JP2021060809A - Machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool.
工作機械は、工具を取り付けた主軸とワークを支持するワーク支持部との相対的な位置を様々に変化させながらワークに対して加工を行う。近年、主軸とワーク支持部との相対位置をＸＹＺの３軸に調整可能な工作機械に、ＸＹＺ軸以外の付加軸を更に搭載することにより、工程集約加工を行う工作機械の需要が高まっている。これによれば、ワークのワンチャッキング加工が可能であるため、工具の取り付け誤差の低減により加工精度の安定に寄与することができる。更に、加工時間の短縮を図ることも可能である。 The machine tool processes the work while changing the relative positions of the spindle to which the tool is attached and the work support portion that supports the work in various ways. In recent years, there has been an increasing demand for machine tools that perform process-intensive machining by further mounting additional shafts other than the XYZ shafts on machine tools that can adjust the relative positions of the spindle and work support to the three axes of XYZ. .. According to this, since one-chucking machining of the work is possible, it is possible to contribute to the stability of machining accuracy by reducing the mounting error of the tool. Further, it is possible to shorten the processing time.
しかしながら、付加軸に沿って主軸とワーク支持部との相対位置を調整しながら加工を行う場合、ワークの加工部位は、各軸からの振動や外乱等の影響を受け易く、ワークの加工面質不良を発生させる場合がある。 However, when machining is performed while adjusting the relative position between the spindle and the work support along the additional shaft, the machined part of the work is easily affected by vibrations and disturbances from each shaft, and the machined surface quality of the work. May cause defects.
ワークの加工面質不良は、各軸からの振動や外乱等の影響によって、各軸のモータを回転駆動させるための指令値が示す位置とそのモータが回転駆動した際の実位置との差分であるエラー量が増大することによって発生する。そのため、ＸＹＺ軸以外に付加軸を有する多軸の工作機械において、各軸のモータのエラー量を低減して、ワークの加工面質を向上させることが望まれている。 Poor work surface quality is the difference between the position indicated by the command value for rotationally driving the motor of each axis and the actual position when the motor is rotationally driven due to the influence of vibration or disturbance from each axis. It is caused by an increase in the amount of an error. Therefore, in a multi-axis machine tool having an additional axis other than the XYZ axis, it is desired to reduce the error amount of the motor of each axis and improve the machined surface quality of the work.
本開示の一態様は、工具が取り付けられる主軸と、ワークを支持するワーク支持部と、前記主軸と前記ワーク支持部との相対位置を互いに交差する複数の軸方向に沿って移動させる複数の軸モータと、前記複数の軸モータのそれぞれの位相を検出する複数の位相検出器と、前記複数の軸モータの回転駆動をそれぞれ制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記複数の軸モータをそれぞれ回転駆動させる指令値に対する実位置を前記複数の位相検出器によってそれぞれ検出し、前記実位置と前記指令値との差分をエラー量として算出するとともに、前記エラー量が所定の閾値を外れる場合に、前記エラー量が前記閾値内に収まるように、前記複数の軸モータのうちの前記閾値を外れた前記軸モータに対するゲインを調整する、工作機械である。 One aspect of the present disclosure is a plurality of axes that move the main shaft to which the tool is attached, the work support portion that supports the work, and the relative positions of the main shaft and the work support portion along a plurality of axial directions that intersect each other. A motor, a plurality of phase detectors for detecting the respective phases of the plurality of shaft motors, and a control device for controlling the rotational drive of the plurality of shaft motors are provided, and the control device comprises the plurality of shafts. The actual position with respect to the command value for driving the motor to rotate is detected by the plurality of phase detectors, the difference between the actual position and the command value is calculated as an error amount, and the error amount deviates from a predetermined threshold value. In this case, the machine tool adjusts the gain of the shaft motor out of the plurality of shaft motors so that the error amount falls within the threshold value.
本開示の一態様によれば、複数の軸を有する工作機械において、ワークの加工時における各軸モータのエラー量を低減して、ワークの加工面質を向上させることが可能である。 According to one aspect of the present disclosure, in a machine tool having a plurality of shafts, it is possible to reduce the error amount of each shaft motor at the time of machining the work and improve the machined surface quality of the work.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、工作機械１は、ベース部２と、ベース部２から上方に向かって延びるコラム部３と、コラム部３の前面側に設けられる主軸ユニット４と、複数の工具Ｔｂが着脱可能に取り付けられるタレット５と、ベース部２上に設けられるテーブルユニット６と、テーブルユニット６上に配置される付加軸ユニット７と、コラム部３の後方側に配置される制御装置１００と、を備える。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ベース部２は、例えば、レベリングボルト、アンカーボルト等を使用して、工作機械１の使用場所に設置される。コラム部３は、図２に示すように、ベース部２の後部側（図２における右側）の上面からＺ軸方向に沿って上方に延びている。コラム部３の前面側（図２における左側）には、主軸ユニット４を、制御装置１００によって制御されるＺ軸モータ３２の回転駆動によってＺ軸方向に沿って上下移動させる主軸ユニット移動機構部３１が設けられる。
The
主軸ユニット４は、コラム部３の主軸ユニット移動機構部３１に取り付けられる。主軸ユニット４は、先端に工具Ｔａが着脱可能に取り付けられる主軸４１と、主軸４１を主軸ユニット移動機構部３１に対して支持する支持部４２と、主軸４１を回転駆動させる主軸モータ４３と、を有する。主軸４１は、支持部４２を介して、主軸ユニット移動機構部３１によってＺ軸方向に沿って上下移動可能である。主軸４１は、制御装置１００によって制御される主軸モータ４３の回転駆動によって、工具Ｔａを回転させ、その下方に配置されるワークＷに対して加工を行う。
The
タレット５は、放射状に配置される複数の工具Ｔｂを有し、主軸ユニット４の前面側に回転可能に配置される。各工具Ｔｂは、タレット５に着脱可能に取り付けられている。主軸４１は、工具交換位置に移動した際に、先端の工具Ｔａを、タレット５に取り付けられたいずれかの工具Ｔｂと自動的に交換可能である。
The
テーブルユニット６は、ベース部２の上面におけるコラム部３の前方（図２における左方）に配置されるＹ軸移動機構部６１と、Ｙ軸移動機構部６１上に配置されるＸ軸移動機構部６２と、Ｘ軸移動機構部６２上に配置されるＸ−Ｙテーブル６３と、を有する。
The
Ｙ軸移動機構部６１は、ベース部２の上面に配置され、Ｙ軸方向に延びている。Ｙ軸移動機構部６１は、制御装置１００によって制御されるＹ軸モータ６４の回転駆動によって、Ｘ軸移動機構部６２及びＸ−Ｙテーブル６３の全体をＹ軸方向に沿って移動させる。
The Y-axis
Ｘ軸移動機構部６２は、Ｙ軸移動機構部６１上でＹ軸方向と直交するＸ軸方向に延びている。Ｘ軸移動機構部６２は、制御装置１００によって制御されるＸ軸モータ６５の回転駆動によって、Ｘ−Ｙテーブル６３をＸ軸方向に移動させる。したがって、Ｘ−Ｙテーブル６３は、Ｙ軸移動機構部６１及びＸ軸移動機構部６２によって、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に移動可能である。
The X-axis
付加軸ユニット７は、Ｘ−Ｙテーブル６３上に設けられ、Ｘ−Ｙテーブル６３と一緒にＹ軸方向及びＸ軸方向に移動可能に設けられる。本実施形態の付加軸ユニット７は、付加軸モータ７１と、付加軸モータ７１に対向して配置されるプレート押さえ部７２と、付加軸モータ７１とプレート押さえ部７２との間に配置されるワーク支持プレート７３と、を有する。ワーク支持プレート７３は、その表面に加工対象であるワークＷを載置して支持するワーク支持部である。
The
付加軸モータ７１は、Ｘ−Ｙテーブル６３上のＸ軸方向に沿う一方端部に固定されている。付加軸モータ７１の回転軸は、Ｘ軸に平行に配置される。付加軸モータ７１は、回転力を減速機等のギヤを介さずに直接伝達させるダイレクトドライブ方式のモータであり、制御装置１００によって制御される。
The
プレート押さえ部７２は、Ｘ−Ｙテーブル６３上において付加軸モータ７１が配置される端部と反対側の端部に配置され、付加軸モータ７１の回転軸の延長上に位置している。プレート押さえ部７２は、付加軸モータ７１の面板７１１に対向している。
The
ワーク支持プレート７３は、付加軸モータ７１の面板７１１に対して垂直に突出するように取り付けられ、プレート押さえ部７２側の端部がプレート押さえ部７２によって回転可能に支持されている。ワーク支持プレート７３は、上面にワークＷを支持し、付加軸モータ７１の回転駆動によってワークＷのＸ軸周りの位置を調整し、工具Ｔａに対する所定角度の割り出しを行う。
The
本実施形態の付加軸ユニット７は、ワーク支持プレート７３の一方端部のみに付加軸モータ７１を配置した片持ちタイプである。しかし、付加軸ユニット７は、ワーク支持プレート７３の両端部にそれぞれ付加軸モータ７１が配置される両持ちタイプであってもよい。また、付加軸ユニット７は、ワーク支持プレート７３を用いずに、ワークＷを付加軸モータ７１の面板７１１に直接固定してＸ軸周りの割り出しを行うように構成されてもよい。この場合、付加軸モータ７１の面板７１１がワーク支持部を構成する。
The
以上のように、工作機械１は、Ｘ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４及びＺ軸モータ３２の回転駆動によって、ワークＷに対してＸＹＺの３軸方向の加工を行うことができることに加え、付加軸モータ７１の回転駆動によって、ワークＷに対してＸ軸周りに沿う方向の加工を行うことができる。そのため、この工作機械１は、ワークＷに対して複雑且つ高精度なワンチャッキング加工を行うことができる。
As described above, in addition to being able to perform machining of the work W in the three axes of XYZ by rotationally driving the
Ｘ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１には、例えば同期モータ等のサーボモータを用いることができる。Ｘ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１は、それぞれ回転駆動した際の位相を検出するためのパルスコーダ等からなるＸ軸位相センサ６５ｂ、Ｙ軸位相センサ６４ｂ、Ｚ軸位相センサ３２ｂ及び付加軸位相センサ７１ｂをそれぞれ有する。これら各位相センサ６５ｂ，６４ｂ，３２ｂ，７１ｂの検出信号は、制御装置１００に送られる。
As the
制御装置１００は、図３に示すように、ＣＰＵ等を有するプロセッサ１０１と、液晶表示装置等の表示装置１０２と、操作盤等の入力部１０３と、他の工作機械等との送受信を行う送受信部１０４と、不揮発性ストレージ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する記憶部１０５と、を有する。表示装置１０２がタッチスクリーン機能を有する場合は、表示装置１０２も入力部として機能する。更に、制御装置１００は、主軸モータ４３、Ｘ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１にそれぞれ対応するサーボ制御器４３ａ，６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａを有する。主軸モータ４３、Ｘ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１の回転駆動は、対応するサーボ制御器４３ａ，６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａを介して、制御装置１００によって制御される。
As shown in FIG. 3, the
入力部１０３は、ポータブルな操作盤、タブレットコンピュータ等であってもよい。これらの場合、入力部１０３に表示装置１０２の一部又は全部を設けることができる。表示装置１０２は、制御装置１００と別体に設けられてもよい。
The
記憶部１０５には、工作機械１の各動作を制御するシステムプログラム１０５ａと、ワークＷに応じて設けられる複数の加工プログラム１０５ｂと、少なくともＸ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１に対するゲインを調整するためのゲイン調整プログラム１０５ｃと、が格納されている。
The
制御装置１００は、加工プログラム１０５ｂの一連のコマンドに従って、各サーボ制御器４３ａ，６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに対して所定の指令値を送信する。指令値は、サーボ制御器４３ａを介して主軸モータ４３を所定の回転数で回転駆動させるとともに、サーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａを介してＸ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１を所定の位置（位相）に回転駆動させるための制御指令信号である。サーボ制御器４３ａ，６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａは、その指令値に基づいて、対応する主軸モータ４３、Ｘ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１に対してそれぞれ駆動信号を出力し、各軸モータ４３，６５，６４，３２，７１を回転駆動させる。これによって、主軸４１の工具Ｔａが回転するとともに、工具ＴａとワークＷとの相対位置がＸＹＺ軸及び付加軸に沿って様々に調整される。
The
ゲイン調整プログラム１０５ｃは、少なくともサーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに予め設定される加減速パラメータの一つであるゲインを調整する。ゲイン調整プログラム１０５ｃで調整されるゲインは、速度ループ比例ゲイン、速度ループ積分ゲイン等の動作速度に関するゲイン、位置ループ比例ゲイン、及びその他の公知のゲインのうちの少なくとも１つを含む。ゲインの調整によって、指令値に対するＸ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１の回転駆動時の応答性がそれぞれ自動的に調整される。
The
ゲイン調整プログラム１０５ｃによるゲイン調整は、ワークＷに対する加工作業の開始後に、予め設定された所定の制御周期で、ＸＹＺ軸及び付加軸のエラー量に応じて実行される。エラー量は、指令値に基づくサーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａからの駆動信号によってＸ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１が回転駆動した際の各軸モータ６５，６４，３２，７１の位相の実位置と指令値が示す位置との差分である。各軸モータ６５，６４，３２，７１の位相の実位置は、対応するＸ軸位相センサ６５ｂ、Ｙ軸位相センサ６４ｂ、Ｚ軸位相センサ３２ｂ及び付加軸位相センサ７１ｂによって検出される。
The gain adjustment by the
図１１は、ゲイン調整を実行せずに、ワークＷとしてポンプのインペラーの翼を加工した場合における付加軸モータ７１に対する指令値が示す位置と、そのときの付加軸モータ７１の位相の実位置とを視覚的に示している。翼の曲面に対応して滑らかな曲線を描く指令値に対し、付加軸モータ７１の位相の実位置は、指令値に追従するように変化しているものの、指令値に完全に一致しておらず、指令値が示す位置に対してずれている。そのずれ量がエラー量に相当する。エラー量は、指令値に対する各軸モータ６５，６４，３２，７１の応答速度の遅速の大きさである。図１１中において、一部のエラー量をハッチングで示している。また、図１２のグラフは、同様にゲイン調整を実行せずにインペラーの翼を加工した場合のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及び付加軸の各エラー量と、各軸のエラー量の合成値とを示している。横軸は時間であり、縦軸はエラー量の大きさを示す。各軸のグラフの左端がそれぞれエラー量０（基点）を示している。
FIG. 11 shows the position indicated by the command value for the
図１１及び図１２に示されるように、エラー量は、加工点がインペラーの翼の表面から裏面に移行する際に大きく発生し、特に付加軸に多く発生している。インペラーが付加軸（Ｘ軸）周りに回転することによって、加工点がインペラーの翼の表面から裏面に移行する際に、付加軸以外の軸からの振動や外乱等の影響を受け易くなるためであると考えられる。その結果、インペラーの翼の表面には、エラーに起因する加工筋による加工面質不良が発生する。 As shown in FIGS. 11 and 12, the error amount is large when the machining point shifts from the front surface to the back surface of the impeller blade, and is particularly large in the additional shaft. This is because the impeller rotates around the additional axis (X axis), and when the machining point shifts from the front surface to the back surface of the impeller blade, it is easily affected by vibrations and disturbances from axes other than the additional axis. It is believed that there is. As a result, on the surface of the impeller blade, a machined surface quality defect due to a machined streak caused by an error occurs.
ゲイン調整プログラム１０５ｃは、Ｘ軸位相センサ６５ｂ、Ｙ軸位相センサ６４ｂ、Ｚ軸位相センサ３２ｂ及び付加軸位相センサ７１ｂからそれぞれ送られるＸ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１の位相の実位置を示す検出信号と指令値とに基づいてエラー量を算出する機能と、その算出されたエラー量を予め設定されている閾値と比較し、エラー量が閾値から外れているか否かを判定する機能と、エラー量が閾値から外れていると判定した場合に、閾値から外れているいずれかの軸モータ６５，６４，３２，７１のエラー量が閾値内に収まるためのゲイン調整信号を算出する機能と、を有する。
The
ゲイン調整プログラム１０５ｃは、閾値を外れたいずれかの軸モータ６５，６４，３２，７１の位相の実位置が、指令値が示す位置に対して先行する場合には、当該軸モータ６５，６４，３２，７１の応答性を低下させて閾値内に収まるようにするゲイン調整信号を生成し、閾値を外れたいずれかの軸モータ６５，６４，３２，７１の位相の実位置が、指令値が示す位置に対して遅延する場合には、当該軸モータ６５，６４，３２，７１の応答性を増加させて閾値内に収まるようにするゲイン調整信号を生成する。算出されたゲイン調整信号は、閾値を外れたいずれかの軸モータ６５，６４，３２，７１に対応するサーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに出力される。
In the
次に、具体的なゲイン調整動作の一例について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
工作機械１が稼働すると、制御装置１００は、主軸モータ４３を回転駆動させるとともに、加工プログラム１０５ｂに基づいて、サーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに対して指令値を出力する。サーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａは、指令値に基づいてＸ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１にそれぞれ駆動信号を出力し、各軸モータ６５，６４，３２，７１を回転駆動させる。これによって、ワークＷの工具Ｔａに対する相対位置が各軸に沿って調整され、ワークＷに対する加工が行われる。
Next, an example of a specific gain adjustment operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
When the
制御装置１００は、ゲイン調整プログラム１０５ｃによって、所定の制御周期で、Ｘ軸位相センサ６５ｂ、Ｙ軸位相センサ６４ｂ、Ｚ軸位相センサ３２ｂ及び付加軸位相センサ７１ｂからそれぞれ送られる各軸モータ６５，６４，３２，７１の位相の実位置を示す検出信号をそれぞれ取得し、その実位置と指令値が示す位置との差分であるエラー量を、各軸についてそれぞれ算出する（Ｓ１０１）。
The
次いで、制御装置１００は、ゲイン調整プログラム１０５ｃによって、各軸のエラー量を閾値と比較し、エラー量が閾値を外れた軸があるか否かを判定する（Ｓ１０２）。閾値は、各軸で共通であってもよいし、各軸で異なっていてもよい。エラー量が閾値を外れた軸がない場合、制御装置１００は、次の制御周期が来るまで処理を終了する。エラー量が閾値を外れた軸がある場合、制御装置１００は、エラー量に基づいて、エラー量が閾値内に収まるようにするためのゲイン調整信号を算出し、そのゲイン調整信号を、エラー量が閾値を外れたいずれかの軸の軸モータ６５，６４，３２，７１に対応するサーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに対して出力することによってゲイン調整を行う（Ｓ１０３）。
Next, the
ゲイン調整信号を受信したサーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａは、設定されているゲインの値を、ゲイン調整信号に基づいて更新する。以後、当該サーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに対応する軸モータ６５，６４，３２，７１は、更新されたゲインによって応答性が調整されて回転駆動される。ワークＷに対して加工を行っている間は、制御周期毎に上記のステップＳ１０１からステップＳ１０３までの処理が繰り返される。
The
図５のグラフは、付加軸のゲイン調整を行ってインペラーの翼を加工した場合のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及び付加軸の各軸のエラー量と、各軸のエラー量の合成値とを示している。図１１と同様に、横軸は時間であり、縦軸はエラー量の大きさを示す。各軸のグラフの左端がそれぞれエラー量０（基点）を示している。図５に示されるように、付加軸のゲイン調整を行った結果、ゲイン調整を行っていない図１２のグラフに示される場合に比較して、付加軸のエラー量が大きく低減されていることがわかる。これによって加工されるインペラーの翼の表面の加工筋は低減され、図１２の場合に比較して加工面質の改善が認められた。 The graph of FIG. 5 shows the error amount of each of the X-axis, Y-axis, Z-axis, and the additional axis when the impeller blade is machined by adjusting the gain of the additional axis, and the combined value of the error amount of each axis. Is shown. Similar to FIG. 11, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the magnitude of the error amount. The left end of the graph of each axis shows the error amount 0 (base point). As shown in FIG. 5, as a result of adjusting the gain of the additional axis, the error amount of the additional axis is significantly reduced as compared with the case shown in the graph of FIG. 12 in which the gain is not adjusted. Understand. As a result, the processed streaks on the surface of the impeller blades processed were reduced, and an improvement in the processed surface quality was observed as compared with the case of FIG.
このように、この工作機械１は、ＸＹＺ軸以外に付加軸を有していても、ワークＷの加工時における各軸エラー量を低減して、ワークＷの加工面質を向上させることが可能である。
As described above, even if the
図６は、他の実施形態に係る工作機械における制御装置のブロック図を示している。図３に示すブロック図と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの説明は上記説明を援用し、ここでは省略する。 FIG. 6 shows a block diagram of a control device in a machine tool according to another embodiment. Since the parts having the same reference numerals as the block diagram shown in FIG. 3 are parts having the same configuration, the above description is incorporated and omitted here.
図６に示す制御装置１００において、記憶部１０５には、更に送り速度調整プログラム１０５ｄが格納されている。送り速度調整プログラム１０５ｄは、サーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに予め設定される加減速パラメータの一つであるＸ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１のそれぞれの回転速度を調整する。回転速度の調整によって、Ｘ軸移動機構部６２、Ｙ軸移動機構部６１、Ｚ軸移動機構部３１及びワーク支持プレート７３の移動方向の速度である送り速度がそれぞれ自動的に調整される。
In the
送り速度調整プログラム１０５ｄは、ゲイン調整を行っても閾値内に収まらない軸モータ６５，６４，３２，７１のエラー量に基づいて、当該軸モータ６５，６４，３２，７１のエラー量が閾値内に収まるための送り速度調整信号を算出する機能を有する。
In the feed
送り速度調整プログラム１０５ｄは、算出した送り速度調整信号を、閾値を外れたいずれかの軸モータ６５，６４，３２，７１に対応するサーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに出力する。送り速度調整プログラム１０５ｄは、閾値を外れた軸モータ６５，６４，３２，７１の位相の実位置が、指令値が示す位置に対して先行する場合には、当該軸モータ６５，６４，３２，７１の回転速度を低下させて閾値内に収まるようにする送り速度調整信号を生成し、閾値を外れた軸モータ６５，６４，３２，７１の位相の実位置が、指令値が示す位置に対して遅延する場合には、当該軸モータ６５，６４，３２，７１の回転速度を増加させて閾値内に収まるようにする送り速度調整信号を生成する。
The feed
次に、送り速度調整プログラム１０５ｄを備える工作機械１の制御装置１００の具体的なゲイン調整動作の一例について、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートにおいて、ステップＳ２０１からステップＳ２０３までの処理は、図４に示したフローチャートのステップＳ１０１からステップＳ１０３までの処理と同一であるため、説明を省略する。
Next, an example of a specific gain adjustment operation of the
制御装置１００は、ステップ２０３においてゲインを調整した後、ゲイン調整を行った軸について再度エラー量を算出し（Ｓ２０４）、各軸のエラー量を閾値と比較して、エラー量が閾値内に収まったか否かを判定する（Ｓ２０５）。エラー量が閾値内に収まった場合、制御装置１００は、次の制御周期が来るまで処理を終了する。エラー量が未だ閾値内に収まらない場合、制御装置１００は、送り速度調整プログラム１０５ｄを起動させて送り速度調整信号を生成する。制御装置１００は、生成した送り速度調整信号をエラー量が閾値内に収まらない軸モータ６５，６４，３２，７１に対応するサーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに出力し、当該サーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに予め設定されている回転速度のパラメータを調整する。これによって、ゲイン調整だけでは閾値内に収まらない軸モータ６５，６４，３２，７１の回転速度が増加又は低減され、その軸の送り速度が調整される（Ｓ２０６）。
After adjusting the gain in step 203, the
軸の送り速度が増加又は低減されること、すなわち、閾値を外れたいずれかの軸モータ６５，６４，３２，７１の回転速度が増加又は低減されることによって、指令値に対する軸モータ６５，６４，３２，７１の応答速度の遅速が改善され、エラー量が閾値を外れることに起因する加工面質不良も改善される。一般的に、軸の送り速度はワークＷの加工速度に直接関係するため、軸の送り速度に関するパラメータの調整を行うことは望ましくない。しかし、図７に示すフローチャートによれば、制御装置１００は、最初にエラー量が閾値内に収まるようにゲイン調整を行うため、送り速度を調整する機会は少なくて済み、ワークＷの加工速度に与える影響を抑えることができる。
By increasing or decreasing the feed rate of the shaft, that is, by increasing or decreasing the rotation speed of any of the
図８は、更に他の実施形態に係る工作機械における制御装置のブロック図を示している。図３及び図６に示すブロック図と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの説明は上記説明を援用し、ここでは省略する。 FIG. 8 shows a block diagram of a control device in a machine tool according to still another embodiment. Since the parts having the same reference numerals as the block diagrams shown in FIGS. 3 and 6 are parts having the same configuration, the above description is incorporated and omitted here.
図８に示す制御装置１００を備える工作機械１は、Ｘ軸モータ６５、Ｙ軸モータ６４、Ｚ軸モータ３２及び付加軸モータ７１のそれぞれの振動を検知するための振動センサ７４ａ〜７４ｄを有する。具体的な振動センサ７４ａ〜７４ｄは、各軸モータ６５，６４，３２，７１の振動を検知することができるものであれば特に問わない。一般的には、加速度センサを用いることができる。加速度センサは、接触式又は非接触式（光学式）のいずれでもよい。振動センサ７４ａ〜７４ｄによって各軸モータ６５，６４，３２，７１の振動を検出することにより、各軸モータ６５，６４，３２，７１に、ワークＷの加工に影響を与える程の異常な振動が発生していることを検知することができる。
The
次に、振動センサ７４ａ〜７４ｄを備える工作機械１の制御装置１００の具体的なゲイン調整動作の一例について、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートにおいて、ステップＳ３０１からステップＳ３０６までの処理は、図７に示したフローチャートのステップＳ２０１からステップＳ２０６までの処理と同一であるため、説明を省略する。
Next, an example of a specific gain adjustment operation of the
制御装置１００は、ステップＳ３０６において、閾値内に収まらない軸モータ６５，６４，３２，７１の送り速度を調整した後、当該軸モータ６５，６４，３２，７１について、再度エラー量を算出し（Ｓ３０７）、送り速度の調整によって閾値内に収まったか否かを判定する（Ｓ３０８）。エラー量が閾値内に収まった場合、制御装置１００は、次の制御周期が来るまで処理を終了する。エラー量が未だ閾値内に収まらない場合、制御装置１００は、次に、軸モータ６５，６４，３２，７１のいずれかの振動センサ７４ａ〜７４ｄが、予め設定された振動の閾値を超える程の振動を検知しているか否かを判定する（Ｓ３０９）。
In step S306, the
ステップＳ３０９において、振動を検知した場合、制御装置１００は、送り速度調整プログラム１０５ｄを起動させて送り速度調整信号を生成する。この場合の送り速度調整信号は、送り速度を調整しても閾値内に収まらない軸モータ６５，６４，３２，７１の回転速度を更に低下させるための信号である。この場合の軸の送り速度は、例えばワークＷを加工し得る最低限の送り速度に設定される。
When vibration is detected in step S309, the
制御装置１００は、生成した送り速度調整信号を、エラー量が閾値内に収まらない軸モータ６５，６４，３２，７１に対応するサーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに出力し、当該サーボ制御器６５ａ，６４ａ，３２ａ，７１ａに予め設定されている回転速度のパラメータを調整する。これによって、送り速度を調整しても閾値内に収まらない軸モータ６５，６４，３２，７１の回転速度が更に低下する（Ｓ３１０）。したがって、軸モータ６５，６４，３２，７１に発生する振動がワークＷの加工面質に与える影響を極力低減することができる。
The
ステップＳ３０９において、振動を検知していない場合は、軸モータ６５，６４，３２，７１等の何らかの異常によってエラー量が閾値内に収まらないことが考えられる。そのため、制御装置１００は、表示装置１０２に異常が発生している旨の警告表示を行う（Ｓ３１１）。この警告表示の後、制御装置１００は、工作機械１の稼働を強制的に停止させてもよいし、作業者による入力操作があるまで、ワークＷに対する加工を継続させてもよい。
If vibration is not detected in step S309, it is conceivable that the error amount does not fall within the threshold value due to some abnormality in the
振動センサ７４ａ〜７４ｄを備える工作機械１の制御装置１００の具体的なゲイン調整動作は、図１０に示すフローチャートに従って行うこともできる。このフローチャートにおいて、ステップＳ４０１からステップＳ４０４までの処理及びステップＳ４０６からステップＳ４１０までの処理は、図９に示したフローチャートのステップＳ３０１からステップＳ３０４までの処理及びステップＳ３０７からステップＳ３１１までの処理と同一であるため、説明を省略する。
The specific gain adjustment operation of the
ステップＳ４０４において、ゲイン調整を行ったいずれかの軸モータ６５，６４，３２，７１についてエラー量を再度算出した後、制御装置１００は、算出されたエラー量のマージンを見て、当該軸モータ６５，６４，３２，７１の送り速度を調整する（Ｓ４０５）。エラー量のマージンとは、目標のエラー量に対する実際のエラー量の差である。制御装置１００は、ステップＳ４０４で算出した実際のエラー量からエラー量のマージンを求めるとともに、送り速度調整プログラム１０５ｄを起動させ、エラー量のマージンの大きさに応じて送り速度調整信号を生成する。その後、制御装置１００は、ステップＳ４０２で閾値を外れたいずれかの軸モータ６５，６４，３２，７１について、生成した送り速度調整信号に基づいて送り速度を調整する。
In step S404, after recalculating the error amount for any of the
この場合の送り速度は、予め設定した閾値内、例えば、予め設定されている送り速度の５０％以上１５０％以下の範囲内、で調整することができる。調整される送り速度が、予め設定されている送り速度よりも遅い場合（５０％以上１００％未満の場合）は、調整される軸モータ６５，６４，３２，７１の発振を抑制することができる。調整される送り速度が、予め設定されている送り速度よりも速い場合（１００％以上１５０％未満の場合）は、加工に要するサイクルタイムを短縮することができる。
The feed rate in this case can be adjusted within a preset threshold value, for example, within a range of 50% or more and 150% or less of the preset feed rate. When the adjusted feed rate is slower than the preset feed rate (50% or more and less than 100%), the oscillation of the adjusted
この図１０に示すゲイン調整動作によれば、ステップＳ４０５において、ゲイン調整後のエラー量のマージンの大きさに応じて送り速度調整信号が生成されるため、ステップＳ４０６において算出される送り速度調整後のエラー量を閾値内に収め易くすることができる。 According to the gain adjustment operation shown in FIG. 10, in step S405, a feed rate adjustment signal is generated according to the size of the margin of the error amount after gain adjustment. Therefore, after the feed rate adjustment calculated in step S406, It is possible to easily keep the error amount of the above within the threshold value.
１ 工作機械
３２ Ｚ軸モータ
３２ｂ Ｚ軸位相センサ（位相検出器）
４１ 主軸
６４ Ｙ軸モータ
６４ｂ Ｙ軸位相センサ（位相検出器）
６５ Ｘ軸モータ
６５ｂ Ｘ軸位相センサ（位相検出器）
７１ 付加軸モータ
７１ｂ 付加軸位相センサ（位相検出器）
７１１ 面板（ワーク支持部）
７３ ワーク支持プレート（ワーク支持部）
７４ａ〜７４ｄ 振動センサ（振動検出器）
１００ 制御装置
Ｔａ 工具
Ｗ ワーク
1 Machine tool 32 Z-
41 Spindle 64 Y-
65
71
711 Face plate (work support)
73 Work support plate (work support)
74a-74d Vibration sensor (vibration detector)
100 Control device Ta tool W work
Claims (4)
ワークを支持するワーク支持部と、
前記主軸と前記ワーク支持部との相対位置を複数の軸方向に沿って調整する複数の軸モータと、
前記複数の軸モータのそれぞれの位相を検出する複数の位相検出器と、
前記複数の軸モータの回転駆動をそれぞれ制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記複数の軸モータをそれぞれ回転駆動させる指令値に対する実位置を前記複数の位相検出器によってそれぞれ検出し、前記実位置と前記指令値との差分をエラー量として算出するとともに、前記エラー量が所定の閾値を外れる場合に、前記エラー量が前記閾値内に収まるように、前記複数の軸モータのうちの前記閾値を外れた前記軸モータに対するゲインを調整する、工作機械。 The spindle to which the tool is attached and
Work support part that supports the work and
A plurality of shaft motors that adjust the relative positions of the spindle and the work support portion along a plurality of axial directions, and
A plurality of phase detectors that detect the respective phases of the plurality of shaft motors, and
A control device for controlling the rotational drive of the plurality of shaft motors is provided.
The control device detects the actual position with respect to the command value for rotationally driving the plurality of shaft motors by the plurality of phase detectors, calculates the difference between the actual position and the command value as an error amount, and calculates the difference. A machine tool that adjusts the gain of the shaft motor that deviates from the threshold value among the plurality of shaft motors so that the error amount falls within the threshold value when the error amount deviates from a predetermined threshold value.
前記制御装置は、送り速度を調整した場合に、前記エラー量を再度算出するとともに、前記エラー量が前記閾値内に収まらない場合に、前記複数の軸モータのうちの前記閾値内に収まらない前記軸モータに対する送り速度を低下させる、請求項２に記載の工作機械。 Further, a plurality of vibration detectors for detecting the vibration of each of the plurality of shaft motors are provided.
The control device recalculates the error amount when the feed rate is adjusted, and when the error amount does not fall within the threshold value, the control device does not fall within the threshold value among the plurality of shaft motors. The machine tool according to claim 2, wherein the feed rate with respect to the shaft motor is reduced.
前記主軸と前記ワーク支持部とのＸ軸方向の相対位置を調整するＸ軸モータと、
前記主軸と前記ワーク支持部とのＹ軸方向の相対位置を調整するＹ軸モータと、
前記主軸と前記ワーク支持部とのＺ軸方向の相対位置を調整するＺ軸モータと、
前記主軸と前記ワーク支持部との前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び前記Ｚ軸方向以外の方向の相対位置を調整する少なくとも１つの付加軸モータと、を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。 The plurality of shaft motors
An X-axis motor that adjusts the relative position of the spindle and the work support in the X-axis direction,
A Y-axis motor that adjusts the relative position of the spindle and the work support in the Y-axis direction,
A Z-axis motor that adjusts the relative position of the spindle and the work support in the Z-axis direction,
Any of claims 1 to 3, which has at least one additional shaft motor that adjusts the relative positions of the spindle and the work support portion in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the direction other than the Z-axis direction. The machine tool described in item 1.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023223470A1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-11-23 | 三菱電機株式会社 | Control parameter adjustment device, numerical value control device, and control parameter adjustment method |
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2019
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