JP2017016623A - 工作機械における送り軸の位置制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位置制御装置は、位置指令値Pcと位置検出値Pdとの偏差Pdifを増幅する速度指令演算器2と、Pcを微分して得られる速度フィードフォワードVffと速度指令演算器2の出力とを加算して速度指令値Vcを出力する加算器4と、Vcと、可動部の速度検出値Vdとの偏差を増幅してフィードバックトルクTfbを出力するトルク指令演算器6と、Vffを微分し、モータ軸換算イナーシャを乗じて得られるトルクフィードフォワードTffとTfbとを加算してトルク指令値Tcを出力する加算器9と、Tcに応じてサーボモータを駆動する駆動手段と、偏差Pdifを参照信号refとしてrefと主軸の回転角度情報θとから、各切れ刃の影響が平準化されるように位置補正量Paddを算出する振れ量補正器31と、PaddをPcに重畳してPcを補正する加算器36と、を備えてなる。
【選択図】図1
Description
予め計測した各切れ刃の振れ量Ci(i=1〜Z)がC1=0[μm]、C2=20[μm]、C3=25[μm]であったとして、各切れ刃が♯1、♯2、♯3、♯1、♯2、♯3、・・の順でワークを加工していく場合、実際の加工代の増減分Di(i=1〜Z)は、D1=C1−C3=−25[μm]、D2=C2−C1=20[μm]、D3=C3−C2=5[μm]となる。仮に、指令上の加工代(1刃送り量)fzが80[μm]であったとすると、各切れ刃の実際の加工代fzi(i=1〜Z)は、fz1=fz+D1=55[μm]、fz2=fz+D2=100[μm]、fz3=fz+D3=85[μm]となり、突出して値が大きい♯2の切れ刃においてチッピングが発生しやすい状態となる。
前記位置指令値と前記位置検出器からの位置検出値との偏差を増幅する速度指令演算器と、
前記位置指令値を微分して得られる速度フィードフォワードと前記速度指令演算器の出力とを加算して速度指令値を出力する第1の加算器と、
前記速度指令値と、前記可動部の速度を速度検出器により検出、あるいは、前記位置検出値を微分して得た速度検出値との偏差を増幅してフィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記速度フィードフォワードを微分し、前記可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られるトルクフィードフォワードと前記フィードバックトルクとを加算してトルク指令値を出力する第2の加算器と、
前記トルク指令値に応じて前記サーボモータを駆動する駆動手段と、
前記位置指令値と前記位置検出器からの位置検出値との偏差を参照信号とし、前記上位装置から得られる前記主軸の回転角度情報と前記参照信号とから位置補正量を算出する振れ量補正器と、
前記位置補正量を前記位置指令値に重畳し、前記位置指令値を補正する第3の加算器と、を備え、
前記振れ量補正器は、前記参照信号から前記工具の切れ刃の振れ量を推定し、前記参照信号に現れる各前記切れ刃の影響が平準化されるように前記位置補正量を算出することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、主軸に装着した工具を回転させて被加工物を加工すると共に、サーボモータを用いて負荷を所定の直線軸方向へ駆動させる送り軸機構を備えた工作機械に設けられ、前記送り軸機構の可動部の位置を位置検出器により検出し、上位装置からの送り軸の位置指令値に従って前記可動部の位置を制御する送り軸の位置制御装置であって、
前記位置指令値と前記位置検出器からの位置検出値との偏差を増幅する速度指令演算器と、
前記位置指令値を微分して得られる速度フィードフォワードと前記速度指令演算器の出力とを加算して速度指令値を出力する第1の加算器と、
前記速度指令値と、前記可動部の速度を速度検出器により検出、あるいは、前記位置検出値を微分して得た速度検出値との偏差を増幅してフィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記速度フィードフォワードを微分し、前記可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られるトルクフィードフォワードと前記フィードバックトルクとを加算してトルク指令値を出力する第2の加算器と、
前記トルク指令値に応じて前記サーボモータを駆動する駆動手段と、
前記フィードバックトルクを参照信号とし、前記上位装置から得られる前記主軸の回転角度情報と前記参照信号とから位置補正量を算出する振れ量補正器と、
前記位置補正量を前記位置指令値に重畳し、前記位置指令値を補正する第3の加算器と、を備え、
前記振れ量補正器は、前記参照信号から前記工具の切れ刃の振れ量を推定し、前記参照信号に現れる各前記切れ刃の影響が平準化されるように前記位置補正量を算出することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、主軸に装着した工具を回転させて被加工物を加工すると共に、サーボモータを用いて負荷を所定の直線軸方向へ駆動させる送り軸機構を備えた工作機械に設けられ、前記送り軸機構の可動部の位置を位置検出器により検出し、上位装置からの送り軸の位置指令値に従って前記可動部の位置を制御する送り軸の位置制御装置であって、
前記位置指令値と前記位置検出器からの位置検出値との偏差を増幅する速度指令演算器と、
前記位置指令値を微分して得られる速度フィードフォワードと前記速度指令演算器の出力とを加算して速度指令値を出力する第1の加算器と、
前記速度指令値と、前記可動部の速度を速度検出器により検出、あるいは、前記位置検出値を微分して得た速度検出値との偏差を増幅してフィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記速度フィードフォワードを微分し、前記可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られるトルクフィードフォワードと前記フィードバックトルクとを加算してトルク指令値を出力する第2の加算器と、
前記トルク指令値に応じて前記サーボモータを駆動する駆動手段と、
前記速度検出値に、前記サーボモータ及び前記負荷からなる前記送り軸機構のノミナル値の逆特性を乗じて得た値と前記トルク指令値との差分をローパスフィルタに入力し、外乱推定値を得る外乱オブザーバと、
前記外乱推定値を参照信号とし、前記上位装置から得られる前記主軸の回転角度情報と、前記参照信号とから位置補正量を算出する振れ量補正器と、
前記位置補正量を前記位置指令値に重畳し、前記位置指令値を補正する第3の加算器と、を備え、
前記振れ量補正器は、前記参照信号から前記工具の切れ刃の振れ量を推定し、前記参照信号に現れる各前記切れ刃の影響が平準化されるように前記位置補正量を算出することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかの構成において、前記振れ量補正器は、前記参照信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークを各前記切れ刃と対応付けて検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で検出した前記参照信号の各前記切れ刃に対するピーク値から各前記切れ刃の加工代の増減分を推定する増減分推定部と、
前記増減分推定部で推定した各前記切れ刃の加工代の増減分から各前記切れ刃の振れ量を推定する振れ量推定部と、
各前記切れ刃が前記被加工物を加工するタイミングで、前記振れ量推定部で推定した各前記切れ刃の振れ量に基づいた補正量が印加されるよう前記位置補正量を決定する補正量決定部と、を備えることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかの構成において、前記工作機械は、第1軸と当該第1軸とは別に設置された第2軸とに係る2つの前記送り軸機構を少なくとも備え、
前記振れ量補正器は、
前記第1軸に係る前記参照信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークを各前記切れ刃と対応付けて検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で検出した前記参照信号の各前記切れ刃に対するピーク値から各前記切れ刃の加工代の増減分を推定する増減分推定部と、
前記増減分推定部で推定した各前記切れ刃の加工代の増減分から各前記切れ刃の振れ量を推定する振れ量推定部と、
各前記切れ刃が前記被加工物を加工するタイミングで、前記振れ量推定部で推定した各前記切れ刃の振れ量に基づいた補正量が印加されるよう前記第2軸に係る前記位置補正量を決定する補正量決定部と、を備えることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかの構成において、前記工作機械は、複数の送り軸に係る前記送り軸機構をそれぞれ備え、
前記振れ量補正器は、
前記参照信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークを各前記切れ刃と対応付けて検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で検出した前記参照信号の各前記切れ刃に対するピーク値から各前記切れ刃の加工代の増減分を推定する増減分推定部と、
前記増減分推定部で推定した各前記切れ刃の加工代の増減分から各前記切れ刃の振れ量を推定する振れ量推定部と、
各前記切れ刃が前記被加工物を加工するタイミングで、前記振れ量推定部で推定した各前記切れ刃の振れ量に基づいた補正量が印加されるよう各前記送り軸ごとの前記位置補正量を決定する補正量決定部と、を備えることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかの構成において、前記工作機械は、第1軸と当該第1軸とは別に設置された第2軸とに係る2つの前記送り軸機構を少なくとも備え、
前記振れ量補正器は、
前記第1軸に係る前記参照信号と前記第2軸に係る参照信号とを合成して得られる合成信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークを各前記切れ刃と対応付けて検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で検出した前記合成信号の各前記切れ刃に対するピーク値から各前記切れ刃の加工代の増減分を推定する増減分推定部と、
前記増減分推定部で推定した各前記切れ刃の加工代の増減分から各前記切れ刃の振れ量を推定する振れ量推定部と、
各前記切れ刃が前記被加工物を加工するタイミングで、前記振れ量推定部で推定した各前記切れ刃の振れ量に基づいた補正量が印加されるよう各軸ごとの前記位置補正量を決定する補正量決定部と、を備えることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項6の構成において、前記工作機械は、上位装置からの主軸速度指令値に従って前記主軸の回転速度を制御する主軸制御装置を備え、
前記主軸制御装置は、
前記主軸速度指令値と、前記主軸に取り付けられた主軸速度検出器により検出された主軸速度検出値、或いは前記主軸に取り付けられた主軸位置検出器により検出される主軸位置検出値を微分して得た主軸速度検出値との偏差を増幅して主軸トルク指令値を出力するトルク指令演算器と、
前記主軸トルク指令値に応じて主軸モータを駆動する駆動手段と、を備え、
前記振れ量補正器は、
前記主軸制御装置から得られる前記主軸トルク指令値を前記参照信号とすることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項6の構成において、前記工作機械は、上位装置からの主軸速度指令値に従って前記主軸の回転速度を制御する主軸制御装置を備え、
前記主軸制御装置は、
前記主軸速度指令値と、前記主軸に取り付けられた主軸速度検出器により検出された主軸速度検出値、或いは前記主軸に取り付けられた主軸位置検出器により検出される主軸位置検出値を微分して得た主軸速度検出値との偏差を増幅して主軸フィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記主軸速度指令値を微分し、前記主軸の可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られる主軸トルクフィードフォワードと前記主軸フィードバックトルクとを加算して主軸トルク指令値を出力する加算器と、
前記主軸トルク指令値に応じて主軸モータを駆動する駆動手段と、を備え、
前記振れ量補正器は、
前記主軸制御装置から得られる前記主軸フィードバックトルクを前記参照信号とすることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項6の構成において、前記工作機械は、上位装置からの主軸速度指令値に従って前記主軸の回転速度を制御する主軸制御装置を備え、
前記主軸制御装置は、
前記主軸速度指令値と、前記主軸に取り付けられた主軸速度検出器により検出された主軸速度検出値、或いは前記主軸に取り付けられた主軸位置検出器により検出される主軸位置検出値を微分して得た主軸速度検出値との偏差を増幅して主軸フィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記主軸速度指令値を微分し、前記主軸の可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られる主軸トルクフィードフォワードと前記主軸フィードバックトルクとを加算して主軸トルク指令値を出力する加算器と、
前記主軸トルク指令値に応じて主軸モータを駆動する駆動手段と、
前記主軸速度検出値に、前記主軸モータのノミナル値の逆特性を乗じて得た値と前記主軸トルク指令値との差分をローパスフィルタに入力し、主軸外乱推定値を得る外乱オブザーバと、を備え、
前記振れ量補正器は、
前記主軸制御装置から得られる前記主軸外乱推定値を前記参照信号とすることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項1乃至10の何れかの構成において、前記位置補正量の大きさが予め設定された前記切れ刃の振れ量のアラーム検出レベルを超えたことを報知する報知手段を設けるか、或いは前記位置補正量を画面出力部に表示するかしてオペレータに注意喚起することを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項4乃至7の何れかの構成において、前記振れ量補正器は、前記参照信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークによって形成されるピーク間の極小値を監視し、前記ピーク間の極小値が予め設定された推定許可レベル範囲内の場合に前記振れ量推定部で各前記切れ刃の振れ量を推定し、前記ピーク間の極小値が前記推定許可レベルの範囲外の場合は直前の各前記切れ刃の振れ量の推定値を前記振れ量推定部の出力とすることを特徴とする。
図1〜図3は、本発明に係る工作機械の送り軸の位置制御装置の各実施例1〜3を示すブロック図である。各実施例に共通して、工作機械は、例えばベッドに立設したコラムの前面に、工具が装着される主軸を有する主軸頭を、X軸制御ユニット及びZ軸制御ユニットによってX軸方向及びZ軸方向へ移動制御可能に設けると共に、ベッド上に、Y軸制御ユニットによってY軸方向へ移動制御可能なテーブルを設けて、テーブル上に被加工物を固定可能とした周知のものが考えられる。ここで使用される工具は、複数の切れ刃を周方向に等間隔で同心円上に備えたものとなっている。
この振れ量補正器31は、図4に示すように、ピーク検出部32と、増減分推定部33と、振れ量推定部34と、補正量決定部35と、を備える。
ピーク検出部32は、主軸の回転角度情報θから工具のどの切れ刃で加工が行われているかを特定し、同時に参照信号refを監視し、当該切れ刃でワークの削り取りを行った影響で現れる波形のピーク値を検出する。ここで検出される波形のピーク値は実際の加工代fzi(i=1〜Z)と相関を持った値であり、実際の加工代fziが大きければピーク値も大きな値として、実際の加工代fziが小さければピーク値も小さな値として検出される。なお、当該切れ刃でワークの削り取りを行った影響で現れる波形のピーク値は、主軸が1回転する間に工具の刃数Zの数だけ、おおよそ切れ刃が取り付けられた間隔で検出される。
更に、振れ量推定部34は、推定された各切れ刃の加工代の増減分Diから各切れ刃の振れ量Ciを算出する。
そして、補正量決定部35では、次回、当該切れ刃でワークの削り取りが行われる際に、振れ量推定部34で算出した切れ刃の振れ量Ciに合わせた補正量を印加できるよう位置補正量Paddを決定する。
また、このピーク検出部32から補正量決定部35までの動作を、参照信号refに現れるピーク値が平準化されるまで、繰返し行うことによって、切れ刃の振れ量Ciに対する推定精度を高めることができる。
Di={Prefi−Σ(Prefi)/Z}×KD ・・(1)
Ci=(Di−Di+1)/3 (ただしDz+1=D1とする) ・・(2)
Ri=−Ci+Ri・z-1 (ただしRi・z-1はRiの前回値を表す) ・・(3)
Ci=(Di−2Di+1−Di+2)/4(但し、DZ+1=D1、DZ+2=D2とする)・・(4)
上記(2)式、(4)式は、ΣCi=0、ΣDi=0の条件の下、下記(5)式で任意の刃数Zに対し、一般化される式で、(5)式は、Di=Ci−Ci−1を行列表現した下記(6)式の最下段:DZ=−CZ−1+CZに、0=C1+C2+・・+CZ(∵ΣCi=0)を加算することで得られる関係式である。
この振れ量補正器51は、ピーク検出部52と、増減分推定部33と、振れ量推定部34と、補正量決定部55とを備える。図4の振れ量補正器31と異なるのは、振れ量補正器31のピーク検出部32には参照信号refが入力されて、補正量決定部35が参照信号refと同一制御軸の位置補正量Paddを出力していたのに対し、ここでのピーク検出部52では、第1軸の参照信号ref_1が入力されて、補正量決定部55は、参照信号ref_1と異なる第2軸の位置補正量Padd_2を出力している点である。主軸の回転角度情報θから工具のどの切れ刃で当該軸方向に加工が行われているかを判別しながら補正を行う動作は同じである。
そこで、図9に示す第2変更例のように振れ量補正器61を構成すると、加工方向及びその直交方向のそれぞれで切削負荷を平準化することができる。
この振れ量補正器61は、ピーク検出部32と、増減分推定部33と、振れ量推定部34と、補正量決定部65とを備える。図4の振れ量補正器31と異なるのは、振れ量補正器31の補正量決定部35が1軸方向の位置補正量Paddを出力していたのに対し、ここでの補正量決定部65は、第1軸の位置補正量Padd_1と、第2軸の位置補正量Padd_2との双方を出力する点である。主軸の回転角度情報θから工具のどの切れ刃で当該軸方向に加工が行われているかを判別しながら補正を行う動作は同じである。
なお、ここで補正対象となる軸は2軸に限定する必要はなく、機械構成に応じて適宜追加することも可能である。また、位置補正量も軸構成や加工方向に応じて適宜分配することも可能である。
そこで、図10に示す第3変更例のように振れ量補正器71を構成すると、加工方向と制御軸方向とが異なる場合でも、適切に切削負荷を平準化することができる。
この振れ量補正器71は、ピーク検出部72と、増減分推定部33と、振れ量補正部34と、補正量決定部65とを備える。図9の振れ量補正器61と異なるのは、振れ量補正器61のピーク検出部32には、1つの軸の参照信号refを入力していたのに対し、ここでのピーク検出部72には、第1軸の参照信号ref_1と、第2軸の参照信号ref_2との複数の参照信号が入力され、制御軸構成に基づき内部で両信号を合成し、加工方向成分、或いは直交方向成分に相当する合成信号を算出する点及び、この合成信号に対して各切れ刃の影響で現れる波形のピークを各切れ刃と対応付けて検出する点である。
なお、ここで入力となる参照信号は2軸に限定する必要はなく、機械構成に応じて適宜追加することも可能である。
図11では、この差分がトルク指令演算器86で増幅されて主軸トルク指令値TCとなり、図12,13では、この差分がトルク指令演算器86で増幅されて主軸フィードバックトルクTfbとなる。この主軸フィードバックトルクTfbは、主軸速度指令値VCを微分器87で微分した後、対象プラント90における主軸可動部のモータ軸換算イナーシャ88を乗じて算出される主軸トルクフィードフォワードTffと加算器89で加算され、主軸トルク指令値TCとなる。
対象プラント90は、駆動手段としての図示しない電流制御部の制御により、主軸トルク指令値TCに相当するトルクを、対象プラント90内の主軸モータで発生させ、主軸に装着した工具を回転させる。
また、図11〜13の主軸制御装置では、主軸速度検出値Vdを積分、或いは主軸位置検出器から直接得られる主軸位置検出値を主軸の回転角度情報θとすることができ、この主軸の回転角度情報θと参照信号refとを振れ量補正器61へ入力することで、送り軸各軸の位置補正量Padd_1、Padd_2を算出する。
なお、図14,15において、入力となる位置補正量Padd(又はPadd_1、Padd_2)は、補正量決定部35(又は55,65)の内部で算出される各切れ刃に対する補正量Ri(i=1〜Z)で代替することも可能である。
図18において、39は、ボトム検出部で、参照信号ref(又はref_1、ref_2)から各切れ刃に対応した参照信号refの極小値(最小値)を検出し、比較器40で予め設定された推定許可レベルPM-Levelと比較する。比較の結果、参照信号refの極小値(最小値)が許可レベルPM-Level以下の場合は定常的に切削負荷が加わっていない、即ち単一切れ刃で加工が行われている状態と判断し、振れ量推定部34に推定許可PERMITを出力する。この場合、振れ量推定部34は、増減分推定部33で推定された各切れ刃の加工代の増減分Diから各切れ刃の振れ量Ciを算出して補正量決定部35,55,65に出力する。反対に、参照信号refの極小値(最小値)が許可レベルPM-Levelを超えた場合は被加工物43に切れ刃42が複数、同時に接触した状態にあると判断し、振れ量推定部34に推定許可PERMITを出力せず、切れ刃42の振れ量の推定を中断・禁止する。この場合、補正量決定部35,55,65は、直前に算出した各切れ刃の振れ量Ciを振れ量推定部34の出力として位置補正量Padd(又はPadd_1,Padd_2)を決定する。
Claims (12)
- 主軸に装着した工具を回転させて被加工物を加工すると共に、サーボモータを用いて負荷を所定の直線軸方向へ駆動させる送り軸機構を備えた工作機械に設けられ、前記送り軸機構の可動部の位置を位置検出器により検出し、上位装置からの送り軸の位置指令値に従って前記可動部の位置を制御する送り軸の位置制御装置であって、
前記位置指令値と前記位置検出器からの位置検出値との偏差を増幅する速度指令演算器と、
前記位置指令値を微分して得られる速度フィードフォワードと前記速度指令演算器の出力とを加算して速度指令値を出力する第1の加算器と、
前記速度指令値と、前記可動部の速度を速度検出器により検出、あるいは、前記位置検出値を微分して得た速度検出値との偏差を増幅してフィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記速度フィードフォワードを微分し、前記可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られるトルクフィードフォワードと前記フィードバックトルクとを加算してトルク指令値を出力する第2の加算器と、
前記トルク指令値に応じて前記サーボモータを駆動する駆動手段と、
前記位置指令値と前記位置検出器からの位置検出値との偏差を参照信号とし、前記上位装置から得られる前記主軸の回転角度情報と前記参照信号とから位置補正量を算出する振れ量補正器と、
前記位置補正量を前記位置指令値に重畳し、前記位置指令値を補正する第3の加算器と、を備え、
前記振れ量補正器は、前記参照信号から前記工具の切れ刃の振れ量を推定し、前記参照信号に現れる各前記切れ刃の影響が平準化されるように前記位置補正量を算出することを特徴とする工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 主軸に装着した工具を回転させて被加工物を加工すると共に、サーボモータを用いて負荷を所定の直線軸方向へ駆動させる送り軸機構を備えた工作機械に設けられ、前記送り軸機構の可動部の位置を位置検出器により検出し、上位装置からの送り軸の位置指令値に従って前記可動部の位置を制御する送り軸の位置制御装置であって、
前記位置指令値と前記位置検出器からの位置検出値との偏差を増幅する速度指令演算器と、
前記位置指令値を微分して得られる速度フィードフォワードと前記速度指令演算器の出力とを加算して速度指令値を出力する第1の加算器と、
前記速度指令値と、前記可動部の速度を速度検出器により検出、あるいは、前記位置検出値を微分して得た速度検出値との偏差を増幅してフィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記速度フィードフォワードを微分し、前記可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られるトルクフィードフォワードと前記フィードバックトルクとを加算してトルク指令値を出力する第2の加算器と、
前記トルク指令値に応じて前記サーボモータを駆動する駆動手段と、
前記フィードバックトルクを参照信号とし、前記上位装置から得られる前記主軸の回転角度情報と前記参照信号とから位置補正量を算出する振れ量補正器と、
前記位置補正量を前記位置指令値に重畳し、前記位置指令値を補正する第3の加算器と、を備え、
前記振れ量補正器は、前記参照信号から前記工具の切れ刃の振れ量を推定し、前記参照信号に現れる各前記切れ刃の影響が平準化されるように前記位置補正量を算出することを特徴とする工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 主軸に装着した工具を回転させて被加工物を加工すると共に、サーボモータを用いて負荷を所定の直線軸方向へ駆動させる送り軸機構を備えた工作機械に設けられ、前記送り軸機構の可動部の位置を位置検出器により検出し、上位装置からの送り軸の位置指令値に従って前記可動部の位置を制御する送り軸の位置制御装置であって、
前記位置指令値と前記位置検出器からの位置検出値との偏差を増幅する速度指令演算器と、
前記位置指令値を微分して得られる速度フィードフォワードと前記速度指令演算器の出力とを加算して速度指令値を出力する第1の加算器と、
前記速度指令値と、前記可動部の速度を速度検出器により検出、あるいは、前記位置検出値を微分して得た速度検出値との偏差を増幅してフィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記速度フィードフォワードを微分し、前記可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られるトルクフィードフォワードと前記フィードバックトルクとを加算してトルク指令値を出力する第2の加算器と、
前記トルク指令値に応じて前記サーボモータを駆動する駆動手段と、
前記速度検出値に、前記サーボモータ及び前記負荷からなる前記送り軸機構のノミナル値の逆特性を乗じて得た値と前記トルク指令値との差分をローパスフィルタに入力し、外乱推定値を得る外乱オブザーバと、
前記外乱推定値を参照信号とし、前記上位装置から得られる前記主軸の回転角度情報と、前記参照信号とから位置補正量を算出する振れ量補正器と、
前記位置補正量を前記位置指令値に重畳し、前記位置指令値を補正する第3の加算器と、を備え、
前記振れ量補正器は、前記参照信号から前記工具の切れ刃の振れ量を推定し、前記参照信号に現れる各前記切れ刃の影響が平準化されるように前記位置補正量を算出することを特徴とする工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 前記振れ量補正器は、
前記参照信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークを各前記切れ刃と対応付けて検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で検出した前記参照信号の各前記切れ刃に対するピーク値から各前記切れ刃の加工代の増減分を推定する増減分推定部と、
前記増減分推定部で推定した各前記切れ刃の加工代の増減分から各前記切れ刃の振れ量を推定する振れ量推定部と、
各前記切れ刃が前記被加工物を加工するタイミングで、前記振れ量推定部で推定した各前記切れ刃の振れ量に基づいた補正量が印加されるよう前記位置補正量を決定する補正量決定部と、を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 前記工作機械は、第1軸と当該第1軸とは別に設置された第2軸とに係る2つの前記送り軸機構を少なくとも備え、
前記振れ量補正器は、
前記第1軸に係る前記参照信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークを各前記切れ刃と対応付けて検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で検出した前記参照信号の各前記切れ刃に対するピーク値から各前記切れ刃の加工代の増減分を推定する増減分推定部と、
前記増減分推定部で推定した各前記切れ刃の加工代の増減分から各前記切れ刃の振れ量を推定する振れ量推定部と、
各前記切れ刃が前記被加工物を加工するタイミングで、前記振れ量推定部で推定した各前記切れ刃の振れ量に基づいた補正量が印加されるよう前記第2軸に係る前記位置補正量を決定する補正量決定部と、を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 前記工作機械は、複数の送り軸に係る前記送り軸機構をそれぞれ備え、
前記振れ量補正器は、
前記参照信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークを各前記切れ刃と対応付けて検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で検出した前記参照信号の各前記切れ刃に対するピーク値から各前記切れ刃の加工代の増減分を推定する増減分推定部と、
前記増減分推定部で推定した各前記切れ刃の加工代の増減分から各前記切れ刃の振れ量を推定する振れ量推定部と、
各前記切れ刃が前記被加工物を加工するタイミングで、前記振れ量推定部で推定した各前記切れ刃の振れ量に基づいた補正量が印加されるよう各前記送り軸ごとの前記位置補正量を決定する補正量決定部と、を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 前記工作機械は、第1軸と当該第1軸とは別に設置された第2軸とに係る2つの前記送り軸機構を少なくとも備え、
前記振れ量補正器は、
前記第1軸に係る前記参照信号と前記第2軸に係る参照信号とを合成して得られる合成信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークを各前記切れ刃と対応付けて検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で検出した前記合成信号の各前記切れ刃に対するピーク値から各前記切れ刃の加工代の増減分を推定する増減分推定部と、
前記増減分推定部で推定した各前記切れ刃の加工代の増減分から各前記切れ刃の振れ量を推定する振れ量推定部と、
各前記切れ刃が前記被加工物を加工するタイミングで、前記振れ量推定部で推定した各前記切れ刃の振れ量に基づいた補正量が印加されるよう各軸ごとの前記位置補正量を決定する補正量決定部と、を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 前記工作機械は、上位装置からの主軸速度指令値に従って前記主軸の回転速度を制御する主軸制御装置を備え、
前記主軸制御装置は、
前記主軸速度指令値と、前記主軸に取り付けられた主軸速度検出器により検出された主軸速度検出値、或いは前記主軸に取り付けられた主軸位置検出器により検出される主軸位置検出値を微分して得た主軸速度検出値との偏差を増幅して主軸トルク指令値を出力するトルク指令演算器と、
前記主軸トルク指令値に応じて主軸モータを駆動する駆動手段と、を備え、
前記振れ量補正器は、
前記主軸制御装置から得られる前記主軸トルク指令値を前記参照信号とすることを特徴とする請求項6に記載の工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 前記工作機械は、上位装置からの主軸速度指令値に従って前記主軸の回転速度を制御する主軸制御装置を備え、
前記主軸制御装置は、
前記主軸速度指令値と、前記主軸に取り付けられた主軸速度検出器により検出された主軸速度検出値、或いは前記主軸に取り付けられた主軸位置検出器により検出される主軸位置検出値を微分して得た主軸速度検出値との偏差を増幅して主軸フィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記主軸速度指令値を微分し、前記主軸の可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られる主軸トルクフィードフォワードと前記主軸フィードバックトルクとを加算して主軸トルク指令値を出力する加算器と、
前記主軸トルク指令値に応じて主軸モータを駆動する駆動手段と、を備え、
前記振れ量補正器は、
前記主軸制御装置から得られる前記主軸フィードバックトルクを前記参照信号とすることを特徴とする請求項6に記載の工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 前記工作機械は、上位装置からの主軸速度指令値に従って前記主軸の回転速度を制御する主軸制御装置を備え、
前記主軸制御装置は、
前記主軸速度指令値と、前記主軸に取り付けられた主軸速度検出器により検出された主軸速度検出値、或いは前記主軸に取り付けられた主軸位置検出器により検出される主軸位置検出値を微分して得た主軸速度検出値との偏差を増幅して主軸フィードバックトルクを出力するトルク指令演算器と、
前記主軸速度指令値を微分し、前記主軸の可動部のモータ軸換算イナーシャを乗じて得られる主軸トルクフィードフォワードと前記主軸フィードバックトルクとを加算して主軸トルク指令値を出力する加算器と、
前記主軸トルク指令値に応じて主軸モータを駆動する駆動手段と、
前記主軸速度検出値に、前記主軸モータのノミナル値の逆特性を乗じて得た値と前記主軸トルク指令値との差分をローパスフィルタに入力し、主軸外乱推定値を得る外乱オブザーバと、を備え、
前記振れ量補正器は、
前記主軸制御装置から得られる前記主軸外乱推定値を前記参照信号とすることを特徴とする請求項6に記載の工作機械における送り軸の位置制御装置。 - 前記位置補正量の大きさが予め設定された前記切れ刃の振れ量のアラーム検出レベルを超えたことを報知する報知手段を設けるか、或いは前記位置補正量を画面出力部に表示するかしてオペレータに注意喚起することを特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の工作機械における送り軸の位置制御装置。
- 前記振れ量補正器は、
前記参照信号に各前記切れ刃の影響で現れる波形のピークによって形成されるピーク間の極小値を監視し、前記ピーク間の極小値が予め設定された推定許可レベル範囲内の場合に前記振れ量推定部で各前記切れ刃の振れ量を推定し、前記ピーク間の極小値が前記推定許可レベルの範囲外の場合は直前の各前記切れ刃の振れ量の推定値を前記振れ量推定部の出力とすることを特徴とする請求項4乃至7の何れかに記載の工作機械における送り軸の位置制御装置。
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