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JP3203288B2 - Numerical control unit - Google Patents
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JP3203288B2 - Numerical control unit - Google Patents

Numerical control unit

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JP3203288B2
JP3203288B2 JP05283194A JP5283194A JP3203288B2 JP 3203288 B2 JP3203288 B2 JP 3203288B2 JP 05283194 A JP05283194 A JP 05283194A JP 5283194 A JP5283194 A JP 5283194A JP 3203288 B2 JP3203288 B2 JP 3203288B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、与えられた指令にした
がって機械の動作位置を制御する数値制御装置に係わ
り、特に、精度のよい軌跡制御を行うと共に、機械の動
作の急激な速度変化を軽減し、かつ、高効率な加工を実
現する数値制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a numerical controller for controlling the operation position of a machine in accordance with a given command. The present invention relates to a numerical control device that reduces and realizes highly efficient machining.

【0002】[0002]

【従来の技術】工作機械やロボットなどの機械の動作位
置を制御する数値制御装置においては、モータに過大な
負荷を与えたり機械系に急激なショックを与えたりしな
いよう、動作開始時や動作停止時に緩やかな加速・減速
を行う。このような数値制御装置の構成の一例を図5に
示す。この例は、加工プログラムで指令された加工形状
にしたがって工具を移動させるため、X軸、Y軸を制御
する工作機械の数値制御装置の主要部分である。
2. Description of the Related Art In a numerical control device for controlling the operating position of a machine such as a machine tool or a robot, the operation is started or stopped so that an excessive load is not applied to a motor or a sudden shock is applied to a mechanical system. Sometimes slow acceleration / deceleration. FIG. 5 shows an example of the configuration of such a numerical control device. This example is a main part of a numerical controller of a machine tool for controlling an X axis and a Y axis to move a tool according to a machining shape instructed by a machining program.

【0003】加工プログラムPPは複数のブロックから
成り、ブロック毎に機械動作を指定する命令が記述され
ている。一般に、アルファベットで表されるアドレスと
それに続くデータワードで1つの指令が構成され、1ブ
ロックに複数の指令を記して機械の動作を特定させる。
直線形状は”G01" と終点”X”,”Y”とで指令す
る。円弧形状は”G02" (時計回り円弧の場合),”
G03”(反時計回り円弧の場合)と、終点”X”,”
Y”と、円弧中心点を指定する”I”,”J”もしくは
円弧半径”R”とで円弧形状が一義に決まるよう指令す
る。プログラム解釈手段1は、加工プログラムPPを1
ブロックづつ解釈し、形状補間ができるような実行デー
タを生成し、実行データバッファ3に格納していく。ア
ドレス”G”,”X”,”Y”,”I”,”J”などの
データワードから補間形状を規定する形状指令Iとその
経路長Lを、アドレス”F”のデータワードから送りF
を、それぞれ解釈し生成する。そして、生成した実行デ
ータを順次実行データバッファ3の空きに格納してい
く。実行データバッファ3は、複数ブロック分の実行デ
ータを記憶する手段である。
[0003] The machining program PP is composed of a plurality of blocks, and an instruction for designating a machine operation is described for each block. In general, one command is composed of an address represented by an alphabet and a data word following it, and a plurality of commands are described in one block to specify the operation of the machine.
The linear shape is designated by "G01" and end points "X" and "Y". The arc shape is "G02" (for clockwise arc), "
G03 ”(in the case of a counterclockwise arc) and the end point“ X ”,”
Y ”and“ I ”,“ J ”or an arc radius“ R ”that designates the center point of the arc so that the arc shape is uniquely determined.
The execution data is interpreted block by block, and the execution data for performing the shape interpolation is generated and stored in the execution data buffer 3. A shape command I for defining an interpolation shape and its path length L from a data word such as address "G", "X", "Y", "I", "J" are sent from a data word at address "F".
Are interpreted and generated respectively. Then, the generated execution data is sequentially stored in the empty space of the execution data buffer 3. The execution data buffer 3 is means for storing execution data for a plurality of blocks.

【0004】以下は実行データに基づいて一定の補間周
期で補間を実施しモータを駆動するまでの説明であり、
補間するブロックの番号を i で、補間周期の時刻を t
で示す。補間単位量算出部4は、実行データバッファ
3から形状補間部8が補間するブロックと同じブロック
の送り指令F[i] を入手し、これに補間周期毎に読み取
った送り比率OR[t] の値を乗じて指令補間単位量Uc
[t]を算出し、補間単位量遮断部16に出力する。送り
比率OR[t] は、オーバーライドスイッチにより決ま
り、オーバーライドスイッチはオペレータが操作できる
ようになっている。つまり、加工中にオペレータが送り
速度を変更することができるようになっている。補間単
位量遮断部16は、指令補間単位量Uc[t]を補間単位量
U[t] として平滑フィルタ7に出力する。ただし、新た
なブロックを補間し始める場合、最初の時間Tだけは指
令補間単位量Uc[t]を遮断する働きをする。時間Tは次
に説明する時定数Tと同じ時間である。遮断された場合
の補間単位量U[t] の値は0となる。
[0004] The following is a description up to the point where interpolation is performed at a constant interpolation cycle based on the execution data and the motor is driven.
The number of the block to be interpolated is i and the time of the interpolation cycle is t
Indicated by The interpolation unit amount calculation unit 4 obtains the feed command F [i] of the same block as the block to be interpolated by the shape interpolation unit 8 from the execution data buffer 3 and adds this to the feed ratio OR [t] read at each interpolation cycle. Multiply the value by the command interpolation unit amount Uc
[t] is calculated and output to the interpolation unit amount cutoff unit 16. The feed ratio OR [t] is determined by an override switch, and the override switch can be operated by an operator. That is, the feed rate can be changed by the operator during machining. The interpolation unit amount cutoff unit 16 outputs the command interpolation unit amount Uc [t] to the smoothing filter 7 as the interpolation unit amount U [t]. However, when starting to interpolate a new block, only the first time T acts to block the command interpolation unit amount Uc [t]. The time T is the same as the time constant T described below. The value of the interpolation unit amount U [t] in the case of interruption is 0.

【0005】平滑フィルタ7は、入力INを時定数Tの
数だけ蓄積しておき、数1により出力OUTを算出する
ことで平滑する。
[0005] The smoothing filter 7 accumulates the input IN by the number of time constants T, and smoothes the output IN by calculating the output OUT according to Equation 1.

【数1】 OUT[i] : 今回の出力 IN[i-k] : k 回前の入力 T : 時定数 時定数Tは機械の特性によって決まっている値であり、
機械の許容速度Vmaxを機械の許容加速度Amax で除し
てえられる。ここでは補間単位量遮断部16が出力した
補間単位量U[t] を入力IN[i] として扱い、これを平
滑した出力OUT[i] は平滑補間単位量U'[t]となる。
扱う値が速度なので、平滑フィルタ7は入力速度を加減
速して出力する作用がある。
(Equation 1) OUT [i]: Current output IN [ik]: Input k times earlier T: Time constant The time constant T is a value determined by the characteristics of the machine.
It is obtained by dividing the allowable machine speed Vmax by the allowable machine acceleration Amax. Here, the interpolation unit amount U [t] output from the interpolation unit amount cutoff unit 16 is treated as an input IN [i], and an output OUT [i] obtained by smoothing this is a smooth interpolation unit amount U ′ [t].
Since the value to be handled is the speed, the smoothing filter 7 has the effect of accelerating and decelerating the input speed and outputting it.

【0006】形状補間部8は、形状指令I[i] で表され
る形状を補間周期毎に平滑補間単位量U'[t]にしたがっ
て形状補間し、補間した位置P[t] を出力する。さらに
残経路長L'[t-1]から平滑補間単位量U'[t]を差し引い
て残経路長L'[t]と成す。最初のブロックを補間する場
合あるいは残経路長L'[t-1]が0以下であった場合に
は、補間に先立ち実行データバッファ3から形状指令I
[i] および経路長L[i]を入手しておく。速度分配手段
9、X軸サーボ制御手段10、モータ11、位置検出器
12、Y軸サーボ制御手段13、モータ14および位置
検出器15によりX軸およびY軸を制御し、最終的な制
御対象である工具を補間周期毎に出力される位置Pに従
って移動させる。速度分配手段9からX軸サーボ制御手
段10およびY軸サーボ制御手段13へは、補間周期当
たりの移動量ΔPのそれぞれの成分ΔX、ΔYが出力さ
れる。なお、補間周期当たりの移動量は速度に相当する
量である。
The shape interpolating unit 8 interpolates the shape represented by the shape command I [i] in accordance with the smooth interpolation unit amount U '[t] every interpolation cycle, and outputs an interpolated position P [t]. . Further, the smoothed interpolation unit amount U ′ [t] is subtracted from the remaining path length L ′ [t−1] to obtain a remaining path length L ′ [t]. When the first block is interpolated or when the remaining path length L '[t-1] is equal to or less than 0, the shape command I from the execution data buffer 3 is obtained prior to the interpolation.
[i] and the path length L [i] are obtained. The X-axis and the Y-axis are controlled by the speed distribution means 9, the X-axis servo control means 10, the motor 11, the position detector 12, the Y-axis servo control means 13, the motor 14 and the position detector 15, and the final control target is obtained. A certain tool is moved according to a position P output every interpolation cycle. The components ΔX and ΔY of the moving amount ΔP per interpolation cycle are output from the speed distribution unit 9 to the X-axis servo control unit 10 and the Y-axis servo control unit 13. The movement amount per interpolation cycle is an amount corresponding to the speed.

【0007】最後に図3の形状による制御結果の例を図
6に示す。図3の形状は、G[1] を終点とする直線形
状、G[2] を終点とする円弧形状およびG[3] を終点と
する直線形状から成っている。図6(A)は、補間単位
量遮断部16が出力する指令補間単位量Uc を時系列で
表した図である。t(G[1] )、t(G[2] )は、終点
G[1] 、終点G[2] の近傍を通過する時刻である。新た
なブロックを補間し始める場合、最初の時間Tだけは指
令補間単位量Uc[t]が遮断されるので補間単位量U[t]
は0となっている。図6(B)は、形状補間部8が出力
する位置Pの速度ベクトル、すなわちΔPの大きさを時
系列で表した図である。終点G[1] 、終点G[2] でその
速度は0となる。図6(C)は、前記速度ベクトルの変
化分である加速度ベクトルの大きさを時系列で表した図
である。以上のように従来技術の構成によれば、軸の動
作開始時や動作停止時に加速・減速が行われるので、モ
ータや機械系に与える負荷やショックを和らげることが
できる。さらに進路が急激に変わる可能性のある形状の
つなぎ目においても、形状指令毎に一旦停止するので法
線方向の加速度が機械の許容加速度を越えることがな
い。
Finally, FIG. 6 shows an example of a control result based on the shape shown in FIG. The shape in FIG. 3 includes a linear shape ending with G [1], an arc shape ending with G [2], and a linear shape ending with G [3]. FIG. 6A is a diagram showing the command interpolation unit amount Uc output by the interpolation unit amount cutoff unit 16 in a time series. t (G [1]) and t (G [2]) are times when the vehicle passes near the end point G [1] and the end point G [2]. When starting to interpolate a new block, the command interpolation unit amount Uc [t] is interrupted only for the first time T, so the interpolation unit amount U [t]
Is 0. FIG. 6B is a diagram showing the velocity vector of the position P output from the shape interpolation unit 8, that is, the magnitude of ΔP in a time series. The speed becomes 0 at the end point G [1] and the end point G [2]. FIG. 6C is a diagram showing the magnitude of the acceleration vector, which is a change in the speed vector, in a time series. As described above, according to the configuration of the related art, acceleration and deceleration are performed when the operation of the shaft is started or stopped, so that the load and shock applied to the motor and the mechanical system can be reduced. Furthermore, even at a joint of a shape where the course may suddenly change, since the vehicle temporarily stops at each shape command, the acceleration in the normal direction does not exceed the allowable acceleration of the machine.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図5に示
す従来構成では、形状指令毎に停止するため、加工効率
が良くなく、特に加工形状が多数の微小な線分で構成さ
れている場合、極端に加工効率が悪くなる。さらに、モ
ータや機械に与える負荷やショックが不必要に増すこと
になる。また、例えば図6(C)での円弧形状の加速度
のように機械の許容加速度Amax を越えることがある。
これらのことは、加工精度や機械の耐久性の観点からは
好ましくない。本発明は上記問題点を解決するため、軸
の動きの急激な速度変化を必要最低限にすることで、高
効率な加工を実現する数値制御装置を提供することを目
的とする。
However, in the conventional configuration shown in FIG. 5, since the operation is stopped for each shape command, the processing efficiency is not good. In particular, when the processed shape is composed of a large number of minute line segments, an extreme The processing efficiency becomes worse. Further, the load and shock applied to the motor and the machine are unnecessarily increased. Further, for example, as in the case of the arc-shaped acceleration in FIG. 6C, the allowable acceleration Amax of the machine may be exceeded.
These are not preferable from the viewpoint of processing accuracy and machine durability. An object of the present invention is to provide a numerical controller that realizes highly efficient machining by minimizing a sudden change in the speed of the movement of the shaft to the minimum in order to solve the above problems.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、指令を1ブロ
ックづつ解釈して形状指令、送り指令および経路長を生
成し実行データとして実行データバッファに格納し、格
納した前記実行データにしたがって機械の動作位置を制
御する数値制御装置において、前記形状指令で表される
形状の進路法線方向加速度が前記機械の許容加速度を越
えない最大の通過速度を規定し、前記実行データのひと
つとして前記実行データバッファに格納していく通過速
度規定部と、前記実行データバッファから前記形状指令
および経路長を1ブロックづつ読み出し、当該形状指令
で表される形状を補間周期毎に与えられる平滑補間単位
量にしたがって形状補間すると共に、当該経路長から前
記平滑補間単位量を差し引いた残経路長を順次出力する
形状補間部と、前記形状補間部と同期して前記送り指令
を1ブロックづつ読み出し、当該送り指令を送り比率に
乗じて指令補間単位量を算出する補間単位量算出部と、
前記形状補間部と同期して前記経路長および通過速度を
1ブロックづつ読み出し、所定時間前から当該通過速度
になるような上限速度を、当該経路長および通過速度
と、未補間のブロックを先読みして得られる経路長およ
び通過速度と、前記残経路長とに基づいて生成する先読
み通過速度決定部と、前記指令補間単位量を前記上限速
度によって制限し、補間単位量として出力する補間単位
量制限部と、順次与えられる前記補間単位量を所定時間
で追従するように平滑し、前記平滑補間単位量として出
力する平滑フィルタとから成る。そして、前記通過速度
は、前記形状指令で表される形状自体に対して制限され
る形状通過速度と前記形状指令で表される形状の終点に
おいて制限される終点通過速度とからなり、円弧形状に
おいても許容加速度を越えないようにされている。
According to the present invention, a command is interpreted block by block to generate a shape command, a feed command and a path length and stored as execution data in an execution data buffer. In the numerical control device for controlling the operating position of the machine, a maximum passing speed at which the path normal direction acceleration of the shape represented by the shape command does not exceed the allowable acceleration of the machine is defined, and the execution speed is defined as one of the execution data. A pass speed defining unit that stores the data in the data buffer, and reads the shape command and the path length from the execution data buffer one block at a time, and converts the shape represented by the shape command into a smooth interpolation unit amount given for each interpolation cycle. Therefore, a shape interpolation unit that performs shape interpolation and sequentially outputs a remaining path length obtained by subtracting the smooth interpolation unit amount from the path length, In synchronization with the shape interpolation unit reads one block at a time the feed command, the interpolation unit amount calculation unit that calculates a command interpolation unit quantity by multiplying the ratio sends the feed command,
The path length and the passing speed are read out one block at a time in synchronization with the shape interpolating unit, and the upper limit speed at which the passing speed is reached from a predetermined time ago is read ahead of the path length and the passing speed, and the uninterpolated block. A look-ahead passing speed determination unit that is generated based on the obtained path length and passing speed and the remaining path length, and an interpolation unit amount limit that limits the command interpolation unit amount by the upper limit speed and outputs the command interpolation unit amount as an interpolation unit amount. And a smoothing filter for smoothing the sequentially given interpolation unit amount so as to follow the predetermined time, and outputting the smoothed interpolation unit amount as the smoothed interpolation unit amount. Then, the passage rate is Ri Do from an end point passing speed which is limited at the end of the shape represented by the shape command shaped passage speed which is limited with respect to shape itself represented by geometrical command, a circular arc shape To
In this case, the allowable acceleration is not exceeded.

【0010】[0010]

【作用】本発明にあっては、進路方向の加速度を制御す
る平滑フィルタに対して、進路法線方向の加速度によっ
て制限した最大の補間単位量を与えるので、機械の許容
加速度および機械の許容速度を越えない最大の速度で補
間を行う。
According to the present invention, since the maximum interpolation unit amount limited by the acceleration in the normal direction to the path is given to the smoothing filter for controlling the acceleration in the path direction, the allowable acceleration of the machine and the allowable speed of the machine are given. Interpolation is performed at the maximum speed not exceeding.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の数値制御装置の一実施例を図1に示
す。加工プログラムPP、プログラム解釈手段1、実行
データバッファ3は、従来技術のものと同じである。た
だし、実行データは、形状指令I、経路長L、送りF、
および、本発明において必要な形状通過速度Vb 、終点
通過速度Vg から成る。いま、プログラム解釈手段1が
解釈したブロックの番号を n とする。 n-1は前ブロッ
クを表す。
FIG. 1 shows an embodiment of a numerical controller according to the present invention. The machining program PP, the program interpretation means 1, and the execution data buffer 3 are the same as those of the prior art. However, execution data includes a shape command I, a path length L, a feed F,
Further, it comprises the shape passing speed Vb and the end point passing speed Vg required in the present invention. It is assumed that the number of the block interpreted by the program interpreting means 1 is n. n-1 represents the previous block.

【0012】通過速度規定部2は、進路法線方向加速度
が機械の許容加速度Amax となる通過速度を規定する。
進路法線方向加速度とは、指令された加工形状に沿って
移動するとき進路が変化する時に受ける加速度のことで
ある。終点は形状のつなぎ目なので進路が変化すること
があるのはもちろんのこと、形状指令で表される形状自
体でも円弧ならば均等に変化する。したがって、それぞ
れの通過速度として終点通過速度Vg と形状通過速度V
b の2つを規定する。形状通過速度Vb[n]は、プログラ
ム解釈手段1から出力される形状指令I[n]を基にして
規定される。形状指令I[n] が円弧ならば、数2により
算出する。
The passing speed defining section 2 defines a passing speed at which the acceleration in the direction normal to the course becomes the allowable acceleration Amax of the machine.
The course normal direction acceleration refers to the acceleration received when the course changes when moving along the commanded machining shape. Since the end point is a joint between the shapes, the course may change, and the shape itself represented by the shape command also changes uniformly if it is a circular arc. Therefore, the end point passing speed Vg and the shape passing speed V are used as the respective passing speeds.
b. The shape passing speed Vb [n] is defined based on the shape command I [n] output from the program interpretation means 1. If the shape command I [n] is a circular arc, it is calculated by Equation 2.

【数2】 Vb[n] = min( Vmax , √(R[n] *Amax )) R[n] :形状指令I[n] に設定されている円弧半径 min():大きくない方の値を採用する関数 形状指令I[n] が直線ならば、進路は変化しないので、
Vb[n] には機械の許容速度Vmax を採用する。一方、
終点通過速度Vg[n-1]は次のように決定する。速度vで
移動している場合、ある点で進路が角度θだけ変化した
とすると、その時の進路法線方向加速度aとの関係は数
3で表される。
Vb [n] = min (Vmax, √ (R [n] * Amax)) R [n]: Arc radius set in shape command I [n] min (): smaller value If the shape command I [n] is a straight line, the course does not change.
The allowable speed Vmax of the machine is adopted as Vb [n]. on the other hand,
The end point passing speed Vg [n-1] is determined as follows. When moving at the speed v, if the course changes by the angle θ at a certain point, the relationship with the course normal direction acceleration a at that time is expressed by Expression 3.

【数3】a/2 = v × sin( θ/2 ) ここで進路法線方向加速度aを機械の許容加速度Amax
にした場合、その時の速度つまり制限速度Vは、数4と
なる。
## EQU3 ## where a / 2 = v.times.sin (.theta. / 2) where the acceleration a in the direction normal to the course is the allowable acceleration Amax of the machine.
In this case, the speed at that time, that is, the speed limit V is given by Expression 4.

【数4】 V = Amax /(2 × sin( θ/2 )) つまり機械の許容加速度Amax を守って進路を変更する
時、制限速度はその角度θに依存する。そこでまず終点
G[n-1] で変化する進路の角度θ[n-1] の余弦を、前形
状指令I[n-1] と現形状指令I[n] をもとに数5により
求める。
V = Amax / (2 × sin (θ / 2)) That is, when changing the course while keeping the allowable acceleration Amax of the machine, the speed limit depends on the angle θ. Therefore, first, the cosine of the course angle θ [n-1] that changes at the end point G [n-1] is obtained from Equation 5 based on the previous shape command I [n-1] and the current shape command I [n]. .

【数5】 cosθ[n-1] = ip(E[n-1] ,S[n-1] ) E[n-1] :前形状指令I[n-1] から決定される終点の接
線方向ベクトル S[n] :現形状指令I[n] から決定される始点の接線
方向ベクトル ip():ベクトルの内積を求める関数 次に、この余弦の値から逆三角関数によりθ[n-1] を導
き、最後に数4により制限速度Vを算出する。最終的に
終点通過速度Vg[n-1]は、この制限速度Vと前ブロック
の形状通過速度Vb[n-1]と現ブロックの形状通過速度V
b[n]のうち小さいものを採用する。(数6)
Cosθ [n-1] = ip (E [n-1], S [n-1]) E [n-1]: Tangent line of the end point determined from the previous shape command I [n-1] Direction vector S [n]: tangent direction vector of the starting point determined from current shape command I [n] ip (): function for obtaining inner product of vector Next, from this cosine value, θ [n−1 Finally, the speed limit V is calculated according to Equation 4. Finally, the end point passing speed Vg [n-1] is determined by the speed limit V, the shape passing speed Vb [n-1] of the previous block, and the shape passing speed V of the current block.
Use the smaller one of b [n]. (Equation 6)

【数6】 Vg[n-1] = min(Vb[n-1] , V , Vb[n]) このようにして規定した終点通過速度Vg[n-1]、形状通
過速度Vb[n]を実行データバッファ3に格納する。
Vg [n-1] = min (Vb [n-1], V, Vb [n]) The end point passing speed Vg [n-1] and the shape passing speed Vb [n] defined in this manner. Is stored in the execution data buffer 3.

【0013】以下は従来技術の項で表記したように、補
間するブロックの番号を i で、補間周期を単位とした
時刻を t で示す。補間単位量算出部4と形状補間部8
は、次に述べる構成の違い以外は従来技術のものと同じ
である。補間単位量算出部4は、後述する補間単位量制
限部6に指令補間単位量Uc[t]を出力する。形状補間部
8は、残経路長L'[t-1]を後述の先読み通過速度決定部
5へ出力する。なお、形状補間部8が出力する位置Pに
したがって機械が動作するが、その構成は図5に示した
速度分配手段9、X軸サーボ制御手段10、モータ1
1、位置検出器12、Y軸サーボ制御手段13、モータ
14および位置検出器15と同一なので、図1での図示
ならびに説明は省略する。
Hereinafter, as described in the section of the prior art, the number of the block to be interpolated is represented by i, and the time in units of the interpolation cycle is represented by t. Interpolation unit amount calculation unit 4 and shape interpolation unit 8
Is the same as that of the prior art except for the difference in configuration described below. The interpolation unit amount calculator 4 outputs the command interpolation unit amount Uc [t] to the interpolation unit amount limiter 6 described later. The shape interpolation unit 8 outputs the remaining path length L '[t-1] to the prefetch passage speed determination unit 5 described later. The machine operates in accordance with the position P output from the shape interpolating unit 8. The configuration is such that the speed distribution unit 9, the X-axis servo control unit 10, the motor 1 shown in FIG.
1, since it is the same as the position detector 12, the Y-axis servo control means 13, the motor 14, and the position detector 15, the illustration and description in FIG. 1 are omitted.

【0014】先読み通過速度決定部5は、形状補間部8
が出力する位置Pでの速度がその通過速度以下になるよ
うな上限速度Ul を生成する。平滑フィルタ7は、一定
の値を入力し続けた場合、時定数T後に出力が入力に合
致する。したがって、位置Pでの速度がその通過速度V
になるようにするには、位置Pに達する時定数T時間前
から速度Vを平滑フィルタ7に入力すればよく、つま
り、V×Tの距離だけ前から速度Vにすればよい。ここ
では、通過速度以下になるようにするので、最大の補間
単位量としての上限速度Ul[t]を決定する。距離に関す
るデータは形状補間部8が出力した残経路長L'[t-1]と
実行データバッファ3を順次先読みして得られる経路長
L[i+j] に基づく。通過速度に関するデータは形状補間
部8が補間しているブロックの形状通過速度Vb[i]、終
点通過速度Vg[i]および同じく先読みして得られる形状
通過速度Vb[i+j]、終点通過速度Vg[i+j]に基づく。
The look-ahead passing speed determination unit 5 includes a shape interpolation unit 8
Generates an upper limit speed Ul such that the speed at the position P output by the is lower than the passing speed. When a constant value is continuously input, the output of the smoothing filter 7 matches the input after the time constant T. Therefore, the speed at the position P is equal to the passing speed V
In order to satisfy the condition, the speed V may be input to the smoothing filter 7 before the time constant T at which the position P is reached, that is, the speed V may be set to the speed V from a distance of V × T. Here, since the speed is set to be equal to or lower than the passing speed, the upper limit speed Ul [t] as the maximum interpolation unit amount is determined. The data relating to the distance is based on the remaining path length L '[t-1] output from the shape interpolation unit 8 and the path length L [i + j] obtained by sequentially prefetching the execution data buffer 3. The data relating to the passing speed includes the shape passing speed Vb [i], the end point passing speed Vg [i], and the shape passing speed Vb [i + j] of the block interpolated by the shape interpolation unit 8 and the end point passing speed. Based on speed Vg [i + j].

【0015】補間周期を単位とした時刻 t での先読み
通過速度決定部5の処理を図2のフローチャートを使っ
て説明する。 ステップS1:形状補間部8が補間しているブロックに
対する先読みブロックの番号の増分をj とする。最初
に目標とするブロックは形状補間部8が補間しているブ
ロックなので、0で初期化する。 ステップS2:Dは、前補間周期の位置P[t-1] から目
標とするブロックの終点G[i+j] までの経路長の総和で
ある。最初は形状補間部8が出力した残経路長L'[t-1]
がこれに相当する。初期値としてL'[t-1]をDに代入す
る。 ステップS3:上限速度Ul の初期値を、形状補間部8
が補間しているブロックの形状通過速度Vb[i]とする。
The processing of the prefetch passage speed determining unit 5 at time t in units of the interpolation cycle will be described with reference to the flowchart of FIG. Step S1: Let j be the increment of the number of the look-ahead block with respect to the block interpolated by the shape interpolation unit 8. Since the first target block is a block interpolated by the shape interpolation unit 8, the block is initialized with 0. Step S2: D is the total path length from the position P [t-1] of the previous interpolation cycle to the end point G [i + j] of the target block. First, the remaining path length L '[t-1] output by the shape interpolation unit 8
Corresponds to this. L ′ [t−1] is substituted for D as an initial value. Step S3: The initial value of the upper limit speed Ul is calculated by the shape interpolation unit 8.
Is the shape passing speed Vb [i] of the block being interpolated.

【0016】ステップS4:終点G[i+j] の終点通過速
度Vg[i+j]が影響を及ぼす距離d’は、数7で算出され
る。
Step S4: The distance d 'affected by the end point passing speed Vg [i + j] of the end point G [i + j] is calculated by Expression 7.

【数7】d’=Vg[i+j]×(T+1) Tは時定数で、1を加算しているのは端数を考慮した上
での余裕代である。このd’とDを比較し、形状補間部
8が今回出力するであろう位置P[t] が影響を受けるか
否かを判断する。D≦d’ならば影響を受けることにな
り、ステップS5からの処理を実施する。そうでなけれ
ば、終点通過速度Vg[i+j]の影響を受けないことはもち
ろんのこと、それ以降のブロックによっても影響を受け
ないので、ステップS8へ飛び最終的な上限速度Ul[t]
の値を決定する。 ステップS5:min()は、大きくない方の値を採用
する関数である。影響を受けた終点通過速度Vg[i+j]
が、現行保持している上限速度Ul より小さい場合、U
l をVg[i+j]で置き換えることを意味する。 ステップS6:次のブロックについて検査するため、ブ
ロックの番号の増分 j を1つ更新する。 ステップS7:j の更新に伴い、経路長の総和Dにその
ブロックの経路長L[i+j] を加算する。そして、ステッ
プS4に戻り、検査を繰り返す。
D ′ = Vg [i + j] × (T + 1) T is a time constant, and the addition of 1 is a margin in consideration of a fraction. By comparing d ′ and D, it is determined whether or not the position P [t] that will be output this time by the shape interpolation unit 8 is affected. If D ≦ d ′, it is affected, and the processing from step S5 is performed. Otherwise, it is not affected by the end point passing speed Vg [i + j], and it is not affected by the subsequent blocks. Therefore, the process jumps to step S8 and the final upper limit speed Ul [t].
Determine the value of. Step S5: min () is a function that adopts the smaller value. Influenced end point passing speed Vg [i + j]
Is smaller than the currently held upper limit speed Ul,
means replacing l with Vg [i + j]. Step S6: Update the block number increment j by one to check for the next block. Step S7: With the update of j, the path length L [i + j] of the block is added to the sum D of the path lengths. Then, returning to step S4, the inspection is repeated.

【0017】ステップS8:端数を考慮しない場合の終
点通過速度Vg[i+j]が影響を及ぼす距離dは、数8に示
すようになる。
Step S8: The distance d affected by the end point passing speed Vg [i + j] when the fraction is not taken into account is as shown in Expression 8.

【数8】d=Vg[i+j]×T 経路長の総和Dからdを引いた距離Eが、現行保持して
いる上限速度Ul より大きい場合は、Ul で距離Eを1
回以上補間できるので、Ul を最終的な上限速度Ul[t]
として採用する。そうでなければ、位置P[t] が終点通
過速度Vg[i+j]で影響される範囲に大きく進入する可能
性があるので、少なくとも1回で補間するよう、距離E
を補間単位量とみなし最終的な上限速度Ul[t]とする。
この処理は、関数min()により実行できる。 ステップS9:最終的な上限速度Ul[t]が決定したの
で、処理を終了する。このように先読み通過速度決定部
5は、未補間終点Gの終点通過速度Vg とそこまでの経
路長の総和Dにより、順次影響の有無を検査していくこ
とで、速度を落とすべき終点Gの少なくともT時間手前
から終点通過速度Vg 以下となるような補間単位量であ
る上限速度Ul[t]を決定する。
D = Vg [i + j] × T If the distance E obtained by subtracting d from the sum D of path lengths is greater than the currently held upper limit speed Ul, the distance E is set to 1 by Ul.
Since the interpolation can be performed more than once, Ul is changed to the final upper limit speed Ul [t].
To be adopted. Otherwise, since the position P [t] may largely enter the range affected by the end point passing speed Vg [i + j], the distance E is used to interpolate at least once.
Is regarded as an interpolation unit amount, and is set as a final upper limit speed Ul [t].
This processing can be executed by the function min (). Step S9: The process ends because the final upper limit speed Ul [t] is determined. As described above, the prefetching passing speed determining unit 5 sequentially checks the presence / absence of the influence based on the end point passing speed Vg of the non-interpolated end point G and the sum D of the path lengths up to the end point passing speed Vg. An upper limit speed Ul [t], which is an interpolation unit amount, which is equal to or lower than the end point passing speed Vg from at least the time before T time is determined.

【0018】補間単位量制限部6は、補間単位量算出部
4が出力する指令補間単位量Uc[t]を、先読み通過速度
決定部5が出力する上限速度Ul[t]によって制限する。
具体的には両者を比較し、大きくないほうを補間単位量
U[t] として平滑フィルタ7に出力する。
The interpolation unit amount limiting unit 6 limits the command interpolation unit amount Uc [t] output by the interpolation unit amount calculation unit 4 by the upper limit speed Ul [t] output by the prefetch passage speed determination unit 5.
Specifically, the two are compared, and the smaller one is output to the smoothing filter 7 as the interpolation unit amount U [t].

【0019】ここで図3の加工形状を、本装置によって
補間した場合の例を図4に示す。図3(A)は、先読み
通過速度決定部5が出力する上限速度Ul を時系列で表
した図である。t(G[1] )、t(G[2] )は、終点G
[1] 、終点G[2] の近傍を通過する時刻である。常に機
械の許容速度Vmax 以下となる。図のように、t(G
[1] )の時定数Tの時間だけ手前から終点通過速度Vg
[1]を出力する。終点G[2] についても同じである。ま
た、円弧ブロックでは形状通過速度Vb[2]を出力する。
図3(B)は、形状補間部8が出力する位置Pの速度ベ
クトルの大きさを時系列で表した図である。ただしこれ
は指令補間単位量Uc が常に上限速度Ul より大きいと
した場合の結果で、常に補間単位量Uは上限速度Ul と
等しい。終点G[1] 、終点G[2] 近傍でその速度は終点
通過速度Vg[1]、Vg[2]となる。図3(C)は、前記速
度ベクトルの変化分である加速度ベクトルの大きさを時
系列で表した図である。図のように、常に機械の許容加
速度Amax 以下となる。
FIG. 4 shows an example in which the machined shape shown in FIG. 3 is interpolated by the present apparatus. FIG. 3A is a diagram showing the upper limit speed Ul output by the prefetch passage speed determination unit 5 in a time series. t (G [1]) and t (G [2]) are the end points G
[1] is the time of passing near the end point G [2]. It is always below the permissible speed Vmax of the machine. As shown, t (G
[1]) The end point passing speed Vg from just before the time constant T of
Outputs [1]. The same applies to the end point G [2]. In the case of an arc block, the shape passing speed Vb [2] is output.
FIG. 3B is a diagram illustrating the magnitude of the velocity vector at the position P output by the shape interpolation unit 8 in a time series. However, this is the result when the command interpolation unit amount Uc is always larger than the upper limit speed Ul, and the interpolation unit amount U is always equal to the upper limit speed Ul. The speeds near the end points G [1] and G [2] are the end point passing speeds Vg [1] and Vg [2]. FIG. 3C is a diagram showing the magnitude of the acceleration vector, which is a change in the speed vector, in a time series. As shown in the figure, the acceleration is always equal to or lower than the allowable acceleration Amax of the machine.

【0020】これまで説明したように、本装置によれ
ば、許容される進路法線方向加速度に基づく通過速度V
を規定し、速度を落とすべき終点GのT時間手前から通
過速度V以下となるような上限速度Ul により、進路方
向加速度を抑えるための平滑フィルタ7に入力する補間
単位量を制限するので、形状補間を実施した結果の合成
加速度も許容される範囲に抑えられる。ただし、停止は
しないので加工効率はよい。もちろん、本装置は与えら
れた形状に沿って位置を出力するので、速度に依存する
軌跡誤差は極めて少ない。また補間単位量制限部6は、
指令補間単位量Uc を上限速度Ul によって制限するだ
けなので、加工中でもオペレータは上限速度以内で送り
速度を変更できる。以上は、XY平面上で形状加工を行
う工作機械を例に取って説明してきたが、3軸以上の工
作機械でも同様である。また、形状加工を行う工作機械
に限らず、軌跡を制御する必要のあるロボットなどでも
同様である。
As described above, according to the present apparatus, the passing speed V based on the allowable course normal direction acceleration is obtained.
Since the upper limit speed Ul which becomes equal to or lower than the passing speed V from the time T before the end point G at which the speed is to be reduced is less than the passing speed V, the interpolation unit amount input to the smoothing filter 7 for suppressing the acceleration in the course direction is limited. The resultant acceleration resulting from the interpolation is also suppressed to an allowable range. However, the processing efficiency is good because the operation is not stopped. Of course, since the present device outputs the position along the given shape, the velocity-dependent trajectory error is extremely small. Further, the interpolation unit amount limiting unit 6
Since the command interpolation unit amount Uc is only limited by the upper limit speed Ul, the operator can change the feed speed within the upper limit speed even during machining. The above description has been made by taking a machine tool that performs shape processing on the XY plane as an example, but the same applies to a machine tool having three or more axes. The same applies not only to a machine tool that performs shape processing, but also to a robot that needs to control a trajectory.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上のように本発明の数値制御装置によ
れば、加工形状が微小な線分で構成されていても終点毎
に停止することなく、機械の許容加速度および機械の許
容速度を越えない最大の速度で滑らかに移動するように
なり、効率の良い加工が実現できる。さらに、モータや
機械系に与える負荷やショックを軽減でき、加工精度や
機械の耐久性が良くなる効果もある。また、与えられた
形状に沿って補間をした補間位置にしたがってサーボ制
御を行うので、精度の良い軌跡制御が保てる。さらに、
加工中でもオペレータは送り速度を変更できるので、例
えば加工途中で発生した障害に対処するため停止させる
ことも可能であり、操作性も低下しない。
As described above, according to the numerical controller of the present invention, the allowable acceleration of the machine and the allowable speed of the machine can be controlled without stopping at each end point even if the processing shape is constituted by minute line segments. It moves smoothly at the maximum speed not to exceed, and efficient machining can be realized. Further, the load and shock applied to the motor and the mechanical system can be reduced, and there is an effect that the processing accuracy and the durability of the machine are improved. Further, since the servo control is performed in accordance with the interpolation position obtained by performing interpolation along the given shape, accurate trajectory control can be maintained. further,
Since the operator can change the feed rate even during machining, it is possible to stop the machine in order to cope with a trouble that has occurred during machining, for example, and the operability does not decrease.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の数値制御装置の一実施例の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a numerical controller according to the present invention.

【図2】本発明装置の動作例を示すフローチャートであ
る。
FIG. 2 is a flowchart showing an operation example of the apparatus of the present invention.

【図3】加工形状の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a processing shape.

【図4】本発明装置による効果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an effect of the device of the present invention.

【図5】従来の数値制御装置の一実施例の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a conventional numerical controller.

【図6】従来装置による効果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the effect of the conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 通過速度規定部 5 先読み通過速度決定部 6 補間単位量制限部 2 Passing speed defining unit 5 Pre-reading passing speed determining unit 6 Interpolation unit amount limiting unit

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−182707(JP,A) 特開 平2−219107(JP,A) 特開 平6−83430(JP,A) 特開 平4−245505(JP,A) 特開 平7−191728(JP,A) 特開 平5−73128(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 19/416,19/4155 Continuation of the front page (56) References JP-A-63-182707 (JP, A) JP-A-2-219107 (JP, A) JP-A-6-83430 (JP, A) JP-A-4-245505 (JP) , A) JP-A-7-191728 (JP, A) JP-A-5-73128 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G05B 19/416, 19/4155

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】指令を1ブロックづつ解釈して形状指令、
送り指令および経路長を生成し実行データとして実行デ
ータバッファに格納し、格納した前記実行データにした
がって機械の動作位置を制御する数値制御装置におい
て、 前記形状指令で表される形状の進路法線方向加速度が前
記機械の許容加速度を越えない最大の通過速度を規定
し、前記実行データのひとつとして前記実行データバッ
ファに格納していく通過速度規定部と、 前記実行データバッファから前記形状指令および経路長
を1ブロックづつ読み出し、当該形状指令で表される形
状を補間周期毎に与えられる平滑補間単位量にしたがっ
て形状補間すると共に、当該経路長から前記平滑補間単
位量を差し引いた残経路長を順次出力する形状補間部
と、 前記形状補間部と同期して前記送り指令を1ブロックづ
つ読み出し、当該送り指令を送り比率に乗じて指令補間
単位量を算出する補間単位量算出部と、 前記形状補間部と同期して前記経路長および通過速度を
1ブロックづつ読み出し、所定時間前から当該通過速度
になるような上限速度を、当該経路長および通過速度
と、未補間のブロックを先読みして得られる経路長およ
び通過速度と、前記残経路長とに基づいて生成する先読
み通過速度決定部と、 前記指令補間単位量を前記上限速度によって制限し、補
間単位量として出力する補間単位量制限部と、 順次与えられる前記補間単位量を所定時間で追従するよ
うに平滑し、前記平滑補間単位量として出力する平滑フ
ィルタとを備えたことを特徴とする数値制御装置。
A command is interpreted block by block, and a shape command is interpreted.
A numerical control device that generates a feed command and a path length, stores the same as execution data in an execution data buffer, and controls an operation position of a machine according to the stored execution data, wherein a path normal direction of a shape represented by the shape command is provided. A passing speed defining unit that defines a maximum passing speed at which the acceleration does not exceed the allowable acceleration of the machine, and stores the passing command as one of the execution data in the execution data buffer; and the shape command and the path length from the execution data buffer. Is read out block by block, and the shape represented by the shape command is shape-interpolated according to the smooth interpolation unit amount given for each interpolation cycle, and the remaining path length obtained by subtracting the smooth interpolation unit amount from the path length is sequentially output. A shape interpolating unit that reads out the feed command one block at a time in synchronization with the shape interpolating unit, An interpolation unit amount calculation unit that calculates a command interpolation unit amount by multiplying the path length and the passage speed by one block in synchronization with the shape interpolation unit, so that the passage speed becomes the passage speed from a predetermined time ago. An upper limit speed, a route length and a passing speed, a route length and a passing speed obtained by pre-reading an uninterpolated block, and a look-ahead passing speed determining unit that is generated based on the remaining route length; and the command interpolation unit. An interpolation unit amount limiting unit that limits the amount by the upper limit speed and outputs the same as an interpolation unit amount; and a smoothing filter that smoothes the sequentially given interpolation unit amount so as to follow a predetermined time and outputs the smoothed interpolation unit amount. And a numerical controller comprising:
【請求項2】前記通過速度は、前記形状指令で表される
形状自体に対して制限される形状通過速度と前記形状指
令で表される形状の終点において制限される終点通過速
度とからなり、円弧形状においても許容加速度を越えな
いことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。
Wherein said passing rate is Ri Do from an end point passing speed which is limited at the end of the shape represented by the shape command shaped passage speed which is limited with respect to shape itself represented by shape command , Do not exceed the allowable acceleration
The numerical control device according to claim 1, wherein
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