JP4655485B2 - 搬送装置,搬送装置の搬送加速度決定方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
また、搬送速度が高速に設定されるようになると、その速度を維持するよりも、その速度に達するまでに与える加速度を得るため、より大きなモータの出力トルクが必要となってくる(図6参照)。従って、装置の設計段階においてモータを選定する場合は、搬送部について想定される最大イナーシャに対して、要求される回転加速度が得られる出力トルク特性を備えたモータを選定するようにしていた。その結果、一般的な使用状況においては不必要な大きさとなるモータを選定してしまう場合もあり、コストアップすると共に装置全体が大型化する要因となっていた。
この工具マガジンのイナーシャIを、次式により推定するイナーシャ推定手段と、
I=I0+I1+m・r2
I1=m(D2/16+L2/12)
I0:工具がついていない工具マガジンのイナーシャ,I1:工具の重心周りのイナーシャ,m:工具の質量,r:工具の重心の公転半径、D:工具を円筒とみなした時の直径,L:工具の長さ
このイナーシャ推定手段によって推定されるイナーシャと前記モータの最大出力トルクとに基づいて、前記工具マガジンの最大旋回角加速度を決定する加速度決定手段とを備え、
前記工具マガジンは、保持している複数の工具のうち何れか1つを、工作機械の主軸の先端部に付け替えるように旋回可能であり、且つ、工具交換装置の一部を構成するもので、
前記加速度決定手段は、前記工具マガジンに保持されている複数の工具の分布状態を検出し、前記分布状態に応じて、前記工具マガジンが起動又は停止する場合に作用するアンバランストルクを算出し、前記最大出力トルクに前記アンバランストルクを加減した結果に基づいて、前記最大旋回角加速度を決定することを特徴とする。
斯様に構成すれば、工具マガジンの最大旋回角加速度は、工具マガジンが実際に搬送を行う工具の状態とモータの仕様に応じて適切に決定されるので、その加速度によって工具マガジンの搬送速度が所定値に達するまでの時間をより短くすることができ、モータ及び工具マガジンを含む駆動系の制御応答性を最大に向上させることができる。
また、前記加速度決定手段を、前記工具マガジンに保持されている複数の工具の分布状態を検出し、前記分布状態に応じて、前記工具マガジンが起動又は停止する場合に作用するアンバランストルクを算出し、前記最大出力トルクに前記アンバランストルクを加減した結果に基づいて、最大旋回角加速度を決定するように構成する。
即ち、工具マガジンにおいて保持される複数の工具は、一般に夫々の重量が異なり、また、工作機械が加工動作を行なう場合その内の1つは主軸に取り付けられるため、工具マガジンにおける工具の分布状態はアンバランスとなっている。従って、そのアンバランストルクを最大出力トルクに加減すれば、実際に使用する工具の配置状態が工具マガジンの旋回運動に及ぼす影響を考慮して最大旋回角加速度を決定することができる。
以下、本発明を、タレット型マガジンを備えてなる工具交換装置に適用した場合の第1実施例について図1乃至図3を参照して説明する。尚、本実施例における工具交換装置の構造は、例えば特公平7−80109号公報に開示されているものと同様であり、以下では、本発明の要旨に係る部分のみを説明する。
そして、マガジンベース2は、その中心がマガジンモータ27(図3参照)の回転軸に結合されて回転駆動されるようになっているが、その回転軸は、図2(b)に示すように、水平に対して仰角側に18度傾斜している。尚、以降においては工具と工具ホルダとは実質的に一体と見なすことになるため、工具4と称することにする。
また、マスタCPU11には、加工プログラム等を作成・入力するキーや、一連の加工処理を開始させるための起動スイッチや、加工プログラムの各ステップの処理を確認などのため個別に実施可能とする手動用スイッチ等のスイッチ部19と、キーボード20と、加工プラグラム等を表示して参照するためのCRT(Cathode Ray Tube)21とが接続されている。
また、スレーブCPU12は、加工工程中に必要に応じてマガジンモータ27並びに工具交換モータ28に制御信号を送出し、工具交換を実行する。これら、スレーブCPU12の実行するワーク加工制御,工具交換制御は、マスタCPU11からの指示に基づいて実行される。
r=r0+L/2 ・・・(1)
で近似することができる。
I=I0+I1+m・r2 ・・・(2)
ここで、「工具の重心周りのイナーシャI1」については、例えば、近似式
I1=m(D2/16+L2/12) ・・・(3)
等を用いる。尚、Dは、工具を円筒とみなした時の直径である。実際には、各工具についてのDの値は異なるが、代表値(例えば、D=0.03m)によって近似することも考えられる。
Amax=Tmax/I ・・・(4)
すると、以降に行われる被工作物の加工処理において主軸の工具交換が行われる場合、スレーブCPU12は、マガジンモータ27、即ちマガジンベース2を最大角加速度Amaxで回転させることで、グリップアーム3に保持されている工具4の何れかを交換対象として選択するようになる。
また、図1のフローチャートは、例えば、数値制御装置10に対して、工具マガジン1に搭載配置した工具4の登録データを変更した場合に行ったり、或いは、登録データを変更した後、最初に工作機械に対する数値制御を行う場合に実行すれば良い。
そして、工具マガジン1に保持されている複数の工具4のうち何れか1つを、工作機械の主軸の先端部に付け替えるように旋回して、工具マガジン1と主軸との間に配置される工具交換装置を構成するものに適用することで、工具交換に要する時間を短縮することができる。
図4及び図5は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第2実施例では、数値制御装置10のマスタCPU11は、工具マガジン1に配置されている工具4の分布状態も考慮して、最大旋回角加速度Amaxを決定する。
即ち、マスタCPU11は、マスタRAM15に記憶されている工具4の情報やその時点におけるマガジンベース2の回転位置、また、現在主軸に取り付けられて使用されている工具4などの情報から、各工具4の重量やマガジンベース2における工具4の配置分布状態を把握する。そして、マガジンベース2の回転軸の傾斜角なども加味した上で、それらに基づいてアンバランス量及びアンバランス位置を算出する。
T=Tmax±T0 ・・・(5)
(5)式において、アンバランストルクT0を加えるか/減じるか、については、マガジンベース2の起動時又は停止時の駆動トルク方向(旋回方向)に対して、アンバランストルクT0の作用方向が同じであれば加え、その作用方向が逆であれば減じるようにする。即ち、前者の場合はより大きな旋回角加速度を出力可能な状態にあり、後者の場合は旋回角加速度をより小さく設定する必要があるからである。以降は、第1実施例と同様に、ステップS5〜S8を実行する。尚、それらのステップS5〜S8に、ステップS11,S12,S14を加えたものが、加速度決定手段に対応する。
機構限界を超える最大旋回角加速度Amaxが算出される可能性がないと想定される場合は、ステップS6,S7を省略し、常にステップS5で算出した角加速度Amax最を採用するようにしても良い。
Claims (12)
- モータによって駆動され、工具を旋回運動させて所定の位置へ搬送する工具マガジンと、
この工具マガジンのイナーシャIを、次式により推定するイナーシャ推定手段と、
I=I0+I1+m・r2
I1=m(D2/16+L2/12)
I0:工具がついていない工具マガジンのイナーシャ,I1:工具の重心周りのイナーシャ,m:工具の質量,r:工具の重心の公転半径、D:工具を円筒とみなした時の直径,L:工具の長さ
このイナーシャ推定手段によって推定されるイナーシャと前記モータの最大出力トルクとに基づいて、前記工具マガジンの最大旋回角加速度を決定する加速度決定手段とを備え、
前記工具マガジンは、保持している複数の工具のうち何れか1つを、工作機械の主軸の先端部に付け替えるように旋回可能であり、且つ、工具交換装置の一部を構成するもので、
前記加速度決定手段は、前記工具マガジンに保持されている複数の工具の分布状態を検出し、前記分布状態に応じて、前記工具マガジンが起動又は停止する場合に作用するアンバランストルクを算出し、前記最大出力トルクに前記アンバランストルクを加減した結果に基づいて、前記最大旋回角加速度を決定することを特徴とする搬送装置。 - 前記加速度決定手段は、最大旋回角加速度を、前記工具マガジンが構造的に許容する最大値を下回るように決定することを特徴とする請求項1記載の搬送装置。
- 前記工具マガジンは、鉛直方向に対して傾斜する回転軸を有して複数の工具を旋回させて搬送するように構成されるものであることを特徴とする請求項1又は2記載の搬送装置。
- 前記加速度決定手段によって算出されたアンバランストルクが許容範囲を超えている場合、報知動作を行なうことを特徴とする請求1乃至3の何れかに記載の搬送装置。
- モータによって駆動され、工具を旋回運動させて所定の位置へ搬送する工具マガジンを備えてなる搬送装置の搬送加速度を決定する方法であって、
前記工具マガジンが、保持している複数の工具のうち何れか1つを、工作機械の主軸の先端部に付け替えるように旋回可能であり、且つ、工具交換装置の一部を構成するもので、
前記工具マガジンのイナーシャIを、次式により推定し、
I=I0+I1+m・r2
I1=m(D2/16+L2/12)
I0:工具がついていない工具マガジンのイナーシャ,I1:工具の重心周りのイナーシャ,m:工具の質量,r:工具の重心の公転半径、D:工具を円筒とみなした時の直径,L:工具の長さ
推定したイナーシャと前記モータの最大出力トルクとに基づいて、前記工具マガジンの最大旋回角加速度を決定し、
前記工具マガジンに保持されている複数の工具の分布状態を検出し、
前記分布状態に応じて、前記工具マガジンが起動又は停止する場合に作用するアンバランストルクを算出し、
前記最大出力トルクに前記アンバランストルクを加減した結果に基づいて、最大旋回角加速度を決定することを特徴とする搬送装置の搬送加速度決定方法。 - 最大旋回角加速度を、前記工具マガジンが構造的に許容する最大値を下回るように決定することを特徴とする請求項5記載の搬送装置の搬送加速度決定方法。
- 前記工具マガジンが、鉛直方向に対して傾斜する回転軸を有して複数の工具を旋回させて搬送するものであることを特徴とする請求項5又は6記載の搬送装置の搬送加速度決定方法。
- 算出されたアンバランストルクが許容範囲を超えている場合、報知動作を行なうことを特徴とする請求項5乃至7の何れかに記載の搬送装置の搬送加速度決定方法。
- モータによって駆動され、工具を旋回運動させて所定の位置へ搬送する工具マガジンを備えてなる搬送装置の制御を行うコンピュータにより実行されるプログラムであって、
前記工具マガジンのイナーシャIを、次式により推定させ、
I=I0+I1+m・r2
I1=m(D2/16+L2/12)
I0:工具がついていない工具マガジンのイナーシャ,I1:工具の重心周りのイナーシャ,m:工具の質量,r:工具の重心の公転半径、D:工具を円筒とみなした時の直径,L:工具の長さ
推定させたイナーシャと前記モータの最大出力トルクとに基づいて、前記工具マガジンの最大旋回角加速度を決定させ、
前記工具マガジンに保持されている複数の工具の分布状態を検出させ、
前記分布状態に応じて、前工具マガジンが起動又は停止する場合に作用するアンバランストルクを算出させ、
前記最大出力トルクに前記アンバランストルクを加減した結果に基づいて、最大旋回角加速度を決定させることを特徴とするコンピュータプログラム。 - 最大旋回角加速度を、前記工具マガジンが構造的に許容する最大値を下回るように決定させることを特徴とする請求項9記載のコンピュータプログラム。
- 前記工具マガジンが、鉛直方向に対して傾斜する回転軸を有して複数の工具を旋回させて搬送するものであることを特徴とする請求項9又は10記載のコンピュータプログラム。
- 算出されたアンバランストルクが許容範囲を超えている場合、報知動作を行なわせることを特徴とする請求項9乃至11の何れかに記載のコンピュータプログラム。
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