JP2003131712A

JP2003131712A - 多軸同期制御装置

Info

Publication number: JP2003131712A
Application number: JP2001323371A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Shiiba; 英典椎葉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】スレーブ軸ごとに、該軸を制御するための電気
的な出力を入力の何倍にするかを示す利得を変化させて
同期制御を行うことができる多軸同期制御装置を提供す
る。【解決手段】本発明が多軸同期制御装置が適用された
多軸工作機械１０は、マスタ軸２０１およびスレーブ軸
２０２〜２０Ｎ、１７の現在位置をそれぞれ検出し、検
出されたマスタ軸２０１の位置に基づいて、マスタ軸２
０１の位置に対応する理論的位置をスレーブ軸２０２〜
２０Ｎ、１７ごとに算出し、各スレーブ軸２０２〜２０
Ｎ、１７について、算出された理論的位置と検出された
実際の位置との同期誤差を算出し、算出された同期誤差
に基づいて、スレーブ軸２０２〜２０Ｎ、１７を利得を
変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一つの主軸と該主
軸に追従する従軸とを同期制御するための多軸同期制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、タップやドリルなどの穴あけに用
いられる数値制御工作機では、タップビットやドリルビ
ットなどが装着されている加工軸と、これを送り出す送
り軸とを同期させて制御する方法が用いられている。１
つの加工軸に対して、送り軸の送り速度、すなわち送り
軸を駆動しているモータの回転速度を同期させることに
よって、同期を行わない加工よりも加工速度を高速化す
ることができる。

【０００３】また、被加工物の同一面上に対して同じ方
向からタッピングやドリル穴あけを行う場合、一度に多
数の加工軸を駆動して加工を行うことで、生産効率の向
上を図ることができる。たとえば、多軸ギアヘッドを用
いた工作機械などを利用して、一度に多軸ヘッドの軸の
数だけタッピングや穴あけ加工するものがある。

【０００４】以上のような多数の加工軸および送り軸を
有する数値制御工作機では、加工軸のうちの一つを同期
の基準となる主軸とし、他の加工軸および送り軸を主軸
に同期して追従する従軸とすることが一般的である。こ
のように複数の軸に主従関係を持たせる技術は、たとえ
ば、特開平１１−３０５８３９号公報に開示されてい
る。

【０００５】この公報に開示されている発明は、主軸と
従軸の区別があるものの、主軸は他の従軸に共通の目標
位置を与えるための基準として設けられているだけであ
り、主軸の現在位置に基づいて従軸の移動の目標位置を
設定するために設けられたものではない。これは、同一
のモータに同一の動作を実行させる作業を想定している
ためであり、各軸に同一の目標位置を与えればよいから
である。

【０００６】また、上記公報に記載の発明は、各軸共通
に与えられた目標位置、すなわち、主軸の目標位置に対
する従軸の位置の同期誤差に基づいて、各軸に与える電
圧の増幅率（利得）を変化させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載の発明では、従軸ごとに目標位置が設定されるのでは
なく、主軸の目標位置に従軸が従うので、実質的に従軸
は主軸に追従しているとはいえず、基準に決められた主
軸と目標位置を同一にして動作しているにすぎない。

【０００８】このような発明では、たとえば、軸ごとに
行う作業が異なっていたり、軸ごとに接続されたモータ
の規模が異なっていたりして、各軸の目標位置を異なら
せる必要がある場合、同期制御することができない。ま
た、同様の場合に、主軸の目標位置と従軸の位置との同
期誤差に基づいて利得を定めていたのでは、軸ごとに設
定されるべき目標位置を無視して利得を設定することに
なるので、適当な同期制御を行うことができない。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、主軸の位置に基づいて従軸ごとに目標位置を設
定し、該目標位置と従軸の実際の位置との誤差に基づい
て利得を動的に変化させて同期制御を行うことができる
多軸同期制御装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記の手段によって達成される。

【００１１】（１）本発明の多軸同期制御装置は、複数
の軸の同期制御の基準となる一つの主軸と、前記主軸の
位置に基づいて該主軸に追従する複数の従軸と、前記主
軸および前記従軸の現在位置をそれぞれ検出する位置検
出手段と、検出された前記主軸の位置に基づいて、該主
軸の位置に対応する理論的位置を前記従軸ごとに算出す
る理論位置算出手段と、前記各従軸について、算出され
た理論的位置と検出された現在位置との同期誤差を算出
する同期誤差算出手段と、算出された前記同期誤差に基
づいて、各従軸を制御するための電気的な出力を入力の
何倍にするかを示す利得を変化させる利得変化手段とを
有する。

【００１２】（２）前記利得変化手段は、前記利得を算
出するための一つのパラメータである比例ゲイン値に基
づき利得を変化させ、前記比例ゲイン値は、前記同期誤
差に所定の換算係数を乗算し、該乗算結果を前回の利得
算出に用いられた比例ゲイン値に加算して求められる。

【００１３】（３）前記同期誤差算出手段によって算出
された前記同期誤差が所定の許容限界範囲を超えた場
合、前記主軸および従軸を全て停止させる停止手段をさ
らに有する。

【００１４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明は、主軸の位置に
対応する理論的位置を従軸ごとに算出し、従軸の理論的
位置と現在位置との同期誤差に基づいて従軸ごとに利得
を変化させるので、たとえ、主軸および従軸の規模やそ
の動作内容、または軸に取り付けられた加工具が異なっ
ていても、利得の調節により従軸が主軸に適当に追従
し、適当な同期制御を行うことができる。

【００１５】また、利得を変化させることにより、従軸
の制御性を大幅に向上させることができるので、従軸の
主軸に対する追従性が大幅に向上し、結果として、同期
誤差が発生しにくくなり、各軸自体、各軸に取り付けら
れた加工具、または多軸同期制御装置自体等が破損せ
ず、また、加工対象の精度を維持することができる。

【００１６】さらに、従軸の利得が同期誤差に基づいて
変化し従軸が主軸を追従するので、主軸の制御性が低速
回転域で不安定であっても同期制御の精度を確保でき
る。

【００１７】加えて、各従軸で理論的位置に対する現在
位置の同期誤差を求め、利得を変化させるという単純な
制御系しか有さないので、低コストに実現でき、また、
あらゆる多軸同期を目的とする制御系に容易に応用する
ことができる。

【００１８】請求項２に記載の発明は、比例ゲイン値
は、前記同期誤差に所定の換算係数を乗算し、該乗算結
果を前回の利得算出に用いられた比例ゲイン値に加算す
ることによって求められるので、同期誤差に基づいて動
的に変化する比例ゲイン値に伴って利得も動的に変化さ
せることができ、同期誤差を考慮した適当な同期制御を
行うことができる。

【００１９】請求項３に記載の発明は、同期誤差が所定
の許容限界範囲を超えた場合に主軸および従軸を全て停
止させるので、各軸自体、各軸に取り付けられた加工
具、または多軸同期制御装置自体等が破損を防止するこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。

【００２１】まず、最初に、本願発明が適用される多軸
工作機械について説明する。

【００２２】図１は、本発明が適用される多軸工作機械
の概略構成図である。

【００２３】多軸工作機械１０は、複数の加工軸１１
と、加工軸１１をそれぞれ独立に速度制御する加工軸ア
ンプ１２と、複数の加工軸１１を一度に同一方向へ移動
させるための送り軸１３と、この送り軸１３の速度制御
を行う送り軸アンプ１４とからなる。加工軸アンプ１２
と送り軸アンプ１４は、ともに加工軸１１と送り軸１３
を同期制御するためのコントローラ１５に接続されてい
る。なお、図１においては、複数の加工軸１１を、第１
加工軸１１１、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎと
して示している。

【００２４】加工軸１１は、いずれも独立に回転するモ
ータによって回転し、このモータの回転数を検出するた
めのアブソリュートエンコーダ（不図示）が設けられて
いる。このアブソリュートエンコーダは、多軸工作機械
１０に供給されている電源が切断されても、再度電源が
供給されたときに位置を確認することができる。加工軸
１１は、ワーク１００の同一面を同じ方向に、たとえ
ば、タッピング加工を行う。

【００２５】加工軸アンプ１２は、コントローラ１５か
ら与えられる速度指令値に基づいて、モータに電力を供
給する。

【００２６】送り軸１３は、加工軸１１を保持する可動
台１６をワーク１００方向へ送り移動させるためのもの
であり、送り軸モータ１７と、このモータ１７によって
回転するボールネジ１８とからなる。ボールネジ１８
は、可動台１６底部分に刻まれたギア溝（不図示）と噛
み合い、ボールネジ１８が回転することで可動台１６が
ワーク方向へ前進または後退する。送り軸モータ１７に
は、エンコーダ（不図示）が設けられており、このモー
タ１７の回転数が検出される。

【００２７】送り軸アンプ１４は、コントローラ１５か
ら与えられる速度指令値に基づいて、送り軸モータ１７
に電力を供給する。

【００２８】コントローラ１５は、加工軸アンプ１２お
よび送り軸アンプ１４にそれぞれ速度指令値を出力す
る。コントローラ１５の具体的な内部構成は、図２に示
される。

【００２９】図２は、多軸工作機械１０の各軸を同期制
御するコントローラ１５の機能を説明するためのブロッ
ク図である。

【００３０】なお、以下の説明では、複数の加工軸１１
１〜１１Ｎのうち第１加工軸１１１がマスタ軸（主軸）
であり、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎおよび送
り軸１３がマスタ軸に追従して動作するスレーブ軸（従
軸）であるとして説明する。また、図１に示す加工軸ア
ンプ１２は、図２に示すように、第１アンプ１２１から
第Ｎアンプ１２Ｎまで加工軸１１の本数分設けられてお
り、それぞれに接続された第１モータ２０１〜第Ｎモー
タ２０Ｎの速度を制御する。第１モータ２０１〜第Ｎモ
ータ２０Ｎは、それぞれ第１加工軸１１１〜第Ｎ加工軸
１１Ｎを回転させる。

【００３１】図２に示すように、コントローラ１５は、
第１目標位置計算部２１と、第１速度計算部２２と、第
２目標位置計算部２３２〜第Ｎ目標位置計算部２３Ｎ
と、第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度計算部２４Ｎと、
第２フィードフォワード部２５２〜第Ｎフィードフォワ
ード部２５Ｎと、送り軸目標位置計算部２６と、送り軸
速度計算部２７と、送り軸フィードフォワード部２８と
を含んで構成される。

【００３２】第１目標位置計算部２１は、第１加工軸１
１１の移動の目標位置の情報が図示しない入力装置から
入力され、第１加工軸１１１の動作量、たとえば、第１
加工軸１１１に取り付けられた加工ツールの１回転分の
移動量（リード）に基づいて目標位置まで移動するのに
必要な第１加工軸１１１の回転数を算出する。

【００３３】第１速度計算部２２は、入力された回転数
（動作量）に基づいて、ワーク１００に対する第１加工
軸１１１の単位時間当たりの移動量を求め、第１加工軸
１１１の速度指令値を計算し、第１アンプ１２１に出力
する。また、第１加工軸１１１の速度指令値は、第２フ
ィードフォワード部２５２〜第Ｎフィードフォワード部
２５Ｎにも出力される。

【００３４】なお、第１モータ２０１には、アブソリュ
ートエンコーダが設けられており、第１モータ２０１の
回転数の情報が第１アンプ１２１を介して第１速度計算
部２２にフィードバックされる。第１速度計算部２２
は、フィードバックされた回転数を第１目標位置計算部
２１から入力された目標位置までの回転数と比較して、
目標位置までの残りの回転数を計算し、この回転数に基
づいて速度指令値を計算する。このようなフィードバッ
ク制御により速度指令値が逐次更新される。

【００３５】また、アブソリュートエンコーダは、多軸
工作機械１０に供給される電源が切断されても、その構
造により回転数を確認し位置を検出することができる。
第１モータ２０１の回転数の情報は、第１速度計算部２
２に出力されるだけではなく、第２目標位置計算部２３
２〜第Ｎ目標位置計算部２３Ｎにも出力される。

【００３６】第２目標位置計算部２３２〜第Ｎ目標位置
計算部２３Ｎは、予め第１加工軸１１１に取り付けられ
た加工ツールのリードの情報を記憶しており、このリー
ドの情報およびエンコーダから入力された第１モータ２
０１の回転数の情報に基づき、第１加工軸１１１の移動
量を算出する。

【００３７】第１加工軸１１１の移動量と、第２加工軸
１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎの移動量とが一致すれば、全
加工軸１１は同期をとれていることになる。したがっ
て、第２目標位置計算部２３２〜第Ｎ目標位置計算部２
３Ｎは、算出した第１加工軸１１１の移動量に対応して
第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎが移動するための
目標となる理論的位置、すなわち、第１加工軸１１１の
移動量分、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎが移動
するのに必要な回転数を算出する。

【００３８】第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度計算部２
４Ｎは、それぞれ第２目標位置計算部２３２〜第Ｎ目標
位置計算部２３Ｎで算出された理論的位置に基づいて、
第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎの速度指令値を計
算し、第２アンプ１２２〜第Ｎアンプ１２Ｎに出力す
る。

【００３９】第２フィードフォワード部２５２〜第Ｎフ
ィードフォワード部２５Ｎは、第１速度計算部２２から
出力された現在の第１モータ２０１の速度指令値を、第
２速度計算部２４２〜第Ｎ速度計算部２４Ｎから出力さ
れた第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎの速度指令値
に加える。

【００４０】したがって、第２目標位置計算部２３２〜
第Ｎ目標位置計算部２３Ｎおよび第２速度計算部２４２
〜第Ｎ速度計算部２４Ｎでそれぞれ演算を行っている間
に生じる第１モータ２０１との同期誤差を、第２フィー
ドフォワード部２５２〜第Ｎフィードフォワード部２５
Ｎからの出力値によって補正することができる。

【００４１】結果として、第２アンプ１２２〜第Ｎアン
プ１２Ｎには、第２フィードフォワード部２５２〜第Ｎ
フィードフォワード部２５Ｎの出力によって、補正され
た速度指令値が入力され、第２モータ２０２〜第Ｎモー
タ２０Ｎは、第１モータ２０１に同期することができ
る。

【００４２】なお、第２モータ２０２〜第Ｎモータ２０
Ｎには、アブソリュートエンコーダが設けられており、
第２モータ２０２〜第Ｎモータ２０Ｎの回転数の情報が
それぞれ第２アンプ１２２〜第Ｎアンプ１２Ｎを介して
第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度計算部２４Ｎにフィー
ドバックされる。第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度計算
部２４Ｎは、フィードバックされた回転数と、第２目標
位置計算部２３２〜第Ｎ目標位置計算部２３Ｎで算出さ
れた理論的位置までの回転数とを比較して、この比較結
果に基づいて速度指令値を算出する。速度指令値を算出
する第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度計算部２４Ｎの構
成は後述する。

【００４３】また、アブソリュートエンコーダは、多軸
工作機械１０に供給される電源が切断されても、その構
造により回転数を確認し位置を検出することができる。

【００４４】送り軸目標位置計算部２６は、第２目標位
置計算部２３２〜第Ｎ目標位置計算部２３Ｎと同様に、
予め第１加工軸１１１に取り付けられた加工ツールのリ
ードの情報を記憶しており、このリードの情報およびエ
ンコーダから入力された第１モータ２０１の回転数の情
報に基づき、第１加工軸１１１の移動量を算出する。そ
して、送り軸１３が第１加工軸１１１と同期をとるため
に、第１加工軸１１１の移動量分移動した位置を、送り
軸１３の移動の目標となる理論的位置とする。

【００４５】送り軸速度計算部２７は、送り軸目標位置
計算部２６で算出された理論的位置に基づいて、送り軸
１３の速度指令値を計算し、送り軸アンプ１４に出力す
る。

【００４６】送り軸フィードフォワード部２８は、第１
速度計算部２２から出力された現在の第１モータ２０１
の速度指令値を、送り軸速度計算部２７から出力された
送り軸モータ１７の速度指令値に加える。

【００４７】したがって、第１モータ２０１から出力さ
れた第１モータ２０１の回転数に基づいて送り軸目標位
置計算部２６および送り軸速度計算部２７でそれぞれ演
算を行っている間に生じる第１モータ２０１との同期誤
差を、送り軸フィードフォワード部２８からの出力値に
よって補正することができる。

【００４８】結果として、送り軸アンプ１４には、送り
軸フィードフォワード部２８の出力によって、補正され
た速度指令値が入力され、送り軸モータ１７は、第１モ
ータ２０１に同期することができる。

【００４９】なお、送り軸モータ１７には、アブソリュ
ートエンコーダが設けられており、送り軸モータ１７の
回転数の情報がそれぞれ送り軸アンプ１４を介して送り
軸速度計算部２７にフィードバックされる。送り軸速度
計算部２７は、フィードバックされた回転数と、送り軸
目標位置計算部２６で算出された理論的位置までの回転
数とを比較して、この比較結果に基づいて速度指令値を
算出する。速度指令値を算出する送り軸速度計算部２７
の構成は次述の通りである。

【００５０】図３は、第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度
計算部２４Ｎまたは送り軸速度計算部２７の構成を示す
ブロック図である。

【００５１】ここで、第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度
計算部２４Ｎおよび送り軸速度計算部２７は、それぞ
れ、目標位置と現在位置が入力され、該入力に基づいて
利得を変化させるという動作について同一なので、同一
の構成であるものとして説明する。なお、利得とは、ス
レーブ軸２０２〜２０Ｎ、１７を制御するための電気的
な出力（速度指令値）を入力（目標位置と現在位置の誤
差）の何倍にするかを決定するものである。

【００５２】図３に示すように、第２速度計算部２４２
〜第Ｎ速度計算部２４Ｎまたは送り軸速度計算部２７
は、公知技術のＰＩＤ制御が適応されており、比例動
作、微分動作および積分動作を実行可能となっている。
比例動作、微分動作および積分動作の結果を合計するこ
とによって、結果的に、同期誤差ｅが何倍かされる。こ
のときの倍率がいわゆる利得である。

【００５３】微分動作のためのパラメータＳと積分動作
のためのパラメータ１／ｓは、それぞれ、実験や作業者
の経験等に基づき、良好な制御動作を得るために予め算
出されている定数である。また、比例動作のためのパラ
メータである比例ゲイン値Ｐ _nは変数であり、以下の式
（１）で求められる。したがって、利得は比例ゲイン値
Ｐ_nの変化にしたがって動的に変化する。

【００５４】比例動作のためのパラメータＰ_nは、Ｐ_n＝Ｐ_n-1＋Ｐ´×ｅ・・・式（１）で与えられる変数である。ここで、Ｐ_n-1は前回のフィ
ードバック制御の周期における比例ゲイン値、すなわ
ち、今回の比例ゲイン値に変化する前の比例ゲイン値を
示す。

【００５５】速度指令値を最初に算出する場合、すなわ
ち、従軸２０２〜２０Ｎまたは１７の回転数が一度もフ
ィードバックされていない場合の比例ゲイン値Ｐ₁は比
例ゲイン初期値Ｐ₀である。この比例ゲイン初期値Ｐ
₀は、パラメータＳ、１／ｓと同様に、実験等や作業者
の経験等に基づき、良好な制御動作を得るために予め算
出されている定数である。また、Ｐ´は、誤差ｅが回転
数で表されているので、誤差ｅを比例ゲイン値Ｐ_nのス
ケールに換算するための換算係数である。

【００５６】次に、第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度計
算部２４Ｎまたは送り軸速度計算部２７の作用について
説明する。

【００５７】第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度計算部２
４Ｎまたは送り軸速度計算部２７は、まず、従軸につい
ての目標位置が入力される。ここでの目標位置は、実際
は該目標位置に従軸が到達するまでの目標の回転数を示
す。さらに、従軸からフィードバックされてきた従軸の
現在位置（回転数）が入力される。そして、目標の回転
数と従軸からフィードバックされてきた回転数とを比較
してその誤差ｅを算出する。この誤差ｅに基づいて比例
動作、積分動作および微分動作が実行され、速度指令値
が算出される。

【００５８】比例動作では、上記した式（１）で示すよ
うに、前回の比例ゲイン値Ｐ_n-1を用いて、今回の比例
ゲイン値Ｐ_nが動的に変化させられる。この比例ゲイン
値Ｐ_nの動的な変化が速度指令値の増減に最も寄与し、
結果として第２速度計算部２４２〜第Ｎ速度計算部２４
Ｎまたは送り軸速度計算部２７における利得が増減され
る。そして、比例動作、微分動作および積分動作の結果
を合計して得られた速度指令値が、アンプに送信され
る。

【００５９】このように、従軸の理論的位置と現在位置
との同期誤差ｅに基づいて、比例ゲイン値Ｐ_nを変化さ
せるので、たとえば、理論的位置に対して現在位置がだ
いぶ遅れた場合にも、遅れた分だけ勘案されて比例ゲイ
ン値Ｐ_nが増幅され、利得も大きくなるので、遅れた従
軸の速度が速くなり、同期誤差をより迅速、確実に小さ
くすることができる。逆に、従軸が理論的位置に対して
進んだ場合には、同期誤差ｅが負の値になり、上記式
（１）により比例ゲイン値Ｐ_nが減少され、利得も小さ
くなるので、進んだ従軸の速度が遅くなり、同期誤差を
迅速、確実に小さくすることができる。

【００６０】次に、多軸工作機械１０の同期制御の手順
について説明する。

【００６１】図４は、多軸工作機械１０の同期制御の手
順を示すフローチャートである。

【００６２】以下に説明する同期制御では、加工軸２０
１を単にマスタ軸といい、加工軸２０２〜２０Ｎおよび
送り軸１７を総称して単にスレーブ軸という。また、コ
ントローラ１５の各部構成については上述したので、こ
こでは構成の動作の説明を省略し、コントローラ１５の
総括的な動作として説明する。

【００６３】最初に、作業者によりコントローラ１５に
マスタ軸の動作の目標位置が入力されると、コントロー
ラ１５は、該目標位置までに必要なマスタ軸の回転数を
算出し（ステップＳ１）、算出した回転数に基づいてマ
スタ軸を動作させる（ステップＳ２）。そして、動作中
のマスタ軸の現在位置が検出される（ステップＳ３）。

【００６４】コントローラ１５は、検出したマスタ軸の
位置に基づいて、該マスタ軸に同期させるようにスレー
ブ軸ごとの目標位置（回転数）を算出し（ステップＳ
４）、算出した目標位置に基づきスレーブ軸を動作させ
る（ステップＳ５）。そして、動作中のスレーブ軸ごと
の現在位置が検出される（ステップＳ６）。

【００６５】コントローラ１５は、スレーブ軸ごとに、
算出した目標位置と現在位置との同期誤差ｅを算出し
（ステップＳ７）、この同期誤差ｅが予め設定されてい
る所定の許容範囲内かどうかを判断する（ステップＳ
８）。なお、許容範囲は、作業者等により、実験や経験
に基づいて予め設定されているものである。

【００６６】同期誤差ｅが許容範囲内とならないスレー
ブ軸がある場合は（ステップＳ８：ＮＯ）、マスタ軸に
対するスレーブ軸の同期誤差が大きすぎて、軸および該
軸に装着された加工具等の破損が生じる虞があるので、
多軸工作機械１０自体を停止させるために、各軸の動作
を停止して同期制御を終了する。

【００６７】全ての同期誤差ｅが許容範囲内である場合
は（ステップＳ８：ＹＥＳ）、上述した式（１）に該同
期誤差ｅの値を代入して、スレーブ軸ごとに比例ゲイン
値を更新する（ステップＳ９）。コントローラ１５は、
図３に示す速度計算部２４２〜２４Ｎ、２７の構成によ
り、更新した比例ゲイン値等を用いて、同期誤差ｅに基
づく速度指令値をスレーブ軸の回転のためのアンプ１２
２〜１２Ｎ、１４に出力し（ステップＳ１０）、スレー
ブ軸をそれぞれ動作させる。

【００６８】そして、加工が完了したかどうか、すなわ
ち、Ｓ１で入力された目標位置までマスタ軸が動作した
かどうかを判断し（ステップＳ１１）、加工が完了した
場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）は、全軸を停止して加
工動作を終了し、加工が完了しない場合（ステップＳ１
２：ＮＯ）は、再びＳ３からの動作を繰り返す。

【００６９】以上説明してきたように、本発明が適用さ
れた多軸工作機械１０は、マスタ軸の位置に対応する理
論的位置をスレーブ軸ごとに算出し、スレーブ軸の理論
的位置と現在位置との同期誤差に基づいてスレーブ軸ご
とに利得を変化させるので、たとえ、マスタ軸およびス
レーブ軸の規模やその動作内容、または軸に取り付けら
れた加工具が異なっていても、スレーブ軸がマスタ軸に
適当に追従し、適当な同期制御を行うことができる。

【００７０】また、利得を変化させることにより、スレ
ーブ軸の制御性を大幅に向上させることができるので、
スレーブ軸のマスタ軸に対する追従性が大幅に向上し、
結果として、同期誤差が発生しにくくなり、各軸自体、
各軸に取り付けられた加工具、または多軸同期制御装置
自体等が破損せず、また、加工対象となるワークの精度
を維持することができる。

【００７１】さらに、スレーブ軸の利得が同期誤差に基
づいて変化しスレーブ軸がマスタ軸を追従するので、マ
スタ軸の制御性が低速回転域で不安定であっても同期制
御の精度を確保できる。具体的には、たとえば、タップ
加工においてタップ加工終了後に該タップ加工に供した
タップビット（加工具）をワークから抜き出すときに、
ワークがタップビットに与える負荷の影響が最も大きく
なり各軸の制御性が最も悪くなるが、この場合において
も同期誤差が発生しにくくなる。

【００７２】加えて、本発明は、各スレーブ軸で理論的
位置に対する現在位置の同期誤差を求め、利得を変化さ
せるという単純な制御系しか有さないので、低コストに
実現でき、また、あらゆる多軸同期を目的とする制御系
に容易に応用することができる。

【００７３】また、比例ゲイン値は、前記同期誤差に所
定の換算係数を乗算し、該乗算結果を前回の利得算出に
用いられた比例ゲイン値に加算することによって求めら
れるので、同期誤差に基づいて動的に変化する比例ゲイ
ン値に伴って利得も動的に変化させることができ、同期
誤差を考慮した適当な同期制御を行うことができる。

【００７４】また、同期誤差が所定の許容限界範囲を超
えた場合にマスタ軸およびスレーブ軸を全て停止させる
ので、各軸自体、各軸に取り付けられた加工具、または
多軸同期制御装置自体等が破損を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される多軸工作機械の概略構成
図である。

【図２】多軸工作機械の各軸を同期制御するコントロ
ーラの機能を説明するためのブロック図である。

【図３】第２速度計算部〜第Ｎ速度計算部または送り
軸速度計算部の構成を示すブロック図である。

【図４】同期制御の手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０…多軸工作機械、１１〜１１Ｎ…第１加工軸〜第Ｎ加工軸、１２、１２１〜１２Ｎ…加工軸アンプ、１３…送り軸、１４…送り軸アンプ、１５…コントローラ、１７…送り軸モータ、２０１〜２０Ｎ…第１モータ〜第Ｎモータ、２１…第１目標位置計算部、２２…第１速度計算部、２３２〜２３Ｎ…第２目標位置計算部〜第Ｎ目標位置計
算部、２４２〜２４Ｎ…速度計算部、２６…送り軸目標位置計算部、２７…送り軸速度計算部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の軸の同期制御の基準となる一つの
主軸と、前記主軸の位置に基づいて該主軸に追従する複数の従軸
と、前記主軸および前記従軸の現在位置をそれぞれ検出する
位置検出手段と、検出された前記主軸の位置に基づいて、該主軸の位置に
対応する理論的位置を前記従軸ごとに算出する理論位置
算出手段と、前記各従軸について、算出された理論的位置と検出され
た現在位置との同期誤差を算出する同期誤差算出手段
と、算出された前記同期誤差に基づいて、各従軸を制御する
ための電気的な出力を入力の何倍にするかを示す利得を
変化させる利得変化手段と、を有する多軸同期制御装置。
【請求項２】前記利得変化手段は、前記利得を算出するための一つのパラメータである比例
ゲイン値に基づき利得を変化させ、前記比例ゲイン値は、前記同期誤差に所定の換算係数を
乗算し、該乗算結果を前回の利得算出に用いられた比例
ゲイン値に加算して求められる多軸同期制御装置。
【請求項３】前記同期誤差算出手段によって算出され
た前記同期誤差が所定の許容限界範囲を超えた場合、前
記主軸および従軸を全て停止させる停止手段をさらに有
する請求項１または請求項２に記載の多軸同期制御装
置。