JP2020197276A - 静圧流体支持装置を備えた工作機械 - Google Patents
静圧流体支持装置を備えた工作機械 Download PDFInfo
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Abstract
Description
工作機械1は、例えば、研削盤、マシニングセンタ等であって、支持体に対して移動体を移動可能に支持する支持装置を備える。本例における工作機械は、高精度に移動体を支持するために、支持装置として静圧流体支持装置を適用する。特に、本例においては、静圧流体支持装置における静圧ポケットに供給する流体の流量を能動的に調整することによって、移動体の振動を減衰させることができる。
静圧流体支持装置100の詳細構成について、図1を参照して説明する。図1に示すように、静圧流体支持装置100は、静圧ポケット10と、流体供給装置20と、流体案内流路30と、能動型の可変絞り弁40と、弁制御装置50とを備える。
可変絞り弁40の構成について、図2を参照して説明する。可変絞り弁40は、絞り開度を能動的に調整可能とすることにより、静圧ポケット10へ供給する流体Fの流量を能動的に調整することができる。可変絞り弁40は、ダイアフラムによる可変絞りタイプ、スプール弁による可変絞りタイプ等が存在する。本例において、可変絞り弁40は、ダイアフラムによる可変絞りタイプを例にあげる。
次に、図3を参照して、弁制御装置50の構成を説明する。弁制御装置50は、振動測定装置4による測定結果に基づいて絞り開度を能動的に調整する。本例においては、弁制御装置50は、図3に示すように、絞り開度調整部61を備える。絞り開度調整部61は、アクチュエータ44を駆動制御することにより、絞り開度(図2に示す隙間D)を能動的に調整する。
最適波形データ生成部90の詳細構成について、図4を参照して説明する。図4に示すように、最適波形データ生成部90は、第一調整波形データ生成部91を備える。第一調整波形データ生成部91は、基準波形データとは逆位相の波形データを時間軸方向へ逐次シフトさせた第一調整波形データを生成する。つまり、第一調整波形データは、絞り開度を増減させるタイミングを、基準波形データの逆位相の波形データのタイミングからずらした波形データとなる。
最適波形データの導出手順の一例について、図5−図9を参照して説明する。図5には、移動体3に加わる負荷に伴う移動体3の変位の時系列変化を模式的に表した変位波形データDW、及び、その変位波形データDWを逆位相にした最適流量波形データBFWが図示されている。即ち、静圧ポケット10に供給される流量が最適流量波形データBFWに沿って増減することができるように、弁制御装置50が絞り開度を調整することで、移動体3の振動を効果的に抑制することができる。
次に、最適な第一調整波形データRW1の導出手順の一例について、図9及び図10を参照して説明する。第一調整波形データ生成部91は、基準波形データ取得部70が取得した基準波形データに対して、時間進み方向と時間遅れ方向の一方へ初期シフト時間S0(図9に示す)だけシフトした第一調整波形データRW0を生成する。
最適な第二調整波形データRW2の導出手順の一例について、図9及び図11を参照して説明する。第二調整波形データ生成部93は、第一調整波形データ生成部91が生成した最適な第一調整波形データRW1に対して、ゲインを調整した第二調整波形データを生成する。第二調整波形データのゲインは、第一調整波形データに対して、ゲインを大きくする方向と小さくする方向の何れか一方へ調整する。例えば、図9に示すように、第二調整波形データのゲインは、初期ゲインG0よりも大きくする方向に調整する。
次に、図12に示すフローチャートを参照しながら、弁制御装置50により実行される絞り開度調整処理について説明する。図12に示すように、基準波形データ取得部70は、絞り開度調整処理で行う最初の処理として、基準波形データを取得する(S1)。続いて、判定部80は、基準波形データの振幅が、予め設定された閾値を超えるか否かを判定する(S2)。その結果、基準波形データの振幅が閾値を超えた場合(S2:Yes)、最適波形データ生成部90は、後述する最適波形データ生成処理(S3)を実行する。一方、基準波形データの振幅が閾値以下であれば(S2:No)、最適波形データ生成部90は、最適波形データ記憶部62に記憶された最適シフト時間BPS及び最適ゲインBGを用いて最適波形データを生成する(S4)。その後、絞り開度調整部61は、最適波形データに基づいて絞り開度を調整する(S5)。
次に、図13に示すフローチャートを参照しながら、絞り開度調整処理の中で実行される最適波形データ生成処理(S3)について説明する。図13に示すように、最適波形データ生成部90は、最適波形データ生成処理(S3)の中で実行する最初の処理として、最適シフト時間導出処理(S10)を実行する。この最適シフト時間導出処理(S10)において、最適波形データ生成部90は、最適な第一調整波形データRW1を生成する。S10の処理が終了すると、最適波形データ生成部90は、最適ゲイン導出処理(S30)を実行する。この最適ゲイン導出処理(S30)において、最適波形データ生成部90は、最適な第二調整波形データRW2を生成する。
次に、図14A及び図14Bに示すフローチャートを参照しながら、最適波形データ生成処理(S3)の中で実行される最適シフト時間導出処理(S10)について説明する。図14Aに示すように、第一調整波形データ生成部91は、最適シフト時間導出処理(S10)の中で実行する最初の処理として、初期の波形データRW0を生成する(S11)。その後、絞り開度調整部61は、初期の波形データRW0に基づく絞り開度の調整を行う(S12)。その後、基準波形データ取得部70は、初期の波形データRW0に基づいて絞り開度を調整したときの基準波形データを取得する(S13)。具体的に、S13の処理において、基準波形データ取得部70は、基準波形データの振幅(第一調整前振幅am11)を取得する。
次に、図15に示すフローチャートを参照しながら、最適波形データ生成処理(S3)の中で実行される最適ゲイン導出処理(S30)について説明する。図15に示すように、第二調整波形データ生成部93は、最適ゲイン導出処理(S30)の中で実行する最初の処理として、第一調整波形データに対してゲインを大きくする方向へ調整した第二調整波形データを生成する(S31)。その後、絞り開度調整部61は、第二調整波形データに基づく絞り開度の調整を行う(S32)。次に、基準波形データ取得部70は、第二調整波形データに基づいて絞り開度を調整した後の基準波形データを取得する(S33)。具体的に、S33の処理において、基準波形データ取得部70は、基準波形データの振幅(第二調整前振幅am21及び第二調整後振幅am22)を取得する。
上記において、基準波形データは、振動測定装置4による測定結果そのものである場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではない。例えば、弁制御装置50は、振動測定装置4による測定結果として得られた波形データに対してフィルタリング処理を行うことにより得られた波形データ、又は、複数の波形データの振幅を平均化することにより得られた波形データを基準波形データとしてもよい。この場合、弁制御装置50は、基準波形データに突発的に発生した(周期的でない)振動が含まれる場合に、当該突発的に発生した振動を基準波形データから除外することができるので、基準波形データの振動の周期を的確に把握することができる。
Claims (14)
- 支持体と、
前記支持体に対して移動可能な移動体と、
流体を介して前記移動体を前記支持体に対して相対移動可能に支持する静圧流体支持装置と、
前記移動体の振動を測定可能な振動測定装置と、
を備え、
前記静圧流体支持装置は、
前記支持体及び前記移動体の一方に設けられ、前記支持体及び前記移動体の他方と対向する位置に配置された静圧ポケットと、
前記流体を供給する流体供給装置と、
前記流体供給装置から供給された流体を前記静圧ポケットへ案内する流体案内流路と、
前記流体案内流路に設けられ、絞り開度を変えることで前記静圧ポケットに供給される前記流体の流量を調整可能な能動型の可変絞り弁と、
前記振動測定装置による測定結果に基づいて前記絞り開度を能動的に調整する弁制御装置と、
を備え、
前記弁制御装置は、
前記振動測定装置による測定結果である測定波形データに基づいて得られた基準波形データを取得する基準波形データ取得部と、
前記基準波形データに基づいて最適波形データを生成する最適波形データ生成部と、
前記最適波形データに基づいて前記絞り開度を調整する絞り開度調整部と、
を備え、
前記最適波形データ生成部は、
前記基準波形データとは逆位相の波形データを時間軸方向へシフトさせた第一調整波形データを生成する第一調整波形データ生成部と、
前記基準波形データの逆位相の波形データに対する前記第一調整波形データのシフト時間を変えながら前記第一調整波形データに基づいて前記絞り開度を調整した場合に、前記基準波形データの振幅の変化を観察することにより、前記基準波形データの振幅を小さくするのに最適な前記第一調整波形データの最適シフト時間を導出する最適シフト時間導出部と、
前記基準波形データに対して前記最適シフト時間だけ時間軸方向にシフトさせた最適波形データを記憶する最適波形データ記憶部と、
を備える、工作機械。 - 前記第一調整波形データ生成部は、前記基準波形データとは逆位相の波形データを時間軸方向へ逐次シフトさせた前記第一調整波形データを生成し、
前記最適シフト時間導出部は、
新たに時間シフトさせた前記第一調整波形データに基づいて前記絞り開度を調整したときの前記基準波形データの振幅である第一調整後振幅と、新たに時間シフトさせる前の前記第一調整波形データに基づいて前記絞り開度を調整したときの前記基準波形データの振幅である第一調整前振幅とを比較し、且つ、
前記第一調整後振幅と前記第一調整前振幅との比較結果に基づき、前記基準波形データの振幅が小さくなる前記最適シフト時間を導出する、
請求項1に記載の工作機械。 - 前記第一調整波形データ生成部は、前記基準波形データとは逆位相の波形データを時間進み方向と時間遅れ方向の何れか一方へ逐次シフトさせた前記第一調整波形データを生成し、
前記最適シフト時間導出部は、前記第一調整後振幅が前記第一調整前振幅よりも一旦小さくなった後に大きくなった場合に、前記第一調整前振幅に対応する前記第一調整波形データにおけるシフト時間を前記最適シフト時間として導出する、請求項2に記載の工作機械。 - 前記第一調整波形データ生成部は、前記第一調整波形データを最初に生成する際のシフト時間である初期シフト時間を0以外の時間として、前記第一調整波形データを生成する、請求項1−3の何れか一項に記載の工作機械。
- 前記第一調整波形データ生成部は、前記第一調整波形データを生成する際の前記基準波形データに対するゲインである初期ゲインを1より大きな一定値として、前記第一調整波形データを生成する、請求項1−4の何れか一項に記載の工作機械。
- 前記工作機械は、さらに、
前記第一調整波形データに対してゲインを調整した第二調整波形データを生成する第二調整波形データ生成部と、
前記第二調整波形データのゲイン調整量を変えながら前記第二調整波形データに基づいて前記絞り開度を調整した場合に、前記基準波形データの振幅の変化を観察することにより、前記基準波形データの振幅を小さくするのに最適な前記第二調整波形データの最適ゲインを導出する最適ゲイン導出部と、
を備え、
前記最適波形データ記憶部は、前記基準波形データに対して前記最適シフト時間だけ時間軸方向にシフトさせると共に前記最適ゲインだけゲインを調整した前記最適波形データを記憶する、請求項1−5の何れか一項に記載の工作機械。 - 前記第二調整波形データ生成部は、前記第一調整波形データに対してゲインを逐次調整した前記第二調整波形データを生成し、
前記最適ゲイン導出部は、
新たにゲインを調整した前記第二調整波形データに基づいて前記絞り開度を調整したときの前記基準波形データの振幅である第二調整後振幅と、新たにゲインを調整する前の前記第二調整波形データに基づいて前記絞り開度を調整したときの前記基準波形データの振幅である第二調整前振幅とを比較し、且つ、
前記第二調整後振幅と前記第二調整前振幅との比較結果に基づき、前記基準波形データの振幅が小さくなる前記最適ゲインを導出する、
請求項6に記載の工作機械。 - 前記第二調整波形データ生成部は、前記第一調整波形データに対してゲインを大きくする方向と小さくする方向の何れか一方へ逐次調整した前記第二調整波形データを生成し、
前記最適ゲイン導出部は、前記第二調整後振幅が前記第二調整前振幅よりも一旦小さくなった後に大きくなった場合に、前記第二調整前振幅に対応する前記第二調整波形データにおけるゲインを最適ゲインとして導出する、請求項7に記載の工作機械。 - 前記弁制御装置は、さらに、前記基準波形データの振幅が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定部を備え、
前記最適波形データ生成部は、前記基準波形データの振幅が閾値を超えた場合に、前記最適波形データを新たに生成する、請求項1−8の何れか一項に記載の工作機械。 - 前記振動測定装置は、前記静圧ポケットが前記流体から受ける圧力を検出する圧力センサである、請求項1−9の何れか一項に記載の工作機械。
- 前記基準波形データは、前記振動測定装置による測定結果として得られる波形データそのものである、請求項1−10の何れか一項に記載の工作機械。
- 前記基準波形データは、前記振動測定装置による測定で得られた波形データに対してフィルタリング処理を行うことにより得られた波形データ、又は、複数の波形データの振幅を平均化することにより得られた波形データである、請求項1−10の何れか一項に記載の工作機械。
- 前記基準波形データは、前記振動測定装置による測定で得られた波形データを周波数分析することにより得られた関数である、請求項1−10の何れか一項に記載の工作機械。
- 前記基準波形データは、前記振動測定装置による測定で得られた波形データに対し、フィルタリング処理を行うことにより得られた波形データを、周波数分析することにより得られた関数である、請求項1−10の何れか一項に記載の工作機械。
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