JPH0465701A - 施盤の送り軸同期連動方法 - 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〕 本発明は旋盤の送り軸の同期連動方法に関し、特に対向
した２つの主軸台を駆動する第一の送り軸と、第二の送
り軸を有する旋盤の送りを同期連動させる為の旋盤の送
り軸同期連動方法に関するものである。

〔従来の技術］ 長いワークを対向した２台の主軸台で把握し、これを同
期させて駆動しながらワークを加工する複合旋盤が実用
化されている。

第６図は前記複合旋盤を示す構成図であり、図に於て（
１）は刃物台、（２）は刃物台＋１）に取り付けられた
切削工具、（３）は刃物台（１）と連結されこれを駆動
するボールネジ、（４）は前記ボールネジ（３）と連結
しこね、を駆動するＸ軸サーボモータ、（５）は加工ワ
ーク、　　１ｕｌｌは前配加エワーク（５）の一方を把
握するチャック、（１２）はスピンドルが搭載された主
軸台、（１３）は前記主軸台（１２）と連結さス１、こ
れを駆動するボールネジ、（１４）は前記ボールネジ（
１３）と連結されこれを駆動する２軸づ−ボモータであ
る。

また（２１）〜（２４）はそれぞれ（１１）〜（１４）
に対応した同一ユニッ１−であり、説明は省略する。こ
の複合旋盤は１本のワーク（５）の両端を各々の主軸台
に取り付けられたチャック（１１１＋２１１で把握し、
その状態で前記主軸台（１２１（２２１を回期違ｌｊ］
させながらワークを加工する事を特徴としている。

第７図（、ｉ第６図で示した旋盤を制御する数値制ａ装
置（以下ＮＣと呼ぶ）のサーボアンプのブロック図で、
（４）は刃物台を駆動するＸ軸サーボモータ、（６）は
前記刃物台（１）の位置を検出する位置検出器、（７）
は位記指令パルスＣｐｘと位置検出器（６）からのフィ
ードバックパルスの誤差を検出する周知の誤差カウンタ
、（８）は誤差カウンタ（７）の値をアナログＩに変換
するＤ／Ａフンバ〜り、（９）は前記アナログ魚を増幅
しサーボモータ（４）を駆動するパワーアンプである。

また、＋１［１）−＋１９）、ｆ２Ｇｌ　−＋２９１は
それぞれ（６１〜（９）と同一に構成され、Ｚｌ軸用サ
ーボモータ（１４）と７２軸用ザーボモータ（２４）を
各々駆動する。

ＣｐｘはＮＣより指令される、前記サーボモータ（４）
を駆動するＸ軸位置指令パルス、ＣｐｚはＮＣより指令
される、前記２台のサーボモータ（１４）と（２４）を
同時に駆動するＸ軸位置指令パルスである、 尚、説明中間一部分には同一番号を付けである。

次に動作について説明する。

第６図に於て刃物台（１）のＸ軸方向の移動と主軸台（
１２）　（２２１のＸ軸方向の移動は、図示しない紙テ
ープ、ＮＣ内記憶メモリ等に記憶された加ニブログラム
を実行する事で実現される。加ニブログラムは例えば、 Ｎ０ＯＩ　ＧｏｌＸｌｏｏ、Ｚ２００．Ｆ２゜：Ｎ００
２　　ＧＯＯＺ−５０，二 の様に）（軸とＺ軸の移置１Ｊ鰍が１ブロック単位で実
行順にプログラムされており、これを図示しないＣＰ　
Ｕ・メモリ等で構成された中央処理部（ＮＣ本体部）で
１ブｒ′Ｊクク毎の各軸移（ｊ量として演算さ第１、周
知のパルス分配器により名軸位置指仝パルス列１．′：
変換される。

前記位置指令パルス列が第７図に示したＣ　ｐ　ｘとＣ
ｐｚであり、ＣｐｘはＸ軸用、ＣｐｚはＺ軸用として出
力される。位記指令パルス列Ｃｐｘは誤差カウンタ（７
）＆こ加算さね位１検出器（６）との誤差はＤ／Ａ変換
器（８）を通しでパワーアンプ（９）に与えられ、誤差
員に応じた速度でザーボモ〜り（４）を駆動することで
刃物台（１）を移動させるい また、位置指令パルス列Ｃｐｚも同様であるがＣｐ　ｚ
　（：Ｉ誤差カラ：ノタ（１７）と（２７）の両方に与
λられている為、第６図に示した２つの主軸台（１２）
と（２２）が同期運転を行う。

［発明が解決しようとする課題〕 従来の送り軸の同期連動方法は以」二の様なものである
ので、熱変位等の誤差の無い理想頂境下であれば目的の
加工ができるかもしれないが、現実には２つの主軸台（
１２）　（２２）をワーク（５）で連結した状態では機
械系の変位・ワーク自身の変位がサーボモータ（１４）
　（２４）の負荷となって現われ、またこれら変位は、
チャッキング圧によるワークの圧力変位・切削の発熱に
よるワークの熱変位−機械移動の摩擦熱等による機械の
熱変位であり、これらを無くすことはできない。

第８図は前記変位が機械・ワークに与える影響を示す構
成図で、実線は変位前を示し、破線（５ａ、１０ａ）が
変位後を示している。

第８図（ａｔは前記した変位がワークの変形により吸収
されている例で、ワークの剛性が機械剛性・サーボ剛性
より小さい場合に発生し、第８図（１））は前記した変
位が機械の変形により吸収されている例で、ｍ械の剛性
がワークの剛性・サーボ剛性より小さい場合に発生する
。また前記（ａ）、（ｂｌ以外にはサーボ剛性がワーク
の剛性・機械の剛性より小さい場合が考えられるが、こ
のケースではモータトルクが飽和し制御不能となるため
、モータ又は駆動アンプが過負荷アラームで運転停止と
なり、以上何れの場合もワークに無理な力が作用し、加
工精度を低下させる欠点があった。

この発明は上記の様な課題を解決する為になされたもの
で、前記変位が生じたとしても加工精度が低下しない旋
盤の送り軸同期連動方法を得る事を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る旋盤の送り軸同期連動方法は、対向した
２つの主軸台を駆動する第一・の送り軸と第二の送り軸
を有し、前記２つの主軸台をワークを介して連結させた
状態で前記２つの送り軸を同期連動制御する旋盤の送り
軸の同期連動方法において、同期連動制御する２つの送
り軸のトルクの差から機械又はワーク変位を検知して送
り軸に対する位置の補正量を算出し、この補正量をもっ
て送り軸の位置を補正（位置の同期を崩す）ようにした
ものである。

〔作用〕

この発明によれば、機械又はワークの変位量を主軸台を
移動させることで吸収し、主軸台は新たな変位を検知し
ない限り補正した位置で同期を保つようになる。

［発明の実施例］ 以下この発明の一実施例を第１図〜第６図を用いて説明
する。

この発明の基本的な考え方は、送り軸を制御するサーボ
モータのトルク差を検出することにより機械又はワーク
の変位を検知し、この検知した変位分だけＮＣ装置より
出力されるサーボモータの位置指令データを補正するこ
とにより、サーボモータにて駆動される主軸台を前記変
位分だけ余分に移動させてその変位を吸収させようとす
るものである。

まずサーボモータのトルクを検出すれば、何故機械又は
ワークの変位を検出できるかについて第５図を用いて説
明する。即ち第５図において、（４０）は第７図で説明
した指令パルス（Ｃｐｚ）を速度で置き換えたグラフ、
（４１）はグラフ（４０）で示した速度指令時のマスタ
軸のトルクカーブ、（４２）は同様にスレーブ軸のトル
クカーブである。

なお第６図において、Ｚｌ軸及びＺ２軸のいずれがマス
タ軸になり、又スレーブ軸になるかは加ニブログラムの
作成の仕方によって決定される。

トルクカーブ（４１）と（４２）は同一速度指令により
動作しているので、機械特性・モータ特性がほぼ同一の
条件下においてはその差はほとんど０である。

次に機械変位が発生し相対的にワークが伸びた場合を考
えると、第６図に於て主軸台（１２）はマイナス方向に
押され、サーボモータ（１４）はそれに反発する為プラ
ス方向のトルクを発生し、一方反対側の主軸台（２２）
はプラス方向に押され、サーボモータ（２４）はそれに
反発する為マイナス方向のトルクを発生する。この状態
でのマスタ軸とスレーブ軸のトルクカーブを示したのが
（４３）と（４４）で、（４５）はトルクカーブ（４３
）と（４４）の差分を表わし、即ち（４５）が機械又は
、ワーク変位の作用に対する反作用として消費している
トルクと考える事ができ、このトルク差（４５）で機械
又はワーク変位を検知でき、またトルク差（４５）の大
きさで機械又はワーク変位量の大きさを決定する事がで
きるのである。

第１図に本発明を具体化するための一実施例を示す。図
に於て、（５）はワークであり、２つの主軸台（１２）
と（２２）に取り付けられたチャック（１１）と（２１
）に両端を把握されている。（１３）は主軸台（１２）
を駆動するボールネジで、サーボモータ（１４）に結合
され、同様に（２３）は主軸台（２２）を駆動するボー
ルネジで、サーボモータ（２４）に結合されている。

またサーボモータ（１４）には位置及び速度検出用のパ
ルスコーダ（１５）が、サーボモータ（２４）には位置
及び速度検出用のパルスコーダ（２５）が各々結合され
ている。

サーボモータ（１４）はサーボアンプ（３０）により駆
動され、又サーボモータ（２４）はサーボアンプ（３１
）により駆動される。前記サーボアンプ（３０）　（３
１）は周知のとおりＣＰＵ・メモリ等を有する制御部と
、パワートランジスタ等を有するパワーアンプで構成さ
れ、制御部では位置及び速度検出用のバルスコーダ（１
５１（２５）のフィードバック信号とＮ　Ｃ（３２１か
らの位置指令データに基づき位置・速度の制御が行われ
る。

Ｎ　Ｃ（３２）は、マスタ舶用のサーボアンプ（３０）
に位置指令データ（Ｃｐｚｌ）のみを、スレーブ細粗の
サーボアンプ（３１）には位置指令データ（Ｃｐｚｌ）
に補正位置指令データ（Ｃｏｆ）を加算した指令データ
を各々与える。

なお、サーボアンプ（３１）側がマスタ舶用として加ニ
ブログラムが作成されている場合には、この関係は逆と
なる［図中（）内の記号で示した］又この補正は理論的
にはマスタ軸及びスレーブ軸の両方にかけてもよいが、
機械加工はマスタ軸側で行われるのが一般的であるので
、加工精度を保つ上ではスレーブ軸に補正をかけること
が好ましい。

また補正位置指令データ（Ｃｏｆ）は、サーボモータ（
１４）とサーボモータ（２４）のトルク差から算出され
、この為にサーボモータ（１４）とサーボモータ（２４
）の各電流をＡＤ変換器（３３）　ｆ３４１を介してデ
ィジタル値に変換しＮ　Ｃ（３２１にフィードバックさ
れる。前記フィードバック信号は適当な定数を乗じて距
離の単位に変換しその後微分して距離の変化量を求めた
後、適当な時定数による遅れを設けて補正する。

適当な時定数による遅れは、駆動モータの過渡的な応答
でモータ自身の特性のばらつき等に起因する一時的なト
ルク変化分を除去し、定常的に発生している変化分を取
り出す効果がある。また、距離の単位への変換は、定格
出力を発生させる誤差量ｆＥｌ　より下式で求めている
。

補正量＝ＥＸ　（フィードバックトルク差）／（定格ト
ルク） 尚、以上の説明中、時定数（Ｔｌ　　・定格出力を発生
させる誤差量（Ｅ）　　・定格トルク（ｔｍａｘ）は、
パラメータで与える様にしている。

従ってこのように構成すれば、前記変位が生じてもサー
ボモータ（２４）にて駆動される主軸台（２２）、又は
サーボモータ（１４）にて駆動される主軸台（１２）が
その変位分だけ余分に移動することになって第８図に示
すようなワークの変形や機械の変形が生じなくなり、新
たな前記変位を検知しない限り補正した位置で同期を保
ち、サーボモータは同一トルクで駆動されるようになる
。

又第２図にトルク差から補正量を求めるソフトウェア処
理のフローチャート図を示す６図に於て。

Ｓに続く数値は処理ステップの番号を示す。

（Ｓｌ）マスタ軸のトルクフィードバックｔａ＋、スレ
ーブ軸のトルクフィードバックｔｓ、及びパラメータ設
定値１〜３を各々Ｅ−ｔｓａａｘ−Ｔに読み取る。

（Ｓ２）マスタ軸のトルクｔｏｗとスレーブ軸のトルク
ｔｓのトルク差ｔｅを求める。

（Ｓ３）　）ルク差ｔｅに定数（Ｅ　／　ｔｍａｘ）を
乗じて単位変換し距離差１ｅを求める。

（Ｓ４）距離差１ｅと前回の距ＩＩ差１ｅ’の差から今
回の補正量ｐｅを求め、前回の距Ｉｔ差１ｅ’を今回の
距離差１ｅと置き換える。

（Ｓ５）補正量ｐｅを補正量を積算させたＰに加え、Ｐ
と置き換える。

（Ｓ６）積算した補正量Ｐに、パラメータで設定された
時定数１／Ｔを乗じて、補正値Ｃｏｆを求める。

（Ｓ７）補正値Ｃｏｆを実際の補正量として出力するの
で積算した補正量Ｐから差し引く。

上記の３１〜Ｓ７の各処理はブロック図で示すと第３図
のようになる。

また第４図に前記第２図で示した補正量算出プログラム
を含む全体の処理フローを示す。

第４図において、０１９８はＺｌ軸をマスタ軸とした加
ニブログラム中の連動モード指令、Ｇ１９９はＺ２軸を
マスタ軸とした加ニブログラム中の連動モード指令、Ｇ
１９７は加ニブログラム中の連動モードのキャンセル指
令としである。

図中のＳに続く番号はステップ番号を示す。

（Ｓ９）Ｚｌ軸用指令パルスと２２軸用指令パルスをそ
れぞれＣｐｚ　１とＣｐｚ２に読み込む。

＋５ＩＯＩ指令が６１９８か判定し、もし６１９８のの
時は（ＳｉｌｌでＺｌ軸がマスタ軸の連動モードを示す
フラグ（ＦＧＩ）をオンする。

（Ｓ１２］指令が６１９９か判定し、もしＧｌ　９９の
時は（Ｓ１３）で２２軸がマスタ軸の連動モードを示す
フラグ（ＦＧ２）をオンする。

＋５１４１指令が６１９７か判定し、もしＧ１９７の時
は、（Ｓ１５１でそれまでに補正した積算量（Ｓ２０で
算出）をスレーブ軸の指令に対してフィードバックし、
指令値のプリセットを行い、　＋３１６１で運動モード
をキャンセルするため、連動モードを示すフラグ（ＦＧ
ＩＦＧ２）をクリアし、補正量の積算値Ｈｐをクリアす
る。

（Ｓ１７１　Ｚ　１軸の補正量Ｃｏｆｌと２２軸の補正
量Ｃｏｆ２を初期化する。

（Ｓ１８１連動モードを示すフラグ（ＦＧｌ、ＦＧ２）
をチエツクし連動モードでなければ（３２４１にジャン
プし、連動モードの時は［５１９１以下の補正処理を行
う。

ｆｓ１９１　ここでは第２図に示した補正量の算出を行
い、補正量Ｃｏｆを求める。

（３２０１（Ｓｉ２０で求めた補正量を積算するため補
正量Ｃｏｆを補正積算価Ｈｐに加え、Ｈｐと置き換える
。

＋５２１１　Ｚ　ｌ軸と２２軸のどちらがマスタ細か判
定する。

（Ｓ２２１　Ｚ　１軸がマスタ軸の時は２２軸をスレー
ブ軸とする為、Ｚ２軸の指令データＣｐｚ２をマスタ軸
の指令データＣｐｚｌと置き換え、補正量Ｃｏｆをスレ
ーブ軸に加えるためＣｏｆ２をＣｏｆと置き換える。

（Ｓ２３１２２軸がマスタ軸の時はＺｌ軸をスレーブ軸
とする為、Ｚｌ軸の指令パルスＣｐｚｌをマスタ軸の指
令パルスＣｐｚ２と置き換え、補正量Ｃｏｆをスレーブ
軸に加えるためＣｏｆｌをＣｏｆと置き換える。

（Ｓ２４１　Ｘ軸の指令パルスＣｐｘをＸ軸サーボアン
プへ、Ｚｌ軸の指令パルスＣｐｚｌに補正パルスＣｏｆ
ｌを加えたものをＺｌ軸サーボアンプへ、Ｚ２軸の指令
パルスＣｐｚ２に補正パルスＣｏｆ２を加えたものを２
２軸サーボアンプへそれぞれ出力する。

なお、上記実施例にあっては、補正量を演算するため定
格出力を発生させる誤差量（Ｅ）及び定格トルク（ｔｓ
ｅａｘ）を用いたが、必ずしもこのデータを用いる必要
はなく、実験で求めた成る定数を用いてもよい。

又上記実施例にあっては、この発明が理解し易いように
サーボモータ特性、サーボアンプ特性等が両者同一であ
ってこれらの特性の相違による同期連動筋れが存在しな
い場合について説明したが、これらの特性の相違があっ
て同期連動筋れが発生する懸念がある場合には１例えば
特開平ｌ−２２８７５２号公報に開示されている主軸同
期技術（本発明の対象とする旋盤であって、２つの主軸
モータに同一の指令を与えてもサーボモータ特性等に相
違があって同期連動筋れが発生する場合には、主軸モー
タのトルク、回転位置及び速度から主軸モータの補正値
を算出することにより同期連動筋れを防止し、もってワ
ークのねじれを防止する技術）を、サーボモータの同期
制御に流用すればよい、即ち前記変位による加工精度低
下防止は本発明を採用し、又前記モータ特性等の相違に
よる加工精度低下は例えば特開平１−２２８７５２号公
報に開示されている主軸同期技術をサーボモータの同期
制御に流用して対応すればよい。

又上記実施例において、前記変位が余り過大になると主
軸台を移動させてその変位を吸収させたとしても加工精
度が補償されなくなる懸念があるので、トルク差が一定
値以上になったときは、その補正を行うことなくアラー
ムを出すことが好ましい。

なお又上記実施例においては、ＮＣ装置側に電流フィー
ドバック信号を取込みＮＣ装置側で位置指令データを補
正するものについて説明したが、サーボアンプ側でＮＣ
装置より指令される位置指令データを補正するようにし
てもよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上前記実施例Ｔ’説明したように　ｌ　ＺＴで２台分
の旋歎を名わせた様ｆｒ：複合旋盤が近年数多く生産さ
れろよう＆になったが、乙のような複０旋盤ｔこ於て１
両方のチャック”ｒｉ−つの′ワークを同時に杷櫃し同
期運転を行う３ｐ名、機械自身ま１．置ｊ：ワークその
ものの変位によってワー　りに不要な負荷が加わるのを
本発明６．二よって防止する事ができるのでワークの加
工精度を向」二できる。またサーボ（−タに対して不要
な負荷をか＆Ｊｔ！：い為、サーボモークの消費電力を
低減づ−ることか可能となり、省エネルギーの効果があ
る。

なおまた機械自身に歪が発生し難くなるので、機械自身
の精度も長年ろこ亘って保証できるようになる６

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図１５：この発明の一実施例に係る図で、
第１図はこの発明方法を具体化１゛るための全体を示す
ブロック図、第２図はトルク差から補正量を求める方法
を示すフローチャート図、第３図Ｇ：ｊ第２図の処理の
ブロック図、第４図Ｌｉ“この発明方法の全体を示ず）
Ｌコ　チ＝、−１・図、第５図はづ一ボモータの１−ル
ク波形を示すグラフ図、第６図は同期連動加工を行う複
合旋盤を示す構成図、第７図は、従来の同期加工を実現
′１−る駆動部を示すブロック図、第８図は従来の同期
制御では変位がワー　りや機械に歪を発生さ；す゛るこ
とを示す見取図である、 なお、図中、同一符号は同一・、又は相当部分を示す、 ５）・・・−ワーク １１）　ｆ２１）・・・・チャック １２　（２２１・・・・主軸台

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一の送り軸と第二の送り軸にそれぞれ連結され
   た２つの対向した主軸台を有し、前記２つの主軸台をワ
   ークを介して連結させ、その状態で一つの位置指令デー
   タで前記２つの送り軸を同期連動制御させる旋盤の送り
   軸同期連動方法において、（ａ）前記第一の送り軸と第
   二の送り軸のトルク差から機械又はワーク変位に起因す
   る送り軸に対する位置の補正量を演算するステップ、 （ｂ）前記ステップで求めた補正量に基づいて前記第一
   の送り軸の位置指令データ及び第二の送り軸の位置指令
   データの少なくとも一方を補正するステップ、 を有することを特徴とする旋盤の送り軸同期連動方法。
2. （２）第一、第二の送り軸のいずれか一方をマスタ軸と
   すると共に他方をスレーブ軸とし、スレーブ軸のみに補
   正をかけるようにしたことを特徴とする請求項（１）に
   記載の旋盤の送り軸同期連動方法。
3. （３）送り軸に対する補正を連動モードの時だけ実行す
   る様にし、連動モードが解除された時に補正量をキャン
   セルすることを特徴とする請求項（１）に記載の旋盤の
   送り軸同期連動方法。