JPH0435842A - 加工ユニット制御装置 - Google Patents

加工ユニット制御装置

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JPH0435842A
JPH0435842A JP2144029A JP14402990A JPH0435842A JP H0435842 A JPH0435842 A JP H0435842A JP 2144029 A JP2144029 A JP 2144029A JP 14402990 A JP14402990 A JP 14402990A JP H0435842 A JPH0435842 A JP H0435842A
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servo motor
spindle
speed
feed axis
command
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Satoshi Maruo
聡 丸尾
Chikamasa Hatsutori
服部 親将
Ikuo Kameyama
亀山 郁雄
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] この発明は、被加工物を工具によって加工するための9
例えば、タッピングユニットなどの加工ユニットの制御
装置に関し、さらに詳しくは、主軸サーボモータと送り
軸サーボモータとを同軸上に配置させると共に、主軸先
端に設けたチャックにタップ、ドリル、リーマなどの工
具を掴持させた状態で、当該工具を回転駆動させながら
前進または後退作動制御させ得るようにした。いわゆる
車軸方式による加工ユニット制御装置に係るものである
【従来の技術】
従来から、この種のタッピングユニットなどの加工ユニ
ットにおいては、一般に、1つのモータを使用し、回転
主軸に対しては、当該モータの出力軸から歯車とかベル
トなどの回転駆動機構を介して回転を伝達させると共に
、ボールねじとかラック・ビニオンなどの送り作動機構
により当該回転を送り作動に変換することで、所期のタ
ップ加工、ドリル加工を行わせるようにしている。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような従来の加工ユニットでは、そ
の機構構成上、ユニット全体が比較的に大型化するばか
りか、伝導系を構成する伝導部品の点数が多くなって、
特に、送り作動部に機構的なバックラッシュを生じ易く
、加工面での位置精度が悪化する慣れがあり、かつ使用
工具の交換に際しても、当該工具に見合った加工速度な
どを得るために、単なる工具交換に留まらず、歯車など
の伝導部品などもまた交換する必要があったりして、加
工コストを低(抑えるのも困難であるという不利がある
。 また、当該加工ユニットの制御系に関しても、回転主軸
の位置検出・位置制御手段、および速度検出・速度制御
手段が、通常の場合、アナログ回路により行われており
、例えば、経年変化とかオペアンプのオフセットなどで
、制御セット毎に調整を必要とするなどの問題点があっ
た。 従って、この発明の目的は、加工ユニットにおけるとこ
ろの9例えば、タッピングに関して、伝導部品などの交
換を必要とせずに、ねじピッチを変更可能にして、その
取扱い操作を簡略化させると共に、当該加工ユニットの
制御系についても調整操作を低減させて、加工コストを
低く抑え得るようにした。この種の加工ユニット制御装
置を提供することである。 〔課題を解決するための手段〕 前記目的を達成するために、この発明に係る加工ユニッ
ト制御装置は、主軸サーボモータ、および送り軸サーボ
モータを同軸上に配置させて、タップ、ドリルなどの工
具を回転駆動させながら前進または後退作動制御させ得
るようにした加工ユニットの制御装置であって、電流指
令によって回転駆動される主軸サーボモータ、および送
り軸サーボアンプと、NCプログラムを読み出して、タ
ップ加工時には、前記主軸サーボモータの位置指令を出
力し、ドリル加工時には、当該主軸サーボモータ、およ
び前記送り軸サーボモータの各位置指令をそれぞれに出
力するNC制御手段、当該各加工を切換える加工切換え
手段、およびタップ加工時におけるねじピッチ変換手段
と、前記主軸サーボモータの回転位置を検出してフィー
ドバックし、当該主軸サーボモータの位置指令との差分
を、この主軸サーボモータの速度指令とする主軸位置制
御手段、および前記主軸サーボモータの回転速度を検出
し、検出された速度と当該主軸サーボモータの速度指令
との差分を、この主軸サーボモータの電流指令とする主
軸速度制御手段と、前記送り軸サーボモータの回転位置
を検出してフィードバックし、加工条件によって選択さ
れた当該送り軸サーボモータの位置指令との差分を、こ
の送り軸サーボモータの速度指令とする送り軸位置制御
手段、および前記送り軸サーボモータの回転速度を検出
し、検出された速度と当該送り軸サーボモータの速度指
令との差分を、この送り軸サーボモータの電流指令とす
る送り軸速度制御手段とを備え、前記各手段を1つのマ
イクロプロセッサにより処理し得るようにしたものであ
る。 〔作   用〕 前記のように構成されるこの発明の加工ユニット制御装
置では、ドリル加工を行う場合、加工切換え手段をドリ
ル側へ切換えておき、タップ加工を行う場合、加工切換
え手段をタップ側へ切換えると共に、ねじピッチ変換手
段に対応させた状態で、それぞれにマイクロプロセッサ
による一連の制御により、次のように作用される。 すなわち、NC制御手段は、NCプログラムを読み出し
て解読し、タップ加工時には、主軸サーボモータに対す
る主軸の位置指令を出力し、ドリル加工時には、同上主
軸サーボモータに対する主軸の位置指令、および送り軸
サーボモータに対するドリル時送り軸の位置指令をそれ
ぞれに出力する。 主軸位置制御手段は、前記主軸サーボモータの回転位置
を検出してフィードバックし、当該主軸サーボモータに
対する前記位置指令との差分を、この主軸サーボモータ
の速度指令とする。 主軸速度制御手段は、前記主軸サーボモータの回転速度
を検出して、この検出された回転速度と当該主軸サーボ
モータの速度指令との差分を、この主軸サーボモータの
サーボアンプへの電流指令とする。 送り軸位置制御手段は、前記送り軸サーボモータの回転
位置を検出してフィードバックし、加工条件によって選
択された当該送り軸サーボモータに対する前記位置指令
との差分を、この送り軸サーボモータのサーボアンプへ
の速度指令とする。 送り軸速度制御手段は、前記送り軸サーボモータの回転
速度を検出して、この検出された回転速度と当該送り軸
サーボモータの速度指令との差分を、この送り軸サーボ
モータの電流指令とする。 このようにして、ドリル加工時にあっては、主軸サーボ
モータ、送り軸サーボモータのそれぞれ位置、および速
度制御を行い、かつこれらの各サーボアンプに電流指令
を出力することによって、被加工物に対するドリル加工
を精度よ(良好に施し得るのであり、タップ加工時にあ
っては、主軸サーボモータ、送り軸サーボモータのそれ
ぞれ位置、および速度の同期制御を行い、これらの各サ
ーボアンプに電流指令を出力することによって、同様に
、被加工物に対するタップ加工を精度よく良好に施し得
るのである。 [実 施 例] 以下、この発明に係る加工ユニット制御装置の一実施例
につき、第1図ないし第3図を参照して詳細に説明する
。 先ず、この発明の制御装置を適用する加工ユニットにつ
いて述べる。 第1図はこの発明の制御装置を適用するための一例とし
て挙げる加工ユニットの概要構成を示す縦断面図である
。 ここで、当該加工ユニットは、この発明の出願人が先に
特願平1−36941号として提案したものである。 同第1図の構成において、加工ユニットは、先端部側に
ヘッドカバー17を固定したハウジングlOの内部の中
心部に、すべり軸受け14を介して中空円筒状のクイル
lが嵌挿されており、当該中空状クイルlは、廻り止め
部材15に係合部1bで係合されて、軸方向にのみ相対
的に摺動可能なように規制され、かつ外周面の適所に所
要範囲に亘って雄ねじ溝18を形成しである。 また、前記中空状クイルl内には、ころがり軸受け13
a、 13bを介して主軸2が回転自在に支承さね、当
該主軸2の先端側は、これらの中空状クイル1および前
記円筒状ハウジング10.ヘッドカバー17を通して先
端側外部に突出され、同先端部に工具取付は用のチャッ
ク、ここではタップ工具19を掴持したチャック18を
装着させてあり、かつ基端部側については、中空状クイ
ル1の基端部から充分に突出され、当該突出された軸部
の外周面上にあって被回転伝達部としての複数条からな
るスプライン溝を軸方向に刻設し、この突出軸部をスプ
ライン軸2aにしである。 そして、前記中空状クイルlの外周囲には、前記ハウジ
ングlOに対し、ころがり軸受け12a、 12bを介
して回転自在にされた第2の中空状ロータ7が嵌挿され
、当該筒2の中空状ロータフの内周面に中空状クイルl
の雄ねじ溝1aに対応する雌ねじ溝78を対向形成させ
、これらの各ねじ溝1a、 7aの相互間内に、循環的
または非循環的にボール16を係合状態で介在させであ
る。 ここで、第2の中空状ロータフにおける雌ねじ溝78の
形成範囲が短い場合には、間離ねじ溝78の終端部まで
ボール16が移動して、当該終端部で回転すべりを生ず
る慣れがあることから、その形成範囲を比較的長くとり
、これらの雄ねじ溝1a、雌ねじ溝78間でのボール1
6の回転すべりを防止するのが好ましい、また、このよ
うに雌ねじ溝7aの形成範囲を長(できないときには、
例えば、通常のボールねじでのように、介在されるボー
ル16を循環し得るようにすればよ(、同様に当該ボー
ル16の回転すべりを阻止できる。さらに、ボール16
の外径をこれらの各雄ねじ溝1a、雌ねじ溝7aの空間
よりも僅かに大きくし、当該各溝内でいわゆる4点接触
させるようにすれば、ここでの中空状クイル1と第2の
中空状ロータ7間に予圧をかけることができて、これら
の両者間の軸方向の間隙、つまりバックラッシュを解消
して、組み上げ状態での剛性が向上する。 また、前記ハウジングlOの内周面と第2の中空状ロー
タ7との間には、前記中空状クイルlを介して主軸2の
前進、後退移動を行うための正逆両方向へ選択的に回転
制御可能にした送り軸サーボモータ8が配設されており
、かつ第2の中空状ロータフの基端部側外周面に、当該
ロータの回転位置、速度を検出するためのエンコーダな
どの第2の位置、速度検出器9を配置させである。 また、前記主軸2の基端側スプライン軸2aの外周囲に
は、前記ハウジングlOに対して、ころがり軸受けll
a、llbを介して回転自在にされた第1の中空状ロー
タ4が嵌挿されており、当該第1の中空状ロータ4の先
端部側内周面には、ボールスプラインスリーブ3がキー
4aによって廻り止め係合されると共に、その内周面上
に回転伝達部としての複数条からなるスプライン溝が軸
方向に刻設され、当該内周スプライン溝とスプライン軸
2aの外周スプライン溝との間に、回転伝達子となる?
j!mのボールを介装させて、この第1の中空状ロータ
4に対してスプライン軸2a、ひいては主軸2自体を軸
方向へ相対的に摺動可能にし、併せて回転方向の駆動力
を伝達し得るようにしている。 さらに、前記円筒状ハウジング10の内周面と第1の中
空状ロータ4との間には、前記主軸2を回転駆動させる
ための正逆両方向へ選択的に回転制御可能にした主軸サ
ーボモータ5が配設されており、かつここでも第1の中
空状ロータ4の基端部側外周面に、当該ロータの回転位
置、速度を検出するためのエンコーダなどの第1の位置
、速度検出器6を配置させである。 すなわち、以上のようにして主軸サーボモータ5と送り
軸サーボモータ8とを同軸上に配置してなるところの、
いわゆる単軸方式による加工ユニットが構成される。 続いて、上記のように構成される加工ユニットの作動態
様について述べる。 まず、主軸サーボモータ5の駆動に伴い、第1の中空状
ロータ4が正方向(または逆方向)に回転されると、ボ
ールスプラインスリーブ3を介して主軸2が正方向(ま
たは逆方向)に回転駆動される。そして、このときの第
1の中空状ロータ4の回転位置、速度は、第1の位置、
速度検出器6により検出され、主軸2の回転駆動制御の
ための位置、速度フィードバックデータとなる。 ついで、前記第1の位置、速度検出器6の検出結果に基
づき、第1の中空状ロータ4の回転に同期、または非同
期した状態で、送り軸サーボモータ8が駆動されると、
今度は、第2の中空状ロータ7が正方向(または逆方向
)に回転され、かつここでも当該第2の中空状ロータフ
の回転位置。 速度は、第2の位置、速度検出器9により検出され、同
様に主軸2の前進作動(または後退作動)ρための位置
、速度フィードバックデークとなる。 しかして、前記送り軸サーボモータ8の駆動で得られる
第2の中空状ロータフの回転力は、雌ねじ溝7a、雄ね
じ溝18間のボール16を介して中空状クイルlに伝達
され、かつ中空状クイル1が円筒状ハウジングlOに対
して、廻り止め部材15により回転規制されているため
に、この中空状クイルlに伝達される回転力が、前進方
向(または後退方向)の作動力に変換されて当該中空状
クイル1自体、ひいては前記主軸サーボモータ5により
回転駆動されている主軸2をそのままで前進(または後
退)移動させる。 のって、ここでは予め設定されている加工制御のための
プログラム、すなわちNC(数値側tn>プログラムに
基づき、前記主軸サーボモータ5と送り軸サーボモータ
8とを同期させて駆動するときは、主軸サーボモータ5
による正転、逆転の各回転駆動と、送り軸サーボモータ
8による前進。 後退の各作動とで、この場合、前記主軸2の先端部チャ
ック18に掴持したタップ工具I9により、被加工物に
対するタップ立て作業を容易に行うことができ、当該加
工作業におけるタップ切り込み速度、タップ立て深さ、
ならびにタップ抜き速度などの各加工状態については、
全て前記した第1゜第2の各位置、速度検出器6.9に
よる各位置、速度フィードバックデータとして制御部に
フィードバックされるのである。 次に、この発明に係る加工ユニット制御装置の一実施例
について述べる。 この発明の制御装置は、−例として挙げた上記構成の加
工ユニットの制御に適用されるが、必ずし5も当該構成
にのみ限定されるものではなく、その適用範囲は、以下
の説明によって自ら明らかになるであろう。 第2図はこの実施例による加工ユニット制御装置の概要
構成を示す機能ブロック図である。 この実施例の制御装置においては、前記NCプログラム
に基づき、前記主軸サーボモータ5と送り軸サーボモー
タ8との作動制御、ならびに前記第1.第2の各位置、
速度検出器6,9からのフィードバックデータの処理を
行う。より一層具体的に述べると、例えば、タップ加工
時にあっては、タップ工具に余分な負担がかからないよ
うに、適正な主軸サーボモータ5の回転速度制御、およ
び送り軸サーボモータ8の送り制御をなし、かつドリル
加工時にあっても、同様にドリル工具、リーマ工具のそ
れぞれに余分な負担がかからないように、適正な主軸サ
ーボモータ5の回転速度制御をなすのである。 以下の説明では、主にタップ加工時の制御処理を中心に
して述べる。 第2図実施例構成において、この制御装置は、1台のマ
イクロプロセッサ20を有し、当該マイクロプロセッサ
20は、次の各手段によって構成される。 すなわち、NC制御器21は、NC言語で記述されたN
Cプログラムを読み取って解読し、タップ加工時には、
主軸サーボモータ5に対する主軸の位置指令Psを出力
し、ドリル加工時には、同上主軸サーボモータ5に対す
る主軸の位置指令Ps、および送り軸サーボモータ8に
対するドリル時送り軸の位置指令Pzdをそれぞれに出
力する。 先ず、主軸位置制御器22は、前記NC制御器21から
出力される主軸の位置指令Psと、主軸サーボモータ5
の第1の位置検出器6からフィードバックされる主軸の
位置データFsとの差を増幅して、主軸サーボモータ5
の速度指令Vsを出力する。主軸速度制御器23は、前
記主軸位置制御器22から出力される主軸の速度指令V
sと、前記第1の位置検出器6からフィードバックされ
る主軸の位置データFsに基づき、主軸速度検出器25
により検出される主軸の速度データVfsとの差を増幅
して、主軸サーボアンプ24に電流指令Isを出力する
。電流指令入力型の主軸サーボアンプ24は、前記主軸
速度制御器23から出力される主軸の電流指令Isを増
幅して、主軸サーボモータ5を回転駆動させるのである
。 また、ねじピッチ変換器26は、前記主軸サーボモータ
5と送り軸サーボモータ8とを同期運転させるために、
前記主軸の位置データFsをピッチ変換した送り軸サー
ボモータ8に対するタップ時送り軸の位置指令Pztを
出力する。タップ・ドリル切換え器27は、タップ加工
時にタップ時送り軸の位置指令Pztを、ドリル加工時
にドリル時送り軸の位置指令Pzdを切換え選択し、選
択された送り軸の位置指令Pzを出力する。 さらに、送り軸位置制御器28は、前記タップ・ドリル
切換え器27から出力される選択された送り軸の位置指
令Pzと、送り軸サーボモータ8の第2の位置検出器9
からフィードバックされる送り軸の位置データFzとの
差を増幅して、送り軸サーボアンプ30の速度指令Vz
を出力する。送り軸速度制御器29は、前記送り軸位置
制御器28から出力される送り軸の速度指令Vzと、前
記第1の位置検出器9からフィードバックされる送り軸
の位置データFzに基づき、送り軸速度検出器31によ
り検出される送り軸の速度データVfzとの差を増幅し
て、送り軸サーボモータ8に電流指令Izを出力する。 電流指令入力型の送り軸サーボアンプ30は、前記送り
軸速度制御器29から出力される送り軸の電流指令rz
を増幅して、送り軸サーボモータ8を回転駆動させる。 そして、前記各制御器、および変換器、切換え器による
一連の処理は、前記1台のマイクロプロセッサ20によ
って時分割に実行させることで、この実施例の制御装置
を適用する加工ユニットにおいては、精度の高いタップ
加工、あるいはドリル加工をそれぞれに無理のない状態
で良好に行い得るのである。 ここで、前記1台のマイクロプロセッサ20による時分
割処理、つまりデータ処理の態様を第3図に示す。 この第3図から明らかなように、主軸、および送り軸の
それぞれに対する各速度制御は、各位置制御に比較して
優先順位が高く、かつ制御時間周期もまだ短い。この理
由は、各サーボモータの速度応答時間が、位置応答時間
に比較して速いことに起因している。 この実施例構成の場合、主軸サーボモータ5および送り
軸サーボモータ8の各速度制御処理時間SVI、SV2
. ・・−・、 ZVI、ZV2.−−−−は、所定時
間tv内に納められ、主軸サーボモータ5.送り軸サー
ボモータ8の順に時分割で交互に処理されており、−軸
に注目すると、その速度制御周期は、2本tvとなる。 また、主軸サーボモータ5および送り軸サーボモータ8
の各位置制御処理時間SPI、 SF3.・・・・ZP
I、ZP2.・・・・は、所定時間tp内に納められ、
主軸サーボモータ5.送り軸サーボモータ8の順に時分
割で交互に処理されており、ここでも−軸に注目すると
、その位置制御周期は、21tpとなる。 従って、これらの2傘tv+2*tpという時間が、モ
ータの応答の時定数より十分に短かければ、アナログ制
御を越える性能が得られるもので、かつその制御が1台
のマイクロプロセッサ処理によるために、特に、経年変
化もなくて位置精度の高い制御作用が可能になるのであ
る。 [発明の効果] 以上詳述したように、この発明に係る加工ユニット制御
装置によれば、加工ユニットによってドリル加工を行う
場合、加工切換え手段をドリル側へ切換えて、マイクロ
プロセッサにより主軸サーボモータ、送り軸サーボモー
タのそれぞれ位置。 および速度制御をなして、これらの各サーボアンプに電
流指令を出力することによって、被加工物に対するドリ
ル加工を精度よ(良好に施し得るのであり、また、タッ
プ加工を行う場合は、加工切換え手段をタップ側へ切換
えると共に、ねじピッチ変換手段に対応して、マイクロ
プロセッサにより主軸サーボモータ、送り軸サーボモー
タのそれぞれ位置、および速度の同期制御をなして、こ
れらの各サーボアンプに電流指令を出力することによっ
て、同様に、被加工物に対するタップ加工を精度よく良
好に施し得るのである。 また、主軸サーボモータ、および送り軸サーボモータを
個々に制御させ、かつタップ加工に対応してねじピッチ
変換手段を配置させていることから、伝導部品の交換な
しにねじピッチの変更が可能で、当該加工ユニットの操
作、取扱いが容易になり、さらには、主軸サーボモータ
、および送り軸サーボモータのそれぞれの速度制御1位
置制御を1台のマイクロプロセッサで処理させるため、
個々の単位ユニットの調整も不要で、結果的にコスト低
減に役立つなどの優れた特長がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の制御装置を適用する一例としての加
工ユニットの概要構成を示す縦断面図であり、また、第
2図はこの発明に係る加工ユニット制御装置の一実施例
による概要構成を示す機能ブロック図、第3図は同上マ
イクロプロセッサによるデータ処理の態様を示す説明図
である。 1・・・・中空状クイル、la・・・・雄ねじ溝、■b
・・・・係合部、   2・・・・主軸、2a・・・・
スプライン軸、 3・・・・ボールスプラインスリーブ、4・・・・第1
の中空状ロータ、 4a・・・・キー5・・・・主軸サ
ーボモータ、 6・・・・第1の位置、速度検出器、 7・・・・第2の中空状ロータ、 7a・・・・雌ねじ溝、  8・・・・送り軸モータ、
9−・・・第2の位置、速度検出器、 10・・・・ハウジング、 11a、 llb、 12a、 12b、 13a、 
13b・・・・ころがり軸受け、 14・・・・すべり軸受け、15・・・・廻り止め部材
、16・・・・ボール、   17・・・・ヘッドカバ
ー18・・・・チャック、   19・・・・タップ工
具、20・・・・マイクロプロセッサ、 21・・・・NC制御器、 22・・・・主軸位置制御
器、23・・・・主軸速度制御器、 24・・・・主軸サーボアンプ、 25・・・・主軸速度検出器、 26・・・・ねじピッチ変換器、 27・・・・タップ・ドリル切換え器、28・・・・送
り軸位置制御器、 29・・・・送り軸速度制御器、 30・・・・送り軸サーボアンプ、 31・・・・送り軸速度検出器、 Ps・・・・主軸の位置指令、 Pzd・・・・ドリル時送り軸の位置指令、Fs・・・
・主軸の位置データ、 Vs・・・・主軸の速度指令、 Vfs・・・・主軸の速度データ、 Is・・・・主軸の電流指令、 Pzt・・・・タップ時送り軸の位置指令、Pz・・選
択された送り軸の位置指令、Fz・・・・送り軸の位置
データ、 Vz・・・・送り軸の速度指令、 Vfz・・・・送り軸の速度データ、 Iz・・・・送り軸の電流指令。 特許出願人 ブラザー工業株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 主軸サーボモータ、および送り軸サーボモータを同軸上
    に配置させて、タップ、ドリルなどの工具を回転駆動さ
    せながら前進または後退作動制御させ得るようにした加
    工ユニットの制御装置であって、 電流指令によって回転駆動される主軸サーボモータ、お
    よび送り軸サーボモータと、 NCプログラムを読み出して、タップ加工時には、前記
    主軸サーボモータの位置指令を出力し、ドリル加工時に
    は、当該主軸サーボモータ、および前記送り軸サーボモ
    ータの各位置指令をそれぞれに出力するNC制御手段、
    当該各加工を切換える加工切換え手段、およびタップ加
    工時におけるねじピッチ変換手段と、 前記主軸サーボモータの回転位置を検出してフィードバ
    ックし、当該主軸サーボモータの位置指令との差分を、
    この主軸サーボモータの速度指令とする主軸位置制御手
    段、および前記主軸サーボモータの回転速度を検出し、
    検出された速度と当該主軸サーボモータの速度指令との
    差分を、この主軸サーボモータの電流指令とする主軸速
    度制御手段と、 前記送り軸サーボモータの回転位置を検出してフィード
    バックし、加工条件によって選択された当該送り軸サー
    ボモータの位置指令との差分を、この送り軸サーボモー
    タの速度指令とする送り軸位置制御手段、および前記送
    り軸サーボモータの回転速度を検出し、検出された速度
    と当該送り軸サーボモータの速度指令との差分を、この
    送り軸サーボモータの電流指令とする送り軸速度制御手
    段とを備え、 前記各手段を1つのマイクロプロセッサにより処理し得
    るようにしたことを特徴とする加工ユニット制御装置。
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