JPH0579459B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工作機械の送り速度制御の応答性
を、可変可能にして、加工精度の向上を図つた工
作機械の送り速度制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来、数値制御工作機械のサーボ機構には、
DCサーボモータの回転量と回転速度を与える指
令パルスと、現実の移動量に対応した帰還パルス
との偏差に応じて、DCサーボモータを速度制御
するクローズドループ方式が採用されている。

このループに於けるサーボループのゲインは、
追従偏差に対する機械の速度の比として表わされ
るものであり、ゲインが大きい程、速応性のよ
い、移動精度の高いサーボ機構が得られる。

しかし、ゲインの値を大きくしすぎると、サー
ボ機構が不安定になり、ハンチングを生じる。ハ
ンチングによる加工精度は、指令速度と関係し、
指令速度が大きい程その精度は悪くなる。

従つて、従来の工作機械におけるサーボループ
のゲインは、加工箇所、加工速度によらず、常に
加工精度が一定の範囲に保持されるように設定さ
れていた。

［発明の解決しようとする問題点］ たとえば、ビデオ装置のリードの加工において
は、工具の要求送り速度と要求加工精度が異な
り、例えば工具を工作物から後退させるときのよ
うに、加工精度はあまり要求されないが工具をで
きるかぎり速く移動させたい箇所と、工具を工作
物に対して切り込むときのように、移動速度は遅
くてもよいが高い加工精度が要求される箇所があ
る。

しかし、従来の様に、ゲインが一定値に固定さ
れていたのでは、必要な箇所における加工精度を
向上させるには、全体的に加工速度を低下させな
ければならず、加工能率が低下する問題がある。

そこで本発明は、指令パルスによる工具の切り
込みを行う加工箇所と後退を行う加工箇所とでゲ
インを調整することによつて、高能率、高精度の
加工を行うことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、工作機械の工具の移動を行う移動軸
の位置と速度を制御する指令パルスと、前記指令
パルスにより駆動される移動体の移動量及び移動
速度を示す帰還パルスを入力する偏差カウンタを
有し、該偏差カウンタの出力に応じて前記駆動軸
を速度制御する工作機械の送り速度制御装置にお
いて、 前記工具が工作物に対して切り込む方向に指令
パルスを与えるときに前記偏差カウンタの出力に
対する前記移動体の速度の比として表されるサー
ボループのゲインを高利得に調整し、前記工具が
工作物に対して後退する方向に指令パルスを与え
るときに前記サーボループのゲインを低利得に調
整するゲイン調整手段を設けた工作機械の送り速
度制御装置である。

ゲイン調整装置は、前記サーボループのゲイン
を可変可能に制御できる増幅回路である。

たとえば、演算象増幅器で増幅回路を構成した
場合、反転入力端子への帰還量を制御することで
実現できる。又、さらには、サーボループに設け
られているDA変換器の利得を変化させても良
い。ゲイン調整装置は、速度信号フイールドバツ
クループの中に入れても、位置信号フイールドバ
ツクループに入れても良い。

前記ゲインの可変方法は、該ゲインを段階的に
調整してもよいし、連続的に調整してもよい。
又、ゲインを可変する制御信号を出力する制御部
をゲイン調整装置に含めても良い。

［作用］ ゲイン調整装置は、ゲイン制御信号に対応し
て、偏差カウンタの出力に対する移動体の速度比
であるサーボループのゲインを調整する。この結
果、加工箇所、加工速度に応じて、サーボループ
のゲインを変化させることができ、従つて最適な
加工を行うことができる。

また、偏差が零近傍になつた時に、ゲインの切
換えが行われるため、ゲイン切換時にサーボ系が
不安定になることもない。

［実施例］ 以下、本発明を具体的な実施例に基づいて更に
詳しくのべる。

本実施例は、VTRのシリンダーにリード部を
配設する加工機に適用したものである。

第４図は、前記リード部の加工工程を示すタイ
ミングチヤートであり、同図ａはデータ入力装置
からの指令速度の時間経過を示し、同図ｂは該指
令速度に対応して加工工具の送り軸であるＹ軸駆
動モータの回転速度を示す。同図ｄは加工材が加
工された後の、加工面を側面図として展開したも
のであり、点Ａと点Ｂは同一点であり、直線CD
で示される加工面は加工精度が重要であり、点Ｄ
より点Ｅに至る加工面は、比較的精度が粗でよい
が工具を急速に後退させることが要求される加工
面である。

前述した理由により、本実施例は直線CDで示
される箇所を580rpmの指令速度に対し、高ゲイ
ンのサーボ制御で加工し、点Ｄより点Ｅに至る箇
所は、2400rpmの指令速度に対し、低ゲインのサ
ーボ制御で加工しようとするものである。

具体的には、前記高ゲイン、前記低ゲインの設
定は、ハンチング現象、加工精度、加工速度、加
工工具、及び加工材の材質等により設定される。

従来技術の場合は、前記サーボループのゲイン
が可変不能のために以下に述べる様な問題点が起
きる。例えば、前記サーボループのゲインを高ゲ
インにすれば、直線CDの部分は、製品が必要と
する加工精度は満足されるのであるが、点Ｄ乃至
点Ｅに至る加工部は高速戻り加工であるため、ハ
ンチング現象が大きくなり、所定の加工精度が得
られず、所定の加工精度を得るには、戻り加工の
指令速度に遅くしなければならず、そうすると、
加工時間が長くなる。

一方、加工時間を短くしようとすると、点Ｄ乃
至点Ｅに至る加工部を満足するようなサーボルー
プのゲイン設定、つまり低ゲインの設定が必要と
なり、その結果、速応性が悪くＣ点の位置決め、
直線性等が悪くなり直線CDの部分の加工精度は
所定の加工精度を満足しない。

第１図は本発明の具体的な一実施例に係る工作
機械の送り速度制御装置のブロツクダイアグラム
である。

本発明の実施例制御装置は、Ｙ軸制御により加
工工具８３を移動し、主軸モータ８４に回転され
る加工材８６を加工しようとするものである。前
記主軸モータ８４の回転変位はパルスジエネレー
タ８５により検出され、インタフエース５６を介
してマイクロコンピユータ５２に入力される。前
記パルスジエネレータ８５は、Ｙ軸送りモータ８
１がボールネジ８２を回転して送る加工工具８３
の送り指令と、加工材８６の加工開始点との同期
信号（又はスタート信号）を得るために配設す
る。

ゲイン調整装置１０は、前記マイクロコンピユ
ータ５２から制御信号により、サーボループのゲ
インを調整する帰還回路１２、同１３と、アナロ
グ増幅器１１より成る。前記ゲイン調整装置１０
から入力した信号により、Ｙ軸速度制御回路８０
は、前記Ｙ軸送りモータ８１を駆動する。

前記Ｙ軸送りモータ８１の回転変位信号と、デ
ータ入力装置５１で設定されたデータに応じて移
動指令パルスを出力するパルス発生器５４、から
の信号を入力する偏差カウンタ６０は、加減算カ
ウンタから構成される。

前記偏差カウンタ６０の状態を検出する検出回
路６１は、該検出結果に応じて、インタフエース
５５を介して、前記マイクロコンピユータ５２に
出力する。

前記偏差カウンタ６０の出力信号は、DA変換
器７０でアナログ信号に変換された後、前記ゲイ
ン調整値１０に入力される。

記憶装置５３は、前記マイクロコンピユータ５
２がイタンフエース５５、同５６を介して入力し
た信号を記憶したり、該信号を処理するためのデ
ータを記憶する。

本実施例は、工具の切り込み時に精密切削加工
をし、該工具の後退時に普通級切削加工を行なう
目的のために実現したものである。

第２図は、本実施例に係る工作機械の回転速度
制御装置に使用されるマイクロコンピユータの処
理を示すフローチヤートである。

第３図は同実施例のタイミングチヤートであ
り、以下、第２図、第３図及び第４図を用いて、
本実施例の作用を説明する。

主軸モータ８４の回転変位が原点位置を通過す
ると、主軸変位検出器８５は原点パルスを発す
る。つまり、本実施例は、主軸が１回転する間
に、工具の切り込み、後退を繰り返すプログラム
である。

主軸が原点位置を通過したことにより、加工の
スタート信号が発せられると、コンピユータ５２
は、インタフエース５６を介して、ゲイン調整装
置１０に、高利得設定の制御信号を出力する。即
ちスイツチング素子１４はターンオンし、同素子
１５はターンオフする。

ステツプ100が実行されると、次ステツプ102に
進み、主軸の回転が原点位置を通過し、所定の角
度α分だけ回転したと判断されると（ステツプ
104）、前進切削送り制御信号、つまり切込みパル
ス、をｔ＝T1より出力すべくパルス発生器５４
を作動させる。第４図ａ，ｂ，ｄ この時点より偏差カウンタ６０に指令パルスが
供給されるとともに、フイードバツクパルスが供
給され、所定の両者の偏差に応じて送りが実行さ
れる。そして、区間Ｃ〜Ｄにおける指令パルスと
フイードバツクパルスの偏差量が偏差カウンタ６
０にて計算され、この偏差分だけ工具が移動して
ゆき、偏差カウンタ６０内の指令パルスとフイー
ドバツクパルスとの偏差量が零近傍となると、偏
差カウンタ６０の偏差量をカウンタする検出回路
６１の出力によつて、工具が指令パルスで指令さ
れた移動量だけ移動したと判断して（ステツプ
106）、該検出回路６１は、コンピユータ５２に、
前記ゲイン調整装置１０の利得を低利得に変更す
るために制御信号を出力し、前記ゲイン調整装置
１０のスイツチング素子１４をターンオフし、同
１５をターンオンすることで、利得を大から小に
変更する。（ステツプ108） その後、工具後退時の切削加工用の指令パルス
が出力され（第４図ａ）、工具は後退加工をする
（ステツプ110）。所定の移動による加工が実行さ
れ、区間Ｄ〜Ｅにおける偏差カウンタ６０の偏差
量が零近傍となつて検出回路６１にてその零近傍
値が検出されると、ステツプ112で工具の移動が
完了したと判断され、コンピユータ５２により、
前記ゲイン調整装置１０の利得が、前進精密加工
のための高利得に切替えが行なわれる。

その後プログラムは、ステツプ100に戻る。

本実施例によると、寸法精度の要求される比較
的低速送りの切り込み送り時には、速度誤差増幅
回路の利得を大にすることで、充分満足のできる
高精度加工ができ、比較的寸法精度が粗でよく、
高速加工の後退切削送り時には、前記速度誤差増
幅回路の利得を小にすることで、ハンチング現象
を起こすことなく高速後退送りが可能となる。ハ
ンチング現象が非常に小さくなり、充分な加工精
度が得られる。特に、直線CDの加工部（第４図
ｄ）の加工開始部は、低速、高ゲイン設定によ
り、立ち上りのよい加工ができる。また、点Ｄ乃
至点Ｅに至る加工部は、低ゲインの設定により所
定の精度の高速加工ができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、工具が工作物に対して切れ込
む方向に指令パルスを与えるときにサーボループ
のゲインを高利得に調整し、工具が工作物に対し
て後退する方向に指令パルスを与えるときにサー
ボループのゲインを低利得に調整するゲイン調整
手段を設けたので、切り込みを行う加工箇所と後
退を行う加工箇所とで、送りの精度を維持し、送
りの速度と加工精度を共に両立させ、高能率、高
精度の加工を行うことが可能となつた。

また、指令位置と現在位置との間の偏差が零近
傍になつたことを検出してゲインを切換えるよう
にしているので、ゲイン切換時にサーボ系が不安
定になることがない利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的１実施例に係る工作機
械の送り速度制御装置の構成を示したブロツクダ
イアグラムである。第２図は同実施例において使
用した計算機の処理するプログラムを示したフロ
ーチヤートであり、第３図、第４図は同実施例の
作動を説明するタイミングチヤートである。 １０……ゲイン装置、１１……増幅器、１２…
…高ゲイン帰還回路、１３……低ゲイン帰還回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 工作機械の工具の移動を行う駆動軸の位置と
   速度を制御する指令パルスと、前記指令パルスに
   より駆動される移動体の移動量及び移動速度を示
   す帰還パルスとを入力して前記指令パルスと帰還
   パルスの偏差に応じたパルスを出力する偏差カウ
   ンタを有し、該偏差カウンタの出力に応じて前記
   駆動軸を制御する工作機械の送り速度制御装置に
   おいて、前記工具が工作物に対して切り込む方向
   に指令パルスを与えるときに前記偏差カウンタの
   出力に対する前記移動体の速度の比として表され
   るサーボループのゲインを高利得に調整し、前記
   工具が工作物に対して後退する方向に指令パルス
   を与えるときに前記サーボループのゲインを低利
   得に調整するゲイン調整手段を設けた工作機械の
   送り速度制御装置。