JPH04111752A

JPH04111752A - 主軸制御装置

Info

Publication number: JPH04111752A
Application number: JP2227569A
Authority: JP
Inventors: Koji Eba; 浩二江場
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1990-08-29
Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1992-04-13

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、変速機構を有する主軸の位置又は速度を制御
する、主軸制御装置に関する。

（従来の技術）工作機械の主軸制御装置においては、近年、機械の複合
加工対応により主軸の精密な位置制御か行なわれるよう
になってきた。特に、対向した主軸を持つ複合加工用の
旋盤においては両生軸を回転させたままで両生軸間での
ワークの受渡しやワーク両端をチャッキングしての切断
を行なう機能か追加されている。

この機能の実現手段としては、一方の主軸の位置を検出
し、他方の主軸の位置を検出値に合わせていくマスター
スレーブ方式かあるが、主軸の位置制御性能か上かって
きたことから両生軸を位置制御し、両生軸の指令位置を
同期させる方式か用いられるようになってきている。

第８図は上述した後者の方式による従来の変速機構を有
する主軸の位置又は速度を制御する主軸制御装置の一例
を示すブロック図であり、主軸１０の位置指令θＳ゛と
主軸ｌＯに取付けられたエンコータ１２により検出され
た主軸ｌＯの位置θ５との偏差Ｄｉｆｆか減算器１５で
演算され、位置誤差係数乗算部３に送出されて位置誤差
係数に、が乗算される。

方、主軸位置指令θ、″は微分器１て変化量か検出され
、フィードフォワード係数乗算部２に送出されてフィー
ドフォワード係数に６．が乗算される。

位置誤差係数乗算部３からの位置誤差分速度指令ω、１
．ｆ”とフィードフォワード係数乗算部２からのフィー
ドフォワード分速度指令ω６．　との和である主＠１０
の速度指令ω、′か加算器１６て演算され、変速比デー
タ乗算部４に退出されて変速比データ記憶部１４から読
出した変速比（＝モータ回転数／主軸回転数）に６ｏか
乗算される。モータ軸に取付けられたエンコーダ１１に
より検出されたモタ軸の位置θ９か微分器１３てモータ
軸速度ω２とされ、このモータ軸速度ω８と変速比デー
タ乗算部４からのモータ軸速度指令ωッ″との速度偏差
か速度増幅器５により増幅されてモータ軸のトルク指令
Ｔ′とされる。このモータ軸のトルク指令Ｔ″かパワー
変換部６に送出され、モータ７の出力トルクと一致する
ようにモータ７の通電電流か制御され、モータ軸速度ω
８かモータ軸速度指令の。′に追従可能なようになって
いる。そして、モータ軸はベルト機構８及びギヤ機構９
により主軸１０に機械的に結合されており、主軸位置θ
５か主軸位置指令θ、”に追従可能なようになっている
。

なお、一般にフィードフォワード係数ｇｒｒは主軸位置
指令０５′の時間変化がフィードフォワード分速度指令
ω２．　と一致するようにに、、　−１に設定されてお
り、また変速比に６ｎは現在のギヤ機構９の状態を示す
ギヤ指令ｎに従って変速比データ記憶部Ｌ４より読出さ
れる。

（発明が解決しようとする課題）上述した従来の主軸制御装置において、実際の機械系に
おける変速比がその誤差率をεとしてに６ｎ（１＋ε）
、また、速度制御系は理想的に動作するとしてモータ軸
速度指令ω２＝モータ軸速度ω２であるとすると、位置
偏差Ｄｉｆｆのラプラス変換Ｄｉｆｆ（Ｓ）は次式（１
）　、　（２）より次式（３）で表される。

ここて、Ｓ・θ５＝ωｓｏ／Ｓ　（ω、。は主軸の指令
速度ニ一定）とすると、Ｄｉｆｆの定常値は（３）式て
Ｓ−０とすることにより（４）式のように求めらねる。

Ｄｉｆｆ＝　ｌｉｍ　　５−Ｄｉｆｆ（Ｓ）＝ω５ｏ（
（１＋ε）　　−＋ｒｒ）／に８・・・・・・（４）速度成分のフィードフォワード係数ＫＦＦは通常°“１
°°ととるので、Ｄｉｆｆ＝ωＳｏ・　６／に２・・・・・・（５）となり、変速比の誤差により発生する位置偏差Ｄｉｆｆ
は、主軸指令速度ωｓｏ及び変速比の誤差率εに比例し
、位置誤差係数に、に反比例する。

ここで、対向した主軸が同一ワークの両端を停止時にチ
ャッキングして主軸指令速度ωｓｏまで同期回転で加速
したと仮定する。一方の主軸の変速比のみに６の誤差率
、かあったとすれは、結合の無い場合には上式（５）に
示す両生軸間の角度差か発生するが、主軸間は機械的に
結合されているため＋６の誤差率のある主軸は指令値に
対してωｓｏ・ε／にまたけ主軸を進める方向にトルク
を発生し、他の主軸は指令値に主軸位置を合わせるため
主軸を引き戻す方向にトルクを発生することになる。

この結果、ワークにねじり方向のトルクか加わり、両端
をチャッキングしたまま切断する際に切断部の径が細く
なった時点てワークをねじ切ってしまう不具合が発生す
るとともに、両生軸には不要なトルク電流が流れ、モー
タを過熱してオーバーロートを引きおこしたり、一方の
主軸に回生機能を上回るエネルギーを回生させてアラー
ムを発生させたりするという問題があった。

本発明は、上述のような事情からなされたものであり、
本発明の目的は、位置制御時の位置偏差を発生させない
主軸制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、変速機能を介して主軸の位置又は速度を制御
する主軸制御装置に関するものであり、本発明の上記目
的は、モータ軸の回転位置を検出する第１の検出手段と
、前記主軸の回転位置を検出する第２の検出手段と、前
記第１及び第２の検出手段からの検出値に基ついて前記
モータ軸と主軸との変速比を測定する測定手段とを具備
することによって達成される。

（作用）本発明にあっては、主軸の実際の変速比を常に測定して
補正することにより、位置制御時の位置偏差を発生させ
ないようにしているので、ピックオフ時のオーバーロー
ド等の発生を防止することができる。

（実施例）第１図は本発明の主軸制御装置の一例を第８図に対応さ
せて示すブロック図であり、同一構成箇所は同一符号を
付して説明を省略する。

この主軸制御装置は、実際の変速比を測定する変速比測
定部１００と、主軸位置θＳから主軸速度ω５を演算す
る微分器１０１が追加されており、変速比測定部１００
は、初期状態において変速比データ記憶部１４より初期
値として変速比Ｋ。。を読取って変速比乗算部４に設定
した後、後述する測定方式によって変速比ハ。ｎｏを測
定して変速比データ記憶部１４に格納すると共に、変速
比乗算部４に設定して主軸制御に反映させる。

第２図は角度量に基づく測定方式の変速比測定部１００
の詳細例を示すブロック図、第３図はその動作例を示す
フローチャートであり、シーケンス制御部２２はギヤ指
令ｎがニュートラルでなく、かつ変化していない場合（
ステップ５１．Ｓ２）、その時点におけるモータ位置θ
ＭＯ及び主軸位置θ８゜をモータ軸エンコーダ１１及び
主軸エンコーダ１２よりサンプル／ホールド部１７．１
８に読取らせる。そして、減算器１９で算出された現在
の主軸位置θＳと上記主軸位置θｓｏの差Δθｓ＝ｌθ
Ｓ−θｓｏｌを読込んで監視しくステップＳ３）、この
差の絶対値１Δθｓ１が基準値θＣＭＰより大になった
時点において（ステップＳ４）、除算器２１で算出され
た現在のモータ位置θ２と上記モータ位置θＭＯの差Δ
θ２＝１θ、−θｖｏｌを上記差Δθ５で除した値Δθ
Ｍ／Δθ８を読込む（ステップＳ５）。そして、次式（
６）を満たしたら、変速比ＫＧｎ°を次式（７）により
求め（ステップＳ６，５７　）　、切換手段２３を介し
て出力し、ステップＳｌに戻って上述した動作を繰返す
。

ここに基準値θＣＭＰは、上式（７）の演算結果の精度
か十分確保されるように、かつモータ位置θ８．主軸位
置θ５の多回転位置の桁数及び上式（７）の演算桁数の
オーバーフローが発生しない範囲で選定される。

一方、ステップＳ２においてギヤ指令ｎか変化した場合
、シーケンス制御部２２は変速比データ記憶部１４より
ギヤ指令ｎに相当する変速比に６ｏを読込むと共に（ス
テップＳ８）、その時点におけるモタ位置θ２及び主軸
位置θ３をモータ軸エンコータ１１及び主軸エンコータ
１２よりサンプル／ホールト部１７．１８に読取らせる
（ステップＳ９）。そして、読込んだ変速比に６ｏを変
速比にＧｎ゛としくステップ５１０　）　、切換手段２
３を介して出力し、ステップＳｌに戻って上述した動作
を繰返す。

第４図は主軸、モータ軸の検出速度に基づく測定方式の
変速比測定部１００の詳細例を示すブロック図、第５図
はその動作例を示すフローチャートであり、シーケンス
制御部２５はギヤ指令ｎかニュートラルでなく、かつ変
化していない場合（ステップ５１１．１２）　、微分器
１０１より主軸速度ωＳを読込んで監視しくステップ５
１３）、これの絶対値ω、ｌか基準値ωｒｅｆより大に
なった時点にお。

いて（ステップ５１４　）　、除算器２４て算出された
モータ軸速度ω２を上記主軸速度ω５で除した値ω２／
ωＳを読込む（ステップ５１５　）。そして、次式（８
）を満たしたら、変速比にＧｎｏ　を次式（９）により
求め（ステップ５１６，５１７　）　、切換手段２６を
介して出力し、ステップ５１１　に戻って上述した動作
を繰返す。

一方、ステップ５１２においてギヤ指令ｎか変化した場
合、シーケンス制御部２５は変速比データ記憶部１４よ
りギヤ指令ｎに相当する変速比ＫＧｎを読込み（ステッ
プ５１８　）　、この変速比に６ｎを変速比ＫＧｎ°と
して切換手段２６を介して出力しくステ・ンブ５１９）
、ステップＳｌｌ　に戻って上述した動作を繰返す。

第６図は変速比を変化させて位置偏差を測定する方式の
変速比測定部１００の詳細例を示すブロック図、第７図
はその動作例を示すフローチャートであり、シーケンス
制御部２８はギヤ指令ｎが変化しておらず、かつ他の主
軸と機械的結合をしていない場合（ステップ５２１，５
２２）、平均処理部２７て算出された位置偏差Ｄｉｆｆ
の平均値（又はローパスフィルタ演算結果）　Ｄｉｆｆ
を読込む（ステップ５２３）。

そして、この平均値Ｄｉｆｆと主軸速度指令ω５′か同
一極性であるか否か判定しくステップ５２４）、平均値
Ｄｉｆｆと主軸速度指令ωＳ″が同一極性であればΔＫ
ＧｎをΔに増加させてΔＫＧｎ°としくステップ５２５
）、平均値Ｄｉｆｆと主軸速度指令ω５”が逆極性であ
ればΔＫＧｎをΔに減少させてΔＫＧｎ°とする（ステ
ップ５２６）。そして、次式（１０）を満たしたら、変
速比ＫＧｎ°を加算器２９て次式（１１）により求めて
出力しくステップＳ２７．５２８）　、ステップ５２１
　に戻って上述した動作を繰返す。

方、ステップＳ２１　においてギヤ指令ｎか変化した場
合、シーケンス制御部２８は変速比データ記憶部１４よ
りギヤ指令ｎに相当する変速比ＫＧｎを読込むと共に（
ステップ５２９　）　、平均処理部２７を初期化しくス
テップ５３０　）　、ΔＫＧｎ及びΔにＧｎｏをＯとし
て（ステップ５３１）、ステップ５２１に戻って上述し
た動作を繰返す。

（発明の効果）以上のように本発明の主軸制御装置によれば、主軸駆！
！７系の変速比を実測して動作するため、■ベルトのよ
うな設計値に対する変速比の初期的誤差や経時変化、テ
ンション調整などによる変速比の変動がある制御対象に
対して、速度制御における回転数誤差や位置制御におけ
る位置誤差を発生しない制御を実現できる。特に、対向
主軸で同ワークをチャッキングしての同期回転において
非常に有効であり、モータやユニットの過熱を防止する
ことがてぎる。

ＫＧＮ””ＫＧＮ＋ΔＫ　ＧＮ’　　　　　　　　・・
・・・・（１１）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の主軸制御装置の一例を示すブロック図
、第２図、第４図及び第６図はそれぞれ本発明装置の主
要部の詳細例を示すブロック図、第３図、第５図及び第
７図はそれぞれ第２図、第４図及び第６図に示す主要部
の動作例を示すフローチャート、第８図は従来の主軸制
御装置の一例を示すブロック図である。１．１３，１０１・・・微分器、２・・・フィードフォ
ワード係数乗算器、３・・・位置誤差係数乗算部、４・
・・変速比データ乗算部、５・・・速度増幅器、６・・
・パワー変換部、７・・・モータ、８・・・ベルト機構
、９・・・ギヤ機構、ｌＯ・・・主軸、１１・・・モー
タ軸エンコーダ、１２・・・主軸エンコーダ、１４・・
・変速比データ記憶部、１５．１９２０・・・減算器、
１５．２９・・・加算器、１７．１８・・・サンプル／
ホールド部、２１．２４・・・除算器、２２．２５．２
８・・・シーケンス制御部、２３．２６・・・切換手段
、２７・・・平均処理部、１００・・・変速比測定部。某３田革５図甚図

Claims

【特許請求の範囲】１、変速機構を介して主軸の位置又は速度を制御する主
軸制御装置において、モータ軸の回転位置を検出する第
１の検出手段と、前記主軸の回転位置を検出する第２の
検出手段と、前記第１及び第２の検出手段からの検出値
に基づいて前記モータ軸と主軸との変速比を測定する測
定手段とを備えたことを特徴とする主軸制御装置。２、前記測定手段が、前記モータ軸と主軸の同一時間内
における回転位置の変化量を測定し、各測定量の比によ
り前記変速比を求めるようになっている請求項１に記載
の主軸制御装置。３、前記測定手段が、前記モータ軸と主軸の同一時刻に
おける回転速度を測定し、各測定値の比により前記変速
比を求めるようになっている請求項１に記載の主軸制御
装置。４、前記測定手段が、前記主軸の位置制御状態で前記主
軸を定速回転させ、発生する位置偏差の時間平均が０と
なるように前記位置制御に使用中の変速比を変化させて
前記変速比を求めるようになっている請求項１に記載の
主軸制御装置。