JP3167315B2

JP3167315B2 - Ｎｃ工作装置の絶対位置検出装置

Info

Publication number: JP3167315B2
Application number: JP24513590A
Authority: JP
Inventors: 成光中南
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 2001-05-21
Anticipated expiration: 2016-05-21
Also published as: JPH04129648A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、差動機構式ボールねじを有するNC工作装置
の絶対位置検出装置に関するものである。

［従来の技術］従来、この種の差動機構式ボールねじを有するNC工作
装置は、第４図に示すような構造を有している。すなわ
ち、ハウジング１には、軸18が回転可能に取り付けられ
ている。軸18には、スプライン部18bが形成されるとと
もに、ねじ部18aが形成されている。このスプライン部1
8bに係止するボールスプラインナット６がベアリング４
を介して回転可能にハウジング１に取り付けられてい
る。また、このねじ部18aに螺合するボールねじナット
３がベアリング２を介して回転可能にハウジング１に取
り付けられている。

さらに、ボールスプラインナット６は、主軸（回転
軸）プーリ13aが固着され、主軸（回転軸）タイミング
ベルト14を介してもう一つの主軸（回転軸）プーリ13b
に連結されている。この主軸（回転軸）プーリ13bは、
主軸（回転軸）モータ12の駆動軸によって回転するよう
に連結されている。なお、17は、その主軸（回転軸）モ
ータ12に取り付けられ、その主軸（回転軸）モータ12の
回転角度を検出することによって、ボールスプラインナ
ット６の回転角度を検出するボールスプラインナット回
転角度検出器である。

他方、ボールねじナット３には、送り軸プーリ9aが固
着され、送り軸タイミングベルト10を介してもう一つの
送り軸プーリ9bに連結されている。この送り軸プーリ9b
は、送り軸モータ８の駆動軸によって回転するように連
結されている。なお、16は、その送り軸モータ８に取り
付けられ、その送り軸モータ８の回転角度を検出するこ
とによって、ボールねじナット３の回転角度を検出する
ボールねじナット回転角度検出器である。

更に、軸18の先端には、ドリルチャック７が固定さ
れ、そのドリルチャック７によって各種ドリル7aが保持
されている。

次に、このような従来の差動式ボールねじ機構の動作
を説明する。

まず、ドリル7aをＡのように送る場合は、送り軸モー
タ８を駆動する。それによって、送り軸プーリ9bが回転
し、送り軸タイミングベルト10が回転し、送り軸プーリ
9aも回転する。従って、送り軸プーリ9aに固定されてい
るボールねじナット３も軸受け２によって支持されなが
ら回転する。このボールねじナット３は軸18のねじ部18
aに螺合しているので、軸18がボールスプラインナット
６によって回転しない状態下において、軸18は前進又は
後退を行う。

これに対して、ドリル7aをＢのように回転させる場合
は、主軸（回転軸）モータ12を駆動する。それによっ
て、主軸（回転軸）プーリ13bが回転し、主軸（回転
軸）タイミングベルト14が回転し、主軸（回転軸）プー
リ13aも回転する。従って、主軸（回転軸）プーリ13aに
固定されているボールスプラインナット６も軸受け４に
よって支持されながら回転する。このボールスプライン
ナット６は軸18のスプライン部18bに嵌合しているの
で、軸18が所望の回転を行う。

この際、ボールねじナット３の方は、送り軸モータ８
が停止しているので、回転していない。その結果、ボー
ルスプラインナット６の回転によって、軸18が回転だけ
でなく、軸送りが行われてしまう。そのため、軸18を回
転させると必然的に軸18が不必要な送りを起こしてしま
うという不都合があった。

［発明が解決しようとする課題］そこで、ボールスプラインナット６の回転によって、
軸18の回転だけでなく、軸送りが行われてしまうことを
防止するため、軸18の回転の際、送り軸モータ８を回転
させ、その不必要な送りを消すように制御する方法が考
えられる。

ところで、ボールスプラインナット回転角度検出器17
及びボールねじナット回転角度検出器16として、絶対位
置検出を行う手段が知られている。例えば、AC SERVO M
OTORの絶対位置エンコーダである。

このような絶対位置を検出するボールねじナット回転
角度検出器16を用いると、本来は、その検出結果と軸18
との送り量とは比例関係にあるのであるが、上述した、
不必要な送りを消す制御を行う場合は、主軸（回転軸）
モータ12の回転の際、不必要な送りが生じ、それを防止
するため、送り軸モータ８を回転させるので、比例関係
が成り立たなくなる。従って、このような絶対位置を検
出するエンコーダを用いる場合は、その検出結果から直
ちに軸18の送り量が分からないという課題がある。

本発明は、このような不必要な送りを防止できるNC工
作装置を、更に改良した差動機構式ボールねじを有する
NC工作装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、ボールねじ軸を送るための送り軸駆動モー
タと、前記軸を回転させるための回転軸駆動モータとを
備えた差動機構式ボールねじを有するNC工作装置の絶対
位置検出装置において、前記送り軸駆動モータの回転絶
対位置を検出する送り軸モータ回転位置検出手段と、前
記回転軸駆動モータの回転絶対位置を検出する回転軸モ
ータ回転位置検出手段と、初期の段階での、前記送り軸
モータ回転位置検出手段及び回転軸モータ回転位置検出
手段の各出力の差、並びに手動で入力される、機械基準
点におけるボールねじ軸の機械絶対位置をそれぞれ初期
値として記憶する初期値算出手段と、初期の段階より後
の段階での、前記送り軸モータ回転位置検出手段及び回
転軸モータ回転位置検出手段の各出力、並びに前記初期
値算出手段から出力された各初期値を入力し、その初期
の段階より後の段階での、送り軸モータ回転位置検出手
段及び回転軸モータ回転位置検出手段の各出力の差と、
前記各初期値を利用して、現在のボールねじ軸の機械絶
対位置を算出する絶対位置算出手段とを備えたことを特
徴とするNC工作装置の絶対位置検出装置である。

［実施例］以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

本発明に係るNC工作装置の機械的部分の構造は、従来
と同様の第４図に示すようになっている。すなわち、同
図において、12は、前述したように、回転軸（以後主軸
という）回転駆動手段の一例としての主軸モータであ
り、17は、ボールスプラインナット回転角度検出器であ
る。また、主軸プーリ13b、主軸タイミングベルト14、
主軸プーリ13a等の部材はスプライン部伝達機構を構成
する。また、８は、前述したように、送り軸駆動手段の
一例としての送り軸モータであり、16は、ボールねじナ
ット回転角度検出器である。また、送り軸プーリ9b、送
り軸タイミングベルト10、送り軸プーリ9a等の部材はね
じ部伝達機構を構成する。

第１図は、本発明に係るNC工作装置の一実施例におけ
る制御システムを中心とするブロック図である。

図において、16は、送り軸駆動モータ回転位置検出手
段の一例としてのボールねじナット回転角度検出器であ
る。17は、主軸モータ回転位置検出手段の一例としての
ボールスプラインナット回転角度検出器である。

初期値算出手段50は、その送り軸モータ回転位置検出
手段16が検出している出力ＺABSと、主軸モータ回転位
置検出手段17が出力している出力ＳABSとを入力し、そ
の差ＰSを演算して、初期値として記憶する。さらに、
初期値算出手段50には、機械基準点におけるボールねじ
軸18の機械絶対位置ＭSが手動で入力されるので、それ
も初期値として記憶する。

絶対位置算出手段60は、送り軸モータ回転位置検出手
段16及び主軸モータ回転位置検出手段17の各出力並びに
前記初期値算出手段50からの初期値を入力し、次式
（１）のような演算を行ない、機械絶対位置Mnを得る手
段である。

Mn＝ＭS＋ｋ｛（ＺABS−ＳABS）−ＰS｝ …（１）ただしMnは、求めようとする機械絶対位置（mm）、ＭS
は機械基準位置（初期設定された）（mm）、ｋは、（モ
ータ１回転当りの機械移動量（mm））／（モータ回転位
置検出手段の分解能（パルス））、ＺABSは送り軸モー
タ８の絶対位置（パルス）、ＳABSは主軸モータ12の絶
対位置（パルス）、ＰSは初期の送り軸モータ８の絶対
位置ＺABSと主軸モータ12の絶対位置ＳABSとの差であ
る。このように演算するので、送り軸モータ８が回転し
たとしても、それが主軸モータ12の回転に伴う不必要な
送りを解消するための回転である場合、その主軸モータ
12の回転量を減算することによって、送り量が正しく調
整されるものである。

第２図は、上記実施例の動作を説明するものである。

まず、初期の段階において、送り軸モータ回転位置検
出手段16が送り軸駆動モータ８の回転絶対位置ＺABS
（ステップS1）を検出する。さらに、主軸モータ回転位
置検出手段17が、主軸駆動モータ12の回転絶対位置ＳAB
Sを検出する（ステップS2）。まだイニシャライズ完了
していない場合は（ステップS3）、初期値算出手段50
に、その送り軸モータ回転位置検出手段16及び主軸モー
タ回転位置検出手段17の各出力がそれぞれ入力される。
また、機械基準点におけるボールねじ軸の機械絶対位置
ＭSが作業者によって手動で入力される。そして、初期
値算出手段50は、その初期の段階での、両モータ回転位
置検出手段16、17の検出値の差ＰSを演算する（ステッ
プS4）。また、初期段階での基準となる機械絶対位置Ｍ
Sが入力される。これら、差ＰSと位置ＭSは、バックア
ップメモリに記憶され、停電が起こっても消えないよう
になっている。このようにして、イニシャライズが完了
する（ステップS5）。

そして、送り軸駆動モータ８が回転し、また、主軸駆
動モータ12が回転して、ボールねじ軸18が送られる。

その間、常に、送り軸モータ回転位置検出手段16は送
り軸駆動モータ８の回転絶対位置ＺABS（ステップS1）
を検出する。さらに、主軸モータ回転位置検出手段17
は、主軸駆動モータ12の回転絶対位置ＳABSを検出する
（ステップS2）。そして、イニシャライズが完了してい
るので（ステップS3）、ステップS6へ進み、現在の機械
絶対位置Mnが、上記式（１）に基づいて算出される（ス
テップS6）。

なお、上記動作は、いずれも数値制御工作装置のコン
トローラの初期化時に行われる。そのコントローラ初期
化完了後は、送り軸モータ回転位置検出手段16、主軸モ
ータ回転位置検出手段17は、通常のインクリメンタルパ
ルスコーダと同じA,B,Z相を出力するパルスコーダとし
て動作するので、それを使って従来と同じように位置制
御、速度制御等を行う。

第３図は、電源投入後機械移動し、途中で停電した
後、再び機械移動した場合の様子を示すタイミングチャ
ートである。

同図において、（ａ）図は、初期状態での、両送り軸
モータ回転位置検出手段16、主軸モータ回転位置検出手
段17の出力差ＰS（＝ＺABS−ＳABS）、（ｂ）図は、初
期状態のでの機械位置ＭS、（ｃ）図は、求めようとす
る機械絶対位置Mn、（ｄ）図は、送り（Ｚ）軸モータ回
転位置検出値、（ｅ）図は、主軸モータ回転位置検出値
をそれぞれ示す。

これら図において、のタイミングは、電源の投入時
であり、のタイミングでイニシャライズされる。すな
わち、送り軸モータ回転位置検出手段16から送り軸モー
タの回転位置を示すパルスＺABSが出力され、主軸モー
タ回転位置検出手段17から主軸モータの回転位置を示す
パルスＳABSが出力され、手動で、機械絶対位置Msが入
力され、初期値ＰS、ＭSが記憶される。

のタイミングで、機械移動される（Z₁mm）。すなわ
ち、送り軸駆動モータ８が回転し、機械絶対位置Mnが増
し始め、それに応じて、送り軸モータ回転位置検出手段
16からの送り軸駆動モータ８の回転位置を示すパルスＺ
ABSが増加する。

のタイミングで、主軸駆動モータ12が主軸を回転さ
せる（Srpm×ｔ分間）。すなわち、主軸モータ回転位置
検出手段17の出力ＳABSが増加し始める。そして、その
際の機械絶対位置Z1は、増減せず停止している（（ｃ）
図参照）。また、同時に不必要な動きを起こさせないた
め、送り軸駆動モータ８が回転し（Srpm×ｔ分間）、そ
れに応じて、送り軸モータの回転位置を示すパルスＺAB
Sが増加する。

のタイミングで、停電が発生したとする。そして、
のタイミングで、なんらかの外因による機械移動（z₂
mm）が発生したとする。その結果、送り軸駆動モータ８
が回転し、それに応じて、送り軸モータの回転位置を示
すパルスＺABSが増加し、それがバックアップメモリに
記憶される。

のタイミングで、電源が再投入され、のタイミン
グで機械の絶対位置を検出するとする。すなわち、上記
（１）式に従い、機械絶対位置Mnは、Mn＝ＭS＋ｋ
｛（ＺABS−ＳABS）−ＰS｝で計算され、停電中に移動
した量を含めて、正確な機械絶対位置が算出される。

なお、上記実施例では、送り軸駆動モータ８の回転
と、主軸駆動モータ12の回転とは同じ回転量で、ボール
ねじ軸を同じ量だけ移動させる場合であるが、すなわ
ち、減速比が同じ場合であるが、必ずしもこれに限ら
ず、異なる量移動するようになっていても、その量関係
を考慮して、不必要な移動を起こさせないように制御す
れば問題はない。また、それに応じて、送り軸モータ回
転位置検出手段16、主軸モータ回転位置検出手段17の出
力ＺABS、ＳABSも修正する。

［発明の効果］以上説明したところから明らかなように、本発明は、
その送り軸モータ回転位置検出手段及び主軸モータ回転
位置検出手段の各出力の差を利用して、現在のボールね
じ軸の機械絶対位置を算出する絶対位置算出手段を備え
ているので、軸を回転することが行われても、正確に軸
の機械絶対位置を検出することが出来る長所を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるNC工作装置の絶対位置検出装
置の一実施例のブロック図、第２図は、同実施例の動作
を示すフローチャート、第３図は、同実施例の動作を示
すタイミングチャート、第４図は、従来の差動機構式ボ
ールねじを中心とする断面図である。１……ハウジング、３……ボールねじナット、６……ボ
ールスプラインナット、7a……ドリル、８……送り軸駆
動モータ（送り軸駆動手段）、9a、9b、10……ねじ部伝
達機構、12……主軸駆動モータ（主軸回転駆動手段）、
13a、13b、14……スプライン部伝達機構、16……ボール
ねじナット回転角度検出器（送り軸モータ回転位置検出
手段）、17……ボールスプラインナット回転角度検出器
（主軸モータ回転位置検出手段）、18……軸、18a……
ねじ部、18b……スプライン部、50……初期値算出手
段、60……絶対位置検出手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ボールねじ軸を送るための送り軸駆動モー
タと、前記軸を回転させるための回転軸駆動モータとを
備えた差動機構式ボールねじを有するNC工作装置の絶対
位置検出装置において、前記送り軸駆動モータの回転絶
対位置を検出する送り軸モータ回転位置検出手段と、前
記回転軸駆動モータの回転絶対位置を検出する回転軸モ
ータ回転位置検出手段と、初期の段階での、前記送り軸
モータ回転位置検出手段及び回転軸モータ回転位置検出
手段の各出力の差、並びに手動で入力される、機械基準
点におけるボールねじ軸の機械絶対位置をそれぞれ初期
値として記憶する初期値算出手段と、初期の段階より後
の段階での、前記送り軸モータ回転位置検出手段及び回
転軸モータ回転位置検出手段の各出力、並びに前記初期
値算出手段から出力された各初期値を入力し、その初期
の段階より後の段階での、送り軸モータ回転位置検出手
段及び回転軸モータ回転位置検出手段の各出力の差と、
前記各初期値を利用して、現在のボールねじ軸の機械絶
対位置を算出する絶対位置算出手段とを備えたことを特
徴とするNC工作装置の絶対位置検出装置。
【請求項２】前記絶対位置算出手段は、次式 Mn＝ＭS＋ｋ｛（ＺABS−ＳABS）−ＰS｝（ただしMnは機械絶対位置、ＭSは機械基準位置、ｋ
は、（モータ１回転当りの機械移動量）／（モータ検出
器分解能）、ＺABSは送り軸モータの絶対位置、ＳABSは
回転軸モータの絶対位置、ＰSは初期の送り軸モータの
絶対位置ＺABSと回転軸モータの絶対位置ＳABSとの
差）、に基づいて前記ボールねじ軸の機械絶対位置を算出する
ことを特徴とする請求項１記載のNC工作装置の絶対位置
検出装置。