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    公开号:WO1989002618A1
    申请号:PCT/JP1988/000907
    申请日:1988-09-09
    公开日:1989-03-23
    发明作者:Kosei Nakamura；Shinichi Kono；Kazuhisa Numai；Masami Kimijima
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 ス ピン ドルモータ と送りモータ との同期制御方法 技術分野
    [0002] 本発明は工作機械における主軸の回転速度と、 該主軸とヮ ―ク との相対直線移動速度とを同期させた機棱加工を行う際 において、 これら 2つの方向の駆動を行うモータを加減速制 御する方法に関する。 従って、 例えばねじ切り作業 （タ ッ ピ ング） における工具主軸の回転速度と、 該工具主軸をワーク に対して直線移動させる場合の直線移動速度とをねじのピッ チに合致する様同期さ^るための各モータの加減速させる同 期制御方法として利用可能である。 背景技術
    [0003] 従来、 ねじ切り作業の様に工具主軸の回転と回転軸線方向 への直線送り とが所定の関係を有する必要のある場合にも、 主軸回転用のス ピ ン ドルモータ と主軸頭送り用の送りサ一ボ モータとは必ずしも同期して回転してはおらず、 工具の主軸 への取り付け部分にばねを設け、 工具主軸の回転速度に対す る直線送り速度のねじピ ッチに対する誤差を上記ばねによつ て吸収していた。 然しながら、 ス ピ ン ドルモータを高速回転 させた場合に、 送りサ -ボモ —タの回転を直,線運動に変換し て主軸頭を主軸の中心軸線方向へ移動させるラチュ 、ン' ト機構 等に ト ラブルを生ずるこ とがあり、 またタ プが固定されて いないのでねじの加工精度が充分ではなかつた。
    [0004] そこで主軸 HI転用のス ピン ドルモータと主軸頭送り用の送 りサ―ボモータとを完全に同期させて駆動する方法が採用さ れる様になつてきた。 一般にス ピン ドルモータは減速機を使 用せず、 直接に主軸を回転駆動させるが、 送りサーボモータ は減速機を介して主軸頭を直線駆動させるので、 スピン ドル モータの主軸の回転加速性能と比較して、 上記送りサーボモ ータによる主軸頭送りの場合の加速性能は 1 0倍から 2 0倍 程も大きい。 従って、 両モータを同期させて使用する場合に は、 加速性能の低いス ピン ドルモータの加速性能に応じて、 トルク一定の条件、 即ち一定加速度又は一定減速度でタツバ 一を増速、 又は減速している。 ' - - 然しながら、 ス ピン ドル-モータ の面転速度に対する出力 ト ルク の限界を示す限舁 トルク曲線は一定直線ではな.いので、 上記定トルク条拌による同期作動では必ずしもス ピン ドルモ ータの性能を最大限に使用しておらず、 タ ッ ピング等の加工 作業の能率には改善の余地を残していた。 発明の開示
    [0005] 依って本究明は斯る問題点の解決を図るべく、 加工作業の 能率を最大限に向上させ、 製品の加工時間の短縮を図ること を百的とする。
    [0006] 上記目的に鑑みて本発明は、 工作機搣における主軸をス ピ ン ドルサーボモータ-によって回転させる回転速度と、 該主軸 とワ ー ク との相封位置を送り移動させる送りサーボモ ータに よる直線移動速度とを同期させて機搣加工を行う両モータの 同期制御方法であつて、 前記ス ピ ン ドルサーボモータの限界 トルク曲線に沿って該ス ピ ン ドルサーボモータ と前記送り サ —ボモータ とを同期駆動させる こ とを特徴とする機椟加工に おけるス ピ ン ドルサーボモータ と送り サーボモータ との同期 制御方法を提供する。
    [0007] ス ピ ン ドルサーボモ ータ による主軸の回転加速性能は、 上' 記送り サーボモータによる相対直線送り の加速性能より低い が、 その限界回転加速性能曲線である限舁 トルク曲線に ¾つ てス ピ ン ドルモータを使用する と、 機棱加工が最も能率良く 行え得る。 図面の簡単な説明 - - 第 1 図は制御対象の各モ一タに対する.本発明に係る加減速 同期バタ一ンを従来のバタ一ンと比較した説明図、
    [0008] 第 2 図は制御対象であるス ピン ドルサーボモータを加速又 は減速する時の トルク制御のパタ ー ン図、
    [0009] 第 3図は制御対象である送り サーボモータを加速又は減速 する時の ト ルク制御のパタ ー ン図、
    [0010] 第 4図はス ピ ン ドルサ一ボモータ と送り サーボモータ とを 同期させる制御システムの構成を示す略示図である。 発明を実施するための最良の態様 - 以下本発明を添付図面に示す実施例に基いて更に詳細に説 明する 。 第 4図を参照する と、 ピ'ル ト ィ ンス ビ ン ドルサ一ボ モータ 1 2は主軸頭 1 8 に収容され、 主軸 1 0 と同心伏にね じ切り用タ ッ プ 1 4が取り付けられている。 従ってタ ップ 1 4はス ピ ン ドルサーボモータによって面転駆動させられるな —方、 主軸 1 Qは主軸頭 1 8 と兵に主軸 1 0 の中心軸線方^、 即ち Z方向に送りサーボモータ 2 2 によつて直線移動させら れ得る。 主翰頭 1 8 は Z方向に延設されたボールねじ軸 2 0 に沿って、 該ボールねじ敏 2 0 と螺合しているボ一ルナッ ト 4 2を介して滑らかに直線移動可能である。 またこのボール ねじ軸 2 Q はその一端に歯車 2 6が取り付けられており、 送 りサーボモータ 2 2の出力軸に取り付けられた他の歯車 2 8 と嚙合している。 こう して主軸 1 G は主軸頭 1 8 と共に、 送 りサ一ボモ'ータ' 2 2 の駆動力を歯車 2 と 2 6及びボールね じ軸 2 0 :等の減速作用を行う伝達機構を介して受けて Z方向 に直線移動することができる。 - 夫々 のモータ 12 , 22には夫々 の回転速度を検出する検出器 16 , 24、 例えばタコ ジェネレータ又はパルスェ ンコ一ダを取 ^付けている。 検出器 1 6によって検出された主蝕 1 0 の E 転速度 a は主軸制御装置 3 G に入力され、 該主軸制御装置 3 0 は、 後述の同期制御装置 3 6から送信される主軸 1 0 の 回転すべき速度 b の指令信号を受信して、 該指令回転速度 b と実際の回転速度 a との差に応じて所要の駆動電流を流す指 令 cをス ピン ドルサーボモータ 1 2用の電濫装置 4 4 へ送信 する。 即ち、 検出器 1 6 と主軸制御装置 3 0 とによってス ビ ン ドルサーボモータ 1 2 のサ一ボル一プ制欏を行っている 送りサーボモータ 2 2 も同様に、 検 H 2 4 と送り甩制裰 装置 3 4 とによってサ—ボル—プ制御され、 所定の回転速度 に駆動させられる。 ねじ切り作業においては所望のピッ チを 有するタ ップ 1 4を回転させると共に、 この回転数に応じた 移動速度でタ ップ 1 4をその長手方向 （ Z方向） に直線移動 させなければならない。 このためス ピ ン ドルサーボモータ 1 2 と送りサーボモータ 2 2 の夫々の回転数を同期制御させ る必要があり、 その同期制御装置を参照番号 3 6で示してい る。 この同期制御装置 3 6 の送信する回転速度指令信号 b ' を上記送り用制御装置 3 4が受信し、 ス ピン ドルサ—ボモ— タ 2 2 の回転速度を検出した検出器 2 4から送信される検出 回転速度信号 a ' を考慮して所要の駆動電流をスピ ン ドルサ ーボモニタ 2 2へ通電させるベ'く 、 送りサ一ボモータ 2 2用 0電源装置 4 6へ指令信号 c ' を送信する。 以上の主軸制御 装置 3 0 、 送り用制御装置 3 4、 そして同期制御装置 3 6 と はコ ンピュータにおけるソ フ ト ウエアプログラムによ って実 行できる周知技術である。
    [0011] 既述の如く送りサーボモータ 2 2 の駆動力は伝達機構 20 ·. 26 , 28を介して主軸 1 0、 即ちタ ップ 1 4を Z方向に直線移 動させるが、 ス ピ ン ドルサ一ボモータ 1 2 はタ ッ プ 1 4 を直 接的に回転駆動させる。 この様な方法でねじ切り作業をする 場合には、 Z方向の直線移動機構においては伝達機構を適切 に選定することによりタ ップ 1 4 の直線移動速度を適切に選 択できるが、 タ ップ 1 4を回転させるス ピン ドルサーボモ一 タ 1 2 の方は、， 選定すべき伝達機構が存在しないためス ピン ドルサーボモータ 1 2 の性能のみによつて作業限界が定まる 特にタ ップ 1 4に大きな加減速度を与えたねじ切り作業にお いてはスピン ドルサーボモータ 1 2 の性能によつて作業効率 が支配される。
    [0012] そこで従来では第 2図に示す ¾く、 スピン ドルモータの回 転速度 N 2 に対応した工具 11転速度によつてねじ切り作業を 行う場合には、 点 P 2が トルク限界点であるため、 この トル ク限界点 P 2に対応した トルク T 1 の一定値の条件、 即ち加 速度一定の二点鎮線 1に示す条件でスピン ドルサ -ボモー タの回転速度を N 2 まで加速させ、 また減速させていた。 こ の場合のスピン ドルサーボモータの面転速度 Nの時間 t に対 す.る変化を示したものが第 1図の二点鎮線 6 0であり、 リニ ァ加速、 リ ニア減速となっている。 1"方、 この工具 II転速度 と同期さ ¾:た工具送り用の送りサーボモータ'の加減速ライ ン も第 1図の二点鎮線 6 0であり、 この場合の トルク Tも第 3 図に示す如く一定値 T 3であって、 二点鎮線 £ 2に示す条件 で送りサ一ボモータの面転速度を N 4まで加速させ、 また減 速させている。 この トルク一定ライ ン £ 2 は トルク限界線 L 0に対して充分な余裕を有している。
    [0013] 然しながら実際には、 上記ス ピン ドルサーボモータのリ 二 ァ加減速制御方法では、 該スピン ドルサ—ボモータの加减速 性能に対応する トルク限界曲線 （第 2図に実線で示す。 ） に 対しても余裕が存在する。 従って本癸明では、 スピン ドルサ ーボモータを加 速性能の上限であるこの トルク限界曲線に 沿って使用し、 これによつてねじ切り作業等の作業能率を向 上させる。 従って第 2図に示す様に、 トルク Tが一定値 T 2 の直線 L 1 と、 双曲線し 2 とに沿ってスピン ドルサ—ボモ一 タを加速又は減速する。 この場合の加減速曲線を第 1 図に一 点鎮線 5 0 で示す。 こ の曲線 5 0 は、 ス ピ ン ドルサ—ボモ ー タの回転速度 Nが N 1 ^なる時間 t 1 まで （第 2図において 点 P 1 に到るまで） は直線であり、 時間 t 1 から回転速度 N が N 2 に到る時間 t 2 まで （第 2図において点 P 1 から点 P 2 に到るまで） は放物線である。 減速の場合は第 2図の曲 線し 2を経て直線 L 1 を通るため第 1 図上では時間 t 2 に対 して対称な減速曲線となる。 時間 t 3 は減速時の点 P 1 に対 応する。
    [0014] 以上の様にス ピ ン ドルモータは第 2図においてライ ン L 1 と L 2にぬ ' つて駆動制御され、 常にライ'ン £ 1 より も トルク ャ'が大き く作用している。 従つ'て第 1図に示す加減速ラ イ ン 5 0 の終端までの時間 t 5 は従来のリ ニア加減速ラ イ ン 6 0 の終端までの時間 6 より も短く なる。 即ち、 作業が速く 、 能率のよいことを示す。
    [0015] 一方、 上記ス ピ ン ドルザーボモ ータ と同期させた送り サ— ボモ ータ の ト ルク曲線は第 2図に一点鎮線 L 3及び L 4で示 す通りである。 このライ ン L 3 は トルクが T 4の直線であり . ラ イ ン L 4 は汊曲線である。 こ のライ ン L 3 と L 4 は常に従 来のラ イ ソ ί 2 の ト ルク T 3 より も大きな ト ルク Tが作用し ており、 上述のス ピ ン ドルサ―ボモータの場合と同じ加減速 パター ン となる。 即ち、 従来のリ ニア加減速ライ ン 6 0 の終 は時間 t 6であるが、 本発明の場合の加減速ラ イ ン 5 0 © 終端は t 5 であって時間 t 6 より も短い。 なお第 3図から分 かる様に、 送りサーボモータの加減速では トルク限界線 L 0 に対してまだ余裕がある。
    [0016] 以上の実施例ではス ピ ン ドルサーボモータ の回転速度が N 2 となり、 かつ送りサ一ボモ一タの回転速度が N 4 となつ た後、 すぐに減速させているが、 これら最高回転速度 N 2 と N 4 の各回転祅態を所望時間傑持してタ ッ ビング作業し、 そ の後に滹速してもよい。 この様な面転速度の同期制御方法の 場合も、 前記実施例の場合と同様に作業時間が短く なること は明白である。
    [0017] また、 第 2図と第 3図に示す各 トルク限界曲線は、 本シス テムの制御装置を構成するコ ンピュータ内の記憶領域に記憶 させておく ことにより、 その ト ルク限界曲線に沿ってス ピ ン ドルサーボモータ 1 2を制御することはソフ トウエアプログ ラムにより実行できる。 ' 以上の説明から明らかな様に本発明によれば、 工具 （主軸） を HI転させるスピ ン ドルサ一ボモータと送りサーボモータ と を常に同期させて面転駆動させているので、 加速又は減速中 においてもねじ切り作業を行う ことができ、 またス ピン ドル サーボモータ の加減速性能を最大 1 度に利用しているため作 業能率が最大となる。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    1. 工作機械における主軸をスピン ドルサーボモータによ つて回転させる回転速度と、 該主軸とワーク との相対位置を 送り移動させる送りサーボモータによる直線移動速度とを同 期させて機械加工を行う両モ ータ の同期制御方法であって、 前記ス ピ ン ドルサーボモータの限界 トルク曲線に沿つて該ス ピン ドルサーボモータ と前記送りサーボモータ とを同期駆動 させることを特徴とする機械加工におけるス ピ ン ドルサ一ボ モータ と送りサーボモータ との同期制御方法。
    2. 前記送りサーボモ.ータが前記主軸耷支持した主軸頭を 駆動して成る請求の範囲第 1項記載の機械加工におけるス ピ ン ドルサーボモータと送りサーボモータとの同期制御方法。
    3. 前記機械加工がねじ切り作業である請求の範囲第 1項 記載の機械加工におけるス ピ ン ドルサーボモータと送りサ— ボモ― タ との同期制御方法。
    4. 前記機械加工がねじ切り作業である請求の範囲第 2項 記載の機械加工におけるス ピ ン ドルサーボモータ と送りサ— ボモータとの同期制御方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US5704250A|1998-01-06|Ball screw drive with dynamically adjustable preload
    CA1282230C|1991-04-02|Spindle driver for machine tools
    US5184053A|1993-02-02|Control device for a tool driving unit
    JP4361071B2|2009-11-11|サーボ制御装置
    US6651308B2|2003-11-25|Method of high-speed milling of domed-shaped parts
    EP0207997B1|1993-09-29|System for correcting error in the path of a robot
    EP0440805B1|1994-12-21|Feed speed control method of numeric controller
    US4683787A|1987-08-04|Method of machining a workpiece in a turret lathe and an nc lathe for performing this method
    US5396821A|1995-03-14|Apparatus and method of machining article of eccentric configuration
    US6746188B2|2004-06-08|Machine tool
    US4223579A|1980-09-23|Machine tool
    US5239901A|1993-08-31|CNC lathe
    US4785513A|1988-11-22|Turret having rotating and non-rotating tooling
    US4852434A|1989-08-01|Machine tool with a sliding screw drive
    CN1990176B|2010-11-03|具有倍率功能的转塔伺服控制装置及其控制方法
    US20070096670A1|2007-05-03|Servo motor stop controlling method and servo motor controller
    DE60130374T2|2008-05-29|Automatische drehbank, verfahren ihrer steuerung und einrichtung zu ihrer steuerung
    US4431896A|1984-02-14|Method and apparatus for orienting the wire guidance heads on spark erosion cutting equipment for eroding with a great wire slope
    US4250775A|1981-02-17|Machine tool and method
    EP0003902B1|1982-02-10|A biaxial, double-spindle turning machine
    US6796199B2|2004-09-28|Drive for machine components such as carriages, gripping devices or the like
    EP1221640B1|2004-02-25|Method of and apparatus for synchronous control
    EP0106253B1|1989-04-12|Numerical control machine tool with an emergency origin returning function
    US4398138A|1983-08-09|Spindle orientation control method and apparatus
    DE102009007437B4|2018-01-11|Reitstock-Regelungsvorrichtung
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    KR890702093A|1989-12-22|
    DE3854739T2|1996-04-18|
    EP0331749B1|1995-11-29|
    DE3854739D1|1996-01-11|
    US5010286A|1991-04-23|
    EP0331749A4|1993-03-17|
    JPS6472206A|1989-03-17|
    EP0331749A1|1989-09-13|
    JP2635332B2|1997-07-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    JPS59175920A|1983-03-22|1984-10-05|Mitsubishi Electric Corp|Tapping system for numerical control device|
    JPS60207910A|1984-03-31|1985-10-19|Fanuc Ltd|Numerical control device|
    JPS61159391A|1984-12-28|1986-07-19|Sony Corp|Method of controlling industrial robot|EP0429655A1|1989-05-24|1991-06-05|Fanuc Ltd.|Control device for tapping|JPS5229026B1|1968-09-18|1977-07-29|||
    JPS5248185A|1975-10-15|1977-04-16|Toshiba Corp|Numerically controlling apparatus for lathe|
    US4151452A|1977-06-29|1979-04-24|United Technologies Corporation|Synchro drive|
    JPS6210776B2|1979-08-24|1987-03-09|Fanuc Ltd||
    US4279013A|1979-10-31|1981-07-14|The Valeron Corporation|Machine process controller|
    US4346444A|1980-03-20|1982-08-24|Rohr Industries, Inc.|Constant thrust adaptive control machine tool|
    US4317176A|1980-03-24|1982-02-23|Black & Decker Inc.|Microcomputer controlled power tool|
    DE3124866A1|1980-08-29|1982-04-15|Guettinger Ag|Verfahren und einrichtung zum numerisch gesteuertenschneiden eines ein- oder mehrgaengigen gewindes inwenigstens zwei gewindeschneiddurchgaengen|
    JPS6136067B2|1981-07-28|1986-08-16|Sumitomo Spec Metals||
    JPS5862707A|1981-10-09|1983-04-14|Fanuc Ltd|Numerical control system|
    JPS60131148A|1983-12-16|1985-07-12|Matsushita Electric Ind Co Ltd|Control of n.c. lathe|
    JPH0138611B2|1984-01-11|1989-08-15|Kira Tetsukosho Kk||
    GB2156100B|1984-02-14|1987-11-25|Toshiba Machine Co Ltd|Method and system for controlling synchronous drive systems|
    US4628233A|1984-03-23|1986-12-09|Black & Decker Inc.|Microprocessor based motor control|
    DE3411651C1|1984-03-29|1989-04-27|Bso Steuerungstechnik Gmbh|Regelanordnung fuer den Gleichlauf mehrerer Antriebe|
    JPH0799486B2|1984-04-27|1995-10-25|松下電器産業株式会社|角加速度制御方法|
    JPS6118009A|1984-07-04|1986-01-25|Fanuc Ltd|Acceleration and deceleration control system|
    US4550277A|1984-09-24|1985-10-29|Black & Decker Inc.|Overload detection and warning system for electric motors in power tools and the like|
    JPH063994B2|1984-10-05|1994-01-12|株式会社日立製作所|複数台デイジタルサーボの制御方法|
    JPH0757444B2|1985-06-28|1995-06-21|ブラザー工業株式会社|ねじ加工装置|
    JPH0416056B2|1985-11-27|1992-03-19|Fanuc Ltd||
    KR930001093B1|1987-03-31|1993-02-15|가와시마 가츠지|나사 가공장치|JPH0277903A|1988-09-14|1990-03-19|Fanuc Ltd|Numerical control method|
    JPH087626B2|1990-03-27|1996-01-29|株式会社安川電機|２つのサーボ系間の追従制御方式|
    US5325027A|1991-01-15|1994-06-28|Outokumpu Mintec Oy|Method and apparatus for measuring the degree of fullness of a mill with lifting beams by monitoring variation in power consumption|
    US5165828A|1991-08-12|1992-11-24|Penn Engineering & Manufacturing Corp.|Cam-actuated thread tapper|
    JP2661422B2|1991-08-16|1997-10-08|三菱電機株式会社|加工装置および加工方法|
    US5394335A|1993-03-31|1995-02-28|Amada Engineering & Service Co., Inc.|Retrofit auto-indexing system|
    JP2862052B2|1993-04-01|1999-02-24|三菱電機株式会社|位置指令方法及びその装置|
    JP2866556B2|1993-09-02|1999-03-08|三菱電機株式会社|工作機械の制御装置および制御方法|
    US7980159B1|2005-11-30|2011-07-19|Western Digital Technologies, Inc.|Methods, devices and systems for screw feeding by vacuum and gravity|
    US7458282B1|2006-11-21|2008-12-02|Western Digital Technologies, Inc.|Screwdriver comprising a slider having an attached screw bit and a position detector for position feedback|
    US7506553B1|2007-06-18|2009-03-24|Western Digital Technologies, Inc.|Methods, devices and systems for adaptively driving screws using a screw driving tool|
    US8230570B1|2009-06-12|2012-07-31|Western Digital Technologies, Inc.|Automatic gravity vacuum screw feeding|
    JP5897259B2|2011-02-02|2016-03-30|東芝機械株式会社|工作機械およびその制御方法|
    US8789446B1|2011-06-28|2014-07-29|Western Digital Technologies, Inc.|Screw feeding apparatus to deliver a screw from a vibrating rail to a screw guide tube|
    JP5325949B2|2011-08-08|2013-10-23|ファナック株式会社|タッピング加工装置|
    US9150360B1|2013-05-16|2015-10-06|Western Digital Technologies, Inc.|Mechanism to deliver fastener vertically|
    JP6088581B2|2015-06-04|2017-03-01|ファナック株式会社|主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置及び制御方法|
    TWI598168B|2016-11-03|2017-09-11|財團法人工業技術研究院|攻牙刀具之控制方法|
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP62228514A|JP2635332B2|1987-09-14|1987-09-14|機械加工におけるスピンドルモータと送り用サーボモータとの同期制御方法|
    JP62/228514||1987-09-14||DE3854739T| DE3854739T2|1987-09-14|1988-09-09|Synchrone steuerung von spindel- und vorschubmotoren.|
    DE3854739A| DE3854739D1|1987-09-14|1988-09-09|Synchrone steuerung von spindel- und vorschubmotoren.|
    EP88907772A| EP0331749B1|1987-09-14|1988-09-09|Synchronization control of spindle motor and feed motor|
    KR1019890700858A| KR890702093A|1987-09-14|1988-09-09|스핀들 모우터 및 피이드 모우터의 동기제어방법|
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