JP3581259B2

JP3581259B2 - Round die type rolling device control system

Info

Publication number: JP3581259B2
Application number: JP23373898A
Authority: JP
Inventors: 弘沖野; 秀明児玉; 克美栗林; 亮陳; 竜行宮坂; 哲司滝沢; 朋伸田崎; 利仲新仏; 稔吉沢; 秀一天野
Original assignee: Nissei Co Ltd
Current assignee: Nissei Co Ltd
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: JP2000066710A; DE19963451A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、丸ダイス式転造装置において使用される制御システムに係り、特に動作記述言語を用いて複数の駆動軸をリアルタイムに制御するのに好適な丸ダイス式転造装置制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＮＣ（数値）制御を行なう装置にあっては、制御の中心が駆動軸の位置情報を記述する手段と、シーケンスコントローラ等でシーケンスを組み立てる手段とで構成されていた。このような場合の制御システムは、例えば図１２に示した構成をとるのが一般的である。制御の上流側には、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）１上に接続された操作用コンピュータ２があり、この操作用コンピュータ２には、シリアル信号ライン３を介して制御コンピュータ４が接続されている。一方、制御の下流側には、駆動や検出に関わるモータ１０やセンサ１１がサーボアンプ９を介してモーションコントローラ６に接続されている。また、ランプ、スイッチ類、各種センサに関しては、入出力装置８を介してシーケンスコントローラ７に接続されている。そして、前記制御コンピュータ４、モーションコントローラ６、シーケンスコントローラ７は、専用バスライン５に接続されて一つの制御システムを構成している。
【０００３】
上記構成におけるＮＣ制御システムは、駆動軸の位置や速度等のモーションが記述されたソフトウエアを実行する制御ルートと、予めプログラムされた手順に従ってシーケンスを実行する制御ルートとの組み合わせにおいて成り立っている。具体的には、上記モーション記述言語としては、座標軸記述言語であり、シーケンスを構成するのは、電磁リレーやロジックで構成されたコントローラである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような電磁リレーやロジックを利用したハード的なシーケンサと座標軸記述によるソフトウエアの組み合わせでは同期がうまくとれず、制御が滑らかに行なえない。また、最近では、プログラマブルコントローラのような、ある一定のプログラムに基づいてシーケンスを実行するものがあるが、命令体系が限られており、細かい動作や複数の駆動軸に対して位置指令、速度指令、トルク指令等の実時間の同時制御に限界があった。
【０００５】
また、モーションを制御する伝送路と、シーケンスを制御する伝送路が別個独立したものであるため、一つのＮＣ制御システムを構築するのに機能の異なる２系統以上のコントローラを有しなければならない。このため、システム構成が複雑になり、応答速度の遅いものとなっていた。
【０００６】
さらに、上記システム構成においては、使用する駆動装置に対して専用のコントローラ、プロセッサ等が必要であるため、駆動装置間での互換性がない。このため、サーボシステムは、通常同じ製造元のモータ、アンプ、センサ等で構成されている。したがって、コントローラに、ある製造元のものを採用すると、装置全体が同一メーカのサーボシステムで構成されるため、システム設計の自由度が制限されていた。
【０００７】
一方、上記制御システムを応用した装置の例としては、ワークにねじ溝を加工するための丸ダイス式転造装置がある。この転造装置は、丸ダイスをワークに接近させる移動台移動機構や丸ダイスの回転に関わる回転機構等を上記従来のシステムで制御するものであるが、複数の機構を同時に制御したり、各機構同士の同期をとりながら制御する手段がなかったため、これらの制御を各機構毎単独に行なわざるを得ず、ワークの径変化に追従できるような複雑で高精度な加工が困難であった。また、上記移動台移動機構や丸ダイスの回転機構の他に、ワークの切り込み量を制御するための押込機構、ワークの歩み量を制御するためのダイス傾斜機構などを新たに設けたり、丸ダイスの回転機構において各丸ダイスの回転角の位相を互いに変化させて制御する等の必要性が生じた場合に、従来の制御システムのままでは対応できないといった問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、制御及び管理が一元化された環境の下で、丸ダイス式転造装置に備える移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構のそれぞれの駆動軸の動作（位置、速度、タイミング等）のすべてをＡＭＬやＳＲＸを用いたソフトウエア手段でリアルタイムに制御することで、より複雑で高精度の加工を可能とした丸ダイス式転造装置制御システムを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、一組の丸ダイス移動台を接近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれぞれの主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主軸を該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸傾斜機構とで構成され、前記一組の丸ダイスでワークを挟み、該丸ダイスの主軸が回転しながら接近してワークを転造加工する丸ダイス式転造装置であって、上記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各駆動軸が、同一言語体系でプログラミングするプログラミング手段と、該プログラミング手段に基づいて制御要求を処理する実時間処理手段と、該実時間処理手段に基づいて処理された移動位置情報と移動タイミング情報を各動作機構の駆動軸に伝達すると共に、各駆動軸に配設された検出装置からの位置情報をコンピュータに転送する制御伝送手段と、各動作機構の駆動軸の状態を監視し、実時間で制御信号の入出力を管理する実時間管理手段とを備え、コンピュータと各動作機構との双方向通信により前記複数の駆動軸を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、一組の丸ダイス移動台を接近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれぞれの主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主軸を該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸傾斜機構とで構成され、前記移動台移動機構が一組の丸ダイスを軸支する一組のダイス移動台と、丸ダイスによるワークの転造位置の回りで前記一組のダイス移動台間に２本以上架け渡されたはり軸と、前記一組のダイス移動台を接近させ、前記一組の丸ダイスでワークを挟む押込機構とを備え、前記ダイス移動台を前記はり軸にガイドさせて接近させると共に、転造圧力によって前記一組の丸ダイス間に生じる反力を前記はり軸に負担させるように構成した丸ダイス式転造装置であって、上記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各駆動軸が、同一言語体系でプログラミングするプログラミング手段と、該プログラミング手段に基づいて制御要求を処理する実時間処理手段と、該実時間処理手段に基づいて処理された移動位置情報と移動タイミング情報を各動作機構の駆動軸に伝達すると共に、各駆動軸に配設された検出装置からの位置情報をコンピュータに転送する制御伝送手段と、各動作機構の駆動軸の状態を監視し、実時間で制御信号の入出力を管理する実時間管理手段とを備え、コンピュータと各動作機構との双方向通信により前記複数の駆動軸を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記制御伝送手段は、単一のインターフェイス装置を備え、該インターフェイス装置を中心に複数の動作機構がループ状に連結され、コンピュータと各動作機構との双方向通信により複数の動作機構の動作を一元制御及び一元管理することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定回転角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで回転制御すると共に、この主軸の回転角を転造加工の経過に伴って互いに変化させるように制御したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定回転角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで回転制御する一方、転造中の各丸ダイスの回転角を回転角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定回転角値と前記回転角検出手段によって検出された検出回転角値とを比較し、設定回転角値に一致するよう主軸の回転角を補正制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項６に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定傾斜角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで傾斜制御する一方、転造中の各丸ダイスの傾斜角を傾斜角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定傾斜角値と前記傾斜角検出手段によって検出された検出傾斜角値とを比較し、設定傾斜角値に一致するよう主軸の傾斜角を補正制御することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項７に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定傾斜角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで傾斜制御する一方、ワークと各丸ダイスの相対位置のずれを検出する歩み検出手段によってワークの歩み量を検出し、この歩み量に基づいて主軸の傾斜角を補正制御することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項８に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定トルク値に基づいて上記一組の丸ダイスを作動させる一方、各丸ダイスに働く加工トルクをトルク検出手段によって検出し、前記プログラムされた設定トルク値と前記トルク検出手段によって検出された検出トルク値とを比較し、転造中の各丸ダイスに働く加工トルクを一定範囲に保つよう前記各丸ダイスの回転数、又は各丸ダイスの移動速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項９に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記検出トルク値が設定トルク値より高い場合は各丸ダイスの回転数を上げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの回転数を下げるように制御することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項１０に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記検出トルク値が設定トルク値より高い場合は各丸ダイスの移動速度を下げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの移動速度を上げるように制御することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項１１に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記設定トルク値に対応して複数の回転角加減速度を設定し、この回転角加減速度に基づいて上記各丸ダイスの回転数を制御することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項１２に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記設定トルク値に対応して複数の加減速度を設定し、この加減速度に基づいて上記各丸ダイスの移動速度を制御することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、図１に示したように、高級言語を使用して動作（モーション）を記述するプログラミング手段と、該プログラミング手段で記述されたモーションを機械語に翻訳し、実行モジュールに変換する実時間処理手段と、各駆動軸の動作状態をリアルタイムＯＳにより監視する実時間管理手段と、各駆動軸に対する制御信号やステータス信号をアンプとインターフェイスコントローラの間で一元制御及び一元管理する制御伝送手段とで構成されている。
【００２３】
上記プログラミング手段には、主としてＡＭＬ（ＡｄｖａｎｃｅｄＭｏｔｉｏｎＬａｎｇｕａｇｅ）を使用している。このＡＭＬは、オブジェクト指向による構造化されたプログラミング言語で、多軸の同期運転システムの動作を記述するのに適している。また、プログラムの作成、編集、デバック等の開発環境がＤＯＳやＷｉｎｄｏｗｓベースであることから、一般的なパーソナルコンピュータの使用が可能であり、使いやすいものとなっている。そのＡＭＬを用いたアプリケーションは、図２（ａ）に示したように、一つのグローバル定義といくつかのモジュール１，２…ｎの組み合わせで構成される。図２（ｂ）は、その処理手順を示したものである。スタート時にグローバル定義を参照し、モジュール１からモジュールｎまでの処理を時分割して命令を実行する。このように、ＡＭＬの記述は必要なオブジェクトを登録し、オブジェクトに含まれる関数や、変数を変更することで各部の動作を決定する。そして、このＡＭＬで記述した各モジュールは、ＡＭＬ開発ツールでコンパイルされ実行コード（後述するＳＥＲＣＯＳ実行命令文（オブジェクトコード））に変換されてからターゲットマシンにダウンロードする。
【００２４】
実時間処理手段及び実時間管理手段は、上記ＡＭＬ開発環境に適した実行ルーチンであり、また、リアルタイム処理機能を有したＳＲＸ（ＳＥＲＣＯＳＲｕｎｔｉｍｅＥｘｅｃｕｔｉｖｅ）を使用している。このＳＲＸは、上記プログラミング手段で記述した多軸制御プログラムを高速かつ円滑に実行するためのリアルタイム処理プログラムである。また、後述するインターフェイスのドライブにおいても多彩な制御動作をサポートする。上記ＡＭＬで記述された命令体系は、マルチタスク処理可能なイベントドリブン型の形態であるため、このＳＲＸに組み込まれたリアルタイムＯＳにより、入出力機器やセンサの信号を探知して、すぐに他の処理ができるようになっている。
【００２５】
制御伝送手段は、ＳＥＲＣＯＳ（ＳｅｒｉａｌＲｅａｌ−ｔｉｍｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）仕様に基づいたインターフェイスからなっている。このＳＥＲＣＯＳは、ＮＣ制御装置とサーボアンプ間のデータ伝送のためのディジタルインターフェイス仕様（国際規格ＩＥＣ１４９１）であり、位置指令、速度指令、及びトルク指令等のマルチレベルのインターフェイスを行なうものである。本発明のＮＣ制御システムでは、上記プログラミング手段で生成されたＳＥＲＣＯＳ実行命令文（オブジェクトコード）を各駆動軸に伝えたり、駆動軸からのステータス情報を制御コンピュータに返すといった制御を行なう。
【００２６】
上記各手段を用いて構成した丸ダイス式転造装置制御システムの概略構成例を図３に示す。ここでは、大きく分けて制御部Ｓ１、インターフェイス部Ｓ２、操作部Ｓ３とに分けることができる。制御部Ｓ１は、バスライン１３上に接続された制御コンピュータ１２で構成される。この制御コンピュータ１２は、汎用のパーソナルコンピュータがベースとなったコントローラである。したがって、オペレーティング・システム（ＯＳ）としては、一般的なＤＯＳやＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）等が使用可能である。上記制御コンピュータ１２に関しては、前記パーソナルコンピュータに限らず、ＵＮＩＸ（登録商標）ベースのワークステーションであってもよく、特にハードやＯＳに限定されるものではない。インターフェイス部Ｓ２は、インターフェイスコントローラ１５と、制御伝送路１６と、操作部Ｓ３の個々の駆動装置に配設されるインターフェイスボード１７とで構成される。前記インターフェイスコントローラ１５には、ＳＥＲＣＯＳ仕様に基づいた制御を専用に実行する専用プロセッサを有しており、このインターフェイスコントローラ１５と各駆動装置に配したインターフェイスボード１７とは、光ファイバーをループ状に形成した制御伝送路１６を介して接続されている。
【００２７】
上記ＳＥＲＣＯＳによる制御は、制御コンピュータ１２とＳＥＲＣＯＳ制御下にあるサーボアンプ１８との間でオペレーションモードとトランスミッションモードとを有する命令体系により行なう。オペレーションモードには、位置制御モード、速度制御モード、トルク制御モードがあり、各駆動軸の実際の動作を決定する。トランスミッションモードは、サイクリックと非サイクリックを選択でき、コマンド値とフィードバック値をやりとりする。制御コンピュータ１２とサーボアンプ１８との同期においては、主にサイクリック・データを用いて、コマンド値とフィードバック値をやりとりすることで行なう。このときサーボアンプ１８内の運転情報やアラームの要因等の情報も制御部Ｓ１にて取得することができ適確な制御を行なうことができる。
【００２８】
上記ＳＥＲＣＯＳ仕様の制御伝送路１６は一つに限られず、複数の独立したループを構成することができる。この場合、一つのループには、一つのマスタ（インターフェイスコントローラ１５）と、複数のスレーブ（単軸、もしくは、複数軸用のサーボアンプ１８）とで構成され、制御信号のやりとりは全てマスタとスレーブ間において行われる。このため、各駆動軸の制御及び管理がインターフェイスコントローラ１５と制御コンピュータ１２で一元的に行なえる。
【００２９】
以下、本発明の丸ダイス式転造装置制御システムについて詳細に説明する。開発環境及びシステム構成図を図４に示す。ＬＡＮ１の上層には、開発用コンピュータ２１が接続され、ここでＡＭＬによるプログラミング開発が行われる。上記開発用コンピュータ２１は、ＣＰＵ，モニタ，ハードディスク（ＨＤＤ），ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ），モデム等で構成され、ＡＭＬをはじめとする各種開発ツールを備えている。ここでプログラムされた命令はコンパイルされた後、ＬＡＮ１の下層に設けられた制御コンピュータ１２にダウンロードされ、バスライン１３に接続されたインターフェイスコントローラ１５によりＳＥＲＣＯＳコマンドとして実行される。制御伝送路１６には５軸の駆動軸がサーボアンプ１８を介して接続されている。また、各駆動軸やワークの状態を検出するセンサ類もＡ／Ｄコンバータ１９やＩ／Ｏ装置１４を介して同じ制御伝送路１６に接続されている。ここで、各駆動軸の制御方法を図５に基づいて説明する。本実施例では、Ａ，Ｂ軸の回転同期、Ａ，Ｂ軸の上下動、Ｃ軸の５軸制御を基本とする。Ａ，Ｂ軸は、ダイスの主軸３４ａ，３４ｂの同期制御を行なう。このＡ，Ｂ軸の駆動は、減速ギアを介して行なうため、軸のねじれによる同期ムラが無視できない。そこでダイスの主軸３４ａ，３４ｂに直結されたロータリエンコーダ（図示せず）の信号により回転角を測定して同期ムラを補正するようにサーボモータ（図示せず）の制御を行なう。Ｃ軸は、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂの接近停止位置と加工速度の制御を行なう。この軸により、加工開始点及び所定のネジ山深さまで加工するためのダイス押込み量を決める。Ａ，Ｂ軸の上下動を行なうＺ１，Ｚ２軸は、ワークの歩み調整のためＡ，Ｂ軸各々を水平軸に対して傾斜させるものである。この動作は、軸傾斜用ギア３７ｂ及び軸傾斜用サーボモータ３８ｂを用いて行なう。（図には示してないがダイス３２ａの側にも軸傾斜用ギア３７ａ及び軸傾斜用サーボモータ３８ａを有している。）上記Ｚ１，Ｚ２軸は、原点復帰した時は、平行（水平）となる。また、傾斜角度測定用のエンコーダ４５ａ，４５ｂの信号により、Ａ，Ｂ軸の機械的、又は制御上の異常を検出し、非常停止処理を行なう。歩みの制御は、歩み検出手段６２の信号により、Ａ，Ｂ軸の両方またはどちらか一方に所定の傾斜角をステップ状に与え、歩み検出手段６２がＯＦＦになるように制御する。上記５軸の同時制御に関しては、図１乃至図３に示したＡＭＬ、ＳＲＸを用いたソフトウエア開発環境や、ＳＥＲＣＯＳインターフェイスを中心とした制御伝送の適用において可能となったものである。
【００３０】
上記Ａ，Ｂ軸を同時制御する効果としては、従来のギヤによる固定同期方式やエンコーダによる同期ずれを検出しフィードバックする方式では困難であった差速制御が可能となることである。これにより、ワークの径が変化してもＡ，Ｂ軸の回転位相差を補正することで、ワークのピッチ合わせが可能となり、セレーションやスプラインといった加工が容易になる。
【００３１】
また、前記Ａ，Ｂ軸に加えてＣ軸の３軸を同時制御する効果としては、Ａ，Ｂ軸あるいはＣ軸単独の制御では得られなかった最大トルク量が抑えられることである。このため、ダイスを支えるフレームの歪みやダイス自体の耐久性の問題が改善される。さらに、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｚ１，Ｚ２の５軸を同時制御する効果としては、転造加工中のワークの歩みを制御できることである。これにより、つば付き転造等の多彩な転造加工が可能となる。
【００３２】
次に、上記設計仕様に基づいて製造された丸ダイス式転造装置の一実施例について説明する。図６及び図７は、上記丸ダイス式転造装置の概要を示したものである。この丸ダイス式転造装置３１は、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂが回転しながらワーク３３を挟み込み、ワーク３３を押圧して転造加工するものであって、基台４７上に一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂを左右方向、即ちワーク３３の半径方向に移動させ、丸ダイス３２ａ，３２ｂを互いに接近させる上記Ｃ軸を中心とした移動台移動機構４４と、上記Ａ，Ｂ軸を中心として丸ダイス３２ａ，３２ｂを回転させる主軸回転機構４３と、上記Ｚ１，Ｚ２軸を中心として丸ダイス３２ａ，３２ｂを傾斜させる軸傾斜機構４２と、ワークに対して丸ダイスの片方を押込める押込機構５０とを備える。
【００３３】
上記主軸回転機構４３は、第１の丸ダイス３２ａ及び第２の丸ダイス３２ｂを高精度で同速回転させるものであり、回転駆動部と回転検出部とで構成されている。前記回転駆動部を構成するのは、減速機付きの主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂであり、丸ダイス３２ａ，３２ｂの主軸に直接取り付けられる。また、回転検出部を構成するのは、ロータリエンコーダ等の回転角検出装置（図示せず）であり、主軸３４ａ，３４ｂに直接取り付けられる。前記回転角検出装置で検出された主軸３４ａ，３４ｂの回転角は、図４に示したＡ／Ｄコンバータ及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして目標値に近づけるように主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂの回転を補正制御する。このようなＳＥＲＣＯＳインターフェイスを使用したフィードバックループで制御することで、ギア等の回転駆動駆動部で発生するバックラッシュやねじれによる誤差が生じても、主軸３４ａ，３４ｂの回転角度をリアルタイムに目標値に合わせて高精度に制御することができる。
【００３４】
次に、上記主軸３４ａ，３４ｂの回転角を制御しながらワーク３３を転造する場合について説明する。先ず、スプライン軸やセレーション等の軸方向溝をワーク３３に転造する場合について説明すると、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂは、転造中のワーク３３の径変化に伴って回転角が互いに制御される。即ち、転造開始時には両方の丸ダイス３２ａ，３２ｂは同一方向に同一速度で回転するが、転造によってワーク３３の溝が次第に深くなるのに伴って、一方側の丸ダイス３２ａの回転角に対して他方側の丸ダイス３２ｂの回転角を徐々に変えていくような制御が行なわれる。例えば、転造中のワーク３３の円周長を刻まれる歯で割って補正すべきピッチを算出し、この補正後のピッチが得られるような回転角制御を行なう。このように制御することで、切込み開始時から切込み完了時に向かいワーク３３の溝径が次第に変化しても、ピッチが部分的に大きくズレることなく１ピッチ毎に振り分け吸収することができ、円滑なワーク３３の歯面が得られて仕上がり精度が向上する。
【００３５】
なお、このような制御は、モジュールの大きい歯車を転造する場合にも応用できる。また、主軸３４ａ，３４ｂの回転角の変化率は、転造するワーク３３の径や材質、転造するネジ溝の種類やピッチなど種々の要因によっても異なってくる。
【００３６】
次に、螺旋状のネジ溝をワーク３３の外周に転造する場合を説明する。上述の場合と同様に、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂは、転造中のワーク３３径の変化に伴い回転角が互いに制御される。即ち、転造開始時には両方の丸ダイス３２ａ，３２ｂは同一方向に同一速度で回転するが、転造によってワーク３３のネジ溝が次第に深くなるのに伴って、一方側の丸ダイス３２ａの回転角に対して他方側の丸ダイス３２ｂの回転角を徐々に変えていくような制御が行なわれる。
【００３７】
このように回転角を制御することで、図８に示したように、切込み開始時から切込み完了時に向かいワーク３３の円周長がＤからＤ１に変化したとしても、ワーク３３のリード角をβから補正後のリード角β１へ徐々に変化させることができ、ピッチＰを一定に保つことが可能になる。したがって、従来のように転造中にピッチＰが変化してワーク３３が軸方向に歩んでしまうことがなく、丸ダイス３２ａ，３２ｂとワーク３３のフランク面との接触も均一化されて、結果的に転造加工面の仕上がり精度が向上する。
【００３８】
上記移動台移動機構４４は、一方の丸ダイス３２ａを内側面に設けた第１のダイス移動台３６ａと、他方の丸ダイス３２ｂを対向する内側面に設けた第２のダイス移動台３６ｂと、第２のダイス移動台３６ｂの外側に配置した圧力プレート４６とを基台４７上に並列して備えたものである。これらのダイス移動台３６ａ，３６ｂ及び圧力プレート４６は、いずれも基台４７上に固設した一対のスライドレール４８ａ，４８ｂに左右方向へスライド可能に取り付けられる。また、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との間には、互いに向かい合う内側面の四隅に４本のはり軸４９が架け渡され、はり軸４９の両端が第１のダイス移動台３６ａ及び圧力プレート４６にそれぞれ固定される。そのため、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とは、スライドレール４８ａ，４８ｂ上を相対位置が変化することなく一体にスライドする。４本のはり軸４９は、いずれも剛性を等しくし、その位置は、丸ダイス３２ａ，３２ｂによるワーク３３の転造位置を中心としていずれも等距離に且つ周方向に４等分して配置される。なお、剛性の等しいはり軸４９を３本で構成し、丸ダイス３２ａ，３２ｂによるワーク３３の転造位置を中心としていずれも等距離に且つ周方向に３等分して配置してもよい。このように３本又は４本のはり軸をバランス良く配置することで、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との間に圧力が加わった場合、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とが平行を保ったまま、安定した状態ではり軸４９を伸ばすことができる。なお、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とが平行を保ったまま、はり軸４９を伸ばすことができるものであれば、はり軸４９の剛性を変え、また、転造位置からの距離を変化させたものであってもよい。なお、上記実施例ではダイス移動台３６ａ，３６ｂのそれぞれに１個ずつの丸ダイス３２ａ，３２ｂを取付けた場合について説明したが、２個以上の丸ダイスを取付けてワークを挟み込んでも良い。
【００３９】
第２のダイス移動台３６ｂは、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との間でスライドレール４８ａ，４８ｂにスライド可能に取り付けられると共に、前記４本のはり軸４９を挿通させるための貫通孔が側面の四隅に設けられ、はり軸４９によってガイドされている。また、前記圧力プレート４６には、油圧シリンダ等の押込機構５０が固定される。この押込機構５０は、ダイス移動台と同一方向に伸縮するシリンダ軸５１を備えており、シリンダ軸５１の先端を第２のダイス移動台３６ｂの外側面に固定してある。なお、押込機構５０は、油圧シリンダに限られず、空圧機器、電動機及びボールネジを用いたものであってもよい。
【００４０】
ダイス移動台移動機構４４を作動させた時の第１のダイス移動台３６ａ、第２のダイス移動台３６ｂ及び圧力プレート４６の動きは図７に示したとおりである。押込機構５０を作動させてシリンダ軸５１が伸びた状態を図中２点鎖線で示す。シリンダ軸５１が伸びると、第２のダイス移動台３６ｂは押されてワーク３３の中心線５３に向かって（図中Ａ方向）、スライドレール４８ａ，４８ｂ上をスライド移動する。一方、第２のダイス移動台３６ｂと圧力プレート４６との間にはラックとピニオン（図示せず）が設けられているため、圧力プレート１６は、第２のダイス移動台の移動方向と反対方向（図中Ｂ方向）、即ち図７で示した右方向に第２のダイス移動台３５ｂと同一距離スライド移動する。この時、圧力プレート４６と４本のはり軸４９で連結されている第１のダイス移動台３６ａも、圧力プレート４６と同じ右方向（図中Ｂ方向）に同一距離だけ移動する。したがって、第１のダイス移動台３６ａと第２のダイス移動台３６ｂは、互いにワーク３３の中心線５３に向かって同一距離だけスライド移動して接近することになる。このように、本発明に係るダイス移動台移動機構４４によれば、一本の押込機構５０で左右のダイス移動台３６ａ，３６ｂを互いに接近させ、丸ダイス３２ａ，３２ｂを両側からワーク３３に押し込むことで転造加工することができる。また、ラック、ピニオンを設けることによって、ワーク３３の中心線Ｓを常に一定に保つことができ、ワーク３３の供給、排出等の自動化が容易になる。
【００４１】
上記丸ダイス３２ａ，３２ｂを回転させながら互いに接近させ、丸ダイス３２ａ，３２ｂをワーク３３の半径方向に押し付けて転造圧力を作用させる。転造圧力によってワーク３３が回転作用を受け、局部的な塑性変形を繰り返す。これにより、ワーク３３にネジ溝が形成される。ところで、ワーク３３に転造圧力を作用させると、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂにはワーク３３からの反力Ｐが働く。このうち、第１の丸ダイス３２ａに働く反力Ｐは第１のダイス移動台３６ａに伝わる。一方、第２の丸ダイス３２ｂに働く反力は第２のダイス移動台３６ｂに伝わるが、第２のダイス移動台３６ｂはシリンダ軸５１に固定されているため、第２のダイス移動台３６ｂに伝わった反力Ｐはシリンダ軸５１を介して圧力プレート４６に伝わる。
【００４２】
すなわち、転造圧力による反力Ｐは、結果的に第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との間に働くことになる。そして、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とは４本のはり軸４９で連結されている一方、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とが基台４７には固定されていないため、反力Ｐを４本のはり軸４９で負担することになる。この４本のはり軸４９は、ワーク３３の上下に均等に剛性を等しく配設されているため、反力Ｐは４本のはり軸４９に均等に４等分して負担され、一本当りにかかる引張り力はＰ／４となる。反力Ｐによって４本のはり軸４９は軸方向に若干は伸びることになるが、４本とも均等に良く伸びるために、従来のようにダイス移動台３６ａ，３６ｂが開いてしまい、丸ダイス３２ａ，３２ｂが外側上方に逃げることがない。また、はり軸４９を４本とすることによって、転造圧力によって丸ダイス３２ａ，３２ｂに生じる反力を、安定して前記４本のはり軸４９に均等に負担させることができる。
【００４３】
さらに、この実施例では一対のダイス移動台３６ａ，３６ｂ間に、丸ダイス３２ａ，３２ｂ間の距離検出手段としてのリニアスケール５２が取付けられ、ダイス移動台３６ａ，３６ｂ間の距離が直接に計測される。ダイス移動台３６ａ，３６ｂが外側上方に逃げることがないため、ダイス移動台３６ａ，３６ｂ間の距離を計測することで、転造時に丸ダイス３２ａ，３２ｂ間に発生する広がり寸法を正確に把握することができ、それに基づいて押込機構５０の駆動を制御することができる。即ち、転造時の反力を受けた時に丸ダイス３２ａ，３２ｂが左右に均等に開くために、その時のダイス移動台３６ａ，３６ｂ間の距離をリニアスケール５２で計測し、その計測値を図４に示したＡ／Ｄコンバータ及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして再度目標値に近づけるように押込機構５０の駆動力を補正制御する。このように押込機構５０の駆動力を制御することで、丸ダイス３２ａ，３２ｂの切込み量を高精度に制御できることになる。なお、距離検出手段として、上記リニアスケール５２以外に磁歪センサやレーザセンサなどを用いることができる。
【００４４】
次に、丸ダイスの軸傾斜機構４２及びその制御について説明する。軸傾斜機構４２は、傾斜駆動部と傾斜検出部とで構成されている。前記傾斜駆動部を構成するのは、減速機付きの軸傾斜用サーボモータ３８ａ，３８ｂであり、ダイスホルダ３５ａ，３５ｂに軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂを介して取り付けられる。また、傾斜検出部を構成するのは、エンコーダ等を用いた主軸の傾斜角検出装置であり、ダイスホルダ３５ａ，３５ｂの回動部に取り付けられる。
【００４５】
上記軸傾斜機構４２の構成要素について説明する。一対の丸ダイスの主軸３４ａ，３４ｂは、水平に平行を保ってダイスホルダ３５ａ，３５ｂに回転可能に軸支される。一方のダイスホルダ３５ａは、第１のダイス移動台３６ａの内側面に設けられ、他方のダイスホルダ３５ｂは、第２のダイス移動台３６ｂの対向する内側面に設けられる。特に、これらのダイスホルダ３５ａ，３５ｂは、主軸３４ａ，３４ｂをダイス移動台３６ａ，３６ｂの移動方向に対して直交する面内（垂直面内）で傾斜できるように、ダイス移動台３６ａ，３６ｂに回動可能に取り付けられる。主軸３４ａ，３４ｂの回動中心３９ａ，３９ｂは、両者を結んだ線上Ｓに略ワーク３３の転造位置が来るように設定される。なお、上記実施例ではダイス移動台３６ａ，３６ｂにダイスホルダ３５ａ，３５ｂを介してそれぞれに１個ずつの丸ダイス３２ａ，３２ｂを取付けた場合について説明したが、２個以上の丸ダイスを取付けてワークを挟み込むようにしても良い。
【００４６】
上記ダイスホルダ３５ａ，３５ｂの回動は、軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂによって実行される。この軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂは、各ダイスホルダ３５ａ，３５ｂに設けられたダイスホルダ用ギヤとこのダイスホルダ用ギヤと噛み合うモータ用ギヤとで構成され、モータ用ギヤを先端に取付けた軸傾斜用サーボモータ３８ａ，３８ｂがダイス移動台３６ａ，３６ｂの側面に配設されている。なお、前記軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂ以外にリンク機構等を用いたものであってもよく、またサーボモータに代えて油圧シリンダや空気圧シリンダで駆動することも可能である。
【００４７】
上記ダイスホルダ３５ａの回動制御に際しては、図９に示したように、先ず軸傾斜用サーボモータ３８ａが駆動することでモータ用ギヤが回転され、ダイスホルダ用ギヤを介してダイスホルダ３５ａに回転力が伝達される。これにより、ダイスホルダ３５ａは回動中心３９ａを支点として軸傾斜用サーボモータ３８ａの回転に見合った量回転する。それ故、平行を保つ主軸３４ａ（図中１点鎖線で示す）を、垂直面内で上方に＋α°（図中２点鎖線で示す）、下方に−α°（図中２点鎖線で示す）傾斜させることができる。なお、他方側のダイスホルダ３５ｂも同様の制御がなされる。
【００４８】
図１０はワーク３３のクランプ機構５４を示したものである。ワーク３３は、止まりセンタ５５及び芯押しセンタ５６間に軸方向にクランプされる。止まりセンタ５５はセンタ台５７ａに固定され、一方の芯押しセンタ５６はセンタ台５７ｂに摺動可能に取り付けられる。センタ台５７ｂには空気圧又は油圧のシリンダ５８が固定され、このシリンダ５８の作動によって芯押しセンタ５６がワーク３３の軸方向（図中Ｘ方向）に移動される。センタ台５７ａ及び５７ｂは、ワーク３３の軸方向に設けられたセンタ台スライドレール６１上をスライド可能に取り付けられる。センタ台５７ｂの側面にはリニアスケール等の歩み検出手段６２が設けられ、ワーク３３を軸方向にクランプした状態で、センタ台５７ｂの軸方向の移動を検出し、ワーク３３の歩み量を検出する。
【００４９】
上記軸傾斜機構３７ａ，３７ｂの制御手段（図５参照）は、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角を検知する傾斜角測定用のエンコーダ４５ａ，４５ｂを各主軸３４ａ，３４ｂの端部に取付け、このエンコーダ４５ａ，４５ｂで測定された傾斜角を図４に示したサーボアンプ及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして再度目標値に近づけるように軸傾斜用サーボモータ３８ａ，３８ｂの回転を補正制御する。これにより、水平を保つ主軸３４ａ，３４ｂの回動中心３９ａ，３９ｂを支点とした上下（図中＋−方向）への傾斜を高精度に制御することができる。
【００５０】
なお、軸傾斜用サーボモータ３８ａ，３８ｂの中に上記エンコーダ４５ａ，４５ｂが一緒に組み込まれている場合もある。また、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角度の制御は、転造するワーク３３の径や材質、転造するネジ溝の種類やピッチなど種々の要因によっても異なってくる。
【００５１】
上記構成からなる丸ダイス式転造装置３１を用いてワーク３３を転造加工した時のネジ溝のリード角、円周長、ピッチは、上記回転角制御のところで示した図８と同様である。この図に示すように、丸ダイス３２ａ，３２ｂをワーク３３に向かって徐々に押し込み、切り込みが進むにつれ、ワーク３３のネジ溝の谷径が次第に小さくなる。したがって、ワーク３３の円周長は、切込み開始時のＤから切込み完了時のＤ１へと変化し、ワーク３３の谷部の円周長がδＤだけ短くなる。主軸３４ａ，３４ｂを平行に保ったままだと、ワーク３３のリード角βが変化しないため、切込み開始時のワーク３３のピッチＰと、切込み完了時のワーク３３のピッチＰ１との間にはピッチのズレδＰが発生する。このため、ピッチのズレδＰ分だけ転造中にワーク３３が軸方向に移動してしまう。しかし、転造中に一対の主軸３４ａ，３４ｂをそれぞれ反対方向に徐々に傾斜させることで、転造中のワーク３３のリード角βをワークの円周長の変化に応じて補正することができる。このように補正することでワーク３３のピッチＰを一定に保つことができ、ワーク３３の歩みを抑えることができる。すなわち、ワーク３３の径の変化に伴い主軸３４ａ，３４ｂを徐々に傾斜させ、ワーク３３のリード角βを補正することでワーク３３の歩みが抑えられる。転造完了時にはワーク３３のリード角βは、補正後のリード角β１となる。このようにしてワーク３３の歩みが防止されると、ワーク３３の移動方向のネジ山のフランク面が丸ダイス３２ａ，３２ｂに強く接触し、剥離等が生じるのを防止できるのに加えて、加工された面の仕上がり精度を良くすることができる。また、ネジ溝の盛り上がり不足や転造加工におけるテーパーを防止でき、さらに、つば付きのワークの場合は、歩みが防止されることによって、つばのぎりぎりまで転造することも可能になる。なお、補正後のリード角β１の変化は僅かなため完成ネジの公差の範囲内に充分収まる。
【００５２】
なお、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角は、ワーク３３の径及び切込み量に伴い、補正すべきリード角をあらかじめ算出し、この算出値をサーボ機構の目標値として制御される。また、歩み検出手段６２によってワーク３３の歩みが検出された場合には、主軸３４ａ，３４ｂの両方又はいずれか一方に所定の傾斜角を与え、歩み検出手段６２が一定値になるように制御する。
【００５３】
ところで、本実施例の丸ダイス式転造装置３１によれば、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角を高精度に制御しているため、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角を所定角度傾斜させることで、上述とは逆にワーク３３を歩ませることも可能になる。したがって、例えば、ソロバン形状のダイスを主軸に固定し、主軸を傾斜させることでワークに軸方向の推進力を与えると共に、主軸間距離を変化させることで自由形状の転造が可能になり、スェージングやしごきスピニングでしかできなかった中実、中空素材の外径絞り及び内径加工や、段付き軸、段付きパイプの成形も可能になる。また、通し転造の軸傾斜角の設定も自動化が可能になる他、主軸間距離、軸傾斜角度、ダイスの回転角を高精度に制御することで、幅広い加工が可能になる。
【００５４】
本実施例における丸ダイス式転造装置３１においてはさらに、図６に示したように、丸ダイスの主軸３４ａ，３４ｂのそれぞれにトルク検出装置６３ａ，６３ｂが取り付けられると共に、ダイス移動台の端部には転造中のダイス荷重を測定する荷重検出装置６４が取り付けられる。上記トルク検出装置６３ａ，６３ｂとしては、例えばトルク値を直接に計測するトルク計やサーボモータの負荷を電流又は電圧で検出してトルク値を算出する手段などが用いられる。
【００５５】
図１１は、上記トルク制御方法を実施した時のトルク変化を示したものである。横軸には転造時間、縦軸にはトルク検出装置６３ａ，６３ｂが検出したトルク値を示す。図中１点鎖線は設定トルク値を示す。この設定トルク値は、主軸３４ａ，３４ｂの回転数および移動速度を一定に保った状態で転造した時に発生するダイス荷重およびダイストルクの検出値を考慮して設定される。
【００５６】
先ず、主軸３４ａ，３４ｂの回転数を制御することによって加工トルクを一定範囲内に制御する方法について説明する。一般に、主軸３４ａ，３４ｂの回転数を上げると転造中のワーク３３の転がり数が増え、切込み量が減って発生するトルクが低くなる。一方、回転数を下げるとワーク３３の転がり数が減り、発生するトルクは高くなる。本実施例は、この関係を利用して、発生するトルクを一定に保つ制御をするものである。主軸３４ａ，３４ｂの回転数には上限値および下限値のリミッタが定められ、主軸３４ａ，３４ｂはリミッタの範囲内で自動可変する。転造開始直後の図中▲１▼の時点では、主軸３４ａ，３４ｂは予め設定されている初期回転数で回転する。発生するトルクが徐々に高くなり、設定トルク値に近づいた図中▲２▼の時点からトルク制御を開始する。ここでは、まず、トルク検出装置６３ａ，６３ｂによって検出されたトルク値を設定トルク値と比較判断する。検出トルク値が設定トルク値より低い場合は、主軸３４ａ，３４ｂに負の回転角減速度を与え、回転数を下げてトルク値が高くなるように制御する。トルクがさらに高くなり、設定トルク値を超えた場合（図中▲３▼）は、主軸３４ａ，３４ｂに正の回転角加速度を与え、回転数を上げてトルク値が低くなるよう制御する。このように制御してもトルクがさらに高くなるような場合（図中▲４▼）は、リミッタの上限値の回転数が設定される。このようにトルクを制御しつつ転造が終了に近づくとトルクは低減するのでトルクの制御を終了する（図中▲５▼）。そして、主軸３４ａ，３４ｂの回転数にはリミッタの下限値の回転数が設定される。なお、回転角加減速度を設定トルク値から離れるのに対応して順次大きくなるように段階的に複数設定することで、検出トルクが設定トルク値から離れた場合には設定トルク値に速やかに近づけることができ、設定トルク値に近づいた場合はトルクの変動幅を小さくすることができる。
【００５７】
上記トルク制御は、図４に示したトルク計及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして、予めプログラムされた設定トルク値に近づけるように主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂの回転を補正制御する。このようなＳＥＲＣＯＳインターフェイスを使用したフィードバックループで転造中の加工トルクを予め設定したトルク値に近づけるように制御することで、ピーク時に一時的な主軸トルクの最大値が発生するのを防止でき、転造ダイス寿命を従来のものに比べて大幅に延長することができる。また、トルクを制御することで薄肉の中空部材でも転造加工することが可能になる。なお、上述した主軸３４ａ，３４ｂのトルク制御方法は、丸ダイス３２ａ，３２ｂの主軸を移動させないでワーク３３をフィーダによって押込む差速式転造盤にも応用できる。
【００５８】
次に、主軸移動速度を制御して主軸３４ａ，３４ｂに働く加工トルクを設定トルク値に近づけるように制御する方法について説明する。この場合、主軸移動速度を下げると転造中のワーク３３の転がり数が増え、切込み量が減って発生するトルクが低くなる。一方、主軸移動速度を下げるとワークの転がり数が減り、発生するトルクは高くなる。本実施例は、この関係を利用して発生するトルクを一定に保つ制御をするものである。上述した主軸の回転数と同様に、主軸移動速度には上限値および下限値のリミッタが定められ、主軸移動速度はリミッタの範囲内で自動可変する。図１１に示したように、転造開始直後の図中▲１▼の時点では、主軸３４ａ，３４ｂは予め設定されている初速度で等速移動する。発生するトルクが徐々に高くなり、設定トルク値に近づいた図中▲２▼の時点からトルク制御を開始する。ここでは、まず、トルク検出装置６３ａ，６３ｂによって検出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断する。検出トルク値が設定トルク値より低い場合は、主軸移動に加速度を与えて移動速度を上げてトルク値が高くなるように制御する。一方、加工トルクがさらに高くなり設定トルク値を超えた場合（図中▲３▼）は、主軸移動に減速度を与えて移動速度を上げ、トルク値が低くなるように制御する。このように制御してもトルクがさらに高くなった場合（図中▲４▼）は、リミッタの下限値の移動速度が設定される。このようにトルクを制御しつつ転造が終了に近づくとトルクは低減するのでトルクの制御を終了する（図中▲５▼）。そして、主軸移動速度にはリミッタの下限値の値が設定され主軸３４ａ，３４ｂは等速で移動する。また、上述した回転角加減速度の場合と同様に、主軸移動の加減速度を設定トルク値から離れるのに対応して順次大きくなるように段階的に複数設定することで、検出トルクが設定トルク値から離れた場合でも設定トルク値に速やかに近づけることができる。なお、主軸移動速度と、上述の主軸回転数との両方でトルク制御を行なう場合は、図４に示したリニアスケール、エンコーダ、トルク計からの検出信号をＡ／Ｄコンバータ及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして、予めプログラムされた設定トルク値に近づけるように油圧シリンダ等からなるＣ軸と、主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂからなるＡ，Ｂ軸の回転とを同時に補正制御する。このようなＳＥＲＣＯＳインターフェイスを使用したフィードバックループで上記３軸を同時制御することにより、高精度なトルク制御が可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る丸ダイス式転造装置制御システムによれば、移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構からなる各駆動軸に関する複合的な動作を同一言語体系で記述するプログラミング手段と、このプログラミング手段を実行モジュールに変換する実時間処理手段と、リアルタイムＯＳ機能を兼ね備えた実時間管理手段との融合により、複数の駆動軸に対する位置指令、速度指令、タイミング設定等のフルソフトウエア化と、実時間での同時制御が可能となった。このように、前記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構を構成する各駆動軸の実時間による同時制御や管理が可能であることから、転造加工中のワークの径変化に伴うダイスの回転同期ずれや、ワークの歩み量をリアルタイムに補正し、高精度な転造加工を行なうことができる。
【００６０】
制御伝送手段においては、単一のインターフェイスコントローラを核として複数の動作機構をループ状に配する制御伝送方式を採用したことにより、制御命令や各駆動機構の状態監視が上記インターフェイスコントローラで一元的に制御及び管理することが可能となった。
【００６１】
また、上記制御伝送方式に用いたインターフェイスは、規格化されたオープンな仕様であるため、駆動させる軸ごとに適材適所のモータ、アンプ、センサ等のサーボシステムの採用が可能になり、システム設計の自由化が図られる。また、制御伝送路の省配線化が実現でき、高速で高精度な制御の実行・管理が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る丸ダイス式転造装置制御システムにおける制御手段の基本設計概念図である。
【図２】上記丸ダイス式転造装置制御システムのソフトウエア構成図である。
【図３】上記丸ダイス式転造装置制御システムの概略構成図である。
【図４】上記丸ダイス式転造装置制御システムの詳細構成図である。
【図５】主軸回転機構、軸傾斜機構の概念図である。
【図６】本発明に係る丸ダイス式転造装置の一実施例を示す平面図である。
【図７】上記図６における丸ダイス式転造装置の作動時における正面図である。
【図８】上記丸ダイス式転造装置を使用した場合のワークの円周長とピッチとの関係を示すグラフである。
【図９】上記図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】図６における丸ダイス式転造装置のワークのクランプ機構を示す平面図である。
【図１１】転造時間と発生トルクとの関係を示すグラフである。
【図１２】従来の丸ダイス式転造装置のシステム構成図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present inventionRound die rolling deviceIn particular, it is suitable for controlling a plurality of drive axes in real time using a motion description language.Round die type rolling device control systemAbout.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an apparatus for performing NC (numerical) control, the control center is constituted by means for describing position information of a drive shaft and means for assembling a sequence by a sequence controller or the like. In such a case, the control system generally has, for example, the configuration shown in FIG. On the upstream side of the control, there is an operation computer 2 connected to a LAN (Local Area Network) 1, and a control computer 4 is connected to the operation computer 2 via a serial signal line 3. On the other hand, a motor 10 and a sensor 11 related to driving and detection are connected to the motion controller 6 via the servo amplifier 9 on the downstream side of the control. The lamps, switches, and various sensors are connected to the sequence controller 7 via the input / output device 8. The control computer 4, the motion controller 6, and the sequence controller 7 are connected to the dedicated bus line 5 to form one control system.
[0003]
The NC control system having the above configuration is constituted by a combination of a control route for executing software describing motion such as a position and a speed of a drive shaft and a control route for executing a sequence according to a pre-programmed procedure. Specifically, the motion description language is a coordinate axis description language, and the sequence is constituted by a controller constituted by an electromagnetic relay or logic.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the combination of a hardware sequencer using the above-described electromagnetic relay or logic and software based on the coordinate axis description does not satisfactorily achieve synchronization, and control cannot be performed smoothly. In recent years, there is a type such as a programmable controller that executes a sequence based on a certain program. However, the instruction system is limited, and detailed instructions and position commands and speed commands for a plurality of drive axes are provided. There is a limit in real-time simultaneous control of torque command and the like.
[0005]
In addition, since the transmission path for controlling the motion and the transmission path for controlling the sequence are separate and independent, two or more controllers having different functions must be provided to construct one NC control system. For this reason, the system configuration is complicated and the response speed is slow.
[0006]
Furthermore, in the above system configuration, a dedicated controller, a processor, and the like are required for the driving device to be used, and there is no compatibility between the driving devices. For this reason, the servo system is usually composed of a motor, an amplifier, a sensor and the like of the same manufacturer. Therefore, if a controller of a certain manufacturer is adopted, the entire apparatus is constituted by a servo system of the same maker, which limits the degree of freedom in system design.
[0007]
On the other hand, as an example of an apparatus to which the above-described control system is applied, there is a round die type rolling apparatus for processing a thread groove in a work. This rolling device controls the moving table moving mechanism for bringing the round die closer to the work and the rotating mechanism related to the rotation of the round die by the above-described conventional system. Since there is no means for controlling while synchronizing the mechanisms, it is necessary to perform these controls independently for each mechanism, and it is difficult to perform complicated and high-precision machining that can follow a change in the diameter of the work. In addition to the moving table moving mechanism and the rotary mechanism for the round dies, a push-in mechanism for controlling the cut amount of the work, a die tilting mechanism for controlling the step amount of the work, and the like are newly provided. When it becomes necessary to change the phase of the rotation angle of each round die in the rotation mechanism and control the rotation, the conventional control system cannot cope with the problem.
[0008]
Therefore, the present invention provides an environment in which control and management are centralized,Each drive shaft of the moving table moving mechanism, main shaft rotating mechanism, main shaft tilting mechanism provided in the round die type rolling deviceAll operations (position, speed, timing, etc.) are controlled in real time by software means using AML and SRX, enabling more complex and high-precision machining.Round die type rolling device control systemIs provided.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventionA round die type rolling device control system according to claim 1, wherein: a moving table moving mechanism for approaching a set of round dies moving table; a spindle rotating mechanism for rotating respective spindles of the set of round dies; And a main shaft tilting mechanism for tilting the main shaft of the main shaft in a plane orthogonal to the moving direction of the main shaft. A round die type rolling device for forming, wherein each of the driving shafts of the moving table moving mechanism, the main shaft rotating mechanism, and the main shaft tilting mechanism are:Programming means for programming in the same language system, real-time processing means for processing a control request based on the programming means, and movement position information and movement timing information processed based on the real-time processing means Control transmission means for transmitting the position information from the detection device disposed on each drive shaft to the computer while transmitting the signals to the drive shafts, and monitoring the state of the drive shafts of each operating mechanism to input control signals in real time. Real-time management means for managing output; and controlling the plurality of drive axes by bidirectional communication between a computer and each operating mechanism.
[0011]
In addition, the present inventionA round die type rolling device control system according to claim 2, wherein a moving table moving mechanism for approaching a set of round die moving tables, a main shaft rotating mechanism for rotating respective spindles of the set of round dies, and a round die. A main axis tilting mechanism for tilting the main axis of the main axis in a plane orthogonal to the direction of movement of the main axis, wherein the moving table moving mechanism is a set of die moving tables supporting a set of round dies, and a round die. Pushing the two or more beam shafts suspended between the pair of die moving tables around the work rolling position and the pair of die moving tables close to each other, and sandwiching the work between the pair of round dies. A round die type configured to guide the die moving table to the beam axis and to approach the same, and to bear the reaction force generated between the pair of round dies by the rolling pressure on the beam axis. A rolling device, wherein the moving Moving mechanism, spindle rotation mechanism, each drive shaft of the main shaft inclination mechanisms,Programming means for programming in the same language system, real-time processing means for processing a control request based on the programming means, and movement position information and movement timing information processed based on the real-time processing means Control transmission means for transmitting the position information from the detection device disposed on each drive shaft to the computer while transmitting the signals to the drive shafts, and monitoring the state of the drive shafts of each operating mechanism to input control signals in real time. Real-time management means for managing output; and controlling the plurality of drive axes by bidirectional communication between a computer and each operating mechanism.
[0012]
In addition, the present inventionA round die-type rolling device control system according to claim 3.The control transmission means includes a single interface device, a plurality of operation mechanisms are connected in a loop around the interface device, and the operation of the plurality of operation mechanisms is performed by bidirectional communication between the computer and each operation mechanism. Are unifiedly controlled and unifiedly managed.
[0013]
In addition, the present inventionA round die-type rolling device control system according to claim 4.Controls the rotation of the spindles of the set of round dies by respective servomotors based on a preset rotation angle value programmed in advance, and changes the rotation angles of the spindles with each other as the rolling process progresses. Characterized in that:
[0014]
In addition, the present inventionA round die type rolling device control system according to claim 5.While the main shaft of the set of round dies is rotationally controlled by respective servomotors based on a preset rotation angle value programmed in advance, the rotation angle of each round die being rolled is detected by rotation angle detection means. The programmed rotation angle value is compared with the detected rotation angle value detected by the rotation angle detection means, and the rotation angle of the main shaft is corrected and controlled to match the set rotation angle value.
[0015]
In addition, the present inventionA round die-type rolling device control system according to claim 6.While the main shaft of the set of round dies is tilt-controlled by the respective servomotors based on a preset tilt angle value programmed in advance, the tilt angle of each round die during rolling is detected by tilt angle detecting means. Comparing the programmed tilt angle value with the detected tilt angle value detected by the tilt angle detecting means, and correcting and controlling the tilt angle of the main shaft so as to match the set tilt angle value.
[0016]
In addition, the present inventionA round die-type rolling device control system according to claim 7.While the main shafts of the set of round dies are tilt-controlled by respective servo motors based on a preset tilt angle value programmed in advance, the work is detected by a step detecting means for detecting a deviation of a relative position between the work and each of the round dies. Is characterized in that the step amount of the main shaft is detected, and the inclination angle of the main shaft is corrected and controlled based on the step amount.
[0017]
In addition, the present inventionA round die type rolling device control system according to claim 8.Operates the set of round dies based on a pre-programmed set torque value, detects working torque acting on each of the round dies by torque detecting means, and sets the programmed set torque value and the torque detecting means. By comparing the detected torque value with the detected torque value, and controlling at least one of the rotation speed of each of the round dies or the moving speed of each of the round dies so as to keep the processing torque acting on each of the round dies during rolling in a certain range. It is characterized by the following.
[0018]
In addition, the present inventionA round die type rolling device control system according to claim 9.Is characterized in that when the detected torque value is higher than a set torque value, the rotation speed of each round die is increased, while when the detected torque value is lower than the set torque value, the rotation speed of each round die is controlled to be reduced. And
[0019]
In addition, the present inventionA round die-type rolling device control system according to claim 10.Is characterized in that when the detected torque value is higher than a set torque value, the moving speed of each round die is decreased, while when the detected torque value is lower than the set torque value, the moving speed of each round die is increased. And
[0020]
In addition, the present inventionA control system for a round-die rolling device according to claim 11.Is characterized in that a plurality of rotation angle acceleration / deceleration are set in accordance with the set torque value, and the number of rotations of each of the round dies is controlled based on the rotation angle acceleration / deceleration.
[0021]
In addition, the present inventionA control system for a round-die rolling device according to claim 12.Is characterized in that a plurality of accelerations / decelerations are set in accordance with the set torque values, and the moving speeds of the respective round dies are controlled based on the accelerations / decelerations.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the present inventionRound die type rolling device control systemAs shown in FIG. 1, a programming means for describing an operation (motion) using a high-level language, and a real-time processing for translating the motion described by the programming means into a machine language and converting it into an execution module Means, real-time management means for monitoring the operating state of each drive axis with a real-time OS, and control transmission means for centrally controlling and managing control signals and status signals for each drive axis between the amplifier and the interface controller. Have been.
[0023]
AML (Advanced Motion Language) is mainly used as the programming means. This AML is an object-oriented structured programming language suitable for describing the operation of a multi-axis synchronous driving system. In addition, since the development environment for creating, editing, and debugging programs is based on DOS or Windows, a general personal computer can be used and is easy to use. The application using the AML is composed of a combination of one global definition and several modules 1, 2,..., N as shown in FIG. FIG. 2B shows the processing procedure. At the start, the instructions from the module 1 to the module n are executed in a time-division manner by referring to the global definition. As described above, the description of the AML registers the necessary objects and determines the operation of each unit by changing the functions and variables included in the objects. Each module described in the AML is compiled by an AML development tool, converted into an execution code (SERCOS execution command (object code) described later), and then downloaded to a target machine.
[0024]
The real-time processing unit and the real-time management unit are execution routines suitable for the AML development environment, and use SRX (SERCOS Runtime Executive) having a real-time processing function. The SRX is a real-time processing program for quickly and smoothly executing the multi-axis control program described by the programming means. Also, various control operations are supported in the interface drive described later. Since the instruction system described in the AML is an event-driven type capable of performing multitasking, a signal of an input / output device or a sensor is detected by a real-time OS incorporated in the SRX, and other signals are immediately detected. Processing is enabled.
[0025]
The control transmission means comprises an interface based on the SERCOS (Serial Real-time Communication System) specification. SERCOS is a digital interface specification (international standard IEC1491) for data transmission between the NC control device and the servo amplifier, and performs a multi-level interface such as a position command, a speed command, and a torque command. In the NC control system according to the present invention, control is performed such that the SERCOS execution command (object code) generated by the programming means is transmitted to each drive axis, and status information from the drive axes is returned to the control computer.
[0026]
Configured using each of the above meansRound die type rolling device control systemofOutlineFIG. 3 shows a configuration example. Here, it can be roughly divided into a control unit S1, an interface unit S2, and an operation unit S3. The control unit S1 includes a control computer 12 connected to a bus line 13. The control computer 12 is a controller based on a general-purpose personal computer. Therefore, a general DOS, Windows (registered trademark), or the like can be used as the operating system (OS). The control computer 12 is not limited to the personal computer, but may be a UNIX (registered trademark) -based workstation, and is not particularly limited to hardware or an OS. The interface unit S2 includes an interface controller 15, a control transmission line 16, and an interface board 17 provided in each drive unit of the operation unit S3. The interface controller 15 has a dedicated processor for executing control based on the SERCOS specification exclusively. The interface controller 15 and the interface board 17 provided in each drive unit have optical fibers formed in a loop. They are connected via a control transmission line 16.
[0027]
The control by the SERCOS is performed by a command system having an operation mode and a transmission mode between the control computer 12 and the servo amplifier 18 under the control of the SERCOS. The operation modes include a position control mode, a speed control mode, and a torque control mode, and determine an actual operation of each drive shaft. The transmission mode can be selected from cyclic and acyclic, and exchanges a command value and a feedback value. Synchronization between the control computer 12 and the servo amplifier 18 is mainly performed by exchanging a command value and a feedback value using cyclic data. At this time, the operation information in the servo amplifier 18 and the information such as the cause of the alarm can also be acquired by the control unit S1, so that accurate control can be performed.
[0028]
The control transmission line 16 of the SERCOS specification is not limited to one, and a plurality of independent loops can be formed. In this case, one loop includes one master (interface controller 15) and a plurality of slaves (single-axis or multiple-axis servo amplifiers 18), and all control signals are exchanged between the master and the slave. It takes place in between. Therefore, control and management of each drive axis can be centrally performed by the interface controller 15 and the control computer 12.
[0029]
Less than,Details of the control system for the round die rolling device of the present inventionexplain. FIG. 4 shows a development environment and a system configuration diagram. A development computer 21 is connected to the upper layer of the LAN 1, where programming development by AML is performed. The development computer 21 includes a CPU, a monitor, a hard disk (HDD), a CD-ROM (CD), a modem, and the like, and includes various development tools such as an AML. After the instructions programmed here are compiled, they are downloaded to the control computer 12 provided below the LAN 1 and executed as SERCOS commands by the interface controller 15 connected to the bus line 13. Five control axes are connected to the control transmission line 16 via a servo amplifier 18. Further, sensors for detecting the state of each drive shaft and the work are also connected to the same control transmission line 16 via the A / D converter 19 and the I / O device 14. Here, a control method of each drive shaft will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the rotation synchronization of the A and B axes, the vertical movement of the A and B axes, and the control of the five axes of the C axis are fundamental. The A and B axes perform synchronous control of the main spindles 34a and 34b of the dice. Since the driving of the A and B axes is performed via the reduction gear, the unevenness in synchronization due to the twist of the shaft cannot be ignored. Therefore, a servo motor (not shown) is controlled so as to correct the synchronization unevenness by measuring a rotation angle by a signal of a rotary encoder (not shown) directly connected to the main shafts 34a and 34b of the dies. The C axis controls the approach stop position of the pair of round dies 32a and 32b and the processing speed. The axis determines the machining start point and the amount of die pressing for machining to a predetermined thread depth. The Z1 and Z2 axes for vertically moving the A and B axes tilt the A and B axes with respect to the horizontal axis for adjusting the work step. This operation is performed using the shaft tilting gear 37b and the shaft tilting servo motor 38b. (Although not shown, the dice 32a also has a shaft tilting gear 37a and a shaft tilting servomotor 38a.) The Z1 and Z2 axes are parallel (horizontal) when returning to the origin. It becomes. Further, based on the signals from the encoders 45a and 45b for measuring the inclination angle, a mechanical or control abnormality of the A and B axes is detected, and an emergency stop process is performed. The step is controlled such that a predetermined inclination angle is applied in a stepwise manner to both or one of the A and B axes in accordance with a signal from the step detecting means 62 and the step detecting means 62 is turned off. The simultaneous control of the five axes can be realized in the software development environment using AML and SRX shown in FIGS. 1 to 3 and in the application of control transmission centering on the SERCOS interface.
[0030]
The effect of simultaneous control of the A and B axes is that differential speed control, which has been difficult with a conventional fixed synchronization method using gears or a method of detecting and feeding back a synchronization shift using an encoder, can be performed. Thereby, even if the diameter of the work changes, the rotation phase difference between the A and B axes is corrected, whereby the work pitch can be adjusted, and processing such as serration and spline becomes easy.
[0031]
The effect of simultaneously controlling the three axes of the C axis in addition to the A and B axes is that the maximum torque amount that cannot be obtained by the control of the A, B or C axes alone is suppressed. For this reason, the problem of distortion of the frame supporting the dice and the durability of the dice itself are improved. Further, an effect of simultaneously controlling the five axes A, B, C, Z1, and Z2 is that the step of the workpiece during the rolling process can be controlled. Thereby, various rolling processes, such as a roll with a flange, are attained.
[0032]
Next, an embodiment of a round die type rolling device manufactured based on the above design specifications will be described. FIG. 6 and FIG. 7 show the outline of the round die type rolling device. The round die-type rolling device 31 is a device in which a pair of round dies 32 a and 32 b sandwiches a work 33 while rotating and presses the work 33 to perform a rolling process. The moving table moving mechanism 44 centering on the C axis for moving the round dies 32a, 32b closer to each other by moving the round dies 32a, 32b in the left-right direction, that is, in the radial direction of the work 33, and the round dies centering on the A, B axes A spindle rotating mechanism 43 for rotating the shafts 32a and 32b, a shaft tilting mechanism 42 for tilting the round dies 32a and 32b around the Z1 and Z2 axes, and a pushing mechanism 50 for pushing one of the round dies against the work. Prepare.
[0033]
The spindle rotating mechanism 43 is for rotating the first round die 32a and the second round die 32b at the same speed with high accuracy, and includes a rotation drive unit and a rotation detection unit. The rotary drive unit is composed of main shaft rotating servomotors 41a and 41b with reduction gears, which are directly attached to the main shafts of the round dies 32a and 32b. Also, a rotation angle detector (not shown) such as a rotary encoder constitutes the rotation detector, and is directly attached to the main shafts 34a and 34b. The rotation angles of the spindles 34a and 34b detected by the rotation angle detection device are fed back to the control unit via the A / D converter and the SERCOS loop shown in FIG. The rotation of 41a and 41b is corrected and controlled. By controlling with a feedback loop using such a SERCOS interface, even if an error occurs due to backlash or torsion generated in a rotation drive unit such as a gear, the rotation angles of the spindles 34a and 34b can be set to a target value in real time. In addition, it can be controlled with high precision.
[0034]
Next, a case where the work 33 is rolled while controlling the rotation angles of the spindles 34a and 34b will be described. First, a case in which an axial groove such as a spline shaft or serration is rolled into the work 33 will be described. The rotation angles of the pair of round dies 32a and 32b are controlled with each other as the diameter of the work 33 changes during rolling. You. That is, at the start of rolling, both the round dies 32a and 32b rotate in the same direction at the same speed. However, as the groove of the work 33 becomes gradually deeper by rolling, the rotation angle of the one round die 32a is increased. On the other hand, control is performed such that the rotation angle of the other round die 32b is gradually changed. For example, the pitch to be corrected is calculated by dividing the circumferential length of the workpiece 33 being rolled by the carved teeth, and rotation angle control is performed to obtain the corrected pitch. By controlling in this way, even if the groove diameter of the work 33 gradually changes from the start of cutting to the completion of cutting, the pitch can be distributed and absorbed at every pitch without a large deviation in part, and can be smoothly absorbed. The tooth surface of the work 33 is obtained, and the finishing accuracy is improved.
[0035]
Note that such control can be applied to the case of rolling a large gear of a module. The rate of change of the rotation angles of the spindles 34a and 34b also varies depending on various factors such as the diameter and material of the work 33 to be rolled, the type and pitch of the thread groove to be rolled.
[0036]
Next, a case where a spiral screw groove is rolled on the outer periphery of the work 33 will be described. As in the case described above, the rotation angles of the pair of round dies 32a and 32b are controlled with each other as the diameter of the work 33 changes during rolling. That is, at the start of rolling, the two round dies 32a and 32b rotate in the same direction at the same speed. However, as the thread groove of the work 33 gradually becomes deeper by rolling, the rotation angle of the one round die 32a is increased. Is performed so as to gradually change the rotation angle of the other round die 32b.
[0037]
By controlling the rotation angle in this way, as shown in FIG. 8, even if the circumferential length of the work 33 changes from D to D1 from the start of the cut to the completion of the cut, the lead angle of the work 33 is changed to β. , The lead angle β1 after correction can be gradually changed, and the pitch P can be kept constant. Therefore, the work 33 does not move in the axial direction due to the change of the pitch P during the rolling as in the prior art, and the contact between the round dies 32a and 32b and the flank surface of the work 33 is also made uniform. Finish accuracy of the rolled surface is improved.
[0038]
The moving table moving mechanism 44 includes a first die moving table 36a provided with one round die 32a on the inner surface, a second die moving table 36b provided with the other round die 32b on the opposing inner surface, A pressure plate 46 disposed outside the second die moving table 36b is provided in parallel on a base 47. Each of the die moving tables 36a and 36b and the pressure plate 46 is attached to a pair of slide rails 48a and 48b fixed on a base 47 so as to be slidable in the left-right direction. Further, four beam shafts 49 are bridged between the first die moving table 36a and the pressure plate 46 at the four corners of the inner surfaces facing each other, and both ends of the beam shaft 49 are connected to the first die moving table 36a. And the pressure plate 46. Therefore, the first die moving table 36a and the pressure plate 46 slide together on the slide rails 48a and 48b without changing their relative positions. The four beam shafts 49 have the same rigidity, and the positions thereof are all equidistant from the rolling position of the work 33 by the round dies 32a and 32b and are equally divided in the circumferential direction by four. You. Note that the beam shafts 49 having the same rigidity may be configured by three, and may be arranged at equal distances and equally divided in the circumferential direction with respect to the rolling position of the work 33 by the round dies 32a and 32b. By arranging the three or four beam shafts in a well-balanced manner, when pressure is applied between the first die moving table 36a and the pressure plate 46, the first die moving table 36a and the pressure plate The beam shaft 49 can be stretched in a stable state while maintaining parallelism with the beam 46. If the beam axis 49 can be extended while the first die moving table 36a and the pressure plate 46 are kept parallel, the rigidity of the beam axis 49 is changed, and the distance from the rolling position is changed. May be changed. In the above embodiment, the case where one round die 32a, 32b is attached to each of the die moving tables 36a, 36b has been described, but two or more round dies may be attached to sandwich the work.
[0039]
The second die moving table 36b is slidably mounted on the slide rails 48a and 48b between the first die moving table 36a and the pressure plate 46, and has a through hole for allowing the four beam shafts 49 to pass therethrough. Holes are provided at the four corners of the side surface and are guided by the beam shaft 49. A pressing mechanism 50 such as a hydraulic cylinder is fixed to the pressure plate 46. The pushing mechanism 50 includes a cylinder shaft 51 that expands and contracts in the same direction as the die moving table, and the tip of the cylinder shaft 51 is fixed to the outer surface of the second die moving table 36b. In addition, the pushing mechanism 50 is not limited to a hydraulic cylinder, and may use a pneumatic device, an electric motor, and a ball screw.
[0040]
The movements of the first die moving table 36a, the second die moving table 36b and the pressure plate 46 when the die moving table moving mechanism 44 is operated are as shown in FIG. The state in which the cylinder shaft 51 is extended by operating the pushing mechanism 50 is shown by a two-dot chain line in the figure. When the cylinder shaft 51 extends, the second die moving table 36b is pushed and slides on the slide rails 48a and 48b toward the center line 53 of the work 33 (the direction A in the drawing). On the other hand, since a rack and a pinion (not shown) are provided between the second die moving table 36b and the pressure plate 46, the pressure plate 16 moves in the opposite direction to the moving direction of the second die moving table. (The direction B in the figure), that is, the right side shown in FIG. 7, slides the same distance as the second die moving table 35b. At this time, the first die moving table 36a connected to the pressure plate 46 by the four beam shafts 49 also moves by the same distance in the same right direction (the direction B in the drawing) as the pressure plate 46. Therefore, the first die moving base 36a and the second die moving base 36b approach each other by sliding toward the center line 53 of the work 33 by the same distance. As described above, according to the die moving table moving mechanism 44 according to the present invention, the left and right die moving tables 36a and 36b are brought close to each other by one pushing mechanism 50, and the round dies 32a and 32b are pressed into the work 33 from both sides. In this way, it can be rolled. Further, by providing the rack and the pinion, the center line S of the work 33 can be always kept constant, and the supply and discharge of the work 33 can be easily automated.
[0041]
The round dies 32a and 32b are brought close to each other while rotating, and the round dies 32a and 32b are pressed in the radial direction of the work 33 to apply rolling pressure. The work 33 is rotated by the rolling pressure, and repeats local plastic deformation. Thereby, a screw groove is formed in the work 33. When a rolling pressure is applied to the work 33, a reaction force P from the work 33 acts on the pair of round dies 32a and 32b. Among them, the reaction force P acting on the first round die 32a is transmitted to the first die moving base 36a. On the other hand, the reaction force acting on the second round die 32b is transmitted to the second die moving table 36b. However, since the second die moving table 36b is fixed to the cylinder shaft 51, the reaction force is applied to the second die moving table 36b. The transmitted reaction force P is transmitted to the pressure plate 46 via the cylinder shaft 51.
[0042]
That is, the reaction force P due to the rolling pressure acts between the first die moving table 36a and the pressure plate 46 as a result. The first die moving base 36a and the pressure plate 46 are connected by four beam shafts 49, while the first die moving base 36a and the pressure plate 46 are not fixed to the base 47. Therefore, the reaction force P is borne by the four beam shafts 49. Since the four beam shafts 49 are equally arranged above and below the workpiece 33 with equal rigidity, the reaction force P is equally divided and shared by the four beam shafts 49, and the Is P / 4. The four beam shafts 49 slightly extend in the axial direction due to the reaction force P. However, since all four beam shafts extend equally well, the die moving tables 36a and 36b are opened as in the related art, and the round dies 32a are opened. , 32b do not escape upward and outward. In addition, by using four beam shafts 49, the reaction force generated in the round dies 32a and 32b due to the rolling pressure can be stably and evenly applied to the four beam shafts 49.
[0043]
Further, in this embodiment, a linear scale 52 as a distance detecting means between the round dies 32a and 32b is attached between the pair of die moving tables 36a and 36b, and the distance between the die moving tables 36a and 36b is directly measured. You. Since the die moving bases 36a and 36b do not escape outward and upward, by measuring the distance between the die moving bases 36a and 36b, the spread dimension generated between the round dies 32a and 32b during rolling can be accurately grasped. The driving of the push-in mechanism 50 can be controlled based on this. That is, when the reaction force at the time of rolling is received, the round dies 32a and 32b are evenly opened to the left and right, so that the distance between the die moving tables 36a and 36b at that time is measured by the linear scale 52, and the measured value is shown in FIG. Then, the driving force of the pushing mechanism 50 is corrected and controlled so that the driving force approaches the target value again by feeding back to the control unit via the A / D converter and the SERCOS loop shown in FIG. By controlling the driving force of the pushing mechanism 50 in this manner, the cutting amount of the round dies 32a and 32b can be controlled with high accuracy. As the distance detecting means, a magnetostrictive sensor, a laser sensor, or the like can be used in addition to the linear scale 52.
[0044]
Next, the shaft tilt mechanism 42 of the round die and its control will be described. The shaft tilt mechanism 42 includes a tilt drive unit and a tilt detection unit. The tilt drive section is composed of shaft tilt servo motors 38a and 38b with a speed reducer, and is attached to the die holders 35a and 35b via shaft tilt gears 37a and 37b. Further, the inclination detecting section is constituted by an inclination angle detecting device for the main shaft using an encoder or the like, and is attached to the rotating sections of the die holders 35a and 35b.
[0045]
The components of the shaft tilt mechanism 42 will be described. The main shafts 34a and 34b of the pair of round dies are rotatably supported by the die holders 35a and 35b while being kept horizontally parallel. One die holder 35a is provided on the inner surface of the first die moving table 36a, and the other die holder 35b is provided on the opposite inner surface of the second die moving table 36b. In particular, these die holders 35a and 35b are rotated around the die moving bases 36a and 36b so that the spindles 34a and 34b can be tilted in a plane (vertical plane) orthogonal to the moving direction of the die moving bases 36a and 36b. Mounted movably. The rotation centers 39a and 39b of the main shafts 34a and 34b are set such that the rolling position of the work 33 is approximately on a line S connecting the both. In the above embodiment, one round die 32a, 32b is mounted on each of the die moving tables 36a, 36b via the die holders 35a, 35b. However, two or more round dies are mounted on the work table. May be interposed.
[0046]
The rotation of the die holders 35a and 35b is executed by the shaft tilt gears 37a and 37b. The shaft tilting gears 37a and 37b are composed of a die holder gear provided on each of the die holders 35a and 35b, and a motor gear that meshes with the dice holder gear. 38a and 38b are provided on the side surfaces of the die moving tables 36a and 36b. It should be noted that a link mechanism or the like may be used in addition to the shaft tilting gears 37a and 37b, and it is also possible to drive with a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder instead of the servomotor.
[0047]
In controlling the rotation of the die holder 35a, as shown in FIG. 9, first, the shaft tilting servo motor 38a is driven to rotate the motor gear, and the rotational force is transmitted to the die holder 35a via the die holder gear. Is done. As a result, the die holder 35a rotates by an amount commensurate with the rotation of the shaft tilt servo motor 38a about the rotation center 39a as a fulcrum. Therefore, the main axis 34a (shown by a one-dot chain line in the figure) that keeps parallelism is + α ° (shown by a two-dot chain line in the figure) upward and −α ° (shown by a two-dot chain line in the figure) in the vertical plane. ) Can be tilted. The same control is performed on the other die holder 35b.
[0048]
FIG. 10 shows a clamp mechanism 54 of the work 33. The work 33 is axially clamped between the stop center 55 and the tailing center 56. The stop center 55 is fixed to a center base 57a, and one centering center 56 is slidably mounted on the center base 57b. A pneumatic or hydraulic cylinder 58 is fixed to the center base 57b, and the centering center 56 is moved in the axial direction of the work 33 (X direction in the drawing) by the operation of the cylinder 58. The center tables 57a and 57b are slidably mounted on a center table slide rail 61 provided in the axial direction of the work 33. A step detecting means 62 such as a linear scale is provided on the side surface of the center table 57b, and detects the movement of the center table 57b in the axial direction while the work 33 is clamped in the axial direction, thereby detecting the amount of step of the work 33. .
[0049]
The control means (see FIG. 5) for the shaft tilt mechanisms 37a and 37b is such that tilt angle measuring encoders 45a and 45b for detecting the tilt angles of the main shafts 34a and 34b are attached to the ends of the main shafts 34a and 34b. The tilt angles measured at 45a and 45b are fed back to the control unit via the servo amplifier and the SERCOS loop shown in FIG. 4 to correct and control the rotation of the shaft tilt servo motors 38a and 38b so as to approach the target value again. . Thus, the inclination of the main shafts 34a, 34b maintaining the horizontal position in the up and down directions (+/- directions in the drawing) with the rotation centers 39a, 39b as fulcrums can be controlled with high precision.
[0050]
The above-described encoders 45a and 45b may be incorporated in the servomotors 38a and 38b for tilting the shaft together. The control of the inclination angles of the spindles 34a and 34b also depends on various factors such as the diameter and material of the work 33 to be rolled, the type and pitch of the thread groove to be rolled.
[0051]
The lead angle, circumferential length, and pitch of the thread groove when the workpiece 33 is rolled using the round die type rolling device 31 having the above configuration are the same as those in FIG. . As shown in this drawing, the round dies 32a and 32b are gradually pushed toward the work 33, and as the cutting proceeds, the root diameter of the thread groove of the work 33 gradually decreases. Accordingly, the circumferential length of the work 33 changes from D at the start of cutting to D1 at the completion of cutting, and the circumferential length of the valley of the work 33 is shortened by δD. If the main shafts 34a and 34b are kept parallel, the lead angle β of the work 33 does not change. Therefore, the pitch P between the pitch P of the work 33 at the start of cutting and the pitch P1 of the work 33 at the completion of cutting is set. A shift δP occurs. For this reason, the workpiece 33 moves in the axial direction during rolling by the pitch deviation δP. However, by gradually inclining the pair of main shafts 34a and 34b in the opposite directions during rolling, the lead angle β of the workpiece 33 during rolling can be corrected according to a change in the circumferential length of the workpiece. . By correcting in this manner, the pitch P of the work 33 can be kept constant, and the step of the work 33 can be suppressed. That is, the steps of the work 33 are suppressed by gradually inclining the main shafts 34a and 34b with the change in the diameter of the work 33 and correcting the lead angle β of the work 33. When the rolling is completed, the lead angle β of the work 33 becomes the corrected lead angle β1. When the step of the work 33 is prevented in this way, the flank surface of the thread in the moving direction of the work 33 strongly contacts the round dies 32a and 32b, and in addition to preventing the peeling or the like from occurring, the processing is performed. The accuracy of the finished surface can be improved. In addition, it is possible to prevent insufficient bulging of the thread groove and taper in the rolling process. Further, in the case of a work with a rim, by preventing the step, it is possible to form the work to the very end of the rim. Since the change in the lead angle β1 after the correction is slight, the change is sufficiently within the tolerance of the completed screw.
[0052]
The inclination angles of the main shafts 34a and 34b are calculated in advance according to the diameter of the work 33 and the cutting depth, and the calculated value is controlled as a target value of the servo mechanism. Further, when the step of the work 33 is detected by the step detecting means 62, a predetermined inclination angle is given to both or one of the main shafts 34a and 34b, and the step detecting means 62 is controlled so as to have a constant value. .
[0053]
By the way, according to the round-die rolling device 31 of the present embodiment, since the inclination angles of the main shafts 34a and 34b are controlled with high precision, the inclination angles of the main shafts 34a and 34b are inclined by a predetermined angle. Conversely, the work 33 can be made to walk. Therefore, for example, a soloban-shaped die is fixed to the main shaft, and the main shaft is tilted to apply axial propulsion to the work, and by changing the distance between the main shafts, it is possible to form a free-form roll, and swage. Outer diameter drawing and inner diameter processing of solid and hollow materials, which could only be done by squeezing spinning, and forming of stepped shafts and stepped pipes are also possible. In addition, the setting of the shaft inclination angle of thread rolling can be automated, and a wide range of processing can be performed by controlling the distance between the main shafts, the shaft inclination angle, and the rotation angle of the die with high precision.
[0054]
In the round die-type rolling device 31 according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, torque detecting devices 63a and 63b are attached to the main shafts 34a and 34b of the round dies, respectively. Is mounted with a load detecting device 64 for measuring a die load during rolling. As the torque detecting devices 63a and 63b, for example, a torque meter that directly measures a torque value, a unit that detects a load of a servomotor by a current or a voltage, and calculates a torque value is used.
[0055]
FIG. 11 shows a change in torque when the above-described torque control method is performed. The horizontal axis indicates the rolling time, and the vertical axis indicates the torque value detected by the torque detectors 63a and 63b. The dashed line in the figure indicates the set torque value. The set torque value is set in consideration of the detected values of the die load and the die torque generated when rolling is performed while the rotation speed and the moving speed of the main shafts 34a and 34b are kept constant.
[0056]
First, a method of controlling the processing torque within a certain range by controlling the rotation speed of the spindles 34a and 34b will be described. In general, when the number of revolutions of the spindles 34a and 34b is increased, the number of rolling of the work 33 during rolling is increased, and the amount of cut is reduced to reduce the generated torque. On the other hand, when the rotation speed is reduced, the number of rolling of the work 33 is reduced, and the generated torque is increased. In the present embodiment, control is performed to keep the generated torque constant using this relationship. Upper and lower limiters are set for the rotational speeds of the main shafts 34a and 34b, and the main shafts 34a and 34b automatically change within the limiter range. At the point (1) in the figure immediately after the start of rolling, the spindles 34a and 34b rotate at a preset initial rotational speed. The generated torque gradually increases, and the torque control is started at the point (2) in the figure when the torque approaches the set torque value. Here, first, the torque value detected by the torque detection devices 63a and 63b is compared with a set torque value and determined. When the detected torque value is lower than the set torque value, a negative rotation angle deceleration is given to the main shafts 34a and 34b, and control is performed so that the rotation speed is reduced and the torque value is increased. When the torque further increases and exceeds the set torque value ((3) in the figure), a positive rotation angular acceleration is applied to the main shafts 34a and 34b, and the rotation speed is increased to control the torque value to decrease. In the case where the torque is further increased by such control ((4) in the figure), the upper limit rotation speed of the limiter is set. As the rolling approaches the end while controlling the torque in this way, the torque is reduced, so the torque control is ended ([5] in the figure). The lower limit rotation speed of the limiter is set as the rotation speed of the spindles 34a and 34b. In addition, by setting a plurality of rotation angle acceleration / deceleration in steps so as to sequentially increase in correspondence with departure from the set torque value, when the detected torque departs from the set torque value, the detected torque is quickly approached to the set torque value. When the torque approaches the set torque value, the fluctuation range of the torque can be reduced.
[0057]
In the torque control, the rotation of the spindle motors 41a and 41b is corrected and controlled so as to approach a preset torque value by feeding back to the control unit via the torque meter and the SERCOS loop shown in FIG. . By controlling the processing torque during rolling in a feedback loop using such a SERCOS interface so as to approach a preset torque value, it is possible to prevent a temporary maximum spindle torque from occurring at the peak time, The rolling die life can be greatly extended as compared with the conventional one. Also, by controlling the torque, it is possible to form a thin hollow member by rolling. The above-described method of controlling the torque of the spindles 34a and 34b can also be applied to a differential speed rolling machine in which the workpiece 33 is pushed by a feeder without moving the spindles of the round dies 32a and 32b.
[0058]
Next, a method of controlling the spindle moving speed to control the processing torque acting on the spindles 34a and 34b so as to approach the set torque value will be described. In this case, when the spindle moving speed is reduced, the number of rolling of the workpiece 33 during rolling increases, and the amount of cut decreases, so that the generated torque decreases. On the other hand, when the spindle moving speed is reduced, the number of rolling of the work decreases, and the generated torque increases. In the present embodiment, control is performed to keep the generated torque constant using this relationship. Similarly to the spindle speed described above, the upper limit and the lower limit of the main shaft moving speed are defined, and the main shaft moving speed is automatically varied within the limiter range. As shown in FIG. 11, at the point (1) in the figure immediately after the start of rolling, the spindles 34a and 34b move at a constant initial speed set in advance. The generated torque gradually increases, and the torque control is started at the point (2) in the figure when the torque approaches the set torque value. Here, first, a comparison is made between the detected torque value detected by the torque detection devices 63a and 63b and the set torque value. If the detected torque value is lower than the set torque value, acceleration is applied to the movement of the spindle to increase the moving speed and control is performed so that the torque value increases. On the other hand, when the machining torque further increases and exceeds the set torque value ((3) in the figure), control is performed such that the deceleration is given to the spindle movement to increase the movement speed, and the torque value is reduced. If the torque is further increased by this control ([4] in the figure), the lower limit of the moving speed of the limiter is set. As the rolling approaches the end while controlling the torque in this way, the torque is reduced, so the torque control is ended ([5] in the figure). Then, the lower limit value of the limiter is set as the spindle moving speed, and the spindles 34a and 34b move at a constant speed. Similarly to the case of the rotation angle acceleration / deceleration described above, the detection torque is set in a plurality of steps so that the acceleration / deceleration of the main shaft movement is sequentially increased in accordance with the deviation from the set torque value. Can be quickly brought close to the set torque value. In the case where torque control is performed using both the spindle moving speed and the above-described spindle rotation speed, detection signals from the linear scale, encoder, and torque meter shown in FIG. 4 are transmitted via the A / D converter and the SERCOS loop. By feeding back to the control unit, the rotation of the C-axis composed of a hydraulic cylinder or the like and the rotations of the A- and B-axes composed of the spindle rotation servomotors 41a and 41b are simultaneously controlled so as to approach a preset torque value programmed in advance. Simultaneous control of the three axes in a feedback loop using such a SERCOS interface enables highly accurate torque control.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention,Round die type rolling device control systemAccording toConsists of a carriage moving mechanism, spindle rotation mechanism, and spindle tilt mechanismBy combining programming means for describing complex operations related to each drive axis in the same language system, real-time processing means for converting the programming means into execution modules, and real-time management means having a real-time OS function, It is possible to make full software such as position command, speed command, timing setting, etc. for the drive shaft and to perform simultaneous control in real time.As described above, simultaneous control and management of the drive shafts constituting the moving table moving mechanism, the main spindle rotating mechanism, and the main spindle tilting mechanism in real time are possible. In this case, the rotational synchronization deviation and the step amount of the work can be corrected in real time, and high-precision rolling can be performed.
[0060]
In the control transmission means, by adopting a control transmission method in which a plurality of operating mechanisms are arranged in a loop with a single interface controller as a core, control commands and status monitoring of each drive mechanism are centrally performed by the interface controller. It can be controlled and managed.
[0061]
In addition, the interface used for the above control transmission system has standardized open specifications, so it is possible to use servo systems such as motors, amplifiers, sensors, etc., in the right place for each axis to be driven. Liberalization is achieved. In addition, wiring of the control transmission line can be reduced, and high-speed and high-precision control can be executed and managed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 according to the inventionControl means in a round die type rolling device control systemofBasicIt is a design conceptual diagram.
FIG. 2Software configuration diagram of the above round die type rolling device control systemIt is.
FIG. 3Round die type rolling device control systemofOutlineIt is a block diagram.
FIG. 4Round die type rolling device control systemFIG.
FIG. 5 is a conceptual diagram of a main shaft rotating mechanism and a shaft tilting mechanism.
FIG. 6 is a plan view showing one embodiment of a round-die rolling device according to the present invention.
FIG. 7 is a front view of the round-die rolling device in FIG. 6 during operation.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a circumferential length of a work and a pitch when the above-mentioned round die type rolling device is used.
FIG. 9 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 6;
FIG. 10 is a plan view showing a work clamping mechanism of the round-die rolling device in FIG. 6;
FIG. 11 is a graph showing a relationship between rolling time and generated torque.
FIG. 12 is a system configuration diagram of a conventional round die-type rolling device.

Claims

A carriage moving mechanism for approaching a set of round dies, a spindle rotating mechanism for rotating the respective spindles of the set of round dies, and a main axis of the round dies tilted in a plane perpendicular to the moving direction of the spindle. A spindle inclining mechanism for causing the work to be sandwiched by the set of round dies, and a main die of the round dies to be rotated and approached while being rolled to form a work.
Programming means for programming each drive shaft of the carriage moving mechanism, spindle rotating mechanism, and spindle tilting mechanism in the same language system; real-time processing means for processing a control request based on the programming means; and real-time processing Control transmission means for transmitting the movement position information and the movement timing information processed based on the means to the drive shafts of the respective operating mechanisms, and transferring the position information from the detection device arranged on each drive shaft to the computer, Real-time management means for monitoring the state of the drive shaft of each operation mechanism and managing input / output of control signals in real time, and controlling the plurality of drive axes by bidirectional communication between a computer and each operation mechanism A control system for a round die-type rolling device, comprising:

A carriage moving mechanism for approaching a set of round dies, a spindle rotating mechanism for rotating the respective spindles of the set of round dies, and a main axis of the round dies tilted in a plane perpendicular to the moving direction of the spindle. And a main shaft tilting mechanism
The moving table moving mechanism is bridged between the pair of die moving tables supporting a set of round dies and the pair of die moving tables around a rolling position of the work by the round dies. A beam shaft, and a pushing mechanism for bringing the set of die dies closer to each other and sandwiching the work between the pair of round dies; guiding the die dies to the beam shaft to make them closer to each other; A round die type rolling device configured to bear a reaction force generated between the pair of round dies on the beam shaft,
Programming means for programming each drive shaft of the carriage moving mechanism, spindle rotating mechanism, and spindle tilting mechanism in the same language system; real-time processing means for processing a control request based on the programming means; and real-time processing Control transmission means for transmitting the movement position information and the movement timing information processed based on the means to the drive shafts of the respective operating mechanisms, and transferring the position information from the detection device arranged on each drive shaft to the computer, Real-time management means for monitoring the state of the drive shaft of each operation mechanism and managing input / output of control signals in real time, and controlling the plurality of drive axes by bidirectional communication between a computer and each operation mechanism A control system for a round die-type rolling device, comprising:

The control transmission means includes a single interface device, a plurality of operating mechanisms are connected in a loop around the interface device, and the operations of the plurality of operating mechanisms are integrated by bidirectional communication between the computer and each operating mechanism. The control system for a round die-type rolling device according to claim 1, wherein the control and the centralized control are performed.

The spindles of the set of round dies are controlled to rotate by respective servomotors based on a preset rotation angle value programmed in advance, and the rotation angles of the spindles are controlled to be changed with each other as the rolling process progresses. The control system for a round die-type rolling device according to claim 1 or 2, wherein:

While the main shaft of the set of round dies is rotationally controlled by respective servo motors based on a preset rotation angle value programmed in advance, the rotation angle of each round die during rolling is detected by rotation angle detection means, 2. The method according to claim 1 , wherein a programmed set rotation angle value is compared with a detected rotation angle value detected by the rotation angle detection means, and the rotation angle of the main shaft is corrected and controlled to match the set rotation angle value. Or a round die-type rolling device control system according to 2 .

While the main shafts of the set of round dies are tilt-controlled by respective servomotors based on a pre-programmed set tilt angle value, the tilt angle of each round die during rolling is detected by tilt angle detecting means, claim compares the detected tilt angle value detected programmed set tilt angle value by the inclination angle detection means, and correcting control the tilt angle of the main shaft to match the set tilt angle value 1 Or a round die-type rolling device control system according to 2 .

While the main shafts of the set of round dies are tilt-controlled by the respective servomotors based on a preset tilt angle value programmed in advance, the step of the work is detected by a step detecting means for detecting a deviation of a relative position between the work and each of the round dies. 3. The control system according to claim 1 , wherein the amount is detected and the inclination angle of the main shaft is corrected and controlled based on the amount of step.

While operating the set of round dies based on a pre-programmed set torque value, a machining torque acting on each of the round dies is detected by torque detecting means, and the programmed set torque value and the torque detected by the torque detecting means are detected. Compared with the detected torque value, and controlling at least one of the rotation speed of each of the round dies, or the moving speed of each of the round dies so as to keep the processing torque acting on each of the round dies during rolling in a certain range. The control system for a round die-type rolling device according to claim 1 or 2, wherein:

When the detected torque value is higher than the set torque value, the rotation speed of each round die is increased, while when the detected torque value is lower than the set torque value, the rotation speed of each round die is controlled to be reduced. A control system for a round-die rolling device according to claim 8 .

When the detected torque value is higher than the set torque value, the moving speed of each round die is decreased, while when the detected torque value is lower than the set torque value, the moving speed of each round die is controlled to be increased. A control system for a round-die rolling device according to claim 8 .

10. A round die type rolling machine according to claim 9, wherein a plurality of rotation angle acceleration / deceleration are set corresponding to the set torque value, and the rotation speed of each of the round dies is controlled based on the rotation angle acceleration / deceleration. Manufacturing equipment control system .

The control system according to claim 10, wherein a plurality of accelerations / decelerations are set in accordance with the set torque value, and a moving speed of each of the round dies is controlled based on the acceleration / deceleration. .