JP5992347B2

JP5992347B2 - 工作機械における移動体の移動制御装置及び移動制御方法

Info

Publication number: JP5992347B2
Application number: JP2013026864A
Authority: JP
Inventors: 啓太菊池
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2033-02-14
Also published as: JP2014155970A

Description

この発明は、工作機械に備えられた複数の移動体の移動を制御する工作機械における移動体の移動制御装置、前記移動体の移動制御方法に関する。

例えば特許文献１には、旋削工具が装着される複数の刃物台が移動可能に設けられて、一の刃物台で旋削加工を行う間に、他の刃物台の動作による衝撃で旋削加工面に傷が発生することを防止する工作機械が開示されている。特許文献１の工作機械では、前記旋削加工面に傷を発生させたくない工程の間に、スムーズ加減速制御回路によって、各刃物台が緩やかな発進や停止がなされるように制御して、各刃物台を、発進時や停止時に衝撃を起こすことなく移動させることができる。その結果、旋削加工面に傷が発生することを防止できる。

特開平２−２２４９７号公報

ところで近年は、省スペース化の要請により工作機械が小型化されていることから、工作機械に対して上記の複数の刃物台が占める割合が増加している。このようなことから、例えば、これらの刃物台に代表される複数の移動体が同一方向へ同時に加速して、各移動体から工作機械に慣性力が作用すると、前記同一方向に発生する慣性力によって工作機械が変位して、該工作機械の位置ずれが生じることが懸念される。

この発明は、このような状況に鑑み提案されたものであって、工作機械の位置ずれが生じることを防止する工作機械における移動体の移動制御装置、前記移動体の移動制御方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る工作機械における移動体の移動制御装置は、工作機械に備えられた複数の移動体の移動を制御する工作機械における移動体の移動制御装置であって、各前記移動体の質量と各前記移動体の加速度とのベクトル積を合算して前記複数の移動体から前記工作機械に作用する慣性力の総量を算出する算出手段と、前記複数の移動体に作用して前記工作機械の位置ずれを生じさせる閾値慣性力を記憶する記憶手段と、前記算出手段によって算出された前記慣性力の総量と、前記記憶手段に記憶された前記閾値慣性力とを対比した対比結果に基づいて、前記慣性力の総量が前記閾値慣性力を下回るように調整する調整手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記調整手段は、前記対比結果に基づいて、前記慣性力の総量が前記閾値慣性力を上回ると判断したときに、各前記移動体の加速度を低減させることで、前記慣性力の総量が前記閾値慣性力を下回るように調整することを特徴とする。

請求項３の発明に係る工作機械における移動体の移動制御装置は、工作機械に備えられた複数の移動体の移動を制御する工作機械における移動体の移動制御装置であって、各前記移動体を移動させる駆動手段によって、各前記移動体に生じる加速度の総量として各前記加速度のベクトル和を算出する算出手段と、各前記移動体の加速によって前記工作機械の位置ずれを生じさせる閾値加速度を記憶する記憶手段と、前記算出手段によって算出された前記ベクトル和と、前記記憶手段に記憶された前記閾値加速度とを対比した対比結果に基づいて、前記加速度の総量が前記閾値加速度を下回るように調整する調整手段と、を備えることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３において、前記調整手段は、前記対比結果に基づいて、前記加速度の総量が前記閾値加速度を上回ると判断したときに、各前記移動体の加速度を低減させることで、前記加速度の総量が前記閾値加速度を下回るように調整することを特徴とする。

請求項５の発明に係る工作機械における移動体の移動制御方法は、工作機械に備えられた複数の移動体の移動を制御する工作機械における移動体の移動制御方法であって、各前記移動体の質量と各前記移動体の加速度とのベクトル積を合算して前記複数の移動体から前記工作機械に作用する慣性力の総量を算出する算出ステップを実行し、記憶手段に、前記複数の移動体に作用して前記工作機械の位置ずれを生じさせる閾値慣性力を記憶させて、前記算出ステップによって算出された前記慣性力の総量と、前記記憶手段に記憶された前記閾値慣性力とを対比した対比結果に基づいて、前記慣性力の総量が前記閾値慣性力を下回るように調整する調整ステップを実行することを特徴とする。

請求項６の発明に係る工作機械における移動体の移動制御方法は、工作機械に備えられた複数の移動体の移動を制御する工作機械における移動体の移動制御方法であって、各前記移動体を移動させることによって、各前記移動体に生じる加速度の総量として各前記加速度のベクトル和を算出する算出ステップを実行し、記憶手段に、各前記移動体の加速によって前記工作機械の位置ずれを生じさせる閾値加速度を記憶させて、前記算出ステップによって算出された前記ベクトル和と、前記記憶手段に記憶された前記閾値加速度とを対比した対比結果に基づいて、前記加速度の総量が前記閾値加速度を下回るように調整する調整ステップを実行することを特徴とする。

請求項１の発明に係る工作機械における移動体の移動制御装置及び請求項５の発明に係る前記移動体の移動制御方法によれば、複数の移動体から工作機械に作用する慣性力の総量が、工作機械の位置ずれを生じさせる閾値慣性力を上回ることがないように調整可能となる。したがって、前記複数の移動体から工作機械に作用する慣性力で、工作機械の位置ずれが生じることを確実に防止できる。
請求項２の発明によれば、各移動体の加速度を低減させるという簡単な調整で、前記慣性力の総量が前記閾値慣性力を下回るようにさせることが可能になる。
請求項３の発明に係る工作機械における移動体の移動制御装置及び請求項６の発明に係る前記移動体の移動制御方法によれば、複数の移動体に生じる加速度の総量が、工作機械の位置ずれを生じさせる閾値加速度を上回ることがないように調整可能となる。したがって、複数の移動体に生じる加速度で、工作機械の位置ずれが生じることを確実に防止できる。
請求項４の発明によれば、各移動体の加速度を低減させるという簡単な調整で、前記加速度の総量が前記閾値加速度を下回るようにさせることが可能になる。

本発明の実施形態で刃物台の移動制御装置を備えた旋盤の概略構成図である。

本発明の実施形態を図１を参照しつつ説明する。図１に示すように旋盤１は、ベッド１Ａと、第１ないし第４駆動モータ２〜５と、第１ないし第４ボールねじ６〜９と、刃物台１０〜１２と、左主軸１３と、右主軸１４と、刃物台１０〜１２の移動制御装置２０とを備えている。なお、旋盤１は本発明の工作機械の一例であり、刃物台１０〜１２は本発明の複数の移動体の一例である。

ベッド１Ａは、平面視で横方向（図１中のＺ方向）に長い長方形状であって床上に設置されている。ベッド１Ａの上面で前方右端部には、第１駆動モータ２が固定されている。さらにベッド１Ａの上面には、第１ボールねじ６が、ブラケット１５を介して回転可能に支持されている。この第１ボールねじ６は、Ｚ方向に延びて第１駆動モータ２の回転軸と同心で連結されている。第１ボールねじ６は、刃物台１０をＺ方向へ移動させるために用いるもので、刃物台１０に固定されたボールねじナット（図示せず。）が、第１ボールねじ６に螺合している。この刃物台１０には、例えば旋削工具が着脱可能に固定される。

またベッド１Ａの上面で後方中央部付近には、第２駆動モータ３が固定されている。加えてベッド１Ａの上面には、第１ボールねじ６と平行に延びる第２ボールねじ７が、ブラケット１６を介して回転可能に支持されている。この第２ボールねじ７は、第２駆動モータ３の回転軸と同心で連結されている。第２ボールねじ７は、刃物台１１をＺ方向へ移動させるために用いるもので、刃物台１１に固定されたボールねじナット（図示せず。）が、第２ボールねじ７に螺合している。この刃物台１１には、例えば旋削工具が着脱可能に固定される。

さらにはベッド１Ａの上面で後方右端部には、第３駆動モータ４が固定されている。加えてベッド１Ａの上面には、第３ボールねじ８が、ブラケット１７を介して回転可能に支持されている。この第３ボールねじ８は、第１ボールねじ６と平行に延びかつ第２ボールねじ７と同一線上に配置されて、第３駆動モータ４の回転軸と同心で連結されている。第３ボールねじ８は、刃物台１２をＺ方向へ移動させるために用いるもので、刃物台１２に固定されたボールねじナット（図示せず。）が、第３ボールねじ８に螺合している。この刃物台１２にも、例えば旋削工具が着脱可能に固定される。

さらに加えてベッド１Ａの平面視で縦方向（図１中のＸ方向）の中央部付近であってベッド１Ａの上面の左端部には、左主軸１３が固定されている。さらには前記中央部付近であって前記上面の右端部には、第４駆動モータ５が固定されている。その上、ベッド１Ａの上面には、第４ボールねじ９が、ブラケット１８を介して回転可能に支持されている。この第４ボールねじ９は、第１ボールねじ６と平行に延びかつ左主軸１３の軸線と同一線上に配置されて、第４駆動モータ５の回転軸と同心で連結されている。第４ボールねじ９は、Ｚ方向で左主軸１３と対向する右主軸１４を、該Ｚ方向へ移動させるために用いるもので、右主軸１４に固定されたボールねじナット（図示せず。）が、第４ボールねじ９に螺合している。そして、左主軸１３における右主軸１４との対向面にチャック（図示せず。）が装着されて、右主軸１４における左主軸１３との対向面にもチャック（図示せず。）が装着されている。

図１に示すように移動制御装置２０は、演算部２１と、記憶部２２と、判断部２３と、制御部２４とを備えている。演算部２１には記憶部２２が接続されている。この記憶部２２には、各刃物台１０〜１２の質量データ、閾値慣性力データ、通常動作時に各駆動モータ２〜５に供給する駆動電流値に応じた駆動電流データ（Ｉ１〜Ｉ４）、後述するように各駆動モータ２〜４に供給する駆動電流値を所定の値に制限する制限電流データ（Ｉ５〜Ｉ７）、ＮＣプログラムがそれぞれ記憶されている。この閾値慣性力データは、各刃物台１０〜１２がＺ方向で同じ向きに同時に加速（減速）することで各刃物台１０〜１２からベッド１Ａに作用する慣性力の合算値データにより旋盤１の位置ずれが生じないデータに設定した。ここでは閾値慣性力データは、事前に実験で得られて旋盤１が位置ずれする慣性力データに対して余裕を持たせるために、該旋盤１が位置ずれする慣性力データよりも所定量小さいものに設定した。また制限電流データ（Ｉ５〜Ｉ７）は、後述するように、各刃物台１０〜１２の加速時間を長くするために用いられる。

加えて演算部２１は、ＮＣプログラムに基づいて例えばワークに旋削加工を行う際に、各刃物台１０〜１２に作用する慣性力の総量データを算出する。ここでは、ＮＣプログラムによって定められたＺ方向における各刃物台１０〜１２の移動方向が異なる場合を考慮するために、記憶部２２に記憶された各刃物台１０〜１２の質量データと、該ＮＣプログラムで定められている各刃物台１０〜１２の加速度データとのベクトル積をそれぞれ算出した。そして、各ベクトル積を合算して前記慣性力の総量データを算出した。なお、演算部２１は本発明の算出手段の一例であり、記憶部２２は本発明の記憶手段の一例である。また、演算部２１が前記慣性力の総量データを算出することは、本発明の算出ステップの一例である。

さらに判断部２３には、演算部２１が接続されている。判断部２３は、演算部２１によって算出された慣性力の総量データを受信する。この判断部２３は、該慣性力の総量データを受信した後に、演算部２１を通じて記憶部２２から閾値慣性力データを読み出して、前記慣性力の総量データと前記閾値慣性力データとを対比して、該総量データが該閾値慣性力データを上回るか否かを判断する。この総量データが閾値慣性力データを上回ると、ワークに旋削加工を行う際にベッド１Ａに作用する慣性力によって、旋盤１が慣性力の作用方向に変位して、旋盤１の位置ずれが生じるという不都合がある。判断部２３は、前記総量データが前記閾値慣性力データを上回ると判断した場合に、該総量データが該閾値慣性力データを上回ったことを識別する閾値慣性力超過状態識別信号を生成する。一方、判断部２３は、前記総量データが前記閾値慣性力データを上回らないと判断した場合に、該総量データが該閾値慣性力データを上回らないことを識別する慣性力適正状態識別信号を生成する。この閾値慣性力超過状態識別信号や慣性力適正状態識別信号は、制御部２４に送信される。

加えて制御部２４には、各駆動モータ２〜５と、記憶部２２と、判断部２３とが接続されている。制御部２４は、右主軸１４や各刃物台１０〜１２を、記憶部２２に記憶されたＮＣプログラムで定義された移動経路上を移動させる。ここでは制御部２４は、各駆動モータ２〜５に、記憶部２２に記憶された駆動電流データ（Ｉ１〜Ｉ４）に応じた駆動電流を供給する。これにより、各駆動モータ２〜５の回転軸が所定の速度で回転する。そして各回転軸の回転動力が、各回転軸に接続された各ボールねじ６〜９及び上記の各ボールねじナットを通じ、右主軸１４や各刃物台１０〜１２に対し、右主軸１４や各刃物台１０〜１２を直線運動させる力として作用する。これにより、刃物台１０を第１ボールねじ６の回転軸方向（図１中のＺ方向）、刃物台１１を第２ボールねじ７の回転軸方向（同Ｚ方向）、刃物台１２を第３ボールねじ８の回転軸方向（同Ｚ方向）、右主軸１４を第４ボールねじ９の回転軸方向（同Ｚ方向）へそれぞれ移動させる。この右主軸１４のチャックと左主軸１３のチャックとによって、ワークの両端が保持される。これに加えて、各刃物台１０〜１２は、前記ＮＣプログラムで定義された移動経路上を移動するために、ベッド１Ａの平面視で縦方向（図１中のＸ方向）にも移動可能となっている。このように、各刃物台１０〜１２を前記移動経路上で移動させて、各刃物台１０〜１２に固定された旋削工具が、両主軸１３，１４と共に回転するワークに旋削加工を行う。また、ワークは、両端保持ではなく左主軸１３又は右主軸１４の一方に保持させてもよいし、左主軸１３又は右主軸１４の一方にワークを保持させた上で、右主軸１４が左主軸１３に寄り付いて、他方の左主軸１３又は右主軸１４にワークを受け渡して、該ワークに両面加工をすることもできる。さらにまた、例えば旋削工具に代えて回転工具を各刃物台１０〜１２に取り付けると、これらの回転工具によって、両主軸１３，１４のチャックに固定されたワークの外周面に対し、ミーリング加工を行うこともできる。

また制御部２４は、判断部２３から前記閾値慣性力超過識別信号を受信すると、各刃物台１０〜１２を、移動経路上の現在位置から次の位置まで到達させる加速時間を長くして、前記慣性力の総量データが前記閾値慣性力データを下回るように自動で調整する。ここでは制御部２４は、各駆動モータ２〜４に、記憶部２２に記憶された制限電流データ（Ｉ５〜Ｉ７）に応じた駆動電流を供給する。これにより、各駆動モータ２〜４の回転軸の回転加速度を低下させることに伴って、Ｚ方向（図１参照。）への各刃物台１０〜１２の加速度が低下する。すると、各刃物台１０〜１２の加速時間が長くなって、結果的に、前記慣性力の総量データが前記閾値慣性力データを下回るように自動で調整される。なお、制御部２４は本発明の調整手段の一例である。また、前記閾値慣性力超過識別信号を受信した制御部２４が、各駆動モータ２〜４に前記制限電流データ（Ｉ５〜Ｉ７）に応じた駆動電流を供給することで前記慣性力の総量データが前記閾値慣性力データを下回るように自動で調整することは、本発明の調整ステップの一例である。

一方制御部２４は、判断部２３から前記慣性力適正状態識別信号を受信すると、各刃物台１０〜１２の加速時間を変更することなく、各駆動モータ２〜４に、記憶部２２に記憶された駆動電流データ（Ｉ１〜Ｉ３）に応じた駆動電流を供給する。また、例えば刃物台１０のみがＺ方向へ加速する場合には、刃物台１０からベッド１Ａに作用する慣性力は閾値慣性力を下回ることから、旋盤１の位置ずれを防止するために刃物台１０の加速時間を変更する必要がなく、制御部２４は、各駆動モータ２〜４に前記駆動電流データ（Ｉ１〜Ｉ３）に応じた駆動電流を供給する。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態の各刃物台１０〜１２の移動制御装置２０及び移動制御方法では、判断部２３が、各刃物台１０〜１２からベッド１Ａに作用する慣性力の総量データが、旋盤１の位置ずれを生じさせる閾値慣性力データを上回るか否かを判断した結果に基づいて、制御部２４は、前記慣性力の総量データが前記閾値慣性力データを上回ることがないように調整可能とした。したがって、各刃物台１０〜１２からベッド１Ａに作用する慣性力で、旋盤１の位置ずれが生じることを確実に防止できる。

また、判断部２３によって、前記総量データが前記閾値慣性力データを上回ると判断された場合には、制御部２４が各刃物台１０〜１２の加速時間（加速度）を低下させるという簡単な調整で、各刃物台１０〜１２からベッド１Ａに作用する慣性力の総量が前記閾値慣性力を下回るようにさせることが可能になる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨を逸脱しない範囲内において構成の一部を適宜変更して実施できる。上述した実施形態では、各刃物台１０〜１２の加速時間を長くするために、第１駆動モータ２には制限電流データＩ５、第２駆動モータ３には制限電流データＩ６、第３駆動モータ４には制限電流データＩ７というように、制限電流データを各駆動モータ２〜４毎に１種類ずつ定めて記憶部２２に記憶させたが、これに限らず、制限電流データを各駆動モータ２〜４毎に２種類以上定めて記憶部２２に記憶させ、動作している刃物台が２台の場合と３台の場合とで前記制限電流データを変更したり、動作している刃物台の組合せで前記制限電流データを変更することにより、刃物台の動作状況に合わせて該刃物台の加速度を調整し、刃物台の加速度が低くなりすぎないようにしてもよい。また、上述した実施形態とは異なり、慣性力の総量データが閾値慣性力データを下回るように調整可能な各刃物台１０〜１２の加速度データを予め記憶部２２に記憶させて、制御部２４が、各加速度データに応じた加速度で各刃物台１０〜１２を加速させることが可能な駆動電流を、各駆動モータ２〜４に供給してもよい。

さらに、上述した実施形態とは異なり、慣性力の総量データの算出や閾値慣性力データの算出に用いる加速度データを、各刃物台１０〜１２にそれぞれ取り付けた加速度検出器によって直接検出したものとしてもよい。加えて、上述した実施形態では、慣性力の総量データが閾値慣性力データを上回ることで、旋盤１の位置ずれが生じると判断しているが、これに代えて、例えば刃物台１０〜１２の各質量を同じにした場合には、演算部２１が、ＮＣプログラムで定められている各刃物台１０〜１２の加速度データのベクトル和を算出し、このベクトル和が、ＮＣプログラムで定められている前記加速度データの総和である閾値加速度データを上回ることで、判断部２３が、旋盤１の位置ずれが生じると判断してもよい。ここでは、閾値加速度データは記憶部２２に記憶されて、加速度データは、該加速度データに応じた加速度で各刃物台１０〜１２を加速させることが可能な駆動電流を、各駆動モータ２〜４（本発明の駆動手段）に供給するために用いられる。そして、制御部２４が、上述した実施形態と同様に、各刃物台１０〜１２の加速度を低下させることで、前記ベクトル和（各刃物台１０〜１２に生じる加速度の総量データ）が前記閾値加速度データを下回るように自動で調整される。このようにすることで、各刃物台１０〜１２に生じる加速度によって、旋盤１の位置ずれが生じることを防止できる。これに加えて、制御部２４が各刃物台１０〜１２の加速度を低下させるという簡単な調整で、前記ベクトル和が前記閾値加速度データを下回るようにさせることが可能になる。さらに加えて、上述した実施形態では、本発明の移動体として各刃物台１０〜１２を例に挙げて説明したが、これ以外にも移動体の例として、例えば、実施形態中の右主軸１４やワークを位置決めして移動可能なテーブルが挙げられる。また、上述した実施形態では、本発明を旋盤に適用する例を示したが、これ以外にも本発明を複数の移動体を備えたマシニングセンタ等に適用してもよい。

１・・旋盤、２・・第１駆動モータ、３・・第２駆動モータ、４・・第３駆動モータ、５・・第４駆動モータ、１０〜１２・・刃物台、２０・・移動制御装置、２１・・演算部、２２・・記憶部、２４・・制御部。

Claims

工作機械に備えられた複数の移動体の移動を制御する工作機械における移動体の移動制御装置であって、
各前記移動体の質量と各前記移動体の加速度とのベクトル積を合算して前記複数の移動体から前記工作機械に作用する慣性力の総量を算出する算出手段と、
前記複数の移動体に作用して前記工作機械の位置ずれを生じさせる閾値慣性力を記憶する記憶手段と、
前記算出手段によって算出された前記慣性力の総量と、前記記憶手段に記憶された前記閾値慣性力とを対比した対比結果に基づいて、前記慣性力の総量が前記閾値慣性力を下回るように調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする工作機械における移動体の移動制御装置。
前記調整手段は、前記対比結果に基づいて、前記慣性力の総量が前記閾値慣性力を上回ると判断したときに、各前記移動体の加速度を低減させることで、前記慣性力の総量が前記閾値慣性力を下回るように調整することを特徴とする請求項１に記載の工作機械における移動体の移動制御装置。
工作機械に備えられた複数の移動体の移動を制御する工作機械における移動体の移動制御装置であって、
各前記移動体を移動させる駆動手段によって、各前記移動体に生じる加速度の総量として各前記加速度のベクトル和を算出する算出手段と、
各前記移動体の加速によって前記工作機械の位置ずれを生じさせる閾値加速度を記憶する記憶手段と、
前記算出手段によって算出された前記ベクトル和と、前記記憶手段に記憶された前記閾値加速度とを対比した対比結果に基づいて、前記加速度の総量が前記閾値加速度を下回るように調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする工作機械における移動体の移動制御装置。
前記調整手段は、前記対比結果に基づいて、前記加速度の総量が前記閾値加速度を上回ると判断したときに、各前記移動体の加速度を低減させることで、前記加速度の総量が前記閾値加速度を下回るように調整することを特徴とする請求項３に記載の工作機械における移動体の移動制御装置。
工作機械に備えられた複数の移動体の移動を制御する工作機械における移動体の移動制御方法であって、
各前記移動体の質量と各前記移動体の加速度とのベクトル積を合算して前記複数の移動体から前記工作機械に作用する慣性力の総量を算出する算出ステップを実行し、
記憶手段に、前記複数の移動体に作用して前記工作機械の位置ずれを生じさせる閾値慣性力を記憶させて、
前記算出ステップによって算出された前記慣性力の総量と、前記記憶手段に記憶された前記閾値慣性力とを対比した対比結果に基づいて、前記慣性力の総量が前記閾値慣性力を下回るように調整する調整ステップを実行することを特徴とする工作機械における移動体の移動制御方法。
工作機械に備えられた複数の移動体の移動を制御する工作機械における移動体の移動制御方法であって、
各前記移動体を移動させることによって、各前記移動体に生じる加速度の総量として各前記加速度のベクトル和を算出する算出ステップを実行し、
記憶手段に、各前記移動体の加速によって前記工作機械の位置ずれを生じさせる閾値加速度を記憶させて、
前記算出ステップによって算出された前記ベクトル和と、前記記憶手段に記憶された前記閾値加速度とを対比した対比結果に基づいて、前記加速度の総量が前記閾値加速度を下回るように調整する調整ステップを実行することを特徴とする工作機械における移動体の移動制御方法。