JP3826570B2

JP3826570B2 - Ｎｃ旋盤

Info

Publication number: JP3826570B2
Application number: JP16959398A
Authority: JP
Inventors: 秀貢河合
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2018-06-17
Also published as: JP2000005978A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タレット旋盤等のＮＣ旋盤に関し、特にその刃物台の割出制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タレット型のＮＣ旋盤において、タレット刃物台の旋回駆動にサーボモータを用いたものがある。旋回割出の後、刃物台は、支持剛性が得られるように、油圧シリンダ等を用いて噛み合い型のカップリングによりクランプされる。このため刃物台の割出位置の精度は、カップリングの精度で定まることになる。
【０００３】
ところが、カップリングの噛み合い歯には、製作時の加工誤差、および長時間の使用による摩耗等の経年変化があり、このため刃物台の割出精度を高度に確保することが難しい。刃物台の割出精度の低下は、加工誤差の低下に繋がる。
さらに、刃物台に装着される工具や工具ホルダの重さのアンバランス等により、機械系に捩じれが生じ、刃物台の旋回割出時に、噛み合い歯が正確に噛み合う位置を超えて別の噛に噛み合ったり、噛み合いが出来なくなることもある。またカップリングのクランプ動作時に、噛み合い歯がぶつかり合って騒音を発生することがある。
【０００４】
このようなカップリングの噛み合い上の課題を解消する制御として、従来、クランプ完了後、モータトルクを零にし、このときの刃物台の実際の割出角度を検出して記憶し、この記憶した値で、その現在割出されている位置を次の旋回割出時に補正するものが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際の割出角度の検出後に加工が行われるため、その加工で生じた旋回位置のずれ、例えば加工時の振動や時間的経過要素で機械系に生じた捩じれ等による旋回位置のずれは、次の旋回割出時に補正することができない。このため、最適な旋回割出を行うことができないことがある。
【０００６】
この発明の目的は、カップリングの加工誤差や経年変化だけでなく、加工による影響も含めて、刃物台の次のクランプ動作を無理なく円滑に、かつ精度良く行えるＮＣ旋盤を提供することである。
この発明の他の目的は、割出し角度を補正する刃物台の旋回制御が容易に行えるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明のＮＣ旋盤の構成を、実施形態に対応する図１を参照して説明する。このＮＣ旋盤は、刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）を複数有する刃物台（５）をサーボモータ（１６）により旋回させて所望の刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）を所定の割出位置（Ｐ）に割出可能なＮＣ旋盤であって、次の角度記憶手段（４１）、角度検出手段（４６）、クランプ状態検出手段（４５）、出力トルク制限手段（４４）、加工制御手段（３３）、および角度補正手段（４２）を備える。
角度記憶手段（４１）は、刃物台（５）の基準位置に対する各刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）の角度を記憶する手段である。前記基準位置は、例えば一つの刃物保持面（Ｔ１）位置とされる。
角度検出手段（４６）は、刃物台（５）の前記割出位置（Ｐ）に対して、刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）が実際に割り出されている角度を検出する手段である。
クランプ状態検出手段（４５）は刃物台（５）がクランプされた状態を検出する手段である。
出力トルク制限手段（４４）は、刃物台（５）の割出が実行され、前記クランプ状態検出手段（４５）により刃物台（５）がクランプされたことが確認されると、前記サーボモータ（１６）の出力トルクを零または所定値以下に制限する手段である。
加工制御手段（３３）は、刃物台（５）の割り出された刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）の刃物によって加工を行わせる手段である。
角度補正手段（４２）は、加工が終了した後であって新たな刃物を割出すよりも前に、現在割り出されている刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）の前記角度検出手段（４６）で検出された角度により前記角度記憶手段（４１）の記憶角度を更新し、新たな割出指令を実行するときに、実際に割出す角度指令値を、前記角度記憶手段（４１）に、その新たな割出指令の刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）に対して記憶されている角度で補正する手段である。
【０００８】
この構成によると、次の動作が行われる。刃物台（５）を旋回割出し、クランプした後、クランプ状態検出手段（４５）によりクランプが確認されると、出力トルク制限手段（４４）によりサーボモータ（１６）の出力トルクが零または所定値以下に制限される。この状態で、加工制御手段（３３）の制御により加工が行われる。加工が終了すると、角度補正手段（４２）は、新たな刃物を割出すよりも前に、現在割り出されている刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）の角度を角度検出手段（４６）で検出し、その角度により角度記憶手段（４１）の記憶角度を更新する。この後、角度補正手段（４１）は、新たな割出指令を実行するときに、実際に割出す角度指令値を、角度記憶手段（４１）にその新たな割出指令の刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）に対して記憶されている角度で補正する。
このようにして、前回行った刃物台（５）の割出し動作の指令値との差量を、今回の旋回指令に反映させることができる。また、加工終了後に刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）の角度を検出するため、カップリング（１７）の加工誤差や経年変化だけでなく、加工による振動などの影響を含めて、今回の旋回割出の角度指令値が補正されることになり、最適な割出が行える。したがって、今回のクランプ動作につき、機械系に捩じれ等を生じさせることなく、無理なく行うことができる。
【０００９】
この発明において、前記角度補正手段（４２）による補正は、刃物台（５）の旋回毎に行うようにしても良い。このように、毎回補正を行うことで、最適な割出を確実に行うことができる。
【００１０】
また、この発明において、前記角度記憶手段（４１）は、刃物台（５）の基準位置に対する角度で示された各々の角度保持面（Ｔ１，Ｔ２…）の基準値を記憶する割出し指令基準値設定部（３８）と、各々の角度保持面（Ｔ１，Ｔ２…）の前記角度検出手段（４６）で検出された角度である現在値と前記基準値との差量を記憶する演算結果記憶部（４０）とを有するものとしても良い。
この場合に、前記角度補正手段（４２）は、加工が終了した後であって新たな刃物を割出すよりも前に、現在割り出されている刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）の前記角度検出手段（４６）で検出された角度と前記基準値との差量を演算してその演算結果を前記演算結果記憶部（４０）に記憶すると共に、新たな割出指令を実行するときに、割出し指令基準値設定部（３８）の基準値を、前記演算結果記憶部（４０）に記憶された対応する刃物保持面（Ｔ１，Ｔ２…）の前記差量で補正して実際に割出す角度指令値とするものとしても良い。
これにより、割出し角度を補正する刃物台（５）の旋回制御を容易に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。このＮＣ旋盤は、機械部１と、制御系２とで構成される。機械部１は、図２に示すように、主軸３を支持する主軸台４と、タレット型の刃物台５を搭載した移動台６とを、ベッド７上に設置したものである。移動台６は、上移動台６ａと下移動台６ｂとの２段積みのものである。下移動台６ｂは、ベッド７の案内８上に左右方向（Ｘ軸方向）に沿って移動自在に設置され、上移動台６ａは下移動台６ｂ上に、前後方向（Ｚ軸方向）に沿って進退自在に設置されている。下移動台６ｂは、送りねじ９およびサーボモータ１０からなる送り機構１１により進退駆動され、上移動台６ａは別の送りねじおよびサーボモータからなる送り機構（図示せず）により進退させられる。
刃物台５は、正面形状が多角形のドラム状のものであり、移動台６（この例では上移動台６ａ）に水平軸心回りに旋回自在に設置されている。刃物台５の各々の平面状の外周面部分が刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…となる。これら刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…にバイト等の刃物１２が刃物ホルダ１３を介して取付けられる。
【００１２】
図３に示すように、刃物台５は、タレット軸１４を介して移動台６に旋回自在に設置され、ギヤ列等の伝達機構１５を介して、サーボモータ１６により旋回駆動される。刃物台５と移動台６との間には、刃物台５を各割出状態で移動台６にクランプする噛み合い式のカップリング１７が設けられている。カップリング１７は、カービックカップリング等からなるものであり、刃物台５に円周方向に沿って配列された噛み合い歯１７ａと、移動台６に刃物台５の円周方向に沿って例列された噛み合い歯１７ｂと、可動部材１８に設けられて両噛み合い歯１７ａ，１７ｂに噛み合う可動の噛み合い歯１７ｃとで構成される。
可動部材１８は、タレット軸１４の外周に軸方向移動自在に設置された筒状の部材であり、油圧式のシリンダ装置１９により正逆に移動させられる。シリンダ装置１９は、移動台６内に形成されたシリンダ室に、可動部材１８に設けられたピストン部１８ａを収容したものであり、前記シリンダ室の片方のシリンダ室部分とピストン部１８ａとでクランプシリンダ２０が、また前記シリンダ室のもう片方のシリンダ室部分とピストン部１８ａとでアンクランプシリンダ２１が構成される。クランプシリンダ２０およびアンクランプシリンダ２１は、それぞれクランプソレノイドバルブ２２およびアンクランプソレノイドバルブ２３を介して油圧源（図示せず）に接続されている。
【００１３】
なお、カップリング１７のアンクランプは、アンクランプシリンダ２１に代えて、ソレノイド（図示せず）を用いて可動部材１８を移動させることにより行うようにしても良い。また、カップリング１７は、可動部材１８を用いずに、刃物台５を軸方向移動させて、刃物台５と移動台６の噛み合い歯を直接に噛み合わせるものとしても良い。
【００１４】
図１と共に、制御系２を説明する。制御系２は、ＮＣ装置とプログラマブルコントローラとで構成され、ＮＣコードで記述された加工プログラムを記憶するプログラムメモリ３１を有している。プログラムメモリ３１の加工プログラムの各指令はプログラム解釈部３２で順次読み出され、読み出された指令は、種類に応じて加工制御手段３３、割出指令認識部３４、およびシーケンス制御部３３に転送される。
各指令のうち、移動台６の各軸方向の送り指令、および主軸モータの回転指令は、加工制御手段３３で実行され、サーボドライバ等からなる各軸のサーボモータ制御部３６を介してサーボモータ１０等の駆動が行われる。
加工プログラムのうちの各シーケンス指令は、シーケンス制御部３５に転送され、実行される。例えば、刃物台５のカップリング１７（図３）のクランプおよびアンクランプ動作を行わせるクランプソレノイドバルブ２２およびアンクランプソレノイドバルブ（またはアンクランプソレノイド）２３は、シーケンス制御部３５で制御される。
【００１５】
加工プログラムのうち、刃物台５の割出指令は、割出指令認識部３４で認識され、割出し指令基準値設定部３８の設定角度を基準に角度補正手段４２で補正した角度指令値が割出角度決定部３７で決定され、割出用のサーボモータ１６のサーボモータ制御部４３に送られる。加工プログラムにおける刃物台割出指令は、刃物保持面Ｔ１〜Ｔ６の指定により行われる。
サーボモータ制御部４３は、角度指令値に従って割出用のサーボモータ１６を制御する手段であり、サーボモータ１６に設けられたパルスコーダ等の角度検出手段４６の検出値を用いて閉ループで制御するものとしてある。また、サーボモータ制御部４３に対して、出力トルクを零とする指令を与える出力トルス制限手段４４が設けられている。出力トルク制限手段４４は、刃物台５のカップリング１７のクランプ状態を検出するクランプ状態検出手段４５のクランプ確認信号により、トルク零指令を出力するものである。クランプ状態検出手段４５は、リミットスイッチ等で構成される。出力トルク制限手段４４は、トルクゼロ指令に代えて、トルク値を所定値以下に制限する指令を出力するものとしても良い。
【００１６】
割出し指令基準値設定部３８は、刃物台５の基準位置に対する角度で示された各々の刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…の基準値を記憶する手段である。図５（Ａ）は、割出し指令基準値設定部３８の設定例を示す。同図は、刃物台５が６つの角度保持面Ｔ１〜Ｔ６を有する場合の例であり、いずれか一つの刃物保持面Ｔ１が基準位置（０°）とされ、この基準位置からの各刃物保持面Ｔ２〜Ｔ６の角度が、各々それらの刃物保持面Ｔ２〜Ｔ６の基準値として設定される。
【００１７】
角度補正手段４２は、差量演算部３９および補正演算部４７を有する。差量演算部３９は、加工が終了して、割出し指令認識部３４で新たな割出指令が認識されたときに、刃物台５の現在割り出されている刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…の角度検出手段４６で検出された角度である現在値と前記基準値との差量を演算してその演算結果を演算結果記憶部４０に記憶する手段である。角度検出手段４６は、サーボモータ制御部４３による位置フィードバック用の角度検出手段が利用される。
【００１８】
演算結果記憶部４０は、図５（Ｂ）に示すように、各刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…について前記の差量となる角度値を記憶する手段であり、その記憶内容は、差量演算部３９で演算される毎に更新される。
この演算結果記憶部４０と前記の割出し指令基準値設定部３８とで、角度保持手段４１が構成される。
【００１９】
補正演算部４７は、新たな割出指令の実行に際して、割出し指令基準値設定部３８で設定された各刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…の基準値を読み出すときに、対応する刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…に対して演算結果記憶部４０に記憶された差量で基準値を補正する手段である。
【００２０】
このＮＣ旋盤の刃物台５の割出しに関する動作を、図４の流れ図と共に説明する。加工プログラムの刃物割出指令がプログラム解釈部３２で解釈され、割出し指令認識部３４で認識されると（図４のステップＳ１）、割出前に、現在割り出されている刃物保持面Ｔ１〜Ｔ６の角度保持手段４６で得られる現在値と、基準値との差量が差量演算部３９で演算され、演算結果記憶部４０に記憶される（Ｓ２）。すなわち、演算結果記憶部４０における現在割り出されている刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…に対する差量記憶領域の値が、今回演算された差量で更新される。この後、あるいはこれと同時に、新たな割出指令に対して、その刃物保持面Ｔ１〜Ｔ６に対して記憶されている演算結果記憶部４０の差量により、割出し指令基準値設定部３８から読み出した基準値を補正する演算を補正演算部４７で行う。その演算結果を、実際に割出す角度（位置指令値）として割出し角度決定部３７で決定し、サーボモータ制御部４３に送る（Ｓ３）。例えば、ステップＳ２で刃物保持面Ｔ１の差量を記憶し、ステップＳ３では、刃物保持面Ｔ２を割り出そうとするときに、既に記憶されている刃物保持面Ｔ２の差量を使用して実際の指令値を補正する。
【００２１】
ついで、シーケンス制御部３５の制御により、刃物台５のカップリング１７のアンクランプが実行された後（Ｓ４）、サーボモータ制御部４３は、指令値に従って刃物台５を旋回させる（Ｓ５）。旋回後、刃物台５のカップリング１７のクランプを実行し（Ｓ６）、クランプ状態となったことがクランプ状態確認手段４５で確認されると、出力トルク制御手段４４により、サーボモータ１６の励磁をオフにしてトルクを零とする（Ｓ７）。この状態で、割り出された刃物による加工を、加工制御手段３３の制御により行う（Ｓ８）。
加工の完了後、ステップＳ１に戻り、差量の演算（Ｓ２）、割出指令の補正（Ｓ３）、および刃物台５の割出の実行（Ｓ５）等を繰り返す。
【００２２】
このＮＣ旋盤は、このように、加工が完了して、次の刃物を割出す直前に、現在の刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…の現在値と、現在割出されている刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…の基準値との差を演算して演算結果記憶部４０に記憶する。同時に、新しい割出指令に対して、その刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…に対して記憶されている差量と、基準値との演算を行い、実際に割出す位置を決定する。
このため、前回に行った刃物台５の割出動作による差量を、今回の割出指令に反映させることにより、最適な位置決め制御が可能となる。これより、刃物１２、あるいは刃物ホルダ１３としてアンバランスツールを取付けた時にも、その機械系のねじれ等による割出し誤差を認識し、最適な割出を行うことができる。
刃物台５は、サーボモータ１６を使用しているために、通常、クランプ時にはトルク制限をかけるか、またはトルク零とする。差量はこのときに生じるが、この発明では、その時の差量を無視し、加工が完了して次の刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…を割出す直前で差量を検出する。このため、加工時の振動や、時間的経過要素により、機械系のねじれ等を完全にサーボモータ１６に放出させることができる。
【００２３】
なお、前記実施形態では、角度記憶手段４１として、割出し指令基準値設定部３８と演算結果記憶部４０とを設け、読出し時に補正演算部４７で補正するようにしたが、図６に示すように、角度記憶手段４１Ａは単独のものとしても良い。その場合、各刃物保持面Ｔ１，Ｔ２…に対する記憶領域の初期値を同図（Ａ）のように基準値に設定しておき、角度検出手段４６で検出された現在値で角度記憶手段４１Ａの該当する記憶領域の値を更新する。新たな割出指令の実行については、その更新された角度記憶手段４１Ａの角度値をサーボモータ制御部４３に送る位置指令値とする。
【００２４】
【発明の効果】
この発明のＮＣ旋盤は、加工が終了した後であって新たな刃物を割出すよりも前に、現在割り出されている刃物保持面の角度検出手段で検出された角度により角度記憶手段の記憶角度を更新し、新たな割出指令を実行するときに、実際に割出す角度指令値を、前記角度記憶手段にその新たな割出指令の刃物保持面に対して記憶されている角度で補正する角度補正手段を備えたものであるため、カップリングの加工誤差や経年変化だけでなく、加工による影響も含めて、刃物台の次のクランプ動作を無理なく円滑に、かつ精度良く行うことができる。
前記角度補正手段による補正を刃物台の旋回毎に行うようにした場合は、前記の円滑で精度の良いクランプを確実に行うことができる。
また、前記角度記憶手段が、刃物台の基準位置に対する角度で示された各々の角度保持面の基準値を記憶する割出し指令基準値設定部と、各々の角度保持面の前記角度検出手段で検出された角度である現在値と前記基準値との差量を記憶する演算結果記憶部とを有し、かつ前記角度補正手段が、加工が終了した後であって新たな刃物を割出すよりも前に、現在割り出されている刃物保持面の前記角度検出手段で検出された角度と前記基準値との差量を演算してその演算結果を前記演算結果記憶部に記憶すると共に、新たな割出指令を実行するときに、割出し指令基準値設定部の基準値を、前記演算結果記憶部に記憶された対応する刃物保持面の前記差量で補正して実際に割出す角度指令値とするものである場合は、割出し角度を補正する刃物台の最適な旋回制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかるＮＣ旋盤の制御系の概念構成を示すブロック図である。
【図２】同ＮＣ旋盤の機械部の正面図である。
【図３】同ＮＣ旋盤の刃物台およびそのカップリングを示す模式断面図である。
【図４】同ＮＣ旋盤の刃物台割出動作および補正処理を示す流れ図である。
【図５】（Ａ）は割出し指令基準値設定部の概念構成の説明図、（Ｂ）は演算結果記憶部の概念構成の説明図である。
【図６】他の実施形態における角度保持手段の概念構成を記憶内容の変化と共に説明説明図である。
【符号の説明】
３…主軸
５…刃物台
６…移動台
１０…サーボモータ
１２…刃物
１４…タレット軸
１６…サーボモータ
１７…カップリング
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…噛み合い歯
３２…プログラム解釈部
３３…加工制御手段
３４…割出し指令認識部
３５…シーケンス制御部
３６…サーボモータ制御部
３７…割出し角度決定部
３８…割出し指令基準値設定部
３９…差量演算部
４０…演算結果記憶部
４１…角度記憶手段
４２…角度補正手段
４３…サーボモータ制御部
４４…出力トルク制限手段
４５…クランプ状態確認手段
４６…角度検出手段
４７…補正演算部
Ｐ…割出位置
Ｔ（Ｔ１〜Ｔ６）…刃物保持面

Claims

刃物保持面を複数有する刃物台をサーボモータにより旋回させて所望の刃物保持面を所定の割出位置に割出可能なＮＣ旋盤であって、
刃物台の基準位置に対する各刃物保持面の角度を記憶する角度記憶手段と、
刃物台の前記割出位置に対して刃物保持面の実際に割り出されている角度を検出する角度検出手段と、
刃物台がクランプされた状態を検出するクランプ状態検出手段と、
刃物台の割出が実行され、前記クランプ状態検出手段により刃物台がクランプされたことが確認されると、前記サーボモータの出力トルクを零または所定値以下に制限する出力トルク制限手段と、
刃物台の割り出された刃物保持面の刃物によって加工を行わせる加工制御手段と、
加工が終了した後であって新たな刃物を割出すよりも前に、現在割り出されている刃物保持面の前記角度検出手段で検出された角度により前記角度記憶手段の記憶角度を更新し、新たな割出指令を実行するときに、実際に割出す角度指令値を、前記角度記憶手段にその新たな割出指令の刃物保持面に対して記憶されている角度で補正する角度補正手段とを備えたＮＣ旋盤。
前記角度補正手段による補正は、刃物台の旋回毎に行われる請求項１記載のＮＣ旋盤。
前記角度記憶手段は、刃物台の基準位置に対する角度で示された各々の角度保持面の基準値を記憶する割出し指令基準値設定部と、各々の角度保持面の前記角度検出手段で検出された角度である現在値と前記基準値との差量を記憶する演算結果記憶部とを有し、
前記角度補正手段は、加工が終了した後であって新たな刃物を割出すよりも前に、現在割り出されている刃物保持面の前記角度検出手段で検出された角度と前記基準値との差量を演算してその演算結果を前記演算結果記憶部に記憶すると共に、新たな割出指令を実行するときに、割出し指令基準値設定部の基準値を前記演算結果記憶部に記憶された対応する刃物保持面の前記差量で補正して実際に割出す角度指令値とするものである請求項１または請求項２記載のＮＣ旋盤。