JP2021154457A - 棒材供給装置、棒材供給装置を備えた工作機械、棒材供給装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】棒材を位置決めする際における主軸チャックやフィンガチャックへの負荷を低減させる棒材供給装置、棒材供給装置を備えた工作機械、棒材供給装置の制御方法を提供する。【解決手段】主軸１１１に棒材を供給する押し矢１２１と、押し矢を主軸の軸線方向に沿って移動させるサーボモータ１３４と、サーボモータの駆動を制御する制御装置（モータ制御装置１３６、制御装置１４１で例示）と、を備えた棒材供給装置１２０である。制御装置は、押し矢の前進量に基づいた指令値とサーボモータの駆動によって押し矢が前進した実位置との偏差を算出し、偏差の大きさに応じてサーボモータの駆動を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、フィンガチャックに加えられた棒材を主軸側に送り出す押し矢と、押し矢を主軸の軸線方向に沿って移動させるサーボモータと、サーボモータの駆動を制御する制御装置と、を備えた棒材供給装置、棒材供給装置を備えた工作機械、棒材供給装置の制御方法に関する。

例えば、特許文献１には、自動旋盤本体および棒材供給装置を備えた自動旋盤装置の構造が開示されている。棒材供給装置の押し矢は自動旋盤本体の主軸の延長線上に配置されている。この自動旋盤装置において棒材（例えば長尺の棒材）から複数個の製品を切り出す場合には、押し矢を用いて棒材を主軸に向けて供給する。
棒材の後端は押し矢のフィンガチャックに把持されており、棒材は、棒材の先端がストッパツールに接触するまで前進する。棒材の先端がストッパツールに接触すると、主軸チャックを閉じて棒材を主軸に保持する。そして、ストッパツールが棒材の先端から退避した後、工具で棒材を加工している。

特許第４０１８７９６号

ところで、高いトルクで棒材の先端がストッパツールに接触するまで前進させた場合、主軸チャックが閉じ、直ちにストッパツールが棒材の先端から退避すると、棒材から押し矢を駆動するサーボモータまでの装置などには大きな負荷が残り、その結果主軸チャックやフィンガチャックにも大きな負荷が生じる。このため、棒材を位置決めする際において、それらの負荷を小さくしたい要望があった。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、棒材を位置決めする際における主軸チャックやフィンガチャックへの負荷を低減させる棒材供給装置、棒材供給装置を備えた工作機械、棒材供給装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１に、主軸に棒材を供給する押し矢と、該押し矢を主軸の軸線方向に沿って移動させるサーボモータと、該サーボモータの駆動を制御する制御装置と、を備えた棒材供給装置であって、前記制御装置は、前記押し矢の前進量に基づいた指令値と前記サーボモータの駆動によって前記押し矢が前進した実位置との偏差を算出し、該偏差の大きさに応じて前記サーボモータの駆動を制御することを特徴とする。

第２に、前記押し矢の前進量を順次加算した指令値と前記押し矢が前進した実位置を逐次比較することで算出される前記偏差の最大値だけ前記押し矢を後退させるように前記サーボモータを駆動することを特徴とする。

第３に、前記制御装置が、前記サーボモータのトルク値が所定のトルクリミット値に到達した場合に、前記サーボモータの駆動を停止させることを特徴とする。

第４に、上記いずれかの棒材供給装置を備えた工作機械であることを特徴とする。

第５に、主軸に棒材を供給する押し矢と、該押し矢を主軸の軸線方向に沿って移動させるサーボモータと、該サーボモータの駆動を制御する制御装置と、を備えた棒材供給装置の制御方法であって、前記押し矢の前進量に基づいた指令値を設定するステップと、前記押し矢が前記指令値だけ前進するように、前記サーボモータを所定方向に回転させて駆動するステップと、前記サーボモータの駆動によって前記押し矢が前進した実位置を読み取るステップと、設定した前記指令値と読み取った前記実位置との偏差を算出するステップと、該偏差の大きさに応じて前記サーボモータの駆動を制御するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明は以下の効果を得ることができる。
フィンガチャックに加えられた棒材を押す押し矢が、更新された偏差の最大量を後退させられることによって、棒材を位置決めする際の主軸チャックやフィンガチャックへの負荷を低減させることができる。

本発明に係る棒材供給装置を備えた工作機械の一例である自動旋盤装置を説明する図である。 図１に示した自動旋盤装置の詳細を示す模式図である。 棒材供給の動作フローチャートである。 押し矢の位置、押し矢の移動時間、偏差の関係を説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の棒材供給装置、棒材供給装置を備えた工作機械、棒材供給装置の制御方法について説明する。図１に示すように、自動旋盤装置１００は、自動旋盤本体１１０と、棒材供給装置１２０と、ＮＣ装置１４０と、を備えており、所定の切削工具で棒材Ｗを加工する工作機械の一例である。
棒材供給装置１２０はバーフィーダと称され、自動旋盤本体１１０に棒材Ｗを供給可能に構成されている。

棒材供給装置１２０は、棒材供給装置１２０と自動旋盤本体１１０との間を移動する押し矢１２１と、押し矢１２１を駆動させるサーボモータ１３４と、サーボモータ１３４を制御するモータ制御装置１３６と、を有する。押し矢１２１は、自動旋盤本体１１０の主軸１１１の延長線上に配置されている。棒材供給装置１２０には、複数の棒材（例えば長尺の棒材）Ｗが貯えられており、サーボモータ１３４によって押し矢１２１が移動すると、棒材Ｗが棒材供給装置１２０から自動旋盤本体１１０の主軸１１１に向けて１本ずつ供給される。

図２に示すように、サーボモータ１３４は、駆動スプロケット１３２に連結されている。駆動スプロケット１３２と従動スプロケット１３３との間には、チェーン１３１が掛け回されている。押し矢１２１は、接続部材１２３を介してチェーン１３１に連結されている。押し矢１２１の先端にはフィンガチャック１２２が設けられており、フィンガチャック１２２が棒材Ｗの後端を把持する。

モータ制御装置１３６は、ＮＣ装置１４０の制御装置１４１からの信号に基づいてサーボモータ１３４の駆動を制御する。サーボモータ１３４が回転し、駆動スプロケット１３２が図２で見た反時計回りに回転すると、チェーン１３１も同じく反時計回りに回転する。これにより、押し矢１２１が、主軸１１１の軸線方向に沿って前方へ移動する。サーボモータ１３４の回転量はエンコーダ１３５で検出される。エンコーダ１３５の検出結果は、ＮＣ装置１４０の制御装置１４１に入力される。

モータ制御装置１３６は、ＣＰＵやメモリ等を有し、例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このプログラムを実行する。これにより、プログラムに基づいてサーボモータ１３４の動作を制御できる。
具体的には、モータ制御装置１３６は、例えばトルクスキップモードで、サーボモータ１３４を所定方向に回転させて駆動する。トルクスキップモードとは、サーボモータ１３４のトルク値が、所定の値（トルクリミット値）に達したときにサーボモータ１３４の駆動を停止するモードである。

モータ制御装置１３６は、押し矢１２１が設定した前進量だけ進むように、サーボモータ１３４を所定方向に回転させる。この前進量やトルクリミット値は、入力部１５０あるいはプログラムで設定され、ＮＣ装置１４０の記憶部１４２に記憶される。
一方、モータ制御装置１３６は、サーボモータ１３４を上記所定方向とは逆方向に回転させることも可能であり、この場合、押し矢１２１は後退する。また、モータ制御装置１３６が、サーボモータ１３４の駆動を停止した場合、押し矢１２１の前進／後退が停止する。

自動旋盤本体１１０は、棒材供給装置１２０から供給された棒材Ｗを加工する加工室１１６を有する。
加工室１１６には、棒材Ｗを旋削加工するバイト等の工具１１４が設置されており、主軸１１１に保持された棒材Ｗを加工する。主軸１１１は、主軸台に回転自在に支持されている。主軸１１１の軸線と棒材Ｗの軸線は一致している。主軸１１１には主軸チャック１１５が設けられている。主軸チャック１１５を閉じると、棒材Ｗが保持され、主軸チャック１１５を開くと、棒材Ｗの保持が解除される。工具１１４は刃物台に設けられ、棒材Ｗの径方向に向けて移動可能であるとともに、主軸１１１の回転軸線方向に沿って移動可能である。

また、図２に示すように、主軸チャック１１５の前方には、ストッパツール１１７が設けられている。ストッパツール１１７は、例えば、棒材Ｗの先端に接触する平板状に形成されている。棒材Ｗの先端がストッパツール１１７に接触すると、棒材Ｗの先端が位置決めされる。ストッパツール１１７は、棒材Ｗの先端を位置決めできた場合、制御装置１４１からの指令に基づいて棒材Ｗの先端から退避する。

主軸１１１の回転や刃物台の移動などは、ＮＣ装置１４０の制御装置１４１で制御される。また、棒材供給装置１２０は、制御装置１４１からの指令に基づいて駆動／駆動解除される。
制御装置１４１は、ＣＰＵやメモリ等を有し、例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このプログラムを実行する。これにより、プログラムに基づいて自動旋盤本体１１０および棒材供給装置１２０の動作を制御できる。

制御装置１４１は、算出部１４３、比較部１４４，１４４ａ、判定部１４５，１４５ａ、トルク測定部１４６を有している。
算出部１４３では、入力部１５０あるいはプログラムで設定した押し矢の前進量から演算される指令位置とサーボモータ１３４の駆動によって押し矢１２１が実際に前進した実位置との偏差を算出する。比較部１４４では、記憶部１４２で既に記憶されている偏差と今回算出した偏差とを比較し、判定部１４５で、偏差の大きさを判定する。
また、押し矢及びその駆動サーボモータにて棒材がストッパツールに突き当ったことを判断するために、比較部１４４ａでは、トルク測定部１４６で測定したサーボモータ１３４のトルク値と設定したトルクリミット値とを比較し、判定部１４５ａで、測定したトルク値がトルクリミット値に達したか否かを判定する。

図３は、棒材供給の動作フローチャートであり、図４は、指令位置、押し矢１２１の実位置および偏差と押し矢１２１の移動時間の関係を説明する図である。
まず、作業者が、押し矢１２１が１回の動作で進む前進量、およびサーボモータ１３４を停止させるためのトルクリミット値をそれぞれ設定する（図３のステップＳ１０）。次に、制御装置１４１が、主軸チャック１１５を開け（ステップＳ１１）、ストッパツール１１７を主軸チャック１１５の前方に設置する。

続いて、モータ制御装置１３６は、押し矢１２１が設定した前進量だけ進むように、サーボモータ１３４を所定方向に回転させる（ステップＳ１２）。この設定した前進量を順次加算して指令位置（図４に１点鎖線で示す）として記憶部１４２に記憶される（ステップＳ１３）。次いで、制御装置１４１が、エンコーダ１３５で検出したサーボモータ１３４の回転量から、押し矢１２１が実際に前進した実位置（図４に破線で示す）を読み取る（ステップＳ１４）。

そして、算出部１４３が、設定した前進量から算出する指令位置と読み取った実位置との偏差（図４に実線で示す）を算出する（図３のステップＳ１５）。
比較部１４４は、今回算出した偏差と既に算出され記憶部１４２に記憶されている偏差とを比較し、判定部１４５で、偏差の大きさを判定する（ステップＳ１６）。

このステップＳ１６において、判定部１４５が、今回算出した偏差が記憶部１４２に記憶されている偏差よりも大きい（、つまり、今回算出した偏差が最大値である）と判定した場合（ステップＳ１６のＹＥＳ）、記憶部１４２に記憶されている偏差を今回算出した偏差に更新記憶する（ステップＳ１７）。
なお、ステップＳ１６において、判定部１４５が、今回算出した偏差が記憶部１４２に記憶されている偏差よりも小さいと判定した場合（ステップＳ１６のＮＯ）、記憶部１４２に記憶されている偏差を更新しない。

ステップＳ１８では、トルク測定部１４６が、例えば実位置を読み取った時点におけるサーボモータ１３４のトルク値を測定する。
次に、比較部１４４ａが、測定したトルク値と設定したトルクリミット値とを比較し、判定部１４５ａで、測定したトルク値がトルクリミット値に達したか否かを判定する（ステップＳ１９）。

このステップＳ１９において、判定部１４５ａが測定したトルク値がトルクリミット値に達していないと判定した場合（ステップＳ１９のＮＯ）、ステップＳ１２に戻り、モータ制御装置１３６は、押し矢１２１が設定した前進量だけ進むように、サーボモータ１３４を回転させる。トルクスキップモードでは、このステップＳ１２からステップＳ１９の動作を繰り返し行う。

押し矢１２１を前進させた結果、棒材Ｗの先端がストッパツール１１７に接触すると（図４に時点Ｔ１で示す）、時点Ｔ１以降は、押し矢１２１はこれ以上前進できなくなり、実位置は、図４に破線で示すように上昇せずに一定値になる。すなわち棒材Ｗが位置決めされる。

一方、指令位置は、この棒材Ｗの先端がストッパツール１１７に接触した時点Ｔ１以降でも、ステップＳ１９において、判定部１４５ａが測定したトルク値がトルクリミット値に達していなければトルクスキップモードが解除されず（ステップＳ１２からステップＳ１９を繰り返す）、設定した前進量だけ継続的に加算される（図４に１点鎖線で示すように時点Ｔ１以降も継続的に上昇する）。

したがって、時点Ｔ１以降では、指令位置と実位置との偏差が次第に大きくなり、図４に実線で示すように急勾配で上昇することになる。

そして、トルクスキップモードで動作させた結果、判定部１４５ａが、測定したトルク値がトルクリミット値に達したと判定した場合（図３のステップＳ１９のＹＥＳ、図４に時点Ｔ２で示す）、モータ制御装置１３６は、この時点Ｔ２から所定時間の経過後（図４に時点Ｔ３で示す）、サーボモータ１３４の回転を停止させる。

この時点Ｔ２から時点Ｔ３までの間は、設定した前進量は加算されないので、指令位置は、図４に１点鎖線で示すように上昇せずに一定値になる。これに対し、実位置は、時点Ｔ１以降は一定であるから、図４に破線で示すように一定値のままである。つまり、時点Ｔ２から時点Ｔ３までの間は、実位置と指令位置との差が同じになり、偏差は、図４に実線で示すように一定値になる。したがって、偏差の最大値Ａ（例えば５ｍｍ）は、時点Ｔ２であり、記憶部１４２に記憶される。

続いて、サーボモータ１３４の駆動が停止した場合（図４に時点Ｔ３で示す）、押し矢１２１も停止する（図３のステップＳ２０）。そして、制御装置１４１が、主軸チャック１１５を閉じて、棒材Ｗの先端付近を保持する（ステップＳ２１）。
次に、制御装置１４１が、記憶部１４２に記憶されている偏差を呼び出し、モータ制御装置１３６が、サーボモータ１３４を逆方向に回転させ、偏差Ａ（例えば５ｍｍ）だけ押し矢１２１を後退させるようにサーボモータ１３４を駆動する（ステップＳ２２）。

その後、制御装置１４１が、ストッパツール１１７を棒材Ｗの先端から退避させ（ステップＳ２３）、制御装置１４１が、工具１１４を棒材Ｗの先端付近に設置して棒材Ｗの加工を開始させる（ステップＳ２４）。
このように、押し矢１２１は最大の偏差だけ後退するので、棒材Ｗを位置決めする際における主軸チャック１１５やフィンガチャック１２２への負荷を低減させることができる。

なお、図１では、自動旋盤装置１００がＮＣ装置１４０を、棒材供給装置１２０がモータ制御装置１３６をそれぞれ有し、モータ制御装置１３６をＮＣ装置１４０とは別個に構成した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこの例に限定されない。例えば、モータ制御装置１３６をＮＣ装置１４０内に設けたり、棒材供給装置１２０がＮＣ装置１４０を有したりしてもよい。このため、モータ制御装置１３６や制御装置１４１は、いずれも本発明の制御装置に相当する。

１００ ・・・自動旋盤装置（工作機械）
１１０ ・・・自動旋盤本体
１１１ ・・・主軸
１１４ ・・・工具
１１５ ・・・主軸チャック
１１６ ・・・加工室
１１７ ・・・ストッパツール
１２０ ・・・棒材供給装置
１２１ ・・・押し矢
１２２ ・・・フィンガチャック
１２３ ・・・接続部材
１３１ ・・・チェーン
１３２ ・・・駆動スプロケット
１３３ ・・・従動スプロケット
１３４ ・・・サーボモータ
１３５ ・・・エンコーダ
１３６ ・・・モータ制御装置（制御装置）
１４０ ・・・ＮＣ装置
１４１ ・・・制御装置
１４２ ・・・記憶部
１４３ ・・・算出部
１４４ ・・・比較部
１４４ａ・・・比較部
１４５ ・・・判定部
１４５ａ・・・判定部
１４６ ・・・トルク測定部
１５０ ・・・入力部
Ａ ・・・更新した差分値（最大値）
Ｔ１ ・・・棒材の先端がストッパツールに接触した時点
Ｔ２ ・・・トルク値がトルクリミット値に達した時点
Ｔ３ ・・・トルク値がトルクリミット値に達してから所定時間経過した時点
Ｗ ・・・棒材

Claims (5)

1. 主軸に棒材を供給する押し矢と、該押し矢を主軸の軸線方向に沿って移動させるサーボモータと、該サーボモータの駆動を制御する制御装置と、を備えた棒材供給装置であって、
   前記制御装置は、前記押し矢の前進量に基づいた指令値と前記サーボモータの駆動によって前記押し矢が前進した実位置との偏差を算出し、該偏差の大きさに応じて前記サーボモータの駆動を制御することを特徴とする棒材供給装置。
2. 前記押し矢の前進量を順次加算した指令値と前記押し矢が前進した実位置を逐次比較することで算出される前記偏差の最大値だけ前記押し矢を後退させるように前記サーボモータを駆動する、請求項１に記載の棒材供給装置。
3. 前記制御装置が、前記サーボモータのトルク値が所定のトルクリミット値に到達した場合に、前記サーボモータの駆動を停止させる、請求項１または請求項２に記載の棒材供給装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の棒材供給装置を備えた工作機械。
5. 主軸に棒材を供給する押し矢と、該押し矢を主軸の軸線方向に沿って移動させるサーボモータと、該サーボモータの駆動を制御する制御装置と、を備えた棒材供給装置の制御方法であって、
   前記押し矢の前進量に基づいた指令値を設定するステップと、
   前記押し矢が前記指令値だけ前進するように、前記サーボモータを所定方向に回転させて駆動するステップと、
   前記サーボモータの駆動によって前記押し矢が前進した実位置を読み取るステップと、
   設定した前記指令値と読み取った前記実位置との偏差を算出するステップと、
   該偏差の大きさに応じて前記サーボモータの駆動を制御するステップと、
   を含む、棒材供給装置の制御方法。

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