JP3114505B2 - 同期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば歯車の研削装
置に好適な同期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば歯車の研削装置において
は、砥石の回転とワークである歯車の回転との同期をと
って研削する必要があることから、この同期をとる同期
制御装置が備えられている。

【０００３】この同期制御装置には、ワークの加工が終
了したときには、ワークの軸と砥石の軸との回転の同期
をとりながら停止させ、ワークの交換後に再び同期をと
りながら加工を開始する制御を行うものと、ワークの加
工が終了したときには、ワークと砥石との同期を解除し
てワークのみを停止させ、ワークを交換した後には回転
している砥石との同期をとって加工を開始する制御を行
うものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の同期制御装置にあって、ワーク交換の際にワ
ークと砥石との回転を停止させる制御を行うものにあっ
ては、加工終了の度に慣性質量の大きな砥石を停止させ
る必要があることから、この加減速に時間がかかり、加
工のサイクルタイムが長くなって生産効率の向上が難し
いという問題がある。

【０００５】また、ワークの回転を砥石の回転に同期さ
せる制御を行うものにあっては上記のような問題は生じ
ないが、一方で、再同期させる際の原位置からの位相ず
れの補正量を常に小さくすることができず、また、補正
量はステップ入力させているので、補正量が大きい場合
には応答が一時期不安定となるという問題がある。

【０００６】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、ワークを砥石軸に同期させる際
に、位相ズレの補正量を少なくして同期制御時の安定性
を向上させる同期制御装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の請求項１にかかる構成は、主軸に取り付けた
加工工具と同期してワークを回転させることによって、
当該ワークの加工を行う生産機械に用いられる同期制御
装置であって、前記加工工具の回転位置と回転数とを認
識する加工工具回転状態認識手段と、前記ワークの回転
位置と回転数とを認識するワーク回転状態認識手段と、
前記加工工具回転状態認識手段によって認識される加工
工具の回転位置と前記ワーク回転状態認識手段によって
認識されるワークの回転位置とを比較し、前記ワークに
予め設定されている複数箇所のワーク基準位置の内、前
記加工工具に設定されている加工工具基準位置に最も近
いワーク基準位置を当該加工工具基準位置に一致させる
ための補正量を算出する補正量算出手段と、当該補正量
算出手段によって算出された補正量に基づいてワーク基
準位置と加工工具基準位置とを一致させる位相制御を行
うと共に、前記加工工具回転状態認識手段によって認識
される加工工具の回転数と前記ワーク回転状態認識手段
によって認識されるワークの回転数とを一致させる同期
制御を行う同期制御手段とを有することを特徴とする。

【０００８】請求項２にかかる構成は、前記補正量算出
手段によって算出される補正量は時間と共に徐々に増加
させながら前記同期制御手段に与えることを特徴とす
る。

【０００９】請求項３にかかる構成は、前記位相制御
は、前記補正量算出手段によって算出される補正量に基
づいてワークの正転方向あるいは逆転方向のいずれかの
方向に回転させることによって行うことを特徴とする。

【００１０】請求項４にかかる構成は、前記同期制御
は、前記加工工具の回転数に前記ワークの回転数が一致
するまでは、前記ワーク回転状態認識手段によって認識
される増加しつつあるワークの回転数に基づいて行うこ
とを特徴とする。

【００１１】

【作用】このように構成した本発明の同期制御装置は、
それぞれの構成毎に次のように作用する。

【００１２】まず、請求項１に記載の構成にあっては、
位相制御に必要な補正量をワークに複数箇所設定したた
めに、補正量を少なくすることができ、加工工具に同期
させる場合の制御系の安定性を欠く恐れがなくなり、同
期されるまでに要する時間の短縮化を図ることができる
ようになる。

【００１３】請求項２に記載の構成にあっては、補正量
を時間と共に徐々に増加させて位相制御を行うようにな
っているので、制御を極めて安定させた状態でワークの
回転を加工工具の回転に合わせることができるようにな
る。

【００１４】請求項３に記載の構成にあっては、補正量
に基づいてワークの正転方向あるいは逆転方向のいずれ
かの方向に回転させるようにしているので、同期するま
でに要する時間をさらに短縮させることができるように
なる。

【００１５】請求項４に記載の構成にあっては、加工工
具の回転数に前記ワークの回転数が一致するまでは、前
記ワーク回転状態認識手段によって認識される増加しつ
つあるワークの回転数に基づいて制御を行うようになっ
ているので、加工工具との位置偏差量にワークの回転速
度が影響されることがなく、安定した状態で同期制御に
移行させることができるようになる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明にかかる同期制御装置によって
同期制御される歯車研削装置の概略構成図である。

【００１７】歯車研削が行われるワーク１はスレーブ軸
２に取り付けられ、このスレーブ軸２はサーボモータ３
によって回転される。一方、このワーク１に対して研削
作業を行う砥石４はマスター軸５に取り付けられ、この
マスター軸５はスピンドルモータ７によって回転され
る。

【００１８】サーボモータ３とスピンドルモータ６とは
同期制御装置１０に接続され、サーボモータ３は、この
同期制御装置１０から出力される速度，位置制御信号に
基づいてその回転数と位相とが制御され、スピンドルモ
ータ６は、この同期制御装置から出力される速度制御信
号に基づいてその回転数が制御される。

【００１９】また、サーボモータ３にはエンコーダ７，
７Ａが、スピンドルモータ６にはエンコーダ８，８Ａが
設けられているが、これらのエンコーダ７，７Ａ，８，
８Ａから出力されるパルスはワーク１と砥石４との同期
をとるために同期制御装置１０に入力される。このエン
コーダ７，７Ａは、ワーク回転状態認識手段を構成し、
エンコーダ８，８Ａは加工工具回転状態認識手段を構成
する。

【００２０】歯車の研削を行う場合に、ワーク１と砥石
４との同期をとる必要があるのは、砥石の形状が図２に
示すような場合、この砥石が一回転するごとにワーク１
の一歯の研削が行われることになるからであり、この同
期がうまくとれていれば歯車は高精度で仕上がることに
なるが、これがうまくとれていなければ精度の良い歯車
の研削を行うことはできなくなるからである。

【００２１】このように、同期の具合が歯車の加工精度
にそのまま影響を受けることになり、最適な同期をとる
ことは、加工精度の向上に繋がるといえる。

【００２２】図３は、図１に示した同期制御装置１０の
概略構成を示すブロック図である。主軸速度指令発生器
２０は、スピンドルモータ６の回転速度を指令する部分
であり、速度制御器２１はこの回転速度指令を受けて電
流制御器２２に制御信号を与える。スピンドルモータ６
と共に回転するエンコーダ８からのパルス信号は速度制
御器２１に入力されることになるが、速度制御器２１で
はこの入力されたパルス信号に基づいてスピンドルモー
タ６の回転速度を算出し、この算出された回転速度を主
軸速度指令発生器２０から出力された回転速度と比較し
て、電流制御器２２に対してスピンドルモータ６が指令
された回転速度で回転できるような信号を出力する。電
流制御器２２は、速度制御器２１から出力された信号に
基づいてスピンドルモータ６に与える電流を制御してそ
の回転速度を制御する。

【００２３】スピンドルモータ６の回転によって主軸の
メカ軸が駆動されて砥石４がこれと同一の回転速度で回
転する。この主軸メカ軸にはエンコーダ８Ａが設けられ
ているが、このエンコーダ８Ａから出力されたパルス信
号は比率分配器２３に入力され、この比率分配器２３
は、入力されたパルスの比率分配を行う。補正信号発生
器２４は、歯車１をスピンドルモータ６の回転に同期さ
せて回転させるための補正信号を出力するものであり、
補正量算出手段として機能する。

【００２４】微分器２５は、比率分配器２３から出力さ
れる信号を微分して出力するものであって、この微分後
の信号はフィードフォワードの信号として速度制御器３
０に入力される。

【００２５】ＳＷ２は、歯車１の研削が終了した時点で
歯車１と砥石４との同期を外すために使用されるスイッ
チである。位置ゲイン付与部２６は、比率分配器２３か
ら出力される位置に関する信号、あるいはこの信号に補
正信号発生器２４からの補正信号を加えた信号にゲイン
を与えるものであり、このゲインの与えられた信号は、
歯車１の速度指令として速度制御器３０に出力される。

【００２６】ＳＷ１は、歯車１の研削が終了した時点で
ＳＷ２とほぼ同期して切り替えられるスイッチであり、
この切り替えが行われると、速度制御器３０にはワーク
交換時速度指令発生器２７からの信号が入力されること
になる。ワーク交換時速度指令発生器２７は、ＳＷ１が
切り替えられた時に動作するようになっているが、歯車
１を停止させる場合には減速信号を出力するようになっ
ており、逆に砥石４の回転に同期させる場合には加速信
号を出力するようになっている。具体的には、図６に示
すような加減速信号が出力される。

【００２７】電流制御器３１は、速度制御器３０からの
信号に基づいてサーボモータ３をスピンドルモータ６に
同期した回転数で回転するようにこれに供給する電流を
制御する。サーボモータ３の回転数に応じたパルス信号
を発生するエンコーダ７の信号は速度制御器３０に入力
されるが、速度制御器３０ではこの入力されたパルス信
号に基づいてサーボモータ３の回転速度を算出し、この
算出された回転速度を速度制御器３０に入力された回転
速度と比較して、電流制御器３１に対してサーボモータ
３が指令された回転速度で回転できるような信号を出力
する。フィードバックゲイン付与部３２は、エンコーダ
７Ａからのパルス信号に基いて、比率分配器２３の後段
にフィードバック信号を与えるものである。なお、同期
制御手段は、比率分配器２３、微分器２５、ＳＷ１，Ｓ
Ｗ２、位置ゲイン付与部２６、ワーク交換時速度指令発
生器２７、速度制御器３０、電流制御器３１、フィード
バックゲイン付与部３２によって同期制御手段を構成す
る。

【００２８】本発明にかかる同期制御装置は以上のよう
な構成を有しているが、以下にこの装置の動作を図面を
参照しつつ詳細に説明する。

【００２９】本発明装置のように、歯車１の研削が完了
した場合であっても砥石４を回転させたまま歯車１を停
止させてワーク交換を行うものにあっては、研削が終了
した場合には歯車１と砥石４との同期制御を切る必要が
あり、また、研削を開始した場合には砥石４の基準位置
と歯車１の基準位置とを一致させ、同期回転させる必要
がある。従来ではこの基準位置が歯車１の１箇所に設定
してあったために、図４に示すように砥石４の基準位置
４０と歯車１の基準位置５０とが１８０度近くずれてい
た場合には、このずれ量を補正する補正量が一時に制御
系に入力されるので、制御系の安定に悪影響を与える。
ところが、本発明装置では、歯車４の基準位置を図５に
示すように各歯ごとに設定してあるので、砥石４の基準
位置４０と歯車１の基準位置５０とは最大でも１歯分の
角度だけしかずれることがなくなり、このずれを補正量
としてステップ入力しても制御系に与える悪影響はほと
んどなくなる。

【００３０】このような制御を実現するために、補正信
号発生器２４は最大値として図７に示すような補正量Ａ
（１歯分のずれ量）を発生させる機能を有しているもの
である。この補正量Ａは、研削される歯車１の歯数で２
πラジアンを割った値である。この図は、従来の比較を
もしているが、従来の装置では最大２πラジアンの補正
を行わなければならなくなるが、本発明装置では最大で
もＡ＝２π／歯数ラジアンの補正で済むことになる。図
４および図５に示した例では、従来ではＥ′の補正を行
う必要があるが、本発明装置ではＥだけ補正を行えば良
い。

【００３１】また、本発明装置では、この補正量を決定
する場合の他の例として図８及び図９に示すように、ず
れ量が歯車の１／２歯分よりも大きいか小さいかで進み
方向あるいは遅れ方向のいずれの補正を行うようにして
いる。このような補正を行えば、補正量は上記の例に比
較してさらに最大１／２にすることができる。

【００３２】たとえば、図８に示すように、ずれ量が０
以上Ａ／２未満であるときには、歯車を進める方向に補
正をするよりも遅らせる方向に補正をするほうが補正量
が小さくて済むので、図示のように遅らせる方向にＥの
補正、つまり−Ｅの補正量を補正信号発生器２４から出
力する。逆に、ずれ量がＡ／２以上Ａ未満であるときに
は、歯車を遅らせる方向に補正をするよりも進める方向
に補正をするほうが補正量が小さくて済むので、図示の
ように進める方向にＥの補正、つまりＡ−Ｅの補正量を
補正信号発生器２４から出力する。

【００３３】さらに、図１０に示すように、補正量をＡ
／２と−Ａ／２との間で折り返すような直線に設定すれ
ば、ずれ量に応じて補正量と補正方向とを同時に決定す
ることができるようになる。

【００３４】また、他の補正量の与え方としては、図１
１に示すように、補正量をステップ入力させるのではな
く、時間的に段階的に増加するように与えるランプ入力
に近づけた入力とすることによって制御の安定性をさら
に高めた状態で同期制御を行うことができる。

【００３５】補正量の与え方は以上のように種々の方法
があるが、このような方法で補正値が与えられると本発
明装置は次のように動作する。

【００３６】図１２は、スレーブ軸が同期制御されてい
る最中のサーボ系のブロック図を示したものであり、図
３を簡略化したものである。

【００３７】図１２に記載してある位置指令は、図３に
示した主軸メカ軸の回転に応じて出力されるエンコーダ
８Ａからの比率分配後のパルス信号である。また、メカ
位置は、スレーブ軸メカ軸の回転に応じて出力されるエ
ンコーダ７Ａからのパルス信号である。

【００３８】エンコーダ８Ａからのパルス信号は、フィ
ードバックゲインのかけられたエンコーダ７Ａからのパ
ルス信号との偏差がとれられ、この偏差にポジションゲ
インがかけられたものが速度指令として速度制御に用い
られる。一方、エンコーダ８Ａからのパルス信号は微分
され、この微分値も速度制御に用いられる。つまり、位
置指令と実位置との偏差にポジションゲインをかけたも
のと位置指令を微分したフィードフォワード分が速度制
御に用いられる。

【００３９】このようにスピンドルモータ６とサーボモ
ータ３との同期がとれらている状態、すなわち歯車１が
砥石４によって研削されている状態では、スピンドルモ
ータ６は、主軸速度指令発生器２０から出力される速度
指令に基づいて、速度制御器２１、電流制御器２２、エ
ンコーダ８のそれぞれがフィードバック制御を行ってい
る。一方、サーボモータ３については、砥石４の回転数
に応じたパルス信号を出力するエンコーダ８Ａからの比
率分配されたパルス信号が微分器２５、位置ゲイン付与
部２６を介して速度制御器３０に入力されることから、
サーボモータ３の回転数はスレーブ軸の回転数に同期し
たものとなっている。

【００４０】この研削を行っている状態で同期が外れそ
うになっても、スレーブ軸の位置信号はフィードバック
ゲインが付加されて位置ゲイン付与部２６の前段に入力
されるようにしてあるので、自動的に同期をとるように
作用する。

【００４１】図１３は、歯車１の研削が終了し同期を外
す場合、また、ワークの交換をして同期をとる場合のサ
ーボ系のブロック図を示したものである。研削が終了し
てワークを停止させるときには、まずＳＷ２をｂ側に切
り替えてスピンドルモータ６との同期を外し、同時にＳ
Ｗ１もｂ側に切り替える。このような状態となると、エ
ンコーダ７Ａからのパルス信号のみが微分器２５を介し
てフィードフォワードされ、また、図３に示したワーク
交換時速度指令発生器２７からは図６に示したようにワ
ークを徐々に減速させるための減速指令が出力されるの
で、サーボモータ３はこの指令にしたがって徐々に減速
して停止する。そして、ワークの交換を終了し研削を開
始する場合には、ワーク交換時速度指令発生器２７から
はワークを徐々に加速させるための加速指令が出力され
るので、サーボモータ３はこの指令にしたがって徐々に
加速し、フィードフォワード分の信号が速度指令の信号
と一致した時点でＳＷ１をａ側に切り替えてフィードフ
ォワード分を速度指令とする制御に切り替える。このよ
うにすることで、非同期的に増加しつづける位置偏差量
に速度が影響されなくなる。そして、現在の補正量を上
記のように算出し、ＳＷ２をａ側に切り替え、図１４に
示したような制御系を形成して補正量を加える。この補
正量は一度に加えるのでではなく、図１１に示すように
ランプ状に加える。これによって安定して同期制御に移
行させることができるようになる。

【００４２】以上のように、本発明の実施例によれば、
ワークに設定する位置合わせの原点を歯数と同一数設け
るようにしたので、位相合わせ時に付加する補正量は従
来のものに比較して小さくすることができ、同期をとる
際の制御の一時的な不安定状態を解消することができる
ようになる。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、それ
ぞれの請求項毎に次のような効果を生じる。

【００４４】請求項１に記載の発明にあっては、位相制
御に必要なワーク基準位置をワークに複数箇所設定し、
前記加工工具回転状態認識手段によって認識される加工
工具の回転位置と前記ワーク回転状態認識手段によって
認識されるワークの回転位置とを比較して前記ワークに
予め設定されている複数箇所のワーク基準位置の内、前
記加工工具に設定されている加工工具基準位置に最も近
いワーク基準位置を当該加工工具基準位置に一致させる
ための補正量を算出するようにしているので、同期をと
る際に同期制御手段に与える補正量を小さくすることが
でき、加工工具に同期させる場合の制御系の安定性を欠
く恐れがなくなり、同期されるまでに要する時間の短縮
化を図ることができるようになる。

【００４５】請求項２に記載の発明にあっては、補正量
を時間と共に徐々に増加させて位相制御を行うようにな
っているので、制御を極めて安定させた状態でワークの
回転を加工工具の回転に合わせることができるようにな
る。また、同期制御を行う場合の位置偏差量が過大とな
るのを防止することができるようになる。

【００４６】請求項３に記載の発明にあっては、補正量
に基づいてワークの正転方向あるいは逆転方向のいずれ
かの方向に回転させるようにしているので、同期するま
でに要する時間をさらに短縮させることができるように
なる。

【００４７】請求項４に記載の発明にあっては、加工工
具の回転数に前記ワークの回転数が一致するまでは、前
記ワーク回転状態認識手段によって認識される増加しつ
つあるワークの回転数に基づいて制御を行うようになっ
ているので、加工工具との位置偏差量にワークの回転速
度が影響されることがなく、安定した状態で同期制御に
移行させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる同期制御装置を有する歯車研
削機の概略構成図である。

【図２】 歯車研削を行う場合に同期制御が必要となる
理由を説明するための図である。

【図３】 本発明にかかる同期制御装置の概略構成を示
すブロック図である。

【図４】 位相制御の説明に供する図である。

【図５】 位相制御の説明に供する図である。

【図６】 ワークの加減速制御のパターンの一例を示す
図である。

【図７】 補正量の算出原理の一例を示す図である。

【図８】 補正量を与える場合の一例を示す図である。

【図９】 補正量を与える場合の一例を示す図である。

【図１０】 補正量を与える場合の他の一例を示す図で
ある。

【図１１】 補正量を与える場合のその他の一例を示す
図である。

【図１２】 本発明にかかる同期制御装置が通常の同期
制御を行っている場合の制御ブロック図である。

【図１３】 本発明にかかる同期制御装置が加減速制御
を行っている場合の制御ブロック図である。

【図１４】 本発明にかかる同期制御装置が位相制御を
行っている場合の制御ブロック図である。

【符号の説明】

１…歯車、 ２…スレーブ軸、 ３…サーボモータ、 ４…砥石、 ５…マスター軸 ６スピンドルモータ、 ７，７Ａ，８，８Ａ…エンコーダ、 １０…同期制御装置。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 B23F 1/00 - 23/12 G05B 19/18 - 19/46 G05D 13/00 - 13/66

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸に取り付けた加工工具と同期してワ
   ークを回転させることによって、当該ワークの加工を行
   う生産機械に用いられる同期制御装置であって、 前記加工工具の回転位置と回転数とを認識する加工工具
   回転状態認識手段と、 前記ワークの回転位置と回転数とを認識するワーク回転
   状態認識手段と、 前記加工工具回転状態認識手段によって認識される加工
   工具の回転位置と前記ワーク回転状態認識手段によって
   認識されるワークの回転位置とを比較し、前記ワークに
   予め設定されている複数箇所のワーク基準位置の内、前
   記加工工具に設定されている加工工具基準位置に最も近
   いワーク基準位置を当該加工工具基準位置に一致させる
   ための補正量を算出する補正量算出手段と、 当該補正量算出手段によって算出された補正量に基づい
   てワーク基準位置と加工工具基準位置とを一致させる位
   相制御を行うと共に、前記加工工具回転状態認識手段に
   よって認識される加工工具の回転数と前記ワーク回転状
   態認識手段によって認識されるワークの回転数とを一致
   させる同期制御を行う同期制御手段とを有することを特
   徴とする同期制御装置。
2. 【請求項２】 前記補正量算出手段によって算出される
   補正量は時間と共に徐々に増加させながら前記同期制御
   手段に与えることを特徴とする請求項１に記載の同期制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記位相制御は、前記補正量算出手段に
   よって算出される補正量に基づいてワークの正転方向あ
   るいは逆転方向のいずれかの方向に回転させることによ
   って行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の同期制御装置。
4. 【請求項４】 前記同期制御は、前記加工工具の回転数
   に前記ワークの回転数が一致するまでは、前記ワーク回
   転状態認識手段によって認識される増加しつつあるワー
   クの回転数に基づいて行うことを特徴とする請求項１に
   記載の同期制御装置。