(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組の丸ダイス移動台を接近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれぞれの主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主軸を該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸傾斜機構とで構成され、前記一組の丸ダイスでワークを挟み、該丸ダイスの主軸が回転しながら接近してワークを転造加工する丸ダイス式転造装置であって、
上記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各駆動軸が、同一言語体系でプログラミングするプログラミング手段と、該プログラミング手段に基づいて制御要求を処理する実時間処理手段と、該実時間処理手段に基づいて処理された移動位置情報と移動タイミング情報を各動作機構の駆動軸に伝達すると共に、各駆動軸に配設された検出装置からの位置情報をコンピュータに転送する制御伝送手段と、各動作機構の駆動軸の状態を監視し、実時間で制御信号の入出力を管理する実時間管理手段とを備え、コンピュータと各動作機構との双方向通信により前記複数の駆動軸を制御することを特徴とする丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項２】
一組の丸ダイス移動台を接近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれぞれの主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主軸を該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸傾斜機構とで構成され、
前記移動台移動機構が一組の丸ダイスを軸支する一組のダイス移動台と、丸ダイスによるワークの転造位置の回りで前記一組のダイス移動台間に２本以上架け渡されたはり軸と、前記一組のダイス移動台を接近させ、前記一組の丸ダイスでワークを挟む押込機構とを備え、前記ダイス移動台を前記はり軸にガイドさせて接近させると共に、転造圧力によって前記一組の丸ダイス間に生じる反力を前記はり軸に負担させるように構成した丸ダイス式転造装置であって、
上記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各駆動軸が、同一言語体系でプログラミングするプログラミング手段と、該プログラミング手段に基づいて制御要求を処理する実時間処理手段と、該実時間処理手段に基づいて処理された移動位置情報と移動タイミング情報を各動作機構の駆動軸に伝達すると共に、各駆動軸に配設された検出装置からの位置情報をコンピュータに転送する制御伝送手段と、各動作機構の駆動軸の状態を監視し、実時間で制御信号の入出力を管理する実時間管理手段とを備え、コンピュータと各動作機構との双方向通信により前記複数の駆動軸を制御することを特徴とする丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項３】
上記制御伝送手段は、単一のインターフェイス装置を備え、該インターフェイス装置を中心に複数の動作機構がループ状に連結され、コンピュータと各動作機構との双方向通信により複数の動作機構の動作を一元制御及び一元管理することを特徴とする請求項１又は２記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項４】
予めプログラムされた設定回転角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで回転制御すると共に、この主軸の回転角を転造加工の経過に伴って互いに変化させるように制御したことを特徴とする請求項１又は２記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項５】
予めプログラムされた設定回転角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで回転制御する一方、転造中の各丸ダイスの回転角を回転角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定回転角値と前記回転角検出手段によって検出された検出回転角値とを比較し、設定回転角値に一致するよう主軸の回転角を補正制御することを特徴とする請求項１又は２記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項６】
予めプログラムされた設定傾斜角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで傾斜制御する一方、転造中の各丸ダイスの傾斜角を傾斜角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定傾斜角値と前記傾斜角検出手段によって検出された検出傾斜角値とを比較し、設定傾斜角値に一致するよう主軸の傾斜角を補正制御することを特徴とする請求項１又は２記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項７】
予めプログラムされた設定傾斜角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで傾斜制御する一方、ワークと各丸ダイスの相対位置のずれを検出する歩み検出手段によってワークの歩み量を検出し、この歩み量に基づいて主軸の傾斜角を補正制御することを特徴とする請求項１又は２記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項８】
予めプログラムされた設定トルク値に基づいて上記一組の丸ダイスを作動させる一方、各丸ダイスに働く加工トルクをトルク検出手段によって検出し、前記プログラムされた設定トルク値と前記トルク検出手段によって検出された検出トルク値とを比較し、転造中の各丸ダイスに働く加工トルクを一定範囲に保つよう前記各丸ダイスの回転数、又は各丸ダイスの移動速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項９】
上記検出トルク値が設定トルク値より高い場合は各丸ダイスの回転数を上げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの回転数を下げるように制御することを特徴とする請求項８記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項１０】
上記検出トルク値が設定トルク値より高い場合は各丸ダイスの移動速度を下げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの移動速度を上げるように制御することを特徴とする請求項８記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項１１】
上記設定トルク値に対応して複数の回転角加減速度を設定し、この回転角加減速度に基づいて上記各丸ダイスの回転数を制御することを特徴とする請求項９記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【請求項１２】
上記設定トルク値に対応して複数の加減速度を設定し、この加減速度に基づいて上記各丸ダイスの移動速度を制御することを特徴とする請求項１０記載の丸ダイス式転造装置制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、丸ダイス式転造装置において使用される制御システムに係り、特に動作記述言語を用いて複数の駆動軸をリアルタイムに制御するのに好適な丸ダイス式転造装置制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＮＣ（数値）制御を行なう装置にあっては、制御の中心が駆動軸の位置情報を記述する手段と、シーケンスコントローラ等でシーケンスを組み立てる手段とで構成されていた。このような場合の制御システムは、例えば図１２に示した構成をとるのが一般的である。制御の上流側には、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）１上に接続された操作用コンピュータ２があり、この操作用コンピュータ２には、シリアル信号ライン３を介して制御コンピュータ４が接続されている。一方、制御の下流側には、駆動や検出に関わるモータ１０やセンサ１１がサーボアンプ９を介してモーションコントローラ６に接続されている。また、ランプ、スイッチ類、各種センサに関しては、入出力装置８を介してシーケンスコントローラ７に接続されている。そして、前記制御コンピュータ４、モーションコントローラ６、シーケンスコントローラ７は、専用バスライン５に接続されて一つの制御システムを構成している。
【０００３】
上記構成におけるＮＣ制御システムは、駆動軸の位置や速度等のモーションが記述されたソフトウエアを実行する制御ルートと、予めプログラムされた手順に従ってシーケンスを実行する制御ルートとの組み合わせにおいて成り立っている。具体的には、上記モーション記述言語としては、座標軸記述言語であり、シーケンスを構成するのは、電磁リレーやロジックで構成されたコントローラである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような電磁リレーやロジックを利用したハード的なシーケンサと座標軸記述によるソフトウエアの組み合わせでは同期がうまくとれず、制御が滑らかに行なえない。また、最近では、プログラマブルコントローラのような、ある一定のプログラムに基づいてシーケンスを実行するものがあるが、命令体系が限られており、細かい動作や複数の駆動軸に対して位置指令、速度指令、トルク指令等の実時間の同時制御に限界があった。
【０００５】
また、モーションを制御する伝送路と、シーケンスを制御する伝送路が別個独立したものであるため、一つのＮＣ制御システムを構築するのに機能の異なる２系統以上のコントローラを有しなければならない。このため、システム構成が複雑になり、応答速度の遅いものとなっていた。
【０００６】
さらに、上記システム構成においては、使用する駆動装置に対して専用のコントローラ、プロセッサ等が必要であるため、駆動装置間での互換性がない。このため、サーボシステムは、通常同じ製造元のモータ、アンプ、センサ等で構成されている。したがって、コントローラに、ある製造元のものを採用すると、装置全体が同一メーカのサーボシステムで構成されるため、システム設計の自由度が制限されていた。
【０００７】
一方、上記制御システムを応用した装置の例としては、ワークにねじ溝を加工するための丸ダイス式転造装置がある。この転造装置は、丸ダイスをワークに接近させる移動台移動機構や丸ダイスの回転に関わる回転機構等を上記従来のシステムで制御するものであるが、複数の機構を同時に制御したり、各機構同士の同期をとりながら制御する手段がなかったため、これらの制御を各機構毎単独に行なわざるを得ず、ワークの径変化に追従できるような複雑で高精度な加工が困難であった。また、上記移動台移動機構や丸ダイスの回転機構の他に、ワークの切り込み量を制御するための押込機構、ワークの歩み量を制御するためのダイス傾斜機構などを新たに設けたり、丸ダイスの回転機構において各丸ダイスの回転角の位相を互いに変化させて制御する等の必要性が生じた場合に、従来の制御システムのままでは対応できないといった問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、制御及び管理が一元化された環境の下で、丸ダイス式転造装置に備える移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構のそれぞれの駆動軸の動作（位置、速度、タイミング等）のすべてをＡＭＬやＳＲＸを用いたソフトウエア手段でリアルタイムに制御することで、より複雑で高精度の加工を可能とした丸ダイス式転造装置制御システムを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、一組の丸ダイス移動台を接近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれぞれの主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主軸を該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸傾斜機構とで構成され、前記一組の丸ダイスでワークを挟み、該丸ダイスの主軸が回転しながら接近してワークを転造加工する丸ダイス式転造装置であって、上記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各駆動軸が、同一言語体系でプログラミングするプログラミング手段と、該プログラミング手段に基づいて制御要求を処理する実時間処理手段と、該実時間処理手段に基づいて処理された移動位置情報と移動タイミング情報を各動作機構の駆動軸に伝達すると共に、各駆動軸に配設された検出装置からの位置情報をコンピュータに転送する制御伝送手段と、各動作機構の駆動軸の状態を監視し、実時間で制御信号の入出力を管理する実時間管理手段とを備え、コンピュータと各動作機構との双方向通信により前記複数の駆動軸を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、一組の丸ダイス移動台を接近させる移動台移動機構と、一組の丸ダイスのそれぞれの主軸を回転させる主軸回転機構と、丸ダイスの主軸を該主軸の移動方向と直交する面内で傾斜させる主軸傾斜機構とで構成され、前記移動台移動機構が一組の丸ダイスを軸支する一組のダイス移動台と、丸ダイスによるワークの転造位置の回りで前記一組のダイス移動台間に２本以上架け渡されたはり軸と、前記一組のダイス移動台を接近させ、前記一組の丸ダイスでワークを挟む押込機構とを備え、前記ダイス移動台を前記はり軸にガイドさせて接近させると共に、転造圧力によって前記一組の丸ダイス間に生じる反力を前記はり軸に負担させるように構成した丸ダイス式転造装置であって、上記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構の各駆動軸が、同一言語体系でプログラミングするプログラミング手段と、該プログラミング手段に基づいて制御要求を処理する実時間処理手段と、該実時間処理手段に基づいて処理された移動位置情報と移動タイミング情報を各動作機構の駆動軸に伝達すると共に、各駆動軸に配設された検出装置からの位置情報をコンピュータに転送する制御伝送手段と、各動作機構の駆動軸の状態を監視し、実時間で制御信号の入出力を管理する実時間管理手段とを備え、コンピュータと各動作機構との双方向通信により前記複数の駆動軸を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記制御伝送手段は、単一のインターフェイス装置を備え、該インターフェイス装置を中心に複数の動作機構がループ状に連結され、コンピュータと各動作機構との双方向通信により複数の動作機構の動作を一元制御及び一元管理することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定回転角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで回転制御すると共に、この主軸の回転角を転造加工の経過に伴って互いに変化させるように制御したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定回転角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで回転制御する一方、転造中の各丸ダイスの回転角を回転角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定回転角値と前記回転角検出手段によって検出された検出回転角値とを比較し、設定回転角値に一致するよう主軸の回転角を補正制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項６に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定傾斜角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで傾斜制御する一方、転造中の各丸ダイスの傾斜角を傾斜角検出手段で検出し、前記プログラムされた設定傾斜角値と前記傾斜角検出手段によって検出された検出傾斜角値とを比較し、設定傾斜角値に一致するよう主軸の傾斜角を補正制御することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項７に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定傾斜角値に基づいて上記一組の丸ダイスの主軸をそれぞれのサーボモータで傾斜制御する一方、ワークと各丸ダイスの相対位置のずれを検出する歩み検出手段によってワークの歩み量を検出し、この歩み量に基づいて主軸の傾斜角を補正制御することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項８に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、予めプログラムされた設定トルク値に基づいて上記一組の丸ダイスを作動させる一方、各丸ダイスに働く加工トルクをトルク検出手段によって検出し、前記プログラムされた設定トルク値と前記トルク検出手段によって検出された検出トルク値とを比較し、転造中の各丸ダイスに働く加工トルクを一定範囲に保つよう前記各丸ダイスの回転数、又は各丸ダイスの移動速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項９に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記検出トルク値が設定トルク値より高い場合は各丸ダイスの回転数を上げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの回転数を下げるように制御することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項１０に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記検出トルク値が設定トルク値より高い場合は各丸ダイスの移動速度を下げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は各丸ダイスの移動速度を上げるように制御することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項１１に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記設定トルク値に対応して複数の回転角加減速度を設定し、この回転角加減速度に基づいて上記各丸ダイスの回転数を制御することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項１２に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、上記設定トルク値に対応して複数の加減速度を設定し、この加減速度に基づいて上記各丸ダイスの移動速度を制御することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る丸ダイス式転造装置制御システムは、図１に示したように、高級言語を使用して動作（モーション）を記述するプログラミング手段と、該プログラミング手段で記述されたモーションを機械語に翻訳し、実行モジュールに変換する実時間処理手段と、各駆動軸の動作状態をリアルタイムＯＳにより監視する実時間管理手段と、各駆動軸に対する制御信号やステータス信号をアンプとインターフェイスコントローラの間で一元制御及び一元管理する制御伝送手段とで構成されている。
【００２３】
上記プログラミング手段には、主としてＡＭＬ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｌａｎｇｕａｇｅ）を使用している。このＡＭＬは、オブジェクト指向による構造化されたプログラミング言語で、多軸の同期運転システムの動作を記述するのに適している。また、プログラムの作成、編集、デバック等の開発環境がＤＯＳやＷｉｎｄｏｗｓベースであることから、一般的なパーソナルコンピュータの使用が可能であり、使いやすいものとなっている。そのＡＭＬを用いたアプリケーションは、図２（ａ）に示したように、一つのグローバル定義といくつかのモジュール１，２…ｎの組み合わせで構成される。図２（ｂ）は、その処理手順を示したものである。スタート時にグローバル定義を参照し、モジュール１からモジュールｎまでの処理を時分割して命令を実行する。このように、ＡＭＬの記述は必要なオブジェクトを登録し、オブジェクトに含まれる関数や、変数を変更することで各部の動作を決定する。そして、このＡＭＬで記述した各モジュールは、ＡＭＬ開発ツールでコンパイルされ実行コード（後述するＳＥＲＣＯＳ実行命令文（オブジェクトコード））に変換されてからターゲットマシンにダウンロードする。
【００２４】
実時間処理手段及び実時間管理手段は、上記ＡＭＬ開発環境に適した実行ルーチンであり、また、リアルタイム処理機能を有したＳＲＸ（ＳＥＲＣＯＳ  Ｒｕｎｔｉｍｅ  Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ）を使用している。このＳＲＸは、上記プログラミング手段で記述した多軸制御プログラムを高速かつ円滑に実行するためのリアルタイム処理プログラムである。また、後述するインターフェイスのドライブにおいても多彩な制御動作をサポートする。上記ＡＭＬで記述された命令体系は、マルチタスク処理可能なイベントドリブン型の形態であるため、このＳＲＸに組み込まれたリアルタイムＯＳにより、入出力機器やセンサの信号を探知して、すぐに他の処理ができるようになっている。
【００２５】
制御伝送手段は、ＳＥＲＣＯＳ（Ｓｅｒｉａｌ  Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）仕様に基づいたインターフェイスからなっている。このＳＥＲＣＯＳは、ＮＣ制御装置とサーボアンプ間のデータ伝送のためのディジタルインターフェイス仕様（国際規格ＩＥＣ１４９１）であり、位置指令、速度指令、及びトルク指令等のマルチレベルのインターフェイスを行なうものである。本発明のＮＣ制御システムでは、上記プログラミング手段で生成されたＳＥＲＣＯＳ実行命令文（オブジェクトコード）を各駆動軸に伝えたり、駆動軸からのステータス情報を制御コンピュータに返すといった制御を行なう。
【００２６】
上記各手段を用いて構成した丸ダイス式転造装置制御システムの概略構成例を図３に示す。ここでは、大きく分けて制御部Ｓ１、インターフェイス部Ｓ２、操作部Ｓ３とに分けることができる。制御部Ｓ１は、バスライン１３上に接続された制御コンピュータ１２で構成される。この制御コンピュータ１２は、汎用のパーソナルコンピュータがベースとなったコントローラである。したがって、オペレーティング・システム（ＯＳ）としては、一般的なＤＯＳやＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）等が使用可能である。上記制御コンピュータ１２に関しては、前記パーソナルコンピュータに限らず、ＵＮＩＸ（登録商標）ベースのワークステーションであってもよく、特にハードやＯＳに限定されるものではない。インターフェイス部Ｓ２は、インターフェイスコントローラ１５と、制御伝送路１６と、操作部Ｓ３の個々の駆動装置に配設されるインターフェイスボード１７とで構成される。前記インターフェイスコントローラ１５には、ＳＥＲＣＯＳ仕様に基づいた制御を専用に実行する専用プロセッサを有しており、このインターフェイスコントローラ１５と各駆動装置に配したインターフェイスボード１７とは、光ファイバーをループ状に形成した制御伝送路１６を介して接続されている。
【００２７】
上記ＳＥＲＣＯＳによる制御は、制御コンピュータ１２とＳＥＲＣＯＳ制御下にあるサーボアンプ１８との間でオペレーションモードとトランスミッションモードとを有する命令体系により行なう。オペレーションモードには、位置制御モード、速度制御モード、トルク制御モードがあり、各駆動軸の実際の動作を決定する。トランスミッションモードは、サイクリックと非サイクリックを選択でき、コマンド値とフィードバック値をやりとりする。制御コンピュータ１２とサーボアンプ１８との同期においては、主にサイクリック・データを用いて、コマンド値とフィードバック値をやりとりすることで行なう。このときサーボアンプ１８内の運転情報やアラームの要因等の情報も制御部Ｓ１にて取得することができ適確な制御を行なうことができる。
【００２８】
上記ＳＥＲＣＯＳ仕様の制御伝送路１６は一つに限られず、複数の独立したループを構成することができる。この場合、一つのループには、一つのマスタ（インターフェイスコントローラ１５）と、複数のスレーブ（単軸、もしくは、複数軸用のサーボアンプ１８）とで構成され、制御信号のやりとりは全てマスタとスレーブ間において行われる。このため、各駆動軸の制御及び管理がインターフェイスコントローラ１５と制御コンピュータ１２で一元的に行なえる。
【００２９】
以下、本発明の丸ダイス式転造装置制御システムについて詳細に説明する。開発環境及びシステム構成図を図４に示す。ＬＡＮ１の上層には、開発用コンピュータ２１が接続され、ここでＡＭＬによるプログラミング開発が行われる。上記開発用コンピュータ２１は、ＣＰＵ，モニタ，ハードディスク（ＨＤＤ），ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ），モデム等で構成され、ＡＭＬをはじめとする各種開発ツールを備えている。ここでプログラムされた命令はコンパイルされた後、ＬＡＮ１の下層に設けられた制御コンピュータ１２にダウンロードされ、バスライン１３に接続されたインターフェイスコントローラ１５によりＳＥＲＣＯＳコマンドとして実行される。制御伝送路１６には５軸の駆動軸がサーボアンプ１８を介して接続されている。また、各駆動軸やワークの状態を検出するセンサ類もＡ／Ｄコンバータ１９やＩ／Ｏ装置１４を介して同じ制御伝送路１６に接続されている。ここで、各駆動軸の制御方法を図５に基づいて説明する。本実施例では、Ａ，Ｂ軸の回転同期、Ａ，Ｂ軸の上下動、Ｃ軸の５軸制御を基本とする。Ａ，Ｂ軸は、ダイスの主軸３４ａ，３４ｂの同期制御を行なう。このＡ，Ｂ軸の駆動は、減速ギアを介して行なうため、軸のねじれによる同期ムラが無視できない。そこでダイスの主軸３４ａ，３４ｂに直結されたロータリエンコーダ（図示せず）の信号により回転角を測定して同期ムラを補正するようにサーボモータ（図示せず）の制御を行なう。Ｃ軸は、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂの接近停止位置と加工速度の制御を行なう。この軸により、加工開始点及び所定のネジ山深さまで加工するためのダイス押込み量を決める。Ａ，Ｂ軸の上下動を行なうＺ１，Ｚ２軸は、ワークの歩み調整のためＡ，Ｂ軸各々を水平軸に対して傾斜させるものである。この動作は、軸傾斜用ギア３７ｂ及び軸傾斜用サーボモータ３８ｂを用いて行なう。（図には示してないがダイス３２ａの側にも軸傾斜用ギア３７ａ及び軸傾斜用サーボモータ３８ａを有している。）上記Ｚ１，Ｚ２軸は、原点復帰した時は、平行（水平）となる。また、傾斜角度測定用のエンコーダ４５ａ，４５ｂの信号により、Ａ，Ｂ軸の機械的、又は制御上の異常を検出し、非常停止処理を行なう。歩みの制御は、歩み検出手段６２の信号により、Ａ，Ｂ軸の両方またはどちらか一方に所定の傾斜角をステップ状に与え、歩み検出手段６２がＯＦＦになるように制御する。上記５軸の同時制御に関しては、図１乃至図３に示したＡＭＬ、ＳＲＸを用いたソフトウエア開発環境や、ＳＥＲＣＯＳインターフェイスを中心とした制御伝送の適用において可能となったものである。
【００３０】
上記Ａ，Ｂ軸を同時制御する効果としては、従来のギヤによる固定同期方式やエンコーダによる同期ずれを検出しフィードバックする方式では困難であった差速制御が可能となることである。これにより、ワークの径が変化してもＡ，Ｂ軸の回転位相差を補正することで、ワークのピッチ合わせが可能となり、セレーションやスプラインといった加工が容易になる。
【００３１】
また、前記Ａ，Ｂ軸に加えてＣ軸の３軸を同時制御する効果としては、Ａ，Ｂ軸あるいはＣ軸単独の制御では得られなかった最大トルク量が抑えられることである。このため、ダイスを支えるフレームの歪みやダイス自体の耐久性の問題が改善される。さらに、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｚ１，Ｚ２の５軸を同時制御する効果としては、転造加工中のワークの歩みを制御できることである。これにより、つば付き転造等の多彩な転造加工が可能となる。
【００３２】
次に、上記設計仕様に基づいて製造された丸ダイス式転造装置の一実施例について説明する。図６及び図７は、上記丸ダイス式転造装置の概要を示したものである。この丸ダイス式転造装置３１は、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂが回転しながらワーク３３を挟み込み、ワーク３３を押圧して転造加工するものであって、基台４７上に一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂを左右方向、即ちワーク３３の半径方向に移動させ、丸ダイス３２ａ，３２ｂを互いに接近させる上記Ｃ軸を中心とした移動台移動機構４４と、上記Ａ，Ｂ軸を中心として丸ダイス３２ａ，３２ｂを回転させる主軸回転機構４３と、上記Ｚ１，Ｚ２軸を中心として丸ダイス３２ａ，３２ｂを傾斜させる軸傾斜機構４２と、ワークに対して丸ダイスの片方を押込める押込機構５０とを備える。
【００３３】
上記主軸回転機構４３は、第１の丸ダイス３２ａ及び第２の丸ダイス３２ｂを高精度で同速回転させるものであり、回転駆動部と回転検出部とで構成されている。前記回転駆動部を構成するのは、減速機付きの主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂであり、丸ダイス３２ａ，３２ｂの主軸に直接取り付けられる。また、回転検出部を構成するのは、ロータリエンコーダ等の回転角検出装置（図示せず）であり、主軸３４ａ，３４ｂに直接取り付けられる。前記回転角検出装置で検出された主軸３４ａ，３４ｂの回転角は、図４に示したＡ／Ｄコンバータ及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして目標値に近づけるように主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂの回転を補正制御する。このようなＳＥＲＣＯＳインターフェイスを使用したフィードバックループで制御することで、ギア等の回転駆動駆動部で発生するバックラッシュやねじれによる誤差が生じても、主軸３４ａ，３４ｂの回転角度をリアルタイムに目標値に合わせて高精度に制御することができる。
【００３４】
次に、上記主軸３４ａ，３４ｂの回転角を制御しながらワーク３３を転造する場合について説明する。先ず、スプライン軸やセレーション等の軸方向溝をワーク３３に転造する場合について説明すると、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂは、転造中のワーク３３の径変化に伴って回転角が互いに制御される。即ち、転造開始時には両方の丸ダイス３２ａ，３２ｂは同一方向に同一速度で回転するが、転造によってワーク３３の溝が次第に深くなるのに伴って、一方側の丸ダイス３２ａの回転角に対して他方側の丸ダイス３２ｂの回転角を徐々に変えていくような制御が行なわれる。例えば、転造中のワーク３３の円周長を刻まれる歯で割って補正すべきピッチを算出し、この補正後のピッチが得られるような回転角制御を行なう。このように制御することで、切込み開始時から切込み完了時に向かいワーク３３の溝径が次第に変化しても、ピッチが部分的に大きくズレることなく１ピッチ毎に振り分け吸収することができ、円滑なワーク３３の歯面が得られて仕上がり精度が向上する。
【００３５】
なお、このような制御は、モジュールの大きい歯車を転造する場合にも応用できる。また、主軸３４ａ，３４ｂの回転角の変化率は、転造するワーク３３の径や材質、転造するネジ溝の種類やピッチなど種々の要因によっても異なってくる。
【００３６】
次に、螺旋状のネジ溝をワーク３３の外周に転造する場合を説明する。上述の場合と同様に、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂは、転造中のワーク３３径の変化に伴い回転角が互いに制御される。即ち、転造開始時には両方の丸ダイス３２ａ，３２ｂは同一方向に同一速度で回転するが、転造によってワーク３３のネジ溝が次第に深くなるのに伴って、一方側の丸ダイス３２ａの回転角に対して他方側の丸ダイス３２ｂの回転角を徐々に変えていくような制御が行なわれる。
【００３７】
このように回転角を制御することで、図８に示したように、切込み開始時から切込み完了時に向かいワーク３３の円周長がＤからＤ１に変化したとしても、ワーク３３のリード角をβから補正後のリード角β１へ徐々に変化させることができ、ピッチＰを一定に保つことが可能になる。したがって、従来のように転造中にピッチＰが変化してワーク３３が軸方向に歩んでしまうことがなく、丸ダイス３２ａ，３２ｂとワーク３３のフランク面との接触も均一化されて、結果的に転造加工面の仕上がり精度が向上する。
【００３８】
上記移動台移動機構４４は、一方の丸ダイス３２ａを内側面に設けた第１のダイス移動台３６ａと、他方の丸ダイス３２ｂを対向する内側面に設けた第２のダイス移動台３６ｂと、第２のダイス移動台３６ｂの外側に配置した圧力プレート４６とを基台４７上に並列して備えたものである。これらのダイス移動台３６ａ，３６ｂ及び圧力プレート４６は、いずれも基台４７上に固設した一対のスライドレール４８ａ，４８ｂに左右方向へスライド可能に取り付けられる。また、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との間には、互いに向かい合う内側面の四隅に４本のはり軸４９が架け渡され、はり軸４９の両端が第１のダイス移動台３６ａ及び圧力プレート４６にそれぞれ固定される。そのため、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とは、スライドレール４８ａ，４８ｂ上を相対位置が変化することなく一体にスライドする。４本のはり軸４９は、いずれも剛性を等しくし、その位置は、丸ダイス３２ａ，３２ｂによるワーク３３の転造位置を中心としていずれも等距離に且つ周方向に４等分して配置される。なお、剛性の等しいはり軸４９を３本で構成し、丸ダイス３２ａ，３２ｂによるワーク３３の転造位置を中心としていずれも等距離に且つ周方向に３等分して配置してもよい。このように３本又は４本のはり軸をバランス良く配置することで、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との間に圧力が加わった場合、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とが平行を保ったまま、安定した状態ではり軸４９を伸ばすことができる。なお、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とが平行を保ったまま、はり軸４９を伸ばすことができるものであれば、はり軸４９の剛性を変え、また、転造位置からの距離を変化させたものであってもよい。なお、上記実施例ではダイス移動台３６ａ，３６ｂのそれぞれに１個ずつの丸ダイス３２ａ，３２ｂを取付けた場合について説明したが、２個以上の丸ダイスを取付けてワークを挟み込んでも良い。
【００３９】
第２のダイス移動台３６ｂは、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との間でスライドレール４８ａ，４８ｂにスライド可能に取り付けられると共に、前記４本のはり軸４９を挿通させるための貫通孔が側面の四隅に設けられ、はり軸４９によってガイドされている。また、前記圧力プレート４６には、油圧シリンダ等の押込機構５０が固定される。この押込機構５０は、ダイス移動台と同一方向に伸縮するシリンダ軸５１を備えており、シリンダ軸５１の先端を第２のダイス移動台３６ｂの外側面に固定してある。なお、押込機構５０は、油圧シリンダに限られず、空圧機器、電動機及びボールネジを用いたものであってもよい。
【００４０】
ダイス移動台移動機構４４を作動させた時の第１のダイス移動台３６ａ、第２のダイス移動台３６ｂ及び圧力プレート４６の動きは図７に示したとおりである。押込機構５０を作動させてシリンダ軸５１が伸びた状態を図中２点鎖線で示す。シリンダ軸５１が伸びると、第２のダイス移動台３６ｂは押されてワーク３３の中心線５３に向かって（図中Ａ方向）、スライドレール４８ａ，４８ｂ上をスライド移動する。一方、第２のダイス移動台３６ｂと圧力プレート４６との間にはラックとピニオン（図示せず）が設けられているため、圧力プレート１６は、第２のダイス移動台の移動方向と反対方向（図中Ｂ方向）、即ち図７で示した右方向に第２のダイス移動台３５ｂと同一距離スライド移動する。この時、圧力プレート４６と４本のはり軸４９で連結されている第１のダイス移動台３６ａも、圧力プレート４６と同じ右方向（図中Ｂ方向）に同一距離だけ移動する。したがって、第１のダイス移動台３６ａと第２のダイス移動台３６ｂは、互いにワーク３３の中心線５３に向かって同一距離だけスライド移動して接近することになる。このように、本発明に係るダイス移動台移動機構４４によれば、一本の押込機構５０で左右のダイス移動台３６ａ，３６ｂを互いに接近させ、丸ダイス３２ａ，３２ｂを両側からワーク３３に押し込むことで転造加工することができる。また、ラック、ピニオンを設けることによって、ワーク３３の中心線Ｓを常に一定に保つことができ、ワーク３３の供給、排出等の自動化が容易になる。
【００４１】
上記丸ダイス３２ａ，３２ｂを回転させながら互いに接近させ、丸ダイス３２ａ，３２ｂをワーク３３の半径方向に押し付けて転造圧力を作用させる。転造圧力によってワーク３３が回転作用を受け、局部的な塑性変形を繰り返す。これにより、ワーク３３にネジ溝が形成される。ところで、ワーク３３に転造圧力を作用させると、一対の丸ダイス３２ａ，３２ｂにはワーク３３からの反力Ｐが働く。このうち、第１の丸ダイス３２ａに働く反力Ｐは第１のダイス移動台３６ａに伝わる。一方、第２の丸ダイス３２ｂに働く反力は第２のダイス移動台３６ｂに伝わるが、第２のダイス移動台３６ｂはシリンダ軸５１に固定されているため、第２のダイス移動台３６ｂに伝わった反力Ｐはシリンダ軸５１を介して圧力プレート４６に伝わる。
【００４２】
すなわち、転造圧力による反力Ｐは、結果的に第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６との間に働くことになる。そして、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とは４本のはり軸４９で連結されている一方、第１のダイス移動台３６ａと圧力プレート４６とが基台４７には固定されていないため、反力Ｐを４本のはり軸４９で負担することになる。この４本のはり軸４９は、ワーク３３の上下に均等に剛性を等しく配設されているため、反力Ｐは４本のはり軸４９に均等に４等分して負担され、一本当りにかかる引張り力はＰ／４となる。反力Ｐによって４本のはり軸４９は軸方向に若干は伸びることになるが、４本とも均等に良く伸びるために、従来のようにダイス移動台３６ａ，３６ｂが開いてしまい、丸ダイス３２ａ，３２ｂが外側上方に逃げることがない。また、はり軸４９を４本とすることによって、転造圧力によって丸ダイス３２ａ，３２ｂに生じる反力を、安定して前記４本のはり軸４９に均等に負担させることができる。
【００４３】
さらに、この実施例では一対のダイス移動台３６ａ，３６ｂ間に、丸ダイス３２ａ，３２ｂ間の距離検出手段としてのリニアスケール５２が取付けられ、ダイス移動台３６ａ，３６ｂ間の距離が直接に計測される。ダイス移動台３６ａ，３６ｂが外側上方に逃げることがないため、ダイス移動台３６ａ，３６ｂ間の距離を計測することで、転造時に丸ダイス３２ａ，３２ｂ間に発生する広がり寸法を正確に把握することができ、それに基づいて押込機構５０の駆動を制御することができる。即ち、転造時の反力を受けた時に丸ダイス３２ａ，３２ｂが左右に均等に開くために、その時のダイス移動台３６ａ，３６ｂ間の距離をリニアスケール５２で計測し、その計測値を図４に示したＡ／Ｄコンバータ及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして再度目標値に近づけるように押込機構５０の駆動力を補正制御する。このように押込機構５０の駆動力を制御することで、丸ダイス３２ａ，３２ｂの切込み量を高精度に制御できることになる。なお、距離検出手段として、上記リニアスケール５２以外に磁歪センサやレーザセンサなどを用いることができる。
【００４４】
次に、丸ダイスの軸傾斜機構４２及びその制御について説明する。軸傾斜機構４２は、傾斜駆動部と傾斜検出部とで構成されている。前記傾斜駆動部を構成するのは、減速機付きの軸傾斜用サーボモータ３８ａ，３８ｂであり、ダイスホルダ３５ａ，３５ｂに軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂを介して取り付けられる。また、傾斜検出部を構成するのは、エンコーダ等を用いた主軸の傾斜角検出装置であり、ダイスホルダ３５ａ，３５ｂの回動部に取り付けられる。
【００４５】
上記軸傾斜機構４２の構成要素について説明する。一対の丸ダイスの主軸３４ａ，３４ｂは、水平に平行を保ってダイスホルダ３５ａ，３５ｂに回転可能に軸支される。一方のダイスホルダ３５ａは、第１のダイス移動台３６ａの内側面に設けられ、他方のダイスホルダ３５ｂは、第２のダイス移動台３６ｂの対向する内側面に設けられる。特に、これらのダイスホルダ３５ａ，３５ｂは、主軸３４ａ，３４ｂをダイス移動台３６ａ，３６ｂの移動方向に対して直交する面内（垂直面内）で傾斜できるように、ダイス移動台３６ａ，３６ｂに回動可能に取り付けられる。主軸３４ａ，３４ｂの回動中心３９ａ，３９ｂは、両者を結んだ線上Ｓに略ワーク３３の転造位置が来るように設定される。なお、上記実施例ではダイス移動台３６ａ，３６ｂにダイスホルダ３５ａ，３５ｂを介してそれぞれに１個ずつの丸ダイス３２ａ，３２ｂを取付けた場合について説明したが、２個以上の丸ダイスを取付けてワークを挟み込むようにしても良い。
【００４６】
上記ダイスホルダ３５ａ，３５ｂの回動は、軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂによって実行される。この軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂは、各ダイスホルダ３５ａ，３５ｂに設けられたダイスホルダ用ギヤとこのダイスホルダ用ギヤと噛み合うモータ用ギヤとで構成され、モータ用ギヤを先端に取付けた軸傾斜用サーボモータ３８ａ，３８ｂがダイス移動台３６ａ，３６ｂの側面に配設されている。なお、前記軸傾斜用ギア３７ａ，３７ｂ以外にリンク機構等を用いたものであってもよく、またサーボモータに代えて油圧シリンダや空気圧シリンダで駆動することも可能である。
【００４７】
上記ダイスホルダ３５ａの回動制御に際しては、図９に示したように、先ず軸傾斜用サーボモータ３８ａが駆動することでモータ用ギヤが回転され、ダイスホルダ用ギヤを介してダイスホルダ３５ａに回転力が伝達される。これにより、ダイスホルダ３５ａは回動中心３９ａを支点として軸傾斜用サーボモータ３８ａの回転に見合った量回転する。それ故、平行を保つ主軸３４ａ（図中１点鎖線で示す）を、垂直面内で上方に＋α°（図中２点鎖線で示す）、下方に−α°（図中２点鎖線で示す）傾斜させることができる。なお、他方側のダイスホルダ３５ｂも同様の制御がなされる。
【００４８】
図１０はワーク３３のクランプ機構５４を示したものである。ワーク３３は、止まりセンタ５５及び芯押しセンタ５６間に軸方向にクランプされる。止まりセンタ５５はセンタ台５７ａに固定され、一方の芯押しセンタ５６はセンタ台５７ｂに摺動可能に取り付けられる。センタ台５７ｂには空気圧又は油圧のシリンダ５８が固定され、このシリンダ５８の作動によって芯押しセンタ５６がワーク３３の軸方向（図中Ｘ方向）に移動される。センタ台５７ａ及び５７ｂは、ワーク３３の軸方向に設けられたセンタ台スライドレール６１上をスライド可能に取り付けられる。センタ台５７ｂの側面にはリニアスケール等の歩み検出手段６２が設けられ、ワーク３３を軸方向にクランプした状態で、センタ台５７ｂの軸方向の移動を検出し、ワーク３３の歩み量を検出する。
【００４９】
上記軸傾斜機構３７ａ，３７ｂの制御手段（図５参照）は、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角を検知する傾斜角測定用のエンコーダ４５ａ，４５ｂを各主軸３４ａ，３４ｂの端部に取付け、このエンコーダ４５ａ，４５ｂで測定された傾斜角を図４に示したサーボアンプ及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして再度目標値に近づけるように軸傾斜用サーボモータ３８ａ，３８ｂの回転を補正制御する。これにより、水平を保つ主軸３４ａ，３４ｂの回動中心３９ａ，３９ｂを支点とした上下（図中＋−方向）への傾斜を高精度に制御することができる。
【００５０】
なお、軸傾斜用サーボモータ３８ａ，３８ｂの中に上記エンコーダ４５ａ，４５ｂが一緒に組み込まれている場合もある。また、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角度の制御は、転造するワーク３３の径や材質、転造するネジ溝の種類やピッチなど種々の要因によっても異なってくる。
【００５１】
上記構成からなる丸ダイス式転造装置３１を用いてワーク３３を転造加工した時のネジ溝のリード角、円周長、ピッチは、上記回転角制御のところで示した図８と同様である。この図に示すように、丸ダイス３２ａ，３２ｂをワーク３３に向かって徐々に押し込み、切り込みが進むにつれ、ワーク３３のネジ溝の谷径が次第に小さくなる。したがって、ワーク３３の円周長は、切込み開始時のＤから切込み完了時のＤ１へと変化し、ワーク３３の谷部の円周長がδＤだけ短くなる。主軸３４ａ，３４ｂを平行に保ったままだと、ワーク３３のリード角βが変化しないため、切込み開始時のワーク３３のピッチＰと、切込み完了時のワーク３３のピッチＰ１との間にはピッチのズレδＰが発生する。このため、ピッチのズレδＰ分だけ転造中にワーク３３が軸方向に移動してしまう。しかし、転造中に一対の主軸３４ａ，３４ｂをそれぞれ反対方向に徐々に傾斜させることで、転造中のワーク３３のリード角βをワークの円周長の変化に応じて補正することができる。このように補正することでワーク３３のピッチＰを一定に保つことができ、ワーク３３の歩みを抑えることができる。すなわち、ワーク３３の径の変化に伴い主軸３４ａ，３４ｂを徐々に傾斜させ、ワーク３３のリード角βを補正することでワーク３３の歩みが抑えられる。転造完了時にはワーク３３のリード角βは、補正後のリード角β１となる。このようにしてワーク３３の歩みが防止されると、ワーク３３の移動方向のネジ山のフランク面が丸ダイス３２ａ，３２ｂに強く接触し、剥離等が生じるのを防止できるのに加えて、加工された面の仕上がり精度を良くすることができる。また、ネジ溝の盛り上がり不足や転造加工におけるテーパーを防止でき、さらに、つば付きのワークの場合は、歩みが防止されることによって、つばのぎりぎりまで転造することも可能になる。なお、補正後のリード角β１の変化は僅かなため完成ネジの公差の範囲内に充分収まる。
【００５２】
なお、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角は、ワーク３３の径及び切込み量に伴い、補正すべきリード角をあらかじめ算出し、この算出値をサーボ機構の目標値として制御される。また、歩み検出手段６２によってワーク３３の歩みが検出された場合には、主軸３４ａ，３４ｂの両方又はいずれか一方に所定の傾斜角を与え、歩み検出手段６２が一定値になるように制御する。
【００５３】
ところで、本実施例の丸ダイス式転造装置３１によれば、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角を高精度に制御しているため、主軸３４ａ，３４ｂの傾斜角を所定角度傾斜させることで、上述とは逆にワーク３３を歩ませることも可能になる。したがって、例えば、ソロバン形状のダイスを主軸に固定し、主軸を傾斜させることでワークに軸方向の推進力を与えると共に、主軸間距離を変化させることで自由形状の転造が可能になり、スェージングやしごきスピニングでしかできなかった中実、中空素材の外径絞り及び内径加工や、段付き軸、段付きパイプの成形も可能になる。また、通し転造の軸傾斜角の設定も自動化が可能になる他、主軸間距離、軸傾斜角度、ダイスの回転角を高精度に制御することで、幅広い加工が可能になる。
【００５４】
本実施例における丸ダイス式転造装置３１においてはさらに、図６に示したように、丸ダイスの主軸３４ａ，３４ｂのそれぞれにトルク検出装置６３ａ，６３ｂが取り付けられると共に、ダイス移動台の端部には転造中のダイス荷重を測定する荷重検出装置６４が取り付けられる。上記トルク検出装置６３ａ，６３ｂとしては、例えばトルク値を直接に計測するトルク計やサーボモータの負荷を電流又は電圧で検出してトルク値を算出する手段などが用いられる。
【００５５】
図１１は、上記トルク制御方法を実施した時のトルク変化を示したものである。横軸には転造時間、縦軸にはトルク検出装置６３ａ，６３ｂが検出したトルク値を示す。図中１点鎖線は設定トルク値を示す。この設定トルク値は、主軸３４ａ，３４ｂの回転数および移動速度を一定に保った状態で転造した時に発生するダイス荷重およびダイストルクの検出値を考慮して設定される。
【００５６】
先ず、主軸３４ａ，３４ｂの回転数を制御することによって加工トルクを一定範囲内に制御する方法について説明する。一般に、主軸３４ａ，３４ｂの回転数を上げると転造中のワーク３３の転がり数が増え、切込み量が減って発生するトルクが低くなる。一方、回転数を下げるとワーク３３の転がり数が減り、発生するトルクは高くなる。本実施例は、この関係を利用して、発生するトルクを一定に保つ制御をするものである。主軸３４ａ，３４ｂの回転数には上限値および下限値のリミッタが定められ、主軸３４ａ，３４ｂはリミッタの範囲内で自動可変する。転造開始直後の図中▲１▼の時点では、主軸３４ａ，３４ｂは予め設定されている初期回転数で回転する。発生するトルクが徐々に高くなり、設定トルク値に近づいた図中▲２▼の時点からトルク制御を開始する。ここでは、まず、トルク検出装置６３ａ，６３ｂによって検出されたトルク値を設定トルク値と比較判断する。検出トルク値が設定トルク値より低い場合は、主軸３４ａ，３４ｂに負の回転角減速度を与え、回転数を下げてトルク値が高くなるように制御する。トルクがさらに高くなり、設定トルク値を超えた場合（図中▲３▼）は、主軸３４ａ，３４ｂに正の回転角加速度を与え、回転数を上げてトルク値が低くなるよう制御する。このように制御してもトルクがさらに高くなるような場合（図中▲４▼）は、リミッタの上限値の回転数が設定される。このようにトルクを制御しつつ転造が終了に近づくとトルクは低減するのでトルクの制御を終了する（図中▲５▼）。そして、主軸３４ａ，３４ｂの回転数にはリミッタの下限値の回転数が設定される。なお、回転角加減速度を設定トルク値から離れるのに対応して順次大きくなるように段階的に複数設定することで、検出トルクが設定トルク値から離れた場合には設定トルク値に速やかに近づけることができ、設定トルク値に近づいた場合はトルクの変動幅を小さくすることができる。
【００５７】
上記トルク制御は、図４に示したトルク計及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして、予めプログラムされた設定トルク値に近づけるように主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂの回転を補正制御する。このようなＳＥＲＣＯＳインターフェイスを使用したフィードバックループで転造中の加工トルクを予め設定したトルク値に近づけるように制御することで、ピーク時に一時的な主軸トルクの最大値が発生するのを防止でき、転造ダイス寿命を従来のものに比べて大幅に延長することができる。また、トルクを制御することで薄肉の中空部材でも転造加工することが可能になる。なお、上述した主軸３４ａ，３４ｂのトルク制御方法は、丸ダイス３２ａ，３２ｂの主軸を移動させないでワーク３３をフィーダによって押込む差速式転造盤にも応用できる。
【００５８】
次に、主軸移動速度を制御して主軸３４ａ，３４ｂに働く加工トルクを設定トルク値に近づけるように制御する方法について説明する。この場合、主軸移動速度を下げると転造中のワーク３３の転がり数が増え、切込み量が減って発生するトルクが低くなる。一方、主軸移動速度を下げるとワークの転がり数が減り、発生するトルクは高くなる。本実施例は、この関係を利用して発生するトルクを一定に保つ制御をするものである。上述した主軸の回転数と同様に、主軸移動速度には上限値および下限値のリミッタが定められ、主軸移動速度はリミッタの範囲内で自動可変する。図１１に示したように、転造開始直後の図中▲１▼の時点では、主軸３４ａ，３４ｂは予め設定されている初速度で等速移動する。発生するトルクが徐々に高くなり、設定トルク値に近づいた図中▲２▼の時点からトルク制御を開始する。ここでは、まず、トルク検出装置６３ａ，６３ｂによって検出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断する。検出トルク値が設定トルク値より低い場合は、主軸移動に加速度を与えて移動速度を上げてトルク値が高くなるように制御する。一方、加工トルクがさらに高くなり設定トルク値を超えた場合（図中▲３▼）は、主軸移動に減速度を与えて移動速度を上げ、トルク値が低くなるように制御する。このように制御してもトルクがさらに高くなった場合（図中▲４▼）は、リミッタの下限値の移動速度が設定される。このようにトルクを制御しつつ転造が終了に近づくとトルクは低減するのでトルクの制御を終了する（図中▲５▼）。そして、主軸移動速度にはリミッタの下限値の値が設定され主軸３４ａ，３４ｂは等速で移動する。また、上述した回転角加減速度の場合と同様に、主軸移動の加減速度を設定トルク値から離れるのに対応して順次大きくなるように段階的に複数設定することで、検出トルクが設定トルク値から離れた場合でも設定トルク値に速やかに近づけることができる。なお、主軸移動速度と、上述の主軸回転数との両方でトルク制御を行なう場合は、図４に示したリニアスケール、エンコーダ、トルク計からの検出信号をＡ／Ｄコンバータ及びＳＥＲＣＯＳループを介して制御部にフィードバックして、予めプログラムされた設定トルク値に近づけるように油圧シリンダ等からなるＣ軸と、主軸回転用サーボモータ４１ａ，４１ｂからなるＡ，Ｂ軸の回転とを同時に補正制御する。このようなＳＥＲＣＯＳインターフェイスを使用したフィードバックループで上記３軸を同時制御することにより、高精度なトルク制御が可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る丸ダイス式転造装置制御システムによれば、移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構からなる各駆動軸に関する複合的な動作を同一言語体系で記述するプログラミング手段と、このプログラミング手段を実行モジュールに変換する実時間処理手段と、リアルタイムＯＳ機能を兼ね備えた実時間管理手段との融合により、複数の駆動軸に対する位置指令、速度指令、タイミング設定等のフルソフトウエア化と、実時間での同時制御が可能となった。このように、前記移動台移動機構、主軸回転機構、主軸傾斜機構を構成する各駆動軸の実時間による同時制御や管理が可能であることから、転造加工中のワークの径変化に伴うダイスの回転同期ずれや、ワークの歩み量をリアルタイムに補正し、高精度な転造加工を行なうことができる。
【００６０】
制御伝送手段においては、単一のインターフェイスコントローラを核として複数の動作機構をループ状に配する制御伝送方式を採用したことにより、制御命令や各駆動機構の状態監視が上記インターフェイスコントローラで一元的に制御及び管理することが可能となった。
【００６１】
また、上記制御伝送方式に用いたインターフェイスは、規格化されたオープンな仕様であるため、駆動させる軸ごとに適材適所のモータ、アンプ、センサ等のサーボシステムの採用が可能になり、システム設計の自由化が図られる。また、制御伝送路の省配線化が実現でき、高速で高精度な制御の実行・管理が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る丸ダイス式転造装置制御システムにおける制御手段の基本設計概念図である。
【図２】上記丸ダイス式転造装置制御システムのソフトウエア構成図である。
【図３】上記丸ダイス式転造装置制御システムの概略構成図である。
【図４】上記丸ダイス式転造装置制御システムの詳細構成図である。
【図５】主軸回転機構、軸傾斜機構の概念図である。
【図６】本発明に係る丸ダイス式転造装置の一実施例を示す平面図である。
【図７】上記図６における丸ダイス式転造装置の作動時における正面図である。
【図８】上記丸ダイス式転造装置を使用した場合のワークの円周長とピッチとの関係を示すグラフである。
【図９】上記図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】図６における丸ダイス式転造装置のワークのクランプ機構を示す平面図である。
【図１１】転造時間と発生トルクとの関係を示すグラフである。
【図１２】従来の丸ダイス式転造装置のシステム構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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