JP2004237398A - Ｎｃ工作機械送り機構部の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】送り機構部の制御系に入力された外乱を除去することにより、当該送り機構部の振動を防止するようにした工作機械送り機構部の制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置１は、ベッド底面が支持装置２７によって支持され、その物理的支持状態に応じた検出信号が検出装置４０により生成されるＮＣ工作機械の送り機構部５０を制御するものであり、動作指令信号を生成する動作指令生成部１２、動作指令信号と現在位置信号とを基に速度指令信号を生成する位置制御部１３、速度指令信号と現在速度信号とを基に電流指令信号を生成する速度制御部１４、電流指令信号から特定の周波数成分を除去するフィルタリング処理部１５、検出信号の振動周波数を解析し、電流指令信号から除去される周波数成分が解析した振動周波数と一致するように、除去周波数成分を調整する調整部１８を備え、除去処理後の電流指令信号を基に送り機構部５０が駆動制御される。
【選択図】 図１
【解決手段】制御装置１は、ベッド底面が支持装置２７によって支持され、その物理的支持状態に応じた検出信号が検出装置４０により生成されるＮＣ工作機械の送り機構部５０を制御するものであり、動作指令信号を生成する動作指令生成部１２、動作指令信号と現在位置信号とを基に速度指令信号を生成する位置制御部１３、速度指令信号と現在速度信号とを基に電流指令信号を生成する速度制御部１４、電流指令信号から特定の周波数成分を除去するフィルタリング処理部１５、検出信号の振動周波数を解析し、電流指令信号から除去される周波数成分が解析した振動周波数と一致するように、除去周波数成分を調整する調整部１８を備え、除去処理後の電流指令信号を基に送り機構部５０が駆動制御される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ工作機械送り機構部の作動を制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ＮＣ工作機械の送り機構部は、ＮＣプログラムに従って生成された動作指令信号、並びに当該送り機構部からフィードバックされる現在位置信号及び現在速度信号に基づいて制御される。具体的には、ＮＣプログラムに従って動作指令信号が生成され、生成された動作指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号が生成され、ついで、生成された速度指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号が生成され、生成された電流指令信号に基づいて前記送り機構部の駆動モータが制御される。
【０００３】
ところで、ＮＣ工作機械は、その送り機構部によって移動せしめられるテーブル，刃物台及び主軸頭といった移動体の移動や、ワークの加工によって振動するため、また、当該ＮＣ工作機械にはこれを設置している設置面から振動が伝達されるため、こういった振動が前記送り機構部の制御系に外乱として入力されると、当該制御系が不安定となり、送り機構部やＮＣ工作機械全体の固有振動数付近で共振する事態に至る。
【０００４】
このため、従来では、前記電流指令信号に含まれる振動周波数成分の内、送り機構部やＮＣ工作機械全体の固有振動数付近の周波数成分を帯域除去フィルタによって除去することにより、送り機構部の振動を抑制するようにしている。即ち、送り機構部が振動すると、当該送り機構部からフィードバックされる現在速度信号に振動周波数成分が付加され、これを基に算出される前記電流指令信号に前記振動周波数成分が含まれることになるため、電流指令信号に含まれる周波数成分の内、送り機構部やＮＣ工作機械全体の固有振動数付近の周波数成分を除去することにより、送り機構部やＮＣ工作機械全体の振動が大きくなっても、共振状態に至るのを防止することができるのである。
【０００５】
そして、前記帯域除去フィルタの除去帯域は、ＮＣ工作機械の製造時において、その送り機構部の動作状態が最適になるように設定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＮＣ工作機械の剛性は、製造時から将来にかけて一定したものでは無く、ＮＣ工作機械の運転状態によって変化したり、経年的に変化したりするものであるため、製造時に最適に設定された前記帯域除去フィルタの除去帯域は、かかるＮＣ工作機械の剛性の変化により、その時点では必ずしも最適なものとはなっていない可能性がある。
【０００７】
したがって、ＮＣ工作機械の剛性の変化によって送り機構部に振動を生じ、面粗度が悪くなるなど加工精度が悪化するという不具合を生じる。また、剛性の変化だけでなく、摩耗やガタなどの変化によっても同様の不具合を生じる。更に、振動が大きくなると、当該送り機構部やＮＣ工作機械全体が共振状態となって、容易ならざる事態を招くことになる。
【０００８】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、送り機構部の制御系に入力された外乱を効果的に除去して当該送り機構部の振動を防止することができる制御装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、ベッドと、前記ベッド底面を支持する支持装置と、前記ベッド上に設けられた少なくとも１つの移動体と、前記移動体を移動させる送り機構部とを備え、前記支持装置は、予め設定された間隔で設置面上に配設されるとともに、上下方向に昇降可能に設けられた昇降機構部を有し、該昇降機構部によって前記ベッド底面を支持する複数の支持体と、前記各昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る物理量に応じた検出信号を生成する複数の検出手段と、前記検出手段によって生成された検出信号を基に、前記各昇降機構部の作動を制御してその支持位置を調整する駆動制御手段とを備えて構成されるＮＣ工作機械の前記送り機構部の作動を制御する装置であって、
ＮＣプログラムに従い動作指令信号を生成する動作指令生成部と、前記動作指令生成部で生成された動作指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成する位置制御部と、前記位置制御部で生成された速度指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成する速度制御部と、前記速度制御部で生成された電流指令信号から特定の周波数成分を除去するフィルタリング処理部とを備え、前記フィルタリング処理部で処理された後の電流指令信号に基づいて前記送り機構部の駆動モータを制御する制御装置において、
前記検出手段によって生成された検出信号の振動周波数を解析し、前記フィルタリング処理部において前記電流指令信号から除去される周波数成分が前記解析された振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部における除去周波数成分を調整する調整部を設けて構成したことを特徴とするＮＣ工作機械送り機構部の制御装置に係る。
【００１０】
この制御装置によれば、前記支持装置により支持され、据付姿勢が当該支持装置によって調整された状態のＮＣ工作機械送り機構部が、前記制御装置によって制御される。
【００１１】
即ち、まず、動作指令生成部において、ＮＣプログラムに基づき動作指令信号が生成され、ついで、位置制御部において、前記動作指令生成部で生成された動作指令信号と送り機構部からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号が生成され、速度制御部において、前記位置制御部で生成された速度指令信号と送り機構部からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号が生成される。
【００１２】
そして、フィルタリング処理部において、前記速度制御部で生成された電流指令信号から特定の周波数成分が除去され、除去処理後の電流指令信号に基づいて送り機構部の駆動モータが制御される。
【００１３】
このフィルタリング処理部で除去される周波数成分は、調整部によって随時調整されており、当該調整部は、フィルタリング処理部において電流指令信号から除去される周波数成分が解析した振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部における除去周波数成分を調整する。
【００１４】
ＮＣ工作機械は、その送り機構部によって移動せしめられるテーブル，刃物台及び主軸頭といった移動体の移動や、ワークの加工によって振動し、また、その設置面から外部振動が伝達されて振動する。そして、この振動は、ＮＣ工作機械のベッド底面を支持する支持装置に伝達され、前記検出手段によって生成される検出信号に、当該振動に基づく振動周波数成分が含まれる。
【００１５】
このような振動が、前記送り機構部の制御系に外乱として入力されると、当該制御系が不安定となって送り機構部が振動し、当該送り機構部からフィードバックされる現在速度信号に振動周波数成分が付加され、これを基に算出される電流指令信号に振動周波数成分が含まれることになり、この振動が送り機構部やＮＣ工作機械全体の固有振動数に近いと、当該送り機構部やＮＣ工作機械全体が共振する事態に至る。
【００１６】
そこで、本発明では、前記検出手段によって生成された検出信号の振動周波数を解析することで、ＮＣ工作機械で生じたり、或いは当該ＮＣ工作機械に伝達された外部振動の振動周波数を検出し、前記フィルタリング処理部で電流指令信号から除去される周波数成分が前記検出した振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部における除去周波数成分を調整するようにしている。
【００１７】
これにより、ＮＣ工作機械で生じたり、当該ＮＣ工作機械に伝達された外部振動が前記送り機構部の制御系に外乱として入力されても、フィルタリング処理部において、その振動周波数成分が含まれた電流指令信号から、当該振動周波数成分を適切に除去することができるので、当該送り機構部が振動するのを効果的に防止することができる。したがって、送り機構部の振動が大きくなることはなく、過度の振動によって面粗度などの加工精度が悪化するようなこともない。
【００１８】
尚、前記除去周波数成分の調整は、適宜選択した一つの検出手段から生成される検出信号を解析して得た周波数成分で調整するようにしても、各検出手段からそれぞれ生成された検出信号を解析し、これらを平均した周波数成分で調整するようにしてもいずれでも良い。
【００１９】
また、本発明における前記物理量とは、例えば、位置や距離などの幾何学量、力や圧力などの力学量の他、電流などを含む概念である。したがって、前記検出手段は、昇降機構部の上下方向における位置を検出する位置検出器や、昇降機構部に作用する力を検出する力検出器の他、前記昇降機構部が駆動モータを備えて構成されている場合には、当該駆動モータに供給される電流を検出する電流検出器からこれを構成することができる。
【００２０】
そして、位置検出器とする場合には、前記物理量は昇降機構部の上下方向における位置として把握される。一方、力検出器とする場合には、前記物理量は昇降機構部に作用する力として把握されるが、これは、昇降機構部の支持位置によって、各昇降機構部に作用する力がそれぞれ異なるため、これを検出することによって当該昇降機構部の支持位置を把握することができることに基づくものである。また、電流検出器とする場合には、前記物理量は駆動モータに供給される電流として把握されるが、これは、昇降機構部の支持位置によって、各昇降機構部に作用する力がそれぞれ異なり、これによって駆動モータのトルクが変動するため、即ち、駆動モータに供給される電流が変動するため、これを検出することによって前記昇降機構部の支持位置を把握することができるからである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置などの概略構成を示したブロック図である。また、図２は、本実施形態に係るＮＣ工作機械の概略構成を示した側面図であり、図３は、本実施形態に係る支持装置の概略構成を一部ブロック図で示した平面図であり、図４は、図３における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本例の制御装置１は、ＮＣプログラム記憶部１１，動作指令生成部１２，位置制御部１３，速度制御部１４，フィルタリング処理部１５，電流制御部１６，サーボアンプ１７及び調整部１８を備えており、図２に示したＮＣ工作機械２０の送り機構部５０の作動を制御するように構成されている。
【００２３】
一方、ＮＣ工作機械２０は、図２に示すように、ベッド２１、コラム２２、主軸頭２３、工具Ｔを保持する主軸２４、サドル２５、ワークＷが載置されるテーブル２６、支持装置２７、主軸頭２３をＺ軸方向に、サドル２５をＹ軸方向に、テーブル２６をＸ軸方向（Ｚ軸及びＹ軸の双方と直交する方向）にそれぞれ移動させる図１に示した前記送り機構部５０などを備え、前記ベッド２１が支持装置２７によって支持された状態となっている。
【００２４】
この支持装置２７は、図１乃至図４に示すように、適宜設置面Ｓ上に所定間隔で配設された複数の支持体３０と、各支持体３０の上端部に配設された前記各ロードセル４０と、各支持体３０の作動を制御してその支持位置を調整する駆動制御装置４１とから構成されており、各支持体３０がロードセル４０を介して前記ＮＣ工作機械２０のベッド２１底面を支持している。
【００２５】
前記支持体３０は、内部が中空に形成された円筒状の本体３１と、本体３１内の下部に固設された下部部材３２と、軸受３３を介して下部部材３２に回転自在に支持されるウォームホイール３４と、ウォームホイール３４の中心部に螺合し、当該ウォームホイール３４の回転に伴って矢示方向（上下方向）に昇降する昇降部材３５と、ウォームホイール３４と噛合するウォーム３６と、ウォーム３６に減速機（図示せず）を介して回転動力を付与し、当該ウォーム３６を回転させる駆動モータ３７とから構成されており、前記昇降部材３５によって、その上面に設けられたロードセル４０を介しベッド２１底面が支持されている。
【００２６】
前記各ロードセル４０は、各支持体３０に作用する力（荷重）を随時検出し、即ち、各支持体３０に作用する力（荷重）に応じた検出信号を生成し、これを駆動制御装置４１に送信する。各支持体３０に作用する荷重は、当該各支持体３０の上下方向の支持位置によってそれぞれ異なるため、これを検出することによって、当該各支持体３０の支持位置を把握することができる。尚、各ロードセル４０によって生成された荷重値信号は、後述の調整部１８にも送信される。
【００２７】
そして、前記ＮＣ工作機械２０は、通常、その姿勢が水平となるように、各支持体３０によるベッド２１底面の支持位置が適宜調整されており、具体的には、駆動制御装置４１によって、各ロードセル４０から受信した荷重値と、図示しない入力装置から適宜入力された、ＮＣ工作機械２０を水平に支持したときの基準荷重値とが同一の値となるように駆動モータ３７が駆動制御され、各支持体３０の支持位置がそれぞれ調整されている。
【００２８】
前記ＮＣプログラム記憶部１１には、予め作成されたＮＣプログラムが格納されており、前記動作指令生成部１２は、このＮＣプログラム記憶部１１に格納されたＮＣプログラムを基に、送り機構部５０の時間当たりの移動目標位置に関する信号（動作指令信号）を生成する処理を行う。
【００２９】
具体的には、動作指令生成部１２は、ＮＣプログラム記憶部１１に格納されたＮＣプログラムを解析して、送り機構部５０の送り速度や移動位置などに関する指令信号を抽出し、抽出した指令信号を基に予め定められた時定数を加味して、送り機構部５０の動作指令信号を生成し、これを位置制御部１３に逐次送信する。
【００３０】
前記位置制御部１３は、動作指令生成部１２から受信した動作指令信号と送り機構部５０からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成し、前記速度制御部１４は、位置制御部１３で生成された速度指令信号と送り機構部５０からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成する。
【００３１】
前記フィルタリング処理部１５は、速度制御部１４で生成された電流指令信号から特定の周波数成分を除去し、前記電流制御部１６は、フィルタリング処理部１５で特定の周波数成分が除去された電流指令信号とサーボアンプ１７からフィードバックされる現在電流信号との偏差に電流ループゲインを乗じて駆動指令信号を生成する。
【００３２】
前記サーボアンプ１７は、電流制御部１６から送信され、図示しないＤ／Ａ変換器でデジタル信号からアナログ信号に変換された駆動指令信号を受信した後、当該駆動指令信号を増幅して送り機構部５０に送信し、当該送り機構部５０は受信した駆動指令信号に基づいてその作動が制御される。
【００３３】
前記送り機構部５０は、前記Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸の各軸についてそれぞれ、サーボモータ５１やロータリエンコーダ５２の他、図示はしないが、ボールねじ、このボールねじに螺合し、且つ前記テーブル２６，サドル２５及び主軸頭２３のいずれかに固設されたナットなどを備えている。
【００３４】
前記サーボモータ５１は、前記駆動指令信号に基づきその作動が制御され、テーブル２６，サドル２５及び主軸頭２３は、サーボモータ５１，ボールねじ及びナットの作用によって、図示しない適宜案内機構により案内され、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向にそれぞれ移動せしめられる。
【００３５】
前記ロータリエンコーダ５２によって検出される位置データは、位置フィードバック信号として前記位置制御部１３にフィードバックされるとともに、その適宜サンプリング間隔毎の差分値（微分値）が速度フィードバック信号として前記速度制御部１４にフィードバックされる。
【００３６】
前記調整部１８は、前記支持装置２７のロードセル４０から送信された検出信号を受信し、受信した検出信号の周波数解析を行って当該検出信号に含まれる振動周波数成分を抽出し、前記フィルタリング処理部１５において前記電流指令信号から除去される周波数成分が抽出した振動周波数成分と一致するように、当該フィルタリング処理部１５における除去周波数成分（フィルタ設定値）を調整する。
【００３７】
以上のように構成された本例の制御装置１によれば、支持装置２７により支持され、据付姿勢が当該支持装置２７によって調整された状態のＮＣ工作機械２０の送り機構部５０が、前記制御装置１によって制御される。
【００３８】
即ち、動作指令生成部１２により、ＮＣプログラム記憶部１１に格納されたＮＣプログラムが解析されて、送り機構部５０の送り速度や移動位置などに関する指令信号が抽出され、抽出された指令信号を基に当該送り機構部５０の動作指令信号が生成され、これが位置制御部１３に送信される。
【００３９】
ついで、位置制御部１３により、前記動作指令信号と送り機構部５０からフィードバックされる現在位置信号とを基に速度指令信号が生成され、これが速度制御部１４に送信される。次に、速度制御部１４により、前記速度指令信号と送り機構部５０からフィードバックされる現在速度信号とを基に電流指令信号が生成され、これがフィルタリング処理部１５に送信される。
【００４０】
そして、フィルタリング処理部１５において、前記電流指令信号から特定の周波数成分が除去され、除去処理後の電流指令信号が電流制御部１６に送信される。ついで、電流制御部１６により、前記除去処理後の電流指令信号とサーボアンプ１７からフィードバックされる現在電流信号とを基に駆動指令信号が生成されてサーボアンプ１７に送信され、サーボアンプ１７により、前記駆動指令信号が増幅されて送り機構部５０のサーボモータ５１に送信され、これが当該駆動指令信号に基づいて駆動制御される。
【００４１】
上記フィルタリング処理部１５で除去される周波数成分は、調整部１８によって随時調整されており、当該調整部１８は、フィルタリング処理部１５において電流指令信号から除去される周波数成分が、解析した振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部１５における除去周波数成分を調整する。
【００４２】
ＮＣ工作機械２０は、その送り機構部５０によって移動せしめられるテーブル２６，サドル２５及び主軸頭２３の移動や、ワークＷの加工によって振動し、また、その設置面Ｓから外部振動が伝達されて振動する。そして、この振動は、ＮＣ工作機械２０のベッド２１底面を支持する支持装置２７に伝達され、ロードセル４０によって生成される検出信号に、当該振動に基づく振動周波数成分が含まれる。
【００４３】
このような振動が、送り機構部５０の制御系に外乱として入力されると、当該制御系が不安定となって送り機構部５０が振動し、当該送り機構部５０（ロータリエンコーダ５２）からフィードバックされる現在速度信号に振動周波数成分が付加され、これを基に算出される電流指令信号に振動周波数成分が含まれることになり、この振動が送り機構部５０やＮＣ工作機械２０全体の固有振動数に近いと、当該送り機構部５０やＮＣ工作機械２０全体が共振する事態に至る。
【００４４】
そこで、本例の制御装置１では、ロードセル４０によって生成された検出信号を周波数解析することで、ＮＣ工作機械２０で生じたり、或いは当該ＮＣ工作機械２０に伝達された外部振動の振動周波数を検出し、フィルタリング処理部１５で電流指令信号から除去される周波数成分が、検出した振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部１５における除去周波数成分を調整するようにしている。
【００４５】
これにより、ＮＣ工作機械２０で生じたり、当該ＮＣ工作機械２０に伝達された外部振動が送り機構部５０の制御系に外乱として入力されても、フィルタリング処理部１５において、その振動周波数成分が含まれた電流指令信号から、当該振動周波数成分を適切に除去することができるので、当該送り機構部５０が振動するのを効果的に防止することができる。したがって、送り機構部５０の振動が大きくなることはなく、過度の振動によって面粗度などの加工精度が悪化するようなこともない。
【００４６】
尚、調整部１８における除去周波数成分の調整は、適宜選択した一つのロードセル４０から生成される検出信号を解析して得た周波数成分で調整するようにしても、各ロードセル４０からそれぞれ生成された検出信号を解析し、これらを平均した周波数成分で調整するようにしてもいずれでも良い。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００４８】
例えば、上例では、各支持体３０の支持位置を、当該各支持体３０に作用する力から検出し、その検出信号を基に、フィルタリング処理部１５で除去される振動周波数成分を調整するように構成したが、各支持体３０の上下方向の位置を検出する位置検出器によって当該各支持体３０の支持位置を把握し、検出された位置信号を周波数解析して、フィルタリング処理部１５で除去される振動周波数成分を調整するように構成することもできる。
【００４９】
また、この他、各支持体３０の支持位置を、当該各支持体３０の駆動モータ３７に供給される電流から検出するように構成しても良い。これは、各支持体３０に作用する力に応じて駆動モータ３７のトルクが変動する、即ち、駆動モータ３７に供給される電流が変動することに基づくものである。この場合、検出された電流信号を周波数解析して、フィルタリング処理部１５で除去される振動周波数成分が調整される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置などの概略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態に係るＮＣ工作機械の概略構成を示した側面図である。
【図３】本実施形態に係る支持装置の概略構成を一部ブロック図で示した平面図である。
【図４】図３における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【符号の説明】
１ 制御装置
１１ ＮＣプログラム記憶部
１２ 動作指令生成部
１３ 位置制御部
１４ 速度制御部
１５ フィルタリング処理部
１６ 電流制御部
１７ サーボアンプ
１８ 調整部
２０ ＮＣ工作機械
２７ 支持装置
３０ 支持体
４０ ロードセル
５０ 送り機構部
５１ サーボモータ
５２ ロータリエンコーダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ工作機械送り機構部の作動を制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ＮＣ工作機械の送り機構部は、ＮＣプログラムに従って生成された動作指令信号、並びに当該送り機構部からフィードバックされる現在位置信号及び現在速度信号に基づいて制御される。具体的には、ＮＣプログラムに従って動作指令信号が生成され、生成された動作指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号が生成され、ついで、生成された速度指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号が生成され、生成された電流指令信号に基づいて前記送り機構部の駆動モータが制御される。
【０００３】
ところで、ＮＣ工作機械は、その送り機構部によって移動せしめられるテーブル，刃物台及び主軸頭といった移動体の移動や、ワークの加工によって振動するため、また、当該ＮＣ工作機械にはこれを設置している設置面から振動が伝達されるため、こういった振動が前記送り機構部の制御系に外乱として入力されると、当該制御系が不安定となり、送り機構部やＮＣ工作機械全体の固有振動数付近で共振する事態に至る。
【０００４】
このため、従来では、前記電流指令信号に含まれる振動周波数成分の内、送り機構部やＮＣ工作機械全体の固有振動数付近の周波数成分を帯域除去フィルタによって除去することにより、送り機構部の振動を抑制するようにしている。即ち、送り機構部が振動すると、当該送り機構部からフィードバックされる現在速度信号に振動周波数成分が付加され、これを基に算出される前記電流指令信号に前記振動周波数成分が含まれることになるため、電流指令信号に含まれる周波数成分の内、送り機構部やＮＣ工作機械全体の固有振動数付近の周波数成分を除去することにより、送り機構部やＮＣ工作機械全体の振動が大きくなっても、共振状態に至るのを防止することができるのである。
【０００５】
そして、前記帯域除去フィルタの除去帯域は、ＮＣ工作機械の製造時において、その送り機構部の動作状態が最適になるように設定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＮＣ工作機械の剛性は、製造時から将来にかけて一定したものでは無く、ＮＣ工作機械の運転状態によって変化したり、経年的に変化したりするものであるため、製造時に最適に設定された前記帯域除去フィルタの除去帯域は、かかるＮＣ工作機械の剛性の変化により、その時点では必ずしも最適なものとはなっていない可能性がある。
【０００７】
したがって、ＮＣ工作機械の剛性の変化によって送り機構部に振動を生じ、面粗度が悪くなるなど加工精度が悪化するという不具合を生じる。また、剛性の変化だけでなく、摩耗やガタなどの変化によっても同様の不具合を生じる。更に、振動が大きくなると、当該送り機構部やＮＣ工作機械全体が共振状態となって、容易ならざる事態を招くことになる。
【０００８】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、送り機構部の制御系に入力された外乱を効果的に除去して当該送り機構部の振動を防止することができる制御装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、ベッドと、前記ベッド底面を支持する支持装置と、前記ベッド上に設けられた少なくとも１つの移動体と、前記移動体を移動させる送り機構部とを備え、前記支持装置は、予め設定された間隔で設置面上に配設されるとともに、上下方向に昇降可能に設けられた昇降機構部を有し、該昇降機構部によって前記ベッド底面を支持する複数の支持体と、前記各昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る物理量に応じた検出信号を生成する複数の検出手段と、前記検出手段によって生成された検出信号を基に、前記各昇降機構部の作動を制御してその支持位置を調整する駆動制御手段とを備えて構成されるＮＣ工作機械の前記送り機構部の作動を制御する装置であって、
ＮＣプログラムに従い動作指令信号を生成する動作指令生成部と、前記動作指令生成部で生成された動作指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成する位置制御部と、前記位置制御部で生成された速度指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成する速度制御部と、前記速度制御部で生成された電流指令信号から特定の周波数成分を除去するフィルタリング処理部とを備え、前記フィルタリング処理部で処理された後の電流指令信号に基づいて前記送り機構部の駆動モータを制御する制御装置において、
前記検出手段によって生成された検出信号の振動周波数を解析し、前記フィルタリング処理部において前記電流指令信号から除去される周波数成分が前記解析された振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部における除去周波数成分を調整する調整部を設けて構成したことを特徴とするＮＣ工作機械送り機構部の制御装置に係る。
【００１０】
この制御装置によれば、前記支持装置により支持され、据付姿勢が当該支持装置によって調整された状態のＮＣ工作機械送り機構部が、前記制御装置によって制御される。
【００１１】
即ち、まず、動作指令生成部において、ＮＣプログラムに基づき動作指令信号が生成され、ついで、位置制御部において、前記動作指令生成部で生成された動作指令信号と送り機構部からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号が生成され、速度制御部において、前記位置制御部で生成された速度指令信号と送り機構部からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号が生成される。
【００１２】
そして、フィルタリング処理部において、前記速度制御部で生成された電流指令信号から特定の周波数成分が除去され、除去処理後の電流指令信号に基づいて送り機構部の駆動モータが制御される。
【００１３】
このフィルタリング処理部で除去される周波数成分は、調整部によって随時調整されており、当該調整部は、フィルタリング処理部において電流指令信号から除去される周波数成分が解析した振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部における除去周波数成分を調整する。
【００１４】
ＮＣ工作機械は、その送り機構部によって移動せしめられるテーブル，刃物台及び主軸頭といった移動体の移動や、ワークの加工によって振動し、また、その設置面から外部振動が伝達されて振動する。そして、この振動は、ＮＣ工作機械のベッド底面を支持する支持装置に伝達され、前記検出手段によって生成される検出信号に、当該振動に基づく振動周波数成分が含まれる。
【００１５】
このような振動が、前記送り機構部の制御系に外乱として入力されると、当該制御系が不安定となって送り機構部が振動し、当該送り機構部からフィードバックされる現在速度信号に振動周波数成分が付加され、これを基に算出される電流指令信号に振動周波数成分が含まれることになり、この振動が送り機構部やＮＣ工作機械全体の固有振動数に近いと、当該送り機構部やＮＣ工作機械全体が共振する事態に至る。
【００１６】
そこで、本発明では、前記検出手段によって生成された検出信号の振動周波数を解析することで、ＮＣ工作機械で生じたり、或いは当該ＮＣ工作機械に伝達された外部振動の振動周波数を検出し、前記フィルタリング処理部で電流指令信号から除去される周波数成分が前記検出した振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部における除去周波数成分を調整するようにしている。
【００１７】
これにより、ＮＣ工作機械で生じたり、当該ＮＣ工作機械に伝達された外部振動が前記送り機構部の制御系に外乱として入力されても、フィルタリング処理部において、その振動周波数成分が含まれた電流指令信号から、当該振動周波数成分を適切に除去することができるので、当該送り機構部が振動するのを効果的に防止することができる。したがって、送り機構部の振動が大きくなることはなく、過度の振動によって面粗度などの加工精度が悪化するようなこともない。
【００１８】
尚、前記除去周波数成分の調整は、適宜選択した一つの検出手段から生成される検出信号を解析して得た周波数成分で調整するようにしても、各検出手段からそれぞれ生成された検出信号を解析し、これらを平均した周波数成分で調整するようにしてもいずれでも良い。
【００１９】
また、本発明における前記物理量とは、例えば、位置や距離などの幾何学量、力や圧力などの力学量の他、電流などを含む概念である。したがって、前記検出手段は、昇降機構部の上下方向における位置を検出する位置検出器や、昇降機構部に作用する力を検出する力検出器の他、前記昇降機構部が駆動モータを備えて構成されている場合には、当該駆動モータに供給される電流を検出する電流検出器からこれを構成することができる。
【００２０】
そして、位置検出器とする場合には、前記物理量は昇降機構部の上下方向における位置として把握される。一方、力検出器とする場合には、前記物理量は昇降機構部に作用する力として把握されるが、これは、昇降機構部の支持位置によって、各昇降機構部に作用する力がそれぞれ異なるため、これを検出することによって当該昇降機構部の支持位置を把握することができることに基づくものである。また、電流検出器とする場合には、前記物理量は駆動モータに供給される電流として把握されるが、これは、昇降機構部の支持位置によって、各昇降機構部に作用する力がそれぞれ異なり、これによって駆動モータのトルクが変動するため、即ち、駆動モータに供給される電流が変動するため、これを検出することによって前記昇降機構部の支持位置を把握することができるからである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置などの概略構成を示したブロック図である。また、図２は、本実施形態に係るＮＣ工作機械の概略構成を示した側面図であり、図３は、本実施形態に係る支持装置の概略構成を一部ブロック図で示した平面図であり、図４は、図３における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本例の制御装置１は、ＮＣプログラム記憶部１１，動作指令生成部１２，位置制御部１３，速度制御部１４，フィルタリング処理部１５，電流制御部１６，サーボアンプ１７及び調整部１８を備えており、図２に示したＮＣ工作機械２０の送り機構部５０の作動を制御するように構成されている。
【００２３】
一方、ＮＣ工作機械２０は、図２に示すように、ベッド２１、コラム２２、主軸頭２３、工具Ｔを保持する主軸２４、サドル２５、ワークＷが載置されるテーブル２６、支持装置２７、主軸頭２３をＺ軸方向に、サドル２５をＹ軸方向に、テーブル２６をＸ軸方向（Ｚ軸及びＹ軸の双方と直交する方向）にそれぞれ移動させる図１に示した前記送り機構部５０などを備え、前記ベッド２１が支持装置２７によって支持された状態となっている。
【００２４】
この支持装置２７は、図１乃至図４に示すように、適宜設置面Ｓ上に所定間隔で配設された複数の支持体３０と、各支持体３０の上端部に配設された前記各ロードセル４０と、各支持体３０の作動を制御してその支持位置を調整する駆動制御装置４１とから構成されており、各支持体３０がロードセル４０を介して前記ＮＣ工作機械２０のベッド２１底面を支持している。
【００２５】
前記支持体３０は、内部が中空に形成された円筒状の本体３１と、本体３１内の下部に固設された下部部材３２と、軸受３３を介して下部部材３２に回転自在に支持されるウォームホイール３４と、ウォームホイール３４の中心部に螺合し、当該ウォームホイール３４の回転に伴って矢示方向（上下方向）に昇降する昇降部材３５と、ウォームホイール３４と噛合するウォーム３６と、ウォーム３６に減速機（図示せず）を介して回転動力を付与し、当該ウォーム３６を回転させる駆動モータ３７とから構成されており、前記昇降部材３５によって、その上面に設けられたロードセル４０を介しベッド２１底面が支持されている。
【００２６】
前記各ロードセル４０は、各支持体３０に作用する力（荷重）を随時検出し、即ち、各支持体３０に作用する力（荷重）に応じた検出信号を生成し、これを駆動制御装置４１に送信する。各支持体３０に作用する荷重は、当該各支持体３０の上下方向の支持位置によってそれぞれ異なるため、これを検出することによって、当該各支持体３０の支持位置を把握することができる。尚、各ロードセル４０によって生成された荷重値信号は、後述の調整部１８にも送信される。
【００２７】
そして、前記ＮＣ工作機械２０は、通常、その姿勢が水平となるように、各支持体３０によるベッド２１底面の支持位置が適宜調整されており、具体的には、駆動制御装置４１によって、各ロードセル４０から受信した荷重値と、図示しない入力装置から適宜入力された、ＮＣ工作機械２０を水平に支持したときの基準荷重値とが同一の値となるように駆動モータ３７が駆動制御され、各支持体３０の支持位置がそれぞれ調整されている。
【００２８】
前記ＮＣプログラム記憶部１１には、予め作成されたＮＣプログラムが格納されており、前記動作指令生成部１２は、このＮＣプログラム記憶部１１に格納されたＮＣプログラムを基に、送り機構部５０の時間当たりの移動目標位置に関する信号（動作指令信号）を生成する処理を行う。
【００２９】
具体的には、動作指令生成部１２は、ＮＣプログラム記憶部１１に格納されたＮＣプログラムを解析して、送り機構部５０の送り速度や移動位置などに関する指令信号を抽出し、抽出した指令信号を基に予め定められた時定数を加味して、送り機構部５０の動作指令信号を生成し、これを位置制御部１３に逐次送信する。
【００３０】
前記位置制御部１３は、動作指令生成部１２から受信した動作指令信号と送り機構部５０からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成し、前記速度制御部１４は、位置制御部１３で生成された速度指令信号と送り機構部５０からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成する。
【００３１】
前記フィルタリング処理部１５は、速度制御部１４で生成された電流指令信号から特定の周波数成分を除去し、前記電流制御部１６は、フィルタリング処理部１５で特定の周波数成分が除去された電流指令信号とサーボアンプ１７からフィードバックされる現在電流信号との偏差に電流ループゲインを乗じて駆動指令信号を生成する。
【００３２】
前記サーボアンプ１７は、電流制御部１６から送信され、図示しないＤ／Ａ変換器でデジタル信号からアナログ信号に変換された駆動指令信号を受信した後、当該駆動指令信号を増幅して送り機構部５０に送信し、当該送り機構部５０は受信した駆動指令信号に基づいてその作動が制御される。
【００３３】
前記送り機構部５０は、前記Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸の各軸についてそれぞれ、サーボモータ５１やロータリエンコーダ５２の他、図示はしないが、ボールねじ、このボールねじに螺合し、且つ前記テーブル２６，サドル２５及び主軸頭２３のいずれかに固設されたナットなどを備えている。
【００３４】
前記サーボモータ５１は、前記駆動指令信号に基づきその作動が制御され、テーブル２６，サドル２５及び主軸頭２３は、サーボモータ５１，ボールねじ及びナットの作用によって、図示しない適宜案内機構により案内され、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向にそれぞれ移動せしめられる。
【００３５】
前記ロータリエンコーダ５２によって検出される位置データは、位置フィードバック信号として前記位置制御部１３にフィードバックされるとともに、その適宜サンプリング間隔毎の差分値（微分値）が速度フィードバック信号として前記速度制御部１４にフィードバックされる。
【００３６】
前記調整部１８は、前記支持装置２７のロードセル４０から送信された検出信号を受信し、受信した検出信号の周波数解析を行って当該検出信号に含まれる振動周波数成分を抽出し、前記フィルタリング処理部１５において前記電流指令信号から除去される周波数成分が抽出した振動周波数成分と一致するように、当該フィルタリング処理部１５における除去周波数成分（フィルタ設定値）を調整する。
【００３７】
以上のように構成された本例の制御装置１によれば、支持装置２７により支持され、据付姿勢が当該支持装置２７によって調整された状態のＮＣ工作機械２０の送り機構部５０が、前記制御装置１によって制御される。
【００３８】
即ち、動作指令生成部１２により、ＮＣプログラム記憶部１１に格納されたＮＣプログラムが解析されて、送り機構部５０の送り速度や移動位置などに関する指令信号が抽出され、抽出された指令信号を基に当該送り機構部５０の動作指令信号が生成され、これが位置制御部１３に送信される。
【００３９】
ついで、位置制御部１３により、前記動作指令信号と送り機構部５０からフィードバックされる現在位置信号とを基に速度指令信号が生成され、これが速度制御部１４に送信される。次に、速度制御部１４により、前記速度指令信号と送り機構部５０からフィードバックされる現在速度信号とを基に電流指令信号が生成され、これがフィルタリング処理部１５に送信される。
【００４０】
そして、フィルタリング処理部１５において、前記電流指令信号から特定の周波数成分が除去され、除去処理後の電流指令信号が電流制御部１６に送信される。ついで、電流制御部１６により、前記除去処理後の電流指令信号とサーボアンプ１７からフィードバックされる現在電流信号とを基に駆動指令信号が生成されてサーボアンプ１７に送信され、サーボアンプ１７により、前記駆動指令信号が増幅されて送り機構部５０のサーボモータ５１に送信され、これが当該駆動指令信号に基づいて駆動制御される。
【００４１】
上記フィルタリング処理部１５で除去される周波数成分は、調整部１８によって随時調整されており、当該調整部１８は、フィルタリング処理部１５において電流指令信号から除去される周波数成分が、解析した振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部１５における除去周波数成分を調整する。
【００４２】
ＮＣ工作機械２０は、その送り機構部５０によって移動せしめられるテーブル２６，サドル２５及び主軸頭２３の移動や、ワークＷの加工によって振動し、また、その設置面Ｓから外部振動が伝達されて振動する。そして、この振動は、ＮＣ工作機械２０のベッド２１底面を支持する支持装置２７に伝達され、ロードセル４０によって生成される検出信号に、当該振動に基づく振動周波数成分が含まれる。
【００４３】
このような振動が、送り機構部５０の制御系に外乱として入力されると、当該制御系が不安定となって送り機構部５０が振動し、当該送り機構部５０（ロータリエンコーダ５２）からフィードバックされる現在速度信号に振動周波数成分が付加され、これを基に算出される電流指令信号に振動周波数成分が含まれることになり、この振動が送り機構部５０やＮＣ工作機械２０全体の固有振動数に近いと、当該送り機構部５０やＮＣ工作機械２０全体が共振する事態に至る。
【００４４】
そこで、本例の制御装置１では、ロードセル４０によって生成された検出信号を周波数解析することで、ＮＣ工作機械２０で生じたり、或いは当該ＮＣ工作機械２０に伝達された外部振動の振動周波数を検出し、フィルタリング処理部１５で電流指令信号から除去される周波数成分が、検出した振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部１５における除去周波数成分を調整するようにしている。
【００４５】
これにより、ＮＣ工作機械２０で生じたり、当該ＮＣ工作機械２０に伝達された外部振動が送り機構部５０の制御系に外乱として入力されても、フィルタリング処理部１５において、その振動周波数成分が含まれた電流指令信号から、当該振動周波数成分を適切に除去することができるので、当該送り機構部５０が振動するのを効果的に防止することができる。したがって、送り機構部５０の振動が大きくなることはなく、過度の振動によって面粗度などの加工精度が悪化するようなこともない。
【００４６】
尚、調整部１８における除去周波数成分の調整は、適宜選択した一つのロードセル４０から生成される検出信号を解析して得た周波数成分で調整するようにしても、各ロードセル４０からそれぞれ生成された検出信号を解析し、これらを平均した周波数成分で調整するようにしてもいずれでも良い。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００４８】
例えば、上例では、各支持体３０の支持位置を、当該各支持体３０に作用する力から検出し、その検出信号を基に、フィルタリング処理部１５で除去される振動周波数成分を調整するように構成したが、各支持体３０の上下方向の位置を検出する位置検出器によって当該各支持体３０の支持位置を把握し、検出された位置信号を周波数解析して、フィルタリング処理部１５で除去される振動周波数成分を調整するように構成することもできる。
【００４９】
また、この他、各支持体３０の支持位置を、当該各支持体３０の駆動モータ３７に供給される電流から検出するように構成しても良い。これは、各支持体３０に作用する力に応じて駆動モータ３７のトルクが変動する、即ち、駆動モータ３７に供給される電流が変動することに基づくものである。この場合、検出された電流信号を周波数解析して、フィルタリング処理部１５で除去される振動周波数成分が調整される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置などの概略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態に係るＮＣ工作機械の概略構成を示した側面図である。
【図３】本実施形態に係る支持装置の概略構成を一部ブロック図で示した平面図である。
【図４】図３における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【符号の説明】
１ 制御装置
１１ ＮＣプログラム記憶部
１２ 動作指令生成部
１３ 位置制御部
１４ 速度制御部
１５ フィルタリング処理部
１６ 電流制御部
１７ サーボアンプ
１８ 調整部
２０ ＮＣ工作機械
２７ 支持装置
３０ 支持体
４０ ロードセル
５０ 送り機構部
５１ サーボモータ
５２ ロータリエンコーダ
Claims (4)
- ベッドと、前記ベッド底面を支持する支持装置と、前記ベッド上に設けられた少なくとも１つの移動体と、前記移動体を移動させる送り機構部とを備え、前記支持装置は、予め設定された間隔で設置面上に配設されるとともに、上下方向に昇降可能に設けられた昇降機構部を有し、該昇降機構部によって前記ベッド底面を支持する複数の支持体と、前記各昇降機構部に対応して設けられ、その物理的支持状態に係る物理量に応じた検出信号を生成する複数の検出手段と、前記検出手段によって生成された検出信号を基に、前記各昇降機構部の作動を制御してその支持位置を調整する駆動制御手段とを備えて構成されるＮＣ工作機械の前記送り機構部の作動を制御する装置であって、
ＮＣプログラムに従い動作指令信号を生成する動作指令生成部と、前記動作指令生成部で生成された動作指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成する位置制御部と、前記位置制御部で生成された速度指令信号と前記送り機構部からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成する速度制御部と、前記速度制御部で生成された電流指令信号から特定の周波数成分を除去するフィルタリング処理部とを備え、前記フィルタリング処理部で処理された後の電流指令信号に基づいて前記送り機構部の駆動モータを制御する制御装置において、
前記検出手段によって生成された検出信号の振動周波数を解析し、前記フィルタリング処理部において前記電流指令信号から除去される周波数成分が前記解析された振動周波数と一致するように、当該フィルタリング処理部における除去周波数成分を調整する調整部を設けて構成したことを特徴とするＮＣ工作機械送り機構部の制御装置。 - 前記検出手段が、前記昇降機構部の上下方向における位置を検出する位置検出器からなり、
前記物理量が、前記昇降機構部の上下方向における位置として把握される請求項１記載のＮＣ工作機械送り機構部の制御装置。 - 前記検出手段が、前記昇降機構部に作用する力を検出する力検出器からなり、
前記物理量が、前記昇降機構部に作用する力として把握される請求項１記載のＮＣ工作機械送り機構部の制御装置。 - 前記昇降機構部が、駆動モータを備えて構成されるとともに、
前記検出手段が、前記駆動モータに供給される電流を検出する電流検出器からなり、
前記物理量が、前記駆動モータに供給される電流として把握される請求項１記載のＮＣ工作機械送り機構部の制御装置。
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-
2003
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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