数值控制装置技术领域
本发明涉及数值控制装置，特别是涉及能够容易地进行冲床加工机的工作台轴的
动作设定的数值控制装置。
背景技术
在冲床加工机中，有如下功能，即为了产生目标命中率(每分钟的冲压次数)，根据
X轴以及Y轴(工作台轴)的移动量，7档切换工作台轴速度、加减速时间常数、位置增益的“根
据最佳加速度定位”。在使用该功能时，对于X轴以及Y轴的各个轴设定作为切换的边界的移
动量(以下为边界值)和速度、加减速时间常数、位置增益。在该设定中，如图9所示，对于X轴
以及Y轴的各个轴，由于存在如边界值和7个档的速度、加减速时间常数、位置增益的众多设
定项目，因此存在设定较难且花费时间的问题。
另一方面，作为辅助成为控制对象的轴的加减速时间常数的设定的现有技术，日
本特开平4-335410号公报公开了一种技术，如图10所示，由根据在移动量d模块中的快进速
度F、伺服电动机的速度-扭矩特性、负载惯性，从加速扭矩成为电动机性能上限Lmax的加速
度求出加减速时间常数T，将在所有驱动轴中最大的时间常数作为各轴的时间常数。
在冲床加工机中，在模块移动结束的时间点进行冲压，但是此时如果伺服电动机
未固定则会导致加工缺陷。在日本特开平4-335410号公报所公开的技术中，根据加速扭矩
成为电动机性能上限Lmax的加速度求出加减速时间常数T，但是当冲床加工机使轴以较高加
减速度移动时，如图11所示，工作台轴的移动结束时，发生过冲等导致必须推迟冲压的时
间，在日本特开平4-335410号公报所公开的技术中有时设定的加减速度未必是最佳值，存
在不能在冲床加工机的工作台轴的加减速时间常数的设定中简单地适用日本特开平4-
335410号公报所公开的技术的问题。
另外，当使用“根据最佳加速度定位”的功能时，如果工作台轴的移动量超过边界
值，则会切换工作台轴的加速度(由于速度与加减速时间常数的切换导致加速度的切换)、
位置增益，因此如图12所示的加速度的例子，存在在边界值的前后，移动量仅稍有不同，工
作台轴的动作(加速度、位置增益)都会大幅改变的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够容易地进行冲床加工机的工作台轴的动作设
定的数值控制装置。
在本发明的数值控制装置中的冲床加工的控制中，不像现有技术那样根据移动量
使直线加减速时间常数变化，而是基于机械结构和伺服电动机的特性自动地计算与工作台
轴的到达速度对应的直线加减速时间常数t1。另外，在冲床加工机中作为一般的评价标准，
存在以工作台轴的移动量为dp(25.4(mm)、25.0(mm)等)进行动作时的标准命中率hp(设定该
dp为标准间距)。另外，设定最小移动量(最小间距dm)，根据基于当时的命中率hm计算出的可
移动时间和t，来自动地计算各个钟形加减速时间常数t2p、t2m。图13是表示本发明的数值控
制装置自动地计算的直线加减速时间常数和钟形加减速时间常数的图。像这样，根据到达
速度使直线加减速时间常数线性变化，根据移动量使钟形加减速时间常数线性变化，因此
能够解决“根据最佳加速度定位功能”的移动量的边界值问题。此外，作为固定值，分别将速
度设定为机械规格上的最大速度，将位置增益设定为在机械(伺服电动机)的初期调整中设
定的位置增益的标准值。
另外，在现有技术中，由于存在如果仅使用直线加减速时间常数而移动量变大则
过冲变大，到能够冲压的时间不稳定而很难控制的问题，在本发明的数值控制装置中，在满
足命中率的范围内，通过乘以钟形加减速时间常数从而减少过冲量，从而容易进行控制。
并且，本发明所涉及的数值控制装置根据程序控制进行冲床加工的机械，该数值
控制装置具备：接受作为冲床加工的参数的冲床参数的设定的参数设定部；根据所述参数
设定部所接受的所述冲床参数计算冲床加工的轴控制用参数的NC参数计算部；存储所述冲
床参数和所述轴控制用参数的参数存储部；从所述程序读取指令程序块并进行解析从而生
成移动指令数据，输出生成的所述移动指令数据的指令解析部；根据所述移动指令数据进
行插补处理并生成插补数据，输出生成的插补数据的插补部；根据存储在所述参数存储部
中的所述冲床参数和所述轴控制用参数以及由所述指令程序块所指令的进给速度，计算用
于轴控制的直线加减速时间常数以及钟形加减速时间常数，根据计算出的直线加减速时间
常数以及钟形加减速时间常数，对所述插补数据进行插补后加减速处理，输出适用了插补
后加减速处理的插补数据的加减速部；以及根据从所述加减速部输出的适用了插补后加减
速处理的插补数据，控制所述机械的轴的伺服控制部。
在所述数值控制装置中，所述冲床参数至少包含1次冲压所需的时间、标准间距和
当时的目标命中率、最小间距和当时的目标命中率、由机械的结构而得到的最大加速扭矩
和直线加减速时间常数。
在所述数值控制装置中，所述轴控制用参数也可以包含直线加减速时间常数调整
用扭矩波形。
在所述数值控制装置中，所述加减速部计算相对于所述直线加减速时间常数呈线
性的所述钟形加减速时间常数。
根据本发明，仅设定工作台轴移动的移动量(标准间距)dp(mm)和当时的目标命中
率hp(次/msec)、工作台轴移动的移动量(最小间距)dm(mm)和当时的目标命中率hm(次/
msec)、1次冲压所需的时间tp(msec)、工作台轴的伺服电动机的电动机特性这4个参数，就
能够自动地计算、设定标准间距和最小间距时的钟形加减速时间常数t2p、t2m，因此能够减
少操作者所进行的项目输入的工时。
附图说明
通过参照附图的以下实施方式的说明，本发明的上述所述以及其他的目的以及特
征变得更清楚。在这些图中：
图1表示用于本发明的数值控制装置所涉及的冲床的参数的关系的图。
图2是对于伺服电动机的进给速度-扭矩特性进行说明的图。
图3是对于加速扭矩与进给速度之间的关系进行说明的图。
图4是对于当移动距离较小，工作台轴的到达速度不成为指令速度时的钟形加减
速时间常数的计算进行说明的图。
图5是对于当移动距离较大，工作台轴的到达速度成为指令速度时的钟形加减速
时间常数的计算进行说明的图。
图6是本发明的一个实施方式所涉及的数值控制装置的功能框图。
图7是在图6的数值控制装置1上所执行的参数设定所涉及的处理的流程图。
图8是在图6的数值控制装置1上所执行的冲床加工时的控制处理的流程图。
图9是对于在现有技术中的冲床加工的“根据最佳加速度定位”的速度、加减速时
间常数、位置增益的设定进行说明的图。
图10是对日本特开平4-335410号公报所公开的技术进行说明的图。
图11是对于在冲床加工中适用了日本特开平4-335410号公报的技术时的课题进
行说明的图。
图12是对于使用了在现有技术中的冲床加工的“根据最佳加速度定位”功能时的
课题进行说明的图。
图13是表示通过本发明的数值控制装置自动地计算的直线加减速时间常数和钟
形加减速时间常数的图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。首先，对于本发明的数值控制装置
的各处理进行说明。
＜根据目标命中率、冲压时间计算工作台轴的动作时间t＞
在本发明的数值控制装置中，根据作为机械生产商所设定的标准间距时和最小间
距时的目标的命中率，求出能够达到目标命中率的工作台轴的动作时间t(msec)。如图1所
示，当设定作为目标的标准命中率为h(次/msec)、能够达到目标命中率的冲压程序块每1程
序块的执行时间为tb(msec)、1次冲压所需的时间为tp(msec)时，能够通过以下所示数学式1
计算在能够达到目标命中率的加工程序中的冲压程序块的每1程序块的工作台轴的动作时
间t(msec)。
【数学式1】
从t＝tb-tp
＜加速扭矩与加速度的关系＞
一般地，通过以下的数学式2示出伺服电动机的加速扭矩与加速度之间的关系，由
以下的数学式3示出电动机的转速与轴的传送速度之间的关系。
【数学式2】
Ta：加速扭矩(Nm)
Vm：快进时的电动机的转速(min-1)
t1：加减速时间常数(sec)
JM：转子转动惯量(kgm2)
JL：负载转动惯量(kgm2)
η：机械效率
【数学式3】
V：轴的进给速度(mm/min)
P：滚珠丝杠的间距
减速比
根据这些数学式2、数学式3，能够通过以下所示的数学式4表示伺服电动机的加速
扭矩与加速度之间的关系。在该数学式4中，Ta、t1以外是由机械的规格所定义的常数项，因
此可知工作台轴的加速度V/t1与加速扭矩Ta是成比例的关系。
【数学式4】
＜伺服电动机的速度-扭矩特性的登记＞
伺服电动机中有示出了速度与扭矩的关系的进给速度-扭矩特性(参照图2)。将该
进给速度-扭矩特性的特征(最大加速扭矩Tmax、变化点Fpc、从变化点的斜率A)与各伺服电动
机的电动机编号分别关联并预先登记到数据库中。这样，通过将进给速度-扭矩特性的特征
事先登记到数据库中，仅指定电动机编号就能够得到各伺服电动机的进给速度-扭矩特性。
此外，为了使用未登记到数据库中的伺服电动机，也可以设定为能够直接输入进给速度-扭
矩特性的特征(最大加速扭矩Tmax、变化点Fpc、从变化点的斜率A)。通过设定为能够直接输
入，在使用新的伺服电动机、使用其他公司的伺服电动机时等也能够灵活应对。
＜直线加减速时间常数的调整用扭矩波形的计算＞
图3示出了伺服电动机的进给速度-扭矩特性。从图3可知能够通过以下所示的数
学式5表示在冲床加工机中使用的伺服电动机的速度-扭矩特性的上限扭矩波形。
【数学式5】
然后，能够如以下的数学式6、数学式7那样表示通过使用上述数学式5和由机械的
结构决定的最大偏移负载扭矩(最大加速扭矩)Ta(Nm)对直线加减速时间常数进行线性控
制的调整用扭矩波形l(f)以及该波形的变化点Fc(mm/min)。此外，可以根据Ta和从lp(f)的
变化点Fpc(mm/min)的斜率A、与上限扭矩波形的比率X(％)(该参数是用于防止在变化点Fc
以后扭矩饱和的参数)求出调整用扭矩波形l(f)。
【数学式6】
【数学式7】
＜直线加减速时间常数的计算＞
由机械的结构决定了加减速时的最大扭矩Ta和最大加速度(直线加减速时间常数
t1m)，但是由于从调整用扭矩波形l(f)的变化点Fc开始上限扭矩减少，为了使扭矩不饱和而
需要增大直线加减速时间常数。根据最大扭矩Ta调整用扭矩波形l(f)、与上限扭矩的比率
X，通过以下的数学式8能够求出直线加减速时间常数t1。
【数学式8】
＜钟形加减速时间常数的计算＞
通过上述计算出的直线加减速时间常数t1、最大移动可能时间t、到达速度计算钟
形加减速时间常数t2p，t2m。如图4所示，当移动距离d较小，工作台轴的到达速度不成为指令
速度F时，能够如下那样求出钟形加减速时间常数t2。即根据图4，由于d＝t0/2×Ft0/2t1、如
果仅针对在直线加减速时间常数时的定位时间t0对其进行求解，则为另
外，由t＝t0+t2，得到t＝如果针对t2对其进行求解，则为
因此能够通过以下的数学式9表示在标准间距和最小间距的钟形加减速时间常数。因此，能
够通过以下的数学式10计算t2p和t2m。
【数学式9】
【数学式10】
另外，根据上述直线加减速时间常数t1、最大移动可能时间t、到达速度计算钟形
加减速时间常数t2p，t2m。如图5所示，移动距离d充分大，工作台轴的到达速度成为指令速度
F时，能够通过接下来所示的数学式11表示钟形加减速时间常数t2。因此，能够通过以下的
数学式12计算t2p和t2m。
【数学式11】
【数学式12】
然后，工作台轴的移动量以标准间距dp和最小间距dm的钟形加减速时间常数t1p、
t2p为标准，根据工作台轴的移动量线性地切换钟形加减速时间常数。通过以下数学式13计
算移动量d(mm)的加减速时间常数t2d(msec)。
【数学式13】
在本发明的数值控制装置中，经过上述的运算过程计算直线加减速时间常数t1、
钟形加减速时间常数t2d，使用这些值进行工作台轴的移动控制。
图6是本发明的一个实施方式所涉及的数值控制装置的功能框图。本实施方式的
数值控制装置1具备参数设定部10、NC参数计算部11、参数存储部12、指令解析部13、插补部
14、加减速部15、伺服控制部16。
参数设定部10接受根据来自数值控制装置1所具备的显示器/MDI单元(未图示)的
操作者的操作而被输入的用于冲床所进行的加工的各种参数的设定。作为冲床的各种参
数，列举了1次冲压所需的时间tp、标准间距dp和当时的目标命中率hp、最小间距dm和当时的
目标命中率hm、由机械的结构得到的最大加速扭矩Ta和直线加减速时间常数t1m等。
另外，参数设定部10在必要时根据操作者的操作接受伺服电动机的进给速度-扭
矩特性的设定。
NC参数计算部11根据由参数设定部10所设定的用于冲床所进行的加工的各种参
数的设定，按照上述的计算过程计算直线加减速时间常数的调整用扭矩波形l(f)，并将计
算出的直线加减速时间常数的调整用扭矩波形l(f)与由参数设定部10所设定的各种参数
一同存储到参数存储部12中。
指令解析部13对从未图示的存储器读取出的程序中所包含的加工指令的程序块
进行解析并生成移动指令所涉及的数据，将所生成的移动指令所涉及的数据输出到插补部
14中。
插补部14根据从指令解析部13接受的移动指令所涉及的数据，在插补周期对由移
动指令所涉及的数据所指令的指令路径上的点生成插补计算后的插补数据，将生成的插补
数据和移动指令所涉及的数据中包含的到达速度输出到加减速部15中。
加减速部15根据从插补部14接受的到达速度和存储在参数存储部12中的各种参
数以及直线加减速时间常数的调整用扭矩波形L(F)，计算直线加减速时间常数t1、钟形加
减速时间常数t2p、t2m，还计算钟形加减速时间常数t2d。然后，根据计算出的直线加减速时间
常数t1、钟形加减速时间常数t2d，对于从插补部14接受的插补数据进行插补后加减速处理
并计算每个插补周期的各驱动轴的速度，将适用了计算结果的加减速处理后的插补数据输
出到伺服控制部16中。
然后，伺服控制部16根据加减速部15的输出来控制对作为控制对象的各轴进行控
制的伺服电动机2。
图7是在本发明的数值控制装置1上执行的参数设定所涉及的处理的流程图。
[步骤SA01]参数设定部10接受通过操作者的操作而进行的1次冲压所需的时间
tp、标准间距dp和当时的目标命中率hp、最小间距dm和当时的目标命中率hm等用于冲床加工
的各种参数、由机械结构得到的最大加速扭矩Ta和直线加减速时间常数t1m等的设定，并输
出到NC参数计算部11中。
[步骤SA02]参数设定部10在必要时接受通过操作者的操作而进行的伺服电动机
的进给速度-扭矩特性的设定，并输出到NC参数计算部11中。
[步骤SA03]NC参数计算部11根据在步骤SA01、SA02中由操作者设定的各种设定
值，计算直线加减速时间常数的调整用扭矩波形L(F)，将计算出的直线加减速时间常数的
调整用扭矩波形L(F)与在步骤SA01、步骤SA02设定的各种设定值一同存储到参数存储部12
中。
图8是在本发明的数值控制装置1上执行的冲床加工时的控制处理的流程图。
[步骤SB01]指令解析部13从未图示的存储器中所存储的程序中读取程序块。
[步骤SB02]指令解析部13解析在步骤SB01中读取的程序块并生成移动指令所涉
及的数据，将生成的移动指令所涉及的数据输出到插补部14中。
[步骤SB03]插补部14对于在步骤SB02中生成的移动指令所涉及的数据进行插补
处理并生成插补数据，将生成的插补数据和通过移动指令所涉及的数据而指令的进给速度
(到达速度)输出到加减速部15中。
[步骤SB04]加减速部15根据从插补部14接受的到达速度、存储在参数存储部12中
的各种参数、直线加减速时间常数的调整用扭矩波形L(F)，计算直线加减速时间常数t1。
[步骤SB05]加减速部15根据在步骤SB04中计算出的直线加减速时间常数t1和存
储在参数存储部12中的各种参数，计算钟形加减速时间常数t2p、t2m。
[步骤SB06]加减速部15判定在步骤SB05中计算出的钟形加减速时间常数t2p、t2m
是否都为0以上。当都为0以上时，使处理转移至步骤SB08，当任一个比0小时，使处理转移至
步骤SB07。
[步骤SB07]加减速部15输出主旨为不能达到目标命中率的警告，并中断本处理。
[步骤SB08]加减速部15根据在步骤SB05中计算出的钟形加减速时间常数t2p、t2m
和存储在参数存储部12中的各种参数，计算钟形加减速时间常数t2d。
[步骤SB09]加减速部15根据在步骤SB04中计算出的直线加减速时间常数t1和在
步骤SB08中计算出的钟形加减速时间常数t2d，对于从插补部14接受的插补数据执行插补后
加减速处理，并将处理结果输出到伺服控制部16中。
[步骤SB10]伺服控制部16根据加减速部15的输出来控制对作为控制对象的各轴
进行控制的伺服电动机2。
[步骤SB11]判定程序是否结束。当程序结束时结束本处理，未结束时使处理转移
至步骤SB01。
以上，对于本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限定于上述实施方式的
例子，能够通过增加合理的变更而以多种方式执行。