JPH06104293B2 - 非真円創成制御装置 - Google Patents
非真円創成制御装置Info
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- JPH06104293B2 JPH06104293B2 JP1022185A JP2218589A JPH06104293B2 JP H06104293 B2 JPH06104293 B2 JP H06104293B2 JP 1022185 A JP1022185 A JP 1022185A JP 2218589 A JP2218589 A JP 2218589A JP H06104293 B2 JPH06104293 B2 JP H06104293B2
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- JP
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- piezoelectric actuator
- workpiece
- linear motor
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
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- B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
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- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
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- G—PHYSICS
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B2219/30—Nc systems
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- G05B2219/34048—Fourier transformation, analysis, fft
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- G—PHYSICS
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- G05B2219/41337—Linear drive motor, voice coil
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- G—PHYSICS
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Description
本発明は、非真円形状を創成するための制御装置に関す
る。
る。
従来、NC装置による非真円創成には切削工具の送りにリ
ニアモータを使用している。 そして、非真円形状に切削加工される物としては、例え
ば、内燃機関におけるピストンがあり、第５図（ａ）は
その上面図、第５図（ｂ）はその正面図を示している。
このピストンは、工作物である真円形状の材料を非真円
創成制御装置の図示しない主軸台に取り付け回転させ、
第５図（ａ）に示されるように、その相手形状に合わせ
た長径及び短径となるように切削工具をその工作物の回
転角に同期して進退制御させて製作される。ここで、上
記ピストンの（長径−短径）/2の値は数百μｍ程度であ
る。
ニアモータを使用している。 そして、非真円形状に切削加工される物としては、例え
ば、内燃機関におけるピストンがあり、第５図（ａ）は
その上面図、第５図（ｂ）はその正面図を示している。
このピストンは、工作物である真円形状の材料を非真円
創成制御装置の図示しない主軸台に取り付け回転させ、
第５図（ａ）に示されるように、その相手形状に合わせ
た長径及び短径となるように切削工具をその工作物の回
転角に同期して進退制御させて製作される。ここで、上
記ピストンの（長径−短径）/2の値は数百μｍ程度であ
る。
【発明が解決しようとする課題】 しかし、リニアモータ単独による切削工具の駆動におい
ては、リニアモータの高周波帯域での応答性の限界から
工作物の回転速度が制限されてしまう。又、リニアモー
タより高周波帯域での応答性が良い圧電アクチュエータ
があるが、全ストロークが小さく実用に適さない。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、非真円創成における制
御装置のNC化において、リニアモータと圧電アクチュエ
ータとを二段に組み合わせて駆動し、高周波帯域から低
周波帯域までの応答性が良く尚且つ、ストロークが十分
取り得る非真円創成制御装置を提供することである。
ては、リニアモータの高周波帯域での応答性の限界から
工作物の回転速度が制限されてしまう。又、リニアモー
タより高周波帯域での応答性が良い圧電アクチュエータ
があるが、全ストロークが小さく実用に適さない。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、非真円創成における制
御装置のNC化において、リニアモータと圧電アクチュエ
ータとを二段に組み合わせて駆動し、高周波帯域から低
周波帯域までの応答性が良く尚且つ、ストロークが十分
取り得る非真円創成制御装置を提供することである。
上記課題を解決するための発明の構成は、工作物を回転
させて切削工具により非真円形状に切削加工する非真円
創成制御装置において、前記切削工具を取り付け、圧電
アクチュエータにより該切削工具を進退させる工具取付
台と、前記工具取付台を固設載置し、リニアモータによ
り該工具取付台を進退させる可動台と、前記工作物の非
真円形状を決定する指令値の周波数成分を帯域分離しそ
の高周波成分を前記圧電アクチュエータ、低周波成分を
前記リニアモータのそれぞれの駆動指令信号とする信号
発生回路とを備えたことを特徴とする。
させて切削工具により非真円形状に切削加工する非真円
創成制御装置において、前記切削工具を取り付け、圧電
アクチュエータにより該切削工具を進退させる工具取付
台と、前記工具取付台を固設載置し、リニアモータによ
り該工具取付台を進退させる可動台と、前記工作物の非
真円形状を決定する指令値の周波数成分を帯域分離しそ
の高周波成分を前記圧電アクチュエータ、低周波成分を
前記リニアモータのそれぞれの駆動指令信号とする信号
発生回路とを備えたことを特徴とする。
工具取付台に取り付けられた切削工具は、同じく工具取
付台に設けられた圧電アクチュエータにより工作物に対
して進退させる。又、上記工具取付台は可動台に固設さ
れ、可動台はその工具取付台を伴って可動台に設けられ
たリニアモータにより工作物に対して進退させる。そし
て、信号発生回路は工作物の非真円形状を決定する指令
値の周波数成分を帯域分離した後、その高周波成分を上
記圧電アクチュエータ、低周波成分を上記リニアモータ
にそれぞれの駆動指令信号として出力し、工作物を非真
円形状に切削加工する。つまり、高周波帯域での応答性
が良い圧電アクチュエータには駆動指令信号の高周波成
分が、駆動ストロークが大きいリニアモータには駆動指
令信号の低周波成分がその応答性に応じてそれぞれ出力
される。従って、高周波帯域から低周波帯域まで応答性
が良い非真円創成制御装置となる。
付台に設けられた圧電アクチュエータにより工作物に対
して進退させる。又、上記工具取付台は可動台に固設さ
れ、可動台はその工具取付台を伴って可動台に設けられ
たリニアモータにより工作物に対して進退させる。そし
て、信号発生回路は工作物の非真円形状を決定する指令
値の周波数成分を帯域分離した後、その高周波成分を上
記圧電アクチュエータ、低周波成分を上記リニアモータ
にそれぞれの駆動指令信号として出力し、工作物を非真
円形状に切削加工する。つまり、高周波帯域での応答性
が良い圧電アクチュエータには駆動指令信号の高周波成
分が、駆動ストロークが大きいリニアモータには駆動指
令信号の低周波成分がその応答性に応じてそれぞれ出力
される。従って、高周波帯域から低周波帯域まで応答性
が良い非真円創成制御装置となる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第１図（ａ）は本非真円創成制御装置における切削工具
の駆動部を示し、一部を断面とした概略図であり、第１
図（ｂ）は第１図（ａ）の右側面から見て一部を断面と
した右側面概略図である。 切削工具Ｔは工具取付台２に取り付けられる。又、工具
取付台２には圧電アクチュエータ１が設けられ、その圧
電アクチュエータ１に入力される信号に応じて切削工具
Ｔは矢印方向に進退駆動される。 一方、工具取付台２は可動台としての工具取付台テーブ
ル５に固設載置されている。その工具取付台テーブル５
は基台６との長手方向両サイド間に設けられたリニアガ
イド４により基台６に対して摺動可能である。そして、
工具取付台テーブル５にはリニアモータ３が設けられて
おり、そのリニアモータ３に入力される信号に応じて工
具取付台テーブル５は矢印方向に進退駆動される。 そして、信号発生回路を達成するデータ処理部10は第２
図に示したように構成される。 先ず、非真円形状のプロフィルデータ11をフーリエ変換
器12にて周波数帯域のデータに変換する。そのフーリエ
変換器12にて周波数帯域のデータに変換されたプロフィ
ルデータは、周波数分離器13にて高周波でストロークの
小さなデータ或いは低周波でストロークの大きなデータ
に分離される。その周波数分離器13からの高周波成分は
逆フーリエ変換器14にて高周波から成るプロフィルデー
タに戻され非真円創成制御装置の図示しないコンピュー
タ内のメモリ16に記憶される。又、周波数分離器13から
の低周波成分は逆フーリエ変換器15にて低周波から成る
プロフィルデータに戻され非真円創成制御装置の図示し
ないコンピュータ内のメモリ17に記憶される。そして、
工作物Ｗの回転に同期して、メモリ16に記憶された高周
波から成るプロフィルデータは圧電アクチュエータ１
に、メモリ17に記憶された低周波から成るプロフィルデ
ータはリニアモータ３にそれぞれ出力される。 つまり、工作物Ｗに対して切削工具Ｔを大きな振幅で進
退駆動、即ち、長周期で進退駆動させる必要のある切削
加工の開始時や終了時或いは、切削加工代が大きい荒切
削加工時等には、主にメモリ17に記憶された低周波から
成るプロフィルデータによるリニアモータ３の駆動によ
り、切削工具Ｔの刃先位置が制御される。又、工作物Ｗ
に対して切削工具Ｔを小さな振幅で進退駆動、即ち、短
周期で進退駆動させる必要のある切削加工代が小さい非
真円創成加工時や仕上げ切削加工時等には、主にメモリ
16に記憶された高周波から成るプロフィルデータによる
圧電アクチュエータ１の駆動により、切削工具Ｔの刃先
位置が制御される。 尚、圧電アクチュエータ１及びリニアモータ３は、各々
独立したフィードバックループを持つ制御系により構成
されている。 従って、非真円形状のプロフィルデータの周波数帯域に
おける高周波帯域から低周波帯域までの応答性が良い非
真円創成制御装置となる。 次に、本制御装置の信号発生回路の他の実施例を第３図
に基づいて、そのプロフィルデータ等の信号の変化を説
明する第４図を参照して述べる。 信号発生回路を達成するデータ処理部20は、予め遮断周
波数設定回路22にて設定された遮断周波数fcにてHPF
（ハイパスフィルタ）23及びLPF（ローパスフィルタ）2
4の通過周波数帯域を設定する。そして、工作物Ｗを取
り付けた主軸の回転に同期して出力される、即ち、時間
関数のプロフィルデータ21を上記HPF23及びLPF24に入力
する。すると、HPF23は時間関数のプロフィルデータ21
の周波数成分の内、予め遮断周波数設定回路22にて設定
された遮断周波数fcより大きい高周波成分のみを通過さ
せ、その通過した出力信号は圧電アクチュエータ１に接
続され、その圧電アクチュエータ１を駆動させる。又、
LPF24は時間関数のプロフィルデータ21の周波数成分の
内、予め遮断周波数設定回路22にて設定された遮断周波
数fcより小さい低周波成分のみを通過させ、その通過し
た出力信号はリニアモータ３に接続され、そのリニアモ
ータ３を駆動させる。 尚、このデータ処理部20においては、非真円形状のプロ
フィルデータ21の周波数分離をHPF23及びLPF24等のハー
ドウェアにて行うため、工作物Ｗを取り付けた主軸の回
転に対する同期制御が可能となり、制御の高速化が図ら
れると共にソフトウェアの負荷が軽減されることにな
る。 上述のように、非真円形状のプロフィルデータの周波数
帯域を高周波帯域でストロークの小さな成分と、低周波
帯域でストロークの大きな成分とに分け、前者を圧電ア
クチュエータへ、後者をリニアモータへ入力することに
より、圧電アクチュエータとリニアモータの特性を十分
に生かすことが可能となり高い応答性を得ることができ
る。
の駆動部を示し、一部を断面とした概略図であり、第１
図（ｂ）は第１図（ａ）の右側面から見て一部を断面と
した右側面概略図である。 切削工具Ｔは工具取付台２に取り付けられる。又、工具
取付台２には圧電アクチュエータ１が設けられ、その圧
電アクチュエータ１に入力される信号に応じて切削工具
Ｔは矢印方向に進退駆動される。 一方、工具取付台２は可動台としての工具取付台テーブ
ル５に固設載置されている。その工具取付台テーブル５
は基台６との長手方向両サイド間に設けられたリニアガ
イド４により基台６に対して摺動可能である。そして、
工具取付台テーブル５にはリニアモータ３が設けられて
おり、そのリニアモータ３に入力される信号に応じて工
具取付台テーブル５は矢印方向に進退駆動される。 そして、信号発生回路を達成するデータ処理部10は第２
図に示したように構成される。 先ず、非真円形状のプロフィルデータ11をフーリエ変換
器12にて周波数帯域のデータに変換する。そのフーリエ
変換器12にて周波数帯域のデータに変換されたプロフィ
ルデータは、周波数分離器13にて高周波でストロークの
小さなデータ或いは低周波でストロークの大きなデータ
に分離される。その周波数分離器13からの高周波成分は
逆フーリエ変換器14にて高周波から成るプロフィルデー
タに戻され非真円創成制御装置の図示しないコンピュー
タ内のメモリ16に記憶される。又、周波数分離器13から
の低周波成分は逆フーリエ変換器15にて低周波から成る
プロフィルデータに戻され非真円創成制御装置の図示し
ないコンピュータ内のメモリ17に記憶される。そして、
工作物Ｗの回転に同期して、メモリ16に記憶された高周
波から成るプロフィルデータは圧電アクチュエータ１
に、メモリ17に記憶された低周波から成るプロフィルデ
ータはリニアモータ３にそれぞれ出力される。 つまり、工作物Ｗに対して切削工具Ｔを大きな振幅で進
退駆動、即ち、長周期で進退駆動させる必要のある切削
加工の開始時や終了時或いは、切削加工代が大きい荒切
削加工時等には、主にメモリ17に記憶された低周波から
成るプロフィルデータによるリニアモータ３の駆動によ
り、切削工具Ｔの刃先位置が制御される。又、工作物Ｗ
に対して切削工具Ｔを小さな振幅で進退駆動、即ち、短
周期で進退駆動させる必要のある切削加工代が小さい非
真円創成加工時や仕上げ切削加工時等には、主にメモリ
16に記憶された高周波から成るプロフィルデータによる
圧電アクチュエータ１の駆動により、切削工具Ｔの刃先
位置が制御される。 尚、圧電アクチュエータ１及びリニアモータ３は、各々
独立したフィードバックループを持つ制御系により構成
されている。 従って、非真円形状のプロフィルデータの周波数帯域に
おける高周波帯域から低周波帯域までの応答性が良い非
真円創成制御装置となる。 次に、本制御装置の信号発生回路の他の実施例を第３図
に基づいて、そのプロフィルデータ等の信号の変化を説
明する第４図を参照して述べる。 信号発生回路を達成するデータ処理部20は、予め遮断周
波数設定回路22にて設定された遮断周波数fcにてHPF
（ハイパスフィルタ）23及びLPF（ローパスフィルタ）2
4の通過周波数帯域を設定する。そして、工作物Ｗを取
り付けた主軸の回転に同期して出力される、即ち、時間
関数のプロフィルデータ21を上記HPF23及びLPF24に入力
する。すると、HPF23は時間関数のプロフィルデータ21
の周波数成分の内、予め遮断周波数設定回路22にて設定
された遮断周波数fcより大きい高周波成分のみを通過さ
せ、その通過した出力信号は圧電アクチュエータ１に接
続され、その圧電アクチュエータ１を駆動させる。又、
LPF24は時間関数のプロフィルデータ21の周波数成分の
内、予め遮断周波数設定回路22にて設定された遮断周波
数fcより小さい低周波成分のみを通過させ、その通過し
た出力信号はリニアモータ３に接続され、そのリニアモ
ータ３を駆動させる。 尚、このデータ処理部20においては、非真円形状のプロ
フィルデータ21の周波数分離をHPF23及びLPF24等のハー
ドウェアにて行うため、工作物Ｗを取り付けた主軸の回
転に対する同期制御が可能となり、制御の高速化が図ら
れると共にソフトウェアの負荷が軽減されることにな
る。 上述のように、非真円形状のプロフィルデータの周波数
帯域を高周波帯域でストロークの小さな成分と、低周波
帯域でストロークの大きな成分とに分け、前者を圧電ア
クチュエータへ、後者をリニアモータへ入力することに
より、圧電アクチュエータとリニアモータの特性を十分
に生かすことが可能となり高い応答性を得ることができ
る。
本発明は、切削工具を取り付け、圧電アクチュエータに
より切削工具を進退させる工具取付台と、その工具取付
台を固設載置し、リニアモータにより工具取付台を進退
させる可動台と、工作物の非真円形状を決定する指令値
の周波数成分を帯域分離しその高周波成分を圧電アクチ
ュエータ、低周波成分をリニアモータのそれぞれの駆動
指令信号とする信号発生回路とを備えており、圧電アク
チュエータとリニアモータとを二段に組み合わせた本制
御装置は、工作物の非真円形状を決定する指令値の周波
数成分の高周波帯域から低周波帯域までの応答性が良い
ので、極めて実用的であるという効果を有する。
より切削工具を進退させる工具取付台と、その工具取付
台を固設載置し、リニアモータにより工具取付台を進退
させる可動台と、工作物の非真円形状を決定する指令値
の周波数成分を帯域分離しその高周波成分を圧電アクチ
ュエータ、低周波成分をリニアモータのそれぞれの駆動
指令信号とする信号発生回路とを備えており、圧電アク
チュエータとリニアモータとを二段に組み合わせた本制
御装置は、工作物の非真円形状を決定する指令値の周波
数成分の高周波帯域から低周波帯域までの応答性が良い
ので、極めて実用的であるという効果を有する。
第１図（ａ）は本発明の具体的な一実施例に係る非真円
創成制御装置における切削工具を取り付ける工具取付台
及び工具取付台テーブルを示した正面図。第１図（ｂ）
は第１図（ａ）の側面図。第２図は同実施例に係るプロ
フィルデータ処理部を示したブロックダイヤグラム。第
３図は本発明に係るプロフィルデータ処理部の他の実施
例を示したブロックダイヤグラム。第４図は第３図にお
けるプロフィルデータ信号の帯域分離を示した説明図。
第５図（ａ）は非真円形状に切削加工される内燃機関に
おけるピストンを示した上面図。第５図（ｂ）は第５図
（ａ）の正面図である。 １……圧電アクチュエータ、２……工具取付台 ３……リニアモータ、５……可動台（工具取付台テーブ
ル） Ｔ……切削工具、Ｗ……工作物
創成制御装置における切削工具を取り付ける工具取付台
及び工具取付台テーブルを示した正面図。第１図（ｂ）
は第１図（ａ）の側面図。第２図は同実施例に係るプロ
フィルデータ処理部を示したブロックダイヤグラム。第
３図は本発明に係るプロフィルデータ処理部の他の実施
例を示したブロックダイヤグラム。第４図は第３図にお
けるプロフィルデータ信号の帯域分離を示した説明図。
第５図（ａ）は非真円形状に切削加工される内燃機関に
おけるピストンを示した上面図。第５図（ｂ）は第５図
（ａ）の正面図である。 １……圧電アクチュエータ、２……工具取付台 ３……リニアモータ、５……可動台（工具取付台テーブ
ル） Ｔ……切削工具、Ｗ……工作物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山川 陽一 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−58457（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−196902（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−141402（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】工作物を回転させて切削工具により非真円
形状に切削加工する非真円創成制御装置において、 前記切削工具を取り付け、圧電アクチュエータにより該
切削工具を進退させる工具取付台と、 前記工具取付台を固設し、リニアモータにより該工具取
付台を進退させる可動台と、 前記工作物の非真円形状を決定する指令値の周波数成分
を帯域分離しその高周波成分を前記圧電アクチュエー
タ、低周波成分を前記リニアモータのそれぞれの駆動指
令信号とする信号発生回路とを備えたことを特徴とする
非真円創成制御装置。
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