JP6717873B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
或いは、例えば数値制御装置にて、主軸モータの負荷情報を表示することが考えられる。これにより、工作機械の操作者が、表示された負荷情報に応じて、手動で、加工条件を制御することができる。
例えば、主軸モータの負荷変動(加工外乱)が大きいときには、送り軸の送り速度を下げることにより、ワークの加工異常の発生又は工作機械(例えば工具)の異常の発生を抑制することができる。一方、主軸モータの負荷変動(加工外乱)が小さいときには、送り軸の送り速度を上げることにより、加工時間を短縮することができる。
また、数値制御装置2は、モータ制御装置1から主軸モータ3の第1負荷情報を取得し、取得した第1負荷情報に応じて、自動的に、加工条件(例えば、送り軸の送り速度)を制御してもよい。
また、数値制御装置2は、モータ制御装置1から主軸モータ3の第2負荷情報を取得し、取得した第2負荷情報を表示部に表示してもよい。これにより、工作機械の操作者が、表示された第2負荷情報に応じて、手動で、加工条件を制御することができる。
例えば、主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)が大きいときには、送り軸の送り速度を下げることにより、ワークの加工異常の発生又は工作機械(例えば工具)の異常の発生を抑制することができる。一方、主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)が小さいときには、送り軸の送り速度を上げることにより、加工時間を短縮することができる。
記憶部20は、工具情報として、工具の刃数を記憶する。記憶部20は、例えばEEPROM等の書き換え可能なメモリである。
具体的には、時定数計算部22は、時定数Tとして、主軸モータ3で駆動される主軸の回転数に応じたカットオフ周波数に基づく第1時定数を計算する。より具体的には、時定数計算部22は、第1ローパスフィルタ24のカットオフ周波数Fc[/s]が、速度指令値が示す主軸の回転数Vcmd[rev/s](すなわち、後述する加工外乱の周波数)以下となるように、下記(1−1)式及び(1−2)式により、時定数(第1時定数)Tを計算する。
T=1/(2π×Fc) ・・・(1−1)
Fc≦Vcmd ・・・(1−2)
或いは、時定数計算部22は、時定数Tとして、主軸モータ3で駆動される主軸の回転数に工具の刃数を乗算した値に応じたカットオフ周波数に基づく第2時定数を計算する。より具体的には、時定数計算部22は、第1ローパスフィルタ24のカットオフ周波数Fc[/s]が、速度指令値が示す主軸の回転数Vcmd[rev/s]に工具の刃数Nを乗算した値(すなわち、後述する加工外乱の周波数)以下となるように、下記(2−1)式及び(2−2)式により、時定数(第2時定数)Tを計算する。
T=1/(2π×Fc) ・・・(2−1)
Fc≦Vcmd×N ・・・(2−2)
例えば、時定数計算部22は、上記した時定数Tの切り替えを、第1ローパスフィルタ24によって平均化された第1負荷情報の変動の大きさに基づいて、自動的に行ってもよい。この場合、時定数計算部22は、例えば、第1負荷情報の振幅の大きさに基づいてもよいし、第1負荷情報をFFT解析して変動周波数成分の大きさに基づいてもよい。
或いは、時定数計算部22は、上記した時定数Tの切り替えを、外部からの指令に基づいて行ってもよい。外部からの指令としては、数値制御装置2から供給されてもよい。この場合、数値制御装置2は、上述同様に、例えば第1負荷情報の振幅の大きさ、又は、第1負荷情報をFFT解析した後の変動周波数成分の大きさに基づいて、第1負荷情報の変動の大きさを自動的に判断してもよい。或いは、外部からの指令としては、操作者によって手動で入力されてもよい。この場合、操作者は、数値制御装置2に表示された負荷情報の振幅の大きさに基づいて、負荷情報の変動の大きさを目視で判断してもよい。
また、時定数計算部22は、速度指令値に代えて、エンコーダ4で検出された速度フィードバック値を用いてもよい。
第2ローパスフィルタ26は、所定の時定数で、主軸モータ3のトルク指令値を平均化して、平均化した主軸モータ3の第2負荷情報を生成する。
第1ローパスフィルタ24の時定数は、上述したように主軸の回転数に応じて可変である。一方、第2ローパスフィルタ26の時定数は、主軸の回転数によらず固定である。第2ローパスフィルタ26の所定の時定数は、第1ローパスフィルタ24の時定数よりも大きく設定される。すなわち、第2ローパスフィルタ26のカットオフ周波数は、第1ローパスフィルタ24のカットオフ周波数よりも小さく設定される。
なお、第1ローパスフィルタ24及び第2ローパスフィルタ26は、トルク指令値に代えて、電流制御器14で生成された主軸モータ3の駆動電流値を用いてもよい。
(i)各刃9がワークに接触することに起因して、主軸の1回転の1/5倍の周期(5倍の周波数)で主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)が生じる、
(ii)5つの刃9が回転軸に対して偏心して配置されることに起因して、主軸の1回転の周期で主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)が生じる、又は、
(iii)5つの刃9の何れかが回転軸に対して偏心して配置されることに起因して、主軸の1回転の1/5倍の周期(5倍の周波数)で主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)が生じる、
ことがある。
一方、1次フィルタの時定数を小さくしすぎると、加工条件によっては、負荷変動(加工外乱)の影響で制御が不安定になったり、負荷表示の変動(バタツキ)が大きくなったりする。
これにより、主軸モータ3の第1負荷情報の変動を抑制することができる。また、第1負荷情報の遅れ時間を短縮することができ、加工条件の制御を行う場合にその応答性の低下を抑制可能である。
例えば、上記した(i)各刃9がワークに接触することに起因する主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)、及び、(iii)5つの刃9の何れかが回転軸に対して偏心して配置されることに起因する主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)は、上記(1−1)式及び(1−2)式により計算された時定数(第1時定数)Tの第1ローパスフィルタ24でも、上記(2−1)式及び(2−2)式により計算された時定数(第2時定数)Tの第1ローパスフィルタ24でも、抑制可能である。
一方、上記した(ii)5つの刃9が回転軸に対して偏心して配置されることに起因する主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)は、上記(2−1)式及び(2−2)式により計算された時定数(第2時定数)Tの第1ローパスフィルタ24では抑制できないが、上記(1−1)式及び(1−2)式により計算された時定数(第1時定数)Tの第1ローパスフィルタ24では抑制可能である。この場合、時定数計算部22は、第1ローパスフィルタ24の時定数として、上記(1−1)式及び(1−2)式により計算された時定数(第1時定数)Tを計算するように切り替えればよい。
以下、この効果について検証する。
・主軸の回転数Vcmd=300min−1
すなわち、主軸の1回転に起因する周波数5Hz
・工具8の刃数N=5
すなわち、工具8の刃数Nに起因する周波数25Hz
・主軸モータ3の平均負荷80%
・主軸の1回転に起因する変動はなく、
・工具8の刃数Nに起因する変動は5%である。
図4では、第1ローパスフィルタ24の時定数を、上記(2−1)式及び(2−2)式において、Fc=Vcmd×N/2として計算された時定数(第2時定数)に設定し、図5では、第1ローパスフィルタ24の時定数を、上記(1−1)式及び(1−2)式において、Fc=Vcmd/2として計算された時定数(第1時定数)に設定した。
図4及び図5によれば、工具8の刃数Nに起因する変動は、上記(1−1)式及び(1−2)式より計算された時定数(第1時定数)の第1ローパスフィルタ24ほどではないが、上記(2−1)式及び(2−2)式により計算された時定数(第2時定数)の第1ローパスフィルタ24でも、ある程度の抑制効果があることがわかる。
換言すれば、上記した(i)各刃9がワークに接触することに起因する主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)は、上記(1−1)式及び(1−2)式により計算された時定数(第1時定数)の第1ローパスフィルタ24でも、上記(2−1)式及び(2−2)式により計算された時定数(第2時定数)の第1ローパスフィルタ24でも、抑制される。
・主軸の1回転に起因する変動が2%である。
図6では、第1ローパスフィルタ24の時定数を、上記(2−1)式及び(2−2)式において、Fc=Vcmd×N/2として計算された時定数(第2時定数)に設定し、図7では、第1ローパスフィルタ24の時定数を、上記(1−1)式及び(1−2)式において、Fc=Vcmd/2として計算された時定数(第1時定数)に設定した。
図6及び図7によれば、主軸の1回転に起因する変動は、上記(2−1)式及び(2−2)式により計算された時定数(第2時定数)の第1ローパスフィルタ24では抑制されないが、上記(1−1)式及び(1−2)式により計算された時定数(第1時定数)の第1ローパスフィルタ24では抑制されることがわかる。
換言すれば、上記した(ii)5つの刃9が回転軸に対して偏心して配置されることに起因する主軸モータ3の負荷変動(加工外乱)は、上記(2−1)式及び(2−2)式により計算された時定数(第2時定数)の第1ローパスフィルタ24では抑制されないが、上記(1−1)式及び(1−2)式により計算された時定数(第1時定数)の第1ローパスフィルタ24では抑制されることがわかる。
これによれば、第1負荷情報を加工条件の制御に用いることによりその応答性の低下を抑制できる。一方、より時定数が大きい第2ローパスフィルタ26を通過した第2負荷情報を、加工条件の制御ではなく、表示に用いることにより視認性の低下を抑制できる。
その結果、加工条件の制御を行う場合のその応答性の低下の抑制と、主軸モータの負荷情報の表示を行う場合の視認性の低下の抑制との両立が可能である。
2 数値制御装置
3 主軸モータ
4 エンコーダ
8 工具
9 刃
11 減算器
12 速度制御器
14 電流制御器
20 記憶部
22 時定数計算部
24 第1ローパスフィルタ
26 第2ローパスフィルタ
Claims (6)
- 工作機械において、工具又はワークを回転駆動する主軸モータを制御するモータ制御装置であって、
前記主軸モータのトルク指令値又は駆動電流値を平均化して、平均化した前記主軸モータの第1負荷情報を生成する第1ローパスフィルタと、
前記第1ローパスフィルタの時定数として、前記主軸モータで駆動される主軸の回転数に応じたカットオフ周波数に基づく第1時定数を、又は、前記主軸が前記工具を回転駆動する場合には、前記主軸の回転数に前記工具の刃数を乗算した値に応じたカットオフ周波数に基づく第2時定数を、計算する時定数計算部と、
を備え、
前記時定数計算部は、前記第1負荷情報の変動の大きさが小さくなるように、前記第1時定数を前記第1ローパスフィルタの時定数とするか、又は、前記第2時定数を前記第1ローパスフィルタの時定数とするか、を切り替える、
モータ制御装置。 - 前記時定数計算部は、前記第1ローパスフィルタの前記カットオフ周波数が前記主軸の回転数以下となるように前記第1時定数を、又は、前記カットオフ周波数が前記主軸の回転数に前記工具の刃数を乗算した値以下となるように前記第2時定数を、計算する、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記主軸モータのトルク指令値又は駆動電流値を平均化して、平均化した前記主軸モータの第2負荷情報を生成する第2ローパスフィルタを更に備え、
前記第2ローパスフィルタの時定数は、前記主軸の回転数によらず固定であり、かつ、前記第1ローパスフィルタの時定数よりも大きく、
前記第1ローパスフィルタの時定数は、前記主軸の回転数に応じて可変である、
請求項1又は2に記載のモータ制御装置。 - 前記主軸の回転数は、前記主軸の速度指令値又は速度フィードバック値である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
- 前記時定数計算部は、前記第1負荷情報の変動の大きさに基づいて、前記第1時定数を前記第1ローパスフィルタの時定数とするか、又は、前記第2時定数を前記第1ローパスフィルタの時定数とするか、を切り替える、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記時定数計算部は、外部からの指令に基づいて、前記第1時定数を前記第1ローパスフィルタの時定数とするか、又は、前記第2時定数を前記第1ローパスフィルタの時定数とするか、を切り替える、請求項1に記載のモータ制御装置。
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