JPH0695727A - 送り速度クランプ方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 数値制御装置の送り速度クランプ方式に関
し、内部処理時間に応じて最適に送り速度をクランプす
る。 【構成】 前処理手段２は、加工プログラム１の読み出
し及び解析を行なって送り速度Ｆを求め、指令速度Ｆc
を出力する。ＢＰＴ計測手段３は、前処理手段２が加工
プログラム１の１ブロックを読み出して解析するのに必
要な時間であるＢＰＴを計測する。速度クランプ手段４
は、送り速度ＦとＢＰＴから求められる限界速度Ｆlim
とを比較していずれか小さいほうの速度にクランプし、
指令速度Ｆc として出力する。パルス分配手段５は、指
令速度Ｆc に基づいてサーボモータ２７へパルスｐを分
配する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は数値制御装置の送り速度
クランプ方式に関し、特にブロックの工具移動量に応じ
て加工プログラムで指令された送り速度をクランプして
サーボモータを制御する送り速度クランプ方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、数値制御装置では、加工プログラ
ムによって指令された加工経路上を、指令された送り速
度に基づき工具を移動させることによって、ワークを所
望の形状に加工している。

【０００３】ところで、工作機械にショックを与えた
り、サーボモータへ過大な負荷を与えたりすること等を
防ぐために、加工プログラムの各ブロックの前処理にお
いて、各ブロックにおける工具の送り速度やその速度変
化を予め求めて、その結果に基づいて実際の送り速度を
適正な値にクランプすることが行われている。

【０００４】この送り速度をクランプする方法の一つ
に、補間（パルス分配）する接線方向の速度に加減速を
かける補間前加減速がある。この方法では、実行時にブ
ロックの指令速度になるように前のブロックでスムーズ
に加速又は減速が行われるので、工作機械へのショック
等を防ぐことができた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、例えば曲線経
路のように微小ブロックが連続する精密加工を行う場
合、補間前加減速による速度クランプを行うと、パルス
分配が間に合わなくなってパルスが途切れることがあ
る。こうした例として、図７に示すように、時間ｔ７２
以降では微小ブロックが連続するため、まず加工途中に
減速した後、各ブロックで指令される移動距離に応じて
加減速する。したがって、指令速度Ｆc がふらつくの
で、加工面が荒くなり、所望の加工精度が得られないと
いう問題点があった。

【０００６】また、送り速度Ｆを予め抑えると、図８に
示すように、時間ｔ８１から時間ｔ８２の間は送り速度
Ｆを仮想速度Ｆx まで上げることができるにもかかわら
ず、指令された送り速度Ｆでしか加工が行われないの
で、加工時間が長くなる。そして、この送り速度Ｆもど
れだけ抑えたらよいのかを加工プログラムの全ブロック
について調査する必要があるので、多大な労力を要し、
作業効率が低下するという問題点があった。

【０００７】さらに、数値制御装置内部で実行される加
工プログラムの１ブロックにおける処理時間をオペレー
タが知る手段がないため、最適な送り速度Ｆを設定でき
ないという問題点があった。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、数値制御装置の内部処理時間に応じて最適に
送り速度をクランプする送り速度クランプ方式を、提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、加工プログラムで指令された送り速度を
クランプしてサーボモータを制御する送り速度クランプ
方式において、加工プログラムの読み出し及び解析を行
なって送り速度を求め、指令速度を出力する前処理手段
と、前記前処理手段が前記加工プログラムの１ブロック
を読み出して解析するのに必要な時間であるＢＰＴ（Bl
ock Processing Time ）を計測するＢＰＴ計測手段と、
前記送り速度と前記ＢＰＴから求められる限界速度とを
比較していずれか小さいほうの速度にクランプし、前記
指令速度として出力する速度クランプ手段と、前記指令
速度に基づいて、サーボモータへ出力するパルスを分配
するパルス分配手段と、を有することを特徴とする送り
速度クランプ方式が提供される。

【００１０】

【作用】まず、ＢＰＴ計測手段は前処理手段が加工プロ
グラムの１ブロックを読み出して解析するのに必要な時
間であるＢＰＴを計測する。次に、前処理手段は加工プ
ログラムの読み出し及び解析を行なって送り速度を求
め、速度クランプ手段によって求められる指令速度を出
力する。そして、パルス分配手段は前処理手段から出力
された指令速度に基づいて、サーボモータへパルスを分
配する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は、本発明が適用される数値制御装置の一
つである対話形数値制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【００１２】プロセッサ１１はＲＯＭ１２に格納された
システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御す
る。ＲＯＭ１２にはＥＰＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭが
使用される。ＲＡＭ１３にはＳＲＡＭ等が使用され、Ｂ
ＰＴ（Block Processing Time ）、送り速度及び指令速
度等の各種のデータあるいは入出力信号が格納される。
不揮発性メモリ１４には図示されていないバッテリによ
ってバックアップされたＣＭＯＳが使用され、電源切断
後も保持すべきパラメータ、ピッチ誤差補正量及び工具
補正量等が格納されている。

【００１３】グラフィック制御回路１５はディジタル信
号を表示用の信号に変換し、表示装置１６に与える。表
示装置１６にはＣＲＴあるいは液晶表示装置が使用され
る。表示装置１６は対話形式で加工プログラムを作成し
ていくときに、形状、加工条件等を表示する。キーボー
ド１７はシンボリックキー及び数値キー等からなり、必
要な図形データ、ＮＣデータをこれらのキーを使用して
入力する。タイマー２６は日付及び時間を刻み、プロセ
ッサ１１からの指令に応じて時間データとして出力する
とともに、プロセッサ１１から設定された所定の時間ご
とにプロセッサ１１へ割り込み信号を出力する。

【００１４】軸制御回路１８は、プロセッサ１１から軸
の移動指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ１９に出
力する。サーボアンプ１９は軸の指令を受けて、工作機
械２０に設けられた各軸のサーボモータ２７を駆動す
る。

【００１５】以上の各構成要素は、バス２１によって互
いに結合されている。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン
・コントローラ）２２はＮＣプログラムの実行時に、バ
ス２１経由でＴ機能信号（工具選択指令）等を受け取
る。そして、この信号をシーケンス・プログラムで処理
して、動作指令として信号を出力し、工作機械２０を制
御する。また、工作機械２０から状態信号を受けて、シ
ーケンス処理を行い、バス２１を経由して、プロセッサ
１１に必要な入力信号を転送する。

【００１６】さらに、バス２１には、システムプログラ
ム等によって機能が変化するソフトウェアキー２３、Ｎ
Ｃデータをフロッピーディスク、プリンタあるいは紙テ
ープリーダ（ＰＴＲ）などの外部機器に送るシリアルイ
ンタフェース２４が接続されている。このソフトウェア
キー２３は、上記表示装置１６、キーボード１７ととも
に、ＣＲＴ／ＭＤＩパネル２５に設けられる。

【００１７】上記バス２１には、ＮＣ用のＣＰＵである
プロセッサ１１とは別に、バス３０を有する対話用のプ
ロセッサ３１が接続される。バス３０にはＲＯＭ３２、
ＲＡＭ３３及び不揮発性メモリ３４が接続されている。

【００１８】上記表示装置１６に表示される対話形デー
タの入力画面は、ＲＯＭ３２に格納されている。この対
話形データの入力画面において、ＮＣ文の作成時にバッ
クグラウンドアニメーションとして、工具の全体の動作
軌跡などが表示される。また、表示装置１６にはその入
力画面により設定可能な作業又はデータが、メニュー形
式で表示される。メニューのうちどの項目を選択するか
は、メニューに対応して、画面下部に配置されたソフト
ウェアキー２３により行う。ソフトウェアキー２３の意
味は各画面毎に変化する。ＲＡＭ３３にはＳＲＡＭ等が
使用され、対話用の各種データが格納される。

【００１９】入力されたデータは対話用のプロセッサ３
１により処理されてワーク加工プログラムが作成される
とともに、対話形式で使用される表示装置１６へ逐次に
バックグラウンドアニメーション表示される。また、不
揮発性メモリ３４にＮＣ文として格納されたワーク加工
プログラムは、工作機械２０の加工シミュレーションの
際にも実行され、フォアグラウンドアニメーション表示
される。

【００２０】図１は、本発明の原理説明図である。本発
明の送り速度クランプ方式は、前処理手段２、ＢＰＴ計
測手段３、速度クランプ手段４及びパルス分配手段５か
ら構成される。なお、前処理手段２、ＢＰＴ計測手段３
及び速度クランプ手段４は、図２のＲＯＭ１２に格納さ
れたシステムプログラムをプロセッサ１１が実行するこ
とによって実現される機能である。また、パルス分配手
段５は図２の軸制御回路１８及びサーボアンプ１９に相
当する。

【００２１】前処理手段２は、加工プログラム１の読み
出し及び解析を行なって送り速度Ｆを求め、指令速度Ｆ
c を出力する。ＢＰＴ計測手段３は、前処理手段２が加
工プログラム１の１ブロックを読み出して解析するのに
必要な時間であるＢＰＴを計測する。速度クランプ手段
４は、送り速度ＦとＢＰＴから求められる限界速度Ｆli
m とを比較していずれか小さいほうの速度にクランプ
し、指令速度Ｆc として出力する。パルス分配手段５
は、指令速度Ｆc に基づいてサーボモータ２７へパルス
ｐを分配する。

【００２２】次に、本発明の送り速度クランプ方式の動
作について説明する。まず、ＢＰＴ計測手段３はシステ
ム起動時や送り速度に関連するパラメータを変更した時
等の所定の時期にのみ実行される。具体的には、オペレ
ータがＢＰＴ計測を行うためのパラメータを例えば
「１」に設定する。逆に、実加工のようにＢＰＴ計測を
行わない場合は上記パラメータを例えば「０」に設定す
る。ここで、ＢＰＴ計測手段３によって計測されるＢＰ
Ｔは、前処理手段２が加工プログラム１の１ブロックを
読み出して解析するのに必要な内部処理時間である。

【００２３】なお、計測されたＢＰＴが分配周期ＩＴＰ
よりも短い場合は、分配周期ＩＴＰがＢＰＴとして前処
理手段２へ出力される。ここで、分配周期ＩＴＰはサー
ボモータ２７等に応じて設定される一定の数値であっ
て、パルスｐを分配する周期を示す。

【００２４】その後、実加工等の加工プログラム１を読
み出してサーボモータを制御する場合は、前処理手段２
が加工プログラム１の読み出し及び解析を行なって送り
速度Ｆ等を求める。すなわち、加工プログラム１で指令
されるＮＣ機能の字句解析、構文解析、座標計算及び補
正量計算等の数値計算を含む所定の処理を行い、移動距
離ｄ、送り速度Ｆ及び必要な他の指令を求める。

【００２５】こうして求められたＢＰＴ及び送り速度Ｆ
は、速度クランプ手段４へ出力される。速度クランプ手
段４は、まずＢＰＴ計測手段３で計測されたＢＰＴ〔ms
ec〕と、サーボモータ２７等に応じて設定されるパルス
の重みＣＭＲ〔mm/sec〕と、ブロック内で指令された移
動距離ｄ〔mm〕とから、次式によって１分配周期に最低
１パルス出力する速度を示す限界速度Ｆlim 〔mm/sec〕
を求める。

【００２６】 Ｆlim ＝（１／ＢＰＴ）×１０００×６０×ＣＭＲ×ｄ ・・・（１） そして、求められた限界速度Ｆlim と送り速度Ｆとを比
較して、いずれか小さいほう、すなわち遅いほうの速度
にクランプし、指令速度Ｆc として前処理手段２へ出力
する。

【００２７】前処理手段２は速度クランプ手段４から出
力された指令速度Ｆc をパルス分配手段５へ出力する。
パルス分配手段５はこの指令速度Ｆc に基づいて、サー
ボモータ２７へパルスｐを分配する。

【００２８】したがって、対話型数値制御装置の内部処
理時間に応じてクランプされた最適な送り速度、すなわ
ち上記指令速度Ｆc によってサーボモータ２７を制御す
ることができる。このため、加工時間を最小に抑えるこ
とができ、かつ、加工面が滑らかで所望の加工精度を得
ることができる。

【００２９】図３は、ＢＰＴ計測手段の処理手順を示す
フローチャートである。図において、Ｓの後に続く数字
はステップ番号を示す。 〔Ｓ３１〕カウンタの初期化を行う。すなわち、カウン
タとして使用される図２に示すＲＡＭ１３又は不揮発性
メモリ１４の所定のアドレス、あるいはプロセッサ１１
のレジスタをゼロに初期化する。 〔Ｓ３２〕タイマー割り込みの設定を行う。具体的に
は、プロセッサ１１からタイマー２６へ所定の指令を送
り、例えば１〔msec〕等の割込時間ごとに、割り込み信
号を発生させる。なお、タイマー２６は設定された所定
の時間ごとに、プロセッサ１１へ割り込み信号を出力す
る。 〔Ｓ３３〕予め図２のＲＯＭ１２等に格納された計測用
のプログラム、又は入力された加工プログラムの１ブロ
ックを読み出す。なお、プロセッサ１１が割り込み信号
を受けると、ステップＳ３８を実行する。 〔Ｓ３４〕ステップＳ３３で読み出された１ブロックの
解析処理を行う。すなわち、ブロック内で指令されてい
るＮＣ機能の字句解析、構文解析、座標計算及び補正量
計算等の数値計算を含む所定の処理を行い、移動距離
ｄ、送り速度Ｆ及び必要な他の指令を求める。なお、プ
ロセッサ１１が割り込み信号を受けると、ステップＳ３
８を実行する。 〔Ｓ３５〕タイマー割り込みの解除を行う。具体的に
は、プロセッサ１１からタイマー２６へ所定の指令を送
り、割り込み信号の発生を停止させる。 〔Ｓ３６〕送り速度Ｆを算出する。具体的には、まずカ
ウンタの数値からＢＰＴ〔msec〕を求める。例えば、１
〔msec〕の割込時間ならばカウンタの数値がそのままＢ
ＰＴになるが、５〔msec〕の割込時間ならばカウンタの
数値を５倍した値がＢＰＴになる。 〔Ｓ３７〕送り速度Ｆ及びＢＰＴを出力する。具体的に
は、送り速度Ｆ及びＢＰＴをＲＡＭ１３又は不揮発性メ
モリ１４の所定のアドレス等の所定の領域に設定する。
その後、本処理手順を終了する。 〔Ｓ３８〕カウンタの増分を行う。すなわち、カウンタ
の数値を１だけ増加させる。本ステップ終了後は割り込
み前の処理手順に復帰する。

【００３０】図４は、速度クランプ手段の処理手順を示
すフローチャートである。図において、Ｓの後に続く数
字はステップ番号を示す。 〔Ｓ４１〕限界速度Ｆlim を算出する。具体的には、図
３の処理手順で計測されたＢＰＴ〔msec〕、パルスの重
みＣＭＲ〔mm/sec〕及び移動距離ｄ〔mm〕から、上記式
（１）を演算する。 〔Ｓ４２〕送り速度ＦとステップＳ４１で算出された限
界速度Ｆlim とを比較する。もし、送り速度Ｆが限界速
度Ｆlim よりも大きい（ＹＥＳ）ならばステップＳ４３
に進み、送り速度Ｆが限界速度Ｆlim よりも小さい（Ｎ
Ｏ）ならばステップＳ４３に進む。 〔Ｓ４３〕限界速度Ｆlim を指令速度Ｆc として出力し
た後、本処理手順を終了する。具体的には、ＲＡＭ１３
又は不揮発性メモリ１４の所定のアドレス等の所定の領
域に設定し、本処理手順を終了する。 〔Ｓ４４〕送り速度Ｆを指令速度Ｆc として出力した
後、本処理手順を終了する。具体的には、ＲＡＭ１３又
は不揮発性メモリ１４の所定のアドレス等の所定の領域
に設定し、本処理手順を終了する。

【００３１】図５は、本発明の送り速度クランプ方式の
全体の処理手順を示すフローチャートである。図におい
て、Ｓの後に続く数字はステップ番号を示す。 〔Ｓ５１〕計測パラメータの設定を行う。具体的には、
まずオペレータが所定の操作を行うことによってパラメ
ータ設定画面を呼び出す。そして、パラメータ設定画面
の中のＢＰＴ計測の実行を表すパラメータのビットを、
例えば「１」に設定する。 〔Ｓ５２〕ＢＰＴ計測処理を行う。すなわち、図３に示
す処理手順を実行する。 〔Ｓ５３〕計測パラメータの解除を行う。ステップＳ５
１と同様にパラメータ設定画面を呼び出し、ＢＰＴ計測
の実行を表すパラメータのビットを、例えば「０」に設
定する。 〔Ｓ５４〕加工プログラムの１ブロックを読み出す。 〔Ｓ５５〕ステップＳ５４で読み出された１ブロックの
解析処理を行う。すなわち、ブロック内で指令されてい
るＮＣ機能の字句解析、構文解析、座標計算及び補正量
計算等の数値計算を含む所定の処理を行い、移動距離
ｄ、送り速度Ｆ及び必要な他の指令を求める。 〔Ｓ５６〕速度クランプ処理を行う。すなわち、図４に
示す処理手順を実行し、得られた指令速度Ｆc を図１に
示すパルス分配手段５へ出力する。 〔Ｓ５７〕加工プログラムに他のブロックが存在するか
否かを判別する。もし、他のブロックが存在する（ＹＥ
Ｓ）ならばステップＳ５４に戻り、他のブロックが存在
しない（ＮＯ）ならば本処理手順を終了する。

【００３２】上記図３から図５までの本発明の処理手順
を実施した場合における速度クランプの一例を図６に示
す。図６で明らかなように、時間ｔ６１までは速度Ｆl1
である限界速度Ｆlim は、時間ｔ６１以降では微小ブロ
ックが連続するため、時間ｔ６１から時間ｔ６２までは
速度Ｆl2に、時間ｔ６２以降は速度Ｆl3に抑えられてい
る。この限界速度Ｆlim によって、時間ｔ６１以降では
指令速度Ｆc も同様に、時間ｔ６１から時間ｔ６２まで
は速度Ｆl2に、時間ｔ６２以降は速度Ｆl3に、それぞれ
クランプされる。

【００３３】したがって、対話型数値制御装置の内部処
理時間に応じて、最適にクランプされた指令速度Ｆc に
よってサーボモータ２７を制御するので、加工時間を最
小に抑え、かつ、加工面が滑らかで所望の加工精度を得
ることができる。

【００３４】以上の説明では、本発明を対話型数値制御
装置に適用したが、加工プログラム１に基づきサーボモ
ータ２７を制御する他の数値制御装置にも同様に適用す
ることができる。

【００３５】また、ＢＰＴ計測手段３はオペレータが所
定のパラメータを設定することによって実行されるよう
に構成したが、システム起動時や送り速度に関連するパ
ラメータ等を常に監視する監視手段を設けて、変更等が
あった場合に自動的に実行されるように構成してもよ
い。こうすることによって、システム起動時や送り速度
に関連するパラメータを変更した時等の所定の時期にＢ
ＰＴ計測手段３が実行されなかったために、指令速度Ｆ
c が最適にクランプされない等の不測の事態を防止する
ことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ＢＰＴ
計測手段が加工プログラムの１ブロックを読み出して解
析するのに必要な時間であるＢＰＴを計測し、前処理手
段が送り速度を求め、速度クランプ手段によって求めら
れる指令速度を出力するように構成したので、数値制御
装置の内部処理時間に応じてクランプされた最適な送り
速度によってサーボモータを制御することができる。

【００３７】このため、加工時間を最小に抑えることが
でき、かつ、加工面が滑らかで所望の加工精度を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】対話形数値制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】ＢＰＴ計測手段の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図４】速度クランプ手段の処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図５】本発明の送り速度クランプ方式の全体の処理手
順を示すフローチャートである。

【図６】本発明を実施した場合の速度クランプの一例を
示す図である。

【図７】従来の速度クランプの一例を示す図である。

【図８】従来の速度クランプの一例を示す図である。

【符号の説明】

１１，３１ プロセッサ １２，３２ ＲＯＭ １３，３３ ＲＡＭ １４，３４ 不揮発性メモリ １５ グラフィック制御回路 １６ 表示装置 １７ キーボード １８ 軸制御回路 １９ サーボアンプ ２３ ソフトウェアキー ２６ タイマー ２７ サーボモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工プログラムで指令された送り速度を
   クランプしてサーボモータを制御する送り速度クランプ
   方式において、 加工プログラムの読み出し及び解析を行なって送り速度
   を求め、指令速度を出力する前処理手段と、 前記前処理手段が前記加工プログラムの１ブロックを読
   み出して解析するのに必要な時間であるＢＰＴ（Block
   Processing Time ）を計測するＢＰＴ計測手段と、 前記送り速度と前記ＢＰＴから求められる限界速度とを
   比較していずれか小さいほうの速度にクランプし、前記
   指令速度として出力する速度クランプ手段と、 前記指令速度に基づいて、サーボモータへ出力するパル
   スを分配するパルス分配手段と、 を有することを特徴とする送り速度クランプ方式。
2. 【請求項２】 前記ＢＰＴ計測手段は、システム起動時
   や送り速度に関連するパラメータを変更した時等の所定
   の時期にのみ実行するように構成したことを特徴とする
   請求項１記載の送り速度クランプ方式。