DE102019201581A1

DE102019201581A1 - Motorsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102019201581A1
Application number: DE102019201581.6A
Authority: DE
Inventors: Yuuki Morita; Tadashi Okita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2019-10-02
Also published as: JP6717873B2; US20190302727A1; CN110315388A; CN110315388B; US11714395B2; JP2019179312A

Abstract

Bereitstellen einer Motorsteuervorrichtung, die eine Schwankung bei Lastinformationen eines Spindelmotors unterbindet und bei einem Durchführen einer Steuerung von Bearbeitungsbedingungen eine Abnahme deren Ansprechempfindlichkeit unterbinden kann. Bei einer Motorsteuervorrichtung (1) handelt es sich um eine Motorsteuervorrichtung, die einen Spindelmotor 3 einer Werkzeugmaschine steuert, wobei die Vorrichtung beinhaltet: ein Tiefpassfilter (24), das Drehmoment-Befehlswerte oder Antriebsstromwerte des Spindelmotors (3) mittelt und gemittelte Lastinformationen des Spindelmotors (3) berechnet; und eine Zeitkonstanten-Berechnungseinheit (22), die als Zeitkonstante des Tiefpassfilters (24) eine erste Zeitkonstante auf Grundlage einer Grenzfrequenz gemäß der Drehzahl der durch den Spindelmotor (3) angetriebenen Spindel oder eine zweite Zeitkonstante auf Grundlage einer Grenzfrequenz entsprechend einem Wert, der durch Multiplizieren einer Anzahl von Schneidzähnen eines Werkzeugs mit der Drehzahl der Spindel erzeugt wird, berechnet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuervorrichtung, die einen Spindelmotor einer Werkzeugmaschine steuert.
Verwandte Technik
Als Werkzeugmaschine sind Maschinen vorhanden, die ein Schneiden eines Werkstücks zum Beispiel durch drehendes Antreiben eines Werkzeugs durch einen Spindelmotor durchführen. Bei solchen Werkzeugmaschinen schwankt die Last des Spindelmotors während des Bearbeitens. Wenn die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors groß ist, kann eine Bearbeitungsanomalie in dem Werkstück oder eine Anomalie in der Werkzeugmaschine (zum Beispiel in dem Werkzeug) entstehen. Wenn demgegenüber die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors klein ist, verlängert sich die Bearbeitungszeit.
Daher ist bei einer numerischen Steuervorrichtung zum Beispiel in Betracht gezogen worden, Bearbeitungsbedingungen (zum Beispiel eine Vorschubrate (Vorschubgeschwindigkeit) der Vorschubachse) automatisch in Reaktion auf die Lastinformationen des Spindelmotors zu steuern (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Alternativ ist in Betracht gezogen worden, die Lastinformationen des Spindelmotors zum Beispiel mit der numerischen Steuervorrichtung anzuzeigen. Dadurch ist es einem Bediener der Werkzeugmaschine möglich, die Bearbeitungsbedingungen in Reaktion auf die angezeigten Lastinformationen manuell zu steuern. Wenn zum Beispiel die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors groß ist, ist es möglich, das Auftreten einer Bearbeitungsanomalie in dem Werkstück oder eine Anomalie in der Werkzeugmaschine (zum Beispiel in dem Werkzeug) durch Senken der Vorschubrate der Vorschubachse zu unterbinden. Wenn demgegenüber die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors klein ist, ist es möglich, die Bearbeitungszeit durch Erhöhen der Vorschubrate der Vorschubachse zu verkürzen.
Patentdokument 1: Internationale PCT-Veröffentlichung Nr. WO2013/088849
Übersicht über die Erfindung
Wenn zum Beispiel die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors zu groß ist, wird eine automatische Steuerung der Vorschubrate der Vorschubachse durch die numerische Steuervorrichtung schwierig. Darüber hinaus schwanken zum Beispiel die Lastinformationen, die durch die numerische Steuervorrichtung angezeigt werden, und auf diese Weise wird eine manuelle Steuerung der Vorschubrate der Vorschubachse durch den Bediener einer Werkzeugmaschine schwierig.
Im Hinblick darauf ist in Betracht gezogen worden, die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors mithilfe eines Filters zu mitteln. Soweit den Erfindern der vorliegenden Erfindung bekannt ist, ist es jedoch, um die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors ausreichend zu unterbinden, erforderlich, die Zeitkonstante mithilfe eines allgemein bekannten Filters erster Ordnung zu erhöhen, und die Ansprechempfindlichkeit einer Steuerung von Bearbeitungsbedingungen (zum Beispiel eine Vorschubrate der Vorschubachse) nimmt ab.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motorsteuervorrichtung bereitzustellen, die eine Schwankung von Lastinformationen eines Spindelmotors unterbindet und bei einem Durchführen einer Steuerung von Bearbeitungsbedingungen in der Lage ist, eine Abnahme deren Ansprechempfindlichkeit zu unterbinden.

(1) Bei einer Motorsteuervorrichtung (z. B. der im Folgenden beschriebenen Motorsteuervorrichtung 1) gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Motorsteuervorrichtung zum Steuern eines Spindelmotors (z. B. des im Folgenden beschriebenen Spindelmotors 3), der ein Werkzeug oder ein Werkstück in einer Werkzeugmaschine drehend antreibt, wobei die Vorrichtung beinhaltet: ein erstes Tiefpassfilter (z. B. das im Folgenden beschriebene erste Tiefpassfilter 24), das Drehmoment-Befehlswerte oder Antriebsstromwerte des Spindelmotors mittelt und gemittelte erste Lastinformationen des Spindelmotors berechnet; und eine Zeitkonstanten-Berechnungseinheit (z. B. die im Folgenden beschriebene Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22), die als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters eine erste Zeitkonstante auf Grundlage einer Grenzfrequenz gemäß einer Drehzahl der durch den Spindelmotor angetriebenen Spindel oder, falls die Spindel das Werkzeug drehend antreibt, eine zweite Zeitkonstante auf Grundlage einer Grenzfrequenz entsprechend einem Wert, der durch Multiplizieren einer Anzahl von Schneidzähnen des Werkzeugs mit der Drehzahl der Spindel erzeugt wird, berechnet.
(2) In der Motorsteuervorrichtung, wie sie in (1) beschrieben worden ist, kann die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit die erste Zeitkonstante so, dass die Grenzfrequenz des ersten Tiefpassfilters nicht höher als die Drehzahl der Spindel wird, oder die zweite Zeitkonstante so berechnen, dass die Grenzfrequenz nicht höher als ein Wert wird, der durch Multiplizieren einer Anzahl von Schneidzähnen des Werkzeugs mit der Drehzahl der Spindel erzeugt wird.
(3) Die Motorsteuervorrichtung, wie sie in (1) oder (2) beschrieben worden ist, kann des Weiteren beinhalten: ein zweites Tiefpassfilter (z. B. das im Folgenden beschriebene zweite Tiefpassfilter 26), das die Drehmoment-Befehlswerte oder Antriebsstromwerte des Spindelmotors mittelt und gemittelte zweite Lastinformationen des Spindelmotors berechnet, wobei die Zeitkonstante des zweiten Tiefpassfilters unabhängig von der Drehzahl der Spindel feststehend sein kann und größer als die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters ist und die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters entsprechend der Drehzahl der Spindel variabel sein kann.
(4) In der Motorsteuervorrichtung, wie sie in einem von (1) bis (3) beschrieben worden ist, kann es sich bei der Drehzahl der Spindel um einen Geschwindigkeitsbefehlswert oder einen Geschwindigkeitsrückkopplungswert der Spindel handeln.
(5) In der Motorsteuervorrichtung, wie sie in einem von (1) bis (4) beschrieben worden ist, kann die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit zwischen einem Festlegen der ersten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters oder einem Festlegen der zweiten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters umschalten, so dass die Größe einer Schwankung der ersten Lastinformationen kleiner wird.
(6) In der Motorsteuervorrichtung, wie sie in (5) beschrieben worden ist, kann die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit zwischen einem Festlegen der ersten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters oder einem Festlegen der zweiten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters auf Grundlage der Größe einer Schwankung der ersten Lastinformationen umschalten.
(7) In der Motorsteuervorrichtung, wie sie in (5) beschrieben worden ist, kann die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit zwischen einem Festlegen der ersten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters oder einem Festlegen der zweiten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters auf Grundlage eines externen Befehls umschalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Motorsteuervorrichtung bereitzustellen, die eine Schwankung bei Lastinformationen eines Spindelmotors unterbindet und bei einem Durchführen einer Steuerung von Bearbeitungsbedingungen eine Abnahme deren Ansprechempfindlichkeit unterbinden kann.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die ein Steuersystem darstellt, das eine Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet;
2 ist eine Seitenansicht eines Beispiels für ein Werkzeug;
3 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel für ein Werkzeug;
4 ist ein Graph, der Beobachtungsergebnisse eines Drehmoment-Befehlswerts, der in ein erstes Tiefpassfilter eingegeben wird (gepunktete Linie), und erster Lastinformationen darstellt, die von dem ersten Tiefpassfilter ausgegeben werden (durchgezogene Linie);
5 ist ein Graph, der Beobachtungsergebnisse eines Drehmoment-Befehlswerts, der in ein erstes Tiefpassfilter eingegeben wird (gepunktete Linie), und erster Lastinformationen darstellt, die von dem ersten Tiefpassfilter ausgegeben werden (durchgezogene Linie);
6 ist ein Graph, der Beobachtungsergebnisse eines Drehmoment-Befehlswerts, der in ein erstes Tiefpassfilter eingegeben wird (gepunktete Linie), und erster Lastinformationen darstellt, die von dem ersten Tiefpassfilter ausgegeben werden (durchgezogene Linie); und
7 ist ein Graph, der Beobachtungsergebnisse eines Drehmoment-Befehlswerts, der in ein erstes Tiefpassfilter eingegeben wird (gepunktete Linie), und erster Lastinformationen darstellt, die von dem ersten Tiefpassfilter ausgegeben werden (durchgezogene Linie).

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird ein Beispiel für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es ist zu beachten, dass identischen oder entsprechenden Abschnitten in den jeweiligen Zeichnungen dieselben Bezugszeichen beigefügt sind.
1 ist eine Ansicht, die ein Steuersystem darstellt, das eine Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet. Das in 1 dargestellte Steuersystem beinhaltet eine Motorsteuervorrichtung 1 und eine numerische Steuervorrichtung 2 und steuert einen Spindelmotor 3 und einen (nicht dargestellten) Vorschubachsenmotor einer Werkzeugmaschine.
Der Spindelmotor 3 treibt ein Werkzeug in der Werkzeugmaschine drehend an, das zum Beispiel ein Schneiden an einem Werkstück durchführt. Der Spindelmotor 3 ist mit einer Codiereinrichtung 4 ausgestattet, die zum Beispiel die Drehgeschwindigkeit (Drehzahl) der durch den Spindelmotor 3 angetriebenen Spindel erkennt. Die erkannte Geschwindigkeit wird als Geschwindigkeitsrückkopplungswert (Geschwindigkeits-RK) verwendet.
Die numerische Steuervorrichtung 2 berechnet einen Geschwindigkeitsbefehlswert (eine Drehzahl) der durch den Spindelmotor 3 angetriebenen Spindel auf Grundlage eines Bearbeitungsprogramms und liefert den berechneten Geschwindigkeitsbefehlswert an die Motorsteuervorrichtung 1. Darüber hinaus kann die numerische Steuervorrichtung 2 erste Lastinformationen des Spindelmotors 3 von der Motorsteuervorrichtung 1 erfassen und die Bearbeitungsbedingungen (zum Beispiel eine Vorschubrate der Vorschubachse) automatisch entsprechend den erfassten ersten Lastinformationen steuern. Darüber hinaus kann die numerische Steuervorrichtung 2 zweite Lastinformationen des Spindelmotors 3 von der Motorsteuervorrichtung 1 erfassen und die erfassten zweiten Lastinformationen auf einer Anzeigeeinheit anzeigen. Der Bediener der Werkzeugmaschine kann dadurch die Bearbeitungsbedingungen entsprechend den angezeigten zweiten Lastinformationen manuell steuern. Wenn zum Beispiel die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3 groß ist, ist es möglich, das Auftreten einer Bearbeitungsanomalie in einem Werkstück oder das Auftreten einer Anomalie in der Werkzeugmaschine (zum Beispiel in dem Werkzeug) durch Senken der Vorschubrate der Vorschubachse zu unterbinden. Wenn demgegenüber die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3 klein ist, ist es möglich, die Bearbeitungszeit durch Erhöhen der Vorschubrate der Vorschubachse zu verkürzen.
Die Motorsteuervorrichtung 1 steuert die Spindel durch Steuern des Spindelmotors 3 auf Grundlage des Geschwindigkeitsbefehlswerts, der durch die numerische Steuervorrichtung 2 berechnet wird. Die Motorsteuervorrichtung 1 beinhaltet eine Subtrahiereinrichtung 11, eine Geschwindigkeitssteuereinheit 12 und eine Stromsteuereinheit 14. Die Subtrahiereinrichtung 11 gewinnt den Fehler zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitsrückkopplungswert, der durch die Codiereinrichtung 4 erkannt wird. Die Geschwindigkeitssteuereinheit 12 berechnet einen Drehmoment-Befehlswert des Spindelmotors 3 auf Grundlage des durch die Subtrahiereinrichtung 11 gewonnenen Fehlers. Die Stromsteuereinheit 14 berechnet einen Antriebsstromwert zum Antreiben des Spindelmotors 3 auf Grundlage des durch die Geschwindigkeitssteuereinheit 12 berechneten Drehmoment-Befehlswerts und liefert den berechneten Antriebsstromwert an den Spindelmotor 3.
Des Weiteren beinhaltet die Motorsteuervorrichtung 1 eine Speichereinheit 20, eine Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22, ein erstes Tiefpassfilter 24 und ein zweites Tiefpassfilter 26. Die Speichereinheit 20 speichert die Anzahl von Schneidzähnen des Werkzeugs als Werkzeuginformationen. Bei der Speichereinheit 20 handelt es sich um einen überschreibbaren Speicher wie zum Beispiel einen EEPROM.
Die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 erfasst den von der numerischen Steuervorrichtung 2 gelieferten Geschwindigkeitsbefehlswert und erfasst die in der Speichereinheit 20 gespeicherte Anzahl von Schneidzähnen des Werkzeugs. Die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 berechnet eine Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24. Im Besonderen berechnet die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 als Zeitkonstante T die erste Zeitkonstante auf Grundlage der Grenzfrequenz entsprechend der Drehzahl der Spindel, die durch den Spindelmotor 3 angetrieben wird. Genauer gesagt, die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 berechnet die Zeitkonstante (erste Zeitkonstante) T mithilfe einer Formel (1-1) und einer Formel (1-2) im Folgenden, so dass die Grenzfrequenz Fc (/s) des ersten Tiefpassfilters 24 nicht höher als die Drehzahl Vcmd (rev/s) der Spindel wird, die durch den Geschwindigkeitsbefehlswert angegeben wird (d. h. eine Frequenz einer Bearbeitungsstörung, die im Folgenden beschrieben wird). $T = 1 / (2 π \times Fc)$
$Fc ≦ Vcmd$
Alternativ berechnet die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 als Zeitkonstante T eine zweite Zeitkonstante auf Grundlage der Grenzfrequenz entsprechend einem Wert, der durch Multiplizieren der Anzahl von Schneidzähnen des Werkzeugs mit der Drehzahl der Spindel erzeugt wird, die durch den Spindelmotor 3 angetrieben wird. Genauer gesagt, die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 berechnet die Zeitkonstante (zweite Zeitkonstante) T gemäß der Formel (2-1) und der Formel (2-2) im Folgenden, so dass die Grenzfrequenz Fc (/s) des ersten Tiefpassfilters 24 nicht höher als ein Wert wird, der durch Multiplizieren der Anzahl von Schneidzähnen N des Werkzeugs mit der Drehzahl Vcmd (rev/s) der Spindel erzeugt wird (d. h. einer Frequenz einer Bearbeitungsstörung, die im Folgenden beschrieben wird). $T = 1 / (2 π \times Fc)$
$Fc ≦ Vcmd \times N$
Die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 schaltet zwischen einem Festlegen der ersten Zeitkonstante, die gemäß der obigen Formel (1-1) und Formel (1-2) berechnet wird, als Zeitkonstante T des ersten Tiefpassfilters 24 oder Festlegen der zweiten Zeitkonstante, die gemäß der obigen Formel (2-1) und Formel (2-2) berechnet wird, als Zeitkonstante T des ersten Tiefpassfilters 24 so um, dass die Größe einer Schwankung (Bearbeitungsstörung) der ersten Lastinformationen, die durch das erste Tiefpassfilter 24 gemittelt wurde, kleiner wird. Beispielsweise kann die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 ein Umschalten der oben erwähnten Zeitkonstante T auf Grundlage der Größe einer Schwankung der ersten Lastinformationen, die durch das erste Tiefpassfilter 24 gemittelt wurde, automatisch durchführen. Dabei kann sich die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 zum Beispiel auf die Größe der Amplitude der ersten Lastinformationen stützen oder kann sich auf die Größe der Schwankungsfrequenzkomponente durch eine FFT, die die ersten Lastinformationen analysiert, stützen. Alternativ kann die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 ein Umschalten der oben erwähnten Zeitkonstante T auf Grundlage eines externen Befehls durchführen. Der externe Befehl kann von der numerischen Steuervorrichtung 2 geliefert werden. Dabei kann die numerische Steuervorrichtung 2 die Größe der Schwankung der ersten Lastinformationen in der oben erwähnten Weise zum Beispiel auf Grundlage der Größe der Amplitude der ersten Lastinformationen oder der Größe der Schwankungsfrequenzkomponente, nachdem eine FFT die ersten Lastinformationen analysiert hat, automatisch bestimmen. Alternativ kann der externe Befehl durch den Bediener manuell eingegeben werden. Dabei kann der Bediener die Größe der Schwankung der Lastinformationen auf Grundlage der Größe der Amplitude der Lastinformationen, die auf der numerischen Steuervorrichtung 2 angezeigt werden, visuell bestimmen.
Es ist zu beachten, dass die Werkzeuginformationen in der Speichereinheit der numerischen Steuervorrichtung 2 gespeichert werden und die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 die Werkzeuginformationen von der numerischen Steuervorrichtung 2 erfassen kann. In diesem Fall wird die Speichereinheit 20 möglicherweise nicht bereitgestellt. Darüber hinaus kann die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 einen durch die Codiereinrichtung 4 erkannten Geschwindigkeitsrückkopplungswert anstelle des Geschwindigkeitsbefehlswerts verwenden.
Das erste Tiefpassfilter 24 mittelt die Drehmoment-Befehlswerte des Spindelmotors 3 durch eine durch die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 berechnete Zeitkonstante und berechnet gemittelte erste Lastinformationen des Spindelmotors 3. Ein zweites Tiefpassfilter 26 mittelt die Drehmoment-Befehlswerte des Spindelmotors 3 durch eine vorgegebene berechnete Zeitkonstante und berechnet gemittelte zweite Lastinformationen des Spindelmotors 3. Die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24 ist entsprechend der Drehzahl der Spindel variabel, wie oben erwähnt. Demgegenüber ist die Zeitkonstante des zweiten Tiefpassfilters 26 unabhängig von der Drehzahl der Spindel feststehend. Die vorgegebene Zeitkonstante des zweiten Tiefpassfilters 26 ist größer festgelegt als die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24. Mit anderen Worten, die Grenzfrequenz des zweiten Tiefpassfilters 26 ist kleiner festgelegt als die Grenzfrequenz des ersten Tiefpassfilters 24. Es ist zu beachten, dass das erste Tiefpassfilter 24 und das zweite Tiefpassfilter 26 den Antriebsstromwert des Spindelmotors 3, der durch die Stromsteuereinheit 14 berechnet wird, anstelle des Drehmoment-Befehlswerts verwenden können.
Die Motorsteuervorrichtung 1 und die numerische Steuervorrichtung 2 sind zum Beispiel durch einen Rechenprozessor wie etwa einen DSP (einen digitalen Signalprozessor) und ein FPGA (ein feldprogrammierbares Gate-Array) ausgebildet. Die verschiedenen Funktionen der Motorsteuervorrichtung 1 und der numerischen Steuervorrichtung 2 werden zum Beispiel durch Ausführen einer in einer Speichereinheit gespeicherten vorgegebenen Software (Programm) umgesetzt. Verschiedene Funktionen der Motorsteuervorrichtung 1 und der numerischen Steuervorrichtung 2 können durch Zusammenwirken von Hardware und Software umgesetzt werden oder können nur durch Hardware (elektronische Schaltungen) umgesetzt werden.
Als Nächstes wird ein Werkzeug erläutert, das durch den Spindelmotor 3 (d. h. eine Spindel) drehend angetrieben wird. 2 ist eine Seitenansicht eines Beispiels für ein Werkzeug, und 3 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel für ein Werkzeug. Das in 2 und 3 dargestellte Werkzeug 8 beinhaltet fünf Schneidzähne 9 relativ zu der Drehachse in der Pfeilrichtung und wird in der Pfeilrichtung durch die durch den Spindelmotor 3 angetriebene Spindel drehend angetrieben. Mit einem solchen Werkzeug 8

(i) tritt eine Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3 in dem Zeitintervall von 1/5-mal bei 1 Umdrehung der Spindel (Häufigkeit von 5 Mal) auf, die durch jeden Schneidzahn 9 bewirkt wird, der mit dem Werkstück in Kontakt kommt;
(ii) tritt eine Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3 in dem Zeitintervall von 1 Umdrehung der Spindel auf, die durch die fünf Schneidzähne 9 bewirkt wird, die exzentrisch relativ zu der Drehachse angeordnet sind; oder
(iii) tritt eine Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3 in dem Zeitintervall von 1/5-mal bei 1 Umdrehung der Spindel (Häufigkeit von 5 Mal) auf, die durch einen beliebigen der fünf Schneidzähne 9 bewirkt wird, die exzentrisch relativ zu der Drehachse angeordnet sind.

Wenn die Last des Spindelmotors 3 in dieser Weise schwankt, wird zum Beispiel eine automatische Steuerung der Vorschubrate der Vorschubachse durch die numerische Steuervorrichtung 2 schwierig, wie oben erwähnt. Darüber hinaus schwanken zum Beispiel die Lastinformationen, die durch die numerische Steuervorrichtung 2 angezeigt werden, und eine manuelle Steuerung der Vorschubrate der Vorschubachse durch den Bediener der Werkzeugmaschine wird schwierig.
Daher ist in Betracht gezogen worden, die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3 mithilfe eines Filters zu mitteln. Soweit den Erfindern der vorliegenden Erfindung bekannt ist, ist es jedoch, um die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3 ausreichend zu unterbinden, erforderlich, die Zeitkonstante mithilfe eines allgemein bekannten Filters erster Ordnung (feststehende Zeitkonstante) zu erhöhen, und die Ansprechempfindlichkeit einer Steuerung von Bearbeitungsbedingungen (zum Beispiel eine Vorschubrate der Vorschubachse) nimmt ab. Wenn demgegenüber die Zeitkonstante des Filters erster Ordnung zu klein gestaltet wird, wird eine Steuerung abhängig von den Bearbeitungsbedingungen durch den Einfluss der Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) instabil, und die Schwankung (Änderung) der Lastanzeige nimmt zu.
Im Hinblick darauf wird gemäß der Motorsteuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform die erste Zeitkonstante (die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2)) so, dass die Grenzfrequenz des ersten Tiefpassfilters 24 nicht höher als die Drehzahl der Spindel wird, oder die zweite Zeitkonstante (die oben erwähnte Formel (2-1) oder Formel (2-2)) so, dass die Grenzfrequenz nicht höher als ein Wert wird, der durch Multiplizieren der Anzahl von Schneidzähnen des Werkzeugs 8 mit der Drehzahl der Spindel erzeugt wird, als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24 festgelegt. Mit anderen Worten, die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24 wird so festgelegt, dass die Grenzfrequenz des ersten Tiefpassfilters 24 nicht höher als die Frequenz der Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3 ist, die durch die oben erwähnten (i) bis (iii) erzeugt wird. Dadurch ist es möglich, eine Schwankung der ersten Lastinformationen des Spindelmotors 3 zu unterbinden. Darüber hinaus ist es möglich, die Verzögerungszeit der ersten Lastinformationen zu verkürzen, und die Abnahme deren Ansprechempfindlichkeit beim Durchführen einer Steuerung der Bearbeitungsbedingungen ist unterbindbar.
Des Weiteren kann gemäß der Motorsteuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 zwischen einem Festlegen der ersten Zeitkonstante, die durch die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2) berechnet wird, als Zeitkonstante T des ersten Tiefpassfilters 24 oder Festlegen der zweiten Zeitkonstante, die durch die oben erwähnte Formel (2-1) und Formel (2-2) berechnet wird, als Zeitkonstante T des ersten Tiefpassfilters 24 so umschalten, dass die Größe einer Schwankung der ersten Lastinformationen (Bearbeitungsstörung), die durch das erste Tiefpassfilter 24 gemittelt wird, kleiner wird. Beispielsweise sind die oben erwähnte (i) Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3, die durch jeden Schneidzahn 9 bewirkt wird, der mit dem Werkstück in Kontakt kommt, und (iii) die Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3, die durch einen beliebigen der fünf Schneidzähne 9 bewirkt wird, die exzentrisch relativ zu der Drehachse angeordnet sind, durch beide, das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der ersten Zeitkonstante) T, die durch die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2) berechnet wird, und das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der zweiten Zeitkonstante), die durch die oben erwähnte Formel (2-1) und Formel (2-2) berechnet wird, unterbindbar. Demgegenüber kann die oben erwähnte (ii) Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3, die durch fünf Schneidzähne 9 bewirkt wird, die exzentrisch relativ zu der Drehachse angeordnet sind, durch das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der zweiten Zeitkonstante) T, die durch die oben erwähnte Formel (2-1) und Formel (2-2) berechnet wird, nicht unterbunden werden; sie ist jedoch durch das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der ersten Zeitkonstante), die durch die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2) berechnet wird, unterbindbar. Dabei kann die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit 22 umschalten, um die Zeitkonstante (erste Zeitkonstante), die durch die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2) berechnet wird, als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24 zu berechnen. Im Folgenden werden die Wirkungen davon nachgewiesen.
4 bis 7 sind Graphen, die Beobachtungsergebnisse des Drehmoment-Befehlswerts, der in das erste Tiefpassfilter 24 eingegeben wird (gepunktete Linie), und erster Lastinformationen darstellen, die von dem ersten Tiefpassfilter 24 ausgegeben werden (durchgezogene Linie). Die Beobachtungsbedingungen von 4 bis 7 sind wie folgt.

- Drehzahl der Spindel Vcmd = 300 min^-1 d. h. durch 1 Umdrehung der Spindel bewirkte Frequenz = 5 Hz
- Anzahl der Schneidzähne des Werkzeugs 8 N = 5 d. h. durch die Anzahl der Schneidzähne N des Werkzeugs 8 bewirkte Frequenz = 25 Hz
- Durchschnittliche Last des Spindelmotors 3 = 80 %

In 4 und 5 gilt

- keine durch 1 Umdrehung der Spindel verursachte Schwankung, und
- die durch die Anzahl N des Werkzeugs 8 verursachte Schwankung beträgt 5 %.

In 4 wurde die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24 auf die Zeitkonstante festgelegt, die in der oben erwähnten Formel (2-1) und Formel (2-2) als Fc=VcmdxN/2 (zweite Zeitkonstante) berechnet wird, und in 5 wurde die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24 auf die Zeitkonstante festgelegt, die in der oben erwähnten Formel (1-1) und Formel (1-2) als Fc=Vcmd/2 berechnet wird. Gemäß 4 und 5 ist die Schwankung, die durch die Anzahl der Schneidzähne N des Werkzeugs 8 verursacht wird, nicht so stark wie das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante, die durch die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2) berechnet wird (erste Zeitkonstante); es stellt sich jedoch heraus, dass ein gewisses Ausmaß an Unterbindungswirkung durch das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante vorhanden ist, die durch die oben erwähnte Formel (2-1) und Formel (2-2) berechnet wird (zweite Zeitkonstante). Mit anderen Worten, die oben erwähnte (i) Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3, die durch jeden Schneidzahn 9 bewirkt wird, der mit dem Werk in Kontakt kommt, wird durch beide, das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der ersten Zeitkonstante), die durch die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2) berechnet wird, und das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der zweiten Zeitkonstante), die durch die oben erwähnte Formel (2-1) und Formel (2-2) berechnet wird, unterbunden.
Als Nächstes gilt über 4 und 5 hinaus in 6 und 7

- die durch 1 Umdrehung der Spindel verursachte Schwankung beträgt 2 %. In 6 wurde die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24 auf die Zeitkonstante (zweite Zeitkonstante) festgelegt, die in der oben erwähnten Formel (2-1) und Formel (2-2) als Fc=Vcmd×N/2 berechnet wird, und in 7 wurde die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24 auf die Zeitkonstante (erste Zeitkonstante) festgelegt, die in der oben erwähnten Formel (1-1) und Formel (1-2) als Fc=Vcmd/2 berechnet wird. Gemäß 6 und 7 stellt sich heraus, dass die durch 1 Umdrehung der Spindel verursachte Schwankung durch das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der zweiten Zeitkonstante), die durch die oben erwähnte Formel (2-1) und Formel (2-2) berechnet wird, nicht unterbunden wird; sie wird jedoch durch das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der ersten Zeitkonstante), die durch die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2) berechnet wird, unterbunden. Mit anderen Worten, es stellt sich heraus, dass die oben erwähnte (ii) Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3, die durch fünf Schneidzähne 9 bewirkt wird, die exzentrisch relativ zu der Drehachse angeordnet sind, durch das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der zweiten Zeitkonstante), die durch die oben erwähnte Formel (2-1) und Formel (2-2) berechnet wird, nicht unterbunden wird; sie wird jedoch durch das erste Tiefpassfilter 24 der Zeitkonstante (der ersten Zeitkonstante), die durch die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2) berechnet wird, unterbunden.

Des Weiteren werden gemäß der Motorsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung erste Lastinformationen durch das erste Tiefpassfilter 24 berechnet und werden zweite Lastinformationen durch das zweite Tiefpassfilter 26 berechnet. Die Zeitkonstante des zweiten Tiefpassfilters 26 ist unabhängig von der Drehzahl der Spindel feststehend und ist größer als die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24. Die Schwankung der zweiten Lastinformationen ist dadurch kleiner als die Schwankung der ersten Lastinformationen. Dementsprechend ist es mithilfe der ersten Lastinformationen bei der Steuerung der Bearbeitungsbedingungen möglich, eine Abnahme deren Ansprechempfindlichkeit zu unterbinden. Demgegenüber ist es mithilfe der zweiten Lastinformationen, die das zweite Tiefpassfilter 26 mit einer größeren Zeitkonstante durchlaufen haben, bei einer Anzeige statt bei der Steuerung von Bearbeitungsbedingungen möglich, eine Abnahme der Wahrnehmbarkeit zu unterbinden. Infolgedessen sind sowohl die Unterbindung einer Abnahme deren Ansprechempfindlichkeit beim Durchführen einer Steuerung der Bearbeitungsbedingungen als auch die Unterbindung einer Abnahme der Wahrnehmbarkeit beim Durchführen einer Anzeige von Lastinformationen eines Spindelmotors möglich.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zwar oben erläutert worden, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt, und es sind verschiedene Änderungen und Modifizierungen daran möglich. Beispielsweise erläutert die oben erwähnte Ausführungsform die Motorsteuervorrichtung 1, die Lastinformationen des Spindelmotors 3 berechnet, wobei der Spindelmotor 3 (die Spindel) ein Werkzeug drehend antreibt. Die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt und sind darüber hinaus auf eine Motorsteuervorrichtung 1 anwendbar, die Lastinformationen des Spindelmotors 3 berechnet, wobei der Spindelmotor 3 (die Spindel) das Werkstück drehend antreibt. Dabei wird die erste Zeitkonstante (die oben erwähnte Formel (1-1) und Formel (1-2)) auf Grundlage der Grenzfrequenz entsprechend der Drehzahl der durch den Spindelmotor 3 angetriebenen Spindel als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters 24 festgelegt. Dadurch ist es möglich, eine Lastschwankung (Bearbeitungsstörung) des Spindelmotors 3 zu unterbinden, die in dem Zeitintervall von 1 Umdrehung der durch den Spindelmotor 3 angetriebenen Spindel auftritt, die durch das Werkstück bewirkt wird, das exzentrisch relativ zu der Drehachse angeordnet ist (entsprechend dem oben erwähnten (ii)).
Darüber hinaus erläutert die oben erwähnte Ausführungsform die Motorsteuervorrichtung 1, die Lastinformationen des Spindelmotors 3 berechnet, der ein Werkzeug, das fünf Schneidzähne beinhaltet, drehend antreibt. Die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt und sind auf eine Motorsteuervorrichtung anwendbar, die Schneidzahn-Lastinformationen des Spindelmotors 3 berechnet, der ein Werkstück, das zwei oder mehr Schneidzähne beinhaltet, drehend antreibt.
Darüber hinaus erläutert die oben erwähnte Ausführungsform die Motorsteuervorrichtung 1, die eine Geschwindigkeitssteuerung auf Grundlage eines Geschwindigkeitsbefehlswerts von der numerischen Steuervorrichtung 2 durchführt. Die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt und sind darüber hinaus auf eine Motorsteuervorrichtung anwendbar, die eine Positionssteuerung auf Grundlage eines Positionsbefehlswerts von einer numerischen Steuervorrichtung durchführt.
Bezugszeichenliste

1: Motorsteuervorrichtung
2: numerische Steuervorrichtung
3: Spindelmotor
4: Codiereinrichtung
8: Werkzeug
9: Schneidzahn
11: Subtrahiereinrichtung
12: Geschwindigkeitssteuereinheit
14: Stromsteuereinheit
20: Speichereinheit
22: Zeitkonstanten-Berechnungseinheit
24: erstes Tiefpassfilter
26: zweites Tiefpassfilter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/088849 [0004]

Claims

Motorsteuervorrichtung (1) zum Steuern eines Spindelmotors (3), der ein Werkzeug oder ein Werkstück in einer Werkzeugmaschine drehend antreibt, wobei die Motorsteuervorrichtung (1) aufweist: ein erstes Tiefpassfilter (24), das Drehmoment-Befehlswerte oder Antriebsstromwerte des Spindelmotors (3) mittelt und gemittelte erste Lastinformationen des Spindelmotors (3) berechnet; und eine Zeitkonstanten-Berechnungseinheit (22), die als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters (24) eine erste Zeitkonstante auf Grundlage einer Grenzfrequenz gemäß einer Drehzahl der durch den Spindelmotor (3) angetriebenen Spindel oder, falls die Spindel das Werkzeug drehend antreibt, eine zweite Zeitkonstante auf Grundlage einer Grenzfrequenz entsprechend einem Wert, der durch Multiplizieren einer Anzahl von Schneidzähnen des Werkzeugs mit der Drehzahl der Spindel erzeugt wird, berechnet.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit (22) die erste Zeitkonstante so, dass die Grenzfrequenz des ersten Tiefpassfilters (24) nicht höher als die Drehzahl der Spindel wird, oder die zweite Zeitkonstante so berechnet, dass die Grenzfrequenz nicht höher als ein Wert wird, der durch Multiplizieren einer Anzahl von Schneidzähnen des Werkzeugs mit der Drehzahl der Spindel erzeugt wird.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren ein zweites Tiefpassfilter (26) aufweist, das die Drehmoment-Befehlswerte oder Antriebsstromwerte des Spindelmotors (3) mittelt und gemittelte zweite Lastinformationen des Spindelmotors (3) berechnet, wobei die Zeitkonstante des zweiten Tiefpassfilters (26) unabhängig von der Drehzahl der Spindel feststehend ist und größer als die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters (24) ist, und wobei die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters (24) entsprechend der Drehzahl der Spindel variabel ist.
Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei der Drehzahl der Spindel um einen Geschwindigkeitsbefehlswert oder einen Geschwindigkeitsrückkopplungswert der Spindel handelt.
Geschwindigkeitssteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit (22) zwischen einem Festlegen der ersten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters (24) oder einem Festlegen der zweiten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters (24) umschaltet, so dass die Größe einer Schwankung der ersten Lastinformationen kleiner wird.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit (22) zwischen einem Festlegen der ersten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters (24) oder einem Festlegen der zweiten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters (24) auf Grundlage der Größe einer Schwankung der ersten Lastinformationen umschaltet.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Zeitkonstanten-Berechnungseinheit (22) zwischen einem Festlegen der ersten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters (24) oder einem Festlegen der zweiten Zeitkonstante als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters (24) auf Grundlage eines externen Befehls umschaltet.