JP6342935B2 - 揺動切削を行う工作機械のサーボ制御装置、制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
しかし、同文献1においては、低周波による振動(揺動)は、モータ特性に応じた揺動指令が予めテーブル化されており、加工条件の変更に対応することは困難であると考えられる。
しかし、同文献2においては、高周波揺動を与えようとすると、指令が粗くなってしまうと考えられる。これは、揺動周波数が高くて、指令分配周波数に近づく場合に問題になる。例えば、指令分配周波数100Hzに対して揺動周波数50Hzの場合は、1揺動周期のうち、2点しか指令できない。揺動周波数がさらに高くなり、指令分配周波数に近くなれば、その傾向はさらに顕著になってしまう。
前記第2の位置偏差から揺動周波数成分を取りだして第3の位置偏差を求め、求めた前記第3の位置偏差及び前記第1の角度から、前記補正量を計算して学習制御を行ってよい。
本実施形態においては、複数の制御軸を備えた工作機械のサーボ制御装置を説明する。このサーボ制御装置は、加工対象であるワークを切削加工する工作機械において、切屑を細断するために、切削工具とワークとを相対的に揺動させ、特に加工方向に揺動させることによって断続切削を実行させるサーボ制御装置である。
図1Aは、ワーク10を、主軸12を回転軸として回転させ、その表面を切削工具14で切削加工する様子を示す説明図である。同図に示すように、主軸12と同方向の軸がZ軸であり、主軸12の直交する軸の一つがX軸である。切削工具14は、ワーク10の表面を所定のプログラムに基づき切削していくが、その加工は、例えばZ軸、またはZ軸と所定角度の加工方向Bに沿って進んでいく。このように加工が進んでいく方向を加工方向Bと呼ぶ。
このように断続的な切削が行われることによって、切屑を細かく分断することや、切削工具14の効果的な冷却が可能となる。
すなわち、本特許において、主軸は2通りの場合がある。図1Aにおいては、主軸12とは、ワーク10の回転する軸である。図1Bにおいては、主軸22とは、切削工具24の回転する軸をいう。
なお、図1Bにおいても、図1Aと同様に、主軸22と同方向の軸がZ軸であり、主軸22の直交する軸の一つがX軸である。切削工具24は、ワーク10の空洞内部の表面を所定のプログラムに基づき切削していくが、その加工は、図1Aと同様、加工方向Bに沿って進んでいく。
図1A及び図1Bにおいては、いずれも切削工具14、24側が揺動される例を説明したが、ワーク10、20側が揺動されるように構成されていてもよい。
さらに、サーボ制御装置100aは、主軸角度を取得する主軸角度取得部118と、上位制御装置200からの位置指令を取得する位置指令取得部120と、位置フィードバック値を取得する位置取得部122と、も備えている。なお、主軸角度とは、主軸の回転角度である。これら各取得部は、コンピュータの入力インターフェースとして実現することが好ましく、外部からのデータを保存するバッファ等を含んでいてもよい。
位置指令取得部120は、上位制御装置200が出力する、切削工具を駆動するサーボモータに対する位置指令またはワークを駆動するサーボモータに対する位置指令、を取得するインターフェースである。ここで取得した位置指令は、差分器106と、揺動指令計算部102と、に供給される。なお、位置指令は、揺動指令計算部102へは供給しない構成でもよいが、そのような構成は、図2Bで後に説明する。位置指令取得部120による位置指令の取得動作は、図3のステップS1に該当する。
なお、本実施形態における主軸は、ワークの回転軸である場合でもよいし、切削工具の回転軸である場合でもよい。また、主軸角度とは、主軸の回転角度をいい、上位制御装置200が指示する主軸指令にかかる主軸角度でもよいし、また後述するように検出器500が検出する位置フィードバック値としての主軸角度でもよい。
揺動指令計算部102による揺動指令の計算は、図3のフローチャートのステップS5に該当する。
また、第1の所定の数は、位置指令と角度とから求めることができる。揺動振幅は、主軸が1回転する間の(ワーク10、切削工具24)の移動量(加工方向への移動量)の0.5倍以上の振幅が通常は必要である。また、主軸1回転の速度は、主軸の角度の変化から推定(角速度)することができ、移動速度は、位置指令の変化から推定(速度指令)することができる。この推定した角速度から主軸1回転に要する時間が判明する。したがって、1回転の時間×速度指令を算出すれば、主軸1回転当たりのワーク10(切削工具24)の移動量を求めることができる。このようにして求めた移動量から、揺動振幅を求める(設定する)ことができる。位置指令と、求められた(設定した)揺動振幅との関係から第1の所定の数を求めることができる。このような第1の所定の数の算出はサーボ制御装置100aが実行してもよいし、上位制御装置200が実行してもよい。
なお、揺動指令計算部102は、種々の目的で様々な揺動指令を計算してよいが、例えば、切削の際に発生した切屑を細断する等の目的のためには、切削工具が進行する加工方向に、切削工具とワークとが相対的に揺動するような揺動指令を計算することが好適である。
したがって、速度・電流制御部116と加算器114と加算器110とは、請求の範囲の駆動部の好適な一例に相当する。また、速度・電流制御部116と加算器114と加算器110とによる、駆動信号の出力は、図3のフローチャートのステップS7に該当する。
なお、図3のフローチャートにおいては、ステップS7の後、検出器500が検出した位置フィードバック値がステップS2において再び取得される。すなわち再びステップS1、S2等の処理に続いていくものであり、実際には各ステップは、並行して実行されてよい。
特に、本実施形態1においては、位置偏差と揺動指令に基づいて、学習制御を行って揺動の補正値を求めている。したがって、サーボモータの遅れを補正する補正値を効率よく求めることができる。その結果、高い揺動周波数を利用する場合でも、高精度な揺動動作を工作機械に実行させることが可能である。
しかし、サーボ制御装置100bにおいては、位置指令取得部120が取得した位置指令を、揺動指令計算部102には供給せず、差分器106にのみ供給する。
これに伴って、位置取得部122は、取得した位置フィードバック値を、差分器106だけでなく、揺動指令計算部102に対しても供給している。
このような構成の下、例2の揺動指令計算部102は、位置フィードバック値に応じた揺動振幅を求め、主軸角度に応じた揺動周波数を求めている。求めた揺動振幅と、求めた揺動周波数と、から揺動指令が構成されている。したがって、図3のステップS6の処理内容も位置フィードバック値に応じた揺動振幅を求め、主軸角度に応じた揺動周波数を求めている点において異なる。
このような構成によって、サーボ制御装置100bは、実際の位置フィードバック値を利用して揺動指令を計算することができるので、より実際の切削工具やワークの位置に適した揺動指令を計算することができる。
12、22 主軸
14、24 切削工具
100a、100b サーボ制御装置
102 揺動指令計算部
104 揺動補正計算部
106 差分器
110、114 加算器
116 速度・電流制御部
118 主軸角度取得部
120 位置指令取得部
122 位置取得部
200 上位制御装置
300 アンプ
400 サーボモータ
500 検出器
A 揺動
B 加工方向
C 空振り
D 切削
Claims (12)
- 複数の制御軸を備え、前記制御軸を協調動作させて加工対象であるワークを切削加工する工作機械を制御する制御装置であって、
切削工具を駆動するサーボモータに対する位置指令または前記ワークを駆動するサーボモータに対する位置指令、を取得する位置指令取得部と、
前記切削工具の位置または前記ワークの位置、を位置フィードバック値として取得する位置取得部と、
取得した前記位置指令と、取得した前記位置フィードバック値と、から位置偏差を計算する位置偏差計算部と、
回転する前記ワークの主軸、または、回転する前記切削工具の主軸の回転角度である主軸角度を取得する主軸角度取得部と、
取得した前記位置指令または取得した前記位置フィードバック値、及び、取得した前記主軸角度、から揺動指令を計算する揺動指令計算部と、
前記計算した位置偏差と、前記計算した揺動指令と、前記主軸角度と、から前記揺動指令の補正値を計算する揺動補正計算部と、
前記位置偏差と、前記揺動指令と、前記揺動補正量と、に基づき前記サーボモータを駆動するための駆動信号を求め、前記駆動信号を出力する駆動部と、
を備える制御装置。 - 前記揺動指令計算部は、前記切削の際に発生した切屑を細断するために、前記切削工具が進行する加工方向に、前記切削工具と前記ワークとを相対的に揺動させるための揺動指令を計算する請求項1記載の制御装置。
- 前記揺動指令計算部は、
前記位置指令または前記位置フィードバック値に第1の所定の数を乗じて振幅を求め、前記主軸角度に第2の所定の数を乗じて第1の角度を求め、求めた前記振幅及び前記第1の角度から、前記揺動指令を計算する請求項1または2記載の制御装置。 - 前記揺動補正計算部は、前記位置偏差に前記揺動指令を加えて第2の位置偏差を求め、求めた前記第2の位置偏差及び前記第1の角度から、前記補正量を計算して学習制御を行う請求項3に記載の制御装置。
- 前記主軸角度は、外部の上位装置が出力する主軸指令、もしくは、前記主軸の位置フィードバック値である請求項1〜3のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記第1の所定の数と前記第2の所定の数とは、外部の上位装置が提供し、提供された前記第1の所定の数と第2の所定の数とを使用する請求項3または4記載の制御装置。
- 前記第1の所定の数は、前記位置指令と前記主軸角度とに基づき算出される請求項1または2記載の制御装置。
- 前記揺動指令計算部は、上位の制御装置からの信号に基づき、前記揺動指令の計算を開始、または中断、または終了する請求項1から7のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記揺動補正計算部は上位の制御装置からの信号に基づき、前記補正値の計算を開始、または中断、または終了する請求項1から8のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記揺動補正計算部は、前記位置偏差に前記揺動指令を加えて第2の位置偏差を求め、
前記第2の位置偏差から揺動周波数成分を取りだして第3の位置偏差を求め、求めた前記第3の位置偏差及び前記第1の角度から、前記補正量を計算して学習制御を行う請求項1または2に記載の制御装置。 - 複数の制御軸を備え、前記制御軸を協調動作させて加工対象であるワークを切削加工する工作機械を制御する制御方法であって、
前記切削工具を駆動するサーボモータに対する位置指令または前記ワークを駆動するサーボモータに対する位置指令、を取得する位置指令取得ステップと、
前記切削工具の位置または前記ワークの位置、を位置フィードバック値として取得する位置取得ステップと、
取得した前記位置指令と、取得した前記位置フィードバック値と、から位置偏差を計算する位置偏差計算ステップと、
回転する前記ワークまたは前記切削工具の主軸角度を取得する主軸角度取得ステップと、
取得した前記位置指令または取得した前記位置フィードバック値、及び、取得した前記主軸角度、から揺動指令を計算する揺動指令計算ステップと、
前記計算した位置偏差と、前記計算した揺動指令と、前記主軸角度と、から前記揺動指令の補正値を計算する揺動補正計算ステップと、
前記位置偏差と、前記揺動指令と、前記揺動補正量と、に基づき前記サーボモータを駆動するための駆動信号を求め、前記駆動信号を出力する駆動ステップと、
を含む制御方法。 - コンピュータを、複数の制御軸を備え、前記制御軸を協調動作させて加工対象であるワークを切削加工する工作機械を制御する制御装置として動作させるコンピュータプログラムにおいて、前記コンピュータに、
前記切削工具を駆動するサーボモータに対する位置指令または前記ワークを駆動するサーボモータに対する位置指令、を取得する位置指令取得手順と、
前記切削工具の位置または前記ワークの位置、を位置フィードバック値として取得する位置取得手順と、
取得した前記位置指令と、取得した前記位置フィードバック値と、から位置偏差を計算する位置偏差計算手順と、
回転する前記ワークまたは前記切削工具の主軸角度を取得する主軸角度取得手順と、
取得した前記位置指令または取得した前記位置フィードバック値、及び、取得した前記主軸角度、から揺動指令を計算する揺動指令計算手順と、
前記計算した位置偏差と、前記計算した揺動指令と、前記主軸角度と、から前記揺動指令の補正値を計算する揺動補正計算手順と、
前記位置偏差と、前記揺動指令と、前記揺動補正量と、に基づき前記サーボモータを駆動するための駆動信号を求め、前記駆動信号を出力する駆動手順と、
を実行させるコンピュータプログラム。
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