JP2000117587A - 数値制御装置 - Google Patents
数値制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 切削手段と被加工物とが所定の軸の方向に相
対移動するように駆動する駆動電動機の回転速度が所定
値以下のときの所定の軸の方向に作用する静止軸切削力
を、簡易な構成で精度良く算出できる数値制御装置を得
る。 【解決手段】 切削力算出部４は移動軸切削力算出部４
１と静止軸切削力算出部４２を有し、モータ３の電流及
び速度に基づき移動軸及び静止軸切削力算出値を出力す
る。静止軸切削力算出部４２の補正量計算部４２ａは、
モータ電流の最小値の移動平均値を求めてこれを補正量
とし、モータ電流から減算して、換算部４２ｂにて切削
力に換算して静止軸切削力を算出する。静止軸に関する
モータ電流は静止摩擦力等を含み、真の切削力に対応す
るものではないので、モータ電流からモータ電流の最小
値の移動平均値を減算することにより、簡易な構成で静
止軸切削力を精度良く算出できる。
対移動するように駆動する駆動電動機の回転速度が所定
値以下のときの所定の軸の方向に作用する静止軸切削力
を、簡易な構成で精度良く算出できる数値制御装置を得
る。 【解決手段】 切削力算出部４は移動軸切削力算出部４
１と静止軸切削力算出部４２を有し、モータ３の電流及
び速度に基づき移動軸及び静止軸切削力算出値を出力す
る。静止軸切削力算出部４２の補正量計算部４２ａは、
モータ電流の最小値の移動平均値を求めてこれを補正量
とし、モータ電流から減算して、換算部４２ｂにて切削
力に換算して静止軸切削力を算出する。静止軸に関する
モータ電流は静止摩擦力等を含み、真の切削力に対応す
るものではないので、モータ電流からモータ電流の最小
値の移動平均値を減算することにより、簡易な構成で静
止軸切削力を精度良く算出できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばフライス盤
等の工作機械の制御に用いられる数値制御装置の改良、
特に切削手段と被加工物とが所定の軸の方向に相対移動
するように駆動する駆動電動機の回転速度が所定値以下
のときの所定の軸の方向に作用する静止軸切削力を簡易
な構成で機械系の力学的特性に影響を与えることなく精
度よく算出できる数値制御装置に関する。
等の工作機械の制御に用いられる数値制御装置の改良、
特に切削手段と被加工物とが所定の軸の方向に相対移動
するように駆動する駆動電動機の回転速度が所定値以下
のときの所定の軸の方向に作用する静止軸切削力を簡易
な構成で機械系の力学的特性に影響を与えることなく精
度よく算出できる数値制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械において、工具や被加工物に作
用する切削力は加工プロセスの監視や制御の要となる情
報であり、異常監視や適応制御、軌跡制御などに幅広く
利用される。モータの電流から切削力を求めるものは、
例えば特開平３−１９６３１３号公報に記載のように公
知である。これらは、所定の軸の方向に作用する力とし
て、滑り摩擦力、重力、慣性力があるとして、モータの
電流から切削力を算出するものである。
用する切削力は加工プロセスの監視や制御の要となる情
報であり、異常監視や適応制御、軌跡制御などに幅広く
利用される。モータの電流から切削力を求めるものは、
例えば特開平３−１９６３１３号公報に記載のように公
知である。これらは、所定の軸の方向に作用する力とし
て、滑り摩擦力、重力、慣性力があるとして、モータの
電流から切削力を算出するものである。
【０００３】ところで、図１０に示すようなＸ−Ｙ−Ｚ
直角座標系において、図示しないモータによってＸ，
Ｙ，Ｚ軸３方向に駆動されるようにされた移動台に載置
されたワーク１０１を、主軸に装着されたエンドミル１
０２にて切削加工する場合について考える。ワーク１０
１を第１の軸としてのＸ軸方向にはほぼ静止させた状態
で、矢印Ａのように第２の軸としてのＹ軸方向に移動さ
せながら加工するとき、Ｘ軸が静止軸、Ｙ軸が移動軸と
なり、Ｘ軸方向に駆動するモータは、ほぼ停止した状態
にある。
直角座標系において、図示しないモータによってＸ，
Ｙ，Ｚ軸３方向に駆動されるようにされた移動台に載置
されたワーク１０１を、主軸に装着されたエンドミル１
０２にて切削加工する場合について考える。ワーク１０
１を第１の軸としてのＸ軸方向にはほぼ静止させた状態
で、矢印Ａのように第２の軸としてのＹ軸方向に移動さ
せながら加工するとき、Ｘ軸が静止軸、Ｙ軸が移動軸と
なり、Ｘ軸方向に駆動するモータは、ほぼ停止した状態
にある。
【０００４】静止軸の方向には静止摩擦力が作用し、上
記特開平３−１９６３１３号公報に記載されたもののよ
うな移動軸に作用する力と異なるため、静止軸と移動軸
に作用する力を同列に扱うことはできない。特に、静止
摩擦力は加えられた外力に対する反力として生ずるもの
であり、物理的に不確定なものであり、零から最大静止
摩擦力までの間を変化する。このため移動軸に対する切
削力の算出の方法を静止軸に延長して当てはめることは
できない。
記特開平３−１９６３１３号公報に記載されたもののよ
うな移動軸に作用する力と異なるため、静止軸と移動軸
に作用する力を同列に扱うことはできない。特に、静止
摩擦力は加えられた外力に対する反力として生ずるもの
であり、物理的に不確定なものであり、零から最大静止
摩擦力までの間を変化する。このため移動軸に対する切
削力の算出の方法を静止軸に延長して当てはめることは
できない。
【０００５】上記のような移動軸に作用する力を求める
方法では、最大静止摩擦力の大きさだけの誤差が発生し
うることになり、精度良く切削力を算出することができ
ない。最大静止摩擦力の値は、機械やモータの種類にも
よるが、一般にモータの定格電流の５〜１０％程度を占
める。これは、一般によく使用される５から８ｍｍ程度
の径のドリルやエンドミルでの加工における切削力の値
と同程度の値である。
方法では、最大静止摩擦力の大きさだけの誤差が発生し
うることになり、精度良く切削力を算出することができ
ない。最大静止摩擦力の値は、機械やモータの種類にも
よるが、一般にモータの定格電流の５〜１０％程度を占
める。これは、一般によく使用される５から８ｍｍ程度
の径のドリルやエンドミルでの加工における切削力の値
と同程度の値である。
【０００６】図９（ａ）は、エンドミル加工における切
削加工中のモータの電流の一例を示す説明図であり、エ
ンドミルの回転、切削にともないモータの電流は図示の
ように脈動する。そして、このモータの電流値から切削
力を求めたものが、図９（ｂ）である。モータの電流値
から算出した切削力は、実際の切削力と同程度の大きさ
の誤差を含んでいる。
削加工中のモータの電流の一例を示す説明図であり、エ
ンドミルの回転、切削にともないモータの電流は図示の
ように脈動する。そして、このモータの電流値から切削
力を求めたものが、図９（ｂ）である。モータの電流値
から算出した切削力は、実際の切削力と同程度の大きさ
の誤差を含んでいる。
【０００７】すなわち、観察したい信号と、つまり切削
力と同程度の誤差がある。このような大きな誤差を含む
可能性のある値を切削力として用いるのは適切ではな
く、単なるモータの電流値から静止軸の切削力を算出す
ることは実用上困難である。さらに、アルミニウム等の
より柔らかい被加工物の加工や、より小さい径の工具な
どでの加工では、切削力がもっと小さいため、切削力を
精度良く算出することは不可能である。
力と同程度の誤差がある。このような大きな誤差を含む
可能性のある値を切削力として用いるのは適切ではな
く、単なるモータの電流値から静止軸の切削力を算出す
ることは実用上困難である。さらに、アルミニウム等の
より柔らかい被加工物の加工や、より小さい径の工具な
どでの加工では、切削力がもっと小さいため、切削力を
精度良く算出することは不可能である。
【０００８】このような静止摩擦力の影響を受けないで
切削力を求めることができるものとして、例えば特開平
５−２８５７８９号公報に記載されたものがある。これ
は被加工物が載置された移動台を、コイルばねなどの弾
性支持部材で浮かせた状態で支持し、弾性支持部材の変
位を変位検出手段により検出することにより切削力を求
めるもので、静止摩擦力の影響を除去しうるものであ
る。
切削力を求めることができるものとして、例えば特開平
５−２８５７８９号公報に記載されたものがある。これ
は被加工物が載置された移動台を、コイルばねなどの弾
性支持部材で浮かせた状態で支持し、弾性支持部材の変
位を変位検出手段により検出することにより切削力を求
めるもので、静止摩擦力の影響を除去しうるものであ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の数値制御装置は
上記のように構成されているので、次のような問題点が
あった。すなわち、 ａ、弾性支持部材及び変位検出手段が必要であり、部品
数が増加し、また変位検出のための構成が複雑となる。
その結果、設備コストやメンテナンスコストが高くな
る。
上記のように構成されているので、次のような問題点が
あった。すなわち、 ａ、弾性支持部材及び変位検出手段が必要であり、部品
数が増加し、また変位検出のための構成が複雑となる。
その結果、設備コストやメンテナンスコストが高くな
る。
【００１０】ｂ、弾性支持部材を介して移動台を支持し
なければならないので、移動台を含む系の剛性・固有振
動数が低下し、系の力学特性が変化することが避けられ
ない。このため、機械の精度が低下したり、びびり振動
を招きやすくなる。 ｃ、変位検出手段の挿入により作業空間を挟めることに
なり、設置できる被加工物の寸法が制限される。
なければならないので、移動台を含む系の剛性・固有振
動数が低下し、系の力学特性が変化することが避けられ
ない。このため、機械の精度が低下したり、びびり振動
を招きやすくなる。 ｃ、変位検出手段の挿入により作業空間を挟めることに
なり、設置できる被加工物の寸法が制限される。
【００１１】本発明は、上記のような問題点を解決し
て、簡易な構成で機械系の力学的特性に影響を与えるこ
となく精度よく静止軸に作用する切削力を算出すること
のできる数値制御装置を得ることを目的とする。
て、簡易な構成で機械系の力学的特性に影響を与えるこ
となく精度よく静止軸に作用する切削力を算出すること
のできる数値制御装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の数値制御装置においては、第１の軸と第２
の軸との直交座標系において主電動機によって回転駆動
される主軸に固定保持された切削手段と加工台に載置さ
れた被切削物の被加工部とが第１の軸の方向に相対的に
移動するように駆動する電動機を有する切削装置の上記
電動機の回転速度が所定値以下のときに主軸が少なくと
も１回転する時間範囲における電動機の駆動電流を測定
する電流測定手段と、駆動電流の最小電流から補正量を
算出する補正量算出手段と、駆動電流から補正量を減算
して補正電流値を算出する補正電流算出手段と、補正電
流値から第１の軸の方向に作用する切削力を静止軸切削
力として算出する静止軸切削力算出手段を備えたもので
ある。
に、本発明の数値制御装置においては、第１の軸と第２
の軸との直交座標系において主電動機によって回転駆動
される主軸に固定保持された切削手段と加工台に載置さ
れた被切削物の被加工部とが第１の軸の方向に相対的に
移動するように駆動する電動機を有する切削装置の上記
電動機の回転速度が所定値以下のときに主軸が少なくと
も１回転する時間範囲における電動機の駆動電流を測定
する電流測定手段と、駆動電流の最小電流から補正量を
算出する補正量算出手段と、駆動電流から補正量を減算
して補正電流値を算出する補正電流算出手段と、補正電
流値から第１の軸の方向に作用する切削力を静止軸切削
力として算出する静止軸切削力算出手段を備えたもので
ある。
【００１３】そして、電動機の駆動電流から電動機の慣
性力成分を減算する既知成分補正手段を設け、補正量算
出手段を補正量に慣性力成分を加算して新たな補正量と
するものとしたことを特徴とする。
性力成分を減算する既知成分補正手段を設け、補正量算
出手段を補正量に慣性力成分を加算して新たな補正量と
するものとしたことを特徴とする。
【００１４】さらに、電動機の回転速度が所定値よりも
大きいときに電動機の駆動電流と慣性力から第１の軸の
方向に作用する切削力を移動軸切削力として算出する移
動軸切削力算出手段と、電動機の回転速度に応じて移動
軸切削力と静止軸切削力とを選択して切削力とする切換
手段を設けたことを特徴とする。
大きいときに電動機の駆動電流と慣性力から第１の軸の
方向に作用する切削力を移動軸切削力として算出する移
動軸切削力算出手段と、電動機の回転速度に応じて移動
軸切削力と静止軸切削力とを選択して切削力とする切換
手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１〜図６は、こ
の発明の実施の一形態を示すものであり、図１は数値制
御装置の構成を示すブロック図、図２は切削力算出部の
構成を示すブロック図である。図３は静止軸切削力算出
部の動作を示すフローチャート、図４は補正量を算出す
るステップの詳細を示すフローチャートである。図５は
静止軸切削力算出部の動作原理を説明するための説明
図、図６は静止軸切削力による算出値を示す特性図であ
る。
の発明の実施の一形態を示すものであり、図１は数値制
御装置の構成を示すブロック図、図２は切削力算出部の
構成を示すブロック図である。図３は静止軸切削力算出
部の動作を示すフローチャート、図４は補正量を算出す
るステップの詳細を示すフローチャートである。図５は
静止軸切削力算出部の動作原理を説明するための説明
図、図６は静止軸切削力による算出値を示す特性図であ
る。
【００１６】図１において、位置指令生成部１は図示し
ないプログラムに基づき所定時間ごとに位置指令を生成
し、サーボアンプ２へ出力する。サーボアンプ２は、こ
の位置指令とモータ３からフィードバック（ＦＢ）され
たモータ３の電流及び速度又は位置に基づきモータ３に
電流指令を出力する。モータ３は、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標
系において、被加工物を載置した移動台をそれぞれの軸
の方向に駆動するために３台設けられている。
ないプログラムに基づき所定時間ごとに位置指令を生成
し、サーボアンプ２へ出力する。サーボアンプ２は、こ
の位置指令とモータ３からフィードバック（ＦＢ）され
たモータ３の電流及び速度又は位置に基づきモータ３に
電流指令を出力する。モータ３は、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標
系において、被加工物を載置した移動台をそれぞれの軸
の方向に駆動するために３台設けられている。
【００１７】切削力算出部４は補正量計算部４２ａと換
算部４２ｂを有し、位置指令生成部１が出力する位置指
令とサーボアンプ２からフィードバックされるモータ３
の電流及び速度に基づき静止軸切削力及び移動軸切削力
を算出する。切換手段としての異常判断部５は、モータ
３の速度に応じて切削力算出部４が算出した静止軸切削
力及び移動軸切削力のうちの何れかを切り替えて切削力
として採用し、切削力が異常を判断し、異常であれば警
告信号を表示装置６に送って警告メッセージを表示させ
る。
算部４２ｂを有し、位置指令生成部１が出力する位置指
令とサーボアンプ２からフィードバックされるモータ３
の電流及び速度に基づき静止軸切削力及び移動軸切削力
を算出する。切換手段としての異常判断部５は、モータ
３の速度に応じて切削力算出部４が算出した静止軸切削
力及び移動軸切削力のうちの何れかを切り替えて切削力
として採用し、切削力が異常を判断し、異常であれば警
告信号を表示装置６に送って警告メッセージを表示させ
る。
【００１８】ここで、切削力算出部４の詳細構成は図２
の如くである。すなわち、切削力算出部４は移動軸切削
力算出部４１と静止軸切削力算出部４２を有し、フィー
ドバックにより入力されたモータ３の電流及び速度に基
づき移動軸及び静止軸切削力算出値を出力する。移動軸
切削力算出部４１は、公知のように例えばモータの電流
と速度とに基づき求める。
の如くである。すなわち、切削力算出部４は移動軸切削
力算出部４１と静止軸切削力算出部４２を有し、フィー
ドバックにより入力されたモータ３の電流及び速度に基
づき移動軸及び静止軸切削力算出値を出力する。移動軸
切削力算出部４１は、公知のように例えばモータの電流
と速度とに基づき求める。
【００１９】すなわち、例えば、大西公平「外乱オブザ
ーバによるロバスト・モーションコントロール」、日本
ロボット学会誌 第１１巻第４号 第６頁〜第１３頁
（１９９３年５月）の第８頁の図４に記載されているよ
うに、切削力（トルク）に対応する外乱Ｔｄｉｓは、次
の式で表される。 Ｔｄｉｓ＝（Ｋｔｎ）×（Ｊｒｅｆ）−（Ｑｎ）×ｓ×
ω ここに、 Ｋｔｎ：トルク係数の公称値 Ｊｒｅｆ：モータ電流 Ｑｎ：慣性モーメントの公称値（又は同定値） ｓ：微分を表す演算子 ω：角速度あるいは速度 である。
ーバによるロバスト・モーションコントロール」、日本
ロボット学会誌 第１１巻第４号 第６頁〜第１３頁
（１９９３年５月）の第８頁の図４に記載されているよ
うに、切削力（トルク）に対応する外乱Ｔｄｉｓは、次
の式で表される。 Ｔｄｉｓ＝（Ｋｔｎ）×（Ｊｒｅｆ）−（Ｑｎ）×ｓ×
ω ここに、 Ｋｔｎ：トルク係数の公称値 Ｊｒｅｆ：モータ電流 Ｑｎ：慣性モーメントの公称値（又は同定値） ｓ：微分を表す演算子 ω：角速度あるいは速度 である。
【００２０】次に、切削力算出部４の動作を、図３、図
４のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１に
おいてモータの電流Ｊを測定し、ステップＳ２において
フィルタを通す。ステップＳ３においてフィルタを通し
て高周波のノイズを除去した電流ＪＩの波形に基づき統
計的処理により未知外乱成分を求め、これを補正量ＪＨ
とする。この補正量ＪＨ算出の詳細は後述する。ステッ
プＳ４において、モータ電流Ｊから補正量ＪＨを減算し
て補正電流値Ｊ０＝Ｊ−ＪＨを求める。ステップＳ５に
おいて、上記補正電流値Ｊ０を切削力に換算して、これ
を静止軸切削力算出値Ｆとする。
４のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１に
おいてモータの電流Ｊを測定し、ステップＳ２において
フィルタを通す。ステップＳ３においてフィルタを通し
て高周波のノイズを除去した電流ＪＩの波形に基づき統
計的処理により未知外乱成分を求め、これを補正量ＪＨ
とする。この補正量ＪＨ算出の詳細は後述する。ステッ
プＳ４において、モータ電流Ｊから補正量ＪＨを減算し
て補正電流値Ｊ０＝Ｊ−ＪＨを求める。ステップＳ５に
おいて、上記補正電流値Ｊ０を切削力に換算して、これ
を静止軸切削力算出値Ｆとする。
【００２１】静止軸切削力算出値Ｆへの換算の仕方は機
械構造やモータ構造によるが、典型的な例として、回転
型モータで減速ギアを介さず、ボールネジ駆動の場合に
は以下の式による。 Ｆ＝（Ｊ０／１００）（Ｋｔ）２π／（Ｌ／１０００） ここに、 Ｆ：切削力Ｆ（Ｎ） Ｊ０：電流（％）（Ｊ０＝Ｊ−（ＪＫ＋ＪＭ＋ＪＺ）） Ｋｔ：モータの定格トルク（Ｎｍ） Ｌ：ボールネジのリード（ｍｍ） である。
械構造やモータ構造によるが、典型的な例として、回転
型モータで減速ギアを介さず、ボールネジ駆動の場合に
は以下の式による。 Ｆ＝（Ｊ０／１００）（Ｋｔ）２π／（Ｌ／１０００） ここに、 Ｆ：切削力Ｆ（Ｎ） Ｊ０：電流（％）（Ｊ０＝Ｊ−（ＪＫ＋ＪＭ＋ＪＺ）） Ｋｔ：モータの定格トルク（Ｎｍ） Ｌ：ボールネジのリード（ｍｍ） である。
【００２２】ここで、ステップＳ３における未知外乱成
分である補正量ＪＨを算出する詳細手順を図４のフロー
チャートにより説明する。図４において、ステップＳ３
１にてフィルタを通したモータ電流Ｊ１の波形につい
て、主軸の一回転に相当する時間範囲における最も０に
近い値である最小値Ｊｍｉｎを求める。なお、対象とす
る軸、例えばＹ軸が鉛直方向の軸である場合は、当然重
力成分を差し引いてから最小値Ｊｍｉｎを求める。
分である補正量ＪＨを算出する詳細手順を図４のフロー
チャートにより説明する。図４において、ステップＳ３
１にてフィルタを通したモータ電流Ｊ１の波形につい
て、主軸の一回転に相当する時間範囲における最も０に
近い値である最小値Ｊｍｉｎを求める。なお、対象とす
る軸、例えばＹ軸が鉛直方向の軸である場合は、当然重
力成分を差し引いてから最小値Ｊｍｉｎを求める。
【００２３】この最小値Ｊｍｉｎはノイズが多い場合に
は突発的な不安定な変化を示すため、安定的に補正を行
うためにＪｍｉｎの統計的処理を行う。この実施の形態
では、ステップＳ３２からステップＳ３６においてこの
値Ｊｍｉｎに対し過去Ｎ回（Ｎ回転）のデータＣ１，Ｃ
２・・・ＣＮの移動平均電流ＪＭを求め、ステップＳ３
７においてこれを補正量ＪＨとする。
は突発的な不安定な変化を示すため、安定的に補正を行
うためにＪｍｉｎの統計的処理を行う。この実施の形態
では、ステップＳ３２からステップＳ３６においてこの
値Ｊｍｉｎに対し過去Ｎ回（Ｎ回転）のデータＣ１，Ｃ
２・・・ＣＮの移動平均電流ＪＭを求め、ステップＳ３
７においてこれを補正量ＪＨとする。
【００２４】求められた補正量ＪＨは、ほぼ未知外乱成
分に対応する。未知外乱成分とは、物理的には静止摩擦
力、モータの摩擦トルクなどと考えられるが、補正して
切削力を求める観点から言えば、それがいずれであるか
を特定する必要はない。
分に対応する。未知外乱成分とは、物理的には静止摩擦
力、モータの摩擦トルクなどと考えられるが、補正して
切削力を求める観点から言えば、それがいずれであるか
を特定する必要はない。
【００２５】このようにして図５（ａ）に示すようなエ
ンドミル加工における切削加工中のモータの電流に基づ
き、図３，図４のフローチャートに従い静止軸切削力を
算出すると、図５（ｂ）のようになり、実際の切削力と
同程度の値が得られることが明らかになった。
ンドミル加工における切削加工中のモータの電流に基づ
き、図３，図４のフローチャートに従い静止軸切削力を
算出すると、図５（ｂ）のようになり、実際の切削力と
同程度の値が得られることが明らかになった。
【００２６】なお、補正量ＪＨを求めるその他の統計的
処理としては、電流値の平均値Ｅと標準偏差σを求め、
電流値が正の場合にはＥ−ｒσ、負の場合にはＥ＋ｒσ
のように補正値を求めてもよい。ここではｒはパラメー
タである。
処理としては、電流値の平均値Ｅと標準偏差σを求め、
電流値が正の場合にはＥ−ｒσ、負の場合にはＥ＋ｒσ
のように補正値を求めてもよい。ここではｒはパラメー
タである。
【００２７】異常判断部５は、切削力算出部４が算出し
た移動軸切削力あるいは静止軸切削力をモータ３の速度
に応じて選んで切削力とし、この切削力が所定値を超え
たとき、表示装置６に警告メッセージを表示する。
た移動軸切削力あるいは静止軸切削力をモータ３の速度
に応じて選んで切削力とし、この切削力が所定値を超え
たとき、表示装置６に警告メッセージを表示する。
【００２８】実施の形態２．上記実施の形態では、未知
外乱成分が何であるかを特定する必要はなく、補正量と
して減算すれば良いことを示した。これは、さらに静止
軸切削力の算出の精度を高くするには、次のように慣性
力を考慮して、これを補正量に組み込む。これは、所定
の軸の方向に完全に静止している状態と軸がわずかに動
く境界域にある場合、慣性力を考慮して補正を行えばよ
り精度を高めることができるからである。この場合の動
作を、図６、図７のフローチャートにより説明する。
外乱成分が何であるかを特定する必要はなく、補正量と
して減算すれば良いことを示した。これは、さらに静止
軸切削力の算出の精度を高くするには、次のように慣性
力を考慮して、これを補正量に組み込む。これは、所定
の軸の方向に完全に静止している状態と軸がわずかに動
く境界域にある場合、慣性力を考慮して補正を行えばよ
り精度を高めることができるからである。この場合の動
作を、図６、図７のフローチャートにより説明する。
【００２９】図６において、図３とはステップＳ２１，
Ｓ２２が異なる。ステップＳ２１は、モータ３の速度か
らモータ３の慣性力に相当する電流ＪＫを算出し、電流
Ｊから減算する。ステップＳ２２は、図７に示すよう
に、ステップＳ２２１において、補正値ＪＭに慣性力に
相当する次式の値ＪＫを加算する。 ＪＫ＝Ｑｎ×ｓ×ω＋ｇｎ ここに、 Ｑｎ：慣性モーメントの公称値（又は同定
値） ｓ：微分を表す演算子 ω：角速度あるいは速度 である。補正量ＪＨ＝ＪＭ＋ＪＫとする。その他につい
ては、図３のフローチャートと同様である。なお、ステ
ップＳ２１はステップＳ２とステップＳ２２との間に入
れてもよい。
Ｓ２２が異なる。ステップＳ２１は、モータ３の速度か
らモータ３の慣性力に相当する電流ＪＫを算出し、電流
Ｊから減算する。ステップＳ２２は、図７に示すよう
に、ステップＳ２２１において、補正値ＪＭに慣性力に
相当する次式の値ＪＫを加算する。 ＪＫ＝Ｑｎ×ｓ×ω＋ｇｎ ここに、 Ｑｎ：慣性モーメントの公称値（又は同定
値） ｓ：微分を表す演算子 ω：角速度あるいは速度 である。補正量ＪＨ＝ＪＭ＋ＪＫとする。その他につい
ては、図３のフローチャートと同様である。なお、ステ
ップＳ２１はステップＳ２とステップＳ２２との間に入
れてもよい。
【００３０】エンドミル加工において、上記従来の技術
に記したような移動台を支持する弾性支持部材の変位を
変位検出手段で検出した真の切削力を横軸にとり、この
実施の形態２における切削力算出部４により算出した静
止軸切削力算出値をプロットした点である黒く塗りつぶ
したダイヤのマーク及びその中心線Ｂ、従来の単にモー
タ電流から算出した切削力算出値をプロットした点であ
る黒く塗りつぶした正方形のマークとその中心線Ｃとを
図８に示す。図８から明らかなように、本実施の形態の
静止軸切削力算出部４２によればほぼ正しい切削力を算
出できるのに対し、従来の方法では真の値の約２倍の値
となり誤差が大きい。
に記したような移動台を支持する弾性支持部材の変位を
変位検出手段で検出した真の切削力を横軸にとり、この
実施の形態２における切削力算出部４により算出した静
止軸切削力算出値をプロットした点である黒く塗りつぶ
したダイヤのマーク及びその中心線Ｂ、従来の単にモー
タ電流から算出した切削力算出値をプロットした点であ
る黒く塗りつぶした正方形のマークとその中心線Ｃとを
図８に示す。図８から明らかなように、本実施の形態の
静止軸切削力算出部４２によればほぼ正しい切削力を算
出できるのに対し、従来の方法では真の値の約２倍の値
となり誤差が大きい。
【００３１】以上のように、これらの実施の形態によれ
ば、移動台や主軸に作用する切削力を検出するためにコ
イルばね等の弾性支持部材や変位検出手段を設ける必要
がない。従って、構成が簡易になり、また機械系の力学
特性に影響を与え、機械の精度が低下したり、びびり振
動を招くおそれもない。
ば、移動台や主軸に作用する切削力を検出するためにコ
イルばね等の弾性支持部材や変位検出手段を設ける必要
がない。従って、構成が簡易になり、また機械系の力学
特性に影響を与え、機械の精度が低下したり、びびり振
動を招くおそれもない。
【００３２】なお、モータは主軸を駆動するもの、ある
いは主軸及び移動台の双方を駆動するものであってもよ
い。また、切削力が所定値を超えたとき警報を発するも
のに限らず、例えばサーボアンプ２へフィードバック制
御する等、他のものに用いることができることは述べる
までもない。
いは主軸及び移動台の双方を駆動するものであってもよ
い。また、切削力が所定値を超えたとき警報を発するも
のに限らず、例えばサーボアンプ２へフィードバック制
御する等、他のものに用いることができることは述べる
までもない。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。すな
わち、第１の軸と第２の軸との直交座標系において主電
動機によって回転駆動される主軸に固定保持された切削
手段と加工台に載置された被切削物の被加工部とが第１
の軸の方向に相対的に移動するように駆動する電動機を
有する切削装置の上記電動機の回転速度が所定値以下の
ときに主軸が少なくとも１回転する時間範囲における電
動機の駆動電流を測定する電流測定手段と、駆動電流の
最小電流から補正量を算出する補正量算出手段と、駆動
電流から補正量を減算して補正電流値を算出する補正電
流算出手段と、補正電流値から第１の軸の方向に作用す
る切削力を静止軸切削力として算出する静止軸切削力算
出手段を備えたものであるので、簡易な構成で機械系の
力学的特性に影響を与えることなく精度よく静止軸の方
向に作用する切削力を算出することができる。
ているので、以下に記載するような効果を奏する。すな
わち、第１の軸と第２の軸との直交座標系において主電
動機によって回転駆動される主軸に固定保持された切削
手段と加工台に載置された被切削物の被加工部とが第１
の軸の方向に相対的に移動するように駆動する電動機を
有する切削装置の上記電動機の回転速度が所定値以下の
ときに主軸が少なくとも１回転する時間範囲における電
動機の駆動電流を測定する電流測定手段と、駆動電流の
最小電流から補正量を算出する補正量算出手段と、駆動
電流から補正量を減算して補正電流値を算出する補正電
流算出手段と、補正電流値から第１の軸の方向に作用す
る切削力を静止軸切削力として算出する静止軸切削力算
出手段を備えたものであるので、簡易な構成で機械系の
力学的特性に影響を与えることなく精度よく静止軸の方
向に作用する切削力を算出することができる。
【００３４】そして、電動機の駆動電流から電動機の慣
性力成分を減算する既知成分補正手段を設け、補正量算
出手段を補正量に慣性力成分を加算して新たな補正量と
するものとしたことを特徴とするので、さらに算出の精
度を向上させることができる。
性力成分を減算する既知成分補正手段を設け、補正量算
出手段を補正量に慣性力成分を加算して新たな補正量と
するものとしたことを特徴とするので、さらに算出の精
度を向上させることができる。
【００３５】さらに、電動機の回転速度が所定値よりも
大きいときに電動機の駆動電流と慣性力から第１の軸の
方向に作用する切削力を移動軸切削力として算出する移
動軸切削力算出手段と、電動機の回転速度に応じて移動
軸切削力と静止軸切削力とを選択して切削力とする切換
手段を設けたことを特徴とするので、移動の状態に応じ
て的確な切削力を算出することができる。
大きいときに電動機の駆動電流と慣性力から第１の軸の
方向に作用する切削力を移動軸切削力として算出する移
動軸切削力算出手段と、電動機の回転速度に応じて移動
軸切削力と静止軸切削力とを選択して切削力とする切換
手段を設けたことを特徴とするので、移動の状態に応じ
て的確な切削力を算出することができる。
【図１】 数値制御装置の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】 切削力算出部の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図３】 静止軸切削力算出部の動作を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図４】 補正量を算出するステップの詳細を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図５】 静止軸切削力算出部の動作原理を説明するた
めの説明図である。
めの説明図である。
【図６】 この発明の他の実施の形態である静止軸切削
力算出部の動作を示すフローチャートである。
力算出部の動作を示すフローチャートである。
【図７】 図６の補正量を算出するステップの詳細を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図８】 図６の静止軸切削力算出部による算出値を示
す特性図である。
す特性図である。
【図９】 従来の切削力算出部の動作を説明するための
説明図である。
説明図である。
【図１０】 静止軸移動軸とを示す説明図である。
１ モータ、２ サーボアンプ、４ 切削力算出部、４
１ 移動軸切削力算出部、４２ 静止軸切削力算出部、
４２ａ 補正量計算部、４２ｂ 換算部、５ 異常診断
部。
１ 移動軸切削力算出部、４２ 静止軸切削力算出部、
４２ａ 補正量計算部、４２ｂ 換算部、５ 異常診断
部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミカエル パロサーリ 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F051 AA11 AB06 AC03 BA03 3C029 CC07
Claims (3)
- 【請求項１】 第１の軸と第２の軸との直交座標系にお
いて主電動機によって回転駆動される主軸に固定保持さ
れた切削手段と加工台に載置された被切削物の被加工部
とが上記第１の軸の方向に相対的に移動するように駆動
する電動機を有する切削装置の上記電動機の回転速度が
所定値以下のときに上記主軸が少なくとも１回転する時
間範囲における上記電動機の駆動電流を測定する電流測
定手段と、上記駆動電流の最小電流から補正量を算出す
る補正量算出手段と、上記駆動電流から上記補正量を減
算して補正電流値を算出する補正電流算出手段と、上記
補正電流値から上記第１の軸の方向に作用する切削力を
静止軸切削力として算出する静止軸切削力算出手段を備
えた数値制御装置。 - 【請求項２】 電動機の駆動電流から電動機の慣性力成
分を減算する既知成分補正手段を設け、補正量算出手段
を補正量に上記慣性力成分を加算して新たな補正量とす
るものとしたことを特徴とする請求項１に記載の数値制
御装置。 - 【請求項３】 電動機の回転速度が所定値よりも大きい
ときに電動機の駆動電流と慣性力から第１の軸の方向に
作用する切削力を移動軸切削力として算出する移動軸切
削力算出手段と、電動機の回転速度に応じて上記移動軸
切削力と静止軸切削力とを選択して切削力とする切換手
段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の数値制御
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10293868A JP2000117587A (ja) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | 数値制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10293868A JP2000117587A (ja) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | 数値制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000117587A true JP2000117587A (ja) | 2000-04-25 |
Family
ID=17800201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10293868A Pending JP2000117587A (ja) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | 数値制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000117587A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103273381A (zh) * | 2013-06-03 | 2013-09-04 | 济南二机床集团有限公司 | 数控落地铣镗床的主铣头扭矩动态监控方法 |
-
1998
- 1998-10-15 JP JP10293868A patent/JP2000117587A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103273381A (zh) * | 2013-06-03 | 2013-09-04 | 济南二机床集团有限公司 | 数控落地铣镗床的主铣头扭矩动态监控方法 |
| CN103273381B (zh) * | 2013-06-03 | 2015-06-17 | 济南二机床集团有限公司 | 数控落地铣镗床的主铣头扭矩动态监控方法 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040727 |
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|
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