JPH11156671A - 垂直軸重力補償制御方法と工作機械 - Google Patents
垂直軸重力補償制御方法と工作機械Info
- Publication number
- JPH11156671A JPH11156671A JP32467997A JP32467997A JPH11156671A JP H11156671 A JPH11156671 A JP H11156671A JP 32467997 A JP32467997 A JP 32467997A JP 32467997 A JP32467997 A JP 32467997A JP H11156671 A JPH11156671 A JP H11156671A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＮＣ装置の垂直軸の保持と垂直軸の高速化・
なめらかな移動を実現する。 【解決手段】 垂直軸の自重を保持できるトルクを発生
させるための別の駆動源１１を用い、自重保持のための
駆動源への指令は予め自重保持のために必要なトルク指
令５を行う。更に、自重保持のためのトルク指令に軸移
動のフィードバック量６を加味し、軸移動時のトルク変
化３に追従して自重を制御させるものである。
なめらかな移動を実現する。 【解決手段】 垂直軸の自重を保持できるトルクを発生
させるための別の駆動源１１を用い、自重保持のための
駆動源への指令は予め自重保持のために必要なトルク指
令５を行う。更に、自重保持のためのトルク指令に軸移
動のフィードバック量６を加味し、軸移動時のトルク変
化３に追従して自重を制御させるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の垂直軸
の重力補償方法、およびその工作機械に関するものであ
る。
の重力補償方法、およびその工作機械に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の直立ボール盤や立型フライス盤等
の工作機械は図３に示すように、沿直に設けられたボー
ルねじ４０と、このボールネジ４０と係合するナット４
１と装着工具４５を有する垂直軸４２を有して、ボール
ねじ４０に連結されたサーボモータ４３等の駆動手段に
より、ボールねじ４０を正転と逆転のいずれかの方向に
回転させることにより、垂直軸４２が垂直方向へテーブ
ル４６上のワーク４７に向け上下動するものである。更
に、近時の工作機械は垂直軸４２に自動工具交換装置
（ＡＴＣ）４４を備えてマシニングセンターを構成して
いる。マシニングセンターでは垂直軸の動作はＡＴＣの
工具交換動作と連動し、垂直軸４２は予め設定されたプ
ログラムに従って自動的に上下動する。そして、マシニ
ングセンターの垂直軸４２は、ボールねじ４０の回転動
作を停止することによって所定の高さの位置に保持され
る。この場合はサーボモータ４３がボールねじ４０を回
転させる力と、垂直軸４２に作用する重力によりボール
ねじ４０が回転する力とが釣合うように、サーボモータ
４３に電力を供給して、垂直軸４２が所定の高さに保持
しているものである。従って、ボールねじ４０に連結さ
れたサーボモータ４３への電力供給が遮断されると、ボ
ールねじ４０が垂直軸４２の荷重により回転して、垂直
軸４２がボールねじ４０から抜け落ちてしまう事故が発
生する。これを防止するために従来例においてはブレー
キ装置４８を設けている。
の工作機械は図３に示すように、沿直に設けられたボー
ルねじ４０と、このボールネジ４０と係合するナット４
１と装着工具４５を有する垂直軸４２を有して、ボール
ねじ４０に連結されたサーボモータ４３等の駆動手段に
より、ボールねじ４０を正転と逆転のいずれかの方向に
回転させることにより、垂直軸４２が垂直方向へテーブ
ル４６上のワーク４７に向け上下動するものである。更
に、近時の工作機械は垂直軸４２に自動工具交換装置
（ＡＴＣ）４４を備えてマシニングセンターを構成して
いる。マシニングセンターでは垂直軸の動作はＡＴＣの
工具交換動作と連動し、垂直軸４２は予め設定されたプ
ログラムに従って自動的に上下動する。そして、マシニ
ングセンターの垂直軸４２は、ボールねじ４０の回転動
作を停止することによって所定の高さの位置に保持され
る。この場合はサーボモータ４３がボールねじ４０を回
転させる力と、垂直軸４２に作用する重力によりボール
ねじ４０が回転する力とが釣合うように、サーボモータ
４３に電力を供給して、垂直軸４２が所定の高さに保持
しているものである。従って、ボールねじ４０に連結さ
れたサーボモータ４３への電力供給が遮断されると、ボ
ールねじ４０が垂直軸４２の荷重により回転して、垂直
軸４２がボールねじ４０から抜け落ちてしまう事故が発
生する。これを防止するために従来例においてはブレー
キ装置４８を設けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、垂直軸４２が落下しないよう自重位置
制御系として安定させるために、ブレーキ装置をオン状
態にして位置制御しているので、サーボモーター４３の
駆動トルクは実際に垂直軸４２の駆動に必要なトルク
と、ブレーキ装置による制動換算分トルクを常に加算し
たものになり、垂直軸のみの駆動時に比べて容量の大き
いモータを必要とすることになって、モータ自体の外形
寸法が大きくなり装置も大型化して、発熱量も増加し、
熱変形を誘発してしまうという問題がある。また、別な
方法として、垂直軸４２の重量をバランスさせるため
に、同等の重量を有したバランサ（カウンタ・ウェイト
等）を取り付け、垂直軸の自重落下を避ける方法もある
が、最近の加工作業のように高速の軸移動が多くなる
と、バランサに振動が発生して高速の軸移動が不可能に
なり、バランサの振動が軸移動の際の外乱として検出さ
れ、なめらかな動作ができないという問題がある。そこ
で、本発明は、装置が大型化することなく、垂直軸の高
速及びなめらかな移動が実現できる工作機械の垂直軸重
力補償制御方法を提供することにある。
来例においては、垂直軸４２が落下しないよう自重位置
制御系として安定させるために、ブレーキ装置をオン状
態にして位置制御しているので、サーボモーター４３の
駆動トルクは実際に垂直軸４２の駆動に必要なトルク
と、ブレーキ装置による制動換算分トルクを常に加算し
たものになり、垂直軸のみの駆動時に比べて容量の大き
いモータを必要とすることになって、モータ自体の外形
寸法が大きくなり装置も大型化して、発熱量も増加し、
熱変形を誘発してしまうという問題がある。また、別な
方法として、垂直軸４２の重量をバランスさせるため
に、同等の重量を有したバランサ（カウンタ・ウェイト
等）を取り付け、垂直軸の自重落下を避ける方法もある
が、最近の加工作業のように高速の軸移動が多くなる
と、バランサに振動が発生して高速の軸移動が不可能に
なり、バランサの振動が軸移動の際の外乱として検出さ
れ、なめらかな動作ができないという問題がある。そこ
で、本発明は、装置が大型化することなく、垂直軸の高
速及びなめらかな移動が実現できる工作機械の垂直軸重
力補償制御方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、垂直に移動する軸を有する
工作機械において、垂直移動する軸の自重を保持する駆
動源を有し、該駆動源に移動指令のフィードバック量を
加味した値を指令して前記自重を保持する駆動源のトル
クを変化させ前記垂直軸の自重を制御することを特徴と
している。また、請求項２記載の発明は、垂直に移動す
る軸を有する工作機械であって、軸移動用駆動源と、該
移動用駆動源に軸移動時のトルクを出力する移動用制御
器と、を有する工作機械において、前記垂直移動する軸
の自重を保持する自重保持用駆動源と、移動指令のフィ
ードバック量を加味した値を前記自重保持用駆動源に出
力する自重保持用制御器と、を備えたことを特徴として
いる。上記構成によれば、自重保持用駆動源は軸移動の
駆動源と同期したトルク制御が行われ、高速かつ滑らか
な垂直軸の軸移動制御が可能となる。
め、請求項１記載の発明は、垂直に移動する軸を有する
工作機械において、垂直移動する軸の自重を保持する駆
動源を有し、該駆動源に移動指令のフィードバック量を
加味した値を指令して前記自重を保持する駆動源のトル
クを変化させ前記垂直軸の自重を制御することを特徴と
している。また、請求項２記載の発明は、垂直に移動す
る軸を有する工作機械であって、軸移動用駆動源と、該
移動用駆動源に軸移動時のトルクを出力する移動用制御
器と、を有する工作機械において、前記垂直移動する軸
の自重を保持する自重保持用駆動源と、移動指令のフィ
ードバック量を加味した値を前記自重保持用駆動源に出
力する自重保持用制御器と、を備えたことを特徴として
いる。上記構成によれば、自重保持用駆動源は軸移動の
駆動源と同期したトルク制御が行われ、高速かつ滑らか
な垂直軸の軸移動制御が可能となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に
係るＮＣ装置の回路構成を示すブロック図である。図２
は図１に示すＮＣ装置における垂直軸重力補償制御方法
の処理のフローチャートである。図１において、１は自
重保持のために必要なトルク量、２は１のトルク量Ｈ・
Ｔを符号反転した−Ｈ・Ｔである。３は軸移動時のトル
クＴ１を制御するブロック、４はトルク量Ｈ・Ｔを２倍
して符号反転した値である。５は自重保持のためのトル
クＴ２を制御するブロック、６は軸移動指令Ｔとそのフ
ィードバック量の差分を示す、ＦＢ−指令である。１０
は軸移動時のトルク制御ブロック３のトルク出力Ｔ１に
より駆動される軸移動用モータＭ１であり、主軸１２、
速度検出器１４、位置検出器１５等を備えて従来図の図
３に示したような垂直軸を上下動する。１１は自重保持
用制御ブロック５のトルク出力Ｔ２により駆動される自
重保持用のモータＭ２である。減速器１３を介して切離
し可能なギヤ等の伝達機構（矢印）により移動用モータ
Ｍ１の主軸１２に連結し、回生駆動により制動トルクを
与える。主軸１２との連結箇所は実線矢印位置でも点線
位置でも特に限定しない。
て図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に
係るＮＣ装置の回路構成を示すブロック図である。図２
は図１に示すＮＣ装置における垂直軸重力補償制御方法
の処理のフローチャートである。図１において、１は自
重保持のために必要なトルク量、２は１のトルク量Ｈ・
Ｔを符号反転した−Ｈ・Ｔである。３は軸移動時のトル
クＴ１を制御するブロック、４はトルク量Ｈ・Ｔを２倍
して符号反転した値である。５は自重保持のためのトル
クＴ２を制御するブロック、６は軸移動指令Ｔとそのフ
ィードバック量の差分を示す、ＦＢ−指令である。１０
は軸移動時のトルク制御ブロック３のトルク出力Ｔ１に
より駆動される軸移動用モータＭ１であり、主軸１２、
速度検出器１４、位置検出器１５等を備えて従来図の図
３に示したような垂直軸を上下動する。１１は自重保持
用制御ブロック５のトルク出力Ｔ２により駆動される自
重保持用のモータＭ２である。減速器１３を介して切離
し可能なギヤ等の伝達機構（矢印）により移動用モータ
Ｍ１の主軸１２に連結し、回生駆動により制動トルクを
与える。主軸１２との連結箇所は実線矢印位置でも点線
位置でも特に限定しない。
【０００６】つぎに図２のフローチャートを参照して動
作について説明する。軸移動のためのトルク指令Ｔを基
に、自重を保持するトルク量Ｈ・Ｔをブロック１で設定
する（Ｓ１００）。ここで軸移動用モータＭ１の制御は
通常通りにブロック３において、全体のトルク指令Ｔか
ら設定生成した自重トルク量Ｈ・Ｔを差引いた軸移動ト
ルクＴ１を算出して（但し、機械構成によってはＨ・Ｔ
を符号反転しないで与える場合もある）、フィードバッ
ク（ＦＢ）制御によるトルクＴ１の出力により移動軸モ
ータＭ１を駆動制御する。一方、自重保持用モータＭ２
の制御は、ブロック１で生成した自重トルク量Ｈ・Ｔを
符号反転して、２倍した「−２×Ｈ・Ｔ」をブロック５
へ入力する（Ｓ１０１）。軸移動指令Ｔとブロック３か
らのフィードバック（ＦＢ）量「Ｔ１ＦＢ」との差分
（「Ｔ−Ｔ１ＦＢ」）を入力し、Ｔ＝Ｈ・Ｔ＋Ｔ１よ
り、ブロック４の「−２×Ｈ・Ｔ」のうちの「−Ｈ・
Ｔ」と相殺し、その差（−Ｈ・Ｔ）に対し軸移動トルク
Ｔ１のフィードバック量（−Ｔ１ＦＢ）が減算入力さ
れ、その結果値（Ｔ１ＦＢ−Ｈ・Ｔ）が自重保持のトル
クを制御する制御ブロック５へ入力されることとなる
（Ｓ１０３）。
作について説明する。軸移動のためのトルク指令Ｔを基
に、自重を保持するトルク量Ｈ・Ｔをブロック１で設定
する（Ｓ１００）。ここで軸移動用モータＭ１の制御は
通常通りにブロック３において、全体のトルク指令Ｔか
ら設定生成した自重トルク量Ｈ・Ｔを差引いた軸移動ト
ルクＴ１を算出して（但し、機械構成によってはＨ・Ｔ
を符号反転しないで与える場合もある）、フィードバッ
ク（ＦＢ）制御によるトルクＴ１の出力により移動軸モ
ータＭ１を駆動制御する。一方、自重保持用モータＭ２
の制御は、ブロック１で生成した自重トルク量Ｈ・Ｔを
符号反転して、２倍した「−２×Ｈ・Ｔ」をブロック５
へ入力する（Ｓ１０１）。軸移動指令Ｔとブロック３か
らのフィードバック（ＦＢ）量「Ｔ１ＦＢ」との差分
（「Ｔ−Ｔ１ＦＢ」）を入力し、Ｔ＝Ｈ・Ｔ＋Ｔ１よ
り、ブロック４の「−２×Ｈ・Ｔ」のうちの「−Ｈ・
Ｔ」と相殺し、その差（−Ｈ・Ｔ）に対し軸移動トルク
Ｔ１のフィードバック量（−Ｔ１ＦＢ）が減算入力さ
れ、その結果値（Ｔ１ＦＢ−Ｈ・Ｔ）が自重保持のトル
クを制御する制御ブロック５へ入力されることとなる
（Ｓ１０３）。
【０００７】自重保持のトルク制御ブロック５では、軸
移動トルクＴ１のフィードバック量と、自重保持トルク
量とより、移動指令のフィードバック量を加味した移動
時のトルク変化に追従した自重保持トルクＴ２を求め、
これからフィードバック（ＦＢ）制御による値を減算し
た自重保持用トルクＴ２を（Ｓ１０４）、自重保持モー
タＭ２に出力する（Ｓ１０５）。一般に垂直軸（主軸に
連結）は、停止状態から指令された位置に位置決めされ
ると、加工１サイクルについて一旦加速してから減速す
る動作を繰り返すことになるが、その間のモータＭ１の
トルク変化に追従して、自重保持モータＭ２のトルクＴ
２も追従可変制御されるので、軸移動制御ブロック３は
自重保持制御には無関係に軸移動に必要な分だけのトル
ク制御となり、固定値制御に比較して必要トルクが減少
しモータの容量も大きくならない。また、軸移動モータ
Ｍ１と、自重保持モータＭ２とが同期駆動されることに
よって、大きな外乱に対しては２つのモータトルクの和
で対し、反転移動時のバックラッシュ等も吸収できる。
また、軸移動モータＭ１が高速運転中は、自重保持モー
タＭ２の主軸１２への連結をギャを外して切ったり、減
速比を変えたりすることによって、より高速動作に対応
することも可能である。なお、本実施の形態では、軸移
動用モータＭ１の構成を、駆動軸を主軸とするいわゆる
ビルトインタイプの例として説明したが、２つのモータ
Ｍ１、Ｍ２共に減速器、伝達機構を介して主軸と連結す
る構成であっても、本実施の形態の適用は可能である。
この場合には又、バックラッシュや外乱、干渉等の影響
に関しては減速・伝達比に応じて減殺されるといった利
点が生ずる。
移動トルクＴ１のフィードバック量と、自重保持トルク
量とより、移動指令のフィードバック量を加味した移動
時のトルク変化に追従した自重保持トルクＴ２を求め、
これからフィードバック（ＦＢ）制御による値を減算し
た自重保持用トルクＴ２を（Ｓ１０４）、自重保持モー
タＭ２に出力する（Ｓ１０５）。一般に垂直軸（主軸に
連結）は、停止状態から指令された位置に位置決めされ
ると、加工１サイクルについて一旦加速してから減速す
る動作を繰り返すことになるが、その間のモータＭ１の
トルク変化に追従して、自重保持モータＭ２のトルクＴ
２も追従可変制御されるので、軸移動制御ブロック３は
自重保持制御には無関係に軸移動に必要な分だけのトル
ク制御となり、固定値制御に比較して必要トルクが減少
しモータの容量も大きくならない。また、軸移動モータ
Ｍ１と、自重保持モータＭ２とが同期駆動されることに
よって、大きな外乱に対しては２つのモータトルクの和
で対し、反転移動時のバックラッシュ等も吸収できる。
また、軸移動モータＭ１が高速運転中は、自重保持モー
タＭ２の主軸１２への連結をギャを外して切ったり、減
速比を変えたりすることによって、より高速動作に対応
することも可能である。なお、本実施の形態では、軸移
動用モータＭ１の構成を、駆動軸を主軸とするいわゆる
ビルトインタイプの例として説明したが、２つのモータ
Ｍ１、Ｍ２共に減速器、伝達機構を介して主軸と連結す
る構成であっても、本実施の形態の適用は可能である。
この場合には又、バックラッシュや外乱、干渉等の影響
に関しては減速・伝達比に応じて減殺されるといった利
点が生ずる。
【０００８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自重保持制御ブロックへは、軸移動制御ブロックで検出
された移動指令に対する差分を補正する動作を行うた
め、自重保持制御ブロックは軸移動制御ブロックと同期
したトルク制御が行えるので、高速且つ、なめらかな垂
直軸の駆動が可能になる。
自重保持制御ブロックへは、軸移動制御ブロックで検出
された移動指令に対する差分を補正する動作を行うた
め、自重保持制御ブロックは軸移動制御ブロックと同期
したトルク制御が行えるので、高速且つ、なめらかな垂
直軸の駆動が可能になる。
【図１】本発明の実施の形態に係るＮＣ装置の回路構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】図１に示すＮＣ装置における垂直軸重力補償制
御方法の処理のフローチャートである。
御方法の処理のフローチャートである。
【図３】従来のＮＣ装置の垂直軸の概略構成図である。
１ 自重保持のために必要なトルク量 ２ トルク量Ｈ・Ｔを符号反転した値 ３ 軸移動時のトルクを制御するブロック ４ トルク量Ｈ・Ｔを２倍し符号反転した値 ５ 自重保持のためのトルクを制御するブロック ６ 軸移動指令とそのフィードバック量の差分 １０ 軸移動用モータＭ１ １１ 自重保持用モータＭ２ １２ 主軸 １３ 減速器 １４、速度検出器 １５ 位置検出器
Claims (2)
- 【請求項１】 垂直に移動する軸を有する工作機械にお
いて、 垂直移動する軸の自重を保持する駆動源を有し、自重を
保持する駆動源に移動指令のフィードバック量を加味し
た値を指令して前記自重を保持する駆動源のトルクを変
化させ前記垂直軸の自重を制御することを特徴とする工
作機械の垂直軸重力補償制御方法。 - 【請求項２】 垂直に移動する軸を有する工作機械であ
って、軸移動用駆動源と、該移動用駆動源に軸移動時の
トルクを出力する移動用制御器と、を有する工作機械に
おいて、 前記垂直移動する軸の自重を保持する自重保持用駆動源
と、移動指令のフィードバック量を加味した値を前記自
重保持用駆動源に出力する自重保持用制御器と、を備え
たことを特徴とする工作機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32467997A JPH11156671A (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 垂直軸重力補償制御方法と工作機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32467997A JPH11156671A (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 垂直軸重力補償制御方法と工作機械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11156671A true JPH11156671A (ja) | 1999-06-15 |
Family
ID=18168526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32467997A Pending JPH11156671A (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 垂直軸重力補償制御方法と工作機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11156671A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009012145A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Mitsubishi Electric Corp | 垂直軸送り装置 |
| US8010302B2 (en) | 2009-07-14 | 2011-08-30 | Fanuc Ltd | Tool path display apparatus for machine tool |
| CN102686358A (zh) * | 2009-08-12 | 2012-09-19 | 斗山英维高株式会社 | 用于根据材料重量优化加工性能的传动轴控制方法 |
| KR101435197B1 (ko) * | 2007-12-10 | 2014-08-29 | 두산인프라코어 주식회사 | 공작기계의 수직축 자중 보상 제어장치 및 방법 |
| CN107364694A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-11-21 | 东北农业大学 | 基于重力势能驱动的大棚运输系统 |
| CN111113268A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-05-08 | 福建省嘉泰智能装备有限公司 | 一种机床的刀具补正方法及系统 |
-
1997
- 1997-11-26 JP JP32467997A patent/JPH11156671A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009012145A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Mitsubishi Electric Corp | 垂直軸送り装置 |
| KR101435197B1 (ko) * | 2007-12-10 | 2014-08-29 | 두산인프라코어 주식회사 | 공작기계의 수직축 자중 보상 제어장치 및 방법 |
| US8010302B2 (en) | 2009-07-14 | 2011-08-30 | Fanuc Ltd | Tool path display apparatus for machine tool |
| DE102010017763B4 (de) * | 2009-07-14 | 2015-01-08 | Fanuc Ltd. | Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs für Werkzeugmaschinen |
| CN102686358A (zh) * | 2009-08-12 | 2012-09-19 | 斗山英维高株式会社 | 用于根据材料重量优化加工性能的传动轴控制方法 |
| CN107364694A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-11-21 | 东北农业大学 | 基于重力势能驱动的大棚运输系统 |
| CN107364694B (zh) * | 2017-08-31 | 2023-10-13 | 东北农业大学 | 基于重力势能驱动的大棚运输系统 |
| CN111113268A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-05-08 | 福建省嘉泰智能装备有限公司 | 一种机床的刀具补正方法及系统 |
| CN111113268B (zh) * | 2019-12-21 | 2021-09-07 | 福建省嘉泰智能装备有限公司 | 一种机床的刀具补正方法及系统 |
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