数値制御装置及び数値制御方法
【課題】直線軸に生じた姿勢変化を回転軸を含めて精度よく補正可能とする。
【解決手段】数値制御装置5は、X軸テーブルの加速度を求める加速度計算部7と、加速度計算部7で得られたX軸テーブルの加速度、X軸テーブルの重心位置及び質量、X軸テーブルに駆動力が作用する位置、に基づいてX軸テーブルの姿勢変位量を求め、得られた姿勢変位量からX軸、Z軸及びB軸の補正値を求める補正値計算部6とを備える。よって、X軸移動が指令されると、関数発生部1よりZ軸指令値TPxが算出され、加速度計算部7が位置検出器4の値からX軸の加速度AAxを算出する。補正値計算部6は、X軸加速度AAxとZ軸指令値TPzとを用いて補正値EPx、EPz、EPbを夫々算出する。
【解決手段】数値制御装置5は、X軸テーブルの加速度を求める加速度計算部7と、加速度計算部7で得られたX軸テーブルの加速度、X軸テーブルの重心位置及び質量、X軸テーブルに駆動力が作用する位置、に基づいてX軸テーブルの姿勢変位量を求め、得られた姿勢変位量からX軸、Z軸及びB軸の補正値を求める補正値計算部6とを備える。よって、X軸移動が指令されると、関数発生部1よりZ軸指令値TPxが算出され、加速度計算部7が位置検出器4の値からX軸の加速度AAxを算出する。補正値計算部6は、X軸加速度AAxとZ軸指令値TPzとを用いて補正値EPx、EPz、EPbを夫々算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、5軸工作機械等に用いられる送り駆動系における数値制御装置及び数値制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図10は直交3軸のXYZ軸とY軸回りの回転軸B軸とZ軸回りの回転軸C軸を備えた5軸工作機械の数値制御装置、図11は当該5軸工作機械の概略図を夫々示す。なお、5軸各軸の構成は共通であるのでX軸のみについて説明する。X軸において、サーボモータ43の回転力は、ボールねじ51を介して直線運動に変換されて、被駆動体となるX軸テーブル53を駆動させる。サーボモータ43には位置検出器44が搭載されており、この位置検出器44からの出力によってフィードバック制御が行われる。すなわち、位置検出器44により回転角を検出して間接的にX軸テーブル53の位置を検出して位置制御を行うものである。そして、ワーク56の載ったX軸テーブル53を所望の位置に移動することで主軸54とワーク56を相対的に制御してワーク56を工具55で加工する。数値制御装置45においては、プログラムに基づいて関数発生部41で生成された位置指令値TPのX軸の位置指令値TPxから、サーボモータ43に取り付けられている位置検出器44の現在位置を引いた値が制御器42に入力されるようになっている。
【0003】
図11に示した従来のセミクローズドループ方式の5軸工作機械では、駆動力を発生するボールねじ51の軸とX軸テーブル53の重心位置とが異なる場合は、X軸テーブル53の姿勢に変化が生じ、X軸テーブル53を所定の位置に正の向きで位置決めした場合と負の向きで位置決めした場合とでは両停止位置に差が生じる。そこで、ある送り速度で送ったときにおけるこの差を測定し、バックラッシ補正値として数値制御装置45に予め与えておき移動量を補正している。
例えば特許文献1には、テーブル移動方向の反転時におけるボールねじの変形量の変化およびテーブルの変形量の変化を検出可能にする機能を設け、テーブルの移動方向反転時における位置誤差をボールねじの変形に基づく位置誤差とテーブルの変形に基づく位置誤差とに分けて検出し、それぞれの誤差を補正する機能を備えた数値制御装置が記載されている。また、特許文献2には、位置指令を2回微分して求められる加速度に係数を乗じた値を補正量として求め、速度指令に加算して加減速時の構造体の伸縮による位置誤差を補正する制御法が記載されている。さらに、特許文献3には、移動体の加速度を検出し目標位置の補正量を求める位置決め装置が記載されている。
【0004】
【特許文献1】特開平6−67716号公報
【特許文献2】特許第3308656号公報
【特許文献3】特開平8−297508号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献2,3の方法には、直線軸の被駆動体が姿勢変化することで生じるロストモーションによる被駆動体の姿勢変形や、直線軸と直交する回転軸も含めた補正について言及がない。このロストモーションは、被駆動体の重心と駆動力が作用する位置とが一致していないために生じるもので、送り駆動系に十分な剛性を持たせればこのような姿勢変化は無視できるが、コスト上やむを得ず剛性を持たせることができない場合や、大型の工作機械のように被駆動体の重心と駆動位置とが大きく離れ、且つ被駆動体の質量が大きい場合は無視することができない。ロストモーションの値は一定値ではなく、また反転時だけでなく加減速度の変化によって刻々と変化するため、特許文献2,3に記載のような運動方向反転時に一定の補正値を加えるバックラッシ補正機能では、姿勢変化におけるロストモーションを補正するのには不十分で、主軸とワークとの相対位置等の補正は行えない。特許文献1には、テーブルの移動方向反転時のテーブル部の変形量の変化を検出して誤差を補正する技術が開示されてはいるが、被駆動体の姿勢変化を求めるのに特別な変位センサを設ける必要がありコスト高になってしまう。
【0006】
そこで、本発明は、上述のような問題に鑑みなされたものであり、変位センサ等を設けることなく、直線軸に生じた姿勢変化を回転軸を含めて精度よく補正することができる数値制御装置及び数値制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、被駆動体を直線移動させる1又は互いに直交する複数の直線軸と、何れかの直線軸回りで回転して他の直線軸と直交する1以上の回転軸とを有する数値制御装置において、前記被駆動体の加減速度を求める加減速度演算手段と、前記加減速度演算手段で得られた前記被駆動体の加減速度と、前記被駆動体の重心位置及び質量と、前記被駆動体に駆動力が作用する位置とに基づいて前記被駆動体の姿勢変位量を求める姿勢変位量演算手段と、前記姿勢変位量演算手段で得られた姿勢変位量から少なくとも前記回転軸の補正値を求める回転補正値演算手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、前記被駆動体上に他の直線軸若しくは回転軸が載っている場合、前記姿勢変位量演算手段は、前記他の直線軸若しくは回転軸の重心位置を加味して修正した重心位置を前記被駆動体の重心位置として前記被駆動体の姿勢変位量を求めることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、前記被駆動体の重心位置及び/又は質量を入力する入力手段を設けて、前記姿勢変位量演算手段で用いる前記被駆動体の重心位置及び/又は質量を任意に変更可能としたことを特徴とするものである。
【0008】
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、数値制御方法であって、1又は互いに直交する複数の直線軸で直線駆動する被駆動体の加減速度を求めて記憶手段に格納する第1ステップと、第1ステップで得られた被駆動体の加減速度と、前記被駆動体の重心位置及び質量と、前記被駆動体に駆動力が作用する位置とに基づいて前記被駆動体の姿勢変位量を求めて前記記憶手段に格納する第2ステップと、第2ステップで得られた姿勢変位量から、少なくとも、何れかの直線軸回りで回転して他の直線軸と直交する1以上の回転軸の補正値を求める第3ステップと、を有することを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4の構成において、前記被駆動体上に他の直線軸若しくは回転軸が載っている場合、前記第2ステップでは、前記他の直線軸若しくは回転軸の重心位置を加味して修正した重心位置を前記被駆動体の重心位置として前記被駆動体の姿勢変位量を求めることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項4又は5の構成において、前記第2ステップでは、入力手段によって得られた前記被駆動体の重心位置及び質量を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0009】
請求項1及び4の発明では、直線軸に生じた姿勢変化に基づいて回転軸を補正することで、例えば主軸とワークとの相対位置等を精度よく制御することが可能になる。特に、姿勢変化量を加速度から求めて補正するため動的に補正することが可能である。
請求項2及び5の発明では、補正対象の直線軸上に直線軸若しくは回転軸が載っている場合、上に載っている軸の移動により補正対象の直線軸の重心位置が変化した場合でも対応でき、高精度な加工を実現することができる。
請求項3及び6の発明では、ワークの大きさや重さが大きく異なる場合でも、オペレータがワークの当該情報を数値制御装置に入力することでワークの変化に対応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[形態1]
図1は、5軸工作機械の数値制御装置のブロック図、図2は5軸工作機械の説明図である。5軸工作機械や数値制御装置の基本的な構成は図10、11と同じで、ここでもX軸のみについて説明する。
まず数値制御装置5においては、関数発生部1の他、各軸の駆動系ごとに、制御器2、サーボモータ3、位置検出器4を夫々備えている。図10と異なるのは、X軸テーブル13に生じた姿勢変化量を計算する補正値計算部(姿勢変化量演算手段及び回転補正値演算手段)6と、位置検出器4の出力から加速度を求める加速度計算部(加減速度演算手段)7とを新たに設けた点である。
この数値制御装置5においては、例えばX軸テーブル13が移動した場合、加速度計算部7で求められたX軸テーブル13の加速度AAxと各軸の位置指令値TPとを用いて補正値計算部6が補正値EPを算出して各軸に送る。よって、位置指令値TPから補正値EPとサーボモータ3に取り付けられた位置検出器4の現在位置APを引いた値が制御器2に入力されることになる。
【0011】
図2は、X軸テーブル13がX軸ボールねじ11の駆動により加速度AAxで移動することでX軸テーブル13にピッチングが生じている様子を示している。14は主軸、15は工具である。また、X軸ボールねじ11の軸心とX軸テーブル13の重心との距離Hx、転がりガイド12のスライダ間距離Lx、X軸テーブル13の質量Mx、重力加速度g、スライダのラジアル方向剛性Kxは、夫々補正値計算部6のメモリに予め記録されている。図2においては、X軸テーブル13の重心はその2つのスライダ12(a)と12(b)との中心にある。この図2を用いて姿勢変化量の算出方法について具体的に説明する。
まず、加速度AAxは、加速度計算部7で求められる(本発明の第1ステップ)。
次に、前側のスライダ12(a)のラジアル方向負荷荷重をF1、後側のスライダ12(b)のラジアル方向負荷荷重をF2、X軸テーブル13の倒れ量をΔBとすると、
【0012】
F1=Mx・g/2−Mx・AAx・Hx/(2Lx)・・(式1)
F2=Mx・g/2+Mx・AAx・Hx/(2Lx)・・(式2)
ΔB=tan−1(|F1−F2|/Kx/Lx)・・(式3)
と表すことができる。
すなわち、X軸テーブル13が加減速することで、スライダ12のラジアル方向負荷荷重に、Mx・AAx・Hx/(2Lx)の項が加わるが、前後のスライダ12でその符号が異なるため、負荷荷重に差が生じてX軸テーブル13の姿勢変化となる。図1の補正値計算部6では、式3から補正値EPb=ΔBが算出され、B軸が補正により旋回することになる。
【0013】
こうして姿勢が変位したX軸テーブル13と刃先の位置とを旋回前後で一致させるために、X軸とZ軸をΔX、ΔZだけ移動させる必要がある。Z軸の指令値(この場合、X軸テーブル重心とB軸回転中心間の距離)をTPzとすると、
ΔX=TPz・sinΔB・・(式4)
ΔZ=TPz(1−cosΔB)・・(式5)
と表すことができる。すなわち、EPx=ΔXとEPz=ΔZとが夫々補正値となる。
【0014】
図3は、数値制御装置5の姿勢変位補正機能のフローチャートで、プログラムによりX軸移動が指令されると、まずS1で関数発生部1よりTPxが算出される。次にS2では、加速度計算部7が位置検出器4の値からX軸の加速度AAxを算出し(本発明の第1ステップ)、S3では、S2で求められたX軸加速度AAxと、S1で算出されたZ軸指令値TPzとを用いて、上述したように補正値計算部6で補正値EPx、EPz、EPbが夫々算出されることになる(本発明の第2、第3ステップ)。
【0015】
このように、上記形態1の数値制御装置5及び数値制御方法によれば、X軸テーブル13の加速度を求める加速度計算部7と、加速度計算部7で得られたX軸テーブル13の加速度、X軸テーブル13の重心位置及び質量、X軸テーブル13に駆動力が作用する位置、に基づいてX軸テーブル13の姿勢変位量を求め、得られた姿勢変位量からX軸、Z軸及びB軸の補正値を求める補正値計算部6とを備えたことで、直線軸に生じた姿勢変化を回転軸を用いて補正して、主軸とワークの相対位置等を精度よく制御することが可能になる。特に、姿勢変化量を加速度から求めて補正するため動的に補正することが可能である。
【0016】
[形態2]
次に、本発明の他の形態を説明する。なお、形態1と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
図4に示す数値制御装置5aにおいては、補正値計算部6に、重心位置を計算する重心位置計算部8を新たに設け、直線軸上に直線軸もしくは回転軸が載っている場合、上に載っている軸の移動により補正対象の直線軸の重心位置が変化した場合でも対応できるようになっている。
図5は、5軸工作機械のY軸を示すもので、21はY軸ボールねじ、22はY軸テーブル29を案内するY軸転がりガイド、23はY軸クロスレール、24はY軸サーボモータ、24はY軸位置検出器である。ここでは直線移動するY軸テーブル29に他の直線軸であるZ軸が載っており、Z軸サーボモータ26、Z軸位置検出器27が搭載されて、被駆動体としてのZ軸ラム28を上下動可能としている。
【0017】
ここで、Z軸ラム28が例えば同図下側に示すように下降等することで、Y軸テーブル29等を含むY軸Z軸の重心位置はHyzからHyz’へと変化する。このHyz’は、Y軸の質量My、Z軸の質量をMz、重心位置Hyzを求めた時からのZ軸移動量ΔTPzとすれば、
Hyz’=Hyz−Mz・ΔTPz/(My+Mz)・・(式6)
で求めることができる。ここでは重心位置計算部8がこのHyz’を求めるようになっている。
よって、この数値制御装置5aにおいては、図6のフローチャートに示すように、プログラムによりY軸移動が指令されると、S11で関数発生によりTPyが算出される。S12では、加速度計算部7がY軸位置検出器25の値からY軸の加速度AAyを算出すると共に、重心位置計算部8で、Z軸の指令値TPzを用いて変位後のYZ軸重心位置Hyz’を算出する。次に、S13では、S12で求めたY軸加速度AAyと、YZ軸重心位置Hyz’とを用いて、補正値計算部6で補正値EPy、EPz、EPaを夫々算出することになる。
【0018】
このように、上記形態2の数値制御装置5a及び数値制御方法においても、直線軸に生じた姿勢変化を回転軸を用いて補正して、主軸とワークの相対位置等を精度よく制御することが可能になる。
特にここでは、Y軸の被駆動体上にZ軸が載っている場合、補正値計算部6は、Z軸の重心位置を加味して修正した重心位置をY軸の重心位置としてY軸テーブル29等の姿勢変位量を求めるようにしているので、上に載っている軸の移動により補正対象の直線軸の重心位置が変化した場合でも対応でき、高精度な加工を実現することができる。
【0019】
[形態3]
図7に示す数値制御装置5bにおいては、形態2の構成に加え、機械のオペレータがワークの情報をキーボード等の入力手段を用いて入力することで、ワークの大きさや重さが大きく異なる場合でも対応できるようになっている。例えば図8に示すようにX軸テーブル13に大型のワーク31が載った場合、被駆動体の質量はMxからMx’に、重心位置はHxからHx’に変化する。このような場合、補正値計算部6に機械オペレータからこれらの情報(Mx’、Hx’)を入力することで、被駆動体の質量と重心位置とを正確に把握することができる。
よって、図9のフローチャートに示すように、S21でオペレータがワークの高さや質量に基づいて被駆動体の質量、重心位置を数値制御装置5bに入力する。S22でプログラムによりX軸移動が指令されると、S22で関数発生によりTPxが算出される。次に、S23では加速度計算部7が位置検出器4の値からX軸の加速度AAxを算出する。そして、S24では、S23で求められたX軸加速度AAxと、S21で算出されたZ軸指令値TPzとを用いて、補正値計算部6で補正値EPx、EPz、EPbを夫々算出することになる。
【0020】
このように、上記形態3の数値制御装置5b及び数値制御方法においても、直線軸に生じた姿勢変化を回転軸を用いて補正して、主軸とワークの相対位置等を精度よく制御することが可能になる。
特にここでは、X軸テーブルの重心位置及び質量を入力する入力手段を設けて、補正値計算部6で用いるX軸テーブルの重心位置及び質量を任意に変更可能としているので、ワークの大きさや重さが大きく異なる場合でも、オペレータがワークの当該情報を数値制御装置に入力することでワークの変化に対応可能となっている。
【0021】
なお、上記形態1〜3では、加減速度演算手段で得た加速度を用いて被駆動体の姿勢変位量を求めるようにしているが、減速の際の減速度を用いて被駆動体の姿勢変化量を求めるようにしてもよい。
また、形態3においては、オペレータは被駆動体の質量と重心位置とを共に変更するようにしているが、何れか一方であっても差し支えない。
そして、上記形態1〜3では、5軸工作機械において本発明を適用した例で説明しているが、直線軸や回転軸はこれよりも少ない工作機械であっても差し支えないし、直線軸と、その直線軸に直交する回転軸とを有して夫々被駆動体を制御するものであれば、他の工作機械や産業機械にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】形態1の数値制御装置のブロック図である。
【図2】形態1の5軸工作機械の説明図である。
【図3】形態1の数値制御装置の姿勢変位補正機能のフローチャートである。
【図4】形態2の数値制御装置のブロック図である。
【図5】形態2の5軸工作機械の説明図である。
【図6】形態2の数値制御装置の姿勢変位補正機能のフローチャートである。
【図7】形態3の数値制御装置のブロック図である。
【図8】形態3の5軸工作機械の説明図である。
【図9】形態3の数値制御装置の姿勢変位補正機能のフローチャートである。
【図10】従来の数値制御装置のブロック図である。
【図11】従来の5軸工作機械の説明図である。
【符号の説明】
【0023】
1・・関数発生部、2・・制御器、3・・サーボモータ、4・・位置検出器、5,5a,5b・・数値制御装置、6・・補正値計算部、7・・加速度計算部、8・・重心位置計算部、11・・X軸ボールねじ、12・・スライダ、13・・X軸テーブル、14・・主軸、15・・工具、21・・Y軸ボールねじ、22・・Y軸転がりガイド、24・・Y軸サーボモータ、25・・Y軸位置検出器、26・・Z軸サーボモータ、27・・Z軸位置検出器、29・・Y軸テーブル、31・・大型ワーク。
【技術分野】
【0001】
本発明は、5軸工作機械等に用いられる送り駆動系における数値制御装置及び数値制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図10は直交3軸のXYZ軸とY軸回りの回転軸B軸とZ軸回りの回転軸C軸を備えた5軸工作機械の数値制御装置、図11は当該5軸工作機械の概略図を夫々示す。なお、5軸各軸の構成は共通であるのでX軸のみについて説明する。X軸において、サーボモータ43の回転力は、ボールねじ51を介して直線運動に変換されて、被駆動体となるX軸テーブル53を駆動させる。サーボモータ43には位置検出器44が搭載されており、この位置検出器44からの出力によってフィードバック制御が行われる。すなわち、位置検出器44により回転角を検出して間接的にX軸テーブル53の位置を検出して位置制御を行うものである。そして、ワーク56の載ったX軸テーブル53を所望の位置に移動することで主軸54とワーク56を相対的に制御してワーク56を工具55で加工する。数値制御装置45においては、プログラムに基づいて関数発生部41で生成された位置指令値TPのX軸の位置指令値TPxから、サーボモータ43に取り付けられている位置検出器44の現在位置を引いた値が制御器42に入力されるようになっている。
【0003】
図11に示した従来のセミクローズドループ方式の5軸工作機械では、駆動力を発生するボールねじ51の軸とX軸テーブル53の重心位置とが異なる場合は、X軸テーブル53の姿勢に変化が生じ、X軸テーブル53を所定の位置に正の向きで位置決めした場合と負の向きで位置決めした場合とでは両停止位置に差が生じる。そこで、ある送り速度で送ったときにおけるこの差を測定し、バックラッシ補正値として数値制御装置45に予め与えておき移動量を補正している。
例えば特許文献1には、テーブル移動方向の反転時におけるボールねじの変形量の変化およびテーブルの変形量の変化を検出可能にする機能を設け、テーブルの移動方向反転時における位置誤差をボールねじの変形に基づく位置誤差とテーブルの変形に基づく位置誤差とに分けて検出し、それぞれの誤差を補正する機能を備えた数値制御装置が記載されている。また、特許文献2には、位置指令を2回微分して求められる加速度に係数を乗じた値を補正量として求め、速度指令に加算して加減速時の構造体の伸縮による位置誤差を補正する制御法が記載されている。さらに、特許文献3には、移動体の加速度を検出し目標位置の補正量を求める位置決め装置が記載されている。
【0004】
【特許文献1】特開平6−67716号公報
【特許文献2】特許第3308656号公報
【特許文献3】特開平8−297508号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献2,3の方法には、直線軸の被駆動体が姿勢変化することで生じるロストモーションによる被駆動体の姿勢変形や、直線軸と直交する回転軸も含めた補正について言及がない。このロストモーションは、被駆動体の重心と駆動力が作用する位置とが一致していないために生じるもので、送り駆動系に十分な剛性を持たせればこのような姿勢変化は無視できるが、コスト上やむを得ず剛性を持たせることができない場合や、大型の工作機械のように被駆動体の重心と駆動位置とが大きく離れ、且つ被駆動体の質量が大きい場合は無視することができない。ロストモーションの値は一定値ではなく、また反転時だけでなく加減速度の変化によって刻々と変化するため、特許文献2,3に記載のような運動方向反転時に一定の補正値を加えるバックラッシ補正機能では、姿勢変化におけるロストモーションを補正するのには不十分で、主軸とワークとの相対位置等の補正は行えない。特許文献1には、テーブルの移動方向反転時のテーブル部の変形量の変化を検出して誤差を補正する技術が開示されてはいるが、被駆動体の姿勢変化を求めるのに特別な変位センサを設ける必要がありコスト高になってしまう。
【0006】
そこで、本発明は、上述のような問題に鑑みなされたものであり、変位センサ等を設けることなく、直線軸に生じた姿勢変化を回転軸を含めて精度よく補正することができる数値制御装置及び数値制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、被駆動体を直線移動させる1又は互いに直交する複数の直線軸と、何れかの直線軸回りで回転して他の直線軸と直交する1以上の回転軸とを有する数値制御装置において、前記被駆動体の加減速度を求める加減速度演算手段と、前記加減速度演算手段で得られた前記被駆動体の加減速度と、前記被駆動体の重心位置及び質量と、前記被駆動体に駆動力が作用する位置とに基づいて前記被駆動体の姿勢変位量を求める姿勢変位量演算手段と、前記姿勢変位量演算手段で得られた姿勢変位量から少なくとも前記回転軸の補正値を求める回転補正値演算手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、前記被駆動体上に他の直線軸若しくは回転軸が載っている場合、前記姿勢変位量演算手段は、前記他の直線軸若しくは回転軸の重心位置を加味して修正した重心位置を前記被駆動体の重心位置として前記被駆動体の姿勢変位量を求めることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、前記被駆動体の重心位置及び/又は質量を入力する入力手段を設けて、前記姿勢変位量演算手段で用いる前記被駆動体の重心位置及び/又は質量を任意に変更可能としたことを特徴とするものである。
【0008】
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、数値制御方法であって、1又は互いに直交する複数の直線軸で直線駆動する被駆動体の加減速度を求めて記憶手段に格納する第1ステップと、第1ステップで得られた被駆動体の加減速度と、前記被駆動体の重心位置及び質量と、前記被駆動体に駆動力が作用する位置とに基づいて前記被駆動体の姿勢変位量を求めて前記記憶手段に格納する第2ステップと、第2ステップで得られた姿勢変位量から、少なくとも、何れかの直線軸回りで回転して他の直線軸と直交する1以上の回転軸の補正値を求める第3ステップと、を有することを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4の構成において、前記被駆動体上に他の直線軸若しくは回転軸が載っている場合、前記第2ステップでは、前記他の直線軸若しくは回転軸の重心位置を加味して修正した重心位置を前記被駆動体の重心位置として前記被駆動体の姿勢変位量を求めることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項4又は5の構成において、前記第2ステップでは、入力手段によって得られた前記被駆動体の重心位置及び質量を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0009】
請求項1及び4の発明では、直線軸に生じた姿勢変化に基づいて回転軸を補正することで、例えば主軸とワークとの相対位置等を精度よく制御することが可能になる。特に、姿勢変化量を加速度から求めて補正するため動的に補正することが可能である。
請求項2及び5の発明では、補正対象の直線軸上に直線軸若しくは回転軸が載っている場合、上に載っている軸の移動により補正対象の直線軸の重心位置が変化した場合でも対応でき、高精度な加工を実現することができる。
請求項3及び6の発明では、ワークの大きさや重さが大きく異なる場合でも、オペレータがワークの当該情報を数値制御装置に入力することでワークの変化に対応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[形態1]
図1は、5軸工作機械の数値制御装置のブロック図、図2は5軸工作機械の説明図である。5軸工作機械や数値制御装置の基本的な構成は図10、11と同じで、ここでもX軸のみについて説明する。
まず数値制御装置5においては、関数発生部1の他、各軸の駆動系ごとに、制御器2、サーボモータ3、位置検出器4を夫々備えている。図10と異なるのは、X軸テーブル13に生じた姿勢変化量を計算する補正値計算部(姿勢変化量演算手段及び回転補正値演算手段)6と、位置検出器4の出力から加速度を求める加速度計算部(加減速度演算手段)7とを新たに設けた点である。
この数値制御装置5においては、例えばX軸テーブル13が移動した場合、加速度計算部7で求められたX軸テーブル13の加速度AAxと各軸の位置指令値TPとを用いて補正値計算部6が補正値EPを算出して各軸に送る。よって、位置指令値TPから補正値EPとサーボモータ3に取り付けられた位置検出器4の現在位置APを引いた値が制御器2に入力されることになる。
【0011】
図2は、X軸テーブル13がX軸ボールねじ11の駆動により加速度AAxで移動することでX軸テーブル13にピッチングが生じている様子を示している。14は主軸、15は工具である。また、X軸ボールねじ11の軸心とX軸テーブル13の重心との距離Hx、転がりガイド12のスライダ間距離Lx、X軸テーブル13の質量Mx、重力加速度g、スライダのラジアル方向剛性Kxは、夫々補正値計算部6のメモリに予め記録されている。図2においては、X軸テーブル13の重心はその2つのスライダ12(a)と12(b)との中心にある。この図2を用いて姿勢変化量の算出方法について具体的に説明する。
まず、加速度AAxは、加速度計算部7で求められる(本発明の第1ステップ)。
次に、前側のスライダ12(a)のラジアル方向負荷荷重をF1、後側のスライダ12(b)のラジアル方向負荷荷重をF2、X軸テーブル13の倒れ量をΔBとすると、
【0012】
F1=Mx・g/2−Mx・AAx・Hx/(2Lx)・・(式1)
F2=Mx・g/2+Mx・AAx・Hx/(2Lx)・・(式2)
ΔB=tan−1(|F1−F2|/Kx/Lx)・・(式3)
と表すことができる。
すなわち、X軸テーブル13が加減速することで、スライダ12のラジアル方向負荷荷重に、Mx・AAx・Hx/(2Lx)の項が加わるが、前後のスライダ12でその符号が異なるため、負荷荷重に差が生じてX軸テーブル13の姿勢変化となる。図1の補正値計算部6では、式3から補正値EPb=ΔBが算出され、B軸が補正により旋回することになる。
【0013】
こうして姿勢が変位したX軸テーブル13と刃先の位置とを旋回前後で一致させるために、X軸とZ軸をΔX、ΔZだけ移動させる必要がある。Z軸の指令値(この場合、X軸テーブル重心とB軸回転中心間の距離)をTPzとすると、
ΔX=TPz・sinΔB・・(式4)
ΔZ=TPz(1−cosΔB)・・(式5)
と表すことができる。すなわち、EPx=ΔXとEPz=ΔZとが夫々補正値となる。
【0014】
図3は、数値制御装置5の姿勢変位補正機能のフローチャートで、プログラムによりX軸移動が指令されると、まずS1で関数発生部1よりTPxが算出される。次にS2では、加速度計算部7が位置検出器4の値からX軸の加速度AAxを算出し(本発明の第1ステップ)、S3では、S2で求められたX軸加速度AAxと、S1で算出されたZ軸指令値TPzとを用いて、上述したように補正値計算部6で補正値EPx、EPz、EPbが夫々算出されることになる(本発明の第2、第3ステップ)。
【0015】
このように、上記形態1の数値制御装置5及び数値制御方法によれば、X軸テーブル13の加速度を求める加速度計算部7と、加速度計算部7で得られたX軸テーブル13の加速度、X軸テーブル13の重心位置及び質量、X軸テーブル13に駆動力が作用する位置、に基づいてX軸テーブル13の姿勢変位量を求め、得られた姿勢変位量からX軸、Z軸及びB軸の補正値を求める補正値計算部6とを備えたことで、直線軸に生じた姿勢変化を回転軸を用いて補正して、主軸とワークの相対位置等を精度よく制御することが可能になる。特に、姿勢変化量を加速度から求めて補正するため動的に補正することが可能である。
【0016】
[形態2]
次に、本発明の他の形態を説明する。なお、形態1と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
図4に示す数値制御装置5aにおいては、補正値計算部6に、重心位置を計算する重心位置計算部8を新たに設け、直線軸上に直線軸もしくは回転軸が載っている場合、上に載っている軸の移動により補正対象の直線軸の重心位置が変化した場合でも対応できるようになっている。
図5は、5軸工作機械のY軸を示すもので、21はY軸ボールねじ、22はY軸テーブル29を案内するY軸転がりガイド、23はY軸クロスレール、24はY軸サーボモータ、24はY軸位置検出器である。ここでは直線移動するY軸テーブル29に他の直線軸であるZ軸が載っており、Z軸サーボモータ26、Z軸位置検出器27が搭載されて、被駆動体としてのZ軸ラム28を上下動可能としている。
【0017】
ここで、Z軸ラム28が例えば同図下側に示すように下降等することで、Y軸テーブル29等を含むY軸Z軸の重心位置はHyzからHyz’へと変化する。このHyz’は、Y軸の質量My、Z軸の質量をMz、重心位置Hyzを求めた時からのZ軸移動量ΔTPzとすれば、
Hyz’=Hyz−Mz・ΔTPz/(My+Mz)・・(式6)
で求めることができる。ここでは重心位置計算部8がこのHyz’を求めるようになっている。
よって、この数値制御装置5aにおいては、図6のフローチャートに示すように、プログラムによりY軸移動が指令されると、S11で関数発生によりTPyが算出される。S12では、加速度計算部7がY軸位置検出器25の値からY軸の加速度AAyを算出すると共に、重心位置計算部8で、Z軸の指令値TPzを用いて変位後のYZ軸重心位置Hyz’を算出する。次に、S13では、S12で求めたY軸加速度AAyと、YZ軸重心位置Hyz’とを用いて、補正値計算部6で補正値EPy、EPz、EPaを夫々算出することになる。
【0018】
このように、上記形態2の数値制御装置5a及び数値制御方法においても、直線軸に生じた姿勢変化を回転軸を用いて補正して、主軸とワークの相対位置等を精度よく制御することが可能になる。
特にここでは、Y軸の被駆動体上にZ軸が載っている場合、補正値計算部6は、Z軸の重心位置を加味して修正した重心位置をY軸の重心位置としてY軸テーブル29等の姿勢変位量を求めるようにしているので、上に載っている軸の移動により補正対象の直線軸の重心位置が変化した場合でも対応でき、高精度な加工を実現することができる。
【0019】
[形態3]
図7に示す数値制御装置5bにおいては、形態2の構成に加え、機械のオペレータがワークの情報をキーボード等の入力手段を用いて入力することで、ワークの大きさや重さが大きく異なる場合でも対応できるようになっている。例えば図8に示すようにX軸テーブル13に大型のワーク31が載った場合、被駆動体の質量はMxからMx’に、重心位置はHxからHx’に変化する。このような場合、補正値計算部6に機械オペレータからこれらの情報(Mx’、Hx’)を入力することで、被駆動体の質量と重心位置とを正確に把握することができる。
よって、図9のフローチャートに示すように、S21でオペレータがワークの高さや質量に基づいて被駆動体の質量、重心位置を数値制御装置5bに入力する。S22でプログラムによりX軸移動が指令されると、S22で関数発生によりTPxが算出される。次に、S23では加速度計算部7が位置検出器4の値からX軸の加速度AAxを算出する。そして、S24では、S23で求められたX軸加速度AAxと、S21で算出されたZ軸指令値TPzとを用いて、補正値計算部6で補正値EPx、EPz、EPbを夫々算出することになる。
【0020】
このように、上記形態3の数値制御装置5b及び数値制御方法においても、直線軸に生じた姿勢変化を回転軸を用いて補正して、主軸とワークの相対位置等を精度よく制御することが可能になる。
特にここでは、X軸テーブルの重心位置及び質量を入力する入力手段を設けて、補正値計算部6で用いるX軸テーブルの重心位置及び質量を任意に変更可能としているので、ワークの大きさや重さが大きく異なる場合でも、オペレータがワークの当該情報を数値制御装置に入力することでワークの変化に対応可能となっている。
【0021】
なお、上記形態1〜3では、加減速度演算手段で得た加速度を用いて被駆動体の姿勢変位量を求めるようにしているが、減速の際の減速度を用いて被駆動体の姿勢変化量を求めるようにしてもよい。
また、形態3においては、オペレータは被駆動体の質量と重心位置とを共に変更するようにしているが、何れか一方であっても差し支えない。
そして、上記形態1〜3では、5軸工作機械において本発明を適用した例で説明しているが、直線軸や回転軸はこれよりも少ない工作機械であっても差し支えないし、直線軸と、その直線軸に直交する回転軸とを有して夫々被駆動体を制御するものであれば、他の工作機械や産業機械にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】形態1の数値制御装置のブロック図である。
【図2】形態1の5軸工作機械の説明図である。
【図3】形態1の数値制御装置の姿勢変位補正機能のフローチャートである。
【図4】形態2の数値制御装置のブロック図である。
【図5】形態2の5軸工作機械の説明図である。
【図6】形態2の数値制御装置の姿勢変位補正機能のフローチャートである。
【図7】形態3の数値制御装置のブロック図である。
【図8】形態3の5軸工作機械の説明図である。
【図9】形態3の数値制御装置の姿勢変位補正機能のフローチャートである。
【図10】従来の数値制御装置のブロック図である。
【図11】従来の5軸工作機械の説明図である。
【符号の説明】
【0023】
1・・関数発生部、2・・制御器、3・・サーボモータ、4・・位置検出器、5,5a,5b・・数値制御装置、6・・補正値計算部、7・・加速度計算部、8・・重心位置計算部、11・・X軸ボールねじ、12・・スライダ、13・・X軸テーブル、14・・主軸、15・・工具、21・・Y軸ボールねじ、22・・Y軸転がりガイド、24・・Y軸サーボモータ、25・・Y軸位置検出器、26・・Z軸サーボモータ、27・・Z軸位置検出器、29・・Y軸テーブル、31・・大型ワーク。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被駆動体を直線移動させる1又は互いに直交する複数の直線軸と、何れかの直線軸回りで回転して他の直線軸と直交する1以上の回転軸とを有する数値制御装置において、
前記被駆動体の加減速度を求める加減速度演算手段と、
前記加減速度演算手段で得られた前記被駆動体の加減速度と、前記被駆動体の重心位置及び質量と、前記被駆動体に駆動力が作用する位置とに基づいて前記被駆動体の姿勢変位量を求める姿勢変位量演算手段と、
前記姿勢変位量演算手段で得られた姿勢変位量から少なくとも前記回転軸の補正値を求める回転補正値演算手段と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項2】
前記被駆動体上に他の直線軸若しくは回転軸が載っている場合、前記姿勢変位量演算手段は、前記他の直線軸若しくは回転軸の重心位置を加味して修正した重心位置を前記被駆動体の重心位置として前記被駆動体の姿勢変位量を求めることを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。
【請求項3】
前記被駆動体の重心位置及び/又は質量を入力する入力手段を設けて、前記姿勢変位量演算手段で用いる前記被駆動体の重心位置及び/又は質量を任意に変更可能としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の数値制御装置。
【請求項4】
1又は互いに直交する複数の直線軸で直線駆動する被駆動体の加減速度を求めて記憶手段に格納する第1ステップと、
第1ステップで得られた被駆動体の加減速度と、前記被駆動体の重心位置及び質量と、前記被駆動体に駆動力が作用する位置とに基づいて前記被駆動体の姿勢変位量を求めて前記記憶手段に格納する第2ステップと、
第2ステップで得られた姿勢変位量から、少なくとも、何れかの直線軸回りで回転して他の直線軸と直交する1以上の回転軸の補正値を求める第3ステップと、
を有することを特徴とする数値制御方法。
【請求項5】
前記被駆動体上に他の直線軸若しくは回転軸が載っている場合、前記第2ステップでは、前記他の直線軸若しくは回転軸の重心位置を加味して修正した重心位置を前記被駆動体の重心位置として前記被駆動体の姿勢変位量を求めることを特徴とする請求項4に記載の数値制御方法。
【請求項6】
前記第2ステップでは、入力手段によって得られた前記被駆動体の重心位置及び質量を用いることを特徴とする請求項4又は5に記載の数値制御方法。
【請求項1】
被駆動体を直線移動させる1又は互いに直交する複数の直線軸と、何れかの直線軸回りで回転して他の直線軸と直交する1以上の回転軸とを有する数値制御装置において、
前記被駆動体の加減速度を求める加減速度演算手段と、
前記加減速度演算手段で得られた前記被駆動体の加減速度と、前記被駆動体の重心位置及び質量と、前記被駆動体に駆動力が作用する位置とに基づいて前記被駆動体の姿勢変位量を求める姿勢変位量演算手段と、
前記姿勢変位量演算手段で得られた姿勢変位量から少なくとも前記回転軸の補正値を求める回転補正値演算手段と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項2】
前記被駆動体上に他の直線軸若しくは回転軸が載っている場合、前記姿勢変位量演算手段は、前記他の直線軸若しくは回転軸の重心位置を加味して修正した重心位置を前記被駆動体の重心位置として前記被駆動体の姿勢変位量を求めることを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。
【請求項3】
前記被駆動体の重心位置及び/又は質量を入力する入力手段を設けて、前記姿勢変位量演算手段で用いる前記被駆動体の重心位置及び/又は質量を任意に変更可能としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の数値制御装置。
【請求項4】
1又は互いに直交する複数の直線軸で直線駆動する被駆動体の加減速度を求めて記憶手段に格納する第1ステップと、
第1ステップで得られた被駆動体の加減速度と、前記被駆動体の重心位置及び質量と、前記被駆動体に駆動力が作用する位置とに基づいて前記被駆動体の姿勢変位量を求めて前記記憶手段に格納する第2ステップと、
第2ステップで得られた姿勢変位量から、少なくとも、何れかの直線軸回りで回転して他の直線軸と直交する1以上の回転軸の補正値を求める第3ステップと、
を有することを特徴とする数値制御方法。
【請求項5】
前記被駆動体上に他の直線軸若しくは回転軸が載っている場合、前記第2ステップでは、前記他の直線軸若しくは回転軸の重心位置を加味して修正した重心位置を前記被駆動体の重心位置として前記被駆動体の姿勢変位量を求めることを特徴とする請求項4に記載の数値制御方法。
【請求項6】
前記第2ステップでは、入力手段によって得られた前記被駆動体の重心位置及び質量を用いることを特徴とする請求項4又は5に記載の数値制御方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2009−70089(P2009−70089A)
【公開日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−237065(P2007−237065)
【出願日】平成19年9月12日(2007.9.12)
【出願人】(000149066)オークマ株式会社 (476)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年9月12日(2007.9.12)
【出願人】(000149066)オークマ株式会社 (476)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]