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    公开号:WO1992013676A1
    申请号:PCT/JP1992/000116
    申请日:1992-02-05
    公开日:1992-08-20
    发明作者:Hitoshi Matsuura
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:B23Q35-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 な ら い 制 御 装 置 技術分野
    [0002] 本発明はならい制御装置に関し、 特に ト レーサへッ ドがカ ッタによる加工に先行してモデルをならうようにしたならい 制御装置に関する。 背景技術
    [0003] 従来のならい制御装置では、 ならい工作機械の力 ッタ軸が ト レーサへッ ドと機械的に一体に結合されていることを前提 にして、 ならい制御を行っていた。 すなわち、 ならい制御装 置はスタイ ラスに加わる各軸の変位量を ト レーサへッ ドによ り検出し、 この変位量を用いてならい演算回路において各軸 の指令を演算する。 そして、 この指令により各軸のモータを 駆動して力 ッタをワークに対して相対的に移動させると共に、 同速度で ト レーザへッ ドをモデル面に沿って移動させる。 こ れら動作を繰り返して、 モデルの形状と同形の加工をワーク に施すならい制御が実行される。
    [0004] このように、 従来のならい制御装置でならい指令値により カ ツタ等の工具とワークとを相対移動させる場合には、 ト レ 一サへッ ドと工具とは形成された送り軸駆動指令で一体に同 時駆動され、 特に、 カ ツタ軸に対して ト レーサヘッ ドを先行 させるような機能を有していなかった。 しかし、 ト レーサへッ ドの先端に設けたスタィ ラスでモデ ルをならう場合に、 スタイ ラスがモデルのコーナ部等に突き 当たると、 一時的に ト レーサへッ ドがモデルに食い込んだ状 態となる。 ト レーサヘッ ドの駆動部を構成するサ一ボ系の遅 れ、 機械の慣性等の影響等により ト レーサへッ ドが行き過ぎ るからで る o
    [0005] この結果、 カツタも ト レーサへッ ドと同じ量だけヮ一クに 食い込み、 コーナ部での加工精度が低下する。 従って、 従来 のならい制御装置ではモデルの形状急変部分を正確にならう ことができないという問題があつた。 発明の開示
    [0006] 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 コ ー ナ部においてカツタがワークに食い込まないように、 ト レ一 サへッ ドに対して工具を一定時間遅らせて同一の径路でなら わせることが出来る、 精度の良いならい制御装置を提供する ことを目的とする。
    [0007] 本発明によれば、 モデルに接触しつつ駆動されるスタイ ラ スの移動の軌跡に沿って移動するように工具を駆動すること によって、 ヮークをモデルと同一形状に加工するためのなら い制御装置であって、 該スタイ ラスを駆動するための複数の 第 1の軸制御手段と、 該工具を駆動するための複数の第 2の 軸制御手段と、 該スタイ ラスが該モデルに接触しつつ駆動さ れるように該第 1の軸制御手段のそれぞれに与えられる複数 の制御信号を生成する制御信号生成手段と、 該制御信号生成 手段が生成した制御信号を所定時間遅延させて該第 2の軸制 御手段へ供給する遅延手段とを具備するならい制御装置が提 供される。 図面の簡単な説明
    [0008] 図 1 は、 本発明のならい制御装置及びならい工作機械の全 体の構成を示すプロッ ク図 ；
    [0009] 図 2は、 本発明のならい制御装置の主要な制御要素を示す ブロ ッ ク図 ；
    [0010] 図 3は、 ならい加工のモデルのコーナ部を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0011] 図 1 は本発明のならい制御装置及びならい工作機械の全体 の構成を示すブロ ッ ク図である。 図において、 ならい制御装 置 2 0 はならい演算等の各種の演算を実行する C F U 1 1、 制御プログラムを記憶する R O M 1 2、 R A M I 3、 及び不 揮発性メモ リ 1 4を有している。 不揮発性メモ リ 1 4は図示 されていないバッテ リでバッ クアツプされており、 操作パネ ル 2 1 より入力されたならい方向やならい速度等に関する各 種のパラメ 一夕が格納されている。
    [0012] サ一ボア ンプ 2 2， 2 3はならい制御装置 2 0から指令さ れる送り軸駆動指令を受け、 X軸、 Z軸等のメ イ ンモータを 駆動する。 また、 サ一ボアンプ 2 4， 2 5はならい制御装置 2 0から指令される補助軸駆動指令を受け、 X軸、 Z軸等の サブモータを駆動する。 ならい工作機械 3 0には、 三次元な らい加工を可能とするために、 X軸および Z軸とともに、 図 示しない Y軸の制御系が設けられており、 それも含めた 3軸 それぞれについて、 送り軸に対して平行に重畳して補助軸が 設けられている。 そして、 ならい工作機械 3 0側の ト レ一サ ヘッ ド 3 1 は、 その先端のスタィ ラス 3 2がモデル 3 3に接 触することにより生じる X軸、 Y軸及び Z軸方向の各変位量 ε χ、 ε y及び ε ζを検出し、 ならい制御装置 2 0に入力し ている。
    [0013] カ ツタ 3 4はコ ラム 3 5に取りつけられ、 コ ラム 3 5はメ イ ンモータ 3 6 z mによって Ζ軸方向に移動される。 また、 コ ラム 3 5にはサブモータ 3 7 z s及び 3 7 x sが装着され ており、 これらのサブモータ 3 7 z s及び 3 7 X sによって、 コ ラム 3 5の移動に重畳してト レーサへッ ド 3 1 はさらに Z 軸方向及び X軸方向に移動する。 ワーク 3 8はモデル 3 3 と ともにテーブル 3 9上に固定されており、 テーブル 3 9はメ ィ ンモータ 3 6 X mによって X軸方向に移動される。
    [0014] そして、 メ イ ンモータ 3 6 x m及び 3 6 z mは後述する送 り軸驟動指令 V X m及び V z mに従って回転し、 サブモータ 3 7 x s及び 3 7 z sはならい速度指令値から演算される、 送り軸駆動指令 V x m， V z mとは異なる指令値 V X s及び V z sに従って回転する。
    [0015] 図 2はならい制御装置 2 0におけるならい演算により計算 されたならい速度指令値 V X , V y , V zから、 メ イ ンモー タの速度措令値 V x m, V y m, V z mおよびサブモータの 速度指令値 V x s， V y s， V z sをそれぞれ計算するため の主要な制御要素を示すブロ ッ ク図である。 なお、 これらの 制御要素もならい演算と同様にならい制御装置 2 0における ソ フ トゥ ァ処理により実現される。 図では X軸に対応する 部分の構成のみが示されているが、 例えば Y軸、 あるいは Z 軸の制御要素についても、 同様に構成される。
    [0016] ならい指令値 V xは、 ト レーサヘッ ド 3 1 (図 1 ) におい て検出された変位量から周知のならい渲算により求められ、 F I F Oメ モ リ 4 1に入力される。 この F I F Oメ モ リ 4 1 は、 ならい指令値 V Xを入力された順に複数のデータとして 記憶し、 その記憶容量があふれた時点で最初に入力されたデ 一夕から出力する、 いわゆる先入れ先出しの記憶手段である c ならい指令値 V Xはこの F I F Oメ モ リ 4 1において一定時 間記憶されることにより、 必要時間だけ遅延された X軸駆動 指令と して、 出力制御回路 4 2を介して X軸メ イ ンモータ 3 6 X m (図 1 ) に出力される。 なお、 この遅延時間は ト レー サへッ ドが工具に対して先行するべき距離に応じて、 外部か らの遅延時間設定信号 S Tにより自由に設定されるものであ 上記出力制御回路 4 2には食い込み検出信号 S Aが供給さ れており、 この食い込み検出信号 S Aが出力されている間は 入力の値にかかわらず速度指令値 V xmと して零が出力され、 メ イ ンモータ 3 6 x mは停止する。 このとき、 他の軸のメ イ ンモータ も同様に停止する。 なお ト レーサヘ ッ ド 3 1の食い 込みは、 ト レーサヘッ ドで検出された変位量の一次微分の最 大値が所定の基準値以上になったことを検出することにより 検出される。 食い込み検出信号 S Aの解除については後述す る o
    [0017] ならい指令値 V Xは更に、 演算回路 4 3に加算信号として 入力されている。 この演算回路 4 3では、 ならい指令値 V X から上記 F I F 0メ モ リ 4 1で遅延された X軸駆動指令が減 算され、 更に補正用の演算回路 4 4を介して X軸サブモータ 3 7 X sへの指令楦 V x s として出力される。
    [0018] このように、 分配演算された各軸のならい指令値 V X等を 力 ッタ側に出力する際に、 F I F 0メモ リ 4 1から送り軸駆 動指令を必要な時間だけ遅延させてメ イ ンモータ 3 6 x mに 出力するとともに、 ト レーサヘッ ド 3 1 とカ ツタ 3 4 との相 対移動を、 メ イ ンモータの動きに重畳して制御するサブモ一 タ 3 7 X sに指令することによって、 ならい指令値と等価に なるように制御している。 即ち、 仮に補正用演算回路 4 4の 他方の入力を 0 とすれば、 サブモータ 3 7 X s には、 ならい 速度指令值から実際の駆動指令を差し引いた値が指令されて いるから、 食い込み検出信号 S Tが出力されていない時、 ト レーザへッ ド 3 1 は力ッタ 3 4の動きに所定の指令先行量だ け先行しつつ、 その移動軌跡がならい速度指令値による移動 軌跡に正確に一致する。
    [0019] ところで、 ならい指令値 V xは上記 F I F Oメ モ リ 4 1 に おいて一定時間記憶され出力制御回路 4 2を柽てメ イ ンモー タへ与えられることから、 食い込み検出信号 S Aが発生し、 出力制御回路 4 2の作用で強引に力ッタのみが停止された場 合、 或いはならいの指令値が急激に変動した場合に、 一時的 に ト レーサへッ ドとカ ツタの移動軌跡が一致せずト レーサへ ッ ドの先行量が指令先行量に一致しなく なることがある。 そ こで、 例えばト レーサへッ ドが現実に工具に対して先行して いる距離 （実先行量 L a ) が指令先行量に一致するように、 X軸サブモータへの速度指令値を補正する信号を形成し、 補 正用の演算回路 4 4に入力するようにしている。
    [0020] 以下に、 図 2における先行量の補正について説明する。 演算回路 4 5は、 ならい指令値 V Xから上記 F I F◦メ モ リ 4 1で遅延された X軸駆動指令を減算するものであって、 上記演算回路 4 3に対応している。 減算結果は速度指令を位 置指令に変換する変換回路 4 6を介してレジスタ回路 4 7に 入力される。 このレジスタ回路 4 7に格納されるデータは、 カ ツタの動きに先行すべき ト レーサへッ ドに対してならい制 御装置から指令される指令先行量 Lの現在値を示すものであ る。 他方、 ト レーサヘッ ドの実先行量 L aは、 各軸毎のサブ モータに設けられた検出器により検出されレジスタ回路 4 8 に格納される。 これら 2つのレジスタ回路 4 7， 4 8の出力 は、 演算回路 4 9において比較される。 即ち、 演算回路 4 9 には減算信号として指令先行量しが、 加算信号として実先行 量 L aが入力され、 ここで X軸サブモータの補正信号がこれ ら Lと L aの差分と して演算される。 演算回路 4 9の出力は、 定数回路 5 0で所定のゲイ ン Gを乗じて、 上記補正用の演算 回路 4 4の減算信号とされる。
    [0021] このように本発明のならい制御装置では、 実先行量 L aを 常に指令先行量 Lに合わせるように、 各軸毎の先行量に対し てフィ一ドバック制御が掛けられるため、 食い込み信号 S A によってメ イ ンモータのみが一時的に停止されても、 或いは モデル形状に基づく指令速度の急激な変動があつても、 常に ト レ—サへッ ドとカツタの移動軌跡が一致し、 かつ一定の時 間的ずれを保つように制御される。
    [0022] 上述したように、 ならい工作機械 3 0 (図 1 ) においては, ならい制御装置 2 0の制御のもとでト レ一サへッ ド 3 1が通 過した経路と同一の軌跡を、 一定時間遅れて力 ッタ 3 4が通 過する。 即ち、 カ ツタ 3 4に先行して ト レーサへッ ド 3 1が モデル 3 3をならつており、 そのために、 例えば図 3に示す ようなコーナ部 C Nでト レーサへッ ド 3 1が食い込み状態に なったことは、 カツタ 3 4による切削に先立って検出できる。 したがって、 ト レーサヘッ ド 3 1側で食い込みが生じたとき に、 カツタ 3 4がワーク 3 8に対して食い込んで切削しない ように、 カツタ 3 4を確実に停止させることができる。
    [0023] 本発明では図 2に示すように、 ト レーサヘッ ド 3 1の実際 の先行距離が、 レジスタ回路 4 8で実先行量 L aとして常に 検出され、 食い込み検出信号 S Aを出力制御回路 4 2に入力 して、 ト レーサヘッ ド 3 1で食い込みが起こつた時点で、 力 ッタ 3 4の動きをその位置で停止させるようにしている。 そ の際に、 ト レーサヘッ ド 3 1だけは停止することなく、 なら い速度指令値にしたがって駆動され、 それに応じた指令先行 量 Lがレジスタ回路 4 7 に格納される。 この場合、 ト レーサ ヘッ ド 3 1で検出される食い込み量に応じて、 ならい速度指 令値は指令先行量 Lを減少させる方向に演算されるから、 実 先行量 L aとの差分は増大する。 この結果、 指令先行量 Lは 零になり、 定数回路 5 0からの補正信号によって、 ト レーサ ヘッ ド 3 1 は停止している力 ッタ 3 4の位置まで戻される。 食い込み状態の解除の条件と しては実先行量 L aの絶対値 について、 それが一定の値以下になったことを検出する。 上 述した補正信号によってレジスタ回路 4 8にフ ィ ー ドバッ ク される実際の先行量は、 速やかに減少していくから、 F I F 〇メ モ リ 4 1 の遅延時間を遅延時間設定信号 S Tによって適 宜に設定しておけば、 カ ツタ 3 4の停止している時間は最小 に制御される。 したがって、 カ ツタ 3 4によるワーク 3 8の 削り過ぎを確実に防止したうえ、 カツタ 3 4の停止時間を最 小にして、 効率良く食い込み状態を解除し、 加工を続行でき o
    [0024] なお、 上記の過程で、 ト レ一サへッ ド 3 1で検出される法 線速度 V Nの値は橫方向速度 V Tの急激な減少とともに急激 に減少して、 ならい制御が不能になつてしまう恐れがある。 しかし、 周知の V N ミニマムク ラ ンプと同じ方法によって V Nの値を最小値にクラ ンプしておく ことにより、 V Tの値が 大き く減少した場合でも、 ある程度大きな補正速度が出力さ れ、 ト レ一サヘッ ド 3 1 は速やかに所定の位置に落ちつく。 そして、 ならい速度指令値 V X， V y , V z もこれにあわせ て小さ く なる。
    [0025] 以上説明したように本発明では、 補助軸を設けてト レーサ へッ ドを工具軸と独立して駆動し、 制御上で工具の移動を遅 らせることにより、 見掛け上ト レーサへッ ドを工具に先行し てならい速度指令値で移動させている。
    [0026] すなわち、 このならい速度指令値に従って、 ト レーサへッ ドは結果的に工具に先行してモデルをならうことになる。 こ のため、 モデルの形状急変部において、 ト レ一サへッ ドがモ デルに食い込んだ後、 同一の軌跡をならう工具を一時的に停 止して、 工具のワークへの食い込みを容易に防止することが 可能になる。 したがって、 コーナ部においてカツタがワーク に食い込むことがない、 精度の良いならい制御が実現される £
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. モデルに接触しつつ駆動されるスタィ ラスの移動の軌 跡に沿って移動するように工具を駆動することによって、 ヮ 一クをモデルと同一形状に加工するためのならい制御装置で あって、
    該スタイ ラスを駆動するための複数の第 1 の軸制御手段と- 該工具を駆動するための複数の第 2の軸制御手段と、 該スタイ ラスが該モデルに接触しつつ駆動されるように該 第 1の軸制御手段のそれぞれに与えられる複数の制御信号を 生成する制御信号生成手段と、
    該制御信号生成手段が生成した制御信号を所定時間遅延 させて該第 2の軸制御手段へ供給する遅延手段とを具備する ならい制御装置。
    2. 前記第 1の軸制御手段は前記第 2の軸制御手段に重畳 して設けられ、
    前記制御信号生成手段が生成した各制御信号から該第 2の 制御手段へ供給される各制御信号をそれぞれ減算して該第 1 の軸制御手段へ供給する複数の減算手段をさらに具備する請 求の範囲第 1項に記載のならい制御装置。
    3. 前記スタィ ラスが前記モデルへ食い込んだことを検知 して食い込み検出信号を発生する食い込み検知手段と、
    該食い込み検出信号に応答して、 該第 2の制御手段へ供給 される制御信号を停止する停止制御手段とをさ らに具備する 請求の範囲第 2項に記載のならい制御装置。
    4. 前記遅延手段の入力信号と出力信号とからスタイ ラス の軌跡が工具の軌跡に先行すべき指令先行量を算出する指令 先行量算出手段と、
    スタイ ラ スの軌跡が工具の軌跡に実際に先行している実先 行量を検出する実先行量検出手段と、
    該実先行量が該指令先行量に一致するように前記第 1の制 御手段へ供給される制御信号の値を制御する先行量制御手段 をさらに具備する請求の範囲第 3項に記載のならい制御装置。
    5. 前記食い込み検出信号は前記実先行量が所定の閾値以 下になつたとき解除される請求の範囲第 4項に記載のならい 制御装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0523254A4|1993-05-05|
    JPH04256552A|1992-09-11|
    DE69219958T2|1997-12-11|
    EP0523254B1|1997-05-28|
    US5333974A|1994-08-02|
    DE69219958D1|1997-07-03|
    EP0523254A1|1993-01-20|
    JP2669945B2|1997-10-29|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1992-08-20| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US |
    1992-08-20| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE GB IT |
    1992-10-06| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1992904410 Country of ref document: EP |
    1993-01-20| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1992904410 Country of ref document: EP |
    1997-05-28| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1992904410 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP3/35560||1991-02-05||
    JP3556091A|JP2669945B2|1991-02-05|1991-02-05|ならい制御装置|DE1992619958| DE69219958T2|1991-02-05|1992-02-05|Vorrichtung zur steuerung von kopierung|
    US07/930,534| US5333974A|1991-02-05|1992-02-05|Tracer control unit|
    EP92904410A| EP0523254B1|1991-02-05|1992-02-05|Copying control device|
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