JP2654228B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は数値制御装置に関するものであり、特に複数
の主軸を有し、被加工物を１つまたは２つの主軸にて把
持する数値制御工作機械に適用して好適な数値制御装置
に関する。

（従来の技術） 近年、機械加工の生産性を向上する目的で、従来は複
数台の数値制御（以下、NCという）工作機械で実現して
いた各種機能が１台のNC工作機械に具備されるようにな
ってきた。例えばNC工作機械の一種であるCNC旋盤には
第３図（Ａ）に示すような旋盤Ｃ軸制御機能や同図
（Ｂ）に示すような２主軸完全同期制御機能が具備され
ている。旋盤Ｃ軸制御機能を実現するには、主軸の高精
度位置制御技術が必要であり、２主軸完全同期制御機能
を実現するには、更に２つの主軸間の高度な同期制御技
術及び少なくとも１つの主軸台を直線移動させる駆動機
構が必要となる。

第４図はその駆動機構を有するCNC旋盤の一例を示す
概略図であり、サブスピンドル12がメインスピンドル11
に対して移動可能なように、サブスピンドル12が搭載さ
れる主軸台18に案内を取りつけ、この案内に螺合するＷ
軸ボールネジ16をＷ軸駆動モータ17で駆動して主軸台18
をＷ軸上可動範囲の任意の場所に位置決めし、被加工物
15の受渡しを行っている。

このようなＷ軸駆動機構を有する旋盤Ｃ軸制御機能及
び２主軸完全同期制御機能を具備したCNC旋盤の運転モ
ードの推移については以下説明する。例えば第５図に示
すようなメインスピンドル11とサブスピンドル12の２つ
の主軸を有し、Ａ刃物台13,B刃物台14の２つの刃物台に
取付けられた工具にて棒材である被加工物（以下、ワー
クという）15を連続加工するような工程は一般に以下に
示すように組まれる。

メインスピンドル11に把持されたワーク15をＡ刃物台
13とＢ刃物台14にて加工する。この際、第３図（Ａ）に
示す旋盤Ｃ軸制御加工（以下、創成加工という）が行わ
れる（この運転モードを以下ではＣ軸モードという）こ
とがあり、メインスピンドル11は位置制御モードにて運
転されることが多い。

サブスピンドル12をＷ軸上でメインスピンドル11に近
づけ、サブスピンドル12でワークを把持してＡ刃物台13
またはＢ刃物台14にてワーク15を突切り、分断する（第
６図参照）。この際、メインスピンドル11とサブスピン
ドル12にて第３図（Ｂ）に示す２主軸完全同期制御が行
われ（この運転モードを以下ではビックオフモードとい
う）、メインスピンドル11,サブスピンドル12とも高精
度な位置制御にて運転される。

分断されたワークを把持したままサブスピンドル12を
Ｗ軸上でメインスピンドル11と反対方向に戻し、サブス
ピンドル12にて把持されたワーク（以下、サブスピンド
ルワークという）52をＡ刃物台13（もしくはＢ刃物台1
4）にて背面加工を行うとともに、メインスピンドル11
に把持されたワーク（以下、メインスピンドルワークと
いう）51を残りの刃物台であるＢ刃物台14（もしくはＡ
刃物台13）にて加工する（第７図参照）。この際、メイ
ンスピンドル11,サブスピンドル12とも必要に応じて位
置制御される。

サブスピンドルワーク52の加工を終了し、メインスピ
ンドルワーク51をＡ刃物台13（もしくはＢ刃物台14）又
は両刃物台13,14にて加工する。この際、メインスピン
ドル11は必要に応じて位置制御される。

そして、の工程が終了すると再度の工程から繰返
し、これにより棒材が１台のCNC旋盤にて連続加工され
る。以上の繰返し工程をまとめると表１のようになる。

第８図は上述したCNC旋盤の駆動制御を行う従来のNC
装置の一例を示すブロック図であり、例えばバブルメモ
リ等の不揮発性記憶素子から成るサーボパラメータ格納
部３には、予めサーボ調整時に設定された各軸毎のサー
ボパラメータ（速度ルーブゲイン，位置ルーブゲイン，
加減速時定数等のデータ）が各軸毎に１組づつまとめて
格納されている。電源投入時には、NC指令部２によりメ
インスピンドル用のサーボパラメータがサーボパラメー
タ格納部３から読出され、メインスピンドル制御部5Mに
接続されているメインスピンドル運転用サーボパラメー
タ記憶部4Mに転送される。メインスピンドル運転用サー
ボパラメータ記憶部4Mへのメインスピンドル用サーボパ
ラメータの転送終了後、NC指令部２により次の制御軸で
あるサブスピンドル用のサーボパラメータがサーボパラ
メータ格納部３から読出され、サブスピンドル制御部5S
に接続されているサブスピンドル運転用サーボパラメー
タ記憶部4Sに転送される。以下順にＷ軸,XA軸，……,ZB
軸に対応するサーボパラメータがNC指令部２によりサー
ボパラメータ格納部３から読出され、対応する軸の制御
部5W,5XA,……5ZBに接続されているサーボパラメータ記
憶部4W,4XA,……,4ZBにそれぞれ転送される。これらの
サーボパラメータは、各軸に想定されるサーボ制御条
件，負荷条件等により各軸の制御に支障が無いレベルに
設定されており、各運転モードに対して同一のサーボパ
ラメータが適用される。

このような構成において、電源投入時の各軸制御部へ
のサーボパラメータの転送が終了し、通常のNC運転が実
行される際の各部の動作について説明する。

NC指令部２は、NCプログラム１を読込んだ後にその解
釈を行い、速度指令や位置指令等の移動指令を各制御部
5M〜5ZBに送出し、また各制御部5M〜5ZBからの制御状態
データ（各軸の現在位置，速度，異常検出信号等）を監
視して正常な制御状態が保たれているか否かを確認し、
NCプログラム１により指令される運転指令を実現する。

メインスピンドル制御部5Mは、NC指令部２からの移動
指令に応じて、メインスピンドル駆動用の誘導モータ６
に結合されているパルスジェネレータ７の検出値から誘
導モータ６の現在位置や速度を算出してNC指令部２に送
出するとともに、誘導モータ６をフィードバック制御す
る。また、誘導モータ６やパルスジェネレータ７の異常
を検出したら、誘導モータ６を停止させるとともに異常
検出信号をNC指令部２に送出する。

以下、各制御部5S〜5ZBは、メインスピンドル制御部5
Mと同様に各軸駆動用の同期モータ8S〜8ZBをフィードバ
ック制御し、各軸駆動用の同期モータ8S〜8ZBやそれら
に結合されているレゾルバ9S〜9ZBの異常検出等を行
う。

以上述べてきたような方式により、NC指令部２は２つ
の主軸制御部5M,5Sおよび各送り軸制御部5W〜5ZBをコン
トロールし、メインスピンドル11あるいはサブスピンド
ル12におけるＣ軸モードや２つのスピンドル11,12によ
るピックオフモードを実現すべく動作する。

（発明が解決しようとする課題） 一般にモータを安定に位置制御するためにはモータの
ロータイナーシャの１〜３倍程度の範囲内に負荷イナー
シャを設定することが経験上必要とされている。上述し
た２スピンドル仕様のCNCの旋盤においては、通常サブ
スピンドルは、メインスピンドルよりも出力の小さなモ
ータにて駆動されることが多いので、軸換算の負荷イナ
ーシャの範囲は絶対値から見てメインスピンドルを負荷
としたサブスピンドル軸換算負荷イナーシャの方がサブ
スピンドルを負荷としたメインスピンドル軸換算負荷イ
ナーシャより広く、またロータイナーシャも同様にメイ
ンスピンドルモータの方がサブスピンドルモータよりも
大きくなる場合が多い。そして、ピックオフモードの際
にはそれぞれのロータイナーシャが対向するスピンドル
の負荷イナーシャに加わることになる。

通常サーボ調整時においては各スピンドル単独の運転
にて適切なサーボパラメータが決定・設定される。しか
し、ピックオフモード時のように両スピンドルがワーク
により連結状態になった時には、負荷イナーシャの制御
範囲の狭いサブスピンドル側が激しく共振することがあ
る。この理由は、各スピンドル単独運転にて設定した速
度ループゲイン等のサーボパラメータでは、各スピンド
ル単独の許容負荷イナーシャをはるかに越えるようなピ
ックオフモード時の負荷イナーシャに対して過大ゲイン
となることによる。従って、ピックオフモード時の加工
品位に決定的なダメージを与えることになる。これを避
ける為に支障が生じない程度にまでサーボパラメータを
小さく設定し直せばよいが、設定し直したサーボパラメ
ータにてサブスピンドル単独の加工、例えばサブスピン
ドル側の背面の創成加工を行うと設定ゲインが過小とな
る為、追従遅れが生じたり、加工に必要以上に時間がか
かったりするという問題があった。

本発明は上述した事情から成されたものであり、本発
明の目的は、複数の主軸を有し、被加工物を１つまたは
２つの主軸で把持させて運転するNC工作機械において、
複数の運転モードに対応したサーボパラメータを適時切
換えることが可能なNC装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、NCプログラムを解釈することにより各軸の
移動指令を生成し、前記移動指令に応じて各軸駆動モー
タを制御するNC装置に関するもので、本発明の上記目的
は、被加工物の両端を同時に２つの主軸に把持させて運
転するモードに対応するサーボパラメータ及び前記被加
工物の片端を前記２つの主軸の一方に把持させて運転す
るモードに対応するサーボパラメータを予め格納してお
く格納部と、前記NCプログラムを解釈して現在の運転モ
ードを判定する指令部と、前記判定された運転モードに
対応するサーボパラメータの切替信号を生成する生成部
とを備えて、前記切替信号により自動選択されたサーボ
パラメータにより当該軸駆動モータを制御することによ
って達成される。

（作用） 本発明にあっては、被加工物を把持する主軸数に応じ
た各軸のサーボパラメータを運転モードに対応させて予
め格納しており、NCプログラムの解釈により判定した運
転モードに対応するサーボパラメータに切替えて当該軸
を駆動制御するので、例えばCNC旋盤におけるサブスピ
ンドルのＣ軸モードとピックオフモードの如く、サーボ
制御条件が大きく異なる運転モードにおいても不要な振
動を生じさせることなく、高い生産性を容易に実現する
ことができる。

（実施例） 第１図は本発明のNC装置の一例を第８図に対応させて
示すブロック図であり、同一構成箇所は同符号を付して
説明を省略する。Ｃ軸モードとピックオフモードのサー
ボパラメータがサーボパラメータ格納部３内のサブスピ
ンドル用サーボパラメータとして格納されている。電源
投入時には、NC指令部２によりＣ軸モードにおけるサブ
スピンドル用サーボパラメータがサーボパラメータ格納
部３から読出され、サブスピンドル制御部5Sに接続され
ているサブスピンドル運転用サーボパラメータ記憶部4S
aに転送され、引き続き、ピックオフモードにおけるサ
ブスピンドル用サーボパラメータがサーボパラメータ格
納部３から読出され、サブスピンドル制御部5Sに接続さ
れているサブスピンドル運転用サーボパラメータ記憶部
4Sbに転送される。各サブスピンドル運転用サーボパラ
メータ記憶部4Sa又は4Sbに記憶されているＣ軸モードの
サブスピンドル用サーボパラメータ又はピックオフモー
ドのサブスピンドル用サーボパラメータは、パラメータ
切替信号生成部10から送出されて来る切替信号PSにより
切替わる切替スイッチ10Aを介してサブスピンドル制御
部5Sに転送されるようになっている。

このような構成において、その動作例を説明すると、
パラメータ切替信号生成部10は、初期値としてＣ軸モー
ドのサブスピンドル用サーボパラメータを用いるべくパ
ラメータ切替信号PSを生成して切替スイッチ10Aへ送出
する。サブスピンドル制御部5Sは、Ｃ軸モードのサブス
ピンドル用サーボパラメータにてサブスピンドルの位置
制御もしくは速度制御を行う。

次に、NC指令部２は、解釈中のNCプログラムから２ス
ピンドルの同期回転制御を始めるコード（第２図に示す
ビックオフモードのNCプログラム例では“M151"）を検
出すると、ピックオフモードが開始するものと判断して
パラメータ切替信号生成部10に運転モードの切替わりを
伝達する。これを受けてパラメータ切替信号生成部10
は、ピックオフモードのサブスピンドル用サーボパラメ
ータを用いるべくパラメータ切替信号PSを生成して切替
スイッチ10Aへ送出する。サブスピンドル制御部5Sは、
ピックオフモードのサブスピンドル用サーボパラメータ
にてサブスピンドルの制御を行う。

そして、NC指令部２は、解釈中のNCプログラムから２
スピンドルの同期回転制御を終えるコード（第２図に示
すピックオフモードのNCプログラム例では“M150"）を
検出すると、ピックオフモードが終了したものと判断し
てパラメータ切替信号生成部10に運転モードの切替わり
を伝達する。以下、“M151"の検出の際と同じ手順に
て、サブスピンドル制御部5Sは、Ｃ軸モードのサブスピ
ンドル用のサーボパラメータにて以降のサブスピンドル
の制御を行う。

（発明の効果） 以上のように本発明のNC装置によれば、複数の主軸を
有し、被加工物を１つまたは２つの主軸で把持させて運
転するNC工作機械において、サーボ制御条件が異なる複
数の運転モードに対応した適切なサーボパラメータをNC
プログラムの解釈処理に伴なって自動的に切替えて当該
軸を制御するので、サーボ性能を損なうことなく複数の
運転モードに応じて高速・高精度のモータコントロール
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のNC装置の一例を示すブロック図、第２
図はピックオフモードのNCプログラムの一例を示す図、
第３図（Ａ）は旋盤Ｃ軸制御機能を説明するための図、
同図（Ｂ）は２主軸完全同期制御機能を説明するための
図、第４図はサブスピンドルの駆動機構を有するCNC旋
盤の一例を示す概略図、第５図は２主軸,2刃物台を有す
るCNC旋盤の配置図、第６図は第５図で示したCNC旋盤に
おけるピックオフモードを説明するための図、第７図は
第４図で示したCNC旋盤における２主軸単独のＣ軸モー
ドを説明するための図、第８図は従来のNC装置に一例を
示すブロック図である。 １…NCプログラム、２…NC指令部、３…サーボパラメー
タ格納部、4M,4S,4Sa,4Sb,4W,4XA,4ZB…サーボパラメー
タ記憶部、5M…メインスピンドル制御部、5S…サブスピ
ンドル制御部、5W…Ｗ軸制御部、5XA…XA軸制御部、5ZB
…ZB軸制御部、６…誘導モータ、７…パルスジュネレー
タ、8S,8W,8XA,8ZB…同期モータ、9S,9W,9XA,9ZB…レゾ
ルバ、10…パラメータ切替信号生成部、10A…切替スイ
ッチ、11…メインスピンドル、12…サブスピンドル、13
…Ａ刃物台、14…Ｂ刃物台、15…被加工物、16…Ｗ軸ボ
ールネジ、17…Ｗ軸駆動モータ、18…主軸台、51…メイ
ンスピンドルワーク、52…サブスピンドルワーク。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】数値制御プログラムを解釈することにより
   各軸の移動指令を生成し、前記移動指令に応じて各軸駆
   動モータを制御する数値制御装置において、被加工物の
   両端を同時に２つの主軸に把持させて運転するモードに
   対応するサーボパラメータ及び前記被加工物の片端を前
   記２つの主軸の一方に把持させて運転するモードに対応
   するサーボパラメータを予め格納しておく格納部と、前
   記数値制御プログラムを解釈して現在の運転モードを判
   定する指令部と、前記判定された運転モードに対応する
   サーボパラメータの切替信号を生成する生成部とを有
   し、前記切替信号により自動選択されたサーボパラメー
   タにより当該軸駆動モータを制御するようにしたことを
   特徴とする数値制御装置。