JP2004074357A - 可動構造体の駆動源の自動調整方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる質量体を選択的に搭載可能な可動構造体の駆動源の駆動動作を、搭載した質量体の量に応じて最適化できるようにする。
【解決手段】駆動源が可動構造体の運動中に受ける負荷の、予め定めた複数の負荷範囲に個別に対応して、駆動源の駆動動作を最適化するための複数の制御パラメータを予め設定する（１０１）。所望量の質量体を搭載した可動構造体を、いずれか１つの選択駆動源により対応の制御軸上で予行運動させ（１０５）、予行運動中に駆動源が受ける実負荷を検出する（１０６）。検出実負荷を含む負荷範囲を複数の負荷範囲から特定し、特定負荷範囲に対応する制御パラメータを、予め設定した複数の制御パラメータから特定する（１０７）。特定した制御パラメータを用いて、所望量の質量体を搭載した可動構造体を当該指定制御軸上で実際に運動させるための、当該選択駆動源の駆動動作を最適化する（１０８）。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械における可動構造体の駆動源の自動調整方法に関する。さらに本発明は、可動構造体駆動源の自動調整方法を工作機械で実施するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動制御工作機械において、刃物台、主軸、テーブル等の可動構造体を、それぞれが属する制御軸上で運動（送り運動又は回転運動）させるための各軸駆動源は、固有の負荷限界の制約下で迅速かつ安全に駆動動作を遂行できることが要求されている。一般に、この種の駆動源の駆動動作は、加減速度を規定する時定数や応答性を規定するゲインといった、特定の制御パラメータの値に応じて変化する。換言すれば、駆動源に対するこれらの制御パラメータの値を適宜変更することにより、工作機械における駆動対象の可動構造体の運動様態（加減速度や応答性）を調整することができる。
【０００３】
従来の工作機械では、複数の工具を選択的に装着可能な刃物台のように、異なる質量体を選択的に搭載できる可動構造体に対しては、安全のため、予測される最大量の質量体を可動構造体に搭載したときの駆動源の駆動動作を最適化できる制御パラメータを、質量体の量に関わらない固定値として設定している。したがって可動構造体は、比較的少量の質量体を搭載しているときにも、最大量の質量体を搭載したときと実質的に同一の運動様態を示すことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の制御パラメータ設定方式では、可動構造体が比較的少量の質量体を搭載しているときに、駆動源が十分な性能を発揮できず、可動構造体の運動が不必要に遅くなってしまう傾向がある。その結果、加工プログラムの実行時に無用な時間を消費して、サイクルタイムが徒に増加することになる。
【０００５】
本発明の目的は、異なる質量体を選択的に搭載可能な可動構造体を備えた工作機械において、搭載した質量体の量に応じて可動構造体の駆動源の駆動動作を最適化することができ、以って加工プログラムのサイクルタイムの無用な増加を確実に防止できる駆動源の自動調整方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記したような自動調整方法を工作機械において実施するための制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、異なる質量体を選択的に搭載できる可動構造体と、可動構造体を制御軸上で運動させる駆動源とを有する工作機械で、駆動源の駆動動作を予調整するための自動調整方法であって、駆動源が可動構造体の運動中に受ける負荷の、予め定めた複数の負荷範囲に個別に対応して、駆動源の駆動動作を最適化するための複数の制御パラメータを予め設定し、可動構造体に所望量の質量体を搭載し、質量体を搭載した可動構造体を駆動源の駆動動作により制御軸上で予行運動させ、可動構造体の予行運動中に駆動源が受ける実負荷を検出し、実負荷を含む負荷範囲を複数の負荷範囲から特定するとともに、特定した負荷範囲に対応する制御パラメータを予め設定した複数の制御パラメータから特定し、特定した制御パラメータを用いて、所望量の質量体を搭載した可動構造体を運動させるための駆動源の駆動動作を最適化することを特徴とする自動調整方法を提供する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の自動調整方法において、可動構造体が複数の制御軸を有し、それら複数の制御軸の各々に関して複数の制御パラメータを予め設定するとともに、複数の制御軸から選択した所望の制御軸に関して、可動構造体を予行運動させ、実負荷を検出し、制御パラメータを特定し、駆動動作を最適化する自動調整方法を提供する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の自動調整方法において、実負荷を検出する際に、予め設定した複数の制御パラメータのうち、駆動源の固有の負荷限界に対する余裕率が最も高くなる制御パラメータを用いて、駆動源を駆動動作させる自動調整方法を提供する。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動調整方法において、制御パラメータが時定数である自動調整方法を提供する。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動調整方法において、制御パラメータがゲインである自動調整方法を提供する。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動調整方法において、可動構造体が、複数の工具を選択的に装着可能なタレット刃物台である自動調整方法を提供する。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の自動調整方法を実施するための制御装置であって、複数の制御パラメータを複数の負荷範囲に個別に対応して記憶する記憶部と、駆動源の駆動動作を制御する駆動制御部と、駆動制御部の制御下で、所望量の質量体を搭載した可動構造体を制御軸上で予行運動させる間に、駆動源が受ける実負荷を検出する検出部と、検出部で検出した実負荷を含む負荷範囲を記憶部に記憶した複数の負荷範囲から特定するとともに、特定した負荷範囲に対応する制御パラメータを記憶部に記憶した複数の制御パラメータから特定し、特定した制御パラメータを用いて、所望量の質量体を搭載した可動構造体を運動させるための動作制御指令を作成して駆動制御部に指令する処理部とを具備することを特徴とする制御装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付す。
図１は、本発明の一実施形態による駆動源の自動調整方法を示す。この実施形態は、異なる質量体を選択的に搭載できる可動構造体が、個々に駆動源を設置した複数の制御軸上で運動可能な構成を有する自動制御工作機械において、可動構造体を様々な方向へ運動（送り運動又は回転運動）させるための各軸駆動源の駆動動作を予調整するものである。また、図示のフローチャートにおける各処理は基本的に、工作機械に付設される後述する制御装置の処理部（ＣＰＵ）が実行するものとする。
【００１２】
まず操作者は、複数の駆動源の各々に関し、駆動源が可動構造体の運動中に受ける負荷の、予め定めた複数の負荷範囲に個別に対応して、駆動源の駆動動作を最適化するための複数の制御パラメータ（例えば時定数やゲイン）を予め設定する（ステップ１０１）。設定した負荷範囲及び制御パラメータは、制御装置の記憶部に格納される。次に操作者は、可動構造体に、加工プログラム中で実際に運動する際の質量体と同量の所望量の質量体を搭載する（ステップ１０２）。操作者はそこで、制御装置に装備された表示画面を参照しながら、駆動動作の自動調整を要する１つ以上の駆動源を、その制御軸名称により、制御装置の入力部で指定する。それに従い、制御装置の処理部は、制御軸名称で指定された１つ以上の駆動源を、複数の駆動源の中から自動調整対象の駆動源として選択する（ステップ１０３）。
【００１３】
次に、制御装置の処理部は、選択した駆動源の自動調整が全て完了しているか否かを判断し（ステップ１０４）、完了している場合は自動調整フローを終了する。また、完了していない駆動源がある場合はステップ１０５で、所望量の質量体を搭載した可動構造体を、いずれか１つの選択駆動源の駆動動作により１つの指定制御軸上で予行運動させる。そして、可動構造体の予行運動中に、駆動源が受ける実負荷を検出する（ステップ１０６）。さらに処理部は、検出した実負荷を含む負荷範囲を、当該駆動源に関して記憶部に記憶した複数の負荷範囲から特定するとともに、特定した負荷範囲に対応する制御パラメータを、当該駆動源に関して記憶部に記憶した複数の制御パラメータから特定する（ステップ１０７）。最後に、処理部は、特定した制御パラメータを用いて、所望量の質量体を搭載した可動構造体を当該指定制御軸上で実際に運動させるための、当該選択駆動源の駆動動作を最適化する（ステップ１０８）。
【００１４】
選択駆動源の駆動動作の最適化が完了すると、制御装置の処理部は再びステップ１０４で、選択した全ての駆動源の自動調整が完了しているか否かを判断し、完了している場合は自動調整フローを終了する。また、完了していない駆動源が残っている場合は、それら駆動源の１つずつに順次、ステップ１０５〜１０８を繰り返して実行する。
【００１５】
上記した駆動源自動調整方法において、各軸駆動源がサーボモータである場合には、駆動源が可動構造体の運動中に受ける負荷を、サーボモータに生じる負荷電流値から判断することができる。この負荷電流値は、負荷、すなわち質量体を含む可動構造体の全質量に比例して変化する。したがって、上記自動調整フローのステップ１０１では、予め定めた複数の負荷電流値範囲に個別に対応して、サーボモータの駆動動作を最適化するための複数の制御パラメータを設定すればよい。ここで駆動動作の最適化とは、所望質量の可動構造体に対し、固有の負荷限界以内でサーボモータが発揮し得る最速動作を遂行することを、１つの指標とするものである。したがってこの場合、サーボモータの加減速度や応答性に関わる時定数やゲインを、複数の負荷電流値範囲に対応して段階的に複数個設定しておくことが有利である。
【００１６】
さらに、上記した自動調整フローにおいて、実負荷を検出するステップ１０６では、ステップ１０１で設定した複数の制御パラメータのうち、駆動源の固有の負荷限界に対する余裕率が最も高くなる制御パラメータを用いて、駆動源を駆動動作させることが有利である。以下、図２を参照して、最高４０ｋｇまでの質量体を搭載可能な可動構造体を、負荷限界が積分負荷電流値（１時間）で約２４Ａのサーボモータにより駆動する構成における、自動調整方法の一実施例を説明する。
【００１７】
図示の構成では、質量体の質量Ｍｋｇを（ｉ）０≦Ｍ＜１５、（ｉｉ）１５≦Ｍ＜２５、（ｉｉｉ）２５≦Ｍ≦４０の３つの範囲に分け、それぞれの質量範囲と比例関係にある積分負荷電流値ＩＡの範囲（ｉ）０≦Ｉ＜約８、（ｉｉ）約８≦Ｉ＜約１４、（ｉｉｉ）約１４≦Ｉ≦約２４に個別に対応して、最適な時定数α、β、γを予め設定しておく。そこでまず、最高質量４０ｋｇの質量体を搭載した可動構造体を負荷限界内で最速駆動できる時定数αを用いて、このサーボモータにより、４０ｋｇよりも少ない所望量の質量体を搭載した可動構造体を予行運動させる。そして、この予行運動中に検出したサーボモータの積分負荷電流値Ｉが上記した（ｉ）の範囲にあるときには、質量範囲（ｉ）の質量体を搭載した可動構造体を負荷限界内で最速駆動できる時定数γを特定し、加工プログラムにおける可動構造体の実際の運動時にはこの時定数γを用いてサーボモータの駆動動作を制御する。また、予行運動中に検出したサーボモータの積分負荷電流値Ｉが上記した（ｉｉ）の範囲にあるときには、質量範囲（ｉｉ）の質量体を搭載した可動構造体を負荷限界内で最速駆動できる時定数βを特定し、加工プログラムにおける可動構造体の実際の運動時にはこの時定数βを用いてサーボモータの駆動動作を制御する。さらに、予行運動中に検出したサーボモータの積分負荷電流値Ｉが上記した（ｉｉｉ）の範囲にあるときには、質量範囲（ｉｉｉ）の質量体を搭載した可動構造体を負荷限界内で最速駆動できる時定数αを特定し、加工プログラムにおける可動構造体の実際の運動時にはこの時定数αを用いてサーボモータの駆動動作を制御する。なお、ゲインについても同様の設定が可能である。
【００１８】
上記構成を有する本発明の自動調整方法によれば、可動構造体が比較的少量の質量体を搭載しているときであっても、そのような軽量の可動構造体に対する駆動源の駆動動作を最適化する制御パラメータを自動的に特定して、駆動源の実際の駆動制御に使用するので、駆動源が固有の負荷限界内で十分な性能を発揮でき、可動構造体を高速で運動させることができる。このように、上記自動調整方法によれば、搭載した質量体の量に応じて可動構造体の駆動源の駆動動作を最適化でき、以って加工プログラムのサイクルタイムの無用な増加を確実に防止することができる。
【００１９】
なお、工作機械で異なる工作品を連続的に作製する際は、例えば上記フローで実負荷を検出する際の制御パラメータを初期調整値として、加工プログラムの選択指令がある度に、上記フローで特定した制御パラメータを初期調整値に戻すことが望ましい。この構成では、前回と同じ加工プログラムを選択したときには、前回フローで特定した制御パラメータをそのまま使用すればよい。
【００２０】
次に図３を参照して、上記した駆動源の自動調整方法を工作機械において実施するための本発明の一実施形態による制御装置の構成を説明する。この制御装置は、例として、数値制御（ＮＣ）旋盤に装備されるＮＣ装置１０の構成を有するが、本発明はこれに限定されず、ＮＣ装置とは別の他の制御装置を使用することもできる。
【００２１】
ＮＣ装置１０は、入力部１２、表示部１４、処理部（ＣＰＵ）１６、記憶部（ＲＯＭ１８及びＲＡＭ２０）並びに駆動制御部２２を備える。入力部１２は、例えば数値キー付きのキーボード（図示せず）を有し、ＮＣ旋盤の刃物台２４及び主軸２６のそれぞれの動作を制御するために必要なデータ（工具の選択、工作品の形状寸法、主軸回転数、工具の送り速度等）や、それらデータを含む各工具に関する加工プログラム（すなわちブロック列）が、入力部１２で入力される。表示部１４は、ＣＲＴ（ブラウン管）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の表示装置（図示せず）を有し、入力部１２で入力されたデータや加工プログラムを表示装置に表示したり、対話方式として表示装置上でシミュレーションしながらの自動プログラミングを可能にしたりする。
【００２２】
記憶部を構成するＲＯＭ１８には、刃物台２４及び主軸２６を駆動するための制御プログラムが予め格納されている。またＲＡＭ２０には、各軸設定パラメータ記憶領域２８、各制御軸に対して予め設定した初期調整値としての制御パラメータを格納する各軸初期調整パラメータ記憶領域３０、各制御軸で実負荷に応じて特定した制御パラメータを格納する各軸特定パラメータ記憶領域３２等の、駆動部自動調整機能に関連する各種データの記憶領域が設けられている。さらに、入力部１２で入力された複数の工具に関連するデータやそれらを含む加工プログラムは、ＣＰＵ１６の指示によりＲＯＭ１８又はＲＡＭ２０に格納される。ＣＰＵ１６は、ＲＯＭ１８又はＲＡＭ２０に記憶した各種データや加工プログラム並びにＲＯＭ１８に格納された制御プログラムに基づいて、駆動制御部２２に作動指令を出力する。駆動制御部２２は、ＣＰＵ１６からの作動指令に従い、各軸駆動源３４を含む種々の駆動機構３６をそれぞれに制御して、ＮＣ旋盤に設置した刃物台２４、主軸２６等の可動構造体３８をそれぞれに作動させる。
【００２３】
ＲＡＭ２０の各軸設定パラメータ記憶領域２８には、刃物台２４及び主軸２６が属する複数の制御軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、タレット旋回軸）の各々に関連して予め設定した複数の制御パラメータが、予め定めた複数の負荷範囲に個別に対応して格納される。また、各軸初期調整パラメータ記憶領域３０には、それら制御軸の各々に関連して予め設定した初期調整値としての制御パラメータが格納される。また、各軸特定パラメータ記憶領域３２には、実負荷に応じて特定した制御パラメータが各制御軸について格納される。駆動制御部２２には、その制御下で各軸駆動源３４が所望量の質量体を搭載した可動構造体を当該制御軸上で予行運動させる間に、当該駆動源３４が受ける実負荷（負荷電流値）を検出する検出部４０が付設される。ＣＰＵ１６は、検出部４０で検出した実負荷を含む負荷範囲を、ＲＡＭ２０の各軸設定パラメータ記憶領域２８に記憶した複数の負荷範囲から特定するとともに、特定した負荷範囲に対応する制御パラメータを、各軸設定パラメータ記憶領域２８に記憶した複数の制御パラメータから特定し、その特定した制御パラメータを用いて、所望量の質量体を搭載した可動構造体を運動させるための動作制御指令を作成して駆動制御部２２に指令する。
【００２４】
図４は、本発明に係る駆動部自動調整方法を好都合に実施できる可動構造体の一例として、ＮＣ旋盤に設置されるタレット刃物台４２を概略で示す。タレット刃物台４２は、図示しない旋盤機台上で互いに直交する２つの制御軸（Ｘ軸及びＹ軸）に沿って送り運動できるとともに、それら制御軸に直交する軸線を中心とした旋回軸上で割出回転運動できるように構成される。
【００２５】
タレット刃物台４２は、旋回軸を中心に回転する多角形状のタレットヘッド４４を有し、タレットヘッド４４の外周面に、それぞれに工具を装着可能な複数の工具装着部４６が、所定の割出角度毎に設けられている。図では、それら工具装着部４６に、Ｔ２０〜Ｔ２９のツール番号が付与されており、バイト等の旋削工具やフライス等の回転工具が、ホルダ４８を介して、それら工具装着部４６に選択的に装着できるようになっている。
【００２６】
このようにタレット刃物台４２では、１つの装着工具の着脱に際して工具とホルダ４８との合計質量が加減されるので、装着工具の個数が少ない状態（図４（ａ））と多い状態（図４（ｂ））との間で、可動構造体に搭載される質量体の総質量の変動が著しいものとなる。したがって、本発明に係る駆動源自動調整方法を、特に有効に適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、異なる質量体を選択的に搭載可能な可動構造体を備えた工作機械において、搭載した質量体の量に応じて、可動構造体の駆動源の駆動動作を自動的に最適化できるようになる。したがって本発明によれば、加工プログラムのサイクルタイムの無用な増加を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による駆動源自動調整方法を示すフローチャートである。
【図２】図１の自動調整方法で予め設定される複数の制御パラメータの一例を示す図である。
【図３】図１の自動調整方法を実行可能な本発明の実施形態による制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図１の自動調整方法を適用可能なタレット刃物台の構成を模式図的に示す概略正面図で、（ａ）最少個数の工具を装着した状態、及び（ｂ）最多個数の工具を装着した状態を示す。
【符号の説明】
１０…ＮＣ装置
１６…ＣＰＵ
１８…ＲＯＭ
２０…ＲＡＭ
２２…駆動制御部
３４…駆動源
３８…可動構造体
４０…検出部
４２…タレット刃物台

Claims (7)

1. 異なる質量体を選択的に搭載できる可動構造体と、該可動構造体を制御軸上で運動させる駆動源とを有する工作機械で、該駆動源の駆動動作を予調整するための自動調整方法であって、
   前記駆動源が前記可動構造体の運動中に受ける負荷の、予め定めた複数の負荷範囲に個別に対応して、該駆動源の駆動動作を最適化するための複数の制御パラメータを予め設定し、
   前記可動構造体に所望量の質量体を搭載し、
   前記質量体を搭載した前記可動構造体を前記駆動源の駆動動作により前記制御軸上で予行運動させ、
   前記可動構造体の前記予行運動中に前記駆動源が受ける実負荷を検出し、
   前記実負荷を含む負荷範囲を前記複数の負荷範囲から特定するとともに、該特定した負荷範囲に対応する制御パラメータを前記予め設定した複数の制御パラメータから特定し、
   前記特定した制御パラメータを用いて、前記所望量の質量体を搭載した前記可動構造体を運動させるための前記駆動源の駆動動作を最適化すること、
   を特徴とする自動調整方法。
2. 前記可動構造体が複数の前記制御軸を有し、それら複数の制御軸の各々に関して前記複数の制御パラメータを予め設定するとともに、該複数の制御軸から選択した所望の前記制御軸に関して、前記可動構造体を予行運動させ、前記実負荷を検出し、前記制御パラメータを特定し、前記駆動動作を最適化する請求項１に記載の自動調整方法。
3. 前記実負荷を検出する際に、前記予め設定した複数の制御パラメータのうち、前記駆動源の固有の負荷限界に対する余裕率が最も高くなる制御パラメータを用いて、該駆動源を駆動動作させる請求項１又は２に記載の自動調整方法。
4. 前記制御パラメータが時定数である請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動調整方法。
5. 前記制御パラメータがゲインである請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動調整方法。
6. 前記可動構造体が、複数の工具を選択的に装着可能なタレット刃物台である請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動調整方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の自動調整方法を実施するための制御装置であって、
   前記複数の制御パラメータを前記複数の負荷範囲に個別に対応して記憶する記憶部と、
   前記駆動源の駆動動作を制御する駆動制御部と、
   前記駆動制御部の制御下で、前記所望量の質量体を搭載した前記可動構造体を前記制御軸上で予行運動させる間に、前記駆動源が受ける実負荷を検出する検出部と、
   前記検出部で検出した前記実負荷を含む負荷範囲を前記記憶部に記憶した前記複数の負荷範囲から特定するとともに、該特定した負荷範囲に対応する制御パラメータを該記憶部に記憶した前記複数の制御パラメータから特定し、該特定した制御パラメータを用いて、前記所望量の質量体を搭載した前記可動構造体を運動させるための動作制御指令を作成して前記駆動制御部に指令する処理部と、
   を具備することを特徴とする制御装置。

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