KR900007297B1

KR900007297B1 - 수치 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR900007297B1
Application number: KR1019850009899A
Authority: KR
Inventors: 미찌오 마쓰모또
Original assignee: 도시바기까이가부시끼가이샤; 이이무라 가즈오
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1990-10-08
Also published as: DE3545795C2; JPS61156309A; DE3545795A1; KR860005268A; US4757457A

Abstract

내용 없음.

Description

수치 제어 방법 및 장치

제1도는 본 발명에 따른 수치 제어 장치에 의해 제어되는 기계 가공 시스템의 정면도.

제2a 및 2b도는 가속 및 감속이 종래의 프로세스에 따라 보간법에 실시되는 방식을 보여주는 설명도.

제3a 및 3b도는 아무런 가속 및 감속이 실행되지 않는 방식을 보여주는 설명도.

졔4도는 본 발명의 수치 제어 장치의 신호 처리의 흐름을 보여주는 플로우 챠아트.

제5도는 본 발명의 수치 제어 장치의 블록도.

제6도는 수치 제어 장치에 사용된 CPU에 있어서의 샘플링 주기 및 시간 대 사이의 상호 관계도.

제7a도는 각각의 샘플링 주기에 실시된 보간 처리의 플로우 챠아트도.

제7b도는 제5도의 블록도 및 제7a도는 플로우 챠아트에서 사용되는 각종 기호들의 설명표.

제7c도는 공구의 팁에 의해 이동될 잔유 거리와 감속 개시 시간 사이의 상호 관계도.

제7d도는 보간된 이송속도 출력과 시간 사이의 상호 관계도.

제8도는 인접 가공블록과 이송속도차 사이의 상호 관계도.

제9a 및 9b도는 공구의 이동 경로와 처리된 이송속도 출력 사이의 관계도.

제10 내지 13도는 본 발명의 수치 제어 장치를 사용한 모의 실험에 있어서의 이송속도와 시간 사이의 상호 관계도.

제14 내지 18도는 본 발명의 수치 제어 장치를 사용한 다른 모의 실험에 있어서의 이송속도와 시간 사이의 상호 관계도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 공작기계 14 : 미끄럼 테이블

16 : 회전 테이블 24 : 주축헤드

26 : 지지 베이스 28 : 이송나사

30 : Y축 모우터 32 : 유압 실린더

34 : 피벗 36 : 공구

38 : 헤드 50 : 천공 NC 테이프

52 : 지령 해석기 54 : 보간회로

56 : 감속 연산 장치 58 : 서어보시스템

60 : 서어보모우터 70 : 수치 제어 장치

72 : 공작기계 74 : 서어보 구동 장치

76 : I/O 인터 페이스 78 : 테이프 판독기

80 : 중앙 처리 장치 82 : 프로그램 메모리

86 : 기준 신호 발생기

본 발명은 공작 기계등의 수치 제어 방법 및 장치, 좀더 구체적으로 말하면, 가공 프로그램의 인접 블록들 사이의 공작 기계등의 각각의 제어축의 이송속도차를 감소 또는 완화시키는 능력을 가진 수치 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

수치 제어(NC)는 NC 장치에 로우드된 가공 프로그램 하에 공작 기계들의 절삭 공구의 이동 경로를 제어하는 데에 널리 이용된다. 가공 프로그램은 연속 블록 들에서의 이동 지령들이나 명령들로서 NC 테이프에 천공된다. 말일 이동 지령들이 실행될때 공작기계에서의 각각의 제어축이 한 블록과 다음 블록사이의 접합을 가로질러 커다란 이송속도 변화나 차가 생긴다면, 제어축의 서어보시스템 및 구동기구는 커다란 기계적 충격을 받는다.

그러한 난점은 제어축의 이송속도를 변화시키는 데에 필요한 제어축의 급속 식별을 달성하는 것이 어렵기 때문에 3개 이상의 제어축들을 가진 다축 수체 제어되는 공작기계에 관한 특히 문제성이 있다. 특히, 연속 프로그램 블록들이 작은 연속 거리들 만큼씩 공구를 이동시키기 위한 이동 지령들을 포함한 경우에, 공구의 결합 축 이송속도는 블록 대 블록 접합들을 가로질러 일정하며 완만하다. 그러나, 몇몇 축들은 임의의 블록 대 블록 접합을 가로질러 아주 커다란 이송속도 변화를 받을 수 있다.

첨부 도면들 중 제1도는 공구가 인접 프로그램 블록들 사이에 그러한 이송속도 변화를 당하는 방식을 예시하고 있다. 제1도에 도시된 바와같이, NC 가공 시스템은 인접 병치 관계로 받침대 상에 설치된 공작기계(10) 및 베드(12)를 포함하고 있다. 미끄럼 테이블(14)은 화살표 Z(Z-축)의 방향으로 미끄럼 운동을 위하여 베드(12)상에 미끄럼 가능하게 설치된다. 미끄럼 테이블(14)상에는, 회전 구동기(16A)에 의해 화살표 B의 방향으로 수평면으로 회전가능한 회전 테이블(16)이 회전 가능하게 지지되어 있다. 프로펠터 날개와 같은 공작물(W)은 회전 테이블(16)에 부착 장치(18)에 의해 고정된다.

공작 기계(10)는 받침대에 고정된 베드(20)상에 미끄럼 가능하게 설치된 원주(22)를 포함하고, 원주(22)는 구동 모우터를 포함한 구동원(20A)에 의해 제1도의 지면에 대해 수직인 방향(X-축)으로 미끄럼 가능하다. 원주(22)는 원주(22)상의 미끄럼면(22A 및 22B)들을 따라 화살표 Y(Y-축)방향으로 미끄럼 가능한 그리고 주축 헤드(24)를 이송하는 지지 베이스(26)를 정면상에 지지한다. 지지 베이스(26)는 원주(22)의 꼭대기 상에서 Y-축 모우터(30)에 의해 회전될 수 있는 이송나사(28)에 의해 구동된다.

주축 헤드(24)는 지지 베이스(26)의 정면상에 설치되고, 화살표 A의 방향으로 피벗(34)둘레를 각 운동하기 위해 유압 실린더(32)에 의해 구동된다. 헤드(38)는 주축 헤드(24)의 좌측 단부에 설치되고, 하부 방향으로 뻗어 있는 공구(36)를 지지한다. 헤드(38)는 일정한 각 범위로 화살표 C의 방향으로 주축 헤드(24)의 축 주위를 각 운동한다.

NC 가공 시스템은 6개의 제어축들, 즉 X-축과, Y-축과, Z-축, 그리고 각 운동 A, B, C가 일어나는 세축들을 가지고 있다.

공구(36)가 공작물을 절삭할때 공작물(W)에 대해 수직으로 지지되는 동안 화살표 ①의 방향으로 이동한다고 하자. 만일 공구(36)의 팁의 이송속도(F)가 일정하다면, 지지 베이스(26)는 Y-축을 따라 -방향으로재빨리 이동되어야 하고, 주축헤드(24)는 공구(36)가 공작물 코너(CNR)둘레를 이동하도럭 각 운동 A의 축을 따라 -방향으로 급속 이동되어야 한다. 이것은 어떤 제어축들이 커다란 이송속도 변화를 당하는데 필요한 예이다.

복합 만족면 가공에 있어서의 그러한 급속 제어축 이송속도 변화들은(CAD/CAM으로 알려진)컴퓨터의 도움으로 공작물(W)에 대한 가공 프로그램을 준비하는 스테이지에서 예측될 수 없다. 단지 CAD/CAM 스테이지에서의 유효한 방법은 공구의 전체 이송속도를 감소하는 것이다. 그러나 이것은 전체 가공 시간이 증가되는 결점이 있다. 커다란 이송속도 변화들의 문제점에 대한 다른 해결책은 각각의 블록 대 블록 접합에서 각각의 제어축의 이송속도를 영으로 감소하는 것이다. 이 제안은 또한 필요로한 가공 프로그램이 길고 공구가 블록의 끝에서 정지할 때마다 가공 표면상에 점을 남겨 놓는 경향이 있어서 공작물 표면을 잘 마무리하는데 실괘하는 결점이 있다.

상술된 이유 때문에, 현 실시는 이송속도 가속 및 감속을 위하여 한 블록과 다음 블록 사이에 보간을 실시하여 왔다.

제2a 및 2b도는 보간을 통한 그러한 가속 및 감속이 실시되는 방식을 도시적으로 보여준다. 제3a 및 3b도는 아무런 그러한 가속 및 감속이 실행되지 않는 방식을 도식적으로 보여준다.

제2a 및 2b도와 제3a 및 3b도의 각각의 예시에 있어서, 실행된 프로그램 블록들은 다음 지령들을 내포한다.

G01 G91 X x1 F f (EOB)

X x2 (EOB)

Y y1 (EOB)

MO2 (EOB)

GO1은 선형 보간 지령을 나타내고, G91은 중분 입력을 MO2는 프로그램의 종료를 나타낸다. 아무런 가속 및 감속이 제3a도에서 실행되지 않기 때문에, 그 결과의 X- 및 Y- 축들이 이송속도는 도시된 바와 같이 최초에 지령된 것과 같다. 그러나, 공구의 실제 이동 경로는 제3b도에 도시된 바와 같은 서어보 모터 에러로 인한 에러를 발생하고, 그 에러는 이송속도(F)에 비례한다. X- 및 Y-축의 구동 시스템들은 X- 및 Y-축의 지령된 이송속도들이 시간(ti+1)에서 급강하 및 상승의 변화에 필요하기 때문에 커다란 기계적 충격을 당한다.

그러나, 제2a 및 2b도의 예시에 있어서, 가속 및 감속이 보간에 의해 실시되고, 그 결과로 X-축 및 Y-축 구동 시스템들 상에 부가된 어떠한 기계적 충격도 감소되고 그리하여 서오보 모터 지연도 감소된다. 그러나, 보간 처리는 시정수에 해당하는 지연을 일으킨다. 특히, Y-축에 가속을 실시하는 보간은 X-축에 감속을 실시하는 보간이 시간 tk에서 개시될 때 개시된다. 따라서, 공구가 X- 및 Y-축을 따라 동시에 구동되는 시간동안 시간간격(tk-tk+1)이 생긴다. 이것은 공구의 실제 이동 경로가 후속의 정확한 경로로 부터 벗어나는 결점을 가져온다.

제2a 및 2b의 상기 처리가 다축 공작 기계에 대한 가공 프로그램에서의 블록 대 블록 접합에서 하나 이상의 제어축들의 구동 시스템을 개선한 기계적 충격을 낮추는데 효과적인 반면, 가공 정밀도가 감소되는 문제점을 필수적으로 해결하지 못한다.

본 발명자는 인접 프로그램 블록들 사이의 각각의 제어축에 대한 변수의 항으로 설정한 허용 이송속도차를 확정함에 의해, 또 블록들 사이의 각각의 제어축에 대한 이송속도 변화가 설정한 허용 이송속도차를 초과하지 않는 경우 아무런 보간에 따른 가속 및 감속을 실시하지 않음에 의해, 그리고 이송속도 변화가 설정한 허용 이송속도차를 초과하는 경우 보간에 의해 가속 및 감속을 실행함에 의해 제어축의 구동 시스템들에 기계적 충격을 최소화하는 한편, 수체 제어된 공구가 지령된 경로를 따라 이동될 수 있다는 것을 발견했다.

본 발명의 목적은 수치 제어되는 다축 공장 기계에 적합한 일정한 레벨 아래로 인접 프로그램 블록들 사이에 각각의 제어축의 어떠한 이송속도 변화를 억제하기 위하여, 또 보간에 의해 이동시키도록 공구를 제어하기 위하여, 그리고 어떠한 연속 공구 이동 지령들 하에 고정밀 가공을 달성하기 위하여 이송속도차 감소능력을 가진 수치 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비록 아무리 복잡할 지라도 만곡면 가공을 위한 가공 프로그램의 블록들 사이의 잡합들에서의 가공된 형상의 정밀도를 균일하게 할 수 있고, 그리하여 잔류 절삭 또는 과잉 절삭이 일정한 한도내에서 유지될 수 있고, 서어보 모우터들 및 기계 시스템들이 이송속도 변화들로 인한 감소된 기계적 충격들 하에서의 초과 변형없이 동작될 수 있는 수치 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 가공 프로그램하에 공작물 상에 가공 동작을 실시하도록 다수의 제어축을 가진 수치제어 장치를 제어하는 방법으로서, 적어도 하나의 선택된 제어축에 대해 설정한 허용 이송속도차를 확정하고; 상기 선택된 제어축에 대한 가공 프로그램에서의 연속 블록들의 지령 데이터로부터 상기 선택된 제어축의 이송속도차를 연산하고; 상기 설정한 허용 이송속도차와 상기 연산된 이송속도차로부터 상기 선택된 제어축에 대한 감속을 연산하고; 상기 연산된 감속을 기초로 하여 블록 대 블록 접합에서 상기 설정한 허용 이송속도차이 내에서 상기 이송속도차를 유지하는 단계로 구성되는 수치 제어 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 또한 가공 프로그램하에 공작물을 가공하기 위한 것으로서, 수치 제어 장치의 제어축을 위해 설정한 허용 이송속도차를 확정하는 수단과; 상기 제어축을 위한 가공 프로그램에서의 연속 블록들의 지령 데이터로부터 상기 제어축에 대한 이송속도차를 연산하는 수단과; 상기 설정한 허용 이송속도차와 상기 연산된 이송속도차로 부터 상기 제어축에 대한 감속을 연산하는 수단과; 상기 연산된 감속으로 부터 현 블록에서의 감속을 개시하는 점을 연산하는 수단으로 구성하여, 상기 이송속도차가 상기 연산된 감속을 기초로하여 블록 대 블록 접합에서 상기 설정한 허용 이송속도차 내에서 유지되게 함을 특징으로 하는 수치 제어 장치가 제공된다.

본 발명의 상기 및 다른 목적들과 특징들 및 장점들은 본 발명의 양호한 실시예가 예시에 의해 도시된 첨부도면들을 참고로 할때 다음 설명으로 부터 좀더 명백해 질 것이다.

제4도는 본 발명의 수치 제어 방법을 실행하기 위한 수치 제어 장치에 있어서의 신호 처리의 플로우를 예시하고 있다. 가공 프로그램은 천공 NC 테이프에 연속 블록들로서 기억된다.

수치 제어 장치는 다음 블록에서의 지령 데이타를 해석하기 위한 지령해석기(52)와, 현 블록에서의 보간을 실시하기 위한 보간회로(54)와, 감속 연산 유닛(56)과, 서어보 시스템(58) 및 서어보 모우터(60)를 포함한다.

NC 테이프에서의 임의의 블록이 지령 데이타 X:x, Y:y, Z:z,… F:f를 내포한다면, 지령 해석기(52)는 다음 동작들을 실행한다 : (1) 제어축들에 의해 이동된 거리들 x,y,z,…의 연산(거리들은 증분 지령 시스템에서의 NC 테이프 상에 지령된 값들과 동일한 값이다) :

(2) 결합된 축의 거리의 연산 :

(3) 역수 l/L의 연산 :

(4) 이송속도 f에 대한 유닛의 변환 :

(5) 각각의 제어축들에 대한 이송속도의 연산 :

(α→x)Vx=f·x/L(α→y)Vy=f·y/L

(α→k)Vk=f·k/L

감속 연산 장치(56)는 제어축 α(α=x,y,…k)들에 대한 각각의 블록에서 지령 해석기(52)에 의해 연산된 이송속도 Vα(n+1)와, 보간이 보간회로(54)에서 실행되는 대응 제어축에 관한 현재의 이송속도 Vα(n)와, 블록들 사이의 제어축 α들에 대해 설정한 소정의 이송속도차 VLα를 기초로 하여 현 블럭과 다음 블록 사이의 각개의 제어축들에 대한 감속들을 연산한다. 연산된 최소 감속은 Qi로 언급된다.

보간 회로(54)는 이송속도 지령을 서어보 시스템(58)에 인가하도록 지령 해석기(52)로 부터의 이동 지령에 응한다. 이때에, 보간 회로(54)는 공구 이송속도로서 공구 이송속도 Vn와 최소 감속 Qi의 적 VnQi를 사용하여 각각의 제어축에 대한 이송속도를 연산한다.

또한 보간회로(54)는 가속 및 감속을 위한 보간에 사용되도록 초기 및 최종 이송속도들을 결정한다. 보간회로(54)로 부터 각각의 제어축에의 이송속도 지령은 서어보 시스템(58)에 가해지고, 그것은 그리하여 각각의 제어축에 할당된 서어보 모우터(60)에 지령된 양의 전기 에너지를 공급한다.

제5도는 일반적으로 여기서 70으로 나타낸 수치 제어 장치의 기능 소자들을 블록 형으로 도시하고 있다. 수치 제어 장치(70)는 각개의 제어축들에 해당하고 서어보 구동장치(74)로 부터의 전기에너지를 공급받는 서어보 모우터(M1,M2,…,Mi)들과 오퍼레이터 조작반(72A)을 가진 공작기계(72)를 제어한다. 신호들은 I/O 인터페이스(76)를 통해 수치 제어 장치(70)와 서어보 구동장치(74)를 통해 수치 제어 장치(70)와 서어보 구동장치(74) 오퍼레이터 조작반(72A) 밋 테이프 판독기(78) 사이에 전송될 수 있다. 변수 설정 장치(72B)도 또한 I/O 인터페이스(76)를 통해 수치 제어 장치(70)에 접속된다. 비록 변수 설정 장치(72B)가 오퍼레이터 조작반(72A)으로 부터 분리되어 도시되었을 지라도, 그것은 사실상 오퍼레이터 조작반(72A)상에 설치된다.

예시된 실시예에서, 수치 제어 장치(70)는 CNC(컴퓨터 수치 제어)형이고, 일반적으로(이후에 CPU로 언급되는)중앙 처리 장치(80)와, 프로그램 메모리(82)와, 데이타 메모리(84)를 포함한다. 또한 수치 제어 장치(70)는 각각 시간 △T에 해당하는 샘플링 주기들을 가진 샘플링 신호와 클럭신호 CL를 발생하기 위한 기준 신호 발생기(86)를 가진다.

제6도에 도시된 바와같이, CPU(80)의 동작은 샘플링 주기 △T들로 분할된다. 각각의 샘플링 주기 △T는 시간대 t1, t2 및 t3로 구성된다. 제1시간대 t1에서, CPU(80)는 서어보 시스템(58)에 출력을 공급하고,제2시간대 t2에서 CPU(80)는 개입 중단에 의해 보간 처리를 실행한다 . CPU(80)는 시간대 t3에서 다음 블록의 지령 데이터를 해석한다. 다음 블록에서의 지령 데이타의 해석이 한 샘플링 주기에 완료되지 않으프로, 한 블록의 데이터는 소수의 샘플링 주기들에 걸쳐 처리된다. 감속은 이 시간대 t3에서 연산된다.

데이터 메모리(84)는 공작기계(72)의 제어축들 x,y,z,…에 대해 설정한 허용 이송속도차 V_LX, V_LY, V_LZ를 변수들로서 미리 기억시키기 위한 기억 영역(90)을 가진다. 이들 변수들은 변수 설정장치(72B)를 통해 소망 제어축을 식별함에 의해 그리고 10 키이 패드를 통해 소망 제어축에 대해 설정한 허용 이송속도차를 입력시킴에 의해 기억 영역(90)에 입력될 수 있다. 또한 데이타 메모리(84)도 이송속도 무시 퍼센트 K를 기억시키기 위한 기억 영역(92)과, 각각의 블록에서의 각개의 제어축들에 대한 거리 지령들을 기억시키기 위한 기억 영역(94)과, 각개의 샘플링 주기 T들에서 이동될 거리들을 기억시키기 위한 기억 영역(96)을 가지고 있다. 예를들면, 제6도에 도시된 샘플링 주기(1)에서의 시간 대 t2에서 보간 처리에 의해 얻어진 값 △xn,△yn,△zn,…들은 다음 샘플링 주기(1)에서의 시간대 t1에서 서어보 구동장치(74)에 서어보 출력들로서 공급된다. 또한 데이타 메모리(84)는 보간회로(54)에 의해 실시된 동작들에 사용될 여러 데이터 아이템들을 기억시키기 위한 기억 영역(98, 100, 102)들을 포함한다. 제5도의 블록도에서 사용된 여러 기호들은 제7b도의 표에 설명된다.

제5도의 프로그램 메모리(82)는 수치 제어 장치를 동작시키기 위한 시스템 프로그램으로서 OS(오퍼레이팅시스템) 프로그램(Po)을 기억한다. 또한 프로그램 메모리(82)는 지령 해석기(52)에서의 데이터를 처리하는 지령 해석 프로그램과 감속 연산 프로그램을 기억시키기 위한 기억 영역(P1)과, 보간 회로(54)에서 보간 처리를 실행시키기 위한 보간 프로그램을 기억하는 기억 영역(P2)과, 절삭 기능장애 및 공구마모를 검출하기 위한 적용 업무 프로그램과 같은, 공작기계의 여러 기능들을 실행하도록 프로그램을 기억시키는 기억 영역(P3)을 포함한다.

제7a도는 각각의 샘플링 주기에서 실행될 보간 처리의 플로우 챠아트를 도시한다. 각각의 샘플링 주기에서의 시간대 t2가 개입 중단에 의해 선택될때, CPU(80)는 보간 프로그램에 의해 동작된다. 스텝 1은 연산된 값 n이 1인지 아닌지를 확인한다. 값 n=1은 각각의 블록에서의 보간 처리의 개시에 해당한다. 만일 n=1인 경우, 초기 이송속도 V1은 스텝 2에서 결정된다. 초기 이송속도 0 또는 지령된 이송속도 Vp는 이때에 초기 이송속도 V1으로서 선택된다. 공구가 이미 이동되었을때, V1은 정상적으로 0이 아니며, 그리하여 V1은 Vp이도록 선택된다. 그리고나서, 스텝 3은 이송속도가 실제 지령 이송속도를 V=Vpk k를 제공하도록 무시하게 한다. 만일 감속 연산 장치(56)로 부터의 최소 감속 Qi이 스텝 5에서 1보다 크거나 같으면, 제어는 스텝 8로 접프한다. 만일 그렇지 않으면, 제어는 감속의 개시가 결정되었는지 아닌지를 체크하는 스텝 5로 진행한다. 만일 감속이 이미 보간 처리에 의해 기시되었다면 처리는 매 샘플링 주기마다 가속 △V와 동일한 비율로 현재 이송속도 Vn를 감소하는 스텝 7로 진행한다.

만일 감속의 개시가 스텝 5에서 개시되지 않았다면, 처리는 감속이 개시되었는지 아닌지를 확인하도록 스텝 6으로 진행한다. 좀더 구체적으로 말하면, 스텝 6은 실행되는 현 블록에서의 잔류거리(Ln)가 V²/(2·△V)-(VnQ1)²/2·△V=Lst 보다 더 작은지를 판단한다. 값 Lst는 나중에 설명될 것이다. 만일 잔류거리 Ln가 스텝 6에서 Lst 보다 더 작다면, 플로우는 매 샘플링 주기마다 감속을 실행시키는 스텝 7로 진행된다. 만일 Ln이 스텝 6에서 Lst 보다 더 작지 않다면, 처리는 목표 이송속도를 달성하기 위하여, 스텝 7로 진행한다. 특히, 만일 감속 Vn이 목표 이송속도 V에 도달했거나 안했거나, Vn=Vn+△V이고, 만일 Vn≥V이면 Vn=V이다. 만일 현재 이송속도 Vn가 목표 이송속도 V 보다 더 크다면, Vn=Vn- XV이고, 만일 Vn＜V이면, Vn=V이다. 만일 새로운 Vn이 스텝 7이나 스텝 8에서 명령되었다면, 스텝 9는 결합축과 각각의 제어축에 대한 보간 처리에서 필수적 것과 나머지를 가산함에 의해 잔류 거리를 연산한다. 예를들어, Vn+RLn-1의 가산은 결합축에 대해 실행되며, 여기서 RLn-1은 진행 가산 결과의 (레지스터에 기억된)나머지의 1미크론 보다 더 작은 값(분율)이고, RLn은 현재의 가산 결과의 1미크론 보다 더 작은 값이고, △Ln은 가산 결과의 정수이다.

스텝 9는 또한 결합축에 대한 잔류거리 Ln를 갱신한다. △Ln이 다음 샘플링 주기에서 서어보 시스템에 주어지프로, 스텝 10은 앞의 잔류거리 Ln가 0인지 아닌지를 확인한다. 만일 Ln이 0이면, n=1은 다음 블록을 의해 스텝 1에서 n=1인지를 체크하기 위한 준비로 스텝 11에서 설정된다.

만일 스텝 10에서 잔류 거리가 여전히 있다면, n은 스텝 12에서 1만큼 증분된다. 이제 보간처리의 1사이클이 종료된다.

제7c도는 결합축, 즉, 공구의 팁이 이동된 방향에 대해 임의의 블록에 대한 보간 처리에서 감속을 개시하도록 잔류 거리 Ln과 시간 T3 사이의 상호 관계를 예시하고 있다. 감속을 개시하는 조건(제7a도에서의스텝 6)이 시간 T1,T2에서 잔류 거리 Ln에 의해 이루어지지 않으프로, 스텝 8에 의해 기입된 목표 이송속도 V는 Vn으로 선택된다. 스텝6의 조건이 시간 T3에서 이루어질 때, 감속은 개시된다. Ln이 시간 T4에서 0일때, 이 블록에서의 보간출력은 중단된다. 여기서, 시간 T4에서의 결합축의 이송 속도는 VnQi라는 것을 유의해야 한다. 이 블록과 다음 블록 사이의 각각의 제어축에 대한 이송 속도차의 비는 이미 이 블록에 대한 보간이 실행되기 전에 연산되었다. 감속을 개시하는 시간 T3 이송 속도 Vn가 VnQi에 도달할 때 Ln=0일때까지 현재 이송 속도 Vn가 시간 T3에 한 보간처리에서 전술된 감속 △V 만큼 감소하기 시작하게 연산된다. 이 연산을 실행시키는 공식은 스텝 6에서 지시되고, 아래에 더욱 상세하게 기술될 것이다.

제7d도는 현재 이송 속도, 즉, 보간된 이송 속도 출력 Vn이 가속(△V/△T)의 비로 감소될 때 Vn=0이 될 때까지 필요한 시간주기 T와 이동된 거리 S 사이의 관계를 도시하고 있다. 제7d에서 빗금친 삼각부분은 감속이 to 에서 시작한 후 이동된 거리 S를 나타낸다. 거리 S는 S=1/2·Vn·T=(Vn)²/(2·△V)로 주어진다.

제7c도에서 부분 S2는 시간 T3에서 Vn으로 부터 감속이 시작한 후 보간된 출력이 중단된 시간 T5까지 이동된 거리를 나타내고, 부분 S1은 VnQi가 시간 T4로 부터 시간 T5까지 보간된 출력으로 주어진 거리를 나타낸다. 그러프로 S2-S1=(Vn)²/(2·△V)-(VnQi)²/(2·△V)이다. CPU(80)는 언제나 잔류거리 Ln가 보간처리동안(S2-S1)과 동일하게 되는 시간(감속을 개시함)을 체크한다.

만일 Qi가 제7a도의 스텝 4에서 1보다 더 작다면, 처리는 이송 속도차가 설정허용 이송 속도차 내에 있으프로 블록 대 블록 접합을 가로질러 감속을 실행함이 없이 스텝 8로 점프한다. 스텝 8은 스텝 7없이, 즉, 감속의 개시가 결정되지 않고 결정스텝 6의 응답이 노(No)인, 가속 및 감속의 처리를 한다, 스텝 8에서의 *1에서의 값 Vn+△V과 *2에서의 Vn-△V는, 예를 들어, K가 오퍼레이터에 의해 변화되는 조건들에 해당한다.

제8도는 특히 각개의 제어축 x, y, z, 들의 이송 속도차 들이 N번째 블록과 (N+1)번째 블록 사이에서 │Vx-Vx'│ =1 │Vy-Vy'│=1 │ Vz-Vz'│=6 일때, 그리고 각개의 제어축 들에 대한 허용 이송속도차 V_LX, V_LY, 및 V_LZ들이 2, 2, 및 1.5일때 결합축의 이송 속도와 각각의 제어축의 이송 속도들이 블록 대 블록 접합을 가로질러 어떻게 영향을 미치는 가를 보여준다. 제8도에서의 (b), (c) 및 (d)에 예시된바와 같이, X- 및 Y- 축 들에 대한 이송 속도차 들은 허용 이송 속도차 V_LX, V_LY보다 더 작고, Z-축에 대한 이송 속도차는│V_Z-V_Z'│=5가 되어 V_LZ(=1.5)를 초과한다. 그러프로, 결합축들에 대한 현재이송 속도 Vn는 │Vn-Vn'│의 크기에 상관없이 감속 처리를 당하게 된다. 그러프로, 최소 감속 Qi는

Qi=VLz/│Vz-Vz'│×K

= 1.5/(5×1)

=0.3(=30%)(K=1)로 주어진다.

제8도에서의 (a)에 도시된 바와 같이, 값 VnQi는 결정되고, 결합축에 대한 감속을 개시하는 위치는 그레디언트 △V를 갖는 감속선 Co로 부터 제7a도에 관해 기술된 처리에 의해 결정된다. 제8(a)도에서 Po로 가리켜진 감속 개시 위치와 함께, 점 Po에 대응하는 점들 Pox, Poy, Poz는 X-, Y- 및 Z- 축들 상에 결정될 수 있고, 이송 속도 들은 각개의 제어축 들에 대한 보간된 출력들에 따른 각개의 감속선 Cx, Cy, Cz 들을 따라 감소된다. 블록 대 블록 접합은 결합축에 대한 점 P1으로 가리켜 지고, 각개의 제어축 들에 대한 대응점들은 각각 Px1, Py1, Pz1으로 나타내어졌다. 다음 블록(N+1)에 대한 이송 속도는 결합축에 대한 점 P2로 나타내고, 각개의 제어축들에 대한 점들 Px2, Py2, Pz2로 나타낸다. 점 P2는 결합축에 대한 다음 블록의 지령된 이송 속도 Vn′와 감속 Qi의 적인 Vn'Qi로서 주어진다. 유사하게, X-, Y- 및 Z- 축들에 대한 점 Px1, Py2, Pz2들의 이송 속도 Vx'Qi, Vy'Qi, Vz'Qi들이 주어질 수 있다. 제8(a)도에서의 값 Vn=6과 제8(b)(c) 및 (d)도 들에서의 값 Vx, Vy 및 Vz들은 다른 크기들로 나타내어진다. 제8(d)도로부터 알 수 있는 바와 같이, Z- 축에 대한 VzQi-Vz'Qi=V_LZ이고, Z- 축에 대한 이송 속도는 감속선 lz와 명시된 점 Pz1, Pz2들에 따라 블록 대 블록 접합을 가로질러 허용 이송 속도차 V_LZ로 유지된다.

제9a 및 9b도는 본 발명에 따른 공구의 이동경로와 처리된 이송 속도를 보여준다. 제9a 및 9b도는 제2a 및 3b도와 제3a 및 3b도와 대응한다. 제9a도에 있어서, X- 및 Y- 축 들에 대한 허용 이송 속도차들은 각각 Vx, Vy의 20%이다. 처리된 이송 속도들은 도시된 바와 같이 주어지고, 보간된 출력 곡선들은 찌그러지지 않았다. 제9b도에 도시된 바와 같이, 코너에 나타난 에러는 블록들(x2 내지 y1)사이의 최종 보간 출력의 이송 속도 변화에 비례하는 서어보에러이다. 이 에러는 변수, 즉, 허용 이송 속도차(이 예에서 0.2Vx)를 감소함에 의해 크게 감소될 수 있다.

제10 내지 13도는 본 발명에 따른 모의 실험 결과들을 도시하고 있다. 제10도는 각 개의 블록들에서의 지령들을 예시한다. 제11 내지 13도의 각각에 있어서, X- 축은 제어축으로 사용되고, X- 축 구동 모우터를 흐르는 전류는 X- 축에 대해 설정한 여러 허용 이송 속도차를 구성하고 잔류 파형은 X- 축 이송 속도 파형과 대응한다.

제11도는 가공 프로그램에서 블록 코우드 N1,N2,……N10을 도시하고 있다. 제11도에 있어서, X- 축에 대한 허용 이송 속도차는 0mm/분이 되게 선택되고, 이것은 X- 축에 대한 블록 대 블록 접합에서의 이송속도차가(여기서 0인) 그것의 허용 설정치 V_LX를 초과할 때 이송 속도차가 허용 설정치로 감소되고, 그리하여 블록들 사이의 지령 이송 속도를 사이에 어떠한 차가 있는 경우 X- 축에 대한 이송 속도가 0으로 감소되는 것을 의미한다. 제10 및 11도로 부터 알 수 있는 바와 같이, X- 축을 따라 양의 방향으로의 지령된 거리는 100.00mm이고, 이송 속도 F는 제1블록 N1에서 4000mm/분이다. 실제 모우터 속도는 약 4000mm/분에 달한다. 블록 N2에서, 지령된 거리는 +50.00mm이고, 이송 속도 F는 2000mm/분이다. 이와 같이, 블록 N1과 N2 사이의 X- 축에 대한 이송 속도차의 절대치는 │2000-4000│=200이다. 이 이송 속도차의 절대치가 V_LX(=0) 보다 더 크프로, X- 축에 대한 이송 속도는 접합부 1에서 0으로 감소된다. 실제 파형은 이송 속도가 모우터의 응답 지연 때문에 0으로 떨어지기 전에 다음 블록 N2에서의 지령이 모우터에 인가되프로 0레벨에 도달하지 않는다.

마찬가지로, 블록 N2,N3,……사이의 접합부들에 이송 속도차들이 있고, 이송 속도는 각각의 접합부에서 0으로 떨어지도록 제어된다. 비록 블록들 N6, N7에서 지령된 이송 속도 F들이 제10도에서 4000 일지라도, 이송 속도차는 X- 축을 따른 증분 거리들의 부호가 서로 반대이기 때문에 +4000--4000=8000이 된다.

제12도는 허용 이송 속도차 설정치가 500mm/분으로, 제10도에 도시된 지령들에 응하여 구성된 이송 속도 파형을 도시하고 있다. 제12도에 있어서, 보간된 지령 이송 속도는 500mm/분의 허용 이송 속도차 설정치 때문에 인접블록들 사이에서 0으로 떨어지지 않는다. 제11도와 제12도의 이송 속도 파형들의 비교하면, 이송 속도가 0레벨에서 떨어져 있고 제11도의 이송 속도보다 제12도의 접합부 ①,.⑤ 및 ⑧에서 더욱 완만하게 변화한다는 것을 알 수 있다. 보간된 출력이 각각의 블록 대 블록 접합에서 0레벨에 도달하지 않기 때문에, 전체 경로를 통하여 공구가 이동 하는데 필요한 시간은 제11 및 12도에서 T12＜T11의 관계로 확인된 바와 같이 더 짧다.

제13도에 도시된 이송 속도 파형은 허용 이송 속도차 설정치가 9999mm/분 일때 구성된다. 이송 속도차가 제10도에 도시된 모든 블록들 N1 내지 N13의 인접한 것들 사이에 9999mm/분을 초과하지 않으프로, 인접 블록들 사이의 이송 속도차는 모우터에 직접 인가된다. 각각의 블록 대 블록 접합부에서의 제13도의 파형은 그러프로 지수 곡선이다. 블록 N1으로 부터 블록 N10까지 주행 하는데 필요한 시간은 시간 T12보다 더 짧다. 제13도에 있어서는 블록들 N6와 N7 사이의 접합부에서 약 0,5초에 8000mm/분의 이송 속도 변화가 있다. 제11 및 12도에 있어서, 그러한 이송 속도 변화는 1초 이상에 발생한다. 그러프로, 제13도의 이송 속도 파형은 구동 시스템들 상에 부과된 기계적 충격들을 감소할 수 있다.

제14 내지 18도는 본 발명에 따른 다른 모의 실험의 결과들을 예시하고 있다.

제14도는 각개의 블록들 N1 내지 N13에서 지령된 이동 경로를 가리키는 X-Y 좌표 시스템을 그 상부부분에 보여주고 있다.

제14도는 또한 그 하부 부분에 X- 및 Y- 축 들에 대한 각 개의 블록 N0 내지N13에서의 지령들과 이들 블록들 사이의 절대 이송 속도차를 보여주고 있다. 제14 내지 18도는 Y축에 대한 블록들 사이의 임의의 이송 속도차가 허용 이송 속도차 V_LY를 초과할 때 X- 축에 대한 지령된 이송 속도가 그것에 의해 영향을 받는다는 것을 나타내도록 사용한다.제15도에서, 허용 이송 속도차 설정치는 0mm/분이 되도록 선택된다. 인접 블록들 사이의 이송 속도차가 Y- 축에 대해 0이 아니프로, 그것은 허용 이동 속도차 설정치를 초과한다. 따라서, 결합축을 따른 이송속도는 Y- 축에 대한 감속 0때문에 각각의 블록 접합부에서 0으로 떨어지도록 제어된다.

제15도에서 각각의 접합부 .① 내지 ⑧에서, 보간된 지령들은 X- 축에 대한 이송 속도 0를 나타내나, 실제 X- 축 이송 속도 파형은 모우터의 응답 지연으로 인해 0레벨보다 약간 더 높다. 블록 N1에서 N9까지 운전하는데 필요한 시간 T15는 약 17.5초이다.

제16도에서 설정한 허용 이송 속도차는 V_LY=500mm/분이 되게 선택된다. 주어진 이동 지령들은 제14도에 도시된 바와 같다. 제16도에 있어서, 보간된 이송 속도는 Y- 축에 대한 블록 N1과 N2 사이의 절대 이송 속도차가, V_LY=500mm/분 보다 더 큰, 1000mm/분 이기 때문에 0레벨로 떨어지지 않는다. Y- 축에 대한 감속은 500/1000=0.5이고, X- 축에 대한 이송 속도는 변화 되지 않는다. 결합축에 대한 보간 이송 속도는 0.5의 Y- 축 감소로 인해 블록 대 블록 접합부 들에서 0.5 아래로 낮아진다. 그러프로, X- 축 이송 속도 4000mm/분은 접합부 ①에서 2000mm/분으로 낮아진다. 그러나, 실제로 구성된 이송 속도는 모우터가 응답 지연을 가지기 때문에 2000mm/분 보다 더 높다. 같은 이유로, 접합부 ②에서의 X- 축 이송 속도는 Y- 축에 대한 이송 속도차의 영향하에서 2000/분(보간된 출력)으로 감소된다.

접합부 ③에서의 지령 이송 속도차는 제14도에 도시된 바와 같이 5000mm/분이다. 그러프로 Y- 축 감소는 500/(5000×K)=0.1이고, X- 축 이송 속도 4000mm/분은 접합부에서 4000×0.1=400으로 낮아진다. 비록 실제 이송 속도가 모우터 응답 지연으로 인해 400 아래로 감소되지 않을지라도, 접합부 ③ 및 접합부 .①,②...에서의 이송 속도들 사이의 차는 제16도에서 명백하다. 다른 접합부 ④ 내지 ⑩에서의 이송 속도들은 유사하게 제어된다.

블록 N1에서 N9까지 운전 하는데 필요한 시간 T16은 제15도에서의 시간 T15보다 더 짧은 약 16초이다. 이것은(가속이 일정한 조건에서의 보간된 이송 속도가 0으로 떨어지지 않기 때문이다.

제17도는 허용 이송 속도차 설정치 V_LX및 V_LY가 1000mm/분이 되게 선택될 때 지령들에 의해 구동된 X- 축 모우터의 이송 속도 파형을 보여 주고 있다. 제17도에서, 블록들 N1과 N2 사이의 접합부 또 블록들 N2와 N3 사이의 접합부에서의 이송 속도 변화들은 제거된다. 좀더 구체적으로 말하면, 이들 블록들 사이의 Y- 축에 대한 절대 이송 속도차들이 제14도에 도시된 바와 같이, 1000mm/분이기 때문에, 감속(허용 이송 속도차/이송 속도차 SK)=1000/1000=1.0(100%)이다. 그리하여, 제7a도의 플로우챠아트에서의 결정 스텝 4의 응답은 노(No)이고, 감속 스텝 7은 바이패스된다. 달리 말해서, 블록들 N1과 N2 사이 및 블록들 N2와 N3 사이의 Y- 축에 대한 이송 속도차 1000mm/분은 허용 이송 속도차 설정치를 초과하지 않으며 그것은 무시된다. 블록 N1 내지 N17로 부터의 시간 T17은 약 14.7초이다.

제18도에서, 허용 이송 속도차 설정치 V_LX및 V_LY는 9999mm/분이 되게 선택된다. 제14도에서 모든 Y- 축 이송 속도차들은 9999mm/분 보다 더 작고, Y- 축에 대한 감속은 1보다 더 크다. 그러프로 Y- 축 이송 속도차에 대한 각각의 블록 대 블록 접합부에서는 아무런 감속이 실행되지 않는다. X- 축 모우터의 이송 속도 파형은 약 4000mm/분에서 평평하다. 블록들을 통해 운전 하는데 필요한 시간은 블록들이 제18도에서 명백하게 한정되지 않기 때문에 도시되지 않은 제17도의 T17보다 더 짧다.

본 발명의 몇몇 변형예들이 아래에 기술될 것이다. 제5도에서의 변수 설정장치(72B)가 공작기계(10)의 모든 제어축들에 대한 허용 이송 속도차 설정치 들을 입력시키는 것이 필요 하지 않다. 대신에, 단지 하나의 제어 축만이(양호하게는 매우 큰 이송 속도 변화를 당하는 제어축) 그러한 허용 이송 속도차 설정치에 의해 제어 되도록 선택 될 수 있다. 이 변형예에 의하면, 단일 제어축에 대한 감속 Q은 제4도에서의 감속연산장치(56)에서 연산된다. 만일 Q＜1이면, 감속 Q(＜l)은 최소감속 Qi으로 사용될 수 있다.

단일 제어축이 제어되도록 선택하기 보다는 다수의 제어측(그러나 모든 제어축 들은 아님)들이 제어되도록 선택될 수 있다.

허용 이송 속도차 설정치 들이 변수들로서 주어지는 바와 같이 기술된 한편, 그것들은 제어될 공작기계가 식별될 수 있다면 상수들로서 미리 주어질 수 있다.

허용 이송 속도차 설정치들이 예시된 실시예에서 변수들로서 주어질 수 있으프로 각개의 제어축들에 대한 최대 허용 이송 속도차 실정치 들이 입력될 수 있다. 비록 수치 제어장치에 의해 수치 제어되는 공작기계가 절삭 공작기계로서 특별히 도시되었다 할지라도, 본 발명은 그러한 절삭 공작기계의 제어에 한하지 않고, 예를 들어 레이저 공작 기계의 제어에 적용 가능하다. 공작기계가 절삭 공구나 레이저 비임을 사용 하는지에 관계 없이 수치 제어장치로 부터의 이동지령들 하에 소망 윤곽선으로 공작물을 가공하기 위해 동작될 수 있는 한, 본 발명의 이론들은 그러한 공작 기계를 제어하도록 적용될 수 있다.

비록 임의의 양호한 실시예가 도시되고 기술 되었다 할지라도, 여러 변화 및 변형예들이 첨부된 청구범위들의 범주로 부터 벗어남이 없이 그 안에서 이루어질 수 있다.

Claims

가공 프로그램하에 공작물상에 가공동작을 실시하도록 다수의 제어축을 가진 수치 제어장치를 제어하는 방법으로서, 적어도 하나의 선택된 제어축에 대해 허용 이송 속도차 설정치를 확정하고; 상기 선택된 제어축에 대한 가공 프로그램에서의 연속 블록들의 지령 데이터로부터 상기 선택된 제어죽의 이송 속도차를 연산하고; 상기 허용 이송 속도 차 설정치와 상기 연산된 이송 속도차로부터 상기 선택된 제어축에 대한 감속을 연산하고; 상기 연산된 감속을 기초로하여 블록 대 블록 접합부에서 상기 허용 이송 속도차 설정치 이내로 상기 이송 속도차를 유지시키는 단계로 구성함을 특징으로 하는 수치 제어방법.
가공 프로그램하에 공작물을 가공하기 위한 것으로서, 수치 제어장치의 제어측에 대해 허용 이송 속도차 설정치를 확정하는 수단과; 상기 제어축을 위한 가공 프로그램에서의 연속 블록들의 지령 데이터로부터 상기 제어축에 대한 이송 속도차를 연산하는 수단과; 상기 허용 이송 속도차 설정치와 상기 연산된 이송 속도차로부터 상기 제어축에 대한 감속을 연산하는 수단과; 상기 연산된 감속으로부터 현 블록에서의 감속을 개시하는 점을 연산하는 수단으로 구성하여, 상기 이송 속도차가 상기 연산된 감속을 기초로하여 블록 대 블록 접합부에서 상기 허용 이송 속도차 설정치 이내로 유지되게 함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 공작기계가 다수의 제어축들을 가지며, 상기 확정 수단이 각각 상기 제어축들에 대한 다수의 허용 이송 속도차 설정치를 확정하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제3항에 있어서, 상기 감속 연산수단이 각각 상기 제어축들에 대한 다수의 감속들을 연산하기 위한 그리고 하나의 연산된 감속을 명기하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제4항에 있어서, 상기 감속 연산수단이 각각의 제어축에 대한 블록에 기억된 지령 이송 속도와, 각각의 제어측에 대한 블록에 대응하는 현재 이송 속도와, 각각의 제어축에 대한 확정된 블록 대 블록 이송 속도차 설정치를 기초로하여 현 블록으로부터 다음 블록까지 상기 제어축들에 대한 감속을 연산하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 감속 연산수단은 블록들 사이의 이송 속도차에 대한 상기 허용 이송 속도차 설정치의 비를 상기 감속으로서 연산하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 감속 연산수단이 무시퍼센트를 블록들 사이의 이송 속도차에 곱함에 의해 산출된 실제 지령된 이송 속도차에 대한 상기 허용 이송 속도차 설정치의 비를 상기 감속으로서 연산하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제6항에 있어서, 상기 연산된 감속이 적어도 1일때 상기 제어축에 대한 지령데이터로부터 상기 연산된 감속을 배타시키기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제4항에 있어서, 상기 연산된 감속들 중 최소 감속을 선택하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제4항에 있어서, 상기 감속 개시점 연산 수단이 이송 속도 지령신호로서 수치 제어장치에 의해 제어된 대상체의 이송 속도와 상기 감속 연산 수단으로부터 공급된 상기 감속들 중 최소 감속의 적을 발행하기위한 보간 회로로 구성함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제10항에 있어서, 상기 보간회로가 현 블록에서 감속을 개시하는 점을 연산하기 위한 그리고 감속시 초기 및 최종 이송 속도들을 연산하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제4항에 있어서, 상기 감속 개시점 연산수단이 보간회로로 구성하고, 상기 감속 개시점이 현 블록과 다음 블록 사이에서 각각의 제어축에 대한 허용 이송 속도차 설정치로부터 대부분 벗어난 이송 속도차와 각각의 상기 제어축들에 대한 현재 이송 속도의 적에 의해 결정됨을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제4항에 있어서, 상기 확정수단이 다른 제어축들보다 더 큰 이송 속도 변화에 속하는 상기 제어축들 중 하나에 대한 허용 이송 속도차 설정치를 확정시키는 수단을 포함함을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제13항에 있어서, 상기 허용 이송 속도차 실정치들 각각이 상수로서 미리 선택되고 입력됨을 특징으로 하는 수치 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 장치가 절삭 공작기계와 결합하여 사용됨을 특징으로 하는 수치 제어장치.