JP2004188541A - Feed shaft parameter adjusting system for machine tool - Google Patents

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JP2004188541A
JP2004188541A JP2002359507A JP2002359507A JP2004188541A JP 2004188541 A JP2004188541 A JP 2004188541A JP 2002359507 A JP2002359507 A JP 2002359507A JP 2002359507 A JP2002359507 A JP 2002359507A JP 2004188541 A JP2004188541 A JP 2004188541A
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acceleration
parameter
machine tool
axis
feed
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Yasuhiko Suzuki
康彦 鈴木
Toshiyuki Muraki
俊之 村木
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Yamazaki Mazak Corp
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Yamazaki Mazak Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To adjust parameters of a feed shaft of a machine tool by simulation. <P>SOLUTION: This feed shaft parameter adjusting system 100 is provided with measuring devices for measuring motion of a machine to adjust the parameters of the feed shaft based on result of measurement. Five parameters of acceleration, position loop gain, feed-forward gain, acceleration/deceleration filtering, and corner speed are separately adjusted. Above adjustment is executed by conducting simulation on a mathematical model representing machine vibration instead of using a real machine. Constants for the mathematical model are identified using the above-mentioned measuring devices in starting adjustment. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は工作機械の送り軸パラメータを運動軌跡誤差に基づいて調整するためのシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
送り軸パラメータを調整するには、各軸のサーボモータに取り付けられたエンコーダのフィードバック信号を観測して、トルク制限を越えないように、振動がないようにまたはオーバシュートが無いように調整する。自動調整に関してはサーボパラメータを安定性に基づいて自動調整するものが示されている(特許文献1参照)が、加減速の時定数や加減速フィルタおよびフィードフォワードゲインを調整するシステムは示されていない。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−102211号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報に記載されたものは、サーボモータのフィードバックを見るだけなので、機械で発生する振動や、加減速時に発生する機械のひずみによる誤差、さらには2軸間の剛性違いから生じる同期誤差に対処できていない。また平面運動が測定可能な非接触ガラスエンコーダやレーザ測長器等で機械の動きを観測しても、それに基づいた適切なパラメータ調整方法がない。当然、自動調整システムもない。手動による調整においては不用意なパラメータ設定で、機械、測定器、治具等を破損に至らしめる危険性もある。本発明は、上述した不具合を解消するシステムを提供する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の工作機械の送り軸パラメータ調整システムは、基本的手段として、工作機械の主軸とテーブルの相対運動を測定する装置と、測定装置の測定データに基づいて送り軸のパラメータを調整する手段を備える。そして、加速度、位置ループゲイン、フィードフォワードゲイン、加速度フィルタ、コーナ速度の5つのパラメータを調整するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の加減速パラメータ調整システムの概略を示す。
実機にて所定の加工プログラムを実行し、主軸とテーブルの相対運動を測定する(初期試験ステップS1)。
測定データから、発生した振動を表現できるように数学モデル(以下、機械モデル)の係数を同定する(ステップS2)。この機械モデルを用いて、シミュレーションをおこないながら、精度が許容値内になるように加減速パラメータを調整する(ステップS3)。加減速パラメータは加速度、位置ループゲイン、フィードフォワードゲイン、加減速フィルタ、コーナ速度の5つである。機械モデル上でのシミュレーションで調整したあと、このパラメータを用いて、実機上で精度を確認する(ステップS4)。
【0007】
図2は、加減速パラメータ調整システムを示す。
図はCNC装置10とサーボコントローラ30とモータ40と工作機械50からなる通常の工作機械送り駆動系に、主軸とテーブルの相対運動を測定する測定器60が取り付けられ、さらにパラメータ調整システム100(以下調整システム)が装備された状態を表す。図には調整すべきパラメータのうち、フィードフォワードゲインと位置ループゲインだけが示されている。他の3つのパラメータはCNC10の内部での処理に使われる。
【0008】
調整システム100はCNCからのサーボ指令と、測定器からの測定データを入力信号とし、CNCのパラメータ変更と運転起動を出力信号とする。調整システムの内部はフィードフォワード処理手段110、位置制御装置120、機械をシミュレートする機械モデル130を持つ。この例では速度制御、電流制御は十分な制御応答性があるとし、伝達関数を1にとり、敢えてモデル化をしない場合を示すが、これら制御処理をモデルに取り込んでおいても問題ない。
【0009】
CNC10の後段には切換スイッチ20があり、サーボ指令をサーボコントローラ30に与えるか、調整システム100に与えるかをこのスイッチで切り替える。
【0010】
本説明ではフィードフォワード処理手段をサーボコントローラ内に設けているが、CNC内に置いてもよい。また、CNCの処理を調整システム内でシミュレートしてもよく、その場合の調整システムヘの入力はサーボ指令ではなく、NCプログラムとなる。
【0011】
図3は、機械モデルを示す。機械モデルは機械の振動をある程度再現できるものであればよい。例として挙げたモデルaの場合は、2つの周波数を持った数学モデルである。係数ω、ωは周波数を表し、ζ、ζはそれぞれの周波数に対する滅衰係数を表す。それぞれの周波数の振動の大きさを係数a、bで決定する。
機械モデルはモデルbのように高次の線形モデルであってもよいし、モデルcのような離散系のモデルであってもよい。
【0012】
調整すべきパラメータは、サーボ制御に関係するパラメータと加減速形状に関係するパラメータに二分できる。サーボ制御に関係するパラメータは図2で説明したフィードフォワードゲインと位置ループゲインである。
【0013】
図4は、加減速形状に関係するパラメータを示し、パラメータは、加速度、加減速フィルタとコーナ速度である。
加減速形状を作成する手順にしたがい、それに使われるパラメータを説明していく。まず、加工プログラムに示された補間指令ブロックの移動距離が速度指令に基づいて時間分配される。そのままでは、加速度が無限大になり、非常に大きな衝撃を機械に与えることになるので、パラメ−タで示された加速度になるように直線加減速処理が施される。
【0014】
つぎに、加速度の変化を連続にするために加減速フィルタ処理が施される。このフィルタは移動平均フィルタであり、このフィルタの時定数をパラメータで設定する。
【0015】
つぎにコーナ速度について説明する。隣合う補間指令ブロックがそれぞれ加減速フィルタまで施された後、そのまま時系列に重複することなく連続すると、加工プログラムの処理時間が長くなってしまう。それを防ぐために、ブロックを重ね合わせて重なった部分を前後のブロックに再分配する。この最小値をコーナ速度と称し、パラメータで設定する。現実の物理現象として物体がある速度をもって90度のコーナを曲がることは不可能であるが、サーボ指令としては数値処理上の話であるので可能である。ただし加工プログラムを短縮するために、この値を大きくしすぎると機械を振動させることになる。
【0016】
調整の手順を説明する。初めに、切換スイッチを接点aにしておき、所定のプログラムを実行し、機械を運転する。運転パラメータは安全の範囲で機械が振動しやすい値にしておく。そのときの機械の運動軌跡を測定器で測定し、調整システムに入力する。調整システムでは、その測定データを解析し、機械モデルの
パラメータを同定する。
【0017】
次に、切換スイッチを接点bにして、サーボ指令を調整システムに与える。調整システム内でシミュレーションをおこなう。機械モデルを同定したときと同じサーボ指令であれば、同じ運動軌跡が得られるはずである。
【0018】
このデータをもとに、所定のアルゴリズムを用いて、パラメータを調整していく。たとえばフィードフォワードゲインをある値に変更し、再度シミュレーションをおこない、変更前のシミュレーション結果と比較して、より適切な値に変更するというような方法である。CNC内で使うパラメータを変更する場合には、シミュレーションの前にCNCのパラメータを変更し、その後、CNCからサーボ指令をもらい、シミュレーションをおこなう。
【0019】
通常、実機上で、精度を確認しながらパラメータを調整すると非常に時間を要する。
また、このような調整をいわゆる最適化手法を用いて自動的におこなうと、評価値の極値を探るために、思いもよらないパラメータの組合せをつくることがあり、危険をともなう。
そこで、数学モデルに基づくシミュレーションをコンピュータ上で実施しながら調整をおこなうことにより、安全にかつ迅速にパラメータ調整をおこなうことが可能となる。
【0020】
一度同定した機械モデルは保存し、その後現場にて使われるさまざまな加工プログラムに対して、保存しておいた機械モデルを用いて運動精度をシミュレーションし、運動精度が指定された許容値に入るように、加減速パラメータを調整する。
こうすることで、各々の加工プログラムに応じて、最適な加減速パラメータを提供することが可能となる。
【0021】
以降、個々のパラメータについて調整方法を示す。
図5は、加速度の調整方法を示す。
まず加減速時の各軸の機械誤差を測定する。測定された機械位置またはシミュレーションによって得られた機械位置からサーボモータのフィードバック位置またはシミュレーション上の位置制御ループの出力値を差し引くと、加速度により引き起こされた機械の歪みを求めることができる。
【0022】
コーナにおいてはこれがオーバシュートとなって現れることがあるので、この値が許容値以下になるように加速度を決定する。機械に発生する最大のひずみと加速度との関係が機械の剛性をばね定数として比例すると考え、目標値に近い値を一回の試行結果から計算で求めることができる。また、この調整を試行錯誤的におこなってもよいし、最適化手段を用いて調整してもよい。
この加速度は補間処理をおこなう場合には同時補間が対象となるすべての送り軸で同一の値をとるため、結局もっとも剛性の小さい軸にあわせて調整することになる。
【0023】
つぎに、同時補間をおこなうすべての軸から組合わせ可能な2つの軸において、先に求めた機械誤差の偏差(相対誤差)を計算する。同時2軸で補間する場合には、この相対誤差が軌跡上で誤差となって現れる。この相対誤差または軌跡誤差が許容値以下になるように加速度を決定する。
【0024】
図6は、位置ループゲインの調整方法を示す。
i番目の軸に発生する許容できない振動のうち最も低い周波数ωiを測定する。周波数ωiにおいて、位置ループ制御系の指令値から機械の運動軌跡までの伝達関数が0dB以下になるように位置ループゲインの上限値Kplimを決定する。軸制御の安定性を損なわないように、フィードバック信号を使って調整する従来の方法により決定された位置ループゲインKp0を比較し、小さい方をその軸の位置ループゲインKpiとして決定する。
補間処理をおこなう場合には、同時補間をするすべての送り軸で同一の値にする必要があるため、Kpiの中で最も小さい値を共通の位置ループゲインKpcとする。
【0025】
図7は、フィードフォワードゲインの調整方法を示す。
まず2つのことなるフィードフォワードゲインを用意する。
それぞれのフィードフォワードゲインの設定値に対して、円弧動作をおこない、そのときの半径を測定する。
:ゲインKのときの半径
:ゲインKのときの半径
ゲインと半径のそれぞれの組合せから提示した式にしたがって最適なフィードフォワードゲインKを数2により求める。
【数2】

Figure 2004188541
【0026】
図8は、加減速フィルタの調整方法を示す。各軸に発生する許容できない振動のうち最も低い周波数を求める。
その周波数の逆数を求めてフィルタ時定数とする。
この加減速フィルタは移動平均フィルタであるので、フィルタの入出力関係を表す伝達関数は図のように時定数の逆数とその整数倍で伝達率が0となる。ここに問題となる振動の周波数を一致させることで、加減速データから問題の周波数成分を取り除くことができる。
【0027】
図9は、コーナ速度の調整方法を示す。
他の4パラメータを調整した後、最後にこの調整をおこなう。
方法としてはコーナ速度を小さい値から少しずつ大きくしていきながら、コーナ部の振動を観測し、振動の振幅が許容値を超えない最大のコーナ速度を求める。
【0028】
図10は、適用例を示す。
パラメータ調整前の実機データ(a)から機械モデルを同定する(b)。
機械モデルを使って、パラメータを調整する。(c)
調整したパラメータ値を使って、実機で精度を確認する(d)。
【0029】
【発明の効果】
本発明は次の効果を有する。
機械の動きをシュミレートして調整するので、モータのフィードバックだけを使う調整よりも正確な調整ができる。
パラメータの特徴を分析して、それぞれにふさわしい調整をするので、「精度のために効率が犠牲になる、効率のために精度が犠牲になる」といったジレンマが解消される。
所定のアルゴリズムを使うので、オペレータの資質に関係なく的確な調整を行うことができる。
パラメータ調整は実機を動かすことなく行われるので、調整中に発生しがちな危険性が排除される。また、最適なパラメータを迅速に見つけ出すことができる。
加工プログラムをシミュレーションすることで加工プログラム毎に最適なパラメータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の加減速パラメータ調整システムの概略を示す図。
【図2】加減速パラメータ調整システムのブロック図。
【図3】機械モデルの説明図。
【図4】加減速形状に関するパラメータの説明図。
【図5】加減速の調整方法を示す説明図。
【図6】位置ループゲインの調整方法を示す説明図。
【図7】フィードフォワードゲインの調整方法を示す説明図。
【図8】加速度フィルタの調整方法を示す説明図。
【図9】コーナ速度の調整方法を示す説明図。
【図10】適用例を示す説明図。
【符号の説明】
10 CNC装置
20 切換スイッチ
30 サーボコントローラ
40 モータ
50 工作機械
60 測定器
100 パラメータ調整システム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a system for adjusting a feed axis parameter of a machine tool based on a motion path error.
[0002]
[Prior art]
In order to adjust the feed axis parameters, the feedback signals of the encoders attached to the servo motors of the respective axes are observed, and the adjustment is performed so that the torque limit is not exceeded, there is no vibration, and there is no overshoot. As for the automatic adjustment, a system for automatically adjusting servo parameters based on stability is disclosed (see Patent Document 1), but a system for adjusting a time constant of acceleration / deceleration, an acceleration / deceleration filter, and a feedforward gain is disclosed. Absent.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-102211
[Problems to be solved by the invention]
Since the publications described in the above publications only look at the feedback of the servo motor, errors caused by vibrations generated by the machine, machine distortions generated during acceleration / deceleration, and synchronization errors caused by a difference in rigidity between the two axes are reduced. I have not been able to cope. Further, even if the movement of the machine is observed with a non-contact glass encoder or a laser length measuring device capable of measuring the plane movement, there is no appropriate parameter adjustment method based on the observation. Of course, there is no automatic adjustment system. In manual adjustment, careless setting of parameters may cause damage to machines, measuring instruments, jigs, and the like. The present invention provides a system that solves the above-mentioned problems.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The feed axis parameter adjusting system for a machine tool according to the present invention includes, as basic means, a device for measuring a relative motion between a main shaft of a machine tool and a table, and a means for adjusting a feed shaft parameter based on measurement data of a measuring device. Prepare. Then, five parameters of acceleration, position loop gain, feedforward gain, acceleration filter, and corner speed are adjusted.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 schematically shows an acceleration / deceleration parameter adjustment system according to the present invention.
A predetermined machining program is executed on the actual machine to measure the relative motion between the spindle and the table (initial test step S1).
From the measured data, a coefficient of a mathematical model (hereinafter, mechanical model) is identified so that the generated vibration can be expressed (step S2). The acceleration / deceleration parameters are adjusted so that the accuracy is within an allowable value while performing a simulation using this machine model (step S3). The acceleration / deceleration parameters are acceleration, position loop gain, feed forward gain, acceleration / deceleration filter, and corner speed. After the adjustment by the simulation on the machine model, the accuracy is confirmed on the actual machine using the parameters (step S4).
[0007]
FIG. 2 shows an acceleration / deceleration parameter adjustment system.
The figure shows a conventional machine tool feed drive system comprising a CNC device 10, a servo controller 30, a motor 40 and a machine tool 50, a measuring device 60 for measuring the relative movement of the spindle and the table, and a parameter adjustment system 100 (hereinafter referred to as "parameter adjustment system 100"). Adjustment system). In the figure, of the parameters to be adjusted, only the feed forward gain and the position loop gain are shown. The other three parameters are used for processing inside the CNC 10.
[0008]
The adjustment system 100 receives a servo command from the CNC and measurement data from the measuring device as input signals, and outputs a parameter change and operation start of the CNC as output signals. The interior of the adjustment system has feedforward processing means 110, a position control device 120, and a machine model 130 for simulating the machine. In this example, it is assumed that the speed control and the current control have sufficient control responsiveness, and a case where the transfer function is set to 1 and modeling is not performed is shown. However, there is no problem even if these control processes are incorporated in the model.
[0009]
A changeover switch 20 is provided at the subsequent stage of the CNC 10, and switches between providing a servo command to the servo controller 30 and providing the servo command to the adjustment system 100 with this switch.
[0010]
In this description, the feedforward processing means is provided in the servo controller, but may be provided in the CNC. In addition, the processing of the CNC may be simulated in the adjustment system. In this case, the input to the adjustment system is not a servo command but an NC program.
[0011]
FIG. 3 shows a machine model. The machine model only needs to be able to reproduce the vibration of the machine to some extent. The model a given as an example is a mathematical model having two frequencies. The coefficients ω a and ω b represent frequencies, and ζ a and b b represent extinction coefficients for the respective frequencies. The magnitude of vibration at each frequency is determined by coefficients a and b.
The mechanical model may be a higher-order linear model such as a model b, or may be a discrete model such as a model c.
[0012]
The parameter to be adjusted can be divided into a parameter related to the servo control and a parameter related to the acceleration / deceleration shape. The parameters related to the servo control are the feedforward gain and the position loop gain described in FIG.
[0013]
FIG. 4 shows parameters related to the acceleration / deceleration shape, and the parameters are an acceleration, an acceleration / deceleration filter, and a corner speed.
According to the procedure for creating an acceleration / deceleration shape, parameters used for the procedure will be described. First, the movement distance of the interpolation command block indicated in the machining program is time-divided based on the speed command. If it is left as it is, the acceleration will be infinite and an extremely large impact will be given to the machine. Therefore, the linear acceleration / deceleration processing is performed so that the acceleration indicated by the parameter is obtained.
[0014]
Next, an acceleration / deceleration filter process is performed to make the acceleration change continuous. This filter is a moving average filter, and the time constant of this filter is set by a parameter.
[0015]
Next, the corner speed will be described. If the adjacent interpolation command blocks are applied to the acceleration / deceleration filters and continue without overlapping in time series, the processing time of the machining program becomes longer. In order to prevent this, blocks are superimposed and the overlapping part is redistributed to the preceding and succeeding blocks. This minimum value is called a corner speed and is set by a parameter. As an actual physical phenomenon, it is impossible for an object to turn a 90-degree corner at a certain speed, but it is possible because a servo command is a matter in numerical processing. However, if this value is set too large in order to shorten the machining program, the machine will vibrate.
[0016]
The adjustment procedure will be described. First, the changeover switch is set to the contact a, a predetermined program is executed, and the machine is operated. The operating parameters are set to values that make the machine easy to vibrate within the safe range. The motion trajectory of the machine at that time is measured by a measuring device and input to the adjustment system. The adjustment system analyzes the measured data and identifies the parameters of the machine model.
[0017]
Next, the changeover switch is set to the contact b, and a servo command is given to the adjustment system. Perform a simulation in the adjustment system. If the same servo command is used when the machine model is identified, the same motion trajectory should be obtained.
[0018]
Based on this data, parameters are adjusted using a predetermined algorithm. For example, there is a method in which the feedforward gain is changed to a certain value, the simulation is performed again, and the simulation result before the change is changed to a more appropriate value. When changing the parameters used in the CNC, the parameters of the CNC are changed before the simulation, and then a servo command is received from the CNC to perform the simulation.
[0019]
Normally, it takes a very long time to adjust the parameters while checking the accuracy on an actual machine.
In addition, if such adjustment is automatically performed using a so-called optimization method, an unexpected combination of parameters may be created in order to find an extreme value of the evaluation value, which is dangerous.
Therefore, by performing the adjustment based on the simulation based on the mathematical model on a computer, it is possible to safely and quickly perform the parameter adjustment.
[0020]
Once the machine model is identified, it is saved, and then, for various machining programs used on site, the motion accuracy is simulated using the saved machine model so that the motion accuracy falls within the specified tolerance. Next, adjust the acceleration / deceleration parameters.
This makes it possible to provide optimal acceleration / deceleration parameters according to each machining program.
[0021]
Hereinafter, an adjustment method for each parameter will be described.
FIG. 5 shows a method of adjusting the acceleration.
First, the mechanical error of each axis during acceleration / deceleration is measured. Subtracting the feedback position of the servomotor or the output value of the simulated position control loop from the measured machine position or the machine position obtained by simulation can determine the machine distortion caused by acceleration.
[0022]
Since this may appear as an overshoot at a corner, the acceleration is determined so that this value becomes equal to or less than an allowable value. Considering that the relationship between the maximum strain generated in the machine and the acceleration is proportional to the rigidity of the machine as a spring constant, a value close to the target value can be obtained by calculation from a single trial result. Further, this adjustment may be performed by trial and error, or may be adjusted using an optimization unit.
When performing the interpolation processing, the acceleration takes the same value for all feed axes for which simultaneous interpolation is to be performed, so that the acceleration is eventually adjusted to the axis having the smallest rigidity.
[0023]
Next, the deviation (relative error) of the previously obtained mechanical error is calculated for two axes that can be combined from all the axes for which simultaneous interpolation is performed. In the case of simultaneous two-axis interpolation, this relative error appears as an error on the trajectory. The acceleration is determined so that the relative error or the trajectory error becomes equal to or less than an allowable value.
[0024]
FIG. 6 shows a method of adjusting the position loop gain.
The lowest frequency ωi among the unacceptable vibrations occurring on the i-th axis is measured. At the frequency ωi, the upper limit value Kplim of the position loop gain is determined so that the transfer function from the command value of the position loop control system to the motion locus of the machine is 0 dB or less. The position loop gain Kp0 determined by the conventional method of adjusting using the feedback signal is compared so as not to impair the stability of the axis control, and the smaller one is determined as the position loop gain Kpi of the axis.
When performing the interpolation processing, it is necessary to set the same value for all feed axes that perform simultaneous interpolation, so the smallest value of Kpi is set as a common position loop gain Kpc.
[0025]
FIG. 7 shows a method of adjusting the feed forward gain.
First, two different feedforward gains are prepared.
An arc is performed for each set value of the feedforward gain, and the radius at that time is measured.
r 1 : radius at the gain K 1 r 2 : radius at the gain K 2 The optimum feedforward gain K is obtained by Equation 2 according to the formula presented from each combination of the radius gain and the radius.
(Equation 2)
Figure 2004188541
[0026]
FIG. 8 shows a method of adjusting the acceleration / deceleration filter. Find the lowest frequency among unacceptable vibrations that occur in each axis.
The reciprocal of the frequency is obtained and used as a filter time constant.
Since the acceleration / deceleration filter is a moving average filter, the transfer function representing the input / output relationship of the filter has a reciprocal of a time constant and an integral multiple thereof as shown in FIG. By matching the frequency of the vibration in question here, the frequency component in question can be removed from the acceleration / deceleration data.
[0027]
FIG. 9 shows a method of adjusting the corner speed.
After adjusting the other four parameters, this adjustment is finally performed.
As a method, while gradually increasing the corner speed from a small value, the vibration of the corner portion is observed, and the maximum corner speed at which the amplitude of the vibration does not exceed the allowable value is obtained.
[0028]
FIG. 10 shows an application example.
A machine model is identified from actual machine data (a) before parameter adjustment (b).
Adjust the parameters using the machine model. (C)
Using the adjusted parameter values, confirm the accuracy with the actual machine (d).
[0029]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
Because the movement of the machine is simulated and adjusted, a more accurate adjustment can be made than an adjustment using only motor feedback.
Since the characteristics of the parameters are analyzed and adjusted accordingly, the dilemma of "efficiency is sacrificed for accuracy and accuracy is sacrificed for efficiency" is eliminated.
Since a predetermined algorithm is used, accurate adjustment can be performed regardless of the qualities of the operator.
Since the parameter adjustment is performed without moving the actual machine, the danger that often occurs during the adjustment is eliminated. In addition, the optimum parameters can be quickly found.
By simulating the machining program, optimal parameters can be provided for each machining program.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an acceleration / deceleration parameter adjustment system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an acceleration / deceleration parameter adjustment system.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a machine model.
FIG. 4 is an explanatory diagram of parameters relating to an acceleration / deceleration shape.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method of adjusting acceleration / deceleration.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a method for adjusting a position loop gain.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a method of adjusting a feed forward gain.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a method of adjusting an acceleration filter.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a method of adjusting a corner speed.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an application example.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 CNC device 20 Changeover switch 30 Servo controller 40 Motor 50 Machine tool 60 Measuring instrument 100 Parameter adjustment system

Claims (8)

数値制御装置を備えた工作機械において、
工作機械の主軸とテーブルの相対運動を測定する装置と、測定装置の測定データに基づいて送り軸のパラメータを調整する手段を備え、加速度、位置ループゲイン、フィードフォワードゲイン、加減速フィルタ、コーナ速度の5つのパラメータを調整する工作機械の送り軸パラメータ調整システム。
In a machine tool equipped with a numerical controller,
A device for measuring the relative movement between the main shaft of the machine tool and the table, and a means for adjusting the parameters of the feed axis based on the measurement data of the measuring device, acceleration, position loop gain, feed forward gain, acceleration / deceleration filter, corner speed A machine tool feed axis parameter adjustment system for adjusting the five parameters.
加速度のパラメータの調整方法は、
加減速時の各軸の機械誤差を測定する工程と、
各軸の機械誤差が一定の許容値以下になるように加速度を調整する工程と、
1軸目と2軸目の誤差の相対誤差を求める工程と、
相対誤差が一定の許容値以下になるように加速度を調整する工程
を備える請求項1記載の工作機械の送り軸パラメータ調整システム。
How to adjust the acceleration parameters
Measuring the mechanical error of each axis during acceleration / deceleration;
Adjusting the acceleration so that the mechanical error of each axis is equal to or less than a certain allowable value;
Calculating a relative error between the errors of the first axis and the second axis;
The feed axis parameter adjusting system for a machine tool according to claim 1, further comprising a step of adjusting the acceleration so that the relative error is equal to or less than a predetermined allowable value.
位置ループゲインのパラメータの調整方法は、
各軸に発生する許容できない振動のうち最も低い周波数を測定する工程と、
その周波数において、位置ループ制御系の指令値から機械の運動軌跡までの伝達関数が0dB以下になるように位置ループゲインの上限値を決定する工程と、
軸制御の安定性を損なわないようにフィードバック信号を使って調整する従来の方法により決定された位置ループゲインと、前工程で決定した上限値とを比較し、小さい方の値を位置ループゲインとして決定する工程と、
同時補間をする軸のうち、最も小さい位置ループゲインの上限値を共通の上限値と決定する工程と
を備える請求項1記載の工作機械の送り軸パラメータ調整システム。
How to adjust the position loop gain parameter
Measuring the lowest frequency of unacceptable vibrations occurring in each axis;
Determining an upper limit value of the position loop gain so that a transfer function from the command value of the position loop control system to the motion locus of the machine at that frequency is 0 dB or less;
Compare the position loop gain determined by the conventional method to adjust using the feedback signal so as not to impair the stability of axis control, and the upper limit determined in the previous process, and use the smaller value as the position loop gain. The step of determining;
2. The feed axis parameter adjustment system for a machine tool according to claim 1, further comprising: determining an upper limit value of the smallest position loop gain as a common upper limit value among the axes for which simultaneous interpolation is performed.
フィードフォワードゲインのパラメータの調整方法は、
2つの異なるフィードフォワードゲインに対する円弧の半径誤差を測定する工程と、
最適なフィードフォワードゲインを数1で求める工程
Figure 2004188541
を備える請求項1記載の工作機械の送り軸パラメータ調整システム。
How to adjust the feed forward gain parameter
Measuring the radius error of the arc for two different feedforward gains;
The process of finding the optimal feed forward gain by Equation 1
Figure 2004188541
The feed axis parameter adjusting system for a machine tool according to claim 1, further comprising:
加速度フィルタのパラメータの調整方法は、
各軸に発生する許容できない振動のうち最も低い周波数を測定する工程と、
その周波数の逆数をフィルタ時定数とする工程
を備える請求項1記載の工作機械の送り軸パラメータ調整システム。
To adjust the parameters of the acceleration filter,
Measuring the lowest frequency of unacceptable vibrations occurring in each axis;
2. The feed axis parameter adjusting system for a machine tool according to claim 1, further comprising a step of setting a reciprocal of the frequency as a filter time constant.
コーナ速度のパラメータの調整方法は、
コーナ速度を小さい値から少しずつ大きくしていきながら、コーナ部の振動を観測し、振動の大きさが許容値を超えない最大のパラメータ値を求める工程
を備える請求項1記載の工作機械の送り軸パラメータ調整システム。
How to adjust the corner speed parameter
2. The machine tool feeder according to claim 1, further comprising a step of observing the vibration of the corner portion while gradually increasing the corner speed from a small value, and obtaining a maximum parameter value such that the magnitude of the vibration does not exceed an allowable value. Axis parameter adjustment system.
送り軸のパラメータを調整する手段は、機械モデルのシミュレーション手段を備え、対象とする工作機械を作動させることなく送り軸のパラメータを調整する請求項1記載の工作機械の送り軸パラメータ調整システム。2. The feed shaft parameter adjusting system for a machine tool according to claim 1, wherein the means for adjusting the feed shaft parameter includes a machine model simulation means, and adjusts the feed shaft parameter without operating the target machine tool. さまざまな加工プログラムに対して、機械モデルのシミュレーションを行うことで、各々の加工プログラムに最適な加減速パラメータを見つけ出す手段を備える請求項7記載の工作機械の送り軸パラメータ調整システム。8. The machine tool feed axis parameter adjustment system according to claim 7, further comprising means for simulating a machine model for various machining programs to find an optimal acceleration / deceleration parameter for each machining program.
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