JP5763488B2

JP5763488B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP5763488B2
Application number: JP2011209514A
Authority: JP
Inventors: 義一市川
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: JP2013071185A

Description

主軸台と振止台にサーボ駆動軸を備え、被加工物を振止台で支えた状態のままサーボモータを駆動して主軸台間で被加工物の受渡しを行なう数値制御装置に関する。

数値制御装置は紙テープ等から指令された加工プログラムに基づいて数値制御処理を実行し、処理結果により工作機械を駆動して、指令どおりの加工をワークに施すものである。

図２は従来の数値制御装置の要部を示すブロック図である。数値制御装置２５は、プログラム指令解釈部２と、トルクスキップ制御部２２と、補間処理部２３と、から構成されている。また、数値制御装置２５は、第２主軸台のサーボ制御部７と結合され、サーボモータ９を駆動させる。

テープリーダ等から読み込まれた加工プログラム１を実行する際には、１ブロックずつプログラム指令解釈部２で解析される。１ブロック毎に解析されたコードの、トルク制限値τ１は、トルクスキップ制御部２２に渡され、トルク制限値τ１記憶部４に記憶される。トルク判定部５は、トルク制限値τ１と移動指令を補間処理部２３に渡す。補間処理部２３は、解析されたコードに従い１ブロック毎の補間制御を行なう。サーボ制御部７は、サーボモータ９と結合され、ギア、ボールネジ等を介して位置検出器１０からの位置フィードバックによる位置制御を行う。

ここで、通常、第２主軸台は、目標位置に到達するまで移動するように制御される。しかし、時として、駆動トルクτ２がトルク制限値τ１に到達するまで第２主軸台を移動させるトルクスキップ動作が指示される場合がある。かかるトルクスキップ動作は、例えば、二つの主軸を備えた工作機械でワークをチャックに押し付けて位置を出す場合に用いられる。かかるトルクスキップ動作が指示された場合、補間処理部２３は、移動指令ブロックに関わるサーボモータ９のサーボ制御部７で、トルク制限値τ１（電流制限）を有効とした状態でサーボモータ９を駆動する。また、駆動トルクτ２検出部１１はトルク判定部５に駆動トルクτ２を渡し、トルク判定部５では、駆動トルクτ２検出部１１で検出した駆動トルクτ２とトルク制限値τ１を比較判定する。そして、駆動トルクτ２がトルク制限値τ１に到達すると、トルク判定部５は、補間処理部２３にスキップ信号を渡す。補間処理部２３は、スキップ信号を受信すると、残り移動指令の出力を中止する。

特開２００１−７１２３５号公報

ここで、二つの主軸台を備えた工作機械において、ワークを各主軸台に設けられたチャックに押し付けて位置を出す場合には二通りのパターンがある。一つは、図３に示すように、位置固定の第１主軸台で保持したワークを、Ｚ軸方向に移動可能な第２主軸台に受け渡す場合である。もう一つは、図４に示すように、第２主軸で保持したワークを第１主軸に受け渡す場合である。そして、いずれの場合であっても、ワークは、第２主軸台とは独立してサーボ駆動される振止台により支持される。こうしたワーク受け渡しの様子について図面を参照して説明する。

図３に示すように、第１主軸台で保持したワークを第２主軸台に受け渡す場合、第２主軸台が単独でＺ軸方向に移動する。この移動は、駆動トルクτ２が制限トルク値τ１に到達するまで行なうトルクスキップ動作で行なわれる（３−１）。かかるトルクスキップ動作では、第２主軸チャックがワークに当接すると（ワークをチャックに押し付けると）、駆動トルクτ２が上昇し、第２主軸台が停止することになる。そして、第２主軸チャックをワークに押し付けることにより、第２主軸チャックで被加工物が把持される（３−２）。第２主軸チャックで被加工物が把持されれば、振止台で被加工物を支えている状態のまま、第２主軸台と振止台を同時にＺ軸方向に移動させる（３−３）。つまり、このパターンでは、第２主軸台が、トルクスキップ動作を実行している際、ワークを支持する振止台は静止している。そのため、このパターンでは、第１主軸台から第２主軸台へのワーク受渡しは、問題なく実現されている。

次に、図４に示すように、第２主軸台で保持したワークを第１主軸台に受け渡す場合を説明する。この場合、ワークを把持した第２主軸台が、トルクスキップ動作により、第１主軸台の方向に移動させられる（４−１）。また、ワークを支持する振止台も、第１主軸台の方向に移動させられる。第１主軸チャックがワークに当接し（ワークをチャックに押し付け）、第２主軸台が停止すれば、第１主軸チャックで被加工物が把持される（４−２）。第１主軸チャックで被加工物が把持されれば、振止台で被加工物を支えている状態のまま、第２主軸台を第１主軸台から離れる方向に移動させる（４−３）。

つまり、このパターンでは、第２主軸台が、トルクスキップ動作を実行している際、ワークを支持する振止台も移動することになる。ここで、振止台は、上記した通り、第２主軸台とは独立してサーボ駆動される。したがって、従来、この振止台の移動は、第２主軸台の移動とは独立した位置制御により実行されていた。具体的には、第２主軸台のサーボ制御部にトルクスキップ動作が指令されたとき、振止台のサーボ制御部には、移動目標位置ＧＬｚまで振止台を移動させる位置制御駆動が指令される。移動目標位置ＧＬｚは、トルクスキップ動作により第２主軸台が移動する距離Ｌｒｗを推定し、前記移動距離Ｌｒｗを振止台の現在演算位置ＣＯＮｚに加算することにより算出される。

この場合、前記推定した第２主軸台の移動距離Ｌｒｗと第２主軸台がトルクスキップした位置までの移動距離に差異があると、当然ながら、第２主軸台と振止台の移動距離に差が生じる。その結果、移動距離の差分だけ、振止台がワークに対して相対移動することになり、被加工物に傷が付くといった問題があった。

本発明の数値制御装置は、被加工物を保持したまま移動して当該被加工物を他部材に押し付ける主軸台と、前記主軸台に保持された被加工物を支持して振動を防止する振止台と、の駆動を制御する数値制御装置であって、前記主軸台の駆動指令を主軸台サーボ制御部に出力する主軸台補間処理手段と、入力された目標位置に基づいて前記振止台の駆動指令を振止台サーボ制御部に出力する振止台補間処理手段と、前記主軸台のサーボ駆動軸の駆動トルクτ２を検知する手段と、加工プログラムを介して同時トルクスキップ動作の実行が指示された場合に、前記駆動トルクτ２とトルク制限値τ１とを比較し、前記駆動トルクτ２が前記トルク制限値τ１に達した場合には、前記主軸台補間処理手段に前記主軸台の駆動停止を指示するトルク判定部と、を備え、前記振止台補間処理手段は、前記トルク判定部により前記駆動トルクτ２が前記トルク制限値τ１に達したと検知された場合に、前記振止台の移動目標位置として前記振止台の現在位置を設定する、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記同時トルクスキップ動作の実行が指示された場合、前記主軸台のサーボ駆動軸の加減速プロフィールと、前記振止台のサーボ駆動軸の加減速プロフィールと、は互いに同じ加減速プロフィールが用いられる。

他の好適な態様では、前記同時トルクスキップ動作の実行が指示された場合、前記振止台の移動目標位置の初期値は、前記振止台の現在位置および前記主軸台の予想移動距離に基づいて算出される。

本発明によれば、主軸台サーボ駆動軸の駆動トルクτ２がトルク制限値τ１に達した時点で主軸台と振止台の移動を停止させることができる。そのため、上述の例における第２主軸台を、本願発明における主軸台とすれば、第２主軸台と振止台の移動距離の差異を排除し被加工物に傷が付くことなく、第１主軸チャックと被加工物の間に隙間が生じることなく、第１主軸側へ被加工物を受渡すことができる。

本発明の実施形態である数値制御装置の要部を示すブロック図である。従来の数値制御装置の要部を示すブロック図である。第１主軸台から第２主軸台へワークを受け渡す様子を示す図である。第２主軸台から第１主軸台へワークを受け渡す様子を示す図である。

本発明の実施形態を図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である数値制御装置の要部を示すブロック図である。なお、従来技術と同等な部分については詳細な説明を省略する。

プログラム指令解釈部２は、加工プログラム１を１ブロックずつ解釈し、解釈結果を同時移動判定部３、振止台移動目標位置算出部１３、振止台サーボデータ設定部１４に送る。同時移動判定部３は、送られてきたコードに、第２主軸台と振止台の同時トルクスキップ指令が含まれているか否かを判定する。なお、同時トルクスキップ指令とは、第２主軸台および振止台の両方に、第２主軸台の駆動トルクτ２がトルク制限値τ１に到達するまで移動させるトルクスキップ動作を実行させる指令である。同時移動判定部３での判定結果は、トルクスキップ制御部２２、振止台移動目標位置算出部１３、振止台サーボデータ設定部１４に送られる。

同時トルクスキップ指令があった場合、振止台移動目標位置算出部１３は、プログラム指令解釈部２で解釈した第２主軸台のトルクスキップ指令の仮想目標位置ＧＬｗまでの移動距離Ｌｗから、振止台の目標位置ＧＬｚを算出する。また、振止台サーボデータ設定部１４は、第２主軸台のトルクスキップ指令の移動速度から第２主軸台の送り単位量ＲＰＦｗおよび加減速単位量ＲＰＶｗを、振止台の送り単位量ＲＰＦｚおよび加減速単位量ＲＰＶｚとして設定する。これにより、第２主軸台および振止台は、同じ加減速プロフィールで駆動することになる。

第２主軸台トルク制限値τ１記憶部４には、加工プログラム１から求まる第２主軸台のトルクスキップ指令のトルク制限値τ１が記憶される。第２主軸台トルク判定部５は、駆動トルクτ２検出部１１で検出された第２主軸台サーボ駆動軸の駆動トルクτ２と、トルク制限値τ１と、を比較判定する。そして、駆動トルクτ２がトルク制限値τ１に達するまで、第２主軸台関数発生部６と振止台関数発生部１６にて継続して第２主軸台の駆動を指示する関数発生をおこなう。

第２主軸トルク判定部５にて第２主軸台サーボ駆動軸の駆動トルクτ２とトルク制限値τ１を比較判定して、第２主軸台サーボ駆動軸の駆動トルクτ２がトルク制限値τ１に到達している場合は、トルク判定伝達部１５へ判定結果を送出するとともに、第２主軸台関数発生停止部１２にて第２主軸台の駆動指令を停止させ、第２主軸台の移動を停止させる。つまり、第２主軸台補間処理部２３は、第２主軸台補間処理手段として機能する。

判定結果を受けて第２主軸台サーボ駆動軸の駆動トルクτ２がトルク制限値τ１に到達している旨の信号を受信したトルク判定伝達部１５は、振止台補間処理部２４に振止台の駆動停止を指示する。振止台補間処理部２４は、設定された目標位置ＧＬｚに基づいて振止台の駆動指令を振止台サーボ制御部１７に出力する振止台補間処理手段として機能する。トルク制限値τ１に到達するまでは、振止台関数発生部１６が、振止台サーボ制御部１７に振止台の駆動指令を出力する。トルク制限値τ１に到達した旨の信号をトルク判定伝達部１５から受信すれば、振止台関数発生停止部２１が、位置検出器２０で検出された振止台の現在検出器位置ＡＰＡｚを読み込み、この現在検出器位置ＡＰＡｚを、振止台の目標位置ＧＬｚとして、再設定する。

ここで、振止台は、目標位置に到達するべく位置フィードバック制御されているため、現在位置ＡＰＡｚを、目標位置ＧＬｚに設定することにより、振止台の駆動が停止される。そして、これにより、第２主軸台と振止台とを同時に停止させることができる。ここで、本実施形態では、振止台の駆動を停止させるために、現在位置ＡＰＡｚを目標位置ＧＬｚとして設定しており、振止台の駆動制御方法は、従来と同じ、位置フィードバック制御のままである。換言すれば、本実施形態によれば、振止台を第２主軸台とともにトルクスキップさせるために、振止台の駆動制御方法を大幅に変える必要がなく、既存の設備（サーボ制御部１７など）をそのまま利用できる。つまり本実施形態によれば、従来からの設計変更を最小限に抑えつつ、第２主軸台と振止台の同時トルクスキップが可能となる。

なお、上記説明では、振止台の仮の目標位置ＧＬｚとして、現在位置ＣＯＮｚに第２主軸台の（仮の）移動距離Ｌｗを加算した値を設定している。しかし、第２主軸台の停止前（トルク制限値τ１に到達する前）に、振止台が停止しないようにできるのであれば、他の位置を、振止台の目標位置ＧＬｚとして設定してもよい。また、第１主軸台が移動可能で、第２主軸台が固定、または、第１主軸台と第２主軸台の双方が移動可能な構成の工作機械にあては、第１主軸台に本発明を適用可能であることは言うまでもない。

１加工プログラム、２プログラム指令解釈部、３同時移動判定部、４第２主軸台トルク制限値τ１記憶部、５第２主軸台トルク判定部、６第２主軸台関数発生部、７，１７サーボ制御部、９サーボモータ、１０位置検出器、１１駆動トルクτ２検出部、１２第２主軸台関数発生停止部、１３振止台移動目標位置算出部、１４振止台サーボデータ設定部、１５トルク判定伝達部、１６振止台関数発生部、２１振止台関数発生停止部、２２トルクスキップ制御部、２３第２主軸台補間処理部、２４振止台補間処理部、２５数値制御装置。

Claims

被加工物を保持したまま移動して当該被加工物を他部材に押し付ける主軸台と、前記主軸台に保持された被加工物を支持して振動を防止する振止台と、の駆動を制御する数値制御装置であって、
前記主軸台の駆動指令を主軸台サーボ制御部に出力する主軸台補間処理手段と、
入力された目標位置に基づいて前記振止台の駆動指令を振止台サーボ制御部に出力する振止台補間処理手段と、
前記主軸台のサーボ駆動軸の駆動トルクτ２を検知する手段と、
加工プログラムを介して同時トルクスキップ動作の実行が指示された場合に、前記駆動トルクτ２とトルク制限値τ１とを比較し、前記駆動トルクτ２が前記トルク制限値τ１に達した場合には、前記主軸台補間処理手段に前記主軸台の駆動停止を指示するトルク判定部と、
を備え、
前記振止台補間処理手段は、前記トルク判定部により前記駆動トルクτ２が前記トルク制限値τ１に達したと検知された場合に、前記振止台の移動目標位置として前記振止台の現在位置を設定する、
ことを特徴とする数値制御装置。
請求項１に記載の数値制御装置であって、
前記同時トルクスキップ動作の実行が指示された場合、前記主軸台のサーボ駆動軸の加減速プロフィールと、前記振止台のサーボ駆動軸の加減速プロフィールと、は互いに同じ加減速プロフィールが用いられる、ことを特徴とする数値制御装置。
請求項１または２に記載の数値制御装置であって、
前記同時トルクスキップ動作の実行が指示された場合、前記振止台の移動目標位置の初期値は、前記振止台の現在位置および前記主軸台の予想移動距離に基づいて算出される、ことを特徴とする数値制御装置。