JP4110959B2 - Spindle synchronous control method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は主軸同期制御方法及びその装置に係わり、特に角材ワークを支持するメイン主軸を駆動するメイン主軸モータと、前記角材ワークを支持するサブ主軸モータとを同期制御する方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ワークを保持するメイン主軸を駆動するメイン主軸モータと、前記ワークをガイドするロータリガイドブッシュを駆動するガイドブッシュ主軸モータ(サブ主軸モータ)とを同期制御する主軸同期制御において、前記ワークと前記ロータリガイドブッシュとの間に生じるすきま量に基づいて前記ガイドブッシュ主軸モータの回転位置指令の補正量を算出し、この補正量をメイン主軸モータの回転位置指令に対して補正した回転位置指令を前記ガイドブッシュ主軸モータの回転位置指令とするものがある。(例えば、特許文献1参照)
【0003】
また、メイン主軸とサブ主軸間での角材ワークの受け渡しの際に、メイン主軸とサブ主軸の各々の基準位置からの回転座標値を主軸位置検出器から検出し、両者の回転座標値の差異を算出し、また、算出された該差異(初期値のみ)をN分割し、該分割された差異をメイン主軸またはサブ主軸の位置指令に加算または減算してメイン主軸とサブ主軸の各々の基準位置を一致させて角材ワークの受け渡しを行っているものがある。(例えば、特許文献2参照)
【0004】
更にまた、ワークをメイン主軸と背面主軸(サブ主軸)とで両側から把持し、両主軸を同期させてワークを回転させることによりワーク加工する機械がある。(例えば、特許文献3参照)
【0005】
【特許文献1】
特開平10−34401号公報(第3頁〜第18頁、図1〜図37)
【特許文献2】
特開平2−109605号公報(第2頁〜第3頁、第1図〜第4図)
【特許文献3】
特開平7−186007号公報(第2頁〜第3頁、図7、図8)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図12に示すように、軸線に対し所定角度ねじれている角材ワーク(例えば断面8角形の棒材ワーク)を前記特許文献1に開示の機械にて加工する際、特にガイドブッシュ主軸モータを、メイン主軸モータに対し最適な制御をしなければ、ガイドブッシュ主軸モータが発熱したり、過負荷等のアラームで停止したりする。
また、前記特許文献3に開示の機械にて加工する際も同様に、背面主軸モータをメイン主軸モータに対し最適な制御をしなければ、背面主軸モータ(サブ主軸モータ)が発熱したり、過負荷等のアラームで停止したりする。
ところが、前記特許文献には、軸線に対し所定角度ねじれている角材ワークを前記特許文献1に開示の機械、或いは前記特許文献3に開示の機械にて加工する場合における、ガイドブッシュ主軸モータまたは背面主軸モータの発熱や過負荷を防止する制御について全く考慮されていない。
【0007】
このことを詳述すると、次の通りである。
前記特許文献1に開示の機械(自動旋盤)は、図8及び図9に示すような構成となっている。なお、図9は図8で示す機械のメイン主軸とロータリガイドブッシュの詳細な構成図である。
即ち、1本の長い角材ワーク1003(図12に示すような角材ワーク)が、メイン主軸1004(メイン主軸モータ13a自身が主軸台を構成する形になっている)のチャック(図示せず)と、タイミングベルト1007を介してプーリ1006と連結されロータリガイドブッシュ主軸モータ13bにより駆動されるロ−タリガイドブッシュ1005とで支持されている。そして、該ワーク1003はメイン主軸1004に対する回転指令で回転し、さらに右から左へ移動させられて(Z軸方向へ移動させられて)、X軸方向のみへ上下動する工具1001(工具台1002に保持されている)によって旋削加工される。このとき、ロ−タリガイドブッシュ1005はメイン主軸1004に同期して回転するように制御されている。
例えば、ロ−タリガイドブッシュ1005とロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの連結比が1:1であった場合、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bが1000rpmで回転すれば、ロ−タリガイドブッシュ1005も1000rpmで回転する。なお、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの方がメイン主軸モータ13aよりもトルク特性・出力特性が小さいのが一般的である。
【0008】
このような機械にて角材ワーク1003を加工する場合、例えばメイン主軸1004側では、図10に示すように、チャック1008は角材ワークと同じ形のチャックを使用する。また、ロータリガイドブッシュ1005側も同様に角材ワーク1003と同じ形のガイドブッシュを使用する。従って、図12に示すように角材ワーク1003がねじれている場合には、例えば図12のメイン主軸側の角材ワーク断面Mとロータリガイドブッシュ主軸側の角材ワーク断面Gを見た場合、図11に示すようになる。
ここでメイン主軸の位置(角度)を基準とした場合、図11に示すようにロータリガイドブッシュ主軸側の断面は角材ワーク1003のねじれによる位置の差、即ち角度差(図11ではロータリガイドブッシュ主軸側のねじれ角をαで示している)が生じている。言い換えれば、出力トルクの小さい方の主軸モータ(本例ではロータリガイドブッシュ主軸モータ13b)は出力トルクの大きい方の主軸モータ(本例ではメイン主軸モータ13a)に負けるため、出力トルクの大きい方の主軸モータ(本例ではメイン主軸モータ13a)を基準とした位置と出力トルクの小さい方の主軸モータ(本例ではロータリガイドブッシュ主軸モータ13b)の位置(フィードバック位置)に、図11に示すような差異(ねじれ角:α)が生じる。
【0009】
また、主軸回転中、数値制御装置からの回転位置指令と主軸モータの実際の位置(フィードバック位置)にはもともと差異があるが、これに加えてロータリガイドブッシュ主軸モータ13bには前述のねじれ角分の差異が加わるため、数値制御装置からの回転位置指令とロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの実際の位置には大きな差異が生ずることになる。従ってロータリガイドブッシュ主軸アンプは該差異をなくすべくロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに過大な電流を流すことになる。その結果、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bが発熱し、さらには、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bが過負荷等のアラームで停止してしまう問題点があった。
【0010】
また、前記特許文献3に開示の機械にて角材ワーク1003を加工する場合にも、前記と同様の現象(動作)により、背面主軸モータが発熱し、さらには、背面主軸モータが過負荷等のアラームで停止してしまう問題点があった。
【0011】
なお、特許文献2に開示の制御は、角材ワークの受け渡しの際にワークがねじれていた場合、ねじれ角を0にするような補正(メイン主軸とサブ主軸の基準位置が一致するような補正)がメイン主軸またはサブ主軸に指令される制御のため、相変わらずねじれたワークとメイン主軸またはサブ主軸が反発し合うことになり、このため特許文献2に開示の制御を用いても、主軸モータが過負荷等のアラームで停止することは防止できない。また、主軸回転指令時に補正(位相合わせ)を検出されたメイン主軸とサブ主軸の回転座標値の差異(初期値のみ)をN分割してメイン主軸またはサブ主軸の位置指令に加算または減算しているだけなので、ダイナミックに変化するワークのねじれに対する補正はできない。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、角材ワークがねじれていた場合であっても、サブ主軸モータが発熱したり、過負荷等のアラームで停止したりするのを防止できる主軸同期制御方法及びその装置を提供することを目的とする。
このためこの発明に係わる主軸同期制御方法は、角材ワークを支持するメイン主軸を駆動するメイン主軸モータの出力トルクと、前記角材ワークを支持するサブ主軸モータの出力トルクとの間に差があり、且つ前記メイン主軸モータ及びサブ主軸モータを同一指令で駆動する主軸同期制御方法において、主軸同期制御運転中に、前記角材ワークにおけるメイン主軸側とサブ主軸側との間のねじれ量を検出し、この検出された該ねじれ量からメイン主軸モータまたはサブ主軸モータに対する回転位置指令の補正量を算出し、この補正量を、出力トルクが小さい側のモータの負荷電流が減少する方向に、前記メイン主軸モータまたはサブ主軸モータの指令に対して加算または減算するものである。
【0013】
またこの発明に係わる主軸同期制御方法は、角材ワークのねじれ角を確認しながら補正を繰り返し実行するものである。
【0014】
またこの発明に係わる主軸同期制御方法は、所定の補正倍率をかけた補正量を、前記メイン主軸モータまたはサブ主軸モータに対して指令するものである。
【0015】
またこの発明に係わる主軸同期制御方法は、前記ねじれ角を監視し、該ねじれ角が既定値を超えた場合、前記補正を自動的に実行するものである。
【0016】
またこの発明に係わる主軸同期制御方法は、前記ねじれ角を、メイン主軸とワークを支持するサブ主軸モータの位置の差、またはサブ主軸モータの電流値に基づいて求めるものである。
【0017】
またこの発明に係わる主軸同期制御装置は、角材ワークを支持するメイン主軸を駆動するメイン主軸モータの出力トルクと、前記角材ワークを支持するサブ主軸モータの出力トルクとの間に差があり、且つ前記メイン主軸モータ及びサブ主軸モータを同一指令で駆動する主軸同期制御装置において、主軸同期制御運転中に、前記角材ワークにおけるメイン主軸側とサブ主軸側との間のねじれ量を検出するワークねじれ量検出手段と、このワークねじれ量検出手段にて検出された該ねじれ量からメイン主軸モータまたはサブ主軸モータに対する回転位置指令の補正量を算出し、この補正量を、出力トルクが小さい側のモータの負荷電流が減少する方向に、前記メイン主軸モータまたはサブ主軸モータの指令に対して加算または減算する補正実行手段とを備える構成としたものである。
【0018】
またこの発明に係わる主軸同期制御装置は、前記補正実行手段を、角材ワークのねじれ角を確認しながら補正を繰り返し実行するものとしたものである。
【0019】
またこの発明に係わる主軸同期制御装置は、前記補正実行手段を、所定の補正倍率をかけた補正量を前記メイン主軸モータまたはサブ主軸モータに対して指令するものとしたものである。
【0020】
またこの発明に係わる主軸同期制御装置は、前記補正実行手段を、前記ねじれ角を監視し、該ねじれ角が既定値を超えた場合、前記補正を自動的に実行するものとしたものである。
【0021】
更にまたこの発明に係わる主軸同期制御装置は、前記ねじれ角を、メイン主軸とワークを支持するサブ主軸モータの位置の差、またはサブ主軸モータの電流値に基づいて求めるものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下この発明の実施の形態1を図1〜図12に基づいて説明する。
なお、図1はこの実施の形態1による主軸同期制御装置を有する数値制御装置の要部を示すブロック図で、図8及び図9に示す機械を制御するものである。また、図2はメイン主軸モータの回転・停止等を制御する加工プログラムを示す図、図3は角材ワークがねじれていた場合のロータリガイドブッシュ主軸モータに対する回転位置指令の補正手順を示すフローチャート、図4はメイン主軸モータとロータリガイドブッシュ主軸モータのドループ量と角材ワークがねじれている場合のドループ量の関係を示す図、図5は角材ワークがねじれていた場合のロータリガイドブッシュ主軸モータに対する回転位置指令の補正パターン例とロータリガイドブッシュ主軸モータの電流変化例を示す図、図6は機械制御信号処理部とラダー回路とのインタフェースの一例を示す図、図7は角材ワークがねじれていた場合のロータリガイドブッシュ主軸モータのトルク(力)と角材ワークの弾性変形による力の関係を示す図である。
【0023】
図1において、1は数値制御装置、2は加工プログラム、3は加工プログラム解析処理部、4は補間処理部、5はラダー回路、6は機械制御信号処理部、7はメモリ、8はパラメータ設定部、9は画面表示部、10aはメイン主軸の軸制御部(以下、メイン軸制御部という)、10bはロータリガイドブッシュ主軸の軸制御部(以下、ロータリガイドブッシュ軸制御部という)、11はデータ入出力回路、12aはメイン主軸の主軸アンプ(以下、メイン主軸アンプという)、12bはロータリガイドブッシュ主軸の主軸アンプ(以下、ロータリガイドブッシュ主軸アンプという)、13aはメイン主軸の主軸モータ(以下、メイン主軸モータという)、13bはロータリガイドブッシュ主軸の主軸モータ(サブ主軸モータ)(以下、ロータリガイドブッシュ主軸モータという)、40はワークねじれ量検出手段、41は補正実行手段である。
なお、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの方がメイン主軸モータ13aよりもトルク特性・出力特性が小さいものとなっている。
【0024】
また、図2に示すメイン主軸モータ13aを駆動する部分の加工プログラム2は、指令M3がメイン主軸モータ13aの回転起動指令を、指令S1がメイン主軸モータ13aの回転速度指令(この場合は、1000rpmで回転する)を、そして指令M5がメイン主軸モータ13aの回転停止指令をそれぞれ表している。
【0025】
次に図1に示す数値制御装置の動作について説明する。
先ず、メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bは常に同期して回転することを、パラメータ設定部8より予めパラメータ設定しておく。テープリーダ等から読み込まれた加工プログラム2はメモリ7に格納される。加工プログラム2を実行する際には、加工プログラム解析処理部3がメモリ7から1ブロックずつ加工プログラム2を読み出し、読み出された加工プログラム2は加工プログラム解析処理部3で処理される。
【0026】
図2の加工プログラム例で説明すると、まずメイン主軸モータ13aの回転起動指令M3と回転速度指令S1を加工プログラム解析処理部3がメモリ7から読み出す。次に読み出されたこれらの指令は、加工プログラム解析処理部3で切削油オン・オフ等の機械制御信号の制御を記述するラダー回路5に通知すべき指令と判断されて、機械制御信号処理部6に解析結果が通知される。機械制御信号処理部6は、通知された解析結果を機械制御信号に変換してラダー回路5に出力する。ラダー回路5は、メイン主軸モータ13aが回転可能な状態かどうか判定した後、回転可能な状態であれば回転起動信号を機械制御信号処理部6に出力する。
【0027】
機械制御信号処理部6に入力された回転起動信号と回転速度データは補間処理部4に渡される。補間処理部4では回転速度データからメイン主軸モータ13aの回転位置指令に換算する。また、メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bは常に同期制御されることを予めパラメータ等で設定されているため、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに対しても、メイン主軸モータ13aの回転速度データからロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの回転位置指令を計算する。メイン主軸モータ13aとロ−タリロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの回転位置指令は、メイン軸制御部10aとロータリガイドブッシュ軸制御部10bにそれぞれ出力される。
【0028】
これらの回転位置指令は、メイン軸制御部10aとロータリガイドブッシュ軸制御部10bにおいて、予め指定された加減速パターンに従って加減速を考慮した単位時間あたりのサーボ位置指令に計算し直されて、データ入出力回路11に出力される。これらのサーボ位置指令は、データ入出力回路11を介してメイン主軸アンプ12aとロータリガイドブッシュ主軸アンプ12bのそれぞれに送信される。
【0029】
メイン主軸アンプ12aとロータリガイドブッシュ主軸アンプ12bは、受信したサーボ位置指令に従って、メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bをそれぞれ位置制御しながら回転させる。ここで、メイン主軸用主軸モータ13aに対応するメイン軸制御部10aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに対応するロータリガイドブッシュ軸制御部10bの加減速パターンが同じになるように調整されているため、メイン主軸1004にチャッキングされたワーク1003とロ−タリガイドブッシュ1005は回転速度が変化している場合でも同期して回転することができる。
【0030】
次に、メイン主軸の回転停止を意味する加工プログラム指令M5が実行されると、加工プログラム解析処理部3が解析結果を機械制御信号処理部6に通知し、機械制御信号処理部6がラダー回路5に対して出力する。ラダー回路5では回転停止指令M5を受けて回転開始信号をオフする。機械制御信号処理部6が、回転開始信号がオフになったことを検出して補間処理部4に回転停止指令を通知する。補間処理部4では、メイン軸制御部10aとロータリガイドブッシュ軸制御部10bに回転速度指令0を指令する。
【0031】
この指令はこれらのメイン軸制御部10a,ロータリガイドブッシュ軸制御部10bで予め指定された加減速パターンに従って加減速を考慮したサーボ位置指令に計算し直して、データ入出力回路11に出力される。そして、このサーボ位置指令は、データ入出力回路11を介してメイン主軸アンプ12aとロータリガイドブッシュ主軸アンプ12bに送信される。これらのメイン主軸アンプ12a,ロータリガイドブッシュ主軸アンプ12bは、受信した指令に従ってメイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bを同期しながら減速停止させることになる。
【0032】
次に図3のフローチャートを使って、角材ワーク1003が図12に示すようにねじれている場合における、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに対する回転位置指令の補正について説明する。
即ち、ステップ31では加工プログラム2で指令された回転速度データが機械制御信号処理部6を介して入力され、補間処理部4に渡される。補間処理部4では回転速度データからメイン主軸モータ13aの回転位置指令に換算する。また、メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bは常に同期制御されることを予めパラメータ等で設定されているため、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに対してもメイン主軸モータ13aの回転速度データからロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの回転位置指令を計算する。メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの回転位置指令は、メイン軸制御部10a・ロータリガイドブッシュ軸制御部10bとデータ入出力回路11を介して各々の主軸アンプ12a、12bに出力される。
【0033】
ステップ32では、ワークねじれ量検出手段40がメイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bのドループ量を検出する。ドループ量とは、数値制御装置1が主軸アンプに指令した回転位置指令と主軸モータの実際の位置(フィードバック位置)の差異を示しており、主軸アンプ12a、12bで計算される。従って、ワークねじれ量検出手段40は、主軸アンプ12a、12bで計算されたドループ量をデータ入出力回路11、軸制御部10a、10bを介して取得する。また、主軸モータは回転すると追従遅れが発生するため、主軸モータ回転中は通常ドループが発生しているが、メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bが同じ回転数で制御されている場合、図4(a)に示すように、メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bのドループ量は同じになる(ドループ量A=ドループ量B)。従って、メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bのドループ量の差を計算すると通常は「0」になる。
【0034】
しかしながら、図12に示すように支持している角材ワークがねじれている場合には、角材ワークのねじれによってロータリガイドブッシュ主軸モータ13bがずらされて(図11の例ではねじれ角α分ずらされて)、図4(b)に示すように、メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bのドループ量に差異が生ずる。
従って、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bのドループ量からメイン主軸モータ13aのドループ量を減算すれば、ねじれ角α相当のドループ量(ねじれ角α相当のドループ量=ドループ量B‘−ドループ量A)を得ることができる。また、ここで、ドループ量は方向性を持った値で、具体的には正転方向はプラス、逆転方向はマイナスの符号がついている。従って、図4(c)に示すように、回転が逆転方向の場合はねじれ角α相当のドループ量はマイナスとなる。この符号を判断することによって、次のステップ33で計算されるロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに対する補正を正転方向か逆転方向に掛けるかが判定できる。
以上のようにメイン主軸モータとガイドブッシュ主軸モータのドループ差(ねじれ角)が既定値を超えたかどうかを常時監視しているため、ワーク挿入時においても加工途中(ワーク押し出し時)においてもねじれ角が既定値を超えれば補正が開始されることになる。
【0035】
ワークねじれ量検出手段40は、この検出されたねじれ角α相当のドループ量を、予め決められた値(ねじれ角既定値:単位は角度°)と比べる。なお、該ねじれ角既定値は、図6に示すようにラダー回路5と機械制御信号処理部6とのインタフェースであるレジスタ(図6の「R401」、「R402」はレジスタ番号を示している)に、ラダー回路5にてその値が設定されているので、機械制御信号処理部6を経由してワークねじれ量検出手段40がその値を読み込む。
また、補正倍率も合わせてレジスタ(R402)に設定されている。これについては後述する。
この判定は以下のように行う。即ち、実際に検出される主軸モータのドループ量の単位は1回転あたりのパルス数(例えば4096パルス/1回転)であるため、まず、この値を式(1)で角度に換算する。
ねじれ角α(°)=ねじれ角α相当のドループ量×360/4096
ワークねじれ量検出手段40はこのねじれ角αをねじれ角既定値と比べる。ねじれ角既定値以下の場合は処理を終了する。ねじれ角既定値を超えた場合はステップ33に進む。
【0036】
ステップ33では、ワークねじれ量検出手段40からの通知を受けて補正実行手段41がステップ32でワークねじれ量検出手段40によって計算されたねじれ角αを読み込み、またラダー回路5がレジスタ(R402)にセットした補正倍率の値を機械制御信号処理部6経由で読み込む。これらの値から補正実行手段41が補正量を算出する。なお、補正量の算出は以下のように行う。
補正量(パルス)=計算されたねじれ角α×補正倍率×4096/360
【0037】
次にステップ34では、補正実行手段41は補正量の符号を判定し、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに対する回転位置指令に符号がプラスの場合は加算し、また、符号がマイナスの場合は減算して、その計算結果である回転位置指令を軸制御部10b、データ入出力回路11を介してロータリガイドブッシュ主軸アンプ12bに出力する。次に、ステップ32戻り、検出されたねじれ角αがねじれ角既定値より小さくなるまで処理を繰り返す。
【0038】
なお、処理を繰り返す理由は以下の通りである。
即ち、角材ワーク1003がねじれてロータリガイドブッシュ主軸の状態が図7に示すようになっていた場合(角材がD方向にねじれていた場合)、メイン主軸を基準とした位置Aとロータリガイドブッシュ主軸の実際の位置(フィードバック位置)Bには角材ねじれ分の差異が生じている。
これは以下の状態であると推測される。即ち、ロータリガイドブッシュ主軸アンプ12bは該差異をなくすべくロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに過大な電流を流し、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに大きなトルクを発生させる。これによって図7の例では角材ワーク1003には相対的にC方向のトルク(力)が加わる。このため角材ワーク1003は弾性変形し、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bのトルクと角材ワーク1003の弾性変形による反力(D方向の力)が釣り合っているところがねじれ角αして検出される。ここで検出されたねじれ角を回転位置指令に加算または減算した指令をロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに出力した場合、メイン主軸を基準とした位置Aとガイドブッシュ主軸の実際の位置Bは一致するはずであるが、補正によってロータリガイドブッシュ主軸モータ13bのトルクが減少すると、実際は角材ワーク1003の弾性変形による力(D方向の力)が再びロータリガイドブッシュ1005を押す。従って、メイン主軸を基準とした位置Aとガイドブッシュ主軸の実際の位置Bに再び差異が生ずる。従って、再び、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bへの回転位置指令を補正する必要がある。このため、補正を繰り返す。
【0039】
また、補正倍率は補正効率を上げるためのもので、具体的には補正時に補正倍率で指定された値を補正量に掛けてロータリガイドブッシュ主軸モータ13bへの補正量(パルス)を算出する。これによって補正の回数を低減し、補正時間を短縮することができる。但し、この補正倍率については機械やワーク材質/径等で適正値が変わるため、実験的に値を決定する必要がある。
【0040】
図5はロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに補正をかけたときのロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの電流値挙動を示すものである。この例では角材ワーク1003のねじれによってロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの電流値はI1からI2に上昇し、時刻t2で補正開始後、3回の補正でロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの電流値がI2から角材ワークのねじれがない状態のI1に低減していることが分かる。
【0041】
なお、この実施の形態1において、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの方がメイン主軸モータ13aよりもトルク特性・出力特性が小さいものとなっているため、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bに補正をかけるようにしたが、メイン主軸モータ13aの方がロータリガイドブッシュ主軸モータ13bよりもトルク特性・出力特性が小さいものとなっている場合には、メイン主軸モータ13aが発熱するので、メイン主軸モータ13aに補正をかけるようにする。
【0042】
実施の形態2.
以上、メイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ1005を駆動するロータリガイドブッシュ主軸モータ13bとの同期について説明したが、ロータリガイドブッシュ1005を駆動するロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの代わりに、背面主軸1008で角材ワーク1003を支持してメイン主軸と同期して回転する背面主軸モータであっても同様な効果を奏する。具体的には図13に示すように、角材ワーク1003がメイン主軸1004と背面主軸1008の間に連結され、タレット1009に装着されたホルダとツール1010で角材ワーク1003を切削するような場合でも、角材ワーク1003にねじれがあり、背面主軸1008の実際の位置がメイン主軸を基準とした位置からずらされた場合でも、前記と同様に背面主軸1008またはメイン主軸1004に補正をかければ、背面主軸1008がアラームになることもなく切削を続けることが可能になる。
【0043】
また、前記実施の形態1では、角材ワーク1003のねじれをメイン主軸モータ13aとロータリガイドブッシュ主軸モータ13bのドループの差から求めたが、ねじれがあると、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの電流値が上昇するため、ロータリガイドブッシュ主軸モータ13bの電流値を測定することにより、角材ワーク1003のねじれ量を検出することも可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、角材ワークがねじれている場合であっても、サブ主軸モータに過大な電流を流れることはなく、サブ主軸モータが発熱したり、または過負荷等のアラームで停止したりしまうことはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による主軸同期制御装置を有する数値制御装置の要部ブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による、メイン主軸モータの回転・停止等を制御する要部の加工プログラムを示す図である。
【図3】 この発明の実施の形態1による、角材ワークのねじれ量を検出し回転位置指令を補正する手順を示すフローチャートである。
【図4】 この発明の実施の形態1による、メイン主軸モータとロータリガイドブッシュ主軸モータのドループ量と角材ワークがねじれている場合のドループ量の関係を示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態1による、回転位置指令を補正した場合の補正パターン例とロータリガイドブッシュ主軸モータの電流変化例を示す図である。
【図6】 この発明の実施の形態1による、機械制御信号処理部6とラダー回路5とのインタフェースの一例を示す図である。
【図7】 角材ワークがねじれていた場合のロータリガイドブッシュ主軸モータのトルク(力)と角材ワークの弾性変形による力の関係を示す図である。
【図8】 この発明の実施の形態1による工作機械の一種である自動旋盤の構成図である。
【図9】 図8で示すメイン主軸とロータリガイドブッシュの詳細な構成図である。
【図10】 角材ワークをチャックで支持した場合の説明図である。
【図11】 角材ワークがねじれていた場合のメイン主軸側とガイドブッシュ側の位置関係を説明する図である。
【図12】 ねじれた角材ワークのイメージ図である。
【図13】 背面主軸で角材ワークを支持し、メイン主軸と同期して回転している状態で角材ワークを加工(切削)する機械を示す図である。
【符号の説明】
4 補間処理部、40ワークねじれ量検出手段、41補正実行手段、5ラダー回路、6 機械制御信号処理部、7メモリ、13a メイン主軸モータ、13b ロータリガイドブッシュ主軸モータ、1003 ワーク、1004 メイン主軸、1005 ロータリガイドブッシュ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spindle synchronization control method and apparatus, and more particularly to a method and apparatus for synchronously controlling a main spindle motor that drives a main spindle that supports a square workpiece and a sub spindle motor that supports the square workpiece. is there.
[0002]
[Prior art]
In spindle synchronization control for synchronously controlling a main spindle motor that drives a main spindle that holds a workpiece and a guide bush spindle motor (sub-spindle motor) that drives a rotary guide bush that guides the workpiece, the workpiece and the rotary guide A correction amount of the rotational position command of the guide bushing spindle motor is calculated based on a clearance generated between the bushing and the bushing, and a rotational position command obtained by correcting the correction amount with respect to the rotational position command of the main spindle motor is calculated as the guide bushing. There are some which use the rotational position command of the spindle motor. (For example, see Patent Document 1)
[0003]
In addition, when passing a square workpiece between the main spindle and sub spindle, the rotation coordinate value from the reference position of each of the main spindle and sub spindle is detected from the spindle position detector, and the difference between the rotation coordinate values of both is detected. The calculated difference (only the initial value) is divided into N, and the divided difference is added to or subtracted from the main spindle or sub-spindle position command to obtain a reference position for each of the main spindle and the sub-spindle. There is one that delivers the square work by matching the two. (For example, see Patent Document 2)
[0004]
Furthermore, there is a machine that processes a workpiece by gripping the workpiece from both sides with a main spindle and a back spindle (sub spindle) and rotating the workpiece in synchronization with both spindles. (For example, see Patent Document 3)
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-10-34401 (
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-109605 (
[Patent Document 3]
JP-A-7-186007 (2nd to 3rd pages, FIGS. 7 and 8)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as shown in FIG. 12, when a square work (for example, a bar work having an octagonal cross section) that is twisted by a predetermined angle with respect to the axis is processed by the machine disclosed in Patent Document 1, a guide bush spindle motor is used. If the main spindle motor is not optimally controlled, the guide bush spindle motor generates heat or stops due to an alarm such as overload.
Similarly, when machining with the machine disclosed in
However, in the above-mentioned patent document, a guide bush main shaft motor or a back surface in the case of processing a square member workpiece twisted by a predetermined angle with respect to the axis line by the machine disclosed in the above-mentioned patent document 1 or the machine disclosed in the above-mentioned
[0007]
This will be described in detail as follows.
The machine (automatic lathe) disclosed in Patent Document 1 has a configuration as shown in FIGS. FIG. 9 is a detailed configuration diagram of the main spindle and the rotary guide bush of the machine shown in FIG.
That is, one long square workpiece 1003 (square workpiece as shown in FIG. 12) is a chuck (not shown) of the main spindle 1004 (the
For example, when the coupling ratio between the
[0008]
When machining a
Here, when the position (angle) of the main spindle is used as a reference, as shown in FIG. 11, the cross section on the rotary guide bush spindle side is a difference in position due to torsion of the
[0009]
In addition, while the spindle is rotating, there is a difference between the rotational position command from the numerical controller and the actual position (feedback position) of the spindle motor. In addition, the rotary guide
[0010]
Further, when machining the
[0011]
Note that the control disclosed in
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents the sub spindle motor from generating heat or being stopped by an alarm such as an overload even when the square workpiece is twisted. An object of the present invention is to provide a spindle synchronous control method and apparatus capable of the same.
Therefore, in the spindle synchronous control method according to the present invention, there is a difference between the output torque of the main spindle motor that drives the main spindle that supports the square workpiece and the output torque of the sub spindle motor that supports the square workpiece, And said Main spindle motor and sub spindle In the spindle synchronous control method in which the motor is driven with the same command, the amount of twist between the main spindle side and the sub spindle side in the square work is detected during the spindle synchronous control operation, and the main amount is detected from the detected twist amount. Calculate the correction amount of the rotational position command for the main spindle motor or sub-spindle motor, and apply this correction amount to the command of the main spindle motor or sub-spindle motor in the direction in which the load current of the motor with the smaller output torque decreases. To add or subtract.
[0013]
The spindle synchronous control method according to the present invention repeatedly executes correction while confirming the twist angle of the square workpiece.
[0014]
Further, the spindle synchronous control method according to the present invention instructs a correction amount multiplied by a predetermined correction magnification to the main spindle motor or the sub spindle motor.
[0015]
The spindle synchronous control method according to the present invention monitors the twist angle and automatically executes the correction when the twist angle exceeds a predetermined value.
[0016]
In the spindle synchronous control method according to the present invention, the torsion angle is obtained on the basis of the position difference between the main spindle and the sub spindle motor that supports the workpiece, or the current value of the sub spindle motor.
[0017]
Further, in the spindle synchronous control device according to the present invention, there is a difference between the output torque of the main spindle motor that drives the main spindle that supports the square workpiece and the output torque of the sub spindle motor that supports the square workpiece, and Said Main spindle motor and sub spindle In the spindle synchronous control device for driving the motor with the same command, a workpiece twist amount detecting means for detecting a twist amount between the main spindle side and the sub spindle side in the square workpiece during the spindle synchronous control operation, and the workpiece twist The correction amount of the rotational position command for the main spindle motor or the sub spindle motor is calculated from the torsion amount detected by the amount detection means, and this correction amount is set in the direction in which the load current of the motor with the smaller output torque decreases. And a correction execution means for adding to or subtracting from the command of the main spindle motor or the sub spindle motor.
[0018]
In the spindle synchronous control device according to the present invention, the correction execution means repeatedly executes correction while checking the torsion angle of the square workpiece.
[0019]
In the spindle synchronous control apparatus according to the present invention, the correction execution means commands a correction amount multiplied by a predetermined correction magnification to the main spindle motor or the sub spindle motor.
[0020]
In the spindle synchronous control device according to the present invention, the correction execution means monitors the twist angle, and automatically executes the correction when the twist angle exceeds a predetermined value.
[0021]
In the spindle synchronous control device according to the present invention, the torsion angle is obtained based on the difference in position between the main spindle and the sub spindle motor that supports the workpiece, or the current value of the sub spindle motor.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a numerical controller having a spindle synchronous control device according to the first embodiment, and controls the machine shown in FIGS. FIG. 2 is a diagram showing a machining program for controlling rotation / stop of the main spindle motor, etc. FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for correcting a rotational position command for the rotary guide bush spindle motor when a square workpiece is twisted. 4 is a graph showing the relationship between the droop amount of the main spindle motor and the rotary guide bush spindle motor and the droop amount when the square workpiece is twisted, and FIG. 5 is the rotational position with respect to the rotary guide bush spindle motor when the square workpiece is twisted. FIG. 6 is a diagram showing an example of a command correction pattern and a current change example of a rotary guide bush spindle motor, FIG. 6 is a diagram showing an example of an interface between a machine control signal processing unit and a ladder circuit, and FIG. 7 is a case where a square workpiece is twisted The torque (force) of the rotary guide bushing spindle motor and the force due to elastic deformation of the square workpiece Is a diagram showing the engagement.
[0023]
In FIG. 1, 1 is a numerical control device, 2 is a machining program, 3 is a machining program analysis processing unit, 4 is an interpolation processing unit, 5 is a ladder circuit, 6 is a machine control signal processing unit, 7 is a memory, and 8 is a parameter setting. , 9 is a screen display unit, 10a is a main spindle axis control unit (hereinafter referred to as main axis control unit), 10b is a rotary guide bush spindle control unit (hereinafter referred to as rotary guide bush axis control unit), and 11 is A data input / output circuit, 12a is a main spindle main shaft amplifier (hereinafter referred to as main main shaft amplifier), 12b is a rotary guide bush main shaft main amplifier (hereinafter referred to as rotary guide bush main shaft amplifier), and 13a is a main main spindle motor (hereinafter referred to as main shaft amplifier). , 13b is a main shaft motor (sub main shaft motor) of the rotary guide bush main shaft (hereinafter referred to as the rotor). Guide that bush spindle motor), 40 a work torsional amount detecting means, 41 is a correction executing means.
The rotary guide
[0024]
Further, in the
[0025]
Next, the operation of the numerical controller shown in FIG. 1 will be described.
First, the
[0026]
The machining program example in FIG. 2 will be described. First, the machining program
[0027]
The rotation start signal and rotation speed data input to the machine control signal processing unit 6 are passed to the interpolation processing unit 4. The interpolation processing unit 4 converts the rotational speed data into a rotational position command for the
[0028]
These rotational position commands are recalculated in the main shaft control unit 10a and the rotary guide bush shaft control unit 10b to servo position commands per unit time in consideration of acceleration / deceleration according to a pre-specified acceleration / deceleration pattern. It is output to the input /
[0029]
The main
[0030]
Next, when a machining program command M5 that means rotation stop of the main spindle is executed, the machining program
[0031]
This command is recalculated into a servo position command taking acceleration / deceleration into consideration according to an acceleration / deceleration pattern designated in advance by the main shaft control unit 10a and the rotary guide bush shaft control unit 10b, and is output to the data input /
[0032]
Next, the correction of the rotational position command for the rotary guide
That is, in step 31, the rotational speed data commanded by the
[0033]
In step 32, the work twist amount detection means 40 detects the droop amount of the
[0034]
However, when the supported square work is twisted as shown in FIG. 12, the rotary guide
Accordingly, if the droop amount of the
As described above, whether or not the droop difference (twist angle) between the main spindle motor and the guide bush spindle motor exceeds the preset value is constantly monitored, so the torsion angle can be applied both during workpiece insertion and during machining (work extrusion). If the value exceeds the predetermined value, correction is started.
[0035]
The workpiece twist amount detection means 40 compares the detected droop amount corresponding to the twist angle α with a predetermined value (predetermined twist angle: unit in degrees). The default value of the twist angle is a register that is an interface between the ladder circuit 5 and the machine control signal processor 6 as shown in FIG. 6 (“R401” and “R402” in FIG. 6 indicate register numbers). Further, since the value is set in the ladder circuit 5, the workpiece twist amount detecting means 40 reads the value via the machine control signal processing unit 6.
The correction magnification is also set in the register (R402). This will be described later.
This determination is performed as follows. That is, since the unit of the droop amount of the spindle motor that is actually detected is the number of pulses per rotation (for example, 4096 pulses / 1 rotation), first, this value is converted into an angle by equation (1).
Twist angle α (°) = Drop amount corresponding to twist angle α × 360/4096
The workpiece twist amount detection means 40 compares the twist angle α with a predetermined twist angle value. If the twist angle is equal to or smaller than the default value, the process is terminated. If the twist angle exceeds the predetermined value, the process proceeds to step 33.
[0036]
In step 33, in response to the notification from the work twist
Correction amount (pulse) = calculated twist angle α × correction magnification × 4096/360
[0037]
Next, at step 34, the correction execution means 41 determines the sign of the correction amount, and adds it if the sign is positive to the rotational position command for the rotary guide
[0038]
The reason for repeating the process is as follows.
That is, when the
This is presumed to be in the following state. That is, the rotary guide
[0039]
The correction magnification is for increasing the correction efficiency. Specifically, the correction amount (pulse) for the rotary guide
[0040]
FIG. 5 shows the current value behavior of the rotary guide
[0041]
In the first embodiment, the rotary guide
[0042]
The synchronization between the
[0043]
In the first embodiment, the twist of the
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when the square workpiece is twisted, an excessive current does not flow to the sub spindle motor, and the sub spindle motor generates heat or an alarm such as an overload occurs. There is no stopping.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principal block diagram of a numerical controller having a spindle synchronous control device according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing a machining program for a main part for controlling rotation / stop of the main spindle motor and the like according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for detecting a twist amount of a square workpiece and correcting a rotational position command according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the droop amount of the main spindle motor and the rotary guide bush spindle motor and the droop amount when the square workpiece is twisted according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a correction pattern example and a current change example of a rotary guide bushing spindle motor when a rotational position command is corrected according to Embodiment 1 of the present invention;
6 is a diagram showing an example of an interface between a machine control signal processing unit 6 and a ladder circuit 5 according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between torque (force) of a rotary guide bushing spindle motor and a force due to elastic deformation of a square work when the square work is twisted.
FIG. 8 is a configuration diagram of an automatic lathe which is a type of machine tool according to Embodiment 1 of the present invention.
9 is a detailed configuration diagram of the main spindle and the rotary guide bush shown in FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram when a square bar workpiece is supported by a chuck.
FIG. 11 is a diagram illustrating the positional relationship between the main spindle side and the guide bush side when a square work is twisted.
FIG. 12 is an image view of a twisted square workpiece.
FIG. 13 is a view showing a machine that supports a square bar workpiece with a back main shaft and processes (cuts) the square bar workpiece while rotating in synchronization with the main main shaft.
[Explanation of symbols]
4 Interpolation processing unit, 40 work twist amount detection means, 41 correction execution means, 5 ladder circuit, 6 machine control signal processing unit, 7 memory, 13a main spindle motor, 13b rotary guide bush spindle motor, 1003 workpiece, 1004 main spindle, 1005 Rotary guide bush.
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