JP5351550B2 - Machine tool and processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械および加工方法に関し、特に、ワークを回転させながら加工するときに利用される工作機械および加工方法に関する。 The present invention relates to a machine tool and a machining method, and more particularly to a machine tool and a machining method used when machining a workpiece while rotating the workpiece.
ワークを回転させながらそのワークを加工する工作機械が知られている。このような工作機械としては、5軸加工機、歯車加工機が例示される。このような工作機械は、そのワークを支持するテーブルを回転させるモータをフィードバック制御することで、そのテーブルの回転角度を目標値に追従させている。 A machine tool that processes a workpiece while rotating the workpiece is known. Examples of such a machine tool include a 5-axis machine and a gear machine. Such a machine tool causes the rotation angle of the table to follow the target value by feedback control of a motor that rotates the table that supports the workpiece.
図1は、公知の工作機械を示している。その工作機械101は、工作機械本体102と工作機械制御装置103とを備えている。工作機械本体102は、テーブル105とモータ107とウォームギア108とエンコーダ109とを備えている。
FIG. 1 shows a known machine tool. The
テーブル105は、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転可能に土台に支持されている。テーブル105は、その回転軸に垂直である支持面を有し、その支持面に接触するワーク110を支持する。モータ107は、回転可能に支持されるシャフトを備え、工作機械制御装置103から出力される操作量に基づいてそのシャフトを回転させる。ウォームギア108は、モータ107のシャフトの回転動力をテーブル105に伝達し、テーブル105を回転させる。エンコーダ109は、モータ107のシャフトの回転速度を計測し、その回転速度を工作機械制御装置103に出力する。
The table 105 is supported by the base so as to be rotatable about a rotation axis parallel to the vertical direction. The table 105 has a support surface that is perpendicular to the rotation axis thereof, and supports the
工作機械101は、さらに、図示されていない工具を備えている。その工具としては、エンドミル、ホブが例示される。その工具は、図示されていないNC装置により制御されて、ワーク110を加工(たとえば、切削)し、所定の形状に形成する。
The
工作機械制御装置103は、目標値算出部114と積分器115と制御装置117とを備えている。目標値算出部114は、ワーク110を加工するためのNCデータとその工具の動作とを収集し、そのNCデータと動作とに基づいて目標角度を算出する。積分器115は、エンコーダ109により計測されるモータ107のシャフトの回転速度を積分することにより、テーブル105の角度を算出する。
The machine
制御装置117は、角度差分算出部121と角度フィードバックゲイン乗算部122と回転速度差分算出部123と速度フィードバックゲイン乗算部124と比例制御部125と積分制御部126と加算部127とを備えている。
The
角度差分算出部121は、目標値算出部114により算出された目標角度から積分器115により算出されたテーブル105の角度を減算することにより角度差分を算出する。角度フィードバックゲイン乗算部122は、角度差分算出部121により算出された角度差分に定数である角度フィードバックゲインを乗算して回転速度量を算出する。回転速度差分算出部123は、角度フィードバックゲイン乗算部122により算出された回転速度量からエンコーダ109により計測されるモータ107のシャフトの回転速度を減算することにより回転速度差分を算出する。速度フィードバックゲイン乗算部124は、回転速度差分算出部123により算出された回転速度差分に定数である速度フィードバックゲインを乗算することにより速度操作量を算出する。比例制御部125は、速度フィードバックゲイン乗算部124により算出された速度操作量に定数である比例フィードバックゲインを乗算して比例操作量を算出する。積分制御部126は、速度フィードバックゲイン乗算部124により算出された速度操作量を積分することにより積分制御量を算出し、その積分制御量に定数である積分フィードバックゲインを乗算することにより積分操作量を算出する。加算部127は、比例制御部125により算出された比例操作量に積分制御部126により算出された積分操作量を乗算することにより操作量を算出する。
The angle
作業者は、まず、ワーク110をテーブル105に設置し、図示されていないNC装置にワーク110を加工するためのNCデータを入力する。そのNC装置は、そのNCデータを工作機械制御装置103に出力し、そのNCデータに基づいてその工具を駆動する。工作機械制御装置103の目標値算出部114は、NCデータに基づいて目標角度を算出する。工作機械制御装置103の積分器115は、エンコーダ109により計測されるモータ107のシャフトの回転速度に基づいてテーブル105の角度を算出する。
First, the operator places the
制御装置117の角度差分算出部121は、目標値算出部114により算出された目標角度から積分器115により算出されたテーブル105の角度を減算することにより角度差分を算出する。角度フィードバックゲイン乗算部122は、角度差分算出部121により算出された角度差分に定数である角度フィードバックゲインを乗算して回転速度量を算出する。回転速度差分算出部123は、角度フィードバックゲイン乗算部122により算出された回転速度量からエンコーダ109により計測されるモータ107のシャフトの回転速度を減算することにより回転速度差分を算出する。速度フィードバックゲイン乗算部124は、回転速度差分算出部123により算出された回転速度差分に定数である速度フィードバックゲインを乗算することにより速度操作量を算出する。比例制御部125は、速度フィードバックゲイン乗算部124により算出された速度操作量に定数である比例フィードバックゲインを乗算して比例操作量を算出する。積分制御部126は、速度フィードバックゲイン乗算部124により算出された速度操作量を積分することにより積分制御量を算出し、その積分制御量に定数である積分フィードバックゲインを乗算することにより積分操作量を算出する。加算部127は、比例制御部125により算出された比例操作量に積分制御部126により算出された積分操作量を乗算することにより操作量を算出する。
The angle
モータ107は、加算部127により算出された操作量に基づいてシャフトを回転させる。ウォームギア108は、モータ107のシャフトの回転動力をテーブル105に伝達し、テーブル105を回転させる。工作機械101は、このような動作により、そのNCデータに示されるようにその工具がワーク110を切削し、ワーク110を所定の形状に形成する。
The
図2は、公知の他の工作機械を示している。その工作機械131は、工作機械本体132と工作機械制御装置133とを備えている。工作機械本体132は、テーブル135とダイレクトドライブモータ(以下、「DDモータ」と記載される。)137とロータリーエンコーダ138とを備えている。
FIG. 2 shows another known machine tool. The
テーブル135は、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転可能に土台に支持されている。テーブル135は、その回転軸に垂直である支持面を有し、その支持面に接触するワーク139を支持する。ワーク139は、概ね円盤状に形成されている。DDモータ137は、DDモータロータ141とDDモータステータ142とを備えている。DDモータロータ141は、テーブル135に固定されている。DDモータステータ142は、その土台に固定されている。DDモータ137は、工作機械制御装置133から出力される操作量に基づいてテーブル135を回転させる。ロータリーエンコーダ138は、テーブル135の角度を計測し、その角度を工作機械制御装置133に出力する。
The table 135 is supported by the base so as to be rotatable about a rotation axis parallel to the vertical direction. The table 135 has a support surface that is perpendicular to the rotation axis thereof, and supports the
工作機械131は、さらに、図示されていない工具を備えている。その工具としては、エンドミル、ホブが例示される。その工具は、図示されていないNC装置により制御されて、ワーク110を加工(たとえば、切削)し、所定の形状に形成する。
The
工作機械制御装置133は、目標値算出部114と微分器145と制御装置117とを備えている。目標値算出部114は、ワーク139を加工するためのNCデータとその工具の動作とを収集し、そのNCデータと動作とに基づいて目標角度を算出する。微分器145は、ロータリーエンコーダ138により計測されるテーブル135の角度を微分することにより、テーブル135の回転速度を算出する。
The machine
制御装置117は、角度差分算出部121と角度フィードバックゲイン乗算部122と回転速度差分算出部123と速度フィードバックゲイン乗算部124と比例制御部125と積分制御部126と加算部127とを備えている。
The
角度差分算出部121は、目標値算出部114により算出された目標角度からロータリーエンコーダ138により計測されるテーブル135の角度を減算することにより角度差分を算出する。角度フィードバックゲイン乗算部122は、角度差分算出部121により算出された角度差分に定数である角度フィードバックゲインを乗算して回転速度量を算出する。回転速度差分算出部123は、角度フィードバックゲイン乗算部122により算出された回転速度量から微分器145により算出されたテーブル135の回転速度を減算することにより回転速度差分を算出する。速度フィードバックゲイン乗算部124は、回転速度差分算出部123により算出された回転速度差分に定数である速度フィードバックゲインを乗算することにより速度操作量を算出する。比例制御部125は、速度フィードバックゲイン乗算部124により算出された速度操作量に定数である比例フィードバックゲインを乗算して比例操作量を算出する。積分制御部126は、速度フィードバックゲイン乗算部124により算出された速度操作量を積分することにより積分制御量を算出し、その積分制御量に定数である積分フィードバックゲインを乗算することにより積分操作量を算出する。加算部127は、比例制御部125により算出された比例操作量に積分制御部126により算出された積分操作量を乗算することにより操作量を算出する。
The angle
本発明による加工方法の実施の形態は、工作機械131を用いて実行される。作業者は、まず、ワーク139をテーブル135に設置し、図示されていないNC装置にワーク139を加工するためのNCデータを入力する。そのNC装置は、そのNCデータを工作機械制御装置133に出力し、そのNCデータに基づいてその工具を回転させる。工作機械制御装置133の目標値算出部114は、NCデータに基づいて目標角度を算出する。工作機械制御装置133の微分器145は、ロータリーエンコーダ138により計測されたテーブル135の回転角度に基づいてテーブル135の回転速度を算出する。
The embodiment of the machining method according to the present invention is executed using a
制御装置117の角度差分算出部121は、目標値算出部114により算出された目標角度から微分器145により算出されたテーブル135の角度を減算することにより角度差分を算出する。角度フィードバックゲイン乗算部122は、角度差分算出部121により算出された角度差分に定数である角度フィードバックゲインを乗算して回転速度量を算出する。回転速度差分算出部123は、角度フィードバックゲイン乗算部122により算出された回転速度量から微分器145により算出されるテーブル135の回転速度を減算することにより回転速度差分を算出する。速度フィードバックゲイン乗算部124は、回転速度差分算出部123により算出された回転速度差分に定数である速度フィードバックゲインを乗算することにより速度操作量を算出する。比例制御部125は、速度フィードバックゲイン乗算部124により算出された速度操作量に定数である比例フィードバックゲインを乗算して比例操作量を算出する。積分制御部126は、速度フィードバックゲイン乗算部124により算出された速度操作量を積分することにより積分制御量を算出し、その積分制御量に定数である積分フィードバックゲインを乗算することにより積分操作量を算出する。加算部127は、比例制御部125により算出された比例操作量に積分制御部126により算出された積分操作量を乗算することにより操作量を算出する。
The angle
DDモータ137は、加算部127により算出された操作量に基づいてテーブル135を回転させる。工作機械131は、このような動作により、そのNCデータに示されるようにその工具がワーク139の縁を切削し、ワーク139を所定の形状に形成する。
The
これらのような工作機械は、フィードバック制御系の定数を調整することにより、たとえば、速度フィードバックのゲインを高くすることにより、テーブル回転方向の動剛性を確保することができる。しかし、ゲインを高く設定すると、制御系を起因とする振動現象が発生する。このため、これらのような工作機械は、対象とする全てのワークを加工する際に制御系を起因とする振動現象が発生しないように定数をセットし、全ての制御定数は出荷時に固定されている。工作機械は、テーブルの回転方向の動剛性を確保し、かつ、発振現象を防止することが望まれている。 Machine tools such as these can ensure dynamic rigidity in the table rotation direction by adjusting the constants of the feedback control system, for example, by increasing the gain of speed feedback. However, when the gain is set high, a vibration phenomenon caused by the control system occurs. For this reason, machine tools such as these set constants so that vibration phenomena caused by the control system do not occur when machining all target workpieces, and all control constants are fixed at the time of shipment. Yes. It is desired that a machine tool secures dynamic rigidity in the rotation direction of the table and prevents an oscillation phenomenon.
特開2006−166591号公報には、重力外乱などの一定外乱がモータにかかる場合においても、急激なトルクの変化を抑えることにより、イナーシャ比のオーバーシュートを抑制し、サーボ制御系の発振を抑制することができ、かつ、同定の収束速度を上げることができ、イナーシャ同定に利用するサンプリング時間を速度制御のサンプリング時間と同値にできない場合でも、同定結果を劣化させることがないモータ制御装置が開示されている。そのモータ制御装置は、速度指令Vrefを発生する指令発生部と、前記速度指令Vrefと実際のモータ速度Vfbによりトルク指令Trefを決定し、モータ速度を制御する速度制御部と、モデルにより前記速度制御部をシミュレートして推定トルク指令Tref’を出力する推定部とを備え、前記トルク指令の時間積分値と前記推定トルク指令の時間積分値との比から総合イナーシャ値を同定し、前記速度制御部は、比例積分制御からなり、前記速度比例ゲインは前記総合イナーシャ値を使って調整するモータ制御装置において、1ステップ過去の前記総合イナーシャ値を現在の前記総合イナーシャ値で除算する手段と、前記除算の結果と前記比例積分制御の1ステップ過去の積分器出力値を乗算する手段と、前記乗算結果と、前記速度指令から前記モータ速度を減算した速度偏差をサンプリング時間で乗算し前記比例積分制御の積分時間で除算した結果とを加算する手段とを備えたことを特徴としている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-166591 discloses that even when a constant disturbance such as a gravitational disturbance is applied to the motor, an excessive change in torque is suppressed, thereby suppressing an overshoot of inertia ratio and suppressing oscillation of a servo control system Disclosed is a motor control device that can increase the convergence speed of identification and that does not degrade the identification result even if the sampling time used for inertia identification cannot be equal to the sampling time for speed control. Has been. The motor control device includes a command generation unit for generating a speed command Vref, a speed control unit for determining a torque command Tref based on the speed command Vref and the actual motor speed Vfb, and controlling the motor speed, and the speed control using a model. An estimation unit that simulates a unit and outputs an estimated torque command Tref ′, and identifies a total inertia value from a ratio between a time integral value of the torque command and a time integral value of the estimated torque command, and the speed control The unit is composed of proportional integral control, and the speed proportional gain is adjusted using the total inertia value in the motor control device, and means for dividing the total inertia value in one step past by the current total inertia value; Means for multiplying the result of the division by the integrator output value in the previous step of the proportional integral control, the multiplication result, and the speed Is characterized in that a means for adding the result of dividing by the integration time multiplied by the proportional integral control speed deviation obtained by subtracting the motor speed at the sampling time from the command.
本発明の課題は、ワークに作用する外力に対してテーブルの回転方向の動剛性を確保し、かつ、発振現象を防止する工作機械および加工方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a machine tool and a machining method for ensuring dynamic rigidity in the rotational direction of a table against an external force acting on a workpiece and preventing an oscillation phenomenon.
以下に、発明を実施するための形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 In the following, means for solving the problems will be described using the reference numerals used in the modes and examples for carrying out the invention in parentheses. This symbol is added to clarify the correspondence between the description of the claims and the description of the modes and embodiments for carrying out the invention. Do not use to interpret the technical scope.
本発明による工作機械(1)(51)は、ワーク(10)(60)の慣性モーメントに基づいて速度フィードバックゲインを算出する速度フィードバックゲイン自動設定装置(16)(66)と、ワーク(10)(60)を支持するテーブル(5)(55)の回転に関するセンサ値を計測するセンサ(8)(58)と、テーブル(5)(55)の角度が目標角度に一致するように、その速度フィードバックゲインに基づいて、テーブル(5)(55)を回転させるモータをセンサ値に基づいてフィードバック制御する制御装置(17)とを備えている。ワーク(10)(60)を支持するテーブル(5)(55)の慣性モーメントは、ワーク(10)(60)の慣性モーメントにより変化する。このような工作機械(1)(51)は、ワーク(10)(60)の慣性モーメントに基づいてその速度フィードバックゲインに適正な値が代入され、ワーク(10)(60)に作用する外力に対してテーブル(5)(55)の回転方向の動剛性を確保し、かつ、発振現象を防止することができる。 The machine tool (1) (51) according to the present invention includes a speed feedback gain automatic setting device (16) (66) for calculating a speed feedback gain based on the moment of inertia of the work (10) (60), and the work (10). The speeds of the sensors (8) and (58) for measuring sensor values relating to the rotation of the tables (5) and (55) supporting (60) and the angles of the tables (5) and (55) so as to coincide with the target angle. And a control device (17) that feedback-controls the motor that rotates the tables (5) and (55) based on the sensor value based on the feedback gain. The moments of inertia of the tables (5) and (55) that support the workpieces (10) and (60) vary depending on the moment of inertia of the workpieces (10) and (60). In such a machine tool (1) (51), an appropriate value is substituted for the speed feedback gain based on the moment of inertia of the workpiece (10) (60), and the external force acting on the workpiece (10) (60) is applied. On the other hand, the dynamic rigidity in the rotational direction of the tables (5) and (55) can be secured, and the oscillation phenomenon can be prevented.
本発明による工作機械(1)(51)は、ワーク(10)(60)からテーブル(5)(55)に印加される荷重を測定する荷重センサ(6)(56−1〜56−5)をさらに備えている。速度フィードバックゲイン自動設定装置(16)(66)は、その荷重に基づいてその慣性モーメントを換算するワーク慣性モーメント換算部(28)(67)と、その慣性モーメントに基づいてその速度フィードバックゲインを算出する速度フィードバックゲイン算出部(29)とを備えている。このような荷重センサ(6)(56−1〜56−5)によれば、その速度フィードバックゲインを自動的に算出することができ、好ましい。 The machine tool (1) (51) according to the present invention includes a load sensor (6) (56-1 to 56-5) for measuring a load applied from the workpiece (10) (60) to the table (5) (55). Is further provided. A speed feedback gain automatic setting device (16) (66) calculates a work inertia moment conversion unit (28) (67) for converting the inertia moment based on the load, and calculates the speed feedback gain based on the inertia moment. And a speed feedback gain calculation unit (29). Such a load sensor (6) (56-1 to 56-5) is preferable because the speed feedback gain can be automatically calculated.
その荷重センサ(6)(56−1〜56−5)は、テーブル(5)(55)のうちのワーク(10)(60)を支持する支持面の互いに異なる複数の位置にそれぞれ配置される複数のセンサ(6)(56−1〜56−5)から形成される。このような複数のセンサ(6)(56−1〜56−5)によれば、複数のセンサ(6)(56−1〜56−5)によりそれぞれ測定される複数の荷重に基づいてテーブル(5)(55)の支持面のうちのワーク(10)(60)に接触している領域が算出可能であり、ワーク(10)(60)の形状を推測することができる。 The load sensors (6) (56-1 to 56-5) are respectively arranged at a plurality of different positions on the support surface that supports the workpieces (10) and (60) of the tables (5) and (55). It is formed from a plurality of sensors (6) (56-1 to 56-5). According to such a plurality of sensors (6) (56-1 to 56-5), the table (based on the plurality of loads respectively measured by the plurality of sensors (6) (56-1 to 56-5) ( 5) The area in contact with the work (10) (60) in the support surface of (55) can be calculated, and the shape of the work (10) (60) can be estimated.
その支持面は、テーブル(55)の回転軸を中心とする複数の同心円により分割された複数の領域から形成されている。複数のセンサ(56−1〜56−5)は、それぞれ、その複数の領域に印加される複数の荷重を測定することが好ましい。 The support surface is formed of a plurality of regions divided by a plurality of concentric circles around the rotation axis of the table (55). Each of the plurality of sensors (56-1 to 56-5) preferably measures a plurality of loads applied to the plurality of regions.
ワーク慣性モーメント換算部(28)(67)は、複数のセンサ(6)(56−1〜56−5)によりそれぞれ測定される複数の荷重に基づいて算出されるワーク(10)(60)の形状とワーク(10)(60)の質量とに基づいてその慣性モーメントを換算する。 The workpiece inertia moment conversion units (28) and (67) are configured to calculate workpieces (10) and (60) calculated based on a plurality of loads respectively measured by the plurality of sensors (6) (56-1 to 56-5). The moment of inertia is converted based on the shape and the mass of the workpiece (10) (60).
速度フィードバックゲイン自動設定装置(16)(66)は、テーブル(5)(55)が回転している最中にその慣性モーメントに基づいて速度フィードバックゲインを自動的に更新する。 The speed feedback gain automatic setting devices (16) (66) automatically update the speed feedback gain based on the moment of inertia while the tables (5) (55) are rotating.
その速度フィードバックゲインは、その慣性モーメントに関して単純に増加することが好ましい。 The velocity feedback gain is preferably simply increased with respect to the moment of inertia.
速度フィードバックゲイン自動設定装置は、ワークの形状とワークの密度とに基づいてその慣性モーメントを算出するワーク慣性モーメント換算部と、その慣性モーメントに基づいてその速度フィードバックゲインを算出する速度フィードバックゲイン算出部とを備えている。 The speed feedback gain automatic setting device includes a workpiece inertia moment conversion unit that calculates the inertia moment based on the workpiece shape and the workpiece density, and a speed feedback gain calculation unit that calculates the velocity feedback gain based on the inertia moment. And.
ワーク慣性モーメント換算部は、ワークを加工するためのデータからその形状とその密度とを抽出する。 The workpiece inertia moment conversion unit extracts the shape and the density from data for machining the workpiece.
本発明による加工方法は、ワーク(10)(60)の慣性モーメントに基づいて速度フィードバックゲインを算出するステップと、ワーク(10)(60)を支持するテーブル(5)(55)の回転に関するセンサ値を計測するステップと、テーブル(5)(55)の角度が目標角度に一致するように、その速度フィードバックゲインに基づいて、テーブル(5)(55)を回転させるモータをセンサ値に基づいてフィードバック制御するステップとを備えている。ワーク(10)(60)を支持するテーブル(5)(55)の慣性モーメントは、ワーク(10)(60)の慣性モーメントにより変化する。このような加工方法によれば、ワーク(10)(60)の慣性モーメントに基づいてその速度フィードバックゲインに適正な値が代入され、ワーク(10)(60)に作用する外力に対してテーブル(5)(55)の回転方向の動剛性を確保し、かつ、発振現象を防止することができる。 The machining method according to the present invention includes a step of calculating a speed feedback gain based on the moment of inertia of the workpieces (10) and (60), and a sensor relating to the rotation of the tables (5) and (55) that support the workpieces (10) and (60). Based on the sensor value, the step of measuring the value and the motor that rotates the table (5) (55) based on the speed feedback gain so that the angle of the table (5) (55) matches the target angle. Feedback control. The moments of inertia of the tables (5) and (55) that support the workpieces (10) and (60) vary depending on the moment of inertia of the workpieces (10) and (60). According to such a machining method, an appropriate value is substituted into the speed feedback gain based on the moment of inertia of the workpieces (10) and (60), and the table (for the external force acting on the workpieces (10) and (60)) 5) The dynamic rigidity in the rotational direction of (55) can be secured and the oscillation phenomenon can be prevented.
本発明による加工方法は、ワーク(10)(60)からテーブル(5)(55)に印加される荷重を測定するステップと、その荷重に基づいてその慣性モーメントを換算するステップとをさらに備えている。 The machining method according to the present invention further includes a step of measuring a load applied to the tables (5) and (55) from the workpieces (10) and (60), and a step of converting the moment of inertia based on the load. Yes.
本発明による加工方法は、テーブル(5)(55)のうちのワーク(10)(60)を支持する支持面の互いに異なる複数の位置にそれぞれ印加される複数の荷重を測定するステップと、その複数の荷重に基づいてワーク(10)(60)の形状とワーク(10)(60)の質量とを算出するステップと、その形状とその質量とに基づいてその慣性モーメントを換算するステップとをさらに備えている。 The machining method according to the present invention includes a step of measuring a plurality of loads respectively applied to a plurality of different positions on a support surface that supports the workpieces (10) and (60) of the tables (5) and (55), Calculating the shape of the workpiece (10) (60) and the mass of the workpiece (10) (60) based on a plurality of loads, and converting the moment of inertia based on the shape and the mass. It has more.
その速度フィードバックゲインは、テーブル(5)(55)加工開始前、加工中に慣性モーメントの変化量が閾値を越えた際に更新される。 The speed feedback gain is updated when the amount of change in the moment of inertia exceeds the threshold value before starting the processing in the tables (5) and (55).
その速度フィードバックゲインは、その慣性モーメントに関して単純に増加する。 The velocity feedback gain simply increases with respect to the moment of inertia.
本発明による加工方法は、ワークの形状とワークの密度とに基づいてその慣性モーメントを算出するステップと、その慣性モーメントに基づいてその速度フィードバックゲインを算出するステップとをさらに備えている。 The machining method according to the present invention further includes the step of calculating the moment of inertia based on the shape of the workpiece and the density of the workpiece, and the step of calculating the speed feedback gain based on the moment of inertia.
本発明による加工方法は、ワークを加工するためのデータからその形状とその密度とを抽出するステップをさらに備えている。 The machining method according to the present invention further includes a step of extracting the shape and the density thereof from data for machining a workpiece.
本発明による工作機械および加工方法は、ワークの慣性モーメントに関して適切である速度フィードバックゲインを設定することができ、この結果、そのワークに作用する外力に対してテーブルの回転方向の動剛性を確保し、かつ、発振現象を防止することができる。 The machine tool and the machining method according to the present invention can set a speed feedback gain that is appropriate for the moment of inertia of the workpiece, and as a result, ensure the dynamic rigidity in the rotational direction of the table against the external force acting on the workpiece. In addition, the oscillation phenomenon can be prevented.
図面を参照して、本発明による工作機械の実施の形態を記載する。その工作機械1は、図3に示されているように、工作機械本体2と工作機械制御装置3とを備えている。工作機械本体2は、テーブル5と複数のロードセル6とDDモータ7とロータリーエンコーダ8とを備えている。
An embodiment of a machine tool according to the present invention will be described with reference to the drawings. The
テーブル5は、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転可能に土台に支持されている。テーブル5は、その回転軸に垂直である支持面を有し、その支持面に接触するワーク10を支持する。複数のロードセル6は、それぞれ、その支持面のうちの互いに異なる複数の位置にそれぞれ配置され、テーブル5に固定されている。すなわち、テーブル5は、複数のロードセル6を介して、ワーク10を支持している。複数のロードセル6は、それぞれ、ワーク10からその支持面に印加される荷重を測定し、その荷重を工作機械制御装置3に出力する。
The table 5 is supported by a base so as to be rotatable about a rotation axis parallel to the vertical direction. The table 5 has a support surface that is perpendicular to the rotation axis thereof, and supports the
DDモータ7は、DDモータロータ11とDDモータステータ12とを備えている。DDモータロータ11は、テーブル5に固定されている。DDモータステータ12は、その土台に固定されている。DDモータ7は、工作機械制御装置3から出力される操作量に基づいてテーブル5を回転させる。ロータリーエンコーダ8は、テーブル5の角度を計測し、その角度を工作機械制御装置3に出力する。
The
工作機械1は、図示されていない工具をさらに備えている。その工具としては、エンドミル、ホブが例示される。その工具は、図示されていないNC装置により駆動されることによりワーク10を加工(切削)し、ワーク10を所定の形状に形成する。
The
工作機械制御装置3は、目標値算出部14と微分器15と速度フィードバックゲイン自動設定装置16と制御装置17とを備えている。目標値算出部14は、ワーク10を加工するためのNCデータに基づいて目標角度を算出する。微分器15は、ロータリーエンコーダ8により計測されるテーブル5の角度を微分することにより、テーブル5の回転速度を算出する。
The machine tool control device 3 includes a target
速度フィードバックゲイン自動設定装置16は、複数のロードセル6によりそれぞれ計測される複数の荷重に基づいて速度フィードバックゲインを更新する。すなわち、速度フィードバックゲイン自動設定装置16は、ワーク慣性モーメント換算部28と速度フィードバックゲイン算出部29とを備えている。ワーク慣性モーメント換算部28は、複数のロードセル6によりそれぞれ計測される複数の荷重に基づいて、ワーク10の慣性モーメントを算出する。速度フィードバックゲイン算出部29は、慣性モーメントを速度フィードバックゲインに対応付けるデータテーブルを記録する記憶装置を備えている。速度フィードバックゲイン算出部29は、そのデータテーブルを参照して、ワーク慣性モーメント換算部28により算出される慣性モーメントに基づいて速度フィードバックゲインを算出する。
The speed feedback gain
制御装置17は、目標値算出部14により算出された目標角度と微分器15により算出されたテーブル5の回転速度とロータリーエンコーダ8により計測されたテーブル5の角度と速度フィードバックゲイン自動設定装置16により設定された速度フィードバックゲインとに基づいて、テーブル5の角度が目標値算出部14により算出された目標角度に一致するように、DDモータ7をフィードバック制御する。すなわち、制御装置17は、角度差分算出部21と角度フィードバックゲイン乗算部22と回転速度差分算出部23と速度フィードバックゲイン乗算部24と比例制御部25と積分制御部26と加算部27とを備えている。
The
角度差分算出部21は、目標値算出部14により算出された目標角度からロータリーエンコーダ8により計測されるテーブル5の角度を減算することにより角度差分を算出する。角度フィードバックゲイン乗算部22は、角度差分算出部21により算出された角度差分に定数である角度フィードバックゲインを乗算して回転速度量を算出する。回転速度差分算出部23は、角度フィードバックゲイン乗算部22により算出された回転速度量から微分器15により算出されたテーブル5の回転速度を減算することにより回転速度差分を算出する。速度フィードバックゲイン乗算部24は、回転速度差分算出部23により算出された回転速度差分に速度フィードバックゲイン算出部29により算出される速度フィードバックゲインを乗算することにより速度操作量を算出する。比例制御部25は、速度フィードバックゲイン乗算部24により算出された速度操作量に定数である比例フィードバックゲインを乗算して比例操作量を算出する。積分制御部26は、速度フィードバックゲイン乗算部24により算出された速度操作量を積分することにより積分制御量を算出し、その積分制御量に定数である積分フィードバックゲインを乗算することにより積分操作量を算出する。加算部27は、比例制御部25により算出された比例操作量に積分制御部26により算出された積分操作量を乗算することにより操作量を算出する。
The angle
図4は、複数のロードセル6を示している。複数のロードセル6は、それぞれ、テーブル5の支持面に複数行複数列の格子状に配置され、テーブル5に固定されている。その複数列は、第1列〜第7列から形成されている。その複数行は、第1行〜第7行から形成されている。複数のロードセル6の各々は、その複数列のうちの1つの列に属し、かつ、その複数行のうちの1つの行に属している。その複数列のうちの1つの列に属し、かつ、その複数行のうちの1つの行に属しているロードセルは、複数のロードセル6に2個以上含まれていない。 FIG. 4 shows a plurality of load cells 6. The plurality of load cells 6 are arranged in a grid of a plurality of rows and a plurality of columns on the support surface of the table 5, and are fixed to the table 5. The plurality of columns are formed from a first column to a seventh column. The plurality of rows are formed from the first row to the seventh row. Each of the plurality of load cells 6 belongs to one column of the plurality of columns and belongs to one row of the plurality of rows. Two or more load cells belonging to one of the plurality of columns and belonging to one of the plurality of rows are not included in the plurality of load cells 6.
このとき、ワーク慣性モーメント換算部28は、複数のロードセル6によりそれぞれ計測される複数の荷重の総和を算出することによりワーク10の質量Mを算出する。ワーク慣性モーメント換算部28は、閾値を記憶装置に記録し、複数のロードセル6のうちのその閾値より大きい荷重を計測したロードセルの位置に基づいて、ワーク10がテーブル5の支持面に接触している領域の形状を推測する。ワーク慣性モーメント換算部28は、その形状として長方形が推測されたときに、ワーク10の慣性モーメントIを次式:
I=M×(a2/12+b2/12)
により算出する。ここで、aは、その長方形の横の長さを示している。bは、その長方形の縦の長さを示している。
At this time, the workpiece inertia moment conversion unit 28 calculates the mass M of the
I = M × (a 2/ 12 +
Calculated by Here, a indicates the horizontal length of the rectangle. b indicates the vertical length of the rectangle.
図5は、速度フィードバックゲイン算出部29により記録されるデータテーブルを示している。そのデータテーブル31は、ワーク慣性モーメント集合32を速度フィードバック集合33に対応付けている。すなわち、ワーク慣性モーメント集合32の任意の要素は、速度フィードバック集合33の1つの要素に対応している。ワーク慣性モーメント集合32の要素は、それぞれ、ワーク慣性モーメント換算部28により算出され得る慣性モーメントを示している。速度フィードバック集合33の要素は、それぞれ、制御装置17で用いられ得る速度フィードバックゲインの値を示している。データテーブル31は、ある慣性モーメントを有するワーク10をテーブル5が支持するときに最適である速度フィードバックゲインの値がその慣性モーメンに対応するように、かつ、慣性モーメントに関して速度フィードバックゲインが単純に増加するように、形成されている。
FIG. 5 shows a data table recorded by the speed feedback
このとき、速度フィードバックゲイン算出部29は、データテーブル31を参照して、速度フィードバックゲイン集合のうちからワーク慣性モーメント換算部28により算出された慣性モーメントに対応する速度フィードバックゲインを算出する。
At this time, the speed feedback
本発明による加工方法の実施の形態は、工作機械1を用いて実行される。作業者は、まず、ワーク10をテーブル5に設置し、図示されていないNC装置にワーク10を加工するためのNCデータを入力する。そのNC装置は、そのNCデータを工作機械制御装置3に出力し、そのNCデータに基づいてその工具を駆動する。工作機械制御装置3の目標値算出部14は、そのNCデータとその工具の動作とを収集し、そのNCデータと動作とに基づいて目標角度を算出する。工作機械制御装置3の微分器15は、ロータリーエンコーダ8により計測されたテーブル5の回転角度に基づいてテーブル5の回転速度を算出する。
The embodiment of the machining method according to the present invention is executed using the
速度フィードバックゲイン自動設定装置16のワーク慣性モーメント換算部28は、複数のロードセル6によりそれぞれ計測される複数の荷重に基づいてワーク10の慣性モーメントを算出する。速度フィードバックゲイン算出部29は、データテーブル31を参照して、速度フィードバックゲイン集合のうちからワーク慣性モーメント換算部28により算出された慣性モーメントに対応する速度フィードバックゲインを算出する。このような速度フィードバックゲインの算出は、周期的に間欠的に実行される。
The workpiece inertia moment conversion unit 28 of the speed feedback gain
制御装置17の角度差分算出部21は、目標値算出部14により算出された目標角度から微分器15により算出されたテーブル5の角度を減算することにより角度差分を算出する。角度フィードバックゲイン乗算部22は、角度差分算出部21により算出された角度差分に定数である角度フィードバックゲインを乗算して回転速度量を算出する。回転速度差分算出部23は、角度フィードバックゲイン乗算部22により算出された回転速度量から微分器15により算出されるテーブル5の回転速度を減算することにより回転速度差分を算出する。速度フィードバックゲイン乗算部24は、回転速度差分算出部23により算出された回転速度差分に速度フィードバックゲイン自動設定装置16により設定される速度フィードバックゲインを乗算することにより速度操作量を算出する。比例制御部25は、速度フィードバックゲイン乗算部24により算出された速度操作量に定数である比例フィードバックゲインを乗算して比例操作量を算出する。積分制御部26は、速度フィードバックゲイン乗算部24により算出された速度操作量を積分することにより積分制御量を算出し、その積分制御量に定数である積分フィードバックゲインを乗算することにより積分操作量を算出する。加算部27は、比例制御部25により算出された比例操作量に積分制御部26により算出された積分操作量を乗算することにより操作量を算出する。
The angle
DDモータ7は、加算部27により算出された操作量に基づいてテーブル5を回転させる。工作機械1は、このような動作により、そのNCデータに示されるようにその工具がワーク10の縁を切削し、ワーク10の縁に歯を形成することによりワーク10を形成する。
The
図6は、複数の速度フィードバックゲインを用いてDDモータ7をフィードバック制御するときにテーブル5が回転するときの動剛性(コンプライアンス)の変化を示している。その変化41は、ある値を示す速度フィードバックゲインを用いてDDモータ7をフィードバック制御するときのテーブル5の回転に関する動剛性を示している。その変化42は、変化41の動剛性を示すときの速度フィードバックゲインより大きい速度フィードバックゲインを用いてDDモータ7をフィードバック制御するときのテーブル5の回転に関する動剛性を示している。その変化43は、変化42の動剛性を示すときの速度フィードバックゲインより大きい速度フィードバックゲインを用いてDDモータ7をフィードバック制御するときのテーブル5の回転に関する動剛性を示している。その変化44は、変化43の動剛性を示すときの速度フィードバックゲインより大きい速度フィードバックゲインを用いてDDモータ7をフィードバック制御するときのテーブル5の回転に関する動剛性を示している。その変化45は、変化44の動剛性を示すときの速度フィードバックゲインより大きい速度フィードバックゲインを用いてDDモータ7をフィードバック制御するときのテーブル5の回転に関する動剛性を示している。
FIG. 6 shows a change in dynamic rigidity (compliance) when the table 5 rotates when feedback control of the
変化41〜変化45は、フィードバック制御に用いられる速度フィードバックゲインがある値であるときに、外乱の周波数に対して変化することを示している。変化41〜変化45は、さらに、速度フィードバックゲインを大きくしたときにテーブル5が回転するときの動剛性が大きくなることを示し、テーブル5の回転が外乱に対して影響されにくくなることを示している。
The
ワーク10の質量は、加工により減少し、ワーク10の慣性モーメントは、その質量の減少により、変化する。工作機械1は、ワーク10の加工中にワーク10の慣性モーメントに基づいて速度フィードバックゲインを更新することにより、加工中にワーク10の慣性モーメントが変化することにより発生する不具合を低減することができる。その不具合としては、ワーク10の慣性モーメントに対して速度フィードバックゲインが高く設定されたために発生する、制御系を起因とする振動現象が例示される。このため、工作機械1は、ワーク10に作用する外力に対するテーブル5の回転方向の動剛性を確保することができ、かつ、制御系を起因とする発振現象を防止することができる。
The mass of the
図7は、本発明による工作機械の実施の他の形態を示している。その工作機械51は、工作機械本体52と工作機械制御装置53とを備えている。工作機械本体52は、テーブル55とDDモータ57とロータリーエンコーダ58とを備えている。
FIG. 7 shows another embodiment of the machine tool according to the present invention. The
テーブル55は、鉛直方向に平行である回転軸を中心に回転可能に土台に支持されている。テーブル55は、その回転軸に垂直である支持面を有し、その支持面に接触するワーク60を支持する。ワーク60は、概ね回転対称である立体に形成されている。その立体の軸とテーブル55の回転軸とが一致するように、テーブル55に配置される。複数のロードセル56−1〜56−5は、それぞれ、その支持面のうちの互いに異なる複数の位置にそれぞれ配置され、テーブル55に固定されている。すなわち、テーブル55は、複数のロードセル56−1〜56−5を介して、ワーク60を支持している。複数のロードセル56−1〜56−5は、それぞれ、ワーク60からその支持面に印加される荷重を測定し、その荷重を工作機械制御装置53に出力する。
The table 55 is supported by the base so as to be rotatable about a rotation axis parallel to the vertical direction. The table 55 has a support surface that is perpendicular to the rotation axis thereof, and supports the
DDモータ57は、DDモータロータ61とDDモータステータ62とを備えている。DDモータロータ61は、テーブル55に固定されている。DDモータステータ62は、その土台に固定されている。DDモータ57は、工作機械制御装置53から出力される操作量に基づいてテーブル55を回転させる。ロータリーエンコーダ58は、テーブル55の角度を計測し、その角度を工作機械制御装置53に出力する。
The
工作機械51は、図示されていない工具をさらに備えている。その工具としては、エンドミル、ホブが例示される。その工具は、図示されていないNC装置により駆動されることによりワーク60を加工(切削)し、ワーク60を所定の形状に形成する。
The
工作機械制御装置53は、目標値算出部14と微分器65と速度フィードバックゲイン自動設定装置66と制御装置17とを備えている。目標値算出部14は、ワーク60を加工するためのNCデータに基づいて目標角度を算出する。微分器65は、ロータリーエンコーダ58により計測されるテーブル55の角度を微分することにより、テーブル55の回転速度を算出する。
The machine
速度フィードバックゲイン自動設定装置66は、複数のロードセル56−1〜56−5によりそれぞれ計測される複数の荷重に基づいて速度フィードバックゲインを更新する。すなわち、速度フィードバックゲイン自動設定装置66は、ワーク慣性モーメント換算部67と速度フィードバックゲイン算出部29とを備えている。ワーク慣性モーメント換算部67は、複数のロードセル56−1〜56−5によりそれぞれ計測される複数の荷重に基づいて、ワーク60の慣性モーメントを算出する。速度フィードバックゲイン算出部29は、既述の実施の形態におけるデータテーブル31を記憶装置に記録し、データテーブル31を参照して、ワーク慣性モーメント換算部67により算出される慣性モーメントに基づいて速度フィードバックゲインを算出する。
The speed feedback gain
制御装置17は、目標値算出部14により算出された目標角度と微分器65により算出されたテーブル55の回転速度とロータリーエンコーダ58により計測されたテーブル55の角度と速度フィードバックゲイン自動設定装置66により設定された速度フィードバックゲインとに基づいて、テーブル55の角度が目標値算出部14により算出された目標角度に一致するように、モータ57をフィードバック制御する。すなわち、制御装置17は、角度差分算出部21と角度フィードバックゲイン乗算部22と回転速度差分算出部23と速度フィードバックゲイン乗算部24と比例制御部25と積分制御部26と加算部27とを備えている。
The
角度差分算出部21は、目標値算出部14により算出された目標角度からロータリーエンコーダ58により計測されるテーブル55の角度を減算することにより角度差分を算出する。角度フィードバックゲイン乗算部22は、角度差分算出部21により算出された角度差分に定数である角度フィードバックゲインを乗算して回転速度量を算出する。回転速度差分算出部23は、角度フィードバックゲイン乗算部22により算出された回転速度量から微分器65により算出されたテーブル55の回転速度を減算することにより回転速度差分を算出する。速度フィードバックゲイン乗算部24は、回転速度差分算出部23により算出された回転速度差分に速度フィードバックゲイン算出部29により算出される速度フィードバックゲインを乗算することにより速度操作量を算出する。比例制御部25は、速度フィードバックゲイン乗算部24により算出された速度操作量に定数である比例フィードバックゲインを乗算して比例操作量を算出する。積分制御部26は、速度フィードバックゲイン乗算部24により算出された速度操作量を積分することにより積分制御量を算出し、その積分制御量に定数である積分フィードバックゲインを乗算することにより積分操作量を算出する。加算部27は、比例制御部25により算出された比例操作量に積分制御部26により算出された積分操作量を乗算することにより操作量を算出する。
The angle
図8は、複数のロードセル56−1〜56−5を示している。複数のロードセル56−1〜56−5は、それぞれ、リング状に形成されている。テーブル55の支持面は、テーブル55の回転軸を中心とする複数の同心円により複数の領域に分割されている。複数のロードセル56−1〜56−5は、それぞれ、その複数の領域にそれぞれ印加される複数の荷重を測定するように配置されている。すなわち、ロードセル56−1は、テーブル55の回転軸を囲むように、テーブル55の支持面上に配置されている。ロードセル56−2は、ロードセル56−1を囲むように、テーブル55の支持面上に配置されている。ロードセル56−3は、ロードセル56−2を囲むように、テーブル55の支持面上に配置されている。ロードセル56−4は、ロードセル56−3を囲むように、テーブル55の支持面上に配置されている。ロードセル56−5は、ロードセル56−4を囲むように、テーブル55の支持面上に配置されている。 FIG. 8 shows a plurality of load cells 56-1 to 56-5. The plurality of load cells 56-1 to 56-5 are each formed in a ring shape. The support surface of the table 55 is divided into a plurality of regions by a plurality of concentric circles around the rotation axis of the table 55. The plurality of load cells 56-1 to 56-5 are arranged so as to measure a plurality of loads respectively applied to the plurality of regions. That is, the load cell 56-1 is disposed on the support surface of the table 55 so as to surround the rotation axis of the table 55. The load cell 56-2 is disposed on the support surface of the table 55 so as to surround the load cell 56-1. The load cell 56-3 is disposed on the support surface of the table 55 so as to surround the load cell 56-2. The load cell 56-4 is disposed on the support surface of the table 55 so as to surround the load cell 56-3. The load cell 56-5 is disposed on the support surface of the table 55 so as to surround the load cell 56-4.
このとき、ワーク慣性モーメント換算部67は、複数のロードセル56−1〜56−5によりそれぞれ計測される複数の荷重の総和を算出することによりワーク60の質量Mを算出する。ワーク慣性モーメント換算部67は、さらに、閾値を記憶装置に記録し、複数のロードセル56−1〜56−5のうちのその閾値より大きい荷重を計測したロードセルのリングの径に基づいて、ワーク60の半径rを推測する。ワーク慣性モーメント換算部67は、さらに、ワーク60の慣性モーメントIを次式:
I=M×r2
により算出する。
At this time, the workpiece inertia moment conversion unit 67 calculates the mass M of the
I = M × r 2
Calculated by
本発明による加工方法の実施の形態は、工作機械51を用いて実行される。作業者は、まず、ワーク60をテーブル55に設置し、図示されていないNC装置にワーク60を加工するためのNCデータを入力する。そのNC装置は、そのNCデータを工作機械制御装置53に出力し、そのNCデータに基づいてその工具を駆動する。工作機械制御装置53の目標値算出部14は、そのNCデータに基づいて目標角度を算出する。工作機械制御装置53の微分器65は、ロータリーエンコーダ58により計測されたテーブル55の回転角度に基づいてテーブル55の回転速度を算出する。
The embodiment of the machining method according to the present invention is executed using a
速度フィードバックゲイン自動設定装置66のワーク慣性モーメント換算部67は、複数のロードセル56−1〜56−5によりそれぞれ計測される複数の荷重に基づいてワーク60の慣性モーメントを算出する。速度フィードバックゲイン算出部29は、データテーブル31を参照して、速度フィードバックゲイン集合のうちからワーク慣性モーメント換算部67により算出された慣性モーメントに対応する速度フィードバックゲインを算出する。このような速度フィードバックゲインの算出は、周期的に間欠的に実行される。
The workpiece inertia moment conversion unit 67 of the speed feedback gain
制御装置17の角度差分算出部21は、目標値算出部14により算出された目標角度から微分器65により算出されたテーブル55の角度を減算することにより角度差分を算出する。角度フィードバックゲイン乗算部22は、角度差分算出部21により算出された角度差分に定数である角度フィードバックゲインを乗算して回転速度量を算出する。回転速度差分算出部23は、角度フィードバックゲイン乗算部22により算出された回転速度量から微分器65により算出されるテーブル55の回転速度を減算することにより回転速度差分を算出する。速度フィードバックゲイン乗算部24は、回転速度差分算出部23により算出された回転速度差分に速度フィードバックゲイン自動設定装置66により設定される速度フィードバックゲインを乗算することにより速度操作量を算出する。比例制御部25は、速度フィードバックゲイン乗算部24により算出された速度操作量に定数である比例フィードバックゲインを乗算して比例操作量を算出する。積分制御部26は、速度フィードバックゲイン乗算部24により算出された速度操作量を積分することにより積分制御量を算出し、その積分制御量に定数である積分フィードバックゲインを乗算することにより積分操作量を算出する。加算部27は、比例制御部25により算出された比例操作量に積分制御部26により算出された積分操作量を乗算することにより操作量を算出する。
The angle
DDモータ57は、加算部27により算出された操作量に基づいてテーブル55を回転させる。工作機械51は、このような動作により、そのNCデータに示されるようにその工具がワーク60の縁を切削し、ワーク60の縁に歯を形成することによりワーク60を形成する。
The
工作機械51は、既述の実施の形態における工作機械1と同様にして、加工中にワーク60の慣性モーメントが変化することにより発生する不具合を低減することができ、この結果、ワーク60に作用する外力に対するテーブル55の回転方向の動剛性を確保することができ、かつ、制御系を起因とする発振現象を防止することができる。工作機械51は、さらに、工作機械1に比較して、テーブル55の回転軸に関して回転対称でない形状のワークに対して加工精度が低下するが、ロードセルの個数が少なく、より安価に作製されることができる。すなわち、工作機械51は、回転対称であるワークを加工することに好適である。
The
なお、ワーク慣性モーメント換算部28は、ロードセル6により計測される荷重と異なる情報に基づいてワーク10の慣性モーメントを算出する他のワーク慣性モーメント換算部に置換されることもできる。たとえば、そのワーク慣性モーメント換算部は、速度フィードバックゲイン自動設定装置が備える入力装置を介して入力されるワークの形状と密度とをその入力装置から収集するそのワーク慣性モーメント換算部は、その収集されたワークの形状と密度とに基づいてワークの慣性モーメントを算出する。
The workpiece moment of inertia conversion unit 28 can be replaced with another workpiece inertia moment conversion unit that calculates the moment of inertia of the
このようなワーク慣性モーメント換算部を備えている工作機械は、ワークの慣性モーメントに対して適切である速度フィードバックゲインが採用されることにより、ワークに作用する外力に対するテーブル5の回転方向の動剛性を確保することができ、かつ、制御系を起因とする発振現象を防止することができる。このような工作機械は、さらに、ロードセルを備える必要がなく、より安価に作製されることができる。 A machine tool having such a workpiece moment of inertia conversion unit employs a speed feedback gain that is appropriate for the workpiece moment of inertia, so that the dynamic rigidity in the rotational direction of the table 5 against an external force acting on the workpiece is adopted. Can be ensured, and an oscillation phenomenon caused by the control system can be prevented. Such a machine tool does not need to have a load cell and can be manufactured at a lower cost.
さらに、ワーク慣性モーメント換算部28は、ワークを設計するときに作成されたCADデータを収集して、そのCADデータを解析することによりワークの慣性モーメントを算出するさらに他のワーク慣性モーメント換算部に置換されることもできる。このようなワーク慣性モーメント換算部によれば、ユーザは、入力する手間が低減され、速度フィードバックゲインをより容易に更新することができる。 Further, the workpiece moment of inertia conversion unit 28 collects CAD data created when the workpiece is designed and analyzes the CAD data to calculate the moment of inertia of the workpiece. It can also be replaced. According to such a workpiece moment of inertia conversion unit, the user can save time and effort to update the speed feedback gain more easily.
なお、既述の実施の形態における工作機械に適用されるDDモータは、ギアを介してテーブルを回転させる他のモータに置換されることもできる。このような工作機械も、既述の実施の形態と同様にして、加工中にワークの慣性モーメントが変化することにより発生する不具合を低減することができ、ワークに作用する外力に対するテーブルの回転方向の動剛性を確保することができ、かつ、制御系を起因とする発振現象を防止することができる。 It should be noted that the DD motor applied to the machine tool in the above-described embodiment can be replaced with another motor that rotates the table via a gear. In the same way as in the above-described embodiment, such a machine tool can reduce problems caused by a change in the moment of inertia of the workpiece during machining, and the rotation direction of the table with respect to an external force acting on the workpiece. Can be ensured, and an oscillation phenomenon caused by the control system can be prevented.
1 :工作機械
2 :工作機械本体
3 :工作機械制御装置
5 :テーブル
6 :ロードセル
7 :DDモータ
8 :ロータリーエンコーダ
10:ワーク
11:DDモータロータ
12:DDモータステータ
14:目標値算出部
15:微分器
16:速度フィードバックゲイン自動設定装置
17:制御装置
21:角度差分算出部
22:角度フィードバックゲイン乗算部
23:回転速度差分算出部
24:速度フィードバックゲイン乗算部
25:比例制御部
26:積分制御部
27:加算部
28:ワーク慣性モーメント換算部
29:速度フィードバックゲイン算出部
31:データテーブル
32:ワーク慣性モーメント集合
33:速度フィードバック集合
41:変化
42:変化
43:変化
44:変化
45:変化
51:工作機械
52:工作機械本体
53:工作機械制御装置
55:テーブル
56−1〜56−5:複数のロードセル
57:モータ
58:ロータリーエンコーダ
60:ワーク
61:DDモータロータ
62:DDモータステータ
65:微分器
66:速度フィードバックゲイン自動設定装置
67:ワーク慣性モーメント換算部
1: Machine tool 2: Machine tool body 3: Machine tool control device 5: Table 6: Load cell 7: DD motor 8: Rotary encoder 10: Workpiece 11: DD motor rotor 12: DD motor stator 14: Target value calculation unit 15: Differential Device 16: Speed feedback gain automatic setting device 17: Control device 21: Angle difference calculation unit 22: Angle feedback gain multiplication unit 23: Rotational speed difference calculation unit 24: Speed feedback gain multiplication unit 25: Proportional control unit 26: Integration control unit 27: Addition unit 28: Work inertia moment conversion unit 29: Speed feedback gain calculation unit 31: Data table 32: Work inertia moment set 33: Speed feedback set 41: Change 42: Change 43: Change 44: Change 45: Change 51: Machine tool 52: Machine tool Body 53: Machine tool controller 55: Tables 56-1 to 56-5: Multiple load cells 57: Motor 58: Rotary encoder 60: Workpiece 61: DD motor rotor 62: DD motor stator 65: Differentiator 66: Automatic speed feedback gain Setting device 67: Work inertia moment conversion section
Claims (7)
前記ワークを支持するテーブルの回転に関するセンサ値を計測するセンサと、
前記テーブルの角度が目標角度に一致するように、前記速度フィードバックゲインに基づいて、前記テーブルを回転させるモータを前記センサ値に基づいてフィードバック制御する制御装置と、
前記ワークから前記テーブルに印加される荷重を測定する荷重センサ
とを具備し、
前記荷重センサは、前記テーブルのうちの前記ワークを支持する支持面の互いに異なる複数の位置にそれぞれ配置される複数のセンサから形成され、
前記速度フィードバックゲイン自動設定装置は、前記複数のセンサによりそれぞれ測定される複数の荷重に基づいて算出される前記ワークの形状と前記ワークの質量とに基づいて前記慣性モーメントを換算するワーク慣性モーメント換算部を備える
工作機械。 A speed feedback gain automatic setting device that calculates a speed feedback gain based on the moment of inertia of the workpiece;
A sensor for measuring a sensor value related to rotation of a table supporting the workpiece;
A control device that feedback-controls a motor that rotates the table based on the sensor value based on the speed feedback gain so that the angle of the table matches a target angle ;
A load sensor for measuring a load applied from the workpiece to the table ;
The load sensor is formed of a plurality of sensors respectively arranged at a plurality of different positions on a support surface that supports the workpiece of the table,
The speed feedback gain automatic setting device converts the moment of inertia based on the shape of the workpiece and the mass of the workpiece calculated based on a plurality of loads respectively measured by the plurality of sensors. <br/> machine tool comprising a part.
前記支持面は、前記テーブルの回転軸を中心とする複数の同心円により分割された複数の領域から形成され、
前記複数のセンサは、それぞれ、前記複数の領域にそれぞれ印加される複数の荷重を測定する
工作機械。 In claim 1 ,
The support surface is formed from a plurality of regions divided by a plurality of concentric circles around the rotation axis of the table,
The plurality of sensors respectively measure a plurality of loads applied to the plurality of regions.
前記速度フィードバックゲイン自動設定装置は、前記テーブルが回転している最中に前記慣性モーメントに基づいて速度フィードバックゲインを自動的に更新する
工作機械。 In either claim 1 or claim 2 ,
The speed feedback gain automatic setting device automatically updates the speed feedback gain based on the moment of inertia while the table is rotating.
前記速度フィードバックゲインは、前記慣性モーメントに関して単純に増加する
工作機械。 In any one of Claims 1-3 ,
The speed feedback gain simply increases with respect to the moment of inertia machine tool.
前記ワークを支持するテーブルの回転に関するセンサ値を計測するステップと、
前記テーブルの角度が目標角度に一致するように、前記速度フィードバックゲインに基づいて、前記テーブルを回転させるモータを前記センサ値に基づいてフィードバック制御するステップ
前記テーブルのうちの前記ワークを支持する支持面の互いに異なる複数の位置にそれぞれ印加される複数の荷重を測定するステップと、
前記複数の荷重に基づいて前記ワークの形状と前記ワークの質量とを算出するステップと、
前記形状と前記質量とに基づいて前記慣性モーメントを換算するステップ
とを具備する加工方法。 Calculating a speed feedback gain based on the moment of inertia of the workpiece;
Measuring a sensor value relating to rotation of a table supporting the workpiece;
Feedback control of a motor for rotating the table based on the sensor value based on the speed feedback gain so that the angle of the table matches a target angle.
Measuring a plurality of loads applied respectively to a plurality of different positions on a support surface supporting the workpiece of the table;
Calculating the shape of the workpiece and the mass of the workpiece based on the plurality of loads;
A processing method comprising: converting the moment of inertia based on the shape and the mass .
前記速度フィードバックゲインは、前記テーブルが回転している最中に更新される
加工方法。 In claim 5 ,
The speed feedback gain is updated while the table is rotating.
前記速度フィードバックゲインは、前記慣性モーメントに関して単純に増加する
加工方法。 In either claim 5 or claim 6 ,
The speed feedback gain is simply increased with respect to the moment of inertia.
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