特許 7464721 工作機械の制御装置

(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】

(24)【登録日】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(54)【発明の名称】工作機械の制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/4093 20060101AFI20240402BHJP

   B23Q 15/013 20060101ALI20240402BHJP

   B23B 1/00 20060101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

G05B19/4093 M

B23Q15/013

B23B1/00 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022539493

(86)(22)【出願日】2021-07-27

(86)【国際出願番号】 JP2021027740

(87)【国際公開番号】W WO2022025056

(87)【国際公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-02-07

(31)【優先権主張番号】P 2020128129

(32)【優先日】2020-07-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】山本 健太

【審査官】樋口 幸太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０２８５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００５４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１４０９０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１０７３９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／４０９３

Ｂ２３Ｑ １５／０１３

Ｂ２３Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工具とワークを相対的に揺動させながら加工する工作機械の制御装置であって、
揺動条件に基づいて揺動指令を生成する揺動指令生成部と、
揺動停止のタイミングを判定する揺動停止判定部と、
前記揺動指令を移動指令に重畳することにより生成される重畳指令に基づいて、前記工具と前記ワークとを相対的に揺動させる制御部と、を備え、
前記揺動指令生成部は、揺動指令の絶対値が増大している時に前記揺動停止判定部から揺動停止が通知されたタイミングで揺動位相の更新を停止し、揺動振幅を徐々に減衰する、工作機械の制御装置。

【請求項2】

工具とワークを相対的に揺動させながら加工する工作機械の制御装置であって、
揺動条件に基づいて揺動指令を生成する揺動指令生成部と、
揺動停止のタイミングを判定する揺動停止判定部と、
前記揺動指令を移動指令に重畳することにより生成される重畳指令に基づいて、前記工具と前記ワークとを相対的に揺動させる制御部と、を備え、
前記揺動指令生成部は、前記揺動停止判定部から揺動停止が通知されたタイミングで揺動指令の絶対値が最も小さい特定の揺動位相まで位相を速く進めてから位相の更新を停止し、揺動振幅を徐々に減衰する、工作機械の制御装置。

【請求項3】

前記揺動指令生成部は、揺動停止直前の揺動振幅にフィルタをかけることで揺動振幅を徐々に減衰する、請求項１又は２に記載の工作機械の制御装置。

【請求項4】

前記揺動指令生成部は、揺動停止直前の揺動振幅を規定値ずつ減らすことで揺動振幅を徐々に減衰する、請求項１又は２に記載の工作機械の制御装置。

【請求項5】

前記揺動停止判定部は、加工条件に基づいて揺動停止のタイミングを判定する、請求項１から４いずれかに記載の工作機械の制御装置。

【請求項6】

前記揺動停止判定部は、外部通知により揺動停止のタイミングを判定する、請求項１から４いずれかに記載の工作機械の制御装置。

【請求項7】

前記揺動指令生成部は、外部通知により通知された任意のタイミングに揺動停止できるように揺動振幅及び揺動位相を補正する、請求項６に記載の工作機械の制御装置。

【請求項8】

前記重畳指令に基づいて前記重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を前記重畳指令に加算することにより前記重畳指令を補正する学習制御部をさらに備える、請求項１から７いずれかに記載の工作機械の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、穴開け加工や旋削加工等の切り屑対策として、揺動切削を適用することがある。揺動切削を適用した加工において揺動を停止する場合、移動指令が急峻に変化すると工作機械にショックが発生する。機械のショックは、加工ツール等の寿命や加工ワークの精度に影響する。

【0003】

揺動停止に関する技術として、例えば、加工停止位置に到達する際に、送り動作に伴って振動振幅を減少させることで加工停止位置を越えた切り込みを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１６－０４７４８５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、特許文献１の技術は、工作機械に生じるショックの低減を目的としたものではない。また、特許文献１の技術は、所定の加工停止位置に到達する際に残りの移動距離等に応じて揺動振幅を減少させるものであり、任意のタイミングで滑らかに揺動停止させるものではない。

【0006】

従って、切り屑の細断性を損なわずに任意のタイミングで滑らかに揺動停止でき、かつ、工作機械に生じるショックを抑制できる技術が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、工具とワークを相対的に揺動させながら加工する工作機械の制御装置であって、揺動条件に基づいて揺動指令を生成する揺動指令生成部と、揺動停止のタイミングを判定する揺動停止判定部と、前記揺動指令を移動指令に重畳することにより生成される重畳指令に基づいて、前記工具と前記ワークとを相対的に揺動させる制御部と、を備え、前記揺動指令生成部は、前記揺動停止判定部から揺動停止が通知されたタイミングから揺動振幅を徐々に減衰する、工作機械の制御装置である。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一態様によれば、切り屑の細断性を損なわずに任意のタイミングで滑らかに揺動停止でき、かつ、工作機械に生じるショックを抑制できる工作機械の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態に係る工作機械の制御装置の構成を示す図である。

【図2】従来の揺動切削における位置指令及び位置偏差を示す図である。

【図3】本開示の一実施形態の揺動切削における位置指令及び位置偏差を示す図である。

【図4】本開示の一実施形態の揺動切削における揺動位相の更新及び進め方を説明するための図である。

【図5】本開示の一実施形態の揺動切削において揺動停止通知時に揺動位相の更新を停止した場合の位置指令及び位置偏差を示す図である。

【図6】本開示の一実施形態の揺動切削において揺動停止通知時に揺動位相を速く進めて特定の位相で停止した場合の位置指令及び位置偏差を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。

【0011】

図１は、本開示の一実施形態に係る工作機械の制御装置１の構成を示す図である。図１に示されるように、本実施形態に係る工作機械の制御装置１は、サーボ制御装置１０を含んで構成され、送り軸を駆動するモータ３０を駆動制御する。

【0012】

本実施形態に係る工作機械の制御装置１は、図１に示されるように、第１加算器１１と、揺動指令生成部１２と、揺動停止判定部１３と、第２加算器１４と、学習制御器１５と、第３加算器１６と、位置速度制御部１７と、を備える。

【0013】

本実施形態に係る工作機械の制御装置１では、位置指令生成部２０により加工条件に基づいてモータ３０に対する移動指令としての位置指令を生成する。生成された位置指令は、図１に示されるように、後述するサーボ制御装置１０の第１加算器１１に入力される。

【0014】

第１加算器１１は、位置偏差を算出する。具体的には、第１加算器１１は、送り軸のモータ３０のエンコーダによる位置検出に基づいた位置フィードバックと位置指令との差分である位置偏差を算出する。

【0015】

揺動指令生成部１２は、少なくとも揺動条件に基づいて揺動指令を生成する。揺動指令生成部１２は、揺動振幅倍率及び揺動周波数倍率という揺動条件と加工条件から揺動指令を求めてもよいし、揺動振幅及び揺動周波数という揺動条件から揺動指令を求めてもよい。例えば本実施形態では、揺動指令を算出する際に揺動条件として揺動振幅倍率と揺動周波数倍率を用いているが、揺動軸が停止している際に適用する場合、揺動条件として揺動振幅や揺動周波数をそのまま用いれば、停止している軸でも揺動することが可能になる。また、倍率と倍率ではない条件は任意で組み合わせてもよい。

【0016】

また、揺動指令生成部１２は、後述する揺動停止判定部１３から揺動停止が通知されたタイミングから揺動振幅を徐々に減衰する。この揺動停止通知時における揺動振幅の減衰については、後段で詳述する。

【0017】

揺動停止判定部１３は、揺動停止のタイミングを判定する。具体的に、揺動停止判定部１３は、加工条件に基づいて揺動停止のタイミングを判定してもよいし、外部通知により揺動停止のタイミングを判定してもよい。より詳しくは、揺動停止判定部１３は、加工プログラムや加工パラメータ設定、あるいは外部からの信号入力等により、加工中の任意のタイミングでの揺動停止を判定し、揺動指令生成部１２に通知する。また、揺動停止判定部１３は、任意のタイミングで揺動停止できるように、揺動停止を揺動指令生成部１２に事前に通知してもよい。

【0018】

第２加算器１４は、重畳指令を生成する。具体的には、第２加算器１４は、第１加算器１１で算出された位置偏差に対して、揺動指令生成部１２で生成された揺動指令を重畳することにより、重畳指令を生成する。なお、第２加算器１４は、揺動指令生成部１２で生成された揺動指令を位置指令に加算する構成としてもよい。あるいは、揺動指令生成部１２では揺動指令（速度指令）を生成し、第２加算器１４は揺動指令を移動指令（速度指令）に加算する構成としてもよい。

【0019】

学習制御器１５は、重畳指令に基づいて重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を第３加算器１６により重畳指令に加算することにより、重畳指令を補正する。この学習制御器１５は、メモリを有し、揺動の１周期もしくは複数周期内において揺動位相及び補正量を関係づけてメモリに記憶し、モータ３０の応答性に応じた揺動動作の位相遅れを補償できるタイミングにメモリに記憶された重畳指令を読み出して補正量として第３加算器１６に出力する。補正量を出力する揺動位相がメモリに記憶された揺動位相に存在しない場合、揺動位相の近い補正量から出力する補正量を算出しても良い。一般的に、揺動周波数が高くなるほど揺動指令に対する位置偏差は大きくなるため、この学習制御器１５による補正を行うことで、周期的な揺動指令に対する追従性を向上させることができる。

【0020】

位置速度制御部１７は、補正量加算後の重畳指令に基づいて、送り軸を駆動するモータ３０に対するトルク指令を生成し、生成したトルク指令によりモータ３０を制御する。これにより、工具とワークとを相対的に揺動させながら加工が行われる。

【0021】

次に、揺動停止通知時における揺動振幅の減衰について、詳しく説明する。
図２は、従来の揺動切削における位置指令及び位置偏差を示す図である。図３は、第１実施形態の揺動切削における位置指令及び位置偏差を示す図である。本説明における位置指令とは、請求項における重畳指令を意味する。図２及び図３中、横軸は時間（秒）を表しており、縦軸は第１軸（左）が位置指令（重畳指令）（ｍｍ）、第２軸（右）が位置偏差（ｍｍ）を表している。

【0022】

図２に示されるように、従来の揺動切削では、揺動停止が通知されたタイミングで揺動振幅を減衰させることがないため、揺動停止直後に急に揺動指令が０になり、位置指令が急峻に変化して位置偏差が急激に増大する。これにより、工作機械に大きなショックが発生し、ひいては加工ツール等の寿命や加工ワークの精度の悪化等に繋がる。

【0023】

これに対して本実施形態では、揺動指令生成部１２が、揺動停止判定部１３から揺動停止が通知されたタイミングから揺動振幅を徐々に減衰するように構成されている。そのため、図３に示されるように、本実施形態の揺動切削では、揺動停止が通知されたタイミングから揺動停止までに揺動振幅を徐々に減衰させるため、位置指令が急峻に変化することがなく、位置偏差の変化が滑らかになる。これにより、工作機械に生じるショックを低減でき、ひいては加工ツール等の寿命や加工ワークの精度の悪化等を抑制できる。

【0024】

揺動停止通知時における揺動指令生成部１２による揺動振幅の減衰方法については、特に制限されない。例えば、揺動指令生成部１２は、揺動停止直前の揺動振幅にフィルタをかけることで、揺動振幅を徐々に減衰してもよい。あるいは、揺動指令生成部１２は、揺動停止直前の揺動振幅を規定値ずつ減らすことで、揺動振幅を徐々に減衰してもよい。

【0025】

揺動停止通知時における揺動指令生成部１２による揺動振幅の減衰方法について、具体例を挙げてより詳しく説明する。
例えば、本実施形態に係る工作機械の制御装置１の制御周期が１ｍｓだとした場合、揺動指令生成部１２は、制御周期数回分で揺動振幅が減衰するように設定してもよい。例えば、制御周期４回分（４ｍｓ）で減衰するには、時定数が４／３ｍｓの１次ローパスフィルタをかけてもよいし、減衰させていく規定値を（現在の）揺動振幅の１／４に設定してもよい。

【0026】

また、減衰の時間を揺動周波数から決めてもよい。例えば、揺動周波数２０Ｈｚの場合、揺動周期は１／２０＝５０ｍｓである。１／４周期以内に減衰させたい場合には、５０／４＝１２．５ｍｓで減衰するように設定すればよい。さらに、揺動周波数が変化する場合には、それに合わせて時間を変更する構成にしてもよい。

【0027】

なお、上記フィルタの時定数や規定値については、例えば、プログラムからの入力により設定してもよく、パラメータにより設定してもよい。これにより、上記フィルタの時定数や規定値を任意の値に設定することができ、揺動振幅を確実に減衰させることが可能となる。

【0028】

揺動指令生成部１２は、外部通知により通知された任意のタイミングに揺動停止できるように、揺動振幅及び揺動位相を補正してもよい。即ち、揺動指令生成部１２は、揺動停止判定部１３から揺動停止が通知されたタイミングに加えて、事前に外部通知により揺動停止が通知された任意のタイミングに合わせて、揺動振幅及び揺動位相を補正することにより、揺動振幅を徐々に減衰させてもよい。これにより、外部通知により通知された任意のタイミングで揺動振幅を減衰させて揺動停止することができ、工作機械に生じるショックを抑制して加工精度の悪化を抑制できる。

【0029】

また、揺動指令生成部１２は、揺動停止判定部１３から揺動停止が通知されたタイミングで、揺動位相の更新を停止してもよい。あるいは、揺動指令生成部１２は、揺動停止判定部１３からの揺動停止通知後に、特定の揺動位相まで位相を速く進めてもよい。これら揺動位相の更新及び進め方について、図４を参照して以下に詳しく説明する。

【0030】

ここで、図４は、本開示の一実施形態の揺動切削における揺動位相の更新及び進め方を説明するための図である。図４では、具体的には正弦波状の揺動指令を示している。図４中、横軸は揺動位相（°）を表しており、縦軸は位置（ｍｍ）を表している。

【0031】

図４に示すような正弦波状の揺動指令を生成する場合、各揺動位相における揺動指令の大きさは変化する。そのため、揺動停止通知後に揺動位相を更新し続けると、揺動指令は揺動位相によっても変化するため、揺動指令が収束する速度は揺動停止通知時の揺動位相に依存する。従って、揺動停止が通知された時に揺動位相の更新を停止すると、揺動振幅の減衰速度以上に揺動指令の収束速度を上げることはできないが、揺動指令が揺動停止通知時よりも大きくなってしまうのを回避できる。特に、図４に示す揺動指令であれば、揺動位相が０～１８０°の時、即ち揺動指令が増大（揺動指令の絶対値が増大）している時に揺動停止が通知された場合には、揺動位相の更新を停止することにより揺動指令が揺動停止通知時よりも大きくなるのを回避でき、揺動指令の収束を速くすることができる。

【0032】

また、図４に示す揺動指令の場合、揺動指令が最も小さいのは揺動位相０（３６０）°の時である。そのため、揺動停止が通知された時に、揺動位相を０（３６０）°まで速く進めてから揺動位相の更新を停止することにより、揺動指令の収束速度を最大にすることができる。

【0033】

図５は、本開示の一実施形態の揺動切削において揺動停止通知時に揺動位相の更新を停止した場合の位置指令及び位置偏差を示す図である。図５中、横軸は時間（秒）を表しており、縦軸は第１軸（左）が位置指令（重畳指令）（ｍｍ）、第２軸（右）が位置偏差（ｍｍ）を表している。図５に示すように、揺動停止通知時に揺動位相の更新を停止することにより、揺動指令重畳後の位置指令、即ち重畳指令を速く収束させることができ、位置偏差の変化を滑らかにすることができる。従って、切り屑の細断性を損なわずに任意のタイミングで滑らかに揺動停止できるため、工作機械に生じるショックを抑制して加工ツール等の寿命や加工ワークの精度の悪化等を抑制できる。

【0034】

また、図６は、本開示の一実施形態の揺動切削において揺動停止通知後に揺動位相を速く進めて特定の位相（例えば揺動位相０°）で停止した場合の位置指令及び位置偏差を示す図である。図６中、横軸は時間（秒）を表しており、縦軸は第１軸（左）が位置指令（重畳指令）（ｍｍ）、第２軸（右）が位置偏差（ｍｍ）を表している。図６に示すように、揺動停止通知後に揺動位相を例えば０°等の特定位相まで速く進めて停止することにより、揺動指令重畳後の位置指令、即ち重畳指令を速く収束させることができ、位置偏差の変化を滑らかにすることができる。従って、図５の場合と同様に、切り屑の細断性を損なわずに任意のタイミングで滑らかに揺動停止できるため、工作機械に生じるショックを抑制して加工ツール等の寿命や加工ワークの精度の悪化等を抑制できる。

【0035】

以上説明した本実施形態に係る工作機械の制御装置１によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態に係る工作機械の制御装置１では、揺動停止のタイミングを判定する揺動停止判定部１３を設けるとともに、揺動停止判定部１３により判定された揺動停止が通知されたタイミングから揺動振幅を徐々に減衰する揺動指令生成部１２を設けた。
即ち、本実施形態に係る工作機械の制御装置１では、従来のように移動指令や残りの移動距離に応じて揺動振幅を減衰するのではなく、揺動停止が通知されたタイミングから揺動停止までに揺動振幅を徐々に減衰する。これにより、揺動停止が通知されたタイミングで揺動振幅を徐々に減衰させることで、位置指令が急峻に変化することがなく、位置偏差の変化が滑らかになる。そのため、工作機械に生じるショックを低減でき、ひいては加工ツール等の寿命や加工ワークの精度の悪化等を抑制できる。従って、本実施形態に係る工作機械の制御装置１によれば、切り屑の細断性を損なわずに任意のタイミングで滑らかに揺動停止でき、工作機械に生じるショックを抑制して加工ツール等の寿命や加工ワークの精度の悪化等を抑制できる。

【0036】

また本実施形態では、揺動停止が通知されたタイミングで、揺動停止直前の揺動振幅にフィルタをかけたり、揺動停止直前の揺動振幅を規定値毎に減少する構成とした。これにより、揺動停止までに揺動振幅を徐々に確実に減衰させることができる。

【0037】

さらに本実施形態では、揺動停止が通知されたタイミングで揺動位相の更新を停止したり、揺動停止が通知されたタイミングで揺動位相を特定の位相まで速く進める構成とした。これにより、揺動指令及び重畳指令をより速く減衰させることができる。

【0038】

なお、本開示は上記態様に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良は本開示に含まれる。

【符号の説明】

【0039】

１ 工作機械の制御装置
１０ サーボ制御装置
１１ 第１加算器
１２ 揺動指令生成部
１３ 揺動停止判定部
１４ 第２加算器
１５ 学習制御器（学習制御部）
１６ 第３加算器（学習制御部）
１７ 位置速度制御部（制御部）
２０ 位置指令生成部
３０ モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】