WO2000039646A1

WO2000039646A1 - Dispositif de commande numerique

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Publication number: WO2000039646A1
Application number: PCT/JP1998/005868
Authority: WO
Inventors: Masakazu Sagasaki; Yoshinori Yamada
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-06
Also published as: US20020003416A1; GB2362479B; GB0115380D0; DE19883028T1; JP4346824B2; KR20010108037A; GB2362479A; TW407395B; KR100591978B1; US6404160B2

Description

明細書数値制御装置技術分野

この発明は、工作機械内で駆動する 2つ以上の主軸モータまたはサーボモー夕の同期制御を行う数値制御装置に関するものであり、特に、より精度の高い同期制御を実現可能な数値制御装置に関するものである。背景技術

工作機械には、従来から、駆動する 2つ以上の主軸モータまたはサ一ボモー夕の同期制御を実行可能なものがある。たとえば、数値制御装置が、紙テープ等から指令された加工プログラムを実行することにより、すなわち、加工プログラムに書き込まれた数値制御処理を実行することにより、工作機械の主軸モータまたはサーボモータを駆動して、ワークに指令どおりの加工を施すものである。

第 1 2図は、工作機械の主軸モータまたはサーボモータを駆動する従来の数値制御装置の概要を示す要部プロック図である。

第 1 2図において、従来の工作機械は、旋盤の基準軸を駆動するモ一夕と同期軸を駆動するモータとを同期制御する数値制御装置 1 0 1と、数値制御処理のプログラムが書き込まれた加工プログラム 1 0 2と、主軸アンプ 1 2 0 , 主軸モー夕 1 2 1，ギア 1 2 2 , 基準主軸 1 2 3 , およびエンコーダ 1 2 4を有する基準軸と、主軸アンプ 1 4 0 , 主軸モータ 1 4 1 , ギア 1 4 2 , 同期主軸 1 4 3 , およびエンコーダ 1 4 4を有する同期軸と、を備える構成とし、数値制御装置 1 0 1にて 2つの主軸の回転速度を同期させる制御を行い、さらにチヤック 1 2 5および 1 4 5を閉じることにより、基準主軸 1 2 3と同期主軸 1 4 3との間でヮ一ク 2 0 0を把持している。

上記基準軸および同期軸では、主軸アンプ 1 2 0と i 4 0が、数値制御装置 1 0 1と主軸モータ 1 2 1の間、および数値制御装置 1 0 1と主軸モータ 1 4 1の間にそれぞれ設置されており、各主軸アンプが、対応する主軸モータ 1 2 1と 1 4 1を駆動する。そして、ギヤ 1 2 2と 1 4 2を経由してそれぞれ設置されている基準主軸 1 2 3と同期主軸 1 4 3力対応するエンコーダ 1 2 4および 1 4 4 力、らのフィードバック位置に従って制御されている。また、上記数値制御装置 1 0 1は、図示のとおり、基準軸および同期軸に関する情報を解析する解析処理部 1 0 3と、解析処理部 1 0 3にて解析された補間位置指合や回転速度指合を後続の回路に出力する補間処理部 1 0 4と、所定の信号を出力する P L C回路 1 0 5と、前記所定の信号を処理する機械制御信号処理部 1 0 6と、加工プログラム 1 0 2を格納するメモリ 1 0 7と、各種パラメータの設定を行うパラメータ設定部 1 0 8と、メモリ 1 0 7内の情報を画面に表示する画面表示部 1 0 9と、基準軸および同期軸に関する情報や補間位置指合や回転速度指令等を駆動する主軸に応じて後続の回路に出力する軸制御部 1 1 0 a , 1 1 0 b , 1 1 0 c , …と、受信する情報に基づいて基準軸を制御する基準軸制御部 1 1 1と、受信する情報に基づいて同期軸を制御する同期軸制御部 1 1 2と、基準軸および同期軸に対して各種情報を出力するデータ入出力回路 1 1 3と、を備える構成とする。

以下、上記のように構成される従来の数値制御装置の動作について説明する。ここでは、特に基準主軸 1 2 3を駆動する主軸モータ 1 2 1と、同期主軸 1 4 3 を駆動する主軸モータ 1 4 1における、主軸同期制御について説明を行う。第 1 2図において、たとえば、テープリーダ等から読み込まれた加工プログラム 1 0 2は、読み出され、そして、メモリ 1 0 7に格納される。前記主軸同期制御は、主軸同期指令コードに従って実行される制御であるため、加工プログラム 1 0 2に記述された主軸同期指令コ一ドが、メモリ 1 0 7から 1ブ πック毎に、解 f斤処理部 1 0 3に読み出される。

つぎに、読み出された主軸同期指令コードは、解析処理部 1 0 3にて解析され、解析処理部 1 0 3は、その解析結果である、同期制御を行う基準軸と同期軸に関する情報を、補間処理部 1 0 4に通知する。前記情報を受信した補間処理部 1 0 4では、軸制御部 1 1 0 a , 1 1 0 b , 1 1 0 c , …のうち、たとえば、基準軸に割り当てられた軸制御部 1 1 0 b (第 1 2図参照）に対して、基準軸に関する情報を通知し、また、同期軸に割り当てられた軸制御部 1 1 0 c (第 1 2図参照）に対して、同期軸に関する情報を通知する。なお、ここでは、主軸同期制御について説明しているが、たとえば、主軸同期制御を行わないときには、基準軸および同期軸のレ、ずれにも割り当てられていない軸制御部 1 1 0 a (第 1 2図参照）に対して、回転速度に関する情報を通知することになる。従って、この場合は、デ一夕入出力回路 1 1 3に対して回転速度指令の情報が直接通知され、たとえば、その回転速度措合を受け取った主軸ァンプ 1 2 0では、それに従って主軸モータ 1 2 1の速度を制御し、主軸 1 2 3を回転させる。

なお、軸制御部 1 1 0 a， 1 1 0 b , 1 1 0 c , …については、説明の便宜上、図示の通りに割り当てられている力"^、各軸制御部は、たとえば、基準軸に割り当てられる場合、同期軸に割り当てられる場合、およびどちらにも割り当てられない場合の、いずれの場合においても動作可能である。

つぎに、軸制御部 1 1 O bは、図示のとおり、基準軸制御部 1 1 1に対して、基準軸に関する情報、および回転速度指令の情報等を通知し、軸制御部 1 1 0 c は、同期軸制御部 1 1 2に対して、同期軸に関する情報を通知する。そして、基準軸制御部 1 1 1では、受け取った回転速度指令から基準軸の指令位置を算出し、デ一夕入出力回路 1 1 3および同期軸制御部 1 1 2に対して、その指令位置を通知する。同期軸制御部 1 1 2では、基準軸制御部 1 1 1から通知された基準軸の措合位置、および先に通知された同期軸に関する情報に従って、同期軸の指令位置を算出し、データ入出力回路 1 1 3に対してその指令位置を通知する。最後に、データ入出力回路 1 1 3は、受け取った各指令位置を、主軸アンプ 1 2 0および 1 4 0に通知し、その後、基準軸の指合位置を受け取った主軸アンプ 1 2 0では、受け取った指令位置に従って主軸モータ 1 2 1の速度を制御することにより基準主軸 1 2 3を回転させ、さらに、同期軸の指合位置を受け取った主軸アンプ 1 4 0でも同様に、受け取った指合位置に従って主軸モータ 1 4 1の速度を制御することにより同期主軸 1 4 3を回転させる。このように、従来の数値制御装置においては、基準軸制御部 1 1 1にて算出された基準軸の指合位置に基づいて、同期軸制御部 1 1 2が同期軸の指令位置を算出することにより、 1つの基準主軸 1 2 3と 1つの同期主軸 1 4 3との間で、主軸同期制御を行う。しかしながら、従来の数値制御装置は、工作機械内の 2つの主軸に関する同期制御については実現可能であるが、その制御は、一組の基準軸と同期軸との間に限られている。すなわち、これは 3つ以上の主軸を同時に同期制御できないことを意味している。

その要因としては、たとえば、上記のように、各軸に対して指令位置を通知することにより同期させた場合でも、最終的には指定された位置に収束される力 \ 同期制御を行う各軸は、それぞれ位置制御ゲイン、速度、負荷等が異なっているため、位置偏差量が生じており、途中の過程では同期精度が低くなる、ということがあげられる。そのため、従来の数値制御装置では、たとえば、複数の軸を同期制御する場合には、 1つの基準軸が 2つ以上の同期軸の変動を監視し、さらに、前記位置偏差量を減らすように補正をしながら、同期制御を行うことになり、その制御が大変複雑になることから、 3つ以上の主軸を同時に同期制御することができなかった。

このようなことから、従来使用していた工作機械で、複数の軸に対する主軸同期制御を行うためには、複数の数値制御装置を設置する必要があり、そのため、工作機械のコストが高くなる、という問題があった。また、それに伴って、数値制御装置を設置する制御盤が大型化してしまう、という問題もあった。

また、従来の数値制御装置の同期制御では、主軸間で一つのワークをつかみ、チャックを閉じる際に、たとえば、外乱等により軸が変動することがある。このように、位置偏差量の溜まった状態で、基準軸と同期軸がワークを介して機械的に結合すると、それぞれが位置偏差量を取り戻す方向に作用することで、不正なトルクが発生し、ワークに対して傷やねじれを発生させることがあつた。従って、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、工作機械内の 2つの主軸につレ、て同期制御を実現するとともに、 3つ以上の主軸につし、ても同時に同期制御を実現可能とし、さらに、従来の装置よりも同期精度を向上させることができる数値制御装置を提供することを目的としている。発明の開示

この発明にかかる数値制御装置にあっては、工作機械で駆動する複数の主軸モ一夕またはサ一ボ乇一夕の同期制御を、加工プログラムに従って行うものであり、具体的には、前記加工プログラムを格納するメモリ部（後述する実施の形態のメモリ 7に相当）と、同期制御を行う対象となる複数の軸の主従関係を管理する同期制御管理部（同期制御管理部 1 1に相当）と、前記同期制御管理部にて管理された軸の主従関係に基づいて、同期制御の基準となる基準軸に関する情報、または該基準軸に同期して動作するための同期軸に関する情報、がそれぞれ設定され、内部で計算される指令位置に基づいて、対応する前記モータを制御する複数の軸制御部（軸制御部 1 0 a , 1 0 b , 1 0 c , ···, に相当）と、を備え、前記基準軸に関する情報が設定された 1つの軸制御部、および同期軸に関する情報が設定された複数の軸制御部が、個々に対応する前記モータを制御することにより、一つの基準軸に対して複数の軸を同期制御可能とし、さらに、同期軸を基準として別の軸を同期制御可能とするものである。

この発明による数値制御回路では、テープリーダ等から読み出された加工プログラムがメモリ部に格納され、内部でそのプログラムに記述されている主軸同期指令に基づいて、たとえば、基準軸および同期軸の情報や、同期軸の回転方向、回転比等の情報が解析され、その結果が同期制御管理部に通知される。そして、同期制御管理部では、同期制御を行うすべての軸の組み合わせを管理し、その情報を上記複数の軸制御部に通知することにより、基準軸を制御するための 1つの軸制御部、および同期軸を制御するための 1つまたは複数の軸制御部を設定する。このように、本発明にかかる数値制御装置は、同期制御管理部の管理により、容易に 3つ以上の主軸モータまたはサーボモータの同期制御を可能とする。すなわち、一つの基準軸に対して複数の軸（同期軸）の同期制御を可能とすると共に、さらに該同期軸を基準として別の軸を同期制御可能とする。

また、複数組の同期制御の組み合わせを管理できるようにしたため、不正な同期制御の組み合わせの判断が容易となり、たとえば、不正な同期制御の組み合わせがある場合、了ラーム等により不正であることをユーザに促すことができる。さらに、不正な組み合わせがある場合、たとえば、基準軸と同期軸を入れ替えて同期制御を行えば、ユーザが基準軸と同期軸とを考慮することなく、任意の組み合わせで同期制御を行うことができる。

つぎの発明にかかる数値制御装置において、前記複数の軸制御部は、それぞれ、対応するモータを、前記加工プログラムに記述された速度指合値に応じて駆動させる速度制御方式（速度制御モード）力、、または該速度指合値から換算した単位時間当りの移動量に応じて駆動させる位置制御方式（位置制御モード）力、、いずれか一方の方式に切り換えるための軸制御方式切換部（後述する実施の形態の軸制御方式切換部 7 1に相当）と、基準軸に対する速度指令値より、単位時間当りの移動量を算出する軸制御指令値変換部（軸制御指令値変換部 7 2に相当）と、前記軸制御指令値変換部にて算出される基準軸の単位時間当りの移動量を他の軸制御部に出力するか、または、他の軸制御部にて算出された基準軸の単位時間当りの移動量を受け取るための基準位置入出力部（基準位置入力部 7 3、基準位置出力部 7 5に相当）と、前記軸制御指令値変換部にて算出される移動量、または、前記基準位置入力部にて受け取る移動量、に基づいて、対応する軸に対する指令位置を計算する同期位置計算処理部（同期位置計算処理部 7 4に相当）と、を備えるものである。

この発明による数値制御装置は、軸の同期制御（位置制御方式）において、基準軸を制御する場合には、前記同期位置計算処理部が、軸制御指合値変換部にて算出される基準軸の移動量を、基準軸の基準位置に加算することにより、基準軸に対する指令位置を計算し、一方、同期軸を制御する場合には、前記同期位置計算処理部が、前記基準位置入出力部にて受け取る移動量と、基準軸に対する同期軸のギヤ比、指合回転比、および指令単位時間比とから、同期軸の単位時間当りの移動量を算出し、該移動量を同期軸の基準位置に加算することにより、同期軸に対する指令位置を計算する。これにより、基準軸および同期軸において、正確な指合位置を計算可能となり、軸の同期制御の精度を向上させることができる。つぎの発明にかかる数 ί直制御装置において、同期軸を制御する軸制御部の前記軸制御方式切換部は、前記加工プログラムに記述された速度指合値と前記モ一夕の位置制御ゲインから算出される位置偏差量の理論値と、フィ一ドバック位置のサンプリング遅れ時間に相当する遅れ量とを、軸からのフィードノくック位置から差し引いて、理論上の指合位置を計算し、その後、位置偏差量の変動が収縮した状態で、通常の速度制御方式から位置制御方式に切り換えるものである。

この発明による数値制御装置は、同期制御を行う主軸の速度制御方式から位置制御方式への切り換えを、上記所定手順で理論上の指令位置を計算し（同期軸を制御する軸制御部内の軸制御方式切換部による計算）、その後、位置偏差量の変動が収縮した状態で行うようにしているため、基準軸の動作に影響を与えずに同期制御モード（位置制御方式）に切り換えることができる。これにより、基準軸側で加工中に、その加工に影響を与えずに軸の同期制御を行えるため、加工サイクルを短縮することができる。

つぎの発明にかかる数値制御装置において、前記複数の軸制御部は、それぞれ、基準軸の位置偏差量と同期軸の位置偏差量とから位置補正量を算出し、該位置補正量を前記同期軸の指令位置に対して加算することにより、軸の変動を補正する同期位置補正部（後述する実施の形態の同期位置補正部 7 6に相当）、を備えるものである。

この発明による数値制御装置において、軸の同期制御を行う場合、基準軸を制御する軸制御部では、該基準軸に対する指令位置を計算し、一方、同期軸を制御する複数の軸制御部では、基準軸を制御する軸制御部から受け取る単位時間当りの移動量に基づいて、同期軸に対する指令位置を計算する。そして、同期位置補正部では、得られた位置補正量を、同期軸の指令位置に対してのみ加算することにより、軸の変動を補正する。これにより、基準軸側で加工中に、その加工に影響を与えずに軸の同期制御を行えるため、より加工サイクルを短縮することができ、さらに、同期軸の指令位置を補正することにより、同期精度の向上を実現させることができる。

つぎの発明にかかる数値制御装置において、同期軸を制御する軸制御部内の前記同期位置補正部は、基準軸の位置偏差量に対して、基準軸と同期軸の指令回転比、および指合単位時間比をかけて、さらに、その計算結果と基準軸の位置偏差量との差をとり、その後、パラメ一夕で決められる特定の時定数に従って、前記差に一次遅れのフィルタを通した値を、位置補正量とするものである。

この発明による数値制御装置は、同期制御時に発生するずれの補正を、上記計算結果と基準軸の位置偏差量との差に、一次遅れフィル夕をかけることにより行うため、これにより、補正による急激な指令位置の変動が発生せず、無用なァラ —厶の発生を避けることができる。

つぎの発明にかかる数値制御装置において、前記複数の軸制御部は、それぞれ、前記加工プログラムに記述された速度措合値と前記モータの位置制御ゲインから理論上の位置偏差量を算出する理想位置偏差量計算処理部（後述する実施の形態の理想位置偏差量計算処理部 7 7に相当）、を備え、同期軸を制御する軸制御部において、前記同期位置補正部は、前記理想位置偏差量計算処理部にて算出された基準軸の理論上の位置偏差量と、基準軸から得られる実際の位置偏差量と、の差をとり、その後、前記差と基準軸に対する同期軸の指令回転比、および指合単位時間比とから算出した値を、位置補正量とするものである。

この発明による数値制御装置において、同期軸を制御する軸制御部の同期位置補正部は、基準軸の理論上の位置偏差量に対する実際の遅れ量分を、位置補正量として、同期制御時に発生するずれ成分を補正するようにしたため、切削負荷等で発生する遅れによる同期ずれ成分を容易に補正でき、また、位置制御ゲインや負荷が異なるために、常に位置偏差量に差が発生している軸間の同期制御であつても、補正による不正なトルクを発生させずに、精度良い同期制御を行うことができる。これにより、ワークの傷やねじれの発生を防ぐことができ、より精度の良い加工を行うことができる。

つぎの発明にかかる数値制御装置において、前言己複数の軸制御部は、それぞれ、同期制御を行う基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値を計算し、さらに、その差を計算する同期補正量固定部（後述する実施の形態の同期補正量固定部 7 8に相当）、を備え、同期軸を制御する軸制御部において、前記同期位置補正部は、前記同期補正量固定部に計算された前記差を、位置補正量とするものである。

この発明による数値制御装置において、同期軸を制御する軸制御部の同期位置補正部は、同期制御を行う基準軸および同期軸における位置偏差量の平均値の差を、位置補正量として、同期制御時に発生するずれ成分を補正するようにしたため、該位置補正量を固定的な値とすることができ、これにより、位置補正量の計算による負担を軽減することができる。

つぎの発明にかかる数値制御装置にあっては、前記工作機械の初期調整時に、同期制御を行う基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値を計算し、さらに、その平均値を速度指令値で割った値を、位置偏差量を得るための係数として保持する同期補正係数保持部（後述する実施の形態の同期補正係数保持部 5 1に相当）、を前記メモリ部内に備え、同期軸を制御する軸制御部において、前記同期位置補正部は、速度指令値に対して、前記同期補正係数保持部にて保持された係数をかけることにより、同期制御を行う基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値を計算し、その差を、位置補正量とするものである。

この発明による数値制御装置において、同期軸を制御する軸制御部の同期位置補正部は、同期制御を行う基準軸および同期軸における位置偏差量の平均値を計算し、その平均値を速度指令値で割った値を、位置偏差量を得るための係数として、同期補正係数保持部内に保持する。この保持された値は、速度指令値に依存しない位置偏差量を得るための係数であるため、同期制御時において初期調整時と速度指令値が異なる場合でも、該係数に速度指合値をかけることにより、定常回転時の位置偏差量を容易に算出することができる。

つぎの発明にかかる数値制御装置にあっては、同期制御を行う同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値と実際の位置偏差量との差を、前記位置補正量力、ら一時的に引いて、外乱等による変動で発生した位置偏差量の変動成分をキヤンセルする同期補正量誤差キヤンセル処理部（後述する実施の形態の同期補正量誤差キャンセル処理部 7 9に相当）、を備えるものである。

この発明による数値制御装置は、軸の位置偏差量が変化した伏態でヮ一クをつかむ場合、予め計算しておいた、同期制御を行う同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値と実際の位置偏差量との差を、同期軸にかかる位置補正量から一時的に引く。これにより、外乱等による変動で発生した位置偏差量の変動成分をキヤンセルでき、最適な位置偏差量で同期制御を行うことができる。

つぎの発明にかかる数値制御装置にあっては、通常の速度制御方式の加減速パターンに基づいて生成された多段の加減速速度、多段基準加減速時定数、多段加減速時定数倍率を、パラメータ設定画面を操作することにより記憶する多段加減速パラメータ記憶部（後述する実施の態の多段加減速パラメータ記憶部 8 1に相当）と、基準主軸および同期主軸の最高回転数と多段基準加減速時定数とから、それぞれの単位時間当りの加減速速度である、基準傾き量を計算する基準傾き量計算部（基準傾き量計算部 8 3に相当）と、設定された多段加減速パラメ一夕から適正な多段加減速ノ、'ターンを計算する多段加減速ノ、°夕一ン算出部（多段加減速パターン算出部 8 4に相当）と、前記同期制御管理部に通知する多段加減速パターンを決定する多段加減速決定部（多段加減速決定部 8 2に相当）と、を備える.ものである。

この発明による数値制御装置は、 2つ以上の主軸モータ間による主軸同期において、主軸モータの加減速を位置制御方式の多段加減速パターンで制御するとき、適切な多段加減速パターンを選択するための構成について規定している。たとえば、多段加減速パターンが各主軸毎に異なっている場合、加減速の傾きが一番大きレ、ものを基準として多段基準加減速時定数を設定し、他の加減速パターンを

、多段基準加減速時定数の定数倍（1以上の小数）で定義するようにしたため、適正な多段加減速パターンの選択判定が、多段基準加減速時定数の比較、という簡単な処理で可能になる。

また、たとえば、同様の場合に、多段加減速パターンの異なる主軸間の多段基準加減速時定数の比から、適正な多段加減速パターンを算出するようにしたため、加減速の傾きが大きいものを選択する必要がでた場合でも、容易に適正な多段加減速ノ、'ターンに補正することできる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明にかかる数値制御装置の実施の形態 1の構成であり、第 2図は、数値制御装置内の軸制御部の構成であり、第 3図は、同期制御を行う組の管理を行うための同期制御管理マトリクスであり、第 4図は、同期制御を管理するためのフローチャートであり、第 5図は、主軸同期制御指令の解析による同期制御軸の組み合わせであり、第 6図は、軸制御部のフローチャートであり、第 7図は、本発明にかかる数値制御装置の実施の形態 2の構成であり、第 8図は、同期制御を行うための多段加減速パターンの具体例であり、第 9図は、多段加減速時定数倍率の計算方法を示す図であり、第 1 0図は、同期制御を行うための多段加減速パラメ一夕の設定例であり、第 1 1図は、多段加減速パターンの選択および計算方法であり、第 1 2図は、従来における数値制御装置の構成である。発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

第 1図は、工作機械の主軸モータまたはサーボモータを駆動可能な、本発明にかかる数値制御装置の実施の形態 1の要部プロック図である。第 1図において、本発明の工作機械は、基準軸を駆動するモータと同期軸を駆動するモータとを同期制御する数値制御装置 1と、数値制御処理のプログラムが書き込まれた加工プログラム 2と、主軸アンプ 20，主軸モータ 21, ギア 22 ，基準主軸 23, およびエンコーダ 24を有する基準軸と、主軸アンプ 40, 主軸モータ 4 1, ギア 42, 同期主軸 43, およびエンコーダ 44を有する第 1の同期軸と、主軸アンプ 60, 主軸モータ 61, ギア 62, 同期主軸 63，およびエンコーダ 64を有する第 2の同期軸と、を備える構成とし、数値制御装置 1にて 3つの主軸の回転速度を同期させる制御を行い、チャック 25および 45を閉じることにより、基準主軸 23と同期主軸 43との間でワーク 26を把持し、さらに、回転工具 65を回転させている。

上記、基準軸、第 1の同期軸、および第 2の同期軸では、主軸アンプ 20, 4 0, 60が、それぞれ数値制御装置 1と主軸モータ 21との間、数値制御装置 1 と主軸モータ 41との間、および数値制御装置 1と主軸モータ 61との間に設置されており、各主軸アンプが、対応する主軸モータ 21, 41, 61を駆動している。そして、ギヤ 22, 42, 62を経由してそれぞれ設置されている基準主軸 23と同期主軸 43と同期主軸 63力、対応するエンコーダ 24, 44, 64 からのフィードバック位置に従って制御されている。

また、上記数値制御装置 1は、図示のとおり、基準軸および同期軸に関する情報を解析する解析処理部 3と、解析処理部 3にて解析された補間位置指令や回転速度指令を後続の回路に出力する補間処理部 4と、所定の信号を出力する PLC 回路 5と、前記所定の信号を処理する機械制御信号処理部 6と、加工プログラム 2を格納し、内部に後述する同期補正係数保持部 51を備えるメモリマと、ユーザの操作により各種パラメ一夕の設定を行うパラメータ設定部 8と、メモリ 7内の情報を画面に表示する画面表示部 9と、同期制御を行う主軸の組み合わせを管理する同期制御管理部 1 1と、基準軸および同期軸に関する情報や指令位置や速度指令等を出力することにより、それぞれ対応する主軸を制御する軸制御部 10 a, 1 0b， 1 0 c， …と、基準軸および同期軸に対して各種情報を出力するデ一夕入出力回路 1 3と、を備える構成とする。なお、本実施の形態では、説明の便宜上、特に 3つの主軸の同期制御について説明を行うが、同期制御可能な主軸の数はこれに限らず、同期制御管理部 i 1の管理により、任意の複数の主軸を同期制御可能である。

また、第 2図は、第 1図に記載の軸制御部 1 0 a , 1 0 b , 1 0 c , …をさらに詳しくした要部ブロック図である。

第 2図において、各軸制御部は、軸制御方式切換部 7 1と、軸制御指合値変換部 7 2と、基準位置入力部 7 3と、同期位置計算処理部 7 4と、基準位置出力部 7 5と、同期位置補正部 7 6と、理想位置偏差量計算処理部 7 7と、同期補正量固定部 7 8と、同期補正量誤差一時キヤンセル処理部 7 9とを備える構成とする。なお、各軸制御部は、同期制御管理部 1 1の管理により、基準軸および同期軸のどちら制御についても動作可能である。

軸制御方式切換部 7 1は、対応するモータを、加工プログラムに記述された指合速度に応じて駆動させる速度制御方式（速度制御モード：通常時の制御）力、、または該速度指合値から換算した単位時間当りの移動量に応じて駆動させる位置制御方式（位置制御モード：同期制御）か、レ、ずれか一方の方式に切り換える。軸制御指令値変換部 7 2は、基準軸に対する指合速度から、単位時間当りの移動量を算出する。基準位置入力部 7 3は、他の軸制御部にて算出された基準軸の単位時間当りの移動量を受け取る。同期位置計算処理部 7 4は、軸制御指合値変換部 7 2にて算出される移動量、または、基準位置入力部 7 3にて受け取る移動量に基づいて、対応する軸に対する指令位置を計算する。基準位置出力部 7 5は、軸制御指令値変換部 7 2にて算出される基準軸の単位時間当りの移動量を他の軸制御部に出力する。同期位置補正部 7 6は、基準軸の位置偏差量と同期軸の位置偏差量とから位置補正量を算出し、該位置補正量を前記同期軸の指令位置に対して加算することにより、軸の変動を補正する。理想位置偏差量計算処理部 7 7は、加工プログラムに記述された速度指合値と前記モータの位置制御ゲインから理論上の位置偏差量を算出する。同期補正量固定部 7 8は、同期制御を行う基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値を計算し、さらに、その差を計算し、その計算結果を固定の位置補正量とする。同期補正量誤差一時キヤンセル処理部 7 9は、同期制御を行う同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値と実際の位置偏差量との差を、前記位置補正量から一時的に引いて、外乱等による変動で発生した位置偏差量の変動成分をキヤンセルする。

以下、上記のように構成される本発明にかかる数値制御装置 1の動作について説明する。

まず、加工プログラム 2に記述された主軸同期指令により、たとえば、主軸 2 3を基準主軸として、主軸 4 3を同期主軸として制御し、さらに、主軸 2 3を基準主軸として、主軸 6 3を同期主軸として制御することにより、 3つの主軸の同期制御を行う場合について説明する。なお、第 1図において、軸制御部 1 O aは、主軸アンプ 2 0を介して、主軸 2 3の制御を行い、軸制御部 1 O bは、主軸ァンプ 4 0を介して、主軸 4 3の制御を行い、軸制御部 1 0 cは、主軸アンプ 6 0 を介して、主軸 6 3の制御を行うものとする。

たとえば、テープリーダ等から読み出された加工プログラム 2は、メモリ 7に格納され、加工プログラム 2が実行される際には、解析処理部 3が、メモリ 7から 1プロックずつ加工プログラム 2を読み出し、記述された主軸同期指令の解析処理を行う。その主軸同期措令は、解析処理部 3にて基準軸および同期軸に関する情報や、同期軸の回転方向、回転比等に関する情報として解析され、補間処理部 4に通知される。そして、捕間処理部 4では、同期制御管理部 1 1に対してこれらの情報を通知する。

同期制御管理部 1 1では、指令された同期制御軸の組み合わせの管理を行い、軸制御部 1 0 a , 1 0 b , 1 0 c , …のうち、基準軸の制御を行う軸制御部 1 0 aに対して、基準軸に関する情報を通知し、また、同期軸の制御を行う軸制御部 1 0 b , 1 0 cに対して、同期軸に関する情報と、基準軸 2 3に対する同期軸 4 3 , 6 3の回転方向、回転比等の情報とを、それぞれ通知する。さらに、軸制御部 1 0 aの基準位置出力部 7 5と、軸制御部 1 0 b， 1 0 cの基準位置入力部 7 3とを接続し、後述する基準軸の同期制御基準移動量が同期軸に通知できるようにる。

ここで、同期制御管理部 1 1における、同期制御の組み合わせの管理方法を、第 3図に示す同期制御管理マトリクスに従って説明する。

複数の軸の組み合わせについて、同期制御を行う場合、同期制御管理部 1 1では、すべての組み合わせを管理し、その主従関係に従って同期制御を行わせる必要がある。第 3図の例においては、主軸 S 1を基準軸として主軸 S 2を同期制御し、さらに主軸 S 1を基準軸として主軸 S 3を同期制御することを表している。軸でない軸から順に制御を行うよう管理することによって、複数の主軸につし、て、同期制御の管理を行っている。

また、上記同期制御管理マトリクスを用いることにより、不正な同期制御パ夕ーンのチェックを行っている。たとえば、一つの同期軸に対して複数の基準軸を組み合わせることは原理的にできないので、主軸 S 1を基準として主軸 S 2を同期制御中に、主軸 S 4を基準軸として主軸 S 2を同期制御しょうとした場合、同期制御管理部 1 1では、主軸 S 2がすでに主軸 S 1を基準軸として同期制御中であることから、主軸 S 4を基準軸として同期制御はできない。従っ、その指令は不正な組み合わせの同期制御指令であると判定できる。同期制御管理部 1 1は、このマトリクスをメモリ上に展開して、同様の管理を実現している。

このような同期制御管理部 1 1の管理により、上記各情報を受け取った軸制御部 1 0 a , 1 0 b , 1 0 cでは、つぎの動作が行われる。

軸制御方式切換部 7 1は、加工プログラムに記述された指令速度と軸の位置制御ゲインとから、位置偏差量の理論値を計算し、さらに、その指令速度から、フイードバック位置のサンプリング遅れ時間に相当する移動量を計算し、これらの計算結果を、主軸アンプからのフィードバック位置から引くことにより、指令位置を計算する。そして、この位置偏差量の変動が収縮した状態で、有効な指令を速度指令値から位置指令値に切り換えるため、速度到達およびパラメータ等で決められた時間待ちのチェックを行い、その後、主軸に対する制御方式を、通常の速度制御方式から同期制御の位置制御方式に切り換える。

位置制御方式に切り換わった基準軸の軸制御部 1 0 aにおいて、軸制御指合値変換部 7 2は、基準主軸 2 3に対する速度指令を、単位時間当たりの移動量に変換し、その移動量を同期制御基準移動量として、同期位置計算処理部 7 4に通知する。さらに、同期位置計算処理部 7 4では、基準位置出力部 7 5を介して、同期軸を制御する軸制御部 1 O b , 1 O cに対して、その同期制御基準移動量を出力する。

この状態で、同期位置計算処理部 7 4は、その同期制御基準移動量を同期制御基準位置に加算し、その加算結果を新しい同期制御基準位置として、同期位置補正部 7 6に通知する。そして、同期位置補正部 7 6では、基準軸を制御するため、受け取った同期制御基準位置を指令値として、データ入出力回路 1 3を経由して、主軸アンプ 2 0に対して指令位置を通知する。

一方、位置制御方式に切り換わった同期軸の軸制御部 1 O b , 1 0 cでは、つぎの動作が行われる。

まず、基準軸 2 3と同期する同期軸 4 3において、軸制御部 1 0 bの基準位置入力部 7 3では、同期制御管理部 1 1により関連付けられた基準軸 2 3を制御する軸制御部 1 0 aの基準位置出力部 7 5から出力された同期制御基準移動量を、受け取り、そして、同期位置計算処理部 7 4に通知する。

同期位置計算処理部 7 4は、受け取った同期制御基準移動量に、基準軸 2 3に対する同期軸 4 3のギヤ比、指令回転比、および指令単位比をかけた値を、同期軸 4 3に対する同期制御基準移動量とする。なお、軸制御部 1 O bにおいては、同期軸 4 3を基準軸として同期制御を行う別の軸が存在しないため、他の軸制御部に対して同期制御基準移動量の出力は行わなレ、。

その後、同期位置計算処理部 7 4では、上記同期制御基準移動量を同期制御基準位置に加算し、その加算結果を新しい同期制御基準位置として同期位置補正部 7 6に通知する。そして、同期位置補正部 7 6では、基準軸 2 3の位置偏差量と同期軸 4 3の位置偏差量とから、後述する方法で位置補正量を計算し、該同期制御基準位置に対して加算したものを措合位置として、データ入出力回路 1 3を経由して、主軸アンプ 4 0に対してその指合位置を通知する。なお、基準軸 2 3 と同期する同期軸 6 3において、同期軸 6 3を制御する軸制御部 1 0 cの動作については、上記と同様である。

ここで、前述した位置補正量の計算方法について詳細に説明する。

同期軸を制御する軸制御部 1 0 b , 1 0 cの同期位置補正部 7 6では、加工プ口グラム 2に記述された主軸同期指令により、位置補正量の計算方式をつぎの 2 つから選択し、軸の変動によるずれ成分に対して同期補正を行う。

位置補正量の第 1の計算方法では、基準軸の位置偏差量に、同期軸に対する基準軸の指合単位時間比、および指令回転比をかけて、その計算結果と同期軸の位置偏差量との差分を計算し、基準軸の位置に対する同期軸の遅れ量を得る。そして、その差分に、メモリ 7内のパラメ一夕で決められる特定の時定数に従って、一次遅れのフィルタを通した値を、位置補正量とする。この方法は、基準軸と同期軸に対する負荷の差があまり大きくない時に使用される。

位置補正量の第 2の計算方法では、基準軸を制御する軸制御部の理想位置偏差量計算処理部 7 7が、加工プログラムに記述された指令速度および軸の位置制御ゲインから、基準軸の位置偏差量の理論値を算出し、データ入出力回路 1 3を介して得られる基準軸の位置偏差量との差を計算する。これに、基準軸に対する同期軸の指令単位比、および指令回転比をかけて、その計算結果を同期軸における位置補正量とする。この方法は、基準軸と同期軸の負荷の差が大きく、基準軸の追従遅れと同期軸の追従遅れとの差が常時大きレ、場合に使用される。

また、同期軸の軸制御部 1 O b , 1 0 cの同期位置補正部 7 6では、たとえば、 P L C回路 5からの所定の信号により、位置補正量を一時的に固定させるか、または、位置補正量の誤差のキヤンセルを行うことができる。

上記位置補正量を一時的に固定させる方法としては、まず、同期制御を行う基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値を予め検出しておく。そして、チャックをお互いに閉じて、同期制御を行っている軸間がワーク等を介して、トルクが伝達しあうような場合に、たとえば、 P L C回路 7 5は、前記所定の信号として、チャック閉信号を出力する。このチャック閉信号は、機械制御信号処理部 7 6を経由して、該同期軸の軸制御部の同期補正量固定部 7 8に通知され、このとき、同期補正量固定部 7 8では、基準軸の位置偏差量の平均値と、同期軸の位置偏差量の平均値との差を、位置補正量として、同期位置補正部 7 6に通知する。このように、この方法により求められた該位置補正量は、基準軸の位置偏差量の平均値と同期軸の位置偏差量の平均値との差であるため、固定的な値になる。

なお、上記のように、基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値を得るためには、予め、工作機械の初期調整時に、定常回転時の位置偏差量の平均値を検出しておき、指合速度で割った値を、たとえば、同期補正係数保持部 5 1で保持しておく。このとき、保持された値は、指令速度に依存しない位置偏差量を得るための係数であるため、通常運転時の指令速度が、初期調整時と指合速度が異なる場合でも、該係数にそのときの指令速度をかけることにより、定常回転時の位置偏差量を容易に算出できる。

そして、 P L C回路 5から出力される所定の信号の入力とともに、このようにして算出された基準軸および同期軸における位置偏差量の平均値の差をとり、基準軸と同期軸との位置偏差量の平均値の差を、位置補正量として、同期位置補正部 7 6に通知する。この方法は、常時、同期軸として動作し、かつ、基準軸とヮークを介してトルクを伝達し合うガイドブッシュ主軸等の補正を行う場合に使用される。

—方、前記位置補正量の誤差のキャンセルを行う方法としては、その動作によつて発生する変動により、軸の位置偏差量が変化した状態でワークをつかむ場合を想定する。このとき、同期補正量誤差キャンセル処理部 7 9では、予め計算しておいた基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値と、実際の位置偏差量との差をとる。そして、 P L C回路 5から出力される所定の信号として、誤差キャンセル信号の入力とともに、同期軸にかかる位置補正量から一時的に前記差を引いて、外乱等による変動で発生した位置偏差量の変動成分をキヤンセルし、最適な位置偏差量で軸の同期制御を行う。

続いて、本発明にかかる数値制御装置 1の動作において、加工プログラム 2に記述された主軸同期指合により、たとえば、主軸 2 3を基準主軸として、主軸 4 3を同期主軸として制御し、さらに、主軸 4 3を基準主軸として、主軸 6 3を同期主軸として制御することにより、 3つの主軸の同期制御を行う場合につし、て説明する。なお、先の説明と同様の動作については、説明を省略する。

先の説明と同様の動作の後、同期制御管理部 1 1は、指令された同期制御軸の組み合わせの管理を行い、軸制御部 1 0 a， 1 0 b , 1 0 c , …のうち、基準軸の制御を行う軸制御部 1 0 aに対して、基準軸に関する情報を通知し、また、同期軸の制御を行う軸制御部 1 O b , 1 0 cに対して、同期軸に関する情報と、基準軸 2 3に対する同期軸 4 3 , 6 3の回転方向、回転比等の情報とを、それぞれ通知する。さらに、軸制御部 1 0 aの基準位置出力部 7 5と、軸制御部 1 0 b , 1 0 cの基準位置入力部 7 3とを接続し、基準軸の同期制御基準移動量が同期軸を制御する軸制御部 1 0 bに通知できるようにする。

つぎに、軸制御部 1 O bに対して、基準軸に関する情報を通知し、その同期軸となる軸制御部 1 0 cに対して、同期軸に関する情報と、基準軸 4 3に対する同期軸 6 3の回転方向、および指合回転比等の情報とを、それぞれ通知する。さらに、軸制御部 1 0 bの基準位置出力部 7 5と、軸制御部 1 0 cの基準位置入力部 7 3とを接続し、基準軸の同期制御基準移動量が同期軸を制御する軸制御部 1 0 cに通知できるようにする。

この状態で、基準軸および同期軸となる軸制御部 1 0 a , 1 0 b , 1 0 cにおいて、軸制御方式切換部 7 1は、軸の制御方式を速度制御方式から位置制御方式に切り換える。

位置制御方式に切り換わつた基準軸の軸制御部 1 0 aにお、て、軸制御指合値変換部 7 2は、基準主軸 2 3に対する速度指令を、単位時間当たりの移動量に変換し、その移動量を同期制御基準移動量として、同期位置計算処理部 7 4に通知する。さらに、同期位置計算処理部 7 4では、基準位置出力部 7 5を介して、同期軸を制御する軸制御部 1 O bに対して、その同期制御基準移動量を出力する。この状態で、同期位置計算処理部 7 4は、その同期制御基準移動量を同期制御基準位置に加算し、その加算結果を新しい同期制御基準位置として、同期位置補正部 7 6に通知する。そして、同期位置補正部 7 6では、基準軸を制御するため、受け取った同期制御基準位置を指令値として、データ入出力回路 1 3を経由して、主軸アンプ 2 0に対して指令位置を通知する。

つぎに、位置制御方式に切り換わった基準軸の軸制御部 1 0 bにおいて、軸制御指合値変換部 7 2は、基準主軸 4 3に対する速度指合を、単位時間当たりの移動量に変換し、その移動量を同期制御基準移動量として、同期位置計算処理部 7 4に通知する。さらに、同期位置計算処理部 7 4では、基準位置出力部 7 5を介して、同期軸を制御する軸制御部 1 0 cに対して、その同期制御基準移動量を出力する。

この状態で、同期位置計算処理部 7 4は、その同期制御基準移動量を同期制御基準位置に加算し、その加算結果を新しい同期制御基準位置として、同期位置補正部 7 6に通知する。そして、同期位置補正部 7 6では、基準軸を制御するため、受け取った同期制御基準位置を指令値として、データ入出力回路 1 3を経由して、主軸アンプ 4 0に対して指合位置を通知する。

一方、位置制御方式に切り換わった同期軸の軸制御部 1 0 cでは、つぎの動作が行われる。

まず、基準軸 4 3と同期する同期軸 6 3において、軸制御部 1 0 cの基準位置入力部 7 3では、同期制御管理部 1 1により関連付けられた基準軸 4 3を制御する軸制御部 1 O bの基準位置出力部 7 5から出力された同期制御基準移動量を、受け取り、そして、同期位置計算処理部 7 4に通知する。

同期位置計算処理部 7 4は、受け取った同期制御基準移動量に、基準軸 4 3に対する同期軸 6 3のギヤ比、指令回転比、および指令単位比をかけた値を、同期軸 6 3に対する同期制御基準移動量とする。なお、軸制御部 1 0 cにおいては、同期軸 6 3を基準軸として同期制御を行う別の軸が存在しないため、他の軸制御部に対して同期制御基準移動量の出力は行わない。

その後、同期位置計算処理部 74では、上記同期制御基準移動量を同期制御基準位置に加算し、その加算結果を新しい同期制御基準位置として同期位置補正部 76に通知する。そして、同期位置補正部 7 6では、基準軸 4 3の位置偏差量と、同期軸 6 3の位置偏差量とから、位置補正量を計算し、その後、該同期制御基準位置に対して加算したものを指令位置として、デ一夕入出力回路 1 3を経由して、主軸アンプ 6 0に対してその指令位置を通知する。第 4図は、本発明にかかる数理制御装置において、同期制御を管理するためのフローチャートである。以下、第 4図に基づいて、同期制御を行う軸の管理方法と、各軸制御部における処理シーケンスの管理方法について説明する。

まず、解析処理部 3にて加工プログラム 2が解析され（第 4図， S 1) 、補間処理部 4を介して同期制御管理部 1 1に通知される情報が、第 5図に示すような主軸同期制御指合を解析したものであれば（S 1, Ye s) 、第 3図に示す同期制御管理マトリクスの示すメモリ上のデータを参照し、指合された同期制御軸の組み合わせが正しいかどうかの判定を行う（S 2) 。なお、主軸同期制御指令を解析したものでなければ（S 1, Ye s) , 通常の速度制御を行う。

ステップ S 2の判断において、正しくない場合とは、新たに同期軸として指合された軸がすでにいずれかの同期制御の組み合わせで同期軸として扱われている場合である。たとえば、正しくない場合（S 2, No) 、同期制御管理部 1 1では、アラームを発生させる制御を行い（S 7) 、正しい場合は（S 2, Ye s) 、同期制御管理マトリクスのデータに、新たに同期制御の情報をセットする（S 3) o

その後、同期制御管理部 1 1では、基準軸となる軸を制御する軸制御部（ 1 0 a, 1 0 b, …等）に、基準軸に関する情報と、同期制御モード要求を通知する (S 4) 。さらに、同期制御管理部 1 1では、同期軸となる軸の軸制御部（ 1 0 a, 1 0 b, …等）に、同期軸に関する情報、同期制御モード要求、および回転比等の情報を通知する（S 5) 。

最後に、同期制御管理部 1 1は、同期制御管理マトリクスのデータを元に、軸制御部の処理を行う順序の管理を行う（S 6) 。この管理の順序については、同期軸として扱われていない軸から順に、具体的にいうと、基準軸で扱われている軸の場合は、つぎにその同期軸として扱われている軸を、さらにその同期軸が基準軸として扱われている場合は、その同期軸として扱われている軸を、 …の順で、制御を行うようにする。これにより、すべての軸における同期制御の組み合わせを検索し、基準軸から同期軸の順で制御を行うことができる。

第 6図は、本発明にかかる数値制御装置における軸制御部のフローチヤ一トである。

以下、第 6図に基づいて、同期制御管理部 1 1で管理された順に処理される各軸制御部の動作について説明する。

まず、同期軸として扱われていない軸の場合について説明すると、この軸は、通常の速度制御の主軸として扱われる軸、もしくは、同期制御の基準軸としてのみ扱われる軸ということになる。そこで、軸制御部では、対応する主軸が、同期制御の基準軸または同期軸として扱われているかをチェックを行う（S 1 1) 。通常の速度制御主軸として扱われる軸の場合（S 1 1， No) 、軸制御部は、指令速度を、データ入出力回路 1 3を経由して、対応する主軸アンプへ出力する（ S 24) 。一方、基準軸の場合（S 1 1, Ye s) 、軸制御部では、該主軸モー夕の制御方式が速度制御方式から位置制御方式に切り換わっているかどうかをチエックする（S 1 2) 。

位置制御方式に切り換わっていない場合は（S 1 2, No) 、該主軸モータの制御方式を位置制御方式に切り換える（S 1 3) 。一方、すでに位置制御方式に切り換わっている場合は（S 1 2, Ye s) , 該主軸に対する速度指令から、単位時間当たりの移動量を算出し、位置制御用の指令位置を計算する（S 1 4) 。つぎに、軸制御部では、対応する軸が同期制御の同期軸として扱われているかどうかをチェックする（S 1 5) 。この場合は、同期軸として扱われていないため、つぎに、同期制御の基準軸かどうかをチェックする（S 1 8) 。ここでは、基準軸として説明しているため、軸の単位時間当たりの移動量である基準位置移動量を、同期させる軸の軸制御部に対して出力する（S 1 9) 。

つぎに、再度、同期制御の同期軸として扱われているかどうかをチェックし S 20 ) 、ここでは、基準軸を扱っているため（S 20, No) 、軸の指合位置をデータ入出力処理部 1 3へ出力し（S 23) 、基準軸を制御する該主軸アンプは、指令された指令位置に従って該主軸の位置制御を行う。

つぎに、同期制御の同期軸について説明する。まず、対応する主軸が、同期制御の基準軸または同期軸として扱われているかをチェックを行う（S 1 1) 。ここでは、同期軸として扱われているので（S 1 1, Ye s) 、軸制御部は、同期制御により、該主軸モータの制御方式が速度制御方式から位置制御方式に切り換わっているかどうかをチェックする（S 1 2) 。

位置制御方式に切り換わっていない場合にあっては（S 1 2, No) 、該主軸モータの制御方式を位置制御方式に切り換える（S 1 3) 。一方、すでに位置制御方式に切り換わっている場合は（S 1 2, Ye s) , 該主軸に対する速度指合より、単位時間当たりの位置移動量を算出し、位置制御用の指令位置を計算する (S 1 4)

つぎに、軸制御部では、同期制御の同期軸として扱われているかどうかをチェックする（S 1 5) 。この場合、同期軸として扱われているため（S 1 5, Ye s) 、軸制御部では、その基準軸が位置制御方式に切り換わって、同期制御モードになっているかどうかをチェックする（S 1 6) 。基準軸が同期制御モードに切り換わっていない場合は（S 1 6, No) 、同期軸の措合を、ステップ S 1 4 で計算されたものとするため、ステップ S 1 8に進む。一方、基準軸が同期制御モードに切り換わっている場合は（S 1 6, Ye s) , 基準軸のステップ S 1 9 から出力されている基準位置移動量に同期した軸の単位時間当たりの移動量を算出する（S 1 7) 。たとえば、基準軸の単位時間当たりの位置移動量を La、回転比を、基準軸回転：同期軸回転 =R a ： R bとし、基準軸の指令単位時間を I a、同期軸の指合単位時間を I bとすると、同期軸の単位時間当たりの位置移動量 Lbは、下記の式で算出されることになる。

Lb = La X (Rb/Ra) x ( I b/I a)

つぎに、軸制御部では、上記同期軸がさらに同期制御の基準軸かどうかをチェックする（S 18)。同期制御が i組の場合（S 1 8, No)、この同期軸は基準軸として扱われてレ、ないので、ステップ 20へ進む。同期制御が 2組以上の場合（S 1 8, Ye s)、この同期軸が、さらに別の組の基準軸となりうる。従つて、基準軸である場合は、軸の単位時間当たりの移動量である基準位置移動量を、同期させる軸の軸制御部に対して出力する（S 1 9)。つぎに、再度、同期制御の同期軸として扱われているかどうかをチックし（S20)、同期軸として扱われているため（S 20, Ye s) , 軸制御部では、位置補正量を算出し（ S21)、さらに、この位置補正量を指合位置に加算して補正した措合位置を算出する（S 22)。

最後に、軸制御部では、軸の指令位置をデータ入出力処理部 1 3へ出力し、同期軸を制御する該主軸アンプは、指令された指令位置に従って該主軸の位置制御を行う（S 23)。

本発明にかかる数値制御装置は、その後、上記フローチャートの繰り返しにより、任意の軸間の正常な組み合わせでの複数組の同期制御を行う。

以上、本発明にかかる数値制御装置によれば、工作機械内の 2つの主軸について同期制御を実現するとともに、 3つ以上の主軸についても同時に同期制御を実現可能とし、さらに、従来の装置よりも同期精度を向上させることができる。また、本発明の構成では、複数の軸に対する主軸同期制御を行うとき、従来のように、複数の数値制御装置を設置する必要がないため、工作機械のコストを削減できる。また、それに伴って、工作機械を小型化できる。

また、本発明の数値制御装置では、同期軸を制御する軸制御部の同期位置補正部 76力、同期制御時に発生するずれ成分を補正するようにしたため、切削負荷等で発生する遅れによる同期ずれ成分を容易に補正でき、また、位置制御ゲインや負荷が異なるために、常に位置偏差量に差が発生している軸間の同期制御であつても、補正による不正なトルクを発生させずに、精度良い同期制御を行うことができる。これにより、ワークの傷やねじれの発生を防ぐことができ、より精度の良い加工を行うことができる。

第 7図は、本発明にかかる数値制御装置の実施の形態 2の要部プロック図である。本実施の形態は、第 1図に示した実施の形態 1の要部ブロック図に加えて、通常の速度制御の加減速ノ夕-ンに基づレ、て生成された、後述する多段の加減速速度、多段基準加減速時定数、および多段加減速時定数倍率を、パラメ一夕設定画面を操作することにより記憶する多段加減速パラメ一夕記憶部 8 1と、基準主軸および同期主軸の最高回転数と多段基準加減速時定数とから、それぞれの単位時間当りの加減速速度である、基準傾き量を計算する基準傾き量計算部 8 3と、設定された多段加減速パラメータから適正な多段加減速パターン計算する多段加減速パターン算出部 8 4と、前記加減速速度のパターンを決定し、そのパターンを前記同期制御管理部に通知する多段加減速決定部 8 2、が追加されていることが特徴である。なお、先に説明した実施の形態 1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

以下、実施の形態 2の動作について説明する。

まず、加減速速度、多段基準加減速時定数、および多段加減速時定数倍率からなる多段加減速パラメータの設定について、第 7図の要部ブロック図、第 8図の同期制御を行うための多段加減速パターンの具体例、第 9図の多段加減速時定数倍率の計算方法を示す図、第 1 0図の同期制御を行うための多段加減速パラメ一タの設定例、用いて説明する。

第 8図（a ) に示すように、通常、主軸モータは、速度制御方式の加減速パ夕ーン、すなわち、第 8図（a ) の①で示された曲線で、加減速する。ただし、速度制御方式による加減速ノ、'ターンは、主軸モ―夕の最大トルク出力時のパターンである。そのため、 2つ以上の主軸モ一夕間での主軸同期において、同期精度を保ちながら、加減速を行うためには、前記速度制御方式の加減速パターンよりも、余裕をもった（傾きを緩やかにした）複数の加減速パターン、すなわち、多段加減速パターンを設定して、加減速を行う必要がある。

ここで、加減速パターンを多段にする理由について説明する。

たとえば、高速回転時、第 8図（a) の 7200 r pm〜 8000 r pmでは、加減速の傾きが非常に緩やかになっている。また、第 8図（a) の主軸同期の加減速パターン②は、前述と同様の理由により、速度制御の加減速パターンよりも余裕をもつた加減速ノ、°ターンを設定する必要があることから、一段で設定すると加減速時間が非常に長くなつてしまう。そこで、多段の加減速パターンを設定することにより、主軸モータの低速回転から最高回転数まで短時間で、効率よく加減速運転ができるように（すなわち、速度制御の加減速パターンに近い加減速が可能になるように）する。

つぎに、主軸同期の多段加減速パターンのパラメ一夕について説明する。まず、第 8図（a) においては、最高回転数 8000 r pmまでの速度制御の加減速パターンを 7つの分割している。その分割は、速度制御方式の加減速パ夕ーンを直線に近似できる箇所は大きく分割し、大きくカーブしているところは細力、く分割する、という方法で行われる。たとえば、第 8図（a) では、前者が傾き 2、傾き 4、傾き 7に相当し、後者が傾き 1、傾き 3、傾き 5、傾き 6に相当している。

つぎに、傾きが一番大きいところの時定数を求めて、これを、最高回転数に到達するまでの時間、すなわち、多段基準加減速時定数、として定義する。第 8図 (a) の例では、傾き 2が多段基準加減速時定数になり、下記の計算からおよそ 500 msと計算することができる。

80 00 (r pm) / ( 4000 (r pm) - 500 (r pm) )

* 220 (ms) = 503 (m s )

つぎに、多段加減速時定数倍率を、多段基準加減速時定数との比率として定義して、多段加減速パターン各々の多段加減速時定数倍率を、つぎのように計算すな o まず、傾き 1の多段加減速時定数倍率の求め方を第 9図に基づいて説明する。たとえば、第 9図から、傾き（単位時間あたりの多段加減速速度）を求めると、 5 0 0 ( r pm) / 22 0 (ms) = 2. 27 (r p m/m s ) となり、さらに、 8 0 0 0 r pmまで加速する時間を計算すると、

8 0 0 0 ( r pm) /2. 27 ( r p m/m s ) = 35 2 0 (m s ) となる。そして、最後に、多段基準加減速時定数との比率（多段加減速時定数倍率）を計算すると、

3520 (ms) / 5 0 0 (ms) =7 (倍）

となり、傾き 1の多段加減速時定数倍率 1は「7」と、求めることができる。以下、同様にして傾き 3、傾き 4、傾き 5、傾き 6、傾き 7の多段加減速時定数倍率 3、多段加減速時定数倍率 4、多段加減速時定数倍率 5、多段加減速時定数倍率 6、多段加減速時定数倍率 7を計算すると、第 1 0図（a) に示したようなパラメータになる。また、第 8図（b) ， (c) , (d) についても、同様に

、各々の多段加減速時定数倍率を計算すると、それぞれ、第 1 0図（b) ，（c ) ， (d) に示したようなパラメ一夕になる。ここでは、傾きが一番大きい加減速パターンを多段基準加減速時定数として定義しているため、それ以外の加減速パターンは、傾きが緩やかになっている（すなわち、多段加減速時定数倍率が 1 より大きくなつている）。

なお、第 1 0図で示されたパラメ一夕は、図示していないパラメータ設定画面を操作することによって、第 7図の多段加減速パラメータ記憶部 8 1に、パラメ一夕設定部 8を介して記憶される。

第 1 1図は、多段加減速パターンの選択および計算方法を示すフローチャートである。

以下、 3つ以上の主軸に対する同期制御の多段加減速パターン選択方法を、第 7図、第 8図、第 1 0図、および第 1 1図を用いて説明する。

第 8図（a) の加減速パターンは、基準主軸 2 3と同期主軸 4 3の主軸同期時の加減速パターンを示している。ここでは、基準主軸 23と同期主軸 4 3の主軸同期に、さらに、同期主軸 b 6 3が同期する場合を想定する。また、同期主軸 b 6 3の加減速パターンは、図示のとおり、 3種類を想定する。 1つ目は同期主軸 b 6 3の最高回転数が、基準主軸 2 3および同期主軸 1 4 3の最高回転数と同じ場合（第 8図（b ) ) 、 2つ目は同期主軸 b 6 3の最高回転数が、基準主軸 2 3 および同期主軸 4 3と異なり、同期主軸 b 6 3の多段基準加減速時定数（最高回転数に到達するまでの時間）、基準主軸 2 3および同期主軸 4 3より小さい場' 合（第 8図（c ) ) 、 3つ目は同期主軸 b 6 3の最高回転数が、基準主軸 2 3および同期主軸 4 3と異なり、同期主軸 b 6 3の多段基準加減速時定数が基準主軸 2 3および同期主軸 4 3より大きい場合である。

まず、基準主軸 2 3、同期主軸 4 3、および同期主軸 b 6 3の 3つの主軸が、主軸同期を開始するとき、多段加減速決定部 8 2は、たとえば、基準主軸 2 3、および同期主軸 4 3の最高回転数と、同期主軸 b 6 3の最高回転数とを比較する ( S 3 1 ) 。このとき、基準主軸 2 3、および同期主軸 4 3の最高回転数と、同期主軸 b 6 3の最高回転数が一致した場合（S 3 1 , Y e s ) . 多段加減速決定部 8 2は、基準主軸 2 3および同期主軸 4 3と、同期主軸 b 6 3の多段基準加減速時定数を比較して、多段基準加減速時定数の大きい方の多段加減速パターンを選択し、同期制御管理部 1 1に選択した多段加減速パターンを通知する（S 3 2 ) 。これは、第 8図の例で説明すると、（a ) の基準主軸 ·同期主軸と、（b ) の同期主軸 b ( 1 ) が相当し、第 8図（a ) の基準主軸 ·同期主軸の多段基準加減速時定数は、 5 0 0 m sで、第 8図（b ) の多段基準加減速時定数は、 6 0 0 m sである。従って、多段加減速決定部 8 2では、両者の多段基準加減速時定数を比較して、多段基準加減速時定数が大きい第 8図（b ) の同期主軸 b ( 1 ) の多段加減速パターンを選択し、同期制御管理部 1 1に選択した多段加減速パターンを通知する（S 3 2 ) 。

—方、基準主軸 2 3および同期主軸 4 3の最高回転数と、同期主軸 b 6 3の最高回転数が一致しない場合は、多段加減速決定部 8 2は、基準主軸 2 3および同期主軸 4 3の最高回転数と、同期主軸 b 6 3の最高回転数を比較して、最高回転数が小さい主軸の加減速パターンを選択する（S 33) 。このとき、多段加減速決定部 82では、基準傾き量計算部 83に対して基準傾き量の計算を依頼する。なお、基準傾き量とは、単位時間あたりの多段基準加減速速度を表している。基準傾き量計算部 83では、多段加減速決定部 82からの依頼を受けて、指定された主軸の最高回転数と、多段基準加減速時定数から、以下のように、基準傾き量を計算する（S 34)。

基準傾き量 =最高回転数/多段基準加減速時定数そして、基準傾き量計算部 83は、その計算結果を多段加減速決定部 82に通知する。

多段加減速決定部 802では、基準傾き量計算部 83からの計算結果から、最高回転数が小さレ、主軸の基準傾き量が、最高回転数の大きレ、主軸の基準傾き量以下であるかをチェックする（S 35) 。このとき、最高回転数の小さい主軸の基準傾き量が、最高回転数の大きい主軸の基準傾き量以下である場合は（S 35, Ye s) , 多段加減速決定部 82は、ステップ S 33で選択した加減速パターンをそのまま、同期制御管理部 1 1に通知する。第 8図の例で説明すると、（a) の基準主軸 ·同期主軸と、（c) の同期主軸 b (2) が相当する。まず、第 8図 (a) と（c) の最高回転数を比較すると、（a) は 8000 r pm、 (c) は 4000 r pm、となり、（c) の方の最高回転数が低いため、（c) の同期主軸 b (2) の加減速パターンを選択する。

つぎに、基準傾き量を計算すると、第 8図（a) では、

8000 (r pm) /500 (m s ) = 1 6 (r p m/m s ) となり、第 8図（c) では、

4000 ( r pm) /400 (m s ) = 1 0 (r p m/m s ) となる。このとき、両者を比較すると、下記に示すように、最高回転数の小さい同期主軸 b (2) の基準傾き量が、最高回転数の大きい基準主軸および同期主軸の基準傾き量より小さいため、

1 0 ( r p m/m s ) < 1 6 ( r p m/m s ) 多段加減速決定部 82は、最高回転数の小さい同期主軸 b (2) の加減速パ夕 —ンを選択する。

一方、最高回転数の小さい主軸の基準傾き量が、最高回転数の大きい主軸の基準傾き量より大きい場合は（S 35, No) 、多段加減速決定部 82は、多段加減速パターン算出部 84に対して多段加減速パターン算出を依頼する。多段加減速パターン算出部 84では、多段加減速決定部 82からの依頼を受けて、基準傾き量計算部 83が計算した基準主軸および同期主軸の基準傾き量と、同期主軸 b (2) の基準傾き量から、多段基準加減速時定数を計算する（S 36) 。

そして、多段加減速パターン算出部 84にて計算された多段基準加減速時定数と、第 1 0図に示した多段加減速パラメータを用いて、多段加減速パターンを計算し（S 37) 、多段加減速決定部 82に通知する。多段加減速決定部 82では、多段加減速パターン算出部 84が計算した多段加減速パターンを同期制御管理部 3 1に通知する。これは、第 8図の例で説明すると、（a) の基準主軸，同期主軸と、（d) の同期主軸 b (3) が相当する。

基準傾き量を計算すると、（a) では、

8000 (r pm) /500 (m s ) = 1 6 (r pm/ms) となり、（d) では、

6000 (r pm) / 300 (m s ) =20 (r p m/m s ) となる。両者を比較すると、

1 6 (r p m/m s ) < 20 ( r p m/m s )

となり、最高回転数の小さい同期主軸 b (3) の方が、基準傾き量が大きくなるため、多段加減速パターン算出部 84は、基準傾き量計算部 80 3が計算した基準主軸および同期主軸の基準傾き量と、同期主軸 b (2) の基準傾き量から、多段基準加減速時定数を計算する。その結果は以下のようになる。

300 (ms) X 2 0 (r p m/m s ) / 1 6 (r p m/m s )

= 375 (ms)

—この計算結果を基準にして、多段加減速パターン算出部 84では、第 1 0図（ d) に示した多段加減速パラメータを用いて多段加減速パターンを算出する。算出結果は下記に示すとおりとなる。主軸回転数 ( r pm) 加減速パターン（傾き： r pmZms)

0〜4 50 6 0 0 0 / ( 375 6. 8) = 2. 3 5 4 5 0〜300 0 6 0 0 0 / ( 375 X 1. 0 ) = 1 6

3 0 0 0〜 35 0 Q 6 0 0 0/ ( 375 X 4. 6) = 3. 4 8 35 0 0〜4 5 00 6 0 0 0 （375 X 5. 0) = 3. 2 4 5 0 0〜4 9 0 0 6 0 0 0 / ( 375 7. 1 ) = 2. 2 5 4 9 0 0〜540 0 6 0 0 0 / ( 375 X 7. 5 ) = 2. 1 3 54 0 0〜6 0 00 6 0 0 0 / ( 375 x 1 5. 0 ) = 1. 0 7 多段加減速パターン算出部 84は、上記算出結果を多段加減速決定部 8 2に通知する。多段加減速決定部 8 2では、多段加減速パターン算出部 8 4にて計算された多段加減速パターンを同期制御管理部 1 1に通知する。

以上、本発明にかかる数値制御装置によれば、常に適正な加減速パターンを同期制御管理部 1 1に通知することができる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明のかかる数値制御装置は、 2つ以上の主軸モータまたはサーボモータを駆動することにより同期制御を行う工作機械に有用であり、特に

、より精度の高い同期制御を行う場合に適している。

Claims

請求の範囲

1 . 工作機械で駆動する複数の主軸モータまたはサーボモータの同期制御を、加エブログラムに従って行う数値制御装置において、前記加工プログラムを格納するメモリ部と、同期制御を行う対象となる複数の軸の主従関係を管理する同期制御管理部と、前記同期制御管理部にて管理された軸の主従関係に基づいて、同期制御の基準となる基準軸に関する情報、または該基準軸に同期して動作するための同期軸に関する情報、がそれぞれ設定され、内部で計算される指合位置に基づレ、て、対応する前記モータを制御する複数の軸制御部と、を備え、前記基準軸に関する情報が設定された 1つの軸制御部、および同期軸に関する情報が設定された複数の軸制御部が、個々に対応する前記モータを制御することにより、一つの基準軸に対して複数の軸を同期制御可能とし、さらに、同期軸を基準として別の軸を同期制御可能とすることを特徴とする数値制御装置。

2 . 前記複数の軸制御部は、それぞれ、対応するモータを、前記加工プログラムに記述された速度指合値に応じて駆動させる速度制御方式か、または該速度指令値から換算した単位時間当りの移動量に応じて駆動させる位置制御方式か、レ、ずれか一方の方式に切り換えるための軸制御方式切換部と、基準軸に対する速度指令値より、単位時間当りの移動量を算出する軸制御指令値変換部と、前記軸制御指令値変換部にて算出される基準軸の単位時間当りの移動量を他の軸制御部に出力するか、または、他の軸制御部にて算出された基準軸の単位時間当りの移動量を受け取るための基準位置入出力部と、前記軸制御指令値変換部にて算出される移動量、または、前記基準位置入力部にて受け取る移動量、に基づいて、対応する軸に対する指令位置を計算する同期位置計算処理部と、を備え、前記位置制御方式において、基準軸を制御する場合は、前記同期位置計算処理部が、前記軸制御指令値変換部にて算出される基準軸の移動量を、基準軸の基準位置に加算することにより、基準軸に対する指令位置を計算し、一方、同期軸を制御する場合は、前記同期位置計算処理部が、前記基準位置入出力部にて受け取る移動量と、基準軸に対する同期軸のギヤ比、指令回転比、および指合単位時間比とから、同期軸の単位時間当りの移動量を算出し、該移動量を同期軸の基準位置に加算することにより、同期軸に対する指令位置を計算することを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の数値制御装置。，

3 . 同期軸を制御する軸制御部の前記軸制御方式切換部は、前記加工プログラムに記述された速度指合値と前記モー夕の位置制御ゲインから算出される位置偏差量の理論値と、フィードバック位置のサンプリング遅れ時間に相当する遅れ量とを、軸からのフィードバック位置から差し引いて、理論上の指令位置を計算し、その後、位置偏差量の変動が収縮した状態で、通常の速度制御方式から位置制御方式に切り換えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。

4 . 前記複数の軸制御部は、それぞれ、基準軸の位置偏差量と同期軸の位置偏差量とから位置補正量を算出し、該位置補正量を前記同期軸の指令位置に対して加算することにより、軸の変動を補正する同期位置補正部、を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。

5 . 同期軸を制御する軸制御部において、前記同期位置補正部は、基準軸の位置偏差量に対して、基準軸と同期軸の指令回転比、および指令単位時間比をかけて、さらに、その計算結果と基準軸の位置偏差量との差をとり、その後、前記加工プログラムに記述されたパラメ一夕で決められる特定の時定数に従って、前記差に一次遅れのフィルタを通した値を、位置補正量とすることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。

6 . 前記複数の軸制御部は、それぞれ、前記加工プログラムに記述された速度指合値と前記モータの位置制御ゲインから理論上の位置偏差量を算出する理想位置偏差量計算処理部、を備え、同期軸を制御する軸制御部において、前記同期位置補正部は、前記理想位置偏差量計算処理部にて算出された基準軸の理論上の位置偏差量と、基準軸から得られる実際の位置偏差量と、の差をとり、その後、前記差と基準軸に対する同期軸の指令回転比、および指合単位時間比とから算出した値を、位置補正量とすることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。

7 . 前記複数の軸制御部は、それぞれ、同期制御を行う基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値を計算し、さらに、その差を計算する同期補正量固定部、を備え、同期軸を制御する軸制御部において、前記同期位置補正部は、前記同期補正量固定部に計算された前記差を、位置補正量とすることを特徵とする請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。

8 . 前記工作機械の初期調整時に、同期制御を行う基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値を計算し、さらに、その平均値を速度指令値で割った値を、位置偏差量を得るための係数として保持する同期補正係数保持部、を前記メモリ部内に備え、同期軸を制御する軸制御部において、前記同期位置補正部は、速度指合値に対して、前記同期補正係数保持部にて保持された係数をかけることにより、同期制御を行う基準軸および同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値を計算し、その差を、位置補正量とすることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。

9 . 同期制御を行う同期軸における定常回転時の位置偏差量の平均値と実際の位置偏差量との差を、前記位置補正量から一時的に引いて、外乱等による変動で発生した位置偏差量の変動成分をキヤンセルする同期補正量誤差キヤンセル処理部、を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。

1 0 . 通常の速度制御方式の加減速パターンに基づいて生成された多段の加減速速度、多段基準加減速時定数、多段加減速時定数倍率を、パラメ一夕設定画面を操作することにより記憶する多段加減速パラメータ記憶部と、基準主軸および同期主軸の最高回転数と多段基準加減速時定数とから、それぞれの単位時間当りの加減速速度である、基準傾き量を計算する基準傾き量計算部と、設定された多段加減速ノ、'ラメ一夕から適正な多段加減速ノ、'夕一ンを計算する多段加減速ノターン算出部と、前記同期制御管理部に通知する多段加減速パターンを決定する多段加減速決定部と、を備えることを特徵とする請求の範囲第 1項記載の数値制御装置