JP2001350523A - 工作機械のサーボモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械のサーボモータの速度方向が切り換
わる際に発生する象限突起の補正装置の改良を図る。 【解決手段】 サーボモータの制御装置は、ＮＣ装置１
００と、ＮＣ装置から出力されるトルク指令により制御
されるサーボモータ１４０と、サーボモータにより駆動
される移動体の位置を検出する位置検出器１５０と、位
置検出器からの信号を処理して、位置情報と速度情報を
ＮＣ装置側へフィードバックする手段と、サーボモータ
へのトルク指令が反転する際に発生する象限突起を補正
する象限突起補正装置２００を備える。象限突起補正装
置２００は、トルク指令が反転した後に最大静止摩擦に
達するまでの移動体の移動距離に対応するバネ抵抗を計
算するバネ抵抗計算部２３０と、移動体の移動速度に対
応するダンピング抵抗を計算するダンピング抵抗計算部
２２０と、バネ抵抗とダンピング抵抗を加減算する手段
２４０と、加減算の結果を最大静止摩擦を越えないよう
に制限し、トルク補正値を算出する手段２５０を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の送り軸
等を駆動するサーボモータの制御装置に関し、特に、サ
ーボモータの回転が反転するときに生ずる象限突起の補
正装置を備えたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械で２軸円弧補間送り運動をさせ
るサーボモータの制御では、ＮＣ位置指令と、サーボモ
ータまたはこのサーボモータにより駆動されるテーブル
サドルなどの移動体に設けられた位置検出器からのフィ
ードバック信号との偏差が０となるような位置ループを
組むとともに、位置フィードバック信号を微分した速度
フィードバック信号から速度ループを組み、速度ループ
の出力をトルク指令値とする方式が一般に採られてい
る。

【０００３】このようなサーボモータの制御では、モー
タの回転方向を反転させるとき、通常、機械は即座に反
転することができない。これは、送り駆動機構のロスト
モーションや摩擦の影響のためで、円弧切削等を行なっ
ているときに象限が変わると、図４に示すように、円弧
Ｒ_１に沿って切削加工している間に、第II象限から第Ｉ
象限に移行するときに、Ｙ軸のサーボモータは、プラス
側の送りからマイナス側へ切り換えられるが、駆動機構
の摩擦や慣性のために、実際の運動の軌跡が指令軌跡よ
りも外側に出てしまい軌跡にふくらみを生じる。この現
象は、スティックモーションまたは象限突起と呼ばれて
おり、輪郭加工精度低下の一要因となっている。

【０００４】この現象が起こるのは、運動方向が反転す
ると摩擦トルクの分だけトルク指令を反転させる必要が
あるが、速度ループの応答特性による遅れがあるため、
送り軸が一時停止するためであると考えられている。

【０００５】この象限突起の発生を防止する補正手段
は、例えば、特開平１０−６３３２５号公報、特開平９
−８１２１６号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの手段は、象限
切り替わり時の補正パラメータを円弧半径や送り速度に
対応したデータをテーブルとしてメモリに用意してお
き、補正を指令するものである。しかしながら、補正パ
ラメータは機械毎に異なり、個々の機械毎にテーブルを
用意する必要がある。また、高速加工に対応するために
は、より広い範囲でパラメータを用意する必要があっ
た。本発明は、上述した従来の補正手段を改良する象限
突起補正装置を備えたサーボモータの制御装置を提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基本的手段と
して、工作機械の加工プログラムを処理するＮＣ装置
と、ＮＣ装置から出力されるトルク指令により制御され
るサーボモータと、サーボモータにより駆動される移動
体の位置を検出する位置検出器と、位置検出器からの信
号を処理して、位置情報と速度情報をＮＣ装置側へフィ
ードバックする手段と、サーボモータへのトルク指令が
反転する際に発生する象限突起を補正する象限突起補正
装置を備える。そして、象限突起補正装置は、トルク指
令が反転した後に最大静止摩擦に達するまでの移動体の
移動距離に対応するバネ抵抗を計算するバネ抵抗計算部
と、移動体の移動速度に対応するダンピング抵抗を計算
するダンピング抵抗計算部と、バネ抵抗とダンピング抵
抗を加減算する手段と、加減算の結果を最大静止摩擦を
越えないように制限し、トルク補正値を算出する手段を
備えるものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明で使用する摩擦シ
ステムをモデル化した説明図である。送り系を構成する
機構として、サーボモータにより駆動されるボールねじ
２０（質量Ｍ）とボールねじの軸受やシール部材３０
（質量Ｍｒ）を想定する。符号１０は静止部を示す。

【０００９】送り系の駆動力をＦ、ボールねじ２０と軸
受等３０との間の摩擦抵抗力をＦｒとし、象限切り替わ
り時（静止時）からの移動量をＸとすると、

【数１】 で表現される。

【００１０】次に軸受等３０は、最大静止摩擦に達する
までは、抵抗とバネ抵抗が作用するものと仮定すると、

【数２】 但し、Ｍｒは微小と考え、運動方程式では無視する。こ
こで、Ｃはダンパー部を構成する部材４０のダンピング
係数、Ｋはバネ部を構成する部材５０のバネ定数であ
る。

【００１１】最大静止摩擦Ｆｒｍａｘ＞Ｆｒの条件下で
は、軸受等３０はボールねじ２０に追従するので、

【数３】 となる。

【００１２】そこで、

【数４】 となる。

【００１３】したがって、

【数５】 を補正量とすれば、象限突起を解消することができる。

【００１４】図２は、本発明の象限突起補正回路を有す
る駆動制御装置の構成図である。ＮＣ装置１００は、位
置制御部１１０、速度制御部１２０、電流制御部１３０
を介してサーボモータ１４０を駆動する。サーボモータ
１４０は、ボールねじを介してテーブルや主軸等の移動
部を移動、制御する。移動部の位置及び移動速度は、位
置検出器１５０で検知され、位置検出部１６０と速度検
出部１７０へフィードバックされる。

【００１５】位置検出部１６０からの現在位置情報は、
加減算部１０５へフィードバックされ、ＮＣ装置１００
から位置制御部１１０へ送られる情報が補正される。同
様に、速度検出部１７０からの現在速度情報は、速度指
令用加減算部１１５へフィードバックされる。

【００１６】全体を符号２００で示す補正装置は、反転
後の距離算出部２１０を有し、速度フィードバック信号
を入力として、象限を越えて、サーボモータが反転した
後の移動距離を算出する。バネ抵抗計算部２３０は、サ
ーボモータが反転した後の移動距離にバネ定数を乗じて
Ｋｘを算出する。ダンピング抵抗計算部２２０は、速度
フィードバック信号にダンピング係数を乗じて、

【数６】 を算出する。これらの結果は、加減算部２４０で処理さ
れ、その出力は補正量算出部２５０へ送られる。

【００１７】補正量算出部２５０は、最大静止摩擦領域
以内であれば、入力データに応ずる出力データＴ_１をト
ルク指令加減部１２５へ送る。最大静止摩擦以上では、
最大値を出力する。トルク指令加減部１２５は、この象
限突起補正用のトルク指令を加減算して電流制御部への
指令を送る。この補正によって、象限突起の発生を可及
的に小さくすることができる。

【００１８】図３は、本発明の効果を示す図である。加
工すべき円弧の半径Ｒを１００、送り速度Ｆを１０００
と３０００にしたときの象限突起Ｓｔとトルク指令Ｔｓ
を示す。（ａ）は補正なしを示し、象限突起Ｓｔが大き
く現れることを示している。（ｂ）は従来の補正をした
ときの例を示し、Ｆ３０００の場合には上限突起Ｓｔは
比較的小さくなるが、Ｆ１０００のときには突起が大き
く現れてしまう。（ｃ）は本発明による補正をかけたと
きの結果を示し、Ｆ１０００、Ｆ３０００のいずれの場
合にも、送り速度に対応したトルク指令を適正化し、象
限突起を小さくできることが実験により確認された。

【００１９】なお、上述した実施例にあっては、象限突
起補正装置２００への入力信号として、速度検出部１７
０からの速度フィードバック信号を用いた構成を示した
が、位置制御部１１０から出力される速度指令信号を用
いる構成とすることもできる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上のように、サーボモータの
速度指令方向が切り換えられる際に発生する象限突起の
発生メカニズムを解析し、この解析に基づいて演算する
ので、象限突起の発生を可及的に少なくすることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する摩擦システムのモデル図。

【図２】本発明の制御装置の構成図。

【図３】本発明の効果を示す説明図。

【図４】象限突起の説明図。

【符号の説明】

１０ 静止部 ２０ ボールねじ ３０ 軸受等 ４０ ダンパー部材 ５０ バネ部材 １００ ＮＣ装置 １１０ 位置制御部 １２０ 速度制御部 １３０ 電流制御部 １４０ サーボモータ １６０ 位置検出部 ２００ 補正装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 康彦 愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船１番地 ヤマザキマザック株式会社本社工場内 Ｆターム(参考） 3C001 KA01 KB10 TA02 TB06 5H269 AB01 BB03 EE01 GG02 JJ02 NN07 5H303 AA01 CC06 CC07 DD01 FF03 JJ02 KK18 KK29 KK33

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の加工プログラムを処理するＮ
   Ｃ装置と、ＮＣ装置から出力されるトルク指令により制
   御されるサーボモータと、サーボモータにより駆動され
   る移動体の位置を検出する位置検出器と、位置検出器か
   らの信号を処理して、位置情報と速度情報をＮＣ装置側
   へフィードバックする手段と、サーボモータへのトルク
   指令が反転する際に発生する象限突起を補正する象限突
   起補正装置を備え、 象限突起補正装置は、トルク指令が反転した後に最大静
   止摩擦に達するまでの移動体の移動距離に対応するバネ
   抵抗を計算するバネ抵抗計算部と、移動体の移動速度に
   対応するダンピング抵抗を計算するダンピング抵抗計算
   部と、バネ抵抗とダンピング抵抗を加減算する手段と、
   加減算の結果を最大静止摩擦を越えないように制限し、
   トルク補正値を算出する手段を備える工作機械のサーボ
   モータの制御装置。