JPH0212407A

JPH0212407A - 数値制御装置

Info

Publication number: JPH0212407A
Application number: JP16305088A
Authority: JP
Inventors: Akihito Shibata; 柴田　明仁
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1990-01-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、数値制御（以下、ＮＯという）工作機械等の
モータの駆動を制御するＮＣ装置に関する。

（従来の技術）第７図は従来のＮＣ装置の一例を示すブロック図であり
、記憶装置１から読出したＮＣプログラムＳ＾により各
軸毎の＠８動データＳＢを生成するプログラム解釈部２
と、このプログラム解釈部２からの各軸毎の軸移動デー
タＳ［＋により各軸に与えられる単位時間毎の軸移動指
令ＳＣを生成する関数発生部３と、外部から入力、設定
された加減速時定数τを用いて関数発生部３からの単位
時間毎の軸移動指令ＳＣに対して加減速処理を施す加減
速処理部４と、この加減速処理部４からの加減速処理が
施された単位時間毎の軸移動指令ＳＤ及びモータ６に装
着された検出器７からのモータ６の位置・速度検出値Ｓ
Ｅにより、負荷電流１いｌｖを検出しなからモータ６を
駆動制御する軸駆動制御部５とで構成されている。

（発明が解決しようとする課題）上述した従来のＮＣ装置では、加減速時定数τが半固定
的に設定されるので、例えばＮＣ工作機械で異なるワー
クを加工する場合やワークの重量が切削加工により逐次
変化する場合でも同一の加減速時定数τにより加減速処
理が施されている。例えば加減速時定数τをＮＣ工作機
械の仕様範囲内の最大負荷に対応する値に設定した場合
、中、　Ｉｌ重量ワーク加工においては必要以上に長い
加減速時定数が適用されることになり、加工時間が冗長
となる欠点があった。また、加減速時定数τを中。

軽量ワークを想定して設定した場合、重量ワークの加工
においては短い加減速時定数が適用されることになり、
加工精度（切削面精度、形状精度）に悪影響を及ぼすと
いう欠点があった。最近では、ＮＣ装置のオペレータの
レベルでワーク重量等を人力することにより加減速時定
数を選択、設定する装置も開発されているが、操作が煩
雑て、かつ加工途中のワーク重量の変化には対応できな
いという欠点があった。

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本
発明の目的は、ＮＣ工作機械等のモータに掛かる種々の
負荷に対応した最適な加減速時定数を自動的に設定する
ことができるＮＣ装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、ＮＣプログラムによりモータの駆動を制御す
るＮＣ装置に関するものであり、本発明の上記目的は、
前記モータの駆動電流を常時検出して負荷重量を自動的
に推定算出する負荷重量算出部と、この負荷重量算出部
からの負荷重量及び予め設定された関数に従って前記モ
ータの駆動を制御するための加減速時定数を機械稼動中
に自動的に決定する加減速時定数決定部とを具備するこ
とによって達成される。さらに詳しくは、前記ＮＣプロ
グラム中の特定コードを解釈することにより前記加減速
時定数を決定するように、また、前記関数が、前記負荷
重量と前記加減速時定数とを関係付けるものであって、
前記負荷重量が増加するに従って前記加減速時定数も増
加する特性とする。

さらに、複数のモータの同期運転制御を行なう際には、
前記複数のモータの駆動を制御するための加減速時定数
のうち最も大きな加減速時定数を前記複数のモータ全て
に適用するようにする。そして、前記ＮＣプログラム中
の特定コードは、ホームポジシコン位置決め指令コード
、工具交換指令コード、旋回テーブル回転指令コード及
び主軸回転停止指令コードのうちの１つあるいは複数で
あるようにする。

（作用）本発明のＮＣ装置は、モータの加減速時間が負荷重量の
変化に影響されることを利用したものであり、負荷重量
と加減速時定数との対応を予め設定しておくことで、逐
次変化する負荷重量を検出すれは即座に加６１ｉ速時定
数を決定することができるように構成されている。

（実施例）以下に本発明の原理について説明する。

第４図に示すようにボールネジの回転運動によりテーブ
ルを直線運動させるモータを第５図のタイムチャートに
示すように速度Ｎ＋　（ｒｐｍ）から速度Ｎ２　（ｒｐ
ｍ）に加速し、その後速度Ｎ２　（ｒｐｍ）から速度ｔ
Ｊ＋（ｒｐｍ）に減速する際の最短の加速時間ｔａ（ｓ
ｅｃ）及び最短の減速時間ｔ、、　（ｓｅｃ）は次式（
＋）及び（２）で表わされる。

ここで、ＪＭ：　モータのイナーシャ（ｋｇ−ｃｍ−ｓｅｃ２）
ｊＬ：モータ軸換算の負荷のイナーシャ（ｋｇ−ｃｍ−
ｓｅｃ２）Ｔｐｓ　：　最大ストールトルク（Ｊ−ｃｍ）Ｔｉ・　
負荷トルク（ｋｇ−ｃｍ）モータ軸ＩｆＡ算の負荷のイナーシャＪＬはテーブル、
ワーク等の可動部の他にボールネジ、ベアリング部、ギ
ア等のモータ！１ｉｌｌｌ端より負荷側にあるすべての
イナーシャをモータ軸端にて換算したものである。モー
タのイナーシャ九とモータ軸換算の負荷のイナーシャコ
しとの比はエネルギー効率の点からＪ、　：　ＪＬ・１
．１にとると最も効率が良いが、モータ軸換算の負荷の
イナーシャＪＬはテーブルに搭載するワーク重量によっ
て大きく変化し、ｊ！！（負荷時のモータ軸換算の負荷
のイナーシャＪＬ、（ＪＬＭＩＮ）　　と塔ｉ敗可能最
大ワーク搭載時のモータｌＴｉ１ｌＩ換算の負荷のイナ
ーシャＪＬ（Ｊｌ、い×）との差分ΔＪＬ（−ＪＬＭＡ
Ｘ　−Ｊｌ、ＭＩＮ）はモータのイナーシャＪＭに対し
て３０零〜２００＊程度の値に通常なっている。

上式（１）及び（２）により決まる最短加減速時間し。

及び１ｂもモータ！Ｔ！ＩＪｊＦＡ算の負荷イナーシャ
ＪＬの変化により太き（変化することになる。

実際には機械剛性やサーボアンプの容ユの制約等の為、
上式（１）及び（２）で算出される最短加減速時間ｔａ
及びｔｂよりも大きな最短加減速時定数値を実機に設定
しているか、実機適用可能なＩＳ短加減速時定数値も上
記最短加減速時間り、及びｌ、と同しようにモータ軸換
算の負荷イナーシャ、ＩＬの変化により大きく変わる事
になる。

次に、モータ軸にかかる負荷トルク゛ｒ、、（ｋｇ−ｃ
ｍ）は一般には次式（３）により計算することかできる
。

ここで、Ｆ　：可動部（テーブル又は刃物台なと゛）をその軸方
向に動かすのに要する力（ｋｇ）ｎ　、駆動系の効率１　・モータ１回転当りの機械わ動量（ＣＩＩｌ）Ｔ、
′・ボールネジナツト部、ベアリング部等のモータ軸換
算の摩擦トルク（ｋｇ−ｃｍ）上式（３）における力Ｆ
はテーブル重量、テーブルと摺動面との間の摩擦係数の
他に切削時か非切削時か、または軸方向が水平か垂直か
によって変わる。軸方向が垂直の場合にはカウンタバラ
ンスの有無等により異なった値となるが、例えば第６２
１に示すように軸方向が水平の場合には力Ｆは次式（４
）及び（５）で表わされる。

非切削時Ｆ−μ（ｗｗ　＋　１ｌｌＴ＋　ｒ、）　　　　　　　
・・・・・・（４）切削時Ｆ　−ＦＣ十μ（Ｗｗ　”　　ＷＴ　”　　ｆｇ　”　
　Ｆｃｔ）　　・・・・−（５）ここで、Ｗｗ、ワーク重量（ｋｇ）ＷＴ＋テーブル等ワーク以外の可動物重量（ｋｇ）μ　
：摩擦係数「、：ギブ締付力（ｋｇ）Ｆｃ：切削力によるスラスト反力（ｋｇ）Ｆｃｆ　：切
削力によるモーメントによりテーブルが摺動面に押さえ
つけられる力（ｋｇ）摺動面の経年変化の影宙を無視し
得る条件下においては、上式（４）中のワーク重ｆｆ１
ＷＴ以外は定数とみなすことができ、非切削時のＦを観
測することによりワーク重量を上式（４）から求めるこ
とができる。また、切削力とＦｃ、Ｆｃｔとの対応関係
を定量的に予め与えておくことにより、切削時のＦを観
４１１１することによりワーク重量を上式（５）から求
めることができる。

第１図は、本発明のＮＣ装置の一例を第７図に対応させ
て示すブロック図であり、同一構成箇所は同符号を付し
て説明を省略する。このＮＣ装置は、プログラム解釈部
２からの負荷ｆｆ１ｆｆｉ算出指令ＣＷＴにより負荷電
流Ｉ。、ＴＶの検出周期毎に負荷重量りを推定算出する
負荷重量算出部８と、最大負荷重量に対応する加減速時
定数τｍａｘ又は予め設定された加減速時定数初期値で
Ｉｎを加減速時定数のデフォルト値として加減速処理部
４に転送し、また、プログラム解釈部２からの加減速時
定数更新指令ＣＴにより、負荷重量算出部８からの最新
の負荷重量Ｗ１、及び負荷重量と加減速時定数とを関係
付ける関数に従って加減速時定数の更新を行ない、更新
した加減速時定数τを加減速処理部４に転送する加減速
時定数決定部９とが新たに設けられている。

このような構成において、その動作例を第２図のフロー
チャートで説明すると、電源没入直後あるいはＮＣプロ
グラムの終了時点において最大負荷重量に対応する加減
速時定数でｆｉａＸあるいは操作者か予め設定しておい
た加減速時定数初期値τ身。

のいずれかを加減速時定数のデフォルト値として加減速
時定数決定部９から加減速処理部４へ転送する（ステッ
プＳ１４．Ｓ１５　）。

一方、プログラム解釈部２で、負荷重量算出指令ＣＷＴ
を無効としくステップＳ１）、解釈、実行すべきＮＣプ
ログラムＳへの１ブロツクを解釈し、各軸性の軸移動デ
ータを生成する（ステップＳ２）とともに、当該ブロッ
ク中に負荷重量算出指示コードである”Ｇｏ”（早送り
指令コード）を検出した場合には、負荷重量算出部８に
対して負荷重量算出指令ＣＷＴを出力する（ステップＳ
３．Ｓ４　）。

負荷重量算出部８で、負荷重量算出指令ＣＷＴを有効で
あると判断した場合には、以下に述へる方法により負荷
重量Ｗ、を推定算出する。

本実施例のモータ６は永久ｒｌｕ石同期電動機であり、
この電動機における負荷トルクＴ、と負荷電流■、との
関係は次式（６）で表わされる。

ＴＩ、　　・　　−Ｋ−１１□　・ＩＣ−に°・　Ｉｃ
　　・・・・・・　（６）ここで。

Ｋ、　Ｋ’　：比例定数Ｂ１　　・界磁磁束密度（Ｇｓ）したがって、負荷電流ＩＣを検出することにより負荷ト
ルクＴＬが求まる。この負荷トルクＴＬから式（３）及
び（４）を用いて負荷重ｆｆ１ｗｗを推定算出する。尚
、式（３）及び（４）におけるＩｌ、ＷＴは機誠設泪時
点で確定している値であり、η＋”Ｃ＋μ、ｆｌも機械
製造段階で確定する値である。Ｔｃ、ｆ、等の経年変化
を考慮しても、式（３）及び（４）においてＷｗ以外を
定数として求めた負荷重量は実用上問題なく便用てきる
。

負荷重量算出部８て、負荷電流１ｃの検出周期毎に前述
の方法により負荷重量Ｗ８を推定算出し、この負荷重量
ＷＴ１を加減速時定数決定部９へ転送する（ステップ５
１２．Ｓ１３　）。負荷重量算出部８においては負荷重
量算出指令ＣＷＴが有効である間は常に前述の如く負荷
重量の推定算出を行なっている。

一方、プログラム解釈部２で、切削送り指令であるＧｌ
、Ｇ２．Ｇ：ｌコートを検出した場合には、負荷重量算
出指令ＣＷＴを無効とし、負荷重量算出部８ての処理を
停止させる（ステップＳ５．Ｓ６，５＋２１゜そして、
プログラム解釈部２で、加減速時定数更新指令コードで
あるホームポジション位置決め指令コード“Ｇ３０“、
工具交換指令コード“’ＭＯ６２Ｍ７７”、旋回テーブ
ル回転指令コード”Ｍ２Ｓ、Ｍ２Ｏ，Ｍ１１５．Ｍ１１
６　”　、あるいは主軸回転停止指令コード°’ＭＯＩ
、ＭＯ４９ＭＯ５°°のいずれかを検出した場合には、
加減速時定数更新指令ＣＴを加減速時定数決定部９に転
送する（ステップＳ７．Ｓ８）。加減速時定数決定部９
で、加減速時定数更新指令Ｃ丁を有効であると判断した
場合には、負荷重■算出部８からの最新の負荷重量算出
値Ｗ０、及び負荷重量と加減速時定数とを関係づける関
数により加減速時定数の更新を行ない（ステップＳ１６
，５１８）、加減速時定数更新指令ＣＴを無効とする（
ステップ５１９）。ここで、前記関数は例えば第３図に
示す如きのものであり、加減速時定数では負荷重ｆｆｌ
　Ｗｗにより次のように決定される。

τ　−τ１Ｉｉｎ　　（Ｌｉｎ≦Ｗｗ＜Ｗ＋）　　　・
・・・・・　７ａτ　〜　τ、（Ｗ１≦Ｗｗ＜Ｌ）　　
　　・・・・・・　７ｂて　　−　　　τ　２　　　　
　　（ｔ’ｆ２≦１く胃、）　　　　　　　・・・　・
・・　　７ＣＴ　　　　ｒ３　　　　（Ｗ３≦Ｗｗ＜Ｌ
）−−７ｄτ　　　τｎａＸ　　　（Ｗ４≦Ｗｗ）　　
　　　　　　−−−−−−７ｅこのようにして求めた加
減速時定数τを加減速処理部４に転送しくステップ５１
５）　、加減速処理部４てこの更新された加減速時定数
τを用いて以後の加減速処理を行なう。そして、ＮＣプ
ログラムがまた終了していない場合には、次ブロックを
読込んて（ステップＳ９．５ｊｌ）　、ステップＳ２に
戻って上述した動作を繰返し、また、プログラムＩＱ’
ｇ釈部２てＮＣプログラムの終了を検出すると（ステッ
プＳ９）゛、加減速時定数決定部９に終了指令を出力し
くステップ５９，５１０）　、加減速時定数決定部９で
ＮＣプログラムの終了を確認するとデフォルト値を加減
速処理部４に転送しくステップ５１４，５１７）、全て
の処工皐を終了する。

なお、複数のモータの同１ｔＪｉ運転ｉｒｉ制御を行な
う場合には、各モータの加減速時定数を同一としておか
ないと真円切削の形状誤差が大きくなる等の欠点か生じ
るが、このような場合には各モータの加減速時定数のう
ち最大（最も長くなるもの）の時定数をもって各モータ
すへての加減速時定数とすれは良い。

（発明の効果）以上のように木発明のＮＣ装置によれば、加工段取りの
有無による負荷重量の変化や切削中の加工物重量変化に
対して常に最適の加減速時定数を自動的に設定しておく
ことが可能となるので、加工１’１．’ｉ間を短縮させ
ることができると共に、高精度の加工を行なうことかで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＮＣ装置の一例を示すブロック図、第
２図はその動作例を説明するフローチャー１−１第３図
は本発明装置に使用される関数の位置例を示す図、第４
図〜第６図はそれぞれ木発明の詳細な説明する図、第７
図は従来のＮＣ装置の一例を示すブロック図である。１・・・記憶装置、２・・・プログラム解釈部、３・・
・関数発生部、４・・・加減速処理部、５・・・軸駆動
制御部、６・・・モータ、７・・・検出器、８・・・負
荷重量算出部、９・・・加減速時定数決定部。

Claims

【特許請求の範囲】１、数値制御プログラムによりモータの駆動を制御する
数値制御装置において、前記モータの回動電流を常時検
出して負荷重量を自動的に推定算出する負荷重量算出部
と、この負荷重量算出部からの負荷重量及び予め設定さ
れた関数に従って前記モータの駆動を制御するための加
減速時定数を自動的に決定する加減速時定数決定部とが
設けられたことを特徴とする数値制御装置。２、前記数値制御プログラム中の特定コードを解釈する
ことにより前記加減速時定数を決定するようにした請求
項１に記載の数値制御装置。３、前記関数が、前記負荷重量と前記加減速時定数とを
関係付けるものであつて、前記負荷重量か増加するに従
って前記加減速時定数も増加する特性とした請求項１に
記載の数値制御装置。４、複数のモータの同期運転制御を行なう際には、前記
複数のモータの駆動を制御するための加減速時定数のう
ち最も大きな加減速時定数を前記複数のモータ全てに適
用するようにした請求項１に記載の数値制御装置。５、前記数値制御プログラム中の特定コードは、ホーム
ポジション位置決め指令コード、工具交換指令コード、
旋回テーブル回転指令コード及び主軸回転停止指令コー
ドのうちの１つあるいは複数である請求項２に記載の数
値制御装置。