JP2021060810A - 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、付加軸を有する工作機械によってワークの加工を行う際、付加軸に出力される指令値に対して、付加軸が実際に回転駆動した際の実位置と、ワークを支持するワーク支持部の実位置とが異なることによるエラーが発生する場合がある。付加軸は、指令値に基づく駆動信号によって回転駆動するのに対し、ワーク支持部は、付加軸の回転駆動に伴って回転して位置調整されるため、ワーク支持部に回転時の歪み等が発生することによって、付加軸の回転駆動に対してワーク支持部に僅かに遅れや進みが生じる場合があるためである。指令値が示す位置と実位置との差分はエラー量となる。付加軸の回転駆動に対するワーク支持部の遅れや進みによって付加軸のエラー量とワーク支持部のエラー量との間に大きな差が発生すると、特に同時４軸加工、同時５軸加工を実施する際に、ワークの加工面質不良を発生させる原因となる。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、付加軸のエラー量とワーク支持部のエラー量との差に起因する加工面質不良の発生を低減して、ワークの加工面質を向上させることが望まれている。 However, when machining a work by a machine tool having an additional shaft, the actual position when the additional shaft is actually rotationally driven with respect to the command value output to the additional shaft, and the work support portion that supports the work An error may occur due to the difference from the actual position. The additional shaft is rotationally driven by a drive signal based on the command value, whereas the work support portion is rotated and the position is adjusted according to the rotational drive of the additional shaft, so that the work support portion is distorted during rotation. This is because the occurrence may cause a slight delay or advance in the work support portion with respect to the rotational drive of the additional shaft. The difference between the position indicated by the command value and the actual position is the amount of error. If there is a large difference between the error amount of the additional shaft and the error amount of the work support due to the delay or advance of the work support part with respect to the rotational drive of the additional shaft, especially when performing simultaneous 4-axis machining and simultaneous 5-axis machining. In addition, it causes poor quality of the machined surface of the work. Therefore, in a multi-axis machine tool having an additional shaft other than the XYZ shaft, the occurrence of machined surface quality defects due to the difference between the error amount of the additional shaft and the error amount of the work support portion is reduced, and the machined surface of the work is machined. It is desired to improve the quality.
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、前記主軸に対する前記ワーク支持部の位置をＸＹＺの３軸方向以外の方向に沿って調整する付加軸モータと、前記付加軸モータの位相を検出する第１の位相検出器と、前記付加軸モータによって位置調整される前記ワーク支持部の位相を検出する第２の位相検出器と、前記付加軸モータの回転駆動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記付加軸モータを回転駆動させる指令値に対する前記付加軸モータの実位置を前記第１の位相検出器及び前記第２の位相検出器によってそれぞれ検出し、前記第１の位相検出器及び前記第２の位相検出器によって検出された実位置と前記指令値との差分を第１のエラー量及び第２のエラー量として算出するとともに、前記第１のエラー量と前記第２のエラー量との差分値が、予め設定された第１の閾値の範囲を外れる場合に、前記第１の閾値の範囲内に収まるように、前記付加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 spindle to which a tool is attached, a work support portion that supports the work, and an additional shaft motor that adjusts the position of the work support portion with respect to the spindle along a direction other than the triaxial direction of XYZ. , A first phase detector that detects the phase of the additional shaft motor, a second phase detector that detects the phase of the work support portion whose position is adjusted by the additional shaft motor, and rotation of the additional shaft motor. The control device includes a control device for controlling the drive, and the control device sets the actual position of the additional shaft motor with respect to a command value for rotationally driving the additional shaft motor with respect to the first phase detector and the second phase detector. The difference between the actual position detected by the first phase detector and the second phase detector and the command value is calculated as the first error amount and the second error amount, respectively. When the difference value between the first error amount and the second error amount is outside the preset range of the first threshold value, the additional shaft is set within the range of the first threshold value. It is a machine tool that adjusts the gain for the motor.
本開示の一態様によれば、付加軸を有する工作機械において、ワークの加工時における付加軸に起因するエラーを低減して、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 an additional shaft, it is possible to reduce errors caused by the additional shaft during machining of 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り、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。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を回転駆動してワーク支持プレート７３の位置を調整することによって、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。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。
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
付加軸モータ７１は、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第１付加軸位相センサ７１ｂを有する。第１付加軸位相センサ７１ｂは、付加軸モータ７１の内部に設けられ、例えば付加軸モータ７１の図示しないロータの位相を検出する。第１付加軸位相センサ７１ｂの検出信号は、制御装置１００に送られる。
The
ワーク支持プレート７３は、付加軸モータ７１の回転駆動によって回転するワーク支持プレート７３の位相を検出するためのパルスコーダ等からなる第２付加軸位相センサ７１ｃを有する。第２付加軸位相センサ７１ｃは、ワーク支持プレート７３の位相の検出によって、間接的に付加軸モータ７１の位相を検出する。第２付加軸位相センサ７１ｃは、付加軸モータ７１の外部に設けられることによって間接的に付加軸モータ７１の位相を検出可能であればよく、例えば面板７１１に設けられてもよい。第２付加軸位相センサ７１ｃの検出信号は、制御装置１００に送られる。
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、少なくとも付加軸モータ７１に対応するサーボ制御器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、指令値に対する付加軸モータ７１の回転駆動時の応答性が自動的に調整される。
The
ゲイン調整プログラム１０５ｃによる付加軸モータ７１に対するゲイン調整は、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、付加軸モータ７１のエラー量とワーク支持プレート７３のエラー量との差分に応じて実行される。付加軸モータ７１のエラー量は、指令値に基づくサーボ制御器７１ａからの駆動信号によって付加軸モータ７１が回転駆動した際の付加軸モータ７１の位相の実位置と指令値が示す位置との差分である。ワーク支持プレート７３のエラー量は、付加軸モータ７１が回転駆動することによって位置調整されたワーク支持プレート７３の位相の実位置と、付加軸モータ７１に対して与えられる指令値が示す位置との差分である。具体的には、付加軸モータ７１のエラー量は、第１付加軸位相センサ７１ｂによって検出される実位置と指令値が示す位置との差分によって得られる第１のエラー量Ｅ１である。ワーク支持プレート７３のエラー量は、第２付加軸位相センサ７１ｃによって検出される実位置と、付加軸モータ７１に対して与えられる指令値が示す位置との差分によって得られる第２のエラー量Ｅ２である。
The gain adjustment for the
図１０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、そのときの第１付加軸位相センサ７１ｂによって検出される付加軸モータ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、指令値に対してずれている。そのずれ量が付加軸モータ７１のエラー量（第１のエラー量Ｅ１）に相当する。エラー量は、指令値に対する付加軸モータ７１の応答速度の遅速の大きさである。図１０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１１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付加軸のエラー量を示している。横軸は時間であり、縦軸はエラー量の大きさを示す。グラフの左端がエラー量０（基点）を示している。
FIG. 10 shows the position indicated by the command value for the
図１０及び図１１に示されるように、エラー量（第１のエラー量Ｅ１）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ている。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、インペラーを支持するワーク支持プレート７３が付加軸（Ｘ軸）周りに回転し、その際にワーク支持プレート７３に歪み等が発生するためであると考えられる。このとき、第１付加軸位相センサ７１ｂに基づく付加軸モータ７１のエラー量Ｅ１と、第２付加軸位相センサ７１ｃに基づくワーク支持プレート７３のエラー量Ｅ２との間に大きな差があると、このエラー量の差に起因するワークＷの加工面質不良が顕著になる。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. 10 and 11, the error amount (first error amount E1) is greatly generated when the machining point shifts from the front surface to the back surface of the impeller blade. When the machining point shifts from the front surface to the back surface of the impeller blade, the
ゲイン調整プログラム１０５ｃは、第１付加軸位相センサ７１ｂ及び第２付加軸位相センサ７１ｃからそれぞれ送られる付加軸モータ７１の位相の実位置を示す検出信号と指令値が示す位置とに基づいて、第１のエラー量Ｅ１及び第２のエラー量Ｅ２をそれぞれ算出する機能と、その算出された第１のエラー量Ｅ１と第２のエラー量Ｅ２の差分値Ｅ１−Ｅ２＝ΔＥを算出する機能と、算出された差分値ΔＥを予め設定されている閾値と比較し、差分値ΔＥが閾値の範囲内か否かを判定する機能と、差分値ΔＥが閾値の範囲外であると判定した場合に、その差分値ΔＥ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、ΔＥが閾値の範囲を下回る場合には、付加軸モータ７１の応答性を低下させて閾値の範囲内に収まるようにするゲイン調整信号を生成し、ΔＥが閾値の範囲を超える場合には、付加軸モータ７１の応答性を増加させて閾値の範囲内に収まるようにするゲイン調整信号を生成する。ゲイン調整プログラム１０５ｃは、算出したゲイン調整信号を、付加軸モータ７１に対応するサーボ制御器７１ａに出力する。
When ΔE falls below the threshold range, the
ゲイン調整プログラム１０５ｃにおいて差分値ΔＥと比較する閾値は、ゲイン調整の要否を判定する所定の範囲の値に設定される。本実施形態のゲイン調整プログラム１０５ｃには、閾値として、第１の閾値と、第１の閾値よりも広い範囲を示す第２の閾値と、が設定される。第１の閾値は、差分値ΔＥがこの範囲内に収まっていればゲイン調整は不要であり、ワークＷに対して良好な加工が可能であることを示す。第２の閾値は、ゲイン調整することによってワークＷへの加工を継続可能な範囲を示す。換言すれば、差分値ΔＥが第２の閾値から外れる場合には、工作機械１には付加軸モータ７１やワーク支持プレート７３等に異常が発生しており、ゲイン調整しても差分値ΔＥを第１の閾値の範囲内に収めることが不可能であり、ワークＷへの加工は不可であると判断される。
The threshold value to be compared with the difference value ΔE 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（Ｓ１０１）。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、第１付加軸位相センサ７１ｂ及び第２付加軸位相センサ７１ｃからそれぞれ送られる付加軸モータ７１とワーク支持プレート７３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第１のエラー量Ｅ１及び第２のエラー量Ｅ２をそれぞれ算出する（Ｓ１０２）。
In 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、第１のエラー量Ｅ１と第２のエラー量Ｅ２の差分値Ｅ１−Ｅ２＝ΔＥを算出し（Ｓ１０３）、その差分値ΔＥが第１の閾値の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。第１の閾値は、ゲイン調整が不要な範囲を示すため、差分値ΔＥが第１の閾値の範囲内である場合、制御装置１００は、次の制御周期が来るまで処理を終了する。
Next, the
差分値ΔＥが第１の閾値の範囲外である場合、制御装置１００は、続いて、差分値ΔＥが第２の閾値の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。差分値ΔＥが第２の閾値の範囲内である場合、制御装置１００は、差分値ΔＥが第１の閾値の範囲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、付加軸モータ７１に対応するサーボ制御器７１ａに対して出力する（Ｓ１０６）。
When the difference value ΔE is outside the range of the first threshold value, the
ゲイン調整信号を受信したサーボ制御器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、サーボ制御器７１ａに対応する付加軸モータ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Ｓ１０６までの処理が繰り返される。
Upon receiving the gain adjustment signal, the
なお、ステップＳ１０５において、差分値ΔＥが第２の閾値から外れる場合は、付加軸モータ７１やワーク支持プレート７３等に何らかの不具合が発生していることが想定される。そのため、制御装置１００は、表示装置１０２によって、異常が発生している旨の警告表示を行うとともに、工作機械１の稼働を停止させる（Ｓ１０７）。
If the difference value ΔE deviates from the second threshold value in step S105, it is assumed that some trouble has occurred in 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付加軸のエラー量を示している。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。グラフの左端がエラー量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１１の場合に比較して、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１１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 amount of error of the additional shaft when the impeller blade is machined by adjusting the gain of the additional shaft. 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 shows the error amount 0 (base point). As shown in FIG. 5, as a result of adjusting the gain of the additional shaft, it can be seen that the error amount of the additional shaft is significantly reduced as compared with the case of FIG. 11 in which the gain adjustment is not performed. 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、ワークＷの加工時における付加軸モータ７１のエラー量とワーク支持プレート７３のエラー量との偏差を低減して、ワークＷの加工面質を向上させることが可能である。しかも、この工作機械１は、付加軸モータ７１のエラー量とワーク支持プレート７３のエラー量との差分値に基づいて、付加軸モータ７１又はワーク支持プレート７３の異常を検出することも可能である。
As described above, 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７１ａに予め設定される加減速パラメータの一つである付加軸モータ７１の回転速度を調整する。回転速度の調整によって、付加軸モータ７１の回転駆動による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の範囲内に収まらない差分値ΔＥに基づいて、当該差分値ΔＥが閾値の範囲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。
The feed
送り速度調整プログラム１０５ｄは、差分値ΔＥが閾値の範囲を下回る場合には、付加軸モータ７１の回転速度を低下させて、差分値ΔＥが閾値の範囲内に収まるようにする送り速度調整信号を生成し、差分値ΔＥが閾値の範囲を超える場合には、付加軸モータ７１の回転速度を増加させて、差分値ΔＥが閾値の範囲内に収まるようにする送り速度調整信号を生成する。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、付加軸モータ７１に対応するサーボ制御器７１ａに出力する。
When the difference value ΔE is below the threshold range, 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Ｓ２０２からステップＳ２０５までの処理及びステップＳ２０７、Ｓ２０８、Ｓ２１１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Ｓ１０４までの処理、ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０７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、まず、繰り返し処理回数ｉをｉ＝１に設定し（Ｓ２０１）、ステップ２０２からステップＳ２０５までの処理によって、第１のエラー量Ｅ１と第２のエラー量Ｅ２の差分値ΔＥが第１の閾値の範囲内か否かを判定する。差分値ΔＥが第１の閾値の範囲内である場合、制御装置１００は、次の制御周期が来るまで処理を終了する。ステップＳ２０５において、差分値ΔＥが第１の閾値内に収まらない場合、制御装置１００は、繰り返し処理回数ｉ＝１であるか否かを確認する（Ｓ２０６）。ここではｉ＝１であるため、制御装置１００は、次に、第２の閾値の範囲内か否かを判定し（Ｓ２０７）、第２の範囲内である場合に、差分値ΔＥが第１の閾値の範囲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、付加軸モータ７１に対応するサーボ制御器７１ａに対して出力する（Ｓ２０７）。その後、制御装置１００は、繰り返し処理回数ｉをインクリメントし（Ｓ２０９）、ステップＳ２０２からステップＳ２０６までの処理を繰り返す。
First, the
繰り返し処理回数ｉがインクリメントされた後、制御装置１００は、再度差分値ΔＥを算出し、再度算出された差分値ΔＥが第１の閾値の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。ここで、再度算出された差分値ΔＥが第１の閾値の範囲外である場合、ここでは繰り返し処理回数ｉはインクリメントされているため（Ｓ２０６）、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し、その送り速度調整信号を付加軸モータ７１に対応するサーボ制御器７１ａに出力し、当該サーボ制御器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差分値ΔＥが第１の閾値の範囲内に収まらない付加軸モータ７１の回転速度が増加又は低減され、その付加軸の送り速度が調整される（Ｓ２１０）。
After the number of iterations i is incremented, the
付加軸の送り速度が増加又は低減されること、すなわち、付加軸モータ７１の回転速度が増加又は低減されることによって、指令値に対する付加軸モータ７１の応答速度の遅速が改善され、差分値ΔＥが第１の閾値の範囲から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、最初に差分値ΔＥが第１の閾値の範囲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 additional shaft, that is, by increasing or decreasing the rotational speed 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、付加軸モータ７１の振動を検知するための振動センサ７４を有する。具体的な振動センサ７４は、付加軸モータ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７４によって付加軸モータ７１の振動を検出することにより、付加軸モータ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７４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Ｓ３０９までの処理及びステップＳ３１１、Ｓ３１４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Ｓ２０９までの処理及びステップＳ２１０、Ｓ２１１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Ｓ３１１において、付加軸モータ７１の送り速度を調整した後、繰り返し処理回数ｉを更にインクリメント（ｉ＝３）し（Ｓ３０９）、ステップＳ３０２からステップＳ３０５までの処理を繰り返す。ステップＳ３０５において、差分値ΔＥが第１の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。
After adjusting the feed rate of the
ステップＳ３０５において、送り速度調整後に再度算出した差分値ΔＥが第１の閾値の範囲外である場合、ここでは繰り返し処理回数ｉはｉ＝３であるため（Ｓ３０６、Ｓ３１０）、制御装置１００は、次に、付加軸モータ７１に設けられる振動センサ７４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（Ｓ３１２）。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、付加軸モータ７１の送り速度を更に低下させるための信号である。この場合の送り速度は、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。
In step S305, when the difference value ΔE recalculated after adjusting the feed rate is outside the range of the first threshold value, the number of repetitions i is i = 3 here (S306, S310), so that the
制御装置１００は、生成した送り速度調整信号を付加軸モータ７１に対応するサーボ制御器７１ａに出力し、当該サーボ制御器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、付加軸モータ７１の回転速度は更に低下され、付加軸の送り速度が低下される（Ｓ３１３）。したがって、付加軸モータ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Ｓ３１２において、振動を検知していない場合は、付加軸モータ７１、ワーク支持プレート７３等の異常によって差分値ΔＥが第１の閾値の範囲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、ステップＳ３１４の処理に移行し、表示装置１０２によって、異常が発生している旨の警告表示を行うとともに、工作機械１の稼働を停止させる（Ｓ３１４）。
If vibration is not detected in step S312, it is conceivable that the difference value ΔE does not fall within the range of the first threshold value due to an abnormality in the
１ 工作機械
４１ 主軸
７１ 付加軸モータ
７１ｂ 第１付加軸位相センサ（第１の位相検出器）
７１ｃ 第２付加軸位相センサ（第２の位相検出器）
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）
７４ 振動センサ（振動検出器）
１００ 制御装置
Ｔａ 工具
Ｗ ワーク
1
71c 2nd additional axis phase sensor (2nd phase detector)
711 Face plate (work support)
73 Work support plate (work support)
74 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、
前記主軸に対する前記ワーク支持部の位置をＸＹＺの３軸方向以外の方向に沿って調整する付加軸モータと、
前記付加軸モータの位相を検出する第１の位相検出器と、
前記付加軸モータによって位置調整される前記ワーク支持部の位相を検出する第２の位相検出器と、
前記付加軸モータの回転駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記付加軸モータを回転駆動させる指令値に対する前記付加軸モータの実位置を前記第１の位相検出器及び前記第２の位相検出器によってそれぞれ検出し、前記第１の位相検出器及び前記第２の位相検出器によって検出された実位置と前記指令値との差分を第１のエラー量及び第２のエラー量として算出するとともに、前記第１のエラー量と前記第２のエラー量との差分値が、予め設定された第１の閾値の範囲を外れる場合に、前記第１の閾値の範囲内に収まるように、前記付加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
An additional shaft motor that adjusts the position of the work support portion with respect to the main shaft along a direction other than the three-axis directions of XYZ, and
A first phase detector that detects the phase of the additional shaft motor,
A second phase detector that detects the phase of the work support portion whose position is adjusted by the additional shaft motor, and
A control device for controlling the rotational drive of the additional shaft motor is provided.
The control device detects the actual position of the additional shaft motor with respect to the command value for rotationally driving the additional shaft motor by the first phase detector and the second phase detector, respectively, and the first phase detection. The difference between the actual position detected by the device and the second phase detector and the command value is calculated as the first error amount and the second error amount, and the first error amount and the second error amount are calculated. A machine tool that adjusts the gain with respect to the additional shaft motor so that the difference value from the error amount falls within the range of the first threshold value when the difference value from the error amount deviates from the range of the first preset threshold value.
前記制御装置は、送り速度を調整した場合に、前記差分値を再度算出するとともに、前記差分値が前記第１の閾値内に収まらない場合に、前記付加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 vibration detector for detecting the vibration of the additional shaft motor is provided.
The control device recalculates the difference value when the feed rate is adjusted, and reduces the feed rate with respect to the additional shaft motor when the difference value does not fall within the first threshold value. Item 2. The machine tool according to item 2.
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