JP3152404B2 - 数値制御における送り速度制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、数値制御における送り
速度制御方法および装置に関し、特に微小加工ブロック
が連続する加工時にショックがなく、高速加工を可能と
する数値制御における送り速度制御方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ技術や数値制御（ＮＣ）手
法の発達に伴い、コンピュータを使用した数値制御に基
づく機械加工の加工速度や加工精度特性の向上は著しい
ものがあり、自由曲面等における多種類の曲面加工にも
対応可能な装置も実用化されている。数値制御における
機械加工は、ＮＣテープ等の記録媒体から読み出した加
工処理対象（被加工物）のＮＣデータ（ＮＣプログラ
ム）を切削工具の移動経路に基づき、加工ブロック毎に
解釈処理を行う。

【０００３】ところで、被加工物の加工形状は種々雑多
であり、１つの加工ブロックの動作に要する時間も長短
ある。一方、ＮＣデータの解釈には数値制御装置の演算
処理速度に依存する解釈時間を要する。したがって、１
つの加工ブロックの加工動作に入る前には当該１つの加
工ブロックについてのＮＣデータ解釈が終了していなけ
ればならない。そこで、従来はバッファメモリを用意
し、このバッファメモリに複数ブロックについての解釈
データを格納しておき、時間遅れのないようにバッファ
メモリから読み出されたデータに基づいて加工動作を行
わせている。しかしながら、バッファメモリの容量は無
限ではなく、通常は構成の簡素化、コスト等を考慮して
最小容量に抑えていることが多い。バッファメモリの残
容量がなく、加工ブロックの処理時間が解釈時間よりも
短いようなとき、つまり、加工部の長さが短いときに
は、加工動作に入る前に、必要な解釈データが入力され
ない恐れが生ずる。

【０００４】図６には、一定のプログラム指令速度ＦC
で直線加工を、Ｎ１〜Ｎ１２の各加工ブロックついて行
う場合の加工工具の軌跡（プログラム指令経路）が示さ
れている。各加工ブロックの矢印は向きを、その長さは
加工移動距離を示している。加工ブロックＮ１１とＮ１
２はコーナー加工時における減速工程を示す。図７に
は、図６の加工動作過程におけるプログラム指令速度Ｆ
ｃが一定の場合の各加工ブロックの動作時間が示されて
いる。図から明らかなように、移動距離が短い加工ブロ
ックは、それに比例して動作時間も短くなっている。

【０００５】したがって、図８に示すように各加工ブロ
ックのプログラムの動作時間が許容最小移動時間Ｔａよ
りも短かくなると、移動指令パルス出力が間に合わなく
なり、送り速度がステップ的に変化する。その結果、機
械の送り動作が不連続となり、加工工具に機械的ショッ
クを与えてしまい、加工精度が低下するという問題が発
生する。そこで、データ解釈時間等によって定まる許容
最小移動時間Ｔａと、加工ブロックの移動距離Ｌとで定
まる許容最大送り速度Ｆｄを動作中にリアルタイムで求
め、移動指令速度Ｆｃが許容最大送り速度Ｆｄを越えて
いる場合は、該当加工ブロックの実際の送り速度を許容
最大速度Ｆｄに設定することにより、スムーズな減速を
可能とし、工作機械の運動の機械的ショックや加工精度
の低下を防止するような方法を本願出願人は、先に提案
している（特願平３−２４４２１４号）。

【０００６】この方法では、ＮＣテープからのデータに
基づいてＮＣプログラムのある加工ブロックの移動量
（Ｌ）を計算し、得られた移動量Ｌと、許容最小移動時
間Ｔａとから許容最大速度ＦｄをＦｄ＝Ｌ／Ｔａで計算
する。続いて、指令送り速度ＦｃがＦｄよりも大きいか
否かを判断し、大きいと判断されたときには、実際の送
り速度（移動速度目標値）ＦをＦ＝Ｆｄと設定し、小さ
いか等しければＦ＝Ｆｃと設定する。そして、該当加工
ブロックの送り速度Ｆｔを目標値とし、加減速加速度
（パラメータ）によって決まる指令速度傾斜から、バッ
ファメモリ内に格納されている加工ブロックの移動区間
内における減速開始点を求めた後、減速開始点から該当
加工ブロック始点までの速度指令曲線を生成する。こう
して生成された速度指令曲線に従った速度で送り速度を
制御して加工動作を行う。こうして得られた加工ブロッ
ク毎の送り速度の変化が図９に示されている。図９から
も明らかなように、本実施例では、加工ブロック移動距
離が短い（加工ブロック動作時間が短い）場合には、例
えば、加工ブロックＮ２〜Ｎ６，Ｎ８，Ｎ９のように送
り速度を低くして最低限データ解釈時間を確保するよう
にしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、先に提
案した送り速度制御方法および装置では、微小加工ブロ
ックそれぞれの減速速度を求め、当該微小加工ブロック
の開始時点で求められた減速速度となるような速度制御
を行っている。しかしながら、各加工ブロックの減速速
度が異なる場合には、常時加減速制御を行わなければな
らず、加工面や機械本体に悪影響を与えてしまうという
問題がある。また、多数の加工ブロックのうち、１加工
ブロックでも微小加工ブロックが存在すると、当該加工
ブロックの許容速度まで減速しなければならず、加工速
度面でも問題が生じる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、連続して微小加
工ブロックが存在するときにもショックが発生せず、高
速加工を可能とする数値制御における送り制御方法およ
び装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明による数値制御における送り速度制御方法
は、時系列的に入力される加工ブロック毎のＮＣデータ
をバッファメモリに格納し、該バッファメモリに格納さ
れているＮＣデータに基づいて加工工具の送り速度を制
御する数値制御における送り速度制御方法において、前
記バッファメモリ内に格納された最新の加工ブロックの
ＮＣデータにより定まる指令送り速度と、該最新の加工
ブロックの加工動作が不連続とならない範囲の送り速度
である許容最大送り速度とに基づいて目標送り速度を求
め、現在動作中の送り速度と前記求めた目標送り速度と
を比較し、比較結果に応じて現在動作中の送り速度から
前記最新加工ブロックの目標送り速度への変化を示す速
度指令曲線を複数のブロックにまたがって所定の加減速
カーブに従って作成し、前記バッファメモリへの前記最
新の加工ブロックのＮＣデータ格納毎に前記作成した速
度指令曲線を更新し、前記更新した最新の速度指令曲線
に従って送り速度を制御するように構成されている。ま
た、本発明による数値制御における送り速度制御装置
は、時系列的に入力される加工ブロック毎のＮＣデータ
をバッファメモリに格納し、該バッファメモリに格納さ
れているＮＣデータに基づいて加工工具の送り速度を制
御する数値制御における送り速度制御装置において、前
記バッファメモリ内に格納された最新の加工ブロックの
ＮＣデータにより定まる指令送り速度と、該最新の加工
ブロックの加工動作が不連続とならない範囲の送り速度
である許容最大送り速度とに基づいて目標送り速度を求
める第１の手段と、現在動作中の送り速度と前記第１の
手段で求めた目標送り速度とを比較する第２の手段と、
前記第２の手段の比較結果に応じて現在動作中の送り速
度から前記最新加工ブロックの目標送り速度への変化を
示す速度指令曲線を複数のブロックにまたがって所定の
加減速カーブに従って作成し、前記バッファメモリへの
前記最新加工ブロックのＮＣデータ格納毎に前記作成し
た速度指令曲線を更新する第３の手段とを備え、前記第
３の手段で作成した最新の速度指令曲線に従って送り速
度を制御するように構成されている。

【００１０】

【作用】本発明では、バッファメモリに複数加工ブロッ
クについてのＮＣデータを格納し、バッファメモリに空
きエリアが生じ、新しい加工ブロックのＮＣデータが格
納される毎に、当該新しい加工ブロックでの送り速度が
設定されるように、バッファ内の処理ブロックにまたが
った速度指令曲線を作成する。つまりバッファメモリに
新しい加工ブロックのＮＣデータが格納される毎に、そ
の時点では可能な限り高速送りになるように現在動作中
の送り速度に遡って速度指令曲線を作成し直している。
この作成した最新の速度指令曲線に基づいて、加工を行
うことにより、微小加工ブロック処理時のショックを除
去し、高速加工を可能としている。より具体的には、現
在動作中の送り速度と、バッファメモリ内に格納された
最新の加工ブロックのＮＣデータに基づいて求めた最新
加工ブロックの目標送り速度との比較結果に応じて現在
動作中の送り速度から前記最新加工ブロックの目標送り
速度への変化を示す速度指令曲線を複数のブロックにま
たがって所定の加減速カーブに従って作成する。この速
度指令曲線は、バッファメモリへの最新の加工ブロック
のＮＣデータ格納毎に更新され、更新した最新の速度指
令曲線に従って送り速度を制御する。

【００１１】

【実施例】次に、本発明について図面を参照しながら説
明する。図１は、本発明による数値制御における送り速
度制御方法および装置の動作処理手順を示すフローチャ
ート、図２は、その装置構成ブロック図である。図２に
おいて、ＮＣテープ１からのデータはデータ受信／解釈
部２にて受信、解釈され、解釈データがバッファメモリ
３に記録される。バッファメモリ３は、複数ブロックに
ついてのＮＣテープ１からの解釈データを格納し、古い
順に速度制御部４に送出する、いわゆるＦＩＦＯ機能を
有する。速度制御部４は、バッファメモリ３から供給さ
れるデータに基づいて、以下に説明するような速度制御
を行わせるべく制御信号をサーボ部に送出する。サーボ
部５は、この制御信号を受け、上記指定された制御態様
で工作機械６を制御する。

【００１２】図１において、先ず、受信／解釈部２は、
次の加工ブロックについてのデータを読み込み、解釈し
た後（ステップＳ１）、数値制御フォーマットへの変
換、移動距離データの演算等の前処理を行う（ステップ
Ｓ２）。次に、バッファメモリ内に空きエリアができた
か否かを判断し（ステップＳ３）、空きエリアができた
ときに、前処理が終了した加工ブロックデータをバッフ
ァの空きエリアに格納し（ステップＳ４）、バッファに
格納された最新加工ブロックの目標送り速度Ｆｔを求め
る（ステップＳ５）。ここで、目標送り速度Ｆｔは、図
８や図９を参照した従来技術の説明で述べたように、バ
ッファに格納された最新加工ブロックの移動量Ｌを許容
最小移動時間Ｔａで除して求まる許容最大送り速度Ｆｄ
と予めＮＣデータで指令する指令送り速度Ｆｃとの比較
で求めることができる送り速度である。つまり、目標送
り速度Ｆｔの求め方の一例は、ＦｃがＦｄよりも大きい
ときは目標送り速度ＦｔをＦｔ＝Ｆｄと設定し、Ｆｃが
Ｆｄよりも小さいか等しければＦｔ＝Ｆｃと設定する。
要するに、目標送り速度は、現在動作中のブロックの何
ブロックか先の、バッファに格納された最新の加工ブロ
ックの加工を機械の動作が不連続とならないように行な
える範囲の送り速度のことである。そして、図３に示す
処理により現在動作中の速度Ｆａと演算で求めた最新の
目標送り速度Ｆｔとを比較し、比較結果に応じて、バッ
ファ内の処理済加工ブロックにまたがって、目標速度に
向かって所定態様の増速、減速制御を行わせるべく速度
指令曲線を生成する（ステップＳ６）。次に、こうして
得られた最新の速度指令曲線に従った速度制御を行い
（ステップＳ７）、プログラムの終了を判断する（ステ
ップＳ８）。ここで、終了でないと判断されるとステッ
プＳ１の処理に戻り、終了と判断されれば処理を終了す
る。

【００１３】図１のステップＳ６の速度指令曲線生成処
理における動作処理を、図３のサブルーチンを参照して
説明する。最新の速度指令曲線を生成するため、先ず、
現在動作中の速度Ｆａと、演算で求めた最新の目標送り
速度Ｆｔを比較し（ステップＳ６１）、Ｆｔ≦Ｆａであ
れば、現在は減速中または一定速度で動作中か否かを判
断する（ステップＳ６２）。ここで、“ＮＯ”、つま
り、増速中であると判断されると、現在の速度曲線に従
って増速を続ける速度曲線とし（ステップＳ６３）、
“ＹＥＳ”と判断されれば、現在の速度のまま一定速で
移動する速度曲線とする（ステップＳ６４）。こうして
得られた速度曲線に基づき、パラメータで決められた加
減速カーブに従い、バッファ内の処理済加工ブロックに
またがって最新加工ブロックの先頭が目標速度Ｆｔまで
減速するための減速開始点を求め、減速開始点までの速
度曲線と減速開始点後の速度曲線をつなげて新しい速度
指令曲線を作成する（ステップＳ６５）。一方、ステッ
プＳ６１において、Ｆｔ＞Ｆａであると判断されると、
パラメータで決められた加減速カーブに従い、バッファ
内の処理済加工ブロックにまたがって目標速度に向かっ
て増速する速度指令曲線を作成する（ステップＳ６
６）。

【００１４】図４の（Ａ）〜（Ｅ）には、５個のバッフ
ァを備えたときの速度指令曲線の生成手順の具体例が示
されている。図４の縦軸は送り速度を、横軸は時間を示
し、横軸下部に表示されているＮ６〜Ｎ１０矢印はブロ
ックＮ６〜Ｎ１０のそれぞれの処理タイミングを示して
いる。例えば、図４の（Ａ）では、加工ブロックＮ６に
ついての処理が行われており、加工ブロックＮ６におけ
る送り速度Ｆ_t6 が求まり、加工ブロックＮ１〜Ｎ４ま
では一定送り速度Ｆｃ（指令送り速度）で加工処理を行
わせるよう指示する。また、加工ブロックＮ５では、加
工ブロックＮ６の処理開始時点でＦ_t6 となるように、
パラメータで定まる加速度（加減速カーブ）に基づい
て、減速開始点Ｔ_DAを求め、Ｔ_DAから減速を開始させる
ような速度指令曲線が得られている。

【００１５】また、（Ｂ）では、加工ブロックＮ７の処
理が行われ、同様に、加工ブロックＮ７の処理開始時点
で得られた送り速度Ｆ_t7 になるように、新たに減速開
始点Ｔ_DB（加工ブロックＮ５の処理期間内にある）を求
め、上記加速度で減速するような速度指令曲線が得られ
ている。図４の（Ｃ）において、加工ブロックＮ８の処
理が行われて得られた送り速度Ｆ_t8になるように、減速
開始点Ｔ_DCを求め、この時点Ｔ_DCから減速を開始するよ
うな速度指令曲線が得られる。同様に、図４の（Ｄ）に
おいては、加工ブロックＮ９の処理が行われて加工ブロ
ックＮ９の送り速度Ｆ_t9 が求められており、減速開始
点Ｔ_DD（加工ブロックＮ６の処理期間内にある）から減
速動作が行われている。

【００１６】次に、図４の（Ｅ）において、加工ブロッ
クＮ１０における送り速度Ｆ_t10が加工ブロックＮ７の
処理過程で得られ、そのときの（現在動作中の）速度Ｆ
ａが減速中であり、Ｆ_t10がＦａよりも大きいので上記
加速度に基づいて、現時点Ｔ_{U E}から増速処理に入るよう
な指令速度曲線が得られる。上述のような処理により、
連続する微小加工ブロック加工時のショックが除去され
るだけでなく、高速加工処理が可能となる。

【００１７】特に、図３に示す処理Ｓ６２〜Ｓ６４によ
って、より高速加工が可能となる。このことを図４と同
様な関係を示す図５（Ａ）〜（Ｆ）を参照して説明す
る。図５の（Ａ）では、加工ブロックＮ１〜Ｎ１０のう
ち、加工ブロックＮ１０についての処理により速度Ｆ
_t10が得られ、バッファに記憶されている加工ブロック
Ｎ６〜Ｎ１０のＮＣデータに基づいて速度指令曲線が得
られている。（Ｂ）においては、長時間の加工ブロック
Ｎ１１についての送り速度Ｆ_t11を当該加工ブロックＮ
１１の処理開始時点で設定することは、加速度が一定で
あることから不可能であり、Ｆ_t11に設定されるのは加
工ブロックＮ１１の処理途中である。次に、加工ブロッ
クＮ１１の加工処理途中で、加工ブロックＮ１２の処理
により現在の送り速度Ｆａよりも小さい送り速度Ｆ_t12
が得られたときに、図３の上記処理Ｓ６２〜Ｓ６４がな
い場合には、通常は、当該速度Ｆａを持続して一定送り
速度を設定し、加工ブロックＮ１２の処理開始時点で送
り速度Ｆ_t12となるような減速開始点Ｔ_DCを求め、時点
Ｔ_DCから減速を開始し、更に、（Ｄ）に示すように、加
工ブロックＮ１３についての送り速度Ｆ_t13となるよう
な速度指令曲線を得ることになる。これに対して、本実
施例では、（Ｅ）に示すように、加工ブロックＮ１２処
理時に得られる目標送り速度Ｆ_t12が現在の送り速度Ｆ
ａよりも小さく、現在は増速中の場合には、現在の速度
曲線に従って増速を続ける速度曲線とし、加工ブロック
Ｎ１２の処理開始時点で送り速度Ｆ_t12となるような減
速開始点Ｔ_DEを求めて、時点Ｔ_DEから減速を開始する。
次に、加工ブロックＮ１３の処理により送り速度Ｆ_t13
が求まると、図５の（Ｆ）に示すように、現在、増速中
であるから、同様に増速するが、加工ブロックＮ１３の
処理開始時点で送り速度Ｆ_t13となるように、増速を時
点Ｔ_SFで一定にした後、減速開始点Ｔ_DFから減速を開始
するような速度指令曲線を作成する。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による数値
制御における送り速度制御方法および装置は、バッファ
メモリに複数加工ブロックについてのＮＣデータを格納
し、バッファに空きエリアが生じ新しい加工ブロックの
ＮＣデータが格納される毎に、当該新しい加工ブロック
での送り速度が設定されるように、バッファ内の処理加
工ブロックにまたがった速度指令曲線を作成し、この作
成した最新の速度指令曲線に基づいて、制御を行ってい
るので、従来のような連続する微小加工ブロック処理時
のショックがなくなるだけでなく、高効率な速度制御が
できるのでより高速な加工が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による数値制御における送り速度制御方
法および装置の一実施例の動作手順を示すフローチャー
トである。

【図２】本発明による数値制御における送り速度制御装
置の一実施例の構成ブロックである。

【図３】図１の実施例における速度指令曲線の作成手順
を示すフローチャートである。

【図４】本実施例による処理工程を説明するための速度
指令曲線作成の時間的変化を示す図である。

【図５】本実施例により更に高効率な処理を図る速度指
令曲線作成の時間的変化を示す図である。

【図６】数値制御加工における加工工具の移動軌跡の一
例を示す図である。

【図７】図６の例におけるプログラム指令速度とブロッ
ク時間との関係を示す図である。

【図８】図７の例についての従来方法および装置で得ら
れる実際の送り速度の変化を示す図である。

【図９】図７の例についての従来方法および装置で得ら
れる本発明の実施例によるブロック毎の送り速度の変化
を示す図である。

【符号の説明】

１ ＮＣテープ ２ データ
受信／解釈部 ３ バッファメモリ ４ 速度制
御部 ５ サーボ部 ６ 工作機
械

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 規 雄 神奈川県愛甲郡愛川町三増359番地の３ 株式会社 牧野フライス製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−182707（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−147609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−265306（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−153208（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/416

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】時系列的に入力される加工ブロック毎のＮ
   Ｃデータをバッファメモリに格納し、該バッファメモリ
   に格納されているＮＣデータに基づいて加工工具の送り
   速度を制御する数値制御における送り速度制御方法にお
   いて、 前記バッファメモリ内に格納された最新の加工ブロック
   のＮＣデータにより定まる指令送り速度と、該最新の加
   工ブロックの加工動作が不連続とならない範囲の送り速
   度である許容最大送り速度とに基づいて目標送り速度を
   求め、 現在動作中の送り速度と前記求めた目標送り速度とを比
   較し、 比較結果に応じて現在動作中の送り速度から前記最新加
   工ブロックの目標送り速度への変化を示す速度指令曲線
   を複数のブロックにまたがって所定の加減速カーブに従
   って作成し、 前記バッファメモリへの前記最新の加工ブロックのＮＣ
   データ格納毎に前記作成した速度指令曲線を更新し、 前記更新した最新の速度指令曲線に従って送り速度を制
   御することを特徴とする数値制御における送り速度制御
   方法。
2. 【請求項２】前記比較結果が、前記目標送り速度が現在
   の送り速度よりも大きいときには、所定の加減速カーブ
   に従って前記目標送り速度に向かって増速する前記速度
   指令曲線を作成する請求項１に記載の数値制御における
   送り速度制御方法。
3. 【請求項３】前記比較結果が、前記目標送り速度が現在
   の送り速度よりも小さいときには、現在は減速中または
   一定速度で動作中であるか否かを判断し、そうであれば
   現在の速度のまま移動する速度曲線とし、そうでなく増
   速中であれば、現在の速度曲線に従って増速を続ける速
   度曲線とし、前記最新加工ブロックの処理開始時点で前
   記最新加工ブロックに対する前記送り速度となるような
   減速開始点を所定の加減速カーブに基づいて求め、前記
   減速開始点までの速度曲線と前記減速開始点後、前記最
   新加工ブロックまでの速度曲線とをつなげて新しい速度
   指令曲線を作成する請求項１に記載の数値制御における
   送り速度制御方法。
4. 【請求項４】時系列的に入力される加工ブロック毎のＮ
   Ｃデータをバッファメモリに格納し、該バッファメモリ
   に格納されているＮＣデータに基づいて加工工具の送り
   速度を制御する数値制御における送り速度制御装置にお
   いて、 前記バッファメモリ内に格納された最新の加工ブロック
   のＮＣデータにより定まる指令送り速度と、該最新の加
   工ブロックの加工動作が不連続とならない範囲の送り速
   度である許容最大送り速度とに基づいて目標送り速度を
   求める第１の手段と、 現在動作中の送り速度と前記第１の手段で求めた目標送
   り速度とを比較する第２の手段と、 前記第２の手段の比較結果に応じて現在動作中の送り速
   度から前記最新加工ブロックの目標送り速度への変化を
   示す速度指令曲線を複数のブロックにまたがって所定の
   加減速カーブに従って作成し、前記バッファメモリへの
   前記最新加工ブロックのＮＣデータ格納毎に前記作成し
   た速度指令曲線を更新する第３の手段とを備え、 前記第３の手段で作成した最新の速度指令曲線に従って
   送り速度を制御することを特徴とする数値制御における
   送り速度制御装置。