JP6103737B2 - 円盤刃物送り制御方法および装置 - Google Patents
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Description
また、他の例として、ドリル加工でトルクによる送り速度制御するものがあった。(特許文献1)
刃物回転モータの電力と刃物回転速度に基づき円盤刃物が回転中か否かを判断するステップと、前記円盤刃物が回転中と判断すると、無負荷トルクを取得後にワーク方向へ高速送り運転を行うステップと、前記高速送り運転ステップにおいて、前記円盤刃物の回転軸トルクを計測して前記円盤刃物がワークを切削中か否かを判断するステップと、前記円盤刃物がワークを切削中と判断すると、切削開始した切削開始位置のX軸位置の取得および送り速度PID制御を開始し、前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断するステップと、前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断するステップにおいて、前記刃物回転モータが過負荷でないと判断した場合は、ワーク終端直前か否かを判断するステップと、前記ワーク終端直前か否かを判断するステップにおいて、ワーク終端直前と判断した場合は、低速送り運転を行い切断完了か否かを判断して切断完了を判断すると切断終了位置を取得するステップと、前記切断終了位置を取得すると、連続運転か否かを及び計画された所定の加工回数に対して残回数の有無を判断するステップと、前記連続運転及び前記残回数を判断するステップにおいて、連続運転中及び残回数有と判断した場合は、前記円盤刃物を前記ワークから抜け離れるまで+Z方向に移動させた後に、前記円盤刃物を次の切削開始位置に向けてーX方向へ移動させるとともに前記ワークを固定したパレットをY軸方向で次の切削開始位置方向へ移動させ、前記円盤刃物を切削開始位置のX軸位置よりーX方向へあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に移動させるステップと、前記円盤刃物がX方向で切削開始位置のX軸位置よりあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に到達、及び前記パレットがY軸方向で次の切削開始位置のY軸位置と同じY軸位置に到達したかを判断するステップと、
前記到達したかの判断において、前記円盤刃物がX軸方向で切削開始位置のX軸位置よりあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置及び前記パレットが次の切削開始位置のY軸位置と同じY軸位置に到達したと判断した場合は、前記円盤刃物を次の切断開始位置のZ軸位置と同じZ軸位置に向けてーZ方向へ移動させる移動ステップと、前記円盤刃物が前記次の切断開始位置のZ軸位置と同じZ軸位置に到達すると、前記高速送り運転ステップへ戻るステップとを含むことを特徴とする。
刃物回転モータの電力と刃物回転速度に基づき円盤刃物が回転中か否かを判断する手段と、前記円盤刃物が回転中と判断すると、無負荷トルクを取得後にワーク方向へ高速送り運転を行う運転手段と、前記高速送り運転ステップにおいて、前記円盤刃物の回転軸トルクを計測して前記円盤刃物がワークを切削中か否かを判断する判断手段と、前記円盤刃物がワークを切削中と判断すると、切削開始した切削開始位置のX軸位置の取得および送り速度PID制御を開始し、前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断する判断手段と、前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断するステップにおいて、前記刃物回転モータが過負荷でないと判断した場合は、ワーク終端直前か否かを判断する判断手段と、前記ワーク終端直前か否かを判断するステップにおいて、ワーク終端直前と判断した場合は、低速送り運転を行い切断完了か否かを判断して切断完了を判断すると切断終了位置を取得する取得手段と、前記切断終了位置を取得すると、連続運転か否かを及び計画された所定の加工回数に対して残回数の有無を判断する判断手段と、前記連続運転及び前記残回数の判断において、連続運転中及び残回数有と判断した場合は、前記円盤刃物を切断開始位置のX軸位置よりーX方向へあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に移動させる移動手段と、前記円盤刃物がX軸方向であらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に到達すると、前記ワークを固定したパレットを次の切断開始位置のY軸位置と同じY軸位置に移動させる移動手段と、前記パレットが次の切断開始位置のY軸位置と同じY軸位置に到達すると、前記高速送り運転手段へ戻る手段とを含むことを特徴とする。
図1において、本発明方法を実施する装置の一例を示す。
ワークWを載せたワーク台1の下方で、円盤刃物(丸鋸)2と刃物回転モータ3を取り付けた刃物台2aが、刃物送りモータ4aで回転される送りネジ棒4bで左右方向(X方向)移動する。
Dmは、切断開始から切断終了までの刃物移動距離である。
Dm=L+L1−L2+aを、比較演算部で演算する。
Lは、被切断材料(ワーク)の長さ。入力装置より比較演算部に入力する。
L1= √(r2−h2) 比較演算部で演算する。
L2= √{r2−(h+t)2} 比較演算部で演算する。
L3は、送り速度減速位置。入力装置より比較演算部に入力する(デフォルト設定有)。
tは、被切断材料(ワーク)の厚さ。入力装置より比較演算部に入力する。
hは、刃物中心とワーク端面(上または下)の距離。切断機毎に決定する。
rは、刃物の半径。
aは、確実に切断を完了するために付加する刃物送り幅である切断完了判断余裕幅。入力装置より比較演算部に入力する(デフォルト設定有)。
刃物の実位置情報の取得は、送りモータ(サーボモータ)の回転角情報により行なう。
○ 切断開始位置;無負荷トルクに対し現在トルクが、例えば、5%上昇すれば、切断開始と判定する。この時の刃物(刃物回転中心)のワーク前端からの距離L1は、ピタゴラスの定理から求められ、後述の刃物送りの位置制御に用いる。
○ 一定トルク切断速度制御;刃物回転モータのトルクが目標値で一定となるよう、送りモータの回転速度をPID制御する。
○ 切断終了位置:前記抜ける位置から切断完了判断余裕幅aを加えた位置。
切断開始位置からこの切断終了位置までの距離がDmである。
○ 刃物が材料から抜ける手前(ワーク終端直前位置):切断終了位置から検知余裕幅aより長い距離L3だけ手前の位置である。(Dm−L3の距離をサーボモータ4aで計測する)。ここからPID制御をやめ、低速の一定速度移動に切り替える。
・目標トルク(刃物回転モータの定格トルクに効率を考慮して、×0.8〜0.9で決定する。即ち、定格トルク20N・m×0.9=18N・m)、
・ワーク情報(材種:A7075、厚みt:100mm、長さL:300mm)、
・刃物ID(刃物径、コーティング種類の情報を含む刃物識別番号)、
・切削条件(連続切断での短冊切断回数、移動ピッチ)。
切断終了検出後、送りモータ4aを駆動して刃物をワークの切断跡の隙間を、X方向に「運転開始位置」または「切断開始位置より数センチメートル程度の運転開始位置側に移動した位置」まで高速で戻す。
図4で、運転開始位置で刃物送りモータが停止している。
刃物回転モータの一次電力を計測する。即ち、計測開始すると、刃物回転モータの電力信号を取得し(ステップSP1)、電力値P(W)に変換し(ステップSP2)、それを平均化し(ステップSP3)、平均電力値を保存し(ステップSP4)、この手順を一定時間間隔(0.1秒)ごとに行う。
カッターが回転中か否かを判断する(ステップS1)。(刃物回転モータの回転周波数と電力が零か否か)
回転中なら、刃物と刃物軸の回転により、刃物軸にトルクが働く。
トルクT(Nm)として、トルクT=P/(2×π×f)の式に従い、の式に従い、一定時間毎に計算する(ステップS2)。
この値を無負荷トルク値として取得する(ステップS3)。
次に刃物を高速送り運転する(ステップS4)。
現在トルクと前記無負荷トルクの比較をする(ステップS5)。
切断中なら切断開始位置を取得する(ステップS7)。
切断中でないなら、前記現在トルクと前記無負荷トルクの比較手順の前に戻る。
図7において、制御を開始すると、Kp×ΔTnを求める。
Σn=ΔTn+Σn−1からKi×Σnを求める。
Kd×(ΔTn−ΔTn−1)を求める。これらから出力Ynを経て終了する。
ここで、ΔTn=目標トルク−計測トルク Kp:比例ゲイン Ki:積分ゲイン
Kd:微分ゲイン Yn:制御送り速度 Y0:初期送り速度 Σn:累積差分(ΔTn
の累積) Σ0:累積差分の初期値。
(刃物送りモータからの信号により、切断開始位置からDm−L3の位置に到達したか)直前なら低速送り運転する(ステップS18)。
切断完了か判断する(ステップS19)。
(刃物送りモータからの信号により、切断開始位置からDmの位置に到達したか)切断終了位置を取得する(ステップS20)。
刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動して(ステップS21)、切断終了となる。
基準時間内にトルクが正常化したか判断する(ステップS23)。(基準:0.5〜1.0秒)正常化なら、前記送り速度PID制御を行う。
正常化でないなら、刃物を切断開始位置方向へ後退させる(ステップS24)。
トルクが正常化したか判断する(ステップS25)。
正常化なら低速送り運転をする(ステップS26)。
切断開始したか判断する(ステップS27)。(基準:計測トルクが無負荷に対し5%上昇したとき)
切断開始なら、パラメータ(Yn、ΔTn、Σn)を初期化して(ステップS28)、
PID制御に戻る。
○ 切断開始位置;無負荷トルクに対し現在トルクが、例えば、5%上昇すれば、切断開始と判定する。この時の刃物(刃物回転中心)のワーク前端上隅からの距離L1は、ピタゴラスの定理から求められ、後述の刃物送りの位置制御に用いる。
○ 刃物が材料から抜ける位置:材料の後端下隅に刃物の刃先回転軌跡円が到達した位置。この位置から材料後端までの距離L2はピタゴラスの定理から求められる。
その他の点は図2と同様である。
図8で切断終了位置取得から次の作動を行なう。
連続切断か判断する(ステップS31)。
連続切断なら残回数有か判断する(ステップS32)。
残回数有なら刃物を−X方向へ移動させる(ステップS33)。
刃物が前回切断開始位置より−X方向へ数十mm程度変位した位置に到着したか判断する(ステップS34)。
到着ならパレットを移動させる(ステップS35)。
パレットが次回切断位置に到着したか判断する(ステップS36)。
到着なら図6の2Xへ。到着否なら、パレット移動の前へ戻る。
前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物運転開始位置へ高速送り運転で移動する(ステップS37)。切断終了となる。
図8で切断終了位置取得から次の作動を行なう。
連続切断か判断する(ステップS41)。
連続切断なら残回数有か判断する(ステップS42)。
残回数有なら刃物を+Z方向へ移動させる(ステップS43)。
刃物を−X方向へ移動させる(ステップS44a)。また、パレットを移動させる(ステップS44b)。
到着なら刃物を−Z方向へ移動させる(ステップS46)。
刃物とパレットが次回切断位置に到着したか判断する(ステップS47)。
到着なら図6の2Xへ。到着否なら、刃物−Z方向移動へ戻る。
前記連続切断否および残回数有が否のとき、刃物初期位置(運転開始位置)へ高速送り運転で移動する(ステップS48)。切断終了となる。
前記制御装置は既存装置に後付けが可能ある。また、ネットワークで管理端末による集中管理が可能である。サーボモータにより刃物の位置制御をするので、例えば、トルク監視により位置制御するより、はるかに切断位置の検知精度が高い。従って、「抜ける直前」と「切断終了位置」の間を短くでき、ワーク端部のぎりぎりまで高速で切断できる。トルク監視によるトルクの変化で刃物を位置制御する方法を併用すると、信頼性がさらに向上する。
前記〔発明を実施するための形態〕には、少なくとも以下の実施態様を含む。
(1)、円盤刃物の送り制御方法であり、刃物回転モータの電力Pを計測すること、刃物の回転速度fを計測すること、刃物が回転中か否かを判断すること、回転中なら、トルクT=P/(2×π×f)N・mの式に従い計算すること、切断中か否かを判断すること、切断中なら送り速度PID制御を開始し、トルクが一定となるように信号を刃物送りモータに送ること、刃物回転モータが過負荷か否か判断すること、過負荷でないとき、送り速度PID制御を行うこと、切断終了か否かを判断すること、切断終了なら運転開始位置方向へ刃物を移動すること、前記切断終了でないなら前記PID制御から後のいずれかの手順に戻ること、前記過負荷判断で過負荷なら、送り速度を低下させること、基準時間内にトルクが正常化したか否かを判断すること、正常化なら前記送り速度PID制御を行うこと、正常化でないなら、刃物を切断開始方向へ後退させること、を含むことである。
。
〔実施態様の効果〕
(4)、(12)により、カッターの交換時期を自動的に判定できる。
(2)、(10)により、難削材加工時のカッターの噛み込みを防止できる。
(5)、(13)により、エアカット時間の削減ができる。また、切断開始・終了用の検出器を必要としない。
(6)、(14)により、材料終端を感知してカッターが抜ける手前で減速することにより、バリとカッターへの負荷を低減できる。
(7)、(8)(15)、(16)により、材料の連続切断作業ができる。
1 ワーク台
2 刃物
2a 刃物台(主刃物台)
2b 副刃物台
3 刃物回転モータ
4a 刃物送りモータ
4b 送りネジ棒
5 刃物昇降手段
11 パレット
12a パレット移動モータ
21 刃物速度計測手段
23 電力計測手段
30 サーボコントローラ
31 比較演算部
32 入力装置
40 出力装置
51 ブラケット
52 支持ピン
54 中間軸
55a 第1伝動手段
55b 第2伝動手段
Claims (6)
- 刃物回転モータの電力と回転速度をもとに算出された負荷トルクにより送り速度PID制御を行なう円盤刃物送り制御方法において、
刃物回転モータの電力と刃物回転速度に基づき円盤刃物が回転中か否かを判断するステップと、
前記円盤刃物が回転中と判断すると、無負荷トルクを取得後にワーク方向へ高速送り運転を行うステップと、
前記高速送り運転ステップにおいて、前記円盤刃物の回転軸トルクを計測して前記円盤刃物がワークを切削中か否かを判断するステップと、
前記円盤刃物がワークを切削中と判断すると、切削開始した切削開始位置のX軸位置の取得および送り速度PID制御を開始し、前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断するステップと、
前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断するステップにおいて、前記刃物回転モータが過負荷でないと判断した場合は、ワーク終端直前か否かを判断するステップと、
前記ワーク終端直前か否かを判断するステップにおいて、ワーク終端直前と判断した場合は、低速送り運転を行い切断完了か否かを判断して切断完了を判断すると切断終了位置を取得するステップと、
前記切断終了位置を取得すると、連続運転か否かを及び計画された所定の加工回数に対して残回数の有無を判断するステップと、
前記連続運転及び前記残回数を判断するステップにおいて、連続運転中及び残回数有と判断した場合は、前記円盤刃物を前記ワークから抜け離れるまで+Z方向に移動させた後に、前記円盤刃物を次の切削開始位置に向けてーX方向へ移動させるとともに前記ワークを固定したパレットをY軸方向で次の切削開始位置方向へ移動させ、前記円盤刃物を切削開始位置のX軸位置よりーX方向へあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に移動させるステップと、
前記円盤刃物がX方向で切削開始位置のX軸位置よりあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に到達、及び前記パレットがY軸方向で次の切削開始位置のY軸位置と同じY軸位置に到達したかを判断するステップと、
前記到達したかの判断において、前記円盤刃物がX軸方向で切削開始位置のX軸位置よりあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置及び前記パレットが次の切削開始位置のY軸位置と同じY軸位置に到達したと判断した場合は、前記円盤刃物を次の切断開始位置のZ軸位置と同じZ軸位置に向けてーZ方向へ移動させる移動ステップと、
前記円盤刃物が前記次の切断開始位置のZ軸位置と同じZ軸位置に到達すると、前記高速送り運転ステップへ戻るステップとを含むことを特徴とする円盤刃物送り制御方法。 - 刃物回転モータの電力と回転速度をもとに算出された負荷トルクにより送り速度PID制御を行なう円盤刃物送り制御方法において、
刃物回転モータの電力と刃物回転速度に基づき円盤刃物が回転中か否かを判断するステップと、
前記円盤刃物が回転中と判断すると、無負荷トルクを取得後にワーク方向へ高速送り運転を行うステップと、
前記高速送り運転ステップにおいて、前記円盤刃物の回転軸トルクを計測して前記円盤刃物がワークを切削中か否かを判断するステップと、
前記円盤刃物がワークを切削中と判断すると、切削開始した切削開始位置のX軸位置の取得および送り速度PID制御を開始し、前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断するステップと、
前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断するステップにおいて、前記刃物回転モータが過負荷でないと判断した場合は、ワーク終端直前か否かを判断するステップと、
前記ワーク終端直前か否かを判断するステップにおいて、ワーク終端直前と判断した場合は、低速送り運転を行い切断完了か否かを判断して切断完了を判断すると切断終了位置を取得するステップと、
前記切断終了位置を取得すると、連続運転か否かを及び計画された所定の加工回数に対して残回数の有無を判断するステップと、
前記連続運転及び前記残回数を判断するステップにおいて、連続運転中及び残回数有と判断した場合は、前記円盤刃物を切断開始位置のX軸位置よりーX方向へあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に移動させるステップと、
前記円盤刃物がX軸方向であらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に到達すると、前記ワークを固定したパレットを次の切断開始位置のY軸位置と同じY軸位置に移動させるステップと、
前記パレットが次の切断開始位置のY軸位置と同じY軸位置に到達すると、前記高速送り運転ステップへ戻るステップとを含むことを特徴とする円盤刃物送り制御方法。 - 前記連続運転及び前記残回数を判断するステップにおいて、前記連続切断を否又は残回数有無を無と判断した場合は、前記円盤刃物を刃物初期位置へ高速送り運転で移動するステップを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の円盤刃物送り制御方法。
- 刃物回転モータの電力と回転速度をもとに算出された負荷トルクにより送り速度PID制御を行なう円盤刃物送り制御装置において、
刃物回転モータの電力と刃物回転速度に基づき円盤刃物が回転中か否かを判断する判断手段と、
前記円盤刃物が回転中と判断すると、無負荷トルクを取得後にワーク方向へ高速送り運転を行う運転手段と、
前記高速送り運転において、前記円盤刃物の回転軸トルクを計測して前記円盤刃物がワークを切削中か否かを判断する判断手段と、
前記円盤刃物がワークを切削中と判断すると、切削開始した切削開始位置のX軸位置の取得および送り速度PID制御を開始し、前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断する判断手段と、
前記刃物回転モータが過負荷か否かの判断において、前記刃物回転モータが過負荷でないと判断した場合は、ワーク終端直前か否かを判断する判断手段と、
前記ワーク終端直前か否かの判断において、ワーク終端直前と判断した場合は、低速送り運転を行い切断完了か否かを判断して切断完了を判断すると切断終了位置を取得する取得手段と、
前記切断終了位置を取得すると、連続運転か否かを及び計画された所定の加工回数に対して残回数の有無を判断する判断手段と、
前記連続運転及び前記残回数の判断において、連続運転中及び残回数有と判断した場合は、前記円盤刃物を前記ワークから抜け離れるまで+Z方向に移動させた後に、前記円盤刃物を次の切削開始位置に向けてーX方向へ移動させるとともに前記ワークを固定したパレットをY軸方向で次の切削開始位置方向へ移動させ、前記円盤刃物を切削開始位置のX軸位置よりーX方向へあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に移動させる移動手段と、
前記円盤刃物がX方向で切削開始位置のX軸位置よりあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に到達、及び前記パレットがY軸方向で次の切削開始位置のY軸位置と同じY軸位置に到達したかを判断する判断手段と、
前記到達したかの判断において、前記円盤刃物がX軸方向で切削開始位置のX軸位置よりあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置及び前記パレットが次の切削開始位置のY軸位置と同じY軸位置に到達したと判断した場合は、前記円盤刃物を次の切断開始位置のZ軸位置と同じZ軸位置に向けてーZ方向へ移動させる移動手段と、
前記円盤刃物が前記次の切断開始位置のZ軸位置と同じZ軸位置に到達すると、前記高速送り運転手段へ戻る手段とを含むことを特徴とする円盤刃物送り制御装置。 - 刃物回転モータの電力と回転速度をもとに算出された負荷トルクにより送り速度PID制御を行なう円盤刃物送り制御装置において、
刃物回転モータの電力と刃物回転速度に基づき円盤刃物が回転中か否かを判断する手段と、
前記円盤刃物が回転中と判断すると、無負荷トルクを取得後にワーク方向へ高速送り運転を行う運転手段と、
前記高速送り運転において、前記円盤刃物の回転軸トルクを計測して前記円盤刃物がワークを切削中か否かを判断する判断手段と、
前記円盤刃物がワークを切削中と判断すると、切削開始した切削開始位置のX軸位置の取得および送り速度PID制御を開始し、前記刃物回転モータが過負荷か否かを判断する判断手段と、
前記刃物回転モータが過負荷か否かの判断において、前記刃物回転モータが過負荷でないと判断した場合は、ワーク終端直前か否かを判断する判断手段と、
前記ワーク終端直前か否かの判断において、ワーク終端直前と判断した場合は、低速送り運転を行い切断完了か否かを判断して切断完了を判断すると切断終了位置を取得する取得手段と、
前記切断終了位置を取得すると、連続運転か否かを及び計画された所定の加工回数に対して残回数の有無を判断する判断手段と、
前記連続運転及び前記残回数の判断において、連続運転中及び残回数有と判断した場合は、前記円盤刃物を切断開始位置のX軸位置よりーX方向へあらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に移動させる移動手段と、
前記円盤刃物がX軸方向であらかじめ定めた一定距離だけ変位した位置に到達すると、前記ワークを固定したパレットを次の切断開始位置のY軸位置と同じY軸位置に移動させる移動手段と、
前記パレットが次の切断開始位置のY軸位置と同じY軸位置に到達すると、前記高速送り運転手段へ戻る手段とを含むことを特徴とする円盤刃物送り制御装置。 - 前記連続運転及び前記残回数の判断において、前記連続切断を否又は残回数有無を無と判断した場合は、前記円盤刃物を刃物初期位置へ高速送り運転で移動する手段を含むことを特徴とする請求項4又は5に記載の円盤刃物送り制御装置。
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