(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸の同期制御の基準となる主軸と、
前記主軸に追従する複数の従軸と、
前記主軸を加速させる主軸加速制御手段と、
前記複数の従軸をそれぞれ前記主軸に追従するように加速させる従軸加速制御手段と、
前記主軸および前記従軸の位置をそれぞれ検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段による検出結果に基づいて、前記主軸および前記従軸のうち他の軸よりも所定の許容範囲以上相対的に遅れた軸を検出する遅れ軸検出手段と、
前記遅れた軸以外の軸を前記主軸加速制御手段および前記従軸加速制御手段による加速制御に関わらず一定速に制御する一定速制御手段と、
を有することを特徴とする多軸同期制御装置。
【請求項２】
前記一定速制御手段は、前記遅れた軸が主軸である場合には前記主軸に対して相対的に前記所定の許容範囲以上進んだ従軸を一定速に制御し、前記遅れた軸が従軸である場合には前記主軸および前記遅れた軸以外の従軸を一定速に制御することを特徴とする請求項１に記載の多軸同期制御装置。
【請求項３】
前記誤差が所定の許容限界範囲を超えた場合、前記主軸および前記複数の従軸を全て停止させる停止手段をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多軸同期制御装置。
【請求項４】
主軸を加速させつつ、当該主軸に追従させて複数の従軸を加速させる多軸同期制御方法において、
前記主軸および前記従軸の位置をそれぞれ検出する工程と、
検出した主軸および従軸の位置に基づいて、前記主軸および前記従軸のうち他の軸よりも所定の許容範囲以上相対的に遅れた軸を検出する工程と、
前記遅れた軸以外の軸を加速状態から一定速に制御する工程と、
を有することを特徴とする多軸同期制御方法。
【請求項５】
前記一定速に制御する工程では、前記遅れた軸が主軸である場合には前記主軸に対して相対的に前記所定の許容範囲以上進んだ従軸を一定速に制御し、前記遅れた軸が従軸である場合には前記主軸および前記遅れた軸以外の従軸を一定速に制御することを特徴とする請求項４に記載の多軸同期制御方法。
【請求項６】
前記誤差が所定の許容限界範囲を超えた場合、前記主軸および前記複数の従軸を全て停止させる工程をさらに有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の多軸同期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多軸同期制御装置および多軸同期制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、タップやドリルなどの穴あけに用いられる数値制御工作機では、タップビットやドリルビットなどが装着されている加工軸と、これを送り出す送り軸を同期させて制御する方法が用いられている。１つの加工軸に対して、送り軸の送り速度、すなわち送り軸を駆動しているモータの回転速度を同期させることによって、同期を行わない加工より加工速度を高速化した加工を行うことができる。
【０００３】
また、被加工物の同一面上に対して同じ方向からタッピングやドリル穴あけを行う場合、一度に多数の加工軸を駆動して加工を行うことで、生産効率の向上を図ることができる。たとえば、多軸ギアヘッドを用いた工作機械などを利用して、一度に多軸ヘッドの軸の数だけタッピングや穴あけ加工するものがある。
【０００４】
以上のような多数の加工軸および送り軸を有する数値制御工作機では、加工軸のうちの一を同期の基準となる主軸とし、他の加工軸および送り軸を主軸に同期して追従する従軸とすることが一般的である。このように一本の加工軸と、他の加工軸および送り軸とに主従関係を持たせる技術は、たとえば、特開平１１−３０５８３９号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような数値制御工作機では、同期制御により加工の高速化を図ることができる反面、加工軸に使用されるモータは高速回転仕様のために分解能を低くせざるを得ず、そのため、低速回転域での制御が不安定なものとなってしまう。一般的に、ドリル加工やタップ加工においては、被加工物によってモータに負荷が加わり、特に、モータが停止状態から動き出す際には負荷の影響が最も大きくなるので、ますます制御性が悪化および不安定化する。
【０００６】
特に、多数の加工軸を使用して一度に多数のめねじを切る多軸タップ加工において、めねじを切った後には、加工軸をタップ加工時と反対方向に回転させてタップビットを被加工物から引き抜くが、このときが最も制御性が不安定である。
【０００７】
なぜなら、タップビットを被加工物から引き抜くときは、タップビットが被加工物に入り込んで最も接触した状態なので被加工物が加工軸に与える負荷の影響が最も大きく、さらに、加工軸をタップ加工時と反対方向に回転させるために一度加工軸を停止してから再び加工軸を回転させるので、加工軸を制御性の悪い低速回転域で制御しなければならないからである。したがって、制御性が不安定な結果、実際の従軸の位置と、主軸の位置に対応して従軸が主軸に追従するために存在すべき理論的位置との誤差（以下、同期誤差という）も、最も大きくなってしまう。
【０００８】
また、上記の数値制御工作機では、多数の加工軸のうち一本を主軸と決め、この主軸に従軸を追従させるだけなので、破損や被加工物の硬さ不良などで主軸以外の加工軸の回転速度が著しく低下したような場合でも、その状態が検出されず、主軸以外の加工軸の同期が保証できないことによって加工ツールや被加工物の破損につながること虞があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従軸の同期誤差を低減し、加工ツールや被加工物の破損を防止することができる多軸同期制御装置および多軸同期制御方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１１】
（１）本発明に係る多軸同期制御装置は、複数の軸の同期制御の基準となる主軸と、前記主軸に追従する複数の従軸と、前記主軸を加速させる主軸加速制御手段と、前記複数の従軸をそれぞれ前記主軸に追従するように加速させる従軸加速制御手段と、前記主軸および前記従軸の位置をそれぞれ検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出結果に基づいて、前記主軸および前記従軸のうち他の軸よりも所定の許容範囲以上相対的に遅れた軸を検出する遅れ軸検出手段と、前記遅れた軸以外の軸を前記主軸加速制御手段および前記従軸加速制御手段による加速制御に関わらず一定速に制御する一定速制御手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
（２）前記一定速制御手段は、前記遅れた軸が主軸である場合には前記主軸に対して相対的に前記所定の許容範囲以上進んだ従軸を一定速に制御し、前記遅れた軸が従軸である場合には前記主軸および前記遅れた軸以外の従軸を一定速に制御する。
【００１３】
（３）前記誤差が所定の許容限界範囲を超えた場合、前記主軸および前記複数の従軸を全て停止させる停止手段をさらに有する。
【００１４】
（４）本発明に係る多軸同期制御方法は、主軸を加速させつつ、当該主軸に追従させて複数の従軸を加速させる多軸同期制御方法において、前記主軸および前記従軸の位置をそれぞれ検出する工程と、検出した主軸および従軸の位置に基づいて、前記主軸および前記従軸のうち他の軸よりも所定の許容範囲以上相対的に遅れた軸を検出する工程と、前記遅れた軸以外の軸を加速状態から一定速に制御する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
（５）前記一定速に制御する工程では、前記遅れた軸が主軸である場合には前記主軸に対して相対的に前記所定の許容範囲以上進んだ従軸を一定速に制御し、前記遅れた軸が従軸である場合には前記主軸および前記遅れた軸以外の従軸を一定速に制御する。
【００１６】
（６）前記誤差が所定の許容限界範囲を超えた場合、前記主軸および前記複数の従軸を全て停止させる工程をさらに有する。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、主軸および従軸のうち他の軸よりも所定の許容範囲以上相対的に遅れた軸を検出し、遅れた軸以外の軸を主軸加速制御手段および従軸加速制御手段による加速制御に関わらず一定速に制御するので、相対的に遅れた軸の遅れを許容範囲内にすることができ、遅れが大きくなることによる主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができ、作業効率も維持することができる。
【００１８】
また、本発明は、加速している主軸および従軸を同期させることができるので、たとえば、各軸に取り付けられた加工ツールによって被加工物にめねじを切った後、一旦各軸を停止させてから各軸をねじ切り時と逆回転させて加工ツールを被加工物から抜き取るときに適用することができ、主軸および従軸の同期をとることが最も困難である状況、すなわち、停止した各軸を加速させるために低速回転域での制御が必要であり、さらに、取り付けられた加工ツールを被加工物から抜き取るために被加工物からの負荷が最もかかる状況においても、適当に各軸の同期を行うことができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、遅れた軸が主軸である場合には主軸に対して相対的に所定の許容範囲以上進んだ従軸を一定速に制御するので、進んだ従軸以外の従軸が主軸に追従して主軸とともに加速することによって、主軸の相対的な遅れを防止することができ、主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができ、さらに、作業効率も維持することができる。また、遅れた軸が従軸である場合には主軸および遅れた軸以外の従軸を一定速に制御するので、遅れた軸のみが主軸に追従して加速することによって、遅れた従軸の相対的な遅れを防止することができ、主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができ、作業効率も維持することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、誤差が所定の許容限界範囲を超えた場合、主軸および複数の従軸を全て停止させるので、一定速に制御しても軸の遅れが大きくなるような場合でも、主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、主軸および従軸のうち他の軸よりも所定の許容範囲以上相対的に遅れた軸を検出し、遅れた軸以外の軸を主軸加速制御手段および従軸加速制御手段による加速制御に関わらず一定速に制御するので、相対的に遅れた軸の遅れを許容範囲内にすることができ、遅れが大きくなることによる主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができ、作業効率も維持することができる。
【００２２】
また、本発明は、加速している主軸および従軸を同期させることができるので、たとえば、各軸に取り付けられた加工ツールによって被加工物にめねじを切った後、一旦各軸を停止させてから各軸をねじ切り時と逆回転させて加工ツールを被加工物から抜き取るときに適用することができ、主軸および従軸の同期をとることが最も困難である状況、すなわち、停止した各軸を加速させるために低速回転域での制御が必要であり、さらに、取り付けられた加工ツールを被加工物から抜き取るために被加工物からの負荷が最もかかる状況においても、適当に各軸の同期を行うことができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、遅れた軸が主軸である場合には主軸に対して相対的に所定の許容範囲以上進んだ従軸を一定速に制御するので、進んだ従軸以外の従軸が主軸に追従して主軸とともに加速することによって主軸の相対的な遅れを防止することができ、主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができ、さらに、作業効率も維持することができる。また、遅れた軸が従軸である場合には主軸および遅れた軸以外の従軸を一定速に制御するので、遅れた軸のみが主軸に追従して加速することによって、遅れた従軸の相対的な遅れを防止することができ、主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができ、さらに、作業効率も維持することができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、誤差が所定の許容限界範囲を超えた場合、主軸および複数の従軸を全て停止させるので、一定速に制御しても軸の遅れが大きくなるような場合でも、主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
本発明は、多軸工作機械の各軸が停止している状態から、動作指令によって回転速度を加速するときに適用されるものである。特に、各軸に取り付けられた加工ツールによって被加工物にめねじを切った後、一旦各軸を停止させてから各軸をねじ切り時と逆回転させて加工ツールを被加工物から抜き取るときに好適である。したがって、以下の説明では、所定の回転速度まで各軸が加速するときの制御について説明する。
【００２７】
図１は、本発明を適用する多軸工作機械の概略構成図であり、図２は、この工作機械の各軸を同期制御するコントローラの機能を説明するためのブロック図である。
【００２８】
多軸工作機械１０は、複数の加工軸１１と、加工軸１１をそれぞれ独立に速度制御する加工軸アンプ１２と、複数の加工軸１１を一度に同一方向へ移動させるための送り軸１３と、この送り軸１３の速度制御を行う送り軸アンプ１４とからなる。加工軸アンプ１２と送り軸アンプ１４は、ともに加工軸１１と送り軸１３を同期制御するためのコントローラ１５に接続されている。なお、図１においては、複数の加工軸１１を、第１加工軸１１１、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎとして示している。
【００２９】
加工軸１１は、いずれも独立に回転するモータによって回転し、このモータの回転数を検出するためのエンコーダ（不図示）が設けられている。これらの加工軸１１は、ワーク１００の同一面を同じ方向にタッピング加工を行うためのものである。
【００３０】
加工軸アンプ１２は、コントローラ１５から与えられる指令値に基づいて、モータに電力を供給する。
【００３１】
送り軸１３は、加工軸１１を保持する可動台１６をワーク１００方向へ送り移動させるためのものであり、送り軸モータ１７と、このモータ１７によって回転するボールネジ１８とからなる。ボールネジ１８は、可動台１６底部分に刻まれたギア溝（不図示）と噛み合い、ボールネジ１８が回転することで可動台１６がワーク方向へ前進または後退する。送り軸モータ１７には、エンコーダ（不図示）が設けられており、このモータ１７の回転数が検出される。
【００３２】
送り軸アンプ１４は、コントローラ１５から与えられる指令値に基づいて、送り軸モータ１７に電力を供給する。
【００３３】
コントローラ１５は、加工軸アンプ１２および送り軸アンプ１４にそれぞれ指令値を出力する。コントローラ１５の具体的な内部構成は、図２に示される。
【００３４】
なお、以下の説明では、複数の加工軸１１１〜１１Ｎのうち第１加工軸１１１が主軸であり、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎおよび送り軸１３が従軸であるとして説明する。また、図１に示す加工軸アンプ１２は、図２に示すように、第１アンプ１２１から第Ｎアンプ１２Ｎまで加工軸１１の本数分設けられており、それぞれに接続された第１モータ２０１〜第Ｎモータ２０Ｎの速度を制御する。第１モータ２０１〜第Ｎモータ２０Ｎは、それぞれ第１加工軸１１１〜第Ｎ加工軸１１Ｎを回転させる。
【００３５】
図２に示すように、コントローラ１５は、第１目標位置計算部２１と、第１速度計算部２２と、速度制御部２３と、第２目標位置計算部２４２〜第Ｎ目標位置計算部２４Ｎと、第２速度計算部２５２〜第Ｎ速度計算部２５Ｎと、第２速度制御部２６２〜第Ｎ速度制御部２６Ｎと、送り軸目標位置計算部２７と、送り軸速度計算部２８と、送り軸速度制御部２９と、同期誤差監視部３０とを含んで構成される。
【００３６】
第１目標位置計算部２１は、第１加工軸１１１の移動の目標位置の情報が、図示しない入力装置から入力され、第１加工軸１１１の動作量、たとえば、第１加工軸１１１に取り付けられた加工ツールの１回転分の移動量（リード）に基づいて目標位置まで移動するのに必要な第１加工軸１１１の回転数を算出する。
【００３７】
第１速度計算部２２は、入力された動作量に基づいて、ワーク１００に対する第１加工軸１１１の単位時間当たりの移動量を求め、第１加工軸１１１の回転速度指令値を計算し、第１速度制御部２３に出力する。
【００３８】
第１速度制御部２３は、後述する同期誤差監視部３０から一定速の指示がない場合には、第１速度計算部２２が出力した回転速度指令値をそのまま第１アンプ１２１に出力し、同期誤差監視部３０から一定速の指示がある場合には、一定速の指示が与えられたときに第１速度計算部２２が出力していた回転速度指令値を第１アンプ１２１に出力する。
【００３９】
なお、第１モータ２０１には、エンコーダが設けられており、第１モータ２０１の回転数の情報が第１アンプ１２１を介して第１速度計算部２２にフィードバックされる。第１速度計算部２２は、フィードバックされた回転数に基づいて回転速度を計算し、速度指令値と比較して、計算された回転速度が速度指令値となるようにフィードバック制御を行う。
【００４０】
また、第１モータ２０１の回転数の情報は、第１速度計算部２２に出力されるだけではなく、同期誤差監視部３０および第２目標位置計算部２４２〜第Ｎ目標位置計算部２４Ｎにも出力される。
【００４１】
第２目標位置計算部２４２〜第Ｎ目標位置計算部２４Ｎは、予め第１加工軸１１１に取り付けられた加工ツールのリードの情報を記憶しており、このリードの情報およびエンコーダから入力された第１モータ２０１の回転数の情報に基づき、第１加工軸１１１の移動量を算出する。
【００４２】
第１加工軸１１１の移動量と、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎの移動量とが一致すれば、全加工軸１１は同期をとれていることになる。したがって、第２目標位置計算部２４２〜第Ｎ目標位置計算部２４Ｎは、算出した第１加工軸１１１の移動量と同じだけ、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎが移動するための目標となる理論的位置、すなわち、第１加工軸１１１の移動量分、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎが移動した位置を算出する。
【００４３】
第２速度計算部２５２〜第Ｎ速度計算部２５Ｎは、それぞれ第２目標位置計算部２４２〜第Ｎ目標位置計算部２４Ｎで算出された理論的位置に基づいて、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎの回転速度指令値を計算し、第２速度制御部２６２〜第Ｎ速度制御部２６Ｎに出力する。
【００４４】
第２速度制御部２６２〜第Ｎ速度制御部２６Ｎは、後述する同期誤差監視部３０から一定速の指示がない場合には、第２速度計算部２５２〜第Ｎ速度計算部２５Ｎが出力した回転速度指令値をそのまま第２アンプ１２２〜第Ｎアンプ１２Ｎに出力し、同期誤差監視部３０から一定速の指示がある場合には、一定速の指示が与えられたときに第２速度計算部２５２〜第Ｎ速度計算部２５Ｎが出力していた回転速度指令値を第２アンプ１２２〜第Ｎアンプ１２Ｎに出力する。
【００４５】
なお、第２モータ２０２〜第Ｎモータ２０Ｎには、エンコーダが設けられており、第２モータ２０２〜第Ｎモータ２０Ｎの回転数の情報がそれぞれ第２アンプ１２２〜第Ｎアンプ１２Ｎを介して第２速度計算部２５２〜第Ｎ速度計算部２５Ｎにフィードバックされる。第２速度計算部２５２〜第Ｎ速度計算部２５Ｎは、フィードバックされた回転数に基づいて回転速度を計算し、速度指令値と比較して、計算された回転速度が速度指令値となるようにフィードバック制御を行う。
【００４６】
また、第２モータ２０２〜第Ｎモータ２０Ｎの回転数の情報は、それぞれ第２速度計算部２５２〜第Ｎ速度計算部２５Ｎに出力されるだけではなく、同期誤差監視部３０にも出力される。
【００４７】
送り軸目標位置計算部２７は、第２目標位置計算部２４２〜第Ｎ目標位置計算部２４Ｎと同様に、予め第１加工軸１１１に取り付けられた加工ツールのリードの情報を記憶しており、このリードの情報およびエンコーダから入力された第１モータ２０１の回転数の情報に基づき、第１加工軸１１１の移動量を算出する。そして、送り軸１３が第１加工軸１１１と同期をとるために、第１加工軸１１１の移動量分移動した位置を、送り軸１３の移動の目標となる理論的位置とする。
【００４８】
送り軸速度計算部２８は、送り軸目標位置計算部２７で算出された理論的位置に基づいて、送り軸１３の回転速度指令値を計算し、送り軸速度制御部２９に出力する。
【００４９】
送り軸速度制御部２９は、後述する同期誤差監視部３０から一定速の指示がない場合には、送り軸速度計算部２８が出力した回転速度指令値をそのまま送り軸アンプ１４に出力し、同期誤差監視部３０から一定速の指示がある場合には、最初に一定速の指示が与えられたときに送り軸速度計算部２８が出力していた回転速度指令値を送り軸アンプ１４に出力する。
【００５０】
同期誤差監視部３０は、各モータに設けられたエンコーダからの第１モータ２０１の回転数の情報に基づいて、第１加工軸１１１の移動量、当該移動量に対応する第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎの理論的位置、および送り軸１３の理論的位置を算出する。第１加工軸１１１の移動量、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎおよび送り軸１３の理論的位置の算出は、上述の第１目標位置計算部２４２〜第Ｎ目標位置計算部２４Ｎおよび送り軸目標位置計算部２７と同様なので説明を省略する。
【００５１】
さらに、同期誤差監視部３０は、第２モータ２０２〜第Ｎモータ２０Ｎおよび送り軸モータ１７の回転数の情報に基づいて、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎおよび送り軸１３の現在位置を算出する。現在位置の算出には、各加工軸に取り付けられた加工ツールのリードの情報および送り軸１３のボールねじ１８のリードの情報が使用され、これらの情報は予め同期誤差監視部３０に記憶されている。
【００５２】
そして、同期誤差監視部３０は、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎおよび送り軸１３のそれぞれについて、理論的位置と現在位置とを比較し、理論的位置に対して現在位置がどれくらい遅れているか、または進んでいるかを調べ、その誤差を同期誤差として算出する。なお、理論的位置とは主軸の移動量に対して、従軸が同一の移動量だけ移動したときの位置なので、主軸の移動量と従軸の移動量との誤差も、同期誤差に等しい。
【００５３】
従軸の全てについて、同期誤差が所定の許容範囲内であれば、同期誤差監視部３０はそのまま監視を続ける。しかし、たとえば、第２加工軸１１２について、理論的位置よりも現在位置が進んで（第１加工軸１１１の移動量よりも第２加工軸１１２の移動量が大きくなり）同期誤差が許容範囲を超えた場合には、許容範囲を超えた第２加工軸１１２の第２速度制御部２６２に一定速指示を出力する。一定速指示が入力された第２速度制御部２６２は、そのときに第２速度計算部２５２から出力されている回転速度指令値を記憶し、同期誤差監視部３０が一定速指示の出力を停止するまで、記憶した回転速度指令値に従って第２モータ２０２の回転が一定速になるように同じ回転速度指令値を出力する。その他の従軸については、主軸に同期させて、主軸とともにそのまま加速を行わせる。
【００５４】
また、たとえば、第２加工軸１１２について、理論的位置よりも現在位置が遅れて（第１加工軸１１１の移動量よりも第２加工軸１１２の移動量が少なくなり）同期誤差が許容範囲を超えた場合には、第１加工軸１１１（主軸）の第１速度制御部２３、および許容範囲を超えていない従軸（第３加工軸１１３〜第Ｎ加工軸１１Ｎおよび送り軸１３）の第３速度制御部２６３〜第Ｎ速度制御部２６Ｎおよび送り軸速度制御部２９に一定速指示を出力する。一定速指示が入力された第１速度制御部２３、第３速度制御部２６３〜第Ｎ速度制御部２６Ｎおよび送り軸速度制御部２９は、それぞれ、そのときに第１計算部２２、第３速度計算部２５３〜第Ｎ速度計算部２５Ｎ、および送り軸速度計算部２８から出力されている回転速度指令値を記憶し、同期誤差監視部３０が一定速指示の出力を停止するまで、記憶した回転速度指令値に従って第１モータ２０１、第３モータ２０３〜第Ｎモータ２０Ｎ、および送り軸１７の回転が一定速になるように同じ回転速度指令値を出力する。同期誤差が許容範囲を超えた従軸については、進んだ主軸に同期するようにそのまま加速を行わせる。
【００５５】
なお、上記の所定の許容範囲は、実験などにより予め算出される値であり、主軸、従軸および被加工物に不具合が生じないように決定された値である。したがって、許容範囲には任意に信頼性の高い値を適用することができる。
【００５６】
以上のように、同期誤差監視部３０は、相対的に進んでいる軸を一定速にすることによって、相対的に遅れている軸を進んでいる軸に追いつかせることができる。そして、同期誤差監視部３０は、相対的に遅れている軸の遅れが許容範囲内になるまで、一定速指示を出力する。具体的には、図３を参照して説明する。
【００５７】
図３は、相対的に進んでいる軸および遅れている軸の時間と速度の関係を示す図である。なお、図３では、第１加工軸１１１（主軸）の移動量、すなわち、第１加工軸１１１が移動した距離に対して、第２加工軸１１２（従軸）の移動した距離が短く、第２加工軸１１２が理論的位置よりも許容範囲以上遅れたものとして説明する。また、第２加工軸１１２以外の従軸は、図３では省略する。
【００５８】
図３では、第１加工軸１１１の回転指令値通りの応答を点線Ａで示す。実際には回転指令値より応答が少し遅れるので、実際の第１加工軸１１１の応答は、一点鎖線Ｂのようになる。そして、ワークの負荷によって、移動が遅れた第２加工軸１１２の応答を実線Ｃで示す。さらに、遅れた第２加工軸１１２のために一定速に制御される第１加工軸１１１の応答を太線Ｄで示す。
【００５９】
図３では、時間Ｔ１までの第１加工軸１１１の移動距離が三角形ａｂｃの面積で表され、第２加工軸１１２の移動距離が三角形ｄｂｅの面積で表される。したがって、第１加工軸１１１と第２加工軸１１２との移動距離の差は、三角形ａｂｃから三角形ｄｂｅの面積を除いた斜線に示す範囲の面積で表されることになる。ここで、斜線に示す範囲の面積が、所定の許容範囲以上となったので、遅れた第２加工軸１１２の移動距離と進んだ第１加工軸１１１の移動距離との誤差（同期誤差）が小さくなるように、第１加工軸１１１を一定速にする制御が開始される。
【００６０】
そして、時間Ｔ２までの第１加工軸１１１の移動距離が台形ａｆｇｈの面積で表され、第２加工軸１１２の移動距離が三角形ｄｆｈの面積で表される。ここで、台形ａｆｇｈの面積と三角形ｄｆｈの面積との誤差が所定の許容値内になり、すなわち、第２加工軸１１２と第１加工軸１１１との同期誤差が所定の許容範囲内になったので、第１加工軸１１１を一定速にする制御が終了され、第１加工軸１１１は、本来の回転指令値に応答するように加速される。
【００６１】
以上のように同期誤差監視部３０は、各軸の速度と時間との関係から移動距離を算出し、遅れているか進んでいるかを判断して、同期誤差が許容範囲を超えたときに、進んでいる方の軸に一定速指示を出力し、同期誤差が許容範囲内になったときに一定速指示の出力を中止することができる。
【００６２】
次に、本発明を適用する多軸工作機械の動作を説明する。
【００６３】
図４は、本発明を適用する多軸工作機械の動作の流れを示すフローチャートである。
【００６４】
最初に、主軸である第１加工軸１１１を制御するための第１目標位置計算部２１に目標位置の情報が入力され、当該情報に基づいて算出した回転速度指令値によって第１加工軸１１１が回転させられる（ステップＳ４０１）。そして、第１加工軸１１１の回転に同期するように算出された回転速度指令値によって、各従軸である第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎおよび送り軸１３が回転させられる（ステップＳ４０２）。
【００６５】
ここで、同期誤差監視部３０は、多軸工作機械がタッピング終了後、一旦各軸を停止させてから各軸をねじ切り時と逆回転させて加工ツールを被加工物から抜き取る、いわゆるタップ戻し動作のために、各軸を加速させている状態かどうかを判断する（ステップＳ４０３）。タップ戻し動作で、かつ各軸を加速している最中でない場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、加工が完了したかどうかを判断し（ステップＳ４０４）、加工が完了した場合（ステップＳ４０４：ＹＥＳ）は、動作を終了する。加工が完了していない場合（ステップＳ４０４：ＮＯ）は、ステップＳ４０１に戻り、加工が終了するまで各軸の同期をとるために動作する。
【００６６】
タップ戻し動作で、かつ各軸を加速している最中である場合（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、同期誤差監視部３０で主軸および従軸間の同期誤差を監視する（ステップＳ４０５）。そして、第１加工軸１１１の移動量に対する第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎの移動量および送り軸１３の移動量の同期誤差が所定の許容範囲内かどうかを従軸ごとに判断し（ステップＳ４０６）、全ての従軸の同期誤差が許容範囲内であれば（ステップＳ４０６：ＹＥＳ）、ステップＳ４０４に進む。
【００６７】
同期誤差が許容範囲内でない従軸がある場合（ステップＳ４０６：ＮＯ）、許容範囲内にない従軸（第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎの移動量および送り軸１３のうちいずれか一本の従軸）が、第１加工軸１１１に対して遅れているかどうか、すなわち、許容範囲内にない従軸の移動量が第１加工軸１１１の移動量よりも少ないかどうかを判断する（ステップＳ４０７）。
【００６８】
許容範囲内にない従軸が遅れていない（進んでいる）場合（ステップＳ４０７：ＮＯ）、進んだ従軸を一定速に制御し（ステップＳ４０８）、その後に同期誤差が所定の許容範囲内になったかどうかを判断する（ステップＳ４１０）。
【００６９】
一方、許容範囲内にない従軸が遅れている場合（ステップＳ４０７：ＹＥＳ）、第１加工軸１１１、および許容範囲内にない従軸を除く他の従軸を一定速に制御し（ステップＳ４０９）、その後に同期誤差が所定の許容範囲内になったかどうかを判断する（ステップＳ４１０）。
【００７０】
同期誤差が所定の許容範囲内になった場合（ステップＳ４１０：ＹＥＳ）、一定速に制御した軸の制御を、本来の回転速度指令値に応答する制御に戻し（ステップＳ４１１）、ステップＳ４０１の処理に戻る。
【００７１】
同期誤差が所定の許容範囲内でない場合（ステップＳ４１０：ＮＯ）、同期誤差が許容限界範囲を超えたかどうかを判断する（ステップＳ４１２）。ここで許容限界範囲とは、従軸の同期誤差が大きくなりすぎることによって、主軸や、従軸や、被加工物などが破損してしまう危険がある境界の値であり、予め実験などで求められる値である。
【００７２】
同期誤差が許容限界範囲を超えた場合（ステップＳ４１２：ＮＯ）、主軸や、従軸や、被加工物などの破損の危険性があるので、第１加工軸１１１、第２加工軸１１２〜第Ｎ加工軸１１Ｎの移動量および送り軸１３の全軸を停止させる（ステップＳ４１３）。同期誤差が許容限界範囲を超えていない場合（ステップＳ４１２：ＹＥＳ）、ステップＳ４０６の処理に戻る。
【００７３】
以上のように、本発明を適用した多軸工作機械では、主軸および従軸のうち他の軸よりも所定の許容範囲以上相対的に遅れた軸を検出し、遅れた軸以外の軸を主軸加速制御手段および従軸加速制御手段による加速制御に関わらず一定速に制御するので、相対的に遅れた軸の遅れを許容範囲内にすることができ、遅れが大きくなることによる主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができ、作業効率も維持することができる。
【００７４】
また、本発明は、加速している主軸および従軸を同期させることができるので、たとえば、各軸に取り付けられた加工ツールによって被加工物にめねじを切った後、一旦各軸を停止させてから各軸をねじ切り時と逆回転させて加工ツールを被加工物から抜き取るときに適用することができ、主軸および従軸の同期をとることが最も困難である状況、すなわち、停止した各軸を加速させるために低速回転域での制御が必要であり、さらに、取り付けられた加工ツールを被加工物から抜き取るために被加工物からの負荷が最もかかる状況においても、適当に各軸の同期を行うことができる。
【００７５】
具体的には、遅れた軸が主軸である場合には主軸に対して相対的に所定の許容範囲以上進んだ従軸を一定速に制御するので、進んだ従軸以外の従軸が主軸に追従して主軸とともに加速することによって、主軸の相対的な遅れを防止することができ、主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができ、さらに、作業効率も維持することができる。また、遅れた軸が従軸である場合には主軸および遅れた軸以外の従軸を一定速に制御するので、遅れた軸のみが主軸に追従して加速することによって、遅れた従軸の相対的な遅れを防止することができ、主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができ、作業効率も維持することができる。
【００７６】
さらに、従軸の同期誤差が所定の許容限界範囲を超えた場合には、主軸および従軸の全てを停止させるので、一定速に制御しても同期誤差が大きくなるような場合でも、主軸、従軸、および被加工物などの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用する多軸工作機械の概略構成図である。
【図２】  本発明を適用する工作機械の各軸を同期制御するコントローラの機能を説明するためのブロック図である。
【図３】  相対的に進んでいる軸および遅れている軸の時間と速度の関係を示す図である。
【図４】  本発明を適用する多軸工作機械の動作の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  多軸工作機械
１１、１１１〜１１Ｎ  加工軸
１２、１２１〜１２Ｎ  加工軸アンプ
１４  送り軸アンプ
１５  コントローラ
１７  送り軸モータ
２０１〜２０Ｎ  モータ
２１  第１目標位置計算部
２２  第１速度計算部
２３  第１速度制御部
２４２〜２４Ｎ  第２〜第Ｎ目標位置計算部
２５２〜２５Ｎ  第２〜第Ｎ速度計算部
２６２〜２６Ｎ  第２〜第Ｎ速度制御部
２７  送り軸目標位置計算部
２８  送り軸速度計算部
２９  送り軸速度制御部
３０  同期誤差監視部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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