パラメータ設定方法およびパラメータ設定装置
【課題】工作機械の送り軸の制御パラメータの設定を簡易かつ短時間で行う。
【解決手段】工作機械１０の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置５６は、工作機械に載せるべき積載物のイナーシャが、工作機械に接続された加工管理システムの記憶部８２に記憶されているか否かを判定する判定部８４と、イナーシャが記憶部に記憶されていない場合には積載物のイナーシャを計測して記憶すると共に、イナーシャが記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて工作機械の送り軸の制御パラメータを演算する演算部７６と、該演算部により演算された制御パラメータを工作機械の送り軸に対して設定する設定部８６とを有する。
【解決手段】工作機械１０の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置５６は、工作機械に載せるべき積載物のイナーシャが、工作機械に接続された加工管理システムの記憶部８２に記憶されているか否かを判定する判定部８４と、イナーシャが記憶部に記憶されていない場合には積載物のイナーシャを計測して記憶すると共に、イナーシャが記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて工作機械の送り軸の制御パラメータを演算する演算部７６と、該演算部により演算された制御パラメータを工作機械の送り軸に対して設定する設定部８６とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法およびその方法を実施するパラメータ設定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は一つ以上の直動送り軸および／または回転送り軸（以下、これら直動送り軸および回転送り軸を単に「送り軸」と呼ぶ）を含んでおり、これら送り軸を駆動するためのモータは数値制御装置により制御されている。工作機械においては、ワークの加工内容に応じて異なる工具が取り付けられ、また、ワークを工作機械に取り付けるためのジグもワークに応じて異なるものが使用される。
【０００３】
このような工作機械を含むシステムにおいて、送り軸には、加減速時定数、反転補正値、各種ゲイン、フィルタなどの制御パラメータを設定する必要がある。そして、これら制御パラメータを設定するためには、工作機械の各送り軸に作用するイナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力を取得する必要があり、特許文献１においては、そのようなイナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力の取得方法を開示している。また、特許文献２は、条件に応じてパラメータを変更するようにした数値制御装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２９０７０６
【特許文献２】特開２００６−３４６７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、或る工作機械に載置されるワークを他の工作機械で加工する場合には、再度、イナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力を取得して制御パラメータを設定する必要があり、時間がかかる上に、その処理も煩雑である。また、複数の送り軸を備えた工作機械においても、或る送り軸に対してイナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力を取得して制御パラメータを設定した後で、他の送り軸についても同様にイナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力を取得する必要があり、単一の工作機械においても同様な問題が発生する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、或る工作機械に載置されるジグやワークを他の工作機械に載置して加工する場合または工作機械の或る送り軸に対して制御パラメータを設定した後で他の送り軸に対して制御パラメータを設定する場合であっても、制御パラメータの設定を簡易かつ短時間で行うことのできるパラメータ設定方法およびその方法を実施するパラメータ設定装置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】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法において、前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが、記憶部に記憶されているか否かを判定し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読み込み、計測または読み込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記送り軸の制御パラメータを演算し、演算された制御パラメータを前記工作機械の前記送り軸に対して設定することを特徴とするパラメータ設定方法が提供される。
【０００８】
２番目の発明によれば、工作機械の複数の送り軸のうちの一つの送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法において、前記一つの送り軸について前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが記憶部に記憶されているか否かを判定し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読み込み、計測または読み込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記一つの送り軸の制御パラメータを演算し、演算された制御パラメータを前記工作機械の前記一つの送り軸に対して設定することを特徴とするパラメータ設定方法が提供される。
【０００９】
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記記憶部は、送り軸のクーロン摩擦および粘性摩擦の摩擦係数を記憶しており、前記制御パラメータは前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される。
【００１０】
４番目の発明によれば、３番目の発明において、前記摩擦係数および前記イナーシャに応じて変化する制御パラメータと、前記摩擦係数および前記イナーシャの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータとが演算される。
【００１１】
５番目の発明によれば、３番目の発明において、前記記憶部には、前記工作機械の送り軸を動作させるモータのモータ温度と該モータのトルク定数との関係が記憶されており、前記制御パラメータは前記関係と前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される。
【００１２】
６番目の発明によれば、工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置において、前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが、前記工作機械に接続された加工管理システムの記憶部に記憶されているか否かを判定する判定部と、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記送り軸の制御パラメータを演算する演算部と、該演算部により演算された制御パラメータを前記工作機械の前記送り軸に対して設定する設定部と、を具備すること特徴とするパラメータ設定装置が提供される。
【００１３】
７番目の発明によれば、工作機械の複数の送り軸のうちの一つの送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置において、前記一つの送り軸について前記工作機械に載せるべき積載物のイナーシャが記憶部に記憶されているか否かを判定する判定部と、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記一つの送り軸の制御パラメータを演算する演算部と、該演算部により演算された制御パラメータを前記工作機械の前記一つの送り軸に対して設定する設定部と、を具備することを特徴とするパラメータ設定装置が提供される。
【００１４】
８番目の発明によれば、６番目または７番目の発明において、前記記憶部は、送り軸のクーロン摩擦および粘性摩擦の摩擦係数を記憶しており、前記制御パラメータは前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される。
【００１５】
９番目の発明によれば、８番目の発明において、前記摩擦係数および前記イナーシャに応じて変化する制御パラメータと、前記摩擦係数および前記イナーシャの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータとが演算される。
【００１６】
１０番目の発明によれば、６番目または７番目の発明において、前記記憶部には、前記工作機械の送り軸を動作させるモータのモータ温度と該モータのトルク定数との関係が記憶されており、前記制御パラメータは前記関係と前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算されるようにした。
【発明の効果】
【００１７】
１番目または６番目の発明においては、或る工作機械に載置されるワークを他の工作機械で加工する場合であっても、或る工作機械で測定したイナーシャを他の工作機械で使用できる。従って、イナーシャの計測、演算回数を減らすことができ、その結果、制御パラメータの設定を簡易かつ短時間で行うことができる。
【００１８】
２番目または７番目の発明においては、工作機械の或る送り軸に対してパラメータを設定した後で他の送り軸に対して制御パラメータを設定する必要がある場合であっても、或る送り軸で測定したイナーシャを他の送り軸で使用できる。従って、イナーシャの計測、演算回数を減らすことができ、その結果、制御パラメータの設定を簡易かつ短時間で行うことができる。
【００１９】
３番目または８番目の発明においては、クーロン摩擦と粘性摩擦の両方を考慮しているので、制御パラメータをより精密に設定できる。
【００２０】
４番目または９番目の発明においては、制御パラメータの特性に応じて制御パラメータの設定手法を変えているので、制御パラメータをより適切に設定できる。なお、摩擦係数とイナーシャとに応じて変化する制御パラメータは、加減速時定数および反転補正値などである。摩擦係数とイナーシャとの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータは、各種ゲインおよびフィルタ等である。
【００２１】
５番目または１０番目の発明においては、モータ温度を考慮して制御パラメータを設定しているので、制御パラメータをより精密に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の数値制御工作機械の概略図である。
【図２】本発明の数値制御工作機械を制御する演算制御部の構成ブロック図である。
【図３】図２に示される演算制御部の追加の構成ブロック図である。
【図４】送り軸が直動軸である場合に制御パラメータを演算する演算手法のフローチャートである。
【図５】（ａ）粘性摩擦の場合におけるイナーシャと摩擦係数の関係を示す図である。（ｂ）クーロン摩擦の場合におけるイナーシャと摩擦係数の関係を示す図である。
【図６】送り軸が回転送り軸である場合に制御パラメータを演算する演算手法のフローチャートである。
【図７】イナーシャおよび摩擦係数を演算する演算手法を示すフローチャートである。
【図８】トルク定数とモータ温度との間の関係を示す図である。
【図９】制御パラメータを演算する演算手法を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）イナーシャまたは摩擦係数に対して直線状に変化する制御パラメータを示す図である。（ｂ）イナーシャまたは摩擦係数に対して曲線状に変化する制御パラメータを示す図である。（ｃ）イナーシャまたは摩擦係数に対してステップ状に変化する制御パラメータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明の数値制御工作機械の概略図である。図１において、数値制御工作機械１０は所謂横形マシニングセンタであり、工場等の床面に設置されるベッド１２を具備している。ベッド１２の上面には、Ｚ軸ガイドレール２８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、Ｚ軸ガイドレール２８には、ワーク用ジグＧを介してワークＷを固定するためのテーブル１４が摺動自在に取り付けられている。図１は、テーブル１４上にＢ軸方向に回転送り可能なＮＣロータリテーブルを固定し、その上にワークＷを積載している例を示しているが、ＮＣロータリテーブルを介在させることなくテーブル１４上に直接ワークＷを積載しても良い。
【００２４】
ベッド１２の上面には、更に、Ｘ軸ガイドレール３６がＺ軸に直交し、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、Ｘ軸ガイドレール３６にはコラム１６が摺動自在に取り付けられている。コラム１６においてワークＷに対面する前面には、Ｘ軸およびＺ軸に直交するＹ軸方向（図１において上下方向）にＹ軸ガイドレール３４が延設されており、Ｙ軸ガイドレール３４には、主軸２０を回転自在に支持する主軸頭１８が摺動自在に取り付けられている。
【００２５】
ベッド１２内においてテーブル１４の下側にはＺ軸送りねじ２４がＺ軸方向に延設されており、テーブル１４の下面にはＺ軸送りねじ２４に螺合するナット２６が固定されている。Ｚ軸送りねじ２４の一端にはＺ軸送りサーボモータＭｚが連結されており、Ｚ軸送りサーボモータＭｚを駆動しＺ軸送りねじ２４を回転させることにより、テーブル１４はＺ軸ガイドレール２８に沿って移動する。同様にベッド１２内においてコラム１６の下側には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１６の下面には前記Ｘ軸送りねじに螺合するナット（図示せず）が固定されている。
【００２６】
前記Ｘ軸送りねじの一端にはＸ軸送りサーボモータＭｘが連結されており、Ｘ軸送りサーボモータＭｘ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１６はＸ軸ガイドレール３６に沿って移動する。更に、コラム１６内にはＹ軸送りねじ３２がＹ軸方向に延設されており、主軸頭１８の背面にはＹ軸送りねじ３２に螺合するナット３０が固定されている。Ｙ軸送りねじ３２の上端にはＹ軸送りサーボモータＭｙが連結されており、Ｙ軸送りサーボモータＭｙを駆動しＹ軸送りねじ３２を回転させることにより、主軸頭１８はＹ軸ガイドレール３４に沿って移動する。
【００２７】
主軸２０の先端には工具２２、例えばエンドミルが装着されている。工具２２を回転させながら、コラム１６、主軸頭１８、テーブル１４を各々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に動作させることにより、テーブル１４に固定されたワークＷを所望形状に切削加工する。ＮＣ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１０は、更にＢ軸を有する４軸の数値制御工作機械と言える。
【００２８】
数値制御工作機械１０は、コラム１６、主軸頭１８、テーブル１４のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸送りサーボモータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを制御する数値制御部４０を具備している。ＮＣロータリテーブルを有する場合には、Ｂ軸送りサーボモータ（図示せず）を具備している。
【００２９】
数値制御部４０は、ＮＣプログラム４２を読み取りこれを解釈するプログラム読取解釈部４４、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４６、解釈済みプログラム記憶部４６からプログラムを適宜引き出して実行プログラムデータを発するプログラム実行指令部４８、プログラム実行指令部４８からの実行プログラムデータに基づいてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々への位置指令値、速度指令値、加速度指令値を発する分配制御部５０、分配制御部５０からの位置指令値、速度指令値、加速度指令値および後述するフィードバック信号に基づいて送り軸モータ駆動部５４へトルク指令値または電流指令値を発するサーボ制御部５２を含んでいる。なお、Ｂ軸についても同様に、分配制御部５０がＢ軸への位置指令値、角速度指令値、角加速度指令値を発する。
【００３０】
送り軸モータ駆動部５４は、サーボ制御部５２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、Ｙ軸、Ｚ軸の各々の送り軸モータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを駆動する。更に、本実施形態では、サーボ制御部５２から送り軸モータ駆動部５４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５６が設けられている。
【００３１】
図２は本発明の数値制御工作機械を制御する演算制御部の構成ブロック図である。図２の実施形態では、演算制御部５６は、トルク演算部９６およびパラメータ演算部９８を備えた演算部７６を具備している。図２において図１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。演算部７６は後述する各種の演算処理を行う。
【００３２】
サーボ制御部５２は、分配制御部５０からの位置指令値から、テーブル１４に取り付けたデジタル直線スケール等の位置検出器ＳＰの位置フィードバック信号を減算する減算器５８、減算器５８からの出力に基づき位置を制御する位置制御部６０、位置制御部６０から出力された速度指令から送り軸モータＭに設けたパルスコーダＰＣからの速度フィードバック信号を減算する減算器６２、減算器６２の出力に基づき速度を制御する速度制御部６４を含んでいる。
【００３３】
一方、分配制御部５０からの位置指令値、速度指令値、加速度指令値は、速度フィードフォワード制御部９０および加速度フィードフォワード制御部９２へも刻々と送出されている。速度フィードフォワード制御部９０および加速度フィードフォワード制御部９２は、分配制御部５０からの位置指令値等に基づいて、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。加速度フィードフォワード値と、速度制御部６４からの出力とは、加算器９４において加算され、送り軸モータ駆動部５４に供給される。
【００３４】
さらに、送り軸モータＭには、送り軸モータＭに流れる電流を検出する電流検出器７２および送り軸モータＭの温度を検出する温度センサ７４が設けられている。電流検出器７２により検出された電流値および温度センサ７４により検出された温度はトルク演算部９６に出力され、トルク演算部９６は送り軸モータＭに作用するトルクを演算する。さらに、パラメータ演算部９８は、トルク演算部９６により演算されたトルクと、パルスコーダＰＣからの速度フィードバック信号等とに基づいて制御パラメータを演算する。なお、演算部７６はイナーシャや摩擦係数の演算等、他の演算処理を行う。
【００３５】
図３は図２に示される演算制御部の追加の構成ブロック図である。演算制御部５６の演算部７６におけるパラメータ演算部９８で設定された制御パラメータは設定部８６に出力される。次いで設定部８６は、対応する送り軸に対して制御パラメータを設定する。従って、演算制御部５６はパラメータ設定装置としての役目を果たす。また、演算部７６は、数値制御工作機械１０とは別個の上位制御装置、例えば加工管理システム８０に含まれていて各種データを含む記憶部８２に接続されている。あるいは、記憶部８２は、数値制御工作機械１０の演算制御部５６に内蔵されていてもよい。
【００３６】
記憶部８２には、数値制御工作機械１０に積載される積載物のイナーシャが記憶されている。イナーシャは、送り軸が直動送り軸である場合には積載物の慣性質量を意味し、送り軸が回転送り軸である場合（図１の矢印Ｂを参照されたい）には積載物の慣性モーメントを意味する。
【００３７】
積載物とは、ワークＷ、工具２２、およびワーク用ジグＧ等の総称であり、ワーク用ジグＧが含まれない場合もある。また、記憶部８２には、ワークＷ、工具２２、およびワーク用ジグＧのそれぞれについてイナーシャが記憶されていてもよく、積載物全体として一つのイナーシャが記憶されていてもよい。また、積載物のイナーシャは数値制御工作機械１０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸および回転Ｂ軸のそれぞれについて記憶されるものとする。さらに、図１に示される数値制御工作機械１０以外の複数の工作機械についても、積載物のイナーシャが記憶部８２に同様に記憶されている。なお、記憶部８２には、積載物についての質量と摩擦係数との関係、およびイナーシャまたは摩擦係数と制御パラメータとの関係も工作機械毎、およびこれら工作機械の送り軸毎に記憶されている。
【００３８】
判定部８４は、数値制御工作機械１０に載せる積載物のイナーシャが記憶部８２に記憶されているか否かを判定する。さらに、判定部８４は、数値制御工作機械１０の一つの送り軸について数値制御工作機械１０に載せる積載物のイナーシャが記憶部８２に記憶されているか否かを判定することもできる。
【００３９】
図４は送り軸が直動送り軸、例えばＺ軸である場合に制御パラメータを演算する演算手法のフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、本発明における制御パラメータの演算手法について説明する。
【００４０】
はじめに、積載物を数値制御工作機械１０に搭載する。そして、ステップ１１０において記憶部８２にアクセスし、判定部８４は、その積載物をその数値制御工作機械１０に載せたときのイナーシャが記憶部８２に記憶されているかを判定する。なお、記憶部８２が加工管理システム８０にのみ内蔵されている場合には、ステップ１１０の前に、数値制御工作機械１０を加工管理システム８０に接続する動作を含む。
【００４１】
そして、そのようなイナーシャが存在する場合には、ステップ１２０においてイナーシャを読み込む。一方、イナーシャが存在しない場合には、ステップ１９０においてその積載物についてのイナーシャと摩擦係数を計測、演算して、記憶部８２に記憶する。このとき、求めたイナーシャから、構造体の質量と積載物の質量を分けて記憶部８２に記憶しておく。イナーシャおよび摩擦係数の演算については、後述する。
【００４２】
次いで、ステップ１３０において、判定部８４は、その積載物が搭載されているときの摩擦係数が記憶部８２に記憶されているかを判定する。そして、そのような摩擦係数が記憶されている場合には、ステップ１４０でその摩擦係数を読み込み、記憶されていない場合には、演算部７６は、イナーシャおよび摩擦係数の関係を用いてイナーシャから摩擦係数を演算する（ステップ１５０）。
【００４３】
ここで、図５（ａ）は、粘性摩擦の場合におけるイナーシャと摩擦係数の関係を示す図であり、図５（ｂ）はクーロン摩擦の場合におけるイナーシャと摩擦係数の関係を示す図である。ステップ１４０、１５０では、粘性摩擦およびクーロン摩擦の両方における摩擦係数をこれらグラフから取得する。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるグラフの代わりに、イナーシャと摩擦係数の間の関係式を用いて摩擦係数を直接的に演算してもよい。
【００４４】
その後、ステップ１６０において、イナーシャおよび／または摩擦係数とに基づいてパラメータ演算部９８が各種の制御パラメータを演算する。最終的に、演算された制御パラメータは設定部８６によって対応する送り軸に対して設定され、処理を終了する。
【００４５】
このように、本発明においては、必要とされるイナーシャおよび／または摩擦係数が記憶部８２に記憶されているか否かを判定し、記憶されている場合には、それらイナーシャおよび／または摩擦係数を使用するようにしている。従って、例えば同型の他の数値制御工作機械に載置された積載物を数値制御工作機械１０で加工する場合においても、他の数値制御工作機械について既に記憶されたイナーシャなどを数値制御工作機械１０において流用できる。このため、イナーシャ等の計測、演算回数を最小限に減らすことができ、その結果、制御パラメータの設定を簡易かつ短時間で行うことが可能となる。なお、或る工作機械のイナーシャ等のデータがどの工作機械で使用できるかについては予め定められている。
【００４６】
さらに、イナーシャ等の流用は、数値制御工作機械１０の一つの送り軸、例えばＺ軸と、同一の数値制御工作機械１０の他の送り軸、例えばＸ軸および／またはＹ軸との間においても適用できる。従って、このような場合にも、イナーシャ等の計測、演算回数を減らすことができ、同様な効果が得られる。なお、この場合には、イナーシャなどを記憶する記憶部８２が数値制御工作機械１０に内蔵されていてもよい。また、或る送り軸のイナーシャ等のデータが同一の工作機械におけるどの送り軸で使用できるかについては予め定められている。
【００４７】
図６は送り軸が回転送り軸、例えばＢ軸である場合に制御パラメータを演算する演算手法のフローチャートである。なお、送り軸が回転送り軸である場合には、或る工作機械１０における回転送り軸の中心位置とワークの取付位置との間の相対位置が他の工作機械における同様な相対位置と相違するときと、相違しないときとがある。しかしながら、これらいずれの場合であっても、図６のフローチャートを採用できるものとする。
【００４８】
図６に示されるステップ１１０〜ステップ１６０、ステップ１９０は前述したのと同様であるので説明を省略し、ステップ１８０について主に説明する。図６に示されるように、ステップ１３０において摩擦係数が記憶部８２に記憶されていない場合には、ステップ１８０に進む。そして、ステップ１８０においては、その積載物についての質量が記憶部８２に記憶されているか否かが判定部８４により判定される。そして、そのような質量が記憶されている場合にはステップ１５０に進み、記憶されていない場合にはステップ１９０に進む。最終的には、ステップ１６０で制御パラメータを同様に算出しているので、送り軸が回転送り軸である場合であっても、前述したのと同様な効果が得られるのが分かる。
【００４９】
ここで、図４および図６のステップ１９０に示したイナーシャと摩擦係数の計測、演算手法について説明する。図７はイナーシャおよび摩擦係数を演算する演算手法を示すフローチャートである。
【００５０】
図７のステップ２１０においては、電流検出器７２により送り軸モータＭの電流値を計測し、温度センサ７４により送り軸モータＭの温度を計測すると共に、パルスコーダＰＣにより送り軸モータＭの速度を計測する。さらに、送り軸モータＭの速度から送り軸モータＭの加速度を演算する。
【００５１】
次いで、ステップ２２０においては、図８に示されるトルク定数とモータ温度との間の関係から、トルク定数を求め、求めたトルク定数と送り軸モータＭの電流値からトルクを求める。このように本発明では、モータ温度に応じて定まるトルク定数を利用しているので、トルクをより正確に演算することができる。
【００５２】
そして、ステップ２３０において、トルク（力）、速度、加速度からイナーシャおよび摩擦係数を演算する。送り軸が直動送り軸の場合には、以下の式（１）が用いられる。
【数１】
【００５３】
式（１）において力Ｆ、速度Ｖ、加速度ａおよび速度方向を示す単位ベクトルＵは既知である。式（１）に加速度ａ、速度Ｖおよび速度方向の単位ベクトルＵを代入して得られる力Ｆとの差の二乗和を最小化すると、式（２）に示される行列式が得られる。従って、上記の計測をｎ回（ｎは自然数）にわたって行うことにより、式（２）から慣性質量Ｊ、粘性摩擦係数Ｄおよびクーロン摩擦Ｃを演算することができる。
【数２】
【００５４】
また、送り軸が回転送り軸である場合には、以下の式（３）が用いられる。
【数３】
【００５５】
式（３）においても、トルクτ、角速度ω、角加速度αおよび速度方向を示す係数Ｕが既知である。このため、同様な手法により、式（４）に示される行列式から慣性モーメントＪ、粘性摩擦係数Ｄおよびクーロン摩擦Ｃを演算することができる。
【数４】
【００５６】
ここで、図４および図６に示されるステップ１６０におけるイナーシャおよび／または摩擦係数から各制御パラメータを演算する演算手法について具体的に説明する。図９は制御パラメータを演算する演算手法を示すフローチャートである。
【００５７】
図９のステップ３１０においては、求められるべき制御パラメータが、補間によって適切な値を決定できる制御パラメータであるか否かが判定される。具体的には、制御パラメータが加減速時定数、反転補正値などである場合には、これら制御パラメータはイナーシャまたは摩擦係数に応じて連続的に変化しうる。従って、加減速時定数、反転補正値などは、直線補間または曲線補間によって適切な値を決定できる制御パラメータである。
【００５８】
これに対し、制御パラメータが各種ゲイン、フィルタなどである場合には、これら制御パラメータは動作が安定であることを確認した複数のパラメータ値から作成したステップ関数の式またはグラフから決定される。従って、各種ゲイン、フィルタなどは摩擦係数とイナーシャとの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータである。言い換えれば、各種ゲイン、フィルタなどは摩擦係数および／またはイナーシャに対してステップ状に変化する制御パラメータである。
【００５９】
なお、ゲインは位置ループゲインおよび速度ループゲインを含んでおり、速度制御部６４、速度フィードフォワード制御部９０、加速度フィードフォワード制御部９２などで利用される。また、トルクフィルタ等の所定の遮断帯域を有するフィルタは各種信号を送信する際に適宜使用される。しかしながら、このようなゲインおよびフィルタは公知であるので、詳細な説明を省略する。
【００６０】
ステップ３１０において制御パラメータを分類した後で、ステップ３２０においては、補間によって適切な値を決定できる制御パラメータのみを演算する。それぞれの制御パラメータ、例えば加減速時定数、反転補正値のそれぞれについて直線補間のグラフおよび／または曲線補間のグラフが予め実験等により求められ記憶部８２に記憶されている。図１０（ａ）および図１０（ｂ）はそれぞれイナーシャおよび／または摩擦係数と制御パラメータの関係を示す直線補間および曲線補間のグラフである。ステップ３２０においては、このような直線補間または曲線補間のグラフに基づいて制御パラメータを決定する。
【００６１】
一方、ステップ３３０においては、摩擦係数および／またはイナーシャに対してステップ状に変化する制御パラメータを決定する。それぞれの制御パラメータ、例えば各種ゲイン、フィルタなどのそれぞれについてステップ関数のグラフが実験等により求められ記憶部８２に記憶されている。図１０（ｃ）はイナーシャおよび／または摩擦係数と制御パラメータとの関係を示すステップ関数のグラフである。ステップ３３０においては、このようなステップ関数のグラフに基づいて制御パラメータを決定する。なお、制御パラメータによっては、摩擦係数およびイナーシャのうちの一方についての関係のみしか必要でない場合がある。
【００６２】
このように本発明においては、制御パラメータの種類に応じて、その演算手法を変更している。このため、制御パラメータをより精密に演算でき、その結果、数値制御工作機械１０をより高速、高精度で制御できるようになる。さらに、制御パラメータを切り替えた場合であっても、数値制御工作機械１０を安定かつ効果的に制御できる。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 数値制御工作機械
１２ ベッド
１６ コラム
２０ 主軸
２２ 工具
２６ ナット
２８ Ｚ軸ガイドレール
３６ Ｘ軸ガイドレール
４０ 数値制御部
４４ プログラム読取解釈部
４８ プログラム実行指令部
５０ 分配制御部
５４ 送り軸モータ駆動部
５６ 演算制御部（パラメータ設定装置）
６０ 位置制御部
６４ 速度制御部
７２ 電流検出器
７４ 温度センサ
７６ 演算部
８０ 加工管理システム
８２ 記憶部
８４ 判定部
８６ 設定部
９２ 加速度フィードフォワード制御部
９６ トルク演算部
９８ パラメータ演算部
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法およびその方法を実施するパラメータ設定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は一つ以上の直動送り軸および／または回転送り軸（以下、これら直動送り軸および回転送り軸を単に「送り軸」と呼ぶ）を含んでおり、これら送り軸を駆動するためのモータは数値制御装置により制御されている。工作機械においては、ワークの加工内容に応じて異なる工具が取り付けられ、また、ワークを工作機械に取り付けるためのジグもワークに応じて異なるものが使用される。
【０００３】
このような工作機械を含むシステムにおいて、送り軸には、加減速時定数、反転補正値、各種ゲイン、フィルタなどの制御パラメータを設定する必要がある。そして、これら制御パラメータを設定するためには、工作機械の各送り軸に作用するイナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力を取得する必要があり、特許文献１においては、そのようなイナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力の取得方法を開示している。また、特許文献２は、条件に応じてパラメータを変更するようにした数値制御装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２９０７０６
【特許文献２】特開２００６−３４６７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、或る工作機械に載置されるワークを他の工作機械で加工する場合には、再度、イナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力を取得して制御パラメータを設定する必要があり、時間がかかる上に、その処理も煩雑である。また、複数の送り軸を備えた工作機械においても、或る送り軸に対してイナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力を取得して制御パラメータを設定した後で、他の送り軸についても同様にイナーシャや粘性摩擦係数、クーロン摩擦力を取得する必要があり、単一の工作機械においても同様な問題が発生する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、或る工作機械に載置されるジグやワークを他の工作機械に載置して加工する場合または工作機械の或る送り軸に対して制御パラメータを設定した後で他の送り軸に対して制御パラメータを設定する場合であっても、制御パラメータの設定を簡易かつ短時間で行うことのできるパラメータ設定方法およびその方法を実施するパラメータ設定装置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】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法において、前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが、記憶部に記憶されているか否かを判定し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読み込み、計測または読み込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記送り軸の制御パラメータを演算し、演算された制御パラメータを前記工作機械の前記送り軸に対して設定することを特徴とするパラメータ設定方法が提供される。
【０００８】
２番目の発明によれば、工作機械の複数の送り軸のうちの一つの送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法において、前記一つの送り軸について前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが記憶部に記憶されているか否かを判定し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読み込み、計測または読み込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記一つの送り軸の制御パラメータを演算し、演算された制御パラメータを前記工作機械の前記一つの送り軸に対して設定することを特徴とするパラメータ設定方法が提供される。
【０００９】
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記記憶部は、送り軸のクーロン摩擦および粘性摩擦の摩擦係数を記憶しており、前記制御パラメータは前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される。
【００１０】
４番目の発明によれば、３番目の発明において、前記摩擦係数および前記イナーシャに応じて変化する制御パラメータと、前記摩擦係数および前記イナーシャの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータとが演算される。
【００１１】
５番目の発明によれば、３番目の発明において、前記記憶部には、前記工作機械の送り軸を動作させるモータのモータ温度と該モータのトルク定数との関係が記憶されており、前記制御パラメータは前記関係と前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される。
【００１２】
６番目の発明によれば、工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置において、前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが、前記工作機械に接続された加工管理システムの記憶部に記憶されているか否かを判定する判定部と、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記送り軸の制御パラメータを演算する演算部と、該演算部により演算された制御パラメータを前記工作機械の前記送り軸に対して設定する設定部と、を具備すること特徴とするパラメータ設定装置が提供される。
【００１３】
７番目の発明によれば、工作機械の複数の送り軸のうちの一つの送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置において、前記一つの送り軸について前記工作機械に載せるべき積載物のイナーシャが記憶部に記憶されているか否かを判定する判定部と、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記一つの送り軸の制御パラメータを演算する演算部と、該演算部により演算された制御パラメータを前記工作機械の前記一つの送り軸に対して設定する設定部と、を具備することを特徴とするパラメータ設定装置が提供される。
【００１４】
８番目の発明によれば、６番目または７番目の発明において、前記記憶部は、送り軸のクーロン摩擦および粘性摩擦の摩擦係数を記憶しており、前記制御パラメータは前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される。
【００１５】
９番目の発明によれば、８番目の発明において、前記摩擦係数および前記イナーシャに応じて変化する制御パラメータと、前記摩擦係数および前記イナーシャの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータとが演算される。
【００１６】
１０番目の発明によれば、６番目または７番目の発明において、前記記憶部には、前記工作機械の送り軸を動作させるモータのモータ温度と該モータのトルク定数との関係が記憶されており、前記制御パラメータは前記関係と前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算されるようにした。
【発明の効果】
【００１７】
１番目または６番目の発明においては、或る工作機械に載置されるワークを他の工作機械で加工する場合であっても、或る工作機械で測定したイナーシャを他の工作機械で使用できる。従って、イナーシャの計測、演算回数を減らすことができ、その結果、制御パラメータの設定を簡易かつ短時間で行うことができる。
【００１８】
２番目または７番目の発明においては、工作機械の或る送り軸に対してパラメータを設定した後で他の送り軸に対して制御パラメータを設定する必要がある場合であっても、或る送り軸で測定したイナーシャを他の送り軸で使用できる。従って、イナーシャの計測、演算回数を減らすことができ、その結果、制御パラメータの設定を簡易かつ短時間で行うことができる。
【００１９】
３番目または８番目の発明においては、クーロン摩擦と粘性摩擦の両方を考慮しているので、制御パラメータをより精密に設定できる。
【００２０】
４番目または９番目の発明においては、制御パラメータの特性に応じて制御パラメータの設定手法を変えているので、制御パラメータをより適切に設定できる。なお、摩擦係数とイナーシャとに応じて変化する制御パラメータは、加減速時定数および反転補正値などである。摩擦係数とイナーシャとの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータは、各種ゲインおよびフィルタ等である。
【００２１】
５番目または１０番目の発明においては、モータ温度を考慮して制御パラメータを設定しているので、制御パラメータをより精密に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の数値制御工作機械の概略図である。
【図２】本発明の数値制御工作機械を制御する演算制御部の構成ブロック図である。
【図３】図２に示される演算制御部の追加の構成ブロック図である。
【図４】送り軸が直動軸である場合に制御パラメータを演算する演算手法のフローチャートである。
【図５】（ａ）粘性摩擦の場合におけるイナーシャと摩擦係数の関係を示す図である。（ｂ）クーロン摩擦の場合におけるイナーシャと摩擦係数の関係を示す図である。
【図６】送り軸が回転送り軸である場合に制御パラメータを演算する演算手法のフローチャートである。
【図７】イナーシャおよび摩擦係数を演算する演算手法を示すフローチャートである。
【図８】トルク定数とモータ温度との間の関係を示す図である。
【図９】制御パラメータを演算する演算手法を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）イナーシャまたは摩擦係数に対して直線状に変化する制御パラメータを示す図である。（ｂ）イナーシャまたは摩擦係数に対して曲線状に変化する制御パラメータを示す図である。（ｃ）イナーシャまたは摩擦係数に対してステップ状に変化する制御パラメータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明の数値制御工作機械の概略図である。図１において、数値制御工作機械１０は所謂横形マシニングセンタであり、工場等の床面に設置されるベッド１２を具備している。ベッド１２の上面には、Ｚ軸ガイドレール２８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、Ｚ軸ガイドレール２８には、ワーク用ジグＧを介してワークＷを固定するためのテーブル１４が摺動自在に取り付けられている。図１は、テーブル１４上にＢ軸方向に回転送り可能なＮＣロータリテーブルを固定し、その上にワークＷを積載している例を示しているが、ＮＣロータリテーブルを介在させることなくテーブル１４上に直接ワークＷを積載しても良い。
【００２４】
ベッド１２の上面には、更に、Ｘ軸ガイドレール３６がＺ軸に直交し、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、Ｘ軸ガイドレール３６にはコラム１６が摺動自在に取り付けられている。コラム１６においてワークＷに対面する前面には、Ｘ軸およびＺ軸に直交するＹ軸方向（図１において上下方向）にＹ軸ガイドレール３４が延設されており、Ｙ軸ガイドレール３４には、主軸２０を回転自在に支持する主軸頭１８が摺動自在に取り付けられている。
【００２５】
ベッド１２内においてテーブル１４の下側にはＺ軸送りねじ２４がＺ軸方向に延設されており、テーブル１４の下面にはＺ軸送りねじ２４に螺合するナット２６が固定されている。Ｚ軸送りねじ２４の一端にはＺ軸送りサーボモータＭｚが連結されており、Ｚ軸送りサーボモータＭｚを駆動しＺ軸送りねじ２４を回転させることにより、テーブル１４はＺ軸ガイドレール２８に沿って移動する。同様にベッド１２内においてコラム１６の下側には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１６の下面には前記Ｘ軸送りねじに螺合するナット（図示せず）が固定されている。
【００２６】
前記Ｘ軸送りねじの一端にはＸ軸送りサーボモータＭｘが連結されており、Ｘ軸送りサーボモータＭｘ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１６はＸ軸ガイドレール３６に沿って移動する。更に、コラム１６内にはＹ軸送りねじ３２がＹ軸方向に延設されており、主軸頭１８の背面にはＹ軸送りねじ３２に螺合するナット３０が固定されている。Ｙ軸送りねじ３２の上端にはＹ軸送りサーボモータＭｙが連結されており、Ｙ軸送りサーボモータＭｙを駆動しＹ軸送りねじ３２を回転させることにより、主軸頭１８はＹ軸ガイドレール３４に沿って移動する。
【００２７】
主軸２０の先端には工具２２、例えばエンドミルが装着されている。工具２２を回転させながら、コラム１６、主軸頭１８、テーブル１４を各々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に動作させることにより、テーブル１４に固定されたワークＷを所望形状に切削加工する。ＮＣ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１０は、更にＢ軸を有する４軸の数値制御工作機械と言える。
【００２８】
数値制御工作機械１０は、コラム１６、主軸頭１８、テーブル１４のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸送りサーボモータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを制御する数値制御部４０を具備している。ＮＣロータリテーブルを有する場合には、Ｂ軸送りサーボモータ（図示せず）を具備している。
【００２９】
数値制御部４０は、ＮＣプログラム４２を読み取りこれを解釈するプログラム読取解釈部４４、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４６、解釈済みプログラム記憶部４６からプログラムを適宜引き出して実行プログラムデータを発するプログラム実行指令部４８、プログラム実行指令部４８からの実行プログラムデータに基づいてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々への位置指令値、速度指令値、加速度指令値を発する分配制御部５０、分配制御部５０からの位置指令値、速度指令値、加速度指令値および後述するフィードバック信号に基づいて送り軸モータ駆動部５４へトルク指令値または電流指令値を発するサーボ制御部５２を含んでいる。なお、Ｂ軸についても同様に、分配制御部５０がＢ軸への位置指令値、角速度指令値、角加速度指令値を発する。
【００３０】
送り軸モータ駆動部５４は、サーボ制御部５２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、Ｙ軸、Ｚ軸の各々の送り軸モータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを駆動する。更に、本実施形態では、サーボ制御部５２から送り軸モータ駆動部５４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５６が設けられている。
【００３１】
図２は本発明の数値制御工作機械を制御する演算制御部の構成ブロック図である。図２の実施形態では、演算制御部５６は、トルク演算部９６およびパラメータ演算部９８を備えた演算部７６を具備している。図２において図１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。演算部７６は後述する各種の演算処理を行う。
【００３２】
サーボ制御部５２は、分配制御部５０からの位置指令値から、テーブル１４に取り付けたデジタル直線スケール等の位置検出器ＳＰの位置フィードバック信号を減算する減算器５８、減算器５８からの出力に基づき位置を制御する位置制御部６０、位置制御部６０から出力された速度指令から送り軸モータＭに設けたパルスコーダＰＣからの速度フィードバック信号を減算する減算器６２、減算器６２の出力に基づき速度を制御する速度制御部６４を含んでいる。
【００３３】
一方、分配制御部５０からの位置指令値、速度指令値、加速度指令値は、速度フィードフォワード制御部９０および加速度フィードフォワード制御部９２へも刻々と送出されている。速度フィードフォワード制御部９０および加速度フィードフォワード制御部９２は、分配制御部５０からの位置指令値等に基づいて、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。加速度フィードフォワード値と、速度制御部６４からの出力とは、加算器９４において加算され、送り軸モータ駆動部５４に供給される。
【００３４】
さらに、送り軸モータＭには、送り軸モータＭに流れる電流を検出する電流検出器７２および送り軸モータＭの温度を検出する温度センサ７４が設けられている。電流検出器７２により検出された電流値および温度センサ７４により検出された温度はトルク演算部９６に出力され、トルク演算部９６は送り軸モータＭに作用するトルクを演算する。さらに、パラメータ演算部９８は、トルク演算部９６により演算されたトルクと、パルスコーダＰＣからの速度フィードバック信号等とに基づいて制御パラメータを演算する。なお、演算部７６はイナーシャや摩擦係数の演算等、他の演算処理を行う。
【００３５】
図３は図２に示される演算制御部の追加の構成ブロック図である。演算制御部５６の演算部７６におけるパラメータ演算部９８で設定された制御パラメータは設定部８６に出力される。次いで設定部８６は、対応する送り軸に対して制御パラメータを設定する。従って、演算制御部５６はパラメータ設定装置としての役目を果たす。また、演算部７６は、数値制御工作機械１０とは別個の上位制御装置、例えば加工管理システム８０に含まれていて各種データを含む記憶部８２に接続されている。あるいは、記憶部８２は、数値制御工作機械１０の演算制御部５６に内蔵されていてもよい。
【００３６】
記憶部８２には、数値制御工作機械１０に積載される積載物のイナーシャが記憶されている。イナーシャは、送り軸が直動送り軸である場合には積載物の慣性質量を意味し、送り軸が回転送り軸である場合（図１の矢印Ｂを参照されたい）には積載物の慣性モーメントを意味する。
【００３７】
積載物とは、ワークＷ、工具２２、およびワーク用ジグＧ等の総称であり、ワーク用ジグＧが含まれない場合もある。また、記憶部８２には、ワークＷ、工具２２、およびワーク用ジグＧのそれぞれについてイナーシャが記憶されていてもよく、積載物全体として一つのイナーシャが記憶されていてもよい。また、積載物のイナーシャは数値制御工作機械１０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸および回転Ｂ軸のそれぞれについて記憶されるものとする。さらに、図１に示される数値制御工作機械１０以外の複数の工作機械についても、積載物のイナーシャが記憶部８２に同様に記憶されている。なお、記憶部８２には、積載物についての質量と摩擦係数との関係、およびイナーシャまたは摩擦係数と制御パラメータとの関係も工作機械毎、およびこれら工作機械の送り軸毎に記憶されている。
【００３８】
判定部８４は、数値制御工作機械１０に載せる積載物のイナーシャが記憶部８２に記憶されているか否かを判定する。さらに、判定部８４は、数値制御工作機械１０の一つの送り軸について数値制御工作機械１０に載せる積載物のイナーシャが記憶部８２に記憶されているか否かを判定することもできる。
【００３９】
図４は送り軸が直動送り軸、例えばＺ軸である場合に制御パラメータを演算する演算手法のフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、本発明における制御パラメータの演算手法について説明する。
【００４０】
はじめに、積載物を数値制御工作機械１０に搭載する。そして、ステップ１１０において記憶部８２にアクセスし、判定部８４は、その積載物をその数値制御工作機械１０に載せたときのイナーシャが記憶部８２に記憶されているかを判定する。なお、記憶部８２が加工管理システム８０にのみ内蔵されている場合には、ステップ１１０の前に、数値制御工作機械１０を加工管理システム８０に接続する動作を含む。
【００４１】
そして、そのようなイナーシャが存在する場合には、ステップ１２０においてイナーシャを読み込む。一方、イナーシャが存在しない場合には、ステップ１９０においてその積載物についてのイナーシャと摩擦係数を計測、演算して、記憶部８２に記憶する。このとき、求めたイナーシャから、構造体の質量と積載物の質量を分けて記憶部８２に記憶しておく。イナーシャおよび摩擦係数の演算については、後述する。
【００４２】
次いで、ステップ１３０において、判定部８４は、その積載物が搭載されているときの摩擦係数が記憶部８２に記憶されているかを判定する。そして、そのような摩擦係数が記憶されている場合には、ステップ１４０でその摩擦係数を読み込み、記憶されていない場合には、演算部７６は、イナーシャおよび摩擦係数の関係を用いてイナーシャから摩擦係数を演算する（ステップ１５０）。
【００４３】
ここで、図５（ａ）は、粘性摩擦の場合におけるイナーシャと摩擦係数の関係を示す図であり、図５（ｂ）はクーロン摩擦の場合におけるイナーシャと摩擦係数の関係を示す図である。ステップ１４０、１５０では、粘性摩擦およびクーロン摩擦の両方における摩擦係数をこれらグラフから取得する。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるグラフの代わりに、イナーシャと摩擦係数の間の関係式を用いて摩擦係数を直接的に演算してもよい。
【００４４】
その後、ステップ１６０において、イナーシャおよび／または摩擦係数とに基づいてパラメータ演算部９８が各種の制御パラメータを演算する。最終的に、演算された制御パラメータは設定部８６によって対応する送り軸に対して設定され、処理を終了する。
【００４５】
このように、本発明においては、必要とされるイナーシャおよび／または摩擦係数が記憶部８２に記憶されているか否かを判定し、記憶されている場合には、それらイナーシャおよび／または摩擦係数を使用するようにしている。従って、例えば同型の他の数値制御工作機械に載置された積載物を数値制御工作機械１０で加工する場合においても、他の数値制御工作機械について既に記憶されたイナーシャなどを数値制御工作機械１０において流用できる。このため、イナーシャ等の計測、演算回数を最小限に減らすことができ、その結果、制御パラメータの設定を簡易かつ短時間で行うことが可能となる。なお、或る工作機械のイナーシャ等のデータがどの工作機械で使用できるかについては予め定められている。
【００４６】
さらに、イナーシャ等の流用は、数値制御工作機械１０の一つの送り軸、例えばＺ軸と、同一の数値制御工作機械１０の他の送り軸、例えばＸ軸および／またはＹ軸との間においても適用できる。従って、このような場合にも、イナーシャ等の計測、演算回数を減らすことができ、同様な効果が得られる。なお、この場合には、イナーシャなどを記憶する記憶部８２が数値制御工作機械１０に内蔵されていてもよい。また、或る送り軸のイナーシャ等のデータが同一の工作機械におけるどの送り軸で使用できるかについては予め定められている。
【００４７】
図６は送り軸が回転送り軸、例えばＢ軸である場合に制御パラメータを演算する演算手法のフローチャートである。なお、送り軸が回転送り軸である場合には、或る工作機械１０における回転送り軸の中心位置とワークの取付位置との間の相対位置が他の工作機械における同様な相対位置と相違するときと、相違しないときとがある。しかしながら、これらいずれの場合であっても、図６のフローチャートを採用できるものとする。
【００４８】
図６に示されるステップ１１０〜ステップ１６０、ステップ１９０は前述したのと同様であるので説明を省略し、ステップ１８０について主に説明する。図６に示されるように、ステップ１３０において摩擦係数が記憶部８２に記憶されていない場合には、ステップ１８０に進む。そして、ステップ１８０においては、その積載物についての質量が記憶部８２に記憶されているか否かが判定部８４により判定される。そして、そのような質量が記憶されている場合にはステップ１５０に進み、記憶されていない場合にはステップ１９０に進む。最終的には、ステップ１６０で制御パラメータを同様に算出しているので、送り軸が回転送り軸である場合であっても、前述したのと同様な効果が得られるのが分かる。
【００４９】
ここで、図４および図６のステップ１９０に示したイナーシャと摩擦係数の計測、演算手法について説明する。図７はイナーシャおよび摩擦係数を演算する演算手法を示すフローチャートである。
【００５０】
図７のステップ２１０においては、電流検出器７２により送り軸モータＭの電流値を計測し、温度センサ７４により送り軸モータＭの温度を計測すると共に、パルスコーダＰＣにより送り軸モータＭの速度を計測する。さらに、送り軸モータＭの速度から送り軸モータＭの加速度を演算する。
【００５１】
次いで、ステップ２２０においては、図８に示されるトルク定数とモータ温度との間の関係から、トルク定数を求め、求めたトルク定数と送り軸モータＭの電流値からトルクを求める。このように本発明では、モータ温度に応じて定まるトルク定数を利用しているので、トルクをより正確に演算することができる。
【００５２】
そして、ステップ２３０において、トルク（力）、速度、加速度からイナーシャおよび摩擦係数を演算する。送り軸が直動送り軸の場合には、以下の式（１）が用いられる。
【数１】
【００５３】
式（１）において力Ｆ、速度Ｖ、加速度ａおよび速度方向を示す単位ベクトルＵは既知である。式（１）に加速度ａ、速度Ｖおよび速度方向の単位ベクトルＵを代入して得られる力Ｆとの差の二乗和を最小化すると、式（２）に示される行列式が得られる。従って、上記の計測をｎ回（ｎは自然数）にわたって行うことにより、式（２）から慣性質量Ｊ、粘性摩擦係数Ｄおよびクーロン摩擦Ｃを演算することができる。
【数２】
【００５４】
また、送り軸が回転送り軸である場合には、以下の式（３）が用いられる。
【数３】
【００５５】
式（３）においても、トルクτ、角速度ω、角加速度αおよび速度方向を示す係数Ｕが既知である。このため、同様な手法により、式（４）に示される行列式から慣性モーメントＪ、粘性摩擦係数Ｄおよびクーロン摩擦Ｃを演算することができる。
【数４】
【００５６】
ここで、図４および図６に示されるステップ１６０におけるイナーシャおよび／または摩擦係数から各制御パラメータを演算する演算手法について具体的に説明する。図９は制御パラメータを演算する演算手法を示すフローチャートである。
【００５７】
図９のステップ３１０においては、求められるべき制御パラメータが、補間によって適切な値を決定できる制御パラメータであるか否かが判定される。具体的には、制御パラメータが加減速時定数、反転補正値などである場合には、これら制御パラメータはイナーシャまたは摩擦係数に応じて連続的に変化しうる。従って、加減速時定数、反転補正値などは、直線補間または曲線補間によって適切な値を決定できる制御パラメータである。
【００５８】
これに対し、制御パラメータが各種ゲイン、フィルタなどである場合には、これら制御パラメータは動作が安定であることを確認した複数のパラメータ値から作成したステップ関数の式またはグラフから決定される。従って、各種ゲイン、フィルタなどは摩擦係数とイナーシャとの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータである。言い換えれば、各種ゲイン、フィルタなどは摩擦係数および／またはイナーシャに対してステップ状に変化する制御パラメータである。
【００５９】
なお、ゲインは位置ループゲインおよび速度ループゲインを含んでおり、速度制御部６４、速度フィードフォワード制御部９０、加速度フィードフォワード制御部９２などで利用される。また、トルクフィルタ等の所定の遮断帯域を有するフィルタは各種信号を送信する際に適宜使用される。しかしながら、このようなゲインおよびフィルタは公知であるので、詳細な説明を省略する。
【００６０】
ステップ３１０において制御パラメータを分類した後で、ステップ３２０においては、補間によって適切な値を決定できる制御パラメータのみを演算する。それぞれの制御パラメータ、例えば加減速時定数、反転補正値のそれぞれについて直線補間のグラフおよび／または曲線補間のグラフが予め実験等により求められ記憶部８２に記憶されている。図１０（ａ）および図１０（ｂ）はそれぞれイナーシャおよび／または摩擦係数と制御パラメータの関係を示す直線補間および曲線補間のグラフである。ステップ３２０においては、このような直線補間または曲線補間のグラフに基づいて制御パラメータを決定する。
【００６１】
一方、ステップ３３０においては、摩擦係数および／またはイナーシャに対してステップ状に変化する制御パラメータを決定する。それぞれの制御パラメータ、例えば各種ゲイン、フィルタなどのそれぞれについてステップ関数のグラフが実験等により求められ記憶部８２に記憶されている。図１０（ｃ）はイナーシャおよび／または摩擦係数と制御パラメータとの関係を示すステップ関数のグラフである。ステップ３３０においては、このようなステップ関数のグラフに基づいて制御パラメータを決定する。なお、制御パラメータによっては、摩擦係数およびイナーシャのうちの一方についての関係のみしか必要でない場合がある。
【００６２】
このように本発明においては、制御パラメータの種類に応じて、その演算手法を変更している。このため、制御パラメータをより精密に演算でき、その結果、数値制御工作機械１０をより高速、高精度で制御できるようになる。さらに、制御パラメータを切り替えた場合であっても、数値制御工作機械１０を安定かつ効果的に制御できる。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 数値制御工作機械
１２ ベッド
１６ コラム
２０ 主軸
２２ 工具
２６ ナット
２８ Ｚ軸ガイドレール
３６ Ｘ軸ガイドレール
４０ 数値制御部
４４ プログラム読取解釈部
４８ プログラム実行指令部
５０ 分配制御部
５４ 送り軸モータ駆動部
５６ 演算制御部（パラメータ設定装置）
６０ 位置制御部
６４ 速度制御部
７２ 電流検出器
７４ 温度センサ
７６ 演算部
８０ 加工管理システム
８２ 記憶部
８４ 判定部
８６ 設定部
９２ 加速度フィードフォワード制御部
９６ トルク演算部
９８ パラメータ演算部
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法において、
前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが、記憶部に記憶されているか否かを判定し、
前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読み込み、
計測または読み込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記送り軸の制御パラメータを演算し、
演算された制御パラメータを前記工作機械の前記送り軸に対して設定することを特徴とするパラメータ設定方法。
【請求項２】
工作機械の複数の送り軸のうちの一つの送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法において、
前記一つの送り軸について前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが記憶部に記憶されているか否かを判定し、
前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読み込み、
計測または読み込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記一つの送り軸の制御パラメータを演算し、
演算された制御パラメータを前記工作機械の前記一つの送り軸に対して設定することを特徴とするパラメータ設定方法。
【請求項３】
前記記憶部は、送り軸のクーロン摩擦および粘性摩擦の摩擦係数を記憶しており、前記制御パラメータは前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される請求項１または２に記載のパラメータ設定方法。
【請求項４】
前記摩擦係数および前記イナーシャに応じて変化する制御パラメータと、前記摩擦係数および前記イナーシャの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータとが演算される請求項３に記載のパラメータ設定方法。
【請求項５】
前記記憶部には、前記工作機械の送り軸を動作させるモータのモータ温度と該モータのトルク定数との関係が記憶されており、前記制御パラメータは前記関係と前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される請求項３に記載のパラメータ設定方法。
【請求項６】
工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置において、
前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが、前記工作機械に接続された加工管理システムの記憶部に記憶されているか否かを判定する判定部と、
前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記送り軸の制御パラメータを演算する演算部と、
該演算部により演算された制御パラメータを前記工作機械の前記送り軸に対して設定する設定部と、
を具備すること特徴とするパラメータ設定装置。
【請求項７】
工作機械の複数の送り軸のうちの一つの送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置において、
前記一つの送り軸について前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが記憶部に記憶されているか否かを判定する判定部と、
前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記一つの送り軸の制御パラメータを演算する演算部と、
該演算部により演算された制御パラメータを前記工作機械の前記一つの送り軸に対して設定する設定部と、
を具備することを特徴とするパラメータ設定装置。
【請求項８】
前記記憶部は、送り軸のクーロン摩擦および粘性摩擦の摩擦係数を記憶しており、前記制御パラメータは前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される請求項６または７に記載のパラメータ設定装置。
【請求項９】
前記摩擦係数および前記イナーシャに応じて変化する制御パラメータと、前記摩擦係数および前記イナーシャの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータとが演算される請求項８に記載のパラメータ設定装置。
【請求項１０】
前記記憶部には、前記工作機械の送り軸を動作させるモータのモータ温度と該モータのトルク定数との関係が記憶されており、前記制御パラメータは前記関係と前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される請求項６または７に記載のパラメータ設定装置。
【請求項１】
工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法において、
前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが、記憶部に記憶されているか否かを判定し、
前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読み込み、
計測または読み込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記送り軸の制御パラメータを演算し、
演算された制御パラメータを前記工作機械の前記送り軸に対して設定することを特徴とするパラメータ設定方法。
【請求項２】
工作機械の複数の送り軸のうちの一つの送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定方法において、
前記一つの送り軸について前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが記憶部に記憶されているか否かを判定し、
前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読み込み、
計測または読み込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記一つの送り軸の制御パラメータを演算し、
演算された制御パラメータを前記工作機械の前記一つの送り軸に対して設定することを特徴とするパラメータ設定方法。
【請求項３】
前記記憶部は、送り軸のクーロン摩擦および粘性摩擦の摩擦係数を記憶しており、前記制御パラメータは前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される請求項１または２に記載のパラメータ設定方法。
【請求項４】
前記摩擦係数および前記イナーシャに応じて変化する制御パラメータと、前記摩擦係数および前記イナーシャの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータとが演算される請求項３に記載のパラメータ設定方法。
【請求項５】
前記記憶部には、前記工作機械の送り軸を動作させるモータのモータ温度と該モータのトルク定数との関係が記憶されており、前記制御パラメータは前記関係と前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される請求項３に記載のパラメータ設定方法。
【請求項６】
工作機械の送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置において、
前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが、前記工作機械に接続された加工管理システムの記憶部に記憶されているか否かを判定する判定部と、
前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記送り軸の制御パラメータを演算する演算部と、
該演算部により演算された制御パラメータを前記工作機械の前記送り軸に対して設定する設定部と、
を具備すること特徴とするパラメータ設定装置。
【請求項７】
工作機械の複数の送り軸のうちの一つの送り軸の制御パラメータを設定するパラメータ設定装置において、
前記一つの送り軸について前記工作機械に載せる積載物のイナーシャが記憶部に記憶されているか否かを判定する判定部と、
前記イナーシャが前記記憶部に記憶されていない場合には前記積載物のイナーシャを計測して記憶し、前記イナーシャが前記記憶部に記憶されている場合には、記憶されたイナーシャを読込んで、計測または読込まれた積載物のイナーシャに基づいて前記工作機械の前記一つの送り軸の制御パラメータを演算する演算部と、
該演算部により演算された制御パラメータを前記工作機械の前記一つの送り軸に対して設定する設定部と、
を具備することを特徴とするパラメータ設定装置。
【請求項８】
前記記憶部は、送り軸のクーロン摩擦および粘性摩擦の摩擦係数を記憶しており、前記制御パラメータは前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される請求項６または７に記載のパラメータ設定装置。
【請求項９】
前記摩擦係数および前記イナーシャに応じて変化する制御パラメータと、前記摩擦係数および前記イナーシャの値の範囲毎に一定の値に設定される制御パラメータとが演算される請求項８に記載のパラメータ設定装置。
【請求項１０】
前記記憶部には、前記工作機械の送り軸を動作させるモータのモータ温度と該モータのトルク定数との関係が記憶されており、前記制御パラメータは前記関係と前記摩擦係数と前記イナーシャとに基づいて演算される請求項６または７に記載のパラメータ設定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−５６００５（Ｐ２０１２−５６００５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２００７９４（Ｐ２０１０−２００７９４）
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００１５４９９０）株式会社牧野フライス製作所 (116)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００１５４９９０）株式会社牧野フライス製作所 (116)
【Ｆターム（参考）】
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