JP2008225780A

JP2008225780A - 工作機械における旋回軸のバックラッシ補正方法

Info

Publication number: JP2008225780A
Application number: JP2007062399A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Oki; 忠洋沖
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】適切なバックラッシ補正を行って高精度な位置決めを可能とする。
【解決手段】Ｓ１でＡ軸割り出し角度αでの反転を指定されると、Ｓ２で現在のＡ軸割り出し角度α’とＡ軸モータトルクＴ’を取得する。次に、予め記録された補正テーブル或いは関数式より、Ａ軸割り出し角度α’における無負荷時のＡ軸モータトルクＴを取得する（Ｓ３）。そして、Ａ軸モータトルクＴ’及びＴとの差ΔＴに基づいて、補正テーブル或いは関数式より補正係数ｋを決定し（Ｓ４）、Ａ軸割り出し角度αにおける無負荷時のバックラッシ量ε_αを、予め記録された補正テーブル或いは関数式より取得する（Ｓ５）。最後にＳ４で決定した補正係数ｋをＳ５で取得したバックラッシ量ε_αに乗じてＡ軸割り出し角度αにおける補正バックラッシ量（ｋ×ε_α）を得る（Ｓ６）。
【選択図】図４

Description

本発明は、５軸マシニングセンタ等の工作機械において旋回軸の送り方向反転時のバックラッシを補正する方法に関する。

近年加工の能率化や付加価値化のため、従来の直進軸だけで構成された数値制御工作機械だけではなく、旋回軸や回転軸を有する多軸工作機械も導入されつつある。しかし、機構が複雑になるに連れ、バックラッシ等加工精度に影響を与える誤差成分が多いため、これを補正する技術も多く開発されている。
これまで直進軸で行われてきたバックラッシ補正については、多軸工作機械の旋回軸においても適用されている。現在一般的に行われているバックラッシ補正は、軸反転時にある一定量の数値を補正量として加え、さらに軸反転時の速度変化よりロストモーション補正量を推定し、適切な加減速処理を行うことで高精度な位置補正を行うものである。

例えば、特許文献１に開示されるバックラッシ補正は、軸反転時にはまず送り系のバックラッシに起因するロストモーションを補償する予め設定された第１の加速速度を速度指令に加え、次に送り系の弾性変形に起因するロストモーションを補償する予め設定された第２の加速速度を速度指令に加え、続いて送り系の静摩擦に起因するロストモーションを補償する予め設定された第３の加速速度を速度指令に加える加速制御方法となっている。また、特許文献２には、予め送り方向反転時に生じるバックラッシ量を送り方向に対する複数の位置間隔で分割したバックラッシ補正データと、分割した各位置間隔での送り方向の移動量とを、送り方向に対する送り速度毎に蓄積しておく補正データ蓄積手段を備え、バックラッシ補正に当たっては、まず制御軸の送り速度及び位置に基づき、補正データ蓄積手段から対応するバックラッシ補正データ及び送り方向の移動量を読み出して、制御軸の前後の速度に対応して補間演算したバックラッシ補正データ及び移動量から送り速度に対応した最適なバックラッシ補正用パルスレートデータを算出して位置補正を行う装置が開示されている。

特許第２６０６７７３号公報特許第３４２６７７９号公報

しかし、特許文献１の発明では、加速速度を設定するバックラッシ量は一定であるため、旋回軸のように反転角度によってバックラッシ量そのものが変化する場合には誤差が生じてしまう。これは特許文献２の場合も同様で、バックラッシ補正用パルスレートデータを作るために分割するバックラッシ量は一定であるため、反転角度によってバックラッシ量が変化する場合にはやはり誤差が生じてしまう.
ところが、多軸工作機械の旋回軸、特にテーブルチルトタイプ５軸マシニングセンタの傾斜軸においては、ワーク重量や重力の影響、反転時の速度状況などによるロストモーションだけではなく、バックラッシ量そのものが一定ではない。そのため従来のバックラッシ補正を採用しても精度よく割り出しを行うことができなかった。

そこで、本発明は、工作機械の旋回軸において、ワーク重量や割り出し角度により適切なバックラッシ補正が行え、高精度に位置決めを行うことができるバックラッシ補正方法を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、無負荷状態での反転角度位置とバックラッシ量との関係を予め設定し、負荷状態での反転角度位置に応じた補正バックラッシ量を決定する際には、当該反転角度位置に対応する無負荷状態でのバックラッシ量に負荷に応じた補正を行って補正バックラッシ量を得るようにしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、無負荷状態での反転角度位置とバックラッシ量との関係を容易に設定するために、当該関係を補正テーブル或いは関数式で設定することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、負荷に応じた補正を簡単且つ正確に行うために、負荷に応じた補正は、反転角度位置における旋回軸トルクの無負荷状態と負荷状態とのトルク変化量に応じて補正テーブル或いは関数式によって予め補正係数を決定しておき、その補正係数を無負荷状態でのバックラッシ量に乗じるものとしたことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、工作機械の旋回軸において、ワーク重量や重力の影響、反転時の速度状況などによるロストモーションだけではなく、バックラッシ量そのものが一定ではない場合にも適切なバックラッシ補正が行える。従って、適切な補正バックラッシ量に基づいて精度よく割り出しを行うことができ、高精度な加工が可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、無負荷状態での反転角度位置とバックラッシ量との関係を容易に設定可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、旋回軸トルクのトルク変化量に応じて補正係数を決定することで、負荷に応じた補正を簡単且つ正確に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のバックラッシ補正方法が適用される多軸工作機械であるテーブルチルトタイプ５軸マシニングセンタ（以下単に「マシニングセンタ」という。）の全体を示すもので、マシニングセンタ１において、２はワークを載置する回転テーブルで、Ｃ軸を旋回軸として回転可能となっている。この回転テーブル２は、トラニオン支持台４によりＡ軸回りに旋回可能なトラニオン３上に設置されるもので、これら回転テーブル２、トラニオン３及びトラニオン支持台４で形成されるＹ軸ユニットがベッド５上でＹ軸方向へ移動可能となっている。
一方、ベッド５上に架設されたクロスレール６には、サドル７がＸ軸方向へ移動可能に設置されており、サドル７に設置された主軸頭８がＺ軸方向へ移動可能となっている。このＹ軸ユニット及びサドル７、主軸頭８の各方向への移動により、主軸頭８に接続された主軸９をワークに対して位置決めすることができる。

上記マシニングセンタ１では、旋回軸となるＡ軸に本発明のバックラッシ補正方法が適用されている。以下このバックラッシ補正方法について詳述する。
まず、図２に示すように、無負荷状態で、任意のＡ軸割り出し角度（反転角度位置）にプラス側から位置決め、マイナス側から位置決めをそれぞれ行い、任意のＡ軸割り出し角度におけるバックラッシ量ε_αを、オートコリメータや角度計などで予め測定する。このとき各Ａ軸割り出し角度αとＡ軸モータトルク（旋回軸トルク）Ｔとの関係も記録しておく。
このＡ軸割り出し角度αとバックラッシ量ε_αとの関係は、マシニングセンタ１に設けられた図示しないＮＣ装置に補正テーブルとして記録しておくか、或いはε_α＝ｆ（α）・・（式１）のように関数化してその数式をＮＣ装置に記録するかしておく。
同様に、Ａ軸割り出し角度αとＡ軸モータトルクＴとの関係も補正テーブルとしてＮＣ装置に記録しておくか、或いはＴ＝ｇ（α）・・（式２）のように関数化してその数式をＮＣ装置に記録するかしておく。

次に任意の荷重を回転テーブル２に設置し、この負荷状態で無負荷状態と同様に任意のＡ軸割り出し角度αにおけるバックラッシ量ε_αを測定すると共に、Ａ軸モータトルクＴ’との関係も記憶する。また、ここでは旋回軸の負荷イナーシャ変化、つまり無負荷状態からのＡ軸トルク変化量ΔＴ（Ｔ’−Ｔ）も取得する。
こうして得られた負荷イナーシャ変化時のバックラッシ量と無負荷状態のバックラッシ量とを比較し、補正係数ｋを決定する。これは、Ａ軸トルク変化量ΔＴ_１・・ΔＴ_ｎと補正係数ｋ_１・・ｋ_ｎとの関係として、予め図３のように補正テーブルとしてＮＣ装置に記録するか、或いはｋ＝ｈ（ΔＴ）・・（式３）のように関数化してその数式をＮＣ装置に記録するかしておく。

以下、実際にバックラッシ補正を行う方法の流れを図４のフローチャートに示す。
まず、プログラムや位置指令によりＡ軸割り出し角度αでの反転を指定されると（Ｓ１）、現在のＡ軸割り出し角度α’とＡ軸モータトルクＴ’とを取得する（Ｓ２）。次に、予め記録された補正テーブル或いは式２より、Ａ軸割り出し角度α’における無負荷時のＡ軸モータトルクＴを取得する（Ｓ３）。
そして、Ａ軸モータトルクＴ’及びＴとの差ΔＴに基づいて、図３の補正テーブル或いは式３より補正係数ｋを決定し（Ｓ４）、Ａ軸割り出し角度αにおける無負荷時のバックラッシ量ε_αを、予め記録された補正テーブル或いは式１より取得する（Ｓ５）。最後にＳ４で決定した補正係数ｋをＳ５で取得したバックラッシ量ε_αに乗じてＡ軸割り出し角度αにおける補正バックラッシ量（ｋ×ε_α）を得る（Ｓ６）。
こうして得た補正バックラッシ量に基づいて、従来より行われている反転時の速度変化を考慮に入れた加減速処理を行うことで、高精度に位置決めや反転動作を行うことができる。

このように、上記形態のバックラッシ補正方法によれば、無負荷状態でのＡ軸割り出し角度αとバックラッシ量ε_αとの関係を予め設定し、負荷状態でのＡ軸割り出し角度αに応じた補正バックラッシ量を決定する際には、Ａ軸割り出し角度αに対応する無負荷状態でのバックラッシ量ε_αに負荷に応じた補正を行って補正バックラッシ量を得るようにしたことで、ワーク重量や重力の影響、反転時の速度状況などによるロストモーションだけではなく、バックラッシ量そのものが一定ではない場合にも適切なバックラッシ補正が行える。従って、適切な補正バックラッシ量に基づいて精度よく割り出しを行うことができ、高精度な加工が可能となる。

特にここでは、無負荷状態でのＡ軸割り出し角度とバックラッシ量との関係を、補正テーブル或いは関数式で設定するようにしているため、無負荷状態でのＡ軸割り出し角度とバックラッシ量との関係を容易に設定可能となっている。
また、負荷に応じた補正は、Ａ軸割り出し角度におけるＡ軸モータトルクの無負荷状態と負荷状態とのトルク変化量ΔＴに応じて補正テーブル或いは関数式によって予め補正係数ｋを決定しておき、その補正係数ｋを無負荷状態でのバックラッシ量ε_αに乗じるものとしたことで、負荷に応じた補正が簡単且つ正確に行えるようになっている。

なお、上記形態では、Ａ軸において本発明のバックラッシ補正方法を適用しているが、他の旋回軸に適用しても差し支えない。勿論テーブルチルトタイプ５軸マシニングセンタ以外の他の工作機械にも本発明は適用可能である。

テーブルチルトタイプ５軸マシニングセンタの全体図である。Ａ軸角度とバックラッシ変化率との関係を示すグラフである。Ａ軸トルク変化量と補正係数との関係を示す補正テーブルである。バックラッシ補正方法のフローチャートである。

符号の説明

１・・テーブルチルトタイプ５軸マシニングセンタ、２・・回転テーブル、３・・トラニオン、４・・トラニオン支持台、５・・ベッド、６・・クロスレール、７・・サドル、８・・主軸頭、９・・主軸。

Claims

工作機械の旋回軸における送り方向反転時にバックラッシを補正する方法であって、
無負荷状態での反転角度位置とバックラッシ量との関係を予め設定し、負荷状態での反転角度位置に応じた補正バックラッシ量を決定する際には、当該反転角度位置に対応する無負荷状態でのバックラッシ量に負荷に応じた補正を行って補正バックラッシ量を得るようにしたことを特徴とする工作機械における旋回軸のバックラッシ補正方法。
無負荷状態での反転角度位置とバックラッシ量との関係を、補正テーブル或いは関数式で設定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械における旋回軸のバックラッシ補正方法。
負荷に応じた補正は、反転角度位置における旋回軸トルクの無負荷状態と負荷状態とのトルク変化量に応じて補正テーブル或いは関数式によって予め補正係数を決定しておき、その補正係数を無負荷状態でのバックラッシ量に乗じるものとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械における旋回軸のバックラッシ補正方法。