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    • 专利摘要:

    公开号:WO1989008533A1
    申请号:PCT/JP1989/000170
    申请日:1989-02-21
    公开日:1989-09-21
    发明作者:Katsuo Kohari；Shinichi Kono；Hironobu Takahachi
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:B23Q39-00
    专利说明:
    [0001] 一 一
    [0002] 明 細 書
    [0003] 2 つの主軸を有す る工作機械
    [0004] 技 術 分 野
    [0005] 本発明 は、 2 つ の主軸を有す る工作機械 に 関 し 、 特 に、 能率良 く ワーク を加工す る ため 2 つの主軸を制御す る よ う に し た旋盤な どの工作機械の主軸同期運転制御方 法 に関す る。
    [0006] 背 景 技 術
    [0007] 従来か ら マ ルチ ス ピ ン ド ルへ ッ ド ュニ ッ 卜 の工作機械 ほ、 ワーク の加工 に際 し て よ り 短い ビース タ イ ム を実現 す る も の と し て、 広 く 使用 さ れてい る。 こ れは、 例え ば N C 旋盤に見 ら れる よ う に、 刃物'台毎に 2 木ま た ほそれ 以上の主軸を設け、 それぞれを独立の主軸モータ で制御 し 、 ワ ー ク の取付 け、 取外 し時間の短縮を図 る も の で あ っ た り 、 あ る い は、 異 な る 性能の主軸モ ー タ に よ り ワ ーク加工の融通性を高めて い る。
    [0008] こ う し た複数の主軸 で の ワ ー ク の摑み換 え に 際 し て は、 それぞれの主軸モータ に同 じ速度指令を与え て、 速 度が一致 し た時点で回転 し た状態 に あ る ワーク を停止す る こ と な く 、 次の加工に移る よ う に し てい る。
    [0009] こ の よ う な従来の 2 主軸を同軸上に対向 し て配置 し、 刃物台 は ど ち ら の主軸 に あ る ワーク に対 し て も加工がで き る工作機械で は、 つかみ換え る と き の両主軸速度が確 実 に一致 し て い る 必要があ る 。 そ う し ない と 、 ワ ーク が チ ャ ッ ク に よ っ て傷つ け ら れた り 、 あ る い は変形す る お そ れが あ る か ら で あ る 。 し か し、 主軸モ ー タ が異 なれ ば、 完全に回転速度を一致させる こ と ほ困難であ り 、 ま た、 負荷に よ っ て、 同 じ速度指令であ っ て も回転速度が 変動する と い う 問題があ っ た。
    [0010] 更に、 従来の主軸同期運転制御で は、 速度を一致させ る こ と がで き て も、 なか なか両方の主軸の回転角位置が —致せず、 チ ャ ッ ク の嚙合い位置のずれを修正する こ と が困難であ っ た。
    [0011] 発 明 の 開 示
    [0012] 本発明は、 こ う し た問題点を解決すべ な されたも の で、 主軸の回転角を一致させ た上で、 確実に同期運転が 行な え る よ う に し た 2 つの主軸を有す る工作機械を提供 する こ と を 目 的 と してい る。
    [0013] 本発明に よ れば、 第 1 主軸の回転速度を第 2 主軸の回 転速度に一致させて、 その間でワーク の受け渡 し を行な う 2 つの主軸を有する工作機械に おいて、 第 1 主軸 と 第 2 主軸の各速度制御部 に同一の速度指令を供給す る指令 手段 と 、 第 2 主軸の速度制御部への速度指令を遮断 し第 1 主軸 と 同期す る運転制御モー ド を設定する モー ド設定 手段 と 、 同期運転制御モー ド で第 1 主軸 と第 2 主軸の回 転角 に関す る位置偏差を演算する演算手段と 、 検出さ れ た位置偏差が 0 と な る よ う に第 2 主軸の速度制御部への 速度指令を修正す る修正手段 と を具備す る こ と を特徴 と す る 2 つの主軸を有す る工作機械が提供で き る 。
    [0014] ま た本発明 に よ れば、 互い に独立の速度制御回路を有 す る第 1 、 第 2 の主軸に対 し て同期運転制御を行な う 主 軸同期運転制御方法に おいて、 第 1 、 第 2 の主軸への速 度指令を一致さ せ る第 1 ス テ ッ プ と 、 各主軸の実速度及 び回転角位置を検出 し て その間の速度及び位置の偏差を 演算す る第 2 ス テ ッ プ と 、 演算さ れた速度偏差 に よ り 前 記速度指令の一方を修正す る第 3 ス テ ッ プ と 、 演算さ れ た位置偏差 に よ り 前記速度指令の一方を修正す る第 4 ス テ ツ ブ と を具備す る こ と を特徴 と す る主軸同期運転制御 方法を提供で き る 。
    [0015] 従っ て本発明の 2 つの主軸を有す る工作機械は、 第 1 主軸 と 第 2 主軸の速度偏差信号、 及び第 1 主軸 と 第 2 主 軸,の位置偏差信号をそれぞれ第 2 主軸の速度指令に加算 し、 第 2 主軸の速度指令を修正する こ と がで き る 。
    [0016] 図面の簡単な説明
    [0017] 第 1 図は、 本発明の工作機械の速度制御部の一例を示 す シス テ ム構成図、 第 2 図は、 上記工作機械シス テ ム の 制御フ ロ ーを示す図、 第 3 図は、 第 1 主軸、 第 2 主軸を 回転 さ せ る 工作機械 の 機構部 の 構成例 を 示 す 図 で あ る 。
    [0018] 発明を実施す る ための最良の形態
    [0019] 以下、 図面を用いて本発明の一実施例 に ついて詳細に 説明す る。
    [0020] 第 1 図は、 本発明の工作機械の速度制御部の一例を示 す シス テ ム構成図で あ る 。
    [0021] サーボモータ 1 , 2 は、 工作機械の 2 つの主軸を回転 せ しめ る ための も の で、 それぞれ速度制御回路 3 , 4 か ら の電流指令に よ り 所定速度で回転制御される。 上記速 度制御回路 3 ， 4 に は、 通常の制御に おいて は、 第 1 主 軸の回転速度と 第 2 主軸の回転速度 と を独立して制御す る た め の速度指令 V cmd 1 , V cmd 2 が与え ら れて お り 、 ま た、 それぞれサーボモータ 1 , 2 の速度及び電流 の フ ィ ー ド パ ッ ク信号も帰還 してい る。 こ の速度制御回 路 3 , 4 に指令速度 と し て V i , V 2 を与 え た と き の サーボモータ 1 , 2 の速度は、 それぞれ速度検出器 5 , 6 で検出さ れ、 その検出結果は速度 . ά 2 データ と し て加算器 7 に出力され、 速度偏差 e を演算する よ う に してレヽる。
    [0022] 8 は第 1 主軸の位置検出器であ り 、 こ れは上記サーボ モータ 1 と の間で 1 ： n のギヤ比で接続される第 1 主軸 か ら その回転位置 x i データ を検出する も のである。 第 2 主軸に ついて ほ、 同様の位置検出器 9 に よ り 回転位置
    [0023] X 2 データ が検出される。 こ れ ら位置信号は加算器 1 0 に出力さ れ、 位置偏差 e が演算さ れる。
    [0024] 1 1 は、 速度制御回路 4 に ついて速度ループを構成す る P I 動作調節回路であ り 、 比例要素 （ P ) か ら なる增 幅ブロ ッ ク 1 2 と 、 積分要素 （ I ) を含むブロ ッ ク 1 3 と の 出力 を加算器 1 4 で加算す る よ う に構成 さ れて い る。 従っ て こ の P I 動作調節回路 1 1 に よ り 、 スィ ッ チ 機構 sw5 をオ ン し た状態で ほ、 加算器 7 か ら の速度偏差 έ に基づ く 比例積分データ y i が次式 に従っ て形成さ れ _
    [0025] — 5 一 る 。
    [0026] Y i (s) = K i { 1 + ( 1 / T i s ) } E (s) こ こ で K i ほ積分ゲイ ン 、 T i は積分処理の時間 に対応 す る定数値であ る。
    [0027] ま た、 速度制御回路 4 ほ上記加算器 1 0 か ら の位置偏 差 e に 基づ く 位置ルー プを も 構成 し て お り 、 こ の位置 ループ内に比例定数 K 2 の増幅ブロ ッ ク 1 5 が配置され て い る 。
    [0028] なお、 速度 X I , X 2 は、 位置検出器 8 , 9 で の単位 時間当 り の移動量か ら演算に よ っ て知る こ と も可能で あ 上記工作機械の 2 つの主軸の う ち サーボモータ 2 と 接 続される主軸 に対する速度指令 V cmd 2 は、 モー ド切替 回路 1 6 を介 し て速度制御回路 4 に 供給 さ れ る 。 こ の モー ド切替回路 1 6 は、 制御モー ド を切替制御す る ため の 4 つのス ィ ッ チ機構 swi 〜 sw4 及び 3 つの加算器 1 7 〜 1 9 か ら構成さ れて い る 。 速度指令 V cmd 2 ほ ス イ ツ チ機構 swi を介 し て加算器 1 7 に入力さ れ、 こ の加算器 1 7 に は ま た、 ス イ ッ チ機構 s w2 を介 し て上記増幅 ブ ロ ッ ク 1 5 の出力 y 2 が入力さ れてい る 。 加算器 1 7 の 加算結果は、 次の加算器 1 8 に入力さ れ、 こ の加算器 1 8 に は、 ス イ ッ チ機構 sws を介 し て速度指令 V cmd 1 が 入力さ れてい る。 P I 動作調節回路' 1 1 の比例積分デ一 ^ y 1 ほ、 ス ィ ッ チ機構 sw4 を介 し て加算器 1 9 に供給 さ れ、 こ こ で上記加算器 1 8 の出力 と 加算さ れ、 速度制 御回路 4 への指令速度 V 2 を形成 し てい る。
    [0029] 第 2 図は、 上記工作機械シス テ ム の制御フ ロ ーを示す 図であ る。
    [0030] 第 1 主軸の回転速度を第 2 主軸の回転速度に一致させ て、 その間で ワーク の受け渡し を行な う 場合、 ま ず上記 モー ド切替回路 1 6 に対し て SWi をオ ン 、 SW2 〜 SW4 を オ フ と する制御モー ド M l を設定す る （ス テ ッ プ a ) 。 こ れ に よ り 速度指令 V cmd 1 , V cmd 2 が速度制御回路 3 , 4 に指令さ れる （ ス テ 、ジ ブ b ) 。
    [0031] 次 に制御モ ー ド を M l か ら 、 swi , s w2 , sw4 を ォ フ、 SW5 , sw5 をオ ン に切 り 換え て M 2 と し （ステ ッ プ c ) 、 速度制御回路 3 , 4 に V cmd i を与え る （ ステ ツ ブ d ) 。
    [0032] そ して、 第 1 主軸の検出速度 X I と V cmd 1 の差の絶 対値が所定値 e に近づ く ま で指令 を与え る （ ス テ ッ プ e )
    [0033] 次 に 制御 モ ー ド を M 2 か ら 、 swi , SW2 を オ フ 、 sw5 〜 sw5 をオ ン に切り 換え て M 3 と し、 2 つの主軸に 同 じ速度指令を与え る （ ス テ ッ プ f ) 。 こ れ に よ つ て速 度ループのみでの制御が開始され、 その と き に それぞれ の主軸の サーボ モータ 1 , 2 の速度 X i , X 2 と 位置 X 1 ， 2 を検出 し 、 ¾度偏差 e を計算す る 。 こ の と き 、 主軸の位置 X I ， X 2 も演算す る （ ス テ ッ プ g ) 。 つ ま り 第 1 主軸の速度制御回路 3 への指令速度 V i は、
    [0034] V 1 = V cmd 1 第 2 主軸の速度制御回路 4 への速度指令 V 2 は、 第 1 主 軸の速度制御回路 3 への指令速度 と 速度偏差 έか ら 得た比例積分出力 y 1 と が加算さ れて、
    [0035] V 2 = V cmd 1 + K 1 (xi -x2 )
    [0036] + (Ki /Ti) { (X i -X2 ) + (x io -X20 ) } と し て与え ら れる （ ス テ ッ プ h ) 。 な お、 X 10 , X 20は 第 1 主軸、 第 2 主軸のそ れぞれ機械原点か ら のオ フ セ ツ 卜 量であ る。
    [0037] 2 つ の主軸モー タ の検出速度 ^ 1 ， X 2 が一致す る ま で、 上記速度 ν 2 を所定の演算サ イ ク ルで繰 り 返 し演算 す る （ ス テ 、ジ ブ i ) 。 一致 し た と き 、 制御モ ー ド を M 3 か ら M 4 に し、 SWi , S W5 を オ フ 、 SW2 〜 SW4 を オ ン に 切 り 換え る （ ス テ ッ プ j ) 。 つ ま り 、 第 2 主軸の回転速 度は速度ループ と 位置ループ と に よ り 同時に制御が行な われる こ と に な る。 つづい てス テ ッ プ d と 同様 に それぞ れの主軸のサーボモータ 1 , 2 の速度 X i , X 2 と 位置
    [0038] X 1 , X 2 を検出 し、 速度偏差 及び位置偏差 e を計算 す る （ ス テ ッ プ k ) 。 つ ま り 第 1 主軸の速度制御回路 3 への指令速度 V i を、
    [0039] V i = V cmd i
    [0040] に維持 し た状態で、 第 2 主軸の速度制御回路 4 への速度 指令 V 2 が、 第 1 主軸の速度制御回路 3 へ の指令速度 V 1 と 位置偏差 e に基づ く 比例出力 y 2 と 速度偏差 έか ら得た比例出力 y 1 と を加算 し た、
    [0041] V 2 = V cmd 1 + 1 (xi -x∑ ) + K 2 { (Xl - 2 ) + (X! -X2 ) } に よ り 修正さ れる （ステ ッ プ J£ ) 。 2 つの主軸の検出位 置 X jL , X 2 がー致する ま で、 上記速度 V 2 を所定の演 算サ イ ク ルで繰 り 返 し演算する （ス テ ッ プ m ) 。
    [0042] こ う し た一連の演算処理に よ り 、 主軸ほその回転角が 一致 し た上で確実に同期運転さ れ、 2 つの主軸モータ の 速度及び位置が一致 し た時点で所定の信号を発生 して、 主軸を移動 し、 ワーク をつかみ換え る。 なお、 上記モー ド切替回路 1 6 の各ス ィ ッ チ機構 sWl 〜 sws 等は、 制御 モー ド の切替について の概念を示す も ので あ っ て、 実際 に ほ、 電子的な装置 と して構成された り 、 あ る い はそれ ぞれのサーボ用の プロ セ ッ サ にお け る制御プログラ ム と し て形成さ れる も の であ る 。 し た が っ て、 ワ ーク をいず れの主軸側で摑んでいて も、 その速度と位置 と に一致さ せ る こ と が可能であ る。
    [0043] 第 3 図は、 サーボモータ 1 , 2 がギヤ機構 2 1 ， 2 2 を介して第 1 主軸 2 3 、 第 2 主軸 2 4 を回転さ せ る よ う に し た工作機械の機構部の構成例を示してい る。 第 1 主 軸 2 3 に取付 ら れ た チ ャ ッ ク 2 5 で保持さ れた ワ ーク 2 7 を、 第 2 主軸側の チ ャ ッ ク 2 6 に よ り 摑み換え る と き 、 上述 し た主軸同期運転制御 に よ り 、 速度制御回路 3 ， 4 への指令速度を修正 し、 同期速度の精度を高め、 ワーク 2 7 をつかむ時の ワーク に対する負荷を軽減で き る 。 2 8 ほ、 こ う し た主軸同期運転を制御す る ため の同 期制御回路であ る。 以上、 本発明の一実施例を説明 し たが、 本発明 は こ れ に限定さ れる も の で な く 、 本発明の要旨の範囲内で種々 の変形が可能であ っ て、 こ れ ら を本発明の範囲か ら排除 す る も ので は ない。
    [0044] 産業上の利用可能性
    [0045] 木発明の 2 つの主軸を有す る工作機械は、 主軸の回転 角 を一致さ せ た上で、 確実に同期運転を実行 し て、 回転 中 に ワーク の摑み換え を行な う よ う に し、 ワ ーク を損傷 す る こ と な く 切削工程での工数削減を図 り 、 加工時間の 短縮を可能に す る も のであ る。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    ( 1 ) 第 1 主軸の回転速度を第 2 主軸の回転速度に一 致さ せて、 その間で ワーク の受け渡 し を行な う 2 つの主 軸を有す る工作機械は、 次を含む ：
    第 1 主軸 と 第 2 主軸の各速度制御部 に同一の速度指令 を供給す る指令手段 ；
    第 2 主軸の速度制御部への速度指令を遮断し第 1 主軸 と 同期す る同期運転制御モー ド を設定する モー ド設定手 段 ；
    同期運転制御モー ド の下で第 1 主軸 と第 2 主軸の回転 角 に関す る位置偏差を演算する演算手段 ；
    検出さ れた位置偏差が 0 と なる よ う に第 2 主軸の速度 制御部への速度指令を修正す る修正手段。
    ( 2 ) 互い に独立の速度制御回路を有す る第 1 、 第 2 の主軸に対 して同期運転制御を行な う 主軸同期運転制御 方法ほ、 次のス テ ッ プを含む ：
    第 1 、 第 2 の主軸への速度指令を一致 さ せ る 第 1 ス テ ツ ブ ：
    各主軸の実速度及び回転角位置を検出 し て その間の速 度及び位置の偏差を演算す る第 2 ス テ ッ プ ；
    演算さ れた速度偏差に よ り 前記速度指令の一方を修正 す る第 3 ス テ ッ プ ；
    演算さ れた位置偏差に よ り 前記速度指令の一方を修正 す る第 4 ス テ ッ プ。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    法律状态:
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    1989-10-04| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989902548 Country of ref document: EP |
    1990-04-25| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989902548 Country of ref document: EP |
    1996-05-01| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989902548 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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