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公開番号2025081143
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-27
出願番号2023194715
出願日2023-11-15
発明の名称工作機械の制御システム
出願人オークマ株式会社
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類G05B 19/416 20060101AFI20250520BHJP(制御;調整)
要約【課題】ワークをインポジション範囲で位置決めできる工作機械の制御システムを提供する。
【解決手段】積載ユニットを駆動する第一モータ18と、前記積載ユニットに積載された被積載ユニットを駆動する第二モータ14と、前記被積載ユニットに設けられるクランプ機構15と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記被積載ユニットの位置決めが完了した後、前記クランプ機構15をアンクランプ状態からクランプ状態に状態切り替えし、前記制御装置は、前記クランプ機構の状態切り替え期間中に、前記積載ユニットを位置決めする場合、前記状態切り替え期間中における前記積載ユニットの加速度上限を、通常時の加速度上限よりも下げる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
積載ユニットを駆動する第一モータと、
前記積載ユニットに積載された被積載ユニットを駆動する第二モータと、
前記積載ユニットおよび前記被積載ユニットの一方に設けられるクランプ機構と、
前記第一モータと、前記第二モータと、前記クランプ機構と、の駆動を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記積載ユニットおよび前記被積載ユニットの一方である先行ユニットの位置決めが完了した後、前記先行ユニットに設けられた前記クランプ機構をアンクランプ状態からクランプ状態に状態切り替えし、
前記制御装置は、前記クランプ機構の状態切り替え期間中に、前記積載ユニットおよび前記被積載ユニットの他方である後続ユニットを位置決めする場合、前記状態切り替え期間中における前記後続ユニットの加速度上限を、通常時の加速度上限よりも下げる、
ことを特徴とする工作機械の制御システム。
続きを表示（約 3,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の工作機械の制御システムであって、
前記被積載ユニットは、並進運動をする並進ユニットまたは回転運動をする回転ユニットであり、
前記積載ユニットは、並進運動をする並進ユニットまたは回転運動をする回転ユニットである、
ことを特徴とする工作機械の制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の工作機械の制御システムであって、
前記クランプ機構の状態切り替え期間は、前記クランプ機構へのクランプ指令のオンへの立ち上がりから、前記クランプ機構によるクランプが完了するまでの期間である、ことを特徴とする工作機械の制御システム。
【請求項４】
請求項１に記載の工作機械の制御システムであって、
前記被積載ユニットは、回転ユニットであり、
前記制御装置は、前記被積載ユニットの回転中心軸から前記被積載ユニットの重心までの距離が大きいほど、前記状態切り替え期間中における前記後続ユニットの加速度上限を下げる、
ことを特徴とする工作機械の制御システム。
【請求項５】
請求項４に記載の工作機械の制御システムであって、
前記制御装置は、
複数の引数のうち最大値を返す関数をＭＡＸ（）とし、
正の定数をｋ
１
とし、
前記被積載ユニットの回転中心軸から前記被積載ユニットの重心までの距離をＬとし、
前記後続ユニットの基準となる加速度上限をＡ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの基準となるインポジション範囲をＥ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの実際のインポジション範囲をＥとし、
前記後続ユニットの加速度下限値をＡ
ｍｉｎ
とした場合、
前記状態切り替え期間中における前記後続ユニットの加速度上限Ａ
ｌｉｍ
を
Ａ
ｌｉｍ
＝ＭＡＸ（（－ｋ
１
Ｌ＋Ａ
ｎ
）Ｅ／Ｅ
ｎ
，Ａ
ｍｉｎ
）
により算出する、ことを特徴とする工作機械の制御システム。
【請求項６】
請求項１に記載の工作機械の制御システムであって、
前記被積載ユニットは、回転ユニットであり、
前記制御装置は、
前記被積載ユニットの回転中心軸から前記被積載ユニットの重心までの位置ベクトルと、前記積載ユニットの移動方向の単位ベクトルと、の外積を算出し、
前記外積が大きいほど、前記状態切り替え期間中における前記後続ユニットの加速度上限を下げる、
ことを特徴とする工作機械の制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の工作機械の制御システムであって、
前記制御装置は、
複数の引数のうち最大値を返す関数をＭＡＸ（）とし、
正の定数をｋ
１
とし、
前記外積の大きさをＬ’とし、
前記後続ユニットの基準となる加速度上限をＡ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの基準となるインポジション範囲をＥ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの実際のインポジション範囲をＥとし、
前記後続ユニットの加速度下限値をＡ
ｍｉｎ
とした場合、
前記状態切り替え期間中における前記後続ユニットの加速度上限Ａ
ｌｉｍ
を
Ａ
ｌｉｍ
＝ＭＡＸ（（－ｋ
１
Ｌ’＋Ａ
ｎ
）Ｅ／Ｅ
ｎ
，Ａ
ｍｉｎ
）
により算出する、ことを特徴とする工作機械の制御システム。
【請求項８】
請求項１に記載の工作機械の制御システムであって、
前記積載ユニットおよび前記被積載ユニットは、いずれも並進ユニットであり、
前記制御装置は、
複数の引数のうち最大値を返す関数をＭＡＸ（）とし、
正の定数をｋ
１
とし、
前記後続ユニットの基準となる加速度上限をＡ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの基準となるインポジション範囲をＥ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの実際のインポジション範囲をＥとし、
前記後続ユニットの加速度下限値をＡ
ｍｉｎ
とした場合、
前記状態切り替え期間中における前記後続ユニットの加速度上限Ａ
ｌｉｍ
を
Ａ
ｌｉｍ
＝Ａ
ｎ
Ｅ／Ｅ
ｎ
により算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の制御システム。
【請求項９】
請求項１に記載の工作機械の制御システムであって、
前記積載ユニットは、回転ユニットであり、
前記被積載ユニットは、並進ユニットであり、
前記制御装置は、
複数の引数のうち最大値を返す関数をＭＡＸ（）とし、
正の定数をｋ
１
とし、
前記積載ユニットの回転中心軸から前記積載ユニットの重心までの距離をＬとし、
前記後続ユニットの基準となる加速度上限をＡ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの基準となるインポジション範囲をＥ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの実際のインポジション範囲をＥとし、
前記後続ユニットの加速度下限値をＡ
ｍｉｎ
とした場合、
前記状態切り替え期間中における前記後続ユニットの加速度上限Ａ
ｌｉｍ
を
Ａ
ｌｉｍ
＝ＭＡＸ（（－ｋ
１
Ｌ＋Ａ
ｎ
）Ｅ／Ｅ
ｎ
，Ａ
ｍｉｎ
）
により算出する、ことを特徴とする工作機械の制御システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の工作機械の制御システムであって、
前記被積載ユニットは、回転ユニットであり、
前記制御装置は、
前記積載ユニットの移動方向の単位ベクトルに平行、かつ、前記被積載ユニットの回転中心軸を含む平面をＰとし、
前記平面Ｐと、前記被積載ユニットの重心と、の距離をＬ’’とし、
複数の引数のうち最大値を返す関数をＭＡＸ（）とし、
正の定数をｋ
１
とし、
前記後続ユニットの基準となる加速度上限をＡ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの基準となるインポジション範囲をＥ
ｎ
とし、
前記被積載ユニットの実際のインポジション範囲をＥとし、
前記後続ユニットの加速度下限値をＡ
ｍｉｎ
とした場合、
前記状態切り替え期間中における前記後続ユニットの加速度上限Ａ
ｌｉｍ
を
Ａ
ｌｉｍ
＝ＭＡＸ（（－ｋ
１
Ｌ’’＋Ａ
ｎ
）Ｅ／Ｅ
ｎ
，Ａ
ｍｉｎ
）
により算出する、
ことを特徴とする工作機械の制御システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書は、モータ駆動ユニット上に積載されるモータ駆動ユニットを制御する機能を備える工作機械の制御システムに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
工作機械は、一般に、工具とワークの相対位置を決定し、種々の加工を行うために、モータにより駆動する駆動ユニットを備える。更に、高い自由度で加工を行うために、一つの駆動ユニット上に、追加の駆動ユニットを備える機械構造も存在する。以下では、一つの駆動ユニットを「積載ユニット」、当該積載ユニットに積載される追加の駆動ユニットを「被積載ユニット」と呼ぶ。マシニングセンタにおいて、積載ユニットと被積載ユニットとを備える構成例としては、円テーブルやトラニオンユニット等がある。円テーブルは、並進ユニットの上に回転ユニットを積載し、ワークを固定するテーブルを備える装置である。トラニオンユニットは、円テーブルと並進ユニットの間にチルト機構を備える装置である。
【０００３】
これらの回転ユニットは、加工負荷によって位置がずらされないようにクランプ機構を備えるものがある。回転ユニットを割り出す場合、クランプ機構がアンクランプした後に回転ユニットを割り出し、再度クランプすることで割り出しを完了する。
【０００４】
特許文献１には、ワークを固定するワークテーブルと、ワークテーブルを傾斜および旋回の２軸方向に回転させる回転ユニットと、工具を取り付ける主軸を並進３軸方向に移動させる主軸ユニットと、を備える５軸工作機械が開示されている。特許文献１では、この５軸工作機械において、ワーク位置決め時にワーク位置ずれが閾値を越えた場合にアンクランプし、位置決めをし直す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第０６３０３３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下では、円テーブルを例にとって説明する。図１は、円テーブルを上から見た模式図である。この図１に示すように、ワーク２を含む円テーブル１全体の重心が円テーブル１の回転中心軸からずれている場合について考える。積載ユニット４は、円テーブル１を積載し、並進移動する並進ユニットである。この積載ユニット４が加減速すると、慣性力により円テーブル１を回転させるトルクが発生する。円テーブル１を割り出した後に積載ユニット４が加速する場合、図２に示すように円テーブル１の角速度（１段目）が０になった後、クランプ指令（３段目）がオンし、その直後に積載ユニット４が加速する（５段目）。ここで、クランプ指令（３段目）がオンになってから、クランプトルク（４段目）が発生するまでには機械的な遅れがある。そのため、円テーブル１のクランプ完了前（すなわちクランプトルク発生前）に慣性力によるトルクが発生し、円テーブル１が目標の割り出し位置から大きくずらされた状態でクランプされる。従って、円テーブル１の角度追従誤差（以下「ＤＩＦＦ」と呼ぶ、２段目）は、クランプ完了時にインポジション範囲Ｅの範囲外となる問題がある。
【０００７】
特許文献１に記載の工作機械において同様の動作をした場合、位置決め後にずれを検出して位置決めをし直すことでずれを軽減できる。しかし、アンクランプ動作とクランプ動作を行うため、クランプ機構などの摩耗を早める可能性があるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示する工作機械の制御システムは、積載ユニットを駆動する第一モータと、前記積載ユニットに積載された被積載ユニットを駆動する第二モータと、前記積載ユニットおよび前記被積載ユニットの一方に設けられるクランプ機構と、前記第一モータと、前記第二モータと、前記クランプ機構と、の駆動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記積載ユニットおよび前記被積載ユニットの一方である先行ユニットの位置決めが完了した後、前記先行ユニットに設けられた前記クランプ機構をアンクランプ状態からクランプ状態に状態切り替えし、前記制御装置は、前記クランプ機構の状態切り替え期間中に、前記積載ユニットおよび前記被積載ユニットの他方である後続ユニットを位置決めする場合、前記状態切り替え期間中における前記後続ユニットの加速度上限を、通常時の加速度上限よりも下げる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書に開示する工作機械の制御システムによれば、クランプ機構の状態切り替え期間中における後続ユニットの加速度上限を、通常時の加速度上限よりも下げているため、位置決め後の先行ユニットの位置ずれを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
円テーブルの模式的な平面図である。
従来の制御システムにおける制御パラメータの時間応答を示す図である。
実施例１の制御システムの構成を示すブロック図である。
図３の制御システムにおける制御パラメータの時間応答を示す図である。
距離Ｌと積載ユニットの加速度上限Ａ
ｌｉｍ
の関係を示す図である。
実施例２の制御システムの構成を示すブロック図である。
外積の大きさＬ’と積載ユニットの加速度上限Ａ
ｌｉｍ
の関係を示す図である。
並進機構の模式的な平面図である。
実施例３の制御システムの構成を示すブロック図である。
インポジション範囲Ｅと積載ユニットの加速度上限Ａ
ｌｉｍ
の関係を示す図である。
Ｕ軸加工機構の模式的な平面図である。
円テーブルの模式的な斜視図である。
実施例５の制御システムの構成を示すブロック図である。
距離Ｌ’’と積載ユニットの加速度上限Ａ
ｌｉｍ
の関係を示す図である。
円テーブルの模式図である。
実施例６の制御システムの構成を示すブロック図である。
制限要否判定部が積載ユニットの加速度制限を不要と判断する条件を示す図である。
制限要否判定部が被積載ユニットの加速度制限を不要と判断する条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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