CNC 工作機械サーボ制御における振動抑制制御方式の研究

摘要

機械加工における高速·高精度加工の要求は年々高まってきている．この要求にこたえるため，CNC 工作機械のサーボ制御系においては，高速·高加速度の送り条件の下で高い運動精度を実現することが要求されている．CNC サーボ制御系の分野では，プロセッサの高性能化などによりフィードバックゲインを高めて高応答化が図られてきた．また，フィードバック制御器の高次化による高応答化も行われてきた．しかしながら，単にフィードバック制御系の応答を高めるだけでは，機械の振動モードに起因して軌跡に振動が発生する．一般の工作機械では数十Hz の振動が発生する場合が多く，この結果加工面に振動が転写され，加工精度が悪化するという問題がある．そこで，高速·高加速度の条件下でも機械振動を励起せずに高い応答性を実現して軌跡誤差を低減することが課題となっている．サーボ制御系において振動を抑制するための制御方式としては，指令値に含まれる特定周波数成分を除去するフィルタを前置フィルタとして指令の前段に挿入する方式が一般的であり，これまでに多くの研究がなされているが，多くは位置決め制御を対象としたもので，CNC 工作機械でなされる軌跡制御において重要な軌跡誤差を論じているものは少ない．また，従来のCNC 工作機械ではこのような振動に対しては前置フィルタに移動平均フィルタを用いることで振動を抑制しているが，この方式では応答性が下がり，円弧やコーナ形状を指令した場合に軌跡誤差が大きくなるという問題があった．以上のような問題点を解決するために，振動抑制と軌跡誤差低減を同時に実現することができる振動抑制制御方式を提案する．本報ではこの制御方式の概要について述べ，提案方式の性能について実験装置を用いて評価した結果を報告する．