JPH05173617A

JPH05173617A - 工作機械の制御装置

Info

Publication number: JPH05173617A
Application number: JP34308591A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Hayashida; 隆洋林田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1991-12-25
Publication date: 1993-07-13
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JP2866517B2

Abstract

(57)【要約】【目的】同期タップ時においてギヤ選定に関わらずＺ
軸サーボと同等の速度応答を実現し、タップ加工精度の
向上やタップ加工サイクルタイムの短縮化を図る。【構成】ＮＣ１と主軸電動機３／Ｚ軸電動機３ａとを
備え、速度指令或いは位置指令に追従して主軸の速度或
いは位置を制御する工作機械の制御装置において、工作
機械が主軸と他軸との位置同期運転機能を有するとき、
ＮＣ１を他軸と位置同期をとる位置同期運転時のみ、加
速度フィードフォワードゲイン回路１６により加速度フ
ィードフォワード制御を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、位置同期機能を有す
る工作機械の主軸を制御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】工作機械において、主軸と他軸との位置
同期を行う代表的な機能としては、同期タップ機能があ
る。以下、この同期タップ機能を例にとって説明する。
図７，図８は、従来の同期タップ機能を有する工作機械
の主軸駆動装置及びＺ軸サーボ駆動装置を示す説明図で
あり、図７は要部構成図、図８は駆動装置の制御系を示
すブロック図である。図において、一点鎖線はＳ／Ｗに
よるデジタル値を示している。

【０００３】図７において、１は速度指令ωｒｓ＊及び
位置指令θｒｓ＊，θｒｚ＊を出力する数値制御装置
（以下、ＮＣという）、２，２ａはＮＣ１に接続された
主軸駆動装置及びＺ軸サーボ駆動装置、３，３ａは主軸
駆動装置２に接続された主軸電動機及びＺ軸サーボ駆動
装置２ａに接続されたＺ軸電動機、４，４ａは主軸電動
機３の回転軸に直結して取り付けられ、例えば、２５６
波／１回転の出力を発生する主軸位置検出器、及びＺ軸
電動機３ａの回転軸に直結して取り付けられ、例えば、
２５００パルス／１回転の出力を発生するＺ軸位置検出
器である。

【０００４】また、２７，２７ａは主軸位置検出器４の
出力信号を入力して位置検出信号θｒｓを発生すること
が可能な主軸位置検出回路、及びＺ軸位置検出器４ａの
出力信号を入力して位置検出信号θｒｚを発生すること
が可能なＺ軸位置検出回路、５は主軸電動機３により、
その回転軸を駆動され、且つ、Ｚ軸電動機３ａにより、
その上下軸（Ｚ軸）を制御される工作機械の主軸、５ａ
は主軸５を上下にスライドさせるＺ軸テーブル、６，６
ａは主軸電動機３と主軸５とを連結する主軸ギア及びＺ
軸電動機３ａとＺ軸テーブル５ａとを連結するＺ軸ギ
ア、７はタップ加工を行うためのツール（タッパー）、
８は位置検出信号θｒｓ及び位置検出信号θｒｚを入力
し、微分して速度検出信号ωｒｓ及びωｒｚを出力する
微分器である。

【０００５】図８において、９，９ａは位置指令θｒｓ
＊，θｒｚ＊と位置検出信号θｒｓ，θｒｚとを比較し
て位置偏差信号Δθｒｓ，Δθｒｚを出力する比較器、
１０，１０ａは比較器９，９ａに接続され位置偏差信号
Δθｒｓ，Δθｒｚを増幅する位置ループゲイン回路、
１１は速度指令ωｒｓ＊が入力される接点ａと位置ルー
プゲイン回路１０の出力が入力される接点ｂを有し、主
軸５の回転速度を制御する速度制御モード時は接点ａ
に、主軸５の回転位置を制御する位置制御モード時は接
点ｂに切り換えるモード切換スイッチである。

【０００６】また、１２はモード切換スイッチ１１の出
力ωｒｓ＊と速度検出信号ωｒｓを比較して速度偏差信
号Δωｒｓを出力する比較器、１２ａは位置ループゲイ
ン回路１０ａの出力ωｒｚ＊と速度検出信号ωｒｚを比
較して速度偏差信号Δωｒｚを出力する比較器、１３，
１３ａは速度偏差信号Δωｒｓ，Δωｒｚをゲインによ
り増幅し、電流指令Ｉｓ’＊，Ｉｚ’＊を出力する速度
ループゲイン回路、１４，１４ａは速度ループゲイン回
路１３，１３ａの出力Ｉｓ’＊，Ｉｚ’＊をモータの出
力特性に見合った電流値に制限して電流指令Ｉｓ＊，Ｉ
ｚ＊を出力する電流制限回路、１５，１５ａは電流制限
回路１４，１４ａの出力Ｉｓ＊，Ｉｚ＊を電動機３，３
ａに供給する電力変換回路である。

【０００７】従来における同期タップ機能を有する工作
機械の主軸駆動装置及びＺ軸サーボ駆動装置は上記の如
く構成され、次のように動作する。まず、同期タップを
行わない通常の主軸運転モードの場合、主軸駆動装置の
有するモード切換スイッチ１１は接点ａに設定される。
ＮＣ１から主軸５の目標回転数に見合った速度指令ωｒ
ｓ＊が出力され、主軸駆動装置２は主軸電動機３の速度
ωｒｓを速度指令ωｒｓ＊に追従させるための制御を行
う。即ち、速度指令ωｒｓ＊と速度検出信号ωｒｓは比
較器１２で比較され、比較器１２から速度偏差信号Δω
ｒｓが出力され、速度ループゲイン回路１３で増幅さ
れ、電流指令Ｉｓ’＊を出力し、電流変換回路１５で主
軸電動機３を駆動する電力に変換される。それにより、
主軸電動機３は速度指令ωｒｓ＊に追従するように制御
される。

【０００８】また、通常の主軸運転モードの場合、Ｚ軸
サーボ駆動装置２ａは主軸駆動装置２とは無関係に独自
の運転を行うことになる。この場合、ＮＣ１からは位置
指令θｒｚ＊が与えられ、位置指令θｒｚ＊と位置検出
信号θｒｚは比較器９ａで比較され、比較器９ａから位
置偏差信号Δθｒｚが出力され、位置ループゲイン回路
１０ａで増幅され、比較器１２ａに入力される。以後の
動作は上記通常の主軸運転モード時の主軸駆動装置の動
作と同様であり、Ｚ軸テーブル５ａはＺ軸電動機３ａを
介して位置指令θｒｚ＊に追従するように制御される。

【０００９】次に、主軸の回転位置とＺ軸の位置を同期
させて同期タップ運転を行う場合は、主軸駆動装置２に
与えられる指令はＮＣ１により位置指令θｒｓ＊に切り
換えられる。主軸駆動装置２は、これを検知してモード
切換スイッチ１１は接点ｂに切り換えられる。位置指令
θｒｓ＊と位置検出信号θｒｓは比較器９で比較され、
比較器９から位置偏差信号Δθｒｓが出力され、位置ル
ープゲイン回路１０で増幅され、比較器１２に入力され
る。以後の動作は、上記通常の主軸運転モードと同様で
あり、主軸５は主軸電動機３を介して位置指令θｒｓ＊
に追従するように制御される。

【００１０】また、この場合、Ｚ軸サーボ駆動装置２ａ
は上記主軸駆動装置２への位置指令θｒｓ＊と同期関係
を持ったＺ軸位置指令θｒｚ＊をＮＣ１より与えられ、
Ｚ軸テーブル５ａは上記と同様にＺ軸電動機３ａを介し
て位置指令θｒｚ＊に追従するように制御される。上記
同期タップを行う場合、通常は次に示す各要因により主
軸制御系の方がＺ軸制御系に比べて速度ループの応答が
低くなる。

【００１１】第１の要因：一般的にモータの（トルク／
イナーシャ）の値が大きい程、速度ループの応答は上が
ることになるが、同期電動機を使用するＺ軸電動機の方
が誘導電動機を使用する主軸電動機に比べて上記値が大
幅に大きく、モータ単体において応答の差が存在する
（通常モータ単体では、Ｚ軸が主軸の約５〜１０倍の応
答を有する）。

【００１２】第２の要因：モータ自身のイナーシャに対
する機械側の負荷イナーシャの比がＺ軸は約２倍以下に
抑えられるのに対して、主軸は約１〜５倍（Ｌギア：１
〜２倍，Ｍギア：２〜３倍，Ｈギア：４〜５倍）にな
り、主軸の方がＺ軸に比べて特にＭギア及びＨギアにお
いて相対的に速度ループゲインがより低下する。

【００１３】第３の要因：上記負荷イナーシャが大とな
っても、それに比例して速度ループゲインを大とすれば
応答は低下しないが、通常は主軸ギアに大きなバックラ
ッシュが存在するためにゲインを大きくしすぎると不安
定現象により振動が発生する。従って、負荷イナーシャ
が大となっても速度ループゲインは上げられない。

【００１４】この主軸制御系とＺ軸制御系の速度ループ
応答の差が、特に過渡状態である加減速時における両者
の位置誤差につながり、同期タップのネジ切り精度に影
響を与えることになる。従来にあっては、上記の通り、
Ｈギアでは特に両差の位置誤差が大きくなり、タップ精
度上問題があったため、通常は比較的負荷イナーシャの
小さくなるＬギア及びＭギアにてのみ同期タップを行っ
ている。

【００１５】上記の他に、この発明に関連する参考技術
文献として特開昭６２−２２８３２３号公報に開示され
た「スピンドル制御装置」、特開平２−８５９０２号公
報に開示された「フィードフォワード制御装置」、特開
平３−１４２１３１号公報に開示された「同期送り装
置」がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の同
期タップ機能を有する工作機械の主軸駆動装置では、通
常の主軸運転モードと同期タップモードにて速度ループ
制御は同一方式をとっており、また、同期タップモード
にてはＺ軸駆動装置とも同一の位置ループ制御を行って
いる。ここで、主軸とＺ軸との位置同期をとる必要のな
い通常の主軸運転モードでは両者の速度応答の差は問題
とならないが、既述の通り位置同期をとる必要のある同
期タップモードでは両者の速度の応答の差がタップネジ
切り精度に影響を与えることになる。そこで、精度を向
上させるために加減速の変速率を低減する目的でタップ
時定数を長くすると、今度はサイクルタイムが長くなり
生産性に影響を及ぼすという問題点があった。

【００１７】また、従来は、既述の通り主軸とＺ軸との
速度応答の差を極力小さくする目的で、同期タップはＨ
ギヤでは行わずＬギヤ及びＭギヤで行い精度を向上させ
ているが、それでもまだＺ軸に対する応答の遅れは存在
し、さらにＬギヤ及びＭギヤではＨギヤと比べて主軸の
最高速度が低くなるため高速なタップサイクルが行え
ず、サイクルタイムが長くなるという問題点があった。

【００１８】この発明は、上記の問題点を解決するため
になされたもので、同期タップ時においてギヤ選定に関
わらずＺ軸サーボと同等の速度応答を実現し、タップ加
工精度の向上やタップ加工サイクルタイムの短縮化が期
待できるようにした同期タップ機能を有する工作機械の
制御装置を得ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る同期タッ
プ機能を有する工作機械の制御（主軸駆動）装置は、主
軸の位置制御時にのみ加速度フィードフォワード制御を
行うようにすると共に、その加速度フィードフォワード
ゲインを機械のギヤ段ごとに設定可能としたものであ
る。

【００２０】

【作用】この発明においては、位置同期制御時に、主軸
駆動装置のみ加速度フィードフォワード制御を行うよう
にしたため、同期タップ時にＺ軸と比較して速度応答が
遅れることなく、また、上記加速度フィードフォワード
ゲインを機械のギヤ段ごとに設定可能としたため、条件
の異なる各ギヤ段にて最適なゲイン値とすることがで
き、安定で、且つ、応答の良い位置制御が可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、この発明を図について説明する。図１
〜図６は、この発明の実施例を示す図で、図１，図２は
主軸駆動装置の構成を示すブロック図、図３，図４はモ
ード切り換え動作を示す説明図、図５，図６は従来との
主軸−Ｚ軸位置誤差波形を示す比較図であり、従来装置
と同様の部分は同一符号で示す。なお、図７は、この発
明の実施例にも共用する。

【００２２】図１において、１６は加速度フィードフォ
ワードゲイン回路、１７は比較器である。次に、この実
施例の動作を説明する。まず、主軸を同期タップを行わ
ない通常の運転モードで回転させる場合、モード切換ス
イッチ１１は接点ａ側にセットされ、実質的には図８に
示したものと同様の動作を行う。

【００２３】次に、Ｚ軸と位置同期をとり同期タップを
行う場合、モード切換スイッチ１１は接点ｂ側へ切り換
えられる。これにより、位置制御、即ち同期タップ時に
おいては、位置ループゲイン回路の出力である速度指令
ωｒｓ＊を一旦微分して加速度フィードフォワードゲイ
ンＫｆを乗算した後、電流指令Ｉｓｆ’＊として比較器
１７に入力し加算する。以下の動作は既述の通りであ
る。この加速度フィードフォワード制御を追加すること
によって、一定速度で回転中には従来通りで、加減速時
のみフィードフォワードを作用させることが可能とな
る。これは、加速度フィードフォワードゲインＫｆの前
に微分を通すので、一定速度のときは電流指令Ｉｓｆ’
＊の値がゼロとなるためである。

【００２４】次に、図３により、通常運転モードから同
期タップモードに切り換えたときの動作について説明す
る。図中、１９は主軸５の速度、２０は同期タップモー
ド期間、２１は原点復帰完了期間、２２はモード切換ス
イッチ１１の接点設定期間、２３は加速度フィードフォ
ワードゲイン回路１６の出力Ｉｓｆ’＊の値を示す。

【００２５】図３（ア），（イ）に示すように、通常運
転モードで回転中に、時刻ｔ１で同期タップを選択する
信号がＮＣ１から主軸駆動装置２に入力されると、主軸
駆動装置２は速度制御モードから位置制御モードへ切り
換えるために、まず、図３（ウ）に示す原点復帰動作を
行う。この原点復帰動作が完了する（時刻ｔ２）以前に
おいては、図３（エ）に示すように、モード切換スイッ
チ１１は接点ａに設定されている。時刻ｔ２で原点復帰
動作が完了すると、モード切換スイッチ１１は接点ｂに
切り換えられ、時刻ｔ３で同期タップモードが解除され
るまで同状態を持続し、この区間にて加速度フィードフ
ォワード制御が行われる。この場合、図３（オ）に示す
ように加速度フィードフォワードによる電流補正値Ｉｓ
ｆ’＊は主軸の加減速時のみ一定値が加算されることに
なる。

【００２６】次に、図５により、この実施例の動作を説
明する。図５（ａ）は従来を、図５（ｂ）はこの実施例
を示す。図中、１９は同期タップ時の主軸速度、２６は
主軸とＺ軸との相対位置誤差を示す。この相対位置誤差
はゼロであることが理想であり、値が大となる程同期タ
ップ加工精度が悪化することになる。

【００２７】図５（ａ）において、同期タップを行う場
合、既述の通り通常は主軸制御系のほうがＺ軸制御系と
比較して速度ループの応答が、負荷ＧＤ２が大、モータ
慣性が大等の要因により低くなる傾向があるため、位置
ループゲインを同一としても速度ループの応答差から、
図５（イ）に示すように、特に、速度変化時において主
軸の応答が劣るための大きな相対位置誤差が発生する。

【００２８】これに対して、この発明においては、同期
タップ時のしかも速度変化時のみに主軸制御系にフィー
ドフォワード制御を追加したので、図５（ｂ）に示すよ
うに、従来問題となっていた速度変化時の発生誤差を大
幅に低減できる。ここで、この加速度フィードフォワー
ドゲイン値の決め方については、図１におけるＩｓ’＊
とＩｓｆ’＊を加算した値（＝Ｉｓ＊）が電流制限回路
１４の電流制限値の約８０％以下になるように設定すれ
ば問題ない。

【００２９】ここで、この実施例と上記特開平２−８５
９０２号公報に開示されている「フィードフォワード制
御装置」との差異について説明する。第１に、上記「フ
ィードフォワード制御装置」においては、加速度フィー
ドフォワードは位置指令信号を２回微分（Ｓ²）して加
速度フィードフォワードゲインを乗算後、電流指令に加
算する方法を採用している。これに対して、この実施例
にあっては位置指令信号ではなく速度指令信号を１回微
分（Ｓ）して加速度フィードフォワードゲインを乗算
後、電流指令に加算している。

【００３０】従って、上記「フィードフォワード制御装
置」では負荷変動などにより位置検出信号が変動して
も、それとは無関係に位置指令信号のみで決定される加
速度フィードフォワードが作用する。即ち、例えば同期
タップ時にタップ切削負荷による速度変動が発生したと
しても、速度変動分の加速度フィードフォワードは作用
しない。これに対してこの実施例は位置指令信号と位置
検出信号との誤差から演算した速度指令信号の変化を加
速度フィードフォワードとして作用させるので、加減速
時だけでなく上記タップ切削負荷による速度変動発生時
においても加速度フィードフォワードが作用し、より精
度の良いタップネジ切りが可能となる。

【００３１】第２に、上記「フィードフォワード制御装
置」では、加速度フィードフォワードをモータの回転位
置を制御するサーボ制御装置に適用することを提示して
いるが、特に実機械に対する応用例は示されていない。
この実施例は、上記「フィードフォワード制御装置」に
前記第１の特徴の特異性を持たせた上で、実機械に応用
する例を示したものである。しかも、この実施例では主
軸と他軸が存在する機械において、他軸には加速度フィ
ードフォワードを適用せず主軸にのみ適用することを特
徴としている。これは、もし他軸の方にも適用すると他
軸の応答が従来よりもさらに上がってしまうので、主軸
の応答を加速度フィードフォワードによって上げても、
両者の相対位置誤差は小さくならないからである。

【００３２】第３に、上記「フィードフォワード制御装
置」にて提示された加速度フィードフォワード制御は、
加減速時の応答を向上させる目的のものであり、例え
ば、Ｚ軸のように、通常、ＮＣからある決められた速度
変化の時定数（スムージング時定数）に基づいた位置指
令信号に従って動作するものについては、既に実用化さ
れている。

【００３３】しかし、主軸のように通常は速度制御で動
作するものに対して加速度フィードフォワード制御を適
用すると、ＮＣから与えられる主軸の速度指令は、通
常、時定数のないステップ状に変化するため、加速度フ
ィードフォワードが変速の一瞬しか作用せず、しかも速
度指令の変化量によってフィードフォワード量が大幅に
変化し、速度応答向上の持続性がない、或いはかえって
振動を起こし易い等の不具合が発生する。

【００３４】そこで、この実施例では、主軸の通常の速
度制御時には加速度フィードフォワードを適用せず、あ
る決められた速度変化の時定数（スムージング時定数）
に基づいた位置指令信号に従って動作する位置制御時に
のみ加速度フィードフォワードを適用するようにしたこ
とを特徴としている。

【００３５】次に、この発明に係る他の実施例について
説明する。図２における１６ａはＬギヤ加速度フィード
フォワードゲイン回路、１６ｂはＭギヤ時加速度フィー
ドフォワードゲイン回路、１６ｃはＨギヤ時加速度フィ
ードフォワードゲイン回路、１７は比較器、１８はＮＣ
１より出力されるギヤ選択信号ＧＣＨ＊の内容に従って
Ｌギヤ時加速度フィードフォワードゲイン回路１６ａ、
Ｍギヤ時加速度フィードフォワードゲイン回路１６ｂ、
Ｈギヤ時加速度フィードフォワードゲイン回路１６ｃの
何れか一つを選択するためのゲイン切換スイッチであ
る。

【００３６】次に、この実施例の動作を説明する。ま
ず、主軸を同期タップを行わない通常の運転モードで回
転させる場合、モード切換スイッチ１１は接点ａ側にセ
ットされ、実質的には図８に示したものと同様の動作を
行う。

【００３７】次に、Ｚ軸と位置同期をとり同期タップを
行う場合、モード切換スイッチ１１は接点ｂ側へ切り換
えられる。また、それと同時に現在の機械ギヤ設定が
Ｌ，Ｍ，Ｈの何れになっているかの情報をＮＣ１より受
信し、ゲイン切換スイッチ１８を当該設定に切り換え
る。これにより、位置制御時、即ち同期タップ時におい
ては、位置ループゲイン回路の出力である速度指令ωｒ
ｓ＊を一旦微分して加速度フィードフォワードゲインＫ
ｆＬ或いはＫｆＭ或いはＫｆＨをかけた後、電流指令Ｉ
ｓｆ’＊として比較器１７に入力し加算する。以下の動
作は既述の通りである。この加速度フィードフォワード
制御を追加することによって、機械のギヤ設定によら
ず、一定速度で回転中には従来通りで、加減速時のみフ
ィードフォワードを作用させることが可能となる。これ
は、加速度フィードフォワードゲインＫｆＬ，ＫｆＭ，
ＫｆＨの前に微分を通すので、一定速度のときは値がゼ
ロとなるためである。

【００３８】次に、図４により、通常運転モードから同
期タップモードに切り換えて、更にギヤチェンジを行っ
たときの動作について説明する。図中、１９は主軸５の
速度、２０は同期タップモード期間、２１は原点復帰完
了期間、２２はモード切換スイッチ１１の接点設定期
間、２３は加速度フィードフォワードゲイン回路１６
ａ，１６ｂ，１６ｃの出力Ｉｓｆ’＊の値、２４ａ，２
４ｂ，２４ｃは順にＬギヤ，Ｍギヤ，Ｈギヤの選択信
号、２５はゲイン切換スイッチ１８の設定を示す。

【００３９】図４（ア），（イ）に示すように、通常運
転モードで回転中に、時刻ｔ１で同期タップを選択する
信号がＮＣ１から主軸駆動装置２に入力されると、主軸
駆動装置２は速度制御モードから位置制御モードへ切り
換えるために、まず、図４（ウ）に示す原点復帰動作を
行う。この原点復帰動作が完了する（時刻ｔ２）以前に
おいては、図４（エ）に示すようにモード切換スイッチ
１１は接点ａに設定されている。時刻ｔ２で原点復帰動
作が完了すると、モード切換スイッチ１１は接点ｂに切
り換えられ、時刻ｔ３で同期タップモードが解除される
まで同状態を維持し、この期間にて加速度フィードフォ
ワード制御が行われる。

【００４０】このモード切換スイッチ１１が接点ｂに設
定されている期間において、図４（カ）に示すＬギヤが
選択されている区間（ｔ２〜ｔ４）では図４（オ），
（キ）に示すようにゲイン切換スイッチ１８は接点ｃに
設定され、加速度フィードフォワードゲインＫｆＬによ
る電流補正値Ｉｓｆ’＊が主軸の加減速時のみ一定値と
して加算されることになる。

【００４１】また、図４（カ）に示すＭギヤが選択され
ている区間（ｔ４〜ｔ５）では、図４（オ），（キ）に
示すようにゲイン切換スイッチ１８は接点ｄに設定され
加速度フィードフォワードゲインＫｆＭによる電流補正
値Ｉｓｆ’＊が主軸の加減速時のみ一定値が加算される
ことになる。

【００４２】同様に、図４（カ）に示すＨギヤが選択さ
れている区間（ｔ５〜ｔ３）では、図４（オ），（キ）
に示すようにゲイン切換スイッチ１８は接点ｅに設定さ
れ、加速度フィードフォワードゲインＫｆＨによる電流
補正値Ｉｓｆ’＊が主軸の加減速時のみ一定値として加
算されることになる。

【００４３】次に、図６により、この実施例の動作を説
明する。図６（ａ）は従来例を、図６（ｂ）はこの実施
例を示す。図中、１９は同期タップ時の主軸速度、２６
は主軸とＺ軸との相対位置誤差を示す。記述の通り、こ
の相対誤差はゼロであることが理想であり、値が大とな
る程同期タップ加工精度が悪化することになる。

【００４４】図６（ａ）において、同期タップを行う場
合、既述の通り通常は主軸制御系の方がＺ軸制御系と比
較して速度ループの応答が低くなる傾向があるため、位
置ループゲインを同一としても速度ループの応答差か
ら、図６（イ）に示すように、機械のギヤ設定によら
ず、特に速度変化時において主軸の応答が劣るための大
きな相対位置誤差が発生する。

【００４５】これに対して、この発明においては、同期
タップ時のしかも速度変化時のみに主軸制御系にフィー
ドフォワード制御、即ち、加速度フィードフォワード制
御を追加したので、図６（ｂ）に示すように、従来問題
となっていた速度変化時の発生誤差を大幅に低減でき
る。ここで、この加速度フィードフォワードゲインの値
の決め方については、各ギヤ段によって、図１における
Ｉｓ’＊とＩｓｆ’＊を加算した値が電流制限回路１４
の電流制限値の約８０％以下になるように設定すれば問
題なく、そうすることによって各ギヤ段で最適な加速度
フィードフォワードゲインの設定が可能となる。

【００４６】上記実施例では、主軸駆動装置２は比較器
９，１２，１７、モード切換スイッチ１１，ゲイン切換
スイッチ１８等をソフトウェアを用いて構成したものを
示したが、全てハードウェアにて比較器９，１２，１
７、モード切換スイッチ１１、ゲイン切換スイッチ１８
等と等価な手段を構築することも可能である。

【００４７】また、この実施例においては、同期タップ
システムの１つの実施例として電動機端の位置を検出す
るセミクローズループシステムでの説明を行ったが、機
械端の位置を検出するフルクローズループシステムにつ
いても同様の手段を構築することができる。さらに、こ
の実施例では、理解しやすくするために、その１例とし
て同期タップに限定して説明したが、主軸駆動装置と他
軸駆動装置の同期運転を行う他の機能、或いは２つ以上
の異なる機械系を駆動する２つ以上の主軸駆動装置の同
期運転を行う他の機能についても同様の手段を構築でき
る。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明によれ
ば、主軸と他軸との位置同期機能を有する工作機械の制
御装置において、位置制御時に主軸にのみ加速度フィー
ドフォワード制御を行うようにしたため、位置同期制御
時に他軸と比較して主軸の速度応答が遅れることなく、
また、上記加速度フィードフォワードゲインを機械のギ
ヤ段ごとに設定可能としたため、条件の異なる各ギヤ段
にて最適なゲイン値とすることができ、安定で、且つ、
応答の良い位置制御が可能となり、位置同期機能による
加工精度の向上及び加工サイクルタイムの短縮化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る工作機械の制御装置における主
軸駆動装置の構成を示すブロック図である。

【図２】この発明に係る工作機械の制御装置における主
軸駆動装置の他の構成を示すブロック図である。

【図３】モード切り換え動作を示す説明図である。

【図４】モード切り換え動作を示す説明図である。

【図５】この発明と従来の制御装置における主軸−Ｚ軸
の位置誤差波形を比較した説明図である。

【図６】この発明と従来の制御装置における主軸−Ｚ軸
の位置誤差波形を比較した説明図である。

【図７】従来における同期タップ機能を有する工作機械
の駆動装置の要部構成を示すブロック図である。

【図８】図７に示した駆動装置の回路構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１数値制御装置２主軸駆動装置２ａＺ軸サーボ駆動装置３主軸電動機３ａＺ軸電動機４主軸位置検出器４ａＺ軸位置検出器５主軸５ａＺ軸テーブル６主軸ギヤ６ａＺ軸ギア１０位置ループゲイン回路１０ａ位置ループゲイン回路１３速度ループゲイン回路１３ａ速度ループゲイン回路１４電流制限回路１４ａ電流制限回路１５電力変換回路１５ａ電力変換回路１６加速度フィードフォワードゲイン回路１６ａ加速度フィードフォワードゲイン回路１６ｂ加速度フィードフォワードゲイン回路１６ｃ加速度フィードフォワードゲイン回路１８ゲイン切換スイッチ２７主軸位置検出回路２７ａＺ軸位置検出回路

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【手続補正書】

【提出日】平成４年２月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】図７において、１は速度指令ωｒｓ＊及び
位置指令θｒｓ＊，θｒｚ＊を出力する数値制御装置
（以下、ＮＣという）、２，２ａはＮＣ１に接続された
主軸駆動装置及びＺ軸サーボ駆動装置、３，３ａは主軸
駆動装置２に接続された主軸電動機及びＺ軸サーボ駆動
装置２ａに接続されたＺ軸電動機、４，４ａは主軸電動
機３の回転軸に直結して取り付けられ、例えば、２５６
波／１回転の２相正弦波出力を発生する主軸位置検出
器、及びＺ軸電動機３ａの回転軸に直結して取り付けら
れ、例えば、２５６パルス／１回転の２相パルス出力を
発生するＺ軸位置検出器である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の同
期タップ機能を有する工作機械の主軸駆動装置では、通
常の主軸運転モードと同期タップモードにて速度ループ
制御は同一方式をとっており、また、同期タップモード
にてはＺ軸駆動装置とも同一の位置ループ制御を行って
いる。ここで、主軸とＺ軸との位置同期をとる必要のな
い通常の主軸運転モードでは両者の速度応答の差は問題
とならないが、既述の通り位置同期をとる必要のある同
期タップモードでは両者の速度応答の差がタップネジ切
り精度に影響を与えることになる。そこで、精度を向上
させるために加減速の変速率を低減する目的でタップ時
定数を長くすると、今度はサイクルタイムが長くなり生
産性に影響を及ぼすという問題点があった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御装置と電動機とを備え、速度指令或
いは位置指令に追従して主軸の速度或いは位置を制御す
る工作機械の制御装置において、前記工作機械が主軸と
他軸との位置同期運転機能を有するとき、前記制御装置
を他軸と位置同期をとる位置同期運転時のみ、速度指令
を微分する手段により加速度フィードフォワード制御を
行うことを特徴とする工作機械の制御装置。
【請求項２】前記加速度フィードフォワード制御に使
用するゲインを機械のギア段ごとに設定できるように複
数のゲイン回路と、前記複数のゲイン回路を選択する選
択手段とを設けたことを特徴とする請求項１記載の工作
機械の制御装置。