JPH02250748A - 加工機械の精密送り制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、旋盤等の加工機械の精密送り制御装置に関す
る。

〈従来の技術〉 加工機械の工具ヘッドまたは被加工物を搭載するテーブ
ルの駆動には、大別して電気サーボ方式と油圧送り方式
がある。電気サーボ方式は、コンピュータで数値制御さ
れるサーボモータによって、ボールネジ軸を回転してテ
ーブルを往復動させるもので、精密な送りが可能で多品
種少量生産に適する反面、ボールネジ軸やサーボモータ
が高価なうえ、耐用年数が短かく、またモータ回転角デ
ータの処理を偏差カウンタ方式で行なうため、高速演算
用の高価なコンピュータが必要になるという欠点がある
。これに対して、油圧送り方式は、コントローラで制御
される電磁比例式制御弁を介して、油圧シリンダに作動
油を給排してテーブルを往復動させるもので、チャック
やクランプ用の油圧源を有効利用でき、安価でしかも大
きな駆動力が得られるという利点があるが、逆に数値制
御が難しく、送り精度が悪いという欠点がある。

かかる油圧送り方式の欠点を解消すべく、出願人は、か
つて加工機械のテーブル送り速度調整回路を提案した（
特公昭５３−１１７０６号公報）。

このテーブル送り速度調整回路は、油圧モータで回転駆
動されるドリルを搭載したテーブルを、油圧シリンダに
よって往復動させる加工機械において、ばね力が調整で
きるばねで夫々付勢される大径、小径のランドを有する
圧力制御用のスプール弁とこの下流側の流量制御用の絞
り弁からなる制御弁を上記油圧シリンダの給、排油ライ
ンに介設し、スプール弁の両側に上記油圧モータの出、
入口側の圧油を夫々導いて、両圧油の圧力差でスプール
を動作させるものである。そして、被加工物の材質や穿
孔径の変化等で油圧モータの負荷が増加し、上記圧力差
が増加すると、スプールの摺動により油圧シリンダへの
給油圧力を減少させて、油圧シリンダの送りを遅くして
常に最適な送り速度を確保するとともに、ばね力の調整
で最大切削トルク増減させ、絞り弁の調整で最大送り速
度を増減させるようになっている。

〈発明か解決しようとする課題〉 ところが、上記従来のドリルテーブルの送り速度調整回
路は、送り速度をドリルを駆動する油圧モータの切削ト
ルクに応じた最適な速度に自動的に制御するだけのもの
で、制御量であるテーブルの位置即ち油圧シリンダの変
位量を検出して検出信を制御弁にフィードバックするル
ープがないオープンループ制御方式になっている。その
ため、作動油の温度変化等で送り速度がバラツキ、送り
自体の精度を高めることができないという欠点がある。

また、ドリルテーブルの位置決めは、ドリルテーブルを
ベツド上に固定したストッパに押し付けて行なうメカス
トッパ方式であるため、衝撃吸収機構が必要なうえ、多
品種少量生産に向かないという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、テーブルを往復動さ仕る流体
アクチュエータの変位量をディジタルで検出して、偏差
カウンタ方式によらぬコンピュータにフィードバックし
、フィードバック信号と目標値に基づいて新規な手法で
制御値を算出し、この制御値を上記流体アクチュエータ
の圧力ラインに介設した電磁比例式制御弁に出力するこ
とによって、油圧送り方式の利点を生かしつつ、高精度
な送りを安価に実現できる加工機械の精密送り制御装置
を提供することである。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の加工機械の精密送り
制御装置は、第１図に例示するように、工具ヘッドまた
は被加工物を搭載するテーブル４゜６を流体アクチュエ
ータ３，５で往復動させるものにおいて、上記流体アク
チュエータ３，５の圧力ライン１４．１５に介設した電
磁比例式制御弁１６　１７と、上記流体アクチュエータ
３，５の変位量を検出するエンコーダ９．１０と、上記
流体アクチュエータ３．５の複数に分けられた動作領域
ごとの目標値、目標速度、制御係数を記憶するメモリ２
１と、上記エンコーダ９．１０からの出力信号と上記メ
モリ２１に記憶された動作領域ごとの目標値、目標速度
、制御係数に基づいて所定の数式によって流体アクチュ
エータ３，５の変位量の制御値を算出する演算手段２７
と、この演算手段２７からの制御値をＤ／Ａ変換して、
制御信号を上記電磁比例式制御弁１６．１７に出力する
Ｄ／Ａ変換器２４を備えたことを特徴とする。

〈作用〉 操作者は、複数に分けられた流体アクチュエータ３．５
の各動作領域ごとの目標値、目標速度。

制御係数をメモリ２１に記憶させる。制御装置の演算手
段２７は、シリンダ３．５の変位量を検出するエンコー
ダ９．１０からフィードバック信号として出力される出
力信号と上記メモリ２■こ記憶された動作領域毎の目標
値、目標速度、制御係数とに基づいて所定の数式により
流体アクチュエータ３．５の制御値を算出する。算出さ
れた制御値は、Ｄ／Ａ変換器２４でアナログの制御信号
に変換されて電磁比例式制御弁１６．１７に出力され、
これによって流体アクチュエータ３，５の変位量は、上
記目標値、目標速度、制御係数になるように制御される
。こうして、流体アクチュエータ３．５が複数であって
もこれらは互いに独立に制御される。また、演算手段２
７を介して圧力ライン＋　４．１５の油圧を変化させる
ことにより、最大送り速度あるいは最大送り力を調整す
ることができる。さらに、制御系における位置決め精度
やハンチングの問題等も、アナログの補償回路による場
合のような難しい制御理論を要さず、目標値等を適宜設
定し直して実際的に解決でき、シリンダの最適動作を得
ることができる。

〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は加工機械としての旋盤の往復台の精密浦圧送り
制御装置の一例を示しており、この旋盤は、ワークＷを
把持してベツドｌの一端に設けられた図示しない主軸に
よって回転せしめられるチャック２と、上記ベツドｌの
案内溝１ａに摺動自在に嵌合され、油圧シリンダ３によ
り主軸線方向に駆動される往復台４と、この往復台４の
案内溝４ａに摺動自在に嵌合され、ワークＷを切削する
バイト７を取り付けて、油圧シリンダ５により主軸線に
直交する方向に駆動される刃物台６からなる。

上記旋盤の精密送り制御装置は、上記各油圧シリンダ３
．５に作動油を給排する油圧回路８と、油圧シリンダ３
．５の変位量を検出するエンコーダ９．ｌＯと、このエ
ンコーダ９．ＩＯからのフィードバック信号と予め与え
られた目標値等との偏差を求め、この偏差に応じた制御
信号を上記油圧回路８の各制御弁に出力する電気回路ｌ
ｌで構成される。

上記油圧回路８は、可変容量形の油圧ポンプ１２と、こ
の油圧ポンプ１２の吐出ラインＩ３と上記油圧シリンダ
３に至る圧力ライン１４および上記油圧シリンダ５に至
る圧力ライン１５との間に夫々介設した３ボート直動形
の電磁比例式制御弁１６．１７と、上記油圧ポンプ１２
の斜板シリンダ１２ａをタンクＴと吐出ラインＩ３とに
切換接続する３ボートの絞り切換弁１８と、絞り１９を
介して吐出ライン１３に連通ずる絞り切換弁１８のばね
室Ｙの圧力を、所定のリリーフ圧以下に保って油圧ポン
プ１２の吐出量を増減調整する電磁比例式のリリーフ弁
２０からなる。

一方、上記電気回路１１は、上記油圧シリンダ３．５の
動作領域を夫々複数に分けてその領域ごとの目標値、目
標速度、制御係数および制御プログラム等を記憶するメ
モリ２１と、このメモリ２Ｉに上記目標値等および油圧
ポンプ１２の吐出量即ちリリーフ弁２０のリリーフ圧な
どのデータを人力するためのキーボード２２と、エンコ
ーダ９゜ｌＯからのフィードバック信号を夫々計数する
カウンタ回路２３と、このカウンタ回路２３から信号を
受ける一方、Ｄ／Ａ変換器２４を介して電磁比例式制御
弁１６．１７およびリリーフ弁２０のソレノイドに制御
信号を出力するＩ１０インターフェース２５を備える。

さらに、上記電気回路１１は、上記各ブロック２１．２
２．２５とパスライン２６でつながりこれらを制御する
とともに演算手段を兼ねるＣＰＵ２７を備えており、こ
のＣＰＵ２７は、カウンタ回路２３の出力信号と上記メ
モリ２１に記憶された動作領域毎の目標値、目標速度、
制御係数に基づいて所定の数式によって各油圧フリツク
３．５の変位量の制御値を算出する（特願昭６２−２８
７６０７参照）。

なお、上記油圧回路８は、便宜上油圧シリンダ３．５の
一方のボートＰａに圧油を給排する往動系のみを図示し
、他方のボートｐｂに圧油を給排する復動系を省略して
いるが、この復動系も油圧源および逆動作する制御弁を
有し、上記電気回路ｌｌで制御されることはいうまでも
ない。

上記構成の旋盤の精密送り制御装置の動作について、第
２図のフローチャートを参照しつつ次に述べる。

まず、操作者は、ステップＳ１で複数に分けられた油圧
シリンダ３．５の各動作領域ごとの目標値、目標速度、
制御係数としての比例、積分、微分の各ゲインＰ、Ｉ、
Ｄおよびリリーフ弁２０のリリ−フ圧等のデータをキー
ボード２２から入力し、メモリ２１に記憶させる。また
、ＣＰＵ２７は、メモリ２菫のワークエリアをクリアし
、演算のための初期化を行なう。次に、ＣＰＵ２７は、
ステップＳ２で起動後の時間領域ごとの目標値等のテー
ブルとしてメモリ２１に記憶された上記データを読み出
す。そして、上記テーブルを更新すべく操作者によって
キーボード２２から新たに目標値等の入力があれば、次
のステップＳ３でテーブルの書き換えを行なった後、ス
テップＳ４で制御を実行する。

ＣＰＵ２７による上記制御は、出願人が最近提案した制
御装置（特願昭６２−２８７６０７号）に詳述されてお
り、ここではその概略のみを述べる。

ＣＰＵ２７は、各エンコーダ９．ｌＯから現時刻ｔ０に
おける油圧シリンダ３．５の変位量を読み込み、これを
変位量ｒＱ、）としてメモリ２１に記憶し、既に記憶さ
れている時刻１．における１回前の変位！１ｔ（ｔ、）
、時刻ｔ、ニおける２回前の変位ｍｒＱ、）と目標値Ｃ
および各ゲイン値Ｐ、Ｉ、Ｄを読み出す。

次に、これらの値から下式により制御値Ｆ　（ｔ）を算
出する。

Ｆ　（ｔ）＝　Ｐ　・（ｒ（ｔＯ）−ｆ（ｔ、）−［Ｃ
（ｔｏ）−ＣＱ、）］）＋　１　’［ｆ（ｔ、）−Ｃ（
ｔｏ）］＋Ｄ’（［ｒ（ｔｏ）　−２ｆ（ｔυ＋　ｒ（
ｔｔ）］　−［ｃ　（ｔｏ）−２ＣＱｔ）十ｃ　（ｔｔ
）］）算出された制御値Ｆ　（ｔ）は、制御信号として
Ｄ／Ａ変換器２４を経て各電磁比例式制御弁１６゜Ｉ７
のソレノイドに入力され、油圧シリンダ３゜５は各制御
弁１６．１７の切換動作により目標曲線に沿って摺動せ
しめられ、バイト７を取り付けた往復台４と刃物台６は
切削目標曲線どおりに動いて、ワークＷを高精度に切削
する。

また、ＣＰＵ２７は、油圧シリンダの各動作領域ごとの
リリーフ圧をメモリ２１に記憶されたテーブルから読み
出し、これに対応刷る制御信号をリリーフ弁２０のソレ
ノイドに出力する。従って、上記リリーフ圧の高、低に
より油圧ポンプ１２の吐出量を自由に増、減でき、油圧
シリンダ３，５の押圧力を任意に調整することかできる
。さらに、往復台４と刃物台６の停止１位置決めも、メ
モリ２１のテーブル中の目標値、目標速度、制御係数。

リリーフ圧等のデータを変更することにより、様々なパ
ターンを任意に選択でき、従来のメカストッパ方式では
不可能な衝撃のない高精度な停止１位置決めおよび停止
位置の自由な変更がストッパなしで実現でき、ワークの
多品種少量加工が著しく容易化される。また、加工前に
ワークＷにバイト７を第１図中のＡの如く押し当てて原
点取りしたり、バイト７の交換や摩耗補正時に第１図中
のＢの如く基準原点Ｓにバイト７を押し当てる場合、メ
モリ２１に記憶されるリリーフ弁２０のリリーフ圧を低
くしておけば、バイト７のソフトタッチが容易に実現で
きる。こうしてバイト７によるワークＷの切削加工が終
了すると、操作者は、ワークＷの加工の出来具合を見て
、制御結果の適否を判断し、適否の別をキーボード２２
を介してＣＰＵ２７に入力する。すると、ＣＰＵ２７は
、ステップＳ５で適の場合は制御を終了し、否の場合は
ステップＳ３に戻って、新たに書き込まれる訃標値等に
基づいて上記制御処理を繰り返すのである。

このように、本発明では、エンコーダ９．ＩＯを往復台
４と刃物台６に直接取付けるトータルフィードバック方
式を採用しているので、送りや位置決めの精度が著しく
向上し、従来例のように作動油の温度変化で精度が低下
することがない。また、ＣＰＵ２７の演算が偏差カウン
タ方式でないので、高速演算用の高価なコンピュータを
用いずとも１μｍ単位の位置制御が実現でき、メモリ２
１に記憶させる目標値等を適宜変更するだけで、縦横の
送りを互いに独立して任意に制御できる。また、本発明
の制御装置は、サーボモータとボールネジ軸による電気
サーボ方式でなく油圧送り方式を採用しているので、油
圧を高（することにより小型で高出力しかも高精度な送
りか容易に得られ、送り機構の耐用年数も長く、熱処理
品の硬い表面などを特殊なバイトにより、グラインダ研
摩等に比してはるかに能率的に研削できるという利点が
ある。さらに、制御系における位置決め精度とハンチン
グの問題等も、アナログの補償回路による場合のような
難しい制御理論を要さず、目標値等を油圧シリンダの動
きを見ながら適宜設定し直して実際的かつ簡単に解決で
き、油圧シリンダの最適動作を得ることができる。

上記実施例では、油圧シリンダ３．５に作動油を給排す
る電磁比例式制御弁に、３ボート直動形のもの１６．１
７を用いているので、ノズルフラッパ形のサーボ弁を用
い場合よりも油圧源が低圧で済むとともに、装置が安価
になり、しかもメインテナンスが容易になるという利点
がある。

なお、本発明の流体アクチュエータは、実施例の油圧シ
リンダに限らず例えば水圧モータでもよく、個数も１個
あるいは３個以上にしてもよい。

さらに、上記実施例の電気回路１１に、入力データ、目
標値等を表示するＣＲＴ等のデイスプレィや外部記憶装
置としてのフロッピディスクを加えることもできる。ま
た、加工機械は、実施例の旋盤に限られない。なお、本
発明が図示の実施例に限られないのはいうまでもない。

〈発明の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明の加工機械の精密
送り制御装置は、流体アクチュエータの動作領域を複数
に分けて、その領域ごとの目標値等をメモリに記憶させ
、テーブルを駆動する流体アクチュエータの変位中をエ
ンコーダで検出し、演算手段によって、上記エンコーダ
からの検出信号と上記メモリ内の目標値等の基づいて所
定の数式で制御値を算出し、これをＤ／Ａ変換器で制御
信号に変換して流体アクチュエータに出力するようにし
ているので、耐久性のよい小型かつ安価な装置でもって
、大きな力でテーブルを複数方向へ高精度で送り、位置
決めできるうえ、目標値等を適宜設定し直すことにより
、難しい制御理論を要さず容易に最適動作を得るととも
に、多品種少量加工にも容易に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である旋盤の往復台の精密送
り制御装置を示す回路図、第２図は上記実施例による制
御の流れを示すフローチャートである。 ｌ・・・ベツド、２・・・チャック、 ３．５・・・油圧シリンダ、４・・・往復台、６・・・
刃物台、７・・・バイト、８・・・油圧回路、９、ｌＯ
・・・エンコーダ、１１・・・電気回路、１２・・・油
圧ポンプ、１４．１５・・・圧力ライン、１６．１７・
・・電磁比例式制御弁、２１・・・メモリ、２４・・・
Ｄ／Ａ変換器、２７・・・ＣＰＵ。 Ｗ・・・ワーク。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）工具ヘッドまたは被加工物を搭載するテーブル（
   ４、６）を流体アクチュエータ（３、５）で往復動させ
   る加工機械の精密送り制御装置において、上記流体アク
   チュエータ（３、５）の圧力ライン（１４、１５）に介
   設した電磁比例式制御弁（１６、１７）と、上記流体ア
   クチュエータ（３、５）の変位量を検出するエンコーダ
   （９、１０）と、上記流体アクチュエータ（３、５）の
   複数に分けられた動作領域ごとの目標値、目標速度、制
   御係数を記憶するメモリ（２１）と、上記エンコーダ（
   ９、１０）からの出力信号と上記メモリ（２１）に記憶
   された動作領域ごとの目標値、目標速度、制御係数に基
   づいて所定の数式によって流体アクチュエータ（３、５
   ）の変位量の制御値を算出する演算手段（２７）と、こ
   の演算手段（２７）からの制御値をＤ／Ａ変換して、制
   御信号を上記電磁比例式制御弁（１６、１７）に出力す
   るＤ／Ａ変換器（２４）を備えたことを特徴とする加工
   機械の精密送り制御装置。