JP5991249B2 - Numerical controller - Google Patents
Numerical controller Download PDFInfo
- Publication number
- JP5991249B2 JP5991249B2 JP2013065368A JP2013065368A JP5991249B2 JP 5991249 B2 JP5991249 B2 JP 5991249B2 JP 2013065368 A JP2013065368 A JP 2013065368A JP 2013065368 A JP2013065368 A JP 2013065368A JP 5991249 B2 JP5991249 B2 JP 5991249B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compensation amount
- moving
- moving body
- speed
- torque
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Description
本発明は数値制御装置に関する。 The present invention relates to a numerical controller.
工作機械は或る駆動軸の移動方向が反転した時に機構の弾性変形による遅れを生ずる。遅れはロストモーションと呼び、加工精度が低下する原因となる。ロストモーションを補償する為に、数値制御装置は移動方向反転時にロストモーションに相当する量を予測して、指令位置に加えておく。特許文献１は入力を反転位置からの距離、出力を補償量とした関数としてロストモーションを補償する。特許文献２は同じく反転位置からの距離の関数としてロストモーションを補償するが、ロストモーションの立ち上がりを滑らかなｅｘｐ関数で近似する。 The machine tool causes a delay due to elastic deformation of the mechanism when the moving direction of a certain drive shaft is reversed. The delay is referred to as lost motion and causes a reduction in machining accuracy. In order to compensate for the lost motion, the numerical controller predicts an amount corresponding to the lost motion when the moving direction is reversed and adds it to the command position. Patent Document 1 compensates for lost motion as a function of the input as the distance from the inversion position and the output as the compensation amount. Patent Document 2 similarly compensates for lost motion as a function of the distance from the reversal position, but approximates the rise of the lost motion with a smooth exp function.
特許文献１，２に記載の手法は、反転時及び移動中のロストモーションは良好に補償できるが、停止時は過補償となって加工精度が低下するという問題点があった。 The methods described in Patent Documents 1 and 2 can satisfactorily compensate for lost motion during reversal and movement, but have a problem in that machining accuracy is reduced due to overcompensation when stopped.
本発明の目的は、移動中、反転時、及び停止時に応じてロストモーションを精度良く補償できる数値制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a numerical controller capable of accurately compensating for lost motion according to movement, reversal, and stop.
本発明の請求項１に係る数値制御装置は、ボール螺子軸と該ボール螺子軸に外嵌するボールナットとを有し該ボールナットに固定した移動体を移動する送り機構と、前記ボール螺子軸を回転駆動するモータと、前記モータで移動した前記移動体の位置を前記モータの回転量に基づいて検出する位置検出機構と、該位置検出機構が検出した前記移動体の位置と制御部が生成する位置指令とが一致するように速度指令を生成する速度生成部と、前記モータの速度を検出する速度検出機構と、前記速度検出機構が検出した速度と前記速度生成部が生成した速度指令とが一致するようにトルク指令を生成するトルク生成部と、前記移動体の移動方向が反転した後に前記送り機構の弾性変形に起因して生じるロストモーションの補償量を演算する演算手段と、前記演算手段が演算した前記補償量を前記位置指令に加算して前記位置指令を補正する加算手段とを備えた数値制御装置において、前記演算手段は、前記移動体が移動中か停止中かを判断する判断手段と、前記判断手段が前記移動体は移動中と判断した場合、前回の補償量に前記移動体の移動量に基づく値を加算して前記補償量を演算する第一演算手段と、前記判断手段が前記移動体は停止中と判断した場合、前記トルク指令に基づいて前記補償量を演算する第二演算手段とを備えることを特徴とする。移動体の移動中、第一演算手段は移動量の関数を用いて補償量を演算する。移動体の停止中、第二演算手段はトルク指令の関数を用いて補償量を演算する。演算手段は移動体が移動中か停止中で関数を使い分ける。故に数値制御装置は、移動体の移動中や反転時に安定した補償を行いながら停止時に過補償となることを防止できる。故に数値制御装置は移動中、反転時、及び停止時に応じてロストモーションを精度良く補償できる。 A numerical control device according to a first aspect of the present invention includes a ball screw shaft and a feed mechanism that moves a moving body fixed to the ball nut, the ball screw shaft having a ball nut fitted on the ball screw shaft, and the ball screw shaft. A motor that rotates the motor, a position detection mechanism that detects the position of the moving body moved by the motor based on the rotation amount of the motor, and a position and a control unit of the moving body that are detected by the position detection mechanism A speed generation unit that generates a speed command so as to match a position command to be performed, a speed detection mechanism that detects the speed of the motor, a speed detected by the speed detection mechanism, and a speed command generated by the speed generation unit A torque generation unit that generates a torque command so as to match, and a calculation unit that calculates a compensation amount of lost motion caused by elastic deformation of the feed mechanism after the moving direction of the moving body is reversed And an addition unit that corrects the position command by adding the compensation amount calculated by the calculation unit to the position command, wherein the calculation unit is moving or stopped. And a first calculation for calculating the compensation amount by adding a value based on the moving amount of the moving body to the previous compensation amount when the determining unit determines that the moving body is moving. And a second calculating unit that calculates the compensation amount based on the torque command when the determining unit determines that the moving body is stopped. During the movement of the moving body, the first calculation means calculates the compensation amount using a function of the movement amount. While the moving body is stopped, the second calculation means calculates the compensation amount using a torque command function. The calculation means uses the function properly while the moving body is moving or stopped. Therefore, the numerical control device can prevent overcompensation at the time of stop while performing stable compensation while the moving body is moving or reversing. Therefore, the numerical control device can compensate for lost motion with high accuracy according to movement, reversal, and stop.
請求項２に係る発明の数値制御装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記移動体を所定速度で一定方向に移動させた時のトルク値を基準トルクとし、前記第二演算手段は、前記基準トルクと前記トルク指令の比率に比例するように前記補償量を演算することを特徴とする。故に第二演算手段は停止中に生じるロストモーションを補償できる。 According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the present invention, the numerical control device uses the torque value when the movable body is moved in a constant direction at a predetermined speed as a reference torque, and the second calculation The means is characterized in that the compensation amount is calculated so as to be proportional to a ratio between the reference torque and the torque command. Therefore, the second calculation means can compensate for the lost motion that occurs during the stop.
請求項３に係る発明の数値制御装置は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記移動体を前記所定速度で前記一定方向に移動させた時の最大の補償量を最大補償量とし、前記第二演算手段は、前記比率に前記最大補償量を乗算することによって、前記補償量を演算することを特徴とする。故に第二演算手段は停止中に生じるロストモーションを補償できる。 A numerical control apparatus according to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect of the present invention, has a maximum compensation amount when the movable body is moved in the predetermined direction at the predetermined speed as a maximum compensation amount. The second calculating means calculates the compensation amount by multiplying the ratio by the maximum compensation amount. Therefore, the second calculation means can compensate for the lost motion that occurs during the stop.
請求項４に係る発明の数値制御装置は、請求項１から３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記第一演算手段は、前記移動体が停止中から移動する場合、停止中の前記補償量を前記前回の補償量とすることを特徴とする。故に数値制御装置は停止から移動に転じる時のロストモーションの変化を良好に補償できる。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the invention according to any one of the first to third aspects, the first calculation means is configured to stop the moving body when the moving body moves from the stopped state. The compensation amount is the previous compensation amount. Therefore, the numerical controller can satisfactorily compensate for the change in the lost motion when changing from the stop to the movement.
本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１に示すテーブル機構２０は工作機械に設ける。テーブル機構２０はテーブル３をＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能に支持する。工作機械の主軸（図示略）はＺ軸方向に昇降可能である。数値制御装置１はＮＣプログラムが指定する経路に従い、主軸とテーブル機構２０の動作を制御し、テーブル３上に治具で固定したワーク（図示略）の切削加工を行う。尚、図１の左斜め下方、右斜め上方、右斜め下方、左斜め上方は、夫々、テーブル機構２０の前方、後方、右方、左方である。テーブル機構２０の左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The table mechanism 20 shown in FIG. 1 is provided in a machine tool. The table mechanism 20 supports the table 3 so as to be movable in the X-axis direction and the Y-axis direction. A spindle (not shown) of the machine tool can be moved up and down in the Z-axis direction. The numerical controller 1 controls the operation of the spindle and the table mechanism 20 according to the path specified by the NC program, and performs cutting of a work (not shown) fixed on the table 3 with a jig. Note that the diagonally lower left, diagonally upper right, diagonally lower right, and diagonally upper left in FIG. 1 are the front, rear, right, and left sides of the table mechanism 20, respectively. The left-right direction, the front-rear direction, and the vertical direction of the table mechanism 20 are an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction, respectively.
図１を参照し、テーブル機構２０の構造を説明する。テーブル機構２０は基台２、中間テーブル５０、テーブル３を備える。基台２は上面に中間テーブル５０をＹ軸方向に移動可能に支持する。中間テーブル５０は上面にテーブル３をＸ軸方向に移動可能に支持する。故にテーブル３は基台２を基準にＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能となる。 The structure of the table mechanism 20 will be described with reference to FIG. The table mechanism 20 includes a base 2, an intermediate table 50, and a table 3. The base 2 supports the intermediate table 50 on the upper surface so as to be movable in the Y-axis direction. The intermediate table 50 supports the table 3 on the upper surface so as to be movable in the X-axis direction. Therefore, the table 3 can move in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the base 2.
基台２は上面に一対のリニアガイド６Ａ、ボール螺子軸４Ａ、モータ２Ａ等を備える。リニアガイド６ＡはＹ軸方向に延出する。リニアガイド６Ａは中間テーブル５０をＹ軸方向に案内する。ボール螺子軸４Ａは一対のリニアガイド６Ａの間にＹ軸方向に平行に設ける。中間テーブル５０は下面にボールナット（図示略）を固定する。ボール螺子軸４Ａはボールナットに挿入する。モータ２Ａはボール螺子軸４Ａを回転する。ボール螺子軸４Ａが回転すると、中間テーブル５０はボールナットを介してＹ軸方向に移動する。 The base 2 includes a pair of linear guides 6A, a ball screw shaft 4A, a motor 2A, and the like on the upper surface. The linear guide 6A extends in the Y-axis direction. The linear guide 6A guides the intermediate table 50 in the Y-axis direction. The ball screw shaft 4A is provided parallel to the Y-axis direction between the pair of linear guides 6A. The intermediate table 50 has a ball nut (not shown) fixed to the lower surface. The ball screw shaft 4A is inserted into the ball nut. The motor 2A rotates the ball screw shaft 4A. When the ball screw shaft 4A rotates, the intermediate table 50 moves in the Y-axis direction via the ball nut.
中間テーブル５０はＸ軸方向に長手を有する板状である。中間テーブル５０は上面に一対のリニアガイド６Ｂ、ボール螺子軸４Ｂ、モータ２Ｂ等を備える。リニアガイド６ＢはＸ軸方向に延出する。リニアガイド６Ｂはテーブル３をＸ軸方向に案内する。ボール螺子軸４Ｂは一対のリニアガイド６Ｂの間にＸ軸方向に平行に設ける。テーブル３は下面にボールナット５（図８参照）を固定する。ボール螺子軸４Ｂはボールナット５に挿入する。モータ２Ｂはボール螺子軸４Ｂを回転する。ボール螺子軸４Ｂが回転すると、テーブル３はボールナット５を介してＸ軸方向に移動する。従って、テーブル機構２０はテーブル３をＸ軸方向とＹ軸方向に移動できる。 The intermediate table 50 has a plate shape having a length in the X-axis direction. The intermediate table 50 includes a pair of linear guides 6B, a ball screw shaft 4B, a motor 2B, and the like on the upper surface. The linear guide 6B extends in the X-axis direction. The linear guide 6B guides the table 3 in the X-axis direction. The ball screw shaft 4B is provided parallel to the X-axis direction between the pair of linear guides 6B. The table 3 fixes a ball nut 5 (see FIG. 8) to the lower surface. The ball screw shaft 4B is inserted into the ball nut 5. The motor 2B rotates the ball screw shaft 4B. When the ball screw shaft 4B rotates, the table 3 moves in the X-axis direction via the ball nut 5. Therefore, the table mechanism 20 can move the table 3 in the X-axis direction and the Y-axis direction.
数値制御装置１はモータ２Ａ、２Ｂに夫々接続する。数値制御装置１はモータ２Ａ，２Ｂを駆動して、テーブル３をＸ軸方向とＹ軸方向に移動する。ボール螺子軸４Ａ、４Ｂ、ボール螺子軸４Ａに取り付けるボールナット、ボールナット５はモータ２Ａ、２Ｂの回転運動を二軸方向におけるテーブル３の直進運動に変換する。数値制御装置１はモータ２Ａ、２Ｂを制御し、テーブル３の位置、速度、加速度を制御する。ロータリーエンコーダ６０（以下、エンコーダ６０という）はモータ２Ａ、２Ｂに夫々取り付ける。各エンコーダ６０はモータ２Ａ、２Ｂの各位置（回転角）を検出する。数値制御装置１はテーブル３の位置を、モータ２Ａ，２Ｂの各位置、ボール螺子軸４Ａ、４Ｂのピッチ（螺子山の間隔）に基づいて算出する。 The numerical controller 1 is connected to the motors 2A and 2B, respectively. The numerical controller 1 drives the motors 2A and 2B to move the table 3 in the X-axis direction and the Y-axis direction. The ball screw shafts 4A and 4B, a ball nut attached to the ball screw shaft 4A, and the ball nut 5 convert the rotational motion of the motors 2A and 2B into the straight motion of the table 3 in the biaxial direction. The numerical control device 1 controls the motors 2A and 2B, and controls the position, speed, and acceleration of the table 3. A rotary encoder 60 (hereinafter referred to as an encoder 60) is attached to each of the motors 2A and 2B. Each encoder 60 detects each position (rotation angle) of the motors 2A and 2B. The numerical controller 1 calculates the position of the table 3 based on the positions of the motors 2A and 2B and the pitch of the ball screw shafts 4A and 4B (screw thread interval).
図２を参照し、数値制御装置１の構成を説明する。数値制御装置１は、上位制御部１０、位置制御器１１、速度制御器１２、補償器１３、電流制御増幅器１５、微分器１６、加算器１７等を備える。上位制御部１０はＮＣプログラムに基づき、位置指令信号を位置制御器１１に出力する。各エンコーダ６０はモータ２Ａ、２Ｂの位置検出信号を位置制御器１１に出力する。位置制御器１１は位置指令信号と位置検出信号が一致するように速度指令信号を生成し速度制御器１２に出力する。微分器１６は位置検出信号を速度検出信号に変換し速度制御器１２に加える。速度制御器１２は速度指令信号と速度検出信号とが一致するようにトルク指令信号を生成し、電流制御増幅器１５と補償器１３に夫々出力する。 The configuration of the numerical control device 1 will be described with reference to FIG. The numerical controller 1 includes a host controller 10, a position controller 11, a speed controller 12, a compensator 13, a current control amplifier 15, a differentiator 16, an adder 17, and the like. The host controller 10 outputs a position command signal to the position controller 11 based on the NC program. Each encoder 60 outputs the position detection signals of the motors 2A and 2B to the position controller 11. The position controller 11 generates a speed command signal so that the position command signal matches the position detection signal, and outputs the speed command signal to the speed controller 12. The differentiator 16 converts the position detection signal into a speed detection signal and applies it to the speed controller 12. The speed controller 12 generates a torque command signal so that the speed command signal matches the speed detection signal, and outputs the torque command signal to the current control amplifier 15 and the compensator 13, respectively.
補償器１３は、テーブル３の状態に応じて、上位制御部１０からの位置指令信号又は速度制御器１２からのトルク指令信号に基づき、ロストモーション補償量（以下、補償量という）を算出し、ロストモーション補償信号を生成し加算器１７に出力する。加算器１７はロストモーション補償信号を上位制御部１０が位置制御器１１に出力した位置指令信号に加算する。故に位置制御器１１はロストモーションを補償した位置指令信号と位置検出信号が一致するようにトルク指令信号を生成する。速度制御器１２はロストモーションを補償したトルク指令信号を生成する。電流制御増幅器１５はトルク指令信号にできる限り忠実なトルクを発生するようにモータ２Ａ、２Ｂの電流を制御する。 The compensator 13 calculates a lost motion compensation amount (hereinafter referred to as a compensation amount) based on a position command signal from the host controller 10 or a torque command signal from the speed controller 12 according to the state of the table 3, A lost motion compensation signal is generated and output to the adder 17. The adder 17 adds the lost motion compensation signal to the position command signal output from the host controller 10 to the position controller 11. Therefore, the position controller 11 generates a torque command signal so that the position command signal compensated for the lost motion matches the position detection signal. The speed controller 12 generates a torque command signal that compensates for the lost motion. The current control amplifier 15 controls the currents of the motors 2A and 2B so as to generate torque that is as faithful as possible to the torque command signal.
図３〜図６を参照し、補償器１３によるロストモーション補償方法を説明する。ロストモーションはテーブル３の状態に応じて特性が異なる。テーブル３の状態とは、少なくとも移動状態と停止状態を含む。工作機械がワークを加工する為に、テーブル３は移動と停止を交互に繰り返す。故に数値制御装置１は移動状態と停止状態とで補償量の算出方法を夫々変える必要がある。更に数値制御装置１は移動状態から停止状態に遷移する時、停止状態から移動状態に遷移する時の補償量を規定しておく必要がある。本実施形態はこれらを考慮し補償量をテーブル３の状態に応じて以下のように算出する。 A lost motion compensation method by the compensator 13 will be described with reference to FIGS. The lost motion has different characteristics depending on the state of the table 3. The state of the table 3 includes at least a moving state and a stopped state. In order for the machine tool to process the workpiece, the table 3 repeats moving and stopping alternately. Therefore, it is necessary for the numerical control device 1 to change the compensation amount calculation method between the moving state and the stopped state. Further, the numerical control device 1 needs to define a compensation amount when transitioning from the stopped state to the moving state when transitioning from the moving state to the stopped state. In the present embodiment, taking these into account, the compensation amount is calculated as follows according to the state of the table 3.
［移動状態］
補償器１３は以下（１）式を用いて補償量を算出する。
尚、Ｌｃｎは補償器出力、Ｌｃｎ−１は前回補償器出力、Ｐｃは最大補償量、Ａｐは傾き係数、Δｘは位置指令の増分である。
[Moving state]
The compensator 13 calculates a compensation amount using the following equation (1).
図３は（１）式を用いて算出した移動状態の補償量をグラフに表したものである。補償量はテーブル３の移動量に比例して増加もしくは減少する。但し、−Ｐｃ／２≦Ｌｃn≦Ｐｃ／２とし、それ以降は補償量は増加せずに一定になる。移動量に対して比例して増加する傾きと、最大補償量は実際に測定することで決定するパラメータである。補償量が一定になった後で移動方向が反転した場合、直ちに補償量が減少する。故に補償量は元の場所には戻らないヒステリシス特性の軌跡を描く。 FIG. 3 is a graph showing the compensation amount of the movement state calculated using the equation (1). The compensation amount increases or decreases in proportion to the movement amount of the table 3. However, −Pc / 2 ≦ Lc n ≦ Pc / 2, and thereafter, the compensation amount does not increase and becomes constant. The slope that increases in proportion to the amount of movement and the maximum compensation amount are parameters that are determined by actual measurement. If the moving direction is reversed after the compensation amount becomes constant, the compensation amount immediately decreases. Therefore, the compensation amount draws a locus of hysteresis characteristics that does not return to the original location.
［停止状態］
補償器１３は以下（２）式を用いて補償量を算出する。
尚、Ｌｃは補償器出力、Ｐｃは最大補償量、Ｔｌは基準トルク、Ｔｃはトルク指令である。但し、−Ｐｃ／２≦Ｌｃ≦Ｐｃ／２とする。
[State of standstill]
The compensator 13 calculates a compensation amount using the following equation (2).
図４は（２）式を用いて算出した停止状態の補償量をグラフに表したものである。補償量はトルク指令の値に比例して増加する。補償量が或る一定の値になるとそれ以上補償量は増加しない。トルク指令に対して比例する補償量の傾きは実測で求める。最大補償量Ｐｃは移動中の最大補償量と同じである。基準トルクはテーブル３を所定速度で一定方向に移動した時のトルク値である。途中でトルク指令が反転した場合、補償量は移動状態とは異なり元の場所に戻る。 FIG. 4 is a graph showing the compensation amount in the stopped state calculated using the equation (2). The compensation amount increases in proportion to the value of the torque command. When the compensation amount reaches a certain value, the compensation amount does not increase any more. The slope of the compensation amount proportional to the torque command is obtained by actual measurement. The maximum compensation amount Pc is the same as the maximum compensation amount during movement. The reference torque is a torque value when the table 3 is moved in a constant direction at a predetermined speed. If the torque command is reversed halfway, the compensation amount returns to the original location unlike the moving state.
［停止状態から移動状態に遷移した時］
図５に示す如く、停止状態から移動状態に遷移した時、補償器１３は停止時の補償量に対応する位置から補償を開始する。
[When transitioning from the stopped state to the moving state]
As shown in FIG. 5, when the transition is made from the stopped state to the moving state, the compensator 13 starts compensation from a position corresponding to the compensation amount at the time of stopping.
［移動状態から停止状態に遷移した時］
図６に示す如く、移動状態から停止状態に遷移した時、補償器１３は停止した時点のトルク指令に基づいて補償量を決定する。
[When transitioning from the move state to the stop state]
As shown in FIG. 6, when the transition is made from the movement state to the stop state, the compensator 13 determines the compensation amount based on the torque command at the time of stop.
図７を参照し、補償器１３による補償処理を説明する。工作機械が動作を開始すると、補償器１３は、上位制御部１０からの位置指令信号又は速度制御器１２からのトルク指令信号に基づき、本処理を実行する。補償器１３はΔｘ＝０か否か判断する（Ｓ１）。Δｘ＝０でない場合（Ｓ１：ＮＯ）、テーブル３は移動状態である。故に補償器１３は（１）式を用いて補償量を算出する（Ｓ２）。尚、前回が停止状態であった場合は停止状態から移動状態への遷移であるので、図５に示す如く、補償器１３は停止時の補償量と対応する位置から補償を開始する。補償器１３は算出した補償量に基づきロストモーション補償信号を生成し加算器１７に出力する（Ｓ３）。 The compensation process by the compensator 13 will be described with reference to FIG. When the machine tool starts operation, the compensator 13 executes this processing based on the position command signal from the host controller 10 or the torque command signal from the speed controller 12. The compensator 13 determines whether Δx = 0 (S1). When Δx = 0 is not satisfied (S1: NO), the table 3 is in a moving state. Therefore, the compensator 13 calculates a compensation amount using the equation (1) (S2). If the previous stop state is a transition from the stop state to the moving state, the compensator 13 starts compensation from a position corresponding to the compensation amount at the time of stop as shown in FIG. The compensator 13 generates a lost motion compensation signal based on the calculated compensation amount and outputs it to the adder 17 (S3).
Δｘ＝０の場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、テーブル３は停止状態である。故に補償器１３は（２）式を用いて補償量を算出する（Ｓ５）。尚、移動状態から停止状態に遷移した時、図６に示す如く、補償器１３は停止した時点のトルク指令に基づいて補償量を算出する。補償器１３は算出した補償量に基づきロストモーション補償信号を生成し加算器１７に出力する（Ｓ３）。補償器１３は工作機械の動作が終了したか否か判断する（Ｓ４）。動作が継続する場合（Ｓ４：ＮＯ）、補償器１３はＳ１に戻り、処理を繰り返す。動作が終了した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、補償器１３は処理を終了する。 When Δx = 0 (S1: YES), the table 3 is in a stopped state. Therefore, the compensator 13 calculates a compensation amount using the equation (2) (S5). When the transition is made from the movement state to the stop state, as shown in FIG. 6, the compensator 13 calculates a compensation amount based on the torque command at the time of stop. The compensator 13 generates a lost motion compensation signal based on the calculated compensation amount and outputs it to the adder 17 (S3). The compensator 13 determines whether the operation of the machine tool has been completed (S4). When the operation continues (S4: NO), the compensator 13 returns to S1 and repeats the process. When the operation ends (S4: YES), the compensator 13 ends the process.
次に、本実施形態の効果を確認する為に各種実験を行った。図８を参照し、実験に用いたテーブル機構４０を説明する。テーブル機構４０は、図１に示すテーブル機構２０のうちテーブル３をＸ軸方向にガイドする部分で構成する。テーブル機構４０は、テーブル３、ボールナット５、ボール螺子軸４Ｂ、Ｘ軸送りガイド（図示略）、モータ２Ｂ、エンコーダ６０、リニアスケール３０を備える。リニアスケール３０は目盛（スケール）から位置情報を取得する検出器であり、テーブル３の位置を検出する。エンコーダ６０が出力するフィードバック位置（以下、ＦＢ位置という）はモータ２Ｂの位置検出信号が示すテーブル３の位置である。ロストモーションは、同一時刻におけるＦＢ位置とリニアスケール位置の差とみなすことができる。 Next, various experiments were performed to confirm the effect of the present embodiment. With reference to FIG. 8, the table mechanism 40 used for the experiment will be described. The table mechanism 40 is configured by a portion of the table mechanism 20 shown in FIG. 1 that guides the table 3 in the X-axis direction. The table mechanism 40 includes a table 3, a ball nut 5, a ball screw shaft 4B, an X-axis feed guide (not shown), a motor 2B, an encoder 60, and a linear scale 30. The linear scale 30 is a detector that acquires position information from a scale (scale), and detects the position of the table 3. The feedback position (hereinafter referred to as FB position) output from the encoder 60 is the position of the table 3 indicated by the position detection signal of the motor 2B. The lost motion can be regarded as a difference between the FB position and the linear scale position at the same time.
テーブル３が移動と停止を交互に繰り返す一連の動作について、３つの手法を用いて補償量を夫々算出し比較する実験を行った。一連の動作は以下の通りである。
・所定時間プラス方向に移動（５００ｍｍ／ｍｉｎ）→所定時間停止→所定時間マイナス方向に移動（−５００ｍｍ／ｍｉｎ）→所定時間停止
尚、プラス方向とマイナス方向はＸ軸方向において互いに逆方向の関係である。
With respect to a series of operations in which the table 3 alternately moves and stops, an experiment was performed to calculate and compare compensation amounts using three methods. A series of operations is as follows.
・ Moving in the positive direction for a predetermined time (500 mm / min) → Stopping for a predetermined time → Moving in the negative direction for a predetermined time (−500 mm / min) → Stopping for a predetermined time It is.
３つの手法は以下の通りである。第一手法は（１）式のみを用いて補償する方法、第二手法は（２）式のみを用いて補償する方法、第三手法は本発明手法である。本発明手法は移動時と停止時に応じて（１）式と（２）式を使い分けて補償する方法である。各実験はロストモーションを実際に測定し、実測値と各手法を用いた補償量とを比較して評価した。 The three methods are as follows. The first method is a method of compensation using only equation (1), the second method is a method of compensation using only equation (2), and the third method is the method of the present invention. The method of the present invention is a method for compensating by using the equations (1) and (2) properly according to the time of movement and the time of stop. In each experiment, the lost motion was actually measured, and the measured value was compared with the compensation amount using each method for evaluation.
図９を参照し、第一手法を用いて補償量を算出した結果を説明する。図９のグラフが示す如く、ロストモーションの実測値は、テーブル３の移動中は小刻みに上下に振幅しながら一定の値を保持し、停止した後はなだらかに低下しその後一定の値を保持した。振幅の原因はＸ軸送りガイド及びボール螺子軸４Ｂ等の影響で生じたトルクむらであると考えられる。これに対し、第一手法を用いて算出した補償量は、移動中は実測値に近い値を示すことができたが、停止中はそれ以前の移動中の補償量から変化せず、実測値に近づけることができなかった。これは、第一手法で用いた（１）式がテーブル３の移動状態のみに適応した計算式であり、停止状態には全く適応していないからである。 The result of calculating the compensation amount using the first method will be described with reference to FIG. As shown in the graph of FIG. 9, the measured value of the lost motion is maintained at a constant value while swinging up and down in small increments during the movement of the table 3, and gradually decreases after stopping and then maintains a constant value. . The cause of the amplitude is considered to be torque unevenness caused by the influence of the X-axis feed guide, the ball screw shaft 4B, and the like. On the other hand, the compensation amount calculated using the first method was able to show a value close to the actual measurement value during movement, but during the stop, the compensation amount did not change from the previous compensation amount during movement. I could n’t get close to This is because the equation (1) used in the first method is a calculation equation adapted only to the moving state of the table 3, and is not adapted to the stopped state at all.
図１０を参照し、第二手法を用いて補償量を算出した結果を説明する。ロストモーションの実測値は図９と同じである。第二手法を用いて算出した補償量は、停止中については実測値に近い値を示すことができたが、移動中については実測値の振幅よりもさらに大きくなってしまい、実測値から離れてしまった。これは、第二手法で用いた（２）式がテーブル３移動中のトルクむらによる影響をロストモーションの実測値よりも大きく算出し、移動状態には全く適応していないからである。 The result of calculating the compensation amount using the second method will be described with reference to FIG. The actual measurement value of the lost motion is the same as in FIG. The compensation amount calculated using the second method was able to show a value close to the actual measurement value while stopped, but it became even larger than the actual measurement amplitude while moving, and was far from the actual measurement value. I have. This is because Equation (2) used in the second method calculates the effect of torque unevenness during the movement of the table 3 to be larger than the actually measured value of the lost motion, and is not adapted to the moving state at all.
図１１を参照し、第三手法を用いて補償量を算出した結果を説明する。ロストモーションの実測値は図９と同じである。第三手法を用いて算出した補償量は、移動中及び停止中共に実測値に近い値を示すことができた。故に第三手法は、移動中は（１）式、停止中は（２）式を夫々使い分けることによって、テーブル３の状態に応じた補償量を算出できることがわかった。 The result of calculating the compensation amount using the third method will be described with reference to FIG. The actual measurement value of the lost motion is the same as in FIG. The compensation amount calculated using the third method was able to show a value close to the actual measurement value during both movement and stop. Therefore, it was found that the third method can calculate the compensation amount according to the state of the table 3 by using the expression (1) while moving and the expression (2) while stopping.
上記説明において、テーブル３が本発明の移動体に相当し、テーブル機構２０が本発明の送り機構に相当し、エンコーダ６０が本発明の位置検出機構に相当し、上位制御部１０が本発明の制御部に相当し、位置制御器１１が本発明の速度生成部に相当し、微分器１６が本発明の速度検出機構に相当し、速度制御器１２が本発明のトルク生成部に相当し、補償器１３が本発明の演算手段に相当し、加算器１７が本発明の加算手段に相当する。図７に示すＳ１の処理を実行する補償器１３が本発明の判断手段に相当し、Ｓ２の処理を実行する補償器１３が本発明の第一演算手段に相当し、Ｓ５の処理を実行する補償器１３が本発明の第二演算手段に相当する。 In the above description, the table 3 corresponds to the moving body of the present invention, the table mechanism 20 corresponds to the feed mechanism of the present invention, the encoder 60 corresponds to the position detection mechanism of the present invention, and the host controller 10 corresponds to the present invention. The position controller 11 corresponds to the speed generation unit of the present invention, the differentiator 16 corresponds to the speed detection mechanism of the present invention, the speed controller 12 corresponds to the torque generation unit of the present invention, The compensator 13 corresponds to the calculating means of the present invention, and the adder 17 corresponds to the adding means of the present invention. The compensator 13 that executes the process of S1 shown in FIG. 7 corresponds to the determination means of the present invention, and the compensator 13 that executes the process of S2 corresponds to the first calculation means of the present invention, and executes the process of S5. The compensator 13 corresponds to the second calculation means of the present invention.
以上説明したように、本実施形態の数値制御装置１は補償器１３を備える。補償器１３はロストモーションの補償量を演算する。ロストモーションはテーブル３の移動方向が反転した後にテーブル機構２０の弾性変形に起因して生じる。補償器１３はテーブル３が移動中か停止中かを判断し、移動中と判断した場合、前回の補償量にテーブル３の移動量に比例する値を加算して補償量を演算する。演算式の一例は、ＬＣｎ＝ＬＣｎ−１＋（Ｐｃ／Ａｐ）Δｘである。Ｌｃｎは補償器出力、Ｌｃｎ−１は前回補償器出力、Ｐｃは最大補償量、Ａｐは傾き係数、Δｘは位置指令の増分である。但し、−Ｐｃ／２≦Ｌｃｎ≦Ｐｃ／２とする。補償器１３は停止中と判断した場合、トルク指令に基づいて補償量を演算する。演算式の一例は、Ｌｃ＝（Ｐｃ／２）（Ｔｃ／Ｔｌ）である。尚、Ｌｃは補償器出力、Ｐｃは最大補償量、Ｔｌは基準トルク、Ｔｃはトルク指令である。但し、−Ｐｃ／２≦Ｌｃ≦Ｐｃ／２とする。補償器１３はテーブル３が移動中か停止中かで数式を使い分ける。故に補償器１３は、テーブル３の移動中や反転時に安定した補償を行いながら、停止時に過補償となることを防ぐことができる。故に数値制御装置１は、テーブル３の移動中、反転時、及び停止時に応じてロストモーションを精度良く補償できる。 As described above, the numerical controller 1 according to the present embodiment includes the compensator 13. The compensator 13 calculates the compensation amount of the lost motion. The lost motion is caused by elastic deformation of the table mechanism 20 after the moving direction of the table 3 is reversed. The compensator 13 determines whether the table 3 is moving or stopped. If it is determined that the table 3 is moving, the compensator 13 calculates a compensation amount by adding a value proportional to the movement amount of the table 3 to the previous compensation amount. An example of the arithmetic expression is LC n = LC n−1 + (Pc / Ap) Δx. Lc n compensation output, Lc n-1 the previous compensator output, Pc is the maximum compensation amount, Ap is the slope factor, [Delta] x is the increment of the position command. However, the -Pc / 2 ≦ Lc n ≦ Pc / 2. When determining that the compensator 13 is stopped, the compensator 13 calculates a compensation amount based on the torque command. An example of the arithmetic expression is Lc = (Pc / 2) (Tc / Tl). Note that Lc is a compensator output, Pc is a maximum compensation amount, Tl is a reference torque, and Tc is a torque command. However, it is set as -Pc / 2 <= Lc <= Pc / 2. The compensator 13 uses different equations depending on whether the table 3 is moving or stopped. Therefore, the compensator 13 can prevent overcompensation when the table 3 is stopped while performing stable compensation while the table 3 is moving or reversing. Therefore, the numerical controller 1 can accurately compensate for the lost motion according to the movement of the table 3, when it is reversed, and when it is stopped.
本実施形態におけるＺ軸は、停止中において重力の影響を受ける。Ｚ軸においては重力の影響を除くため、上記停止中の演算式の一例は、Ｌｃ＝（Ｐｃ／２）（（Ｔｃ−Ｔｏ）／（Ｔｌ−Ｔｏ））である。尚、Ｌｃは補償器出力、Ｐｃは最大補償量、Ｔｌは基準トルク、Ｔｃはトルク指令、Ｔｏは重力によるトルクである。但し、−Ｐｃ／２≦Ｌｃ≦Ｐｃ／２とする。 The Z axis in the present embodiment is affected by gravity during stoppage. In order to eliminate the influence of gravity on the Z axis, an example of the arithmetic expression during the stop is Lc = (Pc / 2) ((Tc−To) / (Tl−To)). Note that Lc is a compensator output, Pc is a maximum compensation amount, Tl is a reference torque, Tc is a torque command, and To is a torque due to gravity. However, it is set as -Pc / 2 <= Lc <= Pc / 2.
尚本発明は上記実施形態に限らず種々の変更が可能である。例えば上記実施形態において、補償器１３が用いる（１）式と（２）式は一例であって他の数式を用いてもよい。例えば（１）式は、線形の近似式の他に、指数関数、ｔａｎｈ関数を用いもよい。さらにｔａｎｈ関数は１つでもよいが、２つ以上用いてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the equations (1) and (2) used by the compensator 13 are examples, and other equations may be used. For example, the expression (1) may use an exponential function and a tanh function in addition to the linear approximation expression. Further, one tanh function may be used, but two or more tanh functions may be used.
また本実施形態は、テーブル３をＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能に支持し、且つ主軸をテーブル３に対してＺ軸方向に移動可能に支持する工作機械を一例として説明するが、テーブル３を固定とし、主軸をテーブル３に対してＸ軸方向とＹ軸方向に移動させる工作機械であってもよい。主軸に装着する工具とテーブルを相対的に移動するものであればよい。 In this embodiment, a machine tool that supports the table 3 so as to be movable in the X-axis direction and the Y-axis direction and supports the main shaft so as to be movable in the Z-axis direction with respect to the table 3 will be described as an example. 3 may be a machine tool that fixes 3 and moves the spindle in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the table 3. Any tool can be used as long as it relatively moves the tool mounted on the spindle and the table.
１ 数値制御装置
２Ａ，２Ｂ モータ
３ テーブル
４Ａ，４Ｂ ボール螺子軸
５ ボールナット
１０ 上位制御部
１１ 位置制御器
１２ 速度制御器
１３ 補償器
１５ 電流制御増幅器
１６ 微分器
１７ 加算器
２０，４０ テーブル機構
６０ エンコーダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Numerical control apparatus 2A, 2B Motor 3 Table 4A, 4B Ball screw shaft 5 Ball nut 10 High-order control part 11 Position controller 12 Speed controller 13 Compensator 15 Current control amplifier 16 Differentiator 17 Adder 20, 40 Table mechanism 60 Encoder
Claims (4)
前記演算手段は、
前記移動体が移動中か停止中かを判断する判断手段と、
前記判断手段が前記移動体は移動中と判断した場合、前回の補償量に前記移動体の移動量に基づく値を加算して前記補償量を演算する第一演算手段と、
前記判断手段が前記移動体は停止中と判断した場合、前記トルク指令に基づいて前記補償量を演算する第二演算手段と
を備えたことを特徴とする数値制御装置。 A feed mechanism having a ball screw shaft and a ball nut externally fitted to the ball screw shaft, for moving a moving body fixed to the ball nut, a motor for rotationally driving the ball screw shaft, and the motor moved by the motor Generates a speed command so that the position detection mechanism that detects the position of the moving body based on the amount of rotation of the motor matches the position of the moving body detected by the position detection mechanism and the position command generated by the control unit. A speed generation unit that detects the speed of the motor, and a torque generation unit that generates a torque command so that the speed detected by the speed detection mechanism matches the speed command generated by the speed generation unit Calculating means for calculating a compensation amount of lost motion caused by elastic deformation of the feed mechanism after the moving direction of the moving body is reversed, and the compensation amount calculated by the calculating means A numerical controller having an addition means for correcting the position command is added to the position command,
The computing means is
Determining means for determining whether the moving body is moving or stopped;
First calculating means for calculating the compensation amount by adding a value based on the moving amount of the moving body to the previous compensation amount when the determining means determines that the moving body is moving;
A numerical control apparatus comprising: a second calculating unit that calculates the compensation amount based on the torque command when the determining unit determines that the moving body is stopped.
前記第二演算手段は、
前記基準トルクと前記トルク指令の比率に比例するように前記補償量を演算することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。 The torque value when the moving body is moved in a constant direction at a predetermined speed is set as a reference torque,
The second calculation means includes
The numerical control apparatus according to claim 1, wherein the compensation amount is calculated to be proportional to a ratio between the reference torque and the torque command.
前記第二演算手段は、前記比率に前記最大補償量を乗算することによって、前記補償量を演算することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。 The maximum compensation amount when moving the moving body in the predetermined direction at the predetermined speed is set as the maximum compensation amount,
The numerical control device according to claim 2, wherein the second calculation unit calculates the compensation amount by multiplying the ratio by the maximum compensation amount.
前記移動体が停止中から移動する場合、停止中の前記補償量を前記前回の補償量とすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の数値制御装置。 The first calculation means includes
4. The numerical control device according to claim 1, wherein when the moving body moves from a stop, the compensation amount during the stop is the previous compensation amount. 5.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013065368A JP5991249B2 (en) | 2013-03-27 | 2013-03-27 | Numerical controller |
| CN201410035270.6A CN104076740B (en) | 2013-03-27 | 2014-01-24 | Numerical-control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013065368A JP5991249B2 (en) | 2013-03-27 | 2013-03-27 | Numerical controller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014191520A JP2014191520A (en) | 2014-10-06 |
| JP5991249B2 true JP5991249B2 (en) | 2016-09-14 |
Family
ID=51598070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013065368A Active JP5991249B2 (en) | 2013-03-27 | 2013-03-27 | Numerical controller |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5991249B2 (en) |
| CN (1) | CN104076740B (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI558495B (en) | 2014-11-12 | 2016-11-21 | 財團法人工業技術研究院 | Machining assistance method and the apparatus using the same |
| WO2018066048A1 (en) * | 2016-10-04 | 2018-04-12 | 三菱電機株式会社 | Numerical control device |
| JP2018092357A (en) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | ファナック株式会社 | Servo motor control apparatus, servomotor control method, and computer program |
| JP6942577B2 (en) * | 2017-09-15 | 2021-09-29 | オークマ株式会社 | Numerical control device and numerical control method for machine tools |
| CN111113147A (en) * | 2020-01-09 | 2020-05-08 | 威世特汽车部件（常州）有限公司 | Process for automatic detection and automatic compensation of gear |
| CN114714364B (en) * | 2022-05-26 | 2023-05-09 | 成都卡诺普机器人技术股份有限公司 | Robot joint friction force compensation adjustment method and robot friction force compensation method |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0833763B2 (en) * | 1988-03-01 | 1996-03-29 | 義昭 垣野 | Numerical control unit |
| JP2875646B2 (en) * | 1991-07-04 | 1999-03-31 | ファナック株式会社 | Backlash acceleration correction device |
| JP3902256B2 (en) * | 1994-09-30 | 2007-04-04 | 三菱電機株式会社 | Positioning device |
| JP2907164B2 (en) * | 1996-11-22 | 1999-06-21 | 日本電気株式会社 | Numerical control unit |
| JP4510722B2 (en) * | 2005-08-22 | 2010-07-28 | オークマ株式会社 | Position control device having lost motion correction function |
| CN102455683B (en) * | 2010-10-22 | 2014-08-06 | 兄弟工业株式会社 | Number control device and friction compensation method |
| CN102637011B (en) * | 2011-11-30 | 2014-02-26 | 沈阳工业大学 | Robust control method and system for directly driving numerical control platform based on coordinate transformation and parameter adjustment |
-
2013
- 2013-03-27 JP JP2013065368A patent/JP5991249B2/en active Active
-
2014
- 2014-01-24 CN CN201410035270.6A patent/CN104076740B/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014191520A (en) | 2014-10-06 |
| CN104076740B (en) | 2017-04-12 |
| CN104076740A (en) | 2014-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5991249B2 (en) | Numerical controller | |
| KR101688360B1 (en) | Servo control device | |
| JP5890473B2 (en) | Motor control device for controlling a motor | |
| JP5739400B2 (en) | Servo control device having position correction function of driven body | |
| JP2011140098A (en) | Machine displacement correction system for machine tool | |
| JP2008210273A (en) | Method of compensating friction, friction compensator, and motor control device | |
| US10031507B2 (en) | Servo control device | |
| JP5657633B2 (en) | Servo control device for correcting position error when moving body is reversed | |
| JP6051970B2 (en) | Numerical controller and friction compensation method | |
| JP2008211905A (en) | Servomotor control device | |
| JP2014054001A (en) | Motor control apparatus for correcting backlash | |
| JP5905556B1 (en) | Motor control device for correcting reverse rotation of motor | |
| US8810181B2 (en) | Control apparatus and measuring apparatus | |
| JP2007226836A (en) | Method for controlling numerically controlled machine tool and numerically controlled machine tool | |
| JP2018139044A (en) | Servo motor control device, servo motor control method, and servo motor control program | |
| CN109324568A (en) | Position control | |
| JP2018092319A (en) | Servo motor controlling device, servo motor controlling method, and servo motor controlling program | |
| JP4510722B2 (en) | Position control device having lost motion correction function | |
| JP6392726B2 (en) | Motor controller for correcting backlash | |
| JP2001202136A (en) | Method for correcting dynamic deflection of motion controller and the motion controller | |
| JP5334932B2 (en) | Parameter setting method and parameter setting device | |
| JP6048174B2 (en) | Numerical control device and lost motion compensation method | |
| JP7193361B2 (en) | position controller | |
| JP5732289B2 (en) | Machine Tools | |
| KR102188742B1 (en) | Control device of a gantry stage including a fuzzy observer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150924 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160719 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160721 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160801 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Ref document number: 5991249 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |