JP2006281393A

JP2006281393A - 心押台の制御方法及びその装置

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Publication number: JP2006281393A
Application number: JP2005106179A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Ikeda; 睦池田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: JP4692046B2

Abstract

【課題】心押台をサーボモータにより駆動して加工物を所定の押し付け圧力で押圧するものにおいて、適正な心押しトルクが心押軸の静止摩擦力を下回っている場合においても、適切な心押しトルクを保持させることができる心押台の制御方法及びその装置を得る。
【解決手段】心押台２をサーボモータ４により駆動して加工物１を所定の押し付け圧力で押圧するものにおいて、加工物１を所定の押し付け圧力で押圧しており心押台２が停止している時は、心押台２の加工物１への押し当てトルクを、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとし、心押台の移動時は、心押台を心押台押し付け目標トルクで移動するように制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、工作機械用サーボモータ駆動式の心押台を制御する方法及びその装置に関するものである。

従来の工作機械用サーボモータ駆動式心押台の制御装置は、サーボモータの電流値を一定に保持するように構成されており、モータの出力トルクが送り機構を介して直接押し当てトルクとなるように動作する（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の工作機械用サーボモータ駆動式心押台は、心押軸に弾性部材を使用するように構成されており、弾性部材の弾力により一定の押し当て力を発生するように動作する（例えば、特許文献２参照）。

更にまた、従来の工作機械用サーボモータ駆動式心押台の制御装置は、心押台駆動サーボモータの位置偏差を監視するように構成されており、その位置偏差が一定となるように動作する（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−１５３４３１号公報（第５〜６頁、第３図）特許平４−６３６０３号公報（第４〜５頁、第２図）特許平６−５５３１０号公報（第４〜５頁、第２図）

上記のような従来の工作機械用サーボモータ駆動式心押台の制御装置では、加工物の剛性が低いなどの理由により心押台における加工時の適正押付けトルクが小さく、心押台の静止摩擦力が無視できない大きさである場合、加工物が加工熱などにより熱膨張しても、心押台の静止摩擦力により心押台が後退しないため、過大な心押しトルクが加工物に印加され、加工物の変形が発生するという問題点があった。

また、弾性材を使用した工作機械用サーボモータ駆動式心押台においては、加工物のわずかな熱膨張に対して弾性変形量が微小であれば上記欠点は回避されるものの機構が複雑になり高価となるという欠点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、適正な心押しトルクが心押台の静止摩擦力を下回っている場合においても、適切な心押しトルクを保持させることができる心押台制御方法及びその装置を提供することを目的としている。

また、工作機械用サーボモータ駆動式心押台の静止摩擦力を簡単に測定し記憶することができる心押台制御方法及びその装置を提供することを目的としている。

この発明に係る心押台の制御方法は、心押台が加工物に当接し静止している時は、心押台の加工物への押し当てトルクが、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとなるようサーボモータを制御するものである。

また、この発明に係る心押台の制御方法は、心押台の移動時は、心押台が心押台押し付け目標トルクで移動するようにサーボモータを制御するものである。

また、この発明に係る心押台の制御方法は、心押台が加工物へ当接して静止した後、所定時間経過後、心押台の加工物への押し当てトルクが、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとなるようにサーボモータを制御するものである。

また、この発明に係る心押台の制御方法は、心押台静止状態においてサーボモータへの供給電流を漸増させながら心押台の静止状態を監視し、心押台が移動を開始した時点のサーボモータの出力トルクに相当する電流値を、心押台静止摩擦トルクに相当する電流値として記憶するものである。

また、この発明に係る心押台の制御装置は、サーボモータが心押台の静止摩擦相当のトルクを発生するときのサーボモータ電流値を記憶する摩擦電流メモリと、サーボモータが加工物を押し当てる適正トルクを発生するときのサーボモータ電流値を記憶する指令電流メモリと、心押台の静止状態を監視する移動監視手段と、この移動監視手段より、心押台が加工物に当接し心押台が静止していることを示す信号が出力されている時は、摩擦電流メモリ及び指令電流メモリに記憶されている各サーボモータ電流値を読出し、この電流値を用いて、心押台の加工物への押し当てトルクが、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとなるようサーボモータを制御する制御手段とを備えてなるものである。

また、この発明に係る心押台の制御装置は、前記制御手段が、移動監視手段より、心押台が移動していることを示す信号が出力されている時は、心押台が心押台押し付け目標トルクで移動するようにサーボモータを制御するものである。

また、この発明に係る心押台の制御装置は、前記移動監視手段が、心押台が加工物へ当接して静止した後、所定時間経過後に心押台が静止していることを示す信号を前記制御手段へ出力し、また前記制御手段が、この信号に基づいて、心押台の加工物への押し当てトルクが、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとなるようにサーボモータを制御するものである。

また、この発明に係る心押台の制御装置は、前記制御手段が、心押台静止状態においてサーボモータへの供給電流を漸増させ、心押台が移動を開始した時点のサーボモータの出力トルクに相当する電流値を、心押台静止摩擦トルクに相当する電流値として前記摩擦電流メモリに記憶させるものものである。

この発明によれば、心押台における加工時の適正押付けトルクが小さく、心押台の静止摩擦力が無視できない大きさである場合であっても、心押台静止時に加工物が熱膨張した場合、心押台が必ず後退し、加工物の変形を防止できる。なお、一旦心押台が後退を始めると摩擦力が減少し心押台押し付けトルクが不足するが、このとき停止状態ではないことを検知し、心押台が再び押し付け目標トルクで押し当てるので、再度適正な加工物押し当てトルクを確保できる。

またこの発明によれば、心押台が停止してから摩擦力が増大するまで心押しトルクを保持でき、ひいては適正なトルクで心押台を加工物への押し当てすることができる。

またこの発明によれば、静止摩擦力に相当するサーボモータのトルクを測定するための特別な装置を必要としない。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を、図１〜図３を用いて説明する。なお、この実施の形態１は、心押台の制御装置を数値制御装置にて構成した場合の例である。
図１は心押台の制御装置を数値制御装置にて構成した場合の全体構成を示すブロック図で、図１において、１は工作機械に取り付けられた加工物、２は加工物１を押付ける心押台、３は心押台２を前後運動させるボールねじ駆動機構、４はボールねじ機構３に取り付けられたボールねじを回転させるサーボモータ、５はサーボモータ４の回転角度位置を検出する位置エンコーダ、６はサーボモータ４に電力線で接続され、また位置エンコーダ５と信号線で接続された数値制御装置、７は数値制御装置６に内蔵され、サーボモータ４に供給する電流値を制御する電流指令装置、８は数値制御装置６に内蔵され、サーボモータ４に供給する電流値の最大値を演算し電流指令装置７に出力する電流制限装置で、電流指令装置７とともに制御手段を構成する。

また、９は数値制御装置６に内蔵され、電流制限装置８に接続された電流記憶装置、１０は電流記憶装置９に接続され、サーボモータ４が心押台２の静止摩擦相当のトルクを発生するときのサーボモータ電流値を記憶する摩擦電流メモリ、１１は電流記憶装置９に接続され、サーボモータ４が加工物１を押し当てる適正トルクを発生するときのサーボモータ電流値を記憶する指令電流メモリ、１２は位置エンコーダ５と信号線で接続され、心押台２の静止状態を判定し、電流制限装置８に心押台静止信号を出力する、移動監視手段である移動監視装置、１３は移動監視装置１２に設けられたタイマである。

このように構成された数値制御装置においては、移動監視装置１２が心押台２の静止状態を位置エンコーダ５により入力した位置の変化によって検出し、心押台２が動いている時は、心押台２が動いていることを示す信号を電流制限装置８に出力し、また、心押台２の移動停止後、一定時間経過時点で心押台２が静止していることを示す信号を電流制限装置８に出力する。なお、この移動監視装置１２の詳細動作は図３にて後述する。
また、電流制限装置８は、心押台２の静止時と移動時の場合に応じて、電流記憶装置９を通じて摩擦電流メモリ１０と指令電流メモリ１１より読み出したサーボモータ電流値（サーボモータ４が心押台２の静止摩擦相当のトルクを発生するときのサーボモータ電流値、及びサーボモータ４が加工物１を押し当てる適正トルクを発生するときのサーボモータ電流値）を用いて、電流制限値を演算するように動作する。また、電流制限装置８は電流値を漸増させながら電流記憶装置９を通じて摩擦電流メモリ１０を更新することにより、心押台２が静止状態から移動を開始する際の最低電流値を摩擦電流メモリ１０に記憶する。

図２はこの発明の実施の形態１に係る数値制御装置内の電流制限装置８の詳細処理内容を示すフローチャートである。
この数値制御装置は、心押台２が加工物１を押圧していない状態、即ち、心押台２が、静止しているとともに加工物１に対し離れている状態から、心押台２を加工物１方向に移動させて加工物１を押圧する場合、先ずサーボモータ４に電力を供給するするとともに、電流を除々に増加させて与えるものであるが、この電流制限装置８は、サーボモータ４への電流供給開始時には（心押台２が動き出すまでは）次のように動作する。

即ち、サーボモータ４への電流供給開始時には、心押台２が静止状態にあることを移動監視装置１２がエンコーダ５の出力信号から認識し、その状態を電流制限装置８に伝えるので、電流制限装置８はステップ１で心押台２が静止中であると認識し、ステップ２に移行する。そして電流供給開始時であってその心押台２が加工物１を押圧していない状態であるので、ステップ２で、押当て中でないと認識してステップ３に移行し、ステップ３への移行が初回である場合、摩擦電流メモリ１０の内容をクリアする（ステップ４）。なおこれは不正な静止摩擦相当の電流値が格納されている場合があるため、これを防止するためである。この状態において、サーボモータ４に供給される電流が徐々に増加されるので、この電流値を、電流値増加分づつ加算して摩擦電流メモリ１０に記憶する（ステップ５）。

なお、このときサーボモータ４に供給される電流値は、摩擦電流メモリ１０に記憶される電流値と同一である（ステップ７）。そして、心押台２が移動を開始すると、移動監視装置１２から心押台２が動作状態にあることを示す出力信号が出力される。このため、ステップ１で、電流制限装置８はステップ１で心押台２が静止中でないと認識し、ステップ８に移行し、ステップ３〜ステップ５の動作をしなくなるので、摩擦電流メモリ１０には、最終的に心押台２の静止摩擦トルクに相当する電流値が記憶されることになる。なお、ステップ３〜ステップ５の動作は、心押台２が、静止しているとともに加工物１に対し離れている状態から、心押台２を加工物１方向に移動させて加工物１を押圧する動作を行わせる毎に行われる。
この電流制限装置８は、サーボモータ４への電流供給開始時には（心押台２が動き出すまでは）以上のように動作する。

心押台２が移動を開始すると、その状態を移動監視装置１２がエンコーダ５の出力信号から認識し、そのことを電流制限装置８に伝える。この結果、電流制限装置８はステップ１で心押台２が動き出したことを認識し、サーボモータ４が加工物１を押し当てる適正トルクを発生するときのサーボモータ電流値を記憶した指令電流メモリ１１より、その電流値を読み出し電流指令装置７に出力する（ステップ８）。

そして暫くすると、心押台２が加工物１に当接し、動かなくなるので、その状態を移動監視装置１２がエンコーダ５の出力信号から認識し、そのことを電流制限装置８に伝える。この結果、電流制限装置８は押当て中で心押台２が停止したことを認識し（ステップ１、２）、ステップ９に移行する。ステップ９では、指令値（指令電流メモリ１１より読み出した電流値）が摩擦力（摩擦電流メモリ１０より読み出した電流値）より小さい場合（その差分が負値である場合）、ステップ１０に移行し、指令方向を反転させた後、ステップ１１に移行する。また、指令値（指令電流メモリ１１より読み出した電流値）が摩擦力（摩擦電流メモリ１０より読み出した電流値）と同一または大きい場合（その差分が正値の場合）、指令方向を反転させることなくステップ１１に移行する。ステップ１１では、｜指令電流メモリ１１より読み出した電流値−摩擦電流メモリ１０より読み出した電流値｜の演算を行い、この電流値で心押台２が加工物１を押圧する状態を継続する。

即ち、指令値（指令電流メモリ１１より読み出した電流値）＜摩擦力（摩擦電流メモリ１０より読み出した電流値）の場合、｜指令電流メモリ１１より読み出した電流値−摩擦電流メモリ１０より読み出した電流値｜分だけ、心押台２を加工物１に対し反押圧方向に制御し、また指令値（指令電流メモリ１１より読み出した電流値）≧摩擦力（摩擦電流メモリ１０より読み出した電流値）の場合、｜指令電流メモリ１１より読み出した電流値−摩擦電流メモリ１０より読み出した電流値｜分だけ、心押台２を加工物１に対し押圧方向に制御する。

また、ステップ１１の状態時に、加工物１が熱膨張した場合、演算した｜指令電流メモリ１１より読み出した電流値−摩擦電流メモリ１０より読み出した電流値｜の電流値で、心押台２が加工物１を押圧しているので、心押台２は容易に後退し、加工物１の変形などを防止する。また、心押台２が後退を始めると摩擦力が減少し心押台押し付けトルクが不足するが、このとき移動監視装置１２が停止状態ではないことを検知するため、ステップ８の動作（サーボモータ４が加工物１を押し当てる適正トルクを発生するときのサーボモータ電流値を記憶した指令電流メモリ１１より、その電流値を読み出し電流指令装置７に出力する動作）を開始し、その後心押台２が動かなくなって再度ステップ１１の状態に戻るので、再度適正な加工物押し当てトルクを速やかに確保できる。
以上説明したように電流制限装置８は動作する。

図３はこの発明の実施の形態１に係る数値制御装置内の移動監視装置１２における詳細処理内容を示すフローチャートである。
この移動監視装置１２においては、数値制御装置に電力が供給されたとき、心押台２を駆動するサーボモータ４に取り付けられた位置エンコーダ５からの位置情報に変化があったかどうかを確認し（ステップ２０）、もし変化がなかった場合はタイマ１３が動作してカウントを開始する（ステップ２１）。そしてタイマ１３のカウント値が、予め設定された所定の値を超えたか否かを判断し（ステップ２２）、タイマ１３のカウント値が、予め設定された所定の値を超えた場合、心押台静止信号をオンする（ステップ２３）。また、タイマ１３のカウント値が、予め設定された所定の値を超えるまでは、心押台静止信号をオフする（ステップ２５）。また、ステップ２０にて位置エンコーダ５からの位置情報に変化があった場合には、タイマ１３のカウント値をクリアし（ステップ２４）、ステップ２５に移行する。なお、この信号状態は、電流制限装置８に伝える。

なおまた、このステップ２０、ステップ２１、ステップ２５のルートの動作を行わせるのは、心押台２が加工物１を押圧して静止しても、暫くの間は、図２のステップ１において心押台２が未だ動作中であると判断させ、ステップ８の動作（サーボモータ４が加工物１を押し当てる適正トルクを発生するときのサーボモータ電流値を記憶した指令電流メモリ１１より、その電流値を読み出し電流指令装置７に出力する）を継続させることにより、心押台２が停止してから摩擦力が増大するまで心押しトルクを保持させるためである。
またステップ２０〜ステップ２３のルートの動作を行わせるのは、ステップ８の動作により、心押台２が停止してから摩擦力を増大させる動作をさせてから、ステップ９〜ステップ１１の動作に移行させるためである。

以上説明したように、この実施の形態１によれば、加工物１を所定の押し付け圧力で押圧しており心押台２が停止している時は、心押台の加工物への押し当てトルクを、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとし、心押台２の移動時は、心押台２を心押台押し付け目標トルクで移動するように制御するので、心押台２における加工時の適正押付けトルクが小さく、心押台２の静止摩擦力が無視できない大きさである場合であっても、心押台静止時に加工物が熱膨張した場合、心押台２が必ず後退し、加工物１の変形を防止できる。また、一旦心押台２が後退を始めると摩擦力が減少し心押台押し付けトルクが不足するが、このとき停止状態ではないことを検知し、心押台２が再び押し付け目標トルクで押し当てるので、再度適正な加工物押し当てトルクを確保できる。

また、心押台２が加工物１へ当接して停止した後、所定時間経過後、心押台２の加工物１への押し当てトルクを、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクに設定するので、心押台が停止してから摩擦力が増大するまで心押しトルクを保持でき、ひいては適正なトルクで心押台を加工物への押し当てすることができる。

また、心押台静止状態においてサーボモータ４の出力トルクを漸増させながら心押台２の移動を監視し、心押台２が移動を開始した時点のサーボモータ４の出力トルクを、心押台静止摩擦トルクとして記憶するので、静止摩擦力に相当するサーボモータ４のトルクを測定するための特別な装置を必要とせず、一般的な工作機械位置制御構成を用いて静止摩擦力に相当するサーボモータ４のトルクを測定することができる。

この発明に係る心押台の制御方法及びその装置は、加工物を心押台で押付けながら加工する工作機械用制御装置として用いられるのに適している。

この発明の実施の形態１に係る数値制御装置の全体構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る電流制限装置の詳細動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係る移動監視装置の詳細動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１加工物、２心押台、３ボールねじ駆動機構、４サーボモータ、５位置エンコーダ、６数値制御装置、７電流指令装置、８電流制限装置、９電流記憶装置、１０摩擦電流メモリ、１１指令電流メモリ、１２移動監視装置、１３タイマ。

Claims

心押台をサーボモータにより駆動して加工物を所定の押し付け圧力で押圧する心押台の制御方法において、心押台が加工物に当接し静止している時は、前記心押台の加工物への押し当てトルクが、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとなるよう前記サーボモータを制御することを特徴とする心押台の制御方法。
心押台の移動時は、心押台が心押台押し付け目標トルクで移動するように前記サーボモータを制御することを特徴とする請求項１に記載の心押台の制御方法。
心押台が加工物へ当接して静止した後、所定時間経過後、心押台の加工物への押し当てトルクが、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとなるように前記サーボモータを制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の心押台の制御方法
心押台静止状態においてサーボモータへの供給電流を漸増させながら心押台の静止状態を監視し、心押台が移動を開始した時点のサーボモータの出力トルクに相当する電流値を、心押台静止摩擦トルクに相当する電流値として記憶することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の心押台の制御方法。
心押台をサーボモータにより駆動して加工物を所定の押し付け圧力で押圧する心押台の制御装置において、前記サーボモータが心押台の静止摩擦相当のトルクを発生するときのサーボモータ電流値を記憶する摩擦電流メモリと、前記サーボモータが加工物を押し当てる適正トルクを発生するときのサーボモータ電流値を記憶する指令電流メモリと、前記心押台の静止状態を監視する移動監視手段と、この移動監視手段より、心押台が加工物に当接し心押台が静止していることを示す信号が出力されている時は、前記摩擦電流メモリ及び指令電流メモリに記憶されている各サーボモータ電流値を読出し、この電流値を用いて、前記心押台の加工物への押し当てトルクが、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとなるよう前記サーボモータを制御する制御手段とを備えてなる心押台の制御装置。
前記制御手段は、前記移動監視手段より、心押台が移動していることを示す信号が出力されている時は、心押台が心押台押し付け目標トルクで移動するように前記サーボモータを制御することを特徴とする請求項５に記載の心押台の制御装置。
前記移動監視手段は、心押台が加工物へ当接して静止した後、所定時間経過後に心押台が静止していることを示す信号を前記制御手段へ出力し、前記制御手段は、この信号に基づいて、心押台の加工物への押し当てトルクが、心押台押し付け目標トルク−心押台静止摩擦トルクとなるように前記サーボモータを制御することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の心押台の制御装置。
前記制御手段は、心押台静止状態においてサーボモータへの供給電流を漸増させ、心押台が移動を開始した時点のサーボモータの出力トルクに相当する電流値を、心押台静止摩擦トルクに相当する電流値として前記摩擦電流メモリに記憶させるものであることを特徴とする請求項５〜請求項７の何れかに記載の心押台の制御装置。