JP3218469B2 - 工作機械の駆動軸制御方法および装置 - Google Patents
工作機械の駆動軸制御方法および装置Info
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- JP3218469B2 JP3218469B2 JP20980590A JP20980590A JP3218469B2 JP 3218469 B2 JP3218469 B2 JP 3218469B2 JP 20980590 A JP20980590 A JP 20980590A JP 20980590 A JP20980590 A JP 20980590A JP 3218469 B2 JP3218469 B2 JP 3218469B2
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- drive shaft
- cutting
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Description
【０００１】
本発明は、工作機械の駆動軸の速度制御方法および装
置に関し、とくにＣ軸制御などの高精度、高剛性を要す
る駆動軸速度制御方法および装置に関するものである。
置に関し、とくにＣ軸制御などの高精度、高剛性を要す
る駆動軸速度制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
従来、工作機械の主軸や送り軸などの数値制御（以下
NCという）装置によって高精度、かつ高剛性を要求され
るＣ軸制御などの速度制御をする場合、例えば図３に示
すように、NC装置１はNCプログラムによってワークを回
転する主軸制御装置２、刃物送り台を駆動する送り軸制
御装置３、工具軸制御装置４などに速度位置指令を送
り、工作機械５の主軸モータ51、刃物台の送り軸モータ
52、回転工具を駆動する工具軸モータ53など各々のモー
タの位置管理を行っている（例えば特開平１−234132号
公報）。 ここで、主軸、送り軸、工具軸などの制御装置のうち
代表的な例として主軸制御装置２が比例制御（以下Ｐ制
御という）する場合について説明すると、図４に示すよ
うに、主軸速度指令NrefをNC装置１から受取り、主軸速
度指令Nrefと主軸回転速度NFBとの偏差を速度比例ゲイ
ンKV倍して指定トルクTrefとし、これを主軸モータ51に
与えて主軸速度指令Nref通りに回転させるようにしてあ
る。 このとき、主軸回転速度NFBは次の（１）式で表わさ
れる。 NFB＝（KV/JS）（Nref−NFB） ……（１） ここでＪは主軸と主軸に固定されたワークとを合せたイ
ナーシャである。
NCという）装置によって高精度、かつ高剛性を要求され
るＣ軸制御などの速度制御をする場合、例えば図３に示
すように、NC装置１はNCプログラムによってワークを回
転する主軸制御装置２、刃物送り台を駆動する送り軸制
御装置３、工具軸制御装置４などに速度位置指令を送
り、工作機械５の主軸モータ51、刃物台の送り軸モータ
52、回転工具を駆動する工具軸モータ53など各々のモー
タの位置管理を行っている（例えば特開平１−234132号
公報）。 ここで、主軸、送り軸、工具軸などの制御装置のうち
代表的な例として主軸制御装置２が比例制御（以下Ｐ制
御という）する場合について説明すると、図４に示すよ
うに、主軸速度指令NrefをNC装置１から受取り、主軸速
度指令Nrefと主軸回転速度NFBとの偏差を速度比例ゲイ
ンKV倍して指定トルクTrefとし、これを主軸モータ51に
与えて主軸速度指令Nref通りに回転させるようにしてあ
る。 このとき、主軸回転速度NFBは次の（１）式で表わさ
れる。 NFB＝（KV/JS）（Nref−NFB） ……（１） ここでＪは主軸と主軸に固定されたワークとを合せたイ
ナーシャである。
【０００３】
ところが、切削による外乱トルクTdが入った場合、外
乱トルクTdに対応して主軸回転速度が変動し、加工面が
不安定になることがあった。変動した主軸回転速度
NFB′は次の（２）式で表わされる。 NFB′＝（Td/JS）＋（KV/JS）（Nref−NFB′） ……（２） また、外乱トルクTdによる主軸の速度変動量ΔNFBは次
の（３）式で表わされる。 ΔNFB＝NFB′−NFB＝Td［1/（JS＋KV）］ ……（３） したがって、外乱トルクTd、イナーシャJSが一定である
とき、速度変動量ΔNFBを小さく抑えようとすると速度
比例ゲインKVを大きくしなければならない。しかし、速
度比例ゲインKVを常に大きくしたままにしておくと、主
軸の停止時など速度ループの遅れや機械剛性との干渉に
よる発振のため、大きなビビリが生じるという問題点が
あった。 本発明は、速度比例ゲインを大きくすることなく、切
削による負荷トルクを検出してその値を制御系にフィー
ドバックすることにより安定した駆動軸制御を行うこと
を目的とするものである。
乱トルクTdに対応して主軸回転速度が変動し、加工面が
不安定になることがあった。変動した主軸回転速度
NFB′は次の（２）式で表わされる。 NFB′＝（Td/JS）＋（KV/JS）（Nref−NFB′） ……（２） また、外乱トルクTdによる主軸の速度変動量ΔNFBは次
の（３）式で表わされる。 ΔNFB＝NFB′−NFB＝Td［1/（JS＋KV）］ ……（３） したがって、外乱トルクTd、イナーシャJSが一定である
とき、速度変動量ΔNFBを小さく抑えようとすると速度
比例ゲインKVを大きくしなければならない。しかし、速
度比例ゲインKVを常に大きくしたままにしておくと、主
軸の停止時など速度ループの遅れや機械剛性との干渉に
よる発振のため、大きなビビリが生じるという問題点が
あった。 本発明は、速度比例ゲインを大きくすることなく、切
削による負荷トルクを検出してその値を制御系にフィー
ドバックすることにより安定した駆動軸制御を行うこと
を目的とするものである。
【０００４】
本発明は、数値制御装置から指令される駆動軸速度指
令と軸駆動モータの駆動軸回転速度との偏差を速度比例
ゲイン倍して指令トルクとする工作機械の駆動制御方法
において、前記工作機械の駆動軸に加わる切削トルクを
切削力検出器の出力から検出し、前記検出した切削トル
クを前記指令トルクに加わる負荷による外乱トルクに対
して逆方向に入力することを特徴とする工作機械の駆動
軸制御方法であり、さらに数値制御装置から指令される
駆動軸速度指令と軸駆動モータの駆動軸回転速度との偏
差を速度比例ゲイン倍して指令トルクとする工作機械の
駆動軸制御装置において、バイトの切削力を検出する切
削力検出器と、この切削力検出器の出力から検出切削ト
ルクを演算する演算手段と、前記指令トルクに加わる外
乱トルクと前記演算された検出切削トルクとの差をとる
手段とを備えたことを特徴とする工作機械の駆動軸制御
装置である。
令と軸駆動モータの駆動軸回転速度との偏差を速度比例
ゲイン倍して指令トルクとする工作機械の駆動制御方法
において、前記工作機械の駆動軸に加わる切削トルクを
切削力検出器の出力から検出し、前記検出した切削トル
クを前記指令トルクに加わる負荷による外乱トルクに対
して逆方向に入力することを特徴とする工作機械の駆動
軸制御方法であり、さらに数値制御装置から指令される
駆動軸速度指令と軸駆動モータの駆動軸回転速度との偏
差を速度比例ゲイン倍して指令トルクとする工作機械の
駆動軸制御装置において、バイトの切削力を検出する切
削力検出器と、この切削力検出器の出力から検出切削ト
ルクを演算する演算手段と、前記指令トルクに加わる外
乱トルクと前記演算された検出切削トルクとの差をとる
手段とを備えたことを特徴とする工作機械の駆動軸制御
装置である。
【０００５】
本発明を図に示す実施例について説明する。なお、構
成は先に説明した従来例を示す図と同じ構成部分につい
ては同一符号を付してある。 図１は本発明の実施例の構成を示す斜視図で、工作機
械５には主軸モータ51によって回転される主軸６に固定
され、主軸６にはワークＷを掴むチャック61が設けられ
ている。ベッド上のスライド面には刃物台７を送り軸モ
ータによって移動させる送り装置８が設けられている。
バイト71を固定した刃物台７には主軸６の軸方向をＸ方
向とし、Ｘ方向に垂直でかつ水平な方向をＹ方向とした
ときのＸ方向およびＹ方向の切削力を検出する圧電素子
あるいは歪みゲージ等の力検出器を備えた切削力検出器
９を設け、バイト71に作用するＸ、Ｙそれぞれの方向の
切削力の分力を検出するようにしてある。 ここで、とくにＹ方向の切削力YFについて説明する
（Ｘ方向についても同様である）。 一般に、切削力YFによる主軸制御装置２に外乱として
加わる切削トルクＴは次の（４）式で表わされる。 Ｔ＝α・YF・Ｒ ……（４） ここで、Ｒは主軸の回転中心からワークＷの加工部分ま
での距離である。この距離ＲはNC装置１からの各軸
（Ｘ、Ｙ軸）の送り量の指令値から容易に求められる。
また、αは工作機械の種類、工具の種類などにより変更
できるパラメータの一つとしての定数である。 主軸制御装置２の制御動作を説明すると、切削力YFを
切削力検出器９により求め、（４）式の演算により検出
切削トルクTd′を求める。そして、図２に示すように、
NC装置１からの主軸速度指令Nrefと主軸モータ51の主軸
回転速度NFBとの偏差を速度比例ゲインKV倍して指令ト
ルクTrefとし、指令トルクTrefに外乱トルクとして加わ
るTdに対して、（４）式で求めた検出切削トルクTd′を
逆方向に入力する。この結果を主軸モータ51に与えて主
軸速度指令Nref通りに回転させる。 以上のように、外乱トルクTdに対して検出切削トルク
Td′を逆方向に入力することにより外乱トルクと検出切
削トルクは打ち消しあい、外乱トルクによる影響を低く
抑えることができる。 なお、ここでは主軸制御装置のＰ制御の例を用いて説
明したが、送り軸制御装置、工具軸制御装置等について
も、また、それぞれPI制御、Ｉ−Ｐ制御などにおいても
本発明を適用することができる。
成は先に説明した従来例を示す図と同じ構成部分につい
ては同一符号を付してある。 図１は本発明の実施例の構成を示す斜視図で、工作機
械５には主軸モータ51によって回転される主軸６に固定
され、主軸６にはワークＷを掴むチャック61が設けられ
ている。ベッド上のスライド面には刃物台７を送り軸モ
ータによって移動させる送り装置８が設けられている。
バイト71を固定した刃物台７には主軸６の軸方向をＸ方
向とし、Ｘ方向に垂直でかつ水平な方向をＹ方向とした
ときのＸ方向およびＹ方向の切削力を検出する圧電素子
あるいは歪みゲージ等の力検出器を備えた切削力検出器
９を設け、バイト71に作用するＸ、Ｙそれぞれの方向の
切削力の分力を検出するようにしてある。 ここで、とくにＹ方向の切削力YFについて説明する
（Ｘ方向についても同様である）。 一般に、切削力YFによる主軸制御装置２に外乱として
加わる切削トルクＴは次の（４）式で表わされる。 Ｔ＝α・YF・Ｒ ……（４） ここで、Ｒは主軸の回転中心からワークＷの加工部分ま
での距離である。この距離ＲはNC装置１からの各軸
（Ｘ、Ｙ軸）の送り量の指令値から容易に求められる。
また、αは工作機械の種類、工具の種類などにより変更
できるパラメータの一つとしての定数である。 主軸制御装置２の制御動作を説明すると、切削力YFを
切削力検出器９により求め、（４）式の演算により検出
切削トルクTd′を求める。そして、図２に示すように、
NC装置１からの主軸速度指令Nrefと主軸モータ51の主軸
回転速度NFBとの偏差を速度比例ゲインKV倍して指令ト
ルクTrefとし、指令トルクTrefに外乱トルクとして加わ
るTdに対して、（４）式で求めた検出切削トルクTd′を
逆方向に入力する。この結果を主軸モータ51に与えて主
軸速度指令Nref通りに回転させる。 以上のように、外乱トルクTdに対して検出切削トルク
Td′を逆方向に入力することにより外乱トルクと検出切
削トルクは打ち消しあい、外乱トルクによる影響を低く
抑えることができる。 なお、ここでは主軸制御装置のＰ制御の例を用いて説
明したが、送り軸制御装置、工具軸制御装置等について
も、また、それぞれPI制御、Ｉ−Ｐ制御などにおいても
本発明を適用することができる。
【０００６】
以上述べたように、本発明によれば、バイトの切削力
検出器からの出力を外乱トルクと逆方向に入力すること
により、外乱トルクによる影響を低く抑えることができ
るので、高精度の制御を必要とするＣ軸制御などにおい
て安定した主軸制御を行うことができる効果がある。
検出器からの出力を外乱トルクと逆方向に入力すること
により、外乱トルクによる影響を低く抑えることができ
るので、高精度の制御を必要とするＣ軸制御などにおい
て安定した主軸制御を行うことができる効果がある。
【図１】 本発明の実施例を示す斜視図
【図２】 制御ブロック図
【図３】 従来例を示す構成図
【図４】 従来例を示す制御ブロック図
１……NC装置 ２……主軸制御装置 ３……送り軸制御装置 ４……工具軸制御装置 ５……工作機械 51……主軸モータ 52……送り軸モータ 53……工具軸モータ ６……主軸 61……チャック ７……刃物台 71……バイト ８……送り装置 ９……切削力検出器
Claims (2)
- 【請求項１】数値制御装置から指令される駆動軸速度指
令と軸駆動モータの駆動軸回転速度との偏差を速度比例
ゲイン倍して指令トルクとする工作機械の駆動制御方法
において、前記工作機械の駆動軸に加わる切削トルクを
切削力検出器の出力から検出し、前記検出した切削トル
クを前記指令トルクに加わる負荷による外乱トルクに対
して逆方向に入力することを特徴とする工作機械の駆動
軸制御方法。 - 【請求項２】数値制御装置から指令される駆動軸速度指
令と軸駆動モータの駆動軸回転速度との偏差を速度比例
ゲイン倍して指令トルクとする工作機械の駆動軸制御装
置において、バイトの切削力を検出する切削力検出器
と、この切削力検出器の出力から検出切削トルクを演算
する演算手段と、前記指令トルクに加わる外乱トルクと
前記演算された検出切削トルクとの差をとる手段とを備
えたことを特徴とする工作機械の駆動軸制御装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20980590A JP3218469B2 (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 工作機械の駆動軸制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20980590A JP3218469B2 (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 工作機械の駆動軸制御方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04101749A JPH04101749A (ja) | 1992-04-03 |
| JP3218469B2 true JP3218469B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=16578895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20980590A Expired - Fee Related JP3218469B2 (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 工作機械の駆動軸制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218469B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19518365C2 (de) * | 1995-05-22 | 2002-03-14 | Ihd Inst Fuer Holztechnologie | Verfahren zum Glätten von Holz und Holzwerkstoffen unter Verwendung von rotierenden schneidenlosen Werkzeugen |
| JP5609739B2 (ja) * | 2011-03-30 | 2014-10-22 | ブラザー工業株式会社 | 加工びびり振動検出装置、及び工作機械 |
| JP5947113B2 (ja) * | 2012-06-01 | 2016-07-06 | Dmg森精機株式会社 | 工作機械を用いた被加工物の加工方法 |
-
1990
- 1990-08-07 JP JP20980590A patent/JP3218469B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04101749A (ja) | 1992-04-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |