(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御装置の円弧加工指令データに対する実切削での工具追従遅れに伴う円弧加工誤差を演算し、前記誤差が設定許容誤差内に納まるように工具送り速度を自動的に減速するようにした数値制御装置の円弧補間方法において、比例要素を用いた位置ループと、積分と比例要素を用いたIP制御を用いた速度ループとから成る制御ループを備え、前記位置および速度ループの制御パラメータと円弧指令データと許容円弧縮小量とに基づいて、前記許容円弧縮小量を満たす最大送り速度を演算し、円弧指令速度が前記最大送り速度を越えないように制限することを特徴とする数値制御装置の円弧補間方法。
【請求項２】
請求項１に記載の前記最大送り速度Ｖは、前記許容円弧縮小量をΔＲ、速度ループゲインをＫp 、速度ループ積分時定数をＴI 、円弧指令半径をＲとするとき、次式
ΔＲ＝（１−２Ｋp ＴI ）Ｖ2 ／２Ｋp 2 Ｒ
によって求められることを特徴とする数値制御装置の円弧補間方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、数値制御装置の円弧補間方法に関し、特に円弧切削時におけるサ−ボ系の遅れによる円弧縮小量を許容範囲内に納める円弧補間方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円弧切削における円弧補間の速度指令は、図２のブロックに示した処理により最終の指令速度を出力していた。図２は従来技術による円弧補間方法を示すブロック図で、１は円弧指令部、２および３は入力の指令速度を一定値に制限するリミッタで、２は円弧切削速度制限器、３はモータ・エンコーダ等の限界速度によりその最大値を制限する最大速度制限器、４はモータとエンコーダの最高回転数の低いほうを選択して、最大速度制限器３の出力に制限をかける制限速度演算部、５は円弧指令部から与えられる円弧半径Ｒと、許容円弧縮小量ΔＲと、位置ループゲインＫp とに基づいて最大送り速度Ｖrmaxを演算する円弧切削制限速度演算部である。ここで、円弧指令半径をＲ、縮小円弧半径をＲO とすると、ΔＲ＝Ｒ−ＲO である。
このように構成されたブロックにより、円弧指令部１で与えられた指令速度は、円弧切削速度制限器２で制限され、さらに最大速度制限器３で制限されて最終指令速度として出力される。
ここで、数値制御装置のサーボ制御回路の構成と円弧縮小量ΔＲとの関係を説明する。
図２のブロック６内に示した円弧縮小量ΔＲの演算式を式（１）に示す。
ΔＲ＝Ｖ2 ／２Ｋp 2 Ｒ                                  （１）
ここで、ＫP は位置ループゲインである。式（１）は、図３に示すような、位置ループのみで構成された制御ループを前提として成立する。図３は位置ループのみで構成される数値制御装置の制御ブロックである。
図４は、図３に加減速制御のための加減速フィルタを追加した場合のブロック図で、円弧縮小量ΔＲは式（２）で求めることができる。
ΔＲ＝（１／２）（ＴF 2 ＋１／ＫP 2 ）（Ｖ2 ／Ｒ）      （２）
ここで、ＴF は加減速フィルタの時定数である。
実際の数値制御装置では、制御ループが位置ループのみで構成されることはなく、図５、図６に示すように位置ループの内側に速度ループが設けられている。図５は速度ループにＰＩ制御を適用した場合の制御ブロック図で、図６は速度ループにＰ制御を適用した場合の制御ブロック図である。図５、図６のＫV は速度ループゲインである。
図５、図６において、速度ループゲインＫV が十分大きく、速度ループの伝達関数Ｇが１に近似できる場合は、これらのブロック図は等価的に図３と同一とみなすことができるので、式（１）を用いて円弧縮小量ΔＲを求めることができた。また、図４と同様に図５、図６のブロックの前に加減速フィルタを追加した場合は、式（２）を用いて円弧縮小量ΔＲを求めることができた。
このようにして求めた円弧縮小量ΔＲを許容される円弧縮小量（以下、許容円弧縮小量と略）とした時の送り速度Ｖrmaxを求め、指令送り速度Ｖでの円弧縮小量が許容円弧縮小量より大きくなるような場合、指令速度をＶrmaxに切り替え、円弧縮小量が許容円弧縮小量以内に納まる最大速度を速度指令としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、速度ループに図７に示すようなＩＰ制御を採用する場合には、速度ループゲインＫV が十分大きくても伝達関数ＧIP（Ｓ）は式（３）
【０００４】
【数１】
0003539508.tif 000002
【０００５】
となり、前述の円弧縮小量は式（１）、（２）では求めることができない。
その結果、要求される許容円弧縮小量に対する最大速度が得られず、作業の効率化が計れないという問題があった。
本発明は、このような問題点を解決し、速度ループにＩＰ制御を採用した数値制御装置に適した円弧補間方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明における第１の発明は、数値制御装置の円弧加工指令データに対する実切削での工具追従遅れに伴う円弧加工誤差を演算し、前記誤差が設定許容誤差内に納まるように工具送り速度を自動的に減速するようにした数値制御装置の円弧補間方法において、比例要素を用いた位置ループと、積分と比例要素を用いたIP制御を用いた速度ループとから成る制御ループを備え、前記位置および速度ループの制御パラメータと円弧指令データと許容円弧縮小量とに基づいて、前記許容円弧縮小量を満たす最大送り速度を演算し、円弧指令速度が前記最大送り速度を越えないように制限するものである。
さらに、本発明における第２の発明は、前記最大送り速度Ｖは、前記許容円弧縮小量をΔＲ、速度ループゲインをＫp 、速度ループ積分時定数をＴI 、円弧指令半径をＲとするとき、次式
ΔＲ＝（１−２Ｋp ＴI ）Ｖ2 ／２Ｋp 2 Ｒ
によって求めるものである。
【０００７】
【作用】
上記手段により、ＩＰ制御を採用した速度ループを有する場合、まず、プログラムで指定された円弧指令半径Ｒと、あらかじめ設定された許容円弧縮小量、位置ループゲインＫP 、速度ループ積分時定数ＴI に基づいて、円弧切削における最大送り速度Ｖrmaxを生成する。つぎに、プログラムで指定された円弧送り速度が円弧切削制限速度演算部６で演算された円弧制限速度より大きい場合、円弧制限速度を指令速度とすることにより、許容円弧縮小量を満たす最大送り速度Ｖrmaxで切削を行うことができる。
以下に、本発明の原理について説明する。
近似した伝達関数が式（３）で表せる制御対象にたいして、角速度をωとする円弧指令を与えた場合、定常時における半径は次式（４）で表せる。
【０００８】
【数２】
0003539508.tif 000003
【０００９】
さらに、式（４）を近似し、式（５）を得る。
【００１０】
【数３】
0003539508.tif 000004
【００１１】
従って、円弧縮小量ΔＲ＝Ｒ−Ｒ0 は次式（６）で表すことができる。
【００１２】
【数４】
0003539508.tif 000005
【００１３】
以上より、式（６）で、ΔＲに許容円弧縮小量を代入し、ゲインＫP と積分定数ＴI を代入して許容最大速度Ｖrmaxを求め、円弧指令部１が出力する指令速度がこの許容最大速度Ｖrmaxを超過する場合は、最終の指令速度を許容最大速度Ｖrmaxに切り換える。
以上説明したように、本発明の円弧補間方法によってＩＰ制御の速度ループを含むサーボ系の場合でも、円弧切削時の円弧縮小量を求めることが可能となり、必要以上に許容半径縮小量を大きくすることなく、許容最大速度を大きくすることができるので、高効率の円弧切削が可能となる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例で、円弧補間方法を示すブロック図である。図２と異なる部分は、６の円弧切削制限速度演算部のみである。その他の符号は図２と共通である。機能も図２と同様で、６の円弧切削制限速度演算部の演算内容のみが図２と異なる。
まず、速度ループにIP制御を用いた場合で、許容円弧縮小量を指定しない場合の円弧縮小の切削誤差を図８に示す。
次ぎに、円弧縮小量が図８で示した円弧縮小量より少なくなるように許容円弧縮小量を指定し、式（１）を用いて切削送り速度を導出した場合の実切削軌道を図９に示す。式（１）による円弧縮小量は、設定された許容円弧縮小量より小さいため、円弧送り速度に望ましくない余裕が生じてしまう。式（１）と式（６）とを比較すればこの差異は明らかである。
これに対して、本発明による式（６）を用いて、許容円弧縮小量から切削送り速度を指定した場合の実切削軌道を図１０に示す。この場合円弧縮小量は、設定された許容円弧縮小量となり、許容円弧縮小量を満たす最大速度で円弧切削を行うことができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、数値制御装置のサーボ回路の速度制御ループにＩＰ制御を採用する場合、同一の円弧縮小量に対する最大送り速度が、従来技術によるものより本発明によるそれのほうが大きい速度になるので、許容円弧縮小量を満たす最大送り速度で切削を行うことにより、従来技術に比べてより効率的な円弧切削を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による円弧補間方法を示すブロック図
【図２】従来技術による円弧補間方法を示すブロック図
【図３】位置ループのみで構成される制御ブロック図
【図４】図３に加減速フィルターを追加した制御ブロック図
【図５】速度ループにPI制御を適用した場合の制御ブロック図
【図６】速度ループにＰ制御を適用した場合の制御ブロック図
【図７】速度ループにIP制御を適用した場合の制御ブロック図
【図８】速度ループがＩＰ制御で、許容円弧縮小量を設定しない場合の円弧軌跡を示す図
【図９】従来技術による円弧補間方法を用いた場合の円弧縮小を示す図
【図１０】本発明による円弧補間方法を用いた場合の円弧縮小を示す図
【符号の説明】
１  円弧指令部
２  円弧切削速度制限器
３  最大速度制限器
４  制限速度演算部
５  従来技術による円弧切削制限速度演算部
６  本発明による円弧切削制限速度演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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