JPH0343012B2

JPH0343012B2 -

Info

Publication number: JPH0343012B2
Application number: JP6484786A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iwagaya
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1991-07-01
Also published as: JPS62224519A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、高精度のタツピング加工を行えると
共に重切削可能な多機能形工作機械のタツピング
制御方式に関する。

従来の技術タツピング工具、カツタ等の各種工具を工具ホ
ルダに交換可能に装着し、工具ホルダを介して駆
動軸に連結させた工具を主軸モータにより回転さ
せると同時に被加工物に対して軸送りモータにて
相対移動させて各種の機械加工を行うようにした
多機能形工作機械は公知である。

しかし、主軸モータは通常位置の制御は行われ
ておらず、速度制御のみが行われている。そのた
め、タツピング加工の場合には主軸の回転位置、
即ち、工具回転位置と工具の軸方向位置は相互に
関連しているから、何らかの相関をとる必要があ
る。

そのため従来、高精度のネジ切り加工、歯切り
加工を行うため、工具の回転と工具の加工物に対
する送りとを同期させて駆動しようとする技術が
公知である。例えば、工具回転用の主軸モータを
所定の指令速度で回転させると共に、該回転用モ
ータに付設したパルスコーダから発生するパルス
列に従つて工具送り用モータの回転を制御して両
モータを互いに同期回転させるようにしている。
しかし、この種の同期制御は、各モータに速度指
令を与え、換言すれば制御ループとして速度制御
ループを用いるもので、速度変動に対する復元力
が弱く、負荷変動に伴い回転用モータの回転速度
が変化し易く、この回転用モータの回転速度の変
動に伴い両モータの同期が不正確になり加工精度
が悪化する欠点がある。

また、被加工物とねじ工具とを相対移動させる
送り用駆動機にる送り量に基づいて被加工物と加
工具とを相対回転させる回転用駆動機の回転を制
御することが、たとえば特開昭60−155319号によ
り知られている。しかし、このものはねじ加工専
用機てあり、高精度のねじ加工が可能ではある
が、ねじ加工以外の機械加工を行えない。それ
は、主軸モータにスピンドルモータを使用せず高
速回転不能なサーボモータを用いており、各種加
工具を装着可能なように改造したとしても加工具
に大きい負荷が加わる重切削加工を実際には行え
ない。

発明が解決しようとする問題点本発明は、各種工具を交換可能に装着するよう
にした多機能形工作機械における上述の問題を解
消するもので、この種の工作機械においてフライ
ス加工等の重切削加工を行えると共に、高精度の
タツピング加工が行えるようにした制御方式を提
供することを目的とする。

問題点を解消するための手段本発明は、主軸モータにデジタル制御回路によ
つて制御されるデジタルスピンドルモータを使用
した工作機械の制御方式において、上記デジタル
スピンドルモータの制御回路に該スピンドルモー
タの回転応じて出力するパルスコーダからのフイ
ードバツク信号に基づいて該スピンドルモータの
位置をフイードバツク制御し速度指令を上記デジ
タル回路へ出力する位置制御手段と、オープン制
御からフイードバツク制御へと切換える切換手段
とを設け、タツピング加工時には、上記切換手段
をフイードバツク制御位置へ切換え、上記スピン
ドルモータの制御回路及び工具を軸方向に移動さ
せるサーボモータのサーボ回路へ加工するねじの
ピツチ量に応じて補間回路により直線補間してパ
ルス分配し、上記スピンドルモータとサーボモー
タを同期して駆動することによつて上記問題点を
解決した。

作用上記工作機械で重切削加工を行うときは、上記
切換手段をオープン制御側に切換えて、上記デジ
タル制御回路に速度指令を与えて上記スピンドル
モータを高速、大トルクで駆動し、通常と同じ重
切削加工を行わせる。一方、タツピング加工時に
おいては、上記切換手段を切換えて、スピンドル
モータの位置もフイードバツク制御するように
し、上記補間回路より該スピンドルモータの制御
回路と工具を軸方向に送るサーボモータのサーボ
回路へ加工するねじのピツチに応じて直線補間し
たパルスを出力して、上記スピンドルモータとサ
ーボモータを同期して駆動することにより、タツ
プの回転と軸方向への送りを同期して駆動してタ
ツピング加工を行う。

実施例第１図は、本発明の一実施例による制御方式が
適用される多機能形工作機械制御ブロツク図を示
し、該工作機械はタツピングモードおよび重切削
モードを含む各種加工モードで作動するもので、
１は工具回転用の主軸モータとしてのACデジタ
ルスピンドルモータ、２は工具送り用ACサーボ
モータで、工具ホルダ（図示略）に装着された工
具をデジタルスピンドルモータ１により被加工物
（図示略）に対して回転駆動すると共に送り用モ
ータ２により被加工物に対して加工方向に駆動す
るようになつている。そして、スピンドルモータ
１は重切削加工時たとえばフライス加工時の大き
い負荷に打ち勝つよう高速回転可能にされ、ま
た、工具ホルダは複数の工具たとえばタツピング
工具およびフライス加工用のカツタ（共に図示せ
ず）が例えば自動工具交換機により交換可能に装
着され、また、リジツトタツピングのためのタツ
ピング工具を伸縮不能に把持するように設けられ
ている。

３は数値制御部、３ａは該数値制御部３に設け
られた補間回路、PC１はスピンドルモータ１が
所定角度回転する毎にフイードバツクパルスFS
を発生するパルスコーダ、４は補間回路３ａから
発生する分配パルスPsとパルスコーダPC１から
のフイードバツクパルスFsとの差を速度指令値
として出力する位置制御手段で、誤差レジスタに
よつて構成されている。７，８は数値制御部３か
らの切換指令CSで切換わる切換手段で、タツピ
ング加工時等にスピンドルモータ１をフイードバ
ツク制御するときは、切換手段７は位置制御手段
４の出力をデジタル制御回路５に、また、切換手
段８はフイードバツクパルスFsを位置制御手段
４に入力するようになつており、フイードバツク
制御を行わないときは、切換手段７は数値制御部
３からのスピンドルモータ１への速度指令SVを
デジタル制御回路５へ入力するように切換える。
また、切換手段７はフイードバツクパルスFsの
位置制御手段４への入力を断つ。デジタル制御回
路５は速度制御部５ａ、電流制御部５ｂ、PWM
（パルス幅変調）制御部５ｃを有し、速度制御部
５ａでは位置制御手段４または数値制御部３から
の速度指令とパルスコーダPC１からのフイード
バツクパルスFsによる現在の速度との差により
トルク指令を出力し、電流制御部５ｂではこのト
ルク指令を受けて、電流検出器９，１０からの現
在の駆動電流に基づきスピンドルモータ１の各相
への指令電流を出力し、PWM制御部５ｃでパル
ス幅変調を行つてパワー回路６を駆動しスピンド
ルモータ１を指令速度で駆動するものである。

このデジタル制御回路５はすでに公知であり
（例えば特願昭60−36051号）、このデジタル制御
回路５で駆動する場合と、従来の方式でスピンド
ルモータを駆動する場合とを比較すると、第２図
イで示されるように従来方式による駆動では速度
指令SVに対し、スピンドルモータの追従はかな
りの遅れがあるが、第２図ロに示すように、デジ
タル制御回路５で制御されたスピンドルモータは
遅れはほとんどなく、正確に追従する。

一方、サーボ回路１２は従来から公知のごと
く、補間回路３ａからの分配パルスPZとパルス
コーダPC２からのフイードバツクパルスFzの差
を位置制御部１２ａ内の誤差レジスタで検出し
て、この誤差レジスタの出力をＤ／Ａ変換器でア
ナログ信号の速度指令に変換して出力し、Ｆ／Ｖ
変換器１２ｃからの実際の速度との差を速度制御
部１２ｂで増幅しトルク指令を出力し、電流制御
部１２ａでは速度制御部１２ｂからのトルク指令
とサーボモータ２の駆動電流を検出する電流検出
器１４，１５からの現実の駆動電流値に応じて各
相への駆動電流指令を出力し、この駆動電流指令
を受けてPWM制御部１２ｅはパルス幅変調を行
い、パワー回路１３を駆動しACサーボモータ２
を駆動するようになつている。なお、１１，１６
は三相電源である。

以上のように構成されている多機能形工作機械
の制御部において、その動作を説明する。

加工プログラムからタツピング加工指令が解読
されると、図示しない工具自動交換機によつて工
具ホルダにタツピング工具が装着され、切換指令
CSによつて切換手段７，８がフイードバツク制
御位置に切換えられ、加工プログラムで指定され
たピツチ量に応じたスピンドルモータ１及びサー
ボモータへの速度指令VS、VZが補間回路３ａに
入力されて、補間回路３ａからは直線補間された
分配パルスPS、PZを出力し、位置制御手段４及
びサーボ回路１２の位置制御部１２ａへ入力す
る。

即ち、加工されるねじ山間の距離であるピツチ
をＰとするとｉ条ねじの加工においては主軸のス
ピンドルモータ１が回転する間（タツプが１回転
する間）に軸方向へiPだけタツプを進めねばなら
ないから、スピンドルモータ１の１回転に対し、
サーボモータ２はタツプをiPだけ軸方向へ進める
ようパルス分配PS、PZが行われることとなる。

位置制御手段４では分配パルスPSとパルスコ
ーダPC１からのフイードバツクパルスFsとの差
を速度指令としてデジタル回路５に出力し、デジ
タル回路５はパワー回路６を介してスピンドルモ
ータ１を指令速度で駆動するよう速度制御が行わ
れ、一方、サーボ回路１２も分配パルスPZとパ
ルスコーダPC２からのフイードバツクパルスFz
に基づいて位置制御、速度制御が行われてパワー
回路１３を介しサーボモータ２を駆動する。その
結果、スピンドルモータ１とサーボモータ２は同
期して、指令されたピツチでタツピング加工が行
われることとなる。

一方、加工プログラムから、重切削加工指令、
例えばフライス加工指令が入力されると、工具ホ
ルダーにフライス工具が装着された後、数値制御
部３からは切換指令CSが出力されて切換手段７，
８を切換え、パルスコーダPC１からのフイード
バツクパルスFsの位置制御回路４への入力を止
め、切換手段７により、数値制御部３からの速度
指令SVをデジタル制御回路５へ入力するように
する。その結果、スピンドルモータ１は速度指令
SVに応じた速度、即ち高速で回転を開始し、フ
ライス加工時の重切削加工を行うこととなる。

発明の効果上述のように、本発明によれば、タツピングモ
ードでは、加工プログラムから読み取つたピツチ
指令値に基づいて直線補間を行う補間回路から工
具回転用の主軸モータとしてのデジタルスピンド
ルモータと工具送り用モータとを同期回転させる
ため、工具ホルダにフローテイングホルダを使用
することなく正確にタツピング加工を行うことが
できる。また、一方重切削モードではスピンドル
モータについて位置制御ループを解除すると共に
スピンドルモータを高速回転するようにしたの
で、タツピングモードでは高精度のリジツトタツ
ピング加工を行え、重切削モードでは負荷に打ち
勝つて確実に重切削加工を行える。特に主軸モー
タにデジタル制御されるデジタルスピンドルモー
タを使用することによつて、主軸が遅れがなく指
令に追従し、かつ大トルク、高速回転を可能にし
てタツピング加工及び重切削加工をも可能とし
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御ブロツク図、
第２図イは従来のスピンドルモータの特性を示す
図、第２図ロはデジタルスピンドルモータの特性
を示す図である。１……ACデジタルスピンドルモータ、２……
ACサーボモータ、３……数値制御部、３ａ……
補間回路、４……位置制御手段、５……デジタル
制御回路、７，８……切換手段、１２……サーボ
回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１主軸モータにデジタル制御回路によつて制御
されるデジタルスピンドルモータを使用した工作
機械の制御方式において、上記デジタルスピンド
ルモータの制御回路に該スピンドルモータの回転
に応じて出力するパルスコーダからのフイードバ
ツク信号に基づいて該スピンドルモータの位置を
フイードバツク制御し速度指令を上記デジタル回
路へ出力する位置制御手段と、オープン制御から
フイードバツク制御へと切換える切換手段とを設
け、タツピング加工時には上記切換手段をフイー
ドバツク制御位置へ切換え、上記スピンドルモー
タの制御回路及び工具を軸方向に移動させるサー
ボモータのサーボ回路へ加工するねじのピツチ量
に応じて補間回路により直線補間してパルス分配
し、上記スピンドルモータとサーボモータを同期
して駆動することを特徴とするリジツトタツピン
グ制御方式。