JP2023051255A - Controller and speed control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御装置及び速度制御方法に関する。 The present invention relates to a controller and a speed control method.
特許文献1は、工作機械のモータを駆動する為の指令を決定する際、少なくともワーク保持部の偏荷重の影響を考慮した高精度なパラメータに基づき指令を決定し、決定した指令により工作機械を制御することについて開示している。
例えば、ワークを保持する保持台と、該保持台を回転させる駆動部とを含む台ユニットの場合は前記駆動部の出力軸(C軸)と交差する方向、即ち前記保持台と前記駆動部の並設方向と交差する方向に延びる回転軸(A軸)の周りを前記台ユニットが回転する際、偏荷重が生じる虞がある。該偏荷重は台ユニットの回転角度に応じて変動する。また、前記偏荷重はワークの重さによっても変動する。よって、前記台ユニットが前記回転軸回りに回転するよう駆動するモータを制御する際、このような偏荷重の変動を考慮しないと適切な制御が出来ない。しかしながら、上述したような特許文献1の工作機械は、このような問題に対して考慮していない。
For example, in the case of a table unit that includes a holder that holds a workpiece and a drive section that rotates the holder, the direction intersecting the output shaft (C-axis) of the drive section, that is, the direction between the holder and the drive section When the base unit rotates around a rotation axis (A axis) extending in a direction that intersects with the side-by-side arrangement direction, there is a possibility that an unbalanced load may occur. The offset load varies according to the rotation angle of the stand unit. Moreover, the unbalanced load varies depending on the weight of the work. Therefore, when controlling the motor that drives the base unit to rotate about the rotation axis, proper control cannot be performed unless such variations in the unbalanced load are taken into consideration. However, the machine tool of
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワークを保持する保持台を含む複数の部品を有する台ユニットが前記複数の部品の並設方向と交差する方向に延びる回転軸周りを回転する際、より適切な制御ができる制御装置及び速度制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to provide a table unit having a plurality of parts including a holding table for holding a workpiece, which intersects the direction in which the plurality of parts are arranged side by side. To provide a control device and a speed control method capable of performing more appropriate control when rotating around a rotating shaft extending in a direction.
本発明に係る制御装置は、ワークの保持台を含む、一方向に並設した複数の部品を有する台ユニットが前記一方向と交差する回転軸の回りに回転する速度を加減する速度加減部を備える制御装置において、基準イナーシャ、基準偏荷重、基準時定数を記憶している記憶部と、前記台ユニットに関するフィードバック情報から、前記台ユニットの回転角度に応じて取得した取得偏荷重及び取得イナーシャと、前記基準イナーシャ、前記基準偏荷重、前記基準時定数を含む演算要素に基づいて前記速度加減部の時定数を演算する演算部を備える。 The control device according to the present invention includes a speed control unit for controlling the speed of rotation of a table unit having a plurality of parts arranged side by side in one direction, including a workpiece holding table, around a rotation axis intersecting the one direction. A control device comprising: a storage unit storing a reference inertia, a reference unbalanced load, and a reference time constant; and an obtained unbalanced load and an obtained inertia obtained according to the rotation angle of the base unit from feedback information about the base unit. and a calculation unit for calculating the time constant of the speed adjuster based on calculation elements including the reference inertia, the reference unbalanced load, and the reference time constant.
本発明にあっては、台ユニットの回転角度に応じて、台ユニットに関するフィードバック情報から取得する取得偏荷重及び取得イナーシャと、記憶部が記憶する基準イナーシャ、基準偏荷重、基準時定数等を用いて速度加減部の時定数を演算する。よって、台ユニットをより適切に制御できる。 In the present invention, the obtained unbalanced load and the obtained inertia obtained from the feedback information about the base unit and the reference inertia, the reference unbalanced load, the reference time constant, etc. stored in the storage unit are used according to the rotation angle of the base unit. to calculate the time constant of the speed adjuster. Therefore, the base unit can be controlled more appropriately.
本発明に係る制御装置は、前記速度加減部は、前記演算部が演算した時定数を用いて前記台ユニットの速度加減時の最大加速度を制限する移動平均フィルタを有する。 In the control device according to the present invention, the speed adjustment section has a moving average filter that limits the maximum acceleration during acceleration/deceleration of the base unit using the time constant calculated by the calculation section.
本発明にあっては、移動平均フィルタが台ユニットの速度加減時の最大加速度を制限する際、演算部が演算した、偏荷重の変動、ワークのイナーシャの変動を反映し時定数を用いる為、台ユニットの回転をより適切に制御できる。 In the present invention, when the moving average filter limits the maximum acceleration during speed acceleration/deceleration of the platform unit, the time constant calculated by the calculation unit reflecting the fluctuation of the unbalanced load and the inertia of the workpiece is used. Rotation of the base unit can be better controlled.
本発明に係る制御装置は、前記速度加減部は、前記移動平均フィルタを含む複数の移動平均フィルタを有する。 In the control device according to the present invention, the speed adjuster has a plurality of moving average filters including the moving average filter.
本発明にあっては、速度加減部が上述の移動平均フィルタ以外に、複数の移動平均フィルタを有し、これら複数の移動平均フィルタは固定値である。よって、使用条件によらず一定のフィルタ効果を得ることができる。 In the present invention, the speed adjuster has a plurality of moving average filters in addition to the moving average filter described above, and these plurality of moving average filters are fixed values. Therefore, a constant filter effect can be obtained regardless of the usage conditions.
本発明に係る制御装置は、前記台ユニットは、前記保持台が一端に配置し、前記保持台よりも重い他部品を含み、前記回転軸は、前記台ユニットの前記一端寄りに偏在する。 In the control device according to the present invention, the base unit has the holding base arranged at one end thereof, and includes other parts heavier than the holding base, and the rotating shaft is unevenly distributed near the one end of the base unit.
本発明にあっては、台ユニットの回転軸が該台ユニットの一端寄りに偏在するので、台ユニットの回転時、ワークのイナーシャの変動に加えて偏荷重の変動が生じるが、演算部が偏荷重の変動、ワークのイナーシャの変動を反映した時定数を演算し、演算した時係数を用いて台ユニットの回転を適切に制御する。 In the present invention, the rotating shaft of the table unit is unevenly distributed near one end of the table unit. A time constant reflecting changes in load and work inertia is calculated, and the calculated time coefficient is used to appropriately control the rotation of the base unit.
本発明に係る制御装置は、前記基準イナーシャ及び前記基準偏荷重は、前記台ユニットの偏荷重が最大である時のイナーシャ及び偏荷重である。 In the control device according to the present invention, the reference inertia and the reference unbalanced load are inertia and unbalanced load when the unbalanced load of the base unit is maximum.
本発明にあっては、演算部が時定数の演算時に用いる基準イナーシャ及び基準偏荷重は、台ユニットの偏荷重が最大であるという基準条件時のイナーシャ及び偏荷重である。よって、基準条件のみ試験を行い基準変数を決定すれば全条件での最適時定数を求めることができる。 In the present invention, the reference inertia and the reference unbalanced load used by the calculator when calculating the time constant are the inertia and the unbalanced load under the reference condition that the unbalanced load of the platform unit is maximum. Therefore, if only the reference condition is tested and the reference variable is determined, the optimum time constant under all conditions can be obtained.
本発明に係る制御装置は、前記演算要素は前記台ユニットの回動範囲を含む。 In the control device according to the present invention, the calculation element includes the rotation range of the base unit.
本発明にあっては、演算部は、時定数を演算する時に用いる演算要素として台ユニットの回動範囲を更に用いる。よって、台ユニットの回転をより適切に制御できる。 In the present invention, the calculation section further uses the rotation range of the base unit as a calculation element used when calculating the time constant. Therefore, the rotation of the base unit can be controlled more appropriately.
本発明に係る速度制御方法は、ワークの保持台を含む、一方向に並設した複数の部品を有する台ユニットが前記一方向と交差する回転軸の回りに回転する速度を制御する速度制御方法において、基準イナーシャ、基準偏荷重、基準時定数を記憶し、前記台ユニットに関するフィードバック情報から、前記台ユニットの回転角度に応じて偏荷重及びイナーシャを取得し、取得した偏荷重及びイナーシャと、既記憶の内容を含む演算要素に基づいて、前記速度の制御に用いる時定数を演算する。 A speed control method according to the present invention is a speed control method for controlling the speed at which a table unit having a plurality of parts arranged side by side in one direction, including a work holding table, rotates around a rotation axis that intersects with the one direction. stores the reference inertia, the reference unbalanced load, and the reference time constant, acquires the unbalanced load and the inertia according to the rotation angle of the base unit from the feedback information on the base unit, A time constant used for controlling the speed is calculated based on a calculation element including the stored contents.
本発明にあっては、台ユニットの回転角度に応じて、台ユニットに関するフィードバック情報から偏荷重及びイナーシャを取得し、取得した偏荷重及びイナーシャと、既に記憶している基準イナーシャ、基準偏荷重、基準時定数等を用いて速度加減部の時定数を演算する。よって、台ユニットをより適切に制御できる。 According to the present invention, the unbalanced load and inertia are obtained from the feedback information about the base unit according to the rotation angle of the base unit, and the obtained unbalanced load and inertia are combined with the already stored reference inertia, reference unbalanced load, The time constant of the speed adjuster is calculated using the reference time constant or the like. Therefore, the base unit can be controlled more appropriately.
本発明によれば、ワークを保持する保持台を含む複数の部品を有する台ユニットが前記複数の部品の並設方向と交差する方向に延びる回転軸周りを回転する際、より適切な制御ができる。 According to the present invention, it is possible to perform more appropriate control when a table unit having a plurality of parts including a holding table for holding a work rotates around a rotation axis extending in a direction intersecting the direction in which the plurality of parts are arranged side by side. .
(実施形態1)
以下、本発明の実施の形態に係る制御装置及び速度制御方法を工作機械に適用した場合を例として、図面に基づいて詳述する。
図1は実施形態1に係る工作機械100を略示する斜視図、図2は工作機械100の一部を省略した部分的斜視図である。以下の説明では図において矢印で示す上下、左右、前後を使用する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a case where a control device and a speed control method according to an embodiment of the present invention are applied to a machine tool will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a
工作機械100はベース10、X方向移動装置21、Y方向移動装置20、Z方向移動装置23、立柱22、主軸ヘッド25、台ユニット30等を備える。工作機械100は台ユニット30でワークを保持し、上下方向に延びる主軸28の下端に装着した工具26でワークを加工する。工具26は主軸28の下端部に着脱可能に装着し、工具交換装置(図示略)により交換可能としてある。
The
主軸28を含む主軸ヘッド25はX方向、Y方向、Z方向に移動可能である。以下、X軸、Y軸、Z軸は主軸ヘッド25の移動方向を示す。工作機械100では、X軸、Y軸、Z軸の各軸に平行な軸回りにワークが回転できる。以下、ワークの回転軸はX軸、Y軸、Z軸に対応して夫々A軸(回転軸)、B軸、C軸と称する。但し、工作機械100のC軸の軸方向はA軸の回転に従って変化する。
A
ベース10は、架台11、主軸基台13、一対のワーク基台14等を備える。架台11は前後方向に長い略直方体の形状をなす。主軸基台13は前後方向に長い略直方体状を呈し、架台11上の後方部に配置する。主軸基台13はX方向移動装置21とY方向移動装置20を支持する。X方向移動装置21は立柱22をX方向に駆動する。Y方向移動装置20は立柱22をY方向に駆動する。
The
一対のワーク基台14は架台11上の前方部の左右に夫々配置する。各ワーク基台14は略扁平な直方体形状をなしており、厚み方向が左右方向になるようにして、対向配置する。各ワーク基台14は下方の長辺部の中央部に切り欠きを有する。一対のワーク基台14の間には台ユニット30が配置する。一対のワーク基台14はA軸回りに回転可能に台ユニット30を支持する。
A pair of
図3は工作機械100の台ユニット30を拡大して示す拡大図である。
台ユニット30は、ワークを保持する保持台33、台部32、保持台33を回転駆動する回転駆動部31(他部品)等を含む。保持台33、台部32、回転駆動部31は、同一の軸心上にて並設してある。保持台33、台部32、回転駆動部31の並設方向(以下、台ユニット30の並設方向)において、一端に保持台33が、他端に回転駆動部31が配置し、保持台33、回転駆動部31の間には、台部32が介在する。台部32は矩形の板形状をなしており、中央部に貫通孔を有している。保持台33は円筒形状であり、台部32の貫通孔に内嵌し、保持台33の上端部が台部32の上面から突出する。
FIG. 3 is an enlarged view showing the
The
回転駆動部31は、台ユニット30の並設方向を軸として保持台33を回転駆動する。図3では、台ユニット30の並設方向が上下方向、即ちC軸方向である。回転駆動部31の重量は台部32、保持台33をはるかに上回り、回転駆動部31は台ユニット30の大部分を占める。
The
各ワーク基台14は略中央部に厚み方向に貫通する貫通孔142を有し、台ユニット30を回転可能に支持する為の支軸141を有する。支軸141は、円柱形状であり、摺動可能に貫通孔142に内嵌する。連結部34が支軸141の一端を台ユニット30と連結する。連結部34は、台部32に向かって、前後方向の寸法が拡張し、上下方向の寸法が縮小し、上面に平面視台形の切り欠きを有する。
Each
上述の如く、支軸141が摺動可能に貫通孔142に内嵌しているので、台ユニット30は支軸141の軸心を通るA軸回りを回転する。A軸は台ユニット30の上端付近、即ち、保持台33の上面よりも少し上方を通っており、台ユニット30の並設方向にて一端側に偏っている。故に、台ユニット30がA軸回りに回転する場合、偏荷重が生じる。
As described above, since the
図4は台ユニット30の回転を説明する例示図である。図4AはA軸角度が0°である場合を示し、図4Bは前記角度が90°である場合を示す。A軸角度が0°の場合、保持台33の回転軸が鉛直方向であり、且つ保持台33が上方に位置する。上述の如く、A軸が台ユニット30の一端側に偏っているので、図4Aの位置(角度が0°)では偏荷重が最小であり、図4Bの位置(角度が90°)では偏荷重が最大である。
4A and 4B are illustrative diagrams for explaining the rotation of the
立柱22は前面にZ方向移動装置23を有する。Z方向移動装置23は主軸ヘッド25を上下方向に駆動する。主軸ヘッド25は主軸28を回転可能に収納する。主軸28は、主軸ヘッド25の上端に設けた主軸モータ27に接続する。主軸28は主軸モータ27の駆動で軸心回りに回転し、主軸28下端に装着した工具26が回転する。工具26は台ユニット30に保持したワークに対して切削加工を行う。
The
工作機械100は、切削加工の実行を制御する数値制御装置1を有する。図5は工作機械100の数値制御装置1の要部構成を示すブロック図である。
数値制御装置1は制御部2、ROM3、RAM4、記憶部5、I/O(入出力部)6、各軸に対応する駆動回路71~76を備える。制御部2、ROM3、RAM4、記憶部5はI/O6を介して駆動回路71~76と接続する。また、I/O6は、駆動回路71~76、後述するエンコーダ91~96と、制御部2、ROM3、RAM4、記憶部5、操作部7、表示部8の間で各種信号の入出力を行う。記憶部5は書き換え可能な記憶媒体であり、例えばEPROM、EEPRPM、フラッシュメモリ等である。
The
The
制御部2はCPU等を含み、工作機械100の動作を制御する。ROM3は切削加工に関する各種処理を実行する為の制御プログラム等を記憶する。RAM4は各種処理実行中に発生する各種データを記憶する。記憶部5はNCプログラム、後述する基準イナーシャ、基準偏荷重、基準時定数等を記憶する。
The
工作機械100は、X方向移動装置21、Y方向移動装置20、Z方向移動装置23を夫々駆動するX軸モータ81、Y軸モータ82、Z軸モータ83と、保持台33をC軸回りに回転駆動するC軸モータ84、台ユニット30をA軸回りに回転駆動するA軸モータ85、主軸28を回転駆動する主軸モータ86を備える。また、工作機械100は、X軸モータ81、Y軸モータ82、Z軸モータ83、C軸モータ84、A軸モータ85、主軸モータ86(以下、モータ81~86ともいう)に夫々対応するエンコーダ91~96を備える。モータ81~86は何れもサーボモータである。
The
駆動回路71~76は夫々モータ81~86に対応し、制御部2が出力する指令に基づき、モータ81~86にパルス信号を出力する。エンコーダ91~96は、対応するモータ81~86の回転位置を検出し、該検出信号を駆動回路71~76及びI/O6にフィードバックする。エンコーダ91~96は一般的な絶対値エンコーダであり、回転位置の絶対位置を検出して出力する位置センサである。
Drive
操作部7はユーザの操作によって指示の入力を受け付け、表示部8はユーザに通知する情報を表示する。
The
上述の如く、A軸は台ユニット30の並設方向にて一端側に偏っており、台ユニット30がA軸回りに回転する場合、偏荷重が生じ、該偏荷重は台ユニット30(並設方向)が鉛直方向となす角度によって変動する。更に、台ユニット30が保持するワークの重量によってイナーシャも変動する。A軸モータ85の制御の際、このような台ユニット30の偏荷重の変動、ワークのイナーシャの変動を考慮しないと、A軸モータ85のトルクが不足したり、又は、トルクが過剰過ぎて許容範囲を超える虞がある。工作機械100はこの問題に対応できる。
As described above, the A-axis is biased toward one end in the side-by-side arrangement direction of the
図6は工作機械100の制御部2の構成を説明するブロック図である。便宜上、図6は制御部2と駆動回路75の関係のみを示す。以下、制御部2によるA軸モータ85の制御について説明する。
FIG. 6 is a block diagram for explaining the configuration of the
制御部2は、速度加減部201、時定数演算部205、イナーシャ・偏荷重取得部206を有する。
速度加減部201は、既定のA軸モータ85の速度の時系列変化(波形)を受け、速度の波形を調整して駆動回路75に出力する。速度加減部201は、台ユニット30が保持するワークの重さ、台ユニット30の偏荷重の変動に応じて速度の波形を調整する。
The
The
速度加減部201は、速度の波形を調整して滑らかにする第一フィルタ202、第二フィルタ203、第三フィルタ204を有する。第一~第三フィルタ202~204は、移動平均フィルタである。第一フィルタ202は速度加減時の最大加速度を制限するためのフィルタ、第二フィルタ203、第三フィルタ204は軸の共振を抑制する為のローパスフィルタである。第一フィルタ202の時定数(以下、t1)は台ユニット30が保持するワークの重量に応じて可変し、第二フィルタ203の時定数(以下、t2)、第三フィルタ204の時定数(以下、t3)は固定値である。
The
イナーシャ・偏荷重取得部206は、エンコーダ95からのフィードバック情報に基づき、稼働時の台ユニット30の偏荷重、ワークのイナーシャを取得する。イナーシャ・偏荷重取得部206が偏荷重、イナーシャを取得する方法について説明する。
The inertia/unbalanced
偏荷重(Tw)を「Fθsin(θ)」(式一)と定義する。Fθは偏荷重係数であり、θは台ユニット30の並設方向と鉛直方向がなす角度である。図4A(θが0°)ではTwが最小であり、図4B(θが90°)ではTwが最大である。
An unbalanced load (Tw) is defined as "F θ sin(θ)" (Formula 1). F θ is an unbalanced load coefficient, and θ is an angle formed by the direction in which the
イナーシャ(J)は「Jθ″=u‐f」(式二)と定義する。θ″は角度θの二回時間微分を示し、uは駆動回路75がA軸モータ85に出力するトルクであり、駆動回路75より取得した測定値である。fは以下の式を満たす。
f=Fθsin(θ)+Fcsign(θ′)+Dθ′ (式三)
式三において、θ′は角度θの一回時間微分を示し、Fcは台ユニット30に関するクーロン摩擦であり、Dは台ユニット30に関する粘性摩擦係数である。
Inertia (J) is defined as "Jθ″=uf" (Formula 2). θ″ indicates the two-time time differentiation of the angle θ, u is the torque output by the
f=F θ sin(θ)+F c sign(θ′)+Dθ′ (Formula 3)
In
イナーシャ・偏荷重取得部206は、エンコーダ95からのフィードバック情報が含むA軸モータ85の回転位置(角度θ)を用いて式一~式三から偏荷重(Tw)、イナーシャ(J)を取得する。以下、イナーシャ・偏荷重取得部206が取得したイナーシャ(J)、偏荷重(Tw)を夫々取得イナーシャJ、取得偏荷重Twと称する。
The inertia/unbalanced
時定数演算部205は、取得偏荷重Tw、取得イナーシャJと、基準イナーシャJb、基準偏荷重Twb、基準時定数tbとに基づき、時定数t1を演算する。基準イナーシャJb、基準偏荷重Twb、基準時定数tbはディフォルトとして記憶部5が記憶する値である。以下、時定数演算部205が時定数t1を演算する方法について説明する。
The time
回転運動においてトルクは、角加速度とイナーシャの積であるので、Twが最大である場合、即ちθが90°である場合(図4B参照)、以下の関係が成立すると推定できる。
amaxb=(Tm-|Twb|)/J b (式四)
amaxbは角加速度、TmはA軸モータ85の最大トルクである。
In rotational motion, torque is the product of angular acceleration and inertia, so when Tw is maximum, that is, when θ is 90° (see FIG. 4B), it can be estimated that the following relationship holds.
a maxb = (Tm-|Tw b |)/J b (Formula 4)
a maxb is the angular acceleration, and Tm is the maximum torque of the
この場合、amaxbと反比例する基準時定数tbは以下のように表現できる。
tb=Vmax /amaxb (式五)
Vmaxは最大角速度である。
In this case, the reference time constant t b that is inversely proportional to a maxb can be expressed as follows.
t b = V max /a maxb (Formula 5)
V max is the maximum angular velocity.
式四と式五から、演算時における角加速度(a’max)と求めるべき時定数t1は以下の式で表現できる。
a’max=(Tm-|Tw|)/ J (式六)
t1=Vmax /a’max (式七)
Tw、Jは上述の如く、取得偏荷重Tw、取得イナーシャJである。
From
a' max = (Tm-|Tw|)/ J (Formula 6)
t1= Vmax / a'max (Formula 7)
Tw and J are the obtained unbalanced load Tw and the obtained inertia J as described above.
式七のa’maxに式六を代入すると、
t1=(JVmax)/( Tm-|Tw|) (式八)である。
式四をTmに対して書き換えると、Tm=Jbamaxb+|Twb|となり、これを式八のTmに代入すると、
t1=(JVmax)/(Jbamaxb+|Twb|-|Tw|) (式九)である。
式五をamaxbに対して書き換えると、amaxb=Vmax/tbとなり、これを式九のamaxbに代入すると、以下の式になる。
t1=Jtb/{Jb+tb(|Twb|-|Tw|)/Vmax} (式十)
Substituting
t1=(JV max )/(Tm−|Tw|) (equation 8).
Rewriting
t1=(JV max )/(J b a max b +|Tw b |−|Tw|) (Formula 9).
Rewriting Equation 5 with respect to a maxb yields a maxb =V max /t b , and substituting this for a maxb in Equation 9 yields the following equation.
t1=Jt b / {J b + t b (|Tw b |−|Tw|)/V max } (Formula 10)
時定数演算部205は式十を用いて、時定数t1を演算し、記憶部5が記憶する基準時定数tbを演算結果の時定数t1に更新する。以降、速度加減部201は、更新した時定数t1を用いて、駆動回路75に出力するA軸モータ85の速度の波形を調整して滑らかにする。
The time
図7は、制御部2による時定数t1の更新処理を説明する流れ図である。
A軸モータ85が駆動する際、制御部2はイナーシャ・偏荷重取得部206を監視することによって、イナーシャ・偏荷重取得部206が取得イナーシャJ、取得偏荷重Twを取得したか否かを判定する(ステップS101)。
FIG. 7 is a flowchart for explaining update processing of the time constant t1 by the
When the
以上では、イナーシャ・偏荷重取得部206が式一~三を用いて取得イナーシャJ、取得偏荷重Twを演算する例を挙げているが、これに限定されるものではない。ユーザが操作部7を操作することによって取得イナーシャJ、取得偏荷重Twを入力し、イナーシャ・偏荷重取得部206が操作部7を介して取得イナーシャJ、取得偏荷重Twを取得するようにしても良い。
In the above example, the inertia/unbalanced
制御部2はイナーシャ・偏荷重取得部206が取得イナーシャJ、取得偏荷重Twを取得していないと判定した場合(ステップS101:NO)、該判定を繰り返す。制御部2が、イナーシャ・偏荷重取得部206が取得イナーシャJ、取得偏荷重Twを取得したと判定した場合(ステップS101:YES)、時定数演算部205は式十を用いて時定数t1を演算する(ステップS102)。
If the
時定数演算部205による時定数t1の演算が完了すると、制御部2は、演算が完了した際、A軸モータ85が動作中であるか否かを判定する(ステップS103)。制御部2はA軸モータ85が動作中であると判定した場合(ステップS103:YES)、該判定を繰り返す。制御部2はA軸モータ85が動作中でないと判定した場合(ステップS103:NO)、記憶部5が記憶する基準時定数tbを演算結果の時定数t1に更新する(ステップS104)。
When the calculation of the time constant t1 by the time
以上の如く、実施形態1の工作機械100は、台ユニット30の偏荷重の変動、ワークのイナーシャの変動を反映してA軸モータ85の制御を行うので、A軸モータ85のトルクが不足したり、又は、過剰過ぎて許容範囲を超えることを事前に防止できる。
As described above, the
工作機械100は、上述の如く、第二フィルタ203の時定数t2、第三フィルタ204の時定数t3が固定値であるので、使用条件によらず一定のフィルタ効果を得ることができる。
Since the time constant t2 of the
工作機械100は、上述の如く、θが90°である場合を基準条件とし、この時のイナーシャ、偏荷重を用いて時定数t1を演算する。よって、基準条件のみ試験を行い基準変数を決定すれば全条件での最適時定数を求めることができる。
As described above, the
(実施形態2)
図8は実施形態2の工作機械100の制御部2の構成を説明するブロック図である。便宜上、図8は制御部2と駆動回路75の関係のみを示す。以下、制御部2によるA軸モータ85の制御について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the
実施形態1と同様、制御部2は、速度加減部201、時定数演算部205、イナーシャ・偏荷重取得部206を有する。速度加減部201は、速度の波形を調整して滑らかにする第一フィルタ202、第二フィルタ203、第三フィルタ204を有する。速度加減部201、イナーシャ・偏荷重取得部206は実施形態1と同様であり、説明を省略する。
As in the first embodiment, the
実施形態2では、制御部2は、位置決め指令生成部207を更に有する。位置決め指令生成部207は、記憶部5が記憶するNCプログラムに基づき、所謂早送り時の台ユニット30の位置を定める指令を生成する。早送りとは、加工開始前と終了後に工具を移動すること、即ち工具がワークに接触していないときに工具を移動することを言う。
In
例えば、位置決め指令生成部207は、駆動回路75に出力すべき速度の波形を生成し、A軸モータ85の回転始点角度と回転終点角度を生成する。位置決め指令生成部207は、速度の波形を速度加減部201に出力し、回転始点角度と回転終点角度を時定数演算部205に出力する。
For example, the
実施形態2では、時定数演算部205が、取得偏荷重Tw、取得イナーシャJ、基準イナーシャJb、基準偏荷重Twb、基準時定数tbに加え、位置決め指令生成部207からの回転始点角度と回転終点角度に基づき、時定数t1を演算する。
In the second embodiment, the time
実施形態2では、時定数演算部205は下記の式十一を用いて、時定数t1を演算する。
t1=Jtb/{Jb+tb(|Twb|‐k|Tw|)/Vmax} (式十一)
式十一においてkは以下の式によって定義する。
k=max{|sinθ|,θmin<θ<θmax}
θmin:回転始点角度、θmax:回転始点角度
In the second embodiment, the time
t1= Jtb /{ Jb + tb (| Twb |-k|Tw|)/ Vmax } (Equation 11)
In Equation 11, k is defined by the following equation.
k=max{|sinθ|,θmin<θ<θmax}
θmin: Rotation start angle, θmax: Rotation start angle
即ち、実施形態2の時定数演算部205は、時定数t1の演算に位置決め指令生成部207からの回転始点角度と回転終点角度を反映する。これによって、偏荷重が大きくかからない場合には、A軸のトルクに余裕ができるため加速度を大きくできる等、台ユニット30のA軸回りの回転をより適切に制御できる。
That is, the time
時定数演算部205は式十一を用いて、時定数t1を演算し、速度加減部201は、演算後の時定数t1を用いて、駆動回路75に出力するA軸モータ85の速度の波形を調整して滑らかにする。
The time
図9は、制御部2による時定数t1の演算処理を説明する流れ図である。
制御部2は、記憶部5が記憶するNCプログラムを1行読み込み(ステップS201)、読み込んだプログラムの指令が早送り指令であるか否かを判定する(ステップS202)。制御部2は、読み込んだプログラムの指令が早送り指令でないと判定した場合(ステップS202:NO)、プログラムの指令に対応する処理を実行する(ステップS207)。以降、処理はステップS206に進む。
FIG. 9 is a flow chart for explaining calculation processing of the time constant t1 by the
The
制御部2が、読み込んだプログラムの指令が早送り指令であると判定した場合(ステップS202:YES)、前記プログラムの指令に応じて位置決め指令生成部207はA軸モータ85の回転始点角度と回転終点角度を生成し、時定数演算部205が位置決め指令生成部207から回転始点角度と回転終点角度を取得する(ステップS203)。
When the
時定数演算部205は式十一を用いて時定数t1を演算する(ステップS204)。速度加減部201は、時定数演算部205が演算した時定数t1を用いて、駆動回路75に出力するA軸モータ85の速度の波形を調整して速度を加減する(ステップS205)。
The time
ステップS205又はステップS207の処理が完了した後、制御部2は、全プログラムの指令の実行が終了したか否かを判定する(ステップS206)。制御部2は、全プログラムの指令の実行が終了していないと判定した場合(ステップS206:NO)、処理をステップS201に戻し、記憶部5が記憶するNCプログラムから次の1行読み込む。制御部2は、全プログラムの指令の実行が終了したと判定した場合(ステップS206:YES)、処理を終了する。
After the processing of step S205 or step S207 is completed, the
実施の形態1と同様の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 The same reference numerals are assigned to the same parts as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
以上においては、台ユニット30がA軸の周りを回転する場合を例に説明したが、これに限定しない。台ユニット30が、A軸及びC軸と直交するB軸の周りを回転する場合も適用可能である。
In the above description, the case where the
1 数値制御装置
5 記憶部
30 台ユニット
31 回転駆動部
33 保持台
100 工作機械
201 速度加減部
202 第一フィルタ
203 第二フィルタ
204 第三フィルタ
205 時定数演算部
206 イナーシャ・偏荷重取得部
2 制御部
1 Numerical Control Device 5
Claims (7)
基準イナーシャ、基準偏荷重、基準時定数を記憶している記憶部と、
前記台ユニットに関するフィードバック情報から、前記台ユニットの回転角度に応じて取得した取得偏荷重及び取得イナーシャと、前記基準イナーシャ、前記基準偏荷重、前記基準時定数を含む演算要素に基づいて前記速度加減部の時定数を演算する演算部と
を備える制御装置。 A control device comprising a speed adjuster that adjusts the speed of rotation of a table unit having a plurality of parts arranged side by side in one direction, including a workpiece holding table, around a rotation axis that intersects with the one direction,
a storage unit that stores a reference inertia, a reference unbalanced load, and a reference time constant;
The speed acceleration/deceleration is based on computational elements including the obtained unbalanced load and the obtained inertia obtained according to the rotation angle of the base unit, and the reference inertia, the reference unbalanced load, and the reference time constant from the feedback information regarding the base unit. and a controller for calculating the time constant of the part.
前記回転軸は、前記台ユニットの前記一端寄りに偏在する請求項1に記載の制御装置。 The base unit includes another part, the holding base being arranged at one end and being heavier than the holding base,
2. The control device according to claim 1, wherein said rotating shaft is unevenly distributed near said one end of said base unit.
基準イナーシャ、基準偏荷重、基準時定数を記憶し、
前記台ユニットに関するフィードバック情報から、前記台ユニットの回転角度に応じて偏荷重及びイナーシャを取得し、
取得した偏荷重及びイナーシャと、既記憶の内容を含む演算要素に基づいて、前記速度の制御に用いる時定数を演算する
速度制御方法。
In a speed control method for controlling the speed at which a table unit having a plurality of parts arranged side by side in one direction, including a work holding table, rotates around a rotation axis intersecting the one direction,
Memorize the standard inertia, standard unbalanced load, and standard time constant,
obtaining an unbalanced load and inertia according to the rotation angle of the base unit from feedback information about the base unit;
A speed control method of calculating a time constant used for controlling the speed based on the obtained unbalanced load and inertia and calculation elements including the contents of the memory.
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