JPH10254520A - Ｎｃ制御軸の原点復帰方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御軸の狭い移動可能範囲において、機械原
点の検出器の設定作業性が良く、かつ、被加工材と干渉
すること無く原点復帰可能なＮＣ制御軸の原点復帰方法
を提供する。 【解決手段】 インクリメンタル式エンコーダ４４を備
えたＮＣ制御軸の原点復帰方法において、１０mm以下の
移動可能範囲を有する前記ＮＣ制御軸を第１の所定の速
度で機械原点の方向に移動し、移動中にタッチスイッチ
４８が作動したとき停止し、この後に機械原点から離れ
る方向に第１の所定距離だけ移動し、次に再び機械原点
の方向に第２の所定の速度で第２の所定距離だけ移動す
る途中に再度前記タッチスイッチ４８が作動したとき直
ちに停止させ、この停止位置を原点とする。また、前記
第２の所定の速度は前記第１の所定の速度より遅い方が
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣ制御軸の原点
復帰方法に関し、特には制御軸の移動可能範囲が狭い場
合に高精度で原点復帰可能とする原点復帰方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＮＣ制御による工作機械や加工装
置においては、ＮＣ制御軸の位置検出器としてインクリ
メンタル式のポジションエンコーダ等が使用されている
場合が多い。このインクリメンタル式エンコーダにより
位置フィードバックを行って、前記工作機械等のＮＣ制
御装置内に記憶されたＮＣプログラムで指令される絶対
座標位置に各制御軸を正確に移動させるように位置制御
するためには、電源投入直後の最初のＮＣ制御を行う前
に原点復帰操作を行う必要がある。原点復帰操作を行う
ことにより、機械的に所定の絶対位置に定められた機械
原点と、ＮＣプログラム内で指定される制御上の絶対座
標位置とを１対１に対応付けることができるようになっ
ている。そして、作業性向上の目的から、このような原
点復帰動作を短時間で完了させるための復帰方法が従来
から数多く提案されている。

【０００３】例えば、特公昭６１−６１１２４号公報に
おいては、ＮＣ工作機械の各制御軸に対して、機械原点
の近くに設定された精原点を検出する手段と、この精原
点の直前に設定された粗原点を検出する手段とを備え、
このＮＣ工作機械の制御体を原点復帰操作で前記精原点
に向けて移動させ、粗原点が検出された後もそのままの
方向で移動させ、精原点が検出されたら逆方向に移動さ
せ、精原点が検出されなくなったら再び精原点方向に微
速にて移動させ、精原点が再度検出されたら停止させて
この停止位置を機械原点とする原点復帰方法が開示され
ている。この場合の粗原点はリミットスイッチにより検
出され、精原点は例えばポジションエンコーダ等の位置
検出器により検出されている。そして、この原点復帰操
作によって、短時間で精度良い原点復帰を可能としてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原点復
帰時に制御軸の移動可能な範囲が非常に狭い範囲内に制
約されている場合には、上記のような従来の原点復帰方
法では原点復帰ができない、あるいは、前記リミットス
イッチや前記ポジションエンコーダの設置作業時に非常
に時間がかかる等の問題が生じている。例えば、ピスト
ンリングのような非円形形状のワークの内面をＮＣ制御
によって切削加工する場合には、この内面の制御軸の原
点復帰を非常に狭い移動範囲内で行う必要がある。この
場合の内面加工における制御軸の移動範囲の制約につい
て、図４及び図５に基づいて以下に詳細に説明する。

【０００５】図４は、ピストンリングの内面及び外面を
加工する前の被加工材と加工後のリング形状を表した図
である。同図において、被加工材１はほぼ円筒形状を成
した中空の素材であり、所望のピストンリング溝幅に対
応した所定高さＬ1 の複数のリング材２が積み重ねられ
ている。そして、この被加工材１の両端面（図示では、
上下端面）側に後述する支持装置を設け、この支持装置
によって両端面から被加工材１を所定の大きさのクラン
プ力で支持している。さらに、被加工材１の中空部には
内面を切削する工具４が、また、被加工材１の外側には
外面を切削する工具５が配設されている。被加工材１を
前記支持装置によって支持した状態で回転軸Ｏを中心に
図示で例えば矢印１３方向に回転させると共に、この回
転に同期させて前記工具４、５を矢印１１方向に往復駆
動し、かつ、被加工材１の軸心方向（図示で、例えば矢
印１２方向）に駆動することによって、複数個のリング
３が製作される。そして、リング３は略ハート形の形状
をしているが、その外周の凹部に相当する部分Ｐが別途
図示しない切断装置によって切断され、除去されてピス
トンリングが完成する。

【０００６】図５は、上記のように加工するピストンリ
ング加工機の一例を表す正面図を示している。ベッド２
１の上部の略中央後部にコラム２２が設置されており、
このコラム２２の前方にはコラム２２の前面に布設され
た図示しないガイドレール（例えばボール式リニアガイ
ド等）によって被加工材１の軸心方向（Ｚ軸方向）に移
動自在に支承されたＺ軸スライド２５が配設されてい
る。また、コラム２２の上部には例えばサーボモータ等
からなるＺ軸モータ２４が配設されており、このＺ軸モ
ータ２４によってＺ軸スライド２５は上下駆動されるよ
うになっている。Ｚ軸モータ２４には、Ｚ軸スライド２
５のＺ軸方向の位置を検出する、例えばエンコーダ等か
らなるＺ軸位置センサ２６が設けられている。

【０００７】また、Ｚ軸スライド２５内には被加工材１
をクランプして支持する支持装置が配設されており、こ
の支持装置は、上下方向に離間し、かつ、互いに対向し
た位置に配設された上部ワーク支持手段３２と下部ワー
ク支持手段３３とから構成されている。この両支持手段
は図示しないギア列等の駆動伝達手段によって同方向へ
同期して回転可能に支承されており、コラム２２の上部
に設置された例えばサーボモータ等からなるＣ軸モータ
３１によって上記駆動伝達手段を介して同期回転される
ようになっている。Ｃ軸モータ３１には上部ワーク支持
手段３２及び下部ワーク支持手段３３のＣ軸方向の回転
位置を検出する、例えばエンコーダ等からなるＣ軸位置
センサ３４が設けられている。

【０００８】また、上記上部ワーク支持手段３２は上下
動可能に支承されると共に、Ｚ軸スライド２５の上部に
設けられた図示しない油圧シリンダによって上下移動さ
れるようになっている。この油圧シリンダの伸縮によっ
て、上部ワーク支持手段３２の下部に設けられた上部ク
ランプヘッド３２ａと、下部ワーク支持手段３３の上部
に設けられた下部クランプヘッド３３ａとの間に被加工
材１をクランプできるようになっている。

【０００９】また、コラム２２のほぼ中間部には、被加
工材１の外面を加工する外面加工手段７０が配設されて
いる。外面加工手段７０は、先端部に取着された工具５
を支持する工具支持手段７２と、コラム２２に取着され
るとともに、前記工具支持手段７２を水平方向で、か
つ、被加工材１に対して接近する又は離れる方向（Ｘ方
向）へ移動可能に案内するＸガイド手段７３と、このＸ
ガイド手段７３にカバー７４を介して取着された、例え
ばサーボモータ等からなるＸ軸モータ７１と、Ｘ軸モー
タ７１の回転力を前記工具支持手段７２の移動方向に伝
達する例えばボールスクリュー等からなる伝達手段７５
とを備えている。また、Ｘ軸モータ７１には、Ｘ軸方向
の工具５の位置を検出する例えばエンコーダ等からなる
Ｘ軸位置センサ７６が取着されている。そして、このＸ
軸モータ７１の回転によって、前記工具支持手段７２を
Ｘ方向に移動して工具５で被加工材１の外面を切削加工
できるようになっている。

【００１０】さらに、ベッド２１の上部で、かつ、コラ
ム２２の前方には、被加工材１の内面を加工する内面加
工手段９０が配設されている。内面加工手段９０は、被
加工材１の中空部に配設され、かつ、上端部に取着され
た工具４を支持するボーリングバー９３と、このボーリ
ングバー９３を支持するＵ軸スライド９２と、このＵ軸
スライド９２を水平方向で、かつ、被加工材１に対して
接近する又は離れる方向（Ｕ軸方向）へ移動可能に支持
するガイドレール９４と、前記Ｕ軸スライド９２をガイ
ドレール９４上でＵ軸方向に駆動する、例えばリニアモ
ータ等からなるＵ軸モータ９１とを備えている。また、
ガイドレール９４の近傍にはＵ軸スライド９２の位置を
検出するＵ軸位置センサ９５が設けられており、このＵ
軸位置センサ９５は例えばリニアスケール等で構成され
ている。また前記ボーリングバー９３の上端部、すなわ
ち、工具４の位置が被加工材１の中空部内に入るように
設定されており、Ｕ軸モータ９１を駆動することによっ
て、工具４で被加工材１の内面を切削加工できるように
なっている。

【００１１】上記のようにピストンリングの内面加工軸
（Ｕ軸）においては、ボーリングバー９３が被加工材１
の中空部に挿入された状態で原点復帰動作を行わなけれ
ばならないので、ボーリングバー９３が被加工材１と干
渉しないようにする必要がある。そして、被加工材１を
高速回転（Ｃ軸）させ、この回転角度に完全に同期させ
てＵ軸を制御しなければならないので、このボーリング
バー９３の剛性を高くする必要があり、このためにボー
リングバー９３の外径寸法は所定の剛性が得られるよう
に必然的に大きくなっている。この結果、ピストンリン
グの内面と、ボーリングバー９３の外面及び工具４の先
端位置との距離に余裕が無く、Ｕ軸の移動可能範囲が例
えば１０mm以下と言うように非常に狭くなっている。

【００１２】このような原点復帰時に制御軸の移動可能
な範囲が非常に狭い範囲内に制約されている場合におい
て、前述の特公昭６１−６１１２４号公報に開示された
ような従来の原点復帰方法では、以下のような問題が生
じている。1)狭い移動可能範囲内に、前記粗原点を検出
するリミットスイッチ等を設置するスペースを確保する
余裕が無い。また、リミットスイッチ等を設置できたと
しても、リミットスイッチ等が作動している距離が長い
ので、原点復帰開始時点からリミットスイッチがオンし
ている場合が多くなる。したがって、精原点に向けて高
速で移動開始することができなくなり、原点復帰操作が
できない。

【００１３】2)また、精原点を検出するためのエンコー
ダを機械的に設置する場合、粗原点のリミットスイッチ
等を検出して制御軸の移動速度を所定の中速度に減速し
た後に、インクリメンタル式エンコーダの１回転検出信
号が検出されるように設置する必要がある。したがっ
て、リミットスイッチの位置とエンコーダの前記１回転
検出信号との位置関係が上記の条件を満足するように調
整しなければならない。しかしながら、移動可能範囲が
非常に狭い（例えば、１０mm以下）ので、この狭い範囲
内で上記のような調整を行うには作業時間が非常にかか
り、リミットスイッチ及びインクリメンタル式エンコー
ダの設置作業時の作業性が非常に悪い。

【００１４】3)また、中速度で精原点を検出して停止し
た後、逆方向に精原点がオフするまで移動する際に、制
御プログラムやサーボアンプ等の制御系の応答遅れ、及
び定常偏差の大きさに影響を受けて、オフを検出して移
動停止するまでの惰走距離が長い場合がある。この場合
に、移動可能範囲が狭いので、ボーリングバー９３や工
具４と被加工材１とが干渉する可能性がある。

【００１５】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、制御軸の狭い移動可能範囲において、機
械原点の検出器の設定作業性が良く、かつ、被加工材と
干渉すること無く原点復帰可能なＮＣ制御軸の原点復帰
方法を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、インク
リメンタル式エンコーダ４４を備えたＮＣ制御軸の原点
復帰方法において、１０mm以下の移動可能範囲を有する
前記ＮＣ制御軸を第１の所定の速度で機械原点の方向に
移動し、移動中にタッチスイッチ４８が作動したとき停
止し、この後に機械原点から離れる方向に第１の所定距
離だけ移動し、次に再び機械原点の方向に第２の所定の
速度で第２の所定距離だけ移動する途中に再度前記タッ
チスイッチ４８が作動したとき直ちに停止させ、この停
止位置を原点とする方法としている。

【００１７】請求項１に記載の発明によると、機械原点
をタッチスイッチによって検出しており、このタッチス
イッチの方向に第１の所定速度で原点復帰を開始する。
したがって、タッチスイッチの近傍から原点復帰できる
ので、移動可能範囲が例えば１０mm以下と言うような狭
い場合でも原点復帰が可能となる。また、このタッチス
イッチ以外には原点復帰動作のための位置検出器は用い
ていないので、他の位置検出器との位置関係を調整して
設置する必要が無く簡単に設置できる。よって、タッチ
スイッチの設置時の作業性が向上する。さらに、機械原
点を最終的に検出する際に原点方向に移動する距離を干
渉が発生しないような所定距離としているので、工具と
被加工材（ワーク）との干渉を確実に防止できる。

【００１８】請求項２に記載の発明は、前記第２の所定
の速度が前記第１の所定の速度より遅い請求項１記載の
ＮＣ制御軸の原点復帰方法としている。

【００１９】請求項２に記載の発明によると、最終的に
機械原点を検出するために機械原点に移動する前記第２
の所定の速度は前記第１の所定の速度より遅い方が好ま
しく、これによって高精度の原点復帰が可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、図１〜図３に基づいて、
実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係わるＮ
Ｃ制御軸の原点復帰方法を説明するハード構成ブロック
図を示している。サーボモータ４３は制御軸の位置及び
移動速度を制御するモータであり、例えばリニアサーボ
モータや電動モータ、又は油圧モータ等で構成すること
ができる。また、サーボモータ４３には、制御軸の位置
を検出するインクリメンタル式エンコーダ（以後、以後
エンコーダと呼ぶ）４４が取着されている。そして、サ
ーボモータ４３の出力軸４５は制御体４７に連結されて
おり、制御体４７は図示で左右方向に移動可能となって
いる。この制御体４７が原点復帰方向４６に移動する経
路上の端部には機械原点を表すタッチスイッチ４８が制
御体４７の移動方向に作動可能に配設されており、制御
体４７が原点復帰時に移動してタッチスイッチ４８の作
動レバー４８ａに当接して押し、作動させるようになっ
ている。さらに、この作動レバー４８ａより前記原点復
帰方向４６の外側には、制御体４７のオーバラン時に機
械的に停止させる固定ストッパ４９が設けられている。

【００２１】サーボモータ４３へのサーボ制御指令はＮ
Ｃ制御装置４１から出力されており、エンコーダ４４が
出力するイクリメンタルな位置信号はＮＣ制御装置４１
に入力されている。また、タッチスイッチ４８の作動信
号（オン又はオフ信号）は、シーケンサ４２に入力され
ている。

【００２２】シーケンサ４２はピストンリング加工機の
ような上記制御軸を備えた加工装置全体の動作シーケン
スを制御しており、予め設定され記憶された所定のシー
ケンスプログラムに従って、原点復帰指令、及び自動運
転時の制御軸の動作指令等をＮＣ制御装置４１に出力し
ている。また、ＮＣ制御装置４１には、この原点復帰指
令、及び自動運転時の制御軸の動作指令等に対応する所
定のＮＣ制御プログラムが記憶されており、このＮＣ制
御プログラムに基づいて、各制御軸の移動制御を行って
いる。

【００２３】さらに、シーケンサ４２には、モード選択
スイッチ５２及び起動スイッチ５１が接続されている。
モード選択スイッチ５２は少なくとも原点復帰モード及
び自動運転モードを選択可能な切り換えスイッチであ
り、各モード信号はシーケンサ４２に入力される。ま
た、起動スイッチ５１は原点復帰操作や自動運転操作を
起動させる操作スイッチであり、この起動信号はシーケ
ンサ４２に入力される。なお、これらのモード信号や起
動信号は上記のようなスイッチによる入力方法だけに限
定するものではなく、例えば、上位のコンピュータ等か
ら通信によって入力するものでもよい。

【００２４】このような構成における原点復帰時の作動
について、以下図２及び図３に基づいて詳細に説明す
る。図２は、本発明に係わる原点復帰方法を説明する図
である。まず、シーケンサ４２に原点復帰モードの選択
信号が入力され、続けて起動信号が入力される。これに
よって、シーケンサ４２はＮＣ制御装置４１に所定の遅
送り指令を出力し、ＮＣ制御装置４１はサーボモータ４
３にサーボ制御指令を出力して制御体４７を原点復帰方
向４６に第１の所定の速度Ｖ1 （通常は、低速度）で移
動させる。そして、制御体４７がタッチスイッチ４８の
作動レバー４８ａを押して作動信号がオンする（図示で
Ａ点）と、制御軸の速度は減速されて一旦停止する。こ
の次に、ＮＣ制御装置４１内に記憶されている、図３に
示すようなＮＣ制御プログラム（ここでは、プログラム
番号を「０ ０００３」とする）をスタートさせる。

【００２５】図３は、原点復帰を行うためのＮＣ制御プ
ログラムの一例を示している。このＮＣ制御プログラム
によると、シーケンス番号Ｎ００１では、タッチスイッ
チ４８がオンしている現在位置（図示でＢ点）から直線
補間でＵ軸の前進方向（つまり、原点復帰方向４６と反
対方向）に相対的に第１の所定距離Ｌ1 （ここでは、１
mm）だけ前記第１の所定の速度Ｖ1 （ここでは、例えば
１００mm/min）で戻って停止させる。次に、シーケンス
番号Ｎ００２で、Ｕ軸の後退方向（つまり、原点復帰方
向４６）に第１の所定の速度Ｖ1 よりも遅い第２の所定
の速度Ｖ2 （ここでは、例えば２０mm/min）で移動させ
る。この場合、指定する第２の所定距離Ｌ2 （ここで
は、１mm）だけ移動する途中にタッチスイッチ４８の作
動信号がオンした（図示でＡ点）ときは、この移動を中
断して直ちに停止させ、次のシーケンス番号Ｎ００３に
制御処理が移行するようになっている。そして、シーケ
ンス番号Ｎ００３では本ＮＣ制御プログラムを終了し、
原点復帰動作を完了する。

【００２６】以上の原点復帰動作によると、機械原点を
示すタッチスイッチ４８の近傍から原点復帰開始できる
ので、復帰動作のための移動距離は非常に小さくても復
帰可能となる。また、原点位置を設定するための検出器
はタッチスイッチ４８のみでよいので、他の検出器との
関係を考慮する必要がなく、そして原点位置の設定が容
易となり、したがってタッチスイッチ４８の設定時の作
業性を向上できる。さらに、原点復帰時に最初にタッチ
スイッチ４８が動作した後に、所定速度で第１の所定距
離Ｌ1 （例えば、１mm）だけ逆方向に戻り、次に再び原
点復帰方向に第２の所定距離Ｌ2 （第１の所定距離Ｌ1
以下の距離であり、ここでは１mm）だけ移動させる途中
にタッチスイッチ４８がオンしたときに停止し、この位
置を機械原点としている。このように機械原点近傍では
移動距離の許容最大値を指定しているので、惰走等によ
る被加工材と工具４又はボーリングバー９３等との干渉
が無くなる。

【００２７】なお、前記ＮＣ制御プログラムのシーケン
ス番号Ｎ００２において、前記第２の所定の速度Ｖ2 を
前記第１の所定の速度Ｖ1 よりも遅くしているが、本発
明はこれに限定されるものでなく、両方の速度を等しく
してもよい。また、前記第２の所定距離Ｌ2 は前記第１
の所定距離Ｌ1 よりも短くしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる原点復帰方法を説明するハード
構成ブロック図を示す。

【図２】本発明に係わる原点復帰方法の説明図である。

【図３】本発明に係わる原点復帰方法を説明するＮＣ制
御プログラム例を示す。

【図４】本発明に係わる狭い移動可能範囲での原点復帰
が必要なピストンリング内面加工の説明図である。

【図５】本発明に係わる狭い移動可能範囲での原点復帰
が必要なピストンリング内面加工機の一例を示す正面図
である。

【符号の説明】

１…被加工材、２…リング材、３…リング、４、５…工
具、１１、１２、１３…矢印、２１…ベッド、２２…コ
ラム、２４…Ｚ軸モータ、２５…Ｚ軸スライド、２６…
Ｚ軸位置センサ、３１…Ｃ軸モータ、３２…上部ワーク
支持手段、３２ａ…上部クランプヘッド、３３…下部ワ
ーク支持手段、３３ａ…下部クランプヘッド、３４…Ｃ
軸位置センサ、４１…ＮＣ制御装置、４２…シーケン
サ、４３…サーボモータ、４４…インクリメンタル式エ
ンコーダ（エンコーダ）、４５…出力軸、４６…原点復
帰方向、４７…制御体、４８…タッチスイッチ、４８ａ
…作動レバー、４９…固定ストッパ、５１…起動スイッ
チ、５２…モード選択スイッチ、７０…外面加工手段、
７１…Ｘ軸モータ、７２…工具支持手段、７３…Ｘガイ
ド手段、７４…カバー、７５…伝達手段、７６…Ｘ軸位
置センサ、９０…内面加工手段、９１…Ｕ軸モータ、９
２…Ｕ軸スライド、９３…ボーリングバー、９４…ガイ
ドレール、９５…Ｕ軸位置センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクリメンタル式エンコーダ(44)を備
   えたＮＣ制御軸の原点復帰方法において、 １０mm以下の移動可能範囲を有する前記ＮＣ制御軸を第
   １の所定の速度で機械原点の方向に移動し、移動中にタ
   ッチスイッチ(48)が作動したとき停止し、この後に機械
   原点から離れる方向に第１の所定距離だけ移動し、次に
   再び機械原点の方向に第２の所定の速度で第２の所定距
   離だけ移動する途中に再度前記タッチスイッチ(48)が作
   動したとき直ちに停止させ、この停止位置を原点とする
   ことを特徴とするＮＣ制御軸の原点復帰方法。
2. 【請求項２】 前記第２の所定の速度が前記第１の所定
   の速度より遅いことを特徴とする請求項１記載のＮＣ制
   御軸の原点復帰方法。