JPH10214109A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工作機械に対する制御データの出力タイミング
を簡単な外付け回路により常に一定に維持することによ
り、工作機械の数値制御の精度向上を図る。 【解決手段】分周器３２から出力された割込パルスがフ
リップフロップ２２のセット端子Ｓに入力され、フリッ
プフロップ２２は分周器３２から次に出力される割込パ
ルスがリセット端子Ｒに入力されるまでセット状態を維
持し、Ｑ端子を“Ｈ”レベルに保持する。ＡＮＤ回路２
３は、フリップフロップ２２のＱ端子が“Ｈ”レベルの
間においてクロック発生器３１のクロックパルスをカウ
ンタ２４に出力する。カウンタ２４は、フリップフロッ
プ２２のセット端子に割込パルスが入力された時点から
クロック発生器３１のクロックパルスを計数する。この
計数をコンパレータ２６においてディレイレジスタ２５
に設定されている遅延データと比較し、両者が一致した
時に２段レジスタ２７から制御データを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械の可動
部、例えば、マシニングセンタにおける駆動軸や研削盤
における砥石台等の移動を制御する数値制御装置に関
し、特に、汎用のパーソナルコンピュータ（パソコン）
のＣＰＵを用いた数値制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報のオープン化の要請に伴い、
工作機械を数値制御する装置として、専用の数値制御装
置に代えて、豊富なソフトウェアを利用したパーソナル
コンピュータ等の汎用のコンピュータを用いた所謂パソ
コンＮＣが用いられている。このパソコンＮＣは、クロ
ック手段からＣＰＵに対して一定時間間隔の割込信号が
入力されると、工作機械の動作状態を表す動作データを
読み取り、ＣＰＵにおいて動作データに基づく演算処理
を実行する。ＣＰＵは、演算により得られた制御データ
を工作機械の駆動部に出力する。このようなパソコンＮ
Ｃは、研削盤における非円筒形状の研削作業等のよう
に、高い制御精度が要求される数値制御にも、用いられ
る場合がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来用いられていた工
作機械専用の数値制御装置は高速演算に対応するために
割込信号処理回路を専用に設けていたため、モータ駆動
回路への出力タイミングが変動することの問題はなかっ
た。しかし、パソコンＮＣで位置データや速度データ等
の制御データを演算し、この制御データをサーボ駆動装
置に出力する場合、クロック手段からパソコンＮＣに入
力された割込信号がパソコンＮＣの内部バスや内部バイ
オスを介してＣＰＵに入力されるまでの時間はパソコン
ＮＣの動作状態等によって変動し、クロック手段から割
込信号が出力されてからＣＰＵにおける演算処理が開始
されるまでに要する時間は一定ではない。また、ＣＰＵ
における演算処理内容は、例えば、制御対象である工作
機械の動作状態によって変化するため一様ではなく、演
算処理に要する時間も変動する。

【０００４】例えば、図４に示す従来の制御回路では、
図５に示すような演算処理フローによって一定時間毎の
カム研削盤における砥石台の位置制御が行われている。
この演算処理では、クロック発生器３１から１μｓｅｃ
の間隔でパルスが出力されると、直ちにエンコーダ１１
（１２）の検出値が砥石台の現在位置としてフィードバ
ックパルス（以下、ＦＢＰと略記する。）カウンタ３３
を介してＣＰＵに入力される（ｓ１）。一方、２段レジ
スタ２７からの割込パルスは、バッファ２５ａ及びＣＰ
Ｕバスを介してＣＰＵに入力され（ｓ２）、ＣＰＵはア
プリケーションプログラムとして与えられたタイマ割込
ルーチンの処理の実行を開始する（ｓ３）。この割込ル
ーチンの処理において、ＣＰＵは、先ずラッチされてい
るカウンタの計数値を読み取り（ｎ４）、読み取った計
数値に基づいて砥石台の現在位置の検出を行い（ｎ
５）、検出した現在値に基づいて目標位置を算出し（ｎ
６）、種々の誤差補償を行った後（ｎ７）、速度データ
を演算する（ｎ８）。ＣＰＵは得られた速度データをＣ
ＰＵバスを介して砥石台を移動させるサーボモータの駆
動回路に出力する（ｎ９）。

【０００５】上記の処理において、割込パルスの発生タ
イミングからＣＰＵにおける割込ルーチンの開始タイミ
ングまでの第１処理に要する時間は、ＣＰＵに対する信
号やデータの入出力の状態に応じて変化する。また、砥
石台の現在位置の検出処理、目標位置の算出処理、及
び、誤差補償処理のそれぞれに費やされる処理時間や処
理ルーチンも、砥石台の動作状態に応じて変化する。こ
れらの第１処理（ｓ１〜ｓ３）に要する時間と第２処理
（ｓ４〜ｓ９）に要する時間との和は２０〜５０μｓｅ
ｃ程度の範囲で変動し、この間における主軸の回転量も
変化する。

【０００６】このように、割込パルスが出力されてから
ＣＰＵにおける演算処理が終了して制御データが出力さ
れるまでの時間が大きく変動すると、工作機械の駆動手
段における制御データの入力タイミングが変動すること
になり、この処理時間に変動があっても工作機械の動作
部が動作する結果、正確な制御ができない問題があっ
た。このような工作機械に対する制御時間の変動は、特
に、上述した研削盤における非円筒研削作業等の研削ワ
ークに高い制御精度が要求される加工機において大きな
問題となる。

【０００７】特に、カムプロフィルデータに基づき制御
される主軸回転角度に対する砥石台送り量の同期変動が
あると加工精度が著しく低下する。これらの制御データ
の演算処理に要する時間は、砥石台２の移動制御プログ
ラム及び現在位置等の動作状態によって変化する。した
がって、このＣＰＵ２１における処理時間の変化を割込
パルスによる一定のサンプリング間隔で処理した場合、
一定時間間隔の割込パルスの入力タイミングから制御デ
ータの出力タイミングまでの時間が変動することにな
り、駆動回路３４への出力タイミングが一定にならず、
砥石台２の位置制御も一定にならない。

【０００８】例えば、カム研削盤において、図３（Ａ）
に示すプロフィルデータに基づいてカムの周面を研削す
る場合、主軸回転角が１２０度付近においてＸ軸速度
（主軸１度当りのカム周面の砥石台移動Ｘ軸方向の変位
量）が最も大きく、その変化量は０．１９３３１ｍｍ／
ｄｅｇとなる。今、主軸の回転速度が５０ｒｐｍであれ
ば、主軸は１秒間に３６０×５０÷６０＝３００度回転
することになる。したがって、主軸が１度回転するため
に要する時間は、１０００÷３００＝３．３３３ｍｓｅ
ｃとなり、この時間にＸ軸（砥石台）が０．１９３３１
ｍｍ移動することになる。ここで、ＣＰＵ２１における
処理時間が最大５０μｓｅｃの範囲で変動するとする
と、 ０．１９３３１×０．０５÷３．３３３＝０．００２９
（ｍｍ） より、図３（Ｂ）の主軸回転角が１２０°付近の拡大図
に示すように、カムの周面のＸ軸方向の位置が最大２．
９μｍの範囲で変動することになる。この変動によりカ
ムの加工精度が著しく低下する。

【０００９】この発明の目的は、パソコンＮＣを用いて
工作機械を制御する場合に、パソコンＮＣから工作機械
の駆動部に対する制御データの出力タイミングを常に一
定の時間に演算処理するために簡単な構成の回路を追加
することにより、パソコンＮＣを用いて安定した一定時
間間隔で工作機械を数値制御することができる数値制御
装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、工作機械の可動部の移動を制御する制御データの演
算処理を一定時間間隔で実行し、得られた制御データを
可動部の駆動手段に出力する数値制御装置において、前
記演算処理の開始タイミングから前記演算処理の最長時
間に等しいか又は長い時間として予め設定された遅延時
間が経過した時に、前記演算処理により算出された制御
データを駆動手段に出力するデータ遅延手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００１１】したがって、請求項１に記載した発明にお
いては、演算処理の内容が変化することにより演算処理
に要する時間が変動した場合にも、常に一定のタイミン
グで制御データが駆動手段に出力される。また、パソコ
ンＮＣを用いた数値制御装置における制御回路に本発明
の制御回路を追加するだけで安定した演算処理時間で工
作開花を数値制御することができる。

【００１２】請求項２に記載した発明は、前記データ遅
延手段が、演算処理が開始されたタイミングから次の演
算処理の開始タイミングまでセット状態を保持するフリ
ップフロップと、フリッププロップがセット状態を保持
している間においてクロックパルスを計数するカウンタ
と、予め設定された遅延データを記憶するディレイレジ
スタと、カウンタの計数データとディレイレジスタが記
憶する遅延データとを比較して一致信号を出力するコン
パレータと、コンパレータから一致信号が出力された際
に予め記憶している制御データを駆動回路に出力するレ
ジスタと、により構成したことを特徴とする。

【００１３】したがって、請求項２に記載した発明にお
いては、制御データの出力タイミングを一定にするデー
タ遅延手段が、簡単な回路によって構成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施形態に係
る数値制御装置が適用されるカム研削盤を示す平面図で
ある。ベッド１上には砥石台２、主軸台３及びサーボモ
ータ１０、及び、砥石台２をＸ軸方向に移動するサーボ
モータ６が配置されている。砥石台２には、ワーク９を
研削する砥石車４、ベルト５ａを介して砥石車４の回転
軸４ａに回転力を供給するモータ５が設けられている。
主軸台３には、ワーク９の一端を挟持するワークチャッ
ク８ａとワーク９の他端を回転支持するテールストック
８ｂとを有する主軸８、及び、主軸８のワークチャック
８ａに回転力を供給する主軸モータ７が設けられてい
る。サーボモータ１０は、主軸台３をＺ軸方向に左右移
動する。サーボモータ６は、砥石台２をＸ軸方向に前後
移動する。

【００１５】モータ６及び７のそれぞれの回転軸には、
エンコーダ１１及び１２がそれぞれが取り付けられてい
る。エンコーダ１１及び１２は、それぞれ砥石台２の移
動位置及び主軸８の回転角度を検出する。エンコーダ１
１及び１２の信号ラインは、モータ６及び７の電源線と
ともに、後述する数値制御装置２０に接続されている。
数値制御装置２０は、エンコーダ１１及び１２から入力
される信号に基づいてモータ６及び７を同期駆動制御す
る。

【００１６】図２は、上記数値制御装置の構成を示すブ
ロック図である。同図において２点鎖線で示した回路が
この発明のデータ処理回路２８であり、数値制御装置２
０は、ＣＰＵ２１において、エンコーダ１１からＦＢＰ
カウンタ３３を介して入力されるフィードバック信号に
基づく高速演算処理によりサーボモータ６の制御データ
を算出し、２段レジスタ２７を介して駆動回路３４に出
力する。数値制御装置２０は、サーボモータ６の制御タ
イミングを規定する割込パルスの入力タイミングから常
に一定の遅延時間で制御データを出力する。この割込パ
ルスは、クロック発生器３１のクロックパルスを分周す
る分周器３２から一定時間間隔で出力される。

【００１７】このため、数値制御装置２０は、分周器３
２から出力された割込パルスが直接リセット端子Ｒに入
力されるとともにインバータ２２ａ，２２ｂを介してセ
ット端子Ｓに入力されるフリップフロップ２２、フリッ
プフロップ２２のＱ信号とクロック発生器３１のクロッ
クパルスとの論理積を出力するＡＮＤ回路２３、割込パ
ルスの出力後にＡＮＤ回路２３から出力されたクロック
パルスを計数するカウンタ２４、ＣＰＵ２１から設定さ
れた遅延データを記憶するディレイレジスタ２５、カウ
ンタ２４の計時データとディレイレジスタ２５にセット
された遅延データとを比較するコンパレータ２６、及
び、制御データを駆動回路３４に出力する２段レジスタ
２７を備えている。

【００１８】分周器３２は、クロック発生器３１のクロ
ックパルスを例えば１／１００の周波数に分周する。Ｆ
ＢＰカウンタ３３は、分周器３２から出力される割込パ
ルスの立ち上がりのタイミングでエンコーダ１１のＡ相
パルス及びＢ相パルスを計数する。ＣＰＵ２１は、割込
演算処理時にＦＢＰカウンタ３３の計数値を読み取り、
Ａ相パルス及びＢ相パルスのうちのどちらが先にエンコ
ーダ１１からＦＢＰカウンタ３３に出力されるかに応じ
てエンコーダ１１の回転方向を判別する。

【００１９】非円筒研削を行うカム研削盤の砥石台２の
Ｘ軸方向の位置を数値制御装置２０により数値制御する
場合、ＣＰＵ２１は、分周器３２からの割込パルスの入
力によって規定される一定のサンプリング間隔でＦＢＰ
カウンタ３３の計数値を読み取り、現在の砥石台２の位
置を検出し、砥石台２の現在目標位置の計算、及び、繰
返補償等のサーボ系の補償演算等を含む制御データの演
算処理を行い、得られた制御データを２段レジスタ２７
を介してサーボモータ６の駆動回路３４に出力するため
の一連の処理を実行する。

【００２０】この発明の実施形態に係る数値制御装置２
０では、図２に示す構成により、ＣＰＵ２１において演
算された制御データの駆動回路３４に対する出力タイミ
ングを、割込処理の開始時から予め設定された一定時間
を経過したタイミングに固定する。即ち、分周器３２か
ら割込パルスが出力されると、この割込パルスがフリッ
プフロップ２２のリセット端子Ｒに直接入力され、フリ
ップフロップ２２が一旦リセットされる。一方、インバ
ータ２２ａ，２２ｂにより正規化された割込パルスが、
フリップフロップ２２のセット端子Ｓに入力され、フリ
ップフロップ２２は分周器３２から次に出力された割込
パルスがリセット端子Ｒに入力されるまでセット状態を
維持し、Ｑ端子を“Ｈ”レベルに保持する。

【００２１】フリップフロップ２２のＱ端子はＡＮＤ回
路２３の一方の入力端子に接続されており、ＡＮＤ回路
２３は、Ｑ端子が“Ｈ”レベルの間においてクロック発
生器３１のクロックパルスをカウンタ２４に出力する。
カウンタ２４には、フリップフロップの反転Ｑ端子が接
続されており、フリップフロップ２２のリセット端子に
割込パルスが入力されたタイミングでカウンタ２４もリ
セットされる。したがって、カウンタ２４は、フリップ
フロップ２２のセット端子に割込パルスが入力された時
点からクロックパルスを計数する。

【００２２】カウンタ２４の計数データは、コンパレー
タ２６に入力される。コンパレータ２６は、カウンタ２
４の計数データを予めＣＰＵ２１からディレイレジスタ
２５に設定されている遅延データと比較し、両者が一致
した時に出力命令を２段レジスタ２７の後段のレジスタ
２７ｂに出力する。ＣＰＵ２１からディレイレジスタ２
５に設定される遅延データは、ＣＰＵ２１における制御
データの演算処理に要する最長時間を考慮して、この最
長時間に等しいかまたは長い時間に対応するクロックパ
ルス数を表すデータである。

【００２３】したがって、コンパレータ２６において計
数データと遅延データとが一致するまでに、ＣＰＵ２１
は図５に示したような第１処理及び第２処理における制
御データの演算処理を終えており、得られた制御データ
が２段レジスタ２７の前段のレジスタ２７ａに格納され
ている。２段レジスタ２７の後段のレジスタ２７ｂは、
コンパレータ２６から出力命令が入力されると、前段の
レジスタ２７ａに格納されている制御データを読み取
り、駆動回路３４に出力する。

【００２４】このような構成にすることにより、ＣＰＵ
２１における制御データの演算処理時間が変動した場合
にも、常に、予め設定された遅延データに基づく一定の
タイミングで制御データを駆動回路３４に入力すること
ができる。また、ＣＰＵ２１に外付けされたデータ処理
回路２８によって制御データの出力タイミングを一定時
間に規定することができ、制御データの出力タイミング
を調整するためにＣＰＵ２１の演算処理プログラムを変
更する必要がない。

【００２５】なお、以上において、砥石台の駆動回路に
対する制御データの出力タイミングを規定する構成につ
いて説明したが、主軸の駆動回路に対する制御データの
出力タイミングも同様にして規定する。また、この発明
の数値制御装置２０は、カム研削盤以外の加工機におい
ても上記の実施形態と同様に適用することができる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、演算
処理の内容が変化することにより演算処理に要する時間
が変動した場合にも、常に一定のタイミングで制御デー
タを駆動手段に出力することができ、制御精度の向上を
図ることができる。また、数値制御装置における処理プ
ログラムを変更する必要がなく、既存のパソコンＮＣに
広く適用することができる。

【００２７】請求項２に記載した発明によれば、制御デ
ータの出力タイミングを一定に維持するデータ遅延手段
を、簡単な回路によって構成することができ、コストの
著しい上昇を招くことがなく、安定した動作を確実に維
持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係る数値制御装置が適用
される研削盤の構成を示す概略の平面図である。

【図２】この発明の実施形態に係る数値制御装置の要部
の構成を示すブロック図である。

【図３】上記研削盤におけるカムの研削状態を説明する
図である。

【図４】従来の数値制御装置の要部の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】この発明の実施形態を含む一般的な数値制御装
置における割込処理の一例を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１−ベッド ２−砥石台 ４−砥石 ６−サーボモータ １１−エンコーダ ２０−数値制御装置 ２１−ＣＰＵ ２２−フリップフロップ ２３−ＡＮＤ回路 ２４−カウンタ ２５−ディレイレジスタ ２６−コンパレータ ２７−２段レジスタ ３４−駆動回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の可動部の移動を制御する制御デ
   ータの演算処理を一定時間間隔で実行し、得られた制御
   データを可動部の駆動手段に出力する数値制御装置にお
   いて、 前記演算処理の開始タイミングから前記演算処理の最長
   時間に等しいか又は長い時間として予め設定された時間
   が経過した時に、前記演算処理により算出された制御デ
   ータを駆動手段に出力するデータ処理手段を設けたこと
   を特徴とする数値制御装置。
2. 【請求項２】前記データ処理手段を、演算処理が開始さ
   れたタイミングから次の演算処理の開始タイミングまで
   セット状態を保持するフリップフロップと、フリッププ
   ロップがセット状態を保持している間においてクロック
   パルスを計数するカウンタと、予め設定された時間に入
   力された制御データを記憶するディレイレジスタと、カ
   ウンタの計数データとディレイレジスタが記憶する制御
   データとを比較して一致信号を出力するコンパレータ
   と、コンパレータから一致信号が出力された際に予め記
   憶している制御データを駆動回路に出力するレジスタ
   と、により構成した請求項１に記載の数値制御装置。