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JP2858319B2 - 多軸同期駆動装置及び歯車加工装置 - Google Patents

多軸同期駆動装置及び歯車加工装置

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JP2858319B2
JP2858319B2 JP1067075A JP6707589A JP2858319B2 JP 2858319 B2 JP2858319 B2 JP 2858319B2 JP 1067075 A JP1067075 A JP 1067075A JP 6707589 A JP6707589 A JP 6707589A JP 2858319 B2 JP2858319 B2 JP 2858319B2
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speed
pulse
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driving
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幹夫 長谷川
健 白石
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複数の軸をそれぞれ任意の速度で同期して
駆動する多軸同期駆動装置とそれを用いたギアシェービ
ング装置等の歯車加工装置に関するものである。
従来の技術 例えば、従来のギアシェービング装置においては、第
５図に示すように、カッター歯車31と被加工歯車32の歯
数比に一致する歯数比の一対のマスター歯車33、34を噛
み合わせ、これら一対のマスター歯車、33、34をそれぞ
れ固定した軸35、36に前記カッター歯車31と被加工歯車
32を取付け、カッター歯車31を取付けた軸35をモータ37
にて駆動するように構成し、カッター歯車31と被加工歯
車32をその周速が一致するように同期回転させていた。
又、カッター歯車31による被加工歯車32の削り込み
は、マスター歯車33と34の噛み合わせによって、加工時
に前記軸35と36の弾性ねじり変形を与えるようにし、そ
の弾性復元力にてカッター歯車31を所定の削り込み量と
なる位置まで付勢することによって行っていた。
また、上記ギアシェービング装置を含めて一般に、複
製の軸を一定の速比で同期させて回転駆動する装置とし
て、第６図に示すように、各々の軸を駆動するモータ4
1、42を設けるとともに、各モータ41、42にエンコーダ4
3、44を取付け、NC装置45によって各モータ41、42がそ
れぞれ設定された速度で正確に回転するようにフィード
バック制御するようにした同期駆動装置も知られてい
る。又、この同期駆動装置を用いたキアシェービング装
置も提案されている。
発明が解決しようとする課題 ところが、上記マスター歯車を用いた機械的な同期方
式では、マスター歯車の組み合わせが限定されるため、
任意の歯数の被加工歯車をシェービング加工することが
できず、また削り込み量が固定的でありかつ加工時間を
最短化できるように削り込み速度を制御することもでき
ないという問題があった。
また、NC装置により各軸の回転速度を制御するものに
おいては、軸の速比は任意に設定することができるが、
速比をデジタル演算して制御値を設定するので、速比が
例えば3:1のように割り切れない場合には、制御値に端
数が発生するため、位置ずれが生ずるのを避けられない
という問題があり、ギアシェービングの場合、歯車の歯
数は素数や奇数であることが多いため、カッター歯車に
対して速比が割り切れない場合が多く、高精度のシェー
ビング加工が困難であるという問題があった。また、加
工時間を最短にするには消り込み速度を被加工歯車の径
に応じて設定する必要があるが、被加工歯車の径が変化
した時にはNC装置に対して経験に基づいて手動にて削り
込み速度を設定し直しているため、手間が掛かり、加工
能率が低下する等の問題もあった。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、複数の軸を任意の
速比で正確に同期して駆動できる多軸同期駆動装置、及
びそれを用いた高精度の加工が可能で、また加工時間の
最短化を簡単に図ることができる歯車加工装置の提供を
目的とする。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、本発明の多軸同期駆動装置
は、同期して駆動すべき複数の軸をそれぞれ駆動するモ
ータと、各モータに取付けられその回転位置を検出する
エンコーダと、各モータをそれぞれ駆動制御するととも
にエンコーダの検出信号がフィードバック信号として入
力された複数のPLL（Phase Locked Loop）制御手段と、
共通の基準パルス発振器と、この基準パルス発振器から
出力されたパルス信号を駆動制御すべき各軸の回転速度
比に対応した倍率比で逓倍して速度指令パルス信号とし
て各PLL制御手段に入力する複数の逓倍回路とを備え、
定速同期駆動状態からの変速時の制御手段として、変化
する指令速度に対応する周波数のパルス信号を出力する
電圧−周波数変換器が設けられ、この電圧−周波数変換
器の出力信号をスイッチング手段を介して各PLL制御手
段に入力するように構成したものである。
尚、基準パルス発生手段を内蔵したPLL制御手段は低
速安定性を要求される場合の制御方式として周知のもの
である。
又、本発明の歯車加工装置は、カッター歯車駆動用と
被加工歯車駆動用の一対のモータを設け、これらモータ
をそれぞれ駆動制御するPLL制御手段の少なくとも一方
に、加工時の削り込み量に応じて、入力される速度指令
パルス信号からパルスを抜き取るパルス抜き手段を設け
たことを特徴とする。
又、前記パルス抜き手段は、好適には単位時間当たり
に抜き取るパルス数を、加工時のカッター歯車の回転速
度の基準回転速度に対する比に比例して設定するように
構成される。
作用 本発明によると、共通の基準パルス発振器からのパル
ス信号を各軸の回転速度に比例した倍率で逓倍すること
によって得た速度指令パルス信号をPLL制御手段に入力
し、このPLL制御手段にて各軸を駆動するモータをフィ
ードバック制御するので、各軸を任意の速比で同期して
駆動することができ、またNC装置の場合のように制御値
に端数を生じないため位置ずれを生ずる恐れはなく、か
つ高精度の回転制御が可能なPLL制御を行っているの
で、高精度の同期駆動が可能となる。また、基準パルス
発振器からのパルス信号を逓倍して所定の周波数領域の
速度指令パルス信号を得ているので、基準パルス発振器
は例えば数100KHz程度の出力周波数の低いもので良く、
分周する場合のように例えば数GHzというような高い周
波数の出力パルスを必要としないので、低コストで構成
することができる。
また、基準パルス発振器はリニアに出力パルスを変化
させることができないため、起動、停止等の変速時には
別の駆動制御が必要であり、その間の制御の切換が困難
であるが、電圧−周波数変換器を用いてスイッチング手
段を介してPLL制御手段に速度指令信号を入力するよう
にすることによって定速同期駆動と変速時の駆動との切
換を簡単な構成で円滑に行うことができる。
又、上記多軸同期駆動装置を歯車加工装置のカッター
歯車と被加工歯車の同期駆動に適用することによって高
精度の歯車加工ができるとともに、パルス抜き手段にて
加工時の削り込み量を任意に設定できるので、最適の削
り込み量を任意に設定することができる。
さらに、単位時間当たりに抜き取るパルス数が加工時
の回転速度の所定の基準回転速度に対する比に比例して
設定されるようにすることにより、加工時間を最短化す
るために両モータの回転速度を何れかのモータが最大回
転速度となるように設定すると、その時の加工部の周速
度に応じた削り込み速度が自動設定され、加工時間を最
短にする削り込み速度に自動設定でき、歯車加工の加工
時間の最短化を簡単に図ることができる。
実 施 例 以下、本発明をギアシェービング装置に適用した一実
施例を第１図〜第４図を参照しながら説明する。
第１図〜第３図において、１はカッター歯車Ｃを駆動
するモータ、２は被加工歯車Ｗを駆動するモータであ
る。モータ１は固定台21に設置され、モータ２は固定台
21に対して遠近移動可能な可動台22に設置されている。
モータ１、２にはそれぞれ回転を検出するエンコーダ
３、４が取付けられている。各モータ１、２はそれぞれ
PLL制御手段７、８にて駆動制御されるドライバ回路
５、６にて駆動される。PLL制御手段７、８にはエンコ
ーダ３、４から出力された検出信号が入力されている。
PLL装置手段７、８は、所定の基準パルス信号の周波
数及び位相と、エンコーダ３、４からの検出信号の周波
数及び位相が常に一致するようにそれらの位相差を検出
してフィードバック制御するように構成されている。そ
の構成は概ね回転指令パルスとエンコーダ３、４から出
力されたフィードバックパルス信号処理回路を介してPL
L制御回路に入力し、その出力信号をD/A変換器にてアナ
ログ信号に変換し、それをPIDアンプにて増幅し、さら
にF/V変換器からの信号を加算して制御の安定性を図っ
た後、アンプで増幅してモータ１、２に対する電流指令
信号として出力するように構成されているが、周知の手
段であるので詳細な構成の説明は省略する。
また、PLL制御手段７、８には、被加工歯車Ｗを加工
する際のカッター歯車Ｃの送り量（カッター歯車による
削り込み量）に応じて、制御部13からの指令に基づいて
速度パルス信号から所望数のパルスを抜き取るパルス抜
き回路7a、8aが付設されている。さらに、これらパルス
抜き回路7a、8aでは、制御部13からの指令により、単位
時間当たりに抜き取るパルス数が、加工時のカッター歯
車Ｃの回転速度の基準回転速度に対する比に比例するよ
うに構成されている。即ち、単位時間当たりの抜き取り
パルス数をＮ、総削り込み量をＡ、その削り込み量の加
工に必要な標準的な加工時間をｔ、単位削り込み量当た
りのパルス数をｎ、カッター歯車Ｃの標準的な加工時の
回転速度である基準回転速度をＳ、加工時のカッター歯
車Ｃの回転速度をＸとすると、 Ｎ＝（Ａ・n/t）×（X/S） で与えられるパルス抜き速度Ｎでパルス抜きを行うよう
に構成されている。
９、10は、各PLL制御手段７、８に対してスイッチン
グ手段11を介してそれぞれの基準パルス信号を出力する
逓倍回路であり、これら逓倍回路９、10には基準パルス
発振器12からの出力パルスが入力されている。逓媒回路
９、10の倍率Ｘ、Ｙはそれぞれ任意に設定可能に構成さ
れている。また、基準パルス発振器12は、制御部13から
の指令信号により指令されたある一定の周波数の基準パ
ルスを出力するように構成されている。
14は電圧−周波数変換器であり、その２つの出力信号
はそれぞれスイッチング手段11を介してPLL制御手段
７、８に入力されている。
15、16はモータ１、２のそれぞれの回転位相を検出す
るカウンタであり、インターフェイス17を介して制御部
13に入力されている。
次に、動作を説明する。
被加工歯車Ｗを加工する際には、第２図に示すよう
に、可動台22を固定台21から離間移動させた状態でモー
タ２にて駆動されるスピンドルに被加工歯車Ｗを装着
し、次いでモータ２を少し回転させてカッター歯車Ｃと
被加工歯車Ｗの歯の位相を合わせた後、カウンタ15、16
をリセットして原点位置を決める。次に、モータ１、２
を後述の如く起動し、それぞれの回転数を所定の回転数
まで上昇させ後、PLL制御手段PLL制御手段７、８による
定速同期駆動状態に移行する。モータ１、２が定速同期
駆動状態になると、第３図に示すように、可動台22を固
定台21側に移動させ、カッター歯車Ｃと被加工歯車Ｗの
軸心間距離を所定値に設定する。このとき、両歯車の位
相が合わされているので、互いに干渉することなく適正
な噛み合い状態となり、加工が開始される。
上記定速同期駆動状態においては、基準パルス発振器
12から出力された例えば数100KHzの周波数の基準パルス
が逓倍回路９、10にて、カッター歯車Ｃと被加工歯車Ｗ
の周速が一致するように、それぞれの歯数に逆比例した
倍率Ｘ、Ｙで逓倍される。さらに、加工時間を最短化す
るために、カッター歯車Ｃを駆動するモータ１と被加工
歯車Ｗを駆動するモータ２のいずれかが最大回転速度と
なるように、基準パルスの周波数または逓倍率が設定さ
れる。
逓倍回路９、10で逓倍された速度指令パルス信号は、
PLL制御手段７、８に基準パルスとして入力され、この
基準パルス信号に対してエンコーダ３、４の検出信号が
同期するようにモータ１、２が駆動制御され、カッター
歯車Ｃ及び被加工歯車Ｗは所定の回転速度で同期回転す
る。
一方、モータ１、２の回転位相はカウンタ15、16にて
検出されて制御部13に入力されており、これらモータ１
と２の回転位相を所定量づつ漸次ずらせてカッター歯車
Ｃにて被加工歯車Ｗを削り込むため、制御部13からパル
ス抜き回路7a、8aに信号が出力され、PLL制御手段７、
８に入力されるパルス信号が抜き取られる。かくして、
モータ１、２の回転位相をシフトさせた基準パルスがPL
L制御手段７、８に入力されるので、カッター歯車Ｃと
被加工歯車Ｗが所定回転角度シフトした状態で同期して
回転するように駆動され、カッター歯車Ｃが被加工歯車
Ｗの歯面に所定の圧力で当接した状態で同一の周速で回
転し、これによってシェービング加工が行われ、さらに
その回転位相のシフト量（削り込み量）が所定量となる
まで漸次シフト量が増加される。
又、このパルス抜きの速度、即ち単位時間当たりの抜
き取りパルス数を上記の如くカッター歯車Ｃの回転速度
に対応して自動的に設定されるようにすることによっ
て、上記のようにモータ１、２のいずれかが最大速度と
なるように回転速度を設定するだけで、その時に最適の
削り込み速度が自動的に設定され、加工時間の最短化を
容易に実現できる。即ち、モータ１、２の許す範囲で加
工部の周速度を大きくすればする程、相乗的に速く加工
でき、それだけ削り込み速度を速くすることができ、短
時間で加工を完了することができるのである。又、周速
度が大きいと、カッター歯車Ｃの摩損も少なくて済むと
いう利点もある。
所定量の削り込みが終わり、被加工歯車Ｗの加工が終
了すると、再び第２図に示すように可動台22を離間移動
させ、加工済の被加工歯車Ｗを取り出し未加工の被加工
歯車Ｗを装着する。以上の動作を繰り返すことにより、
順次歯車を加工することができる。
次に上記起動、停止等の変速時の駆動制御を説明す
る。起動時には、スイッチング手段11を逓倍回路９、10
側から電圧−周波数変換器14側に切換え、制御部13から
所望の速度ダイヤグラムに基づく各時点での指令速度に
応じた電圧信号を電圧−周波数変換器14に入力する。電
圧−周波数変換器14からは、第４図に示すように、刻々
変化する指令速度に対応した周波数のパルス信号が出力
され、基準パルス信号としてPLL制御手段７、８に入力
され、各モータ１、２が指令速度に対応した速度で回転
するように駆動制御される。所定の回転数の極く近傍に
達して安定すると、スイッチング手段11を逓倍回路９、
10側に切り換えて上記定速同期駆動制御に入る。
逆に停止時には、電圧−周波数変換器14の出力パルス
信号を逓倍回路９、10からの出力パルス数に対応させた
後、スイッチング手段11を切換え、その後電圧−周波数
変換器14の出力パルスの周波数を速度ダイヤグラムに応
じて徐々に低下させてゆくことによって停止させる。そ
の他の変速についても同様である。
本発明の多軸同期駆動装置は上記実施例のギアシェー
ビング装置に限らず、２軸以上の任意の軸を同期して駆
動する装置に適用できる。
発明の効果 本発明の多軸同期駆動装置によれば、以上の説明から
明らかなように、共通の基準パルス発振器からのパルス
信号を各軸の回転速度に比例した倍率で逓倍することに
よって得た速度指令パルス信号をPLL制御手段に入力
し、このPIL制御手段にて各軸を駆動するモータをフィ
ードバック制御するようにしているので、各軸を任意の
速比で同期して駆動することができ、またNC装置の場合
のように制御値に端数を生じないため位置ずれを生ずる
恐れはなく、かつ高精度の回転制御が可能なPLL制御を
行っているので、高精度の同期駆動が可能となり、ま
た、基準パルス発振器からのパルス信号を逓倍して所定
の周波数領域の速度指令パルス信号を得ているので、基
準パルス発振器は出力周波数の低いものでよく、低コス
トで構成することができるという効果が得られる。
さらに、変速時に電圧−周波数変換器を用いてスイッ
チング手段を介してPLL制御手段に速度指令信号を入力
するようにしているため、定速同期駆動と変速時の駆動
との切換を簡単な構成で円滑に行うことができる。
又、本発明の歯車加工装置によると、上記多軸同期駆
動装置を歯車加工装置のカッター歯車と被加工歯車の同
期駆動に適用したことによって高精度の歯車加工ができ
るとともに、パルス抜き手段にて加工時の削り込み量を
任意に設定できるので、最適の削り込み量を任意に設定
することができる。
さらに、単位時間当たりに抜き取るパルス数を加工時
の回転速度の所定の基準回転速度に対する比に比例して
設定したことにより、加工時間を最短化するために何れ
かのモータが最大回転速度となるように両モータの回転
速度を設定すると、その時の加工部の周速度に応じた削
り込み速度が自動設定され、加工時間を最短にする削り
込み速度に自動設定でき、歯車加工の加工時間の最短化
を簡単に図ることができる等、大なる効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は同
期駆動装置のブロック図、第２図、第３図は被加工歯車
の加工時の動作説明図、第４図は起動、定速同期駆動、
停止動作においてPLL制御手段に入力するパルス信号の
周波数のダイヤグラム、第５図、第６図は従来例の説明
図である。 １、２……モータ、３、４……エンコーダ、７、８……
PLL制御手段、7a、8a……パルス抜き回路、９、10……
逓倍回路、11……スイッチング手段、12……基準パルス
発振器、13……制御部、14……電圧−周波数変換器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23Q 5/04 - 5/10 B23F 5/00,19/06 H02P 5/46,7/67

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】同期して駆動すべき複数の軸をそれぞれ駆
    動するモータと、各モータに取付けられその回転位置を
    検出するエンコーダと、各モータをそれぞれ駆動制御す
    るとともに前期エンコーダの検出信号がフィードバック
    信号として入力された複数のPLL制御手段と、共通の基
    準パルス発振器と、この基準パルス発振器から出力され
    たパルス信号を駆動制御すべき各軸の回転速度比に対応
    した倍率比で逓倍して速度指令パルス信号として各PLL
    制御手段に入力する複数の逓倍回路とを備えた多軸同期
    駆動装置において、変化する指令速度に対応する周波数
    のパルス信号を出力する電圧−周波数変換器を設け、こ
    の電圧−周波数変換器の出力信号をスイッチング手段を
    介して前記各PLL制御手段に入力したことを特徴とする
    多軸同期駆動装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の多軸同期駆動装置を用いた
    歯車加工装置であって、カッター歯車駆動用と被加工歯
    車駆動用の一対のモータを設け、これらモータをそれぞ
    れ駆動制御するPLL制御手段の少なくとも一方に、加工
    時の削り込み量に応じて、入力される速度指令パルス信
    号からパルスを抜き取るパルス抜き手段を設けたことを
    特徴とする歯車加工装置。
  3. 【請求項３】パルス抜き手段は、単位時間当たりに抜き
    取るパルス数を、加工時のカッター歯車の回転速度の基
    準回転速度に対する比に比例して設定するように構成さ
    れていることを特徴とする請求項２記載の歯車加工装
    置。
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