JPWO2016135958A1 - モータの制御方法、制御装置および工具マガジンを備えた工作機械 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明を適用する工作機械の一例を示す図2を参照すると、工作機械100は、横形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド102、ベッド102の前方部分(図2では左側)の上面で前後方向またはZ軸方向(図1では左右方向)に延設された一対のZ軸ガイドレール102bに沿って往復動可能に設けられたZ軸スライダ112、Z軸スライダ112の上面で鉛直な軸線を中心としてB軸方向に回転送り可能に設けられた回転テーブル114、ベッド102の後方部分(図1では右側)の上面で左右方向またはX軸方向(図1では紙面に垂直な方向)に延設された一対のX軸ガイドレール102aに沿って往復動可能に設けられたコラム104、該コラム104の前面で上下方向またはY軸方向に延設されたY軸ガイドレール104a(図3)に沿って往復動可能に設けられ、主軸110を水平な中心軸Osを中心として回転可能に支持する主軸頭108を搭載したY軸スライダ106具備している。更に、工作機械100は、コラム104をX軸方向に駆動するX軸送り装置(図示せず)、Y軸スライダ106をY軸方向に駆動するY軸送り装置(図示せず)、およびZ軸スライダ112をZ軸方向に駆動するZ軸送り装置(図示せず)を具備している。回転テーブル114には、イケール116を介してC軸テーブル118が取り付けられており、該C軸テーブル118にワークWが、主軸110の先端に装着された工具Tに対面するように取り付けられる。
図4は、工具マガジン120のような1つの回転軸周りに回転する回転体にアンバランストルクが作用していないときに、該回転体を回転駆動するときの速度(一点鎖線)と、該回転体に与えられるトルク(細線)とを示グラフである。図4のグラフでは、図4のグラフにおいて、この回転体は、時刻t=t1から一定の速度で回転速度が増加し、その間、この回転体には一定のトルクが与えられる。t=t1からt=t2の間ででは、回転体は一定の速度で回転し、その間、該回転体には、該回転体に作用する摩擦力(クーロン力や潤滑剤の粘性)に相当するトルクτ=τ′が作用する。t=t2からt=t3の間で、前記回転体は一定の速度で減速し、その間、該回転体には負のトルクが作用する。
ここで、
T1:アンバランストルク
L:工具マガジン120の中心から重心までの距離
である。
T=T0cosθ (1)
であるので、θ=0°の角度位置からθ=θ1だけ回転した位置に停止すると、このとき工具マガジン120に作用する停止時負荷トルクT1は以下の式から演算することができる。
T1=T0cosθ1 (2)
T2=T0cos(θ1+90)=T0sinθ1 (3)
sin2θ1+cos2θ1=1 (4)
である。従って、式(2)〜(4)より、停止時の負荷トルクの最大値であるアンバランストルクT0は以下の式から演算することができる。
T0=(T1 2+T2 2)1/2 (5)
また、式(2)から、初期位相θ1は
θ1=arccos(T1/T0) (6)
より求めることができる。
アンバランストルクの測定、演算は、上述した工具の入れ替え作業に付随して行うことができる。工作機械100のオペレーターは、工具入れ替え作業を開始すると(ステップS10)、先ず、工具収容室136に対して手動で介入できる状態にする(ステップS12)。これは、工作機械100の操作盤(図示せず)に設けられている押ボタン(図示せず)を押下することによって行うことができ、オペレーターが工具マガジン120にアクセスしているときに、オペレーターが予期していない工具マガジン120の自動運転を禁止する。
T=T0cos(θ1+θ) (7)
τ=Jα+DV+Fu (8)
ここで、
J:慣性モーメント
α:角加速度
D:粘性減衰係数
V:角速度
F:クーロン摩擦トルク
u:速度方向を示す単位ベクトル
である。
(τn)=(τ0、τ1、τ2…τk、τk+1…τm)(n=0〜m) (9)
(Vn)=(V0、V1、V2…Vk、Vk+1…Vm)(n=0〜m) (10)
(αn)=(α0、α1、α2…αk、αk+1…αm)(n=0〜m) (11)
(un)=(u0、u1、u2…uk、uk+1…um)(n=0〜m) (12)
18 サーボモータ
20 エンコーダ
20a 回転速度
20b 位置情報
20c 速度情報、位置情報
20d 回転速度
22 アンバランストルク演算部
22a アンバランストルク
24 アンバランストルクキャンセル部
100 工作機械
120 工具マガジン
120a 回転軸
136 工具収納室
Claims (7)
- 水平または傾斜した回転軸周りに回転する回転軸装置のモータの制御方法において、
前記回転軸装置を少なくとも2ヶ所の割出位置に割出し、
前記割出位置で、回転軸装置に作用する停止負荷トルクを測定し、
複数の前記停止時負荷トルクから、停止時負荷トルクが最大となる割出位置での停止時負荷トルクであるアンバランストルクを算出し、
前記アンバランストルクに基づいて回転軸装置のモータを制御することを特徴としたモータの制御方法。 - 前記回転軸周りに90°離間した2ヶ所を割出位置とし、アンバランストルクは該2ヶ所の各々における停止時負荷トルクの2乗の和の平方根である請求項1に記載のモータの制御方法。
- 測定した各停止時負荷トルクから停止時負荷トルクが最大となる割出位置を求め、前記回転軸装置の各位相における停止時負荷トルクを算出し、測定した移動時負荷トルクから各位相におけるアンバランストルクを減算して、アンバランストルクを除いた移動時負荷トルクから回転軸装置の慣性モーメントを算出するようにした請求項1または2に記載のモータの制御方法。
- 算出した慣性モーメントに関連付けて予め設定しておいたアンバランストルクの大きさに応じた慣性モーメントの補正量を加算し、補正量が加算された慣性モーメントに基づいて前記回転軸装置の加減速パラメータを決定するようにした請求項3に記載のモータの制御方法。
- アンバランストルクが、所定の閾値を超える場合には警報または警告を発するようにした請求項1に記載のモータの制御方法。
- 水平または傾斜した回転軸周りに回転する回転軸装置のモータの制御装置において、
前記回転軸装置を少なくとも2ヶ所の割出位置に割出す手段と、
前記割出位置の各々で、回転軸装置に作用する停止負荷トルクを測定する手段と、
複数の前記停止時負荷トルクから、停止時負荷トルクが最大となる割出位置での停止時負荷トルクであるアンバランストルクを算出する手段と、
前記アンバランストルクに基づいて回転軸装置のモータを制御することを特徴としたモータの制御装置。 - 請求項6に記載のモータの制御装置によって制御される工具マガジンを備えた工作機械。
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