JP4732581B2

JP4732581B2 - 工具マガジンの制御方法及び制御装置

Info

Publication number: JP4732581B2
Application number: JP2000398292A
Authority: JP
Inventors: 通雄渡邊; 崇奥田
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2002200535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸に装着される交換用の工具を保持する工具マガジンの制御方法及び制御装置に関し、より具体的には、その駆動手段たるサーボモータの作動を制御する制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
マシニングセンタなどの工作機械では、主軸に装着される多数の交換用工具を保持した工具マガジンが備えられており、主軸に装着された工具と、工具マガジンに保持された工具とが、適宜工具交換装置によって交換されるようになっている。
【０００３】
そして従来、前記工具マガジンの一つとして、工具を保持する複数の工具保持具を、無端環状のチェーンに所定間隔で連結したものが知られている。この工具マガジンは、複数のスプロケットに掛け回された上記無端環状のチェーンと、このチェーンに所定間隔で連結された複数の工具保持具と、前記スプロケットを駆動するサーボモータを備えた駆動手段などからなり、前記サーボモータにより前記スプロケットを駆動することによって前記チェーンが回動せしめられ、これにより、所定の工具保持具が交換準備位置に割り出され、当該交換準備位置の工具保持具に保持された工具と、主軸に装着された工具とが適宜工具交換装置によって交換される。
【０００４】
ところで、工作機械の分野では、加工時間を短縮して加工コストを低減すべく、各作動部における動作時間の短縮化が図られている。工具マガジンについても例外ではなく、工具保持具の割出時間の短縮化が進められている。工具マガジンの工具割出時間（即ち、次工具の準備時間）が現工具（主軸に装着された工具）の加工時間より長いと、現工具による加工が終了しているにも拘わらず、次工具の準備ができていないために、工具交換のための待ち時間を生じ、この結果、加工時間が長くなるという問題を生じるからである。
【０００５】
そこで、上述したように、従来から工具割出時間の短縮化、即ち、前記チェーンの高速移動化が進められているが、チェーンの移動量が大きい場合、移動速度を高速にすればするほどこれに伴う振動が大きくなることから、移動速度の高速化には一定の限界があった。このため、加工時間の短い工具同士を近隣の工具保持具に保持させて、上記待ち時間が生じるのを防止するよう工夫しているが、それでも、工具割出時間の短縮化については、未だ十分なものとは云えないのが現状である。
【０００６】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、従来に比べて、工具割出時間を短縮することのできる工具マガジンの制御方法及び制御装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明の請求項１に記載した発明は、工作機械に付設され、複数の交換用工具を保持する工具マガジンであり、複数のスプロケットに掛け回された無端環状のチェーンと、このチェーンに所定間隔で連結された複数の工具保持具と、サーボモータを有し、前記スプロケットを駆動することにより前記チェーンを回動せしめて、前記工具保持具を所定位置に割り出す駆動手段とを備えた工具マガジンの、前記サーボモータを駆動，制御する方法であって、
予め設定された回転速度及び時定数を基に動作指令信号を生成し、生成された動作指令信号と前記駆動手段からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成し、次いで得られた速度指令信号と前記駆動手段からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成した後、得られた電流指令信号に基づいて前記サーボモータを駆動，制御する制御方法において、
前記割り出しに伴う前記チェーンの移動量を認識し、該移動量に応じて予め設定された回転速度及び時定数の中から、前記認識された移動量に応じた回転速度及び時定数を選定し、選定された回転速度及び時定数を基に、前記動作指令信号，速度指令信号及び電流指令信号を順次生成して前記サーボモータを駆動，制御することを特徴とする工具マガジンの制御方法に係る。
【０００８】
そして、この制御方法は、請求項２に記載した装置発明によって、これを好適に実施することができる。即ち、請求項２に記載した発明は、工作機械に付設され、複数の交換用工具を保持する工具マガジンであり、複数のスプロケットに掛け回された無端環状のチェーンと、このチェーンに所定間隔で連結された複数の工具保持具と、サーボモータを有し、前記スプロケットを駆動することにより前記チェーンを回動せしめて、前記工具保持具を所定位置に割り出す駆動手段とを備えた工具マガジンの、前記サーボモータを駆動，制御する装置であって、
予め設定された回転速度，時定数，位置ループゲイン及び速度ループゲインに関するデータを記憶したパラメータ記憶部と、前記パラメータ記憶部に格納された回転速度及び時定数を基に動作指令信号を生成し、生成された動作指令信号と前記駆動手段からフィードバックされる現在位置信号との偏差に前記パラメータ記憶部に格納された位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成し、次いで得られた速度指令信号と前記駆動手段からフィードバックされる現在速度信号との偏差に前記パラメータ記憶部に格納された速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成した後、得られた電流指令信号に基づいて前記サーボモータを駆動，制御する駆動制御部とを備えた制御装置において、
前記割り出しに伴う前記チェーンの移動量に応じて設定された回転速度及び時定数を記憶したデータ記憶部と、前記割り出しに伴う前記チェーンの移動量を認識し、前記データ記憶部に格納されたデータを検索して、認識された前記チェーンの移動量に応じた回転速度及び時定数を抽出し、抽出された回転速度及び時定数で、前記パラメータ記憶部に格納されたデータを書き換えるパラメータ書換処理部とを設け、
前記駆動制御部が、前記チェーンの移動量に応じ前記パラメータ書換処理部によって書き換えられた回転速度及び時定数を基に、前記動作指令信号，速度指令信号及び電流指令信号を順次生成して前記サーボモータを駆動，制御するようにしたことを特徴とする工具マガジンの制御装置に係る。
【０００９】
この制御方法及び制御装置によると、まず、パラメータ書換処理部において、次工具の割り出しにあたってチェーンが移動する移動量が認識され、認識された移動量を基に、データ記憶部に格納されたデータが検索されて、当該移動量に応じた回転速度及び時定数が抽出され、抽出された回転速度及び時定数で、パラメータ記憶部に格納されたデータが書き換えられる。ついで、書き換えられた回転速度及び時定数を基に、駆動制御部により動作指令信号，速度指令信号及び電流指令信号が順次生成され、サーボモータが駆動，制御される。
【００１０】
このように、本発明では、チェーンの移動量に応じて最適に設定された回転速度及び時定数によって、サーボモータの回転が制御され、チェーンの移動が制御される。具体的には、チェーンの移動量が小さい場合にはサーボモータの回転加速度を高くし且つ定速状態の回転速度を速くして、チェーンの移動加速度を高くし且つ定速状態の移動速度を速くし、逆に移動量が大きい場合にはサーボモータの回転加速度を低くし且つ定速状態の回転速度を遅くして、チェーンの移動加速度を低くし且つ定速状態の移動速度を遅くするように、チェーンの移動が制御される。移動量が大きい場合に、チェーンの移動加速度を高くしたり移動速度を速くすると、チェーンの振動が大きくなってスムーズな移動を実現できないが、移動量が小さい場合には、チェーンの移動加速度を高くし、移動速度を速くしても、あまり大きな振動は生じない。このため、上記のような制御を行うことができるのである。これにより、チェーンの移動量が小さい場合には、素早く立ち上げられ、しかも高速で移動せしめられ、移動量が大きい場合には、ゆっくりと立ち上げられ、低速で移動せしめられる。これにより工具割出時間の短縮化を図ることが可能となる。
【００１１】
尚、前記パラメータ書換処理部におけるチェーン移動量の認識処理は、請求項３に記載した発明によって、これを好適に行うことができる。即ち、請求項３に記載した発明は、前記チェーンの移動量が、前記工具保持具の移動個数から認識される。通常、次工具の工具割出指令は、加工プログラム中に指定された工具番号コードによって実行されるが、制御装置は、工具保持具の番号と、この工具保持具に保持された工具番号とを関連付けて記憶しており、工具番号コードによって工具割出指令がなされると、これに対応した工具保持部の番号から、これを移動させる個数を認識することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態たる工具マガジン，並びにその制御方法及び制御装置について添付図面に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る工具マガジンの一部分を示した部分正面図であり、図２は、図１における矢示Ｉ−Ｉ方向の断面図である。また、図３は、本実施形態に係る制御装置の概略構成を示したブロック図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本例の工具マガジン１は、同一平面内に適宜配置された複数のスプロケット２（但し、図１では、１つのスプロケット２のみを図示している）と、このスプロケット２に掛け回された無端環状のチェーン３と、チェーン３に所定間隔で連結された複数の工具保持ポット４と、前記スプロケット２を駆動するサーボモータ６などからなる。
【００１４】
前記工具保持ポット４は、円筒状の部材からなり、ブラケット５を介してチェーン３に連結されている。この工具保持ポット４は、内部にボールロック機構などの保持機構を備えており、円筒内部に挿入された工具をこの保持機構によって保持するようになっている。また、前記サーボモータ６は、適宜配置されたフレーム７に固設され、その出力軸６ａに前記スプロケット２が固着されている。尚、サーボモータ６は、その出力軸６ａの回転位置を検出する位置検出器を備えている。
【００１５】
斯くして、この工具マガジン１では、サーボモータ６によりスプロケット２が矢示Ａ又はＢ方向に回転駆動されると、これによってチェーン３が矢示Ｃ又はＤ方向に回動せしめられ、これに連結された工具保持ポット４が同方向に移動して、その所定のものが交換準備位置に割り出される。
【００１６】
一方、本例の制御装置１０は、図３に示すように、プログラム記憶部１１，プログラム解析部１２，駆動制御部１３，パラメータ記憶部１４，パラメータ書換処理部１５及びデータ記憶部１６などからなる。尚、本例の制御装置１０は、工作機械の数値制御装置を構成するものであり、図３では、本例の説明に必要な部分のみを図示している。
【００１７】
前記プログラム記憶部１１は予め作成された加工プログラムを格納する機能部であり、プログラム解析部１２はプログラム記憶部１１に格納された加工プログラムを解析して加工プログラム中の交換用工具の準備，工具交換，主軸回転，送り駆動系の送り速度や移動位置などに関する指令を抽出する機能部であり、抽出した交換用工具の準備に関する指令を駆動制御部１３及びパラメータ書換処理部１５に送信する。
【００１８】
前記パラメータ記憶部１４は、前記サーボモータ６の制御に必要な回転速度，時定数，位置ループゲイン及び速度ループゲインといったデータや、工具保持ポット４のポット番号とこれに保持された工具の工具番号とを関連付けて記憶する機能部であり、駆動制御部１３は、プログラム解析部１２から次工具の準備指令（次工具の工具番号を含む）を受信して、パラメータ記憶部１４に格納されたデータから、指令された工具を保持した工具保持ポット４のポット番号を認識し、認識されたポット番号と、現在、交換準備位置にある工具保持ポット４のポット番号を基にチェーン３の移動量、即ち、サーボモータ６の回転位置を算出し、算出された回転位置となるように、サーボモータ６を駆動する。
【００１９】
更に具体的には、駆動制御部１３は、上記のようにして算出したサーボモータ６の回転位置、並びにパラメータ記憶部１４に格納された回転速度及び時定数を基に動作指令信号を生成し、生成された動作指令信号と前記サーボモータ６からフィードバックされる現在位置信号との偏差に前記パラメータ記憶部１４に格納された位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成し、次いで得られた速度指令信号と前記サーボモータ６からフィードバックされる現在速度信号との偏差に前記パラメータ記憶部１４に格納された速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成した後、得られた電流指令信号を前記サーボモータ６に送信して、その作動を制御する。
【００２０】
尚、前記サーボモータ６の回転位置は、図１に示した、矢示Ａ又はＢ方向のうち、チェーン３の移動量が少なくてすむ方向の回転位置である。即ち、チェーン３は、矢示Ｃ又はＤ方向のうち、その移動量が少なくてすむ方向に移動せしめられる。
【００２１】
前記データ記憶部１６は、交換工具の準備動作（割出動作）における工具保持ポット４の移動個数（Ｔ_Ｍ）と、この工具保持ポット４の移動個数に応じて設定された前記回転速度及び時定数とを相互に関連付けて記憶する機能部であり、具体的には、図４に示したデータが格納される。尚、図４では、４０個の工具保持ポット４を有する工具マガジン１についてのデータを例示している。また、前記移動個数（Ｔ_Ｍ）の具体的な意味内容については後述する。
【００２２】
また、パラメータ書換処理部１５は、前記プログラム解析部１２から送信される信号を基に、前記割出動作における工具保持ポット４の移動個数（Ｔ_Ｍ）を認識し、認識された移動個数（Ｔ_Ｍ）を基に、前記データ記憶部１６に格納されたデータを検索して、前記移動個数（Ｔ_Ｍ）に応じた回転速度及び時定数を抽出し、抽出された回転速度及び時定数で、前記パラメータ記憶部１４に格納されたデータを書き換える処理部であり、具体的には、図５に示した処理を実行する。
【００２３】
以下、図５に示した処理を中心に、前記工具マガジン１の作動及び制御装置１０における具体的な処理について説明する。
【００２４】
まず、上述したように、プログラム解析部１２において、プログラム記憶部１１に格納された加工プログラムが解析され、加工プログラム中から次工具の準備に関する指令（通常、次工具の工具番号）が抽出されると、抽出された指令が駆動制御部１３及びパラメータ書換処理部１５に送信される。
【００２５】
パラメータ書換処理部１５は、図５に示すように、プログラム解析部１２から送信される次工具の割出指令（次工具の工具番号）を確認し（ステップＳ１）、次工具の割出指令を受信した場合には、次にパラメータ記憶部１４に格納されたデータから当該工具を保持した工具保持ポット４のポット番号Ｔ_１を認識する（ステップＳ２）。尚、パラメータ書換処理部１５は、このようにして認識される工具保持ポット４のポット番号を一時的に記憶するようになっている。
【００２６】
ステップＳ２においてポット番号を認識すると、次に、パラメータ書換処理部１５は、認識されたポット番号Ｔ_１と、現在交換準備位置にある工具保持ポット４のポット番号Ｔ_０とを基に、以下の数式１により、次に工具保持ポット４を交換準備位置に割り出す際のポット移動個数Ｔ_Ｍを算出する（ステップＳ３）。尚、ここに云うポット移動個数Ｔ_Ｍは、算術上の移動個数であり、実際の割り出しにおける工具保持ポット４の移動個数と必ずしも一致しない。詳しくは後述する。
【００２７】
【数１】

【００２８】
次に、パラメータ書換処理部１５は、算出した上記ポット移動個数Ｔ_Ｍが、１、若しくは２、若しくは３８、若しくは３９、若しくは３以上３７以下であるかどうかを判別し（ステップＳ４）、ポット移動個数Ｔ_Ｍに応じて設定された時定数及び回転速度をデータ記憶部１６から読み込み（ステップＳ５，ステップＳ６，ステップＳ７）、得られた時定数及び回転速度で、前記パラメータ記憶部１４に格納されたデータを書き換える（ステップＳ８，ステップＳ９，ステップＳ１０）。
【００２９】
ところで、上述したように、工具保持ポット４は無端環状のチェーン３に連結されている。例えば、図１において、各工具保持ポット４に対し、ポット番号が左回りに１から順に設定されているとすると、仮に、ポット番号が１番の工具保持ポット４が交換準備位置に割り出されているとき、次に、２番の工具保持ポット４を割り出す場合には、チェーン３を矢示Ｄ方向に駆動することにより、２番の工具保持ポット４が交換準備位置に割り出される。一方、４０番の工具保持ポット４を割り出す場合には、チェーン３を矢示Ｃ方向に駆動することにより、４０番の工具保持ポット４が交換準備位置に割り出される。このように、通常、割り出しにあたり、チェーン３はその移動量が最小となるように駆動される。
【００３０】
したがって、上記数式１で算出したポット移動個数Ｔ_Ｍは、単なるポット番号に係る数値の差であって、これがそのまま割り出し時における工具保持ポット４の移動個数を意味するものではない。そこで、本例では、工具保持ポット４の移動個数に応じたポット移動個数Ｔ_Ｍを設定し、更に、これに応じた時定数及び回転速度を設定している。具体的には、本例では、工具保持ポット４の移動個数が１個となるポット移動個数Ｔ_Ｍの値、即ち、ポット移動個数Ｔ_Ｍが１及び３９のときと、工具保持ポット４の移動個数が２個となるポット移動個数Ｔ_Ｍの値、即ち、ポット移動個数Ｔ_Ｍが２及び３８のときと、工具保持ポット４の移動個数が３個以上となるポット移動個数Ｔ_Ｍの値、即ち、ポット移動個数Ｔ_Ｍが３以上３７以下のときの３つに区分けし、それぞれに応じて時定数及び回転速度を設定している。尚、図４に示したデータテーブルの各データは、Ａ１＜Ｂ１＜Ｃ１、Ｃ２＜Ｂ２＜Ａ２となっている。
【００３１】
そして以後、プログラム解析部１２から加工終了信号を受信するまで、処理を継続する（ステップＳ１１）。
【００３２】
前記駆動制御部１３では、このようにして、工具保持ポット４の移動個数、即ち、その移動量に応じて書き換えられたパラメータ記憶部１４に格納の時定数及び回転速度、並びにパラメータ記憶部１４に格納された所定の速度ループゲイン及び位置ループゲインを用いて、動作指令信号，速度指令信号及び電流指令信号を順次生成し、生成した電流信号をサーボモータ６に送信する。
【００３３】
サーボモータ６は、工具保持ポット４の移動個数、即ち、その移動量に応じて生成された電流信号によって駆動され、スプロケット２を介してチェーン３を駆動し、指令された工具保持ポット４を交換準備位置に割り出す。
【００３４】
このように、本例の工具マガジン１及びその制御装置１０によれば、工具保持ポット４の移動個数、即ち、その移動量に応じて最適に設定された回転速度及び時定数により、サーボモータ６の回転が制御され、チェーン３の移動が制御される。具体的には、チェーン３の移動量が小さい場合にはサーボモータ６の回転加速度を高くし且つ定速状態の回転速度を速くしてチェーン３の移動加速度を高くし且つ定速状態の移動速度を速くし、逆に移動量が大きい場合にはサーボモータ６の回転加速度を低くし且つ定速状態の回転速度を遅くしてチェーン３の移動加速度を低くし且つ定速状態の移動速度を遅くするように、チェーン３の移動が制御される。移動量が大きい場合に、チェーン３の移動加速度を高くしたり移動速度を速くすると、チェーン３の振動が大きくなってスムーズな移動を実現できないが、移動量が小さい場合には、チェーン３の移動加速度を高くし、移動速度を速くしても、あまり大きな振動は生じない。このため、上記のような制御を行うことができるのである。これにより、チェーン３の移動量が小さい場合には、これが素早く立ち上げられ、しかも高速で移動せしめられ、移動量が大きい場合には、これがゆっくりと立ち上げられ、低速で移動せしめられる。これにより工具割出時間の短縮化を図ることが可能となる。
【００３５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。例えば、上例では、ポット移動個数を３つに区分けしたが、更に、細かく区分けすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る工具マガジンの一部分を示した部分正面図である。
【図２】図１における矢示Ｉ−Ｉ方向の断面図である。
【図３】本実施形態に係る制御装置の概略構成を示したブロック図である。
【図４】本実施形態に係るデータ記憶部に格納されるデータを示したデータテーブルである。
【図５】本実施形態に係るパラメータ書換処理部における処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１工具マガジン
２スプロケット
３チェーン
４工具保持ポット
６サーボモータ
１０制御装置
１１プログラム記憶部
１２プログラム解析部
１３駆動制御部
１４パラメータ記憶部
１５パラメータ書換処理部
１６データ記憶部

Claims

工作機械に付設され、複数の交換用工具を保持する工具マガジンであり、複数のスプロケットに掛け回された無端環状のチェーンと、このチェーンに所定間隔で連結された複数の工具保持具と、サーボモータを有し、前記スプロケットを駆動することにより前記チェーンを回動せしめて、前記工具保持具を所定位置に割り出す駆動手段とを備えた工具マガジンの、前記サーボモータを駆動，制御する方法であって、
予め設定された回転速度及び時定数を基に動作指令信号を生成し、生成された動作指令信号と前記駆動手段からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成し、次いで得られた速度指令信号と前記駆動手段からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成した後、得られた電流指令信号に基づいて前記サーボモータを駆動，制御する制御方法において、
前記割り出しに伴う前記チェーンの移動量を認識し、該移動量に応じて予め設定された回転速度及び時定数の中から、前記認識された移動量に応じた回転速度及び時定数を選定し、選定された回転速度及び時定数を基に、前記動作指令信号，速度指令信号及び電流指令信号を順次生成して前記サーボモータを駆動，制御することを特徴とする工具マガジンの制御方法。
工作機械に付設され、複数の交換用工具を保持する工具マガジンであり、複数のスプロケットに掛け回された無端環状のチェーンと、このチェーンに所定間隔で連結された複数の工具保持具と、サーボモータを有し、前記スプロケットを駆動することにより前記チェーンを回動せしめて、前記工具保持具を所定位置に割り出す駆動手段とを備えた工具マガジンの、前記サーボモータを駆動，制御する装置であって、
予め設定された回転速度，時定数，位置ループゲイン及び速度ループゲインに関するデータを記憶したパラメータ記憶部と、
前記パラメータ記憶部に格納された回転速度及び時定数を基に動作指令信号を生成し、生成された動作指令信号と前記駆動手段からフィードバックされる現在位置信号との偏差に前記パラメータ記憶部に格納された位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成し、次いで得られた速度指令信号と前記駆動手段からフィードバックされる現在速度信号との偏差に前記パラメータ記憶部に格納された速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成した後、得られた電流指令信号に基づいて前記サーボモータを駆動，制御する駆動制御部とを備えた制御装置において、
前記割り出しに伴う前記チェーンの移動量に応じて設定された回転速度及び時定数を記憶したデータ記憶部と、
前記割り出しに伴う前記チェーンの移動量を認識し、前記データ記憶部に格納されたデータを検索して、認識された前記チェーンの移動量に応じた回転速度及び時定数を抽出し、抽出された回転速度及び時定数で、前記パラメータ記憶部に格納されたデータを書き換えるパラメータ書換処理部とを設け、
前記駆動制御部が、前記チェーンの移動量に応じ前記パラメータ書換処理部によって書き換えられた回転速度及び時定数を基に、前記動作指令信号，速度指令信号及び電流指令信号を順次生成して前記サーボモータを駆動，制御するようにしたことを特徴とする工具マガジンの制御装置。
前記チェーンの移動量を、前記工具保持具の移動個数から認識するようにした請求項２記載の工具マガジンの制御装置。