JP2006315141A - 心押台制御装置及び心押動作の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】心押支持推力を駆動系の変速比を考慮したサーボモータの駆動トルクを活用して被加工物を所定の支持推力で支持する際に、駆動系の伝達機構の伝達効率を考慮する必要があるが、経年変化や使用状態により伝達効率が変化するため安定した心押支持推力が得られない。
【解決手段】サーボモータ９によって駆動制御する心押台に装着された心押しセンター１０１を被加工物１００のセンター穴に押し付けて被加工物１００を支持する心押台制御装置において、第一のアプローチステップで実行中のサーボモータ９の無負荷トルクＴzを検出し、第二のアプローチステップを実行する際、被加工物の支持に必要なサーボモータのトルク指令値Ｔcと無負荷トルクＴｚを加算したトルクＴz＋Ｔcをサーボモータ９の駆動トルクの制限値として心押台１０２を駆動制御する。
【選択図】図１

Description

被加工物をサーボモータによって駆動制御する心押台に装着された心押しセンターを用いて被加工物を支持する心押台制御装置に関する。

数値制御旋盤の被加工物を支持する心押台の駆動は、従来油圧駆動によるものが多かったが、近年サーボモータによって駆動制御する電動心押台が採用されてきている。

電動心押台は、サーボモータの駆動トルクを制御することにより被加工物の支持推力を自在に制御できるため、多品種少量ワークでの段取り時の推力変更などの非稼働時間が削減できたり、油圧ユニットを無くして機械の消費エネルギーを節約したりできるなどの利点がある。このような利点から電動心押台の採用が増加している。

図２は、サーボモータにより駆動制御される電動心押台の機構図の一例であり、サーボモータ９が回転駆動されることにより、サーボモータ９に連結された送りねじ１０６を介して心押台１０２が駆動制御され、心押台１０２に取り付けられた心押しセンター１０１が被加工物１００のセンター穴と嵌合することによって被加工物１００を支持するものである。

さて、被加工物の支持推力を得るために必要なサーボモータの駆動トルクは、駆動系の伝達機構から、被加工物の支持推力を発生させるために必要なサーボモータの駆動トルクに換算して求めている。なお、駆動系には変速機構が存在するため、被加工物の支持推力からサーボモータの駆動トルクに換算する際には、予め設定された駆動系の変速比を考慮して求めていた。以降、図６のブロック図を用いて従来技術を説明する。

心押推力設定部１で予め設定された心押し支持推力は、トルク指令変換部２で駆動系の変速比を考慮してサーボモータ９の駆動トルク指令値Ｔcに換算される。一方パラメータ設定部４には、予め心押時のアプローチ速度Ｖ２や心押定寸位置Ｐ２が設定されている。心押指令部３は、図示しない手動操作あるいは加工プログラムに応じて心押指令を発生させて、心押台制御部５を起動する。起動された心押台制御部５は、サーボ制御部７、電力増幅部８を介してサーボモータ９のトルクを制御し心押台を駆動制御するとともに、位置検出器１０からの位置フィードバックにより心押台の位置制御を行う。この時、心押台制御部５は、前記換算された駆動トルクＴcをトルク制限値記憶部６に記憶させ、このトルク制限値をサーボ制御部７へ送出する。サーボ制御部７は、前記トルク制限値（駆動トルクＴc）を上限としたサーボモータ９のトルク制限制御を行う。

上述した構成により、心押台１０２を前記アプローチ速度Ｖ２で前記心押定寸位置Ｐ２に向かって駆動するようサーボモータ９を駆動制御する。これにより心押台１０２が心押定寸位置Ｐ２に到達すると、心押台１０２に装着された心押しセンター１０１が被加工物１００のセンター穴に嵌合する。このとき、サーボモータ９が前記駆動トルクＴcで制限された駆動トルクで心押台１０２を被加工物１００に押し付けることによって、被加工物１００は所定の支持推力で支持される。

特開２０００−１５３４３１号公報 特開平４−６３６０３号公報

上述した従来技術によれば、予め設定された心押し支持推力を駆動系の変速比を考慮したサーボモータの駆動トルクＴcに換算することにより、前記心押台に装着された心押しセンターを被加工物のセンター穴に前記サーボモータの駆動トルクＴcで押し付け、これにより被加工物を所定の支持推力で支持することができる。しかし、この方式では、前記心押台を駆動制御するとき、駆動系の伝達機構の伝達効率を考慮しなければならない。例えば、ボールねじの伝達効率や前記心押台の摺動部や心押台テレスコカバーの切粉よけワイパーの摺動抵抗等が存在し、前記サーボモータの駆動トルクＴcで前記心押台を駆動したとき、前記伝達効率による伝達トルクの低下が発生する。換言すると、心押し支持推力を駆動系の変速比を考慮したサーボモータの駆動トルクＴcでサーボモータを駆動制御しただけでは、前記伝達効率による推力の低下から、前記心押台に装着された心押センターが被加工物のセンター穴と嵌合した時の支持推力が低下し所定の支持推力が得られないといった問題が発生する。したがって、予め設定する心押し支持推力を伝達効率を考慮して高めに設定するか、設定された心押し支持推力からサーボモータの駆動トルクに換算する際に駆動系の伝達効率を考慮した計算を行う等の方法が用いられる。

しかし、心押台の摺動部や心押台テレスコカバーの切粉よけワイパーの摺動抵抗等は経年変化や切粉による汚れ等により大きく変化するため、伝達効率もこれに応じて変化する。このような変化を考慮に入れないと、安定した心押し支持推力が得られないといった課題がある。

本発明は、サーボモータによって駆動制御する心押台に装着された心押しセンターを被加工物のセンター穴に押し付けて被加工物を支持する心押台制御装置において、
被加工物の支持に必要な心押支持推力Ｔaを設定する心押推力設定手段と、該設定された心押支持推力Ｔaを得るために必要なサーボモータのトルク指令値Ｔcを算出する心押支持トルク演算手段と、サーボモータの駆動トルクを制限するトルク制限手段と、サーボモータの駆動トルクを逐次検出する駆動トルク検出手段と、心押動作を制御する制御手段とを具備し、制御手段は、心押動作を、被加工物を支持する際に心押台を加工ワーク近傍に接近させる第一のアプローチのステップと、サーボモータの駆動トルクを所定のトルクＴmに制限しながら心押しセンターを被加工物に押し付ける第二のアプローチのステップとに分けて段階的に実行するとともに、第一のアプローチのステップで実行中のサーボモータの無負荷駆動トルクＴzを駆動トルク検出手段で検出し、第二のアプローチのステップを実行する際、被加工物の支持に必要なサーボモータのトルク指令値Ｔcと検出した無負荷駆動トルクＴzとを加算したトルクＴmをサーボモータ駆動トルクの制限値としてトルク制限手段に駆動トルクの制限を行わせる。

伝達効率の要因となる無負荷駆動トルクＴzを第一のアプローチステップで駆動トルク検出手段により検出し、被加工物の支持に必要なサーボモータのトルク指令値Ｔcと無負荷駆動トルクＴzを加算したトルクＴmをサーボモータ駆動トルクの制限値として心押台を駆動制御するようにしたので、駆動系の伝達効率の変化によるトルク低下を考慮した心押台制御を実現できる。このため、心押台に装着された心押センターが被加工物のセンター穴と嵌合した時の支持推力として、被加工物の支持に必要な所定の支持推力が得られる。したがって、心押台の摺動部や心押台テレスコカバーの切粉よけワイパーの摺動抵抗等は経年変化や切粉による汚れ等による伝達効率の変化が発生しても安定した心押し支持推力が得られる。

本発明の一実施例を、図１のブロック図を用いて説明する。なお、図６に示した従来技術と同等な部分については詳細な説明を省略する。また、サーボモータ方式の心押台の機械的構造については、図２を参照して既に説明したとおりである。駆動トルク検出部１１は、サーボ制御部７から時々刻々と出力されるトルク指令τaを検出し、心押台制御部５１へ送出する。心押台制御部５１は、図示しない手動操作あるいは加工プログラムにより心押指令部３を介して起動される。起動された心押台制御部５１は、被加工物（ワーク）を所定の支持推力で支持するのに必要な心押支持推力Ｔaをサーボモータトルクに換算したトルク指令値Ｔcと、前記駆動トルク検出部１１が検出したトルク指令τaと、を用いてトルク制限値を算出する。心押台制御部５１は、算出したトルク制限値をトルク制限値記憶部６に記憶させると共に、そのトルク制限値をサーボモータ制御部７に送出する。これにより、サーボモータ制御部７は、そのトルク制限値を上限とするトルク指令τaを生成し、このトルク指令を電力増幅部８で増幅してサーボモータ９に供給することで、サーボモータ９の駆動制御を行う。このサーボモータ９の制御により、心押台１０２の駆動が制御される（この制御の動作シーケンスは後述）。

本実施形態では、図２に示すように、心押しセンター１０１を被加工物１００に向けて移動させていく際、第一アプローチ開始位置Ｐ０から第一アプローチ完了位置Ｐ１までの区間Ａ１において、無負荷状態でのサーボモータ９へのトルク指令値（無負荷トルクＴzと呼ぶ）を求める。無負荷トルクＴzは、理想的には０であるが、実際上はいくらかの値を持ち、この値は、従来技術の問題として指摘した電動心押台の経年変化や汚れ等の影響により変化する。無負荷時にＴzだけのトルクがあるのだから、本実施形態では、指示された心押支持推力を得るためには、その支持推力に対応するサーボモータトルクＴcに無負荷トルクＴzを加えた値をトルク制限値とする。そして、第一アプローチ完了位置Ｐ１から第二アプローチ位置（定寸位置）Ｐ２までの区間Ａ２では、このトルク制限値Ｔmを上限とするトルク制限の制御を行うことで、心押支持推力での心押しを実現する。

このような動作を実現するため、第一アプローチ完了位置Ｐ１は、心押し方向について、第二アプローチ位置（定寸位置）Ｐ２よりも手前に設定する。第一アプローチ開始位置Ｐ０は第一アプローチ完了位置Ｐ１よりも更に手前に設定する。

本実施形態では、無負荷トルクＴzとして、心押動作の際の実測値を用いているので、その心押し作業の時点での経年変化や汚れ等による影響を織り込んだトルク制限値を求めることができる。このようなトルク制限値を用いてトルク制限を行うことにより、従来技術よりも適切な支持推力での心押しを実現することができる。

図５は心押台制御パラメータの設定画面例であり、心押推力、アプローチ速度、第一アプローチ開始位置Ｐ０、第一アプローチ完了位置Ｐ１、第二アプローチ位置（心押定寸位置）Ｐ２がこの画面から設定される。ここで「心押推力」は、被加工物の支持推力のことであり、各位置Ｐ０〜Ｐ２は前述の通りである。この設定画面は、図１の構成におけるパラメータ設定部４が生成し、電動心押台の備えるディスプレイに表示する。パラメータ設定部４は、この画面に対しユーザがキーボード等の入力装置を用いて入力した各設定項目の値を、それぞれの項目の設定値として記憶する。

心押台制御部５１の動作を、図３のフローチャートを用いて詳細に説明する。心押台制御部５１は、心押指令部３から心押指令を受け付ける（ステップＳ１）と、パラメータ設定部４に設定されている第一アプローチのパラメータ（第一アプローチ開始位置Ｐ０、第一アプローチ完了位置Ｐ１）を読み出し（ステップＳ２）、パラメータ設定部４に設定されたアプローチ速度を用いて、定寸（第二アプローチ位置）より手前の第一アプローチ完了位置まで第一アプローチ動作を開始する（ステップＳ３）。第一アプローチの動作中に、心押台制御部５１は、駆動トルク検出部１１から読み出される現在の駆動トルクτaを無負荷トルクＴzとして記憶する（ステップＳ４）。第一アプローチの動作が完了する（ステップＳ５）と、心押台制御部５１は、パラメータ設定部４に設定されている第二アプローチのパラメータ（第二アプローチ位置Ｐ２）を読み出し（ステップＳ６）、トルク指令変換部２から入力されるトルク指令値Ｔcと前記無負荷トルクＴzを加算した結果をサーボモータ９のトルク制限値Ｔmとしてトルク制限値記憶部６に設定する（ステップＳ７）。次に心押台制御部５１は、ステップＳ８で、第二アプローチ位置Ｐ２までの第二アプローチ動作を開始し、第二アプローチ動作を完了すると処理を終了する（Ｓ９）。

上述した動作について、図４のタイムチャートを用いて説明を補足する。（ａ）は、心押台を駆動するサーボモータの速度タイムチャートであり、第一アプローチの区間であるＡ１の区間および第二アプローチの区間であるＡ２の区間におけるサーボモータ９の速度Ｖの変化の例を示している。

（ｂ）は、心押台１０２を駆動するサーボモータ９のトルク制限値（許容最大トルクＴmax乃至設定トルク制限値Ｔc＋Ｔz）の状態と第一アプローチ／第二アプローチ動作中に実際にサーボモータ９に与えられているトルク指令値の状態を示している。許容最大トルクＴmaxは、当該電動心押台のサーボモータ９自体が正常動作する場合において許容可能な最大トルクである。第一アプローチの動作であるＡ１の区間をアプローチ速度Ｖ１で動作（トルク制限値は、サーボモータ９の許容最大トルクＴmax）する。この区間Ａ１では、心押しセンター１０１が被加工物１００に当たる可能性はないので、許容最大トルクＴmaxを上限とするトルク制限を行っている。そして、第一アプローチの動作が完了（第一アプローチ位置Ｐ１に到達）したときの実際にサーボモータ９に与えられているトルク指令値Ｔaが無負荷トルクＴzとして記憶される。

なお、このようにある１点（第一アプローチ完了位置Ｐ１）でのトルク指令値を無負荷トルクＴzとする代わりに、ある区間、例えば第一アプローチ開始位置Ｐ０と第一アプローチ完了位置Ｐ１との間に設定したチェックポイントから第一アプローチ完了位置Ｐ１までの区間、におけるトルク指令値Ｔaをサンプリングし、それらの統計値（例えば平均値や中央値）を無負荷トルクＴzとしても良い。

第二アプローチの動作区間Ａ２では、被加工物支持に必要な心押支持推力Ｔaをサーボモータトルクに換算したトルク指令値Ｔcと前記無負荷トルクＴzを加算した値（Ｔc＋Ｔz）をトルク制限値として設定し、アプローチ速度Ｖ２（この例ではアプローチ速度と同じ速度）で動作を開始する。第二アプローチの動作区間Ａ２で前記心押台１０２に装着された心押しセンター１０１が被加工物１００のセンター穴に嵌合すると、心押台が固定されるためサーボモータ９に与えられているトルク指令値Ｔaは増加し、トルク制限値Ｔc＋Ｔzで飽和するとともに心押定寸位置（第二アプローチ位置Ｐ２）に到達し処理が終了し、サーボモータ９は前記トルク制限値Ｔc＋Ｔzで制限された駆動トルクで押し続けることによって被加工物１００は所定の支持推力で支持される。

本発明の心押台制御装置の一実施例を示すブロック図である。 電動心押台の機構図の一例である。 本発明の心押台制御を示すフローチャートである。 本発明の心押台制御動作を示すタイムチャートである。 本発明の心押台制御パラメータの設定画面例を示す図である。 従来技術の心押台制御装置を示すブロック図である。

符号の説明

１ 心押推力推定部、２ トルク指令変換部、３ 心押指令部、４ パラメータ設定部、５，５１ 心押台制御部、６ トルク制限値記憶部、７ サーボ制御部、８ 電力増幅部、９ サーボモータ、１０ 位置検出器、１１ 駆動トルク検出部。

Claims (2)

1. サーボモータによって駆動制御する心押台に装着された心押しセンターを被加工物のセンター穴に押し付けて被加工物を支持する心押台制御装置において、
   被加工物の支持に必要な心押支持推力Ｔaを設定する心押推力設定手段と、
   該設定された心押支持推力Ｔaを得るために必要なサーボモータのトルク指令値Ｔcを算出する心押支持トルク演算手段と、
   サーボモータの駆動トルクを制限するトルク制限手段と、
   サーボモータの駆動トルクを逐次検出する駆動トルク検出手段と、
   心押動作を制御する制御手段と、
   を具備し、制御手段は、心押動作を、被加工物を支持する際に心押台を加工ワーク近傍に接近させる第一のアプローチのステップと、サーボモータの駆動トルクを所定のトルクＴmに制限しながら心押しセンターを被加工物に押し付ける第二のアプローチのステップとに分けて段階的に実行するとともに、第一のアプローチのステップで実行中のサーボモータの無負荷駆動トルクＴzを駆動トルク検出手段で検出し、第二のアプローチのステップを実行する際、被加工物支持に必要なサーボモータのトルク指令値Ｔcと検出した無負荷駆動トルクＴzとを加算したトルクＴmをサーボモータ駆動トルクの制限値として前記トルク制限手段に駆動トルクの制限を行わせる、
   ことを特徴とする心押台制御装置。
2. サーボモータによって駆動制御する心押台に装着された心押しセンターを被加工物のセンター穴に押し付けて被加工物を支持する心押台の心押動作の制御方法であって、
   心押動作を、被加工物を支持する際に心押台を加工ワーク近傍に接近させる第一のアプローチのステップと、サーボモータの駆動トルクを所定のトルクＴmに制限しながら心押しセンターを被加工物に押し付ける第二のアプローチのステップとに分けて段階的に実行するとともに、第一のアプローチのステップで実行中のサーボモータの無負荷駆動トルクＴzを検出し、第二のアプローチのステップを実行する際、被加工物支持に必要なサーボモータのトルク指令値Ｔcと検出した無負荷駆動トルクＴzとを加算したトルクＴmをサーボモータ駆動トルクの制限値として駆動トルクの制限を行わせる、
   ことを特徴とする心押動作の制御方法。

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