JPH03121748A - 主軸同期回転制御方式 - 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、２つの主軸を有する工作機械（旋盤等）にお
ける同期回転制御方式に関する。

従来の技術 ２つの主軸を有する工作機械はすでに公知である。これ
らの工作機械において、２つの主軸を同期速度で回転さ
せる制御は従来から行われている。

ト＜ニ、旋盤等において能率よくワークを加工するため
に、ワークを把持している一方の主軸から他方の主軸に
ワークを渡し、他方の主軸でワークを把持させるような
場合、２つの主軸を同期させて同一速度で回転させる制
御方法が採用されている。

また、ワークを一方の主軸から他方の主軸に掴み換える
場合、２つの主軸の回転速度が同じでも回転中の異形の
ワークが掴み換え時に、ワークを受取る側の把持部等に
干渉する場合が生じ、ワークに傷をつけたり変形させた
りする。

そこで、本出願人は特願平１−１９２７５１号の特許出
願において、２つの主軸を位相も同期して回転制御する
制御方式を提案した。

この位相同期制御方式は同期回転速度指令を与えて、速
度制御により２つの主軸を同期回転速度で回転させる。

そして、２つの主軸が同期回転速度になった後、同期回
転数相当の位置偏差量（エラーパルス量）を同期回転速
度指令から求めて、この位置偏差量を各主軸の位置制御
のエラーカウンタにセットし、同期回転速度に対応する
移動指令と各主軸のポジションコーダからの位置信号と
により位置制御を行う。その後、同期回転速度に対応す
る移動指令を与えて、ポジションコーダからの位置信号
とにより位置のフィードバック制御を行う。その結果、
２つの主軸は位置制御が行われながら同一速度で回転す
ることとなる。

そして、各主軸のポジションコーダからの１回転量号と
位置信号とによって各主軸の１回転量号位置からの回転
量即ち回転角をそれぞれ求め、この回転量を位置制御の
エラーカウンタから減じれば位置偏差量が変り、各軸は
減速及び加速され、各主軸の位相は同一となり、同一回
転速度で回転することとなる。

このようにして、２つの主軸を位相も同期して、同一回
転速度で駆動し、位相も速度も同一となった後、一方の
主軸から他方の主軸へワークを渡すようにしたものであ
る。

発明が解決しようとする課題 一方の主軸から他方の主軸へワークを引き渡す場合、２
つの主軸がワークを同時に把持する期間が生じる。

一方、２つの主軸が同一速度で回転しているとしても、
その速度には僅かであるが速度変動があり、その速度変
動は同期して変動することはなく、２つの主軸間にはわ
ずかな速度差の変動が生じている。そのため、一方の主
軸から他方の主軸へワークを引き渡すときに、２つの主
軸がワークを把持したとき、２つの主軸間に速度差があ
ると、各主軸を駆動するモータ間に出力トルクの差が生
じ、ワークをねじることとなる。

すなわち、２つの主軸モータへ対する速度指令は同一（
同期速度）であるが、各軸のポジションコーダ等からフ
ィードバックされるそれぞれのモータ実速度にわずかな
差があれば、その分速度偏差が異なることになる。そし
て、速度制御ループは、通常、ＰＩ制御（比例、積分制
御）またはＩＰ制御（積分、比例制御）で行われトルク
指令を出力するから、速度偏差の差分だけトルク指令も
異なることとなる。２つの主軸がワークを把持した状態
では２つの主軸は同一速度で、２つの主軸モータの実速
度も同一となるが、２つの主軸が同時にワークを把持し
た時点の上記速度差が速度制御ループの積分器に残り、
トルク指令に差を生むこととなり、ワークにねじれを生
じさせる。

このことは、位相も同期して位相同期回転制御を行う場
合著しくなる。位相同期回転制御の場合、位置ループ制
御によって位置の制御をも行うから、ワークを２つの主
軸が同時に把持したときに速度差があると、位置フィー
ドバック値が異なることになり、両位置ループのエラー
カウンタに記憶される位置偏差量に差が生じることとな
る。そして、ワークを２つの主軸が把持した以後は、２
つの主軸は同一速度で回転するので（ワークのねじれ分
だけ差がある）、上記位置偏差は残ることになり、位置
ループから出力される速度指令も差が生じ、その結果、
速度偏差も差が生じることとなる。この速度偏差の差が
速度ループの積分器によって積算され、トルク指令の差
は順次増大することとなり、ワークをねじることとなる
。

このように、２つの主軸の速度のばらつきによって２つ
の主軸がワークを同時に把持したとき生じる速度差によ
ってワークにねじれを生じさせるという不具合が生じる
。

そこで、本発明の目的は、一方の主軸から他方の主軸へ
ワークを引き渡すときワークにねじれを生じさせない主
軸同期回転制御方式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、２つの主軸の回転速度を同期させた後、さら
には、位置ループ制御によって２つの主軸の位相をも同
期させた後、ワークを一方の主軸から他方の主軸へ引き
渡すとき、他方の主軸がワークを把持した後、一方の主
軸がワークの把持を解くまで速度ループ制御の積分制御
を無効にすることによって、ワークにねじれを生じさせ
ないようにした。

作用 ２つの主軸がワークを把持した状態では、２つの主軸は
速度のばらつきも含めて、全く同一の速度で回転するこ
ととなり、２つの主軸のモータの出力トルクの差はワー
クを同時に把持した時点の速度の差に起因する。位相は
同期させずに速度のみ同期させる場合においては、同時
にワークを把持した時点での速度差による、両生軸モー
タの速度ループ制御における速度偏差の差が速度ループ
の積分器に残り、これにより、それぞれの主軸モータの
トルク指令に差を生じ、２つの主軸モータに出力トルク
の差が生じるが、ワークを同時に把持した時点で速度ル
ープの積分制御を無効にし比例制御のみにすれば、トル
ク指令には差が生ぜず、２つの主軸モータは同一トルク
を出力し、その結果、ワークにねじれが生じることはな
い。

また、位相も同期して２つの主軸を駆動するために、位
置ループ制御も入れて２つの主軸を、同一位相、同一回
転速度で駆動し、ワークを掴み換える場合には、同時に
ワークを把持したときの速度差によって生じる位置偏差
の差が速度指令値の差として位置ループから出力され、
これが速度ループの積分器に積算され、トルク指令値に
差を生じることとなるが、この場合も、ワークを同時に
把持したときから一方の主軸がワークの把持を解くまで
速度ループの積分制御を無効にし、比例制御のみにする
からトルク指令値の差は小さくなり、２つの主軸モータ
の出力トルクの差は小さく、ワークのねじれは少ない。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の機能ブロック図である。

第１図中、１００は第１の主軸、２００は第２の主軸、
３００はワークであり、第１図では両生軸１００．２０
０のワーク把持部のチャック１０３．２０３に把持され
ている状態を示している。

１０１．２０１はそれぞれ第１．第２の主軸に取付けら
れたポジションゲイン、１０２，２０２ｉ；を第１．第
２の主軸の主軸モータであり、ギヤやベルト等の伝動手
段１０４，２０４を介して主軸１００．２００を駆動す
る。

１１０．２１０は各主軸の主軸制御回路であり、マイク
ロプロセッサ等で構成されている。１１１゜２１１は各
主軸制御回路１１０，２１０の速度制御部、１１２，２
１２は位置制御部である。また、４００はＮＣ（数値制
御）装置である。

第３図は速度制御部１．１１，２１１．位置制御部１１
２，２１２による各主軸モータ１０２．２０２の制御を
行う主軸制御回路１１０，２１０のブロック線図である
。第３図中、符号１ｏは位置制御部１１２．２１２で行
う位置ループ制御の伝達関数でＫＰはポジションゲイン
である。符号１１は速度制御！ｆｆ１ｌｌｌ、２１１で
行う速度ループの伝達関数でに１は積分ゲイン、ｋ２は
比例ゲイン、符号１２は各主軸モータ１０２，２０２の
伝達関数でＪはイナーシャ、Ｋ　ｔはトルク定数、１３
は主軸の速度を積分して主軸位置を求める伝達関数であ
る。

主軸モータ１０２，２０２を速度制御部１１１゜２１１
で速度制御のみを行う場合にはＮＣ装置４００より速度
指令Ｖｃが出力され、速度制御部１１１．２１１では伝
達関数１１で示すＰＩ制御を行ってトルク指令Ｔｃ（電
流指令）を主軸モータ１０２．２０２に出力し、各主軸
モータ１０２゜２０２を駆動する。そして、ＮＣ装置４
００から同期速度指令が出力されたとき、各速度制御部
１１１．２１１に入力される速度指令Ｖｃは同一となり
、両生軸モータ１０２．２０２は同一速度となる。そし
て、ワーク３００を引き渡すために両チャック１０３，
２０３がワーク３００を共に把持したとき、主軸モータ
１０２．２０２の速度のばらつきにより速度フィードバ
ック信号Ｖｆが異なっていると、両速度制御部１１１．
２１１における速度偏差εＶは異なる。この速度偏差ε
Ｖが異なれば、速度制御１１１１１．２１１の積分項の
出力、比例項の出力が異なり、両速度制御部１１１．２
１１から出力されるトルク指令値Ｔｃは異なることとな
る。しかし、ワーク３００を両チャツク１０３，２０３
が把持していることから、以後は速度フィードバック信
号Ｖｆは同一となり、以後の速度偏差は等しくなる。

その結果、両トルク指令値Ｔｃはワーク３００をチャッ
ク１０３．２０３が共に把持した時点における両生軸モ
ータ１０２，２０２の速度のばらつきによる速度偏差ε
Ｖの差だけ速度制御部１１１．２１１の積分項の積分値
が異なり、その分トルク指令値Ｔｃが異なってワーク３
００をねじることとなる。

また、位相も同期して制御する場合には、位置制御部１
１２．２１２で位置も制御することとなるが、両生軸モ
ータ１０２．２０２が同期速度になった後、位相同期指
令がＮＣ装置４００から出力され、ＮＣ装置４００から
同一の位置指令Ｐｃが出力され、位相も同期して両生軸
ｔｏｏ、２００が回転した後、両チャック１０３．２０
３がワーク３００を共に把持したとき、両生軸に速度の
ばらつきがあり、位置フィードバック値が異なっている
と、エラーカウンタに記憶される位置偏差εｐは異なる
ことになる。そして、両チャ・ツク１０３．２０３がワ
ーク３００を把持した後は主軸１００，２００の速度は
同一（ねじれによる差はある）となるから、両エラーカ
ウンタの位置偏差εｐは変化せず、速度指令Ｖｃは異な
った値で各速度制御部１１１，２１１に入力されること
となる。そのため、速度偏差が異なり、積分項で積分さ
れ、トルク指令Ｔｃの差は順次増大することになり、ワ
ーク３００はねじられることになる。

そこで、本発明はワーク３００をチャック１０３゜２０
３で共に把持している開速度制御部１１１゜２１１の積
分ゲインに１を「０」にして積分制御を無効にすること
によって両生軸モータ１０４゜２０４の出力トルクを等
しくすることを特徴とする。

以下、本実施例の動作を説明する。

各主軸１００．２００が独立して駆動されているときに
は、ＮＣ装置４００よりそれぞれ独立の速度指令が各主
軸制御回路１１０，２１０の速度制御部１１．１，２１
１に入力され、主軸モータ１．０２．２０２を速度制御
し、伝動手段１０４゜２０４を介して主軸１００．２０
０を回転させる。

今、第２図に示すように、主軸１００，２００が異なっ
た回転数で回転しているとする。この状態でＮＣ装置４
００から同期制御指令が出されると共に同期速度指令が
出されると、各速度制御部１１１．２１１は各主軸モー
タ１０２，２０２を制御して主軸１００．２００を同期
回転数（速度）で回転させる。なお、本実施例では伝動
手段１０４．２０４のギア比が同一としているが、ギア
比が異なる場合は、そのギア比に合わせて主軸１００．
２００が同一の同期回転数になるように速度指令が変換
される（なお、この点は先の出願特願平１−１９２７５
１号に詳細に説明しているので該出願の明細書を参照）
。そして、各主軸モータ１０２．２０２の回転数がパラ
メータに設定された範囲内に入り、両生軸制御回路から
同期完了信号がＮＣ装置に入力されると、ワーク３００
が断面円形などで位相同期を行わず、主軸１００，２０
０を同一回転数で回転させた状態でワークの掴み換えを
行う場合には、ワークを引き渡そうとする主軸側のチャ
ックに対し、チャック閉指令信号を出力する。そして、
該チャックからチャック閉完了信号がＮＣ装置４００に
入力されると、ＮＣ装置４００は速度積分制御信号を両
生軸制御回路１１０．２１０に出力し、速度制御部１１
］、、２１１の積分ゲインを１０」にして積分制御を無
効にする。そして、今までワーク３００を把持していた
主軸側のチャックに対しチャック開信号を出力し、該チ
ャックからチャック開完了信号が出力されると、速度積
分制御信号をオフにし、再び両速度制御部］、１１．２
１１の積分ゲインの通常のゲインに戻し、Ｐ■副制御た
はＰＩ制御の速度ループ制御を行わせる。

一方、ワークが断面円形ではなく位相も同期させる場合
には、同期速度制御完了信号がＮＣ装置４００に入力さ
れた後、位相同期指令を両生軸制御回路１１０．２１０
に出力し、位置制御部１１２．２１２での位置ループ制
御をも実行させる。

そして、同期位相制御完了信号がＮＣ装置４００に入力
されると、第２図破線に示すようにワークを把持しよう
とする主軸側のチャックにチャック閉信号を出力し、チ
ャック閉信号がＮＣ装置４００に入力されると、速度積
分制御信号を両生軸制御回路１１０，２１０に出力し、
速度制御部１１１．２１１の積分ゲインに１を「０」に
して積分制御を無効にする。そして、今までワークを把
持していた主軸側に対し、チャック開指令を出力し、該
チャックからチャック開完了信号が出力されると、ＮＣ
装置４００は速度積分制御信号をオフにし、速度制御部
１１１．２１１での積分制御を開始させる。以上が、本
発明の一実施例の動作であるが、同期速度制御９位相同
期回転制御の処理の詳細は先の出願特願平１−１９２７
５１号と同一であるので、詳細な説明は省略している。

そして、本発明は同期速度制御により２つの主軸が同期
した後、または位相同期回転制御により２つの主軸が位
相をも同期した後、一方の主軸から他方の主軸へワーク
を掴み換えるとき、両主軸のチャ、ツクが同時にワーク
を把持している開速度制御部の積分ゲインに１を「０」
にして、積分制御を無効にして、比例制御のみで速度制
御を行ってワークのねじれを防止したものである。

発明の効果 本発明は、２つの主軸の回転速度、または回転速度及び
位相も同期した後ワークを一方から他方の主軸に引き渡
す際、ワークが両主軸で把持されている間、速度制御の
積分制御を無効にすることによって主軸のモータの出力
トルクを同一としたから、ワークにねじれが生じること
はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の機能ブロック図、第２図は
同実施例における動作タイミングチャート、第３図は同
実施例における速度制御部１位置制御部のブロック線図
である。 １００．２００・・・主軸、１０１，２０１・・・ポジ
ションコーダ、１０２．２０２・・・主軸モータ、１０
３．２０３・・・チャック、１１０．２１０・・・主軸
制御回路、１１１．２１１・・・速度制御部、３００・
・・ワーク、４００・・・ＮＣ装置。 第 ２ 第

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの主軸の回転速度を同期させた後、ワークを
   一方の主軸から他方の主軸へ引き渡すとき、他方の主軸
   がワークを把持した後、一方の主軸がワークの把持を解
   くまで速度ループ制御の積分制御を無効にしたことを特
   徴とする主軸同期回転制御方式。
2. （２）２つの主軸の回転速度を同期させ、かつ、位置ル
   ープ制御によって２つの主軸の位相も同期させた後、ワ
   ークを一方の主軸から他方の主軸へ引き渡すとき、他方
   の主軸がワークを把持した後、一方の主軸がワークの把
   持を解くまで速度ループ制御の積分制御を無効にしたこ
   とを特徴とする主軸同期回転制御方式。