超高速精密位置決めテーブルの構造と制御

本研究では,工作機械の重要な構成要素であるテーブルシステムを対象として,その高精度化及び高速化を実現するため,従来等閑視されてきたテーブルと送り駆動系の結合部に着目し,その特性とテーブルの運動特性との関係について実験と解析の両面から検討を行った.具体的には,特性可変機能を具備するテーブルー駆動系の結合部構造を新たに提示し,ボールねじ駆動による空気静圧案内方式のテーブルシステムに実際に組込むことによって,テーブルの超高速位置決め動作時におけるテーブルー駆動系の結合部特性とテーブルの位置決め精度及び運動精度の評価を行った.さらに,結合部特性を十分に考慮した詳細なテーブルシステムのモデルを提示し,シミュレーションにより各構成要素の特性とテーブルシステムの総合的な性能との関係について詳細な検討を行った.その結果,以下のような成果が得られた.(1)テーブルの高速微小位置決め時に,ボールねじナットに発生する回転トルクによりテーブルにその送り方向と垂直な方向の複雑な変位が生じ,その挙動がテーブルー駆動系の結合部剛性に依存することを実験により明らかにした.(2)クローズドループ制御方式のテーブルシステムの場合,テーブルー駆動系結合部の送り方向と垂直な方向の剛性を増大させることにより,テーブル位置決め動作の高速化が可能であることを実験により明らかにした.(3)結合部特性を考慮したテーブルシステムのモデル化により,テーブルの位置決め動作時における複雑な運動挙動の定性的傾向をシミュレーションにより得ることが可能であることを明らかにした.(4)シミュレーションにより,テーブルー駆動系の結合部剛性には最適値が存在し,特に,送り方向と垂直な方向の最適剛性はテーブルの案内剛性と一致することを明かにした.(5)シミュレーションにより,テーブルの位置決め動作の高速化には送り駆動系の高剛性化が最も有効であることを明らかにした.

本研究では,工作機械の重要な構成要素であるテーブルシステムを対象として,その高精度化及び高速化を実現するため,従来等閑視されてきたテーブルと送り駆動系の結合部に着目し,その特性とテーブルの運動特性との関係について実験と解析の両面から検討を行った.具体的には,特性可変機能を具備するテーブルー駆動系の結合部構造を新たに提示し,ボールねじ駆動による空気静圧案内方式のテーブルシステムに実際に組込むことによって,テーブルの超高速位置決め動作時におけるテーブルー駆動系の結合部特性とテーブルの位置決め精度及び運動精度の評価を行った.さらに,結合部特性を十分に考慮した詳細なテーブルシステムのモデルを提示し,シミュレーションにより各構成要素の特性とテーブルシステムの総合的な性能との関係について詳細な検討を行った.その結果,以下のような成果が得られた.(1)テーブルの高速微小位置決め時に,ボールねじナットに発生する回転トルクによりテーブルにその送り方向と垂直な方向の複雑な変位が生じ,その挙動がテーブルー駆動系の結合部剛性に依存することを実験により明らかにした.(2)クローズドループ制御方式のテーブルシステムの場合,テーブルー駆動系結合部の送り方向と垂直な方向の剛性を増大させることにより,テーブル位置決め動作の高速化が可能であることを実験により明らかにした.(3)結合部特性を考慮したテーブルシステムのモデル化により,テーブルの位置決め動作時における複雑な運動挙動の定性的傾向をシミュレーションにより得ることが可能であることを明らかにした.(4)シミュレーションにより,テーブルー駆動系の結合部剛性には最適値が存在し,特に,送り方向と垂直な方向の最適剛性はテーブルの案内剛性と一致することを明かにした.(5)シミュレーションにより,テーブルの位置決め動作の高速化には送り駆動系の高剛性化が最も有効であることを明らかにした.