経路制御によるCNC自由曲面加工の高速化に関する研究

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この研究課題は,CNC工作機械の高速高精度制御を目的にして行ったものである.機械加工は工作機械の形状創成運動に基づいて行われるので,工作機械の各制御軸のサーボ系に追従誤差が発生しても,それらの出力間に相対的な位置の誤差,すなわち経路誤差がなければ形状誤差は発生しない.本研究ではこのような考え方に基づいた工具経路の生成法を提案し,その有効性を確認している.以下にその概要を示す.従来から行われてきている,工作物の幾何学的な情報のみを用いた工具経路の生成に対して,本研究では,工作機械のサーボ系の動特性も考慮した新たな工具経路(これを修正工具経路と呼ぶことにする.)の生成法を提案した.これに基づいてサーボ系の動特性を表す数学モデルを組み込んだ工具経路生成システムを開発した.さらに,このシステムではサーボ増幅器のような制御装置の飽和特性も考慮しており,制御装置の飽和特性により経路誤差が増大しないように構成してある.提案した修正工具経路の有効性を評価するために,自由曲面を加工するための修正工具経路を生成し,そのときのサーボ系の出力をシミュレーションにより調べた.その結果,通常の工具経路を用いた場合と比較すると,修正工具経路を用いれば,経路誤差を1/10以下に抑えることができた.また,各制御軸のサーボ系に逆伝達関数補償法を独立に用いた場合には,制御装置の飽和特性により,経路誤差が増大することがあったが,本手法ではこのような問題は発生しなかった.修正工具経路を試作したCNC自由曲面加工機に適用して基礎実験を行った結果,修正工具経路を用いることにより経路誤差を10μm以下に抑制することが可能であり,これらシミュレーションと実験結果より,提案した手法が工作機械の高速高精度の制御に有効であることが確認できた.