JPS60201858A - 工作機械に於ける送り速度の適応制御方法および装置 - Google Patents
工作機械に於ける送り速度の適応制御方法および装置Info
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- JPS60201858A JPS60201858A JP5554784A JP5554784A JPS60201858A JP S60201858 A JPS60201858 A JP S60201858A JP 5554784 A JP5554784 A JP 5554784A JP 5554784 A JP5554784 A JP 5554784A JP S60201858 A JPS60201858 A JP S60201858A
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- Japan
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- speed
- machine tool
- cutting
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Program-control systems
- G05B19/02—Program-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
- G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
- G05B19/4163—Adaptive control of feed or cutting velocity
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は工作機械の送り速度の適応側−御方式に関する
ものであり、更に詳しくはワーク切削負荷の増大もしく
は減少に応じて、自動的に送り速度を加減速する工作機
械に於ける送り速度の自動制御方法および装置に関する
ものである。
ものであり、更に詳しくはワーク切削負荷の増大もしく
は減少に応じて、自動的に送り速度を加減速する工作機
械に於ける送り速度の自動制御方法および装置に関する
ものである。
イ、従来技術
工作機械に於ける送り速度の自動制御方式としてこれま
で種々の適応制御方式が考案、試作されてきたが、現在
実用に供されて方法として、工作機械の主軸モーターの
負荷電流を検出し、この電流値の大小に応じて切削負荷
を推定し、これによって送り速度を制御する方法が知ら
れている。この方式はセンサとしての主軸負荷電流値の
検出が容易なため装置の全体的な構造が簡易となり、そ
の分だけ適応制御方式の信頼性を向上させることが可能
である。
で種々の適応制御方式が考案、試作されてきたが、現在
実用に供されて方法として、工作機械の主軸モーターの
負荷電流を検出し、この電流値の大小に応じて切削負荷
を推定し、これによって送り速度を制御する方法が知ら
れている。この方式はセンサとしての主軸負荷電流値の
検出が容易なため装置の全体的な構造が簡易となり、そ
の分だけ適応制御方式の信頼性を向上させることが可能
である。
しかしながら、主軸モーターの負荷電流は主軸に掛かる
切削トルクの変化を間接的に測定していることになるの
で、切削加工条件の如何によっては切削負荷を正しく推
定することが不可能な場合がある。例えばエンドミルカ
ッタ等の剛性の低い工具による切削加工に於いては、切
削トルクよりもむしろ工具に発生する曲げ抵抗の方が加
工精度に大きく影響し、また切削′トルクよりも送り方
向の曲げ抵抗による工具折損の頻度が高いことが経験的
に知られている。更に上記曲げ抵抗の測度精度は必ずし
も高くないため、送り速度の制御手段として曲げ抵抗を
利用することには可成りの不利益が認められる。即ち、
このように主軸モータの負荷電流の変化を検出し、これ
により送り速度を制御する方式に於いては、曲げ抵抗の
推定精度が極めて低いため、切削負荷の増減による工具
系の撓み量の変化をワークの送り速度の制御因子として
利用することには、ワーク加工精度の維持上看過ごすこ
とのできない難点が見受けられた。
切削トルクの変化を間接的に測定していることになるの
で、切削加工条件の如何によっては切削負荷を正しく推
定することが不可能な場合がある。例えばエンドミルカ
ッタ等の剛性の低い工具による切削加工に於いては、切
削トルクよりもむしろ工具に発生する曲げ抵抗の方が加
工精度に大きく影響し、また切削′トルクよりも送り方
向の曲げ抵抗による工具折損の頻度が高いことが経験的
に知られている。更に上記曲げ抵抗の測度精度は必ずし
も高くないため、送り速度の制御手段として曲げ抵抗を
利用することには可成りの不利益が認められる。即ち、
このように主軸モータの負荷電流の変化を検出し、これ
により送り速度を制御する方式に於いては、曲げ抵抗の
推定精度が極めて低いため、切削負荷の増減による工具
系の撓み量の変化をワークの送り速度の制御因子として
利用することには、ワーク加工精度の維持上看過ごすこ
とのできない難点が見受けられた。
口９発明の目的
本発明の主要な目的は、在来の送り速度の適応制御方式
に於いて不可避であつた上記の如き制約を解消し得る工
作機械に於ける送り速度の適応制御方法および装置を提
供することにある。
に於いて不可避であつた上記の如き制約を解消し得る工
作機械に於ける送り速度の適応制御方法および装置を提
供することにある。
本発明の他の主要な目的は、切削負荷による工作機械の
送り系の速度変動を直線位置検出器によって検出し、こ
の検出値から変換された実効値を利用して前記送り系の
送り速度を自動制御し得るようにした適応制御方式を提
供することにある。
送り系の速度変動を直線位置検出器によって検出し、こ
の検出値から変換された実効値を利用して前記送り系の
送り速度を自動制御し得るようにした適応制御方式を提
供することにある。
ハ０発明の構成
本発明は、切削負荷による工作機械の送り系の速度変動
を直線位置検出器によって検出し、この検出値から変換
された速度変動の実効値を予め設定されている速度指令
と比較演算し、この比較演算結果を修正速度指令として
前記送り系の送り速度を適応制御する工作機械に於ける
送り速度の適応制御方法を第一の要旨とするものである
。
を直線位置検出器によって検出し、この検出値から変換
された速度変動の実効値を予め設定されている速度指令
と比較演算し、この比較演算結果を修正速度指令として
前記送り系の送り速度を適応制御する工作機械に於ける
送り速度の適応制御方法を第一の要旨とするものである
。
本発明はまた、工作機械のテーブル駆動装置と、該テー
ブルに配設された直線位置検出器と、該検出器による検
出値を実効値に変換して自動ゲイン調整回路に伝達する
ため前記検出器と自動ゲイン調整回路の間に順次配設さ
れた周波数／電圧変換器、直流／交流変換器、全波整流
回路、ならびに実効値／直流電圧変換器からなる工作機
械に於ける送り速度の適応制御装置を第二の要旨とする
ものである。
ブルに配設された直線位置検出器と、該検出器による検
出値を実効値に変換して自動ゲイン調整回路に伝達する
ため前記検出器と自動ゲイン調整回路の間に順次配設さ
れた周波数／電圧変換器、直流／交流変換器、全波整流
回路、ならびに実効値／直流電圧変換器からなる工作機
械に於ける送り速度の適応制御装置を第二の要旨とする
ものである。
二、実施例
第１図は本発明に係る適応制御装置の構成を例示する説
明図である。工作機械には切削工具に回転駆動力を伝達
するための主軸と、ワー、りに送り運動を伝達するため
の送り軸があり、第１図に示す実施図に於いては立型フ
ライス盤を想定して、３軸の送り軸のうちの１軸（Ｘ軸
）のみを図示している。
明図である。工作機械には切削工具に回転駆動力を伝達
するための主軸と、ワー、りに送り運動を伝達するため
の送り軸があり、第１図に示す実施図に於いては立型フ
ライス盤を想定して、３軸の送り軸のうちの１軸（Ｘ軸
）のみを図示している。
図示しない工作機械制御装置から速度指令ＶＣが入力さ
れると、この指令に従って送りサーボモータ（４）が回
転し、該送りサーボモータに連結されたボール・スクリ
ュー（５）の回転運動によってテーブル（３）がＸ軸方
向に直線運動を行い、該テーブルに固着されたワークは
所定の方向に移動し位置決めが行われる。この時のテー
ブル（３）の位置は、テーブルに固定されたリニア・ス
ケール（２）の目盛を直線位置検出器（リニア・スケー
ル検出器）（１）で光学的、検出、−６２と、よ７、読
、取、ｉ６゜リニア・スケールからの検出信号は、通常
第１図（Ａ）に示すように矩形波として検出されるが、
このパルス数はリニア・スケール（２）の分解能（通常
１μｍ１もしくは１０μｍ）に相当し７、テーブルの移
動速度の増大と共に矩形波出力の周波数が高くなる。
れると、この指令に従って送りサーボモータ（４）が回
転し、該送りサーボモータに連結されたボール・スクリ
ュー（５）の回転運動によってテーブル（３）がＸ軸方
向に直線運動を行い、該テーブルに固着されたワークは
所定の方向に移動し位置決めが行われる。この時のテー
ブル（３）の位置は、テーブルに固定されたリニア・ス
ケール（２）の目盛を直線位置検出器（リニア・スケー
ル検出器）（１）で光学的、検出、−６２と、よ７、読
、取、ｉ６゜リニア・スケールからの検出信号は、通常
第１図（Ａ）に示すように矩形波として検出されるが、
このパルス数はリニア・スケール（２）の分解能（通常
１μｍ１もしくは１０μｍ）に相当し７、テーブルの移
動速度の増大と共に矩形波出力の周波数が高くなる。
切削負荷がない場合もしくは小さい場合には、テーブル
（３）は速度指令ＶＣに対応した速度で移動し、リニア
・スケール（２）からはこの速度に対応した一定周波数
の矩形波が出力される。
（３）は速度指令ＶＣに対応した速度で移動し、リニア
・スケール（２）からはこの速度に対応した一定周波数
の矩形波が出力される。
切削負荷が増大するにつれて、切削抵抗による負荷が送
り軸系にかかり、送り系で秦も剛性の低いボール・スク
リュー（５）と該ボール・スクリューと係合するナツト
の間に弾性変位を生しる。この結果、テーブルの直線運
動には一定の速度指令ＶＣに弾性変位による周期的速度
変動が重畳されることになり、リニア・スケール（２）
の矩形波出力にパルス幅の変調を生じる。
り軸系にかかり、送り系で秦も剛性の低いボール・スク
リュー（５）と該ボール・スクリューと係合するナツト
の間に弾性変位を生しる。この結果、テーブルの直線運
動には一定の速度指令ＶＣに弾性変位による周期的速度
変動が重畳されることになり、リニア・スケール（２）
の矩形波出力にパルス幅の変調を生じる。
パルス幅を変調された矩形波は、周波数／電圧（Ｆ／Ｖ
）変換器により第１図（Ｂ）に見られるような速度変動
アナログ電圧に変換される。更に直流／交流電圧（ＤＣ
／ＡＣ）変換器により第１図（Ｃ）に示すように直流分
（オフセット）を除去され、０を中心とする正弦波とし
て全波整流（絶対値）回路に伝達され第１図（Ｄ）に示
すように全波整流され、この後、実効値／直流電圧（Ｒ
ＭＳ／ＤＣ）変換器により第１図（Ｅ）に見られるよう
な直流電圧信号に変換される。
）変換器により第１図（Ｂ）に見られるような速度変動
アナログ電圧に変換される。更に直流／交流電圧（ＤＣ
／ＡＣ）変換器により第１図（Ｃ）に示すように直流分
（オフセット）を除去され、０を中心とする正弦波とし
て全波整流（絶対値）回路に伝達され第１図（Ｄ）に示
すように全波整流され、この後、実効値／直流電圧（Ｒ
ＭＳ／ＤＣ）変換器により第１図（Ｅ）に見られるよう
な直流電圧信号に変換される。
速度変動の実効値（二条平均平方根値：■Ｓ値）は振幅
の２乗に相当する減速指令ＭＹとして自動ゲイン調整（
ＡＧＣ）回路に入力される。ここで、減速指令ＭＹは予
め設定されている速度指令ＶＣと比較演算され、速度指
令ＶＣと減速指令ＭＶとの差、即ち減速指令ＭＶの大／
Ｊ％に応じた速度指令の加減速が行われる。斯くして算
出された修正速度指令ＭＶＣは送りサーボモータ（４）
へ転送されテーブル（３）の送り速度を適応制御する。
の２乗に相当する減速指令ＭＹとして自動ゲイン調整（
ＡＧＣ）回路に入力される。ここで、減速指令ＭＹは予
め設定されている速度指令ＶＣと比較演算され、速度指
令ＶＣと減速指令ＭＶとの差、即ち減速指令ＭＶの大／
Ｊ％に応じた速度指令の加減速が行われる。斯くして算
出された修正速度指令ＭＶＣは送りサーボモータ（４）
へ転送されテーブル（３）の送り速度を適応制御する。
無負荷の場合もしくは負荷が小さい場合には、テーブル
（３）の送り速度の変動はなく、従−） でＭ Ｖ −
０となり、テーブル（３）はＶＣの速度で移動する。
（３）の送り速度の変動はなく、従−） でＭ Ｖ −
０となり、テーブル（３）はＶＣの速度で移動する。
ＡＧＣ回路は一種の関数発生器で、第２図に見られる如
く入力に対して直線的に減速をかける直線減速、もしく
は入力に対して指数関数的に減速をかける指数減速等の
採用が可能である。
く入力に対して直線的に減速をかける直線減速、もしく
は入力に対して指数関数的に減速をかける指数減速等の
採用が可能である。
実用上、修正速度指令ＭＶＣもしくは減速指令ＭＶがあ
る制限値（例えば第２図のＶＣｏ、ＭＶｏ）を越えた場
合には、何らかの異常が発生したものと見做し、工作機
械を停止するための措置を講じる必要がある。
る制限値（例えば第２図のＶＣｏ、ＭＶｏ）を越えた場
合には、何らかの異常が発生したものと見做し、工作機
械を停止するための措置を講じる必要がある。
第２図に於いては速度変動に応じてアナログ的に減速す
る過程が示されているが、ディジタル的（段階的）に速
度を修正することも可能である。
る過程が示されているが、ディジタル的（段階的）に速
度を修正することも可能である。
切削時の変動波形例を第３図に示す。速度指令ＶＣ−４
００■／ｓｉｎのステップ入力を与え、空切削の後、被
加工物と接触（図中マ印）して定常切削に至る過程を示
したものである。上から工作機械主軸頭の振動加速度（
Ａｃｃ、） 、リニア・スケール（２）からの矩形波出
力をＦ／Ｖ変換器で変換した後の速度変動（Ｆ／Ｖ）
、そして送りサーボモータ（４）に直結したタコ・ジェ
ネレータ（図示せず）からの回転速度変動（Ｔ Ｏ）を
示したものである。この結果、リニア・スケールからの
出力（Ｆ／Ｖ）及び加速度波形にはエンドミル工具の切
刃の断続切削周波数に対応した１０ｂ前後の周期的変動
が顕著に現れている。
００■／ｓｉｎのステップ入力を与え、空切削の後、被
加工物と接触（図中マ印）して定常切削に至る過程を示
したものである。上から工作機械主軸頭の振動加速度（
Ａｃｃ、） 、リニア・スケール（２）からの矩形波出
力をＦ／Ｖ変換器で変換した後の速度変動（Ｆ／Ｖ）
、そして送りサーボモータ（４）に直結したタコ・ジェ
ネレータ（図示せず）からの回転速度変動（Ｔ Ｏ）を
示したものである。この結果、リニア・スケールからの
出力（Ｆ／Ｖ）及び加速度波形にはエンドミル工具の切
刃の断続切削周波数に対応した１０ｂ前後の周期的変動
が顕著に現れている。
第３図から、送りサーボモータ（４）のＩＩｋ速度変動
（Ｔ Ｇ）には遅れ（Ｄ＞が生じ、リニア・スケール（
２）の出力よりも感度が低くなっていることがわかる。
（Ｔ Ｇ）には遅れ（Ｄ＞が生じ、リニア・スケール（
２）の出力よりも感度が低くなっていることがわかる。
このことは、ボール・スクリュー（５）と該ボール・ス
クリューと係合するナツトの間の弾性変位が送り系の速
度変動に大きな影響を与えることを示している。
クリューと係合するナツトの間の弾性変位が送り系の速
度変動に大きな影響を与えることを示している。
また第３図から工具とワークとの接触時期の検出が可能
であり、空切削速度を通常の送り速度より高めに設定し
ておき、工具とワークとの接触が検出された後に所定の
送り速度に減速する方法が採用可能となる。この結果、
加工時間の短縮が図られ、能率向上に寄与することがで
きる。
であり、空切削速度を通常の送り速度より高めに設定し
ておき、工具とワークとの接触が検出された後に所定の
送り速度に減速する方法が採用可能となる。この結果、
加工時間の短縮が図られ、能率向上に寄与することがで
きる。
以上の説明から明らかなように、工作機械の各送り軸に
本発明に係る直線位置検出装置を付設することにより、
二輪同時もしくは三軸同時切削に於いても送り速度を適
応制御することが可能となる。また、本発明の応用例と
して、第３図に例示する如く、送りサーボモータ（４）
に図示しないタコ・ジェネレータを直結し、サーボモー
タの回転速度の変動を検出することによって送り速度を
適応制御することも可能である。
本発明に係る直線位置検出装置を付設することにより、
二輪同時もしくは三軸同時切削に於いても送り速度を適
応制御することが可能となる。また、本発明の応用例と
して、第３図に例示する如く、送りサーボモータ（４）
に図示しないタコ・ジェネレータを直結し、サーボモー
タの回転速度の変動を検出することによって送り速度を
適応制御することも可能である。
ホ６発明の効果
以上の説明に明らかな如く、本発明は工作機械構成要素
の一つであるリニア・スケールの矩形波出力を利用して
送り系の送り速度を自動制御し得るように構成されてい
るため、その全体的な構成が極めて簡易であり、且つ送
り速度品変動の検出精度も高い。本発明によれば在来の
主軸駆動電流の変化によっては検出不能であった切削抵
抗の送り方向分力の変動を正確に測定することが可能で
ある。更に、応用例として工具摩耗によるスラスト力の
変化が著しいドリル加工に於いて、主軸頭の送り方向の
速度変動を発明方法により演算処理することにより、ド
リルの摩耗量を容易に検出することができる。
の一つであるリニア・スケールの矩形波出力を利用して
送り系の送り速度を自動制御し得るように構成されてい
るため、その全体的な構成が極めて簡易であり、且つ送
り速度品変動の検出精度も高い。本発明によれば在来の
主軸駆動電流の変化によっては検出不能であった切削抵
抗の送り方向分力の変動を正確に測定することが可能で
ある。更に、応用例として工具摩耗によるスラスト力の
変化が著しいドリル加工に於いて、主軸頭の送り方向の
速度変動を発明方法により演算処理することにより、ド
リルの摩耗量を容易に検出することができる。
本発明はまた、工具とワークとの接触開始時期の検出が
可能であるから、これにより空切削時の送り速度を上げ
ることにより加工時間の短縮、加工能率の向上を図るこ
とができる。
可能であるから、これにより空切削時の送り速度を上げ
ることにより加工時間の短縮、加工能率の向上を図るこ
とができる。
第１図は本発明の全体的な構成を朱すブロック線図であ
り、第２図はＡＧＣ回路に於ける減速機能を説明する直
交座標線図である。また第３図はエンドミル加工時に工
作機械主軸頭ならびに各変換器に記録された振動波形の
例示である。 （１）・−リニア・スケール＆出器、（２）・・−・リ
ニア・スケール、（３）・−テーブル、（４）。 −送りサーボモータ、（５） −ボール・スクリ第２図 第３図 １／１）ｔ）門鍼
り、第２図はＡＧＣ回路に於ける減速機能を説明する直
交座標線図である。また第３図はエンドミル加工時に工
作機械主軸頭ならびに各変換器に記録された振動波形の
例示である。 （１）・−リニア・スケール＆出器、（２）・・−・リ
ニア・スケール、（３）・−テーブル、（４）。 −送りサーボモータ、（５） −ボール・スクリ第２図 第３図 １／１）ｔ）門鍼
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （ｌ）切削負荷による工作機械の送り系の速度変動を直
線位置検出器によって検出し、この検出値から変換され
た速度変動の実効値を予かしめ設定されている速度指令
と比較演算し、この比較演算結果を修正速度指令として
前記送り系の送り速度を適応制御することを特徴とする
工作機械に於ける送り速度の適応制御方法。 伏）工作機械のテーブル駆動装置と、該テーブルに配設
された直線位置検出器と、該検出器による検出値を実効
値に変換して自動ゲイン調整回路に伝達するため前記検
出器と自動ゲイン調整回路の間に順次配設された周波数
／電圧変換器、直流／交流変換器、全波整流回路、なら
びに実効値／直流電圧変換器からなる工作機械に於ける
送り速度の適応制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5554784A JPS60201858A (ja) | 1984-03-22 | 1984-03-22 | 工作機械に於ける送り速度の適応制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5554784A JPS60201858A (ja) | 1984-03-22 | 1984-03-22 | 工作機械に於ける送り速度の適応制御方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60201858A true JPS60201858A (ja) | 1985-10-12 |
| JPH0375297B2 JPH0375297B2 (ja) | 1991-11-29 |
Family
ID=13001728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5554784A Granted JPS60201858A (ja) | 1984-03-22 | 1984-03-22 | 工作機械に於ける送り速度の適応制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60201858A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0497989U (ja) * | 1991-01-16 | 1992-08-25 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57205013A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-16 | Nippei Toyama Corp | Feed controller for cutting tool |
-
1984
- 1984-03-22 JP JP5554784A patent/JPS60201858A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57205013A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-16 | Nippei Toyama Corp | Feed controller for cutting tool |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0497989U (ja) * | 1991-01-16 | 1992-08-25 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0375297B2 (ja) | 1991-11-29 |
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