JP2012113430A - Drive control apparatus for servo motor with at least two feed shafts orthogonal with each other for moving table of machine tool or tool - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械のテーブル又は工具を移動させる互いに直交した少なくとも二つの送り軸を有するサーボモータの駆動制御装置に関する。 The present invention relates to a drive control apparatus for a servo motor having at least two feed axes orthogonal to each other for moving a table or a tool of a machine tool.
工作機械のテーブルに取り付けられた被加工物を加工するために、テーブルを移動させる互いに直交した二つの送り軸を駆動するサーボモータが広く用いられる。このようなサーボモータを用いて被加工物を円(真円又は楕円)又は円弧(真円弧又は真楕円弧)切削する場合、サーボモータの駆動制御装置によって、サーボモータ又はテーブルに対する位置指令とサーボモータ又はテーブルの実際の位置との位置偏差に基づいて速度指令又はトルク指令を求め、速度指令又はトルク指令を所定周期ごとにサーボモータに出力し、サーボモータを駆動してテーブルの円又は円弧動作を繰り返し行わせる。 In order to process a workpiece attached to a table of a machine tool, a servo motor that drives two feed axes orthogonal to each other for moving the table is widely used. When a workpiece is cut into a circle (perfect circle or ellipse) or arc (true arc or ellipse arc) using such a servo motor, the servo motor drive control device and the servo motor or table position command and servo motor. Alternatively, the speed command or torque command is obtained based on the position deviation from the actual position of the table, the speed command or torque command is output to the servo motor at predetermined intervals, and the servo motor is driven to perform the circular or arc motion of the table. Let it be repeated.
X軸及びY軸の直交平面上を移動するテーブルに取り付けた被加工物に対して円又は円弧切削を繰り返し行う場合、例えば、円又は円弧中心を座標系の原点とすると、テーブルが正のX軸方向及び負のY軸方向に移動して円又は円弧切削を行っている途中で象限が変わり、テーブルが負のX軸方向及び負のY軸方向に移動する。この場合、テーブルのY軸方向の移動については、それまでの移動速度でテーブルが移動するようにサーボモータがY軸方向の送り軸を駆動して被加工物を切削するが、テーブルのX軸方向の移動については、X軸方向の送り軸の駆動方向の反転時(正のX軸方向から負のX軸方向への反転時)に摩擦の影響でテーブルは即座に反転することができず、テーブルのX軸方向の移動の遅れが生じる。また、テーブルの送りねじのバックラッシュによるテーブルのX軸方向の移動の遅れも生じる。その結果、円又は円弧切削を行っている途中で象限が変わるときのテーブルの移動の遅れにより被加工物の切削面に突起(以後、「象限突起」と称する。)が生じる。 When repeatedly performing circular or arc cutting on a workpiece mounted on a table that moves on a plane orthogonal to the X and Y axes, for example, if the center of the circle or arc is the origin of the coordinate system, the table is positive X The quadrant changes during the circular or arc cutting by moving in the axial direction and the negative Y-axis direction, and the table moves in the negative X-axis direction and the negative Y-axis direction. In this case, regarding the movement of the table in the Y-axis direction, the servomotor drives the feed axis in the Y-axis direction to cut the workpiece so that the table moves at the previous movement speed. For movement in the direction, the table cannot be reversed immediately due to the influence of friction when the drive direction of the feed axis in the X-axis direction is reversed (when reversing from the positive X-axis direction to the negative X-axis direction). There is a delay in the movement of the table in the X-axis direction. Further, there is a delay in the movement of the table in the X-axis direction due to the backlash of the table feed screw. As a result, a protrusion (hereinafter referred to as “quadrant protrusion”) is generated on the cutting surface of the workpiece due to a delay in the movement of the table when the quadrant changes during circular or arc cutting.
従来、このような象限突起を小さくするために速度指令又はトルク指令の補正データを学習制御により求め、テーブルの円又は円弧動作を行う際のサーボモータの駆動方向の反転時のテーブルの移動の遅れを低減することが提案されている(例えば、特許文献1)。このような学習制御により、テーブルの移動の軌跡は真円又は真円弧に近い軌跡となり、被加工物の切削面に生じる象限突起を小さくすることができる。 Conventionally, speed command or torque command correction data is obtained by learning control in order to reduce such quadrant projections, and table movement delays when the servo motor drive direction is reversed when performing table circular or arc motion Has been proposed (for example, Patent Document 1). By such learning control, the trajectory of the table movement becomes a trajectory close to a perfect circle or a true arc, and quadrant protrusions generated on the cutting surface of the workpiece can be reduced.
速度指令又はトルク指令の補正データを学習制御により求める場合、被加工物の切削面に生じる象限突起が小さくなるが、真円の位置指令を学習制御部に入力し、サーボモータの駆動方向の反転時の補正データを求めると過剰な補正となり、被加工物の切削面に食い込み(窪み)が生じることがある。この場合、ある程度の象限突起は許容できても被加工物の切削面に生じる食い込みをなくしたいという要請に対応することができない。 When the correction data of the speed command or torque command is obtained by learning control, the quadrant projection generated on the cutting surface of the workpiece is reduced, but the perfect circle position command is input to the learning control unit, and the drive direction of the servo motor is reversed. If the correction data for the hour is obtained, the correction becomes excessive, and the cutting surface of the workpiece may bite (dent). In this case, even if a certain amount of quadrant projections can be allowed, it is not possible to meet the demand for eliminating the biting generated on the cutting surface of the workpiece.
本発明の目的は、象限突起を小さくするために速度指令又はトルク指令の補正データの学習制御を行いながら被加工物を円又は円弧切削する際に被加工物の切削面に食い込みが生じないようにすることができるサーボモータの駆動制御装置を提供することである。 The object of the present invention is to prevent the cutting surface of the workpiece from biting when the workpiece is subjected to circular or arc cutting while learning control of the correction data of the speed command or torque command to reduce the quadrant projection. It is an object of the present invention to provide a drive control device for a servo motor that can be used.
本発明によるサーボモータの駆動制御装置は、工作機械のテーブル又は工具を移動させる互いに直交した少なくとも二つの送り軸を有するサーボモータの駆動制御装置において、テーブルに取り付けられた被加工物を工具によって円又は円弧切削するために、サーボモータ、テーブル又は工具に対する位置指令とサーボモータ、テーブル又は工具の実際の位置との位置偏差に基づいて速度指令又はトルク指令を求め、速度指令又はトルク指令を所定周期ごとにサーボモータに出力することによって、サーボモータを駆動してテーブル又は工具の円又は円弧動作を繰り返し行わせるサーボモータ駆動部と、テーブル又は工具の円又は円弧動作を行う際の少なくとも二つの送り軸の一つの駆動方向の反転時のテーブル又は工具の移動の遅れを低減するために、速度指令又はトルク指令の補正データを学習制御により求める学習制御部と、被加工物の円又は円弧切削時に被加工物の切削面に食い込みが生じなくなるようにテーブル又は工具の円又は円弧動作を行う際の少なくとも二つの送り軸の一つの駆動方向の反転位置に対応して形成された突起部を有する円又は円弧の座標データを生成し、座標データを位置指令としてサーボモータ駆動部に送り出すデータ生成部と、を有することを特徴とする。 A servo motor drive control apparatus according to the present invention is a servo motor drive control apparatus having at least two feed axes orthogonal to each other for moving a table or a tool of a machine tool. Alternatively, in order to perform arc cutting, a speed command or torque command is obtained based on a positional deviation between the position command for the servo motor, table or tool and the actual position of the servo motor, table or tool, and the speed command or torque command is determined at a predetermined cycle. Output to the servo motor each time to drive the servo motor to repeat the circle or arc motion of the table or tool and at least two feeds when performing the circle or arc motion of the table or tool Reduces table or tool movement delay when reversing one drive direction of an axis Therefore, a learning control unit for obtaining correction data for speed command or torque command by learning control, and a table or tool circle or the like so that the cutting surface of the workpiece does not bite during the cutting of the workpiece circle or arc Servo motor drive unit that generates coordinate data of a circle or arc having a projection formed corresponding to the reversal position in one drive direction of at least two feed axes when performing an arc motion, and uses the coordinate data as a position command And a data generation unit to be sent out.
好適には、円又は円弧半径、円又は円弧動作時のテーブル又は工具の接線速度、及び、円又は円弧の中心と突起部の先端部の間の距離と円又は円弧半径との差に基づいて、少なくとも二つの送り軸の一つの駆動方向の反転位置における少なくとも二つの送り軸の一つの停止時間を算出する停止時間算出部を更に有し、データ生成部は、少なくとも二つの送り軸の一つの停止時間を用いて円又は円弧の座標データを生成する請求項1に記載のサーボモータの駆動制御装置。
Preferably, based on the circle or arc radius, the tangential speed of the table or tool during the circle or arc motion, and the difference between the circle or arc radius and the distance between the center of the circle or arc and the tip of the protrusion and the circle or arc radius A stop time calculating unit that calculates a stop time of one of the at least two feed axes at a reversal position in one drive direction of the at least two feed axes, and the data generation unit includes The servomotor drive control device according to
好適には、少なくとも二つの送り軸の一つの停止時間に基づいて、少なくとも二つの送り軸の一つの停止前と駆動再開後のテーブル又は工具の移動速度が連続するように少なくとも二つの送り軸の一つの駆動再開後のテーブル又は工具の移動速度を算出する移動速度算出部を更に有し、データ生成部は、少なくとも二つの送り軸の一つの駆動再開後のテーブル又は工具の移動速度を用いて円又は円弧の座標データを生成する。 Preferably, on the basis of the stop time of one of the at least two feed axes, the movement speed of the table or the tool before the stop of one of the at least two feed axes and after the restart of the driving is continued. It further has a moving speed calculation unit for calculating the moving speed of the table or tool after restarting one drive, and the data generation unit uses the moving speed of the table or tool after restarting one of the at least two feed axes. Generate coordinate data for a circle or arc.
好適には、円又は円弧半径、円又は円弧動作時のテーブル又は工具の接線速度、円又は円弧の中心と突起部の先端部の間の距離と円又は円弧半径との差、及び、突起部のパターンに基づいて、突起部の形状を指定する形状指定部を更に有し、データ生成部は、突起部の形状を用いて円又は円弧の座標データを生成する。 Preferably, the radius of the circle or arc, the tangential speed of the table or tool during the operation of the circle or arc, the difference between the distance between the center of the circle or arc and the tip of the projection and the radius of the circle or arc, and the projection And a shape designating unit for designating the shape of the projection based on the pattern, and the data generation unit generates coordinate data of a circle or an arc using the shape of the projection.
本発明によれば、被加工物の円又は円弧切削時に被加工物の切削面に食い込みが生じなくなるようにテーブル又は工具の円又は円弧動作を行う際の二つの送り軸の一つの駆動方向の反転位置に対応して形成された突起部を有する円又は円弧の座標データを生成し、座標データを位置指令としてサーボモータ駆動部に送り出す。このように突起部を有する円又は円弧の座標データを生成することによって、テーブル又は工具の移動の軌跡は、真円又は真円弧に近い軌跡ではなく、被加工物の円又は円弧切削時に被加工物の切削面に食い込みが生じなくなるように形成された突起部を有する円又は円弧の軌跡となる。したがって、象限突起を小さくするために速度指令又はトルク指令の補正データの学習制御を行いながら被加工物を円又は円弧切削する際に被加工物の切削面に食い込みが生じないようにすることができる。 According to the present invention, one of the two feed axes in the drive direction of the two feed shafts when performing the circle or arc movement of the table or tool so that the cutting surface of the workpiece does not bite during the cutting of the circle or arc of the workpiece. Coordinate data of a circle or arc having a protrusion formed corresponding to the reversal position is generated, and the coordinate data is sent to the servo motor drive unit as a position command. By generating coordinate data of a circle or arc having protrusions in this way, the trajectory of the movement of the table or tool is not a trajectory close to a true circle or true arc, but is processed when cutting a circle or arc of the workpiece. It becomes a locus of a circle or an arc having a projection formed so as to prevent biting on the cutting surface of the object. Therefore, it is possible to prevent the cutting surface of the workpiece from biting when the workpiece is subjected to circular or arc cutting while performing learning control of the correction data of the speed command or torque command in order to reduce the quadrant projection. it can.
本発明によるサーボモータの駆動制御装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、図面中、同一構成要素には同一符号を付す。
図1は、本発明によるサーボモータの駆動制御装置の第1の実施の形態のブロック図である。サーボモータの駆動制御装置1は、図示しない工作機械のテーブルをX軸及びY軸の直交平面上で移動させる互いに直交したX軸方向の送り軸及びY軸方向の送り軸を駆動するサーボモータ2を駆動制御し、図示しないテーブルに対して円弧切削を繰り返し行う。このために、サーボモータの駆動制御装置1は、サーボモータ駆動部3と、学習コントローラ4と、データ生成部5と、停止時間算出部6と、復帰速度算出部7と、を有する。
Embodiments of a servo motor drive control apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a servo motor drive control apparatus according to the present invention. The servo motor
サーボモータ駆動部3は、後に詳細に説明するように、図示しないテーブルに取り付けられた被加工物を図示しない工具によって円弧切削するために、サーボモータ2又は図示しないテーブルに対する位置指令とサーボモータ2又は図示しないテーブルの実際の位置との位置偏差に基づいて速度指令を求める。また、サーボモータ駆動部3は、後に詳細に説明するように、速度指令を所定周期ごとにサーボモータ2に出力することによって、サーボモータ2を駆動し、図示しないテーブルの円弧動作を繰り返し行わせる。
As will be described in detail later, the servo
学習コントローラ4は、後に詳細に説明するように、図示しないテーブルの円弧動作を行う際のX軸方向の送り軸とY軸方向の送り軸の一方の駆動方向の反転時の図示しないテーブルの移動の遅れを低減するために、速度指令の補正データを学習制御により求める学習制御部として機能する。
As will be described in detail later, the
データ生成部5は、突起部を有する円弧の座標データを生成し、座標データを位置指令としてサーボモータ駆動部3に送り出す。なお、このような突起部は、図示しない被加工物の円弧切削時に図示しない被加工物の切削面に食い込みが生じなくなるように図示しないテーブルの円弧動作を行う際のX軸方向の送り軸とY軸方向の送り軸の一方の駆動方向の反転位置に対応して形成される。
The
停止時間算出部6は、円弧半径r、円弧動作時の図示しないテーブルの接線速度F、及び、円弧の中心と突起部の先端部の間の距離と円弧半径rとの差d(以後、「突起量d」と称する。)が図示しない外部装置(例えば、コンピュータ)から入力され、これら円弧半径d、接線速度F及び突起量dに基づいて、X軸方向の送り軸とY軸方向の送り軸の一方の駆動方向の反転位置におけるX軸方向の送り軸とY軸方向の送り軸の一方の停止時間を算出する。また、停止時間算出部6は、算出した停止時間をデータ生成部5に出力し、データ生成部5は、円弧の座標データを生成する際に停止時間を用いる。
The stop
移動速度算出部7は、停止時間が停止時間算出部6から入力され、X軸方向の送り軸とY軸方向の送り軸の一方の停止前と駆動再開後の図示しないテーブルの移動速度が連続するようにX軸方向の送り軸とY軸方向の送り軸の駆動再開後の図示しないテーブルの移動速度(復帰速度)を算出する。なお、テーブルの移動速度が連続であるとは、図示しないテーブルが円弧動作を行う間にテーブルの移動速度が増加する区間と減少する区間のうちのいずれか一方又はテーブルの移動速度が一定の区間が存在することを意味する。一方、テーブルの移動速度が不連続であるとは、図示しないテーブルが円弧動作を行う間にテーブルの移動速度が増加する区間と減少する区間の両方が存在ことを意味する。また、移動速度算出部7は、算出した移動速度をデータ生成部5に出力し、データ生成部5は、円弧の座標データを生成する際に図示しないテーブルの移動速度を用いる。
The movement
図2は、サーボモータ駆動部を詳細に示す図である。図2に示すように、サーボモータ駆動部3は、減算器8と、加算器9と、位置ループのポジションゲイン要素10と、積分要素11と、を有する。
FIG. 2 is a diagram showing the servo motor drive unit in detail. As shown in FIG. 2, the servo
減算器8は、所定のサンプリング周期でデータ生成部5から送り出されるサーボモータ2又は図示しないテーブルに対する位置指令から、サーボモータ2又は図示しないテーブルの実際の位置のフィードバックを減算し、位置偏差を求める。また、学習コントローラ4は、求められた位置偏差を格納し、繰り返し指令される1周期前の位置偏差に基づいて補正量を求める。加算器9は、位置偏差と補正量とを加算し、補正された位置偏差を求める。位置ループのポジションゲイン要素10は、補正された位置偏差にポジションゲインKpを乗じて速度指令を求め、速度指令を所定周期ごとにサーボモータ2に出力することによって、サーボモータ2を駆動し、図示しないテーブルの円弧動作を繰り返し行わせる。積分要素11は、サーボモータ2に設けられた図示しない速度検出器からの速度フィードバックを積分し、サーボモータ2又は図示しないテーブルの実際の位置を求める。
The
学習コントローラ4は、同一形状を加工するために繰り返し指令される同一パターンの位置指令の1パターン周期間に所定周期ごとに求められる位置偏差に相当するデータを記憶する記憶部を有し、現在の周期で求められた位置偏差と1パターン周期前の位置偏差に基づいて記憶したデータとを加算し、フィルタ処理後に現在の周期のデータとして記憶する。また、学習コントローラ4は、1パターン周期前の記憶データを動特性補償処理して出力し、位置偏差に加算する。
The learning
象限突起が発生するような所定区間(この場合、円弧)を加工するために繰り返し指令される所定区間のパターンを、学習制御を行いながら複数回繰り返し実行すると、位置偏差は零に収束する。位置偏差が零に収束すると、学習コントローラ4により位置偏差が補正され、補正された位置偏差にポジションゲインKpが乗じられて求められた速度指令を速度指令の補正データとして取得する。この補正データは、高い精度を得るための速度指令とみなすことができる。この補正データを速度指令に加算して補正することは、フィードフォワードを適用することと同一効果が得られる。
When a pattern of a predetermined section that is repeatedly commanded to process a predetermined section (in this case, an arc) in which a quadrant protrusion is generated is repeatedly executed a plurality of times while performing learning control, the position deviation converges to zero. When the position deviation converges to zero, the position deviation is corrected by the learning
フィードフォワードは、位置指令の微分値を速度指令に加算することによってポジションゲインによる位置制御の遅れを補償し、位置偏差を零に近づけることができるが、位置指令の微分値は、速度制御が十分な追従特性を持っている場合に限り理想的な速度指令となり、サーボモータ2に働くバックラッシの影響が強い場合には、サーボモータ2のX軸方向の送り軸とY軸方向の送り軸の一方の方向反転時に付加トルクが急激に変化するために十分な速度追従性が得られず、位置偏差すなわち象限突起が発生する。
Feed forward compensates for position control delay due to position gain by adding the differential value of the position command to the speed command and can bring the position deviation close to zero. However, the differential value of the position command is sufficient for speed control. Only when it has a proper tracking characteristic, it becomes an ideal speed command, and when the influence of backlash acting on the
学習制御を適用した場合には、速度制御が十分な追従特性を有し、かつ、象限突起を十分に抑えることができ、学習制御を適用して出力される指令速度は、通常のフィードフォワード制御より優れた実用上の理想的な速度指令とみなすことができる。このようにして取得した補正データは、理想的な速度指令に等しく、学習制御と同じタイミングで速度指令を補正データにより補正することによって、高い形状精度の加工ができ、被加工物の切削面に生じる象限突起を小さくすることができる。 When learning control is applied, the speed control has sufficient follow-up characteristics and quadrant protrusions can be sufficiently suppressed, and the command speed output by applying learning control is normal feedforward control. It can be regarded as a better practical ideal speed command. The correction data acquired in this way is equal to the ideal speed command, and by correcting the speed command with the correction data at the same timing as the learning control, machining with high shape accuracy can be performed, and the cutting surface of the workpiece can be processed. The resulting quadrant projections can be reduced.
図3は、本発明によるサーボモータの駆動制御装置の第1の実施の形態の動作のフローチャートである。図3に示す処理フローは、図示しないメモリに格納された制御プログラムをサーボモータの駆動制御装置1の各構成要素が実行することによって行われる。
FIG. 3 is a flowchart of the operation of the servo motor drive control apparatus according to the first embodiment of the present invention. The processing flow shown in FIG. 3 is performed by each component of the servo motor
先ず、ステップS1において、休止時間算出部6は、円弧半径r、接線速度F及び突起量dを、図示しない外部装置(例えば、コンピュータ)から取得する。次に、ステップS2において、突起量dに応じた停止時間t0を算出する。
First, in step S1, the
図4は、テーブルの円弧動作時の位置指令を説明するための図である。図4において、縦軸にX軸又はY軸方向の位置をプロットし、横軸に時間をプロットする。正弦波aは、X軸方向の位置指令に対応し、正弦波bは、Y軸方向の位置指令に対応する。時間0から時間Tまでサーボモータ2のX軸方向の送り軸とY軸方向の送り軸を駆動することによって、図示しないテーブルは、円弧中心を原点として(−r、0)から(0,r)までの真円弧区間及び(0,r)から(r,0)までの真円弧区間に沿って円弧動作を行う。
FIG. 4 is a diagram for explaining a position command at the time of a circular arc operation of the table. In FIG. 4, the position in the X-axis or Y-axis direction is plotted on the vertical axis, and the time is plotted on the horizontal axis. The sine wave a corresponds to a position command in the X-axis direction, and the sine wave b corresponds to a position command in the Y-axis direction. By driving the feed axis in the X-axis direction and the feed axis in the Y-axis direction of the
図5は、突起部を有する円弧を説明するための図である。図5において、縦軸に図示しないテーブルのY軸方向の位置をプロットし、横軸に図示しないテーブルのX軸方向の位置をプロットする。図示しないテーブルが円弧中心を原点として(−r、0)から(0、r)までの真円弧区間に沿って円弧動作を行う場合、図5の点P1と点P2との間の円弧のX軸方向の位置は、図4の正弦波aの点X1と点X2との間の曲線に対応し、図5の点P1と点P2との間の円弧のY軸方向の位置は、図4の正弦波bの点Y1と点Y2との間の曲線に対応する。また、図示しないテーブルが円弧中心を原点として(0,r)から(r,0)までの真円弧区間に沿って円弧動作を行う場合、図5の点P2と点P3との間の円弧のX軸方向の位置は、図4の正弦波aの点X2と点X3との間の曲線に対応し、図5の点P2と点P3との間の円弧のY軸方向の位置は、図4の正弦波bの点Y2と点Y3との間の曲線に対応する。 FIG. 5 is a diagram for explaining an arc having a protrusion. In FIG. 5, the position of the table (not shown) in the Y-axis direction is plotted on the vertical axis, and the position of the table (not shown) in the X-axis direction is plotted on the horizontal axis. When a table (not shown) performs an arc motion along a true arc section from (−r, 0) to (0, r) with the arc center as the origin, X of the arc between points P1 and P2 in FIG. The position in the axial direction corresponds to the curve between the point X1 and the point X2 of the sine wave a in FIG. 4, and the position in the Y-axis direction of the arc between the point P1 and the point P2 in FIG. Corresponds to the curve between the points Y1 and Y2 of the sine wave b. When a table (not shown) performs an arc motion along a true arc section from (0, r) to (r, 0) with the arc center as the origin, the arc between the points P2 and P3 in FIG. The position in the X-axis direction corresponds to the curve between the point X2 and the point X3 of the sine wave a in FIG. 4, and the position in the Y-axis direction of the arc between the point P2 and the point P3 in FIG. 4 corresponds to the curve between the point Y2 and the point Y3 of the sine wave b.
本実施の形態では、図示しない被加工物の円弧切削時に図示しない被加工物の切削面に食い込みが生じなくなるように、図示しないテーブルの円弧動作を行う際のY軸方向の送り軸の駆動方向の反転位置に対応して突起部が形成される。図5において、突起部は、点P2と点Q1との間の直線、点Q1と点Q2との間の直線又は曲線及び点P2と点Q2との間の円弧によって包囲された部分となり、突起量dを有する。 In the present embodiment, the drive direction of the feed axis in the Y-axis direction when performing the arc motion of the table (not shown) so that the cutting surface of the workpiece (not shown) does not bite during arc cutting of the workpiece (not shown). Projections are formed corresponding to the inverted positions. In FIG. 5, the protruding portion is a portion surrounded by a straight line between the point P2 and the point Q1, a straight line or a curve between the point Q1 and the point Q2, and an arc between the point P2 and the point Q2. Has the quantity d.
円弧運動を行う図示しないテーブルの角速度をωとした場合、接線速度F、半径r及び角速度ωとの間にはF=r・ωの関係式が成立する。また、図示しないテーブルの円弧動作を行う際のY軸方向の送り軸の駆動方向の反転位置に対応する点P2において、Y軸方向の送り軸をt0秒間停止させた場合、(r+d)2=r2+(r・sinωt0)2の関係式が成立する。この式をt0について解くことによって、突起量dに対する停止時間t0を求めることができる。 When the angular velocity of a table (not shown) that performs an arc motion is ω, the relational expression F = r · ω is established among the tangential velocity F, the radius r, and the angular velocity ω. Further, when the feed axis in the Y-axis direction is stopped for t0 seconds at the point P2 corresponding to the reversal position in the drive direction of the feed axis in the Y-axis direction when performing the arc motion of the table (not shown), (r + d) 2 = The relational expression r 2 + (r · sin ωt 0) 2 is established. By solving this equation for t0, the stop time t0 with respect to the protrusion amount d can be obtained.
次に、ステップS3において、移動速度算出部7は、復帰速度Vを算出する。ここで、図5に示すように、図示しないテーブルが、先ず、点P1と点P2との間で円弧運動を行い、次に、点P2と点Q1との間で直線運動を行い、次に、点Q1と点Q2との間で直線運動又は曲線運動を行い、最後に点Q2と点P3との間で円弧運動を行う場合について説明する。
Next, in step S3, the moving
図6Aは、復帰速度を算出した場合のテーブルの位置指令を説明するための図である。図6Aにおいて、縦軸にY軸方向の位置をプロットし、横軸に時間をプロットする。曲線cは、Y軸方向の位置指令に対応する。図6Aにおいて、点Y1,Y2,Y3,Y4,Y5は、図5の点P1,P2,P3,Q1,Q2のY座標にそれぞれ対応する。なお、曲線cは、時間をtとした場合、点Y2と点Y4との間及び点Y4と点Y5との間を除いてrsinωtで表される。 FIG. 6A is a diagram for explaining a table position command when the return speed is calculated. In FIG. 6A, the vertical axis plots the position in the Y-axis direction, and the horizontal axis plots time. A curve c corresponds to a position command in the Y-axis direction. In FIG. 6A, points Y1, Y2, Y3, Y4, Y5 correspond to the Y coordinates of points P1, P2, P3, Q1, Q2 in FIG. Note that the curve c is expressed by rsin ωt except for a point between the point Y2 and the point Y4 and a point Y4 and the point Y5 when the time is t.
図6Bは、復帰速度を算出した場合のテーブルの速度指令を説明するための図である。図6Bにおいて、縦軸にY軸方向の速度をプロットし、横軸に時間をプロットする。曲線dは、Y軸方向の速度指令に対応する。図6Bにおいて、点dY1,dY2,DY3,DY41,dY42,DY5は、図5の点P1,P2,P3,Q1,Q1,Q2にそれぞれ対応する。なお、曲線dは、時間をtとした場合、点dY2と点dY41との間、点dY41と点dY42との間及び点dY42と点dY5との間を除いてrωcosωtで表される。 FIG. 6B is a diagram for explaining a table speed command when the return speed is calculated. In FIG. 6B, the speed in the Y-axis direction is plotted on the vertical axis, and the time is plotted on the horizontal axis. Curve d corresponds to a speed command in the Y-axis direction. In FIG. 6B, points dY1, dY2, DY3, DY41, dY42, DY5 correspond to points P1, P2, P3, Q1, Q1, Q2 in FIG. Note that the curve d is expressed by rωcosωt except for a point between the points dY2 and dY41, a point dY41 and the point dY42, and a point dY42 and the point dY5, where time is t.
点Y5における時間t1における速度指令が連続となるようにするためには、曲線cが点Y5において連続するようにすればよいので、点Y4と点Y5との間の直線部分と点Y5と点Y3との境界点Y5における微分係数が一致するように速度Vを決定する。 In order for the speed command at time t1 at point Y5 to be continuous, the curve c only has to be continuous at point Y5, so the straight line between point Y4 and point Y5, point Y5 and point The speed V is determined so that the differential coefficient at the boundary point Y5 with Y3 matches.
点Y5における接線は、y−rsinωt1=rωcosωt1(t−t1)の関係式で表される。この接線は点Y4を通るので、y=r及びt=π/2ω+t0をこの関係式に代入すると、r−rsinωt1=rωcosωt1(π/2ω+t0−t1)すなわち1−sinωt1=ωcosωt1(π/2ω+t0−t1)の関係式が成立する。この関係式をt1について解き、速度V=rωcosωt1とすることによって、点dY5における速度指令が連続となる。 The tangent at the point Y5 is represented by the relational expression y-rsin ωt1 = rωcos ωt1 (t−t1). Since this tangent line passes through the point Y4, if y = r and t = π / 2ω + t0 are substituted into this relational expression, r−rsinωt1 = rωcosωt1 (π / 2ω + t0−t1), that is, 1−sinωt1 = ωcosωt1 (π / 2ω + t0−t1) ) Is established. By solving this relational expression for t1 and setting the speed V = rωcosωt1, the speed command at the point dY5 becomes continuous.
次に、ステップS4において、データ生成部5は、突起部を有する円弧の座標データを、停止時間t0及び復帰速度Vを用いて生成し、座標データを位置指令としてサーボモータ駆動部3に送り出す。
Next, in step S4, the
次に、ステップ5において、サーボモータ駆動部3は、図示しないカウンタの値Cを零にし、ステップS6において、サーボモータ駆動部3は、生成した位置指令とサーボモータ2又は図示しないテーブルの実際の位置との位置偏差に基づいて速度指令を求め、速度指令を所定周期ごとにサーボモータ2に出力することによって、サーボモータ2を駆動し、図示しないテーブルの円弧動作を行わせる。
Next, in
次に、ステップS7において、サーボモータ駆動部3は、図示しないカウンタの値Cが円弧動作の繰返回数に到達したか否か判断する。繰返回数に到達していない場合、ステップS8において、サーボモータ駆動部3は、図示しないカウンタの値Cを1増分し、ステップS6に戻る。それに対し、繰返回数に到達した場合、ステップS9において、学習コントローラ4は、補正データを算出し、本ルーチンを終了する。なお、ステップS9で学習コントローラ4によって算出された補正データは、サーボモータ2を駆動するために速度指令値としてサーボモータ2に出力される。
Next, in step S7, the servo
ステップS4で生成される位置指令、すなわち、突起部を有する円弧形状に対応する位置指令は、真円弧すなわち突起部を有しない円弧の座標データを用いて生成される位置指令とは異なる。また、ステップS9で学習コントローラ4によって算出された補正データは、突起部を有しない円弧の座標データを用いて生成される位置指令に基づいて算出された補正データよりも補正量が小さくなる。したがって、ステップS6で行われる円弧動作の軌跡は、被加工物の円弧切削時に被加工物の切削面に食い込みが生じなくなるような突起部を有する円弧の軌跡となる。
The position command generated in step S4, that is, the position command corresponding to the arc shape having the protruding portion is different from the position command generated using the coordinate data of the true arc, that is, the arc having no protruding portion. In addition, the correction data calculated by the learning
本実施の形態によれば、被加工物の円弧切削時に被加工物の切削面に食い込みが生じなくなるように図示しないテーブルの円弧動作を行う際のY軸方向の送り軸駆動方向の反転位置に対応して形成された突起部を有する円弧の座標データを生成し、座標データを位置指令としてサーボモータ駆動部3に送り出す。このように突起部を有する円弧の座標データを生成することによって、図示しないテーブルの移動の軌跡は、円弧に近い軌跡ではなく、被加工物の円弧切削時に被加工物の切削面に食い込みが生じなくなるように形成された突起部を有する円弧の軌跡となる。したがって、象限突起を小さくするために速度指令の補正データの学習制御を行いながら被加工物を円弧切削する際に被加工物の切削面に食い込みが生じないようにすることができる。
According to the present embodiment, at the reversal position of the feed axis drive direction in the Y axis direction when performing the arc motion of the table (not shown) so that the cutting surface of the workpiece does not bite during the arc cutting of the workpiece. Coordinate data of an arc having a correspondingly formed protrusion is generated, and the coordinate data is sent to the servo
図7は、本発明によるサーボモータの駆動制御装置の第2の実施の形態のブロック図である。図7において、サーボモータの駆動制御装置21は、サーボモータ駆動部3と、学習コントローラ4と、データ生成部22と、形状指定部23と、を有する。サーボモータ駆動部3及び学習コントローラ4は、図1に示した第1の実施の形態のサーボモータの駆動制御装置1のサーボモータ駆動部3及び学習コントローラ4と同一構成を有するので、これらの説明を省略する。
FIG. 7 is a block diagram of a second embodiment of a servo motor drive control apparatus according to the present invention. In FIG. 7, the servo motor
データ生成部22は、停止時間及び復帰速度が入力される代わりに半径r、接線速度F及び突起部の形状のデータが入力され、これら半径r、接線速度F及び突起部の形状のデータを用いて円弧の座標データを生成する。
The
形状指定部23は、突起量d及び突起のパターンが入力され、突起量d及び突起のパターンに基づいて突起部の形状を指定し、突起部の形状のデータをデータ生成部22に出力する。突起のパターンを、例えば、図8Aに示すような三角波形状又は図8Bに示すような方形波形状とすることができる。
The
図9は、本発明によるサーボモータの駆動制御装置の第2の実施の形態の動作のフローチャートである。図2に示す処理フローは、図示しないメモリに格納された制御プログラムをサーボモータの駆動制御装置21の各構成要素が実行することによって行われる。
FIG. 9 is a flowchart of the operation of the second embodiment of the servo motor drive control apparatus according to the present invention. The processing flow shown in FIG. 2 is performed by each component of the servo motor
この場合、ステップS2で停止時間を算出した後、ステップS11において、形状指定部23は、突起量d及び突起のパターンに基づいて突起部の形状を指定し、突起部の形状のデータをデータ生成部22に出力し、次に、ステップS12において、データ生成部22は、半径r、接線速度F及び突起部の形状のデータを用いて円弧の座標データを生成し、ステップS5に進む。
In this case, after calculating the stop time in step S2, in step S11, the
本実施の形態のように半径r、接線速度F及び突起部の形状のデータを用いて円弧の座標データを生成した場合でも、象限突起を小さくするために速度指令の補正データの学習制御を行いながら被加工物を円弧切削する際に被加工物の切削面に食い込みが生じないようにすることができる。 Even when the coordinate data of the arc is generated using the data of the radius r, the tangential velocity F, and the shape of the protrusion as in the present embodiment, learning control of the correction data of the speed command is performed in order to reduce the quadrant protrusion. However, it is possible to prevent the cut surface of the workpiece from biting when the workpiece is subjected to arc cutting.
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記実施の形態において、被加工物を円弧切削する場合について説明したが、円切削の場合にも本発明を適用することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and many changes and modifications can be made. For example, in the above embodiment, the case where the workpiece is subjected to arc cutting has been described, but the present invention can also be applied to the case of circular cutting.
また、上記実施の形態において、テーブルを移動させる互いに直交した二つの送り軸を有するサーボモータを駆動する場合について説明したが、テーブルの代わりに工具を移動させてもよく、三つ以上の送り軸を有する場合にも本発明を適用することができる。 Further, in the above embodiment, the case where the servo motor having two feed axes orthogonal to each other for moving the table has been described, but the tool may be moved instead of the table, and three or more feed axes may be used. The present invention can also be applied to cases where
また、図1に示すサーボモータの駆動制御装置1の停止時間算出部6及び移動速度算出部7を省略し、半径r、接線速度F及び突起量dをデータ生成部5に直接入力した場合でも、象限突起を小さくするために速度指令の補正データの学習制御を行いながら被加工物を円弧切削する際に被加工物の切削面に食い込みが生じないようにすることができる。
Further, even when the stop
また、上記実施の形態において、Y軸方向の送り軸の駆動方向を反転する場合について説明したが、X軸方向の送り軸の駆動方向を反転する場合にも本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the case where the drive direction of the feed axis in the Y-axis direction is reversed has been described. However, the present invention can also be applied to the case where the drive direction of the feed axis in the X-axis direction is reversed.
さらに、上記実施の形態において、速度指令をサーボモータ2に出力する場合について説明したが、速度指令の代わりにトルク指令をサーボモータ2に出力することもできる。図10は、サーボモータ駆動部の他の例を詳細に示す図である。図10において、サーボモータ駆動部31は、図1又は図7のサーボモータ駆動部3の代わりに用いられ、減算器8と、加算器9と、位置ループのポジションゲイン要素10と、積分要素11と、減算器12と、速度コントローラ13と、を有する。減算器8、加算器9、位置ループのポジションゲイン要素10及び積分要素11は、図2に示すサーボモータ駆動部3の減算器8、加算器9、位置ループのポジションゲイン要素10及び積分要素11と同一構成を有するので、これらの説明を省略する。
Furthermore, although the case where the speed command is output to the
減算器12は、位置ループのポジションゲイン要素10からの速度指令から、サーボモータ2に設けられた図示しない速度検出器からの速度フィードバックを減算して速度偏差を求める。
The
速度コントローラ13は、速度偏差に対してPI(比例積分)制御等を行ってトルク指令を求め、サーボモータ2に出力する。このようにサーボモータ2に出力されたトルク指令は、トルク指令の補正データとしても使用される。
The
1,21 サーボモータの駆動制御装置
2 サーボモータ
3,31 サーボモータ駆動部
4 学習コントローラ
5,22 データ生成部
6 停止時間算出部
7 移動速度算出部
8,12 減算器
9 加算器
10 位置ループのポジションゲイン要素
11 積分要素
13 速度コントローラ
23 形状指定部
1, 21 Servo motor
Claims (4)
前記テーブルに取り付けられた被加工物を前記工具によって円又は円弧切削するために、前記サーボモータ、前記テーブル又は前記工具に対する位置指令と前記サーボモータ、前記テーブル又は前記工具の実際の位置との位置偏差に基づいて速度指令又はトルク指令を求め、前記速度指令又は前記トルク指令を所定周期ごとに前記サーボモータに出力することによって、前記サーボモータを駆動して前記テーブル又は前記工具の円又は円弧動作を繰り返し行わせるサーボモータ駆動部と、
前記テーブル又は前記工具の円又は円弧動作を行う際の前記少なくとも二つの送り軸の一つの駆動方向の反転時の前記テーブル又は前記工具の移動の遅れを低減するために、前記速度指令又は前記トルク指令の補正データを学習制御により求める学習制御部と、
前記被加工物の円又は円弧切削時に前記被加工物の切削面に食い込みが生じなくなるように前記テーブル又は前記工具の円又は円弧動作を行う際の前記少なくとも二つの送り軸の一つの駆動方向の反転位置に対応して形成された突起部を有する円又は円弧の座標データを生成し、前記座標データを前記位置指令として前記サーボモータ駆動部に送り出すデータ生成部と、
を有することを特徴とするサーボモータの駆動制御装置。 In a drive control device for a servo motor having at least two feed axes orthogonal to each other for moving a table or tool of a machine tool,
The position of the servo motor, the table or the tool and the actual position of the servo motor, the table or the tool to cut the workpiece attached to the table with the tool. A speed command or a torque command is obtained based on the deviation, and the speed command or the torque command is output to the servo motor at predetermined intervals to drive the servo motor to perform a circular or arc motion of the table or the tool. Servo motor drive unit that repeatedly performs,
In order to reduce the movement delay of the table or the tool when reversing the driving direction of one of the at least two feed axes when performing the circular or arc motion of the table or the tool, the speed command or the torque A learning control unit for obtaining correction data of the command by learning control;
One of the at least two feed axes in the drive direction of the table or the tool when performing a circle or arc movement of the table or the tool so that the cutting surface of the workpiece does not bite during the circle or arc cutting of the workpiece. A data generation unit that generates coordinate data of a circle or an arc having a protrusion formed corresponding to the reversal position, and sends the coordinate data to the servo motor drive unit as the position command;
A drive control device for a servo motor, comprising:
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