JPH07171740A - 送りねじ機構の原点位置設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特にメンテナンスが必要な部品の設置を必要
とせず、自動操作によって容易に原点の設置を行え、か
つ温度変化，衝撃，ゴミの付着等の影響を受けず高精度
に送りねじ機構の原点位置をＮＣ装置に設定することを
可能とする。 【構成】 数値制御装置によってサーボモータ４を制御
し、該サーボモータ４からの回転力を軸受３で支持され
た送りねじ１に伝達して該送りねじ１を回転し、この回
転運動を送りねじ１に螺合したナット部材６の直線運動
に変換する数値制御工作機械の送りねじ機構において、
ナット部材６を軸受３に当接するまで直進させ、該ナッ
ト部材６と軸受３との当接によりサーボモータ４の負荷
が所定の値を越えた後、送りねじ１を逆転してナット部
材６を後退させるとともに送りねじ１の所定の回転位置
をエンコーダ５で検出し、その検出時点のナット部材６
の位置を該送りねじ機構の原点位置として数値制御装置
に記憶させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、数値制御工作機械にお
いて主軸や刃物台等の駆動手段として設置されている送
りねじ機構の原点位置設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】数値制御（以下、「ＮＣ」と省略する）
された工作機械に設置されている送りねじ機構は、サー
ボモータからの駆動力によって送りねじが回転し、この
回転にともない送りねじに螺合するナット部材が直線運
動する構成となっている。

【０００３】さて、ＮＣ工作機械ではワークの加工寸法
をあらかじめＮＣ装置に記憶しておき、その記憶してあ
る寸法にしたがって送りねじ機構を駆動制御しているこ
とは周知のとおりである。ここで、ＮＣ装置は特定の原
点を基準として送りねじ機構を駆動制御している。した
がって、ＮＣ工作機械では、送りねじ機構の制御にあた
って、あらかじめ同機構の原点位置を設定しておく必要
がある。

【０００４】図２〜図４はそれぞれ従来の送りねじ機構
の原点位置設定方法を説明するための図である。図２に
示す方法（本明細書においては、「リミットスイッチ方
式」と呼ぶ）は、送りねじ機構の原点に到達するより任
意の距離だけ前の位置でナット部材１０１とプローブ１
０２ａが接触するようにリミットスイッチ１０２を設け
ておき、直進してきたナット部材１０１がこのリミット
スイッチのプローブ１０２ａに接触したとき、リミット
スイッチ１０２からＮＣ装置（図示せず）に検出信号を
出力するようにしてある。

【０００５】そして、ＮＣ装置がリミットスイッチ１０
２からの検出信号を入力したとき、ＮＣ装置からサーボ
モータ１０３へ制御信号が出力され、送りねじ１０４の
回転を減速させる。次いで、リミットスイッチ１０２上
をナット部材１０１が通過してプローブ１０２ａから離
間したとき（リミットスイッチ１０２からの検出信号が
断たれたとき）、その時点を起点として、サーボモータ
１０３に併設してあるエンコーダ１０５が最初に検出し
た原点位置を送りねじ機構の原点位置としてＮＣ装置に
設定する方法であった。

【０００６】また、このリミットスイッチ方式の変形と
して、操作員の手動操作により送りねじ１０４を回転し
てリミットスイッチのプローブ１０２ａにナット部材１
０１を接触させ、その時点を起点としてエンコーダ１０
４が最初に検出した原点位置を送りねじ機構の原点位置
としてＮＣ装置に設定する方法もあった。

【０００７】図３に示す方法（本明細書においては、
「マーク合わせ方式」と呼ぶ）では、送りねじ機構の原
点Ｏ（あらかじめ任意の地点に設定してある）からＬの
距離に位置する地点に位置決め用のマークＰを設けてあ
る。そして、操作員が手動操作によってナット部材１０
１をこのマークＰ地点へと直進させ、目視によりナット
部材１０１の基準端１０１ａをマークＰ地点に位置決め
する。このようにして位置決めされたナット部材１０１
の位置から距離Ｌの地点を原点位置としてＮＣ装置に設
定する方法がマーク合わせ方式である。

【０００８】図４に示す方法（本明細書においては、
「押し当て方式」と呼ぶ）では、機械端１０６から任意
の距離Ｌの地点に送りねじ機構の原点Ｏをあらかじめ設
定してある。そして、ナット部材１０１を低速度で直進
させて機械端１０６に押し当てる。このようにしてナッ
ト部材１０１が機械端１０６に当接した位置からＬの距
離に位置する地点を原点位置としてＮＣ装置に設定する
方法が押し当て方式である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の送りね
じ機構の原点位置設定方法には、次のような問題があっ
た。まず、リミットスイッチ方式では、送りねじ機構に
リミットスイッチ１０２の設置が必要となる。送りねじ
機構はＮＣ工作機械の内部空間に設けられているため、
その周囲には障害物や可動部材が多く、これらの障害物
や可動部材にリミットスイッチ１０２から延出した導線
が引掛かって断線したり、送りねじ機構の駆動に伴う振
動等によりリミットスイッチ１０２が破損したりするお
それがあった。このようにリミットスイッチ１０２の破
損や導線の断線が生じると面倒な修理や交換等が必要と
なり、しかも復旧までの間、ＮＣ工作機械を稼働するこ
とができなくなるので作業能率が低下するという問題が
あった。

【００１０】また、操作員の手動操作を要求する方法で
は、その操作が煩雑であり操作性が悪いという問題があ
った。

【００１１】マーク合わせ方式の場合も操作員の手動操
作を要求するため、煩雑で操作性が悪いという問題があ
った。また、マークＰ地点へのナット部材１０１の位置
決めは、操作員の目視によって行われるため正確さを欠
く。しかも、マークＰの位置から原点までの距離は、温
度変化等による送りねじの膨張，収縮によって変化する
ため、当該距離とＮＣ装置内にあらかじめ記憶させてあ
る距離Ｌとの間にずれを生じるおそれがあった。このよ
うなことから、送りねじ機構の原点位置を高精度に設定
することができなかった。

【００１２】同様に、押し当て方式の場合も、機械端１
０６から送りねじ機構の原点位置までの距離が温度変化
等によって変化するため、当該距離とＮＣ装置内にあら
かじめ記憶させてある距離Ｌとの間にずれを生じるおそ
れがあった。しかも、同方式では、ナット部材１０１を
機械端１０６に押し当ててその位置から送りねじ機構の
原点を算出するので、押し当てた際にナット部材１０１
や機械端１０６にミクロンオーダーの収縮がある。さら
に、押し当て面に切粉等のゴミが付着するおそれもあ
り、これら全ての要因が、ナット部材１０１の停止位置
から原点までの距離に誤差を生む結果となり、送りねじ
機構の原点を高精度に設定することができなかった。

【００１３】本発明はこのような従来の問題に鑑みてな
されてもので、特にメンテナンスが必要な部品の設置を
必要とせず、自動操作によって容易に原点の設置を行
え、かつ温度変化，衝撃，ゴミの付着等の影響を受けず
高精度に送りねじ機構の原点位置をＮＣ装置に設定する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の送りねじ機構の原点位置設定方法は、数値
制御装置によってサーボ駆動源を制御し、該サーボ駆動
源からの回転力を軸受で支持された送りねじに伝達して
該送りねじを回転し、この回転運動を送りねじに螺合し
たナット部材の直線運動に変換する数値制御工作機械の
送りねじ機構において、ナット部材を軸受に当接するま
で直進させ、該ナット部材と軸受との当接によりサーボ
駆動源の負荷が所定の値を越えた後、送りねじを逆転し
てナット部材を後退させるとともに送りねじの所定の回
転位置を検出手段で検出し、その検出時点のナット部材
の位置を該送りねじ機構の原点位置として数値制御装置
に記憶させることを特徴としている。

【００１５】

【作用】上述した本発明は、送りねじ機構のナット部材
が軸受に当接して停止した位置を起点として送りねじ機
構の原点位置を検出しているので、リミットスイッチ等
のメンテナンスが必要となる部品を必要としない。ま
た、ナット部材と軸受とが当接して停止した後、ナット
部材を後退させて原点位置を検出するので、当接による
ミクロンオーダーの収縮や当接面へのゴミの付着によっ
て検出精度が影響を受けない。しかも、エンコーダー等
の検出手段によって実際に検出した送りねじの位置を送
りねじ機構の原点位置としてＮＣ装置に設定するので、
検出した原点位置とＮＣ装置内に設定した原点位置との
間に誤差を生じることがなく、繰り返して原点設定して
もバラツキが生じない。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の送りねじ機構の原点位置設
定方法に係る実施例を説明するための図で、主軸台摺動
型ＮＣ旋盤の主軸台の送りねじ機構及びその周辺部の構
成を示している。同図に示した送りねじ機構は、ＮＣ旋
盤の主軸駆動手段として同ＮＣ旋盤に組み込まれている
もので、送りねじ１を主軸２の直進軌道に沿って配設し
てある。送りねじ１は両端部が軸受３によって回転自在
に支持されており、かつ基端部にサーボモータ（サーボ
駆動源）４が連結されている。

【００１７】サーボモータ４は、ＮＣ装置１１によって
制御され、同装置からの駆動指令１２に基づいて送りね
じ１を回転させる。このサーボモータ４には、回転軸に
作用する負荷を検出するための負荷検出器１３がＮＣ装
置１１のドライバーの一部として付設されている。負荷
検出器１３としては、例えばサーボモータ４の内部コイ
ルに流れる電流値を検出する電流計が適用できる。この
負荷検出器１３はＮＣ装置１１に接続されており、サー
ボモータ４の回転軸にどの程度の負荷が作用しているか
という情報（負荷情報）１４をＮＣ装置１１に伝える。

【００１８】さらに、サーボモータ４には、送りねじ１
の回転位置検出手段としてのエンコーダ５が併設してあ
る。このエンコーダ５は送りねじ１とともに回転し、送
りねじ１の回転位置、すなわち任意に定めた起点からの
回転数及び回転角度を高精度に検出する。このエンコー
ダ５もＮＣ装置１１に接続されており、検出した送りね
じ１の回転位置を回転位置検出信号１５としてＮＣ装置
１１に出力する。

【００１９】また、送りねじ１にはナット部材６が螺合
している。一般に、送りねじ１とナット部材６には、ボ
ールねじ及びナットが採用されている。ナット部材６
は、主軸２を載置する主軸台７の底面に固着され、該主
軸台７と一体になっている。主軸台７は、送りねじ１に
沿って配設した案内レール（案内部材）８に摺動自在に
支持されている。この案内レール８による主軸台７の支
持により、主軸台７に固着したナット部材６は軸中心の
回転が規制されている。

【００２０】上述した構成において、サーボモータ４の
回転力を送りねじ１に伝達して該送りねじ１を回転させ
ると、送りねじ１に螺合したナット部材６が主軸台７と
ともに送りねじ１の軸方向（図１の左右方向）に直線運
動する。いま、ナット部材６を無制限に前進（同図の右
方向へ直進）させると、ナット部材６は軸受３に当接し
てそれ以上の前進動作は妨げられ、該当接地点で停止す
る。

【００２１】本実施例では、上記ナット部材６及び軸受
３における互いの当接面にストッパ６ａ，３ａを設けて
ある。このストッパ６ａ，３ａは、ナット部材６が軸受
３に当接したときの衝撃を吸収するための部材であり、
好ましくは加圧に対して変形量の少ない硬質ゴム等の材
料で形成する。

【００２２】また、本実施例においてＮＣ装置１１は、
サーボモータ４の駆動指令１２、負荷検出器１３からの
負荷情報１４に基づきナット部材６と軸受３の当接時点
の検出、エンコーダ５からの回転位置検出信号１５に基
づく原点位置の設定を行う。すなわち、ＮＣ装置１１に
は少なくとも２種類の制御モードが設けられている。そ
の一は、送りねじ機構の原点位置設定モード（以下、単
に「原点設定モード」という）であり、該モードが選択
された場合には、サーボモータ４を低速度，低トルクで
回転させる。他の一は、加工モードであり、このモード
において通常の加工作業が行われる。

【００２３】次に、上述した送りねじ機構の原点位置設
定方法を説明する。なお、本方法はＮＣ装置を原点設定
モードに切換え、スタート信号を与えることによって自
動的に行われる。まず、サーボモータ４を順方向（ナッ
ト部材６を前進させる方向）に低速度，低トルクで回転
させ、この回転力を送りねじ１に伝達することにより、
該送りねじ１を低速度，低トルクで回転させる。送りね
じ１の回転にともない、ナット部材６は送りねじ１の軸
方向に前進する。

【００２４】ナット部材６の前進動作は、送りねじ１の
先端を支持する軸受３に該ナット部材６が当接して停止
するまで続ける。このとき、送りねじ１は低速度，低ト
ルクで回転しているので、ナット部材６及び軸受３に与
える衝撃は少なく、しかもナット部材６と軸受３との間
にはストッパ６ａ，３ａが介在しているので、これらの
ストッパ６ａ，３ａが衝撃を吸収し、両部材の損傷が防
止される。

【００２５】軸受３にナット部材６が当接してもなおサ
ーボモータ４から送りねじ１に回転力が伝えられると、
その回転力の反作用によってサーボモータ４の回転軸に
過大な負荷トルクが働くことになる。そこで、負荷検出
器１３によってサーボモータ４の回転軸に作用する負荷
トルクを検出し、該負荷トルクがあらかじめ定めた所定
値を超えたときサーボモータ４を停止させる。

【００２６】続いて、サーボモータ４を低速度で逆方向
に回転させ、この回転力を送りねじ１に伝達することに
より、送りねじ１を低速度で逆方向に回転させる。送り
ねじ１の逆転動作に伴い、ナット部材６は軸受３との当
接位置から低速度で後退する。同時に、ナット部材６が
軸受３に当接していた位置を起点として、ナット部材６
の後退動作中における送りねじ１の回転位置をエンコー
ダ５によって監視する。そして、エンコーダ５が最初の
原点を検出した時点の回転位置検出信号１５によってナ
ット部材６の現在位置を送りねじ機構の原点位置として
ＮＣ装置に記憶する。以上により送りねじ機構の原点位
置がＮＣ装置に設定され、以後の加工動作はこの原点位
置を基準に行われる。

【００２７】なお、本発明は上述した実施例に限らず、
本発明の技術的思想に含まれる範囲で種々の変形又は応
用が可能である。例えば、本発明の方法は、主軸台の原
点位置の設定ばかりではなく、刃物台等の送りねじ機構
を有するＮＣ工作機械の送り機構の原点位置の設定に適
用が可能である。また、本発明方法に用いる検出手段と
しては、エンコーダに限らず、送りねじの回転位置を検
出できる種々の公知手段を用いることができる。さら
に、ナット部材の軸受との当接位置、すなわち起点から
どの程度送りねじが回転した位置を原点とするかは任意
に決めることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る送りねじ機構の原点位置設定方法によれば、特に
メンテナンスが必要な部品の設置を必要とせず、自動操
作によって容易に原点の設置を行え、かつ温度変化，衝
撃，ゴミの付着等の影響を受けず高精度に送りねじ機構
の原点位置をＮＣ装置に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の送りねじ機構の原点位置設定方法に係
る実施例を説明するための正面図である。

【図２】従来の送りねじ機構の原点位置設定方法である
リミットスイッチ方式を示す説明図である。

【図３】従来の送りねじ機構の原点位置設定方法である
マーク合わせ方式を示す説明図である。

【図４】従来の送りねじ機構の原点位置設定方法である
押し当て方式を示す説明図である。

【符号の説明】

１：送りねじ ２：主軸 ３：軸受 ４：サーボモータ ５：エンコーダ（検出手段） ６：ナット部材 ７：主軸台 ８：案内レール １１：ＮＣ装置 １３：負荷検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 数値制御装置によってサーボ駆動源を制
   御し、該サーボ駆動源からの回転力を軸受で支持された
   送りねじに伝達して該送りねじを回転し、この回転運動
   を前記送りねじに螺合したナット部材の直線運動に変換
   する数値制御工作機械の送りねじ機構において、前記ナ
   ット部材を前記軸受に当接するまで直進させ、該ナット
   部材と軸受との当接により前記サーボ駆動源の負荷が所
   定の値を越えた後、前記送りねじを逆転して前記ナット
   部材を後退させるとともに前記送りねじの所定の回転位
   置を検出手段で検出し、その検出時点のナット部材の位
   置を該送りねじ機構の原点位置として数値制御装置に記
   憶させることを特徴とした送りねじ機構の原点位置設定
   方法。