JP2000066710A

JP2000066710A - Ｎｃ制御システム

Info

Publication number: JP2000066710A
Application number: JP10233738A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okino; 弘沖野; Hideaki Kodama; 秀明児玉; Katsumi Kuribayashi; 克美栗林; Akira Chin; 亮陳; Tatsuyuki Miyasaka; 竜行宮坂; Tetsuji Takizawa; 哲司滝沢; Tomonobu Tazaki; 朋伸田崎; Toshinaka Shinbutsu; 利仲新仏; Minoru Yoshizawa; 稔吉沢; Shuichi Amano; 秀一天野
Original assignee: NISSEE KK; Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: NISSEE KK; Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2000-03-03
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: DE19963451A1; JP3581259B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＣ工作機械の複数の駆動軸をソフトウエア
手法でリアルタイムに制御し、また、ダイス移動台移
動、主軸回転、主軸傾斜の各機構を有する転造装置にあ
っては、それぞれの機構を相互に関連付けながら同時制
御することで、より複雑で高精度の加工を実現するＮＣ
制御システムを提供すること。【解決手段】制御する各駆動軸の動作を同一言語体系
でプログラミングするプログラミング手段と、該プログ
ラミング手段に基づいて制御要求を処理する実時間処理
手段と、該実時間処理手段に基づいて処理された移動位
置及びタイミング情報を各駆動軸に伝達すると共に、各
駆動軸で検出された位置情報等をコンピュータに転送す
る制御伝送手段と、各駆動軸の状態を監視し、実時間で
制御信号の入出力を管理する実時間管理手段とを備え、
コンピュータと各駆動軸との双方向通信により複数の動
作機構の駆動軸を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械等におい
て使用されるＮＣ制御システムに係り、特に動作記述言
語を用いて複数の駆動軸をリアルタイムに制御するのに
好適なＮＣ制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＮＣ（数値）制御を行なう装置に
あっては、制御の中心が駆動軸の位置情報を記述する手
段と、シーケンスコントローラ等でシーケンスを組み立
てる手段とで構成されていた。このような場合の制御シ
ステムは、例えば図１２に示した構成をとるのが一般的
である。制御の上流側には、ＬＡＮ（Local Area Netwo
rk）１上に接続された操作用コンピュータ２があり、こ
の操作用コンピュータ２には、シリアル信号ライン３を
介して制御コンピュータ４が接続されている。一方、制
御の下流側には、駆動や検出に関わるモータ１０やセン
サ１１がサーボアンプ９を介してモーションコントロー
ラ６に接続されている。また、ランプ、スイッチ類、各
種センサに関しては、入出力装置８を介してシーケンス
コントローラ７に接続されている。そして、前記制御コ
ンピュータ４、モーションコントローラ６、シーケンス
コントローラ７は、専用バスライン５に接続されて一つ
の制御システムを構成している。

【０００３】上記構成におけるＮＣ制御システムは、駆
動軸の位置や速度等のモーションが記述されたソフトウ
エアを実行する制御ルートと、予めプログラムされた手
順に従ってシーケンスを実行する制御ルートとの組み合
わせにおいて成り立っている。具体的には、上記モーシ
ョン記述言語としては、座標軸記述言語であり、シーケ
ンスを構成するのは、電磁リレーやロジックで構成され
たコントローラである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような電磁リレーやロジックを利用したハード的なシー
ケンサと座標軸記述によるソフトウエアの組み合わせで
は同期がうまくとれず、制御が滑らかに行なえない。ま
た、最近では、プログラマブルコントローラのような、
ある一定のプログラムに基づいてシーケンスを実行する
ものがあるが、命令体系が限られており、細かい動作や
複数の駆動軸に対して位置指令、速度指令、トルク指令
等の実時間の同時制御に限界があった。

【０００５】また、モーションを制御する伝送路と、シ
ーケンスを制御する伝送路が別個独立したものであるた
め、一つのＮＣ制御システムを構築するのに機能の異な
る２系統以上のコントローラを有しなければならない。
このため、システム構成が複雑になり、応答速度の遅い
ものとなっていた。

【０００６】さらに、上記システム構成においては、使
用する駆動装置に対して専用のコントローラ、プロセッ
サ等が必要であるため、駆動装置間での互換性がない。
このため、サーボシステムは、通常同じ製造元のモー
タ、アンプ、センサ等で構成されている。したがって、
コントローラに、ある製造元のものを採用すると、装置
全体が同一メーカのサーボシステムで構成されるため、
システム設計の自由度が制限されていた。

【０００７】一方、上記制御システムを応用した装置の
例としては、ワークにねじ溝を加工するための丸ダイス
式転造装置がある。この転造装置は、丸ダイスをワーク
に接近させる移動台移動機構や丸ダイスの回転に関わる
回転機構等を上記従来のシステムで制御するものである
が、複数の機構を同時に制御したり、各機構同士の同期
をとりながら制御する手段がなかったため、これらの制
御を各機構毎単独に行なわざるを得ず、ワークの径変化
に追従できるような複雑で高精度な加工が困難であっ
た。また、上記移動台移動機構や丸ダイスの回転機構の
他に、ワークの切り込み量を制御するための押込機構、
ワークの歩み量を制御するためのダイス傾斜機構などを
新たに設けたり、丸ダイスの回転機構において各丸ダイ
スの回転角の位相を互いに変化させて制御する等の必要
性が生じた場合に、従来の制御システムのままでは対応
できないといった問題点があった。

【０００８】そこで、本発明は、制御及び管理が一元化
された環境の下で、複数の駆動軸の動作（位置、速度、
タイミング等）のすべてをＡＭＬやＳＲＸを用いたソフ
トウエア手段でリアルタイムに制御すること、また、転
造装置に応用した場合は、ワークの状態変化に応じてダ
イスの移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の
それぞれの駆動軸を相互に関連付けながら同時制御する
ことで、より複雑で高精度の加工を可能としたＮＣ制御
システムを提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係るＮＣ制御システムは、プロ
グラムされたコンピュータによって複数の動作機構を制
御する装置であって、制御する動作機構の駆動軸に関す
る複数の動作を同一言語体系でプログラミングするプロ
グラミング手段と、該プログラミング手段に基づいて制
御要求を処理する実時間処理手段と、該実時間処理手段
に基づいて処理された移動位置情報と移動タイミング情
報を各動作機構の駆動軸に伝達すると共に、各駆動軸に
配設された検出装置からの位置情報をコンピュータに転
送する制御伝送手段と、各動作機構の駆動軸の状態を監
視し、実時間で制御信号の入出力を管理する実時間管理
手段とを備え、コンピュータと各動作機構との双方向通
信により複数の動作機構の駆動軸を制御することを特徴
とする。

【００１０】また、本発明の請求項２に係るＮＣ制御シ
ステムは、上記制御伝送手段は、単一のインターフェイ
ス装置を備え、該インターフェイス装置を中心に複数の
動作機構がループ状に連結され、コンピュータと各動作
機構との双方向通信により複数の動作機構の動作を一元
制御及び一元管理することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の請求項３に係るＮＣ制御シ
ステムは、上記動作機構が、一組の丸ダイス移動台を接
近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれぞれ
の主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主軸を
該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸傾斜
機構とで構成され、前記一組の丸ダイスでワークを挟
み、該丸ダイスの主軸が回転しながら接近してワークを
転造加工する丸ダイス式転造装置であって、上記移動台
移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各駆動軸を、
上記プログラミング手段、実時間処理手段、制御伝送手
段及び実時間管理手段によって制御することを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明の請求項４に係るＮＣ制御シ
ステムは、上記動作機構が、一組の丸ダイス移動台を接
近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれぞれ
の主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主軸を
該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸傾斜
機構とで構成され、前記移動台移動機構が一組の丸ダイ
スを軸支する一組のダイス移動台と、丸ダイスによるワ
ークの転造位置の回りで前記一組のダイス移動台間に２
本以上架け渡されたはり軸と、前記一組のダイス移動台
を接近させ、前記一組の丸ダイスでワークを挟む押込機
構とを備え、前記ダイス移動台を前記はり軸にガイドさ
せて接近させると共に、転造圧力によって前記一組の丸
ダイス間に生じる反力を前記はり軸に負担させるように
構成した丸ダイス式転造装置であって、上記移動台移動
機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各駆動軸を、上記
プログラミング手段、実時間処理手段、制御伝送手段及
び実時間管理手段によって制御することを特徴とする。

【００１３】また、本発明の請求項５に係るＮＣ制御シ
ステムは、予めプログラムされた設定回転角値に基づい
て上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータ
で回転制御すると共に、この主軸の回転角を転造加工の
経過に伴って互いに変化させるように制御したことを特
徴とする。

【００１４】また、本発明の請求項６に係るＮＣ制御シ
ステムは、予めプログラムされた設定回転角値に基づい
て上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータ
で回転制御する一方、転造中の各丸ダイスの回転角を回
転角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定回転
角値と前記回転角検出手段によって検出された検出回転
角値とを比較し、設定回転角値に一致するよう主軸の回
転角を補正制御することを特徴とする。

【００１５】また、本発明の請求項７に係るＮＣ制御シ
ステムは、予めプログラムされた設定傾斜角値に基づい
て上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータ
で傾斜制御する一方、転造中の各丸ダイスの傾斜角を傾
斜角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定傾斜
角値と前記傾斜角検出手段によって検出された検出傾斜
角値とを比較し、設定傾斜角値に一致するよう主軸の傾
斜角を補正制御することを特徴とする。

【００１６】また、本発明の請求項８に係るＮＣ制御シ
ステムは、予めプログラムされた設定傾斜角値に基づい
て上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータ
で傾斜制御する一方、ワークと各丸ダイスの相対位置の
ずれを検出する歩み検出手段によってワークの歩み量を
検出し、この歩み量に基づいて主軸の傾斜角を補正制御
することを特徴とする。

【００１７】また、本発明の請求項９に係るＮＣ制御シ
ステムは、予めプログラムされた設定トルク値に基づい
て上記一組の丸ダイスを作動させる一方、各丸ダイスに
働く加工トルクをトルク検出手段によって検出し、前記
プログラムされた設定トルク値と前記トルク検出手段に
よって検出された検出トルク値とを比較し、転造中の各
丸ダイスに働く加工トルクを一定範囲に保つよう前記各
丸ダイスの回転数、又は各丸ダイスの移動速度の少なく
とも一方を制御することを特徴とする。

【００１８】また、本発明の請求項１０に係るＮＣ制御
システムは、上記検出トルク値が設定トルク値より高い
場合は各丸ダイスの回転数を上げる一方、検出トルク値
が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの回転数を下
げるように制御することを特徴とする。

【００１９】また、本発明の請求項１１に係るＮＣ制御
システムは、上記検出トルク値が設定トルク値より高い
場合は各丸ダイスの移動速度を下げる一方、検出トルク
値が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの移動速度
を上げるように制御することを特徴とする。

【００２０】また、本発明の請求項１２に係るＮＣ制御
システムは、上記設定トルク値に対応して複数の回転角
加減速度を設定し、この回転角加減速度に基づいて上記
各丸ダイスの回転数を制御することを特徴とする。

【００２１】また、本発明の請求項１３に係るＮＣ制御
システムは、上記設定トルク値に対応して複数の加減速
度を設定し、この加減速度に基づいて上記各丸ダイスの
移動速度を制御することを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明に係るＮＣ制御システム
は、図１に示したように、高級言語を使用して動作（モ
ーション）を記述するプログラミング手段と、該プログ
ラミング手段で記述されたモーションを機械語に翻訳
し、実行モジュールに変換する実時間処理手段と、各駆
動軸の動作状態をリアルタイムＯＳにより監視する実時
間管理手段と、各駆動軸に対する制御信号やステータス
信号をアンプとインターフェイスコントローラの間で一
元制御及び一元管理する制御伝送手段とで構成されてい
る。

【００２３】上記プログラミング手段には、主としてＡ
ＭＬ(Advanced Motion Language）を使用している。こ
のＡＭＬは、オブジェクト指向による構造化されたプロ
グラミング言語で、多軸の同期運転システムの動作を記
述するのに適している。また、プログラムの作成、編
集、デバック等の開発環境がＤＯＳやＷｉｎｄｏｗｓベ
ースであることから、一般的なパーソナルコンピュータ
の使用が可能であり、使いやすいものとなっている。そ
のＡＭＬを用いたアプリケーションは、図２（ａ）に示
したように、一つのグローバル定義といくつかのモジュ
ール１，２…ｎの組み合わせで構成される。図２（ｂ）
は、その処理手順を示したものである。スタート時にグ
ローバル定義を参照し、モジュール１からモジュールｎ
までの処理を時分割して命令を実行する。このように、
ＡＭＬの記述は必要なオブジェクトを登録し、オブジェ
クトに含まれる関数や、変数を変更することで各部の動
作を決定する。そして、このＡＭＬで記述した各モジュ
ールは、ＡＭＬ開発ツールでコンパイルされ実行コード
（後述するＳＥＲＣＯＳ実行命令文（オブジェクトコー
ド））に変換されてからターゲットマシンにダウンロー
ドする。

【００２４】実時間処理手段及び実時間管理手段は、上
記ＡＭＬ開発環境に適した実行ルーチンであり、また、
リアルタイム処理機能を有したＳＲＸ（SERCOS Runtime
Executive）を使用している。このＳＲＸは、上記プロ
グラミング手段で記述した多軸制御プログラムを高速か
つ円滑に実行するためのリアルタイム処理プログラムで
ある。また、後述するインターフェイスのドライブにお
いても多彩な制御動作をサポートする。上記ＡＭＬで記
述された命令体系は、マルチタスク処理可能なイベント
ドリブン型の形態であるため、このＳＲＸに組み込まれ
たリアルタイムＯＳにより、入出力機器やセンサの信号
を探知して、すぐに他の処理ができるようになってい
る。

【００２５】制御伝送手段は、ＳＥＲＣＯＳ（Serial R
eal-time Communication System）仕様に基づいたイン
ターフェイスからなっている。このＳＥＲＣＯＳは、Ｎ
Ｃ制御装置とサーボアンプ間のデータ伝送のためのディ
ジタルインターフェイス仕様（国際規格ＩＥＣ１４９
１）であり、位置指令、速度指令、及びトルク指令等の
マルチレベルのインターフェイスを行なうものである。
本発明のＮＣ制御システムでは、上記プログラミング手
段で生成されたＳＥＲＣＯＳ実行命令文（オブジェクト
コード）を各駆動軸に伝えたり、駆動軸からのステータ
ス情報を制御コンピュータに返すといった制御を行な
う。

【００２６】上記各手段を用いて構成したＮＣ制御シス
テムの構成例を図３に示す。ここでは、大きく分けて制
御部Ｓ１、インターフェイス部Ｓ２、操作部Ｓ３とに分
けることができる。制御部Ｓ１は、バスライン１３上に
接続された制御コンピュータ１２で構成される。この制
御コンピュータ１２は、汎用のパーソナルコンピュータ
がベースとなったコントローラである。したがって、オ
ペレーティング・システム（ＯＳ）としては、一般的な
ＤＯＳやＷｉｎｄｏｗｓ等が使用可能である。上記制御
コンピュータ１２に関しては、前記パーソナルコンピュ
ータに限らず、ＵＮＩＸベースのワークステーションで
あってもよく、特にハードやＯＳに限定されるものでは
ない。インターフェイス部Ｓ２は、インターフェイスコ
ントローラ１５と、制御伝送路１６と、操作部Ｓ３の個
々の駆動装置に配設されるインターフェイスボード１７
とで構成される。前記インターフェイスコントローラ１
５には、ＳＥＲＣＯＳ仕様に基づいた制御を専用に実行
する専用プロセッサを有しており、このインターフェイ
スコントローラ１５と各駆動装置に配したインターフェ
イスボード１７とは、光ファイバーをループ状に形成し
た制御伝送路１６を介して接続されている。

【００２７】上記ＳＥＲＣＯＳによる制御は、制御コン
ピュータ１２とＳＥＲＣＯＳ制御下にあるサーボアンプ
１８との間でオペレーションモードとトランスミッショ
ンモードとを有する命令体系により行なう。オペレーシ
ョンモードには、位置制御モード、速度制御モード、ト
ルク制御モードがあり、各駆動軸の実際の動作を決定す
る。トランスミッションモードは、サイクリックと非サ
イクリックを選択でき、コマンド値とフィードバック値
をやりとりする。制御コンピュータ１２とサーボアンプ
１８との同期においては、主にサイクリック・データを
用いて、コマンド値とフィードバック値をやりとりする
ことで行なう。このときサーボアンプ１８内の運転情報
やアラームの要因等の情報も制御部Ｓ１にて取得するこ
とができ適確な制御を行なうことができる。

【００２８】上記ＳＥＲＣＯＳ仕様の制御伝送路１６は
一つに限られず、複数の独立したループを構成すること
ができる。この場合、一つのループには、一つのマスタ
（インターフェイスコントローラ１５）と、複数のスレ
ーブ（単軸、もしくは、複数軸用のサーボアンプ１８）
とで構成され、制御信号のやりとりは全てマスタとスレ
ーブ間において行われる。このため、各駆動軸の制御及
び管理がインターフェイスコントローラ１５と制御コン
ピュータ１２で一元的に行なえる。

【００２９】以下、上記ＮＣ制御システムを応用した転
造装置の設計例について説明する。開発環境及びシステ
ム構成図を図４に示す。ＬＡＮ１の上層には、開発用コ
ンピュータ２１が接続され、ここでＡＭＬによるプログ
ラミング開発が行われる。上記開発用コンピュータ２１
は、ＣＰＵ，モニタ，ハードディスク（ＨＤＤ），ＣＤ
−ＲＯＭ（ＣＤ），モデム等で構成され、ＡＭＬをはじ
めとする各種開発ツールを備えている。ここでプログラ
ムされた命令はコンパイルされた後、ＬＡＮ１の下層に
設けられた制御コンピュータ１２にダウンロードされ、
バスライン１３に接続されたインターフェイスコントロ
ーラ１５によりＳＥＲＣＯＳコマンドとして実行され
る。制御伝送路１６には５軸の駆動軸がサーボアンプ１
８を介して接続されている。また、各駆動軸やワークの
状態を検出するセンサ類もＡ／Ｄコンバータ１９やＩ／
Ｏ装置１４を介して同じ制御伝送路１６に接続されてい
る。ここで、各駆動軸の制御方法を図５に基づいて説明
する。本実施例では、Ａ，Ｂ軸の回転同期、Ａ，Ｂ軸の
上下動、Ｃ軸の５軸制御を基本とする。Ａ，Ｂ軸は、ダ
イスの主軸３４ａ，３４ｂの同期制御を行なう。この
Ａ，Ｂ軸の駆動は、減速ギアを介して行なうため、軸の
ねじれによる同期ムラが無視できない。そこでダイスの
主軸３４ａ，３４ｂに直結されたロータリエンコーダ
（図示せず）の信号により回転角を測定して同期ムラを
補正するようにサーボモータ（図示せず）の制御を行な
う。Ｃ軸は、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂの接近停止
位置と加工速度の制御を行なう。この軸により、加工開
始点及び所定のネジ山深さまで加工するためのダイス押
込み量を決める。Ａ，Ｂ軸の上下動を行なうＺ１，Ｚ２
軸は、ワークの歩み調整のためＡ，Ｂ軸各々を水平軸に
対して傾斜させるものである。この動作は、軸傾斜用ギ
ア３７ｂ及び軸傾斜用サーボモータ３８ｂを用いて行な
う。（図には示してないがダイス３２ａの側にも軸傾斜
用ギア３７ａ及び軸傾斜用サーボモータ３８ａを有して
いる。）上記Ｚ１，Ｚ２軸は、原点復帰した時は、平行
（水平）となる。また、傾斜角度測定用のエンコーダ４
５ａ，４５ｂの信号により、Ａ，Ｂ軸の機械的、又は制
御上の異常を検出し、非常停止処理を行なう。歩みの制
御は、歩み検出手段６２の信号により、Ａ，Ｂ軸の両方
またはどちらか一方に所定の傾斜角をステップ状に与
え、歩み検出手段６２がＯＦＦになるように制御する。
上記５軸の同時制御に関しては、図１乃至図３に示した
ＡＭＬ、ＳＲＸを用いたソフトウエア開発環境や、ＳＥ
ＲＣＯＳインターフェイスを中心とした制御伝送の適用
において可能となったものである。

【００３０】上記Ａ，Ｂ軸を同時制御する効果として
は、従来のギヤによる固定同期方式やエンコーダによる
同期ずれを検出しフィードバックする方式では困難であ
った差速制御が可能となることである。これにより、ワ
ークの径が変化してもＡ，Ｂ軸の回転位相差を補正する
ことで、ワークのピッチ合わせが可能となり、セレーシ
ョンやスプラインといった加工が容易になる。

【００３１】また、前記Ａ，Ｂ軸に加えてＣ軸の３軸を
同時制御する効果としては、Ａ，Ｂ軸あるいはＣ軸単独
の制御では得られなかった最大トルク量が抑えられるこ
とである。このため、ダイスを支えるフレームの歪みや
ダイス自体の耐久性の問題が改善される。さらに、Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｚ１，Ｚ２の５軸を同時制御する効果として
は、転造加工中のワークの歩みを制御できることであ
る。これにより、つば付き転造等の多彩な転造加工が可
能となる。

【００３２】次に、上記設計仕様に基づいて製造された
丸ダイス式転造装置の一実施例について説明する。図６
及び図７は、上記丸ダイス式転造装置の概要を示したも
のである。この丸ダイス式転造装置３１は、一対の丸ダ
イス３２ａ，３２ｂが回転しながらワーク３３を挟み込
み、ワーク３３を押圧して転造加工するものであって、
基台４７上に一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂを左右方
向、即ちワーク３３の半径方向に移動させ、丸ダイス３
２ａ，３２ｂを互いに接近させる上記Ｃ軸を中心とした
移動台移動機構４４と、上記Ａ，Ｂ軸を中心として丸ダ
イス３２ａ，３２ｂを回転させる主軸回転機構４３と、
上記Ｚ１，Ｚ２軸を中心として丸ダイス３２ａ，３２ｂ
を傾斜させる軸傾斜機構４２と、ワークに対して丸ダイ
スの片方を押込める押込機構５０とを備える。

【００３３】上記主軸回転機構４３は、第１の丸ダイス
３２ａ及び第２の丸ダイス３２ｂを高精度で同速回転さ
せるものであり、回転駆動部と回転検出部とで構成され
ている。前記回転駆動部を構成するのは、減速機付きの
主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂであり、丸ダイ
ス３２ａ，３２ｂの主軸に直接取り付けられる。また、
回転検出部を構成するのは、ロータリエンコーダ等の回
転角検出装置（図示せず）であり、主軸３４ａ，３４ｂ
に直接取り付けられる。前記回転角検出装置で検出され
た主軸３４ａ，３４ｂの回転角は、図４に示したＡ／Ｄ
コンバータ及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフ
ィードバックして目標値に近づけるように主軸回転用サ
ーボモータ４１ａ，４１ｂの回転を補正制御する。この
ようなＳＥＲＣＯＳインターフェイスを使用したフィー
ドバックループで制御することで、ギア等の回転駆動駆
動部で発生するバックラッシュやねじれによる誤差が生
じても、主軸３４ａ，３４ｂの回転角度をリアルタイム
に目標値に合わせて高精度に制御することができる。

【００３４】次に、上記主軸３４ａ，３４ｂの回転角を
制御しながらワーク３３を転造する場合について説明す
る。先ず、スプライン軸やセレーション等の軸方向溝を
ワーク３３に転造する場合について説明すると、一対の
丸ダイス３２ａ，３２ｂは、転造中のワーク３３の径変
化に伴って回転角が互いに制御される。即ち、転造開始
時には両方の丸ダイス３２ａ，３２ｂは同一方向に同一
速度で回転するが、転造によってワーク３３の溝が次第
に深くなるのに伴って、一方側の丸ダイス３２ａの回転
角に対して他方側の丸ダイス３２ｂの回転角を徐々に変
えていくような制御が行なわれる。例えば、転造中のワ
ーク３３の円周長を刻まれる歯で割って補正すべきピッ
チを算出し、この補正後のピッチが得られるような回転
角制御を行なう。このように制御することで、切込み開
始時から切込み完了時に向かいワーク３３の溝径が次第
に変化しても、ピッチが部分的に大きくズレることなく
１ピッチ毎に振り分け吸収することができ、円滑なワー
ク３３の歯面が得られて仕上がり精度が向上する。

【００３５】なお、このような制御は、モジュールの大
きい歯車を転造する場合にも応用できる。また、主軸３
４ａ，３４ｂの回転角の変化率は、転造するワーク３３
の径や材質、転造するネジ溝の種類やピッチなど種々の
要因によっても異なってくる。

【００３６】次に、螺旋状のネジ溝をワーク３３の外周
に転造する場合を説明する。上述の場合と同様に、一対
の丸ダイス３２ａ，３２ｂは、転造中のワーク３３径の
変化に伴い回転角が互いに制御される。即ち、転造開始
時には両方の丸ダイス３２ａ，３２ｂは同一方向に同一
速度で回転するが、転造によってワーク３３のネジ溝が
次第に深くなるのに伴って、一方側の丸ダイス３２ａの
回転角に対して他方側の丸ダイス３２ｂの回転角を徐々
に変えていくような制御が行なわれる。

【００３７】このように回転角を制御することで、図８
に示したように、切込み開始時から切込み完了時に向か
いワーク３３の円周長がＤからＤ１に変化したとして
も、ワーク３３のリード角をβから補正後のリード角β
１へ徐々に変化させることができ、ピッチＰを一定に保
つことが可能になる。したがって、従来のように転造中
にピッチＰが変化してワーク３３が軸方向に歩んでしま
うことがなく、丸ダイス３２ａ，３２ｂとワーク３３の
フランク面との接触も均一化されて、結果的に転造加工
面の仕上がり精度が向上する。

【００３８】上記移動台移動機構４４は、一方の丸ダイ
ス３２ａを内側面に設けた第１のダイス移動台３６ａ
と、他方の丸ダイス３２ｂを対向する内側面に設けた第
２のダイス移動台３６ｂと、第２のダイス移動台３６ｂ
の外側に配置した圧力プレート４６とを基台４７上に並
列して備えたものである。これらのダイス移動台３６
ａ，３６ｂ及び圧力プレート４６は、いずれも基台４７
上に固設した一対のスライドレール４８ａ，４８ｂに左
右方向へスライド可能に取り付けられる。また、第１の
ダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との間には、互
いに向かい合う内側面の四隅に４本のはり軸４９が架け
渡され、はり軸４９の両端が第１のダイス移動台３６ａ
及び圧力プレート４６にそれぞれ固定される。そのた
め、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６と
は、スライドレール４８ａ，４８ｂ上を相対位置が変化
することなく一体にスライドする。４本のはり軸４９
は、いずれも剛性を等しくし、その位置は、丸ダイス３
２ａ，３２ｂによるワーク３３の転造位置を中心として
いずれも等距離に且つ周方向に４等分して配置される。
なお、剛性の等しいはり軸４９を３本で構成し、丸ダイ
ス３２ａ，３２ｂによるワーク３３の転造位置を中心と
していずれも等距離に且つ周方向に３等分して配置して
もよい。このように３本又は４本のはり軸をバランス良
く配置することで、第１のダイス移動台３６ａと圧力プ
レート４６との間に圧力が加わった場合、第１のダイス
移動台３６ａと圧力プレート４６とが平行を保ったま
ま、安定した状態ではり軸４９を伸ばすことができる。
なお、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６と
が平行を保ったまま、はり軸４９を伸ばすことができる
ものであれば、はり軸４９の剛性を変え、また、転造位
置からの距離を変化させたものであってもよい。なお、
上記実施例ではダイス移動台３６ａ，３６ｂのそれぞれ
に１個ずつの丸ダイス３２ａ，３２ｂを取付けた場合に
ついて説明したが、２個以上の丸ダイスを取付けてワー
クを挟み込んでも良い。

【００３９】第２のダイス移動台３６ｂは、第１のダイ
ス移動台３６ａと圧力プレート４６との間でスライドレ
ール４８ａ，４８ｂにスライド可能に取り付けられると
共に、前記４本のはり軸４９を挿通させるための貫通孔
が側面の四隅に設けられ、はり軸４９によってガイドさ
れている。また、前記圧力プレート４６には、油圧シリ
ンダ等の押込機構５０が固定される。この押込機構５０
は、ダイス移動台と同一方向に伸縮するシリンダ軸５１
を備えており、シリンダ軸５１の先端を第２のダイス移
動台３６ｂの外側面に固定してある。なお、押込機構５
０は、油圧シリンダに限られず、空圧機器、電動機及び
ボールネジを用いたものであってもよい。

【００４０】ダイス移動台移動機構４４を作動させた時
の第１のダイス移動台３６ａ、第２のダイス移動台３６
ｂ及び圧力プレート４６の動きは図７に示したとおりで
ある。押込機構５０を作動させてシリンダ軸５１が伸び
た状態を図中２点鎖線で示す。シリンダ軸５１が伸びる
と、第２のダイス移動台３６ｂは押されてワーク３３の
中心線５３に向かって（図中Ａ方向）、スライドレール
４８ａ，４８ｂ上をスライド移動する。一方、第２のダ
イス移動台３６ｂと圧力プレート４６との間にはラック
とピニオン（図示せず）が設けられているため、圧力プ
レート１６は、第２のダイス移動台の移動方向と反対方
向（図中Ｂ方向）、即ち図７で示した右方向に第２のダ
イス移動台３５ｂと同一距離スライド移動する。この
時、圧力プレート４６と４本のはり軸４９で連結されて
いる第１のダイス移動台３６ａも、圧力プレート４６と
同じ右方向（図中Ｂ方向）に同一距離だけ移動する。し
たがって、第１のダイス移動台３６ａと第２のダイス移
動台３６ｂは、互いにワーク３３の中心線５３に向かっ
て同一距離だけスライド移動して接近することになる。
このように、本発明に係るダイス移動台移動機構４４に
よれば、一本の押込機構５０で左右のダイス移動台３６
ａ，３６ｂを互いに接近させ、丸ダイス３２ａ，３２ｂ
を両側からワーク３３に押し込むことで転造加工するこ
とができる。また、ラック、ピニオンを設けることによ
って、ワーク３３の中心線Ｓを常に一定に保つことがで
き、ワーク３３の供給、排出等の自動化が容易になる。

【００４１】上記丸ダイス３２ａ，３２ｂを回転させな
がら互いに接近させ、丸ダイス３２ａ，３２ｂをワーク
３３の半径方向に押し付けて転造圧力を作用させる。転
造圧力によってワーク３３が回転作用を受け、局部的な
塑性変形を繰り返す。これにより、ワーク３３にネジ溝
が形成される。ところで、ワーク３３に転造圧力を作用
させると、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂにはワーク３
３からの反力Ｐが働く。このうち、第１の丸ダイス３２
ａに働く反力Ｐは第１のダイス移動台３６ａに伝わる。
一方、第２の丸ダイス３２ｂに働く反力は第２のダイス
移動台３６ｂに伝わるが、第２のダイス移動台３６ｂは
シリンダ軸５１に固定されているため、第２のダイス移
動台３６ｂに伝わった反力Ｐはシリンダ軸５１を介して
圧力プレート４６に伝わる。

【００４２】すなわち、転造圧力による反力Ｐは、結果
的に第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との
間に働くことになる。そして、第１のダイス移動台３６
ａと圧力プレート４６とは４本のはり軸４９で連結され
ている一方、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート
４６とが基台４７には固定されていないため、反力Ｐを
４本のはり軸４９で負担することになる。この４本のは
り軸４９は、ワーク３３の上下に均等に剛性を等しく配
設されているため、反力Ｐは４本のはり軸４９に均等に
４等分して負担され、一本当りにかかる引張り力はＰ／
４となる。反力Ｐによって４本のはり軸４９は軸方向に
若干は伸びることになるが、４本とも均等に良く伸びる
ために、従来のようにダイス移動台３６ａ，３６ｂが開
いてしまい、丸ダイス３２ａ，３２ｂが外側上方に逃げ
ることがない。また、はり軸４９を４本とすることによ
って、転造圧力によって丸ダイス３２ａ，３２ｂに生じ
る反力を、安定して前記４本のはり軸４９に均等に負担
させることができる。

【００４３】さらに、この実施例では一対のダイス移動
台３６ａ，３６ｂ間に、丸ダイス３２ａ，３２ｂ間の距
離検出手段としてのリニアスケール５２が取付けられ、
ダイス移動台３６ａ，３６ｂ間の距離が直接に計測され
る。ダイス移動台３６ａ，３６ｂが外側上方に逃げるこ
とがないため、ダイス移動台３６ａ，３６ｂ間の距離を
計測することで、転造時に丸ダイス３２ａ，３２ｂ間に
発生する広がり寸法を正確に把握することができ、それ
に基づいて押込機構５０の駆動を制御することができ
る。即ち、転造時の反力を受けた時に丸ダイス３２ａ，
３２ｂが左右に均等に開くために、その時のダイス移動
台３６ａ，３６ｂ間の距離をリニアスケール５２で計測
し、その計測値を図４に示したＡ／Ｄコンバータ及びＳ
ＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして
再度目標値に近づけるように押込機構５０の駆動力を補
正制御する。このように押込機構５０の駆動力を制御す
ることで、丸ダイス３２ａ，３２ｂの切込み量を高精度
に制御できることになる。なお、距離検出手段として、
上記リニアスケール５２以外に磁歪センサやレーザセン
サなどを用いることができる。

【００４４】次に、丸ダイスの軸傾斜機構４２及びその
制御について説明する。軸傾斜機構４２は、傾斜駆動部
と傾斜検出部とで構成されている。前記傾斜駆動部を構
成するのは、減速機付きの軸傾斜用サーボモータ３８
ａ，３８ｂであり、ダイスホルダ３５ａ，３５ｂに軸傾
斜用ギア３７ａ，３７ｂを介して取り付けられる。ま
た、傾斜検出部を構成するのは、エンコーダ等を用いた
主軸の傾斜角検出装置であり、ダイスホルダ３５ａ，３
５ｂの回動部に取り付けられる。

【００４５】上記軸傾斜機構４２の構成要素について説
明する。一対の丸ダイスの主軸３４ａ，３４ｂは、水平
に平行を保ってダイスホルダ３５ａ，３５ｂに回転可能
に軸支される。一方のダイスホルダ３５ａは、第１のダ
イス移動台３６ａの内側面に設けられ、他方のダイスホ
ルダ３５ｂは、第２のダイス移動台３６ｂの対向する内
側面に設けられる。特に、これらのダイスホルダ３５
ａ，３５ｂは、主軸３４ａ，３４ｂをダイス移動台３６
ａ，３６ｂの移動方向に対して直交する面内（垂直面
内）で傾斜できるように、ダイス移動台３６ａ，３６ｂ
に回動可能に取り付けられる。主軸３４ａ，３４ｂの回
動中心３９ａ，３９ｂは、両者を結んだ線上Ｓに略ワー
ク３３の転造位置が来るように設定される。なお、上記
実施例ではダイス移動台３６ａ，３６ｂにダイスホルダ
３５ａ，３５ｂを介してそれぞれに１個ずつの丸ダイス
３２ａ，３２ｂを取付けた場合について説明したが、２
個以上の丸ダイスを取付けてワークを挟み込むようにし
ても良い。

【００４６】上記ダイスホルダ３５ａ，３５ｂの回動
は、軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂによって実行される。
この軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂは、各ダイスホルダ３
５ａ，３５ｂに設けられたダイスホルダ用ギヤとこのダ
イスホルダ用ギヤと噛み合うモータ用ギヤとで構成さ
れ、モータ用ギヤを先端に取付けた軸傾斜用サーボモー
タ３８ａ，３８ｂがダイス移動台３６ａ，３６ｂの側面
に配設されている。なお、前記軸傾斜用ギア３７ａ，３
７ｂ以外にリンク機構等を用いたものであってもよく、
またサーボモータに代えて油圧シリンダや空気圧シリン
ダで駆動することも可能である。

【００４７】上記ダイスホルダ３５ａの回動制御に際し
ては、図９に示したように、先ず軸傾斜用サーボモータ
３８ａが駆動することでモータ用ギヤが回転され、ダイ
スホルダ用ギヤを介してダイスホルダ３５ａに回転力が
伝達される。これにより、ダイスホルダ３５ａは回動中
心３９ａを支点として軸傾斜用サーボモータ３８ａの回
転に見合った量回転する。それ故、平行を保つ主軸３４
ａ（図中１点鎖線で示す）を、垂直面内で上方に＋α°
（図中２点鎖線で示す）、下方に−α°（図中２点鎖線
で示す）傾斜させることができる。なお、他方側のダイ
スホルダ３５ｂも同様の制御がなされる。

【００４８】図１０はワーク３３のクランプ機構５４を
示したものである。ワーク３３は、止まりセンタ５５及
び芯押しセンタ５６間に軸方向にクランプされる。止ま
りセンタ５５はセンタ台５７ａに固定され、一方の芯押
しセンタ５６はセンタ台５７ｂに摺動可能に取り付けら
れる。センタ台５７ｂには空気圧又は油圧のシリンダ５
８が固定され、このシリンダ５８の作動によって芯押し
センタ５６がワーク３３の軸方向（図中Ｘ方向）に移動
される。センタ台５７ａ及び５７ｂは、ワーク３３の軸
方向に設けられたセンタ台スライドレール６１上をスラ
イド可能に取り付けられる。センタ台５７ｂの側面には
リニアスケール等の歩み検出手段６２が設けられ、ワー
ク３３を軸方向にクランプした状態で、センタ台５７ｂ
の軸方向の移動を検出し、ワーク３３の歩み量を検出す
る。

【００４９】上記軸傾斜機構３７ａ，３７ｂの制御手段
（図５参照）は、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角を検知す
る傾斜角測定用のエンコーダ４５ａ，４５ｂを各主軸３
４ａ，３４ｂの端部に取付け、このエンコーダ４５ａ，
４５ｂで測定された傾斜角を図４に示したサーボアンプ
及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバッ
クして再度目標値に近づけるように軸傾斜用サーボモー
タ３８ａ，３８ｂの回転を補正制御する。これにより、
水平を保つ主軸３４ａ，３４ｂの回動中心３９ａ，３９
ｂを支点とした上下（図中＋−方向）への傾斜を高精度
に制御することができる。

【００５０】なお、軸傾斜用サーボモータ３８ａ，３８
ｂの中に上記エンコーダ４５ａ，４５ｂが一緒に組み込
まれている場合もある。また、主軸３４ａ，３４ｂの傾
斜角度の制御は、転造するワーク３３の径や材質、転造
するネジ溝の種類やピッチなど種々の要因によっても異
なってくる。

【００５１】上記構成からなる丸ダイス式転造装置３１
を用いてワーク３３を転造加工した時のネジ溝のリード
角、円周長、ピッチは、上記回転角制御のところで示し
た図８と同様である。この図に示すように、丸ダイス３
２ａ，３２ｂをワーク３３に向かって徐々に押し込み、
切り込みが進むにつれ、ワーク３３のネジ溝の谷径が次
第に小さくなる。したがって、ワーク３３の円周長は、
切込み開始時のＤから切込み完了時のＤ１へと変化し、
ワーク３３の谷部の円周長がδＤだけ短くなる。主軸３
４ａ，３４ｂを平行に保ったままだと、ワーク３３のリ
ード角βが変化しないため、切込み開始時のワーク３３
のピッチＰと、切込み完了時のワーク３３のピッチＰ１
との間にはピッチのズレδＰが発生する。このため、ピ
ッチのズレδＰ分だけ転造中にワーク３３が軸方向に移
動してしまう。しかし、転造中に一対の主軸３４ａ，３
４ｂをそれぞれ反対方向に徐々に傾斜させることで、転
造中のワーク３３のリード角βをワークの円周長の変化
に応じて補正することができる。このように補正するこ
とでワーク３３のピッチＰを一定に保つことができ、ワ
ーク３３の歩みを抑えることができる。すなわち、ワー
ク３３の径の変化に伴い主軸３４ａ，３４ｂを徐々に傾
斜させ、ワーク３３のリード角βを補正することでワー
ク３３の歩みが抑えられる。転造完了時にはワーク３３
のリード角βは、補正後のリード角β１となる。このよ
うにしてワーク３３の歩みが防止されると、ワーク３３
の移動方向のネジ山のフランク面が丸ダイス３２ａ，３
２ｂに強く接触し、剥離等が生じるのを防止できるのに
加えて、加工された面の仕上がり精度を良くすることが
できる。また、ネジ溝の盛り上がり不足や転造加工にお
けるテーパーを防止でき、さらに、つば付きのワークの
場合は、歩みが防止されることによって、つばのぎりぎ
りまで転造することも可能になる。なお、補正後のリー
ド角β１の変化は僅かなため完成ネジの公差の範囲内に
充分収まる。

【００５２】なお、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角は、ワ
ーク３３の径及び切込み量に伴い、補正すべきリード角
をあらかじめ算出し、この算出値をサーボ機構の目標値
として制御される。また、歩み検出手段６２によってワ
ーク３３の歩みが検出された場合には、主軸３４ａ，３
４ｂの両方又はいずれか一方に所定の傾斜角を与え、歩
み検出手段６２が一定値になるように制御する。

【００５３】ところで、本実施例の丸ダイス式転造装置
３１によれば、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角を高精度に
制御しているため、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角を所定
角度傾斜させることで、上述とは逆にワーク３３を歩ま
せることも可能になる。したがって、例えば、ソロバン
形状のダイスを主軸に固定し、主軸を傾斜させることで
ワークに軸方向の推進力を与えると共に、主軸間距離を
変化させることで自由形状の転造が可能になり、スェー
ジングやしごきスピニングでしかできなかった中実、中
空素材の外径絞り及び内径加工や、段付き軸、段付きパ
イプの成形も可能になる。また、通し転造の軸傾斜角の
設定も自動化が可能になる他、主軸間距離、軸傾斜角
度、ダイスの回転角を高精度に制御することで、幅広い
加工が可能になる。

【００５４】本実施例における丸ダイス式転造装置３１
においてはさらに、図６に示したように、丸ダイスの主
軸３４ａ，３４ｂのそれぞれにトルク検出装置６３ａ，
６３ｂが取り付けられると共に、ダイス移動台の端部に
は転造中のダイス荷重を測定する荷重検出装置６４が取
り付けられる。上記トルク検出装置６３ａ，６３ｂとし
ては、例えばトルク値を直接に計測するトルク計やサー
ボモータの負荷を電流又は電圧で検出してトルク値を算
出する手段などが用いられる。

【００５５】図１１は、上記トルク制御方法を実施した
時のトルク変化を示したものである。横軸には転造時
間、縦軸にはトルク検出装置６３ａ，６３ｂが検出した
トルク値を示す。図中１点鎖線は設定トルク値を示す。
この設定トルク値は、主軸３４ａ，３４ｂの回転数およ
び移動速度を一定に保った状態で転造した時に発生する
ダイス荷重およびダイストルクの検出値を考慮して設定
される。

【００５６】先ず、主軸３４ａ，３４ｂの回転数を制御
することによって加工トルクを一定範囲内に制御する方
法について説明する。一般に、主軸３４ａ，３４ｂの回
転数を上げると転造中のワーク３３の転がり数が増え、
切込み量が減って発生するトルクが低くなる。一方、回
転数を下げるとワーク３３の転がり数が減り、発生する
トルクは高くなる。本実施例は、この関係を利用して、
発生するトルクを一定に保つ制御をするものである。主
軸３４ａ，３４ｂの回転数には上限値および下限値のリ
ミッタが定められ、主軸３４ａ，３４ｂはリミッタの範
囲内で自動可変する。転造開始直後の図中の時点で
は、主軸３４ａ，３４ｂは予め設定されている初期回転
数で回転する。発生するトルクが徐々に高くなり、設定
トルク値に近づいた図中の時点からトルク制御を開始
する。ここでは、まず、トルク検出装置６３ａ，６３ｂ
によって検出されたトルク値を設定トルク値と比較判断
する。検出トルク値が設定トルク値より低い場合は、主
軸３４ａ，３４ｂに負の回転角減速度を与え、回転数を
下げてトルク値が高くなるように制御する。トルクがさ
らに高くなり、設定トルク値を超えた場合（図中）
は、主軸３４ａ，３４ｂに正の回転角加速度を与え、回
転数を上げてトルク値が低くなるよう制御する。このよ
うに制御してもトルクがさらに高くなるような場合（図
中）は、リミッタの上限値の回転数が設定される。こ
のようにトルクを制御しつつ転造が終了に近づくとトル
クは低減するのでトルクの制御を終了する（図中）。
そして、主軸３４ａ，３４ｂの回転数にはリミッタの下
限値の回転数が設定される。なお、回転角加減速度を設
定トルク値から離れるのに対応して順次大きくなるよう
に段階的に複数設定することで、検出トルクが設定トル
ク値から離れた場合には設定トルク値に速やかに近づけ
ることができ、設定トルク値に近づいた場合はトルクの
変動幅を小さくすることができる。

【００５７】上記トルク制御は、図４に示したトルク計
及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバッ
クして、予めプログラムされた設定トルク値に近づける
ように主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂの回転を
補正制御する。このようなＳＥＲＣＯＳインターフェイ
スを使用したフィードバックループで転造中の加工トル
クを予め設定したトルク値に近づけるように制御するこ
とで、ピーク時に一時的な主軸トルクの最大値が発生す
るのを防止でき、転造ダイス寿命を従来のものに比べて
大幅に延長することができる。また、トルクを制御する
ことで薄肉の中空部材でも転造加工することが可能にな
る。なお、上述した主軸３４ａ，３４ｂのトルク制御方
法は、丸ダイス３２ａ，３２ｂの主軸を移動させないで
ワーク３３をフィーダによって押込む差速式転造盤にも
応用できる。

【００５８】次に、主軸移動速度を制御して主軸３４
ａ，３４ｂに働く加工トルクを設定トルク値に近づける
ように制御する方法について説明する。この場合、主軸
移動速度を下げると転造中のワーク３３の転がり数が増
え、切込み量が減って発生するトルクが低くなる。一
方、主軸移動速度を下げるとワークの転がり数が減り、
発生するトルクは高くなる。本実施例は、この関係を利
用して発生するトルクを一定に保つ制御をするものであ
る。上述した主軸の回転数と同様に、主軸移動速度には
上限値および下限値のリミッタが定められ、主軸移動速
度はリミッタの範囲内で自動可変する。図１１に示した
ように、転造開始直後の図中の時点では、主軸３４
ａ，３４ｂは予め設定されている初速度で等速移動す
る。発生するトルクが徐々に高くなり、設定トルク値に
近づいた図中の時点からトルク制御を開始する。ここ
では、まず、トルク検出装置６３ａ，６３ｂによって検
出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断する。
検出トルク値が設定トルク値より低い場合は、主軸移動
に加速度を与えて移動速度を上げてトルク値が高くなる
ように制御する。一方、加工トルクがさらに高くなり設
定トルク値を超えた場合（図中）は、主軸移動に減速
度を与えて移動速度を上げ、トルク値が低くなるように
制御する。このように制御してもトルクがさらに高くな
った場合（図中）は、リミッタの下限値の移動速度が
設定される。このようにトルクを制御しつつ転造が終了
に近づくとトルクは低減するのでトルクの制御を終了す
る（図中）。そして、主軸移動速度にはリミッタの下
限値の値が設定され主軸３４ａ，３４ｂは等速で移動す
る。また、上述した回転角加減速度の場合と同様に、主
軸移動の加減速度を設定トルク値から離れるのに対応し
て順次大きくなるように段階的に複数設定することで、
検出トルクが設定トルク値から離れた場合でも設定トル
ク値に速やかに近づけることができる。なお、主軸移動
速度と、上述の主軸回転数との両方でトルク制御を行な
う場合は、図４に示したリニアスケール、エンコーダ、
トルク計からの検出信号をＡ／Ｄコンバータ及びＳＥＲ
ＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして、予
めプログラムされた設定トルク値に近づけるように油圧
シリンダ等からなるＣ軸と、主軸回転用サーボモータ４
１ａ，４１ｂからなるＡ，Ｂ軸の回転とを同時に補正制
御する。このようなＳＥＲＣＯＳインターフェイスを使
用したフィードバックループで上記３軸を同時制御する
ことにより、高精度なトルク制御が可能となる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＮＣ
制御システムによれば、各駆動軸に関する複合的な動作
を同一言語体系で記述するプログラミング手段と、この
プログラミング手段を実行モジュールに変換する実時間
処理手段と、リアルタイムＯＳ機能を兼ね備えた実時間
管理手段との融合により、複数の駆動軸に対する位置指
令、速度指令、タイミング設定等のフルソフトウエア化
と、実時間での同時制御が可能となった。

【００６０】制御伝送手段においては、単一のインター
フェイスコントローラを核として複数の動作機構をルー
プ状に配する制御伝送方式を採用したことにより、制御
命令や各駆動機構の状態監視が上記インターフェイスコ
ントローラで一元的に制御及び管理することが可能とな
った。

【００６１】また、上記制御伝送方式に用いたインター
フェイスは、規格化されたオープンな仕様であるため、
駆動させる軸ごとに適材適所のモータ、アンプ、センサ
等のサーボシステムの採用が可能になり、システム設計
の自由化が図られる。また、制御伝送路の省配線化が実
現でき、高速で高精度な制御の実行・管理が可能となっ
た。

【００６２】また、上記ＮＣ制御システムを応用した本
発明の実施例である丸ダイス式転造装置にあっては、移
動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構を構成する
各駆動軸の実時間による同時制御や管理が可能であるこ
とから、転造加工中のワークの径変化に伴うダイスの回
転同期ずれや、ワークの歩み量をリアルタイムに補正
し、高精度な転造加工を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＮＣ制御システムの設計概念図で
ある。

【図２】本発明に係るＮＣ制御システムのシステム構成
図である。

【図３】本発明に係るＮＣ制御システムのプログラム構
成図である。

【図４】本発明に係る丸ダイス式転造装置の一実施例の
システム構成図である。

【図５】主軸回転機構、軸傾斜機構の概念図である。

【図６】本発明に係る丸ダイス式転造装置の一実施例を
示す平面図である。

【図７】上記図６における丸ダイス式転造装置の作動時
における正面図である。

【図８】上記丸ダイス式転造装置を使用した場合のワー
クの円周長とピッチとの関係を示すグラフである。

【図９】上記図６のＡ−Ａ線断面図である。

【図１０】図６における丸ダイス式転造装置のワークの
クランプ機構を示す平面図である。

【図１１】転造時間と発生トルクとの関係を示すグラフ
である。

【図１２】従来の丸ダイス式転造装置のシステム構成図
である。

【符号の説明】

１ＬＡＮ１０モータ１１センサ１２制御コンピュータ１３バスライン１５インターフェイスコントローラ１６制御伝送路１８サーボアンプ２１開発用コンピュータ３１丸ダイス式転造装置４２軸傾斜機構４３主軸回転機構４４移動台移動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者児玉秀明東京都豊島区北大塚一丁目15番１号山洋電気株式会社内 (72)発明者栗林克美東京都豊島区北大塚一丁目15番１号山洋電気株式会社内 (72)発明者陳亮東京都豊島区北大塚一丁目15番１号山洋電気株式会社内 (72)発明者宮坂竜行東京都豊島区北大塚一丁目15番１号山洋電気株式会社内 (72)発明者滝沢哲司東京都豊島区北大塚一丁目15番１号山洋電気株式会社内 (72)発明者田崎朋伸東京都豊島区北大塚一丁目15番１号山洋電気株式会社内 (72)発明者新仏利仲山梨県大月市富浜町鳥沢2022番地株式会社ニッセー内 (72)発明者吉沢稔山梨県大月市富浜町鳥沢2022番地株式会社ニッセー内 (72)発明者天野秀一山梨県大月市富浜町鳥沢2022番地株式会社ニッセー内Ｆターム(参考） 5H269 AB01 AB27 BB03 EE10 EE30 GG01 GG02 HH03 JJ02 KK01 KK03 NN02 NN08 PP03 PP15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プログラムされたコンピュータによって
複数の動作機構を制御する装置であって、制御する動作機構の駆動軸に関する複数の動作を同一言
語体系でプログラミングするプログラミング手段と、該
プログラミング手段に基づいて制御要求を処理する実時
間処理手段と、該実時間処理手段に基づいて処理された
移動位置情報と移動タイミング情報を各動作機構の駆動
軸に伝達すると共に、各駆動軸に配設された検出装置か
らの位置情報をコンピュータに転送する制御伝送手段
と、各動作機構の駆動軸の状態を監視し、実時間で制御
信号の入出力を管理する実時間管理手段とを備え、コン
ピュータと各動作機構との双方向通信により複数の動作
機構の駆動軸を制御することを特徴とするＮＣ制御シス
テム。
【請求項２】上記制御伝送手段は、単一のインターフ
ェイス装置を備え、該インターフェイス装置を中心に複
数の動作機構がループ状に連結され、コンピュータと各
動作機構との双方向通信により複数の動作機構の動作を
一元制御及び一元管理することを特徴とする請求項１記
載のＮＣ制御システム。
【請求項３】上記動作機構が、一組の丸ダイス移動台
を接近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれ
ぞれの主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主
軸を該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸
傾斜機構とで構成され、前記一組の丸ダイスでワークを
挟み、該丸ダイスの主軸が回転しながら接近してワーク
を転造加工する丸ダイス式転造装置であって、上記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各
駆動軸を、上記プログラミング手段、実時間処理手段、
制御伝送手段及び実時間管理手段によって制御すること
を特徴とする請求項１又は２記載のＮＣ制御システム。
【請求項４】上記動作機構が、一組の丸ダイス移動台
を接近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれ
ぞれの主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主
軸を該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸
傾斜機構とで構成され、前記移動台移動機構が一組の丸ダイスを軸支する一組の
ダイス移動台と、丸ダイスによるワークの転造位置の回
りで前記一組のダイス移動台間に２本以上架け渡された
はり軸と、前記一組のダイス移動台を接近させ、前記一
組の丸ダイスでワークを挟む押込機構とを備え、前記ダ
イス移動台を前記はり軸にガイドさせて接近させると共
に、転造圧力によって前記一組の丸ダイス間に生じる反
力を前記はり軸に負担させるように構成した丸ダイス式
転造装置であって、上記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各
駆動軸を、上記プログラミング手段、実時間処理手段、
制御伝送手段及び実時間管理手段によって制御すること
を特徴とする請求項１又は２記載のＮＣ制御システム。
【請求項５】予めプログラムされた設定回転角値に基
づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモ
ータで回転制御すると共に、この主軸の回転角を転造加
工の経過に伴って互いに変化させるように制御したこと
を特徴とする請求項３又は４記載のＮＣ制御システム。
【請求項６】予めプログラムされた設定回転角値に基
づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモ
ータで回転制御する一方、転造中の各丸ダイスの回転角
を回転角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定
回転角値と前記回転角検出手段によって検出された検出
回転角値とを比較し、設定回転角値に一致するよう主軸
の回転角を補正制御することを特徴とする請求項３又は
４記載のＮＣ制御システム。
【請求項７】予めプログラムされた設定傾斜角値に基
づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモ
ータで傾斜制御する一方、転造中の各丸ダイスの傾斜角
を傾斜角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定
傾斜角値と前記傾斜角検出手段によって検出された検出
傾斜角値とを比較し、設定傾斜角値に一致するよう主軸
の傾斜角を補正制御することを特徴とする請求項３又は
４記載のＮＣ制御システム。
【請求項８】予めプログラムされた設定傾斜角値に基
づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモ
ータで傾斜制御する一方、ワークと各丸ダイスの相対位
置のずれを検出する歩み検出手段によってワークの歩み
量を検出し、この歩み量に基づいて主軸の傾斜角を補正
制御することを特徴とする請求項３又は４記載のＮＣ制
御システム。
【請求項９】予めプログラムされた設定トルク値に基
づいて上記一組の丸ダイスを作動させる一方、各丸ダイ
スに働く加工トルクをトルク検出手段によって検出し、
前記プログラムされた設定トルク値と前記トルク検出手
段によって検出された検出トルク値とを比較し、転造中
の各丸ダイスに働く加工トルクを一定範囲に保つよう前
記各丸ダイスの回転数、又は各丸ダイスの移動速度の少
なくとも一方を制御することを特徴とする請求項３又は
４記載のＮＣ制御システム。
【請求項１０】上記検出トルク値が設定トルク値より
高い場合は各丸ダイスの回転数を上げる一方、検出トル
ク値が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの回転数
を下げるように制御することを特徴とする請求項９記載
のＮＣ制御システム。
【請求項１１】上記検出トルク値が設定トルク値より
高い場合は各丸ダイスの移動速度を下げる一方、検出ト
ルク値が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの移動
速度を上げるように制御することを特徴とする請求項９
記載のＮＣ制御システム。
【請求項１２】上記設定トルク値に対応して複数の回
転角加減速度を設定し、この回転角加減速度に基づいて
上記各丸ダイスの回転数を制御することを特徴とする請
求項１０記載のＮＣ制御システム。
【請求項１３】上記設定トルク値に対応して複数の加
減速度を設定し、この加減速度に基づいて上記各丸ダイ
スの移動速度を制御することを特徴とする請求項１１記
載のＮＣ制御システム。