JP2006281394A

JP2006281394A - 主軸制動方法及びその装置

Info

Publication number: JP2006281394A
Application number: JP2005106180A
Authority: JP
Inventors: Koichi Iguchi; 功一井口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】主軸モータにかかる切削負荷に応じて、適正な制動をリアルタイムに実施することができる主軸制動方法及びその装置を得る。
【解決手段】主軸の回転体のイナーシャを演算する主軸イナーシャ演算手段８と、この主軸イナーシャ演算手段８にて演算された主軸イナーシャを記憶する主軸イナーシャ記憶手段９と、主軸にかかる切削負荷トルクを演算する主軸負荷演算手段１０と、この主軸負荷演算手段１０にて演算した切削負荷トルクを元にブレーキ駆動用モータ１３の最大トルクを制限する値を演算するモータトルク制限値演算手段１１と、このモータトルク制限値演算手段１１にて演算されたモータトルク制限値の値で前記ブレーキ駆動用モータ１３を回転させ、直接主軸に制動をかけるブレーキユニット１５とを備える構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、数値制御工作機械の主軸を制動制御する方法及びその装置に係り、特に主軸回転と送り軸による輪郭制御切削時（Ｃ軸加工）の精度向上に関するものである。

従来の数値制御装工作機械において、主軸回転と送り軸による輪郭制御切削時（Ｃ軸加工）にブレーキなどの主軸制動装置により主軸回転方向に一定の摩擦負荷をかけることで切削負荷により発生する主軸の振動を抑えＣ軸加工時の精度を確保している（例えば、特許文献１参照）。

また、主軸回転と送り軸による輪郭制御切削時（Ｃ軸加工）に、電気的に油圧ブレーキを制御し工具主軸の負荷に応じて主軸制動トルクを変化させ、主軸の振動を抑えつつ主軸制動によって発生する主軸モータにかかる余分な負荷を少なくなるようにしている場合もある（例えば、特許文献２参照）。

特開平6−8094号公報（第１頁〜第３頁、第１図）

特開平6−31594号公報（第１頁〜第５頁、第１図）

特許文献１の実施例では、ブレーキをかけることで主軸振動を抑えることは可能だがＣ軸加工時には一定トルクで主軸制動しており、切削負荷が変動した場合に主軸が振動したり主軸に余分な負荷がかかるという問題がある。

また、特許文献２の実施例では工具主軸の負荷に応じて制動力を変化させているが、送り軸の負荷を考慮しておらず実際の切削負荷との差が生じる場合があり、この場合主軸が振動したり、主軸に余分な負荷がかかったりするという問題がある。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、主軸モータにかかる切削負荷に応じて、適正な制動をリアルタイムに実施することができる主軸制動方法及びその装置を得ることを目的としている。

この発明に係る主軸制動方法においては、主軸の回転体のイナーシャを演算する段階と、この主軸イナーシャを記憶する主軸イナーシャ段階と、主軸にかかる切削負荷トルクを演算する段階と、この切削負荷トルクを元にブレーキ駆動用モータの最大トルクを制限する値を演算する段階と、このモータトルク制限値の値で前記ブレーキ駆動用モータを回転させ、直接主軸に制動をかける段階とを有するものである。

また、この発明に係る主軸制動装置においては、主軸の回転体のイナーシャを演算する主軸イナーシャ演算手段と、この主軸イナーシャ演算手段にて演算された主軸イナーシャを記憶する主軸イナーシャ記憶手段と、主軸にかかる切削負荷トルクを演算する主軸負荷演算手段と、この主軸負荷演算手段にて演算した切削負荷トルクを元にブレーキ駆動用モータの最大トルクを制限する値を演算するモータトルク制限値演算手段と、このモータトルク制限値演算手段にて演算されたモータトルク制限値の値で前記ブレーキ駆動用モータを回転させ、直接主軸に制動をかけるブレーキユニットとを備えてなるものである。

この発明によれば、主軸に直接かかる切削負荷に応じて主軸制動装置を駆動させるので、無駄のない主軸制動を行える。かつ、多様な切削に対しても主軸制動を確実に行うことができＣ軸切削を精度よく行う効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る主軸制動装置の構成を示すもので、外部より入力された加工プログラムを解析し動作指令を出す数値制御部１には送り軸駆動部２が接続され、さらに送り軸駆動部２には送り軸駆動モータ３が接続されている。また、送り軸駆動用モータ３には送り軸駆動モータ用エンコーダ４が結合されており、送り軸駆動モータ用エンコーダ４はフィードバック信号を返すために送り軸駆動部２に接続されている。
また、主軸駆動部５も数値制御部１に接続されており、主軸駆動部５には主軸駆動モータ６が接続されている。また、主軸駆動モータ６には主軸駆動モータ用エンコーダ７が結合されており、主軸駆動モータ用エンコーダ７は主軸駆動部５に接続されている。

イナーシャ演算部８は数値制御部１に接続され、さらに主軸駆動部５にも接続され、数値制御部１の指令に従い主軸駆動部５からのデータを元に回転体のイナーシャを演算する。イナーシャ記憶部９はイナーシャ演算部８に接続されデータを記憶する。
切削負荷トルク演算部１０は主軸駆動部及びイナーシャ記憶部９に接続され、イナーシャ記憶部９から回転体のイナーシャデータを読出し、主軸駆動部５から出力される各種データをもとに主軸切削負荷トルクを演算する。

モータトルク制限値演算部１１は切削負荷トルク演算部１０に接続され、切削負荷トルク演算部１０が出力した切削負荷トルクを元にブレーキ駆動部モータ１３の最大トルクを制限するトルク制限値を演算する。また、ブレーキ駆動部１２はモータトルク制限値演算部１１に接続され、モータトルク制限値演算部１１が出力したトルク制限値にしたがってブレーキ駆動部モー１３タを駆動する。さらに、ブレーキ駆動部モータ１３にはブレーキ駆動部モータ用エンコーダ１４が結合されておりフィードバック信号をブレーキ駆動部１２へ返している。
ブレーキユニット１５はブレーキ駆動部モータ１３とボールねじで直接結合され、ブレーキ駆動部モータ１３の回転により、主軸駆動モータ５の回転部分に押圧されることにより主軸駆動モータ５にブレーキがかかるようになっている。

このように構成された主軸制動装置においては、図２に示すフロー図のように動作する。
まず、数値制御部１は例えば次に示す加工プログラムを実行し、主軸をＣ軸制御状態にするかを判断する（Ｓ１）。
Ｍ２００； ← Ｃ軸モード
Ｍ３００Ｓ１０００； ← イナーシャ測定モード
Ｇ１Ｃ１８０，Ｘ５０，Ｙ３０，； ← 主軸、送り軸補間指令（切削）
・
・
・
Ｍ４００； ← Ｃ軸モード終了
次いで数値制御部１は次ブロックの加工プログラムを解析し、イナーシャ測定の指令かどうか判断する（Ｓ２）。解析結果がイナーシャ測定の指令であれば、数値制御部１は主軸駆動部５に対し速度指令を出力し（Ｓ３）、イナーシャ演算部８を起動する。

起動されたイナーシャ演算部８は、主軸駆動部５からの主軸回転中信号の立ち上がりから速度到達信号の立ち上がりまでの時間から主軸駆動モータ６が指令速度に達するまでの時間を計測し（Ｓ４）、さらに、主軸駆動部５から11KW/22KWなどの主軸駆動部モータ６の固有値であるモータ出力（P）と主軸指令回転数（N）を読み取り、次式１で示す関係式に従い回転体のイナーシャ（Ｊ）を計算する（Ｓ５）。

Ｊ＝√（Ａ×（Ｔ×Ｐ）／（Ｎ×Ｎ））・・・・式１
但し、Ｊ：イナーシャ、Ｔ：加速時間、Ａ：係数、Ｎ：指令回転数、Ｐ：モータ出力である。

イナーシャ演算部８は演算したイナーシャデータをイナーシャ記憶部９に出力し、イナーシャ記憶部９はイナーシャ演算部８が出力した回転体のイナーシャ値を記憶する（Ｓ６）。
イナーシャ演算部８はイナーシャ値をイナーシャ記憶部９へ出力した後、数値制御部１へ演算終了を出力する。次いで、数値制御部１はイナーシャ演算部８の完了信号を受け、次ブロックの加工プログラムを解析する。

次いで、数値制御部１は解析した加工プログラムが主軸回転と送り軸による補間加工かどうかを判断し（Ｓ７）、主軸回転と送り軸による補間加工の指令であれば切削負荷トルク演算部１０に起動信号を出力する。同時に数値制御部１は送り軸駆動部２及び主軸駆動部５に対し補間指令を出力し、送り軸駆動部２および主軸駆動部３は数値制御部１から出力された補間指令に従って送り軸モータ３および主軸モータ６を駆動しＣ軸加工を行う。
このとき、起動信号を受け取った主軸負荷演算部１０はイナーシャ記憶部９から回転体のイナーシャデータを読み込み（Ｓ８）、次いで、次式２に示す関係式から切削負荷トルクを算出しモータトルク制限値演算部１１に出力する（Ｓ９）。

Ｔｆ＝Ｔｍ−Ｊ×（ｄｗ／ｄｔ）−Ｔｓ・・・・式２
但し、Ｊ×（ｄｗ／ｄｔ）：加速トルク、Ｔｆ：切削負荷トルク、Ｔｍ：モータ出力トルク、Ｔｓ：主軸制動トルクである。

モータトルク制限値演算部１１は次式３に従い入力した切削負荷トルク（Ｔｆ）に係数を乗算してモータトルク制限値（Ｔｃ）を計算しブレーキ駆動部１２に対し出力する（Ｓ１０）。このとき、モータトルク制限値演算部１１は計算したモータトルク制限値をもとにブレーキユニットが実際に発生させる主軸制動トルク（Ｔｓ）も同時に計算し切削負荷トルク演算部１０へ出力する。

Ｔｃ＝Ｂ×Ｔｆ・・・・式３
但し、Ｔｆ：切削負荷トルク、Ｔｃ：モータトルク制限値、Ｂ：係数である。

ブレーキ駆動部１２はモータのトルク制限値が入力されると、ブレーキが有効となる位置までブレーキ駆動モータ１３を回転させ、その後、モータトルク制限値演算部１１から出力されたトルク制限値をブレーキ駆動部モータ１３の最大トルクとして一定速度でモータを回転させる。ブレーキユニット１５はボールねじの回転動作により主軸回転部分に押し付けられ摩擦力によって主軸回転に対し所定の負荷を与える（Ｓ１１）。

最後に、加工プログラムが主軸と送り軸の補間指令で無い場合、数値制御部１は切削負荷トルク演算部１０に対し停止指令を出力し、切削負荷トルク演算部１０は切削負荷トルクを０としてモータトルク制限値演算部１１へ出力し、モータトルク制限値演算部１１は切削負荷トルクが０の場合はモータトルク制限値を０としてブレーキ駆動部１２へ出力し、ブレーキ駆動部１２はトルク制限値が０の場合はブレーキ駆動モータ１３を一定量逆転させブレーキを開放する（Ｓ１２）。

この実施の形態１によれば、制動力を主軸にかかる切削負荷から演算するので多様な切削条件のＣ軸加工に対し適切な制動をかけることができ、主軸モータの電気的なロスが少なく主軸の切削負荷による振動を抑制する効果がある。

この発明に係る主軸制動方法及びその装置は、数値制御工作機械のための主軸制動装置として用いられるのに適している。

この発明の実施の形態１を示す主軸制動装置の構成図である。この発明の実施の形態１を示す主軸制動装置の動作フロー図である。

符号の説明

１数値制御部、２送り軸駆動部、３送り軸駆動モータ、４送り軸駆動モータ用エンコーダ、５主軸駆動部、６主軸駆動モータ、５主軸駆動モータ用エンコーダ、８イナーシャ演算部、９イナーシャ記憶部、１０切削負荷トルク演算部、１１モータトルク制限値演算部、１２ブレーキ駆動部、１３ブレーキ駆動モータ、１４ブレーキ駆動モータ用エンコーダ、１５ブレーキユニット。

Claims

主軸の回転体のイナーシャを演算する段階と、この主軸イナーシャを記憶する主軸イナーシャ段階と、主軸にかかる切削負荷トルクを演算する段階と、この切削負荷トルクを元にブレーキ駆動用モータの最大トルクを制限する値を演算する段階と、このモータトルク制限値の値で前記ブレーキ駆動用モータを回転させ、直接主軸に制動をかける段階とを有することを特徴とする主軸制動方法。
主軸の回転体のイナーシャを演算する主軸イナーシャ演算手段と、この主軸イナーシャ演算手段にて演算された主軸イナーシャを記憶する主軸イナーシャ記憶手段と、主軸にかかる切削負荷トルクを演算する主軸負荷演算手段と、この主軸負荷演算手段にて演算した切削負荷トルクを元にブレーキ駆動用モータの最大トルクを制限する値を演算するモータトルク制限値演算手段と、このモータトルク制限値演算手段にて演算されたモータトルク制限値の値で前記ブレーキ駆動用モータを回転させ、直接主軸に制動をかけるブレーキユニットとを備えてなる主軸制動装置。