JPS58169207A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は数値制御装置に関するものである。 数値側ａ］ｔ一応用した工作機械、例えばＮ、Ｃ旋盤装
置では、切削速度を決定する主軸回転数や送り速度に、
経験値や計算値にもとすいて決定し、′切削中はそ九ら
の速度を一定に保つように制ｉｉ＋を行なっている。特
にＮＣ旋盤装置などでに、刃物が主軸に垂直に移動して
主軸中心からの半径が変化したときに、周速、つまり工
具と加工物の相対速度が一定となるように主軸回転数を
変化させる周速一定制御方式がとられている。しかしこ
のような方法ではもともとの切削速度・の設定が適切で
なイ場合や、素材寸法のバラツキによる切込み量の変化
、工具の変形な、どによる加工条件の変化が大きい場合
、それに対応できないので、作業者が切削状態を観察し
て状況に合わせて主軸回転数や、送り速度管変更する必
要があった。これｔ′ｉＮＣ指令テープ上の設定値その
ものを変更したり、機械運転中のときは主軸回転数や送
り速度を係数倍するオーバーライド機能によって対応し
ていたが、。 夜間運転や、無人運転を行なう場合に杖問題であった。 一方、試験的なものとして、切削力、主軸トルク、工具
の振動、温度、走など各種の切削条件金検出器管取り付
けて測定し、それらのデータによシ切削カ一定、工具寿
命最適、加工コスト最小などの評価関数により演算して
、主軸１転数、送り２ｏ速度、切込み量などを自動的に
変える適応制御装置があるが、高度制伽が複雑なシステ
ムになってしまうため、コストや信頼性などの点で実用
的ではなかった。 第１図は従来のデイジタルザーが方式の数値制御装置の
概略構成図であって、図中、１は指令パルス作成部で、
キーデータを読み取る指令入力部２　、　ＮＣチーｆ４
やＮＣの状態を表示する表示部３　、ＮＣＣ指令チー上
読み取るテープ入力部５゜テープ上の情報より実際に機
械を動かす指令を作成したり、指令入力部２２表示部３
　、ＮＯテープ４ｔ−制御するマイクロコンピュータに
よシ構成された制御部６、その制御部６で作成された指
令にしたがい直線や円弧などに対応する各軸ごとの指令
パルスを発生する補間部７よ構成る。この指令・ぐルス
作成部１からの指令／４’ルスは各軸ごとに設けられた
サーボ部１０に入る。ここでは−軸のみ示すが、指令ノ
母ルス作成部１よりの指令パルス数と位置検出器１６よ
りのフィードバックノ母ルス数の差を比較器１１で検出
し１．ディジタルアナログ変換器１２によりアナ四グ量
に直し、サーがアン７’１３で増１４により機械系１５
ヲ駆動１５、被加工物を切削工具により加工する。そし
て、その加工状態が位置検出器１６により検出され、フ
ィー゛−バックパルスとして比較器１１に入力される。 ここで、比較器１１の内容は位置偏差になっているため
、フィードバックルーズの断線や工具がなにかに引っか
かり移動できないときなど、異常事態となり、フィード
バックノやルスが帰ってこなくなる。そのため位置偏差
は非常に大きな値となり、さらにサーがモータに高出力
を出させるように作用するが、そのように、位置偏差が
設定された範囲を超え几場合、サーボ系が異常であるこ
とを判断し、アラームを出し、同時に機械停止を行なう
構成をとっていた。 すなわち、第１図に示す構成では、素材寸法のばらつき
による切込み量の変化、工具の変質などによる加工条件
の変化に対応できるには限度があり、また、フィードバ
ックルーズの断線、工具の引掛り、移動できない場合に
は増々サー？モータのトルクが増加し、工具破損などに
至るおそれがあった。 本発明の目的は、前に述べた加工条件検出器や高度なシ
ステム無しに、従来の数値制御装置の機能を利用してわ
ずかの装置を付加するだけで、最適制御ができる数値制
御装置Ｉを提供するにある。 本発明は、数値制御における位置偏差を読出し、その蝋
よりサーボ系の負荷トルクを算出して加工力一定となる
ようにサーが系の速度制御を行なうようにしたものであ
る。すなわち、本発明は指令パルス作成部より出力され
る指令パルスは一定の速度で移動指令を出しているので
、比較器の内容は制御理論で言う定常速度偏差となる点
に鑑みなされたものである。 ここで、定常速度偏差？１とすると一般に、＃＝＝Ｆｃ
／に＋ＦＲ’Ｔｃ／（Ｋ＠ＴＰ）　　　−（１１ＦＣ＝
指令速度、Ｋ：サーが系の開ループゲイン、ＦＲ：モー
タの定格回転数のときの送り速度、Ｔｏ：モータ軸換算
負荷トル°り、 ＴＰ：モータ定格トルク といえる。ここでＫ　、　Ｆ、　、　ＴＰは定数なので
、定常速度偏差８は指令速度Ｆ。と負荷トルクＴ。によ
って決まり、逆に定常速度偏差６と指令速度Ｆ。ガわか
れば負荷トルクＴ。が決定でき・る、ｆた負ｖｒ）ルク
Ｔｃは切削力に比例し、ｇＪｖｉｔｓ力Ｐｉ、Ｐ：Ｒ”
Ｄ　＠も　　　　　−＋（２）Ｒ：切削抵抗、Ｄ；切込
み量、Ｆ、：切削速度なので、切削速度Ｆ、？ｆえるこ
とにより切削力つまシ負荷トルクを変え・る・ことがで
きる。本発明はこれら（１）、（２）弐′ｔ−利用して
、定常速度偏差よシ負荷トルクを算出し２、切削カ一定
として機械の能力ｔフルに発揮させる如（、指令速度音
制御するようにしたものである。 以下、本発明の一実１施ｆＪｔ−’Ｉｔ！：２’図〜第
５図に従って説明する。ハード・つ、二）・の・構成、
は纂゛２；図のよう罠なっており、同図ｔｚｒ前述・第
１（図の一般的なデイジタルサーが方式の敬１値づ制・
御装置健１置偏差読出装置１７を付加し、その°位置偏
羞読゛出装置１７により比較器１１の比較状態を続出し
、それ會指令パルス作成部ｌの制御部６＃／ｃフイード
バツクしである。 第２図に示す比較器１１の内部構成を示すとＷ、３図の
如くであるが、指令パルス作成部】からのノタルスは実
際［Ｈプラス方向とマイナス方向の２種類あり、これは
位看検出器１６よりのフィードバック・母ルスも同様で
ある。この指令）４ルスをアップダウンカウンタである
指令カウンタＩで積算し、フィードバックノ母ルスを同
様なフィードバックカウンタ２１で積算する。そして、
タイミング発生部列のタイミングにしたが、減算器ηで
そのときの指令カウンタの値よりフィードバックカウン
タの値を引き算し、矛の差を出力ラッチ器に保存する。 これは２つのカウンタは時々刻々変化するが、デジタル
アナログ変換にはある程度の時間が必要なためこの変換
時間の間デジタルアナログ変換器１２への出力を一定に
保つために必要である。さらにタイミング発生部列はデ
ジタルアナログ変換器と同期を取るために接続されてい
る。このような比較器では位置偏差のサングリンー値が
出力ラッチるにあるといえるので、位置偏差続出装置１
７ハ、同図に示すように、出力ラッチ乙の出力にパスバ
ッファ２５ヲ接続し、指令・ぐルス作成部ｌ内のマイク
ロコンピュータの続出信号によりパスバッファ２５ｔ−
制御する続出制御部２６を、比較器１１に付加すれば簡
単に構成できる。 先に述べたように（１１式は定常送り状態で成立するの
で、加速減速時の位置偏差は不要であり、このときの位
置偏差を用いて（１）式の処理を行うと、あやまった制
御が行なわれることになる。ところで指令ノ譬ルス作成
部１では、機械系にショックを与えないために自動加減
速をかけるのが普通である。これは縦軸に指令速度ｆ横
軸に時間ｔｉと９機械系の時定数ｔＴＭとすると、第４
図のようになる。つまシ機械系の時定数ＴＭに合わせて
加速をかけているので、スタート時よりＴＭの数倍時５
間後のＡ点では機械系は定常状態に落ちついていると考
えられる。また減速の場合Ｂ点で指令速度の関数型が変
わるので、指令ノ母ルス作成部１内でソフト６エアによ
ル関数型を変えたり、ノ１−ドウエアのｆｆ−）制御で
関数型を変えたりする必要が２８ある。そこで、ソフト
ウェアによる場合は関数型を変更するとき同時に位置偏
差サンプリング終了フラグなどをセットすればよいし、
ハードウェアによる場合はダート信号でマイクロコンピ
ュータに割込をかけて、その割込処理プログラム内で同
様に位置偏差サンプリンダ終了フラグをセットすればよ
い。この・ようにして、Ａ点よりＢ点までの位置偏差を
サングリ゛ンダすればこれが定常速度偏差を表わすとと
Ｋなる。 次にソフトウェアの構□成

【第５図に示す。すなわち、
スタートがなされ、過程（９）で前述した第４図の定常
速度偏差検出開始点Ａに達するまでルーｆ’ｒして待つ
。Ａ点に達すると過程３１に進み定常速度偏差−を位置
偏差読出装置１７より指令ノ母ルス作成部１内の制御部
６０マイクロコンピユータに取込む。過程３２では取込
んだ定常速度偏差は短かい周期微動で振動しているので
、単にこの値を用いて処理會行うと制御の行きす−ぎが
起る可能性があるため、数サンプリング周期の値を平均
してデイジタルローノヤスフィルタを構成し、定常速度
偏差の高周波成分を取り除く。 過程おでは、機械系によって決まっている開ルーｆｌ’
インに、モータ定格送り速度−、モータ定格トルクＴＰ
と指令速度Ｆ。をもとに（１）式にしたがい、負荷トル
クＴｃ？算出する。・機械系の定数は異なった機械にも
対応できるように制御部６内のメモリの定数エリアに書
込んでおく。また指令速度はＮＣテープ上の指令と、オ
ーバーライドスイッチなど操作部分の状態によって決定
され、これは制御部６内のマイクロコンピュータで演算
して決めるので、この結果をメモリ中に取っておけば指
令速度Ｆ。が得られる。　最適負荷トルクは、加工物の
材質、工具の形状、材質、切削方法、切削目的（仕上げ
が、荒削９かなど）、切削の経済性會どう考えるかなど
の複雑な要因によって決まるので、負荷トルクの最大値
Ｃと最小値り、負荷トルクの変動率の最大値Ｅと最小値
Ｆなどの判定に用いる数値は指令入力部より入力するよ
うにしておき、その決定は図示していない外部回路で行
なう。 そして、まず、過程あで主軸回転数が変更可能２ｏかど
うか、主軸オーバーライドキャンセルフラグを判定し、
変更不可の場合、過程３９へ行き、変更可節の場合は過
程部〜関の処理を行つ。オーバーライドキャンセルフラ
グは指令入力部２のスイッチにより設定されている。過
程おで算出した負荷トルク會過程あて負荷トルク最大値
Ｃと比較１１、算出負荷トルクの方が大きければ、過程
間で主軸回転数を１段減速オーバーライドして１０％程
度減速する。過程３７では算出負荷トルクと負荷トルク
最小値りと比較し、算出負荷トルクの方が小さければ、
過程間で主軸回転数を１段加速オーバーライドし２て１
０％程度加速する。オーバーライド実行は既にある、指
令入力部２のオーバーライドスイッチを切替えたときの
処理と同様のことを行えばよいので、割判部６内のマイ
クロコンピュータにより指令速度ｉ１０％増減して速度
変更処理を行えばよい。次に、負荷トルク変動を予防す
るために、主軸回転数より応答の速い、送り速度を変更
すること金考える。 そして、過程３９では送り速度変更可能かどうか、送り
オーバーライドキャンセルフラグ會判定し、は過程和〜
祠の処理を行う。オーバーライドキャンセルフラグは、
主軸と異なり専用のスイッチはないが、キー操作により
指令入力部６から設定できる。さらに過程栃では前回ま
での負荷トルク平均値と、今回算出した負荷トルクとの
差を求め、負荷トルクを時間微分して負荷トルク変動率
を算出する。そして過程４】で負荷トルク変動率最大値
Ｅと比較し、算出値の方が大きければ過程４２で指令速
度管１段減速オーバーライドして１０％程度減速する。 過程４３で負荷トルク変動率最小値Ｆと比較し、算出値
の方が小さければ過程４４で指令速度ｉ−１段加速オー
バーライドして１０％程度加速する。 加速減速は主軸の場合と同様、オーバーライドスイッチ
切換時の処理全行う。 過程４５ハ、過程栃で使用した負荷トルク平均鎖管算出
する。これは、前回までの負荷トルク平均値Ｐと今回の
負荷トルクＱおよび、前回までのサ　　゛ングリング回
数Ｎより、平均負荷トルクＶとすると、 Ｖ＝＝　（Ｎ＠　Ｐ＋Ｑ　）／（Ｎ＋　１　　）　　　
　　　　−（３）より計算する。そして、制御部６のメ
モリ内に保存しておく、過程４６では定常速度偏差のサ
ンプリング終了点である減速開始点Ｂに来たかどうか判
定し、まだＢ点に達していなければ、前に述べた過程３
１よりの処理をくり返Ｌ、Ｂ点に来たら本速度制御処Ｉ
ｌｆログラム？終了する。 このような制ａを行なうことにより負荷トルク、つまり
切削カ一定の切削が行なわれ、仕上げ面の向上や、工具
寿命の最適化、トータルでの切削時間の減少などの効果
が得られる。 ま友外部の設定により、主軸および送り速度のオーバー
ライド會禁止【、て切削を行ない過程４５で求めた平均
負荷トルクｆｌ、＋２１式で示したように切削抵抗Ｒと
切込み量り、切削速度ＦＳに比例するので切込み量Ｄ’
を一定と仮定して、切削速度Ｆ、で除算した値が切削抵
抗を表すことになる。工具が摩耗して来ると切削抵抗が
急増するので、このオーバーライドキャンセル時の平均
負荷トルクを見れば、工具の摩耗状況が判定できる。さ
らに速度制御の各判定に用いるＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆなどの値
を決定するときに実測データとして利用できるので、表
示部３により外部に表示できるようにする。 本実施例では、負荷トルクの値により主軸回転数を変化
させ、負荷トルクの変動率の値にょシ送ｐ速度を変化さ
れる制御を行なう場合について述べたが、他の実施例と
して、負荷トルクの値により主軸回転数のみ金変化させ
るものや、負荷トルク変動率だけを算出して送シ速度の
みを変化させるもの、また、負荷トルクの値により送り
速度のみを変化させるものなども、ソフトウェアの一部
変更で実現でき、機械系の特性に合わせた、最適制御を
行うことができる。 以上の実施例によれば、加工物の材質の変化や、バイト
の交換や摩耗、加工前の寸法のばらつきによる切込量の
変化などの各種切削条件の変化に対して複雑高価なセン
サーを付加することなしに、サー？モータの負荷トルク
を算出し、切削カ一定になるように指令速度を制御する
よう圧したものであるから、ＮＣテープ上の速度設定値
は、自動１的に１．かも切削中に最適切削力となるよう
に調整されるたみ、ラフな値でもよく、作業者が切削状
態を監視する必要もなくなり、加工物の材質を変えた場
合や、工具を交換ｌ−た場合ＫＮＣテープ上５の速度設
定値を変更する必要がなく、同一のＮＣテープで対応で
きる。また、従来の数値制御装置では、工具干渉などで
サーが系が移動できなくなった場合、位置偏差が急増し
てアラーム停止する前では、増々サーがモータの、トル
クが増加し、工１ｏ具破損などに至る可能性があったが
、本実施例によれば、位置偏差が急増すると、切削速度
が低下する方向に制御なれるので、工具破損などの異常
事態を未然に防止できる。 なお、上述の実施例では数値側ａｔ応用した工Ｉ５作機
械としてＮＣ旋盤装置について述べたが、これに限らず
数値制御全応用するものであればいかなるものにも応用
でき、例えば、ロゲット、印刷装置などには最適といえ
る。 以上の説明からも明らかなように本発明によれ２１１ば
、負荷加工条件等の設定値は、自動的に、しか１も最適
な値に調整されるため、ラフな値を決めるだけで済み、
作業者の監視は簡単なものとなる等の利点があり、数値
制御装置として最適なものといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のディジタル式数値制御装置の概略ブロッ
ク図、第２図は第１図に対応する本発明の一実施例を示
す概略ブロック図、第３図は第２図の要部をさらに具体
的に示ビたブロック図、第１０４図は指令速度の加減速
・臂ターン上水す速度一時間特性図、第５図は第２図に
示す装置の動作説明管するフローチャートである。 １・・・指令パルス作成部、２・・・指令入力部、３・
・・表示ＩＬ　４・・・ＮＣテープ、５・・・テープ入
力部、６１５・・・１１１１Ｊ櫛部、７・・・補間部、
１０・・・サーが部、１１・・・比較器、１２・・・デ
ィジタルアナログ変換器、１３・・・サーが７ｙグ、１
４・・・サーがモータ、１５・・・機械部、１６・・・
位置検出器、１７・・・位置１差読出装置、美・・・指
令・Ｉルスカウンタ、２】・・・フィードバックパルス
カウンタ、２ｏ２２・・・減算器、ｎ・・・偏差ラッチ
、Ｕ・・・タイミング発生部、δ・・・出カッぐツファ
、加・・・読出節Ｊ御部。 代理人弁理士　　秋　本　　止　　リ 第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力データに基ずいて負荷装置を作動させるための指令
   ・ぐルスを作成する指令／ＩＰルス作成部と、該指令・
   やルス作成部からの指令ノ４ルスと負荷装置からのフィ
   ードバックノ母ルスの差を比較し、その比較結果に基す
   いて負荷装置を作動せしめるサーが部とを備えて成る数
   値制御装置であって、前記サゴ部よｐ位置偏差を続出し
   、その値を指令ノヤルス作成部にフィードバックする位
   置偏差読出し回路を設けた構成を特徴とする数値制御装
   置。