技术领域

本发明主要涉及机床的主轴同步运转，涉及用各自的主伺服电机和副伺 服电机驱动经工件结合和分离的主主轴和副主轴的伺服电机的同步控制装 置。

                       背景技术

以往在机床的主轴同步控制方面作出了许多发明，记载在例如特开平1 -228750号、特开平1-228751号、特开平1-228752号、特开平2-109605 号公报中。

这些公报中所记载的都是用速度控制的伺服电机使2个主轴运转，让2 个主轴在不经工件分离时正确同步用的发明。

具体而言，特开平1-228750号公报中记载的发明揭示了检测两主轴的 速度偏差进行2个主轴速度同步的技术，特开平1-228751号公报中所记载 的发明揭示了还使用两主轴的位置偏差进行同步的技术，特开平1-228752 号公报中记载的发明揭示了除速度、位置外，还利用转矩的技术，特开平2 -109605号公报中记载的发明揭示了不仅主轴速度而且位置也加以同步的 技术。这些均是用伺服电机运转全部主轴的技术。

特开平2-41693号公报记载的发明虽然在主轴用的2个伺服电机中用 驱动副主轴的伺服电机进行位置控制，但指令是来自主轴的位置检测器的位 置信号，明显地存在滞后，主、副两轴不能用同一位置指令加以驱动。

如上所述，大部分已有技术是用速度控制的伺服电机运转主轴，其原因 是在机床用主轴驱动伺服电机中，虽然最大转矩不大，但大多额定速度高， 从启动至到达额定速度期间及速度作大的变化后，两主轴进行机械结合时， 速度控制能用电机产生的最大转矩调整速度增减所需的转矩，在时间上有 利。

但是，伺服电机与主轴间的变速比不能正确配合的机床，必须对作为基 准的主轴进行控制，即对作为最终机械端的主轴位置进行控制。

然而，在上述以往的伺服电机同步控制装置中，存在下述问题。

在主主轴与副主轴用卡盘保持工件两端，经工件结合时，若两者间的综 合位置增益，即与主轴动作有关的位置增益与主轴及伺服电机间的变速比(伺 服电机的旋转速度/主轴的旋转速度)存在差异时，则在主、副主轴的位置下 垂度间产生差异，若一方的伺服电机的转矩到达转矩极限或卡盘的夹紧力 弱，则工件会偏移，会产生工件上带有伤痕的问题。

即，尤其在主轴与伺服电机间的转矩传递中例如使用传送带这种柔性构 造时，由于不能得到正确的变速比而产生该综合增益的差。而且，若实际变 速比与伺服电机放大器中设定的参数间即使稍有差异，在位置控制中，上述 位置下垂度中也会产生差异。另一方面，在进行速度控制时会产生速度差。

由此，总之若结合的主、副伺服电机中产生相位差，使伺服电机的负荷 转矩增加，提高至转矩极限值，或者若卡盘夹力减弱，则工件会产生偏移， 从而工件中会附有伤痕。

作为主轴同步有代表性的方法，支持工件两端载断中央部的作业，对加 快切断后工序具有很大效果。因为切断作业在工件圆周速度恒定中进行，所 以在缩短作业时间方面，希望主轴同步控制可急剧调速。但已有技术中，上 述变速比稍有偏差也不允许。

又，通常多数情况是主主轴为使工件旋转状态，副主轴的卡盘夹住工件， 因而这时向主、副主轴与伺服电机施加大的力，主、副主轴转速下降，主主 轴和副主轴往往在与计划的位置有偏差的状态下进行机械结合。这时必须再 次重新进行副主轴的结合作业，存在作业费事及耗费时间的问题。

在图16和图17中，示出主、副主轴经工件结合时位置下垂度的差在结 合前、后的变化及没有工件时位置下垂度的差的变化。

图17表示没有工件时位置下垂度的差的变化，它显示：一旦进行副主 轴侧卡盘的夹紧作业，副主轴侧的伺服电机经受相当大的力，位置下垂度的 差瞬时变大，但该差立即变小。

但是，有时在工件由主主轴侧的卡盘保持并夹紧副主轴侧的卡盘进行作 业的情况下，在速度下降时进行结合。这样，一旦夹紧副主轴侧的卡盘进行 两者结合，如图16所示，主、副主轴的位置下垂度的差阶跃状上升，并从 卡盘夹紧(ON)至放松、释放(OFF)保持较大的差。

为此，在位置控制中恢复相位延迟的力起作用，达到转矩极限值，所以 要修正延迟部分，必须再次重新结合。

因而，本发明为解决上述问题而作出，其目的在于提供一种伺服电机的 同步控制装置，在主主轴与副主轴结合时，即使两主轴的位置下垂度存在差 异时，主主轴与副主轴也能正确同步运转，可急速调速运转，同时，即使在 主轴与伺服电机间的转矩传送中采用传动带等柔软构造时，也能自动应对变 速比的随时间变化。

                      发明揭示

为达到上述目的，本发明的一种伺服电机的同步控制装置包括：各自安 装在两端保持工件的卡盘并经所述工件结合、分离的主主轴与副主轴；分别 驱动所述主主轴和副主轴旋转的主伺服电机和副伺服电机；分别安装在所述 主主轴和副主轴上以输出位置反馈信号的主主轴和副主轴的位置检测器；分 别安装在所述主伺服电机和副伺服电机上以输出速度反馈信号的主伺服电机 和副伺服电机的速度检测器；分别驱动所述主伺服电机和副伺服电机的主伺 服放大器和副伺服放大器；分别向所述主伺服放大器和副伺服放大器输出速 度指令和位置指令的数值控制装置；所述主伺服放大器和副伺服放大器分别 包括：根据所述位置检测器的位置反馈信号和自所述数据控制装置输入的位 置指令，输出位置下垂度及与位置下垂度相应的速度指令的位置控制部；根 据所述位置控制部的速度指令和所述速度检测器的速度反馈信号，输出电流 指令的速度控制部；根据所述速度控制部的电流指令与流过电机的电流反馈 信号控制向电机供电的电流的电流控制部；所述副伺服放大器还包括，根据 所述主主轴和所述副主轴分离状态下，主伺服电机与副伺服电机旋转时的主 主轴的位置下垂度与副主轴的位置下垂度两者的位置下垂度差及所述副伺服 电机的速度检测器的速度反馈信号，求位置修正数据的位置修正部；所述副 伺服放大器的位置控制部，在经所述工件主主轴和副主轴结合且主伺服电机 和副伺服电机同步旋转时，把所述位置修正部的位置修正数据与位置下垂度 相加，输出与相加所得的位置下垂度相应的速度指令。

又，所述位置修正部包括：求在所述主主轴与所述副主轴分离的状态下， 主伺服电机与副伺服电机正旋转时的主主轴的位置下垂度与副主轴的位置下 垂度两者的位置下垂度差的比较手段；以所述副伺服电机的速度检测器的速 度反馈信号除来自所述比较手段的位置下垂度差的除法手段；存储所述除法 手段的相除值的存储手段；把来自所述副伺服电机的速度检测器的速度反馈 信号与所述存储手段中存储的相除值相乘的乘法手段；进行切换，使在所述 主主轴与所述副主轴分离的状态下主伺服电机与副伺服电机旋转时，输出来 自所述比较手段的位置下垂度差作为向副伺服放大器的位置控制部输出的位 置修正数据，而在经所述工件主主轴与副主轴结合且主伺服电机和副伺服电 机旋转时，输出来自所述乘法手段的相乘值作为向副伺服放大器的位置控制 部输出的位置修正数据的切换手段。

又，所述位置修正部包括：计算所述主主轴与所述副主轴分离状态下主 伺服电机与副伺服电机旋转时主主轴的位置下垂度对副主轴位置下垂度的比 率的位置下垂度比率计算手段；存储所述位置下垂度比率计算手段的位置下 垂度比率的存储手段；同时，所述位置控制部包括：根据所述位置检测器的 位置反馈信号与自所述数值控制装置输入的位置指令，计算副主轴位置下垂 度的位置下垂度计算手段；把预存的副伺服电机的位置增益与所述位置下垂 度计算手段的位置下垂度相乘的位置增益乘法手段；把预存的副伺服电机的 变速比与所述位置增益乘法手段的相乘输出相乘的变速比乘法手段；在所述 主主轴与所述副主轴经工件结合且主伺服电机与副伺服电机同步旋转时，把 所述存储手段中存储的位置下垂度比率与所述变速比乘法手段中预存的变速 比相乘从而修正变速比的变速比修正手段。

又，所述变速比修正手段包括对所述存储手段中存储的位置下垂度比率 作一阶延迟处理的滤波器。

又，所述位置修正部包括：计算所述主主轴与所述副主轴分离状态下所 述主伺服电机与副伺服电机旋转时主主轴位置下垂度对副主轴位置下垂度比 率的位置下垂度比率计算手段；存储所述位置下垂度比率计算手段的位置下 垂度比率的存储手段；而所述位置控制部包括：根据来自所述位置检测器的 位置反馈信号与自所述数值控制装置输入的位置指令计算副主轴位置下垂度 的位置下垂度计算手段；把预存的副伺服电机的位置增益与来自所述位置下 垂度计算手段的位置下垂度相乘的位置增益乘法手段；把预存的副伺服电机 的变速比与所述位置增益乘法手段的输出相乘的变速比乘法手段；在所述主 主轴与所述副主轴经工件结合且主伺服电机与副伺服电机同步旋转时，把所 述存储手段存储的位置下垂度比率与所述位置增益乘法手段中预存的位置增 益相乘从而修正位置增益的位置增益修正手段。

又，所述位置增益修正手段包括对所述存储手段中存储的位置下垂度比 率作一阶延迟处理的滤波器。

又，所述位置修正部在所述存储手段中存储所述主主轴与所述副主轴分 离状态下主伺服电机与副伺服电机以预设转数以上旋转时，以来自所述副伺 服电机的速度检测器的速度反馈信号除来自所述比较手段的位置下垂度差所 得的商值。

又，所述位置修正部在所述存储手段中存储所述主主轴与所述副主轴分 离状态下主伺服电机与副伺服电机以预定转数以上旋转时来自所述位置下垂 度比率计算手段的位置下垂度比率。

又，所述位置修正部具有：设置在所述乘法手段与所述存储手段间，在 所述主主轴与所述副主轴分离状态下主伺服电机与副伺服电机旋转时其接点 闭合，而在经所述工件主主轴与副主轴结合且主伺服电机与副伺服电机旋转 时其接点开启的开关；在经所述工件主主轴与副主轴结合且主伺服电机与副 伺服电机旋转时，从来自所述比较手段的位置下垂度中减去所述乘法手段的 相乘值确定的位置下垂度的减法器，所述乘法手段把来自所述副伺服电机的 速度检测器的速度反馈信号与经所述开关存储在所述存储手段中的相除值相 乘；所述位置修正部还包括，以经所述工件主主轴与副主轴结合前后产生的、 所述减法器选择的两者位置下垂度的差分作为位置修正数据，向所述位置控 制部输出的结合时偏差修正部。

又，所述结合时偏差修正部还包括：产生零数据作为位置修正数据的零 数据产生手段；累加每次经所述工件主主轴与副主轴结合时产生的、来自所 述减法器的位置修正数据的累加手段；输出所述零数据产生手段的零数据或 者所述累加手段的位置修正数据作为经所述工件结合的主主轴与副主轴分离 时和刚结合后向所述位置控制部输出的位置修正数据。

又，所述同步控制装置进一步包括：比较所述位置控制部的速度指令与 所述数值控制部的速度指令的比较器；当该比较的差处于预定误差内时，向 所述速度控制部输出来自所述位置控制部的速度指令进行位置控制，而当该 比较的差不处于预定误差内时，向所述速度控制部输出来自所述数值控制部 的速度指令进行速度控制的指令切换手段。

                    附图概述

图1是本发明的伺服电机的同步控制装置的实施形态1的构成图。

图2是图1中主伺服放大器16及副伺服放大器26的构成图。

图3是图1中主伺服放大器16及副伺服放大器26的变换例子的构成图。

图4是示于图2的结合时偏差修正部35的详细构成图。

图5是示于图2的结合时偏差修正部的变换例子的详细构成图。

图6是卡盘刚要夹紧前，通过用最终速度除最终位置下垂度差的值再乘 目前速度进行修正处理时的卡盘松开时各开关(SW)状态及卡盘夹紧时的各开 关状态。

图7是卡盘夹紧时用最终速度除最终位置下垂度差值再乘目前速度的修 正处理流程图。

图8是副伺服电机的位置下垂度/主伺服电机的位置下垂度的比值乘副 伺服电机的变速比进行修正处理时的各SW状态的状态说明图。

图9是示于图8的开关状态及示于图3的副伺服电机的位置下垂度/主 伺服电机的位置下垂度的比值乘副伺服电机的变速比或位置下垂度增益的修 正处理流程图。

图10是卡盘夹紧/卡盘松开时主伺服电机与副伺服电机的位置下垂度差 的差分值加副伺服电机的位置指令进行修正处理时的各SW状态的说明图。

图11是示于图10的开关状态及示于图4的卡盘夹紧/松开时的主伺服 电机与副伺服电机的位置下垂度差的差分值加副伺服电机的位置指令进行修 正处理的流程图。

图12是选择使刚结合后加至副主轴伺服电机的位置指令的修正为零的 功能或累积每次结合产生的偏差修正副主轴伺服电机的位置指令的功能而进 行处理时，各SW状态的说明图。

图13是示于图12的开关状态及示于图5的经工件结合的主、副两个伺 服电机分离时，选择刚结合后使加至副主轴伺服电机的位置指令的修正为零 的功能，或选择位置不返回刚要结合前的位置，累加每次结合产生的偏差， 修正副主轴伺服电机的位置指令的功能而进行修正处理的流程图。

图14是在速度指令位于预定误差内时，进行可从速度控制切换到位置 控制或相反的处理时的各开关状态的说明图。

图15是示于图11的处理的主、副伺服电机速度、速度控制及位置控制 的切换状态说明图。

图16是已有技术的主、副两主轴经工件结合时的位置下垂度的差在结 合前后的变化说明图。

图17是与图16比较，无工件时的位置下垂度的差的变化的说明图。

               实施发明的最佳形态 实施形态1

图1示出本发明的伺服电机的同步控制装置的实施形态1。

图1中，10是主主轴，14是使主主轴10旋转的主伺服电机，它经传动 带12与主主轴10结合。又，20是副主轴，25是副伺服电机，两者经传动 带22结合。

1是工件，由安装在主主轴10上的卡盘11及安装在副主轴20上的卡 盘21保持。不言而喻，主主轴10与主伺服电机4间及副主轴20与副伺服 电机24间的连接不仅可用传动带12、22，也可用通常的齿轮。

在主主轴10上安装位置反馈用的位置检测器15。同样，在副主轴20 上也安装位置反馈用的位置检测器25。

在主伺服电机4上安装速度反馈用的速度检测器17。同样，在副伺服 电机27上也安装速度反馈用的速度检测器27。

16是驱动主伺服电机14的主伺服放大器，26是驱动副伺服电机26的 副伺服放大器。这里，主伺服放大器16及副伺服放大器26由具有微处理器、 存储器等的速度控制电路、位置控制电路及有功率晶体管等的功率驱动电路 构成。

2是数据控制装置(CNC)，3是数值控制装置(CNC)2内部制成对主伺服 放大器16发指示的速度指令Wr1*的主主轴速度指令编制器。5是把主主轴 速度指令编制器3输出的速度指令信号Wr1*变换成对主伺服放大器16发指 示的位置指令θ1*的主位置指令编制电路。

又，该主位置指令编制电路5构成得使从速度控制切换为位置控制时， 还使用由安装在主主轴10上的位置检测器15输出的位置反馈θ1来产生输 出信号，同时使SWA1开关接通(ON)，从而向主伺服放大器16的输出有效。

同样，4是制成对副伺服放大器26发指示的速度指令Wr2*的副主轴速 度指令编制器，6是把速度指令Wr2*变换成位置指令θ2*的副位置指令编制 电路。又，该副位置指令编制电路6，在从速度指令切换成位置指令时，使 开关SWA2接通，从而向副伺服放大器26的输出有效。主伺服放大器16与 副伺服放大器26具有接收对方伺服放大器的位置下垂度(θ1*-θ1、θ2*-θ2) 的功能。

图2表示示于图1的主伺服放大器16和副伺服放大器26的具体构成。

在主伺服放大器16和副伺服放大器26中其构成上没有差异，在该图2 中，以副伺服放大器26的构成为中心加以显示，主伺服放大器16的构成仅 限于最低限度表示。

图2中，以副伺服放大器26内部构成为中心加以说明，副伺服放大器 26具有位置控制部39、速度控制部31、电流控制部34、比较部36及位置 修正部40。而主伺服放大器16中无位置修正部40。

若从位置控制部39内的构成进行说明，38是加法器，它把示于图1的 数值控制装置(CNC)2输出的位置指令θ2*、经位置修正部40内的开关SW1 及滤波器29的信号α、位置修正部40内的结合时偏差修正器35输出的信 号β相加，同时减去由位置检测器25输出的反馈信号θ2。

28是把位置增益Kp与加法器38的输出信号相乘的位置增益乘法器，29 是把预存的变速比KG与位置增益乘法器28的输出相乘的变速比乘法器，该 变速比乘法器29的输出作为速度指令输出。

比较器36比较数值控制装置(CNC)2输出的速度指令Wr2*及变速比乘法 器29的输出信号，控制开关SW4使该比较的差位于预定误差内时，向速度 控制部31输出来自位置控制部39的速度指令，进行位置控制，同时，当该 比较差不在预定误差中时，向速度控制部31输出数值控制部2的速度指令 进行速度控制。开关SW4根据位置控制部39的变速比乘法器29的输出信号 与来自数值控制装置(CNC)2的速度指令Wr2*，由比较器36的指令切换输入 至速度控制部31的速度指令。

速度控制部31构成得使把作为其输入信号的速度指令与来自安装在副 伺服电机24的速度检测器27的速度反馈信号Wr2相减，然后转换成电流指 令输出。

电流控制部34把电流指令与流过副伺服电机24的电流反馈信号相减进 行信号处理后，向副伺服电机24输出，使副伺服电机24根据电流指令驱动， 如图所示，它具有加法器50、电流增益部32、开关SWB、限幅器51及电流 放大部33。

又，位置修正部40具有生成用于修正变速比不准确性的第1，第2种 方法的数据α、修正机械结合时产生的延迟的第2种数据β这三类数据的功 能。机械结合时产生的第2种修正数据β是由结合时偏差修正器35生成的。

具体而言，在位置修正部40内部构成中，7是运算主伺服放大器16的 位置下垂度Dr1(＝θ1*-θ1)的数据与副伺服放大器26的位置下垂度Dr2(加 法器38的输出)的差分的比较器。9是用副伺服电机24的速度检测器(PG)27 检测的副伺服电机24的目前电机速度除比较器7的输出信号即上述位置下 垂度的差的除法器。

18是经开关SW3存储除法器9的输出结果的存储器，19是把存储器18 的值与目前的电机速度相乘的乘法器。乘法器19的输出数据经开关SW1-b 及滤波器29作为数据α向加法器38与结合时偏差修正器35输出。比较器7 运算结合的主伺服电机14的位置下垂度与本身(副伺服电机24)的位置下垂 度的差，经开关SW1及滤波器29，该差馈送至加法器38，修正副伺服电机 24的位置指令。

但是，该修正方法虽然在主、副两伺服电机14、24分离时是有效的， 但在经工件1结合且进行调速控制时，由于延迟而无效，有时会产生升高到 转矩极限值的位置偏差。因此，结合后使用结合前得到的两位置下垂度的差， 加以前馈，即作为预定常数使用，由此可进行符合目的的控制。

35是将比较器7的输出数据与经开关SW1-b来自乘法器19的数据相 减并进行比较的结合时偏差修正器。该输出信号经内部滤波器作为数据β向 加法器38输出。

图3是示于图2的副伺服放大器26的变换例子，位置修正部40及位置 控制部39的内部构成不同。

图3中，与图2所示构成相同部分附加相同标号并省略其说明，仅说明 新的标号。

作为位置修正部40的构成，9a是以来自加法器48的主伺服放大器16 的位置下垂度Dr1(＝θ1*-θ1)的数据除作为加法器38a输出的副伺服放大器 的位置下垂度Dr2(＝θ2*-θ2)的数据的除法器，18a是经开关SW3输入并存储 该相除结果的存储器。

作为位置控制部39的构成，30和30a是根据来自位置修正部40内的 存储器18a的信号，修正变速比乘法器29的变速比KG及位置增益乘法器28 的位置增益Kp的值的变速比修正部和位置增益修正部，其内部各自有进行 一阶延迟处理的滤波器。38a是求副伺服放大器的位置下垂度Dr2(＝θ2*-θ2) 的数据的加法器。

图4详细表示示于图2的结合时偏差修正部35。

图4中，42是把作为比较器7和输出数据的主伺服放大器16和副伺服 放大器26的位置下垂度的差分输出与经开关SW1由乘法器19输出的数据相 减的加法器，37是经开关SW5b、SW6a存储加法器42的输出数据的存储器。 41是一阶延迟地使存储在存储器37中的数据变化的滤波器，向图2的加法 器38输出。

图5是示于图2的结合时偏差修正部35的与图4不同的变换例子。图 5中，开关SW5a、SW6b、SW6c为常开时的电路即为图4的电路。

图5中，存储器37的存储内容清零时，由零设定部45经SW5a、SW6a 向存储器37存零。又，43是把来自加法器42的输出值经开关SW5b、SW6b 与存储器44输出的数据相加的加法器，存储器44存储该结果。这里，加法 器43与存储器44具有积分器的功能，该积分器的输出数据在开关SW6c闭 合时(这时，开关SW6a开启)，存储在存储器37中。

下面说明该实施形态1的运作。

该实施形态1的运作有6种：

(1)在夹紧卡盘前，用最终速度除最终下垂度差值，再用其乘当前速度， 进行校正处理；

(2)将副伺服电机的位置下垂度/主伺服电机的位置下垂度的比率乘以副 伺服电机的变速比或位置增益，进行校正处理；

(3)当转数达预定值以上时，存储用最终速度值除(1)项中最终下垂度的 值的处理；

(4)将夹紧或松开卡盘时的主伺服电机与副伺服电机的下垂度差的值加 上副伺服电机的位置指令，进行校正处理；

(5)分离经工件结合的主、副两伺服电机时，对结合后取加给副主轴伺 服电机的位置指令的修正为零的功能和位置不回到结合前位置而将每次结合 产生的偏差进行累加以修正副伺服电机位置指令的功能进行选择的处理；

(6)速度指令在预定误差内时，能从速度控制切换至位置控制或相反的 处理。

下面，说明各个处理。

(1)在夹紧卡盘前，用最终速度除最终下垂度差值，再用其乘当前速度， 进行校正处理

图6示出进行该处理时松开卡盘时的各开关(SW)的状态(参照(a))和夹 紧卡盘时的各开关状态(参照〔b〕)。在该图中，“0”表示夹开关接通的状 态，“×”表示开关断开的状态。

图7示出夹紧卡盘时用最终速度除最终下垂度差值再乘当前速度的(1) 的校正处理内容。

在该处理中，主、副伺服电机两者都接通位置控制，首先，主伺服放大 器16运算主主轴10的下垂度Dr1(＝θ1*-θ1)(步骤100)，且副伺服放大 器26运算副主轴20的下垂度Dr2(＝θ2*+α+β-θ2)(步骤110)。其中， α＝β＝0为初始值。

此时，开关SWA1、SWA2、SW1-a、SW3、SW4、SW5-b接通，SW1-b、SW2a、 SW5a、SW6a、SW6b、SW6c全部断开。

接着，比较器7运算主主轴10的下垂度Dr1与副主轴20的下垂度Dr2 的差β1(＝Dr1-Dr2)(步骤120)。当θ2*＝θ1*时，β1(＝Dr1-Dr2)成为(θ 2*-θ2)-(θ1*-θ1)＝(θ1-θ2)。

然后，除法器9用速度检测器(PG)27检测到的副主轴伺服电机24的当 前转速Wr2除在前面步骤120中求得的两主轴位置下垂度的差β1，即两主 轴的位置误差(θ1-θ2)，求得每单位速度的差Δβ1(＝β1/Wr2)(步骤 130)。

于是，该每单位速度的差Δβ1通过开关SW3存入存储器18中(步骤 140)，乘法器19将该存储的差Δβ1与速度检测器(PG)27检测到的副主轴 伺服电机24的当前转速Wr2n相乘，求得校正值β2(＝Δβ1×Wr2n)(步骤 150)。当副伺服电机24定速旋转时，在开关SW3接通(ON)状态下，因Wr2 ＝Wr2n，故β1＝β2，与此相反，在开关SW3断开(OFF)状态下，Wr2不等 于Wr2n，Δβ1为定值，因此，β1不等于β2

接着，判断两主轴10、20的卡盘11、21是否夹紧(ON)，两主轴11、21 是否通过工件1连接(步骤160)，卡盘11、21松开(OFF)时(步骤160为否， “NO”)，开关SW1-a为ON，SW1-b仍为OFF，故输入加法器38的校正值 β变成在上述步骤120由比较器7所求得的β1(步骤170)。

与此相反，卡盘11、21为ON时(步骤160为“是”，“YES”)，将开 关SW3切换成OFF，SW1a切换成OFF，SW1b切换成ON，SW2b保持ON，故 输入加法器38的校正值β变成在步骤150乘法器19将存储在存储器18的 差Δβ1与速度检测器(PG)27检测到的副主轴伺服电机24的当前转速Wr2n 相乘的β2(步骤170)。

若作更具体的说明，在图2中，用位置控制部39中加法器38对修正至 副主轴20的位置指令θ2*、来自检测器25的副主轴20的位置信息及主主 轴10与副轴20的位置差的两种数据进行加减，构成位置下垂度。这里的两 种数据就是如上所述的修正变速比不正确的第1种数据α和修正机械结合时 负载引起的位置延迟的第2种数据β。

于是，在满足数据测定条件时，用接通的开关不满足条件就不进行存储 器18的改写。若主、副主轴10、20结合，则不采用比较器7来的数据，而 是用乘法器19算出存储在存储器18中的数据与副伺服电机24的速度的积。 其结果经滤波器29输出与位置指令相加进行修正。该(1)的第1种的第1方 法有要在变速中不断运算修正数据。

因此，按照该实施形态1涉及的同步控制装置中(1)的处理，在结合前 已掌握主主轴10及副主轴20经工件1结合时在两伺服电机14、24间产生 的两者位置下垂度的差，在两主轴10、20结合后，将该结合前已掌握的主 伺服电机14及副伺服电机24各自的位置下垂度作为基本数据，加以前馈， 即编入预先运算中，从而无延迟地将结合前副伺服电机24的每单位速度的 位置下垂度的差乘以副伺服电机24当前速度的校正值α2加上副伺服电机24 的位置指令进行校正，故即使在调速状态下，也完全能进行同步控制。

(2)将副伺服电机的位置下垂度/主伺服电机的位置下垂度的比率乘以副 伺服电机的位置增益的校正处理

图8示出该副伺服电机的位置下垂度/主伺服电机的位置下垂度的比率 乘以副伺服电机的位置增益进行(2)校正处理时的各开关SW的状态。

该图8示出夹紧卡盘(ON)时的状态和松开卡盘时的状态，当夹紧卡盘 时，只有开关SW3从ON切换到OFF。

因此，若各开关设定成这样的状态，则如图3和图9所示，各组成部分 起作用，能求得主伺服电机14与副电机24经工件1分离运行期间得到的两 者位置下垂度的比率(主伺服电机的值作为分母)，在主主轴10与副轴20经 工件1结合主伺服电机14与副伺服电机24旋转时，能将副伺服电机24的 总位置增益(位置增益×变速比)作成副伺服电机的位置下垂度/主伺服电机 的位置下垂度的比率的倍数。

图9示出副伺服机位置下垂度/主伺服电机位置下垂度的比率乘以副伺 服电机的变速比(2)的详细校正处理。

在该处理中，主、副伺服电机14、24双方都接通位置控制，首先，主 伺服电机14运算主主轴10的位置下垂度Dr1(＝θ1*-θ1)(步骤200)，同 时副伺服电机26运算副主轴20的位置下垂度Dr2(＝θ2*-θ2)(步骤 210)。

此时，开关SW3及SW4接通，除此以外，其余都为断开。

然后，除法器9a求得在前面步骤200及210求得的两主轴位置下垂度 的比率γ(γ＝Dr2/Dr1)(步骤220)。进而将该比率γ经开关SW3存入存储 器18a中(步骤230)。

接着，判断两主轴10、20的卡盘是否夹住紧(ON)，两主轴11、21是否 经工件1连接(步骤240)，卡盘11、21松开(OFF)时(步骤240为“否”， “NO”)，开关SW3保持接通(ON)，所存储的比率γ进一步经内设有一阶延 迟处理的滤波器的变速比修正单元30加给变速比乘法器29，进行变速比修 正(步骤250)。此后，返回到步骤200重复操作直到卡盘为ON为止。

与此相反，在卡盘11、21为ON情况下(步骤240为“YES”)，开关SW3 切换到断开(OFF)，从下次开始切断经开关SW3存入存储器18a，故比率γ 为固定值(步骤260)。此后，返回到步骤200重复处理直到卡盘为OFF为止。

总之，该(2)的校正处理所示的第3种修正方法，如果一次修正结束， 调整中都不需要变更，但是，即使变速比不正确也只是不到1％，为此需要 加大有关的存储器的有效位数，因此相应地提高了成本，与上述(1)所示的 校正处理相比，各有利弊。

但是，在该(2)的校正处理中的第3种修正方法的情况下，除法器9a运 算主伺服电机14的位置下垂度与副伺服电机24的位置下垂度的比率(主伺 服的数据为分母)，该位置下垂度的比率经存储器18a送给变速比修正单元 30。在变速比修正单元30中，利用内设的滤波器对输入的位置下垂度的比 进行一阶延迟处理以避免太大的变化，并将变速比乘法器29中寄存的变速 比与送达的位置下垂度比率相乘，获得修正后的变速比加给变速比乘法器 29。变速比乘法器29将该新的修正后的变速比与位置增益乘法器28来的输 出相乘作为速度指令加以输出。

也可设置位置增益修正单元30a来替代上述变速比修正单元30。也即， 位置增益修正单元30a利用内设的滤波器对输入的位置下垂度的比进行一阶 延迟处理以避免太大的变化，并将位置增益乘法器28中的位置增益与送达 的位置下垂度比率相乘，获得修正后的位置增益加给位置增益乘法器28 。 位置增益乘法器28将该新的修正后的位置增益与加法器38a来的输出相乘 后输出给变速比乘法器29。

因此，按照该实施形态1的同步控制装置中(2)的校正处理，位置修正 为前馈的方式，故主伺服电机14与副伺服电机24经工件结合后，即使作急 加速或急减速，也能正确地同步运行。

(3)当转数达预定值以上时存储最终速度除(1)项中最终下垂度差的值的 处理

将在上述图2或图3中存储器18或存储器18a存储的条件及在图7步 骤140或图9步骤230中向存储器存储的处理条件取为在规定转数以上执行 存储。

其原因在于，转数太低，则位置下垂度稍许变化，除法器9a的相除结 果也会产生大的偏差，或转数在0附近时，有时相除结果的值会太大，这样， 在数字处理中会出现溢出等问题。

因此，确定使相除结果稳定的转数，由该转数以上作为进行存储的条件。

(4)将夹紧或松开卡盘时的主伺服电机与副伺服电机的下垂度的差值和 副伺服电机的位置指令相加的校正处理

图10示出将夹紧或松开卡盘时的主伺服电机与副伺服电机的下垂度的 差值和副伺服电机的位置指令相加的这种校正处理时的各开关SW的状态。

(a)表示松开卡盘时求得位置下垂度比较值时的各开关SW的状态，(b) 表示对夹紧卡盘时的位置下垂度比较值与松开卡盘时的位置下垂度比较值的 差进一步校正时的各开关SW的状态。在该(4)的校正处理情况下，与上述(1) 的校正处理情况一样，只需图11及图4那样的结构。

图11示出夹紧或松开卡盘时将主伺服电机与副伺服电机的位置下垂度 的差值和副伺服电机的位置指令相加的(4)的校正处理。

在该处理中，在图7的流程处理后，输入比较器7的输出信号β1，该 比较器求取主伺服放大器与副伺服放大器的位置下垂度的差(步骤300)，同 时，经开关SW1-b将求取当前转速积的乘法器19的输出信号β2输入存 储器18(步骤310)。此时，开关SW5b仍为接通(ON)。

下面，在减法器42中运算β1与β2的差β3(＝β1-β2)(步骤320)。

接着，判断两主轴10、20的卡盘11、21是否夹紧(ON)，两主轴11、21 是否经工件1连接(步骤330)，卡盘11、21为松开时(步骤330为“NO”)， 使开关SW6a断开(OFF)，切断减法器42的输出信号β3接到下面的部分(步 骤360)。之后，回到初始重复操作直到卡盘为夹紧(ON)为止。

与此相反，卡盘11、21为ON时(步骤330为“YES”)，开关SW6a切 换到ON，通过开关SW5b及SW6a，存入存储器37(步骤340)。下面，使 开关SW6a为OFF(步骤350)。因此，由于卡盘夹紧一次，存储器37的值直 到下次卡盘为夹紧均为固定值。

下面，存储在存储器37中的β3经滤波器41输入加法器38(和副伺服 电机的位置指令相加)(步骤370)。之后，回到初始重复操作直到卡盘再次 为夹紧为止。

由此，通过上述各开关SW的状态，能够将经工件结合后两者的位置下 垂度的差(主伺服电机与副伺服电机的位置下垂度的差)在结合前后的变化部 分(结合后的值-结合前的值)加到副伺服电机的位置指令上。

常有的经验是在伺服电机运转状态下经工件结合进行同步控制时，即使 结合前完全同步，结合作业中也会发生偏差并加以结合，一看就是以偏差状 态结合。然而，按照该实施形态1同步控制装置的(4)的处理，能防止这种 主轴10、20以偏差状态结合。

(5)分离经工件结合的主、副两伺服电机时，对结合后取加给副主轴伺 服电机的位置指令的修正为零的功能和位置不回到结合前位置而将每次结合 产生的偏差进行累加以修正副伺服电机位置指令的功能进行选择的处理

在该(5)的校正处理情况下，也与上述校正处理一样，只要有图5所示 的结构。

图12示出分离经工件结合的主、副两伺服电机时，对结合后取加给副 主轴伺服电机的位置指令的修正为零的功能和位置不回到结合前位置而将每 次结合产生的偏差进行累加以修正副伺服电机位置指令的功能进行选择处理 时的各开关SW的状态。

在图12中，(a)表示进行该处理而卡盘为ON时的各开关SW的状态，(b) 表示进行该处理而卡盘为OFF时校正为0的情况下，各开关SW的状态，(c) 表示进行该处理而卡盘为OFF时位置不还原地累加校正的情况下，各开关 SW的状态。可选择从(a)到(b)或从(a)到(c)。

通过将各开关SW切换成上述状态，本同步控制装置能在分离经工件结 合的主、副两伺服电机时，对结合后取加给副主轴伺服电机的位置指令的修 正为零的功能和位置不回到结合前位置而将每次结合产生的偏差进行累加以 修正副伺服电机位置指令的功能进行选择。

若作更具体的说明，则如图5及图12所示，图5所示结合时偏差修正 部35运算从两伺服电机的位置下垂度的差减掉基于变速比不正确的值的数 据，而开关SW6a及SW6c是在刚完成结合后仅接通一次(读取数据)，并利 用开关SW5a及其本身读取结合松开时的零的开关。再将读入的数据存入存 储器37，经滤波器41送给加法器38，修正位置指令。

图13示出(5)的详细处理，在分离经工件结合的主、副两伺服电机时， 对结合后取加给副主轴伺服电机的位置指令的修正为零的功能和位置不回到 结合前位置而对每次结合产生的偏差进行累加以修正副伺服电机位置指令的 功能进行选择。

在该处理中，在主主轴10的卡盘11为ON夹住工件的状态下，经图7 及图11的流程处理后，判断副主轴20的卡盘21是否为ON，两主轴10、20 是否经工件连接(步骤400)，卡盘21为OFF时(步骤400为“NO”)，跳到 步骤440。卡盘21为ON时(步骤400为“YES”)，判断工件结合时的位置 偏差校正方法(步骤410)。

当不是累加型校正(副主轴的卡盘21为OFF(工件结合分离)后再为ON 时再次计算校正值加以存储)时(步骤410为“NO”)，跳到步骤440。

当为累加型校正(副主轴的卡盘21为OFF(工件结合分离)后再次为ON 时将本次校正值累加到上次校正值加以存储)时(步骤410为“YES”)，开关 SW6b、SW6c接通(ON)，“上次值+本次值”存储在累加存储器44，再 通过开关SW6c也存入存储器37。此时，开关SW5a为断开(OFF)，SW5b 为ON，SW6a为OFF(步骤420)。接着开关SW6b、SW6c为OFF(步骤430)。

下面，判断副主轴20的卡盘21是否为OFF，两主轴10、20是否经工 件连接(步骤440)，卡盘21为ON时(步骤440为“NO”)，返回到初始重复 处理。卡盘21为OFF时(步骤440为“YES”)，判断是否删除分离时的位 置偏差校正值(步骤450)，不删除时(步骤450为“ON”)返回初始重复处理。 若删除(步骤450为“YES”)，则开关SW5a为ON，SW5b为OFF，SW6a 为ON，存储器37清零(步骤460)。然后，回到SW5a为OFF、SW5b为 ON、SW6a为OFF的原始状态(步骤470)。之后，返回初始重复操作。

总之，本次修正使基准点仅移动结合产生的偏差达到电平衡，故松开机 械结合时，两主轴间会产生相位差。虽然回到初始的位置关系为佳，但复原 时一般取存储器的值为零。在不复原结合时产生的偏差，而将该点作为新的 基准点的情况下，每次结合累计产生的偏差，并将其用作修正值。开关SW6 是一种对结合时产生偏差的处理功能可进行选择的开关。在本说明中位置指 令属绝对位置的范畴，因而仅对修正数据作加法运算，但若属增量值体系， 则相加所得位置指令的累计在与修正数据相一致的时间上结束其加法运算。

因此，按照该实施形态1涉及的同步控制装置的(4)的校正处理，若结 合时校正位置指令，松开结合时，主轴位置虽仅偏差校正部分，但可根据用 途使该偏差回到零，或将偏差后的位置作为基准进行累计。

(6)速度指令在预定误差内时，能从速度控制切换至位置控制或相反的 处理

图14示出速度指令在预定误差内时，能从速度控制转至位置控制或相 反的处理时的各开关SW的状态。

在图14中，(a)表示速度控制构成环路时的各SW的状态，(b)表示位 置控制构成环路时的各SW的状态。又，即使在(b)的位置控制环状态下， 也能通过比较器36的控制将开关SW4从OFF状态(×)切换到ON状态 (O)。

总之，若按速度指令运行时，在图14所示开关状态下，主及副伺服放 大器16、26对主、副主轴10、20的位置检测部来的位置信息产生位置下垂 度信号，构成与主轴速度相称的速度指令。

若参照图2进行说明，则比较器36将构成位置控制环的变速比，即将 伺服电机24侧作为分子的变速比在位置增益乘法器28、变速比乘法器29 的输出信号与速度指令相比较，若两者的差在容许值内则利用开关SW4切 换为位置控制。与此相反，若两者的差不在容许值内时，则利用开关SW4 从位置控制切换到速度控制。

由此，通过将各开关SW切换成上述状态，将位置下垂度加上伺服电机 驱动的机械位置的检测信号作成位置指令，由该位置指令作成的给伺服电机 的速度指令与速度控制运行中的速度指令的差在预定误差以内时，能从速度 控制至位置控制切换伺服电机的控制方式。

图15示出该(6)校正处理产生的主、副伺服电机的速度、速度控制和位 置控制的切换状态，可见在至少包含卡盘ON中的卡盘ON前后是位置控制， 在加同步(同步ON)前后及解除同步(同步OFF)前后是速度控制。

因此，虽然将位置控制的伺服电机和速度控制的伺服电机的加速、减速 特性进行比较，速度控制能以伺服电机产生的全部转矩进行加减速，与此相 反，位置控制由于加减速特性会影响位置，故对加减速特性的形状存在制约 而不能使用产生的全部转矩作为加减速转矩，但是按照本实施形态1有关的 同步控制装置的(6)的校正处理，由于从最初停止上升至额定转速时按速度 控制上升，而到达额定转速后切换为位置控制，因此能缩短加速时间。

在上述实施形态1的说明中，虽以具有2个主轴(主主轴10及副主轴20 各为1个)的加工装置作为对象进行说明，但若为2个以上的多个主轴，则 主伺服电机固定为1个，对多个副伺服电机中的1个与主伺服电机一边观测 两者的位置下垂度一边进行结合，然后另一副伺服电机再与主伺服电机的结 合，这样依次将各副伺服电机加以结合，就不必完全限定为主伺服电机与1 个副伺服电机的同步控制。

在该实施形态1中，如上所述，对不改变主伺服放大器16内的结构而 改进副伺服放大器26内的结构进行了说明，但不言而喻，也可按上述那样 改进主伺服放大器16内的结构而不改变副伺服放大器26内的结构。如上述， 按照本发明，在使用可通过工件作机械结合及分离的多个伺服电机的同步控 制装置中，比较1个主伺服电机与其它各副伺服电机间的位置下垂度，当主 伺服电机与副伺服电机不机械结合时，将与主伺服电机间的位置下垂度的差 加到副伺服电机的位置指令进行位置修正，当主伺服电机与副伺服电机通过 工件作机械结合时，预先存储从经工件结合前的运转中获得的两伺服电机间 的位置下垂度的差(主伺服电机的值-副伺服电机的值)除以测定时副伺服电 机的速度所得的值，并在主伺服电机与副伺服电机通过工件结合时，将上述 每单位速度的位置下垂度的差与伺服电机的速度的乘积加到副伺服电机的位 置指令上。

由此，不必每次伺服电机的速度变化都改变修正值，即使采用传送带结 合等柔性传送机构的多个伺服电机通过工件结合，在这种状态下对急速加减 速作同步运行，也能实现对伺服电机的转矩不因同步运行而损耗。

总之，在本发明中，在机械结合前能把握在经工件结合的伺服电机间产 生的两者的位置差，在结合后将结合前把握的数据作为基本数据，进行前馈， 也即编入预定运算中，从而没有延迟地进行控制，故即使在伺服电机驱动的 机械部分的传送机构中使用传送带而不能准确确定变速比的情况下，也能准 确同步运行，在机械结合状态下可急加速、急减速，即使在调速状态下也能 完全同步控制。

其结果，在传送带结合情况下，与齿轮等不同，要考虑年久变化，因此， 在经工件分离的状态下转数不很低时，更新数据，准备结合后使用的数据以 适应年久变化。

由于分别从主伺服电机、副伺服电机的位置下垂度求得变速比，以此修 正两者的下垂度的差，故此时，因该差一般在1％以内而小数点以下的位数 多，这样存储器必须作的大，但只要一次设定正确，即使速度变化也能修正。

总之，在用前馈进行校正的方法中，将位置差加到位置指令上进行修正， 该方法与必须和速度成比例地改变修正值的方法相反，在对作为位置增益与 变速比的积的综合位置增益进行修正的情况下，其变更后修正值本身在正确 范围内不变更就结束。但是，为了表示细微误差，所作选择要与小数点以下 有效位数必须取非常大的状况相一致。本发明由于是传送机构变速比非准确 表达时的控制，故位置控制环使用对主轴等待驱动对象的指令，而且反馈信 号也从直接机械动作获得，并以位置增益为对机械端作出响应的位置增益与 传送机构的变速比相乘的形式构成位置控制环。

本发明，求得主伺服电机与副电机通过工件分离进行运转期间两者的位 置下垂度比率(副电机的值作为分母)，主伺服电机与副电机通过工件结合 时，副电机的综合位置增益(位置增益×变速比)是所述位置下垂度比率的倍 数。

由此，虽然利用上述传送皮带等柔性构造传递动力也考虑常数的年久变 化，但本发明用于修正的数据不断地更新为新的数据，能够适应年久变化， 且位置修正是前馈的，故主伺服电机与副电机通过工件结合后，即使是急加 速、急减速都能正确同步运转。

本发明，将经工件机械结合后的两者位置下垂度的差(主伺服电机的位 置下垂度-副电机的位置下垂度)在结合前后的变化部分(结合后的值-结合 前的值)加到副电机的位置指令上。

由此，即使经工件结合时易产生的机械偏差也能进行无电气故障的处 理。即，在主、副伺服电机运转的状态下经工件使主主轴及副主轴结合进行 同步控制时，即使在结合前完全同步，也会常常出现在结合作业中发生偏差， 在结合时以偏差状态进行结合，但该机械即使发生偏差也能无故障地对该偏 差进行补偿。

本发明，在经工件结合的伺服电机分离时，能对将结合后加给副伺服电 机的位置指令的修正回到零的功能，及分离时不进行位置指令的修正而结合 时将每次结合产生的偏差的累计值作为修正值修正副伺服电机的位置指令的 功能进行选择。

由此，在松开经工件的开机械结合时，即使主轴位置校正发生偏差，也 能根据用途选择无该偏差使机械位置回到原来状态或一边以偏差状态为基准 一边逼近校正目标的功能。

总之，本发明根据应用方法，在主主轴及副主轴分离时，或者对由结合 作业产生的偏差进行修正回到原先状态，或者将这样的偏差位置作为基准对 其以下的偏差作累计为佳，本发明的同步控制可作任意一种选择，因此，不 只解决传送带传送设备变速比不准确，还能进行没有因结合时的作业而包含 临时位置偏差并加以结合所产生的转矩饱和的修正，解决快速反应性的另一 问题。

本发明，将位置下垂度加在伺服电机驱动的机械位置检测信号上作成位 置指令，由该位置指令作成的给伺服电机的速度指令与速度控制运转中的速 度指令的差在预定误差以内时，切换伺服电机的控制方式，从速度控制切换 到位置控制。

由此，从最初停止上升至额定转速时建立速度控制，达额定转速后切换 到位置控制，因此，能缩短加速时间。

总之，若比较位置控制的伺服电机与速度控制的伺服电机的加速、减速 的特性，速度控制中伺服电机能以产生的全部转矩调速，与此相反，位置控 制中由于加减速特性影响到位置，故加减速特性的形式受到制约，不能将产 生的转矩全部作为调速转矩使用，但在本发明中，虽以位置控制为主，但适 当地采用速度控制，故能最大限度地有效应用伺服电机可产生的转矩。

                  工业上的可应用性

本发明，如以上所述，主、副轴经工件结合时分别用加法器求得主、副 伺服电机间发生的两者的位置下垂度，结合前用比较器求得该位置下垂度的 差，除法器用该检测时副伺服电机的速度除该位置下垂度的差，求得每单位 速度的位置下垂度的差。然后，两主轴结合后，乘法器将副伺服电机的当前 速度乘以该位置下垂度的差，加法器将该值加在副伺服电机的位置指令上。 因此，本发明能提供的伺服电机的同步控制装置，即使通过工件结合同步运 转，也能防止产生过大的转矩，主主轴与副主轴结合时，即使该两主轴的位 置下垂度存在差，主主轴及副主轴也能正确地同步运转，能作急加减速运行， 尤其是，即使将传送带等柔性结构的结合件应用于主轴与伺服电机间的转矩 传递，也能适应变速比的年久变化。