特許 5863860 加工時の軸間の干渉を低減するサーボ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5863860

(24)【登録日】2016年1月8日

(45)【発行日】2016年2月17日

(54)【発明の名称】加工時の軸間の干渉を低減するサーボ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 5/50 20160101AFI20160204BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20160204BHJP

   B23Q 15/00 20060101ALI20160204BHJP

【ＦＩ】

   H02P5/50 A

   G05B19/404 K

   B23Q15/00 J

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-58642(P2014-58642)

(22)【出願日】2014年3月20日

(65)【公開番号】特開2015-186295(P2015-186295A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2015年4月21日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】園田 直人

【審査官】 宮崎 基樹

(56)【参考文献】

【文献】 特許第３４９２５８３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭６４−０５８４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１９２９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９６０６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ １／００−３１／００

Ｂ２３Ｑ １５／００−１５／２８

Ｇ０５Ｂ １９／４０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の軸に設けられた第１の電動機、及び第２の軸に設けられた第２の電動機を同期させて駆動するサーボ制御装置であって、
第１の軸の速度フィードバック量を取得する第１軸速度フィードバック取得部と、
前記第１の軸と同期する第２の軸の速度フィードバック量を取得する第２軸速度フィードバック取得部と、
前記第１の軸の速度フィードバック量を前記第２の軸の速度フィードバック量と対応させるための変換係数を取得し、該変換係数を用いて前記第１の軸の速度フィードバック量を変換する速度変換部と、
変換された前記第１の軸の速度フィードバック量と、前記第２の軸の速度フィードバック量との速度差を計算する速度差計算部と、
前記速度差を用いて制振のためのトルク補正値を計算するトルク補正計算部と、
前記トルク補正値を用いて、第２の軸のトルク指令を補正する第２軸トルク指令補正部と、
第１の軸のトルク指令を補正するために、前記変換係数を用いて前記トルク補正値を変換するトルク補正値変換部と、
変換された前記トルク補正値を用いて、第１の軸のトルク指令を補正する第１軸トルク指令補正部と、
を備えることを特徴とするサーボ制御装置。

【請求項2】

前記トルク補正計算部は、
ねじれ剛性を補正するために、前記速度差を積算した値に第１定数を乗算する積分計算部と、
摩擦を補正するために、前記速度差に第２定数を乗算する比例計算部と、
前記積分計算部の計算結果と、前記比例計算部の計算結果とを加算する加算部と、
加算された前記計算結果の位相調整を行う位相進めフィルタと、
を含む、請求項１に記載のサーボ制御装置。

【請求項3】

第１の軸に設けられた第１の電動機、及び第２の軸に設けられた第２の電動機を同期させて駆動するサーボ制御装置であって、
第１の軸の速度フィードバック量を取得する第１軸速度フィードバック取得部と、
前記第１の軸の速度フィードバック量を第２の軸の速度フィードバック量と対応させるための変換係数を取得し、該変換係数を用いて前記第１の軸の速度フィードバック量を変換する速度変換部と、
変換された前記第１の軸の速度フィードバック量を微分し、所定の定数を乗算する第２軸微分計算部と、
位相調整を行う第２軸位相進みフィルタと、
得られた第２軸用トルク補正値に基づいて、第２の軸のトルク指令を補正する第２軸トルク指令補正部と、
前記第１の軸と同期する第２の軸の速度フィードバック量を取得する第２軸速度フィードバック取得部と、
前記第２の軸の速度フィードバック量を微分し、所定の定数を乗算する第１軸微分計算部と、
位相調整を行う第１軸位相進みフィルタと、
変換係数を用いて、得られた第１軸用トルク補正値を変換するトルク補正値変換部と、
変換された前記第１軸用トルク補正値を用いて、第１の軸のトルク指令を補正する第１軸トルク指令補正部と、
を備えることを特徴とするサーボ制御装置。

【請求項4】

前記変換係数を上位制御装置から取得する変換係数取得部、及び前記変換係数を第１の軸の速度指令および第２の軸の速度指令に基づいて計算する変換係数計算部のうちの少なくとも一方を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。

【請求項5】

工具と被加工物とが接触しているか否かを示す加工状態信号を受信する結合状態検出部をさらに有し、
前記第１軸トルク指令補正部及び前記第２軸トルク指令補正部は、前記加工状態信号に応じて、第１の軸のトルク指令または第２の軸のトルク指令を補正する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機を使用した工作機械等の機械を制御するサーボ制御装置に関し、特に電動機が駆動する複数の軸が、同期しながら加工を行う際の軸間の干渉による振動を低減するサーボ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般の工作機械等では、被加工物を工具で加工する場合、電動機により駆動される複数の軸が協調同期して加工が行われる。

【0003】

複数の軸が協調同期して加工を行う工作機械として、例えば、図１に示すような立形マシニングセンタが知られている。立形マシニングセンタ１００では、被加工物１０１を固定したテーブル１０２がＸ軸方向とＹ軸方向に動作し、回転工具１０３がＺ軸方向に動作することで加工が行われる。

【0004】

また、複数の軸が協調同期して加工を行う工作機械として、図２に示すような旋盤も知られている。旋盤２００では、被加工物２０１は回転するＣ軸に固定され、半径方向（Ｘ軸）と回転軸方向（Ｚ軸）に工具２０２を被加工物２０１に接触させながら動作させることにより加工が行われる。

【0005】

さらに、複数の軸が協調同期して加工を行う工作機械として、図３に示すような創成歯車加工機も知られている。創成歯車加工機３００では、被加工物３０１は回転するＣ軸に固定され、工具３０２を、Ｂ軸を中心にして回転させ、Ｂ軸の回転とＣ軸の回転とが所定比率（＝条数／歯数）で同期するように、Ｂ軸用電動機３０４とＣ軸用電動機３０３を制御することにより加工が行われる。

【0006】

ここで、立形マシニングセンタ１００のＸＹ平面上で被加工物１０１にテーパー加工を行う場合がある。この場合、Ｘ軸及びＹ軸をそれぞれ駆動する電動機は、テーパー角度θに応じた速度（Ｖｘ＝Ｖｃｏｓθ、Ｖｙ＝Ｖｓｉｎθ）で同期運転を行う。この場合の工具１０３のＸ軸位置とＹ軸位置との関係を図４（ａ）に示す。

【0007】

同様に旋盤２００で円筒の被加工物２０１を加工する場合、Ｃ軸回転速度に比例するようにＺ軸の同期運転を行う。この場合の被加工物２０１のＣ軸角度と工具２０２のＺ軸位置との関係を図４（ｂ）に示す。

【0008】

さらに、創成歯車加工機３００で被加工物３０１を加工する場合、Ｂ軸の回転速度に比例（比率＝条数／歯数）するようにＣ軸の同期運転を行う。この場合の被加工物３０１のＣ軸角度と工具３０２のＢ軸角度との関係を図４（ｃ）に示す。

【0009】

このように２軸を同期させて被加工物の加工を行う場合、加工の負荷外乱と、工具、被加工物、及びこれらを駆動する機構部の剛性に依存して、振動が発生する場合がある。さらにこの振動は、被加工物と工具とが接触していることによる軸間の干渉で増幅され、加工精度に悪影響を与えるおそれがある。

【0010】

このような場合、従来は各軸を駆動する電動機の応答性を下げて振動を抑制する方法、あるいは、それぞれの軸で独立して制振制御を行う方法によって、振動低減を行っていた。

【0011】

例えば、機械剛性に応じた振動抑制フィルタによって、軸毎に振動を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献１）。この従来技術では、単独軸の振動を抑制することは可能であるが、軸間の干渉による振動を抑制する効果は不十分であるという問題がある。

【0012】

一方、軸間の干渉による振動を低減する方法として、１つの稼働部材を２つの電動機で駆動する場合、相互の電動機の速度差を使って、トルク指令を補正する制振制御方法が知られている（例えば、特許文献２）。この従来技術は、２つの電動機の結合は固定されており、また２つの電動機は同じ速度で駆動される。従って、この従来技術は、工具と被加工物とが接触して加工する場合の振動を低減する方法に関するものではなく、異なる速度で同期する場合の振動を低減することはできない。また、工具と被加工物との関係のように非結合状態となるような場合には対応できないという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特許第４６５８１８１号公報

【特許文献2】特許第３４９２５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明の目的は、電動機が駆動する複数の軸が、同期しながら加工を行う際の軸間の干渉による振動を低減するサーボ制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明の実施例に係るサーボ制御装置は、第１の軸に設けられた第１電動機、及び第２の軸に設けられた第２電動機を同期させて駆動するサーボ制御装置であって、第１の軸の速度フィードバック量を取得する第１軸速度フィードバック取得部と、第１の軸と同期する第２の軸の速度フィードバック量を取得する第２軸速度フィードバック取得部と、第１の軸の速度フィードバック量を第２の軸の速度フィードバック量と対応させるための変換係数を取得し、該変換係数を用いて第１の軸の速度フィードバック量を変換する速度変換部と、変換された第１の軸の速度フィードバック量と、第２の軸の速度フィードバック量との速度差を計算する速度差計算部と、速度差を用いて制振のためのトルク補正値を計算するトルク補正計算部と、トルク補正値を用いて、第２の軸のトルク指令を補正する第２軸トルク指令補正部と、第１の軸のトルク指令を補正するために、変換係数を用いてトルク補正値を変換するトルク補正値変換部と、変換されたトルク補正値を用いて、第１の軸のトルク指令を補正する第１軸トルク指令補正部と、を備えることを特徴とする。

【0016】

本発明の他の実施例に係るサーボ制御装置は、第１の軸に設けられた第１電動機、及び第２の軸に設けられた第２電動機を同期させて駆動するサーボ制御装置であって、第１の軸の速度フィードバック量を取得する第１軸速度フィードバック取得部と、第１の軸の速度フィードバック量を第２の軸の速度フィードバック量と対応させるための変換係数を取得し、該変換係数を用いて第１の軸の速度フィードバック量を変換する速度変換部と、変換された第１の軸の速度フィードバック量を微分し、所定の定数を乗算する第２軸微分計算部と、位相調整を行う第２軸位相進みフィルタと、得られた第２軸用トルク補正値に基づいて、第２の軸のトルク指令を補正する第２軸トルク指令補正部と、第１の軸と同期する第２の軸の速度フィードバック量を取得する第２軸速度フィードバック取得部と、第２の軸の速度フィードバック量を微分し、所定の定数を乗算する第１軸微分計算部と、位相調整を行う第１軸位相進みフィルタと、変換係数を用いて、得られた第１軸用トルク補正値を変換するトルク補正値変換部と、変換された第１軸用トルク補正値を用いて、第１の軸のトルク指令を補正する第１軸トルク指令補正部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明のサーボ装置によれば、電動機が駆動する複数の軸が、同期しながら加工を行う際の軸間の干渉による振動を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】従来のマシニングセンタの斜視図である。

【図2】従来の旋盤の斜視図である。

【図3】従来の歯車加工機の斜視図である。

【図4】従来のマシニングセンタにおけるＹ軸位置とＸ軸位置との関係、旋盤におけるＺ軸位置とＣ軸角度との関係、及び歯車加工機におけるＣ軸角度とＢ軸角度との関係を示すグラフである。

【図5】本発明の実施例１に係るサーボ制御装置を含む加工システムのブロック図である。

【図6】本発明の実施例１に係るサーボ制御装置に含まれるトルク補正計算部の構成図である。

【図7】本発明の実施例１に係るサーボ制御装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。

【図8】加工外乱がワーク及び工具に加わった場合の同期誤差の時間的変化を示す図である。

【図9】本発明の実施例１に係るサーボ制御装置を用いた場合の同期誤差の時間的変化を示す図である。

【図10】本発明の実施例２に係るサーボ制御装置に含まれるトルク補正計算部の構成図である。

【図11】本発明の実施例２に係るサーボ制御装置を用いた場合の同期誤差の時間的変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して、本発明に係るサーボ制御装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0020】

［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係るサーボ制御装置について図面を用いて説明する。図５に本発明の実施例１に係るサーボ制御装置１を含む加工システムのブロック図を示す。本発明の実施例１に係るサーボ制御装置１は、第１の軸であるＢ軸に設けられた第１電動機３０４、及び第２の軸に設けられた第２電動機３０３を同期させて駆動するサーボ制御装置であって、第１の軸の速度フィードバック量を取得する第１軸速度フィードバック取得部２と、第１の軸と同期する第２の軸の速度フィードバック量を取得する第２軸速度フィードバック取得部３と、第１の軸の速度フィードバック量を第２の軸の速度フィードバック量と対応させるための変換係数を取得し、該変換係数を用いて第１の軸の速度フィードバック量を変換する速度変換部４と、変換された第１の軸の速度フィードバック量と、第２の軸の速度フィードバック量との速度差を計算する速度差計算部５と、速度差を用いて制振のためのトルク補正値を計算するトルク補正計算部６と、トルク補正値を用いて、第２の軸のトルク指令を補正する第２軸トルク指令補正部７と、第１の軸のトルク指令を補正するために、変換係数を用いてトルク補正値を変換するトルク補正値変換部８と、変換されたトルク補正値を用いて、第１の軸のトルク指令を補正する第１軸トルク指令補正部９と、を備えることを特徴とする。

【0021】

サーボ制御装置１には、コンピューター数値制御装置（Computer Numerical Control：ＣＮＣ）等の上位制御装置２０から、工具３０２を第１の軸であるＢ軸を中心に回転させる第１電動機３０４を制御するための工具指令と、被加工物であるワーク３０１を第２の軸であるＣ軸を中心に回転させる第２電動機３０３を制御するためのワーク指令が入力される。

【0022】

工具指令は、工具側（第１の軸側）の第１位置制御部１１に入力され、第１位置制御部１１は速度指令を出力する。出力された速度指令は、工具側の第１速度制御部２１に入力され、トルク指令が出力される。

【0023】

出力されたトルク指令は、トルク補正値変換部８から出力されたトルク補正値とともに、第１軸トルク指令補正部９に入力され、第１軸トルク指令補正部９からは補正されたトルク指令が出力される。

【0024】

出力された、補正後のトルク指令は工具側の第１電流制御部３１に入力され、電流指令が出力される。出力された電流指令は第１アンプ３０５に入力され、第１電動機３０４を駆動し、工具３０２を、Ｂ軸を中心に回転させる。

【0025】

第１電動機３０４には速度センサ（図示せず）が設けられており、速度センサで検出された第１の軸の速度フィードバック量は、第１軸速度フィードバック取得部２に入力される。ただし、第１の軸の速度フィードバック量は、速度変換部４が直接取得してもよい。

【0026】

一方、ワーク指令は、ワーク側（第２の軸側）の第２位置制御部１２に入力され、第２位置制御部１２は速度指令を出力する。出力された速度指令は、ワーク側の第２速度制御部２２に入力され、トルク指令が出力される。

【0027】

出力されたトルク指令は、トルク補正計算部６から出力されたトルク補正値とともに、第２軸トルク指令補正部７に入力され、第２軸トルク指令補正部７からは補正されたトルク指令が出力される。

【0028】

出力された、補正後のトルク指令は工具側の第２電流制御部３２に入力され、電流指令が出力される。出力された電流指令は第２アンプ３０６に入力され、第２電動機３０３を駆動し、ワーク３０１を、Ｃ軸を中心に回転させる。

【0029】

第２電動機３０３には速度センサ（図示せず）が設けられており、速度センサで検出された第２の軸の速度フィードバック量は、第２軸速度フィードバック取得部３に入力される。ただし、第２の軸の速度フィードバック量は、速度差計算部５が直接取得してもよい。

【0030】

本発明の実施例１に係るサーボ制御装置では、第１電動機３０４及び第２電動機３０３からなる２軸の電動機が所定の速度比率で同期しながら加工する場合、それぞれの電動機の速度差を利用して振動を低減する補正量を計算し、この補正量を用いてトルク指令を補正することによって軸間の干渉による振動を低減する。

【0031】

上記の速度差に関しては、上位制御装置２０から変換係数を取得して、この変換係数を使って、一方（第１の軸）の速度フィードバック量を、他方（第２の軸）の速度フィードバック量相当の重みに変換して、速度差を求める。具体的には、速度変換部４が、第１の軸の速度フィードバック量を第２の軸の速度フィードバック量と対応させるための変換係数を取得し、該変換係数を用いて第１の軸の速度フィードバック量を変換する。または、逆に第２の軸の速度フィードバックを、第１の軸の速度フィードバック相当の重みに変換しても良い。

【0032】

なお、上記の変換係数は、それぞれの軸の速度指令の比に相当するので、下記の式のように、それぞれの速度指令から計算することも可能である。
変換係数＝第２の軸の速度指令／第１の軸の速度指令

【0033】

即ち、変換係数を上位制御装置２０から取得する変換係数取得部、及び変換係数を第１の軸の速度指令および第２の軸の速度指令に基づいて計算する変換係数計算部のうちの少なくとも一方を含むようにすることが好ましい。

【0034】

図５に示した創成歯車加工機の例では、ワーク３０１の歯車の歯数Ｔと、工具（砥石、あるいはカッタ）３０２の条数Ｌの比（＝Ｌ／Ｔ）で、ワーク３０１と工具３０２とが同期して回転しながら加工を行う。ワーク指令速度は以下の式により求められる。
ワーク指令速度＝工具（カッタ）指令速度×Ｌ／Ｔ

【0035】

サーボ制御装置１は、上位制御装置２０から、この比（＝Ｌ／Ｔ）、即ち、変換係数を取得して、工具側の第１の軸の速度フィードバック量にこの比を乗算して、ワーク速度相当の重みに変換し、ワーク側の第２の軸の速度フィードバック量との差分である速度差を以下の式により求める。
速度差＝ワーク速度フィードバック−工具（カッタ）速度フィードバック×Ｌ／Ｔ

【0036】

具体的には、速度差計算部５が、変換された第１の軸の速度フィードバック量と、第２の軸の速度フィードバック量との速度差を計算する。

【0037】

このようにして計算された速度差を用いて、トルク補正計算部６が制振のためのトルク補正値を計算する。トルク補正計算部６の構成図を図６に示す。トルク補正計算部６は、ねじれ剛性を補正するために、速度差を積算した値に第１定数を乗算する積分計算部６１と、摩擦を補正するために、速度差に第２定数を乗算する比例計算部６２と、積分計算部６１の計算結果と、比例計算部６２の計算結果とを加算する加算部６３と、加算された計算結果の位相調整を行う位相進めフィルタ６４と、を含む。

【0038】

トルク補正計算部６におけるトルク補正手順について詳細に説明する。図６に示すように、速度差計算部５が、速度変換部４で変換された第１の軸（工具）の速度フィードバック量と、第２の軸（ワーク）の速度フィードバック量との速度差を計算する。計算された速度差について、摩擦を補償する比例計算と、バネ剛性を補償する積分計算が実行される。例えば、以下の計算式によって比例計算及び積分計算が行われる。
Ｐ＝Ｋ２×速度差 （比例計算）
Ｉ＝Ｋ１×Σ速度差 （積分計算）
但し、Ｋ１、Ｋ２は定数、Σは積分である。
ここで、摩擦は、工具やワークの軸受け（ベアリング）等の回転摺動部の摩擦、及び工具とワークとの接触部分の摩擦を意味している。また、バネ剛性は、工具とその駆動電動機、ワークとその駆動電動機の結合部分のねじれ剛性と、工具、例えば創成歯車加工においては、砥石やホブカッタの弾性変形を意味している。

【0039】

比例計算、及び積分計算された結果は、加算部６３で加算（＝Ｐ＋Ｉ）され、その結果に基づいて位相進めフィルタ６４で位相調整する。これは速度フィードバックのサンプリング等の遅れを補償するものである。

【0040】

この位相調整された結果はトルク補正となり、これは電動機に加わる外乱に相当し、この補正をトルク指令に加算もしくは減算することでフィードフォワード的に外乱を抑制し、振動を低減することができる。

【0041】

このトルク指令は、上記の上位制御装置２０から取得した変換係数を使って、第２の軸のためのトルク補正に変換して、トルク指令に加算もしくは減算する。または逆に第１の軸のためのトルク補正に変換しても良い。

【0042】

例えば、上記の創成歯車加工機の場合、以下の式により、ワーク軸の新たなトルク指令及び工具（砥石）軸の新たなトルク指令が求められる。
ワーク軸の新たなトルク指令＝ワーク軸のトルク指令＋トルク補正
工具（砥石）軸の新たなトルク指令＝工具（砥石）軸のトルク指令＋トルク補正×（Ｔ／Ｌ）

【0043】

なお、上記トルク補正は、工具と被加工物とが接触している状態、すなわち加工されている状態でのみ、トルク指令に加算もしくは減算されるものである。従って、接触しているか否かを示す加工状態信号を、上位制御装置もしくは外部機器から取得して、その状態信号に応じて補正を行うか否かを判断する必要がある。

【0044】

そこで、図５に示すサーボ制御装置１は、工具３０２と被加工物であるワーク３０１とが接触しているか否かを示す加工状態信号を受信する結合状態検出部１０をさらに有することが好ましい。第１軸トルク指令補正部９及び第２軸トルク指令補正部７は、この加工状態信号に応じて、第１の軸のトルク指令または第２の軸のトルク指令を補正するようにすることができる。図５において、工具３０２とワーク３０１とが結合状態にある場合には、第１スイッチ４１がオン状態となり、トルク補正値変換部８から出力されたトルク補正値が第１軸トルク指令補正部９に入力される。また、同様に、工具３０２とワーク３０１とが結合状態にある場合には、第２スイッチ４２がオン状態となり、トルク補正計算部６から出力されたトルク補正値が第２軸トルク指令補正部７に入力される。

【0045】

次に、本発明のサーボ制御装置の動作手順について図面を用いて説明する。図７は、本発明の実施例１に係るサーボ制御装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、第１軸速度フィードバック取得部２（図５参照）が、第１の軸の速度フィードバック量を取得する。次に、ステップＳ１０２において、第２軸速度フィードバック取得部３が、第１の軸と同期する第２の軸の速度フィードバック量を取得する。

【0046】

次に、ステップＳ１０３において、速度変換部４が、第１の軸の速度フィードバック量を第２の軸の速度フィードバック量と対応させるための変換係数を取得する。さらに、ステップＳ１０４において、速度変換部４が、この変換係数を用いて第１の軸の速度フィードバック量を変換する。

【0047】

次に、ステップＳ１０５において、速度差計算部５が、変換された第１の軸の速度フィードバック量と、第２の軸の速度フィードバック量との速度差を計算する。

【0048】

次に、ステップＳ１０６において、トルク補正計算部６が、計算された速度差から制振のためのトルク補正値を計算する。

【0049】

次に、ステップＳ１０７において、結合状態検出部１０が、工具と被加工物とが接触しているか否かを示す加工状態信号を受信する。次に、ステップＳ１０８において、第２軸トルク指令補正部７は、加工状態信号に応じて、トルク補正を第２の軸のトルク指令に加算することにより、第２の軸のトルク指令を補正する。次に、ステップＳ１０９において、第１軸トルク指令補正部９が、加工状態信号に応じて、トルク補正を、変換係数を用いて第１の軸のトルクに変換し、その結果を第１のトルク指令から減算する。

【0050】

以上のようにして、トルク指令を補正することによって得られる効果を、創成歯車加工機を例にとって数値シミュレーションで確認した結果について説明する。図８は加工外乱がワーク及び工具に加わった場合の同期誤差の時間的変化を示す図である。一方、図９は、本発明の実施例１に係るサーボ制御装置を用いた場合の同期誤差の時間的変化を示す図である。

【0051】

制御対象は４慣性系モデルで、工具軸電動機、工具（砥石）、ワーク歯車、ワーク軸電動機の４つのイナーシャがそれぞれバネと粘性摩擦で結合している状態をモデル化した。この場合、ワーク歯車とワーク軸電動機の結合剛性は、機械共振周波数３００［Ｈｚ］とし、工具（砥石）と工具軸電動機の結合剛性は１［ｋＨｚ］とした。ここで加工時に１１［Ｈｚ］の加工外乱がワーク及び工具に加わった場合の同期誤差（＝ワーク軸速度−工具軸速度×Ｌ／Ｔ）を数値シミュレーションで確認すると図８のように３００［Ｈｚ］の振動が発生し、不安定になる。なお、この場合のワーク軸の速度制御帯域は５５［Ｈｚ］とした。図８のグラフの縦軸は、同期誤差［ｒａｄ］、横軸は時間［ｓｅｃ］である。

【0052】

実施例１に係るサーボ制御装置を用いた場合には、図９に示すように、速度制御帯域を１５０［Ｈｚ］まで上げても振動は発生せず、安定であった。

【0053】

以上のように、実施例１に係るサーボ制御装置によれば、２つの電動機の速度差を使ってトルク補正を求め、これをそれぞれの軸のトルク指令に加算もしくは減算することで振動を低減することができる。

【0054】

さらに、制御対象の摩擦を補正する比例項と、ねじれ剛性を補正する積分項を持つこと、さらにサンプリング遅れを補正する位相調整器（位相進めフィルタ）を追加することで、高い周波数の振動を抑制することが可能である。

【0055】

［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るサーボ制御装置について図面を用いて説明する。図１０に本発明の実施例２に係るサーボ制御装置のトルク補正計算部の構成を示す。トルク補正計算部以外の構成は図５に示した実施例１のサーボ制御装置と同様であるので、詳細な説明は省略する。

【0056】

本発明の実施例２に係るサーボ制御装置は、第１の軸に設けられた第１電動機、及び第２の軸に設けられた第２電動機を同期させて駆動するサーボ制御装置であって、第１の軸の速度フィードバック量を取得する第１軸速度フィードバック取得部２と、第１の軸の速度フィードバック量を第２の軸の速度フィードバック量と対応させるための変換係数を取得し、該変換係数を用いて第１の軸の速度フィードバック量を変換する速度変換部４と、変換された第１の軸の速度フィードバック量を微分し、所定の定数を乗算する第２軸微分計算部６５と、位相調整を行う第２軸位相進みフィルタ６６と、得られた第２軸用トルク補正値に基づいて、第２の軸のトルク指令を補正する第２軸トルク指令補正部７（図５参照）と、第１の軸と同期する第２の軸の速度フィードバック量を取得する第２軸速度フィードバック取得部３と、第２の軸の速度フィードバック量を微分し、所定の定数を乗算する第１軸微分計算部６７と、位相調整を行う第１軸位相進みフィルタ６８と、変換係数を用いて、得られた第１軸用トルク補正値を変換するトルク補正値変換部８と、変換された第１軸用トルク補正値を用いて、第１の軸のトルク指令を補正する第１軸トルク指令補正部９と、を備えることを特徴とする。

【0057】

実施例２に係るサーボ制御装置は、実施例１のサーボ制御装置で用いたような速度差を使用せず、第１軸微分計算部６７及び第２軸微分計算部６５により一方の軸の速度フィードバックを微分計算して、第１軸位相進みフィルタ６８及び第２軸位相進みフィルタ６６により位相調整を行い、他方の軸のトルク指令を補正して振動を低減する点を特徴としている。

【0058】

例えば、上記の創成歯車加工機の場合、第１の軸である工具軸の速度フィードバックを、変換係数を使って第２の軸であるワーク軸の速度相当の重みに変換し、さらに第２軸微分計算部６５により微分（サンプリング毎の差分）して、その結果に適切な定数を掛けて、第２軸位相進みフィルタ６６で位相を調整し、ワーク軸のトルク指令から減算する。

【0059】

さらに、ワーク軸の速度フィードバックを第１軸微分計算部６７により微分して、その結果に適切な定数を掛けて、第１軸位相進みフィルタ６８で位相を調整し、上記の変換係数を使って工具軸相当の重みに変換し、工具軸のトルク指令から減算する。ワーク軸の新たなトルク指令及び工具（砥石）軸の新たなトルク指令は以下の式により求められる。
ワーク軸の新たなトルク指令＝ワーク軸のトルク指令−Ｋ３×Δ工具軸の速度フィードバック×（Ｌ／Ｔ）
工具（砥石）軸の新たなトルク指令＝工具（砥石）軸のトルク指令−Ｋ３×Δワーク軸の速度フィードバック×（Ｔ／Ｌ）
但し、Ｋ３は定数、Δは微分または差分である。

【0060】

なお、この方法においても、トルク補正は、工具と被加工物とが接触している状態、すなわち加工されている状態でのみ、トルク指令に加算もしくは減算されるものである。従って、接触しているか否かを示す加工状態信号を、上位制御装置もしくは外部機器から取得して、その状態信号に応じて補正を行うか否かを判断する必要がある。

【0061】

実施例２に係るサーボ制御装置による効果を実施例１の場合と同様に創成歯車加工機の場合を例にとって数値シミュレーションで確認した結果を図１１に示す。実施例２に係るサーボ制御装置においては、速度制御帯域を１５０［Ｈｚ］まで上げても振動は発生せず、安定であった。

【0062】

以上のように、実施例２に係るサーボ制御装置によれば、速度フィードバックを微分して加速度を求め、これに定数を掛けてトルク指令を補正することで，振動を低減することができる。

【0063】

以上の実施例の説明においては、創成歯車加工機を制御するサーボ制御装置を例にとって説明したが、これには限られず、本発明は、複数の軸を同期させて制御するサーボ制御装置であれば、立形マシニングセンタや旋盤等、他の工作機械にも適用可能である。

【符号の説明】

【0064】

１ サーボ制御装置
２ 第１軸速度フィードバック取得部
３ 第２軸速度フィードバック取得部
４ 速度変換部
５ 速度差計算部
６ トルク補正計算部
７ 第２軸トルク指令補正部
８ トルク補正値変換部
９ 第１軸トルク指令補正部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】