JPH01274947A - Ｎｃテーブルの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＮＣテーブルの駆動装置に関し、特にテアプル
駆動系のバックラッシュによる位置決め誤差を補正する
ようにしたものに関する。

〔従来技術〕

マシニングセンタなどにおいては、ワークを載置する為
のテーブルが鉛直軸心回りに微小角度単位で位置決め可
能になっており、テーブルを旋回駆動する駆動機構には
、一般にＤＣサーボモータと、上記モータで回転駆動さ
れるウオームギヤと、テーブル側に設けられ上記ウオー
ムギヤに噛合しているウオームホイールなどが設けられ
ており、モータの出力軸の回転角をロークリエンコーダ
で検出しその検出信号をコントロールユニットへフィー
ドバックしながら上記モータをコントロールユニットで
駆動制御することにより、テーブルの回転位置を数値制
御方式で制御するようになっている（例えば、特開昭５
８−１７１２２９号公報参照）。

上記テーブル駆動系のウオームギヤとウオームホイール
間には微小の遊びが存在するので、テーブルの回転移動
方向を切換えたときに謂ゆるバックラッシュによる位置
決め誤差が発生ずる。

上記バックラッシュによる誤差の発生を防ぐ為、例えば
割出し用旋回テーブルでは一方向にのみテーブルを回転
駆動する方式が広く採用されているが、この場合旋回テ
ーブルを最短移動経路となる所望の方向へ回転駆動させ
る場合に比較してテーブル回転移動の能率が低下する。

そこで、テーブルを正転・逆転方向に駆動制御しつつバ
ックラッシュによる誤差の発生を防ぐため、バックラッ
シュ量を予め一律に加味した数値制御プログラムにて制
御する技術も既に実用化されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、バックラッシュ量を数値制御プログラム
に予め一律に設定する場合には、バ・ンクラッシュ量を
ある程度補正して精度を高めることが出来る。

しかしながら、ウオームギヤとウオームホイールとが使
用に伴なって摩耗する程バックラッシュ量は増加するし
、また例えばウオームホイールの全周に亙ってバックラ
ッシュ量が一定とは限らず周方向の部位によってバラつ
きがある。

従って、上記のように一律にバックラッシュ量を設定す
るだけでは任章の位置でのバックラッシュ量を高精度に
補正することは不可能である。

また、テーブルの回転移動方向が反転しない場合であっ
ても、マシニングセンタのツールからワークに作用する
外力などによってバックラッシュ時だけ旋回テーブルが
戻されると、バックラッシュと同様に誤差が生じる。

本発明は、テーブルの回転位置に応じてバックラッシュ
量が変動していても或いは摩耗によりバックラッシュ量
が変動しても高精度にバ・ンクラ・ンシュ量を補正し得
るようなＮＣテーブルの駆動装置を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るＮＣテーブルの駆動装置は、数値制御式工
作機械のテーブルの従動部材に噛合する送りねじ部材と
、上記送りねじ部材を回動させて上記テーブルを回動又
は往復駆動させる駆動手段と、上記送りねじ部材の回動
時の負荷を検出する負荷検出手段と、上記送りねじ部材
のバックラッシュ時の負荷を設定値として記憶した記憶
手段と、上記テーブルの現在位置情報を更新して記憶す
る現在位置記憶手段と、上記負荷検出手段で検出した負
荷と上記記憶手段に記憶された設定値とを比較する比較
手段と、上記比較手段での比較の結果、上記負荷が上記
設定値未満のときには現在位置記憶手段に現在位置情報
の更新を停止させる制御手段とを備えたものである。

〔作用〕

本発明に係るＮＣテーブルの駆動装置においては、バッ
クラッシュ時には送りねじ部材を駆動するのに必要な負
荷がそれ程増加しないということに着目し、上記負荷を
検出し、その負荷からバックラッシュ状態を検出し、こ
のバックラッシュ時にはテーブルの現在位置情報を更新
しないようにしである。即ち、負荷検出手段によって上
記負荷を検出する一方、記憶手段に予めバックラッシュ
時の負荷を設定値として記憶しておき、上記検出負荷と
設定負荷とを比較手段で比較し、検出負荷が設定負荷未
満のときには制御手段によって現在位置記憶手段に現在
位置の更新を停止させる。これ以外のときには、現在位
置記憶手段はテーブルの現在位置を更新しつつ記憶して
いく。

上記のように、送りねじ部材を回転させるのに要する負
荷を検出しその負荷に基いてバックラッシュ状態を検出
するようになっているので、テーブルの位置に応じてバ
ックラッシュ量が変動してもまた送りねじ部材や従動部
材の摩耗によってバックラッシュ量が変動しても確実に
バックラッシュ状態を検出してテーブルの現在位置情報
に生じる誤差を補正することが出来る。

しかも、テーブルの回転方向が反転せずにバックラッシ
ュ状態が生じたとき（例えば、機械加工中に切削力でテ
ーブルが僅かに回動したときなど）にも、上記負荷から
確実にバックラッシュ状態を検出し上記誤差を補正する
ことが出来る。

〔発明の効果〕

本発明に係るＮＣテーブルの駆動装置によれば、以上説
明したように、ＮＣテーブルの回動位置に応じてバック
ラッシュ量に差が存在してもまた摩耗によりバックラッ
シュ量が変動しても、そのバックラッシュによる誤差を
確実に補正することが出来るので、テーブルの位置決め
精度が向上する。

しかも、テーブルの回転方向が反転しないときに、バッ
クラッシュ状態となったときにも、そのバックラッシュ
による誤差を確実に補正することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

本実施例は、マシニングセンタの旋回テーブルを駆動す
る駆動装置に本発明を適用した場合のものである。

第１図・第２図は上記旋回テーブル２を組込んだ旋回テ
ーブル装置Ｍを示すもので、ベースフレーム１の内部に
は鉛直軸心回りに回動可箭な大径のウオームホイール７
が配設され、ベースフレームｌの上面部にはウオームホ
イール７に同軸状に回転一体に固定された係合ブロック
３が配設され、この係合ブロック３には側方より係脱自
在の旋回テーブル２が設けられ、上記係合ブロック３は
ラジアルベアリング４によりまた旋回テーブル２はラジ
アルベアリング５によりベースフレームｌの上面に支持
され、旋回テーブル２の下面側には一方向に延びかつ下
面開放状の保合溝６が形成され、この保合溝６を介して
旋回テーブル２は係合ブロック３に係合され、図示外の
油圧クランプ機構により旋回テーブル２は係合ブロック
３に固定されて保合ブロック３とともに回転するように
なっている。

上記旋回テーブル２を駆動する駆動装置について説明す
ると、ベースフレーム１の側部には上記ウオームホイー
ル７に噛合するウオームギヤ８が水平方向に配設され、
ウオームギヤ８の一端から延びた駆動軸部８ａは軸継手
９を介してＤＣモータ２６の出力軸２６ａの一端に連結
され、ウオームギヤ８の駆動軸部８ａ及びその反対側の
支軸部８ｂはベアリング１０・１１を介してベースフレ
ーム１に支承されている。

上記モータ２６の出力軸２６ａの他端部にはロータリエ
ンコーダ２７が連結され、ロータリエンコーダ２７によ
って出力軸２６ａの回転角を所定微小角単位で検出可能
になっている。

上記モータ２６及びロークリエンコーダ２７はマシニン
グセンタのコントロールユニットＣに接続され、コント
ロールユニットＣによってモータ２６が駆動制御される
。

上記コントロールユニットＣは、第３図に示すように通
常のマシニングセンタものと同様のもので、少なくとも
ＣＰＵ２０　（中央演算装置）と、ＲＯＭ２１（リード
・オンリ・メモリ）と、ＲＡＭ２２（ランダム・アクセ
ス・メモリ）と、入出力インターフェイス２４と、上記
ＣＰＵ２０からの制御信号に従って旋回テーブル駆動用
モータ２６に駆動電流を出力する駆動回路２５（但し、
これ以外にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各モータ用の駆動回路も
ある）、上記駆動回路２５がらモータ２６へ供給される
駆動電力の電圧を検出する電圧検出器２日及び電圧検出
器２８で検出された電圧信号を受けてＡ／Ｄ変換しその
電圧信号を入出力インターフェイス２４を介してＣＰＵ
２０へ出力するＡ／Ｄ変換器２９などを備えており、マ
シニングセンタの操作盤２３もコントロールユニットＣ
に接続されている。

上記ＲＯＭ２１には、主軸モータ３１と旋回テーブル駆
動用モータ２６とＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の各軸モータとを制
御する制御プログラム、後述のようにテーブル駆動装置
の駆動系のバックラッシュを補正するバックラッシュ補
正制御プログラム及び複数種のワークの夫々についての
加工情報をプログラムした加ニブログラムなどが予め入
力格納されている。

上記ＲＡＭ２２には、旋回テーブル２の現在位置情報と
して基準位Ｒ（正しくは、基準回転位置）に対するモー
タ２６の出力軸の現在位置情報を更新しつつ記憶してい
く現在位置メモリ、現在位置メモリのデータを一時的に
退避させる為の補助メモリ及びＣＰＵ２０で演算処理し
た結果を一時記憶する各種のメモリやカウンタやポイン
タなどが設けられている。

次に、旋回テーブル２の駆動装置におけるウオームギヤ
８とウオームホイール７間のバックラッシュにより旋回
テーブル２の回転位置に生じる誤差を補正する前記バッ
クラッシュ補正制御について説明するが、この補正制御
は旋回テーブル２の回転方向が反転するときのバックラ
ッシュだけでなく、旋回テーブル２に作用する外力によ
り旋回テーブル２がバックラッシュ量だけ戻されたとき
に発生するバックラッシュをも補正するものである。

先ず、上記バックラッシュ補正の概要について、第４図
により説明すると、ウオームギヤ８とウオームホイール
７とが当接していない状態において前記モータ２６に駆
動電流を供給したときにはモータ２６の回転速度は実線
Ａのように漸増して所定の定速に達する。これに対して
モータ２６の加速途中でパックラッシプ、が解消したと
きにはモータ２６の回転速度は点線Ｂのようにバックラ
ッシュ解消の時点で一旦大幅に低下しその後漸増して所
定の定速に達する。

上記モータ２６の回転速度はモータ２６に供給される駆
動電力の電圧に比例することから電圧と時間とをパラメ
ータとする実線Ａの特性を実験的に求め、その実線Ａの
特性を予めバックラッシュ補正制御プログラムに格納し
ておく一方、ノイズ等の影響を回避する為適当な不感帯
±Δ■をも予め設定して上記補正制御プログラムに入力
格納しておく。

次に、上記バックラッシュ補正制御のルーチンについて
第５図により説明するが、図中Ｓ１〜Ｓ９は各ステップ
を示すものである。

ワークを加工する加ニブログラムの開始とともに制御が
開始されると、ワークの加ニブログラム中に含まれてい
る旋回テーブル２の移動プログラムの開始に際してＣＰ
Ｕ２０に出力される特定のコードデータに従って移動プ
ログラムの実行指令か否か判定され（３１）、次に、現
在位置メモリＭ、の位置情報をｍ８、補助メモリＭ、の
位置情報をｍ２として、現在位置メモリＭ、にはその位
置情報ｍ、が保持される一方、補助メモリＭ２には現在
位置メモリＭ、の位置情報ｍ、が格納される（Ｓ２）。

尚、現在位置メモリＭ、の位置情報は旋回テーブル駆動
用モータ２６及び各軸モータを制御プログラムと加ニブ
ログラムに従って制御していくことにより時々刻々ＣＰ
Ｕ２０において演算され時々刻々更新されていくが、こ
の点に関しては既存のマシニングセンタと同様である。

次に、Ｓ３において第４図における時刻１＝０を設定す
るため、タイマがリセットされてタイマのカウント時刻
１＝０と設定される。但し、このタイマはＣＰ　Ｕ　２
０のクロック信号をカウントしていくソフトタイマであ
る。

次に、タイマ時刻ｔが読込まれ（Ｓ４）、電圧検出器２
８とＡ／Ｄ変換器２９を介してその時刻ｔにおける検出
電圧Ｖ　（ｔ）が読込まれ（Ｓ５）、またバックラッシ
ュ補正制御プログラムに格納しである第４図実線Ａの特
性情報から時刻ｔにおける設定電圧Ｖ、（ｔ）が読込ま
れる（Ｓ６）。

次に、設定電圧Ｖ＠　　（ｔ）と検出電圧Ｖ　（ｔ）と
の差が不感帯ΔＶ以上か否か判定され（Ｓ７）、バック
ラッシュが残存していてＶ、（ｔ）−Ｖ（ｔ）〈Δ■の
ときにはＳ７からＳ４へ戻りＳ４〜Ｓ７が微小時間毎に
繰返され、時刻ｔの経過とともにＶ（ｔ）とＶＳ　　（
ｔ）が増加していくが、ウオームギヤ８とウオームホイ
ール７とが当接してバックラッシュが解消すると、第４
図に示すようにウオームギヤ８を駆動するのに必要な負
荷が急増しモータ２６への駆動電流が急増して検出電圧
ｖ（Ｂが急減することから、Ｖ、（ｔ）−Ｖ　（ｔ）≧
Δ■となるので、その時点でＳ７からＳ８へ移行する。

上記タイマリセットからバックラッシュが解消するまで
の間にも現在位置メモリＭ＋の現在位置情報が時々刻々
更新されていくが、この間はモータ２６が回転しても旋
回テーブル２は回転していないため、この間インクリメ
ント若しくはデクリメントされた現在位置情報は無効で
あることから、Ｓ８において前記タイマリセットの時点
で補助メモリＭ２に退避させておいた１＝０の時点の現
在位置情報であるところの補助メモリＭ２の位置情報ｍ
、が現在位置メモリＭ１に格納され、補助メモリＭ２の
内容はクリアされる。

次に、移動プログラムを再び実行させる移動プログラム
再実行指令がバックラッシュ補正制御からワーク加工の
加工制御へ出力され（Ｓ９）、バックラッシュ補正制御
が終了する。但し、上記移動プログラムの再実行指令に
対しては８１〜Ｓ９のバックラッシュ補正制御が開始さ
れないようになっている。

上記のように、旋回テーブル２を回転移動させる移動プ
ログラム指令に従うて、その指令後ウォーギャ８とウオ
ームホイール７間のバックラッシュが解消するまでの間
は現在位置メモリＭ、の現在位置情報の更新を実質的に
停止させ、バックラッシュの解消後その更新を再開させ
るとともに移動プログラム再実行指令を出力するように
なっているので、バックラッシュに起因する旋回テープ
　　　　−ル２の位置決め誤差をはり完全に解消するこ
とが出来る。これにより、旋回テーブル２の位置決め　
　　−精度を飛躍的に向上させることが出来る。或いは
またウオームギヤ８とウオームホイール７間のバックラ
ッシュ量が大きくてもバックラッシュによる誤差を解消
し得るためウオームギヤ８とウオームホイール７の製作
寸法誤差の許容範囲を大きくすることが出来るのでそれ
らの製作コストを低減することが出来る。

上記のバックラッシュ補助制御では、旋回テーブル２の
回転方向が反転するときのバックラッシュ及び回転方向
が反転しないときに旋回テーブル２に作用する外力で生
じたバックラッシュの両方に対して補正制御するように
なっているがワークを加工する加ニブログラムから旋回
テーブル２が反転することを示す信号を受けて反転する
場合だけバックラッシュ補正制御するようにしてもよい
。

尚、上記実施例では電圧検出器２８によりモータ２６へ
供給される駆動電力の電圧を検出するようにしたが、電
流を検出するようにしてもよいことは勿論であり、また
ウオームギヤ８の駆動軸部８ａやモータ２６の出力軸２
６ａに発生する捩り弾性歪を歪ゲージで検出しその歪デ
ータを用いて旋回テーブル２を駆動する負荷を検出する
ようにしてもよい。

上記実施例は、マシニングセンタの旋回テーブル２を駆
動する駆動装置に本発明を適用した場合について説明し
たが、ＮＣ工作機械の正面から視て左右方向に往復駆動
されるテーブルを駆動する駆動装置にも同様に適用し得
るし、ＮＣ工作機械の主軸ヘッドを備えるコラムをＸ軸
方向（左右方向）へ又はＺ軸方向（前後方向）へ駆動す
る駆動機構に対しても本発明を同様に適用することが出
来る。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はマシニン
グセンタの旋回テーブル駆動装置の側面図、第２図は第
１図■−■線拡大断面図、第３図はコントロールユニッ
トの概略構成図、第４図は旋回テーブル駆動用モータへ
通電開始時の電圧特性図、第５図はバックラッシュ補正
制御のルーチンのフローチャートである。 ２・・旋回テーブル、　７・・ウオームホイール、８・
・ウオームギヤ、　　２０・・ＣＰＵ、　　　２１・・
ＲＯＭ、　　２２・・ＲＡＭ、　　　２６・・モータ、
　　２７・・ロータリエンコーダ、　　２８・・電圧検
出器、　２９・・Ａ／Ｄ変換器、　Ｃ・・コントロール
ユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）数値制御式工作機械のテーブルの従動部材に噛合
   する送りねじ部材と、 上記送りねじ部材を回動させて上記テーブルを回動又は
   往復駆動させる駆動手段と、 上記送りねじ部材の回動時の負荷を検出する負荷検出手
   段と、 上記送りねじ部材のバックラッシュ時の負荷を設定値と
   して記憶した記憶手段と、 上記テーブルの現在位置情報を更新して記憶する現在位
   置記憶手段と、 上記負荷検出手段で検出した負荷と上記記憶手段に記憶
   された設定値とを比較する比較手段と、上記比較手段で
   の比較の結果、上記負荷が上記設定値未満のときには現
   在位置記憶手段に現在位置情報の更新を停止させる制御
   手段とを備えたことを特徴とするＮＣテーブルの駆動装
   置。