JP2712881B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、数値制御装置に関
し、さらに詳しく言えば、マシニングセンタなどの工作
機械において主軸とＺ軸の同期制御を行なう数値制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタでタップ加工を行なう
場合に、主軸とＺ軸（主軸に沿う方向の軸）を同期制御
する技術は従来より公知であり、例えば特開昭６２−２
２８３２３号公報、特開昭６３−８９９０４号公報に開
示されている。

【０００３】図４は、特開昭６２−２２８３２３号公報
に開示された、マシニングセンタの主軸制御装置の構成
を示すブロック図である。図４のマシニングセンタで
は、主軸駆動用のサーボモータ（５７）は、切換装置
（５３）が接点ａ側に接続されると「位置制御モード」
に設定され、接点ｂ側に接続されると「速度制御モー
ド」に設定される。

【０００４】図４において、数値制御装置（以下、ＮＣ
装置という）（５１）は、「位置制御モード」では、加
工プログラムＰから読み取ったＺ軸（テーブル（６４）
を上下方向に移動させる軸）の位置情報を、主軸位置制
御回路（５２）とＺ軸位置制御回路（５５）にそれぞれ
出力する。主軸位置制御回路（５２）は、そのＺ軸の位
置情報を主軸（６０）の位置情報に変換し、ポジション
コーダ（５８）で検出されてフィードバックされた主軸
（６０）の位置情報との偏差情報を、切換装置（５３）
を介して主軸サーボ回路（５４）に出力する。主軸サー
ボ回路（５４）は、その偏差情報をＤ／Ａ変換してサー
ボモータ（５７）に送る。サーボモータ（５７）は、送
られた偏差情報にしたがって回転し、その回転は連結装
置（５９）を介して主軸（６０）に伝達される。こうし
て、主軸（６０）およびその先端に取り付けたタッパ
（６１）が回転する。

【０００５】Ｚ軸位置制御回路（５５）は、ＮＣ装置
（５１）から出力されたＺ軸の位置情報と、サーボモー
タ（６２）に取り付けたパルスコーダ（６３）からフィ
ードバックされたテーブル（６４）の位置情報との偏差
情報を、Ｚ軸サーボ回路（５６）に出力する。Ｚ軸サー
ボ回路（５６）は、入力された偏差情報をＤ／Ａ変換し
てサーボモータ（６２）に送る。サーボモータ（６２）
は、送られた偏差情報にしたがって回転し、その回転は
ボールネジを介してテーブル（６４）に伝達される。こ
うして、テーブル（６４）がＺ軸方向に移動する。

【０００６】「速度制御モード」では、ＮＣ装置（５
１）から出力される主軸速度情報は、切換装置（５３）
を介して主軸サーボ回路（５４）に入力される。主軸サ
ーボ回路（５４）は、入力された主軸速度情報をＤ／Ａ
変換してサーボモータ（５７）に送り、サーボモータ
（５７）はその速度情報にしたがって回転する。その結
果、主軸（６０）およびタッパ（６１）がその速度で回
転する。

【０００７】図４のマシニングセンタでタップ加工を行
なう場合、まず、主軸（６０）にタッパ（６１）を取り
付けた後、Ｚ軸駆動用サーボモータ（６２）を作動さ
せ、ワーク（Ｗ）を載置したテーブル（６４）を上昇さ
せてワーク（Ｗ）に形成された穴の入口にタッパ（６
１）の先端を近づける。次に、タッパ（６１）を回転さ
せながらテーブル（６４）をさらに上昇させ、タッパ
（６１）をワーク（Ｗ）の穴の中に入り込ませてその穴
の内面にネジを切る。所定長のネジ切りが終了すると、
タッパ（６１）を逆回転させるとともにテーブル（６
４）を下降させ、タッパ（６１）をワーク（Ｗ）の穴か
ら抜き取る。

【０００８】図４の主軸制御装置は、主軸駆動用のサー
ボモータ（５７）とテーブル駆動用のサーボモータ（６
２）の加減速時に、ＮＣ装置（５１）に内蔵されたラン
プ関数発生器からランプ関数を発生させ、そのランプ関
数の指令情報を主軸位置制御回路（５２）とＺ軸位置制
御回路（５５）に入力する。こうして、ランプ関数に基
づくフィードフォワード制御により主軸（６０）とテー
ブル（６４）の同期制御を行なう。なお、主軸サーボ回
路（５４）は、主軸駆動用サーボモータ（５７）をベク
トル制御する。

【０００９】図５は、特開昭６３−８９９０４号公報に
開示された、マシニングセンタのＮＣ装置の構成を示す
ブロック図である。ＣＰＵ（７１）は、加工プログラム
Ｐを読み取って主軸回転数情報を主軸駆動部（７３）に
出力する。主軸駆動部（７３）は、その主軸回転数情報
に基づいて主軸駆動用サーボモータ（７７）を駆動し、
主軸（７８）およびその先端に取り付けたタップ（８
０）を正方向または逆方向に回転させる。主軸駆動部
（７３）に設けた主軸演算部（７５）は、ＣＰＵ（７
１）から与えられる主軸（７８）の回転角度情報に基づ
いて主軸駆動用サーボモータ（７７）の加減速パターン
を演算する。

【００１０】Ｚ軸駆動部（７２）は、ＣＰＵ（７１）が
出力する移動速度・移動量情報に基づいてＺ軸駆動用サ
ーボモータ（７９）を駆動し、主軸（７８）およびその
先端に取り付けたタップ（８０）をＺ軸方向（上下方
向）に移動させる。Ｚ軸駆動部（７２）に設けたＺ軸演
算部（７４）は、主軸駆動用サーボモータ（７７）の加
減速パターンと主軸駆動部（７３）のゲインとにより、
Ｚ軸駆動用サーボモータ（７９）の加減速パターンを演
算する。なお、（７６）は、主軸演算部（７５）とＺ軸
演算部（７４）とを同時スタートさせる同期信号を送る
同期信号ラインである。

【００１１】図５のマシニングセンタでタップ加工を行
なう場合、まず、主軸（７８）の先端にタッパ（８０）
を取り付けた後、主軸（７８）を所定の回転速度で回転
させる。次に、その主軸（７８）を下降させ、テーブル
上に載置したワーク（Ｗ）の穴の中にタッパ（８０）を
入り込ませてその穴の内面にネジを切る。所定長のネジ
切りが終了すると、主軸（７８）を逆回転させるととも
に上昇させ、タッパ（８０）をワーク（Ｗ）の穴から抜
き取る。加工中、ＣＰＵ（７１）は演算した加減速パタ
ーンを考慮して、主軸駆動用サーボモータ（７７）とＺ
軸駆動用サーボモータ（７９）の補間制御を行なう。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、主軸とＺ軸の
構成が異なるマシニングセンタでは、同じ制御方式で主
軸とＺ軸を同期させてタップ加工を行なっても加工精度
が異なる。そこで、主軸とＺ軸の構成に応じて加工精度
の高い制御方式を設定するのが好ましい。しかし、上述
した従来のマシニングセンタでは、主軸とＺ軸の制御方
式は一つに決まっているため、主軸とＺ軸の構成が異な
る場合でも同じ制御方式で加工を行なわざるを得ず、そ
の結果、高精度のタップ加工ができない場合がある問題
点がある。

【００１３】そこで、この発明の目的は、主軸とＺ軸の
構成に応じて制御方式を選択することができる数値制御
装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の数値制御装置
は、主軸駆動用モータおよびＺ軸駆動用モータの加減速
時にランプ関数に基づくフィードフォワード制御により
主軸とＺ軸との間で同期制御をしながらタップ加工を行
なう第１制御手段と、Ｚ軸の加減速パターンおよびゲイ
ンを主軸の加減速パターンおよびゲインと一致させて主
軸とＺ軸との間で同期制御をしながらタップ加工を行な
う第２制御手段と、前記第１制御手段および第２制御手
段を切り換える切換手段とを具備することを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】この発明の数値制御装置では、制御方式の異な
る２個の制御手段を備えているとともに、それらを切り
換えできるようにしているので、制御する主軸とＺ軸の
構成を考慮して加工精度の高いものを選択することがで
きる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は、この発明のＮＣ装置の機能ブロッ
ク図である。

【００１７】この発明のＮＣ装置（１０）は、演算・制
御部（１０ａ）、切換部（１０ｂ）、第１制御部（１０
ｃ）、第２制御部（１０ｄ）、主軸駆動用サーボモータ
（１０ｅ）、およびＺ軸駆動用サーボモータ（１０ｆ）
を備えている。

【００１８】演算・制御部（１０ａ）は、加工プログラ
ムＰから読み取った加工指令情報に基づいて演算および
制御を行ない、切換部（１０ｂ）を介して第１制御部
（１０ｃ）または第２制御部（１０ｄ）に制御情報を出
力する。

【００１９】切換部（１０ｂ）は、第１制御部（１０
ｃ）および第２制御部（１０ｄ）を切り換え、演算・制
御部（１０ａ）が出力する制御情報を第１制御部（１０
ｃ）または第２制御部（１０ｄ）に転送する。

【００２０】第１制御部（１０ｃ）は、主軸駆動用モー
タおよびＺ軸駆動用モータの加減速時にランプ関数に基
づくフィードフォワード制御により主軸とＺ軸との間で
同期制御を行なう。第１制御部（１０ｃ）で得た制御情
報は、主軸駆動用サーボモータ（１０ｅ）およびＺ軸駆
動用サーボモータ（１０ｆ）に送られ、これら両モータ
（１０ｅ）（１０ｆ）はその制御情報に基づいて作動す
る。

【００２１】第２制御部（１０ｄ）は、Ｚ軸の加減速パ
ターンおよびゲインを主軸の加減速パターンおよびゲイ
ンと一致させて主軸とＺ軸との間で同期制御を行なう。
第２制御部（１０ｄ）で得た制御情報は、主軸駆動用サ
ーボモータ（１０ｅ）およびＺ軸駆動用サーボモータ
（１０ｆ）に送られ、これら両モータ（１０ｅ）（１０
ｆ）はその制御情報に基づいて作動する。

【００２２】図２は、この発明のＮＣ装置をマシニング
センタに適用した一実施例の構成を示すブロック図であ
る。この発明のＮＣ装置（１０）は、演算・制御部（１
１）、主軸位置制御回路（１２）、主軸サーボ回路（１
４）、Ｚ軸位置制御回路（１５）、Ｚ軸サーボ回路（１
６）、Ｚ軸演算回路（３４）、主軸演算回路（３５）、
および切換装置（４１）（４２）（４３）を備えて構成
されている。

【００２３】演算・制御部（１１）、主軸位置制御回路
（１２）、主軸サーボ回路（１４）、Ｚ軸位置制御回路
（１５）、およびＺ軸サーボ回路（１６）は「第１制御
部」を構成する。演算・制御部（１１）、Ｚ軸演算回路
（３４）、および主軸演算回路（３５）は「第２制御
部」を構成する。

【００２４】図２のマシニングセンタの機械側の構成
は、図４のマシニングセンタの構成と同じであり、主軸
側は、主軸駆動用サーボモータ（１７）、主軸（２０）
の位置を検出するポジションコーダ（１８）、主軸駆動
用サーボモータ（１７）の回転を主軸（２０）に伝達す
る連結装置（１９）、主軸（２０）、主軸（２０）の先
端に取り付けられたタッパ（２１）を備えている。テー
ブル側は、Ｚ軸駆動用サーボモータ（２２）、テーブル
（２４）の位置を検出するパルスコーダ（２３）、ワー
ク（Ｗ）を載置するテーブル（２４）を備えている。

【００２５】三つの切換装置（４１）（４２）（４３）
は、連動するようにしてあり、切換装置（４１）の接点
ａ、切換装置（４２）の接点ｐおよび切換装置（４３）
の接点ｕがそれぞれ接続されると、「第２制御部」が作
動状態となり、図５で示したのと同じように、Ｚ軸の加
減速パターンおよびゲインと主軸（２０）の加減速パタ
ーンおよびゲインとを一致させ、Ｚ軸と主軸（２０）と
が同期制御される。

【００２６】切換装置（４１）の接点ｂ、切換装置（４
２）の接点ｑおよび切換装置（４３）の接点ｖがそれぞ
れ接続されると、「第１制御部」の「位置制御モード」
となり、図４で示したのと同じように、主軸駆動用サー
ボモータ（１７）とＺ軸駆動用サーボモータ（２２）の
加減速時に、ランプ関数に基づくフィードフォワード制
御により主軸（２０）とＺ軸が同期制御される。

【００２７】切換装置（４１）の接点ｃ、切換装置（４
２）の接点ｒおよび切換装置（４３）の接点ｗがそれぞ
れ接続されると、切換装置（４１）（４３）が切り離さ
れ、切換装置（４２）のみがつながって、「第１制御
部」の「速度制御モード」となり、図４で示したのと同
じように、主軸（２０）の回転速度が制御される。

【００２８】演算・制御部（１１）は、「第１制御部」
の「位置制御モード」では、加工プログラムＰから読み
取ったＺ軸の位置情報を、主軸位置制御回路（１２）と
Ｚ軸位置制御回路（１５）にそれぞれ出力する。主軸位
置制御回路（１２）は、そのＺ軸の位置情報を主軸の位
置情報に変換し、ポジションコーダ（１８）で検出され
てフィードバックされた主軸（２０）の位置情報との偏
差情報を、主軸サーボ回路（１４）に出力する。主軸サ
ーボ回路（１４）は、その偏差情報をＤ／Ａ変換してサ
ーボモータ（１７）に送り、その偏差情報にしたがって
サーボモータ（１７）を回転させる。その回転は、連結
装置（１９）を介して主軸（２０）に伝達され、主軸
（２０）およびタッパ（２１）が回転する。

【００２９】Ｚ軸位置制御回路（１５）は、演算・制御
部（１１）から出力されたＺ軸の位置情報と、パルスコ
ーダ（２３）からフィードバックされたテーブル（２
４）の位置情報との偏差情報を、Ｚ軸サーボ回路（１
６）に出力する。Ｚ軸サーボ回路（１６）は、入力され
た偏差情報をＤ／Ａ変換してサーボモータ（２２）に送
り、その偏差情報にしたがってサーボモータ（２２）を
回転させる。その回転は、ボールネジを介してテーブル
（２４）に伝達され、テーブル（２４）がＺ軸方向（上
下方向）に移動する。

【００３０】「第１制御部」の「速度制御モード」で
は、演算・制御部（１１）から出力された主軸速度情報
は、直ちに主軸サーボ回路（１４）に送られる。主軸サ
ーボ回路（１４）は、入力された主軸速度情報をＤ／Ａ
変換してサーボモータ（１７）に送り、その速度情報に
したがってサーボモータ（１７）を回転させる。その結
果、主軸（２０）およびタッパ（２１）がその速度で回
転する。

【００３１】「第２制御部」が作動状態となると、演算
・制御部（１１）は、加工プログラムＰから読み取った
Ｚ軸の位置情報をＺ軸演算回路（３４）に出力する。Ｚ
軸演算回路（３４）は、そのＺ軸の位置情報に基づいて
Ｚ軸の加減速パターンおよびゲインを演算し、それらを
考慮したＺ軸の位置情報を算出してＺ軸サーボ回路（１
６）と主軸演算回路（３５）に出力する。Ｚ軸サーボ回
路（１６）は、算出したＺ軸の位置情報をＤ／Ａ変換し
てサーボモータ（２２）に送り、その位置情報にしたが
ってサーボモータ（２２）を回転させる。こうして、テ
ーブル（２４）がＺ軸方向に移動する。

【００３２】主軸演算回路（３５）は、主軸の加減速パ
ターンおよびゲインが上記Ｚ軸の加減速パターンおよび
ゲインに一致するように、上記Ｚ軸の位置情報を主軸用
の位置情報に変換し、主軸サーボ回路（１４）に出力す
る。主軸サーボ回路（１４）は、その主軸の位置情報を
Ｄ／Ａ変換してサーボモータ（１７）に送り、その位置
情報にしたがってサーボモータ（１７）を回転させる。
こうして、主軸（２０）およびタッパ（２１）が回転す
る。

【００３３】切換装置（４１）（４２）（４３）の操作
は、ＮＣ装置（１０）の操作パネルより行なう。

【００３４】次に、以上の構成としたＮＣ装置（１０）
の動作を説明する。図３は、上記ＮＣ装置（１０）の動
作を示すフローチャートである。

【００３５】ステップＳ１では、演算・制御部（１１）
が加工プログラムＰを読み取り、Ｚ軸の位置情報を出力
する。

【００３６】ステップＳ２では、このＺ軸の位置情報を
Ｚ軸演算回路（３４）に転送するか否かを判断する。転
送する場合はステップＳ３に進み、「第２制御部」を作
動状態とする。転送しない場合はステップＳ６に進み、
「第１制御部」の「位置制御モード」を作動状態とす
る。

【００３７】ステップＳ３では、Ｚ軸演算回路（３４）
で、演算・制御部（１１）から出力されたＺ軸の位置情
報に基づいてＺ軸の加減速パターンおよびゲインを演算
し、それらを考慮したＺ軸の位置情報を算出する。

【００３８】ステップＳ４では、ステップＳ３で算出し
たＺ軸の位置情報を主軸演算回路（３５）に転送する。

【００３９】ステップＳ５では、主軸演算回路（３５）
で、Ｚ軸演算回路（３４）から転送されたＺ軸の位置情
報を主軸用の位置情報に変換する。

【００４０】ステップＳ６では、主軸駆動用サーボモー
タ（１７）およびテーブル駆動用サーボモータ（２２）
の加減速時のそれらの位置情報を、ランプ関数に基づい
て変換する。

【００４１】ステップＳ７では、ランプ関数に基づいて
変換した上記位置情報により、フィードフォワード処理
を行なう。

【００４２】ステップＳ８では、フィードフォワード処
理して得られた結果を主軸とＺ軸の位置情報に変換す
る。

【００４３】ステップＳ９では、得られた主軸とＺ軸の
位置情報を、主軸サーボ回路（１４）およびＺ軸サーボ
回路（１６）にそれぞれ転送し、そこでＤ／Ａ変換す
る。

【００４４】ステップＳ１０では、Ｄ／Ａ変換された主
軸とＺ軸の位置情報を、主軸駆動用のサーボモータ（１
７）およびＺ軸駆動用のサーボモータ（２２）にそれぞ
れ転送する。両サーボモータ（１７）（２２）は、これ
らの位置情報に基づいて回転する。

【００４５】なお、上記実施例ではマシニングセンタに
ついて説明したが、この発明はマシニングセンタ以外の
工作機械にも適用可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のＮＣ装
置によれば、主軸とＺ軸の構成に応じて制御方式を選択
することができる。このため、主軸とＺ軸の構成が異な
る工作機械においても、高精度の同期タップ加工を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のＮＣ装置の機能ブロック図である。

【図２】この発明のＮＣ装置をマシニングセンタに適用
した一実施例の構成を示すブロック図である。

【図３】図２のＮＣ装置の動作を示すフローチャートで
ある。

【図４】従来のマシニングセンタの主軸制御装置の構成
の一例を示すブロック図である。

【図５】従来のマシニングセンタのＮＣ装置の構成の一
例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ 数値制御装置 １０ａ 演算・制御部 １０ｂ 切換部 １０ｃ 第１制御部 １０ｄ 第２制御部 １０ｅ 主軸駆動用サーボモータ １０ｆ Ｚ軸駆動用サーボモータ １１ 演算・制御部 １２ 主軸位置制御回路 １４ 主軸サーボ回路 １５ Ｚ軸位置制御回路 １６ Ｚ軸サーボ回路 １７ 主軸駆動用サーボモータ １８ ポジションコーダ １９ 連結装置 ２０ 主軸 ２１ タッパ ２２ Ｚ軸駆動用サーボモータ ２３ パルスコーダ ２４ テーブル ３４ Ｚ軸演算回路 ３５ 主軸演算回路 ４１、４２、４３ 切換装置 Ｗ ワーク

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸駆動用モータおよびＺ軸駆動用モー
   タの加減速時にランプ関数に基づくフィードフォワード
   制御により主軸とＺ軸との間で同期制御をしながらタッ
   プ加工を行なう第１制御手段と、Ｚ軸の加減速パターン
   およびゲインを主軸の加減速パターンおよびゲインと一
   致させて主軸とＺ軸との間で同期制御をしながらタップ
   加工を行なう第２制御手段と、前記第１制御手段および
   第２制御手段を切り換える切換手段とを具備することを
   特徴とする数値制御装置。