JPH0295189A - Controller for synchronized operation of motor - Google Patents

Controller for synchronized operation of motor

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Publication number
JPH0295189A
JPH0295189A JP63241646A JP24164688A JPH0295189A JP H0295189 A JPH0295189 A JP H0295189A JP 63241646 A JP63241646 A JP 63241646A JP 24164688 A JP24164688 A JP 24164688A JP H0295189 A JPH0295189 A JP H0295189A
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JP
Japan
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spindle
speed
main shaft
rotational position
workpiece
Prior art date
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Pending
Application number
JP63241646A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Nashimoto
梨本 政行
Akihito Shibata
柴田 明仁
Motosumi Yura
元澄 由良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Machinery Works Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0295189A publication Critical patent/JPH0295189A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable tapping machine having high precision by using a rigid tapper by estimating and computing the dead time until a positional command or a speed command to a servo-shaft is generated after the rotational position of a main shaft is detected and the variation of the rotational position of the main shaft during the dead time. CONSTITUTION:An estimating arithmetic means 100 estimating and computing the dead time until a positional command or a speed command to a servo-shaft after the rotational position of a main shaft 20 is generated and the variation of the rotational position of the main shaft during the time corresponding to the control dead time in a servo-shaft control section 4 is provided. The servo- shaft control section 4 controls the relative positions or speed of a tool and a work on the basis of an output from a main-shaft position detector 3 and an output from the estimating arithmetic means 100. Accordingly, when tapping machining is executed, the feed rate of the work 22 can be conformed accurately to the product of the rotational speed of a tapper 21 and screw pitches, thus realizing tapping machining with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、数値制御される工作機械の制御装置における
電動機の同期運転制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a synchronous operation control device for electric motors in a control device for a numerically controlled machine tool.

(従来の技術) マシニングセンタ等の工作機械において、主軸にタッパ
を取付けてタッピング加工を行なうという加工例は多い
。この様なタッピング加tにおいてはタッパが回転し、
ワークに切込む速度に合せてワークもしくはタッパの送
り速度を制御しなければならない。そして、タッパの回
転速度W (rev/m1n)と、ねじピッチP (m
m/m1n)  と、送り速度F (mm/mi口)と
の間には次のような関係がある。
(Prior Art) In machine tools such as machining centers, there are many examples of processing in which a tapper is attached to the spindle to perform tapping processing. In such tapping, the tapper rotates,
The feed speed of the work or tapper must be controlled according to the cutting speed into the work. Then, the rotational speed W (rev/m1n) of the tapper and the screw pitch P (m
m/m1n) and the feed rate F (mm/mi) has the following relationship.

F(mm/m1n)  =W(rev/min)xP(
mm/m1n)・・・・・・・・・(1) このため、従来は第4図に示す様なブロック構成の装置
により制御している。すなわち、主軸モータ制御部1は
位置指令発生部7からの位置指令PNに基づいて主軸モ
ータ2を制御しており、主軸は主軸モータ2よりギア等
を介して駆動される。また、主軸には直接主軸位置検出
器3か接続されており、その出力MPは主軸モータ制御
部1の減算部16にフィードバックされ、主軸の回転位
置が制御されている。また、サーボモータ制御部4はサ
ーボモータ5を制御しており、このサーボモータ5がホ
ールネジ等を介してワークの位置及び送り速度を制御し
ている。位置指令発生部7は、主軸位置検出器3より送
られて来る主軸位置信号MPに基づいて主軸の回転速度
を検出し、この検出速度とねじピッチPから前記(1)
式を満たず様な送り速度指令、つまり位置指令PTをサ
ーボモータ制御部4に指令している。主軸モータ2には
回転速度検出器6が接続されており、速度信号PSMが
速度検出部14に入力されて速度制御されている。
F (mm/m1n) = W (rev/min) x P (
mm/m1n) (1) For this reason, conventionally, control has been performed using a device having a block configuration as shown in FIG. That is, the main shaft motor control section 1 controls the main shaft motor 2 based on the position command PN from the position command generation section 7, and the main shaft is driven by the main shaft motor 2 via a gear or the like. Further, a spindle position detector 3 is directly connected to the spindle, and its output MP is fed back to the subtraction section 16 of the spindle motor control section 1 to control the rotational position of the spindle. Further, the servo motor control section 4 controls a servo motor 5, and this servo motor 5 controls the position and feed speed of the workpiece via a hole screw or the like. The position command generation unit 7 detects the rotational speed of the spindle based on the spindle position signal MP sent from the spindle position detector 3, and uses the detected speed and the thread pitch P to obtain the above-mentioned (1).
A feed rate command that does not satisfy the equation, that is, a position command PT, is commanded to the servo motor control unit 4. A rotational speed detector 6 is connected to the main shaft motor 2, and a speed signal PSM is input to a speed detecting section 14 for speed control.

この様な従来例において、主軸回転速度の検出及び前記
(1)式に基づく送り速度指令の算出は、数値制御装置
の位置指令発生部7で実行される。
In such a conventional example, detection of the spindle rotational speed and calculation of the feed rate command based on the above equation (1) are executed by the position command generation section 7 of the numerical control device.

そして、主軸の回転速度を検出してから送り速度指令を
算出し、実際にサーボモータ5か動作するまでには無駄
時間(時間遅れ)が生しること、さらにこの無駄時間の
間に生しる主軸の回転位置の変化については考慮されな
いことが通例である。
There is a dead time (time delay) between detecting the rotational speed of the spindle, calculating the feed rate command, and actually operating the servo motor 5, and furthermore, there is a dead time (time delay) between when the rotation speed of the spindle is detected and when the feed speed command is calculated, until the servo motor 5 actually operates. Usually, changes in the rotational position of the main shaft are not considered.

そのため、回転開始時やタッピングの切込み終了時の停
止2反転等の加減速動作の過渡状態において、処理の遅
れの為に過渡的に前記(1)式か不正確になる事態が発
生し、タッパの送り速度に誤差を発生してしまう。従来
はかかる誤差を吸収できる様に、送り方向に伸縮可能な
構造を持ったフローティングタッパなる工具を用いてタ
ッピングを行なっていた。
Therefore, in a transient state of acceleration/deceleration operation such as stop 2 reversal at the start of rotation or the end of the tapping cut, a situation occurs where equation (1) becomes inaccurate transiently due to a processing delay. This will cause an error in the feed rate. Conventionally, in order to absorb such errors, tapping has been performed using a tool called a floating tapper, which has a structure that can be expanded and contracted in the feeding direction.

しかしなから、このフローティングタッパはその構造か
ら明らかな様に、タッピング加工の終点位置、つまりね
し穴の底の位置が保障されないこと、高価であること、
フローティング部のガタのために小径のタッパを使用で
きない等の欠点を有している。
However, as is clear from its structure, this floating tapper does not guarantee the end position of the tapping process, that is, the position of the bottom of the tapped hole, and is expensive.
It has drawbacks such as the inability to use small-diameter tappers due to play in the floating part.

方、他の従来例として第5図のブロック構成に示す装置
がある。この方式は、主軸モータ制御部1及びサーボモ
ータ制御部4がそれぞれ独立に主軸位置及び送り位置を
制御するもので、各制御部】及び4において応答性を決
定する加減速処理(11,41)  、位置ループケイ
ンKv(13,43)等が等しい定数に設定されること
に特徴がある。この方式によれば、主軸すなわちタッパ
の回転速度と送り速度とが常に同一の応答性で同量の誤
差を発生しながら動作するので、結果としてタッパの回
転速度及び送り速度は相対的に前記(1)式を満たし、
フローティングタッパを使用ゼすにタッピングを行なう
ことができる。
On the other hand, as another conventional example, there is a device shown in the block configuration of FIG. In this method, the spindle motor control section 1 and the servo motor control section 4 each independently control the spindle position and feed position, and each control section] and 4 perform acceleration/deceleration processing (11, 41) that determines responsiveness. , position loop key Kv (13, 43), etc. are set to equal constants. According to this method, the rotational speed and feedrate of the main shaft, that is, the tapper, always operate with the same response and the same amount of error, so as a result, the rotational speed and feedrate of the tapper are relatively 1) Satisfy the formula,
Tapping can be done using a floating tapper.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記第5図の方式において、論理的には
タッパの回転速度及び送り速度は等しい応答性が得られ
るはずであるが、実際には特に主軸モータ制御部1にお
いて次の様な原因のために必要とする応答が得られず、
期待通りの動作が得られない。その原因は、主に主軸モ
ータ2と主軸との間に存在する変速機構のバックラッシ
ュや、大幅に変化する切削抵抗等の非線形要素であり、
特に主軸は広い変速範囲を持つ様に複雑な変速機構を持
つことか一般的であることから、送り軸と等しい良好な
応答性を得ることはほとんど不i」能である。また上記
方式は、主軸モータ2と主11jbとか直結構造となっ
ている様な限られた条件ではその性能を発揮するが、−
数的な変速機構を持った機械においては、サーボモータ
制御部4の応答性を主軸側に合せて低い性能に落して使
用する結果となり、十分な性能を発揮することかできな
い。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in the system shown in FIG. In 1, the required response could not be obtained due to the following reasons,
The expected behavior is not obtained. The causes are mainly nonlinear elements such as backlash in the transmission mechanism that exists between the spindle motor 2 and the spindle, and cutting resistance that changes significantly.
In particular, since the main shaft generally has a complicated speed change mechanism with a wide speed change range, it is almost impossible to obtain the same good responsiveness as the feed shaft. In addition, the above method exhibits its performance under limited conditions such as a direct connection structure between the spindle motor 2 and the main shaft 11jb, but -
In a machine having a numerical speed change mechanism, the responsiveness of the servo motor control section 4 is lowered to a lower performance in accordance with the main shaft side, and sufficient performance cannot be achieved.

本発明は前述した様な事情からなされたものてあり、本
発明の目的は、マシニングセンタ等の工作機械における
タッピング加工等の電動機の同期運転時において、タッ
プの回転速度ど送り速度とを正確に同期させ、フローテ
ィングタッパ等を使用せずに精度良くタッピングを行な
うことのてぎる工作機械の電動機の同期運転制御装置を
提供することにある。すなわち、本発明はフローティン
グタッパを使用ゼず、リジットタッパを用いて高精密な
タッピング加工かできる制御装置を実現することを目的
としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to accurately synchronize the rotational speed and feed rate of the tap during synchronous operation of the electric motor for tapping processing in a machine tool such as a machining center. It is an object of the present invention to provide a synchronous operation control device for an electric motor of a machine tool, which can perform tapping with high accuracy without using a floating tapper or the like. That is, an object of the present invention is to realize a control device that can perform highly precise tapping using a rigid tapper without using a floating tapper.

(課題を解決するための手段) 本発明は、工具か取付けられる主軸と、この主軸の回転
位置を検出する主軸位置検出器と、工具及び被加工物の
相対的な位置又は速度を制御するサーボ軸制御部とを備
えた工作機械にお番プる主軸とサーボ軸との同期運転制
御装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記主軸
の回転位置を検出してから前記サーボ軸への位置指令又
は速度指令を生成するまでの無駄時間及び前記サーボ軸
制御部における制御無駄時間に相当する時間内の主軸回
転位置変化量を推定演算する推定演算手段を設り、前記
サーボ軸制御部は前記主軸位置検出器の出力と前記推定
演算手段の出力とに基づいて、前記工具及び被加工物の
相対的な位置又は速度を制御することによって達成され
る。
(Means for Solving the Problems) The present invention includes a spindle to which a tool is attached, a spindle position detector that detects the rotational position of the spindle, and a servo that controls the relative position or speed of the tool and the workpiece. The present invention relates to a synchronized operation control device for a main spindle and a servo axis, which is used in a machine tool equipped with an axis control section. Estimating calculation means is provided for estimating and calculating an amount of change in the spindle rotational position within a time corresponding to dead time until generating a position command or a speed command and a control dead time in the servo axis control unit, and the servo axis control unit This is achieved by controlling the relative position or speed of the tool and workpiece based on the output of the spindle position detector and the output of the estimation calculation means.

(作用) 本発明では、主軸に取付けられた主軸位置検出器の出力
より送り軸のサーボモータ制御部に設りること、サーボ
モータ制御部が主軸の回転速度W (rev/m1n)
を検出し、この回転速度W及びねしビッヂP (mm/
m1n)から2軸の送り速度F (mm/m1n) −
W×1)を演算して駆動する。さらに、主軸の回転速度
の検出の遅れ時間によって発生ずる誤差成分を、主軸の
回転加速度又は主軸モータ制御部から受けたトルク指令
値を基に予測演算を行なって補止している。
(Function) In the present invention, the output of the spindle position detector attached to the spindle is provided in the servo motor control section of the feed shaft, and the servo motor control section detects the rotation speed W (rev/m1n) of the spindle.
is detected, and this rotational speed W and neck bit P (mm/
m1n) to 2-axis feed rate F (mm/m1n) -
W×1) and drive. Furthermore, an error component caused by a delay time in detecting the rotational speed of the spindle is corrected by performing predictive calculation based on the rotational acceleration of the spindle or the torque command value received from the spindle motor control section.

本発明によれは、サーボモータ制御部が直接主軸の回転
位置を検出しているので、高速て主軸位置を検出するこ
とかできる。また、検出及び処理の遅れ時間の間に生じ
る主軸回転位置の変化を、主軸モータのトルク指令また
は主軸の回転速度指令1回転位置指令等から予測演躊し
ているので、いかなる状況においても主軸回転位置に遅
れることなく正確に送り速度を同期させることかでき、
常に正確に前記(1)式を満足する。にうな制御を実現
することができる。
According to the present invention, since the servo motor control section directly detects the rotational position of the main shaft, the main shaft position can be detected at high speed. In addition, changes in the spindle rotational position that occur during the detection and processing delay time are predicted and deduced from spindle motor torque commands, spindle rotational speed commands, one-rotation position commands, etc., so spindle rotation The feed rate can be accurately synchronized without any lag in position,
The above formula (1) is always accurately satisfied. It is possible to realize a new level of control.

(実施例) 第1図に本発明の一実施例を第5図に対応させて示す。(Example) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, corresponding to FIG.

本発明では、主軸位置検出器3からの主軸位置信号MP
及び位百指令発生部7からのねしビッヂPを入力する推
定演算部100を設りており、用足演算部100は補正
回路101及び乗算器+02で成っている。また、主軸
モータ2とサーボモータ5によって駆動される構造例を
第2図に示す。主軸モータ2はギヤ列による変速機構を
介して主軸20を駆動するようになっており、主軸20
にはタッパ21が装着されている。加工対象となるワー
ク22はテーブル23と共に、ポールねし24を介して
サーボモータ5によってZ@力方向駆動されるようにな
っており、タッパ21の回転速度、すなわち切込速度に
合せて主軸20の軸方向の送り速度が制御されるように
なっている。
In the present invention, the spindle position signal MP from the spindle position detector 3
An estimation calculating section 100 is provided which inputs the bit bit P from the 100 command generation section 7, and the use foot calculating section 100 is made up of a correction circuit 101 and a multiplier +02. Further, an example of the structure driven by the main shaft motor 2 and the servo motor 5 is shown in FIG. The main shaft motor 2 drives the main shaft 20 via a transmission mechanism using a gear train.
A tapper 21 is attached to the. The workpiece 22 to be machined is driven along with the table 23 in the Z@force direction by the servo motor 5 via the pole screw 24, and the main shaft 20 is rotated in accordance with the rotational speed of the tapper 21, that is, the cutting speed. The axial feed rate is controlled.

次に、その動作を説明する。Next, its operation will be explained.

主軸モータ制御部1は、数値制御装置の位首指令発生部
7より主軸20の回転位置指令PNを受けて主軸20を
回転する。この時、サーボモータ制御部4は位置指令発
生部7よりタッピング加工の始点位置指令を受り、始点
位置までワーク22を予め移動させておく。推定演算部
100は、主軸位置検出器3の出力MPにより主軸20
の位置及び回転速度Wを検出している。また、位置指令
発生部7よりねしピッチPが推定演算部100に与えら
れており、このねしビッヂP及び主軸回転速度Wからワ
ーク22の送り速度Fを前記(1)式に基づいて演算し
、サーボモータ制御部4はこの送り速度Fを指令値とし
てサーボモータ5を制御している。ここで、サーボモー
タ制御部4の制御周期は、高精密な制御を実現するため
に十分に速く設定されている。
The main shaft motor control section 1 receives a rotational position command PN for the main shaft 20 from a positioning command generation section 7 of the numerical control device, and rotates the main shaft 20. At this time, the servo motor control section 4 receives a starting point position command for tapping from the position command generating section 7, and moves the workpiece 22 to the starting point position in advance. The estimation calculation unit 100 estimates the spindle 20 based on the output MP of the spindle position detector 3.
The position and rotational speed W are detected. Further, the position command generating section 7 gives the thread pitch P to the estimation calculation section 100, and the feed rate F of the workpiece 22 is calculated from the thread pitch P and the spindle rotation speed W based on the above equation (1). However, the servo motor control section 4 controls the servo motor 5 using this feed rate F as a command value. Here, the control cycle of the servo motor control section 4 is set to be sufficiently fast to achieve highly precise control.

そして、推定演算部+00での主軸回転速度Wの検出を
、このサーボモータ制御部4の制御周期で行なうことに
より正確に主軸回転速度Wを検出でき、その結果ワーク
22の送り速度の指令値17を正確に前記(1)式に一
致させることかできる。そして、この送り速度の指令値
Fをワーク22の位置指令として受けたサーボモータ制
御部4は、第1図で示す様に位置指令Fと位置検出値p
ssとの偏差に基づいてサーボモータ5の制御を行なう
と共に、微分回路42によって位置指令値Fを微分し、
この結果をサーボモータ5の速度指令として演算部47
に入力することによってフィートラ1ワード制御を行な
っている。このフィートフ]ワード制御によって、サー
ボモータ制御部4は入力された位置指令Fに対して正確
に、かつほとんど遅れを生ぜずにワーク22の位置を制
御することが可能であり、その結果実際のワーク22の
速度も正確に前記(1)式に一致する なお、本発明においては、主lIb20の位置を検出す
る際に発生ずる遅れ時間を極めて小さくすることができ
、高精度なタッピング加工を実現するこることかできる
。しかし、サーボモータ制御部4における前記(1)式
の演算処理及び実際にサーボモータ5が動作するまでに
はある遅れ時間が存在し、この遅れ時間の間に実際の主
軸回転速度W又は回転位置か変化してしまうために誤差
の発生要因となっている。このため、−層の高精度か要
求1  】 される場合には、この遅れ時間による誤差を141除す
る必要がある。
By detecting the spindle rotation speed W in the estimation calculating section +00 at the control cycle of this servo motor control section 4, the spindle rotation speed W can be detected accurately, and as a result, the command value of the feed speed of the workpiece 22 is 17. can be made to exactly match the above equation (1). Then, the servo motor control unit 4 receives this feed speed command value F as a position command for the workpiece 22, and as shown in FIG.
The servo motor 5 is controlled based on the deviation from ss, and the position command value F is differentiated by the differentiation circuit 42.
The calculation unit 47 uses this result as a speed command for the servo motor 5.
The Fitterer 1-word control is performed by inputting the . By this foot-word control, the servo motor control unit 4 can control the position of the workpiece 22 accurately and with almost no delay in response to the input position command F, and as a result, the position of the workpiece 22 can be controlled accurately with respect to the input position command The speed of 22 also exactly matches the above equation (1). In addition, in the present invention, the delay time that occurs when detecting the position of the main lIb 20 can be extremely reduced, realizing high-precision tapping processing. I can do this. However, there is a certain delay time between the arithmetic processing of equation (1) in the servo motor control unit 4 and the actual operation of the servo motor 5, and during this delay time, the actual spindle rotational speed W or rotational position This is a cause of errors due to changes in the Therefore, if high accuracy is required for the -layer, it is necessary to divide the error due to this delay time by 141.

そこで、本発明においては以下■〜■の様な方法で、こ
の誤差の発生を抑えることかできる制御を実現している
Therefore, in the present invention, the following methods (1) to (4) are used to realize control that can suppress the occurrence of this error.

■まず、第1にハードウェア」二何ら変更を必要としな
い制御法を説明する。
First, we will explain a control method that does not require any changes to the hardware.

サーボモータ制御部4かある時点j 、1.)に検出し
た主軸位置をP、。、とし、時点Llnlより1回前の
制御周期で検出した主軸位置をP3.、−口、またこの
時点なt、。−1,とすると、時点L+n−11〜l’
、(nlまての平均主軸回転速度W(1、)は で表わされる。又平均の主軸回転加速度dw、、、、/
dtである。そして、サーボモータ制御部4が送り速度
Fの指令値を演算し、実際にサーボモータ5が動作する
まてにΔTた番プの遅れ時間かあるとすると、時点t+
1+l+ΔTの時点において主軸位置P fn+は ・・・・・・ ・・・ (イ) て近似される。ここで、遅れ時間ΔTは予め分っており
、この主軸位置1)、。、をもって主軸回転位置の予測
値とし、この主軸位置P°、。、よりワーク22の位置
指令P□。、を次式(5)のようにして算出する。
The servo motor control unit 4 is activated at a certain point in time j, 1. ) is the spindle position detected at P,. , and the spindle position detected in the control cycle one time before time Llnl is P3. , - Mouth, at this point again. -1, time L+n-11~l'
, (The average spindle rotational speed W(1,) up to nl is expressed as. Also, the average spindle rotational acceleration dw, , , /
dt. Then, assuming that there is a delay time of ΔT before the servo motor control unit 4 calculates the command value of the feed rate F and the servo motor 5 actually operates, then at time t+
At the time of 1+l+ΔT, the spindle position P fn+ is approximated as follows. Here, the delay time ΔT is known in advance, and this spindle position 1). , is the predicted value of the spindle rotational position, and this spindle position P°,. , the position command P□ of the workpiece 22. , is calculated using the following equation (5).

P z +nl −P  (nl・P ・・・・・・・・・(5) なお、この(5)式は前記(1)式と全く同一の事象を
意味しており、東に(1)式を積分して位置情報に変換
したものである。
P z +nl -P (nl・P ・・・・・・・・・(5) This equation (5) means exactly the same phenomenon as the above equation (1), and in the east, (1) This is the result of integrating the equation and converting it into position information.

以十の演算により前述したような主軸位置検出、演算処
理の遅れ時間にJ:る誤差を補正てぎ、ワーク22の送
り速度、つまり位置を主4i+l+ 20の回転速度に
遅れなく同期させることかできる。なお、この制御方式
のブロック構成は第1図に示す通りであり、図中の補正
回路101におい゛C1前記(4)式に基づく主軸位置
の予測演算か行なわれる。
Through the above-mentioned calculations, the error caused by the delay time of the spindle position detection and arithmetic processing as described above is corrected, and the feed speed, that is, the position, of the workpiece 22 is synchronized with the rotation speed of the main shaft 4i+l+20 without delay. can. The block configuration of this control system is as shown in FIG. 1, and a correction circuit 101 in the figure performs predictive calculation of the spindle position based on the above equation (4).

■次に、第2の方法について説明する。(2) Next, the second method will be explained.

上述第1方法の場合と同様に、ツーポモータ制御部4か
時点L +nlに検出した主軸位置を’Znlとし、時
点tal+−11〜t+nlまでの平均主軸回転速度を
Wい、とすると となる。そして、サーボモータ制御部4が送り速度の指
令値Fを演算し、サーボモータ5が実際に動作するまで
の時間をΔTとすると、時間2丁の間に生しる主軸回転
速度の変化分ΔWは、主軸モータ2及び主!1iIh2
0の運動方程式より下式(7)により近似される。
As in the case of the first method described above, let Znl be the spindle position detected by the two-point motor control unit 4 at time L+nl, and let W be the average spindle rotation speed from time tal+-11 to t+nl. Then, if the time from when the servo motor control unit 4 calculates the feed speed command value F to when the servo motor 5 actually operates is ΔT, the change in the spindle rotational speed that occurs during the time period ΔW is the main shaft motor 2 and the main! 1iIh2
It is approximated by the following equation (7) from the equation of motion of 0.

JM  主軸モータイナーシャ Js  主軸及び工具のイナーシャ TM  主軸モータ出力トルク T1.・切削負荷トルク ここで、主軸モータイナーシャJM並びに主軸及び工具
のイナーシャJ5は既知てあり、切削負荷トルクTLも
切削条件にり予め推定できることから、主軸モータ出力
トルクTi+を知ることがてきれば速度変化分ΔWを算
出することかてきる。ここて、主軸モータ出力トルクT
Mは主軸モータ制御部1の内部で演算されている出力ト
ルク指令値にほぼ正確に応答しており、このトルク指令
値て近似することができる。
JM Spindle motor inertia Js Spindle and tool inertia TM Spindle motor output torque T1.・Cutting load torque Here, the spindle motor inertia JM and the inertia J5 of the spindle and tool are known, and the cutting load torque TL can also be estimated in advance based on the cutting conditions, so if the spindle motor output torque Ti+ is known, the speed can be calculated. It is possible to calculate the amount of change ΔW. Here, the spindle motor output torque T
M almost accurately responds to the output torque command value calculated within the spindle motor control section 1, and can be approximated by this torque command value.

以上より第3図のブロック構成に示す装置において、サ
ーボモータ制御部4に主軸モータ制御部1から主軸モー
タ2のトルク指令TQを入力し、演算回路103は、速
度変化分ΔWを算出することにより実際にサーボモータ
か動作する時点1.nl”ΔTにおける主軸回転速度の
予測値W’ +n+ を次の様に算出する。
As described above, in the apparatus shown in the block configuration of FIG. 3, the torque command TQ of the spindle motor 2 is input from the spindle motor control section 1 to the servo motor control section 4, and the arithmetic circuit 103 calculates the speed change ΔW. When the servo motor actually operates 1. The predicted value W' +n+ of the spindle rotation speed at nl''ΔT is calculated as follows.

Pfnl −P (。)+W 、。、・ 2丁となり、
この予測値P゛、。を用いて前記(5)式と同様に位置
指令Pz(。)を算出し、ワーク22の送り速度を制御
する。この結果、ワーク22の送り速度、つまり位置を
主軸20の回転速度に遅れなく正確に同期させることか
可能となる。なお、第3図において前記(9)式に基つ
く演算処理は図中の演算回路103て行なう。
Pfnl-P(.)+W,. ,・ There are 2 guns,
This predicted value P゛,. The position command Pz(.) is calculated using the above formula (5), and the feed speed of the workpiece 22 is controlled. As a result, it becomes possible to accurately synchronize the feed rate, that is, the position, of the workpiece 22 with the rotational speed of the main shaft 20 without delay. In FIG. 3, the arithmetic processing based on equation (9) is performed by the arithmetic circuit 103 in the figure.

この予測値W°(。)より、時点Fnl+ΔTにおける
主軸回転位置の予測値P Znl は ■次に第3の方法として、前記遅れ時間2丁に生しる主
軸回転速度の変化分を主軸モータ制御部1に入力される
主軸回転位置指令PNと、この位置指令PNと実際の主
軸回転位置との伝達関数に基づいて演算するか、もしく
は主軸モータ制御部1で演算されている回転速度指令と
実際の主軸回転速度との伝達関数に基づいて演算するこ
とも可能である。すなわち、これらの伝達関数は予め既
知であり、前記回転位置指令又は回転速度指令から主軸
回転速度又は回転速度を予測演算することかてきる。
From this predicted value W° (.), the predicted value P Znl of the spindle rotational position at time Fnl + ΔT is ■Next, as a third method, the change in spindle rotational speed that occurs during the two delay times is controlled by the spindle motor. The calculation is based on the spindle rotational position command PN input to the spindle motor control section 1 and a transfer function between this position command PN and the actual spindle rotational position, or the rotational speed command calculated in the spindle motor control section 1 and the actual rotational speed command are calculated. It is also possible to calculate based on the transfer function between the rotational speed of the main shaft and the rotational speed of the main shaft. That is, these transfer functions are known in advance, and the spindle rotational speed or rotational speed can be predictively calculated from the rotational position command or rotational speed command.

ところで、以上の説明てはワーク22の送り方向が1軸
のみのツーポモータ5て駆動される場合について示し、
主軸20の回転速度と1軸のみの送り速度とを同期させ
る場合について示した。しかしながら、主1Till1
20の先端に特殊なアクッヂメントを取付す、斜め方向
のタッピングを行なう場合など、複数の送り軸サーボモ
ータを主1in+回転速度に同期させな番づれはならな
い場合もある。このような場合は、主軸位置検出器3の
出力信−qMpを複数のサーボモータ制御部に配分する
ことにより実現できる。さらにまた、実際の実現技術に
おいて第1図に示した主軸モータ制御部1及びサーボモ
ータ制御部4はそれぞれデジタル回路で構成され、制御
周期毎のサンプリング制御を行なっている。
By the way, the above explanation describes the case where the feed direction of the workpiece 22 is driven by the two-point motor 5 having only one axis.
A case is shown in which the rotational speed of the main shaft 20 and the feed speed of only one shaft are synchronized. However, the main 1Till1
In some cases, such as when attaching a special accommodation to the tip of the 20 or performing diagonal tapping, it is necessary to synchronize the multiple feed shaft servo motors with the main 1 inch + rotational speed. Such a case can be realized by distributing the output signal -qMp of the spindle position detector 3 to a plurality of servo motor control sections. Furthermore, in the actual implementation technology, the spindle motor control section 1 and the servo motor control section 4 shown in FIG. 1 are each constituted by a digital circuit, and perform sampling control for each control period.

ここで、主軸モータ制御部1とサーボモータ制御部4の
制御周期、つまり制御を実行するタイミングが光なる場
合、このタイミングのズレによる誤差が発生ずる。その
ため、そねぞれの制御周期を同期化し、同しタイミング
て制御が実行される様配虜している。
Here, if the control period of the spindle motor control section 1 and the servo motor control section 4, that is, the timing at which the control is executed, is the same, an error will occur due to the difference in timing. For this reason, we synchronize each control cycle to ensure that control is executed at the same timing.

(発明の効果) 以上の線に未発明による同期運転11i(J御装置によ
れば、タッピング加工を行なう際、ワークの送り速度を
タッパの回転速度とねしビッヂの積に正確に一致させる
ことかできるので、従来送り方向の誤差を吸収するため
に用いていたフローティングタッパ等を必要とゼず、精
度良くタッピング加工を実現することができる。また、
主軸回転速度をサーボモータ制御部か高速て検出てきる
ことにより、いかなる動作状況においてもZ軸の送り速
度を主軸回転速度に正確に同期させることができる。
(Effect of the invention) The uninvented synchronous operation 11i on the above line (according to the J control device, when performing tapping, the feed speed of the workpiece is accurately matched to the product of the rotational speed of the tapper and the screw bit). Therefore, there is no need for a floating tapper, etc., which was conventionally used to absorb errors in the feeding direction, and tapping processing can be achieved with high precision.
By detecting the spindle rotation speed at high speed using the servo motor control section, the Z-axis feed rate can be accurately synchronized with the spindle rotation speed under any operating conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第2
図は未発明の対象となる工作機械の構成を示す図、第3
図は本発明の他の実施例を示すブロック構成図、第4図
及び第5図はそれぞれ従来装置を示すブロック構成図で
ある。 1・・・主軸モータ制御部、2・・・主II+11モー
タ、3・・・主軸位置検出器、4・・・サーボモータ制
御部、5・・・号−ボモータ、7・・・位置指令発生部
、20・・・主i1i+b、21・・・タッパ、22・
・・ワーク、23・・・テーブル、24・・・ポールね
し、+00・・・推定演算部、101・・・補正回路、
102・・・乗算器、+03・・・演算回路、104・
・・加算器。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
Figure 3 shows the configuration of a machine tool that is subject to uninvention.
The figure is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are block diagrams showing conventional devices, respectively. 1... Main shaft motor control section, 2... Main II+11 motor, 3... Main shaft position detector, 4... Servo motor control section, 5... No.-bo motor, 7... Position command generation Part, 20... Main i1i+b, 21... Tappa, 22.
...Work, 23...Table, 24...Pole connection, +00...Estimation calculation unit, 101...Correction circuit,
102... Multiplier, +03... Arithmetic circuit, 104...
...Adder.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、工具が取付けられる主軸と、この主軸の回転位置を
検出する主軸位置検出器と、工具及び被加工物の相対的
な位置又は速度を制御するサーボ軸制御部とを備えた工
作機械における主軸とサーボ軸との同期運転制御装置に
おいて、前記主軸の回転位置を検出してから前記サーボ
軸への位置指令又は速度指令を生成するまでの無駄時間
及び前記サーボ軸制御部における制御無駄時間に相当す
る時間内の主軸回転位置変化量を推定演算する推定演算
手段を設け、前記サーボ軸制御部は前記主軸位置検出器
の出力と前記推定演算手段の出力とに基づいて、前記工
具及び被加工物の相対的な位置又は速度を制御するよう
にしたことを特徴とする電動機の同期運転制御装置。 2、前記推定演算手段は、前記主軸の回転位置又は速度
を制御する主軸モータ制御部より入力された主軸モータ
のトルク指令値に基づいて、前記主軸回転位置変化量を
演算するようになっている請求項1に記載の電動機の同
期運転制御装置。 3、前記サーボ軸制御部は、前記工具と被加工物の相対
的な位置の指令値と、実際の工具及び被加工物の相対的
な位置の検出値との偏差に基づいて速度指令の位置偏差
分を求め、前記位置偏差分と、前記位置指令値の変化分
とを加算することによって前記工具及び被加工物の相対
的な速度指令値を求め、この速度指令値に基づいて前記
工具及び被加工物の相対的な速度を制御するようになっ
ている請求項1に記載の電動機の同期運転制御装置。 4、前記主軸位置検出器の出力から前記主軸の回転位置
を検出する周期と、前記推定演算手段が前記主軸回転位
置変化量を推定演算する周期とが、前記サーボ軸制御部
の制御周期と等しい周期で処理されるようになつている
請求項1に記載の電動機の同期運転制御装置。
[Claims] 1. A main shaft to which a tool is attached, a main shaft position detector that detects the rotational position of the main shaft, and a servo shaft control section that controls the relative position or speed of the tool and the workpiece. In the synchronous operation control device for a main spindle and a servo axis in a machine tool, the dead time from detecting the rotational position of the main spindle until generating a position command or speed command to the servo axis and the servo axis control section Estimating calculation means is provided for estimating and calculating the amount of change in spindle rotational position within a time corresponding to the control dead time in , and the servo axis control section is configured to: A synchronous operation control device for an electric motor, characterized in that the relative position or speed of the tool and the workpiece is controlled. 2. The estimation calculation means calculates the amount of change in the spindle rotational position based on a torque command value of the spindle motor input from a spindle motor control unit that controls the rotational position or speed of the spindle. A synchronous operation control device for an electric motor according to claim 1. 3. The servo axis control unit adjusts the position of the speed command based on the deviation between the command value of the relative position of the tool and the workpiece and the detected value of the actual relative position of the tool and the workpiece. The relative speed command value of the tool and workpiece is determined by calculating the deviation and adding the position deviation and the change in the position command value. The synchronous operation control device for an electric motor according to claim 1, wherein the device is configured to control the relative speed of a workpiece. 4. The period of detecting the rotational position of the main shaft from the output of the main shaft position detector and the period of estimating and calculating the amount of change in the rotational position of the main shaft by the estimation calculation means are equal to the control period of the servo axis control section. The synchronous operation control device for an electric motor according to claim 1, wherein the synchronous operation control device for an electric motor is configured to perform processing in cycles.
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