JPH0457643A - 差動機構式ボールねじを有するｎｃ工作装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、差動機構式ボールねしを有するＮＣ工作装置
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の差動機構式ボールねじを有するＮＣ工作
装置は、第４図に示すような構造を有している。すなわ
ち、ハウジングｌには、軸１８が回転可能に取り付けら
れている。軸１８には、スプライン部１８ｂが形成され
るとともに、ねじ部１８ａが形成されている。このスプ
ライン部１８ｂに係止するボールスプラインナツト６が
ベアリング４を介して回転可能にハウジング１に取り付
けられている。また、このねじ部１８ａに螺合するボー
ルねしナツト３がベアリング２を介して回転可能にハウ
ジングｌに取り付けられている。

さらに、ボールスプラインナツト６は、主軸プーリ１３
ａが固着され、主軸タイミングベルト１４を介してもう
一つの主軸プーリ１３ｂに連結されている。この主軸プ
ーリ１３ｂは、主軸モータ１２の駆動軸によって回転す
るように連結されている。

なお、１７は、その主軸モータ１２に取り付けられ、そ
の主軸モータ１２０回転角度を検出することによって、
ボールスプラインナット６０回転角度を検出するボール
スプラインナツト回転角度検出器である。

他方、ボールねしナツト３には、送り軸プーリ９ａが固
着され、送り軸タイミングベルト１０を介してもう一つ
の送り軸プーリ９ｂに連結されている。

この送り軸プーリ９ｂは、送り軸モータ８の駆動軸によ
って回転するように連結されている。なお、１６は、そ
の送り軸モータ８に取り付けられ、その送り軸モータ８
の回転角度を検出することによって、ボールねしナツト
３の回転角度を検出するボールねしナツト回転角度検出
器である。

更に、軸１８の先端には、ドリルチャック７が固定され
、そのドリルチャック７によって各種ドリル７ａがチャ
ックされている。

次に、このような従来の差動式ボールねし機構の動作を
説明する。

まず、ドリル７ａをＡのように送る場合は、送り軸モー
タ８を駆動する。それによって、送り軸プーリ９ｂが回
転し、送り軸タイミングベル）１０が回転し、送り軸プ
ーリ９ａも回転する。従って、送り軸プーリ９ａに固定
されているボールねしナツト３も軸受け２によって支持
されながら回転する・このボールねじナツト３は軸１８
のねじ部１８ａに螺合しているので、軸１８がボールス
プラインナツト６によって回転しない状態下において、
軸１８は前進又は後退を行う。

［発明が解決しようとする課題］ これに対して、ドリル７ａをＢのように回転させる場合
は、主軸モータ１２を駆動する。それによって、主軸プ
ーリ１３ｂが回転し、主軸タイミングベルト１４が回転
し、主軸プーリ１３ａも回転する。

従って、主軸プーリ１３ａに固定されているボールスプ
ラインナツト６も軸受け４によって支持されながら回転
する。このボールスプラインナツト６は軸１８のスプラ
イン部１８ｂに嵌合しているので、軸１８が所望の回転
を行う。

この際、ボールねじナツト３の方は、遂り軸モータ８が
停止しているので、回転していない。その結果、ボール
スプラインナツト６の回転によって、軸１８が回転だけ
でなく、軸送りが行われてしまう。そのため、軸１８を
回転させると必然的に軸１８が不必要な送りを起こして
しまうという課題があった。

本発明は、このような従来の差動機構式ボールねじを有
するＮＣ工作装置の課題を解決することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ねじ部及びスプライン部を有する軸と、その
ねじ部に螺合するボールねじナツトと、そのボールねし
ナツトを、ねじ部伝達機構を介して回転させるための送
り輪駆動手段と、その送り輪駆動手段への目標位置情報
を入力するための送り軸情報入力手段と、前記スプライ
ン部に螺合するボールスプラインナツトと、そのボール
スプラインナツトを、スプライン部伝達機構を介して回
転させるための主軸回転駆動手段と、その主軸回転駆動
手段への回転情報を入力するための主軸情報入力手段と
を備えたことを特徴とする差動機構式ボールねじを有す
るＮＣ工作装置において、前記主軸情報入力手段からの
入力情報を入力し、前記送り軸情報入力手段からの入力
情報を修正する修正手段を備えたことを特徴とする差動
機構式ボールねじを有するＮＣ工作装置である。

［作用］ 本発明は、修正手段が、主軸回転駆動手段への回転情報
を入力するための主軸情報入力手段からの入力情報を入
力し、それに従って、送り輪駆動手段への目標位置情報
を入力するための送り軸情報入力手段からの入力情報を
修正する。これによって、送りを全く生じないようにし
て、軸を回転させることが出来る。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

本発明に係る差動機構式ボールねじを有するＮＣ工作装
置の機械的部分の構造は、従来と同様の第４図に示すよ
うになっている。すなわち、同図において、１２は、前
述したように、主軸回転駆動手段の一例としての主軸モ
ータであり、１７は、ボールスプラインナツト回転角度
検出器である。

また、主軸プーリ１３ｂ、主軸タイミングベルト１４、
主軸プーリ１３ａ等の部材はスプライン部伝達機構を構
成する。また、８は、前述したように、送り輪駆動手段
の一例としての送り軸モータであり、１６は、ボールね
しナツト回転角度検出器である。また、送り軸プーリ９
ｂ、送り軸タイミングベルト１０、送り軸プーリ９ａ等
の部材はねじ部伝達機構を構成する。

第１図は、本発明に係る差動機構式ボールねじを有する
ＮＣ工作装置の一実施例における制御システムを中心と
する回路図である。

同図において、２８は、送り輪駆動手段１２への目標位
置情報を入力するための送り軸情報入力手段の一例とし
ての入力ボートである。同時に送り速度も入力される。

２９は、このボート２８によって、設定された目標位置
情報及び速度情報を入力し、単位時間当りの分配パルス
を演算し、パルス分配を行う回路である。同時に座標の
積算も行う手段である。

他方、２０は、主軸回転駆動手段１２への回転情報を入
力するための主軸情報入力手段の一例としてのボートで
ある。２１は、このボート２０か・らのｒ、ｐ、ｍ単位
の回転情報を入力し、ｒａｄ／ｓ単位に変換する座標変
換器である。２２は、この座標変換器２１によって、変
換された回転情報について、単位時間当りの分配パルス
を演算し、正転・停止・逆転指令に応じて、パルス分配
を行う分配器である。

他方、２４は、主軸モータ１２を第２送り軸用として用
いる場合の目標位置、速度情報を発生するボートである
。２５はそのボート２４からの情報についてパルス分配
を行う分配器である。また、２６は、その主軸モータ１
２を第２送り軸用として用いる場合の、重畳ボートスイ
ッチをオフさせる信号を出力するボートである。

そして、２３は、前記分配器２２からの出力と前記分配
器２５からの出力とを加算する加算器である。３０は、
その加算器２３からの出力を入力し位置制御信号を出力
する位置制御器である。３１はその位置制御器３０から
の出力に基づき速度制御信号を出力する速度制御器であ
る。３２はその速度制御器３２からの速度制御信号を入
力し、それに基づき電流制御信号を出力する電流制御器
である。３３は、その電流制御器３２からの電流制御信
号をＰＷＭ（パルス幅変調）を行う変調器である。この
ＰＷＭ信号が前記主軸モータ１２に付加されるようにな
っている。また、そのＰＷＭ信号は、電流フィードバッ
クされて電流制御器３２へ入力されている。さらに、ボ
ールスプラインナツト回転角度検出器１７の出力は、位
置制御器３０及び速度制御器３１ヘフイ一ドバツク入力
されている。さらに、加算器２３の出力は、位置フィー
ドフォワード回路４２を通じて、位置制御器３０の出力
に加算器４２ａで、フィードフォワード加算されている
。さらに、位置フィードフォワード回路４２の出力は、
速度フィードフォワード回路４３へ入力され、速度制御
器３１の出力に、加算器４３ａで、フィードフォワード
加算されている。

更に、加算器２３の出力は重畳ボートスイッチ４７及び
変換器２７を介して修正手段の一例としての加算器４６
へ入力されている。この重畳ボートスイッチ４７のオン
オフは、前記ボート２６からの重畳ボートスイッチオン
オフ指令によって制御されている。また、変換器２７は
、定数ＰＩ／Ｐ２を入力信号に乗する回路である。ここ
に、ＰＩ／Ｐ２は、ボールねしナツト回転角度検出器１
６と５ボ一ルスプラインナツト回転角度検出器１７の分
解能比を示す。

３６は、その加算器４６からの出力を入力し位置制御信
号を出力する位置制御器である。３７はその位置制御器
３６からの出力に基づき速度制御信号を出力する速度制
御器である。３８はその速度制御器３６からの速度制御
信号を入力し、それに基づき電流制御信号を出力する電
流制御器である。３９は、その電流制御器３８からの電
流制御信号をＰＷＭ（パルス幅変調）を行う変調器てあ
る。このＰＷＭ信号が前記送り軸モータ８に付加される
ようになっている。また、そのＰＷＭ信号は、電流フィ
ードバックされて電流制御器３８へ入力されている。さ
らに、ボールねしナツト回転角度検出器１６の出力は、
位置制御器３６及び速度制御器３７ヘフイ一トバツク入
力されている。

さらに、加算器４６の出力は、位置フィードフォワード
回路４４を通じて、位置制御器３６の出力に加算器４４
ａで、フィードフォワード加算されている。さらに、位
置フィート゛フォワード回路４４の出力は、速度フィー
ドフォワード回路４５へ入力され、速度制御器３７の出
力に、加算器４５ａで、フィードフォワード加算されて
いる。

次に、上記実施例の動作を説明する。

（１）軸１８を送る場合は、ボート２８からその目標位
置信号、及び速度信号を入力する。それらの情報を分配
器２９はパルス分配する。そして、その信号は、位置制
御器３６へ入力される。なお、この場合は、加算器４６
に何も加算されていない。

そして、速度制御器３７、電流制御器３８、ＰＷＭ３９
を通じて、送り軸モータ８へ供給され、その回転数で送
り軸モータ８は回転する。それに従って、送り軸プーリ
９ｂ、送り軸タイミングベルト１０、送り軸プーリ９ａ
を介して、ボールねしナツト３が回転し、軸１８がねじ
１８ａの働きにより目標位置まで送られる。

（２）次に、軸１８を回転させる場合は、ボート２６か
らの信号によって、ボートスイッチ４７をオンしておく
。そして、ボート２０から回転数を入力する。その回転
数は座標変換器２１て座標変換され、分配器２２てパル
ス分解され、加算器２３へ入力される。回転のみの場合
であるので、その信号は、位置制御器３０、速度制御器
３１、電流制御器３２、ＰＷＭ３３を通じて、主軸モー
タ１２へ供給され、その回転数で主軸モータ１２は回転
する。それに従って、主軸プーリ１３ｂ、主軸タイミン
グベルト１４、主軸プーリ１３ａを介して、ボールスプ
ラインナツト６が回転し、軸１８がスプライン部１８ｂ
の働きにより目標の回転数で回転する。従って、それと
ともに、軸１８も所定量送られそうになるが、次のよう
にして、軸１８はその位置から送られることはない。

すなわち、分配器２２からの出力は加算器２３を介して
、ボートスイッチ４７を通過し、変換器２７て分解能比
を乗され、加算器４６へ入力される。そして、その入力
された信号は、位置制御器３６、速度制御器３７、電流
制御器３８、ＰＷＭ３９を通じて、送り軸モータ８へ供
給され、その回転数で送り軸モータ８は回転する。それ
に従って、送り軸プーリ９ｂ、送り軸タイミングベルト
ｌＯ１送り軸プーリ９ａを介して、ボールねしナツト３
が回転し、軸１８がねじ１８ａの働きにより、前述のよ
うにして、送られそうになっても、そのまま静止したま
まとなる。

なお、主軸を第２送り軸として用いる場合は、ボート２
４から目標位置情報、速度情報を入力し、分配器２５に
よってパルス分配して加算器２３へ出力する。これによ
って、ボールスプラインナツト６を用いて軸１８を送る
ことも出来る。このときは、重畳ボートスイッチ４７は
オフとする。

第２図は、以上のような動作（第３図参照）を実行させ
るためのプログラムである。

すなわち、各（ａ）、　（ｂ）、・・・は、次にような
内容のステートメントである。

（ａ）重畳ボートスイッチ４７をオフさせる命令。

（ｂ）送り軸（Ｚ軸）と主軸（第２送り軸＝Ｃ軸）とを
使用して、合計４０ｍｍマ、イナス側へ早送り移動させ
る命令。このとき、移動速度は、Ｚ軸＋Ｃ軸、つまりボ
ールねじの回転速度子ボールねしナツトの回転速度とな
る（ねじとナツトは逆位相で回り、軸はＺマイナス方向
へ動く）。

（Ｃ）重畳ボートスイッチ４７オン。

（ｄ）主軸正転。同時にＺ軸のモータも主軸モータと同
位相に回転し、軸の移動はない（主軸モータ１２を回転
させるための指令が重畳ボートスイッチ４７、変換器２
７、加算器４６と伝わり、Ｚ軸モータ８へ重畳される）
。

（ｅ）Ｚ軸１０ＩＴｌｌｌ＋マイナス方向へ切削送り、
Ｚ軸モータ８には、　（ｄ）で与えた回転に更に、１０
００ｍｍ／ｍｉｎの送りに相当する回転が加わる。

この指令は、ボート２８、分配器２９を通過して、加算
器４６で重畳される。

（ｆ）Ｚ軸１０ｍｍプラスへ。　（ｅ）と同じように、
分配器２２から受けている指令と重畳される。

（ｇ）主軸停止。分配器２２へ停止指令か送られ、分配
器２２から出力される値は０となる。

（ｈ）重畳ボートスイッチ４７オフ。

（ｉ）（ｂ）と同じように、送り軸モータ８と主軸モー
タ１２の両方を使って軸１８を４０ｍｍプラスへ。主軸
モータ１２への指令はボート２４、分配器２５、・・・
と、送り軸モータ８への指令は、ボート２８、分配器２
９、・・・と伝わる。

（ｊ）重畳ボートスイッチ４７をオンとする。

なお、第２図における（１）、　（２）、・・・は、次
のことを意味する。

（１）重畳ボートスイッチ４７オフ （２）早送り指令 （３）Ｚ軸（送り軸）　−２０ｍｍ （４）Ｃ軸（主軸＝第２送り軸）　　２０ｍｍ（５）重
畳ボートスイッチ４７オン （６）主軸速度指令１０００　ｒｐｍ （７）主軸正転 （８）切削送り指令 （９）Ｚ軸−１０ｍｍ （１０）送り速度１０００　ｍｍ／　ｍ１ｎ（１１）（
２）と同じ （１２）Ｚ軸＋１０ｍｍ （１３）主軸停止 （１４）（１）と同じ （１５）（２）と同じ （１６）Ｚ軸＋２０ｍｍ （１７）Ｃ軸＋２０ｍｍ （１Ｂ）（５）と同じ なお、主軸モータ１２と送り軸モータ８及び各々につな
がる機械負荷、トルクやイナーシャ−が同一でないとき
、加減速時などの過渡期に同じ回転指令を与えても位相
ずれを起こす場合がある。

この場合、位置フィードフォワード回路４２．４４、速
度フィードフォワード回路４３．４５の補償回路の各ゲ
インを適切に選ぶことで、過渡応答の改善を計り対応す
ることが出来る。

通常は、電流制御器３２．３８より上流の部分は、マイ
クロコンピュータを使ってソフトウェア的に処理する。

また、上記のような指令プログラムの編集、メモリスト
ア、読み出し、解読、解析、表示等の手段は、従来のＮ
Ｃ工作装置と同様である。

このように、本発明は、従来のＮＣ言語プログラムと同
様のフォーマットで、主軸の回転指令や送り軸移動指令
が行えるので、違和感がなく使いやすい。

また、主軸を第２送り軸とした使い方が出来るので、早
送り位置決め等をすばやく行える。

制御方法がシンプルで製作が容易である。

また、主軸への位置指令系を常備しているので、リジッ
ドタップ（主軸を回転座標に見立てて、送り軸との間で
直線補間を行い、フローティング機構を持たないホルダ
でタップを保持し、タップ加工を行う機能）への対応が
簡単である。

また、フィードフォワード補償によって、２個のモータ
間の位相のずれが少なく加工精度がよい。

また、送り軸に重畳される、主軸からの分配パルスは、
座標として積算されない構造なので、実際の機械にあっ
ている。

また、主軸の回転指令も主軸座標として、積算されない
構造なので、実際の機械にあっている。

制御システムにおいて、重畳ボートスイッチをオフとし
ておけば、作動機構を利用しない加工ユニット（主軸の
回転と送りに機械的な連結が無いオーツドックスな方法
）にも、すぐに対応でき、フレキシブルである。

なお、本発明のねじ部伝達機構、スプライン部伝達機構
としては、上記実施例のプーリ、ベルト等に限らず、他
のピニオンなどの手段でもよい。

また、修正手段としては、加算器以外に、補償をなし得
る演算手段であれば、任意の手段でよい。

［発明の効果］ 本発明は、主軸情報入力手段からの入力情報を入力し、
送り軸情報入力手段からの入力情報を修正する修正手段
を備えているので、軸を回転する場合でも、その軸を送
ることなく回転させることが出来るという長所を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる差動機構式ボールねじを有す
るＮＣ工作装置の一実施例の制御システム部を中心とす
る回路図、第２図は、同実施例に用いられるプログラム
の内容を示すリスト図、第３図は、同実施例のドリルの
移動を示す正面図、第４図は、差動機構式ボールねじの
中心とする断面図である。 １・・・ハウジング、３・・・ボールねしナツト、６・
・・ボールスプラインナツト、７ａ・・・ドリル、８・
・・送り軸モータ（送り輪駆動手段）、９ａ、９ｂ、１
０・・・ねじ部伝達機構、１２・・・主軸モータ（主軸
回転駆動手段）、１３ａ、１３ｂ、１４・・・スプライ
ン部伝達機構、１６・・・ボールねじナツト回転角度検
出器、１７・・・ボールスプラインナツト回転角度検出
器、　１８・・・軸、　１８ａ・・・ねじ部、　１８ｂ
・・・スプライン部、２０・・・ボート（主軸情報入力
手段）、２８・・・ボート（送り軸情報入力手段）、４
６・・・修正手段。 出願人　株式会社　森精機製作所 代理人　弁理士　　松　１）正　道 第２図 第３図 ＠１ 頬−↓ ＼−ノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ねじ部及びスプライン部を有する軸と、そのねじ部に螺
   合するボールねじナットと、そのボールねじナットを、
   ねじ部伝達機構を介して回転させるための送り輪駆動手
   段と、その送り輪駆動手段への目標位置情報を入力する
   ための送り軸情報入力手段と、前記スプライン部に螺合
   するボールスプラインナットと、そのボールスプライン
   ナットを、スプライン部伝達機構を介して回転させるた
   めの主軸回転駆動手段と、その主軸回転駆動手段への回
   転情報を入力するための主軸情報入力手段とを備えたこ
   とを特徴とする差動機構式ボールねじを有するＮＣ工作
   装置において、前記主軸情報入力手段からの入力情報を
   入力し、前記送り軸情報入力手段からの入力情報を修正
   する修正手段を備えたことを特徴とする差動機構式ボー
   ルねじを有するＮＣ工作装置。