JP2021056868A - Machine tool, feedback control method and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、工具を装着する主軸の回転速度を制御する工作機械、フィードバック制御方法及びコンピュータプログラムに関する。 The present art relates to machine tools, feedback control methods and computer programs that control the rotational speed of the spindle on which the tool is mounted.
主軸に装着した工具によってワークを加工する場合、工具に振動が発生する事がある。振動の振幅が大きくなった場合、ワークの加工面の粗さが大きくなり、製品の品質が悪化する。従来、主軸の回転速度の増減パターンを工作機械の制御装置に格納し、格納した増減パターンに基づいて主軸の回転速度を変更する工作機械が提案されている。主軸の回転速度を変更することで、振動の増幅を抑制することができる(例えば特許文献1参照)。 When machining a workpiece with a tool mounted on the spindle, the tool may vibrate. When the amplitude of vibration becomes large, the roughness of the machined surface of the work becomes large, and the quality of the product deteriorates. Conventionally, a machine tool has been proposed in which an increase / decrease pattern of a spindle rotation speed is stored in a control device of a machine tool, and the rotation speed of the spindle is changed based on the stored increase / decrease pattern. By changing the rotation speed of the spindle, the amplification of vibration can be suppressed (see, for example, Patent Document 1).
前記工作機械は、工具に作用する負荷が小さい場合であっても、負荷が大きい場合と同様に、主軸の回転速度を変更する。即ち、工具の振動が小さい場合であっても、工具の振動が大きい場合と同じように、工作機械は主軸の回転速度を変更する。工具の振動が小さい場合、回転速度の変更によって、ワークの加工面の粗さが大きくなるおそれがある。 The machine tool changes the rotation speed of the spindle even when the load acting on the tool is small, as in the case where the load is large. That is, even when the vibration of the tool is small, the machine tool changes the rotation speed of the spindle in the same manner as when the vibration of the tool is large. If the vibration of the tool is small, the roughness of the machined surface of the work may increase due to the change in the rotation speed.
本開示は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、工具に作用する負荷の大小に応じて、主軸の回転速度を制御することができる工作機械、フィードバック制御方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and provides a machine tool, a feedback control method, and a computer program capable of controlling the rotation speed of the spindle according to the magnitude of the load acting on the tool. The purpose.
本開示の一実施形態に係る工作機械は、工具を装着する主軸の回転速度をフィードバック制御する制御装置を備える工作機械において、前記制御装置は、前記主軸の周方向位置を取得する取得部と、前記主軸の回転に関する速度ループゲイン及び前記主軸の周方向位置の関係を示すゲインマップを作成する作成部とを備え、前記取得部にて取得した前記主軸の周方向位置及び前記作成部にて作成したゲインマップに基づいて、前記主軸の回転速度を制御する。 The machine tool according to the embodiment of the present disclosure is a machine tool including a control device for feedback-controlling the rotation speed of a spindle on which a tool is mounted. It is provided with a creation unit that creates a gain map showing the relationship between the speed loop gain related to the rotation of the spindle and the circumferential position of the spindle, and is created by the circumferential position of the spindle acquired by the acquisition unit and the creation unit. The rotation speed of the spindle is controlled based on the obtained gain map.
本開示の一実施形態においては、ゲインマップを作成し、作成したゲインマップに基づいて、主軸の回転速度を制御するので、工具に作用する負荷の大小に応じて、回転速度の制御量も大小となる。 In one embodiment of the present disclosure, a gain map is created and the rotation speed of the spindle is controlled based on the created gain map. Therefore, the amount of control of the rotation speed is large or small according to the magnitude of the load acting on the tool. It becomes.
本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記作成部は前記主軸に装着する工具の刃数に基づいてゲインマップを作成する。 In the machine tool according to the embodiment of the present disclosure, the creating unit creates a gain map based on the number of blades of a tool mounted on the spindle.
本開示の一実施形態においては、ゲインマップは工具の刃数に基づいているので、各刃に対応した速度ループゲインを設定できる。 In one embodiment of the present disclosure, since the gain map is based on the number of blades of the tool, the speed loop gain corresponding to each blade can be set.
本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記速度ループゲインは速度ループ比例ゲイン又は速度ループ積分ゲインである。 In the machine tool according to the embodiment of the present disclosure, the speed loop gain is a speed loop proportional gain or a speed loop integrated gain.
本開示の一実施形態においては、速度ループ比例ゲイン又は速度ループ積分ゲインを設定することによって、工具に作用する負荷の大小に応じた回転速度の制御を実現できる。 In one embodiment of the present disclosure, by setting the speed loop proportional gain or the speed loop integrated gain, it is possible to realize the control of the rotation speed according to the magnitude of the load acting on the tool.
本開示の一実施形態に係る工作機械は、前記制御装置は、前記主軸の目標回転速度が所定回転速度以下であるか否かを判定する判定部と、前記ゲインマップに基づいて定まる前記速度ループゲインとは異なる第二速度ループゲインを格納する格納部とを備え、前記判定部にて所定回転速度以下であると判定した場合、前記ゲインマップに基づいて、前記主軸の回転速度を制御し、前記判定部にて所定回転速度以下でないと判定した場合、前記第二速度ループゲインに基づいて、前記主軸の回転速度を制御する。 In the machine tool according to the embodiment of the present disclosure, the control device has a determination unit for determining whether or not the target rotation speed of the spindle is equal to or lower than a predetermined rotation speed, and the speed loop determined based on the gain map. A storage unit for storing a second speed loop gain different from the gain is provided, and when the determination unit determines that the rotation speed is equal to or lower than the predetermined rotation speed, the rotation speed of the spindle is controlled based on the gain map. When the determination unit determines that the rotation speed is not equal to or lower than the predetermined rotation speed, the rotation speed of the spindle is controlled based on the second speed loop gain.
本開示の一実施形態においては、主軸の回転速度が所定回転速度以下でない場合、即ち主軸が高速回転している場合、慣性力が主軸に働くため、主軸の速度を変更することは難しい。そのため、主軸が高速回転している場合、第二速度ループゲインに基づいて、主軸の回転速度を適切に制御する。 In one embodiment of the present disclosure, when the rotation speed of the spindle is not equal to or less than a predetermined rotation speed, that is, when the spindle is rotating at high speed, an inertial force acts on the spindle, so that it is difficult to change the speed of the spindle. Therefore, when the spindle is rotating at high speed, the rotation speed of the spindle is appropriately controlled based on the second speed loop gain.
本開示の一実施形態に係るフィードバック制御方法は、主軸の回転速度のフィードバック制御方法において、前記主軸の周方向位置を取得し、前記主軸に装着する工具の刃数に基づいて、前記主軸の回転に関する速度ループゲイン及び前記主軸の周方向位置の関係を示すゲインマップを作成し、取得した前記主軸の周方向位置及び作成したゲインマップに基づいて、前記主軸の回転速度を制御する。 In the feedback control method according to the embodiment of the present disclosure, in the feedback control method of the rotation speed of the spindle, the rotational position of the spindle is acquired, and the rotation of the spindle is based on the number of blades of a tool mounted on the spindle. A gain map showing the relationship between the speed loop gain and the circumferential position of the spindle is created, and the rotation speed of the spindle is controlled based on the acquired circumferential position of the spindle and the created gain map.
本開示の一実施形態においては、ゲインマップを作成し、作成したゲインマップに基づいて、主軸の回転速度を制御するので、工具に作用する負荷の大小に応じて、回転速度の制御量も大小となる。 In one embodiment of the present disclosure, a gain map is created and the rotation speed of the spindle is controlled based on the created gain map. Therefore, the amount of control of the rotation speed is large or small according to the magnitude of the load acting on the tool. It becomes.
本開示の一実施形態に係るコンピュータプログラムは、主軸の回転速度をフィードバック制御する制御装置にて実行可能なコンピュータプログラムにおいて、前記制御装置に、前記主軸の周方向位置を取得させ、前記主軸に装着する工具の刃数に基づいて、前記主軸の回転に関する速度ループゲイン及び前記主軸の周方向位置の関係を示すゲインマップを作成させ、取得した前記主軸の周方向位置及び作成したゲインマップに基づいて、前記主軸の回転速度を制御させる。 The computer program according to the embodiment of the present disclosure is a computer program that can be executed by a control device that feedback-controls the rotation speed of the spindle, wherein the control device acquires the circumferential position of the spindle and is mounted on the spindle. Based on the number of blades of the tool to be used, a gain map showing the relationship between the speed loop gain related to the rotation of the spindle and the circumferential position of the spindle is created, and based on the acquired circumferential position of the spindle and the created gain map. , The rotation speed of the spindle is controlled.
本開示の一実施形態においては、ゲインマップを作成し、作成したゲインマップに基づいて、主軸の回転速度を制御するので、工具に作用する負荷の大小に応じて、回転速度の制御量も大小となる。 In one embodiment of the present disclosure, a gain map is created and the rotation speed of the spindle is controlled based on the created gain map. Therefore, the amount of control of the rotation speed is large or small according to the magnitude of the load acting on the tool. It becomes.
本開示の一実施形態に係る工作機械、フィードバック制御方法及びコンピュータプログラムにあっては、ゲインマップを作成し、作成したゲインマップに基づいて、主軸の回転速度を制御するので、工具に作用する負荷の大小に応じて、回転速度の制御量も大小となる。 In the machine tool, the feedback control method, and the computer program according to the embodiment of the present disclosure, a gain map is created and the rotation speed of the spindle is controlled based on the created gain map, so that the load acting on the tool is applied. The amount of control of the rotation speed also becomes large or small according to the size of.
(実施の形態1)以下本発明を、実施の形態1に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。図1は、工作機械の縦断面図である。以下の説明では図中矢印で示す上下左右前後を使用する。図1に示す如く、工作機械は前後に長い矩形の基台1を備える。立柱2は基台1の後部に固定する。基台1の前部にワークを保持するワーク保持部10を設けてある。ワーク保持部10は、前後方向に移動するY方向移動部11、左右方向に移動するX方向移動部12、ワークを固定する台13を備える。Y方向移動部11はY軸モータ16(図2参照)を備え、Y軸モータ16の駆動によってY方向移動部11は前後移動する。X方向移動部12はX軸モータ23(図2参照)を備え、X軸モータ23によってX方向移動部12は左右移動する。
(Embodiment 1) Hereinafter, the present invention will be described with reference to a drawing showing a machine tool according to the first embodiment. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a machine tool. In the following explanation, the up, down, left, right, front and back indicated by the arrows in the figure are used. As shown in FIG. 1, the machine tool includes a
Y方向移動部11は基台1上に設けてあり、X方向移動部12はY方向移動部11上に設けてある。台13はX方向移動部12上に設けてある。X方向移動部12とY方向移動部11の左右前後移動は、台13に固定したワークの左右前後の位置を決定する。
The Y-
上下方向に移動可能な主軸ヘッド3は立柱2の前面に設けてある。Z軸モータ33(図2参照)は立柱2に設けてあり、Z軸モータ33は主軸ヘッド3を上下移動する。主軸ヘッド3は上下に延びた主軸(図示略)を軸回りに回転可能に保持する。主軸モータ8は主軸ヘッド3の上端部に設けてあり、主軸モータ8の駆動によって主軸は回転する。二つの支持板7は立柱2から前方に突出し且つ左右に並ぶ。支持板7は工具マガジン6を支持し、工具マガジン6は工具5を保持する。マガジンモータ60(図2参照)の駆動によって、工具マガジン6は回転し、所定の工具5を最下位置、即ち交換位置に送る。
The spindle head 3 that can move in the vertical direction is provided on the front surface of the
図2は、工作機械の制御装置50を略示するブロック図である。図2に示す如く、制御装置50はCPU51、記憶部52、RAM53、入出力インタフェース54を備える。記憶部52は書き換え可能なメモリであり、EPROM、EEPROM等である。記憶部52はワークを加工する加工プログラム、主軸ヘッド3と工具マガジン6の動作プログラム、タッピング動作及び主軸の位置決め動作等に使用するゲイン、後述するゲインマップを作成するプログラム等を記憶する。制御装置50は記憶部52に記憶したプログラムに基づいて、工作機械を制御する。CPU51は、加工プログラムを構成する複数の指令を順次読み込み、読み込んだ指令を実行する。制御装置50は予めプログラムを格納したROMを備えていてもよい。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a
作業者が操作部14を操作した場合、操作部14から入出力インタフェース54に信号が入力する。操作部14はキーボード、ボタン、タッチパネル等である。入出力インタフェース54は表示部15に信号を出力する。表示部15は文字、図形、記号等を表示する。表示部15は、例えば液晶表示パネルである。
When the operator operates the
制御装置50はX軸モータ23に対応したX軸制御回路55、サーボアンプ55a、微分器23bを備える。X軸モータ23はエンコーダ23aを備える。X軸制御回路55はCPU51からの指令に基づき、電流量を示す命令をサーボアンプ55aに出力する。サーボアンプ55aは前記命令を受け、X軸モータ23に駆動電流を出力する。エンコーダ23aはX軸制御回路55に位置フィードバック信号を出力する。X軸制御回路55は位置フィードバック信号に基づき位置のフィードバック制御を実行する。エンコーダ23aは微分器23bに位置フィードバック信号を出力し、微分器23bは位置フィードバック信号を速度フィードバック信号に変換して、X軸制御回路55に出力する。X軸制御回路55は速度フィードバック信号に基づき、速度のフィードバック制御を実行する。電流検出器55bはサーボアンプ55aが出力した駆動電流の値を検出する。電流検出器55bは駆動電流の値をX軸制御回路55にフィードバックする。X軸制御回路55は駆動電流の値に基づき、電流制御を実行する。
The
制御装置50はY軸モータ16に対応したY軸制御回路56、サーボアンプ56a、微分器16b、電流検出器56bを備え、Y軸モータ16はエンコーダ16aを備える。Y軸制御回路56、サーボアンプ56a、微分器16b、Y軸モータ16、エンコーダ16a、電流検出器56bはX軸のものと同様であり、その説明を省略する。制御装置50はZ軸モータ33に対応したZ軸制御回路57、サーボアンプ57a、電流検出器57b、微分器33bを備える。Z軸モータ33はエンコーダ33aを備える。Z軸制御回路57、サーボアンプ57a、微分器33b、Z軸モータ33、エンコーダ33a、電流検出器57bはX軸のものと同様であり、その説明を省略する。制御装置50はマガジンモータ60に対応したマガジン制御回路58、サーボアンプ58a、電流検出器58b、微分器60bを備える。マガジンモータ60はエンコーダ60aを備える。マガジン制御回路58、サーボアンプ58a、微分器60b、マガジンモータ60、エンコーダ60a、電流検出器58bはX軸のものと同様であり、その説明を省略する。
The
制御装置50は主軸モータ8に対応した主軸制御回路79、サーボアンプ79a、電流検出器79b、微分器80bを備える。主軸モータ8はエンコーダ80aを備える。サーボアンプ79a、微分器80b、主軸モータ8、エンコーダ80a、電流検出器79bはX軸のものと同様であり、その説明を省略する。主軸制御回路79は基本的にX軸のものと同様であるが、以下に説明するように、X軸のものとは異なる構成も備える。
The
図3は、主軸制御回路79、主軸モータ8、エンコーダ80a及び微分器80bのブロック線図である。ブロック線図はラプラス変換した形式にて表す。図3において、サーボアンプ79a及び電流検出器79bの記載を省略する。主軸制御回路79は、第一加算器70、第一伝達要素71、第二加算器72、第二伝達要素73、第三加算器74、積分器75、及び第三伝達要素76を備える。なお主軸制御回路79は微分器80bを備えてもよい。
FIG. 3 is a block diagram of the
第一加算器70に、CPU51から位置指令値が入力し、エンコーダ80aから位置フィードバック指令値が入力する。第一加算器70にて、位置指令値から位置フィードバック指令値を減算し、第一伝達要素71に出力する。
The position command value is input from the
第一伝達要素71は位置ループ比例ゲインG0であり、第一加算器70の出力値にG0を乗算し、第二加算器72に出力する。第二加算器72に第一伝達要素71からの出力値と、微分器80bからの速度フィードバック指令値とが入力する。第二加算器72にて、第一伝達要素71の出力値から速度フィードバック指令値を減算し、第二伝達要素73及び積分器75に出力する。
The
第二伝達要素73は、例えば速度ループ比例ゲインG1を格納し、第二加算器72の出力値にG1を乗算し、第三加算器74に出力する。積分器75は第二加算器72の出力値を積分し、第三伝達要素76に出力する。第三伝達要素76は、例えば速度ループ積分ゲインG2を格納し、積分器75の出力値にG2を乗算し、第三加算器74に出力する。
The
第三加算器74にて、第二伝達要素73及び第三伝達要素76の出力値を加算し、主軸モータ8に出力する。主軸モータ8の駆動によってエンコーダ80aが回転し、エンコーダ80aの出力値、即ち位置フィードバック指令値が微分器80b及び第一加算器70に入力する。
The
図4は、主軸の回転に関する速度ループゲイン及び主軸の周方向位置の関係を示すゲインマップを作成するマップ作成処理を説明するフローチャート、図5は、工具5及びワーク40を示す模式図である。ユーザが操作部14を操作し、ゲインマップを作成する指令を入力した場合、CPU51はゲインマップを作成する。CPU51は、前記G1及びG2についてゲインマップを夫々作成する。
FIG. 4 is a flowchart for explaining a map creation process for creating a gain map showing the relationship between the speed loop gain related to the rotation of the spindle and the circumferential position of the spindle, and FIG. 5 is a schematic diagram showing the
CPU51は、工具5の刃数の入力があったか否か判定する(S1)。ユーザは操作部14を操作し、刃数nを入力する。刃数の入力がない場合(S1:NO)、S1に処理を戻す。例えば図5に示す如く、工具5の刃数が四つの場合、nは4である。
The
刃数の入力があった場合(S1:YES)、CPU51はゲインを変更する角度を算出する(S2)。CPU51は、工具5の刃の位相間隔は等間隔であるとして、360度/nを算出する。例えばnが4である場合、90度を算出する。
When the number of blades is input (S1: YES), the
CPU51は、90度毎に、異なる大きさのゲインを設定したゲインマップを作成して、記憶部52に記憶し(S3)、処理を終了する。
The
図6は、主軸の回転角度に対する速度ループ比例ゲインG1のゲインマップの一例を示す図、図7は、主軸の回転角度に対する速度ループ積分ゲインG2のゲインマップの一例を示す図である。記憶部52は、例えば、図6に示す如く、360/n度毎に、値Aと、値Aよりも大きい値Bとに、G1を変更するゲインマップを記憶し、図7に示す如く、360/n度毎に、値Cと、値Cよりも大きい値Dとに、G2を変更するゲインマップを記憶する。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a gain map of the velocity loop proportional gain G1 with respect to the rotation angle of the spindle, and FIG. 7 is a diagram showing an example of a gain map of the velocity loop integrated gain G2 with respect to the rotation angle of the spindle. For example, as shown in FIG. 6, the
CPU51は、工具5の位置決めを行う場合、主軸の周方向位置と工具5の刃の周方向位置とを対応付ける。また主軸の周方向位置と、各ゲインマップにおけるゲインの値を変更する角度とを対応付ける。即ち、主軸の周方向位置と各ゲインマップにおけるゲインの値を変更する角度とを対応付ける。
When positioning the
図8は、CPU51による主軸の駆動処理を説明するフローチャートである。CPU51は、主軸の駆動処理の為の変数設定が終了したか否か判定する(S11)。ユーザは操作部14を操作し、変数設定を行う。変数設定が終了していない場合(S11:NO)、S11に処理を戻す。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a spindle drive process by the
変数設定が終了している場合、CPU51は現在実行している加工プログラムの指令から、主軸回転指令を実行しているか否か判定する(S12)。主軸回転指令を実行している場合(S12:YES)、CPU51はエンコーダ80aから主軸の角度、即ち周方向位置を取得する(S13)。
When the variable setting is completed, the
CPU51は、実行中の主軸回転指令が通常回転指令であるか否か判定する(S14)。通常回転指令とは、切削加工の為の回転指令であり、例えばMコードのM3、M4指令が該当する。タッピングの為の回転指令、例えばGコードのG63、G74指令、又は位置決めの為の指令、例えばMコードのM19指令等は、通常回転指令とは異なる回転指令である。
The
通常回転指令である場合(S14:YES)、CPU51はG1及びG2のマップを参照し(図6、図7参照)、S13にて取得した主軸角度に応じたG1及びG2の値、即ちゲインを取得する(S15)。
In the case of a normal rotation command (S14: YES), the
通常回転指令でない場合(S14:NO)、CPU51は記憶部52を参照し、実行中の指令に対応する速度ループ比例ゲイン及び速度ループ積分ゲインを取得する(S16)。記憶部52は、例えば、タッピングの為の回転指令又は位置決めの為の指令に対応した速度ループ比例ゲインG3及び速度ループ積分ゲインG4を予め記憶している。前記G3及びG4の値は、例えば定数である。
When it is not a normal rotation command (S14: NO), the
S15又はS16においてゲインを取得した後、取得したゲインを第二伝達要素73及び第三伝達要素76に設定し、主軸モータ8のフィードバック制御を行う(S17)。S15においてゲインG1及びG2を取得した場合、第二伝達要素73にゲインG1を設定し、第三伝達要素76にゲインG2を設定する。S16においてゲインG3及びG4を取得した場合、第二伝達要素73にゲインG3を設定し、第三伝達要素76にゲインG4を設定する。
After acquiring the gain in S15 or S16, the acquired gain is set in the
S17のフィードバック制御の実行後、又はS12において、主軸回転指令を実行していないと判定した場合(S12:NO)、CPU51はリセット要求があったか否か判定する(S18)。
After executing the feedback control in S17 or in S12, when it is determined that the spindle rotation command is not executed (S12: NO), the
リセット要求がない場合(S18:NO)、CPU51はS12に処理を戻し、加工プログラムの次の指令を読み込み、主軸回転指令を実行しているか否か判定する。リセット要求があった場合(S18:YES)、CPU51はステップS11に処理を戻す。
When there is no reset request (S18: NO), the
図9は、第一負荷T1が工具5に作用した場合における主軸の出力トルクP1、主軸の回転速度S1、速度ループ比例ゲインG1、速度ループ積分ゲインG2のタイミングチャートである。図9のSAは主軸の目標回転数を示す。第一負荷T1はトルクとして表すことができる。
FIG. 9 is a timing chart of the output torque P1 of the spindle, the rotation speed S1 of the spindle, the velocity loop proportional gain G1, and the velocity loop integrated gain G2 when the first load T1 acts on the
図9に示す如く、ゲインG1がBである場合、ゲインG1がAである場合よりも、主軸の出力トルクP1の応答速度は速く、第一負荷T1に近似したトルクを出力し、回転速度の減少も僅かである。またゲインG2がDである場合、ゲインG2がCである場合よりも、主軸の出力トルクP1の応答速度は速く、第一負荷T1に近似したトルクを出力し、回転速度の減少も僅かである。 As shown in FIG. 9, when the gain G1 is B, the response speed of the output torque P1 of the spindle is faster than when the gain G1 is A, and the torque approximate to the first load T1 is output, and the rotation speed is increased. The decrease is also slight. Further, when the gain G2 is D, the response speed of the output torque P1 of the spindle is faster than when the gain G2 is C, the torque approximate to the first load T1 is output, and the decrease in the rotation speed is slight. ..
図10は、第二負荷T2が工具5に作用した場合における主軸の出力トルクP2、主軸の回転速度S2、速度ループ比例ゲインG1、速度ループ積分ゲインG2のタイミングチャートである。図10のSAは主軸の目標回転数を示す。第二負荷T2はトルクとして表すことができ、第一負荷T1よりも小さい。
FIG. 10 is a timing chart of the output torque P2 of the spindle, the rotation speed S2 of the spindle, the velocity loop proportional gain G1, and the velocity loop integrated gain G2 when the second load T2 acts on the
図10に示す如く、ゲインG1がBである場合、ゲインG1がAである場合よりも、主軸の出力トルクP2の応答速度は速く、第二負荷T2に近似したトルクを出力し、回転速度の減少も僅かである。またゲインG2がDである場合、ゲインG2がCである場合よりも、主軸の出力トルクP1の応答速度は速く、第二負荷T2に近似したトルクを出力し、回転速度の減少も僅かである。 As shown in FIG. 10, when the gain G1 is B, the response speed of the output torque P2 of the spindle is faster than when the gain G1 is A, and the torque approximate to the second load T2 is output, and the rotation speed is increased. The decrease is also slight. Further, when the gain G2 is D, the response speed of the output torque P1 of the spindle is faster than when the gain G2 is C, the torque approximate to the second load T2 is output, and the decrease in the rotation speed is slight. ..
図9及び図10に示すように、ゲインG1又はゲインG2の値を定期的に変更することによって、回転速度が定期的に変更され、主軸は高速回転及び低速回転を繰り返す。そのため、工具5の振動の増幅を抑制することができる。
As shown in FIGS. 9 and 10, by periodically changing the value of the gain G1 or the gain G2, the rotation speed is periodically changed, and the spindle repeats high-speed rotation and low-speed rotation. Therefore, the amplification of the vibration of the
図9及び図10に示すように、第二負荷T2が工具5に作用している場合、主軸の回転速度の変動量は、第一負荷T1が工具5に作用している場合よりも小さい。即ち工具5に作用する負荷の大小に応じて、主軸の回転速度の制御量も大小となり、回転速度は安定する。
As shown in FIGS. 9 and 10, when the second load T2 acts on the
ゲインマップは工具5の刃数に基づいているので、各刃に対応した速度ループゲインを設定できる。また速度ループ比例ゲインG1又は速度ループ積分ゲインG2を設定することによって、工具5に作用する負荷の大小に応じた回転速度の制御を実現できる。
Since the gain map is based on the number of blades of the
(実施の形態2)
以下本発明を実施の形態2に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。実施の形態2に係る構成の内、実施の形態1と同様な構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing the machine tool according to the second embodiment. Of the configurations according to the second embodiment, the same configurations as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
工作機械の記憶部52は、速度ループ比例ゲインG5及び速度ループ積分ゲインG6を予め記憶する。速度ループ比例ゲインG5は、図6に示すゲインマップによって定まる速度ループ比例ゲインG1とは異なる。速度ループ積分ゲインG6は、図7に示すゲインマップによって定まる速度ループ積分ゲインG2とは異なる。前記G5及びG6の値は、例えば定数であり、G5及びG6は夫々G1及びG2よりも大きい。記憶部52は閾値回転速度Vを予め記憶する。速度ループ比例ゲインG5及び速度ループ積分ゲインG6は第二速度ループゲインを構成する。
The
図11は、CPU51による主軸の駆動処理を説明するフローチャートである。図11におけるS21〜S24は、図8のS11〜S14と同じ処理であり、S25は図8のS16と同じ処理であり、S30は図8のS18と同じ処理であるので、その詳細な説明は省略する。ここではS26〜S29について説明する。
FIG. 11 is a flowchart illustrating a spindle drive process by the
S24において、実行中の主軸回転指令が通常回転指令であると判定した場合、CPU51は、主軸回転指令の目標回転速度が閾値回転速度V以下であるか否か判定する(S26)。目標回転速度が閾値回転速度V以下でない場合(S26:NO)、CPU51は記憶部52から速度ループ比例ゲインG5及び速度ループ積分ゲインG6を取得する(S27)。閾値回転速度は刃数が4の時、1500rpmとしている。
When it is determined in S24 that the spindle rotation command being executed is a normal rotation command, the
目標回転速度が閾値回転速度V以下である場合(S26:YES)、CPU51はG1及びG2のマップを参照し(図6、図7参照)、S23にて取得した主軸角度に応じた速度ループ比例ゲインG1及び速度ループ積分ゲインG2を取得する(S28)。
When the target rotation speed is equal to or less than the threshold rotation speed V (S26: YES), the
S25、S27又はS28においてゲインを取得した後、取得したゲインを第二伝達要素73及び第三伝達要素76に設定し、主軸モータ8のフィードバック制御を行う(S29)。S28においてゲインG1及びG2を取得した場合、第二伝達要素73にゲインG1を設定し、第三伝達要素76にゲインG2を設定する。S25においてゲインG3及びG4を取得した場合、第二伝達要素73にゲインG3を設定し、第三伝達要素76にゲインG4を設定する。S27においてゲインG5及びG6を取得した場合、第二伝達要素73にゲインG5を設定し、第三伝達要素76にゲインG6を設定する。
After acquiring the gain in S25, S27 or S28, the acquired gain is set in the
主軸の回転速度が閾値回転速度V以下でない場合、即ち主軸が高速回転している場合、慣性力が主軸に働くため、主軸の速度を変更することは難しい。そのため、主軸が高速回転している場合、速度ループ比例ゲインG5及び速度ループ積分ゲインG6、即ち第二速度ループゲインに基づいて、主軸の回転速度を適切に制御する。G5及びG6をG1及びG2よりも大きい定数とすることによって、高速回転している主軸を適切に制御し易くなる。 When the rotation speed of the spindle is not equal to or less than the threshold rotation speed V, that is, when the spindle is rotating at high speed, it is difficult to change the speed of the spindle because the inertial force acts on the spindle. Therefore, when the spindle is rotating at high speed, the rotation speed of the spindle is appropriately controlled based on the velocity loop proportional gain G5 and the velocity loop integrated gain G6, that is, the second velocity loop gain. By setting G5 and G6 to a constant larger than G1 and G2, it becomes easy to appropriately control the spindle rotating at high speed.
今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The technical features described in each example can be combined with each other and the scope of the invention is intended to include all modifications within the claims and scope equivalent to the claims. Will be done.
5 工具
8 主軸モータ
14 操作部
50 制御装置
51 CPU
52 記憶部
54 入出力インタフェース
71 第一伝達要素
73 第二伝達要素
75 積分器
76 第三伝達要素
79 主軸制御回路
79a サーボアンプ
80a エンコーダ
80b 微分器
5
52
Claims (6)
前記制御装置は、
前記主軸の周方向位置を取得する取得部と、
前記主軸の回転に関する速度ループゲイン及び前記主軸の周方向位置の関係を示すゲインマップを作成する作成部と
を備え、
前記取得部にて取得した前記主軸の周方向位置及び前記作成部にて作成したゲインマップに基づいて、前記主軸の回転速度を制御する
工作機械。 In a machine tool equipped with a control device that feedback-controls the rotation speed of the spindle on which the tool is mounted.
The control device is
An acquisition unit that acquires the circumferential position of the spindle, and
It is provided with a creation unit that creates a gain map showing the relationship between the velocity loop gain related to the rotation of the spindle and the circumferential position of the spindle.
A machine tool that controls the rotational speed of the spindle based on the circumferential position of the spindle acquired by the acquisition unit and the gain map created by the creation unit.
請求項1に記載の工作機械。 The machine tool according to claim 1, wherein the creating unit creates a gain map based on the number of blades of a tool mounted on the spindle.
請求項1又は2に記載の工作機械。 The machine tool according to claim 1 or 2, wherein the speed loop gain is a speed loop proportional gain or a speed loop integrated gain.
前記主軸の目標回転速度が所定回転速度以下であるか否かを判定する判定部と、
前記ゲインマップに基づいて定まる前記速度ループゲインとは異なる第二速度ループゲインを格納する格納部と
を備え、
前記判定部にて所定回転速度以下であると判定した場合、前記ゲインマップに基づいて、前記主軸の回転速度を制御し、
前記判定部にて所定回転速度以下でないと判定した場合、前記第二速度ループゲインに基づいて、前記主軸の回転速度を制御する
請求項1から3のいずれか一つに記載の工作機械。 The control device is
A determination unit for determining whether or not the target rotation speed of the spindle is equal to or less than a predetermined rotation speed,
It is provided with a storage unit for storing a second speed loop gain different from the speed loop gain determined based on the gain map.
When the determination unit determines that the rotation speed is equal to or lower than the predetermined rotation speed, the rotation speed of the spindle is controlled based on the gain map.
The machine tool according to any one of claims 1 to 3, wherein when the determination unit determines that the rotation speed is not equal to or lower than the predetermined rotation speed, the rotation speed of the spindle is controlled based on the second speed loop gain.
前記主軸の周方向位置を取得し、
前記主軸に装着する工具の刃数に基づいて、前記主軸の回転に関する速度ループゲイン及び前記主軸の周方向位置の関係を示すゲインマップを作成し、
取得した前記主軸の周方向位置及び作成したゲインマップに基づいて、前記主軸の回転速度を制御する
フィードバック制御方法。 In the feedback control method of the rotation speed of the spindle,
Obtain the circumferential position of the spindle and
Based on the number of blades of the tool mounted on the spindle, a gain map showing the relationship between the velocity loop gain related to the rotation of the spindle and the circumferential position of the spindle is created.
A feedback control method for controlling the rotation speed of the spindle based on the acquired circumferential position of the spindle and the created gain map.
前記制御装置に、
前記主軸の周方向位置を取得させ、
前記主軸に装着する工具の刃数に基づいて、前記主軸の回転に関する速度ループゲイン及び前記主軸の周方向位置の関係を示すゲインマップを作成させ、
取得した前記主軸の周方向位置及び作成したゲインマップに基づいて、前記主軸の回転速度を制御させる
コンピュータプログラム。 In a computer program that can be executed by a control device that feedback-controls the rotation speed of the spindle
In the control device
Acquire the circumferential position of the spindle,
Based on the number of blades of the tool mounted on the spindle, a gain map showing the relationship between the speed loop gain related to the rotation of the spindle and the circumferential position of the spindle is created.
A computer program that controls the rotation speed of the spindle based on the acquired circumferential position of the spindle and the created gain map.
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