(57)【要約】【課題】研削盤テーブル軸の高速オシレーションを低コストで実現する制御システムと制御方法を提供すること。【解決手段】制御システムは、ＮＣ装置１と、外部パルス発生コントローラ２とを有する。ＮＣ装置は、研削盤の運転制御プログラムを内蔵したＮＣ部３と、このＮＣ部からの指令に基づいて研削盤の各軸を動かすサーボ部４と、同期制御機能を備えたＰＭＣ部５とを含む。外部パルス発生コントローラは、研削盤のテーブル軸１２を往復動させるためのパルスを発生する。パルス発生コントローラは発生パルスをサーボ部４へ直接入力し、該サーボ部はＰＭＣ部５の同期制御の下にこのパルスに従って研削盤のテーブル軸を往復動させる。【選択図】図１
2005186255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削盤用の制御システムにして、
研削盤の運転制御プログラムを内蔵したＮＣ部、このＮＣ部からの指令に基づいて研削盤の各軸を動かすサーボ部、そして同期制御機能を備えたＰＭＣ部を含むＮＣ装置と、
研削盤のテーブル軸を往復動させるためのパルスを発生する外部パルス発生コントローラとを有し、
前記パルス発生コントローラは発生パルスを前記サーボ部へ直接入力するように前記ＮＣ装置に接続され、該サーボ部は前記ＰＭＣ部の同期制御の下に前記パルス発生コントローラからのパルスに従って研削盤のテーブル軸を往復動させる、制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の制御システムにおいて、前記外部パルス発生コントローラは、位相差を違えた２つのパルス相よりなる２種類のパルスを交互に発生し、前記サーボ部は、これらパルスの位相差から研削盤テーブル軸の往動と複動を判別する、制御システム。
【請求項３】
研削盤の運転を制御する方法にして、
内蔵したＮＣプログラムに基づいて研削盤の各軸を動かすサーボ部を有し、同期制御機能のあるＮＣ装置を用意することと、
研削盤のテーブル軸を往復動させるためのパルスをつくることと、
このパルスを前記ＮＣ装置のサーボ部へ入力して、同期制御の下に研削盤のテーブル軸を往復動させることとを含む、制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の制御方法において、前記パルスは、研削盤テーブル軸の往動と複動を区別するための、位相差を違えた２つのパルス相よりなる２種類のパルスであり、これらパルスを交互に発生する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内面研削盤の運転制御に係り、特にオシレーション機能を行うための制御システムおよび制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内面研削盤の研削加工では、図４に示すように、砥石２１を、切込み方向２２に対して直角の方向２３にオシレーションする機能が必要である。オシレーションとは、砥石を支持するテーブル２４が、前進と後退とを連続して繰り返す移動方式である。この動作は、チョッピングまたはトラバースとも称され、本願ではこれらの用語を共に用いている。
【０００３】
内面研削盤は、ＮＣ（数値制御）装置２５の制御の下にオシレーションを行って、砥石２２を前後に移動させながらワーク２６の内面を切込むことにより、研削表面の面粗さ精度を高めている。そのため、砥石２１を支持するテーブル２４が、ワークを載せる切込み台２７に対して前後（図中の両端矢印方向２３）に移動可能になっている。このようにテーブルを駆動する軸を、切込み軸に対して、テーブル軸と称する。
【０００４】
オシレーションを行うには、幾つかの方式がある。
テーブル軸の駆動に油圧を用いる場合、オシレーション移動はカム摺動によって行う。この方式の場合、まず油圧を用いた機構でテーブルをオシレーション開始位置まで移動させる。その後、オシレーション駆動源として、テーブルに摺接して設けた偏芯カムを回転させる。こうして、テーブルはカムの偏芯分だけ前後にオシレーションするしくみになっている。
この方法は、作動制御が油圧の切換だけであるので簡単であるものの、オシレーション振幅がカムの偏芯量で決まるため、ワーク寸法の変更などオシレーション振幅を変更する要因が生じた場合に容易に対応できないと云う問題がある。
【０００５】
これに対して、ボールネジを用いたＮＣ装置によって、サーボ制御の下にオシレーションを行うこともできる。この場合は、オシレーション移動の前進端と後退端で送り方向を切り換えて指令を発するが、切込み軸の移動とは独立してひたすらテーブル軸をオシレーション移動させるという特殊な制御方式を必要とする。この制御方式は、一般にチョッピング機能とよばれ、研削盤専用の特殊機能として一部のＮＣ装置に装備されている。
【０００６】
すなわち、一部の専用コントーラまたはＮＣ上位機種には、すでに、他の軸とは独立して、前後に軸を移動させる機能（チョッピング機能）をＮＣ装置内部に設けたものがある。同機能は、砥石のオシレーション制御を想定して提供されているもので、１つのＮＣプログラムによって、切込み軸を制御しながらテーブル軸に対してオシレーションを指令することが可能となる。
【０００７】
また、実際のオシレーション開始指令として、一般的な切削送りや早送りなどの軸指令と同じく、オシレーション用準備コードが用意されているため、この方式は使い易く、オシレーション停止準備コードの指令があるまでオシレーションを繰り返すことができる。これは、使用者側からしてみれば、最も使いやすい形態といえよう。この方式は、制御装置自身がオシレーションの工程を管理しているので、オシレーション性能の面からも理想的である。
しかしながら、このチョッピング機能は研削盤用の特殊機能に位置づけられているために、装備する機種が専用ＮＣ装置に限られる。従って、一般にはコスト高になる場合が多い。
【０００８】
このような特殊機能によらない方式として、ＮＣ装置の２系統制御を応用することが考えられる。
最近のＮＣ装置は、２系統制御機能を有するものが一般化してきている。２系統制御とは、ＮＣ内部で２つの（２系統の）ＮＣプログラムを非同期で実行できるものである。これによって１つの系統のＮＣプログラムで切込み軸を制御して、他方の系統でテーブル軸を任意のタイミングでオシレーション駆動する制御が可能となろう。
【０００９】
しかし、２系統制御は、そもそもローダーや付加軸などの一時的な制御機能としての使われ方が多く、研削盤への応用などといった特異なケースを想定しておらず、併用できるＮＣ機能が細かく限定されている。
致命的な例として、２系統制御を行う場合、（多段）スキップ機能を併用できないという制限がある。一方、研削サイクル、特にゲージサイクルの場合は、（多段）スキップ機能が必須である。したがって、オシレーション機能と多段スキップ機能は両立せず、２系統制御を利用することは実際上できないのである。
【００１０】
ここで、（多段）スキップ機能とは、移動途中の切込み軸が、指令された目標位置に達する前に、外部からの加工寸法管理信号（スキップ信号）に反応して、残り移動を中断し、その移動ブロックを終了するものである。研削盤の場合、加工寸法をインプロセスで管理しながら研削するいわゆるゲージ加工サイクルでは、この信号が複数（最大３つ）にわたるため、多段スキップ機能を使用する。
【００１１】
さらに別の方式として、図５に示すように、ＮＣ装置３５の内蔵ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）３８を併用し、これらからの指令を重畳して２つの軸３９，４０を移動制御するシステムがある（特許文献１を参照）。
このシステムは、切込み軸をＮＣプログラムで制御し、オシレーションするテーブル軸をＰＭＣでプログラム制御している。このシステムによると、ＮＣ部３５ａとＰＭＣ３８が独立していて、多段スキップ機能の併用不可といった制限などもなく、オシレーションさせながら、多段スキップ機能を使ったゲージ研削サイクルを行うことが可能である。
【特許文献１】特開平７−２３０３１２号公報
【００１２】
ところが、このような制御では、オシレーションの前後端でタイムラグが生じて、その位置でテーブルが瞬間停止してしまう可能性がある。これは、スムーズに往復運動を繰り返すことが求められるオシレーション移動、特に高速オシレーションにとって、問題である。
詳細には、オシレーションを行うには、前進ないし後進移動の後に、即座に反対方向への移動指令を行う必要がある。これに対して、ＰＣプログラムは、オシレーションの前後端でその都度移動指令を出すために、ＰＣのスキャンタイミングによっては、分配完了（移動完了）しても即座に次の移動指令ができない場合があるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、チョッピング機能といったような特殊な研削盤機能を要さず、低コストＮＣ装置を用いて、支障なく高速オシレーションを実現することができる、内面研削盤の制御システムと制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この為、本発明は、汎用ＮＣ装置の内蔵ＰＭＣに備わっている、ＮＣ手動操作用の外部パルス同期機能を利用してオシレーション送りを実現しようとするものである。
本発明による内面研削盤用の制御システムは、研削盤の運転制御プログラムを内蔵したＮＣ部、このＮＣ部からの指令に基づいて研削盤の各軸を動かすサーボ部、そして同期制御機能を備えたＰＭＣ部を含むＮＣ装置と、研削盤のテーブル軸を往復動させるためのパルスを発生する外部パルス発生コントローラとを有する。
前記パルス発生コントローラは発生パルスを前記サーボ部へ直接入力するように前記ＮＣ装置に接続され、該サーボ部は前記ＰＭＣ部の同期制御の下に前記パルス発生コントローラからのパルスに従って研削盤のテーブル軸を往復動させる。
【００１５】
また、本発明による内面研削盤の作動を制御する方法は、内蔵したＮＣプログラムに基づいて研削盤の各軸を動かすサーボ部を有し、同期制御機能のあるＮＣ装置を用意することと、研削盤のテーブル軸を往復動させるためのパルスをつくることと、このパルスを前記ＮＣ装置のサーボ部へ入力して、同期制御の下に研削盤のテーブル軸を往復動させることとを含んでいる。
【００１６】
上記構成によると、外部パルスをＮＣ装置のサーボ部へ直接入力して研削盤テーブル軸を往復動させるため、ＮＣ装置による処理は比較的短くて早く、テーブル軸は高速でオシレーションする。また、これは、ＮＣ装置に特別な機能を設けることなく、同期制御機能をもった既存の汎用ＮＣ装置に外部パルス発生手段を併用して、低コストで実現することができる。
【００１７】
上記パルスは、研削盤テーブル軸の往動と複動を区別するために、位相差を違えた２つのパルス相よりなる２種類のパルスとし、これらパルスを交互に発生して、サーボ部は、これらパルスの位相差から研削盤テーブル軸の往動と複動を判別することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、低コストの汎用ＮＣ装置と安価な外部ＰＬＣ（プログラマブル・コントローラ）を組み合わせて使用することにより、内面研削盤に必要とされるオシレーション送りを容易に実現できる。
【実施例】
【００１９】
次に、図１から図３を参照して、本発明の実施例による内面研削盤用の制御システムを説明する。
この制御システムは、ＮＣ装置１を含み、これに外部ＰＬＣによるパルス発生コントローラ２を併用するものである。
ＮＣ装置１は、ＮＣ部３と、サーボ部４とを有し、加えて、外部パルス同期機能のあるＰＭＣ部５を内蔵している。ＮＣ装置１は、既存の汎用タイプのものであってもよい。
【００２０】
ＮＣ部３は、内面研削盤の作動プログラムを内蔵していて、必要に応じてこれを実行し、特に、自動運転時にＮＣプログラムの実行を行う。より詳しく云うと、ＰＭＣ部５からの起動タイミングに応じて、内蔵メモリに記憶しているプログラムを読み出して、サーボ部４に、制御対象の移動目標位置、目標速度などを指令する。
サーボ部４は、それら指令された情報に基づいて、実際に研削盤の軸移動を行う。
【００２１】
ＰＭＣ部５は、研削盤や作業者とＮＣ部３との間のインタフェースをつかさどる部分で、バルブなど機械系を制御しながら、ＮＣプログラムとタイミングをはかって、システム全体の動きを統括するものである。
なお、前述の外部パルス同期機能とは、外部のパルス発生器から直接サーボ部に入力されるパルスに同期して工作機械の軸を移動させる機能である。
【００２２】
パルス発生コントローラ２は、研削盤にオシレーションを行わせるパルスを発生して、ＮＣ装置１へ出力する。
ここで、パルスによって研削盤のオシレーションを制御する仕組みを説明する。
先ず、制御システムには、外部からの１パルスに対して（最小設定単位で）、研削盤のテーブル軸をどれだけ移動させるかを予め設定しておく。この状態で、外部から相当周波数で任意の数のパルスを送り出せば、テーブル軸をパルスに同期して移動させることができる。この時、１パルス分の移動量とパルス周波数を乗算した値が、移動速度になる。この方式でオシレーションを実現するには、正方向移動用のパルス列を送った後、直ちに負ないし逆方向移動用のパルス列を送れば良い。
【００２３】
本実施例では、パルス発生コントローラ２は、図２に示すように、１／４周期の位相ずれのあるＡ相とＢ相からなる２種類の位相差パルスを発生して、ＮＣ装置のサーボ部４へ入力する。
これを受けたサーボ部４は、Ａ相およびＢ相の位相ずれ状態を判別して、テーブル軸移動方向の正転と反転を区別する。すなわち、Ａ相に対してＢ相が遅れていれば正方向と判定し、反対に進んでいれば逆方向と判定して、このパルスに従って研削盤のテーブル軸を移動させる。
【００２４】
パルスの出力は、外部ＰＬＣの出力ユニットを通して行う。パルス発生に関しては、ＰＣプログラム中で、パルス周波数とパルス数をパラメータとするパルス送出機能命令をワンショットで指令することにより、相当のパルスを出力できる高機能パルス発生機能を有するＰＬＣを使用すればプログラミングが容易になる。そのような機能を有しない機種では、ＰＣプログラムのタイマー機能やタイムインターバル処理機能を使うことによって、連続的にパルスを発生させることが可能である。
【００２５】
パルス発生コントローラ２は、パルス発生のためのＰＣプログラムを設定しており、このプログラムによって、まずＡ相パルス送出を指令し、その後１／４周期だけ遅れて、今度はＢ相パルス送出を指令する。次に、コントローラ２は、所定パルスをすべて出力完了したことを確認すると、今度は、逆位相のパルスを同様の要領で発生する。これらを繰り返すことによって、オシレーション指令を行う。
【００２６】
このＰＣプログラムを図３に示すが、図に見られるように処理内容がきわめて少なく、制御対象がパルス制御にかぎられているので、外部ＰＬＣの処理能力にとってはかなり余裕がある。そのため、ＰＣプログラムのスキャンタイムはごく短くなる。また、発生パルスはＮＣ装置の内蔵ＰＭＣ部５を介さず直接サーボ部４に入力されるため、反応も速くなる。以上のことから、十分に高速なオシレーションを実現することができる。
【００２７】
パルス発生コントローラ２とＮＣ装置１間の接続は、コントローラ２の出力モジュール２点とＮＣ装置サーボ部の外部パルスインタフェースとで行う。詳細には、外部ＰＬＣの出力モジュールにおいてパルス出力点として働く２点をそれぞれＡおよびＢ相パルス用にして、ＮＣ装置サーボ部４の外部パルスインタフェース４ａのＡ相用とＢ相用の各点に接続する。出力ユニットは、高いパルス周波数を考慮して、リレー出力ではなくトランジスタ出力仕様である。
また、サーボ部４のサーボインターフェース４ｂ，４ｃは、研削盤の切込軸モータ１１とテーブル軸モータ１２にそれぞれつながっている。
【００２８】
実際にオシレーションの動きを規定する指令情報は、ＮＣ装置１からパルス発生コントローラ２へ伝達される。その情報の主なものは、オシレーション長さ、オシレーション速度とオシレーション開始指令信号である。また、オシレーション起動中は、逆に、パルス発生コントローラ２からＮＣ装置１へオシレーション起動中状態信号が出力される。
情報伝達手段は、ＮＣ装置１とパルス発生コントローラ２間でＩ／Ｏによる直接送受信で行うが、これはＲＳ２３２Ｃなどの通信手段を採用して、省コストを計ってもよい。
【００２９】
次に、このように構成した制御システムの、オシレーションに関する作動を説明する。
前述のように、オシレーションの長さや、速度などの情報は予め、ＮＣ装置１からパルス発生コントローラ２へ指令されている。
ＮＣ部２は、制御システムの起動に伴って運転プログラムを実行する。同プログラムが進行して、テーブル軸をオシレーション移動すべきタイミングになると、ＮＣ部は、まず、ＮＣプログラムの指令によって、テーブル軸をオシレーション開始位置に位置決めする。
【００３０】
次いで、ＰＭＣ部５から外部パルス同期指令がサーボ部４へ指令され、サーボ部４はテーブル軸を外部パルス同期で移動可能な状態になる。その後、ＮＣ装置１が、外部ＰＬＣすなわちパルス発生コントローラ２に対してオシレーション開始信号を出力する。
パルス発生コントローラ２は、この信号が有効な間だけ位相差パルスを出力し続けて、オシレーション移動を継続する。これは、一般的には、切込み軸がワークを加工する直前から加工完了するまでの間である。
【００３１】
パルス発生コントローラ２は、図３に示す手順に従ってパルスを発生する。
まず、パルス送出を継続中であるか否か（テーブル軸が往あるいは復方向へ移動完了したか）を周期的に確認する。この確認の結果、パルス送出が継続中、すなわちテーブル軸がいずれかの方向へ移動中なら、何も処理を行わない。
これに対して、パルス送出が完了し、テーブル軸がいずれかの方向へ移動完了した時点で、引き続いて前回とは逆方向のパルス出力指令を行う。
【００３２】
より詳しく説明すると、パルス発生コントローラ２は、まず、ＮＣ装置側から入力されたオシレーションの速度と長さに応じてパルス周波数とその数を設定して、パルス出力機能命令を発する。これによって、外部ＰＬＣの所定出力ユニットを通して自動的にパルスが出力される。これが、図２に示すＡ相のパルス発生となる。同時に、パルス発生コントローラ２は、このタイミングを起点としてオシレーション開始中の状態信号をＮＣ装置１へ出力する。
【００３３】
次に、パルス発生コントローラ２は、設定パルス周期の１／４の時間（１／４周期）経過後に、同じ要領で、今度はＢ相パルス送出を指令する。このときのパルス出力機能命令の指令先は、Ｂ相になる。このようにして位相差パルスが、ＮＣ装置１へ送信される。この状態で、外部ＰＬＣはパルス送出完了を待つ。
パルス送出が完了すると、パルス発生コントローラ２は、同じ要領でテーブル軸を逆方向へ移動させるためのパルス送出を行う。要領は正方向のパルスの場合と同様であるが、今度はＢ相パルスを先に指令してから、１／４周期経過後にＡ相パルスを指令する。
【００３４】
この時、このタイミングの直前、すなわち負方向へのパルス指令を行う前に、ＮＣ装置１からのオシレーション開始指令が継続中であるか否か、オシレーション停止命令がでたか否かを確認する。
もし、この時点でオレーション開始指令が終了していれば、負方向へのパルス指令は行わない。このようにして、オシレーションの開始、継続、終了が行われる。
なお、オシレーション終了位置はその開始点に一致するようにする。オシレーションが終了すると、ＰＭＣ部５では外部パルス同期機能が解除され、テーブル軸はＮＣ部３のＮＣプログラム指令の下に原点へ戻され、加工完了となる。
【００３５】
ここで、パルス周期とオシレーション速度の関係について述べる。
内面研削盤で必要とされるオシレーション速度は数ｍ／分である。最大でも１０ｍ／分あれば、速度は十分である。つまり、最大速度は１７０ｍｍ／秒である。ＮＣ装置の最小設定単位が０．００１ｍｍの場合、外部からの１パルスに対する同期移動量は、一般的に最高で０．１ｍｍである。同期移動の場合、位相差パルスは４逓倍換算されるために、パルス周波数は １７０／０．１／４＝４２５Hzである。
これに対して、一般にＮＣ装置のパルス許容周波数は１００ｋHzで、外部ＰＬＣの出力可能なパルス周波数は１０ｋHzである。これらを勘案すると、上記の条件に対して、既存のＮＣ装置および外部ＰＬＣともに対応能力は十分であり、既存のこれら装置を用いて研削盤テーブル軸の高速オシレーションを実現することができる。
【００３６】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような特定の形態のみに限定されるものでなく、添付した特許請求の範囲の定義内で、説明した形態に種々の変更を加え得ることができ、或いは本発明は別の形態を採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例による内面研削盤用の制御システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のシステムのパルス発生コントローラが発生する位相差パルスを示す概略図である。
【図３】図１のシステムのパルス発生コントローラにおけるパルス送出のフローチャートである。
【図４】従来の内面研削盤用の制御システムを示す概略図である。
【図５】別の従来の制御システムを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ＮＣ装置
２  外部パルス発生コントローラ
３  ＮＣ部
４  サーボ部
５  ＰＭＣ部
【図１】
2005186255.tif 000003
【図２】
2005186255.tif 000004
【図３】
2005186255.tif 000005
【図４】
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【図５】
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