JP2005096061A - Gear synchronous machining device and its controlling method - Google Patents
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Description
本発明は、歯車状の工具が取り付けられた工具軸を回転させる工具軸モータとワークが取り付けられたワーク軸を回転させるワーク軸モータとを工具とワークの歯数逆数比の回転速度で同期制御しながら、工具軸とワーク軸の軸間距離を短くして工具とワークをかみ合わせて加工を行う歯車同期加工装置及びその制御方法に関する。 The present invention synchronously controls a tool axis motor for rotating a tool axis to which a gear-shaped tool is attached and a work axis motor for rotating a work axis to which a work is attached at a rotational speed of the reciprocal ratio of the number of teeth of the tool and the work. The present invention also relates to a gear synchronous machining apparatus that performs machining by engaging a tool and a workpiece by shortening the distance between the tool axis and the workpiece axis, and a control method thereof.
歯車同期加工は、歯車状の工具とワークを同期回転させて歯のかみ合い位相を保った状態で、軸間距離を短くしていくことで工具とワークの歯をかみ合わせ、かみ合いながらの回転で生じる相対運動を利用した除去加工によって工具の形状をワークに転写する加工法であり、工具によって、ホビング、シェービング、ホーニング、ラッピングなどに分類される。例えば、非特許文献1では、2種類の同期加工方法が示されている。
Gear-synchronized machining occurs by rotating while meshing the tool and workpiece teeth by shortening the distance between the axes while keeping the meshing phase of the gear-shaped tool and workpiece synchronized. This is a processing method in which the shape of a tool is transferred to a workpiece by removal processing using relative motion, and is classified into hobbing, shaving, honing, wrapping, etc. depending on the tool. For example, Non-Patent
従来の加工について、図を用いて説明する。
図9は、工具軸とワーク軸に同期した指令パルスを出力する指令パルス分配方式による加工装置の構成を示す。図9において、歯車の形状をした工具1とワーク2は角度をつけてかみ合うように回転する。工具1は工具軸モータ3と工具軸モータドライバ4によって位置制御により駆動され、ワーク2はワーク軸モータ5とワーク軸モータドライバ6によって位置制御により駆動される。ここで位置指令は以下のように作成される。まずNC加工指令実行部7が、加速後一定速となりその後減速する位置指令を作成し、パルス分配部8で工具軸とワーク軸の軸速度が工具1とワーク2の歯数の逆数比となるように位置指令を係数倍し、工具軸モータドライバ4とワーク軸モータドライバ6に同期して指令する。これにより、工具1とワーク2のかみ合い位相が保たれたまま回転する。この状態で、NC加工指令実行部7からの指令により、図示していない切り込み軸モータおよびモータドライバとボールねじ等を用いて工具軸とワーク軸の軸間距離を短くすると、工具1とワーク2の歯が順を追ってかみ合いながら工具1の形状がワーク2に転写される。
Conventional processing will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 shows the configuration of a machining apparatus based on a command pulse distribution system that outputs command pulses synchronized with the tool axis and the workpiece axis. In FIG. 9, the
図10は、工具軸、ワーク軸のいずれか一方に指令を与え、それをマスターとして他方はマスターのフィードバック値から同期した指令を作成するマスタースレーブ方式の加工装置の構成を示す。図10は工具軸をマスターとした例である。図10の1から7は図9と同一であり説明を省略する。ここで位置指令は以下のように作成される。まずNC加工指令実行部7が、加速後一定速となりその後減速する位置指令を作成し、工具軸モータドライバ4に指令する。工具軸モータドライバ4によって駆動された工具軸モータ3の回転角度を、工具軸モータ3に内蔵されたエンコーダ11によって検出する。歯数比変換部12で工具軸モータ3とワーク軸モータ5の回転速度が歯数の逆数比となるように検出した回転角度を係数倍し、ワーク軸モータドライバ6に指令として与えることにより、工具1とワーク2は同期し、かみ合い位相が保たれたまま回転する。
FIG. 10 shows a configuration of a master-slave type machining apparatus that gives a command to one of the tool axis and the workpiece axis, and creates a command synchronized with the other from the master feedback value. FIG. 10 shows an example in which the tool axis is a master.
これらの方法により、歯車の同期加工では、工具1とワーク2のかみ合い位相を保つことで工具1の形状をワークに転写することができる。ここでその過程を図を用いて詳しく説明する。
By these methods, in the synchronous processing of the gear, the shape of the
図11は工具とワークのある歯面同士の接触を表し、点線が目標位置、実線が実際の位置を表す。なお、図では簡単のため工具のみが目標値からずれるように記載してあるが、実際には目標値からのずれは工具軸とワーク軸に分配される。 FIG. 11 shows contact between tooth surfaces having a tool and a workpiece, a dotted line represents a target position, and a solid line represents an actual position. In the figure, for simplicity, only the tool is described so as to deviate from the target value, but in reality, the deviation from the target value is distributed to the tool axis and the work axis.
工具とワークの接触力は通常サーボ力よりも大きいため、削り代があると、削り代に押される形で工具とワークの相対位置がほぼ削り代の分だけ目標位置とずれる。工具とワークが目標位置とずれると、工具モータドライバおよびワーク軸モータドライバの位置制御によって目標位置に合わせようとする向きにトルクが働き、押し付け力が発生する。この押し付け力によって、工具がワークを切削あるいは研削の除去加工を行なう。 Since the contact force between the tool and the workpiece is usually larger than the servo force, if there is a cutting allowance, the relative position of the tool and the workpiece is shifted from the target position by the amount of the cutting allowance as pushed by the cutting allowance. When the tool and the workpiece deviate from the target position, torque acts in a direction to match the target position by position control of the tool motor driver and the workpiece axis motor driver, and a pressing force is generated. With this pressing force, the tool cuts or removes the workpiece by grinding.
図12は、それぞれの歯の削り代にばらつきがあったときの加工を示す。ワークの前加工状態では精度が悪いため歯毎に削り代の大きさが異なっていることが多い。
図12(a)のグラフが各歯の削り代の大きさを示す。図12(b)は削り代が小さい歯があたっているときを、図12(c)は削り代が大きい歯があたっているときを示す。目標値からのずれは、ほぼ削り代分と考えて良く、一般的な位置比例制御を用いたときは目標値のずれに比例した制御力が発生するので、押し付け力も削り代の大きさに比例する。さらに通常の工具においては、押し付け力が大きい程除去量も大きいため、削り代が大きい程除去量が大きくなり、結果として、図12(d)に示すように、削り代のばらつきはなくなり工具の形状が転写される。
The graph of Fig.12 (a) shows the magnitude | size of the machining allowance of each tooth. FIG. 12B shows a case where a tooth having a small cutting allowance is hit, and FIG. 12C shows a case where a tooth having a large cutting allowance is hit. Deviation from the target value may be considered as a cutting allowance. When using general position proportional control, a control force proportional to the deviation of the target value is generated, so the pressing force is also proportional to the size of the cutting allowance. To do. Further, in a normal tool, the larger the pressing force, the larger the removal amount. Therefore, the larger the machining allowance, the larger the removal amount. As a result, as shown in FIG. The shape is transferred.
従来の方法では、加工力が目標値からのずれをなくそうとする位置制御力であり、その大きさは位置偏差量とループゲインで決まるため、大きさを直接管理することは出来ない。そのため以下の問題が生じる。
(1)工具の特性によって押し付け力がある値を下回ると、すべりや工具のたわみを生じるだけで除去量がゼロになる場合があるが、通常の位置制御では、目標位置からの偏差と押し付け力が比例しているためある偏差の時に押し付け力が除去加工を行わない押し付け力となり、それ以上は加工が行われず、偏差すなわち削り代が残ってしまう。
(2)削り代が想定した以上に大きいときに過剰な押し付け力が発生し、歯車の歯がゆがんで加工精度が悪化したり工具の寿命が短くなったりする。この問題に対して制御力に上限を設けて対応すると、上限以上の削り代に対して一定の除去量になるため、削り代のばらつきを修正する効果が低減されてしまう。
(3)従来の方法は同期原点の精度が良くないと加工精度が悪くなるため、同期原点合わせのために特別な手順やセンサを必要とする。
(4)工具とワークのかみ合わせの位相に誤差がある場合は、かみ合わせ位相に誤差を生じた状態で同期して加工するため、ワークの歯面の両側に加わる力が均等にならず、一方の歯面に偏った加工となり、歯面の両側を均等に加工をすることができない。
図4は工具とワークの歯面のかみ合わせ位相を示す。図4(b)は、工具とワークのかみ合わせが互いの歯の中心線上にあって、かみ合わせ位相が合っている場合である。このかみ合わせ位置を工具とワークの同期基準点として加工すると、工具はワーク歯面のR面およびL面を均等に加工する。これに対し、図4(a)は、工具の歯の中心が、回転方向に対し後方に移動している。このかみ合わせ位置を工具とワークの同期基準点として加工すると、工具はワーク歯面のR面を多く除去し、L面は、削り残しを生じる。図4(c)は、図4(a)とは逆に、工具の歯の中心が、回転方向に対し前方に移動している。このかみ合わせ位置を工具とワークの同期基準点として加工した場合、工具は、ワーク歯面のL面を多く除去することになる。
工具のみ駆動し、ワークは工具に従属して回転する非同期の加工方式の場合は、常に図4(c)の状態で加工される。そのため、ワーク歯面のR面が加工不足となる。非同期加工では、R面の加工不足を回避するため、L面加工後に工具を逆回転することにより、図4(a)の状態でワーク歯面のR面を加工する工程が設けられている。
同期加工においては、図4(b)の状態で加工を行なうことによって、ワーク歯面の両側を均等に除去することが可能となり、前記非同期の加工にて行なっていた逆回転での加工工程を省くことができる。しかし、実際には、工具とワークのかみ合わせの位相誤差のため、図4(a)や図4(c)のように、ワーク歯面に対し偏った加工を行なうことがあり、ワーク歯面のR面が多く除去されたり、あるいはL面が多く除去されたりして加工精度が安定しない。
In the conventional method, the machining force is a position control force that tries to eliminate the deviation from the target value, and the magnitude is determined by the position deviation amount and the loop gain, so the magnitude cannot be directly managed. Therefore, the following problems arise.
(1) If the pressing force falls below a certain value due to the characteristics of the tool, the removal amount may become zero just by causing slippage or deflection of the tool, but with normal position control, the deviation from the target position and the pressing force Is proportional, the pressing force becomes a pressing force that does not perform the removal processing at a certain deviation, and no further processing is performed, and the deviation, that is, the machining allowance remains.
(2) When the machining allowance is larger than expected, an excessive pressing force is generated, and the gear teeth are distorted, so that the machining accuracy is deteriorated or the tool life is shortened. If this problem is dealt with by setting an upper limit on the control force, the removal amount becomes constant for a machining allowance greater than or equal to the upper limit, so that the effect of correcting variations in the machining allowance is reduced.
(3) The conventional method requires a special procedure and sensor for the synchronization origin adjustment because the machining accuracy is deteriorated unless the precision of the synchronization origin is good.
(4) If there is an error in the meshing phase of the tool and the workpiece, machining is performed synchronously in a state where the meshing phase has an error, so the forces applied to both sides of the tooth surface of the workpiece are not equalized. Processing is biased toward the tooth surface, and both sides of the tooth surface cannot be processed evenly.
FIG. 4 shows the meshing phase between the tool and the tooth surface of the workpiece. FIG. 4B shows a case where the meshing of the tool and the workpiece is on the center line of each tooth and the meshing phase is matched. When this meshing position is processed as a synchronization reference point between the tool and the workpiece, the tool uniformly processes the R and L surfaces of the workpiece tooth surface. On the other hand, in FIG. 4A, the center of the tooth of the tool moves backward with respect to the rotation direction. When this meshing position is processed as a synchronization reference point between the tool and the workpiece, the tool removes a lot of the R surface of the workpiece tooth surface, and the L surface generates uncut material. In FIG. 4 (c), contrary to FIG. 4 (a), the center of the tooth of the tool is moved forward with respect to the rotation direction. When this meshing position is processed as a synchronization reference point between the tool and the workpiece, the tool removes many L surfaces of the workpiece tooth surface.
In the case of an asynchronous machining method in which only the tool is driven and the workpiece rotates depending on the tool, the workpiece is always machined in the state shown in FIG. For this reason, the R surface of the workpiece tooth surface is insufficiently processed. In the asynchronous machining, in order to avoid insufficient machining of the R surface, there is provided a process of machining the R surface of the workpiece tooth surface in the state of FIG.
In the synchronous machining, by performing the machining in the state of FIG. 4B, it is possible to remove both sides of the workpiece tooth surface evenly, and the machining process in the reverse rotation performed in the asynchronous machining is performed. It can be omitted. However, in actuality, due to the phase error in the engagement between the tool and the workpiece, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (c), machining may be performed with a bias to the workpiece tooth surface. The machining accuracy is not stable because many R surfaces are removed or many L surfaces are removed.
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、加工力を任意に管理することにより工具寿命を短縮せずに精度の良い加工を行うと共に、同期原点合わせの精度や工具とワークのかみ合わせ位相の誤差による影響を防止することができる歯車同期加工装置及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such various problems, and performs machining with high accuracy without shortening the tool life by arbitrarily managing the machining force, and at the same time, the accuracy of synchronization origin adjustment and the tool It is an object of the present invention to provide a gear synchronous machining apparatus and a control method thereof that can prevent the influence of an error in the meshing phase of the workpiece and the workpiece.
上記問題を解決するため、本発明の歯車同期加工装置は、歯車状の工具が取り付けられた工具軸を回転させる工具軸モータと、該工具軸モータを制御する工具軸モータドライバと、ワークが取り付けられたワーク軸を回転させるワーク軸モータと、該ワーク軸モータを制御するワーク軸モータドライバと、前記工具軸モータドライバと前記ワーク軸モータドライバに指令パルスを出力するパルス分配部と、NC指令を解釈し前期パルス分配部に加工の位置指令を与えるNC指令実行部とを有する歯車同期加工装置において、加工時の目標トルクを決定する目標トルク作成部と、目標トルクと加工時のモータトルクの差から同期誤差の補正値を算出し補正する同期補正値処理部とを備えたことを特徴としている。 In order to solve the above problems, a gear synchronous machining apparatus according to the present invention includes a tool axis motor that rotates a tool axis to which a gear-shaped tool is attached, a tool axis motor driver that controls the tool axis motor, and a workpiece attached to the tool axis motor. A workpiece axis motor that rotates the workpiece axis, a workpiece axis motor driver that controls the workpiece axis motor, the tool axis motor driver, a pulse distribution unit that outputs command pulses to the workpiece axis motor driver, and an NC command In a gear synchronous machining apparatus having an NC command execution unit that interprets and gives a machining position command to the pulse distribution unit in the previous period, a target torque creation unit that determines a target torque during machining, and a difference between the target torque and a motor torque during machining And a synchronization correction value processing unit that calculates and corrects the correction value of the synchronization error from the above.
また、本発明の歯車同期加工装置は、前記目標トルク作成部と前記同期補正値処理部との間に、加工中に加工工程により目標トルクを切替える目標トルク切替え部を設けたことを特徴としている。 The gear synchronous machining apparatus of the present invention is characterized in that a target torque switching unit is provided between the target torque creating unit and the synchronous correction value processing unit to switch the target torque by a machining process during machining. .
また、本発明の歯車同期加工装置は、歯車状の工具が取り付けられた工具軸を回転させる工具軸モータと、該工具軸モータを制御する工具軸モータドライバと、ワークが取り付けられたワーク軸を回転させるワーク軸モータと、該ワーク軸モータを制御するワーク軸モータドライバと、前記工具軸モータあるいは前記ワーク軸モータの何れか一方をマスターとし、他方をスレーブとし、該マスターの回転角度パルスをスレーブに指令するマスタースレーブ指令部と、NC指令を解釈し前期パルス分配部に加工の位置指令を与えるNC指令実行部とを有する歯車同期加工装置において、加工時の目標トルクを決定する目標トルク作成部と、目標トルクと加工時のモータトルクの差から同期誤差の補正値を算出し補正する同期補正値処理部とを備えたことを特徴としている。 The gear synchronous machining apparatus of the present invention includes a tool axis motor that rotates a tool axis to which a gear-shaped tool is attached, a tool axis motor driver that controls the tool axis motor, and a work axis to which a work is attached. A workpiece axis motor to be rotated, a workpiece axis motor driver for controlling the workpiece axis motor, one of the tool axis motor or the workpiece axis motor as a master, the other as a slave, and a rotation angle pulse of the master as a slave A target torque generator for determining a target torque at the time of machining in a gear synchronous machining apparatus having a master-slave command unit for commanding to the NC and an NC command execution unit for interpreting the NC command and giving a machining position command to the pulse distribution unit in the previous period And a synchronization correction value processing unit that calculates and corrects the correction value of the synchronization error from the difference between the target torque and the motor torque during machining. It is characterized in that was.
また、本発明の歯車同期加工装置は、前記目標トルク作成部と前記同期補正値処理部との間に、加工中に加工工程により目標トルクを切替える目標トルク切替え部を設けたことを特徴としている。 The gear synchronous machining apparatus of the present invention is characterized in that a target torque switching unit is provided between the target torque creating unit and the synchronous correction value processing unit to switch the target torque by a machining process during machining. .
また、本発明の歯車同期加工装置の制御方法は、前記歯車同期加工装置および歯車の特性に応じた基準により目標トルクを求め、該目標トルクと、前記工具軸モータと前記ワーク軸モータの少なくとも一つのモータートルクとの差分を演算し、前記差分の値を位置補正値へ変換し、前記位置補正値を前記工具およびワーク軸モータドライバの位置制御周期より十分長い時定数を持つローパスフィルタ処理を行い、位置指令値を補正することを特徴としている。 Further, the control method for the gear synchronous machining apparatus according to the present invention obtains a target torque based on a reference according to characteristics of the gear synchronous machining apparatus and the gear, and at least one of the target torque, the tool axis motor, and the work axis motor. The difference between the two motor torques is calculated, the difference value is converted into a position correction value, and the position correction value is subjected to low-pass filter processing having a time constant that is sufficiently longer than the position control cycle of the tool and workpiece axis motor driver. The position command value is corrected.
また、本発明の歯車同期加工装置の制御方法は、前記目標トルクを加工工程ごとのトルクパターンを持ち、加工中に前記加工工程により前記目標トルクを切替えることを特徴としている。 The gear synchronous machining apparatus control method of the present invention is characterized in that the target torque has a torque pattern for each machining process, and the target torque is switched by the machining process during machining.
また、本発明の歯車同期加工装置の制御方法は、前記目標トルクを前記工具軸モータと前記ワーク軸モータの何れかの位置偏差あるいは同期誤差を入力とする非線形関数で決定することを特徴としている。 Further, the control method of the gear synchronous machining apparatus of the present invention is characterized in that the target torque is determined by a non-linear function having a positional deviation or a synchronous error of either the tool axis motor or the work axis motor as an input. .
また、本発明の歯車同期加工装置の制御方法は、前記非線形関数の出力は入力と同符号のバイアス部分あるいは入力の絶対値が小さい時に出力の傾きが大きくなる部分と入力が閾値以上になった時に出力が飽和する部分の少なくとも一つを有することを特徴としている。 Further, according to the control method of the gear synchronous machining apparatus of the present invention, the output of the nonlinear function has a bias portion having the same sign as the input, or a portion where the inclination of the output becomes large when the absolute value of the input is small, and the input exceeds the threshold. It is characterized by having at least one portion where the output is sometimes saturated.
また、本発明の歯車同期加工装置の制御方法は、加工条件を選択する手段を設け、加工条件によって前期加工工程ごとの目標トルクパターンを変更することを特徴としている。 Further, the control method of the gear synchronous machining apparatus of the present invention is characterized in that means for selecting a machining condition is provided, and the target torque pattern for each previous machining process is changed according to the machining condition.
本発明によれば、目標トルクに追従するように加工トルクを明示的に操作して加工を行なうことができるため、適切な加工トルクを指定することにより、除去加工に必要な最低加工力が存在している場合であっても加工することができ、また必要以上の加工力によって歯をゆがませたり工具寿命を短縮せずに精度の良い加工ができる。また、同期位置が適宜補正されるため、同期原点にほとんど依存せず、同期原点合わせに余分な手順やセンサを必要としないという効果もある。また、工具とワークのかみ合わせ位相の誤差による影響を防止することができる。 According to the present invention, machining can be performed by explicitly manipulating the machining torque so as to follow the target torque. Therefore, by specifying an appropriate machining torque, there is a minimum machining force necessary for removal machining. Even if it is, it can be processed, and high-precision processing can be performed without distorting teeth or shortening the tool life with an excessive processing force. In addition, since the synchronization position is appropriately corrected, there is an effect that it hardly depends on the synchronization origin, and no extra procedure or sensor is required for synchronization origin alignment. Further, it is possible to prevent the influence due to the error in the meshing phase between the tool and the workpiece.
また、目標トルクをあらかじめトルクパターンとして記憶しておく場合には、加工条件により最適なトルクパターンを予め記憶しておき,オペレータが加工条件を選択することによって,最適なパターンを確実に再現し、最適な加工を行なうことができる。一方、非線形関数を使用し、加工中の偏差や同期誤差に応じて目標トルクを決定する場合には、最低加工力と最大加工力を調整できるだけでなく、削り代が大きいときに加工力を大きくし、削り代が小さいときに加工力を小さくする効率的な加工を行なうことができる。 When the target torque is stored in advance as a torque pattern, the optimal torque pattern is stored in advance according to the processing conditions, and the operator selects the processing conditions so that the optimal pattern is reliably reproduced. Optimal machining can be performed. On the other hand, when using a non-linear function to determine the target torque according to the deviation or synchronization error during machining, not only can the minimum and maximum machining forces be adjusted, but the machining force can be increased when the machining allowance is large. In addition, when the machining allowance is small, it is possible to perform efficient machining that reduces the machining force.
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、その説明を省略し、異なる点のみ説明する。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, about the same component as this invention, the description is abbreviate | omitted and only a different point is demonstrated.
図1は、指令パルス分配方式の同期加工に本装置を適用した場合のブロック図である。
本発明が従来と異なる点は、目標トルク作成部9と、同期補正値処理部10と、目標トルク切替え部13を備えた点である。目標トルク作成部9では、非線形関数を使用して目標トルクを決定する場合の目標トルクを決定する。目標トルク切替え部13は、トルクパターンを使用して目標トルクを決定する場合に、加工工程により目標トルクの切替え処理を行ない目標トルクを決定する。同期補正値処理部10では、目標トルクと現在のモータトルクとの差から補正値を算出し補正する。ここで、現在のモータトルクは図1ではワーク軸モータドライバ6から同期補正処理部10に線が引いてあり、ワーク軸の値を使用するように記載してあるが、工具軸のモータトルクを使用しても良い。なお、工具軸モータドライバ4およびワーク軸モータドライバ6は、位置指令に対してモータ位置を追従させる位置制御部と、位置制御を実現するための一般的な速度制御部、電流制御部を持つ。また、これらの制御部がデジタルプロセッサ上で実現されているとき、目標トルク作成部9および目標トルク切替え部13、同期補正値処理部10を同一のデジタルプロセッサ上に実装しても良い。
FIG. 1 is a block diagram when the present apparatus is applied to the synchronous processing of the command pulse distribution method.
The present invention is different from the prior art in that a target torque creating unit 9, a synchronization correction
図2に本発明の補正方法を一定周期の離散制御で行ったときの一制御周期分のフローチャートを示す。ステップST1、ステップST10、11、12およびステップST3で目標トルクを決定し、ステップST4からST6までで補正値を算出し、ステップST8、ST9で補正処理を行う。ステップST1とST3が目標トルク作成部9で実行され、ステップST4からST9までが同期補正値処理部10で実行される。また、トルクパターンを使用し目標トルクを決定する場合は、ステップST10、11、12が目標トルク切替え部13で実行される。すなわち、非線形関数を使用して目標トルクを決定する場合は図1の符号Aの部分に相当し、トルクパターンを使用して目標トルクを決定する場合は図1の符号Bの部分に相当する。
FIG. 2 shows a flowchart for one control period when the correction method of the present invention is performed by discrete control with a constant period. A target torque is determined in steps ST1, ST10, 11, 12, and ST3, a correction value is calculated in steps ST4 to ST6, and correction processing is performed in steps ST8 and ST9. Steps ST1 and ST3 are executed by the target torque generator 9, and steps ST4 to ST9 are executed by the synchronization
ここで、各ステップの詳細を説明する。ステップST1で目標トルク作成方法を選択し、非線形関数を使用して目標トルクを決定する場合はステップST3に処理が移る。トルクパターンを使用して目標トルクを決定する場合はステップST10に処理が移り、ステップST10からステップST12で目標トルクを決定する。このトルクパターンを使用した場合の決定方法の詳細を以下に説明する。 Here, details of each step will be described. When the target torque creation method is selected in step ST1 and the target torque is determined using a nonlinear function, the process moves to step ST3. When the target torque is determined using the torque pattern, the process proceeds to step ST10, and the target torque is determined from step ST10 to step ST12. Details of the determination method when this torque pattern is used will be described below.
図3は、加工時の目標トルクパターンである。全加工工程を加速区間、加工区間1、加工区間2および減速区間の4つの加工区間に分割し、加工区間1と加工区間2で目標トルクを正方向から負方向に切替える。歯車加工においては、工具とワークとを押し付けあうことによって切削力が発生する。したがって図4(b)のようにかみ合わせ位相が合っている場合でも押し付け力が小さければ、切削力が不足し、高精度の加工を行なうことができない。これに対し、目標トルクを正方向および負方向にすることによって、積極的に工具とワークを押し付け、ワーク歯面のR側およびL側の各々に対して大きな切削力を加えることができる。
さらに、図4(a)および図4(c)のようにかみ合わせ位相が合っていない場合にも、トルクにて制御するため、ワーク歯面のR側およびL側に切削力を加えることができる。
FIG. 3 shows a target torque pattern during processing. The entire machining process is divided into four machining sections, an acceleration section, a
Furthermore, even when the meshing phases are not matched as shown in FIGS. 4A and 4C, the cutting force can be applied to the R side and the L side of the workpiece tooth surface because the torque is controlled. .
なお、目標トルク値(図3における+a、−b)は、大きい方が切削力が増し加工精度がより改善されるが、大き過ぎるとワークの弾性変形や工具寿命が短くなるなどの弊害もある。そのため、目標トルク値は、工具やワーク歯車形状、材質などの加工条件によって精度優先で,できるだけ大きな目標トルクとする場合や,工具寿命優先で比較的目標トルクを低くするなど、加工条件ごとのトルクパターンを予め用意し加工装置内に記憶しておき、オペレータがキー操作等で加工条件を選択できる手段を設けておくことにより、加工条件の最適パターンを選択することができる。 A larger target torque value (+ a, -b in FIG. 3) increases the cutting force and improves the machining accuracy. However, if the target torque value is too large, there are problems such as elastic deformation of the workpiece and shortened tool life. . Therefore, the target torque value depends on the machining conditions such as the tool and workpiece gear shape, material, etc., giving priority to accuracy and making the target torque as large as possible, or lowering the target torque relatively in preference to tool life. A pattern is prepared in advance and stored in the machining apparatus, and an operator can select an optimum pattern of machining conditions by providing means for selecting machining conditions by key operation or the like.
また、目標トルクの選択、切替えは以下のように行なう。
加工プログラム例を図5に示す。図5のプログラムは、工具をbbb[r/min]で回転させ、Z軸をddd[mm/min]の速度で−ccc[mm]まで移動し、さらに、ggg[mm/min]の速度で−eee[mm]まで移動しワークを加工するプログラムである。なお、ワーク速度は工具速度と歯数比で決まる。
The target torque is selected and switched as follows.
An example of the machining program is shown in FIG. The program in FIG. 5 rotates the tool at bbb [r / min], moves the Z axis to −ccc [mm] at a speed of ddd [mm / min], and further at a speed of ggg [mm / min]. It is a program that moves to -ee [mm] and processes a workpiece. The work speed is determined by the tool speed and the gear ratio.
図3の加速区間とは、プログラムの実行が開始し工具の速度が指令速度(bbb[r/min])に達するまでの区間である。工具の速度が指令速度に達したか否かは、工具軸あるいは工具軸モータに取り付けられた検出器によって判別する。加速区間では、まだZ軸は移動しておらず、切削しないため、本発明のトルク制御は実施しない。(この場合図2で示されるフローチャートはステップST20で実行不可となり実行されない。) The acceleration section in FIG. 3 is a section from when the execution of the program starts until the tool speed reaches the command speed (bbb [r / min]). Whether the tool speed has reached the command speed is determined by a detector attached to the tool axis or the tool axis motor. In the acceleration section, the Z-axis has not yet moved and is not cut, so the torque control of the present invention is not performed. (In this case, the flowchart shown in FIG. 2 becomes unexecutable at step ST20 and is not executed.)
そして、工具速度が指令速度に達し、NC指令実行部7が「CODE1」を検出すると、目標トルク切替え部13にて目標トルクを+a%に切替え処理を実行し、目標トルクを決定する。(図2ではステップST11が該当する)。Z軸の移動が開始してから、Z軸の移動量が−ccc[mm]の位置までを加工区間1とし、図4(c)の状態を作る。
When the tool speed reaches the command speed and the NC
そして、Z軸移動量が−ccc[mm]に到達した時点でNC実行指令部7は、目標トルク切替え指令「CODE2」を検出し、目標トルク切替え部13にて目標トルクを−b%に切替え処理を実行し、目標トルクを決定する。(図2ではステップST12が該当する)。Z軸の移動量が−eee[mm]の位置までを加工区間2とし、図4(a)の状態を作る。
Z軸が−eee[mm]まで移動後、工具、ワークの停止までを減速区間とする。この区間は、加速区間と同様に加工区間ではないため、本発明のトルク制御は実施しない。
When the Z-axis movement amount reaches −ccc [mm], the NC
After the Z-axis has moved to -ee [mm], the period from the stop of the tool to the work is defined as the deceleration zone. Since this section is not a machining section like the acceleration section, the torque control of the present invention is not performed.
図2の各ステップの説明に戻る。ステップST3の非線形関数は、工具軸モータとワーク軸モータのいずれかの位置偏差または同期誤差を入力とし、出力である目標トルクは入力の正負と同符号のバイアスを持つか、あるいは入力が小さい時は傾きが急になる部分を持ち、また入力がある閾値以上となった時に出力が飽和する部分を持つ。図6に非線形関数の一例を示す。入力の正負と同符号のバイアスあるいは傾きが急になる部分は、工具の必要最小加工力にあわせた大きさとする。また、出力が飽和する部分は、工具の寿命や加工の効率から最大値を決定しておく。ステップST4で目標トルクと現在のモータトルクの差分を求めトルク偏差を算出し、ステップST5では、トルク偏差から位置補正への単位変換を行い、さらにフィードバックゲインの掛け算を行い補正量を算出する。ステップST6ではローパスフィルタによって追従を遅くし、位置制御と干渉しないようにする。
ここで,位置制御と干渉しないためにローパスフィルタではなく,目標トルクと現在トルクから位置補正量を算出する処理をモータドライバの位置制御周期より十分長い処理周期で行なっても良い。ステップST7で補正方法を選択し、位置指令加算(ステップST8)か位置偏差から速度への単位変換を行ったのち速度フィードフォワードをかける(ステップST9)かのいずれかの方法で補正を行う。
Returning to the description of each step in FIG. The nonlinear function in step ST3 receives as input the positional deviation or synchronization error of either the tool axis motor or the workpiece axis motor, and the output target torque has a bias with the same sign as the input positive or negative, or when the input is small Has a portion where the slope is steep, and a portion where the output is saturated when the input exceeds a certain threshold. FIG. 6 shows an example of the nonlinear function. The part where the bias or inclination with the same sign as the positive / negative sign of the input is steep is sized according to the minimum required machining force of the tool. For the portion where the output is saturated, the maximum value is determined in advance from the tool life and machining efficiency. In step ST4, a difference between the target torque and the current motor torque is obtained to calculate a torque deviation. In step ST5, unit conversion from the torque deviation to position correction is performed, and a feedback gain is multiplied to calculate a correction amount. In step ST6, the follow-up is delayed by a low-pass filter so as not to interfere with the position control.
Here, in order not to interfere with the position control, the processing for calculating the position correction amount from the target torque and the current torque may be performed in a processing cycle sufficiently longer than the position control cycle of the motor driver instead of the low-pass filter. In step ST7, a correction method is selected, and correction is performed by either position command addition (step ST8) or unit conversion from position deviation to speed and then speed feed forward (step ST9).
図7は本発明による制御の概念図である。図の上部は、押し付け反力によってサーボ目標位置からの偏差が大きくなり位置制御のモータトルクが目標トルクよりも大きくなっている状態を表している。ここで目標トルクとモータトルクの差に応じて目標位置に補正を加えると、サーボ偏差が小さくなるためモータトルクも小さくなり、目標トルクに近づく。 目標位置がシフトしたためトルクは小さくなっているが、目標位置を中心とする位置制御は動いているため、同期補正を長い時定数のローパスフィルタ処理,あるいは遅い更新周期で行なえば、歯毎の削り代のばらつきをなくす従来方法の効果はそのまま有効となる。 FIG. 7 is a conceptual diagram of control according to the present invention. The upper part of the figure shows a state in which the deviation from the servo target position is increased by the pressing reaction force and the motor torque for position control is larger than the target torque. Here, if correction is made to the target position in accordance with the difference between the target torque and the motor torque, the servo deviation is reduced, so that the motor torque is also reduced and approaches the target torque. The torque is small because the target position is shifted, but the position control centered on the target position is moving. Therefore, if synchronous correction is performed with a low-pass filter with a long time constant or a slow update cycle, the tooth is cut for each tooth. The effect of the conventional method that eliminates variation in cost is still effective.
図8はマスタースレーブ方式による同期加工に本装置を適用したブロック図である。マスタースレーブ方式は、指令パルス方式とはワーク軸に与える同期パルスの求め方が異なるのみであるので、本発明はそのまま適用できる。 FIG. 8 is a block diagram in which the present apparatus is applied to synchronous processing by the master-slave method. The master-slave method differs from the command pulse method only in the way of obtaining the synchronization pulse applied to the workpiece axis, and therefore the present invention can be applied as it is.
このように、目標トルクに追従するように加工トルクを明示的に操作して加工を行なうことができるため、適切な加工トルクを指定することにより、除去加工に必要な最低加工力が存在している場合であっても加工することができ、また必要以上の加工力によって歯をゆがませたり工具寿命を短縮せずに精度の良い加工ができる。また、同期位置が適宜補正されるため、同期原点にほとんど依存せず、同期原点合わせに余分な手順やセンサを必要としない。また、工具とワークのかみ合わせ位相の誤差による影響を防止することができる。
In this way, machining can be performed by explicitly manipulating the machining torque so as to follow the target torque. Therefore, by specifying an appropriate machining torque, there is a minimum machining force necessary for removal machining. Even if it is, it can be processed, and high-precision processing can be performed without distorting teeth or shortening the tool life due to excessive processing force. Further, since the synchronization position is corrected as appropriate, it hardly depends on the synchronization origin, and no extra procedure or sensor is required for synchronization origin alignment. Further, it is possible to prevent the influence due to the error in the meshing phase between the tool and the workpiece.
1 工具
2 ワーク
3 工具軸モータ
4 工具軸モータドライバ
5 ワーク軸モータ
6 ワーク軸モータドライバ
7 NC指令実行部
8 パルス分配部
9 目標トルク作成部
10 同期補正値処理部
11 エンコーダ
12 歯数比変換部
13 目標トルク切替え部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該工具軸モータを制御する工具軸モータドライバと、
ワークが取り付けられたワーク軸を回転させるワーク軸モータと、
該ワーク軸モータを制御するワーク軸モータドライバと、
前記工具軸モータドライバと前記ワーク軸モータドライバに指令パルスを出力するパルス分配部と、
NC指令を解釈し前記パルス分配部に加工の位置指令を与えるNC指令実行部とを有する歯車同期加工装置において、
加工時の目標トルクを決定する目標トルク作成部と、
目標トルクと加工時のモータトルクの差から同期誤差の補正値を算出し補正する同期補正値処理部とを備えたことを特徴とする歯車同期加工装置。 A tool axis motor that rotates a tool axis to which a gear-like tool is attached;
A tool axis motor driver for controlling the tool axis motor;
A workpiece axis motor that rotates the workpiece axis to which the workpiece is attached;
A work axis motor driver for controlling the work axis motor;
A pulse distributor for outputting command pulses to the tool axis motor driver and the work axis motor driver;
In a gear synchronous machining apparatus having an NC command execution unit that interprets an NC command and gives a machining position command to the pulse distribution unit,
A target torque generator for determining a target torque at the time of machining;
A gear synchronous machining apparatus comprising: a synchronous correction value processing unit that calculates and corrects a correction value of a synchronous error from a difference between a target torque and a motor torque during machining.
該工具軸モータを制御する工具軸モータドライバと、
ワークが取り付けられたワーク軸を回転させるワーク軸モータと、
該ワーク軸モータを制御するワーク軸モータドライバと、
前記工具軸モータあるいは前記ワーク軸モータの何れか一方をマスターとし、他方をスレーブとし、該マスターの回転角度パルスをスレーブに指令するマスタースレーブ指令部と、
NC指令を解釈し前記マスターに位置指令を与えるNC指令実行部とを有する歯車同期加工装置において、
加工時の目標トルクを決定する目標トルク作成部と、
目標トルクと加工時のモータトルクの差から同期誤差の補正値を算出し補正する同期補正値処理部とを備えたことを特徴とする歯車同期加工装置。 A tool axis motor that rotates a tool axis to which a gear-like tool is attached;
A tool axis motor driver for controlling the tool axis motor;
A workpiece axis motor that rotates the workpiece axis to which the workpiece is attached;
A work axis motor driver for controlling the work axis motor;
Either one of the tool axis motor or the workpiece axis motor is a master, the other is a slave, and a master slave command unit that commands the master rotation angle pulse;
In a gear synchronous machining apparatus having an NC command execution unit that interprets an NC command and gives a position command to the master,
A target torque generator for determining a target torque at the time of machining;
A gear synchronous machining apparatus comprising: a synchronous correction value processing unit that calculates and corrects a correction value of a synchronous error from a difference between a target torque and a motor torque during machining.
前記歯車同期加工装置および歯車の特性に応じた基準により目標トルクを求め、
該目標トルクと、前記工具軸モータと前記ワーク軸モータの少なくとも一つのモータートルクとの差分を演算し、
該差分の値を位置補正値へ変換し、
該位置補正値に前記工具および前期ワーク軸モータドライバの位置制御周期より十分長い時定数を持つローパスフィルタ処理を行い、
位置指令値を補正することを特徴とする歯車同期加工装置の制御方法。 A control method for a gear synchronous machining apparatus according to claim 1 or 2, or claim 3 or 4,
The target torque is determined according to the reference according to the gear synchronous processing device and the characteristics of the gear,
Calculating a difference between the target torque and at least one motor torque of the tool axis motor and the workpiece axis motor;
Converting the difference value into a position correction value;
The position correction value is subjected to a low-pass filter process having a time constant sufficiently longer than the position control cycle of the tool and the previous work axis motor driver,
A control method for a gear synchronous machining apparatus, wherein a position command value is corrected.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011051084A (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-17 | Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd | Gear cutting device |
CN104070412A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-01 | 发那科株式会社 | Motor controller for synchronously controlling multiple motors |
CN104395025A (en) * | 2012-06-19 | 2015-03-04 | 格里森工场 | Active torque method of lapping gears |
CN104965482A (en) * | 2014-03-20 | 2015-10-07 | 发那科株式会社 | Servo controller for reducing interference between axes in machining |
WO2018070403A1 (en) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | 株式会社ジェイテクト | Gear machining apparatus and gear machining method |
CN108127195A (en) * | 2017-12-26 | 2018-06-08 | 合肥工业大学 | A kind of full axial modification method of internal tooth strength gear honing |
CN109803781A (en) * | 2016-10-13 | 2019-05-24 | 株式会社捷太格特 | Gear machining apparatus and gear working method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6383220U (en) * | 1986-11-19 | 1988-06-01 | ||
JPH01216717A (en) * | 1988-02-22 | 1989-08-30 | Honda Motor Co Ltd | Nc synchronous control system |
JPH11821A (en) * | 1997-06-12 | 1999-01-06 | Mitsubishi Motors Corp | Lapping device of gear set |
-
2004
- 2004-01-19 JP JP2004010032A patent/JP4506178B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6383220U (en) * | 1986-11-19 | 1988-06-01 | ||
JPH01216717A (en) * | 1988-02-22 | 1989-08-30 | Honda Motor Co Ltd | Nc synchronous control system |
JPH11821A (en) * | 1997-06-12 | 1999-01-06 | Mitsubishi Motors Corp | Lapping device of gear set |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011051084A (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-17 | Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd | Gear cutting device |
CN104395025A (en) * | 2012-06-19 | 2015-03-04 | 格里森工场 | Active torque method of lapping gears |
CN104070412A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-01 | 发那科株式会社 | Motor controller for synchronously controlling multiple motors |
JP5628954B2 (en) * | 2013-03-29 | 2014-11-19 | ファナック株式会社 | Motor control device for synchronously controlling a plurality of motors |
US9401669B2 (en) | 2013-03-29 | 2016-07-26 | Fanuc Corporation | Motor controller for synchronously controlling multiple motors |
US9304504B2 (en) | 2014-03-20 | 2016-04-05 | Fanuc Corporation | Servo controller for reducing interference between axes in machining |
JP2015186295A (en) * | 2014-03-20 | 2015-10-22 | ファナック株式会社 | Servo control device for reducing interference between shafts in working |
CN104965482A (en) * | 2014-03-20 | 2015-10-07 | 发那科株式会社 | Servo controller for reducing interference between axes in machining |
WO2018070403A1 (en) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | 株式会社ジェイテクト | Gear machining apparatus and gear machining method |
CN109803781A (en) * | 2016-10-13 | 2019-05-24 | 株式会社捷太格特 | Gear machining apparatus and gear working method |
US11059115B2 (en) | 2016-10-13 | 2021-07-13 | Jtekt Corporation | Gear machining apparatus and gear machining method |
CN109803781B (en) * | 2016-10-13 | 2021-10-01 | 株式会社捷太格特 | Gear machining equipment and gear machining method |
CN108127195A (en) * | 2017-12-26 | 2018-06-08 | 合肥工业大学 | A kind of full axial modification method of internal tooth strength gear honing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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