、下の（式２）を用いるとＺ軸の繰り出し量D1とD2の距離が長い場合、Ｚ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の算出許容加速度Aは、ポイントＰの近くのポイントＰ'におけるＹ軸の算出許容加速度A'として求まる。すなわち、（Ａ'−Ａ）の分だけＹ軸の算出許容加速度は誤差が生じる。そこで、実際には、記憶部に設定するＺ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の数を増やして、Ｚ軸の繰り出し量が、Ｚ軸のどの繰り出し量の間にあるかを求めて算出しＹ軸の算出許容加速度Ａ''に対しては、近似線分から下の（式２）を用いて近似値を求め、その近似値を用いる。図８を用いてＹ軸の算出許容加速度Aに対する近似値A''を求める様子を説明する。図８は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係において線分に分割して誤差を減じたことを表した図であるが、図８のポイントＰとポイントＰ''、すなわちＡとＡ''の関係のように、Ｙ軸の実際の許容加速度Ａの近似値Ａ''として十分使用が可能となる。
【００１６】
さらに、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の設定の数を増やした場合を図３に示す。図３は、Ｚ軸の複数の繰り出し位置（繰り出し量）D1、D2、・・・、Dnに対するＹ軸の複数の許容加速度A1、A2、・・・、Anとの関係をグラフに表した図であるが、例えば、図３のように、Ｚ軸の繰り出し量D1に対するＹ軸の許容加速度をA1とし、Ｚ軸の繰り出し量D2に対するＹ軸の許容加速度をA2とし、・・・、Ｚ軸の繰り出し量Dnに対するＹ軸の許容加速度をAn（ここで、Ｚ軸の繰り出し量D1、D2、・・・、Dnの大きさの関係には、D1＜D2＜・・・＜Dnを持たせている。）とすると、Ｚ軸の繰り出し位置の全域に対して、下の（式３）に数値を当てはめてＹ軸の許容加速度Aを求めることができる。
【００１７】
（A−A1）／（A2−A1）＝（D−D1）／（D2−D1）・・・（式１）
A＝｛（D−D1）／（D2−D1）｝×（A2−A1）＋A1・・・（式２）
A＝｛（D−Di）／（Di+1−Di）｝×（Ai+1−Ai）＋Ai・・・（式３）
ここで、上の（式１）、（式２）および（式３）における各項は、
A：求めるＹ軸の算出許容加速度
A1：Ｚ軸の繰り出し量D1のときのＹ軸の許容加速度
A2：Ｚ軸の繰り出し量D2のときのＹ軸の許容加速度
Ai：Ｚ軸の繰り出し量DiのときのＹ軸の許容加速度
Ai+1：Ｚ軸の繰り出し量Di+1のときのＹ軸の許容加速度
D：Ｚ軸の実際の繰り出し量
D1：Ｚ軸の繰り出し量
D2：Ｚ軸の繰り出し量
Di：Ｚ軸の繰り出し量
Di+1：Ｚ軸の繰り出し量
ｉ：１、２、・・・、ｎのいずれかの整数
ｎ：２以上の整数
を意味する。
【００１８】
次に、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度との関係を示した具体的数値の例を、図12の表と図13のグラフに示す。図12は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の一例を表に表した図である。図13は、図12の表をグラフに表した図である。Ｚ軸の繰り出し量が０mmから100mm未満のとき、Ｙ軸の許容加速度は300mm／sec２ 、Ｚ軸の繰り出し量が100mmのときＹ軸の許容加速度は300mm／sec２、・・・、Ｚ軸の繰り出し量が500mmのときＹ軸の許容加速度は60mm／sec２というように図12の表が示すように、Ｚ軸の複数の繰り出し位置に対応したＹ軸の許容加速度が記憶部120Aに設定されている。Ｚ軸の繰り出し量が100mmから500mmまでの任意の点については上の（式２）を用いてＹ軸の算出許容加速度Ａを求めることができる。例えば、250mmの点についてＹ軸の算出許容加速度Ａを算出すると
Ａ＝｛（250−200）／（300−200）｝×（180−240）＋240＝210 （mm／sec２）
となる。
【００１９】
引き続き、図１のサーボ出力部150Aから説明する。サーボ出力部150Aは、前記算出許容加速度と前記指令値から各軸の移動量を生成し、Ｙ軸21とＺ軸31を駆動するための第１および第２サーボモータ22、32に出力する。さらに、Ｙ軸21とＺ軸31の移動した位置および速度（または第１および第２サーボモータ22、32の回転部の回転移動した位置および速度）を第２および第４の検出器24、34（または第１および第３の検出器23、33）からフィードバックして制御する。
【００２０】
駆動部160は、Ｙ軸21とＺ軸31の移動した位置および速度を検出する第２および第４の検出器24、34（または第１および第２サーボモータ22、32の回転部の回転移動した位置および速度を検出する第１および第３の検出器23、33）を有し、Ｙ軸21とＺ軸31を駆動する。（ここでは４台の検出器を有すると記述したが、第１から第４の検出器は、１つの送り軸に対してサーボモータか送り軸のどちらか一方に１台あれば位置および速度のフィードバックは可能である。）
【００２１】
図２は、本発明における請求項２記載の発明に対する一実施形態としての構成を示すブロック図であるが、次項の説明のように図１の構成において一部の項目を置き換えると図２の構成になる。従って、図２の説明は図１と相違する事柄を中心に説明し、図１と共通する部分については一部説明を省略する。
【００２２】
図２において、工作機械の数値制御装置200Aは、図１と同じ構成である。この数値制御装置200Aの外部には、図１の「第１データ10A」における許容加速度に対して、図２においては、加減速時間が用意されている。入力部110A、記憶部120Aおよび解析部130Aの各部においては、「第１データ」を入力し、記憶し、解析する点においては同じだが加減速時間を許容加速度として入力、記憶および解析する点で相違がある。また、図２の算出部140AがＺ軸の繰り出し量とＹ軸の「加減速時間」とＺ軸の算出繰り出し量からＹ軸の「算出加減速時間」を算出するのに対して、図１の算出部140AはＺ軸の繰り出し量とＹ軸の「許容加速度」とＺ軸の算出繰り出し量からＹ軸の「算出許容加速度」を算出する点において相違がある。さらに、図２のサーボ出力部150Aが「算出加減速時間」と「指令値」から加減速時における単位時間毎の移動量を生成するのに対して、図１では「算出許容加速度」と「指令値」から加減速時における単位時間毎の移動量を生成する点において相違がある。これらの相違により、具体的には、請求項１に関連して説明した「図３、図６、図７、図８、図１２、図１３」に対して、のちほど説明する請求項２に関連した「図４、図９、図１０、図１１、図１４、図１５」の相違が生じる。
【００２３】
下の（００２６）項に示す（式５）を導く過程を図４、図９、図１０および図１１を用いて説明する。
【００２４】
上記（００１５）の項でＺ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の許容加速度との関係を、図６を用いて説明したが、同様に、Ｚ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の加減速時間Taとの関係を、図９を用いて説明する。図９は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係を表した図であるが、図９のようにＺ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係が、直線と仮定するとＺ軸の繰り出し量D1とD2との間のＺ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の算出加減速時間は、下の（式４）に示されるように比例式が成り立つ。下の（式４）をTaについて展開すると、下の（式５）で表される。図１０は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係において誤差を表した図であるが、実際の場合においては、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係は図１０のように曲線である。このように曲線の場合、下の（式５）を用いるとＺ軸の繰り出し量D1とD2の距離が長い場合、Ｚ軸の繰り出し量Dに対するＹ軸の算出加減速時間Taは、ポイントＰの近くのポイントＰ'におけるＹ軸の算出加減速時間Ta'として求まる。すなわち、（Ta'−Ta）分だけＹ軸の算出加減速時間は誤差が生じる。そこで、実際には、記憶部に設定するＺ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の数を増やして、Ｚ軸の繰り出し量が、Ｚ軸のどの繰り出し量の間にあるかを求めて算出し、Ｙ軸の算出加減速時間Ta''に対しては、近似線分から下の（式５）を用いて近似値を求め、その近似値を用いる。図１１を用いてＹ軸の算出加減速時間Taに対する近似値Ta''を求める様子を説明する。図１１は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係において線分に分割して誤差を減じたことを表した図であるが、図１１のポイントＰとポイントＰ''、すなわちTaとTa''の関係のように、Ｙ軸の実際の加減速時間Taの近似値Ta''として十分使用が可能となる。
【００２５】
さらに、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の設定の数を増やした場合を図４に示す。図４は、Ｚ軸の複数の繰り出し位置（繰り出し量）D1、D2、・・・、Dnに対するＹ軸の複数の加減速時間Ta1、Ta2、・・・、Tanとの関係をグラフに表した図であるが、例えば、図４のように、Ｚ軸の繰り出し量D1に対するＹ軸の加減速時間をTa1とし、Ｚ軸の繰り出し量D2に対するＹ軸の加減速時間をTa2とし、・・・、Ｚ軸の繰り出し量Dnに対するＹ軸の加減速時間をTan（ここで、Ｚ軸の繰り出し量D1、D2、・・・、Dnの大きさの関係には、D1＜D2＜・・・＜Dnを持たせている。）とすると、Ｚ軸の繰り出し位置の全域に対して、下の（式６）に数値を当てはめてＹ軸の加減速時間Taを求めることができる。
【００２６】
（Ta−Ta1）／（Ta2−Ta1）＝（D−D1）／（D2−D1）・・・（式４）
Ta＝｛（D−D1）／（D2−D1）｝×（Ta2−Ta1）＋Ta1・・・（式５）
Ta＝｛（D−Di）／（Di+1−Di）｝×（Ta(i+1)−Tai）＋Tai・・・（式６）
ここで、上の（式４）、（式５）および（式６）における各項は、
Ta：求めるＹ軸の算出加減速時間
Ta1：Ｚ軸の繰り出し量D1のときのＹ軸の加減速時間
Ta2：Ｚ軸の繰り出し量D2のときのＹ軸の加減速時間
Tai ：Ｚ軸の繰り出し量DiのときのＹ軸の加減速時間
Ta(i+1)：Ｚ軸の繰り出し量Di+1のときのＹ軸の加減速時間
D：Ｚ軸の実際の繰り出し量
D1：Ｚ軸の繰り出し量
D2：Ｚ軸の繰り出し量
Di：Ｚ軸の繰り出し量
Di+1：Ｚ軸の繰り出し量
ｉ：１、２、・・・、ｎのいずれかの整数
ｎ：２以上の整数
を意味する。
【００２７】
次に、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間との関係を示した具体的数値の例を、図14の表と図15のグラフに示す。図14は、Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の一例を表に表した図である。図15は、図14の表をグラフに表した図である。Ｚ軸の繰り出し量が０mmから100mm未満のとき、Ｙ軸の加減速時間は56msec、Ｚ軸の繰り出し量が100mmのときＹ軸の加減速時間は56msec、・・・、Ｚ軸の繰り出し量が500mmのときＹ軸の加減速時間は278msecと図14の表が示すように、Ｚ軸の複数の繰り出し位置に対応したＹ軸の加減速時間が記憶部120Bに設定されている。Ｚ軸の繰り出し量が100mmから500mmまでの任意の点については上の（式５）を用いてＹ軸の算出加減速時間Taを求めることができる。例えば、250mmの点についてＹ軸の算出加減速時間Taを算出すると
Ta＝｛（250−200）／（300−200）｝×（70−93）＋93≒82 （msec）
となる。
【００２８】
図１６および図１７を用いて上記の時間的応答の向上と切削加工時間の短縮について説明する。図１６および図１７は、工作機械の送り軸の切削加工における送り速度が変化（すなわち、加速または減速）したとき、算出許容加速度または算出加減速時間の違いによる時間的応答の違いを示した図である。今、図１６および図１７において算出許容加速度A1およびA2または算出加減速時間Ta１およびTa2とし、切削加工における送り速度をF1からF2さらにF1へと加速して減速させたときの所要時間をT1およびT2とすると、所要時間T1とT2の差が所要時間差T3となる。図１６および図１７においては、所要時間差T3の分だけ、時間的応答は向上している。切削加工を長期間繰り返すうちに、所要時間差T3の短縮分は合計されて何時間も切削加工時間が短縮される。
【００２９】
本実施例の説明においては、Ｙ軸を工作機械の第１の送り軸、Ｚ軸を工作機械の第２の送り軸として説明したが、別の実施の例としては、Ｚ軸を第１の送り軸、Ｙ軸を第２の送り軸としてもよく、また、Ｘ軸を用いてＸ軸とＹ軸で実施してもよいし、さらに送り軸の数を増加して本発明が実施されてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
工作機械の第１の送り軸を加速または減速するとき、前記第１の送り軸に直交して結合した第２の送り軸は加速度に影響されて振動し変位する。その変位量を抑制しながらも、前記第２の送り軸の複数の繰り出し位置に対応して前記第１の送り軸に対して複数の算出許容加速度または算出加減速時間を算出して用いることで前記第１の送り軸の加速または減速における時間的応答を高め切削加工時間を短縮することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における請求項1記載の発明に対する一実施形態としての構成を示すブロック図である。
【図２】本発明における請求項２記載の発明に対する一実施形態としての構成を示すブロック図である。
【図３】Ｚ軸の複数の繰り出し位置（繰り出し量）D1、D2、…、Dnに対するＹ軸の複数の許容加速度A1、A2、・・・、Anとの関係をグラフに表した図である。
【図４】Ｚ軸の複数の繰り出し位置（繰り出し量）D1、D2、・・・、Dnに対するＹ軸の複数の加減速時間Ta1、Ta2、・・・、Tanとの関係をグラフに表した図である。
【図５】Ｚ軸の基準座標の位置Pz、加工プログラムが解析されて得られたＺ軸の基準座標に対する位置Ｐ、Ｚ軸の繰り出しの位置（繰り出し量）Ｄの関係を示した図である。
【図６】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係を表した図である。
【図７】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係において誤差を表した図である。
【図８】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の関係において線分に分割して誤差を減じたことを表した図である。
【図９】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係を表した図である。
【図１０】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係において誤差を表した図である。
【図１１】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の関係において線分に分割して誤差を減じたことを表した図である。
【図１２】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の許容加速度の一例を表に表した図である。
【図１３】図１２の表をグラフに表した図である。
【図１４】Ｚ軸の繰り出し量とＹ軸の加減速時間の一例を表に表した図である。
【図１５】図１４の表をグラフに表した図である。
【図１６】工作機械の送り軸の切削加工における送り速度が変化（すなわち、加速または減速）したとき、算出許容加速度の違いによる時間的応答の違いを示した図である。
【図１７】工作機械の送り軸の切削加工における送り速度が変化（すなわち、加速または減速）したとき、算出加減速時間の違いによる時間的応答の違いを示した図である。
【図１８】従来の工作機械の数値制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】工作機械においてＹ軸が移動するとき、Ｚ軸がＹ軸の加速度の影響を受けて変位する様子を示した図である。（図２０に比べて、Ｚ軸の繰り出し量が大きい場合を表した図である。）
【図２０】工作機械においてＹ軸が移動するとき、Ｚ軸がＹ軸の加速度の影響を受けて変位する様子を示した図である。（図１９に比べて、Ｚ軸の繰り出し量が小さい場合を表した図である。）
【符号の説明】
10 従来のデータ
10A 第１データ
17 オペレータ
18 テープ
19 ディスク
21 Ｙ軸
22 第１サーボモータ
23 第１検出器
24 第２検出器
31 Ｚ軸
32 第２サーボモータ
33 第３検出器
34 第４検出器
110、110A 入力部
120、120A 記憶部
130、130A 解析部
140A 算出部
150、150A サーボ出力部
160 駆動部
200、200A 工作機械の数値制御装置
Claims (2)
- 第１の送り軸と直交する第２の送り軸を有する工作機械において、前記第２の軸の複数の繰り出し位置に対応して前記第１の送り軸に関する複数の許容加速度を第１データとして入力する入力部と、
前記入力部に入力された第１データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された第１データを解析し前記工作機械を制御する指令値を生成する解析部と、
前記解析部にて生成された前記指令値から前記第２の送り軸の繰り出し量を算出して算出繰り出し量とし、この算出繰り出し量に対応して予め定められた式により算出された前記第１の送り軸にて許容できる加速度を算出許容加速度とする算出部と、
前記算出部で算出された前記算出許容加速度と前記指令値とから単位時間毎の移動量を算出し、前記第１および前記第２の送り軸をそれぞれ駆動する第１および第２サーボモータに出力すると共に、前記第１第２の各送り軸に関する位置および速度をフィードバックし制御するサーボ出力部と、
を備えたことを特徴とする工作機械の数値制御装置。 - 請求項１において、許容加速度に替えて加減速時間を用い、許容できる加速度を算出し算出許容加速度とすることに替えて、許容できる加減速時間を算出し算出加減速時間とすること、を特徴とする工作機械の数値制御装置。
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| JP2001101168A JP4754708B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 工作機械の数値制御装置 |
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-
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