JPH07186007A

JPH07186007A - 工作機械の制御装置

Info

Publication number: JPH07186007A
Application number: JP4307041A
Authority: JP
Inventors: Koji Hashimoto; 橋本　　浩司
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-11-17
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 1995-07-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: US5555178A; DE69316841D1; DE69316841T2; HK1004347A1; EP0598386B1; JP3259371B2; EP0598386A2; EP0598386A3

Abstract

(57)【要約】【目的】長いワークの両側を、対向した２台の主軸台
で把握し、この２台の主軸台を同期させて駆動しなが
ら、ワークを加工する複合旋盤において、各種変位によ
りワークに無理な力が作用し、加工精度を低下させると
いう問題が有り、この改善を目的とした。【構成】主軸台１２、２２をワーク５に押し付けるた
めの押し付け完了判定手段４０、５０、主軸台１２、２
２を移動させるための指令値４２、５２、軸の移動のデ
ータなどＣＮＣが演算するために必要なデータを設定す
るためのパラメータ４３、５３、Ｚ軸サーボモータ１
４、２４のトルク量を決定するためのトルク制限量４
４、５４で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は対向したワーク保持手段
を有し、このワーク保持手段により保持されたワークを
加工する工作機械の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、対向したワーク保持手段、例えば
主軸台に長いワークを保持し、前記主軸台を駆動しなが
らワークを加工する旋盤等の工作機械、例えば複合旋盤
が実用化されている。

【０００３】図１０は、前記複合旋盤を示す構成図であ
り、図に於て１は刃物台、２は刃物台１にとりつけられ
た切削工具、３は刃物台１と連結されこれを駆動するボ
ールネジ、４はボールネジ３と連結しこれを駆動するＸ
軸サーボモータ、５はワーク、１１はワーク５の一方を
把握するチャック、１２はスピンドルが搭載された主軸
台、１３は主軸台１２と連結されこれを駆動するボール
ネジ、１４はボールネジ１３と連結されこれを駆動する
Ｚ軸サーボモータである。また、２１〜２４は、それぞ
れ前記チャック１１、主軸台１２、ボールネジ１３、Ｚ
軸サーボモータ１４に対応した同一ユニットであり、説
明は省略する。この複合旋盤は、一本のワーク５の両端
を各々のチャック１１、２１で把握し、その状態で主軸
台１２、２２を同期連動させながらワーク５を加工する
ものである。

【０００４】図１１は、図１０で示した旋盤を制御する
制御装置、例えば数値制御装置（以下ＮＣと略称する）
のサーボアンプのブロック図で、４は刃物台１を駆動す
るＸ軸サーボモータ、６は刃物台１の位置を検出する位
置検出器、７はＮＣより指令される位置指令パルスＣｐ
ｘと位置検出器６からのフィードバックパルスの誤差を
検出する誤差カウンタ、８は誤差カウンタ７の値をアナ
ログ量に変換するＤ／Ａコンバータ、９はＤ／Ａコンバ
ータ８の出力のアナログ量を増幅しＸ軸サーボモータ４
を駆動するパワーアンプである。また、１６〜１９、２
６〜２９はそれぞれ前記位置検出器６、誤差カウンタ
７、Ｄ／Ａコンバータ８、パワーアンプ９と同一に構成
され、第１のＺ軸用サーボモータ１４と第２のＺ軸用サ
ーボモータ２４をそれぞれ駆動する。ＣｐｚはＮＣより
指令されるサーボモータ１４、２４を同時に駆動するＺ
軸位置指令パルスである。

【０００５】次に動作について説明する。図１０におい
て刃物台１のＸ軸方向の移動と主軸台１２、２２のＺ軸
方向の移動は、図示しない紙テープ、あるいはＮＣ内記
憶メモリ等に記憶された加工プログラムを実行する事で
実現できる。加工プログラムは例えば、のようにＸ軸とＺ軸の移動量が１ブロック単位で実行順
にプログラムされており、これを図示しないＣＰＵ・メ
モリとで構成された中央処理部（ＮＣ本体部）で１ブロ
ック毎の各軸移動量として計算され、周知のパルス分配
器により各軸位置指令パルス列に変換される。前記指令
パルス列が図１１に示したＸ軸位置指令パルス列Ｃｐｘ
とＺ軸位置指令パルス列Ｃｐｚであり、Ｘ軸位置指令パ
ルス列ＣｐｘはＸ軸用、Ｚ軸位置指令パルス列Ｃｐｚは
Ｚ軸用として出力される。Ｘ軸位置指令パルス列Ｃｐｘ
は誤差カウンタ７に加算され位置検出器６との誤差はＤ
／Ａコンバータ８を通してパワーアンプ９に与えられ、
誤差量に応じた速度でサーボモータ４を駆動することで
刃物台１を移動させる。また、Ｚ軸位置指令パルス列Ｃ
ｐｚも同様であるが、Ｚ軸位置指令パルス列Ｃｐｚは誤
差カウンタ１７、２７の両方に与えられているため、図
１０に示した２つの主軸台１２、２２が同期運転を行な
う。図１２は、機械系の変位・ワーク自身の変位が機械
・ワークに与える影響を示す図で、実線は変位前を示
し、破線が変位後を示している。図１２（ａ）は、前記
した変位がワーク５の変形により吸収されている例で、
ワーク５の剛性が機械剛性・サーボ剛性より小さい場合
に発生し、図１２（ｂ）は前記変位が機械の変形により
吸収されている例で、機械の剛性がワークの剛性・サー
ボの剛性より小さい場合に発生する。また図１２
（ａ）、図１２（ｂ）以外にサーボ剛性がワークの剛性
・機械の剛性より小さい場合が考えられるが、このケー
スではモータトルクが飽和し制御不能となるため、モー
タまたは駆動アンプが過負荷アラームで運転停止とな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置は、上記の
ように構成されており、２つの主軸台をワークで連結し
た状態では機械系の変位・ワーク自身の変位がサーボモ
ータの負荷となって現れ、これらの変位は、チャッキン
グ圧によるワークの圧力変位・切削時の発熱によるワー
クの熱変位・機械移動の摩擦熱等による機械の熱変位で
あり、これらを無くすことはできない。このためワーク
に無理な力が作用し加工精度を低下させる欠点があっ
た。

【０００７】第１の発明は、前記変位が生じたとしても
加工精度が低下しない工作機械の制御装置を得ることを
目的とする。また、第２の発明は、一定のトルクでワー
クを挟みつける場合にパラメータや加工プログラムにお
いてトルク量を指定できることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明による工作機
械の制御装置は、対向したワーク保持手段を有し、この
ワーク保持手段によりワークを保持して前記ワークを加
工する工作機械の制御装置において、前記ワーク保持手
段のワークへの押し付けが完了したか否か判定する押し
付け完了判定手段と、前記ワーク保持手段をワークへ押
し付けるトルク量を決定するトルク量決定手段と、前記
トルク量決定手段で決定されたトルク量により、前記ワ
ーク保持手段をワークへ押し付けるトルク量を制御する
トルク量制御手段とを備えたものである。

【０００９】第２の発明の工作機械の制御装置は、対向
したワーク保持手段を有し、このワーク保持手段により
保持された前記ワークを加工する工作機械の制御装置に
おいて、前記ワーク保持手段の少なくとも一方を駆動す
る駆動手段のトルク量をアナログ値からデジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段から出
力されたトルク量を判定するトルク量判定手段と、前記
ワーク保持手段をワークへ押し付けるトルク量を制御す
る押し付け制御手段とを備えたことを特徴とする工作機
械の制御装置。

【００１０】

【作用】第１の発明による工作機械の制御装置は、機械
または、ワークの変位量分を送り軸が一定のトルク量で
移動する。第２の発明による工作機械の制御装置は、サ
ーボモータがパラメータまたは、加工プログラムにより
設定されたトルク量より大きなトルク量を必要とした場
合、トルク制限手段により設定されたトルク量になるよ
うに出力をカットしたデータをパワーアンプに渡しパワ
ーアンプはそのデータでモータを回転させることにより
設定されたトルク量でモータを回転させる。

【００１１】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の第１の実施例を図について
説明する。図１において、５はワーク、３３はワーク５
の回転軸付近の端面部分と接するフェイスドライバ、１
２はスピンドルが搭載された主軸台、１３は主軸台１２
と連結されこれを駆動するボールネジ、１４はボールネ
ジ１３と連結されこれを駆動するＺ軸サーボモータ、１
６はＺ軸サーボモータ１４に結合された位置検出器、３
０はＺ軸サーボモータ１４を駆動するサーボアンプ、３
２はサーボアンプ３０に指令を出しＺ軸サーボモータ１
４、２４を制御するＮＣ、３４はワーク５の回転軸付近
の端面部分と接するフェイスドライバである。また、２
２〜２４、２６および３１は、それぞれ上記主軸台１
２、ボールネジ１３、Ｚ軸サーボモータ１４、位置検出
器１６およびサーボアンプ３０に対応した同一ユニット
であり、説明は省略する。

【００１２】図２は、図１で示した旋盤を制御するＮＣ
３２とサーボアンプ３０、３１のブロック図で、４は図
示しない刃物台を駆動するＸ軸サーボモータのブロック
図、６は刃物台１の位置を検出する位置検出器、７は位
置指令パルスＣｐｘと位置検出器６からのフィードバッ
クパルスの誤差を検出する誤差カウンタ、８は誤差カウ
ンタ７からの値をアナログ量に変換するＤ／Ａコンバー
タ、９はＤ／Ａコンバータ８からのアナログ量を増幅し
サーボモータ４を駆動するパワーアンプである。また１
４は主軸台１２を駆動するＺ軸サーボモータのブロック
図で、１５はＺ軸サーボモータ１４の出力トルクを制御
するトルク制御手段、１６は主軸台１２の位置を検出す
る位置検出器、１７は位置指令パルスＣｐｚと位置検出
器１６からのフィードバックパルスの誤差を検出する誤
差カウンタ、１８は誤差カウンタ１７の値をアナログ量
に変換するＤ／Ａコンバータ、１９はＤ／Ａコンバータ
１８からのアナログ量を増幅しサーボモータ１４を駆動
するパワーアンプである。なお、２４〜２９はそれぞれ
上記Ｚ軸サーボモータ１４、トルク制御手段１５、位置
検出器１６、誤差カウンタ１７、Ｄ／Ａコンバータ１
８、パワーアンプ１９と同様であり、説明を省略する。
また、４０はＺ軸位置検出器６の位置フィードバックパ
ルス、４１は主軸台１２をワーク５に押しつけるための
押し付け完了判定手段、４２は主軸台１２を移動させる
ための指令値、４３は軸の移動のデータなどＮＣ３２が
演算するために必要なデータを設定するパラメータ、４
４はＺ軸サーボモータ１４のトルク量を決定するための
トルク制限量である。また、５０〜５４はそれぞれ上記
位置フィードバックパルス４０、押し付け完了判定手段
４１、指令値４２、パラメータ４３、トルク制限量４４
と同一に構成され、Ｚ軸用サーボモータ２４をそれぞれ
駆動する。

【００１３】図３は、位置指令値４２、５２の累積値を
グラフで表わしたものと、位置フィードバック値４０、
５０をグラフで表わしたものである。図中ａは、通常の
位置指令値４２、５２と位置フィードバック４０、５０
の関係である。図中ｂは、主軸台１２、２２がワーク５
に接触した状態での位置指令値４２、５２と位置フィー
ドバック４０、５０の関係である。図中ｃは、ワーク５
を主軸台１２、２２で両側から挟んだ状態での位置指令
値４２、５２と位置フィードバック４０、５０の関係で
ある。

【００１４】図４は、フェイスドライバ３３、３４でワ
ーク５を保持した図である。５５はフェイスドライバ３
３、３４でワーク５を保持するために切削加工が可能に
なった切削加工可能領域である。

【００１５】この複合旋盤は、一本のワーク５の両端を
各々の主軸台１２とフェイスドライバ３３、主軸台２１
とフェイスドライバ３４でワーク５を押し付け合い、挟
みつけた状態で主軸台１２、２２を同期連動させながら
ワーク５を加工するものである。

【００１６】この実施例の基本的な構成は、ワーク５を
主軸台１２、２２である一定のトルクで挟みつける事に
より保持し、その状態で加工を行なうことである。ま
ず、一定のトルクでワーク５を保持する制御を行なう手
段について説明する。主軸台１２をワーク５の方に向か
って移動させるためにＮＣ３２は、指令値４２をサーボ
アンプ３０に出力する。位置指令４２は誤差カウンタ１
７に加算され、位置検出器１６との誤差はＤ／Ａコンバ
ータ１８を通してパワーアンプ１９に与えられ、誤差量
に応じた速度でＺ軸サーボモータ１４を駆動することで
主軸台１２を移動させる。主軸台２２も同様の手段で移
動させる。通常この状態では、図３のａの部分の状態
で、指令値の累積と位置検出器１６のデータである位置
フィードバック４０は多少の時間的なずれは生じるが同
じデータとなる。

【００１７】次に、主軸台１２がワーク５に接触すると
図３のｂの部分の状態になり、指令値４２は、図３のａ
の部分と同じように出力するが位置フィードバックデー
タ４０は変化しなくなる。なぜなら、主軸台１２がワー
ク５に接触しているために移動することが出来ないため
Ｚ軸サーボモータ１４も動かなくなり位置検出器１６も
変化しなくなる為である。通常この状態だと、Ｚ軸サー
ボモータ１４はパワーアンプ１９の出力の最大値のトル
クで回転しようとするのでＺ軸サーボモータ１４に負荷
がかかってしまう。そのため、一定の負荷がかかると過
負荷アラームということで出力を停止してしまう。そこ
で、パラメータ４３に設定されたトルク制限量４４より
大きなトルク量が必要となるデータがＤ／Ａコンバータ
１８から出力されるとトルク制御手段１５により、Ｄ／
Ａコンバータ１８の出力データをトルク制限量４４にな
るようにカットしてパワーアンプ１９に出力する。その
結果として、Ｚ軸サーボモータ１４は、一定のトルク量
で回転する為、トルク制限量４４以上の負荷がＺ軸サー
ボモータ１４にかからなくなる。主軸台２２を移動させ
るＺ軸サーボモータ２４も同様の制御を行なう。

【００１８】次に、図３のｂの状態をしばらく続けてい
ると位置フィードバック４０と位置指令値４２の差がだ
んだん大きくなって来る。そこで、押し付け完了判定手
段４１によってパラメータ４３に設定された押し付け完
了量より、位置フィードバック４０と位置指令値４２差
分が大きくなったら位置指令値を増加させるのを停止す
る。これを式で表わすと次式の条件の様になる。押し付け完了量＜（位置指令値４２−位置フィードバッ
ク値４０）また、この状態は、図３のｃの状態である。主軸台２２
を移動させるＺ軸サーボモータ２４も同様の制御を行な
う。この状態で、ワーク５の両側を一定のトルクで押し
続けることによってワーク５を保持することになる。

【００１９】以上の説明で、ワーク５を２つの主軸台１
２、２２で挟みつける場合の説明を行なってきたが、主
軸台２２を移動するためのＺ軸サーボモータ２４、位置
検出器２５、サーボアンプ３１が動かない場合でも、主
軸台１２がワーク５に接触するための移動距離が増える
だけで主軸台１２の制御そのものは同様に行える。つま
り、主軸台２２は動かない状態で主軸台１２がワーク５
を片側から一定のトルク量で押しつければ、主軸台２２
は、反作用によりワークを押しつける事になり、主軸台
１２、２２で挟みつけたのと同様の効果を得られる。

【００２０】この状態で、加工を行ない切削時の発熱に
よるワーク５の熱変位・機械移動の摩擦熱等による機械
の熱変位が発生した場合を説明する。ワーク５が膨張し
Ｚ軸の−方向に変位が働いた場合を説明する。この変位
による力がＺ軸サーボモータ１４のトルクより大きい場
合、Ｚ軸サーボモータ１４は、トルク量が一定のため変
位による力に耐えることが出来ずに、−方向に押戻され
てしまう。次に、ワーク５が縮小しＺ軸の＋方向に変位
が働いた場合を説明する。この場合は、位置フィードバ
ックデータ４０と位置指令値４２との差を持っているの
で前述したようにサーボアンプ１４を位置指令値に近づ
けようと一定のトルク量で常にワーク５を押している。
そのため、ワーク５が＋方向に変位すればその分だけ一
定のトルク量で移動する。従って、結果的に変位に応じ
てＺ軸サーボアンプ１４を制御することになり、変位が
発生しても一定のトルクでワーク５を挟みつけることに
なる。これは、図３のｃの状態である。主軸台２２を移
動させるＺ軸サーボモータ２４も同様の制御を行なう。

【００２１】次にフェイスドライバー３３、３４につい
て説明する。第４図のようにフェイドライバ３３、３４
は、ワーク５を両側から回転軸部分を一定なトルク量で
挟みつけている。一定のトルク量で挟みつけているため
にチャック１１の様にワーク５を把握することがなくて
もワーク５を落とすことが無い。また、ワーク５の回転
軸部分のみ把握することによりチャック１１で把握して
いたときには加工することが出来なっかったワーク５の
端面部分５５の加工も可能になる。

【００２２】実施例２．次に、この発明の第２の実施例
を図について説明する。図５において、５はワーク、３
３はワーク５の回転軸付近の端面部分と接するフェイス
ドライバ、１２はスピンドルが搭載された主軸台、１３
は主軸台１２と連結されこれを駆動するボールネジ、１
４はボールネジ１３と連結されこれを駆動するＺ軸サー
ボモータ、１５はＺ軸サーボモータ１４に結合された位
置検出器、３０はＺ軸サーボモータ１４を駆動するサー
ボアンプ、３２はサーボアンプに指令を出しＺ軸サーボ
モータ１４、２４を制御するＮＣ、３４はワーク５の回
転軸付近の端面部分と接するフェイスドライバである。

【００２３】図６は、図５で示した旋盤を制御するＮＣ
３２とサーボアンプ３０のブロック図で、４は刃物台を
駆動するＸ軸サーボモータ、６は刃物台の位置を検出す
る位置検出器、７は位置指令パルスＣｐｘと位置検出器
６からのフィードバックパルスの誤差を検出する誤差カ
ウンタ、８は誤差カウンタ７の値をアナログ量に変換す
るＤ／Ａコンバータ、９はＤ／Ａコンバータからのアナ
ログ量を増幅しサーボモータ４を駆動するパワーアンプ
である。また１４は主軸台１２を駆動するＺ軸サーボモ
ータ、１５はＺ軸サーボモータ１４の出力トルクを制御
するトルク制御手段、１６は主軸台１２の位置を検出す
る位置検出器、１７は位置指令パルスＣｐｚと位置検出
器１６からのフィードバックパルスの誤差を検出する誤
差カウンタ、１８は誤差カウンタ１７の値をアナログ量
に変換するＤ／Ａコンバータ、１９はＤ／Ａコンバータ
からのアナログ量を増幅しＺ軸サーボモータ１４を駆動
するパワーアンプである。また、４０はＺ軸位置検出器
６の位置フィードバックパルス、４１は主軸台１２をワ
ーク５に押しつけるための押し付け完了判定手段、４２
は主軸台１２を移動させるための指令値、４３は軸の移
動などのデータなどＮＣが演算するために必要なデータ
を設定するパラメータ、４４はＺ軸サーボモータ１４の
トルク量を決定するためのトルク制限量である。

【００２４】この実施例の基本的な構成は、ワーク５を
主軸台１２で押しつけ主軸台２２は主軸台１２で押しつ
けられた力の反作用でワーク５を押し返し、その結果と
して、ワーク５を一定のトルクで挟みつける事により保
持し、その状態で加工を行なうことである。

【００２５】まず、一定のトルクでワーク５を挟み続け
る制御を行なう手段について説明する。主軸台１２をワ
ーク５の方に向かって移動させるためにＮＣ３２は、指
令値４２をサーボアンプ３０に出力する。位置指令４２
は誤差カウンタ１７に加算され位置検出器１６との誤差
はＤ／Ａ変換器１８を通してパワーアンプ１９に与えら
れ、誤差量に応じた速度でＺ軸サーボモータ１４を駆動
し、主軸台１２を移動させる。通常この状態では、図３
のａの部分の状態で、指令値の累積と位置検出器１６の
データである位置フィードバック４０は多少の時間的な
ずれは生じるが同じデータとなる。

【００２６】次に、主軸台１２がワーク５に接触すると
図３のｂの部分の状態になり、指令値４２は、図３のａ
の部分と同じように出力するが位置フィードバックデー
タ４０は、変化しなくなる。なぜなら、主軸台１２がワ
ーク５に接触しているために移動することが出来ないた
めＺ軸サーボモータ１４も動かなくなり位置検出器１６
も変化しなくなる為である。通常この状態だと、Ｚ軸サ
ーボモータ１４はパワーアンプ１９の出力の最大値のト
ルクで回転しようとするのでＺ軸サーボモータ１４に負
荷がかかってしまう。そのため、一定の負荷がかかると
過負荷アラームということで出力を停止してしまう。そ
こで、パラメータ４３に設定されたトルク制限量４４よ
り大きなトルク量が必要となるデータがＤ／Ａコンバー
タ１８から出力されるとトルク制御手段１５により、Ｄ
／Ａコンバータ１８の出力データをトルク制限量４４に
なるようにカットしてパワーアンプ１９に出力する。そ
の結果として、Ｚ軸サーボモータ１４は、一定のトルク
量で回転する為、トルク制限量４４以上の負荷がＺ軸サ
ーボモータ１４にかからなくなる。

【００２７】次に、図３のｂの状態をしばらく続けてい
ると位置フィードバック４０と位置指令値４２の差がだ
んだん大きくなって来る。そこで、押し付け完了判定手
段４１によってパラメータ４３に設定された押し付け完
了量より、位置フィードバック４０と位置指令値４２差
分が大きくなったら位置指令値を増加させるのを停止す
る。これを式で表わすと次式の条件の様になる。押し付け完了量＜（位置指令値４２−位置フィードバッ
ク値４０）また、この状態は、図３のｃの状態である。この状態
で、ワーク５を主軸台１２で一定のトルクで押し続ける
ことにより、主軸台２２が主軸台１２で押された力の反
作用とでワーク５を保持することになる。

【００２８】この状態で、加工を行ない切削時の発熱に
よるワーク５の熱変位・機械移動の摩擦熱等による機械
の熱変位が発生した場合を説明する。ワークが膨張しＺ
軸の−方向に変位が働いた場合を説明する。この変位に
よる力がＺ軸サーボモータ１４のトルクより大きい場
合、Ｚ軸サーボモータ１４はトルク量が一定のために変
位による力に耐えることが出来ずに、−方向に押戻され
てしまう。次に、ワーク５が縮小しＺ軸の＋方向に変位
が働いた場合を説明する。この場合は、位置フィードバ
ックデータ４０と位置指令値４２との差を持っているの
で前述したようにサーボアンプ１４を位置指令値に近づ
けようと一定のトルク量で常にワーク５を押している。
そのため、ワーク５が＋方向に変位すればその分だけ一
定のトルク量で移動する。従って、結果的に変位に応じ
てサーボアンプ１４を制御することになり、変位が発生
しても一定のトルクでワーク５を挟みつけることにな
る。これは、図３のｃの状態である。

【００２９】実施例３．次に、この発明の実施例３を図
について説明する。図７は、図１で示した旋盤を制御す
るＮＣ３２とサーボアンプ３０、３１のブロック図で、
４は刃物台を駆動するＸ軸サーボモータ、６は刃物台１
の位置を検出する位置検出器、７は位置指令パルスＣｐ
ｘと位置検出器６からのフィードバックパルスの誤差を
検出する誤差カウンタ、８は誤差カウンタ７の値をアナ
ログ量に変換するＤ／Ａコンバータ、９はＤ／Ａコンバ
ータ８からのアナログ量を増幅しサーボモータ４を駆動
するパワーアンプである。また１４は主軸台１２を駆動
するＺ軸サーボモータ、５６はアナログ値であるトルク
量をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ（以下の
説明では、この出力した結果のデータをトルク量と呼
ぶ）、１６は主軸台１２の位置を検出する位置検出器、
１７は位置指令パルスＣｐｚと位置検出器１６からのフ
ィードバックパルスの誤差を検出する誤差カウンタ、１
８は誤差カウンタ１７の値をアナログ量に変換するＤ／
Ａコンバータ、１９はＤ／Ａコンバータ１８からのアナ
ログ量を増幅しＺ軸サーボモータ１４を駆動するパワー
アンプである。

【００３０】また、５７はＡ／Ｄコンバータ５６から出
力されたトルク量を正確に測定するためのトルク量判定
手段、４２は主軸台１２を移動させるための指令値、４
３は軸の移動のデータなどＮＣ３２が演算するために必
要なデータを設定するパラメータ、５８はＺ軸サーボモ
ータ１４を制御し一定のトルク量にするための押し付け
制御手段である。また、２４、２６〜２９、５２、５
３、５９〜６１はそれぞれ上記Ｚ軸サーボモータ１４、
位置検出器１６、誤差カウンタ１７、Ｄ／Ａコンバータ
１８、パワーアンプ１９、指令値４２、パラメータ４
３、Ａ／Ｄコンバータ５６、トルク量判定手段５７、押
し付け制御手段５８と同一に構成され、Ｚ２軸用サーボ
モータ２４をそれぞれ駆動する。

【００３１】図８（ａ）は位置指令値４２、５２の累積
値をグラフで表わしたものと、Ａ／Ｄコンバータ５６、
５９の出力であるトルク量との関係を示した図である。
図中（１）は、通常の軸移動時の指令値４２、５２とト
ルク量の関係を示してある。（２）は主軸台１２、２２
がワーク５に接触した状態での指令値４２、５２とトル
ク量の関係を示してある。（３）は指令値４２、５２を
停止した状態でのトルク量との関係を示す。（４）は機
械の変位などでトルク量が減少した場合の指令値の関係
を示す。（５）は指令値４２、５２を停止した状態での
トルク量との関係を示す。（６）は機械の変位などでト
ルク量が増加した場合の指令値の関係を示す。

【００３２】図８（ｂ）は、図８（ａ）の（２）と
（３）の部分を詳細に表わした図である。図中黒丸
（・）は、ＮＣがある一定時間でトルク量をサンプリン
グするタイミングを示してある。また、黒丸についてる
数字１〜９は、サンプリングした順番である。（１）の
部分は、サンプリングしたデータがある一定回数設定値
の範囲内には入っていることを示すものである。

【００３３】この実施例の基本的な構成は、ワーク５を
主軸台１２、２２である所定のトルクで挟みつける事に
より固定し、その状態で加工を行なうことである。ま
ず、一定のトルクでワーク５を挟み続ける制御を行なう
手段について説明する。主軸台１２をワーク５の方に向
かって移動させるためにＮＣ３２は、指令値４２をサー
ボアンプ３０に出力する。位置指令４２は誤差カウンタ
１７に加算され位置検出器１６との誤差はＤ／Ａコンバ
ータ１８を通してパワーアンプ１９に与えられ、誤差量
に応じた速度でＺ軸サーボモータ１４を駆動し、主軸台
１２を移動させる。主軸台２２も同様の手段で移動させ
る。通常この状態では、図８（ａ）（１）の部分の状態
で、トルク量は、主軸台１２を移動させるためにほぼ一
定の力を出した状態となる。

【００３４】次に、主軸台１２がワーク５に接触すると
図８（ａ）（２）の部分の状態になり、指令値４２は、
図８（ａ）（１）の部分よりも速度が遅くなるように指
令値４２を出力するがトルク量は急激に大きくなる。な
ぜなら、主軸台１２がワーク５に接触しているために移
動することが出来ないためＺ軸サーボモータ１４も動か
なくなり位置検出器１６も変化しなくなって誤差カウン
タ１７の差分は大きくなるため、パワーアンプ１９は早
く指令値４２の位置まで動こうとして大きな出力を出
す。その結果トルク量も大きくなる。

【００３５】次に、図８（ａ）（３）の部分について説
明する。トルク量が大きくなり、パラメータ４３に設定
されたトルク量下限値を越えると押し付け制御手段５８
は設定値通りのトルク量になったと判断して、指令値４
２を出力するのを停止する。その結果、トルク量は、多
少のばらつきを持ちながらもパラメータ４３に設定され
た値付近に落ちつく。

【００３６】この状態で、加工を行ない切削時の発熱に
よるワークの熱変位・機械移動の摩擦熱等による機械の
熱変位が、発生した場合を説明する。先ず、図８（ａ）
（４）の部分について説明する。機械やワーク５の熱な
どによりワーク５と主軸台１２の間に隙間があく方向に
変位が発生したとする。そうすると、今まで主軸台１２
が押していたワーク５が無くなる方向に動くのでトルク
量は低下する。その結果、押し付け制御手段５８は、ワ
ーク５が縮んだと判断して指令値４２を主軸台１２をワ
ーク５に押しつける方向（Ｚ軸の＋方向）に移動するよ
うに出力する。その結果、主軸台１２とワーク５は、ま
た、押しつける状態になるのでトルク量が増加する。

【００３７】次に、図８（ａ）（５）の部分について説
明する。（４）の部分での制御の結果、トルク量はパラ
メータ４３に設定された状態になり、押し付け制御手段
５８は、指令値４１を出力するのを停止する。次に、図
８（ａ）（６）の部分について説明する。機械やワーク
５の熱などによりワーク５と主軸台１２を押しつける方
向に変位が発生したとする。そうすると、今まで主軸台
１２が押していたワーク５が更に押しつける様な方向に
動くのでトルク量は押し返される力を押し返そうとして
増加し、トルク量の設定上限値よりも大きくなる。その
結果、押し付け制御手段５８は、ワーク５が伸びたと判
断して指令値４２を主軸台１２がワーク５から逃げる方
向（Ｚ軸の−方向）に移動するように出力する。その結
果、主軸台１２とワーク５の関係が適正になりトルク量
がパラメータ４３に設定されたトルク量上限値より小さ
くなる。その結果、トルク量は、パラメータ４３に設定
された状態になったと押し付け制御手段５８は判断して
指令値４２を停止する。

【００３８】主軸台２２を動作させるＺ軸サーボモータ
２４も位置検出器２６、誤差カウンタ２７、Ｄ／Ａコン
バータ２８、パワーアンプ２９、指令値５２、パラメー
タ５３、Ａ／Ｄコンバータ５９、トルク量判定手段６
０、押し付け制御手段６１により同様の制御を行なう。
この様に、変位に応じてサーボアンプ１４を制御するこ
とになり、変位が発生しても一定のトルクでワーク５を
挟みつける状態を維持する。

【００３９】以上の説明で、ワーク５を２つの主軸台１
２、２２で挟みつける場合の説明を行なってきたが、主
軸台２２を移動するためのＺ軸サーボモータ２４、位置
検出器２５、サーボアンプ３１が動かない場合でも、主
軸台１２がワーク５に接触するための移動距離が増える
だけで主軸台１２の制御そのものは同様に行える。つま
り、主軸台２２は動かない状態で主軸台１２がワーク５
を片側から一定のトルク量で押しつければ、主軸台２２
は反作用によりワークを押しつける事になり、主軸台１
２、２２で挟みつけたのと同様の効果を得られる。

【００４０】次に、トルク量判別手段５７について、図
８（ｂ）にて説明する。図８（ｂ）は、図８（ａ）の
（２）（３）の部分を詳細にした図である。また、この
図において黒丸（・）はＮＣ３２内部である一定時間毎
にサンプリングするタイミングである。

【００４１】トルク量というのは、もともとはパワーア
ンプ１４から出力されたアナログデータであるためばら
つきを持つ、またそのデータをＡ／Ｄコンバータ５６に
よりデジタルデータに変換するときにも、変換誤差など
によりばらつきを発生する。そのためトルク値をサンプ
リングすると、図８（ｂ）の様な波形になる。この様な
波形をＮＣ３２がサンプリングすると、次のようにな
る。１回目のサンプリングではトルク量が設定値に入っ
ていないと判断し、２回目のサンプリングで設定値にな
ったと判断して押し付け制御手段５８にデータを渡す
と、３回目のサンプリングは良いが、４回目のサンプリ
ングで設定値からトルク量が外れてしまう。そのため、
押し付け制御手段５８に対して正確なデータを渡すこと
が出来なくなる。そのため、図８（ｂ）（１）の部分の
ようにある一定の回数（図では４回）設定に入っている
かどうか判断して、トルク量が落ち着くのを確認してか
ら押し付け制御手段５８に対してトルク量が規定値に入
ったことを知らせる。その事により、トルク量のばらつ
きによる誤動作を防止することが出来る。また、トルク
量判定手段６０も同様に判定を行なう。

【００４２】実施例４．次に、この発明の実施例４を図
について説明する。図９は、図５で示した旋盤を制御す
るＮＣ３２とサーボアンプ３０のブロック図で、４は刃
物台を駆動するＸ軸サーボモータ、６は刃物台の位置を
検出する位置検出器、７は位置指令パルスＣｐｘと位置
検出器６からのフィードバックパルスの誤差を検出する
誤差カウンタ、８は誤差カウンタ７の値をアナログ量に
変換するＤ／Ａコンバータ、９はＤ／Ａコンバータ８か
らのアナログ量を増幅しＸ軸サーボモータ４を駆動する
パワーアンプである。

【００４３】また１４は主軸台１２を駆動するＺ軸サー
ボモータ、５６はアナログ値であるトルク量をデジタル
信号に変換するＡ／Ｄコンバータ（以下の説明では、こ
の出力した結果のデータをトルク量と呼ぶ）、１６は主
軸台１２の位置を検出する位置検出器、１７は位置指令
パルスＣｐｚと位置検出器１６からのフィードバックパ
ルスの誤差を検出する周知の誤差カウンタ、１８は誤差
カウンタ１７の値をアナログ量に変換するＤ／Ａコンバ
ータ、１９はＤ／Ａコンバータ１８からのアナログ量を
増幅しサーボモータ１４を駆動するパワーアンプであ
る。

【００４４】また、５７はＡ／Ｄコンバータ５６から出
力されたトルク量を正確に測定するためのトルク量判定
手段、４２は主軸台１２を移動させるための指令値、４
３は軸の移動などのデータなどＮＣ３２が演算するため
に必要なデータを設定するためのパラメータ、５８はＺ
軸サーボモータ１４を制御し一定のトルク量にするため
の押し付け制御手段である。

【００４５】この実施例の基本的な構成は、ワーク５を
主軸台１２と２２である一定のトルクで挟みつける事に
より固定し、その状態で加工を行なうことである。ま
ず、一定のトルクでワークを挟み続ける制御を行なう手
段について説明する。主軸台１２をワーク５の方に向か
って移動させるためにＮＣ３２は、指令値４２をサーボ
アンプ３０に出力する。位置指令４２は誤差カウンタ１
７に加算され位置検出器１６との誤差はＤ／Ａコンバー
タ１８を通してパワーアンプ１９に与えられ、誤差量に
応じた速度でサーボモータ１４を駆動し、主軸台１２を
移動させる。通常この状態では、図８（ａ）（１）の部
分の状態で、トルク量は、主軸台１２を移動させるため
にほぼ一定の力を出した状態となる。

【００４６】次に、主軸台１２がワーク５に接触すると
図８（ａ）（２）の部分の状態になり、指令値４２は、
図８（ａ）（１）の部分よりも速度が遅くなるように指
令値４２を出力するがトルク量は急激に大きくなる。な
ぜなら、主軸台１２がワーク５に接触しているために移
動することが出来ないためサーボアンプ１４も動かなく
なり位置検出器１６も変化しなって誤差カウンタ１７の
差分は大きくなるため、パワーアンプ１９は早く指令値
４２の位置まで動こうとして大きな出力を出す。その結
果トルク量も大きくなる。

【００４７】次に、図８（ａ）（３）の部分について説
明する。トルク量が大きくなり、パラメータ４３に設定
されたトルク量下限値を越えると押し付け制御手段５８
は設定値通りのトルク量になったと判断して、指令値４
２を出力するのを停止する。その結果、トルク量は、多
少のばらつきを持ちながらもパラメータ４３に設定され
た値付近に落ちつく。この状態で、加工を行ない切削時
の発熱によるワーク５の熱変位・機械移動の摩擦熱等に
よる機械の熱変位が発生した場合を説明する。

【００４８】先ず、図８（ａ）（４）の部分について説
明する。機械やワークの熱などによりワーク５と主軸台
１２の間に隙間があく方向に変位が発生したとする。そ
うすると、今まで主軸台１２が押していたワーク５が無
くなる方向に動くのでトルク量は低下する。その結果、
押し付け制御手段４４は、ワーク５が縮んだと判断して
指令値４２を主軸台１２をワーク５に押しつける方向
（Ｚ軸の＋方向）に移動するように出力する。その結
果、主軸台１２とワーク５は、また、押しつける状態に
なるのでトルク量が増加する。

【００４９】次に、図８（ａ）（５）の部分について説
明する。（４）の部分での制御の結果、トルク量はパラ
メータ４３に設定された状態になり、押し付け制御手段
５８は、指令値４１を出力するのを停止する。次に、図
８（ａ）（６）の部分について説明する。機械やワーク
の熱などによりワーク５と主軸台１２を押しつける方向
に変位が発生したとする。そうすると、今まで主軸台１
２が押していたワーク５が更に押しつける様な方向に動
くのでトルク量は押し返される力を押し返そうとして増
加し、トルク量の設定上限値よりも大きくなる。その結
果、押し付け制御手段５８は、ワーク５が伸びたと判断
して指令値４２を主軸台１２がワーク５から逃げる方向
（Ｚ軸の−方向）に移動するように出力する。その結
果、主軸台１２とワーク５の関係が適正になりトルク量
がパラメータ４３に設定されたトルク量上限値より小さ
くなる。その結果、トルク量は、パラメータ４３に設定
された状態になったと押し付け制御手段５８は判断して
指令値４２を停止する。この様に、変位に応じてサーボ
アンプ１４を制御することになり、変位が発生しても一
定のトルクでワーク５を挟みつける状態を維持する。

【００５０】次に、トルク量判別手段５７について、図
８（ｂ）にて説明する。図８（ｂ）は、図８（ａ）の
（２）（３）の部分を詳細にした図である。また、この
図において黒丸（・）はＮＣ内部である一定時間毎にサ
ンプリングするタイミングである。トルク量というの
は、もともとはパワーアンプ１４から出力されたアナロ
グデータであるためばらつきを持つ、またそのデータを
Ａ／Ｄコンバータ５６によりデジタルデータに変換する
ときにも、変換誤差などによりばらつきを発生する。そ
のためトルク値をサンプリングすると、図８（ｂ）の様
な波形になる。この様な波形をＮＣ３２がサンプリング
すると、次のようになる。１回目のサンプリングではト
ルク量が設定値に入っていないと判断し、２回目のサン
プリングで設定値になったと判断して押し付け制御手段
５８にデータを渡すと、３回目のサンプリングは良い
が、４回目のサンプリングで設定値からトルク量が外れ
てしまう。そのため、押し付け制御手段５８に対して正
確なデータを渡すことが出来なくなる。

【００５１】そのため、図８（ｂ）（１）の部分のよう
にある一定の回数（図では４回）設定に入っているかど
うか判断して、トルク量が落ち着くのを確認してから押
し付け制御手段５８に対してトルク量が規定値に入った
ことを知らせる。その事により、トルク量のばらつきに
よる誤動作を防止することが出来る。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
機械自身またはワーク自身の変位によりワークの不用な
負荷が加わるのを防止することが出来るので、ワークの
加工精度を向上できる。また、サーボモータに対して不
用な負荷をかけないため、サーボモータの消費電力を低
減することが出来る。また、機械自身に歪が発生し難く
なるので、機械自身の精度も長年にわたって保持できる
ようになる。第２の発明によれば、サーボモータのトル
ク量をパラメータ、または、加工プログラムの指示によ
り変更できるので、重いワーク、柔らかいワークなどワ
ークの種類や、ワークに負荷のかかる切削などその場の
状況に応じて条件を臨機応変に変更できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成図を説明した図で
ある。

【図２】図１のＮＣとサーボアンプの部分を詳細に示し
た図である。

【図３】位置指令値と位置フィードバックデータの関係
を示した図である。

【図４】図１のフェースドライバとワークの部分を詳細
に示した図である。

【図５】本発明の第２の実施例の構成図を説明した図で
ある。

【図６】図５のＮＣとサーボアンプの部分を詳細に示し
た図である。

【図７】本発明の第３の実施例を説明した図である。

【図８】トルク量と指令値の関係およびトルク量の判定
方法を示した図である。

【図９】本発明の第４の実施例を説明した図である。

【図１０】従来の装置の構成図を示した図である。

【図１１】図１０のＮＣとサーボアンプの部分を詳細に
示した図である。

【図１２】変位が機械やワークに歪を発生させる事を示
した図である。

【符号の説明】

１刃物台２切削工具３Ｘ軸用ボールネジ４Ｘ軸サーボモータ５加工ワーク６Ｘ軸位置検出器７Ｘ軸誤差カウンター８Ｘ軸Ｄ／Ａコンバータ９Ｘ軸パワーアンプ１０機械の変位１１チャック１２主軸台１３Ｚ軸ボールネジ１４Ｚ軸サーボモータ１５トルク制限手段１６Ｚ軸位置検出器１７Ｚ軸誤差カウンター１８Ｚ軸Ｄ／Ａコンバータ１９Ｚ軸パワーアンプ２１チャック２２主軸台２３Ｚ軸ボールネジ２４Ｚ軸サーボモータ２５トルク制限手段２６Ｚ軸位置検出器２７Ｚ軸誤差カウンター２８Ｚ軸Ｄ／Ａコンバータ２９Ｚ軸パワーアンプ３０数値制御装置（ＣＮＣ）３１Ｚ軸サーボアンプ３２Ｚ軸サーボアンプ３３フェイスドライバー３４フェイスドライバー４０位置検出器のデータ４１押し付け完了判定手段４２Ｚ軸指令値４３パラメータ４４トルク制限量５０位置検出器のデータ５１押し付け完了判定手段５２Ｚ軸指令値５３パラメータ５４トルク制限量５５切削加工可能領域５６Ｚ軸Ａ／Ｄコンバータ５７トルク量判定手段５８押し付け制御手段５９Ｚ軸Ａ／Ｄコンバータ６０トルク量判定手段６１押し付け制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｄ 17/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向したワーク保持手段を有し、このワ
ーク保持手段によりワークを保持して前記ワークを加工
する工作機械の制御装置において、前記ワーク保持手段
のワークへの押し付けが完了したか否か判定する押し付
け完了判定手段と、前記ワーク保持手段をワークへ押し
付けるトルク量を決定するトルク量決定手段と、前記ト
ルク量決定手段で決定されたトルク量により、前記ワー
ク保持手段をワークへ押し付けるトルク量を制御するト
ルク量制御手段とを備えたことを特徴とする工作機械の
制御装置。
【請求項２】対向したワーク保持手段を有し、このワ
ーク保持手段により保持された前記ワークを加工する工
作機械の制御装置において、前記ワーク保持手段の少な
くとも一方を駆動する駆動手段のトルク量をアナログ値
からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ
／Ｄ変換手段から出力されたトルク量を判定するトルク
量判定手段と、前記ワーク保持手段をワークへ押し付け
るトルク量を制御する押し付け制御手段とを備えたこと
を特徴とする工作機械の制御装置。