(57)【要約】  数値制御装置の読取解釈部（５２）から取り込んだ数値制御プログラムを分配補間部（５４）及びサーボ制御部（５６）（５８）（６０）で実行し、粗動機構と微動機構とにより構成された送り軸を駆動して工具とワークとを相対移動させ、ワークを加工する数値制御工作機械（１０）において、送り軸への移動指令と、該移動指令に基づいて変化する出力値との差分を求め、移動指令に基づいて粗動機構の移動指令を生成し、差分に基づいて微動機構の移動指令を生成するようにした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送り軸への移動指令と、該移動指令に基づいて変化する出力値との差分を求め、  前記移動指令に基づいて前記粗動機構の移動指令を生成し、  前記差分に基づいて前記微動機構の移動指令を生成することを特徴とした工作機械の送り軸制御方法。
【請求項２】
粗動機構と微動機構とにより構成された送り軸を駆動して工具とワークとを相対移動させ、前記ワークを加工する工作機械の送り軸制御方法において、  前記送り軸の移動指令を加速度を連続的にするフィルタに通して、前記粗動機構の移動指令を生成し、  生成した前記粗動機構の移動指令で前記粗動機構を駆動し、  前記送り軸の移動指令と、前記粗動機構の移動指令との差分から前記微動機構の移動指令を求め、  求めた前記微動機構の移動指令で該微動機構を駆動するようにしたことを特徴とした工作機械の送り軸制御方法。
【請求項３】
前記フィルタに通した後の移動指令に基づいて前記粗動機構のための速度フィードフォワード値および加速度フィードフォワード値を生成するようにした請求項２に記載の工作機械の送り軸制御方法。
【請求項４】
前記フィルタに通す前の移動指令に基づいて前記微動機構のための速度フィードフォワード値および加速度フィードフォワード値を生成するようにした請求項３に記載の工作機械の送り軸制御方法。
【請求項５】
前記送り軸の移動指令によって前記粗動機構を駆動し、  前記送り軸の移動指令と、前記粗動機構のフィードバック信号との差分に基づいて前記微動機構の移動指令を求め、  求めた前記微動機構の移動指令で該微動機構を駆動するようにした請求項１に記載の工作機械の送り軸制御方法。
【請求項６】
前記送り軸の移動指令に基づいて前記粗動機構のフィードフォワード値と、前記微動機構への干渉フィードフォワード値を生成し、  前記差分に基づいて前記微動機構のフィードフォワード値と、前記粗動機構への干渉フィードフォワード値を生成するようにした請求項５に記載の工作機械の送り軸制御方法。
【請求項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を分配補間部及びサーボ制御部で実行し、粗動機構と微動機構とにより構成された送り軸を駆動して工具とワークとを相対移動させ、前記ワークを加工する数値制御工作機械において、  前記送り軸への移動指令と、該移動指令に基づいて変化する出力値との差分を求め、  前記移動指令に基づいて前記粗動機構の移動指令を生成し、  前記差分に基づいて前記微動機構の移動指令を生成するようにした数値制御工作機械。
【請求項８】
前記送り軸の移動指令を加速度を連続的にするフィルタと、  前記フィルタに通して、前記粗動機構の移動指令を生成する手段と、  前記送り軸の移動指令と、前記粗動機構の移動指令との差分から前記微動機構の移動指令を生成する手段とを具備する請求項７に記載の数値制御工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は工作機械の送り軸制御方法および該送り軸制御方法を実行する数値制御工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】  工作機械の送り軸制御では、加工指令を実行する間、工具経路のコーナ部では各送り軸の速度が急激に変化するため、工作機械の各部に衝撃が生じることがある。こうした衝撃を低減するために、送り軸の加減速制御が行われる。加減制御の方法としては、数値制御装置の分配補間部からの移動指令を加減速フィルタを通して送り軸の加減速を行う補間後加減速制御等がある。【０００３】  こうした補間後加減速制御方法の１つとして特許文献１には、数値制御工作機械の切削送り速度に合った加減速曲線パラメータを求め、求めた加減速曲線パラメータに基づいて切削送りの加減速制御を行うようにした数値制御工作機械の加減速制御方法が記載されている。【０００４】  また、特許文献２には、各軸用補間後加減速処理部によって補間処理部から各軸への移動指令を補間後加減速処理を行い、補間後加減速処理後の移動指令に基づき各軸のサーボ制御部がそれぞれサーボ制御を行い、補間前加減速部が許容内回り量による速度制御を行うようにした数値制御装置が記載されている。【０００５】  更に、特許文献３には、粗動機構と微動機構とを組み合わせた複合サーボ機構において、微動機構と粗動機構の各変位の合計を検出し、これを変位指令値と比較して、その偏差を微動機構および粗動機構の各々の調節器に供給し、それら調節器の出力信号を微動機構と粗動機構へ入力するようにした精密位置制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３１２３０９号公報
【特許文献２】特開２００１−３１２３０９号公報
【特許文献３】特開平８−２４１１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  特許文献１、２に記載されているように、補間前に加減速制御を行うと、各送り軸の加速、減速時間が長くなり、従って加工時間が長くなる問題がある。更に、補間後に加減速制御すると、例えば、X-Y平面内でコーナ部を加工するなど同時に２軸以上の送り軸を同期させて制御する場合において、加減速制御を行う前の移動指令による工具軌跡に対して実際の工具軌跡は内回りとなり、加工誤差が大きくなる問題がある。【０００８】  また、特許文献３に記載されているような複合サーボ制御では、粗動機構と微動機構との間に両者の運動によって干渉力が生じ、これによって、サーボ制御に誤差を生じる問題がある。【０００９】  本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、送り軸の加減速の変化による衝撃を減少させ、高速、高精度にワークを加工できる工作機械の送り軸制御方法および該送り軸制御方法を実行する数値制御工作機械を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上述の目的を達成するために、本発明によれば、送り軸への移動指令と、該移動指令に基づいて変化する出力値との差分を求め、前記移動指令に基づいて前記粗動機構の移動指令を生成し、前記差分に基づいて前記微動機構の移動指令を生成するようにした工作機械の送り軸制御方法が提供される。【００１１】  更に、本発明によれば、粗動機構と微動機構とにより構成された送り軸を駆動して工具とワークとを相対移動させ、前記ワークを加工する工作機械の送り軸制御方法において、前記送り軸の移動指令を加速度を連続的にするフィルタに通して、前記粗動機構の移動指令を生成し、生成した前記粗動機構の移動指令で前記粗動機構を駆動し、前記送り軸の移動指令と、前記粗動機構の移動指令との差分から前記微動機構の移動指令を求め、求めた前記微動機構の移動指令で該微動機構を駆動することを特徴とした工作機械の送り軸制御方法が提供される。【００１２】  前記送り軸の移動指令によって前記粗動機構を駆動し、前記送り軸の移動指令と、前記粗動機構のフィードバック信号との差分に基づいて前記微動機構の移動指令を求め、求めた前記微動機構の移動指令で該微動機構を駆動するようにしてもよい。【００１３】  更に、本発明によれば、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を分配補間部及びサーボ制御部で実行し、粗動機構と微動機構とにより構成された送り軸を駆動して工具とワークとを相対移動させ、前記ワークを加工する数値制御工作機械において、前記送り軸への移動指令と、該移動指令に基づいて変化する出力値との差分を求め、前記移動指令に基づいて前記粗動機構の移動指令を生成し、前記差分に基づいて前記微動機構の移動指令を生成するようにした数値制御工作機械が提供される。【００１４】  前記数値制御工作機械は、前記送り軸の移動指令を加速度を連続的にするフィルタと、前記フィルタに通して、前記粗動機構の移動指令を生成する手段と、前記送り軸の移動指令と、前記粗動機構の移動指令との差分から前記微動機構の移動指令を生成する手段とを具備することができる。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、従来技術において加減速フィルタによって低減させた移動指令中の加速度を微動部を駆動することによって補償されるので、各送り軸の加減速度を高めることが可能となり、加工精度および切削効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の軸送り制御方法を適用する数値制御工作機械の一例を示す正面図である。
【図２】図１の数値制御工作機械の一部の部分拡大図である。
【図３】本発明の軸送り制御方法を実行する制御システムの一例を示す略示ブロック図である。
【図４】X-Y平面内でコーナ部を切削加工する場合の工具経路を示す略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態によるサーボ制御装置を示す制御ブロック図である。
【図６】円弧または曲線状の工具経路に沿って加工する場合に生じる工具経路の逸脱を示す略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるサーボ制御装置を示す制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。  図１は本発明の軸送り制御方法を適用する数値制御工作機械の一例を示す正面図であり、図２は図１の数値制御工作機械の一部の部分拡大図である。
【００１８】  図１において、数値制御工作機械１０は、基台となるベッド１２、ベッド１２の上面に水平左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられたコラム１４、鉛直方向（Ｙ軸方向）に上下動可能にコラム１４に取り付けられたＹ軸スライダ１６、Ｙ軸スライダ１６に上下方向に移動可能に取り付けられたヘッドストック２０、および、該ヘッドストック２０に水平左右方向に移動可能に取り付けられ主軸２４を水平前後方向に延びる回転軸線を中心として回転可能に支持する主軸頭２２を具備している。
【００１９】  コラム１４は、ベッド１０２の上面において水平な左右方向（Ｘ軸方向）に延設された一対のＸ軸案内レール２６上を摺動するガイドブック２８を有し、Ｘ軸案内レール２６に沿って往復動可能に設けられている。ベッド１０２には、コラム１４をＸ軸案内レール２６に沿って往復駆動するＸ軸送り装置として、Ｘ軸方向に延設されたボールねじ３６（図５、６）と、該ボールねじ３６の一端に連結されたＸ軸サーボモータ２８が設けられており、コラム１４には、ボールねじ３６に係合するナット４６（図５、７）が取り付けられている。ベッド１２には、また、Ｘ軸方向のコラム１４の座標位置を測定するＸ軸スケール４８（図５、７）が取り付けられている。
【００２０】  Ｙ軸スライダ１６は、コラム１４の前面において鉛直方向（Ｙ軸方向）に延設された一対のＹ軸案内レール（図示せず）に沿って往復動可能に設けられており、コラム１４には、Ｙ軸スライダ１６をＹ軸案内レールに沿って往復駆動するＹ軸送り装置として、Ｙ軸方向に延設された左右一対のボールねじ３０と、該ボールねじ３０の一端に連結されたＹ軸サーボモータ３２が設けられており、Ｙ軸スライダ１６には、ボールねじ３０に係合するナット（図示せず）が取り付けられている。コラム１４には、また、Ｙ軸スライダ１６のＹ軸方向の座標位置を測定するＹ軸スケール（図示せず）が取り付けられている。
【００２１】  ヘッドストック２０はＹ軸微動装置４０を介してコラム１４に対してＹ軸方向に微動可能に設けられており、主軸頭２２はＸ軸微動装置４２を介してヘッドストック２０に対してＸ軸方向に微動可能に設けられている。Ｙ軸微動装置４０およびＸ軸微動装置４２は、要求される精度やヘッドストック２０および主軸頭２２の重量によって決定されるが、例えばリニアモータや圧電素子によって構成することができる。なお、図１、２において、破線はＹ軸およびＸ軸方向の微動範囲を示している。また、Ｘ軸微動装置４２およびＹ軸微動装置４０で駆動する微動機構は粗動機構よりも慣性が小さく、剛性が高くなるように構成されている。
【００２２】  更に、数値制御工作機械１０は、Ｙ軸スライダ１６に対するヘッドストック２０のＹ軸方向の相対位置を検知する位置センサ（図示せず）およびヘッドストック２０に対する主軸頭２２のＸ軸方向の相対位置を検知する位置センサ４４（図５、７参照）を具備している。
【００２３】  次に、本発明の軸送り制御方法を実行する制御システムを示す略示ブロック図である図３を参照すると、制御システム５０は、読取解釈部５２、分配補間部５４、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各サーボ制御部５６、５８、６０を具備している。読取解釈部１２は、例えばＣＡＭ装置（図示せず）からの加工プログラムを読取り解釈して移動指令を分配補間部５４へ出力する。この移動指令は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の送り量と送り速度とを含んでいる。
【００２４】  分配補間部５４は、受け取ったＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸移動指令を補間演算し、補間関数および送り速度に合った位置指令を各軸のサーボ制御部５６、５８、６０に出力する。サーボ制御部５６、５８、６０は、受け取ったＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各位置指令から工作機械１０のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各送り軸を駆動するための電流値を出力し、工作機械１０のＸ軸、Ｙ軸の各送り軸のサーボモータ２８、３２および微動装置４０、４２に供給される。
【００２５】  図４は、例えばボールエンドミルのような工具を用いてX-Y平面内でコーナ部を切削加工する場合の工具経路を示している。一般的に、こうしたコーナ部を加工する場合には、工作機械１０のコラム１４、Ｙ軸スライダ１６、ヘッドストック２０、主軸頭２２、主軸２４等の可動部が移動する際に生じ得る振動や衝撃を低減させ、指令の加速度の連続性を補償するために、分配補間部５４から出力される位置指令をフィルタを通して加速度が連続するようにしている。これによって、分配補間部５４からの位置指令に基づく工具経路ＴＰは、図４において破線で示すように、円弧状に内回りの工具経路ＴＰ′となる。本発明では、微動装置を用いることによって、フィルタ後の位置指令に基づく工具経路ＴＰ′を分配補間部５４からの位置指令に基づく工具経路ＴＰに可及的に近づけるようにしている。
【００２６】  以下、本発明の好ましい実施形態として、図３のＸ軸サーボ制御部５６を構成するサーボ制御装置１００を説明するが、Ｙ軸サーボ制御部５８およびＺ軸サーボ制御部６０も同様にサーボ制御装置１００によって構成することができることは理解されよう。
【００２７】  図５参照すると、本発明の第１の実施形態によるサーボ制御装置１００は、一般的なサーボ制御装置と同様に、分配補間部５４からの位置指令Ｘ0の加減速フィルタ１０２、加減速フィルタ１０２からの位置指令と、Ｘ軸スケール４８からの位置フィードバック信号とを比較する減算器１０４、減算器１０４からの出力を微分処理する位置制御器１０６、位置制御器１０６からの出力と、Ｘ軸サーボモータ２８のロータリーエンコーダ２８ａからの速度フィードバック信号とを比較する減算器１０８、減算器１０８からの信号を微分処理する速度制御器１１０、速度制御器１１０からの出力に基づいてＸ軸サーボモータ２８へ出力する電流を制御する電流制御器１１２、加減速フィルタ１０２からの位置指令に基づいて速度フィードフォーワード値および加速度フィードフォーワード値を生成する速度フィードフォーワード制御部１１４および加速度フィードフォーワード制御部１１６を含む。
【００２８】  サーボ制御装置１００は、更に、分配補間部５４からの位置指令と、加減速フィルタ１０２からの位置指令とを比較する減算器１１８、減算器１１８からの出力と、位置センサ４４からの位置フィードバック信号とを比較する減算器１２０、減算器１２０からの出力を微分処理する微動位置制御器１２２、微動位置制御器１２２からの出力と、微分処理した位置センサ４４からの信号とを比較する減算器１２４、減算器１２４からの信号を微分処理する微動速度制御器１２６、微動速度制御器１２６からの出力に基づいてＸ軸微動装置４２へ出力する電流を制御する微動電流制御器１２８、減算器１１８からの出力に基づいて微動速度フィードフォーワード値および微動加速度フィードフォーワード値を生成する微動速度フィードフォーワード制御部１３０および微動加速度フィードフォーワード制御部１３２を含む。
【００２９】  本実施形態では、Ｘ軸微動装置４２は、分配補間部５４からの位置指令と、加減速フィルタ１０２からの出力との差分を補償するように制御される。従って、本実施形態によれば、図４において、フィルタ後の位置指令に基づく工具経路ＴＰ′を分配補間部５４からの位置指令に基づく工具経路ＴＰに可及的に近づけることが可能となる。また、従来技術では移動指令中に含まれる大きな加速度をフィルタによって抑制しているが、本実施形態では、抑制された加速度を微動部を駆動することによって補償されるので、Ｘ軸、Ｙ軸のサーボモータ２８、３２の加減速度を高めることが可能となり、加工精度および切削効率を高めることが可能となる。
【００３０】  また、工具経路ＴＰが図６に示すような円弧または曲線である場合にもやはり、工作機械の可動部に作用する摩擦の変化によって送り軸の遅れを生じ、破線ＴＰ′で示すように、実際の工具経路が分配補間部からの位置指令に基づく工具経路ＴＰから逸脱してしまう。
【００３１】  図７参照すると、本発明の第２の実施形態によるサーボ制御装置２００は、一般的なサーボ制御装置と同様に、分配補間部５４からの位置指令Ｘ0と、Ｘ軸スケール４８からの位置フィードバック信号とを比較する減算器２０２、減算器２０２からの出力を微分処理する位置制御器２０４、位置制御器２０４からの出力と、Ｘ軸サーボモータ２８のロータリーエンコーダ２８ａからの速度フィードバック信号とを比較する減算器２０６、減算器２０６からの信号を微分処理する速度制御器２０８、速度制御器２０８からの出力に基づいてＸ軸サーボモータ２８へ出力する電流を制御する電流制御器２１０、分配補間部５４からの位置指令X0に基づいて速度フィードフォーワード値を生成する速度フィードフォーワード制御部２１２、および、加速度フィードフォーワード値を生成する加速度フィードフォーワード制御部２１４を含む。
【００３２】  サーボ制御装置２００は、更に、減算器２０２からの出力と、位置センサ４４からの位置フィードバック信号とを比較する減算器２１８、減算器２１８からの出力を微分処理する微動位置制御器２２０、微動位置制御器２２０からの出力と、微分処理した位置センサ４４からの信号とを比較する減算器２２２、減算器２２２からの信号を微分処理する微動速度制御器２２４、微動速度制御器２２４からの出力に基づいてＸ軸微動装置４２へ出力する電流を制御する微動電流制御器２２６を含む。減算器２０２からの出力に基づいて速度フィードフォーワード値を生成する微動速度フィードフォーワード制御部２２８、および、微動加速度フィードフォーワード値を生成する微動加速度フィードフォーワード制御部２３０を含む。
【００３３】  サーボ制御装置２００は、特に図６に示すような、可動部に作用する摩擦の変化に基づく加工誤差を低減するのに有効である。こうした加工誤差は微小であるので、微動装置４２はリニアモータではなく圧電素子を具備する駆動装置とすることができる。その場合、粗動部を構成するＹ軸スライダ１６と微動部を構成する主軸頭２２またはヘッドストック２０との間に圧電素子を介して相互干渉力が発生する。そこで、本実施形態では、サーボ制御装置２００は、粗動部と微動部とに相互に発生する干渉力を電流制御器２１０および微動電流制御器２２６にフィードフォワードするようにしている。そのために、減算器２０２からの出力に基づいて干渉加速度フィードフォーワード値を生成する干渉加速度フィードフォーワード制御部２１６、および、分配補間部５４からの位置指令X0に基づいて干渉微動加速度フィードフォーワード値を生成する干渉微動加速度フィードフォワード制御部２３２を含む。
【符号の説明】
【００３４】  １０    数値制御工作機械  １２    ベッド  １４    コラム  １６    Ｙ軸スライダ  ２０    ヘッドストック  ２２    主軸頭  ２４    主軸  ４０    Ｙ軸微動装置  ４２    Ｘ軸微動装置  １００    サーボ制御装置  １０２    加減速フィルタ  １１４    速度フィードフォワード制御部  １１６    加速度フィードフォワード制御部  １３０    微動速度フィードフォワード制御部  １３２    微動加速度フィードフォワード制御部  ２１２    速度フィードフォワード制御部  ２１４    加速度フィードフォワード制御部  ２１６    干渉加速度フィードフォワード制御部  ２２８    微動速度フィードフォワード制御部  ２３０    微動加速度フィードフォワード制御部  ２３２    干渉微動加速度フィードフォワード制御部
【図１】
2016051542.tif 000003
【図２】
2016051542.tif 000004
【図３】
2016051542.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2016051542.tif 000008
【図７】
2016051542.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月26日(2015.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗動機構と微動機構とにより構成された送り軸を駆動して工具とワークとを相対移動させ、前記ワークを加工する工作機械の送り軸制御方法において、
送り軸への移動指令と、該移動指令に基づいて変化する出力値との差分を求め、
前記移動指令に基づいて前記粗動機構の移動指令を生成し、
前記差分に基づいて前記微動機構の移動指令を生成することを特徴とした工作機械の送り軸制御方法。
【請求項２】
粗動機構と微動機構とにより構成された送り軸を駆動して工具とワークとを相対移動させ、前記ワークを加工する工作機械の送り軸制御方法において、
前記送り軸の移動指令を加速度を連続的にするフィルタに通して、前記粗動機構の移動指令を生成し、
生成した前記粗動機構の移動指令で前記粗動機構を駆動し、
前記送り軸の移動指令と、前記粗動機構の移動指令との差分から前記微動機構の移動指令を求め、
求めた前記微動機構の移動指令で該微動機構を駆動するようにしたことを特徴とした工作機械の送り軸制御方法。
【請求項３】
前記フィルタに通した後の移動指令に基づいて前記粗動機構のための速度フィードフォワード値および加速度フィードフォワード値を生成するようにした請求項２に記載の工作機械の送り軸制御方法。
【請求項４】
前記フィルタに通す前の移動指令に基づいて前記微動機構のための速度フィードフォワード値および加速度フィードフォワード値を生成するようにした請求項３に記載の工作機械の送り軸制御方法。
【請求項５】
前記送り軸の移動指令によって前記粗動機構を駆動し、
前記送り軸の移動指令と、前記粗動機構のフィードバック信号との差分に基づいて前記微動機構の移動指令を求め、
求めた前記微動機構の移動指令で該微動機構を駆動するようにした請求項１に記載の工作機械の送り軸制御方法。
【請求項６】
前記送り軸の移動指令に基づいて前記粗動機構のフィードフォワード値と、前記微動機構への干渉フィードフォワード値を生成し、
前記差分に基づいて前記微動機構のフィードフォワード値と、前記粗動機構への干渉フィードフォワード値を生成するようにした請求項５に記載の工作機械の送り軸制御方法。
【請求項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を分配補間部及びサーボ制御部で実行し、粗動機構と微動機構とにより構成された送り軸を駆動して工具とワークとを相対移動させ、前記ワークを加工する数値制御工作機械において、
前記送り軸への移動指令と、該移動指令に基づいて変化する出力値との差分を求め、
前記移動指令に基づいて前記粗動機構の移動指令を生成し、
前記差分に基づいて前記微動機構の移動指令を生成するようにした数値制御工作機械。
【請求項８】
前記送り軸の移動指令を加速度を連続的にするフィルタと、
前記フィルタに通して、前記粗動機構の移動指令を生成する手段と、
前記送り軸の移動指令と、前記粗動機構の移動指令との差分から前記微動機構の移動指令を生成する手段とを具備する請求項７に記載の数値制御工作機械。
【国際調査報告】
2016051542.tif 000010
2016051542.tif 000011
2016051542.tif 000012
2016051542.tif 000013