(57)【要約】【課題】回転工具の駆動状態に基づき回転工具の移動を制御することで、良好な研削加工が可能な工作機械を提供することを目的とする。【解決手段】工作物保持部１１に対して工具保持部２１を相対的に移動させるサーボモータ３２と、指令値に基づきサーボモータ３２に電力を供給するサーボ駆動部３３と、回転工具２２の駆動状態に基づきモータ補正量を算出する補正量算出部５７と、モータ補正量に基づき指令値を補正する補正部６０と、を備える。【選択図】図２
2010173014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物を保持する工作物保持部と、
回転工具を回転駆動し前記工作物保持部に対して相対的に移動可能な工具保持部と、
前記工作物保持部に対して前記工具保持部を相対的に移動させるサーボモータと、
位置指令値に基づき前記サーボモータに電力を供給するサーボ駆動部と、
前記回転工具の駆動状態に基づきモータ補正量を算出する補正量算出部と、
前記モータ補正量に基づき前記位置指令値を補正する補正部と、
を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
請求項１において、
前記サーボモータの位置または前記工具保持部の前記工作物保持部に対する位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記サーボ駆動部は、
前記位置指令値と前記位置検出部による前記検出位置との偏差に基づき速度指令値を生成し、前記サーボモータの位置を制御する位置制御部と、
前記速度指令値に基づき前記サーボモータの速度を制御する速度制御部と、
を有し、
前記補正部は、前記モータ補正量に基づき前記速度指令値を補正することを特徴とする工作機械。
【請求項３】
請求項１において、
前記サーボモータの位置または前記工具保持部の前記工作物保持部に対する位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記サーボ駆動部は、前記補正部により補正された前記位置指令値と前記位置検出部による前記検出位置との偏差に基づき、前記サーボモータの位置を制御する位置制御部を有することを特徴とする工作機械。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項において、
前記工具保持部は、前記回転工具を回転駆動する回転駆動モータを有し、
前記回転駆動モータによる前記回転工具の前記駆動状態である工具軸動力を検出する動力検出部をさらに備え、
前記補正量算出部は、前記工具軸動力に基づき前記回転工具の振動を算出し、算出した前記振動に基づきモータ補正量を算出することを特徴とする工作機械。
【請求項５】
請求項４において、
前記動力検出部により検出される前記工具軸動力は、前記回転駆動モータの電流値であることを特徴とする工作機械。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記回転工具は、所定回転数にて回転駆動され、
前記補正量算出部は、前記動力検出部により検出される前記工具軸動力のうち前記所定回転数の周期を含むフィルタリング処理を行うことにより、前記回転工具の前記振動を算出することを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転駆動する回転工具により切削加工または研削加工する工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、研削盤により工作物と回転駆動させた砥石車を接触させる研削加工において、砥石車のバランスがとれているほど面粗度を向上できることが知られている。砥石車にアンバランスがある場合には、砥石車の振動が発生し、工作物に回転周期のびびりが転写されて加工面の品質が低下してしまう。このため、砥石のバランスをとるために、砥石車のアンバランスの方向および大きさを測定し、この測定結果に基づいて、砥石車に重りを適宜付加する方法がある。
【０００３】
その他、砥石車の内部に重りとこの重りを移動させるモータなどの移動機構を備えるオートバランサを取付けることでバランスをとる方法がある。そして、このオートバランサは、砥石車と一体となって回転し、砥石車のバランスをとるように内蔵する重りの位置を制御する。これにより、アンバランスにより発生する砥石車の振動を抑制している。また、砥石車が高速回転すると遠心力が強くなるため、アンバランスにより発生する砥石車の振動もさらに強くなる。そこで、例えば、特開２００３−１０３４５９号公報（特許文献１）によれば、砥石車の高速回転にも適用可能なバランス修正装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０３４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、砥石車に重りを付加する方法においては、バランス測定用の測定器を必要とする上、さらに高精度にバランスをとるには多くの経験が必要なので自動化が困難である。そして、この方法では、交換する個々の砥石車に対してバランスをとるように調整する必要があるため生産性の低下の原因となりうる。また、オートバランサを取付ける方法においては、砥石車にオートバランサを固定するための専用治具が必要となり、コストアップとなる。さらに、オートバランサの取付け場所の確保も必要となるため、機械の仕様が制限されるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、回転工具の駆動状態に基づき回転工具の移動を制御することで、良好な切削加工（研削加工）が可能な工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、
工作物を保持する工作物保持部と、
回転工具を回転駆動し前記工作物保持部に対して相対的に移動可能な工具保持部と、
前記工作物保持部に対して前記工具保持部を相対的に移動させるサーボモータと、
位置指令値に基づき前記サーボモータに電力を供給するサーボ駆動部と、
前記回転工具の駆動状態に基づきモータ補正量を算出する補正量算出部と、
前記モータ補正量に基づき前記位置指令値を補正する補正部と、
を備えることである。
【０００８】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記サーボモータの位置または前記工具保持部の前記工作物保持部に対する位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記サーボ駆動部は、
前記位置指令値と前記位置検出部による前記検出位置との偏差に基づき速度指令値を生成し、前記サーボモータの位置を制御する位置制御部と、
前記速度指令値に基づき前記サーボモータの速度を制御する速度制御部と、
を有し、
前記補正部は、前記モータ補正量に基づき前記速度指令値を補正することである。
【０００９】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記サーボモータの位置または前記工具保持部の前記工作物保持部に対する位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記サーボ駆動部は、前記補正部により補正された前記位置指令値と前記位置検出部による前記検出位置との偏差に基づき、前記サーボモータの位置を制御する位置制御部を有することである。
【００１０】
請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜３の何れか一項において、
前記工具保持部は、前記回転工具を回転駆動する回転駆動モータを有し、
前記回転駆動モータによる前記回転工具の前記駆動状態である工具軸動力を検出する動力検出部をさらに備え、
前記補正量算出部は、前記工具軸動力に基づき前記回転工具の振動を算出し、算出した前記振動に基づきモータ補正量を算出することである。
【００１１】
請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、請求項４において、
前記動力検出部により検出される前記工具軸動力は、前記回転駆動モータの電流値であることである。
【００１２】
請求項６に記載の発明の構成上の特徴は、請求項４または５において、
前記回転工具は、所定回転数にて回転駆動され、
前記補正量算出部は、前記動力検出部により検出される前記工具軸動力のうち前記所定回転数の周期を含むフィルタリング処理を行うことにより、前記回転工具のアンバランスにより発生する前記振動を算出することである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によると、回転工具の駆動状態に基づき回転工具の移動を制御することができる。ここで、回転工具の「駆動状態」とは、回転工具の回転数や摩耗状態、切削抵抗（研削抵抗を含む）などに起因して変化する回転駆動の状態をいう。例えば、回転工具である砥石車にアンバランスがある場合に、砥石車のアンバランスにより発生する振動などの状態も含まれる。また、駆動状態は、工作機械が加工状態か非加工状態にあるかに関わらず、回転工具を回転駆動することにより発生する情報を回転工具から直接的に検知して得られるものである。
【００１４】
本発明において、補正量算出部は、回転工具の駆動状態に基づきモータ補正量を算出する。そして、補正部は、例えばＣＮＣ装置などの外部からサーボ駆動部へ出力される位置指令値をモータ補正量に基づいて補正する。よって、サーボ駆動部は、補正部により補正された位置指令値に基づいて工具保持部を移動させるサーボモータに電力を供給する構成となっている。これにより、回転工具そのものの駆動状態に基づき回転工具の移動を制御できるので、工作物に回転周期のびびりが転写されることを防止できる。よって、例えば、研削盤において、砥石車に重りを付加し、砥石車をバランス補正する場合であっても精細な調整をすることなく、面粗度の向上を図ることができる。また、オートバランサを取付けることなく研削加工において動的に変化する砥石車の振動に対応することができる。よって、砥石車にオートバランサを固定するための専用治具が不要となるので、砥石車の交換が容易となり生産性を向上できる。さらに、オートバランサの取付け場所を確保する必要がなくなるので、機械の仕様が制限されることなく砥石車のアンバランスに対応することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によると、補正量算出部が算出するモータ補正量を回転工具の移動に対して、即時に反映することができる。本発明において、補正量算出部は回転工具の駆動状態に基づき速度成分からなるモータ補正量を算出する。そして、補正部は、このモータ補正量に基づき、速度制御部に入力される速度指令値を補正する構成となっている。つまり、補正部は、一般にフィードバック信号に対して速度制御部よりも応答性の低い位置制御部を介することなく、回転工具の移動に対してモータ補正量を即時に反映することができる。よって、例えば、研削盤において、砥石車の研削抵抗やアンバランスにより発生する砥石車の振動に対応し、確実にバランス補正を行うことができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によると、補正量算出部が算出するモータ補正量を回転工具の移動に対して、正確に反映することができる。本発明において、補正量算出部は回転工具の駆動状態に基づき位置成分からなるモータ補正量を算出する。そして、補正部は、このモータ補正量に基づき、位置制御部に入力される位置指令値を補正する構成となっている。つまり、モータ補正量は、回転工具の駆動状態に対して、回転工具の所定位相における回転工具の移動量として反映される。よって、例えば、研削盤において、砥石車の研削抵抗やアンバランスにより発生する砥石車の振動に対応し、より正確にバランス補正を行うことができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によると、補正量算出部は、工具軸動力に基づき回転工具の振動を算出する構成となっている。回転駆動する回転工具に、回転工具の切削抵抗やアンバランスに起因した振動が発生すると、回転駆動モータの回転数やトルクに影響が及ぶ。よって、回転駆動モータによる回転工具の工具軸動力を検出すると、その検出結果には回転工具の振動が含まれることになる。従って、この工具軸動力に基づいて回転工具の振動を算出し、さらにこの振動に基づきモータ補正量を算出することで、確実に回転工具の振動の補正を行うことができる。また、例えば、研削盤において、砥石車の研削抵抗やアンバランスにより発生する砥石車の振動に対応し、より確実に砥石車のバランス補正を行うことができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によると、工具軸動力として回転駆動モータの電流値を検出し、この電流値に基づき回転工具の振動を算出する構成となっている。例えば、研削盤において、砥石車を回転駆動する回転駆動モータに一定電圧が印加されている場合に、砥石車の振動が発生すると、消費電力が一定とならず、電流値に砥石車の振動が含まれることになる。よって、この電流値から砥石車の振動を算出し、さらにこの振動に基づきモータ補正量を算出することで、確実に砥石車のバランス補正を行うことができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によると、より精細な回転工具の振動を算出できるので、確実に回転工具の振動の補正を行うことができる。回転工具を所定回転数にて回転駆動すると、工具軸動力に含まれる回転工具の振動は、所定回転数から導出される周波数と近似した周波数の振動となる。また、切削抵抗などにより所定回転数は一定量だけ上下するものと考えられる。そこで、この周波数を含むような所定帯域でフィルタリング処理を行うことにより、ノイズなどを除去し精細な回転工具の振動を算出することができる。そして、補正量算出部は、この回転工具の振動に基づいてモータ補正量を算出するので、より確実に回転工具の振動の補正を行うことができる。また、例えば、研削盤において、砥石車の研削抵抗やアンバランスにより発生する砥石車の振動に対応し、より確実に砥石車のバランス補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第一実施形態：研削盤１の全体の模式図である。
【図２】Ｘ軸用サーボドライブ３３を示すブロック図である。
【図３】第二実施形態：Ｘ軸用サーボドライブ１３３を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の工作機械を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。実施形態において、工作機械は研削盤を例に挙げて説明する。
【００２２】
＜第一実施形態＞
本発明の研削盤１について、図１，２を参照して説明する。図１は、第一実施形態の研削盤１の全体の模式図である。図２は、Ｘ軸用サーボドライブ３３を示すブロック図である。
研削盤１は、主軸装置１０と、砥石支持装置２０と、砥石台駆動装置３０と、ＣＮＣ（Computer Numerical Control）装置４０から構成される。また、工作物Ｗは、本発明の研削盤１によって研削加工される軸状の部材である。ここで、研削盤１により加工される工作物Ｗは、軸状の部材とし、研削盤１は、当該工作物Ｗの外周面の研削加工を行う場合として説明する。
【００２３】
主軸装置１０は、主軸台１１（本発明の「工作保持部」に相当する）と、主軸１２と、主軸モータ１３と、主軸エンコーダ１４と、主軸用サーボドライブ１５を備えている。主軸台１１は、研削盤１の床状に配置されたベッド（図示せず）に固定されている。主軸台１１には、主軸１２がＺ軸周りに回転可能に挿通支持されている。この主軸１２には、工作物Ｗの軸方向の一端を把持するチャックが取付けられている。主軸台１１は、主軸１２のチャックで把持した工作物Ｗを主軸モータ１３により回転駆動している。主軸エンコーダ１４は、主軸モータ１３の回転角を検出する。主軸用サーボドライブ１５は、後述するＣＮＣ装置４０により出力される位置指令値および主軸エンコーダ１４によるフィードバック信号に基づき、主軸モータ１３に適正な電力を供給することで回転駆動を制御している。
【００２４】
砥石支持装置２０は、砥石台２１（本発明の「工具保持部」に相当する）と、砥石車２２（本発明の「回転工具」に相当する）と、砥石回転用モータ２３（本発明の「回転駆動モータ」に相当する）と、モータドライブ２４と、動力検出部２５を備えている。砥石台２１は、円盤状の砥石車２２をＺ軸周りに回転可能に指示し、主軸チャックに把持された工作物Ｗに対してＸ軸方向およびＺ軸方向に相対移動可能に設けられている。砥石回転用モータ２３は、砥石台２１に設けられ、砥石車２２を回転駆動する。モータドライブ２４は、後述するＣＮＣ装置４０により出力される回転数の指令値に基づいて、砥石回転用モータ２３の回転数が当該回転数の指令値に一致するように、砥石回転用モータ２３の回転駆動を制御している。一般に、この回転数の指令値は、一定値である。動力検出部２５は、砥石回転用モータ２３による砥石車２２の工具軸動力を検出している。本実施形態において、動力検出部２５は、砥石車２２の工具軸動力として電流値を検出している。
【００２５】
砥石台駆動装置３０は、砥石台２１を工作物Ｗに対してＸ軸方向およびＺ軸方向へ相対移動させる装置である。ただし、図１においては、砥石台駆動装置３０は、Ｘ軸方向へ移動する構成のみ図示している。この砥石台駆動装置３０は、Ｘ軸ボールねじ３１と、Ｘ軸モータ３２（本発明の「サーボモータ」に相当する）と、Ｘ軸用サーボドライブ３３（本発明の「サーボ駆動部」に相当する）と、Ｘ軸エンコーダ３４と、リニアスケール３５（本発明の「位置検出部」に相当する）を備えている。
【００２６】
Ｘ軸ボールねじ３１は、ベッドにＸ軸回りに回転可能に支持されている。このＸ軸ボールねじ３１のナット部材が、砥石台２１に固定されている。Ｘ軸モータ３２は、Ｘ軸ボールねじ３１を回転駆動する。つまり、Ｘ軸モータ３２は、Ｘ軸ボールねじ３１を介することで、砥石台２１を工作物Ｗに対してＸ軸方向へ相対移動させる。Ｘ軸エンコーダ３４は、Ｘ軸モータ３２の回転角を検出する。リニアスケール３５は、ベッドに取り付けられており、ベッドに対する砥石台２１のＸ軸方向の位置を検出する。Ｘ軸用サーボドライブ３３は、後述するＣＮＣ装置４０により出力される指令値、Ｘ軸エンコーダによるＸ軸モータ３２の回転角、およびリニアスケール３５による砥石台２１の検出位置に基づいて、Ｘ軸モータ３２に電力を供給することで、Ｘ軸モータ３２の回転駆動を制御している。詳細については後述する。
なお、図示しないが、砥石台駆動装置３０において、砥石台２１を工作物Ｗに対してＺ軸方向へ相対移動させる構成は、上述したＸ軸方向への構成をＺ軸方向に置換した構成と実質的に同一である。
【００２７】
ＣＮＣ装置４０は、加工プログラムに基づいて、各サーボモータ１５，３３およびモータドライブ２４に指令値を出力し、主軸モータ１３およびＸ軸モータ３２に対してＣＮＣ制御を行っている。この時、上述した主軸用サーボドライブ１５、モータドライブ２４およびＸ軸用サーボドライブ３３は、ＣＮＣ装置４０から出力される基準信号に同期して処理を実行する。これらの各ドライブ１５，２４，３３および動力検出部２５は、ＣＮＣ装置４０から出力される指令値のパルスの周波数程度に高速で相互に通信可能な高速同期通信を行っている。また、ＣＮＣ装置４０は、この高速同期通信の他に、各種センサや外部機器と非同期通信を行っている。
【００２８】
次に、Ｘ軸用サーボドライブ３３について詳説する。Ｘ軸用サーボドライブ３３は、図２に示すように、減算器５１，５３と、位置制御部５２と、速度制御部５４と、電流制御部５５と、バンドパスフィルタ５６と、補正量算出部５７と、微分器５８と、補正部６０を備える。Ｘ軸用サーボドライブ３３は、上述したように、ＣＮＣ装置４０による位置指令値を入力し、Ｘ軸モータ３２に電力を供給している。この時、Ｘ軸用サーボドライブ３３は、Ｘ軸エンコーダ３４によるＸ軸モータ３２の回転角およびリニアスケール３５による砥石台２１の検出位置に基づき、位置指令値を適宜補正している。さらに、本発明において、補正量算出部５７が砥石台駆動装置２０の動力検出部２５から工具軸動力である電流値に基づき、モータ補正量を算出している。そして、このモータ補正量に基づき位置指令値を補正している点が、従来のサーボドライブによるサーボ制御と異なっている。
【００２９】
減算器５１は、ＣＮＣ装置４０から出力された位置指令値に応じた入力パルスを入力され、積算する。そして、減算器５１は、積算した入力パルスとリニアスケール３５が検出する砥石台２１の検出位置との位置偏差を算出する。位置制御部５２は、この位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令値を算出し、減算器５３に出力する。このように、位置制御部５２は、Ｐ（比例）制御などの位置ループ制御を行っている。
【００３０】
減算器５３は、位置制御部５２から速度指令値を入力される。微分器５８は、Ｘ軸エンコーダ３４により検出されたＸ軸モータ３２の回転角の微分値、すなわち、Ｘ軸モータ３２の回転角速度を算出する。そして、減算器５３は、位置制御部５２から入力される速度指令値とＸ軸モータ３２の回転角速度（Ｘ軸モータ３２の実速度）との速度偏差を算出する。さらに、補正部６０は、補正量算出部５７からモータ補正量を入力され、このモータ補正量に基づいて減算器５３が算出した速度偏差を補正する。そして、速度制御部５４は、補正された速度偏差から電流指令値を算出し、電流制御部５５に出力する。このように、速度制御部５４は、ＰＩ（比例積分）制御などの速度ループ制御を行っている。
【００３１】
電流制御部５５は、電流増幅器（図示しない）を介してＸ軸モータ３２に電力を供給している。電流制御部５５は、電流指令値とこの電流増幅器からフィードバック信号として入力される駆動電流との電流偏差を算出する。そして、この電流偏差から電流ループ制御を行っている。よって、Ｘ軸モータ３２は電流制御部５５から電力を供給されて駆動する。
【００３２】
バンドパスフィルタ５６は、砥石回転用モータ２３による砥石車２２の工具軸動力である電流値を動力検出部２５から入力される。この電流値の時間変化には、砥石車２２の研削抵抗やアンバランスにより発生する砥石車２２の振動が含まれている。そして、バンドパスフィルタ５６は、入力された電流値に対して所定帯域でフィルタリング処理を行い、砥石車２２の振動を算出する。次に、補正量算出部５７は、バンドパスフィルタ５６により算出された砥石車２２の振動に基づいて、砥石車２２のＸ軸方向の速度に対して加減速するべきモータ補正量を算出する。補正量算出部５７は、この速度成分からなるモータ補正量を補正部６０に出力する。
【００３３】
このようにして、Ｘ軸用サーボドライブ３３において、補正量算出部５７は、直接的に検知された砥石車２２の工具軸動力から算出される砥石車２２の振動に基づいてモータ補正量を算出する。そして、補正部６０は、このモータ補正量に基づいてＣＮＣ装置４０から入力される位置指令値を補正していることになる。また、Ｘ軸用サーボドライブ３３は、電流制御部５５から適正な電力を供給することでＸ軸モータ３２を制御している。これにより、Ｘ軸用サーボドライブ３３は、Ｘ軸ボールねじ３１を介して砥石台２１に保持される砥石車２２のＸ軸方向の移動を制御している。
【００３４】
次に、本実施形態の研削盤１によるバランス補正について説明する。ＣＮＣ装置４０は、加工プラグラムに基づいて、主軸用サーボドライブ１５、モータドライブ２４およびＸ軸用サーボドライブ３３にそれぞれ指令値を出力する。これにより、主軸装置１０、砥石支持装置２０および砥石台駆動装置３０は、同期して処理を実行する。そして、工作物Ｗと回転駆動させた砥石車２２を接触させて研削加工を行う。この時、Ｘ軸用サーボドライブ３３は、Ｘ軸用エンコーダ３４によるＸ軸モータ３２の回転角およびリニアスケール３５による砥石台２１の検出位置を入力され、クローズドループ方式のサーボ制御を行っている。
【００３５】
このような研削加工において、砥石車２２にアンバランスがある場合には、砥石車２２の振動が発生する。この時、砥石車２２を回転駆動する砥石回転用モータ２３の回転数やトルクに影響が及ぶ。例えば、砥石車２２を回転駆動する回転駆動モータ２３に一定電圧が印加されている場合に、砥石車２２の振動が発生すると、消費電力が一定とならず、電流値に砥石車２２の振動が含まれることになる。よって、砥石回転用モータ２３による砥石車２２の工具軸動力である電流値を検出すると、その電流値の時間的変化には砥石車２２の振動が含まれることになる。動力検出部２５は、この電流値を検出すると共に、主軸用サーボドライブ１５などのサーボドライブと高速同期通信を行い、バンドパスフィルタ５６を介して、検出結果を補正量算出部５７に出力している。
【００３６】
ここで、砥石車２２を所定回転数にて回転駆動すると、工具軸動力に含まれる砥石車２２の振動は、所定回転数から導出される周波数と近似した周波数の振動となる。例えば、砥石車２２を３６００ｒｐｍで回転駆動すると、１秒あたり６０回転となるため、６０Ｈｚが導出される。また、研削抵抗などにより所定回転数は一定量だけ上下するものと考えられる。つまり、砥石車２２の振動によって影響される工具軸動力に含まれる振動は、同様に６０Ｈｚを含む周波数帯にあるものと考えられる。また、例えば、工具軸動力が電流値の場合には、砥石車２２の振動の他に、砥石車２２を回転駆動するための電流値およびノイズが含まれる。そこで、電流値を入力されたバンドパスフィルタ５６は、砥石車２２の回転数に応じた周波数帯でフィルタリング処理を行う。本実施形態では、５０〜７０Ｈｚの周波数帯でフィルタリング処理を行っている。これにより、ノイズなどが除去され精細な砥石車２２の振動を算出することができる。
【００３７】
次に、補正量算出部５７は、フィルタリング処理して得られた砥石車２２の振動の振動周期に同期した逆位相振動を算出する。そして、補正量算出部５７は、この逆位相振動の周波数および振幅に基づいて、砥石車２２のＸ軸方向の速度に対して加減速するべきモータ補正量を算出する。補正量算出部５７は、この速度成分からなるモータ補正量を補正部６０に出力する。
【００３８】
速度制御部５４は、位置制御部５２による速度指令値と、Ｘ軸用エンコーダ３４および微分器５８によりフィードバックされるＸ軸モータ３２の回転角速度に基づき速度ループ制御を行っている。そして、減算器５３は、この速度指令値とＸ軸モータ３２の回転角速度との速度偏差を算出している。補正部６０は、さらに補正量算出部５７から入力されるモータ補正量に基づいて減算器５３が算出した速度偏差を補正する。この補正された速度偏差は、速度制御部５４により電流指令値として出力され、電流制御部５５を介してＸ軸モータ３２に電力として供給される。つまり、逆位相振動から算出されたモータ補正量は、砥石車２２のＸ軸方向の移動量として反映される。そして、モータ補正量による砥石車２２のＸ軸方向の移動量は、アンバランスにより発生した砥石車２２の振動砥石車２２の振動を打ち消すように作用する。よって、砥石車２２のアンバランスに対応し、バランス補正を行うことができる。また、動力検出部２５による砥石車２２の工具軸動力は、位置制御部５２を介さずにＸ軸用サーボドライブ３３に入力される構成となっている。一般に、位置制御部５２は、フィードバック信号に対して速度制御部５４よりも応答性が低い。よって、このような構成とすることで、砥石車２２の振動に対してモータ補正量を即時に反映することができる。
【００３９】
上述したように、砥石車２２のバランス補正を行うことにより、砥石車２２の振動に起因した工作物Ｗに回転周期のびびりが転写されることを防止できる。よって、オートバランサを取付けることなく研削加工において動的に変化する砥石車の振動に対応することができる。従って、個々の砥石車２２のアンバランスに対応でき、砥石車２２にオートバランサを固定するための専用治具が不要となるので、砥石車２２の交換が容易となり生産性を向上できる。さらに、オートバランサの取付け場所の確保をする必要がなくなるので、研削盤１の仕様が制限されることなく砥石車２２のアンバランスに対応し、良好な研削加工を可能となる。
【００４０】
また、本実施形態において、従来のように砥石車２２に重りを付加し、砥石車２２をバランス補正してもよい。本実施形態によれば、Ｘ軸用サーボドライブ３３によってバランス補正されるので、重りの調整が高精度でなくても十分なバランス補正が可能である。しかし、従来と同様に重りを付加することで、砥石車２２の振動の振幅を小さくすることができる場合に、モータ補正量の絶対値を小さくすることができるものと考えられる。よって、砥石車２２のＸ軸方向の移動量が小さくなるのでより確実にバランス補正を行うことができる。よって、研削加工における工作物Ｗの面粗度の向上を図ることができる。
【００４１】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の研削盤１０１について図３を参照して説明する。図３は、第二実施形態のＸ軸用サーボドライブ１３３を示すブロック図である。
ここで、第二実施形態の構成は、主に、第一実施形態の補正量算出部５７によるモータ補正量について、速度指令値を補正する補正部６０に出力していたが、本実施形態では、位置指令値を補正する制御部１６０に出力する点が相違する。なお、その他の構成については、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。
【００４２】
補正量算出部１５７は、動力検出部２５から入力される工具軸動力である電流値に対して、バンドパスフィルタ５６により所定帯域でフィルタリング処理を行い、砥石車２２の振動を算出する。次に、補正量算出部１５７は、フィルタリング処理して得られた砥石車２２の振動の振動周期に同期した逆位相振動を算出する。そして、補正量算出部１５７は、この逆位相振動の周波数および振幅に基づいて、砥石車２２のＸ軸方向の位置に対して移動するべきモータ補正量を算出する。補正量算出部１５７は、この位置成分からなるモータ補正量を補正部１６０に出力する。
【００４３】
位置制御部５２は、ＣＮＣ装置４０による位置指令値と、リニアスケール３５からのフィードバック信号である砥石台２１の検出位置に基づき位置ループ制御を行っている。そして、減算器５１は、この位置指令値に応じた入力パルスの積算値と、砥石台２１の検出位置との位置偏差を算出している。さらに、補正部１６０は、補正量算出部１５７から入力されるモータ補正量に基づいて、減算器５１が算出した位置偏差を補正する。そして、補正部１６０で補正された位置偏差は、位置制御部５２により速度指令値として出力され、速度制御部５４および電流制御部５５を介してＸ軸モータ３２に電力として供給される。つまり、逆位相振動から算出された位置成分からなるモータ補正量は、砥石車２２の所定位相におけるＸ軸方向の移動量として反映される。そして、位置成分からなるモータ補正量による砥石車２２のＸ軸方向の移動量は、アンバランスにより発生した砥石車２２の振動砥石車２２の振動を打ち消すように作用する。よって、砥石車２２のアンバランスに対応し、確実にバランス補正を行うことができる。
【００４４】
また、速度制御部５４は、モータ補正量により補正された速度指令値と、Ｘ軸用エンコーダ３４および微分器５８によりフィードバックされるＸ軸モータ３２の回転角速度に基づき速度ループ制御を行っている。減算器５３は、速度指令値とＸ軸モータ３２の回転角速度から速度偏差を算出している。つまり、モータ補正量は、速度ループ制御の段階において既に速度指令値として反映されている状態である。このような構成においては、速度制御部５４でモータ補正量に基づく補正をした場合と比べて応答性が低くなるものの、砥石車２２の所定位相におけるＸ軸方向の移動量として反映できる。よって、確実なバランス補正が可能となる。その他、第一実施形態と同様の効果を奏する。
【００４５】
＜第一、第二実施形態の変形態様＞
第一、第二実施形態において、工作機械は研削盤を例に挙げて説明した。これに対して、マシニングセンターや旋盤等において、回転駆動させた回転工具で切削加工または研削加工する場合に、本発明を適用することができる。工作機械が研削盤の場合に、砥石車２２の研削抵抗よりもアンバランスにより発生する振動が大きいため、アンバランスに対応したバランス補正を例に説明した。しかし、本発明は、回転工具の摩耗状態や切削抵抗などに起因する振動を補正することも可能である。よって、回転駆動する回転工具により切削加工または研削加工する工作機械において、同様の効果を得られる。
【００４６】
また、動力検出部２５は、砥石回転用モータ２３による砥石車２２の工具軸動力として電流値を検出した。これに対して、例えば砥石回転用モータ２３が出力しているトルクや角速度を検出してもよい。このような構成とした場合でも、砥石車２２の振動が砥石回転用モータ２３のトルクや角速度に含まれる。よって、これらを検出し、補正量算出部５７，１５７において検出値に応じたゲインを乗ずることで速度成分または位置成分からなるモータ補正量を算出することができる。
【００４７】
また、バンドパスフィルタ５６は、検出した工具軸動力を所定帯域でフィルタリング処理を行うものとした。これに対して、研削加工における砥石車２２の回転数や検出する工具軸動力に応じて、ローパスフィルタまたはハイパスフィルタを適用してもよい。例えば、５０Ｈｚ以上の周波数を取得するようにハイパスフィルタのみを使用し、砥石車２２の振動を算出し、補正量算出部５７に出力する構成としてもよい。
【００４８】
その他、位置検出部として、リニアスケール３５としたが、例えば、Ｘ軸モータ３２に設けたポテンショメータからサーボモータの位置をフィードバック信号として入力してもよい。そして、第一、第二実施形態では、Ｘ軸用サーボドライブのサーボ制御において、一例としてクローズドループ方式を採用した場合について説明した。これに対して、上記サーボモータの検出位置と、ＣＮＣ装置４０から入力された位置指令値との位置偏差を算出するセミクローズドループ方式の位置ループ制御としてもよい。同様に、オープンループ方式やハイブリッドサーボ方式としてもよい。何れの方式であっても、砥石車２２の振動に基づきモータ補正量を算出し、このモータ補正量により位置指令値を補正することにより、砥石車２２のバランス補正を行うことができる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１０１：研削盤
１０：主軸装置、  １１：主軸台（工作物保持部）、  １２：主軸、  １３：主軸モータ
１４：主軸エンコーダ、  １５：主軸用サーボドライブ
２０：砥石駆動装置、  ２１：砥石台（工具保持部）、  ２２：砥石車（回転工具）
２３：砥石回転用モータ（回転駆動モータ）、  ２４：モータドライブ
２５：動力検出部
３０：砥石台駆動装置、  ３１：Ｘ軸ボールねじ、  ３２：Ｘ軸モータ（サーボモータ）
３３，１３３：Ｘ軸用サーボドライブ（サーボ駆動部）、  ３４：Ｘ軸エンコーダ
３５：リニアスケール（位置検出部）
４０：ＣＮＣ装置
５１：減算器、  ５２：位置制御部、  ５３：減算器、  ５４：速度制御部
５５：電流制御部、  ５６：バンドパスフィルタ、  ５７，１５７：補正量算出部
５８：微分器
６０，１６０：補正部
【図１】
2010173014.tif 000003
【図２】
2010173014.tif 000004
【図３】
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