WO2001029628A1 - Machine-outil a commande numerique et procede de commande de cette machine-outil a commande numerique - Google Patents

Description

明 細 書 数値制御工作機械の制御方法及び数値制御工作機械 技術分野

本願発明は、 X、 Y、 Ζ軸の直交 3軸の送り軸、 またはそれに A 、 B、 C軸のうち少なく とも 1 つの回転軸を付加した複数の送り軸 を有するフライス盤、 マンニングセンタ、 放電加工機等の数値制御 工作機械の制御方法及び数値制御工作機械に関するものであり、 機 械の送り速度を高速にしても加工精度を劣化させない新規な技術に 関するものである。 背景技術

数値制御工作機械は、 ワークを短時間に精度よく加工すること、 つまり高能率、 高精度加工を可能にすることが要求される。 一般的 に、 機械の送り速度を上げると加工精度が低下することが知られて いる。 これは送り軸のロス トモー シ ョ ンや数値制御装置のサーボ制 御の遅れに起因している。 したがって、 数値制御工作機械では、 高 速送りで加工を行っても高精度加工が達成できるように、 送り軸の バックラ ッ シ補正や摩擦補正を行ったり、 ワーク重量や送り軸モ一 夕の温度に応じた送り軸の加減速制御を行つており、 例えば次のよ うな従来技術がある。

第 1 の従来技術と して、 特許第 2 6 0 6 7 7 3号に開示のサーボ システムにおける加速制御方法及び装置がある。 これは、 ノく ッ クラ ッ シ、 弾性変形、 静摩擦に起因する送り軸のロス ト モーショ ンをそ れぞれの特性に対応した最適な加速制御を行い加工精度の劣化を低 減することを目的と して、 送り軸の移動方向反転時に、 送り系のバ ッ クラ ッ シ、 弾性変形、 静摩擦に起因する各ロス トモー シ ョ ンを補 償する第 1 、 第 2、 第 3の加速速度をサーボ制御部の速度指令値に 加え、 いち早く ロ ス トモー シ ョ ンによる遅れを解消する技術を開示 したものである。

第 2の従来技術と して、 特許第 2 7 0 9 9 6 9号に開示のサーボ モータの制御方法がある。 これは、 切削条件等の変動があっても最 適なバッ クラ ッ シ補正を行う ことを目的と して、 移動方向反転前の 速度制御部の積分器の逆符号の値を目標値と し、 目標値から速度制 御部の積分器の値を減算した値に、 定数を乗じたもの、 例えば移動 方向が反転した瞬間の位置偏差量の平方根に比例する値を乗じて得 られた値を速度制御部におけるバックラ ッ シ加速量とする技術を開 示したものである。

第 3の従来技術と して、 特開平 1 1 — 9 0 7 6 9 に開示の工作機 械の加減速制御方法および装置がある。 これは、 工具やワーク等の 移動物を交換することによって移動物重量が変化する場合に高い加 ェ精度を維持して加工時間を短縮することを目的と して、 工作機械 の剛性、 加工精度 （許容誤差） 、 ワーク重量に見合った加速度で駆 動系を制御する、 すなわち予め設定された負荷イナ一シ ャ に合わせ て加速度を変える技術を開示したものである。

第 4の従来技術と して、 特開平 6 — 2 8 4 7 6 3 に開示のサーボ モータの速度制御装置がある。 これは、 送り軸モータの出力 トルク と駆動対象の加速度とから負荷 トルクを推定する トルクオブザーバ に関する内容であり、 負荷 トルクの推定値の変化を検出して負荷ィ ナ一シャの推定を行い、 トルクオブザーバ内に設定されている負荷 イナ一シャを更新する技術を開示したものである。

第 5の従来技術と して、 特許第 2 8 5 3 0 2 3号に開示の数値制 御による機械装置の制御方法および装置がある。 これは、 送り軸モ 一夕を早送り等で頻繁な加減速を伴って連続運転してもその送り軸 モータがオーバヒー ト しないこ とを目的と して、 送り軸モータの温 度を測定して、 予め設定した送り軸モータの許容される所定の温度 データと比較し、 その比較結果に応じて送り軸の加減速カーブを変 更制御する技術を開示したものである。

第 1 の従来技術は、 加速速度を求めてそれをサーボ制御部の速度 指令値に加えている。 実際の数値制御工作機械では、 送り軸モータ 駆動手段にどれだけの トルク指令値または電流指令値を出力するか が最終的に要求されるのであって、 第 1 の従来技術のようにサ一ボ 制御途中の速度指令値を変えているのでは、 その指令値が トルク指 令値または電流指令値に変換されて送り軸モータ駆動手段に到達す るのに遅れが存在する。

第 2 の従来技術は、 位置偏差量に基づいて演算したバッ ク ラ ッ シ 加速量を速度制御部におけるバッ ク ラ ッ シ加速量と しているため、 依然と して位置フィ一 ドバッ ク制御手段及び速度フ ィ一 ドバッ ク制 御手段によるサ一ボ系の遅れが存在する。

第 3 の従来技術は、 負荷イナ一シャを予め所定値に設定している ので、 ワーク重量に合わせて加速度を変える ものである。 すなわち ワーク重量が大きい場合は、 加速度を許容限度まで高く し、 ワーク 重量が小さい場合は、 加速度を下げる制御をしている。 加速度を下 げるという ことは加工能率が悪化する問題点がある。

第 4 の従来技術は、 一般的なサ一ボモータの負荷 トルクを推定す る トルクオブザーバに関する内容であり、 速度指令値に基づいて負 荷 トルクを推定し、 推定した負荷 トルクに応じて負荷イナ一シャを 推定し、 その値を機械系の伝達関数に送出するように して送り制御 を行う技術が開示されている。 これは、 負荷イナ一シャはあ く まで も推定値なので、 機械の送り軸にゆらぎや遅れが発生し、 加工精度 に悪影響を及ぼす問題点は依然と して存在する。

第 5 の従来技術は、 送り軸モータの温度に応じて加減速の時定数 を制御し、 指令送り速度を変更しないで送り軸モータのオーバヒ一 トを防止する技術に関する内容であり、 これは、 送り軸モータのォ 一バヒ一 トは防止できるが、 加減速の時定数が大き く なり、 加工精 度が悪く なる問題点がある。

上述の従来技術の他に、 従来のバッ クラ ッ シ補正や摩擦補正は、 移動体の速度や加速度を考慮していない一律の補正値を用いている 。 実加工時においては、 同一形状を送り速度を変えて加工した場合 、 従来の補正では加工寸法に差が生じる。 また同一送り速度で曲率 の異なる曲面を複数の象限にわたって加工した場合、 象限切換わり 時、 少なく と も 1 つの送り軸については、 送り速度が一旦 0 になり 、 その後方向反転するので加速度が発生するが、 曲率によ りその加 速度値が変わる。 これに従来の補正を適用するとこれまた加工寸法 に差が生じる。 つま り移動方向反転時や一旦停止後の移動開始時に おいては、 移動体の速度や加速度に応じた摩擦補正をしなければな らない。

また、 従来の数値制御装置の負荷イナ一シャの値は、 例えば最大 積載ワーク重量の半分の重量のワークが積載されている場合の負荷 イナ一シャの値が一定値と して採用されていた。 この一定値にその 時々の加速度値を掛けて求めた値が トルク指令値と して送り軸モー 夕駆動手段に出力されていた。 この様な制御下では重いワークが積 載されて負荷イナ一シャが大き く なつても、 必要な トルク指令値が 発生せず、 実際の送り軸の移動が移動指令に対して遅れていた。 ま た軽いワークが積載されて負荷イナ一シャが小さ く なつても、 必要 以上の トルク指令値が発生されて移動体に衝撃が加わり、 送り速度 にゆらぎが生じ加工の形状精度が悪く なつた。 更に加工により ヮー ク重量が刻々変化する、 つま り負荷イナ一シャが変化するのに トル ク指令値が一定値のままでは、 時間と と もに変化する負荷条件にサ

—ボ制御が追従していないので加工精度が変化することになる。 発明の開示

本願発明の目的は、 上述の従来技術の問題点を解決するためのも のであり、 機械の移動体を高速で移動させても高精度な加工が行え る数値制御工作機械の制御方法及び数値制御工作機械を得るこ とで ある

他の目的は、 複数の送り軸を同時に移動させて輪郭加工や自由曲 面加工を行っている時の加工精度を向上させることである。

他の目的は、 送り軸の移動方向反転時や、 停止からの移動開始時 における送り機構の動摩擦カゃ静摩擦力の変化を考慮して高精度な 加工を行えるようにするこ とである。

他の目的は、 送り軸の移動体に積載されるワークや取付具が交換 された時や、 一つのワークが加工されてその重量が時間とと もに軽 く なる時にも、 その重量の変化を考慮して高精度な加工を行えるよ うにするこ とである。

他の目的は、 送り軸モータを頻繁な加減速を伴って連続運転して も送り軸モータがオーバヒー トせず、 高能率を保ったまま、 高精度 な加工が行えるようにすることである。

上述の目的に鑑みて、 本願発明は、 数値制御装置のサーボ制御部 から取り 出 した数値制御プログラムデータの実行結果を用い、 送り 軸の送り機構がもつ摩擦カゃヮ一クの重量の変化に応じた所望の ト ルク指令値または電流指令値を予測演算し、 その予測演算値を送り 軸モータ駆動手段に出力するよう に したものである。

本願発明によれば、 X、 Y、 Ζ軸の直交 3軸の送り軸、 またはそ れに A、 B、 C軸のうち少なく と も 1 つの回転軸を付加した複数の 送り軸を有した数値制御工作機械の制御方法において、

数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログラムデ 一夕を移動指令分配制御部及びサ一ボ制御部で実行し、 その実行結 果を送り軸モータ駆動手段から前記送り軸の送り軸モータに出力 し 前記サ一ボ制御部から出力される数値制御プログラムデータの実 行結果を取り込み、 前記送り軸の送り機構がもつ摩擦力やワークの 重量の変化に応じた適当な トルク指令値または電流指令値を予測演 算し、

予測演算した適当な トルク指令値または電流指令値を前記送り軸 モータ駆動手段に出力し、

前記送り軸モータを前記送り軸の送り機構がもつ摩擦力やワーク の重量の変化に応じた適当な指令値で駆動する数値制御工作機械の 制御方法が提供される。

また本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込ん だ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制御 部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モー 夕に出力 し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機 械の制御方法において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サ一ボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

前記サ一ボ制御部から前記送り軸モータ駆動手段に出力される ト ルク指令値または電流指令値を取り込み、

取り込んだ トルク指令値または電流指令値と前記送り軸の加速度 値とから前記送り機構がもつ摩擦力やワー クの重量の変化に応じた 所望の トルク指令値または電流指令値を予測演算し、

予測演算した所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸 モータ駆動手段に出力し、

前記送り軸モータを所望の指令値で駆動する数値制御工作機械の 制御方法が提供される。

前記送り機構がもつ摩擦力やワークの重量の変化に応じた所望の トルク指令値または電流指令値の予測演算は、 前記取り込んだ トル ク指令値または電流指令値に基づく 実電流値と前記送り軸の加速度 値とから前記送り機構がもつ摩擦力ゃヮ一クの重量の変化に応じた 所望の トルク指令値または電流指令値を予測演算するよう に しても よい。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ 一夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械の制御方法において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サーボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

前記送り軸の移動方向反転を検出 し、

移動方向反転検出時の前記送り軸の加速度を演算し、

前記送り軸の移動方向反転検出時の前記サーボ制御部から出力さ れる トルク指令値または電流指令値に基づいて負荷 トルクを演算し て前記送り軸の移動方向反転前の負荷 トルク と して設定し、

前記送り軸の移動方向反転前の負荷 トルクの符号反転値に予め設 定した定数を乗算した値を前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トル クの目標値と して設定し、

前記送り軸の移動方向反転検出時から設定した負荷 トルクの目標 値に至るまでの前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクを前記送 り軸の移動方向反転検出時の加速度の関数と して表わされる時定数 を用いて演算し、

演算した前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクに応じた所望 の トルク指令値または電流指令値を演算し、

所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸モータ駆動手 段に出力 し、

前記送り軸モータと送り機構を介して前記移動体を移動させる数 値制御工作機械の制御方法が提供される。

前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクの演算は、 前記送り軸 の移動方向反転検出時の加速度の平方根に反比例した時定数を用い て負荷 トルクを演算するようにしてもよい。

また、 前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクの演算は、 前記 送り軸の移動方向反転検出時の加速度の平方根に反比例した複数の 時定数を用いて負荷 トルクを演算するよ うにしてもよい。

前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクの演算は、 設定した負 荷 トルクの目標値に至るまでの割合または前記送り軸の移動方向反 転検出時の前記送り軸の位置からの距離で負荷 トルクの演算を停止 するようにしてもよい。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ —夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械の制御方法において、 前記送り機構がもつ静摩擦力に応じた所望の トルク指令値及び速 度指令値、 または所望の電流指令値及び速度指令値を予め設定し、 前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サーボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

前記送り軸の移動方向反転または停止からの移動開始を検出 し、 前記送り軸の移動方向反転検出時または停止からの移動開始検出 時に前記予め設定した所望の トルク指令値及び速度指令値、 または 所望の電流指令値及び速度指令値を前記送り軸モータ駆動手段及び 前記サーボ制御部に出力し、

前記送り軸モータと送り機構を介して前記移動体を移動させる数 値制御工作機械の制御方法が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ

—夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械の制御方法において、

前記送り機構がもつ静摩擦力に応じた所望の トルク指令値及び速 度指令値、 または所望の電流指令値及び速度指令値を予め設定し、 前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サ一ボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

前記送り軸の移動方向反転または停止からの移動開始を検出 し、 移動方向反転検出時の前記送り軸の加速度を演算し、

前記送り軸の移動方向反転検出時の前記サ一ボ制御部から出力さ れる トルク指令値または電流指令値に基づいて負荷 トルクを演算し て前記送り軸の移動方向反転前の負荷 トルク と して設定し、

前記送り軸の移動方向反転前の負荷 トルクの符号反転値に予め設 定した定数を乗算した値を前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トル クの目標値と して設定し、

前記送り軸の移動方向反転検出時から設定した負荷 トルクの目標 値に至るまでの前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクを前記送 り軸の移動方向反転検出時の加速度の関数と して表わされる時定数 を用いて演算し、

演算した前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクに応じた所望 の トルク指令値または電流指令値を演算し、

所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸モータ駆動手 段に出力 し、

前記送り軸の移動方向反転検出時または停止からの移動開始検出 時に前記予め設定した所望の トルク指令値及び速度指令値、 または 所望の電流指令値及び速度指令値を前記送り軸モータ駆動手段及び 前記サ一ボ制御部に出力 し、

前記送り軸モータと送り機構を介して前記移動体を移動させる数 値制御工作機械の制御方法が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ —夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械の制御方法において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サ一ボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力 して前記送り軸モータを駆動 し、

前記サ一ボ制御部から前記送り軸モータ駆動手段に出力される ト ルク指令値または電流指令値を前記送り軸の移動中の トルク指令値 または電流指令値と して取り込み、

前記送り軸の移動中の トルク指令値または電流指令値と前記送り 軸の加速度値とから負荷イナ一シャを演算し、

演算した負荷イナ一シャに応じた所望の トルク指令値または電流 指令値を演算し、

所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸モータ駆動手 段に出力 し、

前記送り軸モータと送り機構を介して前記移動体を移動させる数 値制御工作機械の制御方法が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ 一夕に出力 し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械の制御方法において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サーボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

ワークの重量またはワークを載置した移動体の重量を検出し、 検出 した重量から負荷イナ一シャを演算し、

演算した負荷イナ一シャに応じた所望の トルク指令値または電流 指令値を演算し、

所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸モータ駆動手 段に出力 し、 前記送り軸モータと送り機構を介して前記移動体を移動させる数 値制御工作機械の制御方法が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ 一夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械の制御方法において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サーボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力 して前記送り軸モータを駆動 し、

前記送り軸の加減速時定数及び前記送り軸モータの許容される所 定の温度データを予め設定 · 記憶し、

前記サ一ボ制御部から前記送り軸モータ駆動手段に出力される ト ルク指令値または電流指令値を取り込み、

取り込んだ トルク指令値または電流指令値から前記送り軸モータ の温度を予測演算し、

予め設定 ' 記憶した前記送り軸モータの許容される所定の温度デ —夕と予測演算した前記送り軸モータの温度とを比較し、

比較結果に応じた前記送り軸の加減速時定数を設定して前記移動 指令分配制御部に出力し、

取り込んだ トルク指令値または電流指令値と前記送り軸の加速度 値とから前記送り機構がもつ摩擦力やワークの重量の変化に応じた 所望の 卜ルク指令値または電流指令値を予測演算し、

予測演算した所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸 モータ駆動手段に出力し、

前記送り軸モータを所望の指令値で駆動する数値制御工作機械の 制御方法が提供される。

さ らに本願発明によれば、 X、 Y、 Z軸の直交 3軸の送り軸、 ま たはそれに A、 B、 C軸のうち少なく と も 1 つの回転軸を付加した 複数の送り軸を有した数値制御工作機械において、

前記各送り軸の移動体を移動する送り機構と、

前記送り機構を駆動する送り軸モータ と、

前記送り軸モータを駆動するための送り軸モータ駆動手段と、 前記送り軸モータを駆動する数値制御プロ グラ ムデータを移動指 令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その実行結果を前記送り 軸モータ駆動手段から前記送り軸モータに出力する数値制御手段と 前記サーボ制御部から出力される数値制御プログラムデータの実 行結果を取り込み、 前記送り機構がもつ摩擦力やワークの重量の変 化に応じた適当な トルク指令値または電流指令値を予測演算して前 記送り軸モータ駆動手段に出力する演算制御手段と、

を具備して構成する数値制御工作機械が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ —夕に出力 し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械において、

前記各送り軸の移動体を移動する送り機構と、

前記送り機構を駆動する送り軸モータ と、

前記送り軸モータを駆動するための送り軸モータ駆動手段と、 前記送り軸モータを駆動する数値制御プロ グラ ムデータを移動指 令分配制御部及びサ一ボ制御部で実行し、 その実行結果を前記送り 軸モータ駆動手段から前記送り軸モータに出力する数値制御手段と 前記送り軸モータを駆動している時の前記サ一ボ制御部から前記 送り軸モータ駆動手段に出力される トルク指令値または電流指令値 と前記送り軸の加速度値とから前記送り機構がもつ摩擦力やワーク の重量の変化に応じた所望の 卜ルク指令値または電流指令値を予測 演算し、 予測演算した所望の トルク指令値または電流指令値を前記 送り軸モータ駆動手段に出力する演算制御手段と、

を具備して構成する数値制御工作機械が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ 一夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記送り軸の移動方向反転を検出する検出手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時の加速度を 演算する加速度演算手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時の前記速度 制御手段から出力される トルク指令値または電流指令値と前記加速 度演算手段で演算した前記送り軸の移動方向反転検出時の加速度の 関数と して表わされる時定数とを用いて前記送り軸の移動方向反転 後の負荷 トルクを演算し、 演算した負荷 トルクに応じた所望の トル ク指令値または電流指令値を前記速度制御手段に出力する負荷 トル ク演算手段と、

を具備して構成する数値制御工作機械が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ

—夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記送り軸の移動方向反転または停止からの移動開始を検出する 検出手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時または停止 からの移動開始検出時に前記送り機構がもつ静摩擦力に応じた予め 設定した所望の トルク指令値及び速度指令値、 または予め設定した 所望の電流指令値及び速度指令値を前記送り軸モータ駆動手段及び 前記速度制御手段に出力する静摩擦補正手段と、

を具備して構成する数値制御工作機械が提供される。

. さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ —夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記送り軸の移動方向反転または停止からの移動開始を検出する 検出手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時の加速度を 演算する加速度演算手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時の前記速度 制御手段から出力される トルク指令値または電流指令値と前記加速 度演算手段で演算した前記送り軸の移動方向反転検出時の加速度の 関数と して表わされる時定数とを用いて前記送り軸の移動方向反転 後の負荷 トルクを演算し、 演算した負荷 トルクに応じた所望の トル ク指令値または電流指令値を前記速度制御手段に出力する負荷 トル ク演算手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時または停止 からの移動開始検出時に前記送り機構がもつ静摩擦力に応じた予め 設定した所望の トルク指令値及び速度指令値、 または予め設定した 所望の電流指令値及び速度指令値を前記送り軸モータ駆動手段及び 前記速度制御手段に出力する静摩擦補正手段と、

を具備して構成する数値制御工作機械が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ 一夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を予測演算して前記速度制御手段に出力する 速度フ イ ー ドフ ォ ヮ一ド制御手段と、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて加速度値または トルク指令値を予測演算して前記送り軸 モータ駆動手段に出力する加速度フ ィ 一 ドフ ォ ヮー ド制御手段と、 前記速度制御手段から前記送り軸モータ駆動手段に出力される ト ルク指令値または電流指令値を取り込み、 取り込んだ前記送り軸の 移動中の トルク指令値または電流指令値と前記送り軸の加速度値と から負荷イナ一シャを演算して前記速度制御手段及び前記加速度フ イ ー ドフ ォ ワー ド制御手段に出力するイナーシャ演算手段と、 を具備して構成され、

前記速度制御手段から前記イナ一シャ演算手段で演算した負荷ィ ナ一シャに応じた所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り 軸モータ駆動手段に出力する数値制御工作機械が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ 一夕に出力し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を予測演算して前記速度制御手段に出力する 速度フ イ ー ドフ ォ ヮ一 ド制御手段と、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて加速度値または トルク指令値を予測演算して前記送り軸 モータ駆動手段に出力する加速度フ イ ー ドフ ォ ヮ一ド制御手段と、 ワークの重量またはワークを載置した移動体の重量を検出する重 量検出手段と、

前記重量検出手段で検出した重量から負荷イナ一シャを演算して 前記速度制御手段及び前記加速度フ イ ー ドフ ォ ヮ一 ド制御手段に出 力するイナ一シャ演算手段と、

を具備して構成され、

前記速度制御手段から前記イナ一シャ演算手段で演算した負荷ィ ナーシャに応じた所望の 卜ルク指令値または電流指令値を前記送り 軸モータ駆動手段に出力する数値制御工作機械が提供される。

さ らに本願発明によれば、 数値制御装置の読取解釈部から取り込 んだ数値制御プログラムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制 御部で実行し、 その実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モ

—夕に出力 し、 送り機構を介して移動体を移動させる数値制御工作 機械において、

前記各送り軸の移動体を移動する送り機構と、

前記送り機構を駆動する送り軸モータ と、

前記送り軸モータを駆動するための送り軸モータ駆動手段と、 前記送り軸モータを駆動する数値制御プログラムデータを移動指 令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その実行結果を前記送り 軸モータ駆動手段から前記送り軸モータに出力する数値制御手段と 前記送り軸の加減速時定数及び前記送り軸モータの許容される所 定の温度データを予め設定 ' 記憶するデータ記憶手段と、

前記サーボ制御部から前記送り軸モータ駆動手段に出力される ト ルク指令値または電流指令値を取り込み、 取り込んだ トルク指令値 または電流指令値から前記送り軸モータの温度を予測演算する温度 演算手段と、

前記データ記憶手段で予め設定 · 記憶した前記送り軸モータの許 容される所定の温度データと前記温度演算手段で予測演算した前記 送り軸モータの温度とを比較し、 比較結果に応じた前記送り軸の加 減速時定数を設定して前記移動指令分配制御部に出力する加減速時 定数演算手段と、

前記送り軸モータを駆動している時の前記サーボ制御部から前記 送り軸モータ駆動手段に出力される トルク指令値または電流指令値 と前記送り軸の加速度値とから前記送り機構がもつ摩擦力やワーク の重量の変化に応じた所望の トルク指令値または電流指令値を予測 演算し、 予測演算した所望の トルク指令値または電流指令値を前記 送り軸モータ駆動手段に出力する演算制御手段と、 を具備して構成する数値制御工作機械が提供される。

本願発明の作用は、 数値制御装置のサーボ制御部から送り軸モー タ駆動手段に出力される実際の トルク指令値または電流指令値を演 算制御手段に取り込み、 そのときの送り軸の加速度値も演算制御手 段に取り込み、 演算制御手段の中で送り機構がもつ摩擦力の変化や 、 積載されるワークの重量の変化に応じた所望の トルク指令値また は電流指令値を予測演算する。 この予測演算した所望の トルク指令 値または電流指令値を送り軸モータ駆動手段に出力 しているので、 送り軸は摩擦力やワークの重量の変化に合った トルクで駆動される ことになり、 移動指令から遅れを生じたり、 送り速度のゆらぎが発 生するこ とのない送り動作が達成される。

また本願発明の数値制御工作機械は、 移動指令分配制御部から出 力される移動指令値から移動方向反転検出、 停止からの移動開始検 出、 二階微分による加速度の演算、 速度フ ィ ー ドフ ォ ワー ド制御、 及び加速度フ ィ ー ドフ ォ ヮー ド制御を行う ことができるので、 実際 に送り軸モータが駆動されるのに先回り して上述の演算制御手段に よる制御が行われ、 送り速度が速く ても高精度加工が実現する。

また本願発明は、 送り軸モータの温度を予測演算し、 予め設定し た送り軸モータの許容される所定の温度データと比較し、 その比較 結果に応じて送り軸の加減速時定数を変更する制御と、 上述の送り 軸の摩擦力やワークの重量の変化に応じた所望の トルク指令値また は電流指令値を送り軸モータ駆動手段に出力する制御とを組み合わ せて行う こ とができる。

上述のような構成及び作用により、 本願発明では、 機械の移動体 を高速で移動させていても高精度な加工が行える数値制御工作機械 の制御方法及び数値制御工作機械が得られる。 そ して複数の送り軸 を同時に移動させて輪郭加工や自由曲面加工を行っている時に、 あ る送り軸の象限が切換わったと しても、 またある送り軸のワーク重 量が変わったと しても加工精度は良好に保たれる。

送り軸の移動反転時や、 停止からの移動開始時における送り機構 の動摩擦カゃ静摩擦力の変化があっても高精度な加工が行える。 そ して、 送り軸の移動体に積載されるワークや取付具が交換された時 や、 一つのワークが加工されてその重量が時間とと もに軽く なる時 にも、 その重量の変化によるイナ一シャの変化に追従して所望の 卜 ルク指令値または電流指令値が送り軸モータ駆動手段に出力されて

、 加工精度は良好に保たれる。 更に送り軸モータを頻繁な加減速を 伴って連続運転しても送り軸モータがオーバヒー 卜せず、 高精度な 加工が行える。

本願発明と前述の五つの従来技術とを対比すると、 第 1 の従来技 術は、 ロス トモーシ ョ ンに起因する各種の加速速度をサーボ制御部 の速度指令値に加え、 その後速度制御部を通して送り軸モータを駆 動しているのに対し、 本願発明は所望の トルク指令値または電流指 令値を予測演算して、 その結果を直接送り軸モータ駆動手段に出力 しているので、 遅れのない送り軸モータ駆動が行える。 第 2の従来 技術に依然と して存在する位置フ ィ一ドバッ ク制御手段及び速度フ ィ一ドバッ ク制御手段によるサーボ系の遅れの影響は、 本願発明で は起きない。 第 3 の従来技術は、 送り軸の加速度を下げる制御をし ているのに対し、 本願発明では送り軸の加速度は適正な所定値に維 持し、 イナ一シ ャ値の変更によって所望の トルク指令値または電流 指令値を送り軸モータ駆動手段に出力しているので加工能率の悪化 はない。 第 4 の従来技術の トルクオブザーバは、 速度指令値に基づ き推定した負荷 トルクの変化を検出して、 負荷イナ一シャを推定す る構成をとつているのに対して、 本願発明の構成は、 実際に送り軸 モータ駆動手段に出力される トルク指令値または電流指令値を用い て負荷イナ一シャの演算を行っているのでより実際的な負荷イナ一 シャが求ま り、 正確な トルク指令値を送り軸モータ駆動手段に出力 できる。 第 5の従来技術は、 送り軸モータのオーバヒー トを防止す る技術であるのに対して、 本願発明は更に送り機構の摩擦力ゃヮー クの重量の変化に応じた所望の トルク指令値または電流指令値を送 り軸モータ駆動手段に出力しているので、 高精度な加工が行える。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本願発明の数値制御工作機械の概略図である。

図 2 は、 本願発明の数値制御工作機械を制御する制御部の第 1 の 実施形態の構成プロ ッ ク図である。

図 3 は、 本願発明の数値制御工作機械を制御する制御部の第 2の 実施形態の構成ブロ ッ ク図である。

図 4 は、 本願発明の数値制御工作機械を制御する制御部の第 3の 実施形態の構成プロ ッ ク図である。

図 5 は、 本願発明の数値制御工作機械を制御する制御部の第 4の 実施形態の構成ブロ ッ ク図である。

図 6 は、 本願発明の数値制御工作機械を制御する制御部の第 5 の 実施形態の構成ブロ ッ ク図である。

図 7 は、 送り軸の方向反転を説明するための図であり、 上側が時 間に対する送り速度の変化を示すグラフであり、 下側が時間に対す る負荷 トルクの変化を示すグラフである。

図 8 は、 負荷イナ一シャの算出方法を説明するための図であり、 上側が時間に対する送り速度の変化を示すグラフであり、 中央が時 間に対する加速度の変化を示すグラフであり、 下側が時間に対する 負荷 トルクの変化を示すグラフである。 図 9 Aは、 負荷イナ一シ ャの算出方法のフローチ ヤ 一 トである。 図 9 Bは、 負荷イナ一シ ャの算出方法のフロ一チ ヤ 一 トである。 図 1 0 は、 本願発明第 5の実施形態による制御方法を示すフロー チ ヤ 一 卜である。

図 1 1 は、 本願発明第 5 の実施形態において作成する送り軸モー 夕の温度曲線を示したグラフである。

図 1 2 は、 本願発明第 5の実施形態における温度曲線の傾き 0 と 加減速時定数て との関係を示したグラフである。 発明を実施する最良の態様

図 1 を参照して、 本願発明の数値制御工作機械を説明する。

図 1 において、 数値制御工作機械 1 0 は所謂横形マ シニ ングセン 夕であり、 工場等の床面に設置されるべッ ド 1 2を具備している。 べッ ド 1 2の上面には、 Z軸ガィ ドレ一ノレ 2 8が水平な Z軸方向 （ 図 1 において左右方向） に延設されており、 該 Z軸ガイ ドレール 2 8 にはワーク Wを固定するためのテーブル 1 4が摺動自在に取り付 けられている。 図 1 は、 テーブル 1 4上に B軸方向に回転送り可能 な N Cロータ リテ一ブルを固定し、 その上にワーク Wを積載してい る例を示しているが、 N Cロータ リテ一ブルを介在させることなく テーブル 1 4上に直接ワーク Wを積載しても良い。 べッ ド 1 2の上 面には、 更に、 X軸ガイ ドレール 3 6が Z軸に対して垂直でかつ水 平な X軸方向 （図 1 の紙面に垂直方向） に延設されており、 該 X軸 ガイ ドレール 3 6 にはコラム 1 6が摺動自在に取り付けられている 。 コラム 1 6 においてワーク Wに対面する前面には、 X軸および Z 軸に対して垂直な Y軸方向 （図 1 において上下方向） に Y軸ガイ ド レール 3 4が延設されており、 該 Y軸ガイ ドレール 3 4 には、 主軸 2 0を回転自在に支持する主軸頭 1 8が摺動自在に取り付けられて いる。

べッ ド 1 2 内においてテーブル 1 4 の下側には Z軸送り軸と して の Z軸送りねじ 2 4 が Z軸方向に延設されており、 テーブル 1 4 の 下面には Z軸送りねじ 2 4 に螺合するナツ 卜 2 6 が固定されている 。 Z軸送りねじ 2 4 の一端には Z軸送りサ一ボモータ M _z が連結さ れており、 該サーボモータ M z を駆動し Z軸送りねじ 2 4 を回転さ せることにより、 テーブル 1 4 は Z軸ガイ ドレール 2 8 に沿って移 動する。 同様にべッ ド 1 2 内においてコラム 1 6 の下側には X軸送 り軸と しての X軸送りねじ （図示せず） が X軸方向に延設されてお り、 コラム 1 6 の下面には前記 X軸送りねじに螺合するナツ ト （図 示せず） が固定されている。 前記 X軸送りねじの一端には X軸送り サ一ボモータ Μ χ が連結されており、 該サ一ボモータ Μ χ を駆動し 前記 X軸送りねじを回転させるこ とにより、 コラム 1 6 は前記 X軸 ガイ ドレール 3 6 に沿って移動する。 更に、 コラム 1 6 内には Υ軸 送り軸と しての Υ軸送りねじ 3 2が Υ軸方向に延設されており、 主 軸頭 1 8 の背面には Υ軸送りねじ 3 2 に螺合するナツ 卜 3 0 が固定 されている。 Υ軸送りねじ 3 2 の上端には Υ軸送りサ一ボモータ Μ γ が連結されており、 該サ一ボモータ Μ _Υ を駆動し Υ軸送りねじ 3 2 を回転させることにより、 主軸頭 1 8 は Υ軸ガイ ドレール 3 4 に 沿って移動する。

主軸 2 0 の先端には工具 2 2、 例えばェン ド ミ ルが装着されてお り、 工具 2 2 を回転させながら、 コラム 1 6 、 主軸頭 1 8 、 テープ ノレ 1 4 を各々 X軸、 Υ軸、 Ζ軸方向に相対動作させることにより、 テーブル 1 4 に固定されたワーク Wを所望形状に切削加工する。 Ν C ロータ リ テーブルが固定されている場合、 数値制御工作機械 1 0 は、 更に Β軸を有する 4軸の数値制御工作機械と言える。

数値制御工作機械 1 0 は、 コラム 1 6 、 主軸頭 1 8、 テーブル 1 4 の X軸、 Y軸、 Ζ軸方向に 3軸方向へ移動させる X軸、 Υ軸、 Ζ 軸送りサーボモータ M x 、 M Y 、 M z を制御する数値制御部 4 0 を 具備している。 もちろん N C ロータ リ テ一ブルが固定されている場 合には、 B軸送りサーボモータ M _B (図示せず） を具備している。 数値制御部 4 0 は、 N Cプログラム 4 2 を読取り これを解釈するプ ログラ ム読取解釈部 4 4 、 解釈されたプログラムを一時的に記憶す る解釈済みプログラム記憶部 4 6 、 解釈済みプログラム記憶部 4 6 からプログラムを適宜引き出 して実行プ ΰグラムデータを発するプ 口グラム実行指令部 4 8 、 プログラム実行指令部 4 8 からの実行プ ログラムデータに基づいて X軸、 Υ軸、 Ζ軸の各々の方向への移動 指令値を発する移動指令分配制御部 5 0 、 移動指令分配制御部 5 0 からの移動指令値および後述する フ ィ一ドバッ ク信号に基づいて送 り軸モータ駆動部 5 4 へ トルク指令値または電流指令値を発するサ —ボ制御部 5 2 を含んでいる。 送り軸モータ駆動部 5 4 は、 サーボ 制御部 5 2 からの トルク指令値または電流指令値に基づき電流を出 力して X軸、 Υ軸、 Ζ軸の各々の送り軸モータ M x 、 M Y 、 M z を 駆動する。 更に、 本実施形態では、 サ一ボ制御部 5 2から送り軸モ —夕駆動部 5 4への トルク指令値または電流指令値を補正する演算 制御部 5 6 が設けられている。

次に、 図 2 を参照して、 サーボ制御部 5 2 および演算制御部 5 6 の好ま しい実施形態を説明する。 図 2 の実施形態では、 演算制御部 5 6 は、 その一態様と して所謂バッ ク ラ ッ シ加速補正を行う負荷 卜 ルク演算部 7 0 を具備している。 図 2 において図 1 の対応する構成 要素には同じ参照符号にて指示されている。 また、 以下の記載では テーブル 1 4 に関する Z軸の送り制御についてのみ説明する力 X 軸および Y軸の送り制御についても同様に構成されているこ とは理 解されよう。 サーボ制御部 5 2 は、 移動指令分配制御部 5 0 からの移動指令値 と、 テーブル 1 4 に取着したデジタル直線スケール等の位置検出器 S P からの位置フ ィ ー ドバッ ク信号とを比較する減算器 5 8、 減算 器 5 8 からの出力を増幅する位置制御部 6 0 、 位置制御部 6 0 の出 力値と送り軸モータ M z に設けたパルスコーダ P Cからの速度フ ィ — ドバッ ク信号を比較する減算器 6 2、 減算器 6 2 の出力を増幅す る速度制御部 6 4 を含んでいる。

一方、 移動指令分配制御部 5 0 からの移動指令値は、 検出部 6 6 および加速度演算部 6 8 へも刻々 と送出されている。 検出部 6 6 で は、 移動指令分配制御部 5 0 からの移動指令を解析してテーブル 1 4 の移動方向の変化を監視しており、 テーブル 1 4 の移動方向が反 転したときに、 移動方向反転信号を加速度演算部 6 8 および演算制 御部 5 6 の一態様である負荷 トルク演算部 7 0 へ送出する。

負荷 トルク演算部 7 0 は、 時定数演算部 7 2 、 負荷 トルク補正量 演算部 7 4、 負荷 トルク検出部 7 6 を主要な構成要素と して含んで いる。 加速度演算部 6 8 は移動指令値を二階微分して移動体の加速 度値を算出 しこれを時定数演算部 7 2 に送出する。 時定数演算部 7 2 は加速度演算部 6 8 からの加速度値に基づき時定数を演算する。 一方、 負荷 トルク検出部 7 6 は、 検出部 6 6 からの移動方向反転信 号、 およびサーボ制御部 5 2 の速度制御部 6 4 の出力である トルク 指令値または電流指令値を受取り、 テーブル 1 4 の移動方向の反転 直前の トルク指令値または電流指令値を負荷 トルク補正量演算部 7 4へ送出する。 こ こで、 速度制御部 6 4 から出力される トルク指令 値または電流指令値に基づき送り軸モータ駆動部 5 4 から送り軸モ —夕 M z に出力される実電流値を受取り、 テーブル 1 4 の移動方向 の反転直前の トルク指令値または電流指令値を負荷 トルク補正量演 算部 7 4へ送出するよ うに してもよい。 負荷 トルク補正量演算部 7 4 は、 時定数演算部 7 2 における演算結果である時定数、 および負 荷 トルク検出部 7 6 からの移動方向の反転直前の トルク指令値また は電流指令値に基づいて負荷 トルク補正値を演算し、 速度制御部 6 4 へ送出する。 移動方向の反転や加速度値の算出は、 移動指令値か ら求めるのではな く 、 位置制御部 6 0 からの出力信号を取り込んで 行っても良い し、 移動体に取付けた加速度センサで行っても良い。

こ こで図 7 を参照すると、 加速度一定の条件での送り制御の様子 が時間に対する送り速度の変化 （図 7 の上側のグラフ） 、 およびそ れに対応する送り軸に印加される負荷 トルクの変化 （図 7 の下側の グラフ） が示されている。 特に図 7 において、 時間に対する速度の 変化は、 所定の時間差分 Δ Tに対する速度差分 Δ Vの変化を直線で 結んで示している。

図 7 のグラフにおいて、 送り速度 Vが負から正に変化した瞬間 （ このとき送り速度は零となっている） が T C にて指示されている。 このとき負荷 トルクの変化を見ると、 負荷 トルクは、 T C 以前の負 荷 トルク Q p から目標負荷 トルク Q t に変化しており、 図 7 に示す 例では、 加速度一定の条件の下、 従前の負荷 トルク Q p と目標負荷 トルク Q t とは絶対値が同一で符号 （+—） が逆となっている。 このように、 サ一ボモータの駆動方向の反転は、 例えば、 数値制 御工作機械 1 0が円弧に沿って切削加工を行っている場合で、 工具 2 2 の移動経路が 1 つの象限から他の象限に移るときに生じる。 こ のとき、 送りねじのバッ クラ ッ シュや摩擦の影響のために、 機械は 即座に反転することができず一般に遅れを生じ、 負荷 トルク値は、 従前の負荷 トルク Q p から目標負荷 トルク Q t へ破線で示すように 緩慢に変化しワークの切削面に突起が形成される。

本願発明者等は数々の実験から、 移動体の移動方向が反転する際 に加工面に突起や凹みを生じさせない条件と して、 負荷 トルク補正 量と移動体の加速度の間には一定の相関関係あり、 より詳細には、 負荷 トルク補正量の時定数を加速度の平方根に反比例する値とする こ とにより、 上述した加工面における欠陥を良好に除去できる こ と を見い出 した。

この知見に基づき、 本実施形態では以下のように負荷 トルク補正 値を求めるようにした。 先ず、 検出部 6 6 によりテーブル 1 4 の移 動方向の変化を監視し、 テーブル 1 4 の移動方向が反転したときに 、 検出部 6 6 から移動方向反転信号を加速度演算部 6 8 および負荷 トルク演算部 7 0 へ送出する。 加速度演算部 6 8 は、 移動方向反転 信号を受けたときの移動体の加速度値を時定数演算部 7 2 へ送出す る。 時定数演算部 7 2 は、 加速度演算部 6 8 からの加速度値に基づ き以下の式にて時定数を演算し、 負荷 トルク補正量演算部 7 4 へ送 出する。 て = k 一 こ こで、 て は時定数、 は加速度であり、 kは時定数に合わせる ための係数である。

このとき、 負荷 トルク検出部 7 6 は、 移動方向反転信号を受けた ときの速度制御部 6 4からの出力値を移動方向反転前の負荷 トルク と して設定し負荷 トルク補正量演算部 7 4へ送出する。 負荷 トルク 補正量演算部 7 4 は、 負荷 トルク検出部 7 6 からの移動方向反転前 の負荷 トルク Q p を負荷 トルク基準値 Q s と して設定する。 次いで 、 負荷 トルク補正量演算部 7 4 は、 前記移動方向反転前の負荷 トル ク Q p の'符号を反転し （つま り、 十一を入れ替える） 、 この値に予 め設定した定数を乗算した値を移動方向反転後の送り軸の負荷 トル ク 目標値 Q t と して設定する。 次いで、 負荷 トルク補正量演算部 7 4 は、 以下の式にて、 速度制御部 6 4 が移動指令値とフ ィ ー ドバッ ク信号とから生成する負荷 トルクに加える負荷 トルク補正値 Δ Qを 求める。

Δ Q = a X Q s x l Z て

1 ,

= a X Q s x— α ^Ύ

k

こ こで、 定数 a は実験により求められる定数であり、 例えば加速 度演算部 6 8 から得られる移動体の加速度値に関連づけてデータテ —ブルと して記憶、 格納し、 加速度 に応じて適宜に呼出 して使用 することができる。

このように、 移動方向反転時の加速度 αの関数と して表わされる 時定数て により補正値△ Qを演算し、 それに基づいてテーブル 1 4 の移動方向反転検出時に設定した負荷 トルクの目標値 Q t に至るま での移動方向反転後の負荷 トルク Qの変化量を演算し、 該負荷 トル ク Qに基づいて速度制御部 6 4 が移動方向反転後の負荷 トルク Qに 応じた所望の トルク指令値または電流指令値を演算する。 これを送 り軸モータ駆動部 5 4 に出力して送り軸モータ M z を回転駆動し、 テーブル 1 4 を移動させる。

図 2の実施形態では、 時定数を加速度の平方根に反比例する値と して求めたが、 この条件は、 移動体と してのテーブル 1 4、 コラム 1 6、 主軸頭 1 8 が比較的軽量の場合に良好な結果を得るこ とがで きる。 然しながら、 移動体と してのテーブル 1 4 、 コラム 1 6、 主 軸頭 1 8 が比較的重量であったり、 静摩擦が大きい場合には、 時定 数を加速度の平方根ではなく 、 例えば 1 ノ 3乗や 3 5乗と して求 めた方が良好な結果となるこ とがある。 また、 設定した負荷 トルク の目標値 Q t に至るまでの割合や移動方向反転時の送り軸の位置か らの距離で負荷 トルクの補正量 Δ <3の演算を停止するよう にしても よい。 更に、 静摩擦が大きな場合には、 大小 2 つの時定数 τ ΐ 、 τ 2 を 用いて移動方向が反転したときに小さな時定数て 1 を選択し、 次い で大きな時定数て 2 を選択するよ うにしてもよい。 これによ り、 図 7 の下側のグラフにおいて実線で示すように、 移動方向反転直後に は大きな負荷 トルクを軸送りサーボモータ Μ X 、 M Y 、 M z に印加 するこ とができサ一ボ制御の遅れを低減可能となる。

また、 静摩擦が大きい場合には図 3 に示すように図 2 の実施形態 に、 特に静摩擦補正部 8 0 を設けてもよい。 つま り、 送り機構がも っ静摩擦力に応じた所望の トルク指令値、 電流指令値または速度指 令値を予め設定し、 この予め設定した所望の トルク指令値、 電流指 令値または速度指令値に基づいて送り軸モータ駆動部 5 4 への トル ク指令値または電流指令値を決定することができる。 なお、 図 3 に おいて図 1 、 2 に対応する構成要素は同 じ参照符号にて指示されて いる。

図 3 の実施形態において、 静摩擦補正部 8 0 は、 検出部 6 6 とサ ーボ制御部 5 2 との間に設けられており、 所望の速度指令値である 速度補正値 8 2、 所望の トルク指令値である トルク補正値 8 4 を各 々減算器 6 2、 速度制御部 6 4 の下流の減算器 9 4 へ送出する。 こ こで、 静摩擦は、 移動体と してのテーブル 1 4 、 コラム 1 6、 主軸 頭 1 8 が静止した状態から移動を開始するときと、 移動体の移動方 向が反転したときに問題となるので、 図 3 に示す実施形態では検出 部 6 6 は移動指令分配制御部 5 0 からの移動指令値に基づいて、 移 動体の移動方向反転信号のみならず移動体が停止状態から移動を開 始したときを示す移動開始信号を負荷 トルク演算部 7 0 および静摩 擦補正部 8 0へ送出する。 負荷 トルク演算部 7 0 は概ね図 2 の実施 形態と同様に作用する。

静摩擦補正部 8 0が、 検出部 6 6 から移動方向反転信号または移 動開始信号を受信すると、 所定の速度指令値、 すなわち時間に対し て速度が直線的に増加し、 次いで直線的に減少する山形または三角 形状に変化する速度指令値を減算器 6 2 に送出する。 静摩擦補正部 8 0 は、 これと同時に矩形波から成る所定の トルク指令値を速度制 御部 6 4 の下流の減算器 9 4 に送出 して送り軸モータ M _z の加速制 御を行う。

従来技術では、 負荷イナ一シャ値を一定値と して、 その時々の加 速度値を乗じて算出 した値を トルク指令値と して送り軸モータ駆動 部 5 4 に出力されているが、 負荷イナーシャは、 テーブル 1 4 に固 定されるワーク Wの重さや加工の進埗により変化するので トルク 令値が一定値のままでは加工精度を高めるこ とができなく なる。

そこで、 図 4 に示す実施形態では、 負荷イナ一シャの変化を演算 し、 これに基づいて送り軸モータ駆動部 5 4への トルク指令値また は電流指令値を決定する。 なお、 図 4 において、 図 2、 3 と同様の 構成要素は同じ参照符号にて指示されている。

図 4 の実施形態は、 図 1 の演算制御部 5 6 と してイナーシャ演算 部 9 6 およびイナーシャ記憶部 9 8 を具備している。 更に、 図 4 の 実施形態では、 サ―ボ制御部 5 2 は、 位置制御部 6 0 、 速度制御部 6 4 に加えて速度フ ィ ー ドフ ォーヮ一 ド制御部 9 0 、 加速度フ ィ 一 ドフ ォーワー ド制御部 9 2 を具備しており、 速度フ ィ ー ドフ ォーヮ ー ド制御部 9 0 および加速度フ ィ ー ドフ ォーワー ド制御部 9 2 は、 移動指令分配制御部 5 0 からの位置指令値に基づいて、 速度フ ィ 一 ドフ ォーヮ一 ド値および加速度フ イ ー ドフ ォーヮ一 ド値を生成する 速度フィ ー ドフ ォーヮ一 ド制御部 9 0 は、 移動指令分配制御部 5 0 からの移動指令値を一階微分するこ とにより速度値を算出 し、 こ れをイナ一シャ演算部 9 6 へ出力する共に、 速度フ ィ ー ドフ ォーヮ — ド値と して位置制御部 6 0 の下流の減算器 6 2 に出力する。 加速 度フ ィ ー ドフ ォ ー ヮ 一 ド制御部 9 2 は、 移動指令分配制御部 5 0か らの移動指令値を二階微分するこ とによ り加速度値を算出 し、 これ をイナ一シ ャ制御部 9 6 へ出力すると共に、 算出 した加速度値にィ ナ一シャを乗じて加速度フ ィ ー ドフ ォーワー ド値を算出 し、 これを 速度制御部 6 4 の下流の減算器 9 4 に出力する。

減算器 6 2 において、 該速度フ ィ ー ドフ ォ ーワー ド値と、 位置制 御部 6 0 の出力値と、 パルスコーダ P C力、らの速度フ ィ ー ドノ 'ッ ク 信号の差分が速度制御部 6 4 に入力される。 速度制御部 6 4 は、 こ の差分にゲイ ン 6 4 a、 イナーシャ 6 4 bを順次に乗じて負荷 トル ク値を出力する。 この負荷 トルク値に加速度フ ィ ー ドフ ォ ーヮー ド 制御部 9 2 からの加速度フ ィ ー ドフ ォ ーワー ド値が加算されて、 ト ルク指令値と して送り軸モータ駆動部 5 4 に出力される。

イナ一シ ャ演算部 9 6 は、 速度フ ィ ー ドフ ォ ーワー ド制御部 9 0 からの速度値、 加速度フ ィ ー ドフ ォ ーワー ド制御部 9 2 からの加速 度値および送り軸モータ駆動部 5 4 に入力される トルク指令値また は電流指令値に基づき以下のようにして負荷イナ一シ ャを演算する 図 8 を参照すると、 静止状態から、 移動体を所定の速度 V I へ加 速度一定の条件で加速した後に、 速度 V I にて早送りする場合の速 度、 加速度、 トルクの変化が時間の関数にて示されている。 以下、 図 8 に示すような状況を想定して、 図 9 A、 9 Bに示すフ ローチ ヤ 一卜を参照しつつ本実施形態の作用を説明する。

先ず、 早送り信号を受けてステップ S 1 0 において軸送りが早送 りであるか否かが、 速度フ ィ ー ドフ ォ ー ワー ド制御部 9 0 からの速 度値および加速度フ イ ー ドフ ォ ーヮー ド制御部 9 2 からの加速度値 により判断される。 軸送りが早送りでない場合 （ステップ S 1 0 に おいて N oの場合） 、 フローチャー トは軸送りが早送り となるのを 待機する。 軸送りが早送りの場合 （ステップ S 1 0 において Y e s の場合） 、 ステップ S 1 2 において、 加速度フ イ ー ドフ ォーワー ド 制御部 9 2 からの加速度値の変化から、 軸送りが加速度一定の条件 で加速中か否かが判断される。 軸送りが加速度一定の場合 （ステ ツ プ S 1 2 において Y e sの場合） 、 ステップ S 1 4 において、 送り 軸モータ駆動部 5 4への 卜ルク指令値または電流指令値により、 加 速中の トルクがサンプリ ングされる。 このサンプリ ングを所定回数 N回行う と上記サンプリ ングが終了する （ステップ S 1 6 において Y e s の場合） 。 サンプリ ングが N回に満たないときは （ステップ S 1 6 において N oの場合） ステップ S 1 0 に戻って再び トルクの サンプリ ングを行う。

軸送りが加速度一定ではない場合 （ステップ S 1 2 において N 0 の場合） 、 ステップ S 1 8 において、 速度フ ィ ー ドフ ォーワー ド制 御部 9 0 からの速度値の変化から、 軸送りが速度一定で行われてい るか否かが判断される。 軸送りが速度一定の場合 （ステップ S 1 8 において Y e sの場合） 、 ステップ S 2 0 において、 送り軸モータ 駆動部 5 4への トルク指令値または電流指令値により、 一定速度で 軸送りがなされている間の トルクがサンプリ ングされる。 このサン プリ ングを所定回数 M回行う と上記サンプリ ングが終了する （ステ ップ S 2 2 において Y e s の場合） 。 サンプリ ングの回数が M回に 満たないときは （ステップ S 2 2 において N 0の場合） ステップ S 1 0 に戻って再び トルクのサンプリ ングを行う。

上記のようにして加速度一定または速度一定の元での トルクのサ ンプリ ングが終了すると、 ステップ S 2 4 において加速中の トルク の平均値 Q 1 と、 一定速度中の トルクの平均値 Q r を算出する。 次 いで、 ステップ S 2 6 およびステップ S 2 8 において以下の式から 一定速度の トルクから加速中の速度に比例した摩擦 トルク Q f およ び加速 トルク Qa を算出する。

Q f = Q r x (Vm V r )

Qa = Qm 一 Q f = Q m 一 Q r x ( V m / V r )

こ こで、

V r ： 早送り中の一定の軸送り速度

Vm ： 一定加速度ひ における平均軸送り速度

a ： 加速中の一定加速度

Qm ： 加速度ひ中の平均 トルク

Q r ： 早送り一定速度中の平均 トルク

Q a ： カ Π速 トノレク

でめる。

次いで、 ステップ S 3 0 において以下の式により負荷イナー シ ャ Jを算出する。

J = Q a / α— J M

こ こで、 J は負荷イナ一シ ャ、 J M はモータイナ一シ ャである。 次いで、 ステップ S 3 2 において、 イナ一シ ャ演算部 9 6 は、 こ の負荷イナ一シ ャ J に関連した加速度フ ィ ー ドフ ォ ーヮー ド値を算 出 し、 イナーシャ記憶部 9 8 に送出して記憶されている加速度フ ィ 一 ドフ ォ一ワー ド値を書換える （ステップ S 3 4 ) 。

こ う して算出されたイナ一シャ値は速度制御部 6 4 に出力されて 、 トルク指令値または電流指令値を演算する際に最新のイナ一シ ャ 値が用いられる。 これと同時に加速度フ ィ 一 ドフ ォ ー ヮ一 ド制御部 9 2 にも算出されたイナ一シ ャ値が出力され、 加算器 9 4 へ出力さ れる加速度フ ィ 一 ドフ ォ ーヮー ド値を算出する際に最新のイナー シ ャ値が用いられる。 また、 送り軸モータ駆動部 5 4 への トルク指令 値または電流指令値の変化率をみて、 負荷イナー シ ャ Jを演算する こ と もできる。

図 4 の実施形態では、 負荷イナ一シャ Jを算出するために、 速度 フ ィ 一 ドフ ォーヮ一 ド制御部 9 0 および加速度フ ィ ー ドフ ォ一ヮ一 ド制御部 9 2 からの速度値および加速度値を用いたが、 本発明はこ れに限定されず、 図 5 に示すよう に、 例えばテーブル 1 4 に取着し た歪み計等の重量検出器 1 0 0 を用いて、 ワーク Wの重量の変化を 直接測定し、 その測定値をイナーシャ演算部 9 8 へ出力して、 負荷 イナーシャ Jを算出するようにしてもよい。

次に、 図 6 を参照して、 本願発明の更に他の実施形態を説明する 。 図 6 においても、 既述した実施形態の対応する構成要素には同 じ 参照符号が付されている。

既述したよう に、 サーボ制御部 5 2 (図 1 〜図 5 ) は、 N Cプロ グラム 4 2 をプログラム読取解釈部 4 4 により読み取り解釈し、 解 釈済みプログラム記憶部 4 6 に一時記憶されている解釈済みプログ ラムをプログラム実行指令部 4 8 により引き出し、 移動指令分配制 御部 5 0 が出力する移動指令値に従い数値制御工作機械 1 0 (図 1 ) の各送り軸モータ M x 、 M Y 、 M z の駆動を制御する。 この駆動 が短い周期で加減速を伴って繰り返し行われると、 送り軸モータ駆 動部 5 4 および送り軸モータ M _x 、 M Y 、 M z が発熱し、 その許容 上限温度に達するとサーマルアラームとなり、 数値制御工作機械 1 0 の動作が非常停止する。

データ記憶部 1 1 0 に、 数値制御工作機械 1 0 に適合した送り軸 の加減速時定数、 サ一ボ制御部 5 2から取り出す トルク指令値また は電流指令値と送り軸モータ Μ χ 、 Μ γ 、 M _z の温度との関係、 送 り軸モータ M _x 、 M _Y 、 M _z に定格電流を連続して供給したときの 送り軸モータ M X 、 M Y 、 M z の温度の変化を表した温度曲線およ び温度曲線の傾き S と送り軸の加減速時定数との関係を予め実験な どによって求め、 記憶設定させておく 。 また、 各送り軸モータ Μ χ 、 M Y 、 M _Z や送り軸モータ駆動部 5 4 のサイズを表すパラメ ータ 等も記憶設定する。 温度演算部 1 1 2 は、 サ一ボ制御部 5 2 から取 り 出 した トルク指令値または電流指令値を、 データ記憶部 1 1 0 か ら取り出した トルク指令値または電流指令値と送り軸モータ M _x 、 M Y 、 M 2 の温度との関係に照ら して、 刻々の送り軸モータ M X 、

M _Y 、 M z 等の駆動手段の温度を予測演算する。

加減速時定数演算部 1 1 4 は、 温度演算部 1 1 2 からの演算結果 を受けて、 刻々の状態に合った送り軸の加減速時定数をデータ記憶 部 1 1 0 に記憶してある温度曲線 （図示せず） の傾き と加減速時定 数との関係から演算し、 出力する。 加減速時定数指令部 1 1 6 は、 加減速時定数演算部 1 1 4 から出力された刻々の状態に合った送り 軸の加減速時定数を数値制御工作機械 1 0 の動作の進涉にタイ ミ ン グを合わせて移動指令分配制御部 5 0へ指令する。 なお、 制御の初 期においては、 データ記憶部 1 1 0 から移動指令分配制御部 5 0 へ 予め設定した送り軸の加減速時定数 T O が直接送出される。

次に図 1 0 を参照して本実施形態の作用を説明する。

まず、 データ記憶部 1 1 0 に必要データを設定する （ステップ S 5 0 ) 。 必要データとは、 既述したとおり、 数値制御工作機械 1 0 に適合した送り軸の加減速時定数、 サ一ボ制御部 5 2 から取り出す トルク指令値または電流指令値と送り軸モータ M X 、 M Y 、 M ₂ の 温度との関係、 送り軸モ一夕 M _x 、 M Y 、 M z に定格電流を連続し て供給したときの送り軸モータ Μ χ 、 M _Y 、 M _z の温度の変化を表 した温度曲線 （図示せず） 、 温度曲線の傾きと送り軸の加減速時定 数との関係および各送り軸モ一夕 Μ χ 、 M Y 、 M z や送り軸モータ 駆動部 5 4 のサイズを表すパラメ ータのこ とである。 これらは予め 実験等によって求め、 数値制御工作機械 1 0 の製造の段階で予め記 憶、 設定しておく 。 数値制御工作機械 1 0 を N Cプログラム 4 2 で 運転させたとき、 サーボ制御部 5 2 から トルク指令値または電流指 令値を逐次温度演算部 1 1 2 に取り込む （ステ ップ S 5 2 ) 。

温度演算部 1 1 2 は、 トルク指令値または電流指令値をデータ記 憶部 1 1 0 に記憶されている トルク指令値または電流指令値と送り 軸モータ M X 、 Μ γ 、 M z 等の駆動手段の温度との関係に照ら して 、 刻々の駆動手段の温度を予測演算して時間経過に対する駆動手段 の温度曲線、 例えば図 1 1 の温度曲線 （ 1 ) 、 （ 2 ) を作成する （ ステップ S 5 4 ) 。 加減速時定数演算部 1 1 4 は、 刻々作成した温 度曲線の傾き （温度曲線 （ 1 ) の場合 , 、 温度曲線 （ 2 ) の場 合 θ ₂ と、 ステップ S 5 0で設定してある定格電流時の温度曲線の 同温度 （図 1 1 の温度 M T 1 ) における傾き 。 とを比較し （ステ ップ S 5 6 ) 、 比較した結果を図 1 2 に示す温度曲線の傾き 0 と送 り軸の加減速時定数 Tとの関係に当てはめる。

θ 〉 Θ _Q のと き θ = θ \ のようにステ ップ S 5 8 において Y e s の場合） は、 図 1 2 の関係から T O よ り大きな加減速時定数を演 算し （ステップ S 6 0 ) 、 加減速時定数指令部 1 1 6 を介して移動 指令分配制御部 5 0 へ出力する （ステップ S 6 2 ) 。 Θ ぐ θ _a のと き （ 0 = 0 ₂ のよう にステップ S 5 2 において N oの場合） は、 ス テツプ S 5 0で設定してある送り軸の加減速時定数 T O を加減速時 定数指令部 1 1 6 を介してそのまま移動指令分配制御部 5 0 へ送出 する （ステップ S 6 4 ) 。

図 1 2 において、 送り軸の加減速時定数 Tは上限値 T max を有し ており、 この値は加減速を繰り返し連続して行わせても絶対に駆動 手段がオーバーヒー 卜 しない加減速時定数のこ とであり、 T max に 対応する温度曲線の最小の傾き が存在する。 つま り、 Θ が Θ ？ より大きい範囲では Tは T max となる。 なお、 駆動手段の温度曲線 とは、 図 1 1 のような形式のほか、 時間と傾き 0 との関係を所定の 時間間隔で数表化した形式のものもある。 本実施形態には、 送り軸 の加減速回数から送り軸モータの温度を予測演算したり、 または温 度検出センサで送り軸モータの温度を検出し、 これらの温度と許容 温度との比較結果に応じた送り軸の加減速制御を行う方法もある。 本願発明の好ま しい実施形態を説明したが、 本願発明がこれに限 定されず本願発明の精神と範囲内で種々の変更、 修正が可能である ことは当業者の当然とするところである。

例えば、 .既述の実施形態では、 図 2及び 3 に所謂バックラ ッ シ加 速補正制御、 図 4及び 5 にイナ一シャ補正制御、 図 6 に送り軸モー 夕の加減速制御について個別に説明したが、 これらを適宜に組み合 わせることにより、 更に高能率で高精度な加工が可能となる。

また、 本願発明の数値制御工作機械と して、 図 1 に示すように X 軸、 Y軸、 Z軸の直交する 3軸を有する横形マシニングセンタを説 明したが、 本願発明はこれに限定されず、 例えば X軸、 Y軸、 Z軸 の 3軸に加えてテーブル 1 4を水平な軸線まわりの回転動作である A軸および B軸に送り移動可能にした 5軸構成の数値制御工作機械 であってもよい。 更には、 X軸、 Y軸、 Z軸、 A軸または X軸、 Y 軸、 Z軸、 B軸の 4軸を有した数値制御工作機械、 その他 6軸以上 の数値制御工作機械にも本発明は適用可能である。 更に、 本発明は 、 図 1 に示すような横形マシニングセンタのみならず、 立形マシニ ングセンタやフライス盤その他の数値制御工作機械に適用可能であ る。 また、 X、 Υ、 Ζ軸を有した形彫放電加工機や、 X、 Y、 U、 V軸を有したワイヤ放電加工機にも適用可能である。

本願発明の演算制御部 5 6、 検出部 6 6、 加速度演算部 6 8、 負 荷 トルク演算部 7 0、 静摩擦補正部 8 0、 イナ一シャ演算部 9 6、 イナ一シャ記憶部 9 8 は、 数値制御部 4 0 とは機能的に独立してい る構成要素であり、 数値制御部 4 0 と框体を共にして設けても良い し、 別置の機械制御装置等の框体内に設けても良い。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . X、 Y、 Ζ軸の直交 3軸の送り軸、 またはそれに A、 B、 C 軸のう ち少な く と も 1 つの回転軸を付加した複数の送り軸を有した 数値制御工作機械の制御方法において、

数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログラムデ 一タを移動指令分配制御部及びサ一ボ制御部で実行し、 その実行結 果を送り軸モータ駆動手段から前記送り軸の送り軸モータ に出力 し 前記サ一ボ制御部から出力される数値制御プログラムデータの実 行結果を取り込み、 前記送り軸の送り機構がもつ摩擦カゃヮ一クの 重量の変化に応じた適当な トルク指令値または電流指令値を予測演 算し、

予測演算した適当な トルク指令値または電流指令値を前記送り軸 モータ駆動手段に出力 し、

前記送り軸モータを前記送り軸の送り機構がもつ摩擦力やワーク の重量の変化に応じた適当な指令値で駆動するこ とを特徴と した数 値制御工作機械の制御方法。

2 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログラ ムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その実 行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り機 構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械の制御方法におい て、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サーボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力 して前記送り軸モータを駆動 し、 前記サーボ制御部から前記送り軸モータ駆動手段に出力される ト ルク指令値または電流指令値を取り込み、

取り込んだ トルク指令値または電流指令値と前記送り軸の加速度 値とから前記送り機構がもつ摩擦力やワークの重量の変化に応じた 所望の トルク指令値または電流指令値を予測演算し、

予測演算した所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸 モータ駆動手段に出力 し、

前記送り軸モータを所望の指令値で駆動するこ とを特徴と した数 値制御工作機械の制御方法。

3 . 前記送り機構がもつ摩擦力やワークの重量の変化に応じた所 望の トルク指令値または電流指令値の予測演算は、 前記取り込んだ トルク指令値または電流指令値に基づく 実電流値と前記送り軸の加 速度値とから前記送り機構がもつ摩擦力やワークの重量の変化に応 じた所望の トルク指令値または電流指令値を予測演算する請求項 2 に記載の数値制御工作機械の制御方法。

4 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログラ ムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その実 行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り機 構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械の制御方法におい て、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サーボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

前記送り軸の移動方向反転を検出 し、

移動方向反転検出時の前記送り軸の加速度を演算し、

前記送り軸の移動方向反転検出時の前記サーボ制御部から出力さ れる トルク指令値または電流指令値に基づいて負荷 トルクを演算し て前記送り軸の移動方向反転前の負荷 トルク と して設定し、

前記送り軸の移動方向反転前の負荷 トルクの符号反転値に予め設 定した定数を乗算した値を前記送り軸の移動方向反転後の負荷 卜ル クの目標値と して設定し、

前記送り軸の移動方向反転検出時から設定した負荷 トルクの目標 値に至るまでの前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクを前記送 り軸の移動方向反転検出時の加速度の関数と して表わされる時定数 を用いて演算し、

演算した前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクに応じた所望 の トルク指令値または電流指令値を演算し、

所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸モータ駆動手 段に出力 し、

前記送り軸モータと送り機構を介して前記移動体を移動させるこ とを特徴と した数値制御工作機械の制御方法。

5 . 前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクの演算は、 前記送 り軸の移動方向反転検出時の加速度の平方根に反比例した時定数を 用いて負荷 トルクを演算す.る請求項 4 に記載の数値制御工作機械の 制御方法。

6 . 前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクの演算は、 前記送 り軸の移動方向反転検出時の加速度の平方根に反比例した複数の時 定数を用いて負荷 トルクを演算する請求項 4 に記載の数値制御工作 機械の制御方法。

7 . 前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクの演算は、 設定し た負荷 トルクの目標値に至るまでの割合または前記送り軸の移動方 向反転検出時の前記送り軸の位置からの距離で負荷 トルクの演算を 停止する請求項 4 に記載の数値制御工作機械の制御方法。

8 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログラ ムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制御部で実行し、 その実 行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り機 構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械の制御方法におい て、

前記送り機構がもつ静摩擦力に応じた所望の トルク指令値及び速 度指令値、 または所望の電流指令値及び速度指令値を予め設定し、 前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サーボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力 して前記送り軸モータを駆動 し、

前記送り軸の移動方向反転または停止からの移動開始を検出 し、 前記送り軸の移動方向反転検出時または停止からの移動開始検出 時に前記予め設定した所望の トルク指令値及び速度指令値、 または 所望の電流指令値及び速度指令値を前記送り軸モータ駆動手段及び 前記サ一ボ制御部に出力し、

前記送り軸モータ と送り機構を介して前記移動体を移動させるこ とを特徴と した数値制御工作機械の制御方法。

9 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログラ ムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制御部で実行し、 その実 行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り機 構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械の制御方法におい て、

前記送り機構がもつ静摩擦力に応じた所望の トルク指令値及び速 度指令値、 または所望の電流指令値及び速度指令値を予め設定し、 前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて.トルク指令値または電流指令値を前記サーボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

前記送り軸の移動方向反転または停止からの移動開始を検出 し、 移動方向反転検出時の前記送り軸の加速度を演算し、

前記送り軸の移動方向反転検出時の前記サ一ボ制御部から出力さ れる トルク指令値または電流指令値に基づいて負荷 トルクを演算し て前記送り軸の移動方向反転前の負荷 トルク と して設定し、

前記送り軸の移動方向反転前の負荷 トルクの符号反転値に予め設 定した定数を乗算した値を前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トル クの目標値と して設定し、

前記送り軸の移動方向反転検出時から設定した負荷 トルクの目標 値に至るまでの前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクを前記送 り軸の移動方向反転検出時の加速度の関数と して表わされる時定数 を用いて演算し、

演算した前記送り軸の移動方向反転後の負荷 トルクに応じた所望 の トルク指令値または電流指令値を演算し、

所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸モータ駆動手 段に出力し、

前記送り軸の移動方向反転検出時または停止からの移動開始検出 時に前記予め設定した所望の トルク指令値及び速度指令値、 または 所望の電流指令値及び速度指令値を前記送り軸モータ駆動手段及び 前記サーボ制御部に出力 し、

前記送り軸モータ と送り機構を介して前記移動体を移動させるこ とを特徴と した数値制御工作機械の制御方法。

1 0 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力 し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械の制御方法にお いて、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サ一ボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

前記サーボ制御部から前記送り軸モータ駆動手段に出力される ト ルク指令値または電流指令値を前記送り軸の移動中の トルク指令値 または電流指令値と して取り込み、

前記送り軸の移動中の トルク指令値または電流指令値と前記送り 軸の加速度値とから負荷イナ一シャを演算し、

演算した負荷イナ一シャに応じた所望の トルク指令値または電流 指令値を演算し、

所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸モータ駆動手 段に出力し、

前記送り軸モータ と送り機構を介して前記移動体を移動させるこ とを特徴と した数値制御工作機械の制御方法。

1 1 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械の制御方法にお いて、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サ一ボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

ワークの重量またはワークを載置した移動体の重量を検出 し、 検出 した重量から負荷イナ一シャを演算し、

演算した負荷イナ一シャに応じた所望の トルク指令値または電流 指令値を演算し、

所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸モータ駆動手 段に出力し、

前記送り軸モータと送り機構を介して前記移動体を移動させるこ とを特徴と した数値制御工作機械の制御方法。

1 2 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械の制御方法にお いて、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて トルク指令値または電流指令値を前記サ一ボ制御部で演 算し前記送り軸モータ駆動手段に出力して前記送り軸モータを駆動 し、

前記送り軸の加減速時定数及び前記送り軸モータの許容される所 定の温度データを予め設定 · 記憶し、

前記サーボ制御部から前記送り軸モータ駆動手段に出力される 卜 ルク指令値または電流指令値を取り込み、

取り込んだ トルク指令値または電流指令値から前記送り軸モータ の温度を予測演算し、

予め設定 · 記憶した前記送り軸モータの許容される所定の温度デ 一夕 と予測演算した前記送り軸モータの温度とを比較し、

比較結果に応じた前記送り軸の加減速時定数を設定して前記移動 指令分配制御部に出力 し、

取り込んだ トルク指令値または電流指令値と前記送り軸の加速度 値とから前記送り機構がもつ摩擦力やワークの重量の変化に応じた 所望の トルク指令値または電流指令値を予測演算し、

予測演算した所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り軸 モータ駆動手段に出力し、

前記送り軸モータを所望の指令値で駆動するこ とを特徵と した数 値制御工作機械の制御方法。

1 3 . X、 Y、 Ζ軸の直交 3軸の送り軸、 またはそれに A、 B、 C軸のう ち少なく と も 1 つの回転軸を付加した複数の送り軸を有し た数値制御工作機械において、

前記各送り軸の移動体を移動する送り機構と、

前記送り機構を駆動する送り軸モータ と、

前記送り軸モータを駆動するための送り軸モータ駆動手段と、 前記送り軸モータを駆動する数値制御プログラムデータを移動指 令分配制御部及びサ―ボ制御部で実行し、 その実行結果を前記送り 軸モータ駆動手段から前記送り軸モータに出力する数値制御手段と 前記サーボ制御部から出力される数値制御プログラムデータの実 行結果を取り込み、 前記送り機構がもつ摩擦力やワークの重量の変 化に応じた適当な トルク指令値または電流指令値を予測演算して前 記送り軸モータ駆動手段に出力する演算制御手段と、

を具備して構成するこ とを特徴と した数値制御工作機械。

1 4 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械において、 前記各送り軸の移動体を移動する送り機構と、

前記送り機構を駆動する送り軸モータ と、 前記送り軸モータを駆動するための送り軸モータ駆動手段と、 前記送り軸モータを駆動する数値制御プログラムデータを移動指 令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その実行結果を前記送り 軸モータ駆動手段から前記送り軸モータに出力する数値制御手段と 前記送り軸モータを駆動している時の前記サーボ制御部から前記 送り軸モータ駆動手段に出力される トルク指令値または電流指令値 と前記送り軸の加速度値とから前記送り機構がもつ摩擦力やワーク の重量の変化に応じた所望の トルク指令値または電流指令値を予測 演算し、 予測演算した所望の 卜ルク指令値または電流指令値を前記 送り軸モータ駆動手段に出力する演算制御手段と、

を具備して構成するこ とを特徴と した数値制御工作機械。

1 5 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記送り軸の移動方向反転を検出する検出手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時の加速度を 演算する加速度演算手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時の前記速度 制御手段から出力される トルク指令値または電流指令値と前記加速 度演算手段で演算した前記送り軸の移動方向反転検出時の加速度の 関数と して表わされる時定数とを用いて前記送り軸の移動方向反転 後の負荷 トルクを演算し、 演算した負荷 トルクに応じた所望の トル ク指令値または電流指令値を前記速度制御手段に出力する負荷 トル ク演算手段と、

を具備して構成するこ とを特徴と した数値制御工作機械。

1 6 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力 し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記送り軸の移動方向反転または停止からの移動開始を検出する 検出手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時または停止 からの移動開始検出時に前記送り機構がもつ静摩擦力に応じた予め 設定した所望の トルク指令値及び速度指令値、 または予め設定した 所望の電流指令値及び速度指令値を前記送り軸モータ駆動手段及び 前記速度制御手段に出力する静摩擦捕正手段と、

を具備して構成するこ とを特徴と した数値制御工作機械。

1 7 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラ ムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記送り軸の移動方向反転または停止からの移動開始を検出する 検出手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時の加速度を 演算する加速度演算手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時の前記速度 制御手段から出力される トルク指令値または電流指令値と前記加速 度演算手段で演算した前記送り軸の移動方向反転検出時の加速度の 関数と して表わされる時定数とを用いて前記送り軸の移動方向反転 後の負荷 トルクを演算し、 演算した負荷 トルクに応じた所望の トル ク指令値または電流指令値を前記速度制御手段に出力する負荷 トル ク演算手段と、

前記検出手段による前記送り軸の移動方向反転検出時または停止 からの移動開始検出時に前記送り機構がもつ静摩擦力に応じた予め 設定した所望の トルク指令値及び速度指令値、 または予め設定した 所望の電流指令値及び速度指令値を前記送り軸モータ駆動手段及び 前記速度制御手段に出力する静摩擦補正手段と、

を具備して構成するこ とを特徴と した数値制御工作機械。

1 8 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械において、 前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記移動指令分配制御部から出力され'る前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を予測演算して前記速度制御手段に出力する 速度フ イ ー ドフ ォ ヮ一ド制御手段と、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて加速度値または トルク指令値を予測演算して前記送り軸 モータ駆動手段に出力する加速度フ ィ ー ドフ ォ ヮ一 ド制御手段と、 前記速度制御手段から前記送り軸モータ駆動手段に出力される ト ルク指令値または電流指令値を取り込み、 取り込んだ前記送り軸の 移動中の 卜ルク指令値または電流指令値と前記送り軸の加速度値と から負荷イナ一シャを演算して前記速度制御手段及び前記加速度フ ィ ー ドフ ォ ヮー ド制御手段に出力するイナ一シャ演算手段と、 を具備して構成され、

前記速度制御手段から前記イナーシャ演算手段で演算した負荷ィ ナーンャに応じた所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り 軸モータ駆動手段に出力することを特徴と した数値制御工作機械。

1 9 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラムデータを移動指令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械において、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を演算する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力される前記送り軸の速度指令値に基づ いて トルク指令値または電流指令値を演算する速度制御手段と、 前記速度制御手段から出力される前記送り軸の トルク指令値また は電流指令値に基づいて前記送り軸モータを駆動する電流を出力す る送り軸モータ駆動手段と、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて速度指令値を予測演算して前記速度制御手段に出力する 速度フィ 一 ドフ ォ ヮー ド制御手段と、

前記移動指令分配制御部から出力される前記送り軸の移動指令値 に基づいて加速度値または トルク指令値を予測演算して前記送り軸 モータ駆動手段に出力する加速度フィ 一 ドフォ ヮ一 ド制御手段と、 ワークの重量またはワークを載置した移動体の重量を検出する重 量検出手段と、

前記重量検出手段で検出 した重量から負荷イナ一シャを演算して 前記速度制御手段及び前記加速度フ イ ー ドフ ォ ヮ一 ド制御手段に出 力するイナーシャ演算手段と、

を具備して構成され、

前記速度制御手段から前記イナ一シャ演算手段で演算した負荷ィ ナーシャに応じた所望の トルク指令値または電流指令値を前記送り 軸モータ駆動手段に出力するこ とを特徴と した数値制御工作機械。

2 0 . 数値制御装置の読取解釈部から取り込んだ数値制御プログ ラムデータを移動指令分配制御部及びサ一ボ制御部で実行し、 その 実行結果を送り軸モータ駆動手段から送り軸モータに出力し、 送り 機構を介して移動体を移動させる数値制御工作機械において、

前記各送り軸の移動体を移動する送り機構と、

前記送り機構を駆動する送り軸モータと、

前記送り軸モータを駆動するための送り軸モータ駆動手段と、 前記送り軸モータを駆動する数値制御プログラムデータを移動指 令分配制御部及びサーボ制御部で実行し、 その実行結果を前記送り 軸モータ駆動手段から前記送り軸モータに出力する数値制御手段と 前記送り軸の加減速時定数及び前記送り軸モータの許容される所 定の温度データを予め設定 · 記憶するデータ記憶手段と、

前記サ一ボ制御部から前記送り軸モータ駆動手段に出力される ト ルク指令値または電流指令値を取り込み、 取り込んだ トルク指令値 または電流指令値から前記送り軸モータの温度を予測演算する温度 演算手段と、

前記データ記憶手段で予め設定 · 記憶した前記送り軸モータの許 容される所定の温度データと前記温度演算手段で予測演算した前記 送り軸モータの温度とを比較し、 比較結果に応じた前記送り軸の加 減速時定数を設定して前記移動指令分配制御部に出力する加減速時 定数演算手段と、

前記送り軸モータを駆動している時の前記サーボ制御部から前記 送り軸モータ駆動手段に出力される トルク指令値または電流指令値 と前記送り軸の加速度値とから前記送り機構がもつ摩擦力やワーク の重量の変化に応じた所望の トルク指令値または電流指令値を予測 演算し、 予測演算した所望の トルク指令値または電流指令値を前記 送り軸モータ駆動手段に出力する演算制御手段と、

を具備して構成するこ とを特徴と した数値制御工作機械。