JP2878690B2 - 数値制御旋盤の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は数値制御旋盤（以下NC旋盤という）の制御方
法に関する。

［従来の技術］ 従来、NC旋盤として、例えば特開昭62-130102号公報
及び特開昭62-130103号公報に示すものが知られてい
る。このNC旋盤は、第６図に示すように、主軸10の軸方
向であるZ1軸方向にサーボモータ22の駆動によって摺動
する主軸台11と、保持する工具12が前記主軸台11の前方
に位置するように、前記主軸台11の側方に設けられ、前
記Z1軸方向と直交するX1軸方向にサーボモータ212の駆
動によって移動する第１刃物台13と、保持する工具15が
前記主軸台11の前方に位置するように、前記第１刃物台
131と対向する側に設けられ、前記Z1軸方向と平行なZ2
軸方向及び直交するX2軸方向の双方にそれぞれサーボモ
ータ24、23の駆動によって移動する第２刃物台16とから
なり、第６図の例では、工具12及び15はそれぞれ第１刃
物台13、第２刃物台16に割出回転可能に設けられたター
レツト14a、14bに保持されている。また前記主軸10の中
心線上に前記主軸台11と対向する対向主軸18を有し、Z1
軸方向と同じZ3軸方向にサーボモータ26の駆動によって
摺動する対向主軸台17を設けている。主軸10と対向主軸
18との間にはガイドブツシユ19が設けられており、加工
は原則としてガイドブツシユ19の口元近くで行われる。

従って、前記公報にも開示されているように、このNC
旋盤では、主軸10に把持された被加工物を第１刃物台13
の工具12又は第２刃物台16の工具15でそれぞれ切削する
際には、Z1軸とX1軸又はZ1軸（又はZ2軸）とX2軸の組み
合せで、また、対向主軸台17の対向主軸18に把持された
被加工物を第２刃物台16の工具15で切削する際には、Z2
軸（又はZ3軸）とX2軸の組合せなど主軸（対向主軸を含
む）と刃物台との各種の組合せで加工可能であり、主軸
10と第１刃物台13の工具12の組合せ及び対向主軸18と第
２刃物台16の工具15の組合せで加工する際には、それぞ
れ相互に独立して２組の加工が同時に可能である。

しかし、第７図に示すように、Z1軸とX1軸の組合せに
よって主軸10に把持された被加工物20を第１刃物台13の
工具12で切削中に、Z2軸とX2軸の組合せによって第２刃
物台16の工具15で主軸10に把持された同一被加工物20を
加工しようとすると、Z1軸の移動に伴って被加工物20が
移動するため、Z2軸は単独の切削加工を行う場合に必要
な送り速度と送り加速度の値にZ1軸の移動に伴なう送り
速度と送り加速度を加えた値に従って移動する必要があ
る。こうすることで、第７図に示すように第１刃物台13
の工具12による外径切削と、第２刃物台16の工具15によ
る穴明けとを、主軸10に把持した被加工物20に同時に加
工する時、工具15はZ1軸の移動に伴う被加工物20の移動
にもかかわらず所要の送り速度で加工を行うことができ
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術のようなNC旋盤において、異なった制御
系によって移動される２つの工具による同時加工の場合
には、前記したように、Z2軸の送り速度は単独の場合の
送り速度を与えるZ2′軸の送り速度にZ1軸の送り速度が
重畳（加算）（このように、同方向の２以上の制御軸を
同時に制御することを、以下「重畳」という）された送
り速度を与えなければならない。

従って、Z1軸とZ2′軸の移動が同方向である場合に
は、Z2軸の重畳された送り速度はZ1軸とZ2′軸との送り
速度の両者を加えた送り速度となり、Z2軸の送り速度が
制御可能な送り速度の限界（最大送り速度）を越える場
合が生じる。

また重畳時には、加速度についても、Z2軸の加速度と
してZ1軸の加速度にZ2′軸の加速度が重畳されると、Z2
軸の加速度がZ2軸の制御可能な限界加速度（最大加減速
時定数）を越える場合も生じる。

従来、かかる場合には、同時加工は不可能として、ま
ず一方のみの加工を行い、その後他方の加工を行ってお
り、同時加工が可能であるという機能が減殺されるとい
う問題点があった。

本発明の目的は、このような場合においても同時加工
の機能を最大限に発揮することができるNC旋盤の制御方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、第１の制御系によって主軸に把持された
被加工物を加工する第１の加工と、前記第１の制御系と
は独立した第２の制御系によって前記主軸に把持された
被加工物を加工する第２の加工とを相互に独立して行う
ことが可能な少なくとも２個の独立して制御可能な制御
系を有する数値制御旋盤において、前記第１の加工と第
２の加工とを同時に行う時には、前記第１の制御系の速
度指令信号を第２の制御系の速度指令信号に加算すると
共に、その加算の結果が該第２又は第１の制御系によっ
て制御可能な工具の早送り速度を含む送り速度の最大送
り速度及び／又は最大加減速時定数を越えないように前
記第１及び／又は第２の速度指令信号を制御することに
より達成される。

［作用］ この解決手段によれば、重畳する加工軸の送り速度又
は加減速時定数は、第１の加工の速度又は加減速に、重
畳される第２の加工による動きが加算されて制御され、
しかも限界値を越えた時は、自動的に限界値以下になる
ように制御されることによって同時加工が遂行され、こ
れにより、同時加工の機能は最大限に発揮されて加工時
間の短縮が可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図により説明する。今、一
例として、第６図に示す主軸10のZ1軸、工具12のX1軸、
工具15のX2軸及びZ2軸の各軸を用いた同時加工の場合の
制御方法について説明する。制御装置は、第１図に示す
ように、Z1軸とX1軸を制御して第１の加工を制御する第
１の制御系40と、Z2軸とX2軸を制御して第２の加工を制
御する第２の制御系50とを有し、これらの制御系40、50
には制御ユニツト30より工具12のための第１の演算処理
回路41、工具15のための第２の演算処理回路51に制御指
令信号が入力される。

第１の演算処理回路41から出力されたX1軸及びZ1軸の
加減速時定数信号AX1、AZ1と速度指令信号SX1、SZ1は、
それぞれＸ軸方向の加減速処理回路42、Ｚ軸方向の加減
速処理回路43で処理され、それぞれの制御軸に対する加
減速時定数信号Ａ′X1（＝AX1）、Ａ′Z1（＝AZ1）と速
度指令信号Ｓ′X1（＝SX1）、Ｓ′Z1（＝SZ1）をサーボ
処理回路44、45へ出力する。これにより、X1軸送りモー
タ21、Z1軸送りモータ22が駆動され、加減速時定数信号
Ａ′X1、Ａ′Z1に従って加速され、速度指令信号Ｓ′X
1、Ｓ′Z1に従って工具12はX1軸方向に、主軸10はZ1軸
方向に移動させられ、主軸10に把持された被加工物20に
対して第１の加工が行われる。

第２の演算処理回路51から出力されたX2軸及びZ2軸の
加減速時定数信号AX2、AZ2と速度指令信号SX2、SZ2も同
様にそれぞれ各軸（X2軸、Z2軸）方向の加減速処理回路
52、53で処理し、加減速時定数信号Ａ′X2、Ａ′Z2と速
度指令信号Ｓ′X2、Ｓ′Z2を出力する。加減速時定数信
号Ａ′X2と速度指令信号Ｓ′X2はサーボ処理回路54へ入
力され、X2軸送りモータ23が駆動されて工具15がX2軸方
向に移動させられる。一方、前記速度指令信号Ｓ′Z2及
び加減速時定数信号Ａ′Z2には前記第１の制御系40の速
度指令信号Ｓ′Z1及び加減速時定数信号Ａ′Z1が重畳回
路55で加減算され、その重畳速度指令信号Ｓ″Z2（＝
Ｓ′Z2＋Ｓ′Z1）及び加減速時定数信号Ａ″Z2（＝Ａ′
Z2＋Ａ′Z1）がサーボ処理回路56へ入力され、Z2軸送り
モータ24が駆動されて工具15がZ2軸方向に移動させられ
る。

このように、主軸10のZ1軸方向の移動に同期して、工
具15をZ2軸方向に移動させることによって、Z1軸の移動
中でも工具12、15による同時加工が可能となる。

次に、このZ1軸とZ2′軸を重畳した場合のZ2軸の制御
について具体的な例に基いて説明する。まず、送り条件
を第２図のように設定する。同図（ａ）はZ1軸とZ2′軸
の移動方向が同じ場合で、同図（ｂ）は異なる場合を示
す。図中、rapidは早送り速度、clampは切削送りクラン
プ速度である。plrap₁は、重畳指令中に他方の軸が早送
りで移動している場合に、自分の軸も早送りで他の軸と
同方向に移動する場合の早送り速度の設定を示す。plra
p₂は、重畳指令中に他方の軸が切削送りで移動している
場合に、自分の軸は早送りで他の軸と同方向に移動する
場合の早送り速度の設定を示す。またplclampは重畳時
の切削送りクランプ速度で、重畳指令中に他方の軸が切
削送りで移動している場合に、自分の軸も切削送りで他
方の軸と同方向に移動する場合の切削送りクランプ速度
の設定を示す。なお、rapid、clamp、plrap₁、plrap₂、
plclampはそれぞれZ1軸、Z2軸に対して別個に設定でき
る。

ところで、重畳した場合のZ2軸の制御で問題になるの
は、第２図（ａ）に示すようにZ1軸とZ2′軸の移動方向
が同じ場合のみであり、第２図（ｂ）のように異る場合
には減算されてrapid又はclampを越えることは生じない
ので、この場合を第３図に示す。第３図において、Z1は
Z1軸のみの動作、Z2′はZ2′軸のみの動作をそれぞれ実
線で示し、Z2はZ2軸（Z1軸＋Z2′軸）についての動作を
点線で示す。

第３図（ａ）は、Z1、Z2′とも早送りの場合で、この
場合、Z1、Z2′とも最大送り速度であるrapidに設定す
ると、Z2の送り速度はrapidが同じ場合には最大送り速
度の２倍となり、当然最大速度値を越えることになる。
そこで、Z2がrapid以下になるように、Z1、Z2′の最大
送り速度をその和がZ2のrapidとなるようなplrap₁にそ
れぞれ設定する。従って、Z2のrapid＝Z1のrapid＝Z1の
plrap₁＋Z2′のplrap₁となり、同図（ａ）に示すよう
に、最初にZ1軸が早送りで移動し、Z1軸の移動の途中か
らZ2′軸が早送りで移動する場合には、先ずZ1軸が加速
すると同時にZ2軸も加速し、Z1軸がZ1の最大送り速度ra
pidに達したときにZ2軸もZ2のrapid（＝Z1のrapid）に
達することによって、Z1軸とZ2軸との相対的な移動が生
じないように移動する。その後、Z2′軸が加速してZ2′
のplrap₁に達する。このとき、Z2′軸が加速するに従っ
てZ1軸は減速し、Z2′軸がZ2′のplrap₁に達したとき
に、Z1軸はZ1のplrap₁となるが、Z2軸は依然としてZ2の
rapidで移動を続けることになる。その後、Z2′軸が所
定の距離だけ移動して減速を始めると、Z1軸は加速し、
Z2′軸が停止したときにZ1軸は最大送り速度rapidに戻
る。しかし、Z2軸は依然としてZ2のrapidで移動を続け
ていることになる。その後、Z1軸が所定の距離だけ移動
した後、減速して停止するときには、Z2軸も、Z1軸と相
対的な移動が生じないように、同様に減速して停止す
る。

同図（ｂ）は、Z1が早送り、Z2′が切削送りの場合
で、Z2がrapid以下になるように、Z1をZ2′のclampとZ1
のplrap₂との和がZ2のrapidになるようなplrap₂に設定
する。従って、同図（ｂ）のように、Z2軸がZ2′のclam
pで切削送りをしている途中でZ1軸が早送りを開始する
場合には、Z1軸が加速すると同時にZ2軸も加速し、Z1軸
が早送り速度plrap₂に達すると、Z2軸は最大送りZ2のra
pidに達する。そして、Z1軸の早送りが終了すると、Z2
軸はZ2′のclampによる切削送りに戻る。

同図（ｃ）は、前記（ｂ）と逆にZ1が切削送り、Z2′
が早送りの場合で、この場合にはZ2′を同様にして定め
られたplrap₂に設定する。即ち、同図（ｃ）に描かれた
実施例は、上記同図（ｂ）の実施例のZ1軸とZ2′軸とが
入れ替わったものであり、Z1軸はZ2′軸とが入れ替わっ
て切削送り及び早送りで移動するが、Z2軸は同図（ｂ）
の実施例と全く同様に移動する。

同図（ｄ）は、Z1、Z2′とも切削送りの場合で、重畳
切削時の負荷が装置の能力を越えないようにZ1、Z2′を
plclampに設定する。切削送りが重畳される場合も同様
に、Z2′軸でZ2′のplclampによる切削送りが行われて
いるときに、Z1軸でZ1のplclampによる切削送りが行わ
れると、Z2軸の送りはこれらが重畳された送り速さ（pl
clampの２倍の送り速さ）で送られることになる。

そこで、第１図に示す制御ユニツト30に前記したrapi
d、clamp、plrap₁、plrap₂、plclampの設定値を入力し
ておくことにより、常に重畳速度指令信号Ｓ″Z2が工具
15の速度を制御可能な最大送り速度以下になるように制
御される。

次にZ2軸の加速度が第４図（ａ）（ｂ）に示すように
重畳した場合について説明する。第４図（ａ）は、Z1軸
が早送りで移動するように移動を開始し、加速している
途中でZ2′軸で切削送りを行う場合の速度線図であり、
重畳したZ2の移動速度は点線で示すようになり、加速度
が最大加減速時定数で許容される限界を越えてしまう。
そこで、重畳時には２点鎖線のように補正しなければな
らない。そこで、同図（ｂ）に示すように、通常時の最
大加減速時定数t₁の他に重畳時の時定数t₂を設定する。
そして、これらの時定数t₁、t₂を制御ユニツト30に設定
しておくことにより、加速度が重畳した条件の場合には
重畳速度指令信号Ｓ′Z2の時定数がt₂となるように制御
される。

なお、上記実施例は、主軸10と第１刃物台13の工具12
と第２刃物台16の工具15を用いた場合について説明した
が、主軸10と第１刃物台13の工具12と対向主軸台17上の
対向主軸18に工具を保持させて用いても、又は主軸10と
第２刃物台16の工具15と対向主軸18を用いた場合にも第
１図の制御系40、50等の組合せを組み換えることによっ
て、同様にして適応することができる。

次にＺ軸方向が３軸制御の場合について説明する。第
５図はZ1軸、Z2軸、Z3軸を用いた３軸重畳加工を示す。
即ち、Z2軸方向に制御されるターレツト14bの工具ホル
ダーの両側に工具15、25を設け、主軸10に保持された被
加工物20の前面を工具15で、対向主軸18に保持された被
加工物20の背面を工具25で加工する場合を示す。

この場合、前記した重畳処理を行うと、Z2軸はZ1軸に
重畳し、更にZ3軸はZ2軸に重畳するので、各種制限の設
定が非常に複雑になる。そこで、Ｚ軸が３軸以上重畳す
る場合には、最大送り速度及び最大加減速時定数をそれ
ぞれＺ軸の軸数で割った値、第５図の場合は最大送り速
度及び最大加減速時定数のそれぞれ1/3を各軸の許容速
度及び加速度に設定するようにして簡略化することもで
きる。

この他にも、切削送りを基準にして早送りは最大送り
速度又は最大加速度との差とする方法や、Z2軸の送り速
度と加速度を測定し、切削送りを優先して早送り側にフ
イードバックすることによって最大送り速度と最大加速
度を越えないようにする方法などを採用することも可能
である。

以上の説明ではＺ軸方向に重畳する実施例について述
べたが、主軸10を中心として対向する刃物台が横送り台
上に設けられており、且つその一方の刃物台が横送り台
上を移動可能となっているNC旋盤等においてはＸ軸方向
についても同様に適用される。この場合には、第１図に
示す速度指令信号Ｓ′X1及び加減速時定数信号Ａ′X1が
速度指令信号Ｓ′X2及び加減速時定数信号Ａ′X2に重畳
され、重畳速度指令信号Ｓ″X2（＝Ｓ′X2＋Ｓ′X1）及
び加減速時定数信号Ａ″X2（＝Ａ′X2＋Ａ′X1）として
がサーボ処理回路54へ入力される。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第
１の制御系の速度指令信号を第２の制御系の速度指令信
号に加減算して該第２の制御系を制御すると共に、その
加減算の結果が該第２の制御系によって制御される工具
の早送り速度を含む送り速度の最大送り速度及び／又は
最大加減速時定数の値を越えないように前記第１及び／
又は第２の速度指令信号を制御するので、同時加工の機
能を最大限に発揮することができるNC旋盤の制御方法が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になる制御方法の制御回路
図、第２図（ａ）（ｂ）は重畳時の速度送り条件の説明
図、第３図（ａ）乃至（ｄ）は重畳時の送り速度条件の
設定図、第４図（ａ）（ｂ）は重畳時の加速度条件の設
定図、第５図ははＺ軸方向３軸の補間の１例を示す説明
図、第６図は従来のNC旋盤の平面図、第７図はZ1軸とZ2
軸との補間の１例を示す説明図である。 10:主軸、12、15:工具、18:対向主軸、30:制御ユニツ
ト、40:第１の制御系、41:演算処理回路、42、43:加減
速処理回路、44、45:サーボ処理回路、50:第２の制御
系、51:演算処理回路、52、53:加減速処理回路、54:サ
ーボ処理回路、55:重畳回路、56:サーボ処理回路、SX
1、SZ1、Ｓ′X1、Ｓ′Z1、SX2、SZ2、Ｓ′X2、Ｓ′Z2:
速度指令信号、Ｓ″Z2:重畳速度指令信号、AX1、AZ1、
Ａ′X1、Ａ′Z1、AX2、AZ2、Ａ′X2、Ａ′Z2:加減速時
定数信号、Ａ″Z2:重畳加減速時定数信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 1/00 B23Q 15/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の制御系によって主軸に把持された被
   加工物を加工する第１の加工と、前記第１の制御系とは
   独立した第２の制御系によって前記主軸に把持された被
   加工物を加工する第２の加工とを相互に独立して行うこ
   とが可能な少なくとも２個の独立して制御可能な制御系
   を有する数値制御旋盤において、前記第１の加工と第２
   の加工とを同時に行う時には、前記第１の制御系の速度
   指令信号を第２の制御系の速度指令信号に加算すると共
   に、その加算の結果が該第２又は第１の制御系によって
   制御可能な工具の早送り速度を含む送り速度の最大送り
   速度及び／又は最大加減速時定数を越えないように前記
   第１及び／又は第２の速度指令信号を制御することを特
   徴とする数値制御旋盤の制御方法。