JPH0661673B2 - 工作機用位置決め指令装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は工作機用位置決め指令装置に関するものであ
り、特に、ＮＣ工作機等の送り軸と主軸との各動作位置
を指令信号に応じて制御する工作機用位置決め指令装置
に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は従来のネジ切り加工機の要部を示す正面の説明
図、第４図は従来の工作機用位置決め指令装置による送
り軸と主軸との同期制御のシステムを示すブロック図、
第５図は従来の工作機用位置決め指令装置を示すブロッ
ク図、第６図はこの発明及び従来のスムージング回路の
入力及び出力の両信号を示すパターン図である。

第３図において、（１）はネジ切り加工用工作機の加工
具、（２）は被加工物、（３）は加工具（１）により加
工された被加工物（２）のネジ切り部である。なお、こ
の第３図は、被加工物（２）に雌ネジ用のネジ切り部
（３）を切削する場合を示している。

第４図において、（４）は工作機の送り軸に対して位置
指令［ＺＰ］を、工作機の主軸に対して位置指令［Ｓ
Ｐ］を与える位置決め指令装置、（５）は位置決め指令
装置（４）からの送り軸用の位置指令［ＺＰ］により、
送り軸モータ（６）を制御する送り軸アンプ、（６）は
送り軸の位置を直接移動させるための駆動源である送り
軸モータ、（７）は送り軸の位置を検出し、送り軸アン
プ（５）にフィードバックする送り軸位置検出装置、
（８）は位置決め指令位置（４）からの主軸用の位置指
令［ＳＰ］により主軸モータ（９）を制御する主軸アン
プ、（９）は主軸の位置を直接移動させるための駆動源
である主軸モータ、（１０）は主軸の位置を検出し、主
軸アンプ（８）にフィードバックする主軸位置検出装置
である。なお、この第４図は、マシニングセンターによ
って雌ネジを切削する場合を示している。

第５図において、（１１）は工作機の送り軸及び主軸に
各動作指令を与える位置指令入力装置、（１２）は位置
指令入力装置（１１）からの信号により送り軸の移動量
を演算する送り軸移動量演算装置、（１３）は送り軸移
動量演算装置（１２）からの信号により送り軸の位置を
直接制御する位置指令［ＺＰ］を発生する送り軸スムー
ジング回路、（１４）は位置指令入力装置（１１）から
の信号により主軸の移動量を演算する主軸移動量演算装
置、（１５）は主軸移動量演算装置（１４）からの信号
により主軸の位置を直接制御する位置指令［ＳＰ］を発
生する主軸スムージング回路である。なお、この第５図
は、第４図の位置決め指令装置（４）の内部を示してい
る。

従来の工作機用位置決め指令装置は上記のように構成さ
れており、各種のＮＣ工作機等の送り軸及び主軸の位置
決めに利用されている。この装置による工作機の送り軸
及び主軸の位置決め指令動作について以下に説明する。

例えば、工作機の送り軸と主軸とを同期させて被加工物
（２）にネジ切り部（３）を加工する場合について述べ
る（第３図参照）。この場合には、送り軸の送りが１ピ
ッチ分（第３図の距離Ｐ）移動したときに、主軸が１回
転するような補間演算を行なえば、高精度のネジ切り加
工ができることになる。

即ち、この螺設加工に際し、まず、位置指令入力装置
（１１）がネジのピッチ、ネジの深さ、及び主軸の回転
等の各種情報を読み込む。そして、送り軸と主軸との補
間演算を行なって、送り軸移動量演算装置（１２）及び
主軸移動量演算装置（１４）に指令を発生する。この指
令を受け、送り軸移動量演算装置（１２）は送り軸の移
動量を演算する。その後、この演算信号は送り軸スムー
ジング回路（１３）を経て、送り軸の位置指令［ＺＰ］
として送り軸アンプ（５）に送信される。このときの、
送り軸スムージング回路（１３）の入力信号と出力信号
との関係は、第６図に示す出力特性のように、送り軸ス
ムージング回路（１３）では位置指令の立上り及び立下
りを滑かにしている。これは、送り軸モータ（６）の作
動を円滑に行なうためであり、送り軸モータ（６）の出
力トルクと負荷から定まる加減速時定数よりも指令信号
の時定数を小さくしないためである。なお、送り軸アン
プ（５）は送り軸スムージング回路（１３）の出力と送
り軸位置検出装置（７）のフィードバック信号とを一致
させるような位置決定ループを形成している。そして、
送り軸モータ（６）を作動させ、送り軸の位置を正しく
制御している。

同様に、主軸移動量演算装置（１４）も、位置指令入力
装置（１１）の出力指令を受けて、主軸の移動量を演算
する。その後、この演算信号は主軸スムージング回路
（１５）を経て主軸の位置指令［ＳＰ］として主軸アン
プ（８）に送信される。このときの、主軸スムージング
回路（１５）の入力信号と出力信号との関係も、上記送
り軸での説明と同一関係であり、第６図に示す出力特性
のようになっている。そして、送り軸スムージング回路
（１３）と主軸スムージング回路（１５）の各スムージ
ング方式及び時定数も全く同一である。これは、送り軸
と主軸との完全同期を行なうためである。なお、前者と
同様に、主軸アンプ（８）は主軸スムージング回路（１
５）の出力と主軸位置検出装置（１０）のフィードバッ
ク信号とを一致させるような位置決定ループを形成して
いる。そして、主軸モータ（９）を作動させて、主軸の
位置を正しく制御している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の工作機用位置決め指令装置では、送
り軸と主軸との同期制御を行なうために、同一の時定数
を持ち、かつ、同一の指数関数的に変化する制御パター
ン出力のスムージング方式からなる送り軸スムージング
回路（１３）及び主軸スムージング回路（１５）を使用
していた。

したがって、主軸のように負荷イナーシャの大きい系に
おいては、指令の時定数を大きくとる必要があり、指数
加減速では指令値を完全に出力するまでに時間がかか
り、同期制御を行なうと切削時間が長くかかることにな
る。

そこで、この発明は、工作機の送り軸及び主軸の同期制
御において、高速加工が可能な工作機用位置決め指令装
置の提供を課題とする。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかる工作機用位置決め指令装置は、工作機
の送り軸及び主軸に各動作指令を与える位置指令入力装
置（１１）からの信号により、送り軸の移動量を送り軸
移動量演算装置（１２）で演算し、送り軸の位置を直接
制御する指数加減速パターン出力を発生する送り軸スム
ージング回路（１３）と、前記送り軸移動量演算装置
（１２）から送り軸と主軸とが同期制御である場合に信
号を受け、送り軸の位置を直接制御する直線加減速パタ
ーン出力を発生する同期制御用送り軸スムージング回路
（１７）とを具備し、前記位置指令入力装置（１１）か
らの信号により送り軸及び主軸が同期制御か否かを判別
し、前記送り軸移動量演算装置（１２）からの信号を、
送り軸及び主軸の制御状態に応じて送り軸スムージング
回路（１３）または同期制御用送り軸スムージング回路
（１７）を選択するものである。

［作用］ この発明の工作機用位置決め指令装置においては、工作
機の送り軸及び主軸に各動作指令を与える位置指令入力
装置（１１）からの信号により、送り軸移動量演算装置
（１２）で送り軸の移動量を演算し、位置指令入力装置
（１１）からの信号により判別回路（１６）で送り軸及
び主軸が同期制御か否かを判別し、前記送り軸移動量演
算装置（１２）からの信号を、送り軸及び主軸の制御状
態に応じて指数加減速パターン出力となる独立制御用の
送り軸スムージング回路（１３）または直線加減速パタ
ーン出力となる同期制御用の送り軸スムージング回路
（１７）を選択して入力させ、送り軸の位置を直接制御
する位置指令［ＺＰ］を発生するとともに、前記主軸移
動量演算装置（１４）からの信号を受け、主軸スムージ
ング回路（１５）が主軸の位置を直接制御する位置指令
［ＳＰ］を発生するものであるから、送り軸だけの制御
の場合は、通常の指数加減速を、そして、送り軸と主軸
の時定数が大きい同期制御の場合には、直線加減速を選
別し、送り軸及び主軸の制御状態に応じた専用の位置決
め指令を行なうことができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例である工作機用位置決め指
令装置を示すブロック図、第２図（ａ）は第１図で示し
た実施例の工作機用位置決め指令装置中のスムージング
回路の出力信号である指数加減速パターンであり、第２
図（ｂ）は直線加減速パターンである。なお、従来例の
説明に使用した第３図、第４図及び第６図はこの発明の
実施例においても共通である。また、図中、従来例と同
一符号及び記号は従来例の構成部分と同一または相当す
る構成部分を示すものであり、ここでは重複した説明を
省略する。

第１図において、（１６）は位置指令入力装置（１１）
からの信号により送り軸及び主軸が同期制御か否かを判
別する判別回路、（１７）は送り軸と主軸とが同期制御
であるときに、送り軸移動量演算装置（１２）から信号
を受け、送り軸の位置を直接制御する位置指令［ＺＰ］
を発生する同期制御用送り軸スムージング回路、（１
８）は判別回路（１６）によって送り軸の制御状態に応
じて送り軸移動量演算装置（１２）からの信号を独立制
御用の送り軸スムージング回路（１３）に入力させるた
めの切換スイッチで、（１９）は判別回路（１６）によ
り主軸の制御状態に応じて送り軸移動量演算装置（１
２）からの信号を同期制御用送り軸スムージング回路
（１７）を選択して入力させるための切換スイッチであ
る。

第２図の縦軸は単独時間当りの位置指令値を示し、横軸
は時間を示す出力パターンを示すもので、第２図（ａ）
は送り軸スムージング回路（１３）から出力される指数
加減速パターンであり、また、第２図（ｂ）は同期制御
用送り軸スムージング回路（１７）から出力される直線
加減速パターンである。前記指数加減速パターンは立ち
上り及び立ち下りが指数関数的に増減する特性を有し、
直線加減速パターンは立ち上り及び立ち下りが時間に比
例して増減する特性を有するものである。

この実施例の工作機用位置決め指令装置は上記のように
構成されており、送り軸と主軸とが独立制御の場合に
は、指数加減速パターン出力の送り軸スムージング回路
（１３）を使用し、一方、送り軸と主軸とが同期制御の
場合には、直線加減速パターンの同期制御用送り軸スム
ージング回路（１７）を使用することで、制御状態に応
じて位置決め指令を得ることができる。

この実施例の工作機用位置決め指令装置による工作機の
送り軸及び／または主軸の位置決め指令動作について、
以下に説明する。

まず、位置指令入力装置（１１）のデータが送り軸と主
軸とが同期制御でない独立制御である場合について説明
する。

この場合、判別回路（１６）により切換スイッチ（１
８）はオンとなり、切換スイッチ（１９）がオフとな
る。したがって、送り軸移動量演算装置（１２）から出
力される位置指令は、送り軸スムージング回路（１３）
に入力される。この送り軸スムージング回路（１３）
は、指数加減速パターン出力を送り軸の位置指令［Ｚ
Ｐ］として、送り軸アンプ（５）側に送信する。

即ち、送り軸と主軸とが同期制御でない独立制御である
場合には、送り軸の負担イナーシャは一般的に小さく、
かつ、送り軸モータ（６）が一定トルクの安定した出力
となることから、時定数を小さくした送り軸スムージン
グ回路（１３）の指数加減速パターン出力を用いるので
ある。

次に、位置指令入力装置（１１）のデータが送り軸と主
軸とが同期制御である場合について説明する。

この場合、判別回路（１６）により切換スイッチ（１
８）がオフとなり、切換スイッチ（１９）がオンとな
る。したがって、送り軸移動量演算装置（１２）から出
力される位置指令は、同期制御用送り軸スムージング回
路（１７）に入力される。この同期制御用送り軸スムー
ジング回路（１７）は、直線加減速パターン出力信号を
送り軸の位置指令［ＺＰ］として送信する。

なお、このとき、主軸側の主軸スムージング回路（１
５）にも、同期制御用送り軸スムージング回路（１７）
と同一の時定数を持った直線加減速パターン出力が使用
される。

即ち、送り軸と主軸との同期制御を行なうために、送り
軸との補間演算を行なった位置指令が主軸移動量演算装
置（１４）から主軸スムージング回路（１５）に入力さ
れるからである。また、このときの指令時定数は、主軸
の負荷イナーシャが大きく、かつ、高速回転が要求さ
れ、主軸の加減速時間が長くなるために、主軸の加減速
時間に合せた時定数となる。即ち、この時定数は送り軸
だけの時定数に比べて大きくなる。

したがって、送り軸と主軸との同期制御の場合には、指
定加減速によると、指定値を全て出力するまでの時間が
非常に長くなるために、指令値が制御完了に至るまでの
時間が短い直線加減速を使用するのである。即ち、第２
図の（ａ）に示す指数加減速パターンでは時定数がｔ１
であり、また、第２図の（ｂ）に示す直線加減速パター
ンでは時定数がｔ２でるが、ｔ１＜ｔ２の関係では制御
完了時点を結論できない。指数加減速パターンの制御完
了時点は、指数関数的に制御値に近づくものであるか
ら、相当の遅れが生ずる。

このように、この実施例の工作機用位置決め指令装置に
おいては、独立制御の送り軸の場合は、通常の指数加減
速を選択し、そして、送り軸と主軸の時定数が大きい同
期制御の場合には、直線加減速を選択する。

したがって、送り軸を負荷イナーシャの大きい主軸と同
期制御する場合にも、時定数を大きくとることができ、
しかも、指数加減速に比べ指令値を完全に出力するまで
の時間を短縮することができる。このため、従来の工作
機用位置決め指令装置に比べ、同期制御による加工の場
合にも、加工時間が短縮され、高速加工が可能になる。

ところで、上記実施例では、工作機用位置決め指令装置
を工作機の送り軸と主軸とを同期させて被加工物（２）
にネジ切り部（３）を螺設加工する場合について述べた
が、他のＮＣ工作機等の送り軸及び主軸の位置決めにも
利用できる。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の工作機用位置決め指令
装置は、工作機の送り軸及び主軸に各動作指令を与える
位置指令入力装置からの信号により、送り軸移動量演算
装置及び主軸移動量演算装置で送り軸及び主軸の各移動
量を演算し、また、前記位置指令入力装置からの信号に
より判別回路で送り軸及び主軸が同期制御か否かを判別
し、前記送り軸移動量演算装置からの信号を、送り軸の
制御状態に応じて指数加減速パターン出力を発生する送
り軸スムージング回路を選択するか、または直線加減速
パターン出力を発生する同期制御用送り軸スムージング
回路を選択して、送り軸の位置を直接制御する位置指令
を得るとともに、前記主軸移動量演算装置からの信号を
受け、主軸スムージング回路が主軸の位置を直接制御す
る位置指令を発生することにより、独立制御の送り軸の
場合は、通常の指数加減速を、そして、送り軸と主軸の
時定数が大きい同期制御の場合には、直線加減速を選択
し、送り軸及び主軸の制御状態に応じた専用の位置決め
指令を行なうことができる。したがって、送り軸を負荷
イナーシャの大きい主軸と同期制御する場合にも、時定
数を大きくとることができ、しかも、指数加減速に比べ
指令値を完全に出力するまでの時間を短縮することがで
きる。故に、同期制御による加工時間が短縮でき、高速
加工が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である工作機用位置決め指
令装置を示すブロック図、第２図の（ａ）はこの発明の
実施例の工作機用位置決め指令装置中のスムージング回
路の指数加減速パターン出力であり（ｂ）は直線加減速
パターン、第３図はこの発明の実施例及び従来のネジ切
り加工機の要部を示す正面の説明図、第４図はこの発明
の実施例及び従来の工作機用位置決め指令装置による送
り軸と主軸との同期制御のシステムを示すブロック図、
第５図は従来の工作機用位置決め指令装置を示すブロッ
ク図、第６図はこの発明の実施例及び従来のスムージン
グ回路の入力及び出力の両信号を示すパターン図であ
る。 図において、 １１：位置指令入力装置、 １２：送り軸移動量演算装置、 １３：送り軸スムージング回路、 １４：主軸移動量演算装置、 １５：主軸スムージング回路、 １６：判別回路、 １７：同期制御用送り軸スムージング回路、 である。 なお、図中、同一符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機の送り軸及び主軸に各動作指令を与
   える位置指令入力装置と、 前記位置指令入力装置からの信号により、送り軸及び主
   軸の各移動量を各々演算する送り軸移動量演算装置及び
   主軸移動量演算装置と、 前記主軸移動量演算装置からの信号を受け、主軸の位置
   を制御する直線加減速パターン出力の位置指令を発生す
   る主軸スムージング回路と、 前記送り軸移動量演算装置から送り軸と主軸とが独立制
   御であるときに信号を受け、送り軸の位置を制御する指
   数加減速パターン出力の位置指令を発生する送り軸スム
   ージング回路と、 前記送り軸移動量演算装置から送り軸と主軸とが同期制
   御であるときに信号を受け、送り軸の位置を制御する直
   線加減速パターン出力の位置指令を発生する同期制御用
   送り軸スムージング回路と、 前記位置指令入力装置からの信号により送り軸及び主軸
   が同期制御か否かを判別し、前記送り軸移動量演算装置
   からの信号を、送り軸及び主軸の制御状態に応じて送り
   軸スムージング回路または同期制御用送り軸スムージン
   グ回路を選択して入力させる判別回路と、 を具備することを特徴とする工作機用位置決め指令装
   置。