JPS63500361A - 工作機械制御システム - Google Patents

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】 工作機械制御システム 本発明は工作機械制御システムに関する。

近年、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）システムを含む多くの形の工作機械が開 発された。そのような工作機械においては、工作物（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ　）は 回転さｎ、工具は互いに垂直な２方向にステッピングモータによシ動かされる。

ここで、上記ステッピングモータは、要求された輪郭形状を定め、制御システム 中にデジタルな形で保持されたデータから、要求された工作物の輪郭形状を作シ 出すために制御される。しかしながら、そのようなＣＮＣ工作機械においては、 工作物を回転させるモータは制御ユニットによって制御さｎず、むしろ、独立に 回転さｎている。

そして、工作物の位置変換器（、ｆ？ジシ、ントランスデューサ）が該制御シス テムに工作物の角方向の位＝ｉ対応する信号を供給するために用いられている。

このようなＣＮＣシステムの不利な点は、工作物駆動の速度の変化を考慮に入ｎ るためにフィードバック機能を実現しなければならないことである。こｎは、こ の機能を実現するために貴重なデータ記憶装置の空間や計算時間が必髪となって 、全体的な加工速度を減することになるという不利な点を有する。

本発明の第１の形態によ扛ば、 工作物を回転させる電気モータ、 前記回転する工作物を加工するための、そして、該回転する工作物上に要求され た表面の輪郭形状を作り出すための工具駆動部によって動かされる工具、および 、 前記要求された表面輪郭形状を定めるデータを保持する記憶装置、そしてまた工 作物モータおよび工具駆動部釦接続され、連続するステップ信号を該工作物モー タに出力するための出力装置を有する制御システムを備え、 工作物を回転し、各ステップ信号を出力する毎に。

工具駆動部へ、蓄積されたデータから、前記要求さｎた表面輪郭形状を加工する ために要求さ扛る工具の位置に対応する工具駆動信号を、工作物モータのデータ の角度の位置から出力さｎるステップ信号の数によって決定さｎる工作物ホルダ の角度の位置において、出力する工作機械が提供さｎる。

こうして、工作物モータによって、工具システムから作らｎたステップ信号から 、制御システムは工作物モータからのフィードバック信号を処理することを要求 されない。

以下は、本発明の一実施例のよシ詳細な説明であシ、−例として、添付の図面を 参照している。

第１図は工作機械および工作機械を制御するための制御システムの模式ブロック 図である。

第２Ａ　、２Ｂ　、２Ｃ，２Ｄそして２Ｅ図は、第１図の工作機械を用いて製作 さｎ得るベアリングの５つの内部断面の輪郭形状を示す図である。

そして、第３Ａ　、　３　Ｂ　、　３　Ｃオ！ヒ３　Ｄ図ｕ、第１図の工作機械 を用いて製作され得るベアリングの４つの内部軸方向の輪郭形状を示す図である 。

まず、第１図に関して、工作機械は工作物１１（以下によシ詳細に説明される） を回転する工作物ステッピングモータｌＯを備える。工作物モータ１０は工作物 １１を図示さ扛るように、直接駆動するか、または、適当なギヤまたはベルトを 用いて駆動する。

データ装置１７は工作物モータ１０に接続さｎ、工作物が所定の角位置を通過す るときにデータ信号を作シ出す。

工具ホルダ１２は、送シ機構（ｃａｒｒｉａｇｅ　）　１４上に取り付けられた 柱状体（ｐｏｓｔ　）上に、軸を中心として動（（ｐｉｖｏｔａｌ　ｍｏｖｅｍ ｅｍｔ　）ように取９つけられている。工具ホルダの上記軸１５は工作物１１の 回転軸に垂直である。

工具１６は工具ホルダ１２の１端に取り付けらｎ。

工具ホルダ１２の他端は工具駆動部１８に接続されている。工具駆動部１８はま た、送シ機構１４上に取シ付けられておシ、前記の軸のまわシに工具ホルダを動 かすために存在する。

工具駆動部１８Ｆｉ、工具位置変換器２ｏがらのフィードバック信号を受ける工 具駆動制御システム１９の制御の下にある。こｎらの部分の動作については以下 により詳細に述べる。

送シ機構１４は、工作物１１の軸に平行な方向に案内ねじ（１ｅａｄ　ｓｃｒｅ ｗ　）　２１上を動くように取シ付けら几ている。この動きを実現するために、 送シ機構ステッピングモータ２２が備えられている。その動作についても以下に よシ詳細に述べる。

工作機械の操作Ｆｉ、入カニニット２４、計算ユニット２５、記憶装＠２６、そ して出力装置２７を有す・る制御装置２３によって制御さｎている。出力装置は 、データ装置１９から信号を受け、タイマ制御部２９０制御下にあるタイマ２８ を含んでいる。タイマ２８の出力は記憶装置２６に接続さｎている。

記憶装＃２６の出力は、工具駆動信号装置３ｏに接続さｎている。工具駆動信号 装置３ｏの出力は工作物モータ信号装置ｊｉ３１に接続され、またディジタル／ アナログ変換器３２にも接続さｎている。その出力は、今度は工具駆動制御シス テム１９に接続されている。工作物モータ信号装置３１は、タイマ２８に接続さ ｎる第１の出力、工作物ステッピングモータ１０に接続さｎる第２の出力、およ び、カウンタ３３に接続さｎる第３の出力を有している。カウンタ３３は送り機 構ステップ信号装置３４に接続さｎる１つの出力を有し、データ装置１７（ある 目的のために、以下により詳細に説明される）からの選択的な（ｏｐｔｉｏｎａ ｌ　）入力を有している。送シ機構ステップ信号装＃３４の出力は、送シ機構ス テッピングモータ２２に接続される。

制御システム２３は、十分な記憶容量を有し、適当ニア’ログラムさｎた通常の マイクロコンピュータによって実現さｎる。

使用の際、工作機械は高速に、複雑な表面輪郭形状を有することを要求さｎる工 作物を加工するためのものである。第２Ａ〜２Ｅ図および第３Ａ〜３Ｄ図には輪 郭形状のいくつかの例がベアリングの内部表面輪郭形状の形で示さｎている。

第２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄおよび２Ｅ図は、ベアリングの５つの断面輪郭形状を 示す。第２Ａ図にお区分の軸は、ベアリングの軸の他の側に自分自身を区分けす るように位置している。両区分の端は溝（ｃｈａｎｎｅｌ　）　３７によって互 いに接続さｎている。

第２Ｂおよび２Ｃ図においては、そｎぞｆＬ３つおよび４つの環状区分３８が備 えらｎている。環状区分３８の中心はベアリングの軸上に位置している。区分の 端は溝３７によって互いに接続されている。第２Ｄおよび２Ｅ図においても、そ れぞれ、３つおよび４つの環状部３９が備えられている。しかし、これらの実施 例（第２Ｄ図および第２Ｅ図）においては、各環状断面３９は内径の軸からずれ た位＃忙ある軸を有している。ここでも再び区分３９０両端は溝３７忙よシ互い に接続されている。

第３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄ図は、ベアリングの種々の軸方向輪郭形状を示し ている。第３Ａ図においては、ベアリング４０は互いに平行でベアリング４０の 軸に平行な側面を有している。第３Ｂ図においては、ベアリング４１の側面はベ アリングの軸のまわシにたる形状をなしている。第３Ｃ図においては、ベアリン グ４２の軸方向の肴＃弁輪郭は３つの連続する区分４３＝４４ｅ４５で形成され ている。

男１および最後の区分４３．４５は平行な側面を有し、第２の区分４４はたる形 状をなしている。これらの区分は径の大きい環状部の形のサイドレイル（５ｉｄ ｅ　ｒａｌｌ　）　４６　Ｋよって互いに接続されている。

第３Ｄ図において、ベアリング４７＃ｉ、サイドレイル４６によって互いに接続 された３つの区分４８゜４９．５０で形成される軸方向輪郭形状を有してぃる、 第１および最後の区分４８．５０＃′ｉ第２Ｃ図のベアリングと同じ断面を有し ている。

第２Ａ、Ｂ、Ｃ，ＤおよびＥ図の全ての断面輪郭形状は、変数（通常角度および 径）の値の置き換えによって輪郭形状が定めら詐るようなアルがリズムによって 定義さｎ得る。第３Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ図におけるような軸方向の輪郭形状はベ アリングに沿った軸方向の一定の距離にお込て異なるアルゴリズムを用いること により同様に定義さｆ′Ｌ得る。

第１図に関して、前述の工作機械の使用においては、入カニニット２４はベアリ ング（上述の第２Ａ〜２Ｅ図に関するもの以外の断面かも知れない）の様々の、 要求された断面、および様々の軸方向輪郭形状（これについても、第３Ａ〜３Ｄ 図に関して述べられた輪郭形状以外のものかも知れない）のためのアルゴリズム を記憶装置２６に書き入れるために用いられる。特定の断面、軸方向の輪郭形状 が作られるべきときは、入カニニット１４は記憶装置２６に蓄えられたものの中 から要求された輪郭形状を選択するために用しられる。選ばれた輪郭形状の要求 された／ぐラメータは、そのとき入カニニット２４を用いて入力され、計算ユニ ット２５はこれらのノクラメータおよび該輪郭形状を定め、記憶装置２６に蓄え られているアルゴリズムデータから計算を行う。

データが作られる間隔は次のように選ばれる。工作物はステッピングモータ１０ によって回転され、送シ機構もまた、ステッピングモータ２２によって動かされ るので、各モータの１回転に要求されるステップ数は一定している。例えば、一 般に商業上用Ｉｎうれているステッピングモータにおいては、１回転あたり４８ ０ステツプであるものがある。このとき、周方向に４５分の角度の間隔で輪郭形 状データが作られる。

軸方向の間隔は、単に送シ機構ステッピングモータ２２のステップによって定め られるのでなく案内ねじ２１のピッチによっても定められる。そして軸方向デー タが定められる間隔は、送シ機構ステッピングモータの１ステツプ（要求された 動きを与えるためには２．３またはそれ以上のステップが用いられるかも知れな いことは理解されるであろうが）Ｋよって作シ出される工具１６の軸方向への動 きの量であるように選ばれる。

こうして、計算が完了すると、記憶装置２６は、要求された間隔で、要求された ベアリングの完全な断面の、そして、軸方向の輪郭形状を定義するデータを保持 する。

次に、工作物ステッピングモータ１０の出力上の工作物１１の上に未加工のベア リングが取シ付けられる。それから、工具１６が、工作物１１に関してデータの 軸方向の位置に動かされ、制御システム２３の動作が始まる。

第１に、工作物ステッピングモータｌＯが予め定められた角度の位置に到達する までステップされる。

この位置において、データ装置１７は、タイマ２８に供給され、そこから記憶装 置２６へ供給されるデータ信号を生成する。この信号を受けると記憶装置２６は 、最初に要求された工具の位置に対応するデータ信号を生成し、そしてこれは、 工具駆動信号装置３０に送られて前記の要求された輪郭形状を加工するための位 置に工具１６を動かすに必要な、要求された工具駆動信号に対応する信号に変換 される。

工具駆動信号装置３０はこの信号を、工具駆動制御システム１９および、そこか ら工具駆動部１８に適用される前のディジタル・トウ・アナログ変換器５１へ供 給されるディジタル信号として生成する。

工具位置変換器２０は工具駆動部１８の閉ループ制御を提供するために用いられ る工具駆動制御システム１９にフィードバック信号を与える。

工具駆動信号の生成はまた、工作物モータ信号装置３１に作用して、モータをス テップさせるための工作物ステッピングモータ１０へ供給されるステップ信号を 作らせる。この信号はまた、タイマ２８にも供給されて記憶装置２６から輪郭形 状データの次の部分（ｐｉｅｃｅ　）を生成するようにトリガする。こうして、 次の工具駆動信号および次の工作物モータステップ信号を生成する。

制御システムの動作は単に、記憶装置２６からのデータの供給に依存し、何らの 計算を含むものではないので、データの供給頻度（ｒａｔ・）は高くでき、その 結果、工作物ステッピングモータｌＯの回転速度を高くし、それに対応して加工 速度も速くなる。

しかしながら、明らかに、工具駆動部１８と工具ホルダ１２の動きとの間には、 それらの慣性（これは、これらの部分の質量と慣性を減少させることにより最小 にできるけれども）のために本質的な一定の遅れがあり、そしてこれはタイマ２ ８の存在によって許容される。つｔｂ、タイマ２８は、工作物モータステップ信 号を受けると、次の工具駆動信号の生成を必要な時間だけ遅らせる。異なる加工 速度と、異なる工具ホルダおよび工具とを許容するためＫ、タイマ制御部２９が 備えられ、上記の遅れを要求されるように変化させる。

工作物モータステップ信号はまた、カウンタ３３に供給され、カウンタ３３は、 工作物モータステップ信号を受ける毎にインクリメントする。カウンタの計数が 、工作物ステッピングモータｌＯの一回転を生成するに必要なステップ数に達す ると、カラ／り３３は、送シ機構ステップ信号装置３４を働かせて送り機構ステ ッピングモータ２２をステップさせるステップ信号を生成し、工具１６を軸方向 に１ステップ動かす。しかしながら、カウンタ＃′ｉ１回転をカウントするので なく、送り機構ステッピングモータ２２をステップさせる前に２または３または ４またはそれ以上の回転をカウントすることもできることが理解されるであろう 。その場合は、記憶装置の中のデータもそれに従って調整しておけばよい。同様 Ｋ、完全なデータが、１つづつ増える回数〈り返されることができる。

カウンタ３３の動作における、いかなる不正確さをも避けるためにデータ装置１ ７は工作物ステッピングモータ１０の各回転毎にデータ信号を生成するように用 意され得る。そしてその信号はカウンタ３３へ供給される。もし、カウンタ３３ が、データ信号の到着の前または後に、工作物ステッピングモータ１０の１回転 毎に要求されるステップ数を計数完了した場合には、カウンタ３３の動作をデー タ信号ノ生成と一致させるために戻すだめの調整がなされねばならない。

図面を参照しつつ上に述べた工作機械は、ベアリングの内部輪郭形状以外をも加 工するよう調整され得ることは理解されるであろう０例えば、工作機械は内燃機 関のピストン、例えば英国特許明細書第２１０４１８８号に記述されたような輪 郭形状を有するピストンの外側形状を加工するようにも調整できる。この場合に は、蓄えられるデータはアルゴリズムによる計算によって生成されなくともよく 、変化点においてデータを入力し、それから、変化点と変化点の間では内挿すれ ばよい。あるいはまた、スラスト・ベアリング（推力軸受）が製作され得る。こ のとき、工具は最初は平坦な表面輪郭形状を作るために用いられ、工具駆動部は 工作物の回転の軸に平行な方向に工具を動かす。一方では、送り機構ステッピン グモータはこの軸に対して動径方向に工具を動かす。

輪郭形状がアルゴリズムによって定められ得る所においてさえ、制御システムは 直接にコンピーータ設計システムに接続され得、その結果、ベアリング（または 他の何らかの工作物）の新しい設計が直接に制御システムに送られ、直接加工さ れ得ることもまた理解され得るであろう。

さらにまた、工作機械は、制御システムの制御の下に、仕上げられた工作物を取 ）除き、新しい工作物に置き換えるシステムに組み入れることができることも理 解されるであろう。

モータ１０．２０はステッピングモータである必要はなく、直流サーがモータで もよい。

ＦＩＧ、２０　Ｆｔｃ、２Ｅ Ｆ／に、　ＪＡ、　ｈｃ、ＪＢ、　ＦｔｃＪＣ。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．工作物（１１）を回転するための電気モータ（１０）、 該回転する工作物を工作するための、そして、該回転する工作物上に、要求され た表面の輪郭形状を作り出すために工具駆動部（１８）によって動かされる工具 （１６）、および、 前記要求された表面の輪郭形状を定めるデータを保持するための記憶装置（２６ ）を有する制御システム（２３）を備えてなる種類の工作機械であって、前記制 御システムは、工作物モータ（１０）および工具駆動部（１８）に接続され、工 作物モータに一連のステップ信号を出力するための出力装置（２７）を有し、工 作物（１１）が回転し、各ステップ信号毎に、制御駆動部（１８）に、蓄えられ たデータから、前記要求された表面の輪郭形状を加工するために要求される工具 の位置に対応する工具駆動信号を、該工作物のデータの角度の位置から出力する ステップ信号の数によって決定される、工作物ホルダの角度の位置において出力 することを特徴とする工作機械。 ２．請求の範囲第１項による工作機械であって、前記工具（１６）および前記工 具駆動部（１８）は送り機構（１４）上に取り付けられ、該工作物全体を前記工 具が横断するために、前記工具駆動部（１８）による工具の動きの平面に垂直な 平面内の方向に前記送り機構（１４）を動かすためにモータ（２２）が備えられ 、前記制御システム（２３）は、工作物モータ（１１）が完全に１回転したとき に送り機構モータ（２２）に供給されるステップ信号を生成し、記憶装置（２６ ）は、一連の送り機構の位置における工作物表面の輪郭形状を定めるデータを蓄 えることを特徴とする工作機械。 ３．請求の範囲第２項による工作機械であって、前記制御システムがカウンタ（ ３３）を有し、前記出力装置（２７）が工作物モータ（１０）からステップ信号 を生成するとき、該カウンタはインクリメントされ、前記工作物モータ（１０） が１回転まで回転するために十分な工作物モータステップ信号が生成されたとき 送り機構ステップ信号が生成されることを特徴とする工作機械。 ４．請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項による工作機械であって、 前記工作物モータが、データの角度の位置を通過するとき信号を生成するために 、データ装置（１７）は、該工作物モータに接続され、そのデータ信号は、工作 物モータステップ信号および工具駆動信号の生成をトリガすることを特徴とする 工作機械。 ５．請求の範囲第２項から第４項までによる工作機械であって、データ信号は、 前記工作物モータの各回転毎に生成され、前記データ信号の生成は、前記制御シ ステムにおいて送り機構ステップ信号の生成と比較され、そして、該データ信号 および送り機構ステップ信号が位相のずれを生じたとき、該信号を一致させるた めに送り機構ステップ信号に修正が適用されることを特徴とする工作機械。 ６．請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項による工作機械であって、 各工作物ステップ信号は、次に続く工作物（ｗｏｒｋ）および工具駆動信号の生 成をトリガし、また、タイマ（２８）を備え、該タイマは工作物ステップ信号が 生成されるときに動作し、そして、所定の時間の後次に続く工作物および工具駆 動信号の生成を始めさせることを特徴とする工作機械。 ７．請求の範囲第６項による工作機械であって、前記所定の時間は、様々の工具 駆動部を収容し、前記工作物の回転速度を変えるための変数である時間によって 導入されることを特徴とする工作機械。 ８．請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項による工作機械であって、 前記制御システム（２３）は、前記記憶装置（２６）に接続された入力ユニット （２４）、該記憶装置に接続された計算ユニット（２５）、を有し、該記憶装置 （２６）は、工作物の表面の輪郭形状のアルゴリズムを蓄え、該入力ユニット（ ２４）は該アルゴリズムの変数の要求された値を入力するために存在し、該計算 ユニット（２５）は、加工開始前に前記の値およびアルゴリズムから対応する表 面輪郭形状データを生成することを特徴とする工作機械。 ９．請求の範囲第８項による工作機械であって、前記入力ユニット（２４）、計 算ユニット（２５）および記憶装置（２６）は、１つのプログラムの異なる分岐 の後に続く、単一の計算ユニットにおいて実現されることを特徴とする工作機械 。