WO1994028472A1

WO1994028472A1 - Procede de commande de vitesse pour dispositif de commande numerique

Info

Publication number: WO1994028472A1
Application number: PCT/JP1994/000789
Authority: WO
Inventors: Toshiaki Otsuki; Haruhiko Kozai; Seiji Ishii
Original assignee: Toshiaki Otsuki; Haruhiko Kozai; Seiji Ishii
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1994-05-16
Publication date: 1994-12-08
Also published as: JPH06332524A; US5545959A

Description

明細書

数値制御装置における速度制御方法

技術分野

本発明は、数値制御装置における速度制御方法の改良に関する。

背景技術

ワークに対する工具の角度を変化させる回転軸を備えた工作機械の速度制御方法として、その回転軸の移動量を直線移動軸の移動量と同じ次元で取り扱って各軸当りの分配移動量を算出し、この分配移動量で各軸を駆動制御するようにしたものが公知である。

これは、例えば、工具の基部を通る水平軸を中心にェ具を回転させる第 1 の回転軸（軸）と工具の基部を通る垂直軸を中心に工具を回転させる第 2の回転軸（ c軸）、および、相互に直交する方向に工具を移動させる直交三軸の移動軸 X , Υ , Z の計 5 軸を備えた工作機械において、工具先端に対する移動指令の始点および終点を夫々 ( S X , S y , S z，）， ( E x , E y , E z ) 、指令移動速度を F、移動指令の始点および終点における第 1 の回転軸の回転角度を夫々 S b , E b、移動指令の始点および終点における第 2 の回転軸の回転角度を夫々 S c , E c、各軸の分配周期を Δ Τ としたとき、各軸に対する分配回数が等しく、かつ、分配周期当りの総移動量が各軸の分配移動量の 2乗の和の平方根によって示されるということを前提として、第 1 の回転軸（ b軸）の分配移動量 Δ Β、第 2の回転軸（ c蚰）の分配移動量 A C、直線移動軸 Xの分配移動量 Δ ΙΙ χ、直線移動軸 Υの分配移動量 A U y、直線移動軸 Zの分配移動量 A U z の各々を, 次の（1) 式及び（2) 式を連立して解くことによって求めるものである。

Δ U X Δ U y Δ U z

E X - S X E y - S y Ε y - S y

Δ B Δ C

(

E b — S b E c - S c Δ _{A m T} = . , A U x ²-t- A U y + A ^U z ²+ A B ²+ A C ²

—— ( 2 ) しかし、式（1) および（2) における厶 B， A Cは角度のディメンションを有する項であり、また、工具長に関しても何ら考慮されていないので、これらの項を直線移動軸の移動量と同じ次元で取り扱ってパルス分配を行つても工具先端の移動速度を指令移動速度に制御することはできなレ、。

言い換えれば、これは単に、移動指令の始点および終点と該始点および終点における各軸の回転角度、ならびに、分配周期と 1制御データとしての指令移動速度とに基いて直線移動軸のみによる直線補間処理を模して各軸を駆動制御するための手段に過ぎず、指令移動速度自体によって実質的な工具の移動速度が制御されるというものではない。また、どうしても工具先端を所望の速度で移動させようとするのであれば、回転軸の分配移動量△ B， A C等の変数が実際の工具先端移動速度に与える影響を考慮して所望移動速度を実現するための指令移動速度を決めなければならないが、そのような指令移動速度を求めることは非常に困難である。

発明の開示

本発明の目的は、ワークに対する工具の角度を変化させながら加工を行う場合であっても、与えられた指令移動速度で工具を適確に移動させることのできる数値制御装置における速度制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の数値制御装置による速度制御方法は、ワークに対する工具の角度を変化させる回転軸を備えた工作機械の速度制御方法において、移動指令の始点および終点の各軸位置データおよび指令移動速度により各軸に関する所定周期毎の分配移動量を求め、前記所定周期毎に、次周期の回転軸の回転位置と当該周期の回転軸の回転位置との相違により前記回転軸を基準として工具先端に生じる各直線移動軸方向毎の位置偏差を求め、各直線移動軸毎、前記分配移動量に対応する位置偏差を夫々加算して各直線移動軸の補正分配移動量として出力すると共に、各回転軸には前記求められた分配移動量を出力するようにしている。

好ましくは、移動指令の始点および終点の位置データと工具の指令移動速度とにより各直線移動軸の所定周期毎の分配移動量を求めた後、前記移動指令における 1 直線移動軸方向の移動距離と該直線移動軸の所定周期毎の分配移動量との関係と、移動指令の始点および終点における回転軸の回転位置とに基いて前記各回転軸の所定周期毎の分配移動量を求めるようにしている。

また、本発明の数値制御装置による工具先端速度制御方法では、数値制御装置により 1 または 2以上の直線移動軸及び 1 または 2以上の回転軸で制御される工具のェ具先端速度指令方法において、

( a ) 1 ブロック分の加エブログラムで与えられる工具先端に対する移動指令の始点での上記直線移動軸上の座標値及び上記回転軸の回転角度、移動指令の終点での上記直線移動軸上の座標値及び上記回転軸の回転角度、及びこの区間の指令移動速度に基づいて直線補間することにより、各直線移動軸ごとの分配移動量及び各回転軸ごとの分配回転量を予め求めておいて、

( b ) 現周期での上記回転軸の回転角度を読み、この回転角度が次の周期で上記（ a ) で求めた分配回転量だけ増減した場合に工具先端が上記回転軸の回転中心を基準に上記直線移動軸方向にそれぞれどれだけ変位すかを計算して、その変位を相殺するに必要な上記直線移動軸ごとの補正分を求め、

( c ) 次周期では、直線移動軸に対しては上記（a ) で求めた分配移動量に上記（ b ) で求めた補正分を加えたものに相当する分配パルスを出力するとともに、回転移動軸に対しては上記（a ) で求めた分配回転量そのもの対応する分配パルスを出力することによって、

指令の速度が工具先端の実際の加工点における速度になるように制御されるようにしている。

以上の構成を備えた本発明によれば、移動指令の始点および終点の各軸位置データおよび指令移動速度により各軸に関する所定周期毎の分配移動量、即ち、各直線移動軸毎の分配移動量と各回転軸毎の分配移動量とを求める。移動指令の実行時には、前記所定周期毎、次周期の回転軸の回転位置と当該周期の回転軸の回転位置との相違により工具先端に生じる各直線移動軸方向毎の位置偏差を求め、各直線移動軸毎に前記分配移動量に対応する位置偏差を夫々加算して各直線移動軸の補正分配移動量として出力すると共に、各回転軸には前記求められた分配移動量を出力して各回転軸を等速で回転することにより、指令された指令移動速度で工具先端を移動させる。回転軸の回転によって生じる工具先端の位置偏差に応じて所定周期毎に各直線移動軸の分配移動量を補正するようにしたので、回転軸の回転を含まない直線補間の場合と同様、与えられた指令移動速度で工具の先端を移動させることができる。

図面の簡単な説明

図 1 は本発明の方法を実施する一実施例の数値制御装置のハードウエアを示すブロック図、

図 2 は同実施例の数値制御装置によるパルス分配処理の前処理の概略を示すフローチャート、図 3 は同実施例の数値制御装置によるパルス分配処理の概略を示すフローチャート、及び、

図 4 は工作機械に装着されたロータリ一へヅドの自由度を示す概念図である。

発明を実施するための最良の形態以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図 1 は本発明の方法を実施する一実施例の数値制御装置 1 0のハ一ドウエアを示すブロック図である。プロセッサ 1 1 は制御装置 1 0 を全体的に制御するプロセッサであり、バス 2 1 を介して、 R O M 1 2 に格納されたシステムプログラムを読み出し、このシステムプログラムに従つて、制御装置 1 を全体的に制御する。 R A M 1 3 には一時的な計算データや表示デ一夕および C R T /M D I ュニット 7 0 を介してオペレー夕が入力した各種デ一夕等が格納される。 C M 0 S メモリ 1 4 は図示しないバヅテリでバックアップされ、制御装置 1 0の電源がォフにされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成され、イン夕一フェイス 1 5 を介して読込まれた加ェプログラムやディスプレイ付き手動データ入力装置 ( C R T /M D I ュニヅト） 7 0 を介して入力された加エブログラム等が記憶されるようになっている。また、 R O M 1 2 には、加工プログラムの作成および編集のために必要とされる編集モードの処理や自動運転のための再生モードの処理を実施するための各種のシステムプログラムが予め書き込まれている。ィン夕一フエイス 1 5 は制御装置 1 0 に接続可能な外部機器のためのイン夕一フェイスであり、紙テープリ一ダゃ紙テープパンチヤーおよび外部記憶装置等の外部機器 7 2が接続される。紙テープリーダや外部記憶装置からは加エブログラム等が読み込まれ、また、制御装置 1 0 内で編集された加工プログラムを紙テープパンチヤーや外部記憶装置に出力することができる。

P M C (ブログラマブル ' マシン · コントローラ） 1 6 は、制御装置 1 0 に内臓されたシーケンスプログラムで工作機械側の補助装置、例えば、工具交換用のロボットノヽンド等といつたァクチユエ一夕を制御する。即ち、加エブ口グラムで指令された M機能， S機能および T機能に従って、これらシーケンスプログラムで補助装置側で必要な信号に変換し、入出力（ 1 0 ) ユニット 1 7 から補助装置側に出力する。この出力信号により各種ァクチユエ一夕等の補助装置が作動する。また、工作機械機本体や補助装置側のリミットスィツチおよび工作機械本体に配備された操作盤の各種スィツチ等の信号を受け、必要な処理をして、プロセッサ 1 1 に渡す。

工作機械各軸の現在位置，アラーム，パラメ一夕，画像データ等の画像信号は C R T /M D I ュニヅト 7 0 に送られ、そのデイスプレイに表示される。 C R T /M D I ュニヅ卜 7 0 はディスプレイゃキ一ボード等を備えた手動データ入力装置であり、インターフェイス 1 8 は C R T / M D I ュニット 7 0のキ一ボードからのデータを受けてプロセッサ 1 1 に渡す。インターフェイス 1 9 は手動パルス発生器 7 1 に接続され、手動パルス発生器 7 1 からのパルスを受ける。手動パルス発生器 7 1 は工作機械本体の操作盤に実装され、手動操作に基く分配パルスによる各軸制御で工作機械の可動部を精密に位置決めするために使用される。

軸制御回路 3 0〜 3 4 はプロセッサ 1 1 からの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサ一ポアンプ 4 0 〜 4 4 に出力する。サ一ボアンプ 4 0 〜 4 4 はこの指令を受けて、工作機械各軸のサーボ乇一夕 5 0 〜 5 4 を駆動する。この場合、サ一ボモータ 5 0 , 5 1 , 5 2 の各々はテーブル移動用の直線移動軸 X， Υ， Ζ の駆動に用いられ、また、サ一ボモー夕 5 3， 5 4 は口一タリ一へヅドにおける第 1 の回転軸 Β , 第 2の回転軸 Cの駆動に用いられる。各軸のサ一ボモ一夕 5 0 〜 5 4 には位置検出用のパルスコーダが内蔵されており、このパルスコーダからの位置信号がパルス列としてフィ一ドバックされる。場合によっては、位置検出器として、リニアスケールが使用される。また、このパルス列を F Z V (周波数速度）変換することにより、速度信号を生成することができる。図 1 ではこれらの位置信号のフィードバックおよび速度フィ一ドバックの説明は省略している。

スピンドル制御回路 6 0 は工作機械への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ 6 1 にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ 6 1 はこのスピンドル速度信号を受けて、工作機械の主軸乇一夕 6 2 を指令された切削回転速度で回転させる。主軸モータ 6 2 には歯車あるいはベルト等でポジションコーダ 6 3が接続され、該ポジションコーダ 6 3 が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはイン夕一フェイス 2 0 を絰由してプロセッサ 1 1 によって読み取られる。

図 4 は該制御装置 1 0 によって駆動制御される工作機械に装着されたロータリ一八ッドの自由度を示す概念図である。この口一タリ一ヘッドは、前述したように、ェ具の基部を通る水平軸を中心に工具を回転させる第 1 の回転軸 B と、工具の基部を通る垂直軸を中心に工具を回転させる第 2 の回転軸 C とを備え、 B， C軸の回転角度の合成により、ワークに対する工具の傾斜角度およびその向きを自由に変えながら、直線移動軸 X， Y , Zのテ —ブル送りに伴ってワーク上を相対移動する。実施例のものでは、第 1 の回転軸 B と第 2 の回転軸 C とが工具の基部であるロータリーへヅドの回転中心 Gで交叉しており、 B， C各軸の回転中心 Gから工具先端までの距離は共に Hである。

ここで、 1 ブロック分の加工プログラムで与えられる工具先端に対する移動指令の始点 S および終点 Eの座標値を各々（ S x , S y , S z ) ， ( E x , E y , E z ) とし、また、工具先端の指令移動速度を F、パルス分配周期を Δ Τ としたとき、もし、工具自体に姿勢変化がなく直線移動軸 X， Y， Z の 3 軸のテーブル送りのみで始点 S と終点 E との間を直線補間するとすれば、各軸に対する分配回数が等しいことから、該所定周期 Δ Τ当りの各直線移動軸 X， Υ, Zの分配移動量を Δ υ χ， Δ U _: Δ U z として次の式が成立する。

Δ U Δ U y Δ U z

E X - S E y - S y E z - S z

· ' · · ( 3 ) また、工具自体に姿勢変化がなければ、分配周期 Δ Τ 当りの総移動量が各軸の分配移動量 Δ ΙΙ χ, Δ U y₅ Δ U zの 2乗の和の平方根と完全に一致するので、次の式が成立する。厶 U X Δ U y ² + Δ U z

Δ T =

F

•… ( 4 ) そこで、式（3) および（4) を連立して解けば、直線移動軸 X, Y， Ζの 3軸のみで始点 S と終点 Ε との間を直線補間するときの周期 Δ Τ当たりの分配移動量 Δ ΙΙ χ, Δ U y, Δ ΙΙ ζ を得ることができる。

言うまでもなく、式（ 3 ) において分母が 0 となる項があれば、式（ 3 ) においてこの項を削除し、式（ 4 ) においては、この項の分子に対応する値を 0 として解を求める。当然、式（ 3 ) において分母が 0 となる項が 2つあった場合には、式（ 3 ) においてこれらの項を共に削除し、式（ 4 ) においては、これらの項の分子に対応する値を 0 として解を求めるため、例えば、式（ 3 ) において Ε X — S X = 0 , Ε y - S y = ◦ となったとすると、分配移動量 Δ U ζの絶対値は式（ 4 ) の変形である Δ U z = F · Δ Τで求められ、その符号は E z - S zの正負によって決まることとなる。

更に、 Β， C軸の回転角度を変化させながら加工を行う場合には、直線移動軸 X， Υ， Ζの各軸の補間に同期して Β , C軸を回転させる必要があり、そのためのパルス分配も前記 X， Υ, Ζの各軸に対するパルス分配と同時に完了させなければならない。

ここで、移動指令の始点 S における Β, C軸の回転位置（角度）が夫々加工プログラムにより S b， S cで与えられ、また、移動指令の終点 Ε における B， C軸の回転位置（角度 ) が夫々 E b， E cで与えられているとする

Β， C軸に対するパルス分配を前記 X, Y， Zの各軸に対するパルス分配と同時に完了させるためには、式（3) において分母の絶対値が最大となる項をとつて、その分母の値を E i - S i, 分子の値を A U i とし、次の式を満たすように Β軸の分配移動量 Δ Β， C軸の分配移動量 Δ Cを決めればよい。

△ U i Δ Β Δ C

E i - S i E b - S b E c - S c

… . ( 5 ) 式（ 3 ) において分母の絶対値が最大となる項をとつて式（ 5 ) の演算式を行うのは分母が 0 となって計算不能となることを防止するためと、計算上の精度を向上させるためるであるから、計算精度さえ問わなければ、分母が 0 とならない限り、式（ 3 ) におけるどの項を用いて式（ 5 ) の演算式を実行しても一向に差支えない。

即ち、移動指令の始点および終点の位置デ一夕（ S x， S y, S z ) ， ( E , E y, E z ) と工具の指令移動速度 F とにより式（3) および式（4) の演算式で各直線移動軸 X, Y， Ζの所定周期毎の分配移動量 A U x, Δ U y， A U z を求めた後、前記移動指令における各直線移動軸方向の移動距離のうち最大の値 E i - S i と該直線移動軸の所定周期毎の分配移動量 A U i の関係と、移動指令の始点における回転軸 B , Cの回転位置（角度） S b, S c および移動指令の終点における回転軸 B， Cの回転位置（角度） E b, E c とに基いて各回転軸 ] 3， C の所定周期毎の分配移動量 Δ Β, A Cを求めるということである。

また、式（5) の演算式においても、前述した式（3) の場合と同様、 E b — S b または E c — S cのいずれか一方が 0 となった場合には、これに対応する分母を有する項は削除して考える。

しかし、 X, Y, Z , B, C'各軸の一分配周期 Δ Τ当たりの分配移動量 Δ ΙΙ χ, Δ ϋ y , A U z, Δ Β, Δ C をそのまま分配周期 Δ Τ毎に各軸に出力したとしてもェ具の先端を指令移動速度 Fで移動させることはできないし、また、終点における工具先端位置をプログラムで指定された位置に合致させることもできない。それは、各直線移動軸 X， Υ, Z の分配移動量 Δ ΙΙ χ, 厶 U y， Δ U zが工具の姿勢変化を考慮せずに決められているにも関わらず、実際には、回転軸 B， Cが所定周期 Δ Τ毎に厶 B， A Cずつ回転するため、工具の先端にロータリーヘッドの回転中心 Gを基準とする位置偏差 Δ Αが生じるためである。

例えば、図 4 において工具先端の現在位置が P点にあるとし、所定周期△ Tの間に各軸 X, Y, Zの方向にのみ A U = ( A U x， A U y, Δ ΙΙ ζ ) の送りを掛けたとすれば、所定周期 Δ Τ経過後に工具先端が Q点に位置し、所定の移動速度 F とパルス分配による移動位置 Q、即ち、式（4) の分子で示される単位時間△ T当りの移動量（ F に対応）と始点 Sおよび終点 E を結ぶ直線上の位置（ Q に対応）とが確保されるが、実際にはこの間に B， Cの各軸が各々 Δ B， Δ Cだけ回転するので、所定周期厶 T 経過後の工具の先端位置は R点に移動し、所望する移動位置 Q との間に△ Aの位置偏差が生じることとなる。つまり、位置偏差 Δ Αの存在により単位時間 Δ Τ当りのェ具先端の移動量が式（4) の分子で示される単位時間厶 T 当りの移動量と一致しなくなるため、当然、所定の移動速度 Fは保持されず、また所望の移動位置 Qも確保されない。

このため、 B, Cの各軸の回転によって生じる位置偏差 Δ Αを解消するための移動量を各軸 X, Υ, Z方向の分配移動量 Δ U に加算する必要が生じる。

そこで、 B軸、 C軸の回転角度をそれぞれ B、 Cとしたとき、ロータリ一ヘッドを慣性系として口一夕リーへッドの回転中心 Gを座標原点とする工具先端位置の X軸成分を示す関数を f x ( B， C ) 、 Y軸成分を示す関数を f y ( B, C ) 、 Z軸成分を示す関数を f z ( B， C ) を考える。

次に、工具先端が図 4の P点に位置するときの B軸、 C軸の回転位置（角度）をそれぞれ B、 C とし、また、所定周期 Δ Τ経過後の B， C各軸の回転位置（角度）を各々 Β + Δ Β， C + A C として、各軸 B, Cの回転 Δ Β, Δ Cによって慣性系の工具先端位置に位置偏差 Δ Aが生じると考える。

そこで、この位置偏差 Δ Αを解消する移動量 Δ νは、慣性系の各軸成分毎に、すなわち、移動量 Δ νの X， Υ， Ζ成分、 Δ ν χ， Δ V y , Δ V z毎に、次の式（6) から (8) の演算式によって求めることができる。

厶 V X = f X ( B十 Δ Β， C + Δ C ) - f x ( B， C )

. · · . ( 6 ) A V y = f y ( Β + Δ Β, C + 厶 C ) 一 f y ( B， C )

• · · · · ( 7 )

Δ V x = f z ( Β + Δ Β, C + Δ C ) 一 f z ( B, C )

—— ( 8 ) 実施例においては、ロータリーヘッドの回転中心 Gから工具先端までの距離が Hであって、回転軸 Bが工具の基部を通る水平軸を中心に工具を回転させ、また、回転軸 Cが工具の基部を通る垂直軸を中心に工具を回転させるので、 f x， f y, f z の実質的な内容は以下の式に示す通りであゥ、

f X ( B , C ) = H sin ( B ) cos ( C )

9 ) y ( B， C ) = - H sin ( B ) x sin ( C )

( 1 0 ) f z ( B， C ) = H cos ( C )

(

Δ V x， Δ V y, Δ ν _ζ の各値は、各々、以下の式により求めることができる。

Δ V x = H X [ sin ( B + 厶 Β ) X cos ( C + Δ C )

一 sin ( B ) X cos ( C ) ]

( 1 )

Δ V y = - H x [ sin ( B ÷ Δ B ) x sin ( C + 厶 C )

- sin ( B ) x sin ( C ) ]

•• '• ( 1 3 ) 厶 V z = H x [ cos ( B + Δ B ) - cos ( B ) ]

•••• ( 1 4 ) 従って、式 (3) 、（4) より求められた分配移動量厶 U X， Δ U y , Δ U z、および、式（ 5 ) により求められた分配移動量△ B， △ ( によって決まる基準分配量 A U = ( Δ U X, Δ U y, Δ U z , Δ Β， Δ C ) に対し、式 (12), (13), ( 14 )により求められた位置偏差補正のための分配量 Δ ν = ( Δ V X , Δ V y , Δ V z ) を各軸毎に加算し、最終的な分配移動量、即ち、補正分配量 Δ Ρ = ( 厶 U x + 厶 V x, Δ U y + Δ V y , Δ U z + Δ V z , Δ Β， Δ C ) として所定周期 Δ Τ毎に各軸に対して出力すれば、各軸 X， Υ, Ζ方向における各周期毎の工具先端位置の移動量が Δ Ι χ, Δ U y, A U z と一致し、 B: C軸の回転を伴わない通常の直線補間の場合と同様、プログラムで指定された指令移動速度 Fにより始点 Sおよび終点 Eを結ぶ直線に沿って工具の先端を移動させることができる。

図 2および図 3は前述の演算式を適用して各軸へのパルス分配処理を行うために本実施例の数値制御装置 1 0 が適用した処理の概略を示すフローチャートである。このうち図 2に示す処理は主にパルス分配のための前処理に関する処理であって、これよりも優先度の高い処理、例えば、パルス分配処理等が終了した後の残り時間を用いて行われるものであり、また、図 3に示す処理は所定周期 Δ Τ毎に繰り返し実行されるパルス分配処理に関するものであって、共に、 R O M 1 2に格納されたシステムプログラムに基きプロセッサ 1 1 により実行される。

加工プログラムによる自動運転処理を開始したプロセヅサ 1 1 は、まず、所定の条件でスピンドル制御回路 6 0 に回転速度指令を出力して口一夕リーヘッドに取付けられた工具の切削回転を開始させた後、 C M 0 Sメモリ 1 4に格納された加工用プログラムを 1ブロック読み込んで（ステップ a 1 ) 、このブロックがプログラムェンドを示すブロックであるか否かを判別する（ステヅブ a 2 ) 。そして、このブロックがプログラムエンドを示すブ口ヅクでなければ、該 1 ブロックの移動指令から移動指令の始点 Sおよび終点 E に関する各軸座標値 S = ( S X, S y， S z ) と E = ( E X, E y, E z ) 、並びに、該移動区間に対応してプログラムされた工具先端の指令移動速度 F、および、移動指令の始点 S における B, C 各軸の回転位置（角度） S b， S c と移動指令の終点 E における B， C各軸の回転位置（角度） E b， E cの各々を読み込み、これらの値に基いて式（3)、（4)を連立して解くことにより直線移動軸 X， Υ, Zの 3軸のテ一ブル送りのみで始点 S と終点 E どの間を直線補間する場合の各軸 X， Y， Ζの分配移動量 Δ υ χ, Δ U y , Δ U z を求めると共に、式（1) において分母の絶対値が最大となる項の分母の値 E i 一 S i とその分子 Δ υ i との関係に基いて式（5) を解くことにより B， C各回転軸の分配移動量 Δ Β， A Cを求め、これらの値 A U x， Δ U y , △ U z, Δ Β, △ (：の組を基準分配移動量 Δ υとして次候補データ記憶レジスタ R 1 に格納する（ステップ a 3 ) 次いで、プロセッサ 1 1 は、実行デ一夕記憶レジス夕 R 2が空になっているか否かを判別するが（ステップ a 4 ) 、最初の 1 ブロックを読み込んだ直後の段階では実行デ一夕記憶レジス夕 R 2が空であるから、次候補デ一夕記憶レジスタ R 1 の内容、即ち、最初の移動指令に対応して算出された基準分配移動量 Δ ΙΙ = ( Δ U X , Δ U y , Δ U z , Δ Β， A C ) の値が実行データ記憶レジス夕 R 2 に格納される（ステップ a 5 ) 。

そして、プロセッサ 1 1 はステップ a 1 の処理に移行し、 C M O S メモリ 1 4の加工プログラムから次の 1ブロックを読み込み、前記と同様にステップ a 2の判別処理を実行し、このブロヅクがプログラムェンドを示すブロックでなければ、該 1 ブロックの移動指令に基き前記と同様にステップ a 3の処理を実行して、該 1ブロック、即ち、加工プログラム上の第 2番目の移動指令ブロックに対応する各軸方向の基準分配移動量厶 U = ( Δ U X , Δ U y , Δ U z , Δ Β， A C ) の値を求め、これらの値を次候補データ記憶レジスタ R 1 に格納する（ステップ a 3 ) 。

次いで、プロセッサ 1 1 は、実行デ一夕記憶レジスタ R 2が空になっているか否かを判別するが（ステップ a 4 ) 、実行データ記憶レジス夕 R 2 には既に第 1番目の移動指令ブロックに対応する各軸方向の基準分配移動量厶 U = ( A U x，厶 U y， Δ U z , Δ B , A C ) の値が格納されているので、ステップ a 4の判別結果は偽（ N ) となり、ステップ a 5 の処理、即ち、次候補データ記憶レジス夕 R 1 の内容を実行データ記憶レジスタ R 2 に転送するための処理が禁止され、前処理実行過程での待機状態に入る。

既に述べたように、プロセッサ 1 1 は、より優先度の高い他の処理の間隙を縫って前述の前処理を行っており . 前処理の実行中に他の処理を実行するための割り込みがかかった場合には、実行中の前処理を一時停止してその停止位置に対応するステップ番号を記憶し、レジス夕 R 1， R 2等の内容を保持したまま他の処理を実行し、次の空き時間が生じた時点で再び前記停止位置のステップ番号から前処理を再開する。実行デ一夕記憶レジス夕 R 2 は、後述のパルス分配処理により基準分配移動量 Δ U の値を読み込まれ、該 1 ブロックの移動指令に対応するパルス分配処理が開始された時点で初期化されて空となる。また、実行データ記憶レジスタ R 2 の初期化によりステップ a 5 の実行禁止が解除され、予めステップ a 3 の処理で次候補データ記憶レジスタ R 1 に格納されていた基準分配移動量 Δ ΙΙの値がレジスタ R 2 に書き込まれるので、結果的に、実行データ記憶レジス夕 R 2 には、パルス分配実行中のブロックに対して常に 1 ブロック先の移動指令に対応した基準分配移動量 Δ Uの値が書き込まれることとなる。

そして、所定周期△ Τ毎のパルス分配処理を開始したプロセッサ 1 1 は、まず、分配データ読み込み禁止フラグ Fがセットされている（： F = 1 ) か否か、即ち、 1 ブ口ックの加エブ口グラムで与えられた移動指令を実行するための分配処理が全て完了しているか否かを判別する ( ステップ b 1 ) 。プログラムの実行開始直後の現段階ではフラグ F のリセッ卜状態（ F = 0 ) が保持されているので、ステップ b 1 の判別結果は偽（ N ) となり、ブ口セヅサ 1 1 は、実行データ記憶レジス夕 R 2 に記憶された基準分配移動量 Δ Ιの値、即ち、第 1番目の移動指令ブロックに対応する各軸方向の基準分配移動量 Δ Ι = ( Δ U X, Δ ϋ , Δ U z , Δ Β, Δ〇）の値を読み込んで一時記憶すると共に、レジス夕 R 2の内容を初期化して空にし（ステップ b 2 ) 、分配データ読み込み禁止フラグ： F をセットする（ステップ b 3 ) 。

次いで、プロセッサ 1 1 は B， C各軸の現在位置記憶レジス夕から各軸 B, Cの現在回転位置（角度） B， C の値を読み込み（ステップ b 4 ) 、これらのデータとェ具長 Hおよびステップ b 2の処理で読み込んだ B, C各軸の基準分配移動量 Δ Β, Δ Cの値に基いて式（12)，式 (13), 式（14)の演算式を実行し、 B， C各軸の回転によつて所定周期 Δ T間に工具の先端に生じる位置偏差を解消するための直線移動軸 X, Y， Ζ各軸方向の移動量 Δ V = ( Δ V X , Δ V y , Δ V z ) の値を算出し（ステツブ b 5 ) 、ステップ b 2の処理で一時記憶した基準分配移動量 Δ ΙΙ = ( Δ ΙΙ χ, Δ U y , Δ U z , Δ B, Δ C ) に移動量 A Vの各軸の値を加算して補正分配移動量厶 P = ( Δ ΙΙ χ十 Δ ν χ， Δ ϋ y + Δ V , 厶 U z + A V z， △ B， A C ) を求め（ステップ b 6 ) 、各軸毎の分配移動量 Δ ΙΙ χ ÷ Δ ν χ， A U y十 A V y， Δ U z + Δ V z , 厶 B , Δ Cに対応する分配パルスを X， Y， Z , B， C 各軸の軸制御回路 3 0， 3 1， 3 2， 3 3， 3 4に出力して（ステップ b 7 ) 、当該ブロックの加工プログラムで指定された指令移動速度 F により、始点 S および終点 E を結ぶ直線に沿って工具の先端を移動させる。

次いで、プロセッサ 1 1 は各軸の現在位置記憶レジス夕の値を読み込み、当該 1 ブロック分のパルス分配が完了しているか否か、即ち、工具の先端が該 1 ブロックの加工プログラムで指令された終点 E = ( E x , E y , E z ) の位置に到達しているか否かを判別するが（ステツブ b 8 ) 、 1 ブロック分のパルス分配が完了していなければ、このまま当該処理周期のパルス分配処理を終了し, 以下、ステップ b 8 の判別結果が真（ Y ) となって 1 ブ口ック分のパルス分配が完了するまでの間、所定の分配周期 Δ Τ毎にステップ b 4 〜ステップ b 8 の処理を繰り返し実行し、当該ブロックの加工プログラムで指定された指令移動速度 F により、始点 S および終点 E を結ぶ直線に沿って工具の先端を移動させる。

そして、実行中の移動指令に対応する 1 ブロック分のパルス分配処理が完了してステップ b 8 の判別結果が真 ( Y ) となるたび、プロセッサ 1 1 は分配デ一夕読み込み禁止フラグ F をリセヅトし（ステップ b 9 ) 、次周期のパルス分配処理で、実行デ一夕記憶レジス夕 R 2 に記憶されている次プロックの加工プログラムに対応する基準分配移動量 Δ Ι)の値を読み込み（ステップ b l 〜ステッブ b 2 ) 、再び分配デ一夕読み込み禁止フラグ F をセヅトして（ステップ b 3 ) 、以下、前記と同様にして補正分配移動量 Δ Ρ を求めて該 1 ブロックの移動指令に対応するパルス分配処理を所定周期 Δ Τ毎に繰り返し実行する。

以上、一実施例として、ロータリ一ヘッドを回転させる Β , C軸と X， Υ , Ζ の直線移動軸とを備えた工作機械の速度制御について説明したが、本発明の速度制御方法は、テーブルの回転角度や傾斜角度を変化させることによって工具とワークとの相対角度を変えながら加工を行う工作機械をはじめ、工具とワークとの間の相対的な角度変化のみによって工具の先端とワークとの間に生じる位置偏差を各直線移動軸方向の移動量に分解することのできる全ての工作機械、即ち、式（6 ) , 式（7 ) , 式（8 ) における Δ ν χ , Δ V y , Δ ν ζ の各値を特定の関数式によって求めることのできる全ての工作機械に対して適用することができる。

以上のように本発明の速度制御方法は、移動指令に対し直線移動軸のみで所定周期毎の直線補間を行った場合の各直線移動軸の分配移動量を工具の角度変化とは無関係に求めると共に、その補間回数に対応して、工具の角度を変化させる各回転軸の所定周期毎の分配移動量を算出し、更に、各回転軸の分配移動量により次の所定周期までの間に直線移動軸の各軸の方向に対して工具の先端に生じる位置偏差を前記所定周期毎に求め、該位置偏差の値に基き、各直線移動軸の分配移動量に所定周期毎に補正をかけて各直線移動軸を補間する一方、各回転軸には補間回数に対応して求めた分配移動量、即ち、工具の角度変化によってその先端に生じる位置偏差の原因となる分配移動量をそのまま出力するようにしたので、ヮークに対する工具の角度を変化させながら直線補間を行う場合であっても、直線移動軸のみによる直線補間の場合と同様、工具先端の移動速度を、与えられた移動指令速度と一致させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . ワークに対する工具の角度を変化させる回転軸を備えた工作機械の速度制御方法において、

移動指令の始点および終点の各軸位置デ一夕および指令移動速度により各軸に関する所定周期毎の分配移動量を求め、

前記所定周期毎に、次周期の回転軸の回転位置と当該周期の回転軸の回転位置との相違により前記回転軸を基準として工具先端に生じる各直線移動軸方向毎の位置偏差を求め、各直線移動軸毎、前記分配移動量に対応する位置偏差を夫々加算して各直線移動軸の補正分配移動量として出力すると共に、各回転軸には前記求められた分配移動量を出力するようにした数値制御装置における速度制御方法。

2 . 移動指令の始点および終点の位置データと工具の指令移動速度とにより各直線移動軸の所定周期毎の分配移動量を求めた後、前記移動指令における 1 直線移動軸方向の移動距離と該直線移動軸の所定周期毎の分配移動量との関係と、移動指令の始点および終点における回転軸の回転位置とに基いて前記各回転軸の所定周期毎の分配移動量を求めるようにした請求の範囲第 1 項記載の数値制御装置における速度制御方法。

3 . 数値制御装置により 1 または 2以上の直線移動軸及び 1 または 2 以上の回転軸で制御される工具の工具先端速度指令方法において、 ( a ) 1 ブロック分の加エブログラムで与えられるェ具先端に対する移動指令の始点での上記直線移動軸上の座標値及び上記回転軸の回転角度、移動指令の終点での上記直線移動軸上の座標値及び上記回転軸の回転角度、及びこの区間の指令移動速度に基づいて直線補間することにより、各直線移動軸ごとの分配移動量及び各回転軸ごとの分配回転量を予め求めておいて、

( b ) 現周期での上記回転軸の回転角度を読み、この回転角度が次の周期で上記（ a ) で求めた分配回転量だけ変化した場合に工具先端が上記回転軸の回転中心を基準に上記直線移動軸方向にそれぞれどれだけ変位すかを計算して、その変位を相殺するに必要な上記直線移動軸ごとの補正分を求め、

( c ) 次周期では、直線移動軸に対しては上記（a ) で求めた分配移動量に上記（b ) で求めた補正分を加えたものに相当する分配パルスを出力するとともに、回転移動軸に対しては上記（a ) で求めた分配回転量そのもの対応する分配パルスを出力することによって、加工プログラムで指令した速度が工具先端の実際の加工点における速度になるように制御するようにした数値制御装置における速度制御方法。

4 . 工具の基部を通る水平軸を中心に工具を回転させる第 1 の回転軸と、工具の基部を通る垂直軸を中心にェ具を回転させる第 2 の回転軸とを備える口一夕リーへッドを取付けた工作機械を制御する数値制御装置の速度制御方法において、

口一夕リーへッドの回転中心から工具先端までの距離を H、当該所定周期における第 1 の回転軸の回転位置を B、当該所定周期における第 2の回転軸の回転位置を C、並びに、第 1 の回転軸における所定周期毎の分配移動量を Δ Β、第 2の回転軸における所定周期毎の分配移動量を A C としたとき、

Δ V X = H [ sin ( Β + Δ Β ) x cos ( C + Δ C )

一 sin B x cos C〕

Δ V y = - H x [ sin ( B + 厶 B )

x sin ( C + Δ C ) - sin B x sin C〕厶 V z = H x 〔 cos ( B + Δ B ) — cos B〕の演算式により、水平直線移動軸 Xの方向に対応する位置偏差 Δ ν χ、直線移動軸 X と直交する水平直線移動軸 Υの方向に対応する位置偏差 A V y、垂直直線移動軸 Zの方向に対応する位置偏差 A V z を求めるようにした請求の範囲第 1項または 2項記載の数値制御装置における速度制御方法。