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    公开号:WO1984001633A1
    申请号:PCT/JP1983/000329
    申请日:1983-10-06
    公开日:1984-04-26
    发明作者:Hiroomi Fukuyama
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 数値制御シ ス テ ム
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は数値制御シ ス テ ム に係 り 、 特に工作機械の主 軸モー タ を主軸の回転と送 り 軸の駆動に共用でき る数値 制御 シ ス テ ム に関する。
    [0005] 冃 景 技 術
    [0006] 主軸を有する工作機械においては、 主軸を所定回転速 度で駆動するための主軸モー タ と、 工具或いはテー ブ ル を指令通路に沿って移動させ或いは所定位置に位置決め させるための送 り モー タ が必要であ る。 と こ ろで、 最近 ロ ー コ ス ト の シ ス テ ム が要求されて き ているが、 主軸モ ー タ と送 り モー タ と これ ら各モー タ のサー ボ回路をそれ ぞれ有する従来の シ ス テ ム においては大幅な コ ス 卜 ダ ウ ン が図れず、 ロ ー コ ス ト 数値制御ボ ー ル盤 どを提供す る こ と ができ ¾い と い う 問題点があった。
    [0007] 従って、 本発明は ロ ー コ ス ト 化が可能な数値制御シ ス テ ムを提供する こ と を 目 的 とする 。
    [0008] 又、 本発明は主軸モー タ を主軸の回転と送 り 軸の駆動 と に併用でき る数値制御シ ス テ ムを提供する こ と を別の 目 的とする。
    [0009] . 更に、 本発明は送 り 軸の移動速度を加速、 減速でき 、 しか も可動部を指令位置に停止でき る数値制御シ ス テ ム を提供する こ と を 目 的とする。
    [0010] 発 明 の 開 示 . 本発明は主軸モー タ を主軸の回転と送 り 軸の,駆動と に 併用させる こ とができ る数値制御シ ス テ ムであ り、 主軸 を回耘する主軸モー タ と、 可動部を駆動する送 り 軸に主 軸モー タ を機械的に結合させ、 該主軸モー タの回転に よ
    [0011] 5 り 送 り 軸を駆動する ギア機構と、 送 り 軸の残移動量を監 視する手段と、 残移動量に基づいてギア機構のギア比を 切 り換えて送 り 軸の送 り 速度を切換える送 り 速度切換手 段を有する 。
    [0012] 図面の簡単な説明
    [0013] 1 0 第 1 図は本発明の実施例を示すプロ ッ ク図、 第 2 図は
    [0014] 本発明に係る加減速制御説明図、 第 3 図は本発明の機搆 図、 第 4 図は本発明の別の機構図、 第 5 図はパ ル ス発生 器の実施例プ ロ ッ ク 図である 。
    [0015] 発明を実施するための最良の形態
    [0016] i s 以下、 本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する ボール盤において、 加工は ワ ー ク或いはプ リ ノ ト 板 どを载置されたテー プ ル の一方を X — Y平面において位 置決め し、 しかる後工具を先端に把持する主軸を所定回 転速度で回転させなが ら工具を Z 軸方向に下降させ、 ヮ 0 ーク （ プ リ ン ト板 ） に穴明け した後工具を上昇させ、 以
    [0017] 後 X — Y平面での位置決め と、 工具の下降、 上昇 （ 工具 を回転させな力 S ら ） を繰 り 返えす も のである。 さて、 こ の よ う にプ リ ン ト 板の穴明け加工 どにおいては穴明け できればよ く 、 Z軸方向の位置決め精度は施盤加工、 マ 5 シ ニ ン グ セ ン タ加工な どの よ う に高い精度は不要である
    [0018] GU7I そこで、 本発明は Z 軸方向に高い精度が要求されていな い と い う こ と を考慮 して、 z 軸送 り モー タ を主軸モ 一 タ に兼用させ、 これに よ り ロ ー コ ス ト の数値制御シ ス テ ム 、 た とえば ロ ー コ ス ト の N C ボ ー ル盤を提供する も の であ る。
    [0019] 第 1 図は本発明の ブ ロ ッ ク 図、 第 2 図は本発明に係る 加速及び減速制御説明図である.。
    [0020] 数値制御装置 （ N C 装置 ） 1 0 1 は、 制御部 1 0 1 aと、 テー プ リ ーダ 1 0 1 bと、 Z軸方向の移動指令
    [0021] Z …□
    [0022] が指令される と ア ル フ ァ ベ ッ ト 〃 Z 〃につづ く 数値 （ 移 動量 ） 口口…□を プ リ セ ッ ト され、 Z 軸方向に工具な ど の可動物が所定量移動する毎にその内容を 1 づっ カ ゥ ン ト ダウ ンする レジス タ 1 0 1 。と、 所定のパ ル ス速度を有 するパ ル ス列を発生するパ ル ス発生器 1 0 1 d と、 主軸 正転命令に よ り セ ッ ト される フ リ ッ ブ · フ ロ ッ ブ 1 Q 1 e と、 フ リ ッ ブ ' フ ロ ッ ブ 1 0 1 e力；セ ッ ト されている と き 開 ら く ア ン ドゲー'ト 1 0 1 ίと、 可動物が所定量移動する 毎に位置検出器 1 1 2 カ ら発生する フ ィ ー ドバ ッ ク パ ル ス P i を計数する カ ウ ン タ 1 Q 1 gと、 減速.時には レ ジ ス タ 1 0 1 cの内容を判別 して、 又加速時には カ ウ ン タ
    [0023] 1 0 1 gの内容を判別 してギア切換信号 G C S 1， G C S 2 , G C S 3及び位置決め完了信号 D E Nを出力する判別回路 1 0 1 hを有 している。 ア ン ドゲー ト 1 0 1 ίの出力である 指令パ ルス p c は周波数一電圧変換器 （ 穸換器 ）
    [0024] O H 1 0 2 に入力され、 該 F V変換器 よ り 速度指令電圧 V c が出力される。 演算ュニ ッ ト 1 0 3 は速度指令電圧 V c と タ コ メ ー タ 1 0 4 力 ら出力される実速度電圧 V a との 差分を演算 し速度制御回路 1 G 5 に入力する。 速度制御 回路 1 0 5 は V a = V c と な る よ う に主軸モー タ 1 0 6 を回転制御する。 刃物を先端に装着された主軸 1 0 7 aは、 主軸モー タ 1 0 6 が回転していれば常に回転する よ う に 該主軸モー タ に結合され、 又主軸 1 Q 7 aを回転可能に支 持する主軸機構な どの可動部 1 0 7 を駆動する リ 一 ド ス ク リ ュー 1 0 9 はギアボ ッ ク ス （ ギア機構 ） 1 1 0 を介 して適宜主軸モー タ 1 0 6 と結合或いは切断される。 位 置検出器 1 1 2 はパ ル ス コ ーダな どに よ り 構成され可動 部 1 0 7 が所定量移動する毎に 1 個の フ ィ ー ドバッ クパ ル ス ？ f を発生する。
    [0025] テー プ リ ー ダ 1 0 1 bに よ り N C テー プ よ り 読み取 られ た N C デー タは制御部 1 (3 1 aに入力される。 制御部
    [0026] 1 0 1 aは N C データが主軸回転を指示する M機能命令で あれば フ リ ッ プ フ ロ ッ プ 1 0 1 eを セ ッ ト して、 主軸モ ー タ 1 0 6 を回転し、 又 N C デー タが主軸回転速度を指示 する S 機能命令であれば速度指令値をパ ル ス発生器
    [0027] 1 0 1 dに入力 し、 その出力パ ル ス速度を変化させて、 主 軸モー タ の回転速度を制御する。 尙、 パ ル ス発生器と し ては周知のパ ル ス レ ー ト マ ル チブ ラ イ ャゃ D D A (ディジ タル'ディファレンシャル .アナライザ）が利用でき る 。 一方、 制 御部 1 0 1 aは N C デー タが Z 軸方向の通路デー タであれ
    [0028] ΟΜ Ι ば、 ア ル フ ァ ベ ッ ト " Z につづ く 数値を レ ジ ス タ
    [0029] 1 0 1 cに プ リ セ ッ ト する。
    [0030] さて、 N C装置 1 0 1 の判別部 1 0 1 hは レ ジ ス タ
    [0031] 1 0 1 cの内容が零でな く な る と （ Z 軸方向の移動が指令 される と ） 、 ま ず 1 速信号 G C S 1を出力 し、 ついで カ ウ ン タ 1 0 1 gの内容 （ 初期値は零)を監視 して 可ま力 ( 0 7 が第 1 の所定距離 D a ! 移動する と 2 速信号 G C S 2を出力 し、 第 2 の距離 D a2 ( D a2 >D 2. x )移動する と 3 速信号 G C S 3を出力する。 ギア切換制御部 1 1 1 はギア機構 1 1 0 を制御 して 1 速信号 G C S 1、 2 速信号 G C S 2、 3 速信号 G C S 3に基いて主軸モ ー タ 1 0 6 と リ ー ド ス ク リ ユ ー 1 0 s 間のギア結合比を切 り換え、 z 軸方向の送 り 速度を加速する 。 一方、 加速終了後は判別部 1 Q 1 hは レ ジ ス タ 1 0 1 cの内容を監視 し、 残移動量が D di にな る と 2 速信号 & 0 3 2を出カ し、 D d2 ( D d2 <D da ) に ¾ る と 1 速信号 G C S 1を出力 し、 残移動量が零或いは零近傍値 になれば位置決め完了信号 D E Nを出力する。 ギア切換制 御部 1 1 1 は 2 速信号 G C S 2、 1 速信号 G C S 1に よ り ギ ァ機構 1 1 0 のギア比を切換える と共に、 位置決め完了 信号 D E に よ り 主軸モ ー タ 1 0 6 と リ ー ド ス ク リ ュ ー 1 0 9 間を切断し、 且つ リ ー ド ス ク リ ュ ー の回転を停止 すべ く ブ レ ー キ 1 1 3 を作勦させる 。
    [0032] 従って、 Z 軸移動命令が指令される と、 主軸 1 0 7 aは 所定速度で回転 しなが ら第 2 図に示すよ う に一定速度迄 加速されなが ら ワ ー ク に向けて下降 し、 指令位置近傍に 接近す.れば減速して指令位置に停止 し、 その間主軸先端 に取付けた工具に よ り ワーク に所定の穴明けが施される。 尙、 第 2 図にお い て横軸は移動距離 D、 縦軸は送 り 速度
    [0033] Vである。
    [0034] 第 3 図は第 1 図における ギア機構の周辺機構図であ.り 、 第 1 図 と 同一部分には同一番号を付 している。 主軸機構
    [0035] 1 0 7 は回転可能な主軸 1 Q 7 aと、 歯車 1 0 7 bと主軸
    [0036] 1 0 7 aを回転可能に支持する主軸筒 l Q 7 cと、 主軸筒
    [0037] 1 0 7 eに固定され雌ネ ジが形成されたナ ツ ト 部材 1 0 7 d と、 主軸 1 £3 7 aに装着された工具 1 0 7 eを有 している。
    [0038] ギア機構 1 1 0 は主軸モ ー タ 1 Q 6 の回転軸に取付けた 歯車 1 1 0 aと、 ギア ト レ イ ン 1 1 0 bを有 し、 ギア ト レィ ン の最終ギアに リ ー ド ス ク リ ュ ー 1 0 9 が装着されてい る。 尙、 リ ー ドス ク リ ュ ー 1 0 3 はナツ ト 部材 1 0 7 dに 形成した雌ネ ジ と ネ ジ嵌合 している。 従って、 主軸モ ー タ 1 0 S の回転はギア 1 1 0 a， 1 0.7 b を介 して主軸 1 07 a に伝達され、 該主軸 1 Q 7 aを回転する。 又、 主軸モ ー タ
    [0039] 1 0 6 の回転はギア ト レ イ ン 1 1 0 bを介 して リ ー ドス ク リ ュー 1 0 9 を回転し、 該 リ ー ドス ク リ ユ ー の回転方向 に応 じて主軸機構を 上、 下方向に移動させる。 尙、 ギア ト レ イ ン 1 1 0 bは第 1 図に示す^別回路 1 0 1 hか ら出力 される 1 速信号、 2 速信号、 3 速信号 G C S 1〜G C S 3 に 基いてギア比を変更 し、 且つ位置決め完了信号 D ENに よ り 主軸モ ー タ 1 O S と リ ー ド ス ク リ ュ ー 1 0 9 間を切離 すよ う に構成されている。
    [0040] OMPI
    [0041] 、"ど U , 第 4 図は Z 軸方向の早送 り モー タ を有する場合のギア 機構の周辺機構図である。 尙、 ·第 3 図 と 同一部分には同 一符号を付 している 。 第 4 図におい ては、 Z 軸方向の切 削送 り を主軸モー タ 1 0 6 で行 い、 Z 軸方向の早送 り を早送 り モー タ 1 1 4 で行な う 。 ギア機構 1 1 0 は主軸 モ ー タ 1 0 6 の回転軸に取付け られた歯車 1 1 0 aと、 ギ ア ト レ イ ン 1 1 0 bと、 カサ歯車 1 1 0 c， 1 1 0 d と、 ギア 1 1 0 eと、 ク ラ ッ チ 1 1 0 ίを有 している 。 主軸モー タ 1 0 6 の回転方向は カ ザ歯車 1 1 0 cで 9 0°変化せ しめ ら れ、 ギア ト レ イ ン 1 1 0 bの最終ギア軸の回転方向は カサ 歯車 1 1 0 dに よ り 9 0°変化せしめ られ リ ー ド スク リ ュー 1 0 9 を図示方向に回転する。 又、 早送 り モー タ 1 1 4 の回転はギア 1 1 0 eと ク ラ ッ チ 1 1 0 ίを介 して カ サ歯車 1 1 0 dに伝達される。 従って、 Z 軸方向の早送 り に際 し て、 ク ラ ッ チ 1 1 0 f に よ り 早送 り モ ー タ 1 1 4 の回転を リ ー ドス ク リ ュ ー 1 0 9 に伝達 し、 又ギア ト レ イ ン 1 1 0 bに よ り 主軸モー タ 1 0 6 を リ ー ド スク リ ュー 1 09 か ら切断すれば主軸機構 1 0 7 は早送 り モー タ 1 1 4 の 回転に よ り Z軸方向に早送 り で移動せ しめ られる。 又、 切削送 り に際 してク ラ ッ チ 1 1 0 ίに よ り 早送 り モー タ と リ ー ド ス ク リ ュ ー間を切断 し、 ギ ア ト レ イ ン 1 1 0 bに お いて所定のギア比で主軸モー タ 1 0 S と リ ー ド ス ク リ ュ 一 1 0 9 間を結合すれば主軸機構は Z 軸方向に切削送 り で移動せ しめ られる。
    [0042] 尙、 第 1 図の説明ではギア比を切換えて加速、 減速を 行 った場合であるが、 ギア比を変える こ と ¾ く 1 速信 号 G C S 1、 2 速信号 G C S 2、 3 速信号 G C S 3、 位置決め 完了信号 D ENに よ り パ ル ス発生器 1 0 1 dか ら出力される パ ル ス の周波数を制御する よ う に構成する こ と も でき る るパ ル ス周波数の変更は、 パ ル ス レ ー ト マ ル チブ ラ ィ ャ又は D D Aで構成されるパ ル ス発 器 1 0 1 dに入力 する数値を変更するだけ よい。 とい う のは、 パ ル ス発生 器 1 Q l dに入力する数値を V i とすれば出力パ ル ス速度 f は
    [0043] f =k V i
    [0044] と ¾ るか らである。 第 5 図は D D Aに よ り パ ル ス発生器 I 0 1 dを構成 した例である。 レ ジス タ 2 0 1 に数値 V i がセ ッ ト され、 加算器 2 0 2 は一定周波数 F のパ ル ス P が発生する毎に レ ジス タ 2 0 1 の内容（ V i ) と ア キ ユ ー ム レ ー タ 2 0 3 の累積値 （ 初期値は零 ） を加算して加算 結果を該アキュー ム レータ 2 0 2 に格納する。 従ってァ キ ュー ム レ ー タ 2 0 3 を n ビ ッ ト で構成すれば、 該ア キ ユ ー ム レ ー タカゝ ら出力される オー バ フ ロ ー パ ル ス p c の 周波数 f は
    [0045] f =v i • F//2 n = k V i
    [0046] で与え られる。 従って、 1 速信号、 2 速信号、 3 速信号、 位置決め完了信号 D ENに よ り V i の値を変更すれば、 パ ル ス P c の周波数が変化 し、 主軸モ ー タ 1 0 6 の回転速 度が変化する。 そ して、 結果的に リ ー ドス ク リ ュ ー 1 09 の回転速度が変化する こ と にな る。 尙、 穴明け加工時に 霍
    [0047] C P は加速、 減速を行なわ い よ う にする必要がある。
    [0048] 産業上の利用分野
    [0049] 以上、 本発明に よれば Z 軸の送 り モー タ と して主軸モ ー タ を併用 し、 1 台の送 り モー タ と該送 り モー タのサー ボ回路を削除でき るか ら数値制御シ ス テ ム の コ ス ト を大 幅に下げる こ とができ た。 又、 本発明においては Z 軸方 向の移動速度を加速及び減速でき る と共に、 可動部を指 令位置に停止でき る。 従って、 本発明は 口 一 コ ス ト の N C ボール盤 どに適用 して極めて有効である。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲 -
    1. 主軸を回転する主軸モー タ と、 該主軸モ ー タ の動力 を工具或いはテ ー ブ ル の一方を駆動する送 り 軸に機械的 に結合させ、 該主軸モ ー タ の回転に よ り 送 り 軸を駆動す
    5 る機構と、 送 り 軸の残移動量を監視する手段と、 残移動 量に基いて送 り 軸の送 り 速度を切換える送 り 速度切換手 段を有する こ と を特徴とする数値制御シ ス テ ム 。
    2. 前記送 り 速度切換手段と して主軸モー タ と送 り 軸間 のギア比を切換え得る ギア機構である こ と を特徵とする
    1 0 請求の範囲第 1 項記載の数値制御シ ス テ ム 。
    3. 前記送 り 速度切換手段は、 送 り 軸の残移動量が小に なる程主軸モ ー タ を送 り 軸に結合する ギア比を大き く し て減速する こ と を特徵とする請求の範囲第 2 項記載の数 値制御 シ ス テ ム 。
    i s 送 り 軸用のブ レーキを有する こ と を特徵とする請求 の範囲第 1 項記載の数値制御シ ス テ ム 。 '
    5. 送 り 軸の残移動量が零或いは零近傍値になった と き 主軸と送 り 軸間を切離 し、 且つ前記ブ レ ー キを作動させ る こ と を特徵とする請求の範囲第 4 項記載の数値制御シ
    2 0 ス テ ム- 。
    6. 主軸を回転する主軸モー タ と、 該主軸モ ー タ の動力 を工具或いはテ ー ブ ル の一方を駆動する送 り 軸に機械的 に結合させ、 該主軸モ ー タ の回転に よ り 送 り 軸を駆動す る機構と、 移動指令後の送 り 軸の移動距離を監視する手 5 段と、 該移動距乾に基いて送 り 軸の送 り 速度 ^切換える
    OMPI
    Ά、 VlPO 送 り速度切換手段を有する こ と を特徵とする数値制御シ ス テ ム 。
    7. 前記送 り 速度切換手段と して主軸モー タ と送 り 軸間 のギア比を切換え得る ギア機構である こ と を特徵とする 請求の範囲第 6 項記載の数値制御シ ス テ ム 。
    8. 前記送 り 速度切換手段は、 移動距離が大にな る程主 軸モー タ を送 り 軸に結合する ギア比を小に して加速する こ と を特徴とする請求の範囲第 7 項記'载の数値制御シ ス テ ム 。
    ΟΜΡΙ
    Λ WIPO 、
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    EP0120973A1|1984-10-10|
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    EP0120973A4|1986-12-01|
    JPS5966707A|1984-04-16|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-04-26| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1984-04-26| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1984-06-02| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1983903198 Country of ref document: EP |
    1984-10-10| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1983903198 Country of ref document: EP |
    1991-02-20| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1983903198 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP17669182A|JPS5966707A|1982-10-07|1982-10-07|Numerical control system|DE19833382165| DE3382165D1|1982-10-07|1983-10-06|Numerisch gesteuerte werkzeugmaschine.|
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