JPS6144620B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は適応化工作機械に係り、特に数値制御
（以下NCと称する）工作機械を極めて容易に適応
化することができる適応化工作機械に関するもの
である。 従来のNC工作機械の一例として旋盤を例にと
つて説明すると、概略第１図に示すような構成と
されていた。すなわち、図おいて符号１で示すも
のは工作機械本体で、その上部には割り出し可能
な６角刃物台が取付けられた工作機械用テーブル
２が載置されている。この工作機械用テーブル２
の側方にはサーボモータ３が取付けられており、
このサーボモータ３の側面にはパルス発生器４が
取付けられている。符号５で全体を示すものは
NC装置で、紙テープ等によつてパンチされた数
値化情報によつてサーボモータ３を駆動し、工作
機械のテーブル２等の位置を制御する。 通常のNC装置による制御ではサーボモータ３
の動作はパルス発生器４の動きと連動されてお
り、サーボモータ３の動作はパルス発生器４より
の信号であるフイードバツクパルス信号６によつ
て監視されている。 また、通常のNC工作機械ではフイードバツク
パルス信号６はNC装置５の内部で偏差カウンタ
７のFV変換器（周波数電圧変換器）８とに直接
入力される。この偏差カウンタ７は紙テープ等の
数値化情報に従つて被加工物と工具との相対位置
を変化させる位置指令信号９とフイードバツクパ
ルス信号６との差をカウントし、カウント結果は
DA変換器１０に入力されたアナログ電圧信号に
変換された後、加算器１１に供給される。FV変
換器８に入力されたフイードバツクパルス信号６
は、FV変換され、サーボモータ３の回転速度に
比例したアナログ電圧に変えられる。これら２つ
のアナログ電圧は加算器１１によつて加減算さ
れ、その結果の偏差電圧はサーボアンプ１２への
入力信号となり、サーボアンプ１２で増幅されサ
ーボモータ駆動信号１３となり、サーボモータ３
を駆動する。 従つて、位置指令信号９によつてサーボモータ
３は駆動され、工作機械のテーブル２は位置決め
される。なお、NC工作機械では一般に２ないし
３個の制御軸を有するが、説明を簡単にするた
め、第１図ではＸ軸のみのサーボ駆動部を示し、
１軸のみについて説明した。 ところで、以上のように構成された従来のNC
制御装置においては、時々刻々変化する切削条件
や外部環境の変化に対して工具と工作物の関係位
置を予めプログラムされた数値化情報に従う所要
の関係に保つことはできないという欠点があつ
た。 この発明の目的は、切削条件や外部環境の変化
に対して、装置内部の変更をせずに適応し、NC
工作機械の切削力や加工寸法の変化を自動的に補
正することができるように構成された適応化工作
機械を提供するところにある。 以下、図面を参照してこの発明の実施例につい
て説明する。 第２図〜第５図は、この発明の一実施例を説明
するための図であり、図中、第１図の各部と対応
する部分には同一の符号を付しその説明を省略す
る。 第２図において符号１４で示すものはパルス数
投入削除回路であり、パルス発生器４からのフイ
ードバツクパルス信号６が補正パルス発生回路１
５より出力される補正パルス１６とともに入力さ
れる。この結果、パルス数投入削除回路１４では
フイードバツクパルス信号６から補正パルス１６
を加算または削除した後、補正後のフイードバツ
クパルス信号１７として第１図と同様にNC装置
５の内部に設けたサーボアンプ１２，加算器１
１，DA変換器１０，FV変換器８，偏差カウンタ
７，および位置指令信号９等で構成されるサーボ
モータ駆動装置に入力するように構成されてい
る。なお、補正パルス発生回路１５の補正パルス
発生処理については後述する。 第３ａ図は、パルス数投入削除回路１４の要部
の構成を示すブロツク図であり、第４図は同回路
の各部の波形を示す波形図である。 第４図に示すφ１，φ２は各々一定周期、一定
周波数のタイミングパルスであり、図示せぬタイ
ミング回路から常時出力される。このタイミング
パルスφ１，φ２は、図示のように位相が1/4周
期ずれるように設定されている。次に、同図に示
す６ａ，６ｂは、各々フイードバツクパルス信号
６を示しており、この図に示すようにフイードバ
ツクパルス信号６は位相が1/4周期ずれた２相の
パルス信号からなつている。このような２相のパ
ルスは、一般に用いられる２相式パルスエンコー
ダ等をパルス発生器４として用いれば容易に得ら
れるパルスであり、回転方向（この場合はサーボ
モータ３の回転方向）によつて進相と遅相とが入
れ代わるようになつている。 第３ａ図に示す方向判別パルス出力回路６ａ
は、入力パルス６ａ，６ｂの位相関係からサーボ
モータ３の回転方向を判別し、正回転であればタ
イミングパルスφ１に同期した出力パルス６ｃ
を、逆回転であればタイミングパルスφ１に同期
した出力パルス６ｄを各々出力する回路である。
この場合、回転方向の判別は、例えば、入力パル
ス６ａの立ち上がり時に入力パルス６ｂが低レベ
ルであれば正回転、高レベルであれば逆回転と判
定する。なお、入力パルス６ｂの立ち上がり時
や、入力パルス６ａ，６ｂの立ち下がり時を基準
にして判別することも可能であ。また、方向判別
パルス出力回路６ｅにおける出力パルス６ｃ，６
ｄの作成処理は以下の通りである。 すなわち、第４図に示すように、出力パルス６
ｃあるいは６ｄは、入力パルス６ａ，６ｂのレベ
ルの組み合わせ状態、（０，０），（１，０），
（１，１），（０，１）が変化した時点以降におい
て、最初に出力されるタイミングパルスφ１のみ
を出力パルス６ｃあるいは６ｄとして出力するよ
うにしている。したがつて、入力パルス６ａある
いは６ｂの１周期の間には、出力パルス６ｃある
いは６ｄが４パルスだけ出力される。これは、サ
ーボモータ３の回転速度によつて入力パルス６
ａ，６ｂの周期が変化した場合においても、移動
量検知信号としての出力パルス６ｃ，６ｄの数
を、常に移動量に正確に対応さるためである。そ
して、回転方向を判別することにより、正回転時
には第４図イに示すように出力パルス６ｃが出力
され、逆回転時には第４図ロ，ハに示すような出
力パルス６ｄが出力されるようになつている。 次に、第３ａ図に示す１９は、リング状に結合
された４ビツトの双方向シフトレジスタであり、
前述した出力パルス６ｃがオアゲート１８ａを介
して右シフト信号として、出力パルス６ｄが左シ
フト信号として供給されている。このリング状双
方向シフトレジスタ１９の内部データは、初期状
態においては「0110」が設定されるようになつて
おり、また、出力端QB，QCからフイードバツク
パルス信号２０，２１が各々出力されるようにな
つている。このフイードバツクパルス信号２０，
２１は前述したフイードバツクパルス信号１７を
構成するパルスである。 ここで、フイードバツクパルス信号２０，２１
について説明する。まず、サーボモータ３が正転
し、第４図イに示すように出力パルス６ｃが出力
されているとすると、リング状双方向シフトレジ
スタ１９は内部データを右にシフトする。そし
て、第４図に示す時刻t₁において内部データが
「1100」であつたとすると、以後、出力パルス６
ｃが供給される毎に、「0110」→「0011」→
「1001」とシフトされる。したがつて、出力端QB
から出力されるフイードバツクパルス信号２０
は、出力パルス６ｃが２パルス供給される毎にそ
のレベルが反転し、図示のような波形になる。ま
た、出力端QCから出力されるフイードバツクパ
ルス信号２１は、フイードバツクパルス信号２０
より１ビツト遅く変化するから、同図イに示すよ
うにフイードバツクパルス信号２０を１ビツト遅
れて追従する波形となる。すなわち、フイードバ
ツクパルス信号２０，２１は互いに1/4波長ずれ
た信号となる。 一方、サーボモータ３が逆回転しているとき
は、同図ハに示すように出力パルス６ｄが出力さ
れるから、リング状双方向シフトレジスタ１９は
内部データを左にシフトする。この場合において
も、フイードバツクパルス信号２０，２１は各々
出力パルス６ｄが２パルス出力される毎にそのレ
ベルが反転するが、この左シフトの場合は、フイ
ードバツクパルス信号２１の方がフイードバツク
パルス信号２０より１ビツト速く変化する。すな
わち、サーボモータ３の正転時と逆転時とでは、
フイードバツクパルス信号２０と２１の進遅関係
が逆になる。そして、上記説明から判るように、
フイードバツクパルス信号２０と２１の進遅関係
は、サーボモータ３がいづれの方向に回転してい
るかを示している。このフイードバツクパルス信
号２０，２１は、補正後のフイードバツクパルス
１７としてFV変換器８および偏差カウンタ７に
供給されると、これらの内部において１相のパル
ス信号に変換される。この１相パルスへの変換
は、フイードバツクパルス２０，２１の各々の状
態が変化する毎に１パルスを発生する変換であ
り、この変換の結果、第４図イ，ハに示す出力パ
ルス６ｃ，６ｄと同数のパルスが得られる。すな
わち、FV変換器８および偏差カウンタ７内にお
いては、出力パルス６ｃ，６ｄと同数のパルスが
フイードバツクされる。また、偏差カウンタ７に
おいては、２相のフイードバツクパルス２０，２
１の位相関係からサーボモータ３の回転方向を判
別し、この判別結果に基づいてカウントアツプ／
ダウンを切り換える。この方向判別処理は、周知
の方法が用いられ、例えば、フイードバツクパル
ス２０，２１の状態がどのように変化したかによ
つて判定する。すなわち、正回転の場合はフイー
ドバツクパルス２０，２１が（１，０）→（１，
１）→（０，１）→（０，０）→（１，０）とい
う変化を繰り返すが、逆回転の場合は（１，０）
→（０，０）→（０，１）→（１，１）→（１，
０）という変化を繰り返す。したがつて、現時点
におけるフイードバツクパルス２０，２１の状態
が、次にどのように変化したかによつてサーボモ
ータ３の回転方向を検出することができる。 次に、第３ａ図に示す補正パルス１６はパルス
１６ａと１６ｂとからなつており、パルス１６ａ
はオアゲート１８ａを介し、パルス１６ｂはオア
ゲート１８ｂを介してリング状双方向シフトレジ
スタ１９に右シフト信号および左シフト信号とし
て各々供給されるようになつている。ただし、後
述するように、パルス１６ａ，１６ｂはそのどち
らか一方のみが出力されるようになつている。 ここで、パルス１６ａ，１６ｂの機能について
説明する。まず、パルス１６ａ，１６ｂは補正パ
ルス発生回路１５からタイミングパルスφ２に同
期し、かつ必要とする補正の量に対応した数だけ
出力されるパルスである。 今、一例として、第４図ロに示すように、サー
ボモータ３の静止時に補正パルス１６ａが８パル
ス出力されたとする。この補正パルス１６ａは、
リング状双方向シフトレジスタ１９に右シフト信
号として供給され、同シフトレジスタ１９内のデ
ータを右にシフトさせる。この結果、フイードバ
ツクパルス２０，２１は、あたかもサーボモータ
３が正転していると同様の変化をし、偏差カウン
タ７のカウント値を変化させる。例えば、正転を
示すフイードバツクパルス２０，２１により偏差
カウンタ７がアツプカウントを行うとすれば、上
記補正パルス１６ａによつて発生されるフイード
バツクパルス２０，２１によつて偏差カウンタ７
はアツプカウントを行う。第４図ロに示す時刻t₂
〜t₃においては、偏差カウンタ７内ではフイード
バツクパルス２０，２１から５パルスが生成され
るから、偏差カウンタ７のカウント値は５とな
る。 一方、パルス数投入削除回路１４，偏差カウン
タ７，DA変換器１０，加算器１１，サーボアン
プ１２およびサーボモータ３は、クローズドルー
プを構成しており、偏差カウンタ７のカウント値
を０とするように動作するから、上記のように補
正パルス１６ａによつて偏差カウンタ７の内容が
変化すると、これを０とする方向、すなわち、逆
回転方向にサーボモータ３を回転させる。そし
て、サーボモータ３が逆回転すると、パルス発生
器４からは逆回転を示す２相パルス６ａ，６ｂが
出力され、このパルスが出力パルス６ｄに変換さ
れてリング状シフトレジスタ１９に左シフト信号
として供給される。第４図ロに示す例では、時刻
t₄〜t₈の間において、出力パルス６ｄが出力され
ており、時間t₄〜t₆においては、出力パルス６ｄ
と補正パルス１６ａとが混在している。この場
合、出力パルス６ｄはクロツク信号φ１_１に同期
し、補正パルス１６ａはクロツク信号φ_２に同期
しているので、これらのパルスがリング状シフト
レジスタ１９に同時に供給されることなく、左シ
フトと右シフトとが競合することはない。時刻t₄
〜t₆の混在期間においては、左シフトが１回行な
われた後に、右シフトが２回行なわれ、さらに左
シフトと右シフトが１回ずつ行なわれる。この場
合、時刻t₄において、出力パルス６ｄが出力され
ると、フイードバツクパルス２０，２１の状態は
（０，０）から（０，１）に変化する。この変化
状態は、前述したように逆転時の変化状態であ
り、したがつて、偏差カウンタ７内においては上
記状態変化に対応してカウント値が１ダウンす
る。次に、時刻t₅において補正パルス１６ａが出
力されると、フイードバツクパルス２０，２１は
（０，１）から（０，０）に変化する。この変化
状態は正転時のものであるから、偏差カウンタ７
のカウント値は１アツプする。このように、出力
パルス６ｄが出力された場合は、カウントダウン
が行なわれ、補正パルス１６ａが出力された場合
はカウントアツプが行なわれる。すなわち、混在
期間においては、偏差カウンタ７のカウント値が
アツプしたりダウンしたりし、この結果、時刻t₆
におけるカウント値は「６」となる。そして、時
刻t₇〜t₈においては出力パルス６ｄのみが出力さ
れ、この結果、時刻t₈においては偏差カウンタ７
のカウント値が「０」となり、サーボモータ３の
回転が停止する。すなわち、第４図ロに示す場
合、補正パルス１６ａを８パルス投入した結果、
サーボモータ３がこれに対応する角度だけ逆転回
転した状態を示している。したがつて、以後の位
置指令信号に対し、上記逆回転分だけ補正が行な
われたことになる。 なお、第４図ロにおいては説明の簡単化のため
に、補正パルス１６ａとサーボモータ３の静止時
に供給する例を示したが、補正パルス１６ａ（あ
るいは１６ｂ）の投入は、サーボモータ３の正転
中および逆転中であつても構わない。これは、出
力パルス６ａ，６ｂと補正パルス１６ａ，１６ｂ
とが必ず時間差をもつて出力されるからであり、
各パルスは必ずフイードバツクパルス２０，２１
の状態を変化させるからである。 次に、第５図に示す２２は、加工個数計数装置
であり、この加工個数計数装置２２と前記補正パ
ルス発生回路１５は、NC装置５からの補助機能
信号Ｍ９９（加工完了信号）や工具Ｔ１０，Ｔ２
０……等の使用工具指令を含む指令信号２３によ
つて動作する。この場合、加工完了信号Ｍ９９が
出力されると、加工個数計数装置２２は、そのカ
ウント値を１アツプする。また、２４は加工個数
補正量記憶装置、２５は加工個数補正量記憶装置
２４に対し補正値を入力する加工個数補正量指令
機能であり、入力用のデイジタルスイツチ等を有
している。 次に、上記構成によるこの実施例の動作につい
て説明する。 まず、操作者は加工個数補正量指令機能２５内
のデイジタルスイツチ等により、下記のような値
を加工個数補正量記憶装置２４に与える。

【表】 そして、補正パルス発生回路１５は、加工個数
計数装置２２の計数結果と、使用工具指令（Ｔ１
０，Ｔ２０……等：現時点において選択される工
具の種類を示すデータ）に従つて加工個数補正量
記憶装置２４に記憶されている補正量データの中
から適合するデータを選択して読し出し、この読
み出した補正量データに基づいて補正パルス１６
を出力する。この読み出し動作の詳細を説明する
と以下の通りである。 第３ｂ図に示すように、指令信号解読部１５ａ
によつて、指令信号２３が解読され、解読された
工具番号Ｔ１０，Ｔ３０……等が補正量読出部１
５ｃに供給される。また、加工個数読出部１５ｂ
によつて加工個数計数装置２２の計数結果が読み
出され、読み出された計数結果Ｎが補正量読出部
１５ｃに供給される。そして、補正量読出部１５
ｃは、供給された工具番号データと計数結果Ｎと
に基づき、これらに対応する補正量データを加工
個数補正量記憶装置２４から読み出し、読み出し
た補正量データをパルス発生出力部１５ｄに供給
する。例えば、使用工具指令がＴ１０で加工個数
が０〜４あるいは５〜９であれば、表１に示すよ
うに補正量データとしては＋0.10mm，＋0.09mmが
各々選択され、これらの補正量データがパルス発
生出力部１５ｄに供給される。同様に、使用工具
指令がＴ３０で加工個数が０〜４，５〜９であれ
ば、補正量データとしては＋0.05mm，＋0.04mmが
各々選択され、これらの補正量データがパルス発
生出力部１５ｄに供給される。 そして、パルス発生出力部１５ｄは、供給され
た補正量データの値に基づいて出力するパルスの
数を決定し、また、補正量データの符号によつて
補正パルス１６ａにするか、１６ｂにするかを決
定する。 上述のような制御を行うと、例えば、工具の摩
耗によつて生じる刃先位置と被加工物との相対位
置の変化や、加工時間によつて変化する工具温度
の上昇に起因する工具の変形や、ヘツドテーブル
と主軸頭または主軸台等の相対位置の変化に対応
する補正データを予め加工個数補正量記憶装置２
４に記憶させておくことによつて、上記各種の変
化に対する工具位置補正を自動的に追従して行う
ことができる。したがつて、あたかも加工情況の
変化がなかつたような、高精度の加工を行うこと
ができる。 なお、加工個数計数装置２２を加工サイクル計
数装置として使用して、同一のツールパルスを指
令する紙テープ等の数値化情報に対して加工サイ
クル毎の工具位置補正量を加工個数補正量記憶装
置２４に記憶させ、この記憶内容に基づいて補正
パルスを発生するように構成すれば、加工サイク
ル毎の補正量を自動決定することができる。 次に、第６図に示す例は、切削力による工作機
械並びに被加工物の変位を補正することができる
適応化工作機械の例で、図中、第１図〜第５図と
同一部分は同一の符号をもつて示してある。 本実施例にあつては、判定回路２８によつて、
切削力検出器２６よりも切削力が単位切削力設定
器２７に設定された単位変形を生じる単位切削力
の何倍かを判定し、この判定値にしたがつて工作
機械並びに被加工物の単位変形量と判定値との積
に相当する変形量を補正量として指令する回路２
９を働かせてパルス数投入削除回路１４に補正パ
ルスを出力させる。この結果、その工具使用中の
切削力の変化による加工寸法の補正を行わせるこ
とができる。なお、単位切削力設定器２７を各工
具毎に設け、Ｔ機能によつてこれら各単位切削力
設定器２７に設定される値をそれぞれ適時取り出
して補正するようにしてもよい。 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、従来のNC装置で固定化されていた工具補正
機能やピツチ誤差補正機能のようなプログラム上
の制限がなく、さらに、工作機械固有のクセや気
侯の変化にも対応させて工作状態の補正も行うこ
とができる。また、工具の進歩によつて変化する
工具寿命による補正量の変化にも対応できる等の
適応化特性を持たせることができ、さらに、以下
に述べる効果を得ることができる。 (1) すでに使用されている数値制御工作機械の
NC装置内部の変更をせずに適応化させること
ができる。 (2) 制御手段を外部的に付加するだけであるた
め、極めて安価に実施できる。 (3) 数値制御工作機械の切削力による加工寸法の
変化を自動的に修正することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のNC工作機械の概略構成図、第
２図は本発明の一実施例の概略構成図、第３ａ図
はパルス数投入削除回路の要部のブロツク図、第
３ｂ図は補正パルス発生回路の構成を示すブロツ
ク図、第４図は制御パルスを示す波形図、第５図
は同実施例の全体構成を示すブロツク図、第６図
は他の実施例の構成を示すブロツク図である。 １……工作機械本体、２……テーブル、３……
サーボモータ、４……パルス発生器、５……NC
制御装置、６……フイードバツクパルス信号、７
……偏差カウンタ、８……FV変換器、１０……
DA変換器、１１……加算器、１２……サーボア
ンプ、１４……パスル数投入削除回路（パスル数
補正手段）、１５……補正パスル発生回路（パス
ル数補正手段）、２４……加工個数補正量記憶装
置（記憶手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工具を移動させるサーボモータと、このサー
   ボモータの回転に対応するフイードバツクパルス
   を出力するパルス信号発生器と、前記工具の位置
   を指示する位置指令信号と前記フイードバツクパ
   ルスとの偏差に基づいて前記サーボモータに駆動
   パルスを供給する駆動パルス供給手段とを具備し
   た数値制御工作機械において、工具の種類および
   その工具毎の加工個数に応じて予め設定される複
   数の工具位置補正データを記憶する記憶手段と、
   加工個数を検出する加工個数検出手段と、工具種
   類信号供給手段と、選択されている工具の工具種
   類信号に応じて前記加工個数検出手段が検出した
   加工個数に基づき前記記憶手段内の対応する工具
   位置補正データを選択して読し出し、この読み出
   した工具位置補正データに従つて前記駆動パルス
   の数を補正するパルス数補正手段とを具備したこ
   とを特徴する適応化工作機械。 ２ 工具を移動させるサーボモーと、このサーボ
   モータの回転に対応するフイードバツクパルスを
   出力するパルス信号発生器と、前記工具の位置を
   指示する位置指令信号と前記フイードバツクパル
   スとの偏差に基づいて前記サーボモータに駆動パ
   ルスを供給する駆動パルス供給手段とを具備した
   数値制御工作機械において、工具の切削力を検出
   し、検出された切削力が所定の単位切削力の何倍
   かを判定する切削力判定手段と、工具の切削力に
   対応する被加工物の変形量を補正する工具位置補
   正データを予め記憶する記憶手段と、前記切削力
   判定手段が判定した切削力に基づいて前記記憶手
   段内の対応する工具位置補正データを選択して読
   み出し、この読み出した工具位置補正データに従
   つて前記駆動パルスの数を補正するパルス数補正
   手段とを具備したことを特徴とする適応化工作機
   械。