WO1990014192A1

WO1990014192A1 - Control device for tapping

Info

Publication number: WO1990014192A1
Application number: PCT/JP1990/000603
Authority: WO
Inventors: Masahiro Kaku; Shinichi Kono; Masaaki Fukukura
Original assignee: Fanuc Ltd
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1990-11-29
Also published as: EP0429655B1; JP2700819B2; US5093972A; EP0429655A1; DE69027912D1; DE69027912T2; EP0429655A4; JPH02311218A

Description

明細睿

夕ッビング用制御装置

技術分野

本発明は、ワーク回転用主軸及びタッピング工具回転用主軸を有する機械に搭載される制御装置に関し、特に, 回転するワークの端面にタッビング可能なように両主軸を駆動制御するための夕ッビング用制御装置に関する。

背景技術

ワーク端面にタッピングするとき、一般には、ワークは回転を停止した状態にある。このため、ワークを回転させることが必須の加工例えばヮ一ク周面の切削加工をタッピングと同時には行えない。結果として、所要総加ェ時間が長くなり、加工効率が低下する。

発明の開示

本発明の目的は、ワーク回転用主軸及びタッピングェ具回転用主軸を有する機械を、回転するワークの端面に夕ッビング可能なように駆動制御できる夕ッビング用制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明によれば、ワークが装着される第 1 主軸を第 1 モータで回転駆動すると共にタツビング工具が装着される第 2 主軸を第 2 モータで回転駆動しかつ第 3 モータで軸方向駆動する機械に用いられるタッピング用制御装置が提供される。タッピング用制御装置は、第 1 モータの回転を制御するための第 1 制御回路と、第 2 モータの回転を制御するための第 2 制御回路と、第 3 モータの回転を制御するための第 3 制御回路と、第 1 主軸に連結された第 1 位置検出器と、第 2 主軸に連結された第 2 位置検出器とを備え、第 2 制御回路は第 1，第 2 位置検出器の夫々からの位置フィードバック信号と上位制御装置からのタツビング速度指令とに基づいて第 1 主軸についての位置ループ制御を実行して第 1 , 第 2 主軸をタッピング速度指令に対応する速度差をもって回転させ、第 3 制御回路は第 2 主軸が第 1，第 2 主軸間の回転速度差に対応する速度で軸方向移動するように第 3 モータの.回転を制御する。

上述のように、本発明によれば、ワークを装着した第 1 主軸の回転中、第 1，第 2 位置検出器の夫々からの位置フィ一ドバック信号と上位制御装置からのタッビング速度指令とに基づく位置ループ制御を行ってワーク及びタッビング工具をタッビング速度指令に対応する速度差をもって回転させると共に第 2 主軸が当該回転速度差に応じた速度で軸方向移動するように第 2 主軸の軸方向移動させるようにしたので、ワークを任意の回転速度で回転させつつワーク端面へのタッビングを行える。この結果、例えばワーク周面の切削加工と同時にタッピングを行え、所要総加工時間を大幅に短縮できる。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の一実施例によるタッビング用制御装置を搭載した複合旋盤を示す概略図、第 2 図は第 1 図の上位数値制御装置のプロセッサにより実行されるタッピング制御処理を示すフロ — チャート、及び、第 3 図は第 1 図の第 2 制御回路のプロセッサにより実行される第 2 主軸に関する位置制御ループ処理及び速度制御ループ処理を示すフローチヤ一卜である。

発明を実施するための最良の形態

第 1 図を参照すると、タッピング装置としての機能を有する複合旋盤は、回転自在に配された第 1 主軸（メイン主軸） 1 0 と、第 1 主軸に整合しかつ回転自在かつ軸方向移動自在に配された第 2 主軸（サブ主軸） 2 0 と、両主軸の軸線方向及びこれに直交する方向に往復動自在に配された刃物台 5 0 とを備えている。

第 1 主軸 1 0 は、例えば一対の歯車からなる第 1 伝動機構 1 2 を介して第 1 主軸モータ 1 1 に駆動的に連結されている。第 1 主軸 1 0 の一端にはワーク 6 0 を離脱自在に把持するためのチヤック 1 3 が第 1 主軸と一体回転自在に装着されている。第 1 主軸 1 0 の他端には第 1 主軸の回転位置を検出するための第 1 ポジションコーダ 1 4 が第 1 主軸と一体回転自在に連結され、第 1 ポジションコーダ 1 4 は、第 1 主軸が所定角度回転する度にフィ一ドバックパルスを発生しかつ第 1 主軸が所定回転位置をとる度に 1 回転信号を発生するようになっている。第 1 主軸モ ― タ 1 1 にはモータ回転速度を検出するための第 1 速度検出器 1 5 が装着されている。

第 2 主軸 2 0 は、第 1 伝動機構 1 2 と類似の第 2 伝動機構 2 2 を介して、第 1 速度検出器 1 5 と類似の第 2 速度検出器 2 5 を装着した第 2 主軸モータ 2 1 に駆動的に連結されている。第 2 主軸 2 0 の両端には、タツパ（夕ッビング工具） 7 0 を離脱自在に把持するためのチヤック 2 3 及び第 1 ポジションコーダ 1 4 と類似の第 2 ポジションコーダ 2 4 が夫々第 2 主軸と一体回転自在に連結されている。更に、第 2 主軸 2 0 は、第 3 モータ（ Z軸モータ） 3 1 の回転力を直線駆動力に変換するための第 3 伝動機構 3 2 を介して Z軸モータに駆動的に連結され、 Z軸モータ 3 1 の正逆回転に伴って第 2 主軸 2 0 の軸方向に往復動するようになっている。符号 3 3 は位置検出器を示す。

刃物台 5 0 は、第 4, 第 5 モータ 4 1， 5 1 の回転力を直線駆動力に夫々変換するための第 4, 第 5 伝動機構 4 2， 5 2 を介して、位置検出器 4 3， 5 3 を装着した第 4, 第 5 モータ 4 1， 5 1 に夫々連結され、両モータの正逆回転に伴って刃物台 5 0 が第 1，第 2 主軸の軸線方向及びこれに直交する方向に往復動自在にされている。

複合旋盤には、上位制御装置例えばプロセッサ 4 1 を有する数値制御（ N C ) 装置 4 0 の制御下で作動する本発明の一実施例の制御装置 1 0 0 が搭載されている。制御装置 1 0 0 は、両主軸 1 0, 2 0 の回転速度を互いに別個独立に制御するための速度制御モード及び両主軸の回転速度を互いに関連づけて制御してネジ立て加工を行うためのタッビングモードを含む複数の作動モ— ドのいずれか一つで作動可能で、タッピングモードでは制御装置 1 0 0 はタッピング制御装置として機能する。また、制御装置 1 0 0 は、第 1 主軸モータ 1 1 , 第 2 主軸モー夕 2 1 及び Z軸モータ 3 1 を夫々駆動制御するための第 1 〜第 3 制御回路 1 1 0 , 1 2 0 , 1 3 0 と第 4, 第 5 モータ 4 1 , 5 1 を夫々駆動制御するための第 4, 第 5 制御回路 1 4 0 , 1 5 0 とを備え、第 1 〜第 5 制御回路の夫々は主にマイクロプロセッサよりなる（以下、プロセッサ 4 1 を N C プロセッサ 4 1 と云い、第 1 〜第 5 制御回路のプロセッサを第 1 〜第 5 プロセッサと夫々称する）。

第 1 制御回路 1 1 0 は、 N C プロセッサ 4 1 及び第 1 速度検出器 1 5 に接続され N C プロセッサからの第 1 主軸用速度指令と第 1 速度検出器からの速度フィードバック信号とに基づいて速度ループ制御を行うための速度制御回路 1 1 1 と、第 1 ポジションコ ― ダ 1 4 に接続され第 1 ポジションコーダからのフィードパックノ、° ノレスをカゥントするための位置カウンタ 1 1 2 と、第 1 ポジションコーダ 1 4 及び位置カウン夕に接続され第 1 ポジションコーダから 1 回転信号が送出されたときの位置力ゥンタのカウン卜値をラッチするためのラッチ回路 1 1 3 とを含んでいる。 N C プロセッサ 4 1 は位置カウンタ 1 1 2 に接続され、位置カウンタ力ゝらの第 1 主牵由 1 0 の回転位置を表す出力に基づいて第 1 主軸回転速度を検出するようになっている。なお、位置カウン夕 1 1 2 を第 1 制御回路 1 1 0 の外部に設けても良く、ラッチ回路 1 1 3 は本発明の必須構成要素をなすものではない。

第 2 制御回路 1 2 0 は、第 1 制御回路 1 1 0 の構成要素 1 1 1 〜 1 1 3 に夫々対応する速度制御回路 1 2 1，位置カウンタ 1 2 2 及びラッチ回路 1 2 3 を有している。速度制御回路 1 2 1 は、スィッチ 1 2 4 の可動接点が第 1 固定接点 1 2 4 a 側に切換えられたときに該スィツチを介して N C プロセッサ 4 1 に接続されて N C プロセッサからの第 2 主軸用速度指令（タッビング速度指令）を入力するようになっている。更に、第 2 制御回路 1 2 0 は、 N C プロセッサ 4 1 に接続され N C プロセッサからの夕ッビング速度指令をタッビング移動指令に変換するための変換回路 1 2 5 を備え、変換回路の出力端子は加算器 1 2 6 の第 1 正入力端子に接続されている。加算器 1 2 6 は、その第 2 正入力端子及び出力端子が第 1 制御回路 1 1 0 の位置カウンタ 1 1 2 の出力端子及び減算器 1 2 7 の正入力端子に夫々接続され、位置カウンタ 1 1 2 からの第 1 主軸 1 0 についての位置フィ一ドバック信号（以下、第 1 位置フィードバック信号と云う）と変換回路 1 2 5 からのタツビング移動指令との和を減算器 1 2 7 に送出するようになっている。そして、減算器 1 2 7 は、その負入力端子及び出力端子が位置カウンタ 1 2 2 の出力端子及び処理回路 1 2 8 の入力端子に夫々接続され、タッビング移動指令と第 1 位置フィ一ドバック信号との和から第 2 主軸 2 0 に関連する位置フィ — ドバック信号（以下、第 2 位置フィードバック信号と云う）を減じて位置偏差 S を得るようになつている。即ち、減算器 1 2 7 は、第 2 主軸 2 0 に関する位置ループ系のエラ一レジスタとして機能する。位置ループ系の一部をなす処理回路 1 2 8 は、位置偏差 s に位置ループゲイン G p を乗じて速度指令を決定するもので、スィッチ 1 2 4 の可動接点が第 2 固定接点 1 2 4 b 側に切換えられたときに処理回路 1 2 8 の出力端子がスィツチ 1 2 4 を介して速度制御回路 1 2 1 に接続され、位置ループ系からの速度指令を速度制御回路 1 2 1 に供給するようになっている。そして、 N C装置 4 0 は位置カウンタ 1 2 2 に接続され、力ゥンタからの第 2 主軸 2 0 の回転位置を表す出力に基づいて第 2 主軸回転速度を検出可能にされている。上述のように、第 2 制御回路 1 2 0 はプロセッサにより構成され、このプロセッサのソフトウエア処理により、速度制御回路 1 2 1，スィッチ 1 2 4，変換回路 1 2 5, 加算器 1 2 6，減算器 1 2 7 及び処理回路 1 2 8 の機能が達成するようになつている。

以下、第 2 図及び第 3 図を参照して、第 1 図の複合旋盤の作動を説明する。

速度制御モードでの作動開始時、 N C プロセッサ 4 1 は、 N C プロセッサ及び第 2 プロセッサの双方力 > らァクセス可能なメモリ（図示略）に記憶したフラグ情報 F を速度制御モードであることを表す値「 0 」にリセッ卜する。次いで、 N C プロセッサ 4 1 は第 1 ( メイン）主牵由用及び第 2 (サブ）主軸用速度指令を夫々送出する。速度制御回路 1 1 1 として機能する第 1 プロセッサは、第 1 主軸用速度指令に従って第 1 主軸モ - タ 1 0 の回転速度を制御する。一方、第 2 プロセッサは、第 3 図の第 2 主軸制御処理を周期的に実行する。即ち、各処理周期において、速度制御回路 1 2 1 として機能する第 2 プロセッサは、フラグ F がタツビングモードを表す値「 1 」であるか否かを判別する（ステップ S 2 1 ) 。速度制御モ一ドではステツプ S 2 1 の判別結果は否定となる（換言すれば、第 2 プロセッサは、第 2 制御回路 1 2 0 のスィツチ 1 2 4 をソフトウヱァ処理により第 1 接点 1 2 4 a 側に切換える）。次に、第 2 プロセッサは、 N C プロセッサ 4 1 から送出される第 2 主軸用速度指令 V c を読取り（ステップ S 2 8 ) 、当該指令 V c に基づく速度制御ループ処理を行って第 2 主軸モータ 2 1 の回転速度を制御する（ステップ S 2 7 ) 。結局、速度制御モードでは、第 1，第 2 主軸モータ 1 1 , 2 1 ひいては第 1，第 2 主軸 1 0， 2 0 は一般には互いに異なる回転速度で別個独立に駆動される。

例えば、上記速度制御モードにおいて、第 1 主軸 1 0 の回転速度を第 1 制御回路 1 1 0 を介して制御すると共に刃物台 5 0 の移動位置を第 4 , 第 5 制御回路 1 4 0， 1 5 0 を介して制御してワーク 6 0 周面を切肖 lj し、これと同時に、図示しないドリルを装着した第 2 主軸 2 0 を第 2 制御回路 1 2 0 を介して回転停止状態に制御すると共に第 2 主軸の軸線方向位置を第 3 制御回路 1 3 0 を介して制御してワーク端面にタツビング用の下穴を穿設する o

N C プロセッサ 4 1 が N C プログラムからタツビング指令を読取ったとき、手動で又は N C プロセッサ 4 1 の制御下で作動する工具自動交換機（図示略）により、第 2 主軸 2 0 のチャック 2 3 に装着したドリルがタツノ、' 7 0 に交換される。タッピング指令読取り時、 N C プロセッサ 4 1 は、フラグ F をタッピングモードを表す値「 1 」にセットし（ステップ S 1 ) 、値「 0 」の第 2 主軸用速度指令（タツビング速度指令） V c を送出する（ステツプ S 2 ) 。必要に応じて、 N C プロセッサ 4 1 は、第 1 プロセッサに第 1 主軸用速度指令を、又、第 4, 第 5 制御回路 1 4 0, 1 5 0 に指令を送出する。この結果、例えば、ワーク周面の切削加工が行われる。

第 2 プロセッサは、フラグ F の値力 ϊ 「 1 」にセットされた直後の処理周期のステップ S 2 1 でこれを判別してスィッチ 1 2 4 を第 2 接点 1 2 4 b側に切換え、次いで、第 1 , 第 2 位置カウンタ 1 1 2, 1 2 2 からの第 1 , 第 2 位置フィードバック信号 P C C 1 , P C C 2 を読み取る（ステップ S 2 2 ) 。次に、変換回路 1 2 5 として機能する第 2 プロセッサは、タッピング速度指令 V c ( = 0 ) を読み取り、下記演算式に従ってタッピング移動指令 P r を算出する（ステップ S 2 3 ) 。

V c

P r =

T · G p

ここで、 T は第 2 プロセッサが周期的に実行する位置ループ制御の処理周期を表し、 G p は位置ループ制御での制御ゲインを表す。

次いで、加算器 1 2 6 として機能する第 2 プロセッサは、斯く算出したタッピング移動指令 P r ( = 「 0 」）と第 1 主軸 1 0 の回転位置を表す第 1 位置カウンタ 1 1 2 のカウント値（第 1 位置フィードバック信号） P P C 1 とに基づいて第 2 主軸 2 0 についての移動指令 P ( = P r + P P C 1 ) を算出する（ステップ S 2 4 ) 。第 2 プロセッサは、次に減算器 1 2 7 として機能し、斯く算出した移動指令 P と第 2 主軸 2 0 の回転位置を表す第 2 位置カウンタ 1 2 2 のカウント値 P P C 2 とに基づいて位置偏差 ε ( = Ρ - P P C 2 ) を算出する（ステップ S 2 5 ) 。更に、第 2 プロセッサは処理回路 1 2 8 として機能して位置偏差 e に位置ループゲイン G p を乗じて補正された速度指令 V c ' を算出する（ステップ S 2 6 ) 。結局、第 2 プロセッサにより第 2 主軸 2 0 の実際回転位置が目標位置 P になるように位置ループ制御が行われる。そして、速度制御回路 1 2 1 として機能する第 2 プロセッサは捕正速度指令 V c ' に応じて第 2 主軸 2 0 の回転速度を制御する（ステップ S 2 7 ) 。ここでは、 P = P C C 1、即ち、第 1 位置フィードバック信号 P C C 1 力第 2 主軸 2 0 についての移動指令 Ρ としての機能する。結果として、第 2 主軸回転位置が第 1 主軸回転位置に追従するように第 2 主軸 2 0 の回転速度が制御され、第 2 主軸回転速度 V s が第 1 主軸回転速度 V m に徐々に追従する。

この様に、第 1，第 2 主軸 1 0， 2 0 が N C プロセッサ 4 1 からの速度指令及び第 2 制御回路の位置ループ制御系（処理回路 1 2 8 ) からの補正速度指令 V c ' に応じて夫々速度制御される間、 N C プロセッサ 4 1 は、第 1 , 第 2 位置カウンタ 1 1 2, 1 2 2 の夫々のカウント値に基づいて第 1 , 第 2 主軸回転速度 V m， V s を算出し、両者が互いに等しいか否かを繰り返し判別する（ステツプ S 3 ) 。両回転速度 V m， V s が互いに等しいと判別すると、 N C プロセッサ 4 1 は、値「 0 」のタツピング速度指令 V c に代えてログラムから読み取ったタッビング速度指令 V c を第 2 プロセッサに送出する（ステツプ S 4 ) 。

第 2 プロセッサは、プログラム指定した夕ッビング速度指令 V c が送出された直後の処理周期のステップ S 2 3 で上記演算式に従ってタツビング移動指令 P r ( = V c / T - G p ) を算出し、移動指令 P r と第 1 位置フィ - ドバック信号 P C C 1 との和力ら第 2 位置フィ一ドパ- ック信号 P C C 2 を減算して位置偏差 e ( = P r + P C C I 一 P C C 2 ) を求める（ステップ S 2 4， S 2 5 ) _c 更に、ステップ S 2 6 で位置偏差 ε に制御ゲイン G ρ を乗じて補正速度指令 V c ' を求め、即ち、位置ル - プ制御を行う。そして、補正速度指令 V c ' に従って速度制御を行う（ステップ S 2 7 ) 。上記速度制御モードの場合と比べて、第 2 主軸 2 0 の目標回転位置はタッピング移動指令 P r に対応する値だけ増大し、結果として位置偏差 e が増大する。この結果、第 2 主軸回転速度 V s は第 1 主軸回転速度 V mよりもタッビング速度指令 V c だけ大きくなる。結局、第 1 , 第 2 主軸 1 0 , 2 0 はタツビング速度に対応する速度差をもって夫々回転する。

次に、 N C プロセッサ 4 1 は、タツビング速度指令 V c とタッピングピッチ（加工すべきネジのピッチ）とに基づいて決定される第 2 主軸 2 0 の軸方向移動に関する速度指令 V a を第 3 プロセッサに送出する（ステップ S 5 ) 。第 3 プロセッサは、この速度指令に従って Z軸モ一夕 3 1 を駆動制御する。結果として、第 2 主軸 2 0 とこれに装着したタッパ 7 0 とが一体にかつワーク 6 0 の回転速度よりもタッビング速度だけ大きい速度で回転しつつ、ワークに接近する方向に一体に移動する。その後、タッパ 7 0 は回転しつつ上記方向にさらに軸方向移動し、結果としてワーク 6 0 の端面へのリジッドタッビングが行われる。タッピングは、例えばワーク周面の切削加工と同時に実行可能である。

タッピング中、 N C プロセッサ 4 1 は、 Z軸モータ 3 1 に連結した位置検出器 3 3 からのフィ — ドバック信号に基づいてタッパ 7 0 先端の軸方向移動位置を検出し、プログラムで指定した長さにわたるタッビングが完了したか否かを検出タッパ位置に基づいて繰り返して判別する（ステップ S 6 ) 。

タッピング完了を判別すると、 N C プロセッサ 4 1 は値「 0 」のタツビング速度指令 V c を送出する。この結果、上記ステップ S 2 で当該速度指令 V c ( = 0 ) を送出した場合と同様に、第 2 主軸回転速度 V s が第 1 主軸回転速度 V mに追従して変化する。この間、 N C プロセッサ 4 1 は両主軸回転速度が等しいか否かを繰り返し判別する（ステップ S 8 ) 。その後、第 1 主軸回転速度 V mが第 2 主軸回転速度 V s に等しいと判別すると、 N C プロセッサ 4 1 は、大きさが夕ッビング速度指令 V c に等しくかつ符号が反対の第 .2 主軸用速度指令 - V c を送出すると共に（ステップ S 9 〉、タッピング中に送出した軸方向速度指令 V a と大きさが等しく符号が反対の軸方向速度指令一 V a を第 3 プロセッサに送出する（ステップ S 1 0 ) 。この結果、第 2 主軸 2 0 及びタツパ 7 0 が夕ッビング中とは反対方向にかつワーク回転速度 V m よりもタッビング速度 V c だけ小さい速度で回転しつつワーク 6 0 カゝら離反する方向に移動する。第 2 主軸 2 0 及びタッパ 7 0 の後退移動中、 N C プロセッサ 4 1 は第 2 主軸 2 0 が所定の復帰点に到達したか否かを繰り返し判別する（ステップ S 1 1 ) 。復帰点への到達を判別すると、 N C プロセッサ 4 1 はフラグ F をタッピングモードでないことを表す値「 0 」にリセッ卜すると共に（ステツプ S 1 2 ) 、第 2 , 第 3 プロセッサの夫々への速度指令の送出を停止してタッビングに関連する制御を終了する。

Claims

請求の範囲

. ワークが装着される第 1 主軸を第 1 モータで回転駆動すると共にタッビング工具が装着される第 2 主軸を第 2 モータで回転駆動しかつ第 3 モータで軸方向駆動する機械に用いられるタッピング用制御装置において、前記第 1 モータの回転を制御するための第 1 制御回路と、前記第 2 モータの回転を制御するための第 2 制御回路と、前記第 3 モータの回転を制御するための第 3 制御回路と、前記第 1 主軸に連結された第 1 位置検出器と、前記第 2 主軸に連結された第 2 位置検出器とを備え、前記第 2 制御回路は前記第 1，第 2 位置検出器の夫々からの位置フィ一ドバック信号と上位制御装置からのタッビング速度指令とに基づいて前記第 1 主軸についての位置ループ制御を実行して前記第 1 , 第 2 主軸を前記タッビング速度指令に対応する速度差をもつて回転させ、前記第 3 制御回路は前記第 2 主軸が前記第 1 , 第 2 主軸間の回転速度差に対応する速度で軸方向移動するように前記第 3 モータの回転を制御することを特徴とするタッビング用制御装置。

2 . 前記第 1 制御回路は、前記タッピング速度指令をこれに対応するタッビング移動指令に変換するための変換回路と、前記タッピング移動指令と前記第 1 位置検出器からの位置フィードバック信号とを加算するための加算器と、前記加算器の出力から前記第 2 位置検出器からの位置フィードバック信号を減じるための減算を含む請求の範囲第 1 項記載のタツビング用制御 . 前記第 1 制御回路は前記第 1 モータの回転速度を制御するための速度制御回路を含み、前記第 2 制御回路は前記減算器の出力に位置ループゲインを乗じるための回路と該回路の出力に応じて前記第 2 モータの回転速度を制御するための速度制御回路とを含む請求の範囲第 2 項記載のタッビング用制御装置。

，前記機械の刃物台を前記第 2 主軸の軸線方向に駆動するための第 4 モータの回転を制御するための第 4 制御回路と、前記刃物台を前記第 2 主軸の軸線に直交する方向に駆動するための第 5 モータの回転を制御するための第 5 制御回路を含む請求の範囲第 1 項記載の夕ッビング用制御回路。