JPS6294221A

JPS6294221A - ネジ切削制御方式

Info

Publication number: JPS6294221A
Application number: JP23350285A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Yamanaka; 守山中
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1985-10-21
Filing date: 1985-10-21
Publication date: 1987-04-30

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〕本発明はネジ切削制御装置、特に数値制御されるネジ切
削制御装置にあけるネジ切削制御方式に関する。

（従来の技術）第５図は旋盤にあけるネジ切りの概念図である。

ワーク４２の切削のための刃物４１は送り軸として制御
される。ここで、送り軸とはＮＣ装百により位置、速度
を制御されるもので、刃物台を動かすモータ、そのモー
タを駆動するサーボアンプ、モータの回転位Ｍを検出す
るパルスジェネレータ、モータの速度を検出するタコジ
ェネレータ、サーボアンプへ指令を与えるＮＣ装置等か
らなる制御系を言う、ワーク４２は主軸モータにより回
転させられ、このワーク４２の表面に刃物４１を第５図
矢印方向へ送ることによりネジ切りが行なわれる。主軸
ＰＧ（以下、ＳＰＧと称す）４３はワーク４２０回転を
検出するもので、１回転毎に原点パルスを出力する。こ
のＳＰＧは一般には、４０９６パルス／］回転程度の分
解能があり、この５ＰＧ４３のフィードバック（以下、
ＦＢと称す）パルスによりＮＣ装置で刃物台の送り速度
を制御することになる。

ネジ切つとは、ワーク４２の表面にネジ状のり一トを削
る５のであるか、）主意しな１すればならない問題点か
大きく２つある。ネジ切りは１回の送って終了するもの
ではなく、ネジの溝を深くするためには一般には同し所
を複数回、削る必要かある。そのために、まず第１に毎
回ワークの同し点から上刃つ込まなければならないとい
うことである。言い換えると、ネジを切り始める位置は
５ＰＧ４３の原点位置またはその原点を基準として一定
の位＝（角度）でなければならない、第２に、ネジのリ
ードのピッチを正確にするため送りの速度をワーク４２
の回転速度（実際には５ＰＧ４３の回転速度）に比例さ
せることか必要である。この回転速度は、ネジ切りの１
回目と２回目以降で異ることもあるし、ネジ切つの途中
で主軸の回転速度が変化するということもある。つまり
、時々刻々変化しろる主軸の回転に合わせて送り速度を
制御する必要がある。

第６図（ま送つ軸の制御方式の従来例を示すプロツウ図
である。

ＮＣでは一般に、ｍｍ／ｍｉｎで指定する送りとｍｍ／
ｒｅｖ　　（ネジ切りなどの主軸回転に対する送り）で
指定する送りと、大きく分けて２種類の送りがある０ｍ
ｍ／ｍｉｎを指定したときはスイッチＳＬがオンして時
間基準のクロックか速度発生器４５へ入力され、ｍｍ／
　ｒ　ｅ　ｖを指定したときはスイッチＳＷ７がオンし
てＳＰＧパルスが速度発生器４５へ入力される。

速度発生器４５は、これらの入力を基準にして送つ軸の
実際の速度の基本となるパルス５３を発生する。関数発
生器４６はパルス５３を基に送り軸の指令パルス５４ヲ
発生する。一般には２軸またはそれ以上が同期しＣ動く
ので、この関数発生器４６で複数軸への指令パルスを同
時に発生する。偏差カウンタ４７は関数発生器４６で発
生した指令パルス５４を加算しで送り軸のＰＧ５２のＦ
Ｂパルス５５を減算し、指令した位置と現在位置の偏差
をとる。Ｄ／Ａ変換器４８は偏差カリンク４７の偏差を
デジタル／アナログ変換し、サーボアンプ４９にアナロ
グ信号の指令としで出力する。サーボアンプ４９はこの
指令に基づいてモータ５０を駆動する。つまり、偏差カ
ウンタ４７、Ｄ／Ａ変換器４８、サーボアンプ４９、モ
ータ５０、ＰＧ５２の一巡するループで位置制御ループ
か構成されている。ここでは、モータ軸に取っ付けられ
た速度検出器（ＴＧ）５１からのＦＢにより速度制御も
行なう。たたし、これはあくまでＤ／Ａ変換器４８から
の指令どおりの速度でモータ５０が回転するように制御
系を補償するためのものである。

この方式では、ネジ切りの始めのタイミング合わせのた
め、原点検出部４４で５ＰＧ５２の原点を検出し、検出
した瞬間にスイッチＳＷ７をオンさせ速度発生器４５の
パルス発生をスタートさせている。つまつ、５ＰＧ５２
の原点に同期しＣ送つ軸の指令かスタートすることにな
る。また、主軸との速度の同期については、速度発生器
４５の基本クロツウｔｓＰＧパルスとすることで対処し
ている。これらにより、前述した２つの問題点を解決し
でいる。

第７図はソフトウェアサーボ方式の従来例を示すブロッ
ク図である。ここでは、送り軸への指令の発生および送
り軸の位置制御をマイクロプロセッサによりソフトウェ
アで制御することをソフトウェアサーボと呼ぶ。ソフト
ウェア制御ではサンプリング制御となる。つまり、デー
タ処理部５６で周期ＴＳ＠に指令発生、位置の偏差量の
作成、Ｄ／Ａ変換器４日へのデータ作成等の演算を行な
う。主軸の速度を知るために、ＳＰＧパルスをカウント
するＳＰＧカウンタ５７が設けられており、ＳＰＧデー
タとしでサンプリングされる。また、送り軸の位置もＰ
ＧパルスＧＦＢカウンタ５８でカウントしてＦＢデータ
としてサンプリングされる。なあ、Ｄ／Ａ変換器４８、
サーボアンプ４９、モータ５０、ＴＧ５１、ＰＧ５２に
ついては第６図の従来方式と同しものである。

従来方式とソフトウェアサーボ方式の大きな違いは、前
者かパルス単位を基本としたハードウェアで構成されて
いるのに対し、後者は、パルス（ＳＰＧも送り軸のＦＢ
ＰＧも）はカウンタ５７゜５８にためで一定周期でデー
タとしてサンプリングし、その後の処理は全てソフトウ
ェアによりデータとして演算されているということであ
る。

現在、工作機械は高精度、高速化される傾向にある。高
＃Ｎ度化とは検出単位を１μｍから０，１μ島にすると
いうような意味である。ここにパルスを基本単位とした
従来方式での限界が発生する。例えば、１パルス＝１−
で送り速度Ｆ　＝　２４ｍ　／ｍｉｎとすると、ＰＰ５
（パルス／５ｅｃ）は４００にｐｐｓとなる。この程度
のＰＰＳであればＮＧ内部のハードウェアは十分に対応
できる。しかし、１パルス＝０．１μ思で送り速度Ｆ　
＝　２４ｍ　／ｍｉｎとなると４　ＭＰＰＳと１０倍高
速になる。そうなると、１パルス毎に動作するハードウ
ェアではこの速度に対応できなくなる筒所が発生しでく
る。ところか、データとしで処理するソフトウェアサー
ボでは、この場合データ長かのびるというたけＣ１演算
処理はあくまで定められたクロック（例えばｌ　ｍ５ｅ
ｃとか２ｍ５）＠に行なえばよい。つまり、ソフトウェ
アサーボは高速、高精度向きといえる。さらに、マイク
ロブロセ・ンサ等の進歩、低価格化も考え合わせれば、
ソフトウェアサーボ方式により従来方式よりも低価格で
高機能のＮＧ装百が実現できる。

〔発明か解決しようとする問題点〕

このように、ソフトウェアサーボ方式は利点が多いもの
の、欠点もある。その１つがネジ切りの問題である。

ソフトウェアサーボでは、サンプリング制御であるため
、サンプリング周期Ｔｓの間で発生した事象に対しては
データ処理部かこれを認知するのに最大１サンプル時間
、ざらに演算処理して指令をＤ／Ａ変換器に出力するの
に１サンプル時間を要する。つまり、２サンプル時間の
遅れが生しることになる。また、その事象がサンプル時
間丁ｓの中のどの時点で発生したかは特別なハードウェ
アを準備しないかぎり認識できない。

そのため、ネジ切りのようにＳＰＧの原点パルスと同時
に送り軸を動かすというような動作が一般にはむすかし
くなる。

本発明の目的は、ソフトウェアサーボ方式のＮＣ袋１に
おいで、精度良くネジ切りを行なわせるネジ切削制御方
式を提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明のネジ切削制御方式は、演算部にＣＰＵを有し、
一定時間毎のリアルタイムクロックを割込み信号として
入力し、該信号によりサンプリング制御を行ない、ネジ
切削機能を有する工作機械の送り軸を制御するＮＧ装百
にあいで、ワークまたは主軸の回転速度を検出する手段
と、ワークまたは主軸の定められた回転位置である主軸
原点を検出する手段と、前記リアルタイムクロックをネ
ジ切削スタート時のみ主軸原点のタイミングに同期して
発生し、その後は一定周期毎に発生するリアルタイムク
ロック発生手段と、予め計算したネジ切りスタート時の
送り指令を保持するバッファと、主軸原点パルスか入力
すると前記バッフ？に保持されている送り指令を瞬間的
にサーボアンプに与える手段を有する。

〔作　用〕

このように、ネジ切りスタート時のサーボアンプへの指
令を予め計算してバッファに保持しておき、主軸原点パ
ルスの発生に同期してバッファのデータ！Ｄ／Ａ変換器
に入力しサーボアンプへの指令とするとともにリアルタ
イムクロックそのものを主軸原点パルスのタイミングを
基準とした一定周期の信号になるようにタイミングを修
正することにより、遅れ時間なしに送り軸のネジ切り動
作をスタートさせ、主軸原点に同期した精度の良いネジ
切りか実現される。

〔実施例〕

本発明の実施例についで図面を参照して説明する。

第１図は本発明のネジ切削制御方式の一実施例のブロッ
ク図、第２図はＲＴＣＩ３の主軸原点パルスへの同期化
の様子を示す図、第３図は第１図の実施例におけるネジ
切つの動作を示すフローチャート、第４図はネジ切り実
行時のシーケンスを示す図である。

ソフトウエアサーボでは、前述したように、サンプリン
グ（こよつ送つ軸の制御を行なう。日ＴＣ発王器２はこ
のサンプリングのクロックとなるＲＴＣ（リアルタイム
クロック）１３ソ、第２図に示すように周期Ｔｓ（ｍｓ
ｅｃ）で間欠的に発生する。ネジ切つのスラート時以り
トではこの日ＴＣ１３は正確に一定周期Ｔｓで発生する
。演算部１はＣＰＵ、日○Ｍ、ＲＡＭ等を念み、ＲＴＣ
Ｉ３を割込み信号としてＣＰＵは演算を行ない、送り軸
の制御（移動指令を与え、その通りに動かすこと）を行
なう、ます、指令値（送り軸をどれだけ動かすかという
データ）の計算についで述べる。前述したように送りに
はｍｍ／ｍ１１１で指定する送りとｍｍ／　ｒ　ｅ　ｖ
で指定する送りとがある。　ｍｍ／ｍｉｎの送りでは時
間当りの送り速度が決まっているので、周期Ｔｓ毎の時
間に計算し直せばよい。また、ｍｍ／ｒｅｖの送りの場
合は、主軸の回転速度との比なので主軸の速度が必要で
ある。このために、ＳＰＧカウンタ３とＳＰＧラッチ回
路１１とかある。このＳＰＧラッチ回路１１はＳＰＧカ
ウンタ３のデータを日ＴＣ＋３のタイミングでラッチす
る。ＣＰＵはこのラッチされたデータを読込み、前回デ
ータからの増分をとって主軸の速度を測定する。そして
、ＣＰＵはこのようにしで得た主軸速度に対しｍｍ／ｒ
ｅｖで指定された値（単位主軸速度当りの送り量）を乗
算し周期Ｔｓ毎の送り量に計算し直す。実際には、２軸
向時補間の直線送りや円弧送りなど軌跡指令の計算も演
算部１で行なわれるが、本発明とは直接関係ないので、
その説明は省略する。ＦＢカウンタ１０は送り軸のＰＧ
からのＦＢパルスに対しで正転／逆転に合わせてカウン
トアツプ／カウントダウンする。ＦＢラッチ回路９はＦ
Ｂカウンタ１０の値をＲＴ　Ｃ１３のタイミングでラッ
チする。ＣＰＵはこのラッチされたデータを読込み、前
回データからの増分値、つまり実際に動いた量を計算し
、さらに積算してＦＢ位置を求める。そして、ＣＰＵは
このようにしで求めた指令位置とＦＢ位置を引き算して
偏差を求め、それに一定の値（位置ループゲインに相当
）を乗算した？身、バッファ４ヘセツトする。この値は
次のＲＴＣＩ３のタイミングでラッチ回路６にラッチさ
れ、Ｄ／Ａ変換器７へ出力されサーボアンプへの指令と
なる。つまつ、位フルーブの制御についでは１サンプル
遅れがあつ、例えば第２図のＲＴＣＩ３７の瞬間のＦＢ
位置のデータをもとに次の時間Ｔ、で演算し、その結果
かサーボアンプへ指令されるのは第２図のＲＴＣ１３４
のタイミングである。また、ｍｍ／ｒｅｖのときの主軸
速度についていえば第２図のＲＴ　Ｃ１３１→日Ｔ　Ｃ
１３２の丁ｓ時間の速度をもとに時間Ｔ２で指令データ
を作成することになる。バッファ５へは、ネジ切りスタ
ート時のＤ／Ａ変換器７への指令データがセットされ、
これは復で主軸原点パルス１４がきたときに瞬間的にラ
ッチ回路６を経てＤ／Ａ変換器７に入力される。フリッ
プフロップ８は主軸原点検出用で、主軸原点パルス１４
か入力すると出力１６か１′′になる（それまではＣＰ
Ｕにより０°゛になっている）。インバータ１２はフリ
ップフロップ８の出力１６ヲ反転する。バッファ４．５
にセットされたデータはフリップフロップ８の出力１６
かそれぞれ°’ｏ”、　　”１゛′のときにラッチ回路
６へ出力される。なお、演算部１にはネジ切りスタート
待ちを示すフラグＦＬＧ　　（スタート待ちでオン）か
設けられている。

次に本実施例のネジ切りの動作について説明する。

ＮＧでは加ニブログラムにより一連の加工を順次、行な
っていく。ネジ切りの動作はます、ＮＣがネジ切つ用の
加工命令（加ニブログラム中のネジ切りを示すコード）
を認識したことから始まる。また、ネジ切りを始める前
は第５図のようなワーク４２と刃物４１の相対位置で送
り軸は停止している。ただし、停止とはいわゆるサーボ
ロック状態であり、送り軸の位置ループ制御は行なわれ
でいる。

以下、シーケンスＳＱ＋　〜ＳＱｂに分１すて説明する
。

（１）シーケンスＳＯ＋この場合のデータ処理フロー（第３図）はステップ２１
→２２→２５→２６→２７である。ステップ２１゜２２
においてネジ切りの加ニブログラムを演算部１のＣＰＵ
が認識すると、ネジ切りがスタートした時のＤ／Ａ変換
器７への次式で表わされる指定データを計算し、スタート時の指令データ＝ＶｘＳ６　・・・（１）ただ
し、Ｓ−前回のＲＴＣ周期でカウントしたＳＰＧカウン
タ３の増分値、つまり前回の日ＴＣＩ３から今回の日ＴＣ＋３までの主軸の速度 ■−ネジ切り加ニブログラムで指定された単位主軸速度当りの送りｊｌ（時間丁Ｓで進む量）バッファ４ヘセツトする（ステップ２５）０次に、ネジ
切りスタート待ち状態として送り指令二〇として位置ル
ープの計算を行なう０例えばＦＢデータとして＋１パル
スきていたとすると偏差（指令−ＦＢ）は−１となるの
で、それに相画するＤ／Ａ変換器７への指令データをバ
ッファ４ヘセツトする（ステップ２６）、これは次のＲ
ＴＣ１３によりＤ／Ａ変換器７へ入力される。最後に、
主軸原点検出用フ１ノップフ０ツブ８をイネーブルにし
、またネジ切りスタート待ちを示すフラグＦＬＧ　をオ
ンにする（ステップ２７）。

（２）シーケンスＳＱ７　、　ＳＱ３場合によっては主軸原点が直、ぐきてシーケンスＳＱ７
　、　ＳＱ：ｓなしでシーケンスＳＱ、に進むこともあ
りうるが、一般的には主軸原点がくるまでの門ＲＴＣＩ
３が何回が発生する。その間はネジ切りスタート時ちで
、サーボロック状態である。この場合のデータ処理フロ
ー（第３図）はステップ２１→２８→２９→３０である
。まず、シーケンスＳＱ、にあけるステ・ンブ２６と同
じ処理を行なう（ステップ２９）０次に、ＳＰＧカウン
タ３の増分値Ｓを検出して主軸速度のデータを作成する
（ステップ３０）、このデータはネジ切りがスタートし
た場合に、次の送り指令（シーケンスＳＱ＋で計算した
ネジ切りスタート時の次の送り指令）を作成するときに
使用するためのものである。この処理中は主軸原点がい
つ来るかわからない。また、本発明の特徴としで、ＳＰ
Ｇ原点パルス自体がネジ切りスタート時の１回目のＲＴ
ＣＩ３となり、それ以後はこれを基準に時間Ｔｓの間隔
でＲＴ　Ｃ１３＠発生させていく（第２図のＲＴ　Ｃ１
３の主軸原点への同期化）ので、シーケンスＳＱ７やＳ
Ｑ３の実行中にいつＲＴＣ割込み（主軸原点による）が
発生するかはわからない。

（３）シーケンスＳＱ。

これはシーケンス５Ｏｊ（ＳＱ２）　’ＦｒＦｒ中に主
軸原点がきてネジ切りがスタートしているところを示し
ている。シーケンスＳＱ３ではステップ２１→２８→２
９→３０の処理をしでいて、この処理が終るまでは次の
ＲＴＣ割込みは禁止されている。しかし、主軸原点はそ
の間に発生していることもある。シーケンスＳＱ、で計
算したデータはバッファ４にあるのでフリップフロップ
８のオンとともにそれがＲＴＣＩ３になって、ソフトウ
ェア処理とは無関係にバッファ５→ラツチ回路６→Ｄ／
Ａ変換器７と瞬間的にＤ／Ａ変換器７に入力され、サー
ボアンプへ指令される。つまり、予め計算した指令で送
り軸が動き出す。ステップ２１→２８→２９→３０の処
理か終ると、＾り込み葉上状態か解除されるので、既に
発生している主軸原点によるＲＴＣ割込みに対しで、再
度日ＴＣ処理に入る。

（４）シーケンスＳＱ。

シーケンスＳしの直後に再度ＲＴＣ処理ルーチンに入り
、第３図のステップ２１→２８→３１→３２→３３→３
４の処理を行なう。ます、前回の主軸速度データ（第３
図のステップ３０における出力）がら式（１）と同様な
計算を行ない送りの指令データを作成する（ステップ３
１）。次に、この指令データで位置ループを計算し、バ
ッファ４ヘセ・ン卜する（ステップ３２）。次にＳＰＧ
カウンタ３を読むが（ステップ３３）、ここでＳＰＧカ
ウンタ３の増分値Ｓは、シーケンスＳＱ、の時間は時間
Ｔｓより小さいので正確な主軸速度の測定にはならす、
指令データの計算には使えない、そのため、主軸の速度
計算は行なわないで、次の日ＴＣでの速度計算のための
ＳＰＧカウンウ３の値とする。最後に、フワップフロツ
ブ８をクリア（ディセーブル）状態にし、フラグＦＬＧ
　’ｉオフする（ステップ３４）。

（５）シーケンスＳ０にれは、前述したソフトウェアサーボの基本動作で、莞３
図のフローチャートのステ・ンブ２１→２２→２３−２
４の処理である。

（発明の効果〕以上説明し１とように本発明は、ネジ切りスタート時の
サーボアンプへの指令を予め計算してバッファに保持し
でおき、主軸原点パルスの発生に同期してバラノアのデ
ータをＤ／Ａ変換器に入力しサーボアンプへの指令とす
るとともにリアルタイムウロツウそのものを主軸原点パ
ルスのタイミングを基準とした一定周期の信号になるよ
うにタイミングを修正することにより、以下に示す効果
がある。

０）　ソフトウェアサーボのサンプリングクロックであ
るＲＴＣとまったく非同期に発生する主軸原点パルスに
対し、遅れ時間なしにネジ切りをスタートできる。

■　この主軸原点パルスを基準にＲＴＣ発主タイミング
を修正することで、ネジ切りスタート後の送り軸の速度
を正確に制御できる。

■　以上のことから、ソフトウェアサーボ方式によるＮ
Ｏ工作機で精度良くネジ切りをおこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のネジ切削制御方式の一実施例のブロッ
ク図、第２図はＲＴＣＩ３の主軸原点パルス１４への同
期化を示す図、第３図はＣＰＵによるデータ処理の流れ
を示すフローチャート、第４図はネジ切りに入る前、入
る前の準備段階、スタート時、スタート後の各処理を示
すシーケンス図、第５図は旋盤にあけるネジ切りの概念
図、第６図は送り軸の制御方式の従来例を示すブロック
図、第７図はソフトウェアサーボ方式の基本プロ・ンク
図である。１・・・演算部、　　　　　２・・・ＲＴＣ発生器、３
・・・Ｓ　Ｐ’Ｇカウンタ、　　４．５・・・バッファ
、６・・・ラッチ回路、　　　　７・・・Ｄ／Ａ変換器
、８・・・フ１ノツプフロップ、９・・・ＦＢラッチ回
路、）０・・・Ｆ８カウシタ、　１１・・・ＳＰＧラッ
チ回路、１２・・・インバータ、　　　　１３・・・Ｒ
ＴＣ１１４・・・主軸原点パルス。

Claims

【特許請求の範囲】演算部にＣＰＵを有し、一定時間毎のリアルタイムクロ
ックを割込み信号として入力し、該信号によりサンプリ
ング制御を行ない、ネジ切削機能を有する工作機械の送
り軸を制御するＮＣ装置において、ワークまたは主軸の回転速度を検出する手段と、ワークまたは主軸の定められた回転位置である主軸原点
を検出する手段と、前記リアルタイムクロックをネジ切削スタート時のみ主
軸原点のタイミングに同期して発生し、その後は一定周
期毎に発生するリアルタイムクロック発生手段と、予め計算したネジ切りスタート時の送り指令を保持する
バッファと、主軸原点パルスが入力すると前記バッファに保持されて
いる送り指令を瞬間的にサーボアンプに与える手段を有
するネジ切削制御方式。