JP3765710B2 - 工作機械のサーボモータの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の送り軸等を駆動するサーボモータの制御装置に関し、特に、サーボモータの回転が反転するときに生ずる象限突起の補正装置を備えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械で２軸円弧補間送り運動をさせるサーボモータの制御では、ＮＣ位置指令と、サーボモータまたはこのサーボモータにより駆動されるテーブルサドルなどの移動体に設けられた位置検出器からのフィードバック信号との偏差が０となるような位置ループを組むとともに、位置フィードバック信号を微分した速度フィードバック信号から速度ループを組み、速度ループの出力をトルク指令値とする方式が一般に採られている。
【０００３】
このようなサーボモータの制御では、モータの回転方向を反転させるとき、通常、機械は即座に反転することができない。これは、送り駆動機構のロストモーションや摩擦の影響のためで、円弧切削等を行なっているときに象限が変わると、図４に示すように、円弧Ｒ１に沿って切削加工している間に、第II象限から第Ｉ象限に移行するときに、Ｙ軸のサーボモータは、プラス側の送りからマイナス側へ切り換えられるが、駆動機構の摩擦や慣性のために、実際の運動の軌跡が指令軌跡よりも外側に出てしまい軌跡にふくらみを生じる。この現象は、スティックモーションまたは象限突起と呼ばれており、輪郭加工精度低下の一要因となっている。
【０００４】
この現象が起こるのは、運動方向が反転すると摩擦トルクの分だけトルク指令を反転させる必要があるが、速度ループの応答特性による遅れがあるため、送り軸が一時停止するためであると考えられている。
【０００５】
この象限突起の発生を防止する補正手段は、例えば、特開平１０−６３３２５号公報、特開平９−８１２１６号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術における象限突起の発生を防止するための補正手段は、象限切り替わり時の補正パラメータを円弧半径や送り速度に対応したデータ書き込みの多数のテーブルとしてメモリに用意しておき、そのテーブルから所要の補正パラメータを読み出して補正を指令するものである。しかしながら、補正パラメータは機械毎に異なり、個々の機械毎にテーブルを用意する必要がある。また、高速加工に対応するためには、より広い範囲で補正パラメータを用意する必要があった。本発明は、上記した従来技術における解決しようとする課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、上述した従来技術における補正手段を改良して、象限突起を可及的に少なくすることができると共に、従来技術による象限突起補正装置のように個々の機械毎にテーブルを用意する必要がなく、また、高速加工に対応するためのより広い範囲での補正パラメータを用意する必要もない象限突起補正装置を備えた工作機械のサーボモータの制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による工作機械のサーボモータの制御装置は、基本的手段として、工作機械の加工プログラムを処理するＮＣ装置と、ＮＣ装置から出力されるトルク指令により制御されるサーボモータと、サーボモータにより駆動される移動体の位置を検出する位置検出器と、位置検出器からの信号を処理して、位置情報と速度情報をＮＣ装置側へフィードバックする手段と、サーボモータへのトルク指令が反転する際に発生する象限突起を補正する象限突起補正装置とを備えるものである。そして、前記象限突起補正装置は、トルク指令が反転した後に最大静止摩擦に達するまでの移動体の移動距離に対応するバネ抵抗を計算するバネ抵抗計算部と、移動体の移動速度に対応するダンピング抵抗を計算するダンピング抵抗計算部と、前記バネ抵抗計算部及びダンピング抵抗計算部によりそれぞれ計算されたバネ抵抗とダンピング抵抗とを加減算すると共に、その加減算の結果を最大静止摩擦を越えないように制限してトルク補正値を算出するようにした補正量算出部とを備えるものであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明で使用する摩擦システムをモデル化した説明図である。
送り系を構成する機構として、サーボモータにより駆動されるボールねじ２０（質量Ｍ）とボールねじの軸受やシール部材３０（質量Ｍｒ）を想定する。符号１０は静止部を示す。
【０００９】
送り系の駆動力をＦ、ボールねじ２０と軸受等３０との間の摩擦抵抗力をＦｒとし、象限切り替わり時（静止時）からの移動量をＸとすると、
【数１】
【００１０】
次に軸受等３０は、最大静止摩擦に達するまでは、抵抗とバネ抵抗が作用するものと仮定すると、
【数２】
ここで、Ｃはダンパー部を構成する部材４０のダンピング係数、Ｋはバネ部を構成する部材５０のバネ定数である。
【００１１】
最大静止摩擦Ｆｒｍａｘ＞Ｆｒの条件下では、軸受等３０はボールねじ２０に追従するので、
【数３】
【００１２】
そこで、
【数４】
【００１３】
したがって、
【数５】
【００１４】
図２は、本発明の象限突起補正回路を有する駆動制御装置の構成図である。
ＮＣ装置１００は、位置制御部１１０、速度制御部１２０、電流制御部１３０を介してサーボモータ１４０を駆動する。サーボモータ１４０は、ボールねじを介してテーブルや主軸等の移動部を移動、制御する。移動部の位置及び移動速度は、位置検出器１５０で検知され、位置検出部１６０と速度検出部１７０へフィードバックされる。
【００１５】
位置検出部１６０からの現在位置情報は、加減算部１０５へフィードバックされ、ＮＣ装置１００から位置制御部１１０へ送られる情報が補正される。
同様に、速度検出部１７０からの現在速度情報は、速度指令用加減算部１１５へフィードバックされる。
【００１６】
全体を符号２００で示す補正装置は、反転後の距離算出部２１０を有し、速度フィードバック信号を入力として、象限を越えて、サーボモータが反転した後の移動距離を算出する。バネ抵抗計算部２３０は、サーボモータが反転した後の移動距離にバネ定数を乗じてＫｘを算出する。
ダンピング抵抗計算部２２０は、速度フィードバック信号にダンピング係数を乗じて、
【数６】
これらの結果は、加減算部２４０で処理され、その出力は補正量算出部２５０へ送られる。
【００１７】
補正量算出部２５０は、最大静止摩擦領域以内であれば、入力データに応ずる出力データＴ１をトルク指令加減部１２５へ送る。最大静止摩擦以上では、最大値を出力する。
トルク指令加減部１２５は、この象限突起補正用のトルク指令を加減算して電流制御部への指令を送る。この補正によって、象限突起の発生を可及的に小さくすることができる。
【００１８】
図３は、本発明の効果を示す図である。加工すべき円弧の半径Ｒを１００、送り速度Ｆを１０００と３０００にしたときの象限突起Ｓｔとトルク指令Ｔｓを示す。
（ａ）は補正なしを示し、象限突起Ｓｔが大きく現れることを示している。
（ｂ）は従来の補正をしたときの例を示し、Ｆ３０００の場合には上限突起Ｓｔは比較的小さくなるが、Ｆ１０００のときには突起が大きく現れてしまう。
（ｃ）は本発明による補正をかけたときの結果を示し、Ｆ１０００、Ｆ３０００のいずれの場合にも、送り速度に対応したトルク指令を適正化し、象限突起を小さくできることが実験により確認された。
【００１９】
なお、上述した実施例にあっては、象限突起補正装置２００への入力信号として、速度検出部１７０からの速度フィードバック信号を用いた構成を示したが、位置制御部１１０から出力される速度指令信号を用いる構成とすることもできる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は以上のように、サーボモータの速度指令方向が切り換えられる際に発生する象限突起の発生メカニズムを解析し、この解析に基づいて演算するようにしたものであり、その象限突起補正装置は、トルク指令が反転した後に最大静止摩擦に達するまでの移動体の移動距離に対応するバネ抵抗を計算するバネ抵抗計算部と、移動体の移動速度に対応するダンピング抵抗を計算するダンピング抵抗計算部と、前記バネ抵抗計算部及びダンピング抵抗計算部によりそれぞれ計算されたバネ抵抗とダンピング抵抗とを加減算すると共に、その加減算の結果を最大静止摩擦を越えないように制限してトルク補正値を算出するようにした補正量算出部とを備えるものとしたので、象限突起の発生を可及的に少なくすることができるのに加えて、従来技術におけるように個々の機械毎にテーブルを用意する必要がなく、また、高速加工に対応するためのより広い範囲での補正パラメータを用意する必要もないという従来技術による象限突起補正装置には期待することのできない効果が奏されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用する摩擦システムのモデル図。
【図２】本発明の制御装置の構成図。
【図３】本発明の効果を示す説明図。
【図４】象限突起の説明図。
【符号の説明】
１０ 静止部
２０ ボールねじ
３０ 軸受等
４０ ダンパー部材
５０ バネ部材
１００ ＮＣ装置
１１０ 位置制御部
１２０ 速度制御部
１３０ 電流制御部
１４０ サーボモータ
１６０ 位置検出部
２００ 補正装置
Claims (1)
- 工作機械の加工プログラムを処理するＮＣ装置と、ＮＣ装置から出力されるトルク指令により制御されるサーボモータと、サーボモータにより駆動される移動体の位置を検出する位置検出器と、位置検出器からの信号を処理して、位置情報と速度情報をＮＣ装置側へフィードバックする手段と、サーボモータへのトルク指令が反転する際に発生する象限突起を補正する象限突起補正装置とを備えてなる工作機械のサーボモータの制御装置において、
前記象限突起補正装置は、トルク指令が反転した後に最大静止摩擦に達するまでの移動体の移動距離に対応するバネ抵抗を計算するバネ抵抗計算部と、移動体の移動速度に対応するダンピング抵抗を計算するダンピング抵抗計算部と、前記バネ抵抗計算部及びダンピング抵抗計算部によりそれぞれ計算されたバネ抵抗とダンピング抵抗とを加減算すると共に、その加減算の結果を最大静止摩擦を越えないように制限してトルク補正値を算出するようにした補正量算出部とを備えるものであることを特徴とする工作機械のサーボモータの制御装置。
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