JP5952682B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械や産業機械に使用される数値制御装置に関し、特に、クランプ機構を備えた回転軸の位置決め制御に関する。

工作機械、例えば、横形のマシニングセンタなどには、直行するＸ，Ｙ，Ｚの３軸に加え、円テーブルと呼ばれる旋回テーブルを備え、被加工物の多面加工を行うものがある。

円テーブルには、被加工物を固定するパレットやパレットを回転移動して被加工物の位置決めができるようにパレットに連結される回転軸が備えられている。被加工物の加工精度向上のため、回転軸への指令位置と実際の回転軸の位置との誤差を極力少なくすることが求められる。

このため、回転テーブルの割出精度を向上するために複数の回転角度位置検出器を用いる補正装置が用いられている（特許文献１）。

また、回転駆動装置の回転軸に連結されたワークの加工精度を向上するワークの支持装置および回転割出機が用いられている。ここでは、ワークを連結する連結部材を設けた支持軸に軸線方向の力を加えるとともに支持軸の周りを押圧部材を用いて半径方向の力で押さえることによって、支持軸をフレームに対して軸線方向に固定する構成が用いられている（特許文献２）。

また、専用の検出機器を追加することなく、クランプ状態を確認可能な回転テーブルが用いられている。回転テーブルはモータ出力軸に固定され割出しテーブルを停止位置に保持するためのクランプ機構を備えたダイレクトドライブモータによって駆動され、ダイレクトドライブモータに正転、逆転を繰り返し指令し、モータに取り付けられた位置検出器から出力される位置情報に基づく位置偏差情報が許容される揺動範囲にあるか否かの判断結果に基づいてクランプ状態を確認する方法が用いられている（特許文献３）。

特開２００４−３４８３５０号公報 特開２００９−２０８２０１号公報 特開２００９−２４８２４２号公報

ところで、回転テーブルをクランプ機構によってクランプする工作機械では、指令位置に対し位置決め制御した後、クランプ機構によってクランプする際、具体的には、クランプ機構がディスクをおさえつける際に発生するアキシアル方向、ラジアル方向、回転方向の各方向の荷重により、位置決めされた状態からずれる場合、このずれは、結果として精度を命とする工作機械の位置決め誤差となってしまうという問題があった。

このクランプ動作によるずれ量を低減させるためは、ディスクの芯振れや面振れ、アキシアル方向の位置、部品そのものの厚みや平面度など、組付け精度や部品精度を向上させる方法や、複数のクランプ機構を用いた場合は、各クランプ機構のアキシアル方向の取付位置がばらついていないか、各クランプ動作が同時に行われているか、各クランプ機構のクランプ応力にばらつきがないかなど、ディスクにかかる各クランプ機構のクランプ動作の荷重をバランスよくする方法が考えられる。しかし、このようなずれ量を低減させる方法にあっては、部品そのものの精度を向上されるために、部品コストが上がってしまう。また、各部品の組付け精度や、取付調整、測定と油圧設定調整など、組立コストも上がってしまっていた。

また、クランプ機構は、回転軸がアンクランプ状態の時に位置決め制御され、クランプ動作の際に、理想的には位置決めされた回転角度からずれないことが求められる。即ち、クランプ動作によってディスクにはおさえつける力が作用するが、この際に、ディスクにかかるアキシアル方向、ラジアル方向、回転方向の各方向の荷重が小さいほど、位置決め制御された状態からのずれ量も少なく、優れたクランプ機構といえる。しかし、ディスクにかかる前述の各方向の荷重を小さくすると、クランプ力も小さくなる傾向がある。

そこで、本発明は、上記のような課題を鑑み、回転軸をクランプ機構によってクランプする工作機械に用いられ、適切なクランプ力を確保しつつ、ずれ量を抑制できる数値制御装置を提供することを目的とする。

本発明の数値制御装置は、被加工物を固定して旋回自在な回転軸と、回転軸を駆動するアクチュエータと、回転軸をクランプするクランプ機構と、回転軸に備えられた回転軸の回転角度を検出する回転角度検出器と、を備える工作機械に用いる数値制御装置であって、回転軸を任意の指令位置に位置決め制御する際に、クランプ機構によって回転軸がクランプされる前の回転角度検出器の回転角度情報と、クランプ機構によって回転軸がクランプされた後の回転角度検出器の回転角度情報とから位置決め時に回転軸がクランプされたときの位置ずれを補正する補正パラメータを算出する補正手段と、補正手段からの補正パラメータに応じてアクチュエータを駆動制御して回転軸の位置決め制御を行うアクチュエータ制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明の数値制御装置において、補正手段はクランプ機構のクランプ指令が行われる直前の位置決め制御時に補正パラメータを有効とすること、としても好適である。

本発明の数値制御装置において、補正手段は、回転軸を時計回り方向から位置決めする場合と、回転軸を反時計回り方向から位置決めする場合とで、異なる補正パラメータを算出すること、として好適である。このようにすることで、より位置決め誤差を低減することができる。

本発明の数値制御装置において、数値制御装置は、指令位置とクランプ動作の前後の回転角度情報とを関連付けて記憶する記憶手段をさらに備え、補正手段は、記憶手段に記憶された複数の指令位置とそれらに対応する複数のクランプ動作の前後の回転角度情報から、回転軸の全回転領域における補正パラメータを補間して算出すること、としても好適である。このようにすることで、クランプ動作前後での回転角度誤差の情報が記憶されていない領域の位置決め誤差も低減することができる。

本発明の数値制御装置において、数値制御装置は、指令位置とクランプ動作の前後の回転角度情報とを関連付けて記憶する記憶手段をさらに備え、補正手段は、記憶手段に記憶された複数の指令位置とそれらに対応する複数のクランプ動作の前後の回転角度情報から、回転軸の全回転領域における補正パラメータを、周波数解析による正弦波状の分布となるよう補間して算出すること、としても好適である。

本発明の数値制御装置において、数値制御装置は、補正パラメータを記憶する記憶手段をさらに備え、所定の運転モードにおいて、補正手段は補正パラメータを算出し、かつ、更新すること、としても好適である。

本発明の数値制御装置において、アクチュエータ制御手段は、回転軸がクランプ機構によってクランプされた状態において、補正手段からの補正パラメータを無効としてアクチュエータを駆動制御すること、としても好適である。

本発明の数値制御装置において、工作機械は、回転軸と回転軸を駆動するアクチュエータとの間に、歯車からなる減速機をさらに備え、数値制御装置は、補正手段にて算出する補正パラメータが一定量を超過した際に、アラームを発生すること、としても好適である。

本発明の数値制御装置によれば、回転軸をクランプ機構によってクランプする工作機械において、適切なクランプ力を確保しつつ、ずれ量を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態の数値制御装置が適用される工作機械の円テーブルの構造を示す説明図である。 本発明の実施形態の円テーブルを搭載した工作機械の数値制御装置を示す概略構成図である。 本発明の実施形態の補正パラメータの算出工程を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の位置決め工程を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態の補正パラメータの算出工程を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態の位置決め工程を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態の補正パラメータの算出工程を示すフローチャートである。 回転軸の一回転３６０°に対して指令位置３０°おきに記憶手段に記憶されたクランプ動作前後での回転角度情報の差分のデータをグラフ化して示したものである。 本発明の他の実施形態の位置決め工程を示すフローチャートである。 回転軸の一回転３６０°に対して指令位置３０°おきに記憶手段に記憶されたクランプ動作前後での回転角度情報の差分のデータをテーブル化して示したものである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態の数値制御装置が適用される工作機械の円テーブル２０の構造を示す説明図である。回転軸２２は、軸受３１ａ，３１ｂに軸支され回転自在となっている。軸受３１ａ，３１ｂは、おさえカラー３９に支持され、ナット３８によって固定されている。回転軸２２とウォームホイール２６ａとは、ボルト３２ａ，３２ｂにて結合されており、アクチュエータである電動機２５と結合されたウォームギア２６ｂの回転動力が、ウォームホイール２６ａに伝達され回転軸２２が回転する。さらに、回転軸２２の下端には、回転角度検出器２３を構成する検出ロータ２３ａが固定され、検出ロータ２３ａの回転位置を検出する検出センサ２３ｂが、検出ロータ２３ａと適当な空隙量を隔てて非回転側に固定されている。数値制御装置１０は、検出センサ２３ｂの回転角度情報と、電動機２５に内蔵されたエンコーダ２８の電動機回転速度情報をもとに、電動機２５への電流制御を行い、回転軸２２の回転角度、速度を制御する。なお、以後の記載において、ウォームホイール２６ａとウォームギア２６ｂとの組み合わせを減速機２６と、検出ロータ２３ａと検出センサ２３ｂとの組み合わせを回転角度検出器２３と、称することがある。

一方、回転軸２２の上側には、ドローバーや（オス，メス）コーン等からなる結合機構３３ａ，３３ｂによってパレット２１が結合される。パレット２１上には、図示しないが被加工物が自由に固定されるようになっている。他方、パレット２１上に固定された被加工物は、所定の回転角度に位置決め制御され、図示しない工具を備えた主軸装置によって切削加工される。この際に、位置決めされた回転角度が、切削抵抗によってずれることを防止するため、クランプ機構２４によって回転軸２２は拘束されている。ブレーキディスク３４は、ボルト３５ａ，３５ｂによって回転軸２２に結合されている。クランプ機構２４は、一般的にはバネ、油圧、電磁力等を利用した構造によってクランパーが動作し、板バネ等からなるブレーキディスク３４を把持するものであり、本実施形態では油圧機器によって作動する機構となっている。クランプ機構２４は、回転軸２２がアンクランプ状態の時に位置決め制御される。

図２は、本発明の実施形態の円テーブルを搭載した工作機械の数値制御装置を示す概略構成図である。図２に示すように、円テーブル２０は、クランプ機構２４を動作するためのソレノイドバルブ２７も有している。本発明の実施形態に係る工作機械では、適切なクランプ力を確保しつつ、ずれ量を抑制できる数値制御装置１０を備えている。数値制御装置１０は、指令位置関数発生手段１３と、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）１４と、補正手段１６と、モータ制御手段１７、および、記憶領域である記憶手段１５を有している。各手段の主な動作を示す。指令位置関数発生手段１３は、位置決め制御指令を出力する。ＰＬＣ１４は、指令位置関数発生手段１３の出力に応じて、ソレノイドバルブ２７を動作させる。記憶手段１５は、回転角度検出器２３からの回転角度情報、補正手段１６により算出される補正パラメータなどを記憶しておく領域である。補正手段１６は、記憶手段１５に記憶されたデータをもとに補正パラメータの算出、位置決め制御時の補正パラメータの出力をする。モータ制御手段１７は、指令位置関数発生手段１３が出力する指令位置、補正手段１６で算出される補正パラメータ、回転角度検出器２３が検出する回転軸２２の回転位置に基づき、電動機２５を駆動制御する。各手段の動作の詳細は、以下の説明において示す。

図３、図４を参照しながら、円テーブル２０および数値制御装置１０の動作について説明する。まず、図３を参照しながら、補正パラメータの算出工程を説明する。図３のステップＳ１０１に示すように、図２に示す数値制御装置１０を構成するＣＰＵ１１は、プログラムである指令位置関数発生手段１３を実行し、回転軸２２の移動位置である指令位置を決定し、モータ制御手段１７へ指令位置を出力する。図３のステップＳ１０２に示すように、指令位置関数発生手段１３からの指令位置にもとづいて、モータ制御手段１７が電動機２５を制御する。図３のステップＳ１０３に示すように、モータ制御手段１７は、回転角度検出器２３が検出した回転軸２２の回転位置から、回転軸２２の回転角度情報を取得する。図３のステップＳ１０４に示すように、モータ制御手段１７は、指令位置関数発生手段１３からの指令位置と回転角度検出器２３からの回転角度情報とを比較し、電動機２５をフィードバック制御する。モータ制御手段１７は、指令位置関数発生手段１３からの指令位置と回転角度検出器２３からの回転角度情報との差分が所望の領域に到達したら、指令位置関数発生手段１３へ回転軸が所望の領域に到達したことを出力する。そして、指令位置関数発生手段１３は、記憶手段１５へホールド信号を送出する。図３のステップＳ１０５に示すように、回転角度検出器２３はクランプ動作前の回転軸２２の回転位置を検出し、ステップＳ１０６に示すように、記憶手段１５は、ホールド信号を受信したらクランプ動作前の回転角度検出器２３からの回転角度情報を記憶する。

図３のステップＳ１０７に示すように、図２に示す指令位置関数発生手段１３はＰＬＣ１４へクランプ信号を送出し、クランプ信号が入力されたＰＬＣ１４はソレノイドバルブ２７を通じてクランプ機構２４をクランプ状態とし、回転軸２２をクランプする。ＰＬＣ１４は、クランプ状態となったことを指令位置関数発生手段１３へ伝達し、指令位置関数発生手段１３は記憶手段１５へホールド信号を送出する。図３のステップＳ１０８に示すように、回転角度検出器２３はクランプ動作後の回転軸２２の回転位置を検出し、図３のステップＳ１０９に示すように、図２に示す記憶手段１５は、ホールド信号を受信したらクランプ動作後の回転角度検出器２３からの回転角度情報を記憶する。図３のステップＳ１１０に示すように、補正手段１６は、記憶手段１５に記憶されたクランプ動作前後での回転角度情報の差分から、補正パラメータを算出する。図３のステップＳ１１１に示すように、記憶手段１５は、補正手段１６によって算出された補正パラメータを記憶する。

次に、図４を参照しながら、位置決め工程を説明する。図４のステップＳ２０１に示すように、図２に示す数値制御装置１０を構成する指令位置関数発生手段１３は、位置決め制御指令を出力する。図４のステップＳ２０２に示すように、指令位置関数発生手段１３は、今回の位置決め制御指令が、クランプ機構２４によるクランプ動作の直前であるか判断する。今回の位置決め制御指令が、クランプ機構２４によるクランプ動作の直前である場合は、図４のステップＳ２０３に示すように、図２に示す指令位置関数発生手段１３は、クランプ動作の直前であることを示す指令信号を補正手段１６へ送出する。図４のステップＳ２０４に示すように、補正手段１６は、指令位置関数発生手段１３からの指令信号が入力されたら補正が有効であると判定し、記憶手段１５に記憶されている補正パラメータを取得し、モータ制御手段１７へ補正パラメータが有効となるように設定する。図４のステップＳ２０５に示すように、モータ制御手段１７は、補正手段１６からの補正パラメータに基づいて電動機２５を制御し、図４のステップＳ２０６に示すように、電動機２５により回転軸２２が補正パラメータに応じた位置に移動される。図４のＳ２０７に示すように、回転軸２２が補正パラメータに応じた位置に到達したら、指令位置関数発生手段１３からＰＬＣ１４へクランプ信号を送出し、クランプ信号が入力されたＰＬＣ１４はソレノイドバルブ２７を通じてクランプ機構２４をクランプ状態とし、回転軸２２をクランプする。

図４のステップＳ２０２において、今回の位置決め制御指令が、クランプ機構２４によるクランプ動作の直前ではない場合は、図４のステップＳ２１０に示すように、図２に示す指令位置関数発生手段１３は指令位置をモータ制御手段１７に出力し、モータ制御手段１７は指令位置に基づき電動機２５を制御する。図４のステップＳ２１１に示すように、モータ制御手段１７が電動機２５を制御することにより、回転軸２２が指令位置に移動する。以上が本実施形態の数値制御装置１０の動作となる。本実施形態の数値制御装置１０によれば、円テーブル２０において、適切なクランプ力を確保しつつ、ずれ量を抑制することができる。また、クランプ機構２４のクランプ動作によって発生する位置決め誤差を、補正パラメータを用いて補正するので、クランプ動作前後での位置決め誤差を低減することができる。また、クランプ機構２４を構成する部品の加工精度や、組付け精度、取付調整などは、特別に厳しい精度を必要としなくても、位置決め誤差を低減することができる。なお、記憶手段１５や補正手段１６などをどのような構成で実現するか、例えば、図２で示すような分離された構成でなくても、一つのＣＰＵ内にあるＲＡＭ領域やプログラムによって実現しても、それは本発明を使用して数値制御装置を設計する側の自由度の範囲内であるといえる。

次に図５、図６を参照しながら、他の実施形態について説明する。図１に示すクランプ機構２４のクランプ動作によって、回転軸２２に備えたブレーキディスク３４に荷重がかかり、位置ずれを起こすことは前述でも説明したが、クランプ機構２４の組付け次第で、常にある方向、たとえば時計回り方向（ＣＷ方向）に位置ずれを起こしやすい特性をもってしまう場合がある。図１に示した本実施形態の数値制御装置１０が用いられる円テーブル２０の構成では、アクチュエータである電動機２５と回転軸２２との間にウォームホイール２６ａ、ウォームギア２６ｂからなる減速機２６をもって駆動する機構となっている。ウォームホイール２６ａとウォームギア２６ｂとは、適切なバックラッシを設けて組付け調整されるのが一般的である。位置決め動作が、ＣＷ方向から行われた場合には、回転軸２２がＣＷ方向にバックラッシによる隙間を有した状態になり、反時計回り方向（ＣＣＷ方向）から行われた場合には逆にＣＣＷ方向にバックラッシによる隙間を有した状態となる。さて、図１に示す円テーブル２０が、クランプ機構２４のクランプ動作によって、ＣＷ方向への位置ずれを起こす特性をもっていた場合、クランプ動作前の位置決め動作が、ＣＷ方向から行われた場合には、バックラッシによる隙間により回転軸２２が位置ずれを起こしやすい状態となっているが、逆にＣＣＷ方向から位置決めが行われた場合には、クランプ動作によってＣＷ方向へ位置ずれを起こそうとしても、バックラッシによる隙間がほとんどないため、減速機２６のセルフロック効果により、位置ずれ量が少なくなる。このような場合には、ＣＷ方向から位置決め制御した際と、ＣＣＷ方向から位置決め制御した際とで、異なる補正パラメータを使い分けることが大変有効となる。

そこで、本実施形態では、以下に説明するように回転軸の方向により異なる補正パラメータを使用するようにしている。なお、特に図１から図３を参照して説明した実施形態の同様の部分には同様の符号を付して説明を省略する。図５を参照しながら、本実施形態の補正パラメータの算出工程について説明する。図５のステップＳ３０１からステップＳ３０４は、上述した図３のステップＳ１０１からＳ１０４と同様の動作である。図５のステップＳ３０１からＳ３０４により回転軸２２が指令位置に移動すると、図５のステップＳ３０５に示すように、指令位置関数発生手段１３は、モータ制御手段１７から電動機２５への制御指令を取得し、回転軸２２の回転方向がＣＷ方向またはＣＣＷ方向のいずれであるかを判断する。指令位置関数発生手段１３は、記憶手段１５に送出するホールド信号に、ＣＷ方向或いはＣＣＷ方向のいずれであるかを意味するコードを付加する。ここでは、回転軸２２の回転方向がＣＷ方向の場合について記す。図５のステップＳ３１１に示すように、回転角度検出器２３は、クランプ動作前の回転軸２２の回転位置を検出する。図５のステップＳ３１２に示すように、記憶手段１５は、回転方向のコードにもとづいてクランプ動作前の回転角度検出器２３からの回転角度情報をＣＷ方向に区分けして記憶する。図５のステップＳ３１３に示すように、指令位置関数発生手段１３はＰＬＣ１４へクランプ信号を送出し、クランプ信号が入力されたＰＬＣ１４はソレノイドバルブ２７を通じてクランプ機構２４をクランプ状態とし、回転軸２２をクランプする。ＰＬＣ１４は、クランプ状態となったことを指令位置関数発生手段１３へ伝達し、指令位置関数発生手段１３は記憶手段１５へホールド信号を送出する。図５のステップＳ３１４に示すように、回転角度検出器２３はクランプ動作後の回転軸２２の回転位置を検出し、ステップＳ３１５に示すように、記憶手段１５は、指令位置関数発生手段１３からホールド信号を受信したらクランプ動作後の回転角度検出器２３からの回転角度情報をＣＷ方向に区分けして記憶する。図５のステップＳ３１６に示すように、補正手段１６は、記憶手段１５に記憶されているＣＷ方向に区分けされたクランプ動作前後での回転角度情報の差分から、ＣＷ方向用の補正パラメータを算出する。図５のステップＳ３１７に示すように、記憶手段１５は、補正手段１６によって算出されたＣＷ方向用の補正パラメータを記憶する。図５のステップＳ３０５において、回転軸２２の回転方向がＣＣＷ方向と判断された場合は、図５のステップＳ３２１からＳ３２７に従ってＣＣＷ用の補正パラメータが算出、記憶される。なお、図５のステップＳ３２１からＳ３２７は、上述したステップＳ３１１からＳ３１７とＣＷ方向かＣＣＷ方向かが異なる以外は同様である。

次に、図６を参照しながら、本実施形態の位置決め工程を説明する。図６のステップＳ４０１に示すように、図２に示す数値制御装置１０を構成する指令位置関数発生手段１３は、位置決め制御指令を出力する。図６のステップＳ４０２に示すように、図２に示す指令位置関数発生手段１３は、今回の位置決め制御指令が、クランプ機構２４によるクランプ動作の直前であるか判断する。今回の位置決め制御指令が、クランプ機構２４によるクランプ動作の直前である場合は、図６のステップＳ４０３に示すように、図２に示す指令位置関数発生手段１３は、モータ制御手段１７から電動機２５への制御指令を取得し、回転軸２２の回転方向がＣＷ方向またはＣＣＷ方向のいずれであるかを判断する。ここでは、回転軸２２の回転方向がＣＷ方向の場合について記す。図６のステップＳ４１１に示すように、指令位置関数発生手段１３は、補正手段１６に対し、回転軸２２の回転方向がＣＷ方向であることを意味するコードを付加して、クランプ動作の直前であることを示す指令信号を送出する。図６のステップ４１２に示すように、補正手段１６は、指令位置関数発生手段１３からの指令信号が入力されたら補正が有効であると判定し、モータ制御手段１７へ、記憶手段１５に記憶されたＣＷ方向用の補正パラメータが有効となるように設定する。図６のステップ４１３に示すように、モータ制御手段１７は、補正手段１６からのＣＷ方向用の補正パラメータに基づいて電動機２５を制御し、図６のステップＳ４１４に示すように、電動機２５により回転軸２２がＣＷ方向用の補正パラメータに応じた位置に移動される。図６のステップＳ４１５に示すように、回転軸２２が補正パラメータに応じた位置に到達したら、指令位置関数発生手段１３からＰＬＣ１４へクランプ信号を送出し、クランプ信号を入力したＰＬＣ１４はソレノイドバルブ２７を通じてクランプ機構２４をクランプ状態とし、回転軸２２をクランプする。図６のステップＳ４０３において、回転軸２２の回転方向がＣＣＷ方向と判断された場合は、ステップＳ４２１からＳ４２４およびＳ４１５に従って位置決めが行われる。なお、図６のステップＳ４２１からＳ４２４は、上述したステップＳ４１１からＳ４１４とＣＷ方向かＣＣＷ方向かが異なる以外は同様である。

図６のステップＳ４０２において、今回の位置決め制御指令が、クランプ機構２４によるクランプ動作の直前ではない場合は、図６のステップＳ４３１に示すように、指令位置関数発生手段１３は指令位置をモータ制御手段１７に出力し、モータ制御手段１７は指令位置に基づき電動機２５を制御する。図６のステップＳ４３２に示すように、モータ制御手段１７が電動機２５を制御することにより、回転軸２２が指令位置に移動する。本実施形態の数値制御装置によれば、回転軸の回転方向がＣＷ方向かＣＣＷ方向かによって異なる補正パラメータを使い分けるため、クランプ機構によるクランプ動作によって発生する位置ずれが常にある方向に起きやすい場合であっても、適切に位置決め誤差を低減することができる。

図７を参照しながら、他の実施形態について説明する。図１に示す回転軸２２に備えたブレーキディスク３４について、回転軸２２の回転にともなってブレーキディスク３４の摩擦面が面振れするような取付状態であったとする。クランプ機構２４を構成するクランパーがブレーキディスク３４をおさえつける際に、回転位置によってブレーキディスク３４の高さ方向（アキシアル方向）の位置が異なるために、おさえつける荷重や、ブレーキディスク３４とクランパーが接触するタイミングなど、回転位置によるばらつきが発生し、位置ずれ量も回転位置によって異なってしまう。このような場合には、クランプ動作による位置ずれは、ブレーキディスク３４の面振れと同期するため、回転軸の一回転あたりに１サイクルの周期性を有した変化をする。

そこで、本実施形態では以下に説明するように回転軸の全周領域において補正パラメータを設定するようにしたものである。図７のステップＳ５０１に示すように、図２に示す指令位置関数発生手段１３は、指令位置を０°に決定し、図２に示すモータ制御手段１７へ指令位置を出力する。図７のステップＳ５０２に示すように、モータ制御手段１７が電動機２５を制御し、回転軸２２を指令位置へ移動する。図７のステップＳ５０３に示すように、回転角度検出器２３はクランプ動作前の回転軸２２の回転位置を検出する。図７のステップＳ５０４に示すように、指令位置関数発生手段１３から記憶手段１５に送出されるホールド信号に指令位置データも付加し、記憶手段１５は指令位置データを付加されたホールド信号が入力されたら、指令位置データと関連付けて回転角度検出器２３からの回転角度情報を記憶する。図７のステップＳ５０５に示すように、図２に示す指令位置関数発生手段１３はＰＬＣ１４へクランプ信号を送出し、クランプ信号が入力されたＰＬＣ１４はソレノイドバルブ２７を通じてクランプ機構２４をクランプ状態とし、回転軸２２をクランプする。図７のステップＳ５０６に示すように、回転角度検出器２３はクランプ動作後の回転軸２２の回転位置を検出し、図７のステップＳ５０７に示すように、記憶手段１５は、クランプ動作後の回転角度検出器２３からの回転角度情報を指令位置と関連付けて記憶する。図７のステップＳ５０８に示すように、図２に示す指令位置関数発生手段１３は、指令位置が３６０°以上であるか判断、すなわち回転軸２２の一回転分の回転角度情報を記憶手段１５へ記憶させたか判断する。図７のステップＳ５２０に示すように、指令位置関数発生手段１３は、指令位置が３６０°以上ではない場合は現在の指令位置に所定の角度αを加算する。そして、指令位置が３６０°以上になるまで、図７のステップＳ５０２からステップＳ５０７の動作が繰り返される。図７のステップＳ５０８において、図２に示す指令位置発生手段１３が指令位置が３６０°以上であると判断した場合、図７のＳ５０９に示すように、補正手段１６は、記憶手段１５に記憶されている複数の指令位置とそれらに対する複数のクランプ動作前後の回転角度情報の差分のデータを周波数解析し、指令位置と補正パラメータとの関係を導き出し、図７のＳ５１０に示すように、記憶手段１５は補正手段１６によって導出された指令位置と補正パラメータとの関係式を記憶する。たとえば、図８は、一回転３６０°に対して指令位置３０°おきに記憶手段１５に記憶されたクランプ動作前後での回転角度情報の差分のデータをグラフ化して示したものである。補正手段１６は、３０°おきの指令位置に対するクランプ動作前後での回転角度情報の差分のデータを周波数解析し、次の（１）のように指令位置（θ）と補正パラメータ（Ｃ）との関係が導かれる。
Ｃ＝０．００８９×ｓｉｎ（θ+１５０）・・・（１）

これにより、記憶手段１５に指令位置３０°おきの一回転あたり１２箇所の補正パラメータしか無かったものが、任意の指令位置θに対して補正パラメータが導出されるため、より実際の位置ずれに細やかに対応した補正パラメータとすることができる。本実施形態では、図１に示すブレーキディスク３４の回転軸２２の回転に対する面振れを要因とするものについて説明した。しかし、例えば、ブレーキディスク３４の柔軟性を増すために複数のスリットが設けられた形状であった場合には、クランプ機構２４のクランパーが、スリット近傍をクランプする時と、そうでない時に、クランプ動作による位置ずれ量に変化が発生し、結果として、そのスリットの数に比例したサイクルの位置ずれ変化が発生することもある。このような場合にも、周波数解析により高次の正弦波状の補正パラメータを選択されることも本実施形態では実現可能となっている。

次に、図９を参照しながら、指令位置と補正パラメータとの関係式を用いた位置決め制御の位置決め工程について説明する。図９のステップＳ６０１に示すように、図２に示す指令位置関数発生手段１３は、位置決め制御指令を出力する。図９のステップＳ６０２に示すように、指令位置関数発生手段１３は、今回の位置決め制御指令が、クランプ機構２４によるクランプ動作の直前であるか判断する。今回の位置決め制御指令が、クランプ機構２４によるクランプ動作の直前である場合は、図９のステップＳ６０３に示すように、指令位置関数発生手段１３は、クランプ動作の直前であることを示す指令信号を補正手段１６へ送出する。図９のステップＳ６０４に示すように、補正手段１６は、指令位置関数発生手段１３からの指令信号が入力されたら補正が有効であると判定し、記憶手段１５に記憶されている指令位置と補正パラメータとの関係式から、指令位置関数発生手段１３からの指令位置に対する補正パラメータを導出する。図９のステップＳ６０５に示すように、補正手段１６は、モータ制御手段１７に対して導出された補正パラメータが有効となるように設定する。図９のステップＳ６０６に示すように、モータ制御手段１７は、補正手段１６からの補正パラメータに基づいて電動機２５を制御し、図９のステップＳ６０７に示すように、電動機２５により回転軸２２が補正パラメータに応じた位置に移動される。図９のステップＳ６０８に示すように、回転軸２２が補正パラメータに応じた位置に移動したら、指令位置関数発生手段１３からＰＬＣ１４へクランプ信号を送出し、クランプ信号を入力したＰＬＣ１４はソレノイドバルブ２７を通じてクランプ機構２４をクランプ状態とし、回転軸２２をクランプする。

図９のステップＳ６０２において、今回の位置決め制御指令が、図２に示すクランプ機構２４によるクランプ動作の直前ではない場合は、図９のステップＳ６１０に示すように、指令位置関数発生手段１３は指令位置をモータ制御手段１７に出力し、モータ制御手段１７は指令位置に基づき電動機２５を制御する。図９のステップＳ６１１に示すように、モータ制御手段１７が電動機２５を制御することにより、回転軸２２が指令位置に移動する。本実施形態の数値制御装置によれば、回転軸の全周領域において補正パラメータを設定することができ、クランプ動作前後での回転角度誤差の情報が記憶されていない領域の位置決め誤差も低減することができる。

上述した本実施形態では、指令位置に対するクランプ動作前後での回転角度情報の差分のデータを周波数解析して、指令位置と補正パラメータの関係を導出したが、他の方法を用いてもよい。たとえば、図７に示すステップＳ５０１からＳ５０８およびＳ５２０に示すように、複数のクランプ機構２４のクランプ動作前後の回転軸の回転角度情報を複数の指令位置と関連付けて記憶手段１５に記憶する。補正手段１６は、記憶手段１５に記憶された複数の指令位置とそれらに対応する複数のクランプ動作の前後の回転角度情報から、回転軸２２の全回転領域における補正パラメータを補間して算出する。より詳細には、補正手段１６は、記憶手段１５に記憶された情報をもとに、所定の角度αおきの指令位置とそれらに対応するクランプ動作前後での回転角度情報の差分のデータについて図１０に示すように、回転軸２２の一回転３６０°に対して指令位置３０°おきに記憶手段１５に記憶されたクランプ動作前後での回転角度情報の差分のデータをテーブルとして作成し、記憶手段１５へ記憶する。そして、補正手段１６は、モータ制御手段１７へ補正パラメータを有効となるように設定する際に、指令位置に対する補正パラメータを、記憶手段１５に記憶されたテーブルを参照して補間して算出するようにしてもよい。

次に、補正パラメータの更新に関する実施形態について説明する。補正パラメータを算出、更新するには、上述の動作で示したように多くの処理が行われるため、常時、数値制御装置１０にて補正パラメータを算出、更新すると処理速度に支障がでる場合がある。そこで、所定の運転モードを行えば、補正パラメータが算出、更新されるようにする。具体的には、Ｍコードなどで補正パラメータを算出、更新する調整状態に設定されるようにしておき、指令位置関数発生手段１３にてそのＭコードの構文解釈をしたら、所定の運転モードを受け入れるフラグが設定される。ここでＭコードとは、工作機械に種々の動作を行わせるための指令のことをいう。そして、円テーブルを、例えば、ＣＷ方向、ＣＣＷ方向とも４５°おきに位置決め制御、クランプ動作を繰り返して１回転ずつ運転すれば、記憶手段１５に記憶されたクランプ動作前後での回転角度検出器２３の回転情報の差分から、補正手段１６が新たな補正パラメータを算出する。本発明の実施形態に係る数値制御装置１０を使用するオペレータが、必要と判断した時、例えば、一日の始業前、半年に１回の定期メンテナンス、暑い日、寒い日など、所定の運転モードを実施するＭコードと実際の回転動作を指令して、補正パラメータを更新するのが好適な実施方法といえる。なお、このような補正パラメータの更新が好適なのは、次のような状況を踏まえているためである。たとえば、ブレーキディスク３４は、繰り返しクランパーにおさえつけられることにより、接触面の磨耗や変形が発生する場合がある。クランプ動作を行うクランパーについても、バネや油圧機器の繰り返し使用による経年劣化により、クランプ力の変化が発生する場合がある。つまり、部品の形状精度や組付け精度、取付状態などが、経年的に変化する。クランプ機構２４の経年的な変化は、クランプ動作によるずれを誘発する。これは即ち、クランプ動作前後での位置決め誤差の変化を意味する。さらには、円テーブル２０が使用される温度環境によっても、クランプ機構２４を構成する各部品や組付け状態が姿勢変形し、同様の位置決め誤差が発生する。このような位置決め誤差を適切に補正しつつ、数値制御装置１０の処理速度に支障をきたさない程度に補正パラメータの算出、更新ができる。

クランプ機構２４がクランプ状態にある時にも、モータ制御手段１７が電動機２５を制御状態であり、クランプ機構２４とアクチュエータである電動機２５の両方の制動力を利用して、回転軸２２の回転を拘束する場合について説明する。補正手段１６は、クランプ動作前の位置決め制御時に、指令位置関数発生手段１３からのクランプ動作の直前であることを示す指令信号にもとづいて、補正が有効であることを判定し、モータ制御手段１７へ補正パラメータが有効となるように設定する。その後、クランプ動作が行われ、回転軸２２は指令位置でクランプされた状態となる。このとき、指令位置とモータ制御手段１７から出力される補正パラメータに応じた位置とは、補正パラメータ分だけずれている。ここで、補正が有効のままであると、回転角度検出器２３からのフィードバックにより、モータ制御手段１７は補正パラメータの補正量分だけずれた位置をもとに戻そうと制御を行う。この状態では、不要な電力を消費するとともに、電動機２５の発熱が増えることになる。円テーブル２０が使用される温度環境によっては、クランプ機構２４を構成する各部品や組付け状態が姿勢変形し、位置決め誤差を引き起こす原因となる。電動機２５の発熱は、円テーブル２０の精度阻害要因となる。そこで、指令位置関数発生手段１３は、ＰＬＣ１４からのクランプ動作確認信号が入力されたら、回転軸２２がクランプされたことを示す指令信号を補正手段１６へ送出する。補正手段１６は、指令位置関数発生手段１３からの回転軸２２がクランプされたことを示す指令信号が入力されたら、補正が無効であると判定し、モータ制御手段１７への補正パラメータの設定を解除する。これにより、クランプ動作後に理想的には指令位置と実際の回転軸２２の回転角度との間に位置ずれはなく、モータ制御のための無駄な電力を発生させることがなくなり、円テーブル２０の環境温度による位置決め精度低下を抑制でき、クランプ機構２４がクランプ状態のときの低発熱化も可能になる。

また、ウォームホイール２６ａとウォームギア２６ｂとからなる減速機２６について、経年的な磨耗によりバックラッシが増大する場合がある。本実施形態の補正パラメータは、このバックラッシ量とも密接な関係があるため、補正パラメータの補正量がある一定の値を超過した場合に、指令位置関数発生手段１３がアラームを発生し、たとえば図示しないディスプレイなどにバックラッシの調整が必要とするアラームを表示させることによって、メンテナンス時期を知らせることができる。なお、バックラッシ量の変化に限らず、円テーブル２０を構成する各部位の経年劣化により補正パラメータの補正量がある一定の値を超過する場合もあるため、このような場合には、円テーブル２０のメンテナンスが必要であることを示すアラームを発生してもよい。このようにすることで、減速機２６や円テーブル２０の各部位の経年劣化を適切に把握し、円テーブル２０のメンテナンスを適切に行うことができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の実現方法は以上で示した実施例のみに限定されるものではない。例えば、図１の円テーブル２０を構成するアクチュエータが、ダイレクトドライブモータが回転軸２２に直結された構造であっても、本発明の数値制御装置は実現される。また、旋盤の主軸であって、主軸を位置決め制御してクランプする機構を有する工作機械の数値制御装置であっても、本発明の数値制御装置は適用できる。数値制御装置内の構成に関しても、各指令信号のタイミングなどは、設計側で自由に取り決められるものであり、上述した各指令信号は一例である。即ち、アクチュエータの位置或いは速度を制御するための回転角度検出器について、クランプ動作前後の回転角度検出器の回転角度情報の差分から、クランプ動作による位置ずれ量を算出し、これを補正するシステム構成であれば、本発明の数値制御装置といえる。

１０ 数値制御装置、１３ 指令位置関数発生手段、１４ ＰＬＣ、１５ 記憶手段、１６ 補正手段、１７ モータ制御手段、２０ 円テーブル、２１ パレット、２２ 回転軸、２３ 回転角度検出器、２３ａ 検出ロータ、２３ｂ 検出センサ、２４ クランプ機構、２５ 電動機（アクチュエータ）、２６ 減速機、２６ａ ウォームホイール、２６ｂ ウォームギア、２７ ソレノイドバルブ、２８ エンコーダ、３１ａ，３１ｂ 軸受、３２ａ，３２ｂ ボルト、３３ａ，３３ｂ 結合機構、３４ ブレーキディスク、３５ａ，３５ｂ ボルト、３８ ナット、３９ おさえカラー。

Claims (8)

1. 被加工物を固定して旋回自在な回転軸と、回転軸を駆動するアクチュエータと、回転軸をクランプするクランプ機構と、回転軸に備えられた回転軸の回転角度を検出する回転角度検出器と、を備える工作機械に用いる数値制御装置であって、
   回転軸を任意の指令位置に位置決め制御する際に、クランプ機構によって回転軸がクランプされる前の回転角度検出器の回転角度情報と、クランプ機構によって回転軸がクランプされた後の回転角度検出器の回転角度情報とから位置決め時に回転軸がクランプされたときの位置ずれを補正する補正パラメータを算出する補正手段と、
   補正手段からの補正パラメータに応じてアクチュエータを駆動制御して回転軸の位置決め制御を行うアクチュエータ制御手段と、を有することを特徴とする数値制御装置。
2. 請求項１に記載の数値制御装置であって、
   補正手段は、クランプ機構のクランプ指令が行われる直前の位置決め制御時に補正パラメータを有効とすることを特徴とする数値制御装置。
3. 請求項１に記載の数値制御装置であって、
   補正手段は、回転軸を時計回り方向から位置決めする場合と、回転軸を反時計回り方向から位置決めする場合とで、異なる補正パラメータを算出することを特徴とする数値制御装置。
4. 請求項１に記載の数値制御装置であって、
   数値制御装置は、指令位置とクランプ動作の前後の回転角度情報とを関連付けて記憶する記憶手段をさらに備え、
   補正手段は、記憶手段に記憶された複数の指令位置とそれらに対応する複数のクランプ動作の前後の回転角度情報から、回転軸の全回転領域における補正パラメータを補間して算出することを特徴とする数値制御装置。
5. 請求項１または４に記載の数値制御装置であって、
   数値制御装置は、指令位置とクランプ動作の前後の回転角度情報とを関連付けて記憶する記憶手段をさらに備え、
   補正手段は、記憶手段に記憶された複数の指令位置とそれらに対応する複数のクランプ動作の前後の回転角度情報から、回転軸の全回転領域における補正パラメータを、周波数解析による正弦波状の分布となるよう補間して算出することを特徴とする数値制御装置。
6. 請求項１に記載の数値制御装置であって、
   数値制御装置は、補正パラメータを記憶する記憶手段をさらに備え、
   所定の運転モードにおいて、補正手段は補正パラメータを算出し、かつ、更新することを特徴とする数値制御装置。
7. 請求項１に記載の数値制御装置であって、
   アクチュエータ制御手段は、回転軸がクランプ機構によってクランプされた状態において、補正手段からの補正パラメータを無効としてアクチュエータを駆動制御することを特徴とする数値制御装置。
8. 請求項１に記載の数値制御装置であって、
   工作機械は、回転軸と回転軸を駆動するアクチュエータとの間に、歯車からなる減速機をさらに備え、
   数値制御装置は、補正手段にて算出する補正パラメータが一定量を超過した際に、アラームを発生することを特徴とする数値制御装置。

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