(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の複数の加工指令を記憶した第１の記憶部と、
軸移動速度を検出する検出部と、
前記第１の記憶部に記憶された前記加工指令を順次読み込み、軸移動方向が反転する際に、前記検出部により検出された前記軸移動速度に基づき補正値計算関数により補正値を計算し更新する第１の制御部と、
軸移動方向が反転する際に、前記第１の制御部により計算された前記補正値に従い補正駆動制御を実行し、前記補正駆動制御が実行された後に前記加工指令により駆動制御する第２の制御部とを備えたロール研削盤の数値制御装置。
【請求項２】
前記第１の制御部は、前回の加工指令による移動指令と今回の加工指令による移動指令とで移動方向に変化が有る場合、前回の移動指令が実行された際の移動速度に基づき前記補正値計算関数に従い前記補正値を計算して前記第２の制御部に出力することを特徴とする請求項１に記載のロール研削盤の数値制御装置。
【請求項３】
前記第２の制御部は、前記補正値を前記検出部により検出された前記軸移動速度により修正した値に基づいて補正指令を求め、前記補正指令に応じて軸移動制御を行うことを
を特徴とする請求項１又は２に記載のロール研削盤の数値制御装置。
【請求項４】
前記補正値を記憶する第２の記憶部をさらに備え、
前記第２の制御部は前記第２の記憶部に記憶された前記補正値に基づいて補正指令を求め、前記補正値が変更されたとき新たな前記補正値を前記第２の記憶部に記憶すること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のロール研削盤の数値制御装置。
【請求項５】
前記補正値関数により計算される前記補正値は、バックラッシュに応じた補正値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のロール研削盤の数値制御装置。
【請求項６】
前記補正値計算関数は、以下の式であること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のロール研削盤の数値制御装置。
補正値ａ＝Ｋ1  ＊  lnＦ  ＋  Ｋ2 
ここで、Ｋ1 、Ｋ2 ：  機械のイナーシャ、補間形状によって決定する係数
Ｆ      ：  該当軸の現在の移動速度
ln      ：  対数関数
【請求項７】
軸移動速度を求める検出手段と、
軸移動方向が反転する際に、前記検出手段により検出された軸移動速度に基づき補正値計算関数により補正値を算出して更新する補正手段と、
軸移動方向が反転する際に、前記補正手段により更新された前記補正値に従い駆動制御し、前記駆動制御が実行されるまで次の軸移動指令の開始を遅らせる制御手段とを備え、
前記補正値計算関数は、以下の式、
補正値ａ＝Ｋ1  ＊  lnＦ  ＋  Ｋ2 
ここで、Ｋ1 、Ｋ2 ：  機械のイナーシャ、補間形状によって決定する係数
Ｆ      ：  該当軸の現在の移動速度
ln      ：  対数関数
であることを特徴とするロール研削盤の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロール研削盤の数値制御装置係り、特に、速度対応型の移動前バックラッシュ補正機能を有するロール研削盤の数値制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、数値制御による工作機械は、被工作物を支持する主軸台と、被工作物を加工する工具を取り付けた工具台とが、軸送り機構により相対的に移動されることにより加工動作が実行される。このような工作機械には、各駆動モータの送り速度及び回転速度や工具の位置等を検出する検出器が設けられ、数値制御装置により各駆動モータの制御が行われる。
【０００３】
ロール研削盤の数値制御装置においては、このような軸送り機構により軸送り量及び軸送り速度を指令する際、軸送り機構の機械的な損失・磨耗等による誤差があり、この誤差は、一般に、バックラッシュ、定常偏差、ロストモーション等と呼ばれる。このような誤差を補正する機能がバックラッシュ補正機能である。
【０００４】
従来においては、バックラッシュ補正機能は、送り軸により工具等が軸送りされている際に、送り軸の進行方向が逆転するときに作用する。すなわち、ボールネジのがたつきや各要素の弾性変形等により、軸送りが停滞する量をバックラッシュ量とし、数値制御装置は、これを予め測定して装置内に設定することにより、軸送りの進行方向が逆転する毎にバックラッシュ量だけ余分に移動させるようにするものである。
【０００５】
すなわち、従来技術においては、バックラッシュ補正は、最初に設定された補正値のみで、補正を行うようにしていた。また、バックラッシュ補正をかけるタイミングは、該当軸が反転移動を開始したときに同時に実行していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、最初に設定された補正値のみによりバックラッシュ補正を実行していたので、ウオームラック等の移動速度などにより補正量が変化する機械に対しては、適切に対応することができなかった。
【０００７】
また、該当軸が反転移動の開始と同時にバックラッシュ補正を開始していたので、ステップ式にバックラッシュ補正を実行するような場合は、軸移動の最初の部分で、補間形状がくずれてしまうことがあった。
【０００８】
本発明においては、以上の点に鑑み、自動的にバックラッシュ補正量を算出し、かつ、移動前に補正を実行することにより、従来技術では対応できかった、移動速度等の条件変化によりバックラッシュ量が変化し、かつ、バックラッシュ量が比較的大きい機械に対しても、バックラッシュ補正を適切に実行することを目的とする。
【０００９】
また、本発明においては、プログラム指令の移動ブロックの継ぎ目で、補正出力を実行し、補正出力終了後にプログラム指令の分配を開始することにより、当該移動ブロックでの補間形状のくずれを発生しないようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、一連の複数の加工指令を記憶した第１の記憶部と、軸移動速度を検出する検出部と、前記第１の記憶部に記憶された前記加工指令を順次読み込み、軸移動方向が反転する際に、前記検出部により検出された前記軸移動速度に基づき補正値計算関数により補正値を計算し更新する第１の制御部と、軸移動方向が反転する際に、前記第１の制御部により計算された前記補正値に従い補正駆動制御を実行し、前記補正駆動制御が実行された後に前記加工指令により駆動制御する第２の制御部とを備えたロール研削盤の数値制御装置を提供する。
【００１１】
また本発明においては、軸移動速度を求める検出手段と、軸移動方向が反転する際に、前記検出手段により検出された軸移動速度に基づき補正値計算関数により補正値を算出して更新する補正手段と、軸移動方向が反転する際に、前記補正手段により更新された前記補正値に従い駆動制御し、前記駆動制御が実行されるまで次の軸移動指令の開始を遅らせる制御手段とを備え、前記補正値計算関数は、以下の式、
補正値ａ＝Ｋ1  ＊  lnＦ  ＋  Ｋ2 
ここで、Ｋ1 、Ｋ2 ：  機械のイナーシャ、補間形状によって決定する係数
Ｆ      ：  該当軸の現在の移動速度
ln      ：  対数関数
であることを特徴とするロール研削盤の数値制御装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に関連するロール研削盤を備えた数値制御工作装置の構成図を示す。
図１のロール研削盤を備えた数値制御工作装置は、数値制御部１０、入出力部２０及び工作部３０を含む。
数値制御部１０は、工作部３０の制御を司るものであり、演算処理装置１１、記憶装置１２及びパルス分配回路１３等を含む。記憶装置１２には、各種指令プログラム、データ等が記憶される。演算処理装置１１は、記憶装置１２に記憶されたプログラム及びデータ等に基づいて、パルス分配回路１３に、駆動指令を送出する。パルス分配回路１３は、工作部３０の各ドライブユニットに駆動指令を送出し、駆動制御を行う。
【００１３】
入出力部２０は、入力装置２１と表示装置２２等を含む。入力装置２１は、指令プログラム及びデータ等を入力するための装置である。表示装置２２は、プログラムリスト、工作機械の工作状況又は異常警報等を表示するための装置である。
【００１４】
工作部３０は、例えばロール研削盤で構成される。工作部３０は、ドライブユニット３１ａ〜３１ｃ、検出回路３２、モータ３３ａ〜３３ｄ、主軸台側受台３４、心押側受台３５、スライドテーブル３６、ガイド３７、回転砥石３８等を含む。
【００１５】
ドライブユニット３１ａ〜３１ｃは、数値制御部１０からの駆動指令を受信する。ドライブユニット３１ａにより、サーボモータであるモータ３３ａが駆動され、同様に、ドライブユニット３１ｂにより、サーボモータであるモータ３３ｂが駆動されることにより、スライドテーブル３６をガイド３７の方向（Ｚ方向）及びその垂直方向（Ｘ方向又はＹ方向）に移動する。また、ドライブユニット３１ｃにより、砥石回転モータであるモータ３３ｄが駆動され、スライドテーブル３６に設けられた回転砥石３８を回転させる。一方、砥石回転モータ３３ｄの回転数又は電流値等のデータは、検出回路３２により検出されて、数値制御部１０に伝送される。
【００１６】
さらに、ドライブユニット３１ｃにより、主軸回転モータであるモータ３３ｃが駆動される。主軸台側受台３４と心押側受台６の間には、被工作物３９が設置されており、モータ３３ｃにより回転される。
【００１７】
このようにして、被工作物３９は、回転砥石３８により加工されることになる。
【００１８】
ここでは、回転砥石３８による加工の例を示したが、これに限らず、ドリル、タップ、切り出しビット等による加工に対しても、本発明を適用することができる。
【００１９】
本発明の速度対応型移動前バックラッシュ補正機能処理の動作概要は、以下１）〜５）のようになる。すなわち、
１）該当軸の移動速度を検出する。
２）補正値計算関数を定義する。
３）該当軸の移動速度を補正値計算関数のパラメータとして入力し、移動速度に応じたバックラッシュ補正値を算出する。
４）求められたバックラッシュ補正値により以前のバックラッシュ補正値を変更する。
５）バックラッシュ補正の出力処理終了後、次の移動指令等が開始される。
以上のようにして、自動的に補正を行うものである。
【００２０】
ここで、補正値計算関数は、概略以下のように示される。この関数の計算式は、経験により求められたものである。ここでは、補正量ａ（パルス）として表す。
ａ（パルス）＝Ｋ1   ＊  lnＦ  ＋  Ｋ2 
ここで、Ｋ1 、Ｋ2 ：  機械のイナーシャ、補間形状によって決定する係数
Ｆ      ：  該当軸の現在の移動速度
ln      ：  対数関数
なお、計算に使用する速度Ｆは、（プログラム指令値）＊（オーバーライド）である。
【００２１】
数値制御装置１０では、加工プログラムを１ブロックずつ読み出して解析し、その指令に従って、駆動モータを制御する。そして、指令パルス数に応じて適宜の移動量が決定される。その際、１ブロックの移動を完了してから、次のブロックの移動を開始するまでの間を、「ブロックの継ぎ目」という。
【００２２】
バックラッシュ補正量は、１ブロックの移動を完了してから、次のブロックの移動を開始するまでの間に、ソフトウェア処理で、後述するようなフローチャートにより適宜計算する。この際、計算に使用されるデータ、及び計算結果のデータは、ＲＡＭ，ＲＯＭ等から読み出し又は書き込みを行う。
【００２３】
つぎに、図２に、本発明に係るロール研削盤の数値制御装置の構成図を示す。これは、図１における数値制御部に関連する構成を詳細に示したものである。
演算処理装置１１は、メインＣＰＵ１１ａ及びサーボＣＰＵ１１ｂを含み、データリンカ１１ｃを介して各種データ等を送受する。メインＣＰＵ１１ａは、加工プログラムの読み出し、プログラム解析、サーボ位置指令の計算、バックラッシュ補正の計算等を実行する。サーボＣＰＵ１１ｂは、バックラッシュ補正を含むサーボブロック図に従った処理等を実行する。さらに、サーボＣＰＵ１１ｂは、パルス分配回路１３に駆動指令を送出するとともに、各検出回路から検出データが入力される。
【００２４】
記憶装置１２は、システムソフトを記憶したＲＯＭ１２ａ及び１２ｂ、加工プログラム、各種補正値等を記憶したＲＡＭ１２ｃ、バックラッシュ補正値及びステップ量等を記憶したＲＡＭ１２ｄ等を含む。ＲＯＭ１２ａ及びＲＡＭ１２ｃは、メインＣＰＵ１１ａにより読み出し及び／又は書き込みが行われる。また、ＲＯＭ１２ｂ及びＲＡＭ１２ｄは、サーボＣＰＵ１１ｂにより読み出し及び／又は書き込みが行われる。
【００２５】
パルス分配回路１３を介して伝送された駆動指令は、サーボドライバ等から構成されるドライブユニット３１ｉ及び３１ｊに伝送され、モータ３１ｉ及び３１ｊを駆動する。エンコーダ等を含む検出回路３２ｉ及び３２ｊは、モータ３１ｉ及び３１ｊの回転数、電流値等の所定のデータを検出し、メインＣＰＵ１１ａ及びサーボＣＰＵ１１ｂに伝送する。
【００２６】
つぎに、加工プログラムによる自動運転処理の概要を説明する。
図３に、バックラッシュ補正機能処理のフローチャートを示す。これは、速度対応型で移動前にバックラッシュ補正を実行するものである。
【００２７】
メインＣＰＵ１１ａは、ＲＯＭ１２ａに記憶されたシステムソフトウェアに従って、プログラムが実行開始される。ここで、メインＣＰＵ１１ａは、メモリＲＡＭ１２ｂから命令を１ブロック読み出すことにより、軸移動量、軸移動速度、軸移動方向等のブロック移動の指令データをメインＣＰＵ１１ａにロードして記憶するとともに、この前回のブロック移動が完了（Ｓ１７）しているとする。そこで、メインＣＰＵ１１ａは、メモリＲＡＭ１２ｂから次の命令を１ブロック読み出すことにより、軸移動量、軸移動速度、軸移動方向等の各種データをメインＣＰＵ１１ａにロードして記憶する（Ｓ０１）。そして、前回のブロック移動と今回ロードしたブロック移動との移動方向の変化を解析する（Ｓ０３）。ここで、移動方向に変化がない場合は（Ｓ０３）、通常のように、サーボＣＰＵ１１ｂにより速度分配処理を実行し（Ｓ１３）、サーボ系への駆動指令を出力する（Ｓ１５）。該当するドライブユニット３１は、この駆動指令により適宜軸移動等を実行し、ブロック移動が完了すると、ステップＳ０１に戻り、次のブロック移動処理を開始する。
【００２８】
一方、ステップＳ０３において、移動方向に変化がある場合（Ｓ０３）、今回移動方向がマイナス方向か否か判断する（Ｓ０５）。ここで、前回移動方向がプラスで今回移動方向がマイナスであれば、メインＣＰＵ１１ａは、前回移動速度からバックラッシュ補正値を計算し、データリンカ１１ｃに出力する（Ｓ０７）。さらに、サーボＣＰＵ１１ｂは、計算されたバックラッシュ補正値をデータリンカ１１ｃを介して受信して、ＲＡＭ１２ｄに記憶する（Ｓ０７）。一方、今回移動方向がプラスの場合は、ステップＳ０７によるバックラッシュ補正値の計算及び記憶処理は、スキップされる。つぎに、サーボＣＰＵ１１ｂは、ＲＡＭ１２ｄに記憶されたバックラッシュ補正値により、後述するような構成等で補正指令を出力する。この補正指令に従い、パルス分配回路１３を介して、ドライブユニット３１ｉ及び３１ｊにより各モータ３３ｉ及び３３ｊが駆動される。このような出力処理により、バックラッシュ補正が実行される（Ｓ１１）。
【００２９】
バックラッシュ補正のため出力処理が完了した後に（Ｓ１１）、メインＣＰＵ１１ａは、ステップＳ０１でロードした軸移動量、移動速度等をもとに、サンプリング毎の指令値をサーボＣＰＵ１１ｂに送信する。一方、サーボＣＰＵ１１ｂは、この指令値に基づいて速度分配処理を実行し、パルス分配回路１３に駆動指令を出力する（Ｓ１３）。パルス分配回路１３では、この指令をもとに、サーボ系への駆動指令を出力し、各モータが駆動される（Ｓ１５）。
【００３０】
このようにして、１ブロック移動が完了すると（Ｓ１７）、次の１ブロック移動データをロードするステップＳ０１に戻り、プログラムが終了するまで処理を繰り返す。ブロックの継ぎ目では、ブロック移動方向に変化が有った場合、バックラッシュ補正が実行される。
【００３１】
ここで、ステップＳ０７において、１回のトータルバックラッシュ補正値ａの詳細な計算式は、例えば、以下のようになる。
0003649825.tif 000002
【００３２】
次に、図４に、サーボ系の概略構成図の一例を示す。
入力された指令値は、減算器４１により所定のバックラッシュ補正がなされ、速度制御部４２に伝送される。速度制御部４２は、モータ４３を駆動し、ギア４４を介して、ボールネジ４５が回転される。一方、モータ４３の回転数等はエンコーダ４６を介して、ギアマルチ４７で検出される。減算器４８では、バックラッシュ補正値４９と、ギアマルチ４７の出力を減算することにより、実際のモータ４３の駆動状況をフィードバックする。減算器４１では、指令値から減算器４８の出力を減算することにより、所定のバックラッシュ補正を行う。
【００３３】
本発明のバックラッシュ補正は、図１におけるＺ軸に対して有効なものを説明したが、これに限らず、適宜の軸に、また複数の軸に対しても応用することができる。さらに、テーパ形状が選択されている場合の自動、ＭＤＩ又は手動トラバース運転での、「Ｇ００」モード、「Ｇ０１」モード等の移動に対して有効である。
【００３４】
また、上述の実施の形態では、移動方向がプラスからマイナスに変化した場合にバックラッシュ補正値を計算したが、マイナスからプラスに変化した場合にも適用することができる。
【００３５】
また、本発明では、補正値出力は、各移動指令ブロックの継ぎ目で実行し、また、各軸の移動は、バックラッシュ補正を出力した後に実行するようにした。
このため、補間形状がくずれないようにした。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、自動的にバックラッシュ補正量を算出し、かつ、移動前に補正を実行することにより、従来は対応できかった、移動速度等の条件変化によりバックラッシュ量が変化し、かつ、バックラッシュ量が比較的大きい機械に対しても、バックラッシュ補正を適切に実行することができる。
【００３７】
また、本発明においては、指令ブロックの継ぎ目で、補正出力を実行し、補正出力終了後にプログラム指令の分配を開始することにより、移動ブロックでの補間形状のくずれを発生しないようにすることができる。
【００３８】
さらに、本発明によると、補正の手段として、逆行早送りと戻し補正による手段を用いないため、位置決め以外にも、カッタとワークが接触しているとき等にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連するロール研削盤を備えた数値制御工作装置の構成図。
【図２】本発明に係るロール研削盤の数値制御装置の構成図。
【図３】バックラッシュ補正機能処理のフローチャート。
【図４】サーボ系の概略構成図。
【符号の説明】
１１１  演算処理装置
１１ａ  メインＣＰＵ
１１ｂ  サーボＣＰＵ
１１ｃ  データ入力
１２  記憶装置
１３  パルス分配回路
【図１】
0003649825.tif 000003
【図２】
0003649825.tif 000004
【図３】
0003649825.tif 000005
【図４】
0003649825.tif 000006