JP2001322043A - 工作機械の主軸制御装置及び方法 - Google Patents
工作機械の主軸制御装置及び方法Info
- Publication number
- JP2001322043A JP2001322043A JP2000140807A JP2000140807A JP2001322043A JP 2001322043 A JP2001322043 A JP 2001322043A JP 2000140807 A JP2000140807 A JP 2000140807A JP 2000140807 A JP2000140807 A JP 2000140807A JP 2001322043 A JP2001322043 A JP 2001322043A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spindle
- phase motor
- speed
- machine tool
- driven
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】高速回転動作から高精度な位置決め動作まで、
一つの主軸でまかなうことを可能とする工作機械の主軸
制御装置を提供する。 【解決手段】工作機械の主軸の回転を制御するための工
作機械の主軸制御装置において、主軸を回転させるため
の３相モータ３０と、３相モータ３０の相を検出するた
めのホールセンサ３１と、３相モータ３０の回転角度を
検出するためのエンコーダ４と、３相モータを駆動する
ためのＰＷＭアンプ３３と、３相モータを駆動するため
のリニアアンプ３４と、主軸の駆動回転速度に応じて、
３相モータがＰＷＭアンプにより駆動される状態と、リ
ニアアンプにより駆動される状態とを切り替えるための
切り替え回路３７とを具備する。
一つの主軸でまかなうことを可能とする工作機械の主軸
制御装置を提供する。 【解決手段】工作機械の主軸の回転を制御するための工
作機械の主軸制御装置において、主軸を回転させるため
の３相モータ３０と、３相モータ３０の相を検出するた
めのホールセンサ３１と、３相モータ３０の回転角度を
検出するためのエンコーダ４と、３相モータを駆動する
ためのＰＷＭアンプ３３と、３相モータを駆動するため
のリニアアンプ３４と、主軸の駆動回転速度に応じて、
３相モータがＰＷＭアンプにより駆動される状態と、リ
ニアアンプにより駆動される状態とを切り替えるための
切り替え回路３７とを具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸制
御に関し、特に通常の研削加工やフライカットのための
高速回転動作、極微細な回転位置決めのための割り出し
動作を同一主軸駆動に基づき行う工作機械の主軸制御装
置及び方法に関する。
御に関し、特に通常の研削加工やフライカットのための
高速回転動作、極微細な回転位置決めのための割り出し
動作を同一主軸駆動に基づき行う工作機械の主軸制御装
置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、通常の研削加工やフライカットの
ための高速回転動作、微細な回転位置決めのための割り
出し動作を同一主軸駆動に基づき行う工作機械の主軸制
御装置として、特開昭５９−１６６４４０号公報に開示
されている装置が知られており、この構成を図４に示
す。
ための高速回転動作、微細な回転位置決めのための割り
出し動作を同一主軸駆動に基づき行う工作機械の主軸制
御装置として、特開昭５９−１６６４４０号公報に開示
されている装置が知られており、この構成を図４に示
す。
【０００３】図４は、主軸とＣ軸に別個に駆動モータを
備え、クラッチの切替えで軸制御を行う機能を有する回
路のブロック図である。すなわち、ワーク３０１はチャ
ック３０２により把持されて主軸３０３の先端に固着さ
れ、主軸３０３は電磁クラッチ３０４を介して主軸モー
タ３０５に連結されている。また、主軸３０３には歯車
３０６が取付けられ、歯車３０７、歯車３１２、クラッ
チ３０８、歯車３０９，３１０などでＣ軸モータ３１１
に連結され、Ｃ軸位置検出器３１８からの位置帰還によ
る位置サーボがなされる。
備え、クラッチの切替えで軸制御を行う機能を有する回
路のブロック図である。すなわち、ワーク３０１はチャ
ック３０２により把持されて主軸３０３の先端に固着さ
れ、主軸３０３は電磁クラッチ３０４を介して主軸モー
タ３０５に連結されている。また、主軸３０３には歯車
３０６が取付けられ、歯車３０７、歯車３１２、クラッ
チ３０８、歯車３０９，３１０などでＣ軸モータ３１１
に連結され、Ｃ軸位置検出器３１８からの位置帰還によ
る位置サーボがなされる。
【０００４】工具台３１４がワーク３０１に対してＸ軸
方向とＺ軸方向に移動可能であり、ＮＣ（数値制御）装
置３２１からの指令で図示しない駆動手段により駆動さ
れる。ＮＣ装置３２１は主軸制御回路３２４に主軸定位
置停止指令ＯＲＣＭを出力するので、主軸制御回路３２
４は主軸３０３を定位置（原点）に位置決めし、原点復
帰完了信号ＯＲＤＥＮが機械制御部３２３と主軸位置制
御部３２５に出力さる。
方向とＺ軸方向に移動可能であり、ＮＣ（数値制御）装
置３２１からの指令で図示しない駆動手段により駆動さ
れる。ＮＣ装置３２１は主軸制御回路３２４に主軸定位
置停止指令ＯＲＣＭを出力するので、主軸制御回路３２
４は主軸３０３を定位置（原点）に位置決めし、原点復
帰完了信号ＯＲＤＥＮが機械制御部３２３と主軸位置制
御部３２５に出力さる。
【０００５】機械制御部３２３は原点復帰完了信号ＯＲ
ＤＥＮにより電磁クラッチ３０４を動作させ、主軸モー
タ３０５とクラッチ３０８間を切離すと共に、クラッチ
３０８は噛合い、Ｃ軸モータ３１１が主軸３０３を回転
させ、位置決め後ミリング加工が行われる。
ＤＥＮにより電磁クラッチ３０４を動作させ、主軸モー
タ３０５とクラッチ３０８間を切離すと共に、クラッチ
３０８は噛合い、Ｃ軸モータ３１１が主軸３０３を回転
させ、位置決め後ミリング加工が行われる。
【０００６】以後、ミリング加工すべき位置に応じた位
置指令ＰがＮＣ装置３２１から出力される毎にＣ軸モー
タ３１１を回転し位置決めミリング加工が行われる。
置指令ＰがＮＣ装置３２１から出力される毎にＣ軸モー
タ３１１を回転し位置決めミリング加工が行われる。
【０００７】さらに操作盤３２２から旋盤加工信号ＬＭ
Ｓが発生すると、ＮＣ装置３２１は主軸位置制御部３２
５に原点位置指令を出力し、主軸位置制御部３２５はＣ
軸モータ３１１を回転させ、主軸３０３を原点に位置決
めし、原点復帰完了信号ＯＲＤＥＮａが機械制御部３２
３に与えられる。これにより、クラッチ３０８の噛合い
を切離すとともに、電磁クラッチ３０４をオンにし主軸
制御回路３２４により主軸モータ３０５を駆動し、主軸
３０３を指令速度Ｖｃで回転させ旋盤加工を行わせる。
Ｓが発生すると、ＮＣ装置３２１は主軸位置制御部３２
５に原点位置指令を出力し、主軸位置制御部３２５はＣ
軸モータ３１１を回転させ、主軸３０３を原点に位置決
めし、原点復帰完了信号ＯＲＤＥＮａが機械制御部３２
３に与えられる。これにより、クラッチ３０８の噛合い
を切離すとともに、電磁クラッチ３０４をオンにし主軸
制御回路３２４により主軸モータ３０５を駆動し、主軸
３０３を指令速度Ｖｃで回転させ旋盤加工を行わせる。
【０００８】また、別の従来例として図５に示す回路構
成も知られている。この図は、主軸の駆動システムの構
成回路図を示し、図５（ａ）はその詳細図、図５（ｂ）
は概略図である。
成も知られている。この図は、主軸の駆動システムの構
成回路図を示し、図５（ａ）はその詳細図、図５（ｂ）
は概略図である。
【０００９】図５において、１は数値制御装置、２は主
軸制御装置、３はビルトイン（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ）主軸
を回転する誘導電動機（以下、単に「ビルトイン主軸」
という）、４は位置検出器、１３は停止状態判別回路１
６からの停止中信号の有無により信号の電圧レベルを切
換えるために操作するレベル切換スイッチ、１４は信号
の電圧レベルを調整するためのレベル調整器、１６は入
力する位置指令信号１０から主軸の停止状態を判別する
停止状態判別回路、２３は停止状態判別回路１６からの
停止中信号が与えられているときの速度指令信号ωｒｐ
を使い分ける、すなわち通常の高速回転動作および超低
速の主軸制御移動モードの速度指令信号ωｒｃにおける
電圧信号と、主軸制御停止モード（極微細な位置調整）
の速度指令信号ωｒｐにおける信号電圧が同一レベルで
あっても、それらは指令の物理的意味が違うことであ
り、速度演算のレンジをレベル調整器１４のゲインに符
合して調整し演算するところのディジタル速度制御器で
ある。
軸制御装置、３はビルトイン（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ）主軸
を回転する誘導電動機（以下、単に「ビルトイン主軸」
という）、４は位置検出器、１３は停止状態判別回路１
６からの停止中信号の有無により信号の電圧レベルを切
換えるために操作するレベル切換スイッチ、１４は信号
の電圧レベルを調整するためのレベル調整器、１６は入
力する位置指令信号１０から主軸の停止状態を判別する
停止状態判別回路、２３は停止状態判別回路１６からの
停止中信号が与えられているときの速度指令信号ωｒｐ
を使い分ける、すなわち通常の高速回転動作および超低
速の主軸制御移動モードの速度指令信号ωｒｃにおける
電圧信号と、主軸制御停止モード（極微細な位置調整）
の速度指令信号ωｒｐにおける信号電圧が同一レベルで
あっても、それらは指令の物理的意味が違うことであ
り、速度演算のレンジをレベル調整器１４のゲインに符
合して調整し演算するところのディジタル速度制御器で
ある。
【００１０】次に動作について説明する。主軸制御停止
モードになると、停止状態判別回路１６は速度指令信号
ωｒｐである位置指令信号１０を監視し、周期的にサン
プリングされる位置指令信号１０が前回と今回が変化し
ていないならば、停止中信号１０ｐをレベル切換スイッ
チ１６と主軸制御装置２へ送る。
モードになると、停止状態判別回路１６は速度指令信号
ωｒｐである位置指令信号１０を監視し、周期的にサン
プリングされる位置指令信号１０が前回と今回が変化し
ていないならば、停止中信号１０ｐをレベル切換スイッ
チ１６と主軸制御装置２へ送る。
【００１１】その停止中信号１０ｐに従い位置偏差１０
ｄ（位置指令信号１０−帰還位置信号１ｂ）に演算増幅
器１２でポジション・ループ・ゲインＫｐを乗じた値
を、停止中信号１０ｐが出ていない通常の高速回転動作
および主軸制御移動モードのときはレベル切換スイッチ
１３が図１での実線で示す状態でそのままディジタル／
アナログ変換器１５へ出力するが、停止中信号１０ｐが
出ている主軸制御停止モードの場合はレベル切換スイッ
チ１３の接片が点線で示すように下の接点に接続し、レ
ベル調整器１４を介してレベルを上げてディジタル／ア
ナログ変換器１５へ出力される。
ｄ（位置指令信号１０−帰還位置信号１ｂ）に演算増幅
器１２でポジション・ループ・ゲインＫｐを乗じた値
を、停止中信号１０ｐが出ていない通常の高速回転動作
および主軸制御移動モードのときはレベル切換スイッチ
１３が図１での実線で示す状態でそのままディジタル／
アナログ変換器１５へ出力するが、停止中信号１０ｐが
出ている主軸制御停止モードの場合はレベル切換スイッ
チ１３の接片が点線で示すように下の接点に接続し、レ
ベル調整器１４を介してレベルを上げてディジタル／ア
ナログ変換器１５へ出力される。
【００１２】この場合、主軸制御装置２においても同様
にして停止中信号１０ｐがディジタル速度制御器２３と
速度演算器２５に与えられ、ここでの制御演算のレンジ
が切換えられ、数値制御装置１のディジタル／アナログ
変換器１５からの速度指令信号ωｒｐのレベルに符合さ
せる。例えば、機械角１／１０００度を検出し得る高分
解能を有する位置検出器例えばオプチカル・エンコーダ
（optical encoder）を使用した場合、ポジションルー
プゲインＫｐの値にもよるが、Ｋｐ＝４０（１／ｓｅ
ｃ）で主軸速度指令信号ωｒｐの最大値を１００ｒｐｍ
とした場合における位置偏差「指令位置と帰還位置との
偏差」パルスの１パルス当りの主軸制御移動モードでの
速度指令信号ωｒｐは（１）式で表される。
にして停止中信号１０ｐがディジタル速度制御器２３と
速度演算器２５に与えられ、ここでの制御演算のレンジ
が切換えられ、数値制御装置１のディジタル／アナログ
変換器１５からの速度指令信号ωｒｐのレベルに符合さ
せる。例えば、機械角１／１０００度を検出し得る高分
解能を有する位置検出器例えばオプチカル・エンコーダ
（optical encoder）を使用した場合、ポジションルー
プゲインＫｐの値にもよるが、Ｋｐ＝４０（１／ｓｅ
ｃ）で主軸速度指令信号ωｒｐの最大値を１００ｒｐｍ
とした場合における位置偏差「指令位置と帰還位置との
偏差」パルスの１パルス当りの主軸制御移動モードでの
速度指令信号ωｒｐは（１）式で表される。
【００１３】 ωｒｐ ｍｉｎ（ｖ）＝［１×４０（１／ｓｅｃ）×１０（ｖ）］／［１ ００ｒｐｍ×（１／６０）×３６００００（ｐ／ｒｅｖ）］ ＝０．６７（ｍｉｌｌｉ ｖｏｌｔ） …（１） ただし、ωｒｐ ｍｉｎは速度指令電圧の最小値、
（ｖ）はボルト、（ｐ／ｒｅｖ）は１回転毎のパルス数
である。上記速度指令電圧の最小値ωｒｐｍｉｎを受け
取るためには、主軸制御装置２側は、Ａ／Ｄ分解能を１
０（ｖｏｌｔ）／０．６７（ｍｉｌｌｉ ｖｏｌｔ）＝
１４９２５以上に上げる必要が出て来る。同時に１ミリ
ボルト以下の信号なのでノイズの影響も大きくなり、停
止精度が悪くなる。
（ｖ）はボルト、（ｐ／ｒｅｖ）は１回転毎のパルス数
である。上記速度指令電圧の最小値ωｒｐｍｉｎを受け
取るためには、主軸制御装置２側は、Ａ／Ｄ分解能を１
０（ｖｏｌｔ）／０．６７（ｍｉｌｌｉ ｖｏｌｔ）＝
１４９２５以上に上げる必要が出て来る。同時に１ミリ
ボルト以下の信号なのでノイズの影響も大きくなり、停
止精度が悪くなる。
【００１４】そこで、レベル調整器１４の値を１０倍と
しておけば、（１）式における最小速度（位置）指令信
号ωｒｐ ｍｉｎは６．７ミリボルトとすることが出来
る。このようにして、通常の高速回転動作および超低速
の主軸制御移動モードの主軸移動時の制御はレベル調整
器を通さない手段で行うが、微細な位置決めを要する主
軸制御停止モードにおいては微小な制御信号電圧の制御
演算が必要となるから、主軸制御停止モードであるとい
う停止中の信号を検出してそれを基に、制御演算の回路
構成領域での信号電圧レベルを例えば１桁以上上昇さ
せ、雑音などの妨害を回避しながらかつ機器の利得調整
（分解能）を容易にし、主軸制御停止モードでの精度の
信頼性を上げている。
しておけば、（１）式における最小速度（位置）指令信
号ωｒｐ ｍｉｎは６．７ミリボルトとすることが出来
る。このようにして、通常の高速回転動作および超低速
の主軸制御移動モードの主軸移動時の制御はレベル調整
器を通さない手段で行うが、微細な位置決めを要する主
軸制御停止モードにおいては微小な制御信号電圧の制御
演算が必要となるから、主軸制御停止モードであるとい
う停止中の信号を検出してそれを基に、制御演算の回路
構成領域での信号電圧レベルを例えば１桁以上上昇さ
せ、雑音などの妨害を回避しながらかつ機器の利得調整
（分解能）を容易にし、主軸制御停止モードでの精度の
信頼性を上げている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】近年の高速高精度自由
曲面金型加工機械の主軸に要求される仕様として、高速
回転においては５０００ＲＰＭ〜２００００ＲＰＭが要
求され、精度においては０．１μｒａｄ以下が要求され
ている。この両方を満足できるエンコーダは、応答周波
数がＭＨｚ以上になる必要があるが、このようなエンコ
ーダは存在しない。
曲面金型加工機械の主軸に要求される仕様として、高速
回転においては５０００ＲＰＭ〜２００００ＲＰＭが要
求され、精度においては０．１μｒａｄ以下が要求され
ている。この両方を満足できるエンコーダは、応答周波
数がＭＨｚ以上になる必要があるが、このようなエンコ
ーダは存在しない。
【００１６】図３のような２個のモータをクラッチ操作
で使い分ける方法は、装置自体が複雑で且つクラッチの
バックラッシュ等があり、高精度な加工装置には向いて
いない。また、図４のような方法でも、高速応答の位置
検出器がないため、高速高精度には対応できない。例え
ば、従来例で示したように、ポジションループゲインＫ
ｐ＝４０（１／ｓｅｃ）で主軸速度指令信号ωｒｐの最
大値を５０００ｒｐｍとした場合における位置偏差（指
令位置と帰還位置との偏差）パルスの１パルス当りの主
軸制御移動モードでの速度指令信号ωｒｐは（２）式で
表される。
で使い分ける方法は、装置自体が複雑で且つクラッチの
バックラッシュ等があり、高精度な加工装置には向いて
いない。また、図４のような方法でも、高速応答の位置
検出器がないため、高速高精度には対応できない。例え
ば、従来例で示したように、ポジションループゲインＫ
ｐ＝４０（１／ｓｅｃ）で主軸速度指令信号ωｒｐの最
大値を５０００ｒｐｍとした場合における位置偏差（指
令位置と帰還位置との偏差）パルスの１パルス当りの主
軸制御移動モードでの速度指令信号ωｒｐは（２）式で
表される。
【００１７】 ωｒｐ ｍｉｎ（ｖ）＝［１×４０（１／ｓｅｃ）×１０（ｖ）］／［５ ０００ｒｐｍ×（１／６０）×３６００００（ｐ／ｒｅｖ）］ ＝０．０１３（ｍｉｌｌｉ ｖｏｌｔ） …（２） 主軸の回転数を１００ｒｐｍから５０００ｒｐｍにした
だけで、速度指令信号が０．０１３ｍＶとなってしま
い、ノイズの影響を受けないレベルに持っていくだけ
で、少なくとも１０００倍にする必要がある。このこと
は、位置ループと速度ループのゲインを上げることにな
り、主軸のサーボによる発振につながり、高精度の位置
決めができない。
だけで、速度指令信号が０．０１３ｍＶとなってしま
い、ノイズの影響を受けないレベルに持っていくだけ
で、少なくとも１０００倍にする必要がある。このこと
は、位置ループと速度ループのゲインを上げることにな
り、主軸のサーボによる発振につながり、高精度の位置
決めができない。
【００１８】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、高速回転動作から高精
度な位置決め動作まで、一つの主軸でまかなうことを可
能とする工作機械の主軸制御装置及び方法を提供するこ
とである。
されたものであり、その目的は、高速回転動作から高精
度な位置決め動作まで、一つの主軸でまかなうことを可
能とする工作機械の主軸制御装置及び方法を提供するこ
とである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる工作機械の主軸
制御装置は、工作機械の主軸の回転を制御するための工
作機械の主軸制御装置において、前記主軸を回転させる
ための３相モータと、該３相モータの相を検出するため
のホールセンサと、前記３相モータの回転角度を検出す
るためのエンコーダと、前記３相モータを駆動するため
のＰＷＭアンプと、前記３相モータを駆動するためのリ
ニアアンプと、前記主軸の駆動回転速度に応じて、前記
３相モータが前記ＰＷＭアンプにより駆動される状態
と、前記リニアアンプにより駆動される状態とを切り替
えるための切り替え手段とを具備することを特徴として
いる。
目的を達成するために、本発明に係わる工作機械の主軸
制御装置は、工作機械の主軸の回転を制御するための工
作機械の主軸制御装置において、前記主軸を回転させる
ための３相モータと、該３相モータの相を検出するため
のホールセンサと、前記３相モータの回転角度を検出す
るためのエンコーダと、前記３相モータを駆動するため
のＰＷＭアンプと、前記３相モータを駆動するためのリ
ニアアンプと、前記主軸の駆動回転速度に応じて、前記
３相モータが前記ＰＷＭアンプにより駆動される状態
と、前記リニアアンプにより駆動される状態とを切り替
えるための切り替え手段とを具備することを特徴として
いる。
【００２０】また、この発明に係わる工作機械の主軸制
御装置において、前記主軸を高速回転させる場合には、
前記ホールセンサと前記ＰＷＭアンプを用いて前記３相
モータを駆動し、前記主軸を低速回転させる場合、ある
いは前記主軸の回転割り出しを行なう場合には、前記エ
ンコーダと前記リニアアンプを用いて前記３相モータを
駆動することを特徴としている。
御装置において、前記主軸を高速回転させる場合には、
前記ホールセンサと前記ＰＷＭアンプを用いて前記３相
モータを駆動し、前記主軸を低速回転させる場合、ある
いは前記主軸の回転割り出しを行なう場合には、前記エ
ンコーダと前記リニアアンプを用いて前記３相モータを
駆動することを特徴としている。
【００２１】また、本発明に係わる工作機械の主軸制御
方法は、工作機械の主軸の回転を制御するための工作機
械の主軸制御方法において、前記主軸の駆動回転速度に
応じて、前記主軸を回転させる３相モータをＰＷＭアン
プにより駆動する状態と、リニアアンプにより駆動する
状態とを切り替えることを特徴としている。
方法は、工作機械の主軸の回転を制御するための工作機
械の主軸制御方法において、前記主軸の駆動回転速度に
応じて、前記主軸を回転させる３相モータをＰＷＭアン
プにより駆動する状態と、リニアアンプにより駆動する
状態とを切り替えることを特徴としている。
【００２２】また、この発明に係わる工作機械の主軸制
御方法において、前記主軸を高速回転させる場合には、
前記３相モータの相を検出するためのホールセンサと前
記ＰＷＭアンプを用いて前記３相モータを駆動し、前記
主軸を低速回転させる場合、あるいは前記主軸の回転割
り出しを行なう場合には、前記３相モータの回転角度を
検出するためのエンコーダと前記リニアアンプを用いて
前記３相モータを駆動することを特徴としている。
御方法において、前記主軸を高速回転させる場合には、
前記３相モータの相を検出するためのホールセンサと前
記ＰＷＭアンプを用いて前記３相モータを駆動し、前記
主軸を低速回転させる場合、あるいは前記主軸の回転割
り出しを行なう場合には、前記３相モータの回転角度を
検出するためのエンコーダと前記リニアアンプを用いて
前記３相モータを駆動することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施形態
について説明する。
について説明する。
【００２４】まず、本実施形態の主軸制御装置は、エン
コーダとホールセンサーを備えた３相モータを駆動する
のに、ＰＷＭアンプとリニアアンプを切り替えて使用可
能な切り替え手段を設けている。
コーダとホールセンサーを備えた３相モータを駆動する
のに、ＰＷＭアンプとリニアアンプを切り替えて使用可
能な切り替え手段を設けている。
【００２５】主軸を高速回転する場合は、ＮＣユニット
からの高回転速度指令に対し、主軸制御ＣＰＵはホール
センサの信号をＦ／Ｖ変換した信号をフィードバック
し、その信号と速度指令との差のＰＩ制御を行って、Ｐ
ＷＭアンプで３相モータを駆動する。また、主軸を低速
回転及び位置決め（割り出し）に使用する場合は、ＮＣ
ユニットからの低回転速度指令または位置指令に対し、
主軸制御ＣＰＵはエンコーダの信号をフィードバック
し、その信号と指令との差のＰＩまたはＰＩＤ制御を行
って、リニアアンプで３相モータを駆動する。
からの高回転速度指令に対し、主軸制御ＣＰＵはホール
センサの信号をＦ／Ｖ変換した信号をフィードバック
し、その信号と速度指令との差のＰＩ制御を行って、Ｐ
ＷＭアンプで３相モータを駆動する。また、主軸を低速
回転及び位置決め（割り出し）に使用する場合は、ＮＣ
ユニットからの低回転速度指令または位置指令に対し、
主軸制御ＣＰＵはエンコーダの信号をフィードバック
し、その信号と指令との差のＰＩまたはＰＩＤ制御を行
って、リニアアンプで３相モータを駆動する。
【００２６】このように、高回転動作用と低回転及び割
り出し動作用で、アンプと制御方式を切り替えるように
したことで、０．０１μｒａｄ以下の超高精度な位置決
めから５０００ｒｐｍ以上の高速回転まで１つの主軸で
済むため、さまざまな加工品に対応できる。
り出し動作用で、アンプと制御方式を切り替えるように
したことで、０．０１μｒａｄ以下の超高精度な位置決
めから５０００ｒｐｍ以上の高速回転まで１つの主軸で
済むため、さまざまな加工品に対応できる。
【００２７】以下、本実施形態について具体的に説明す
る。
る。
【００２８】図１は本発明の一実施形態における回路構
成を表すブロック図である。
成を表すブロック図である。
【００２９】図１において、３０は３相モータ、４は３
相モータ３０の位置を検出するためのエンコーダ、３１
は３相モータ３０の相の切り替えを検出するホールセン
サ、３９はエンコーダ４の位置をカウントするための位
置カウンタ、３２はモータ３０の速度を検出するための
Ｆ／Ｖ変換器、３３はモータ３０をＰＷＭ駆動するため
のＰＷＭアンプ、３４はモータ３０を駆動するためのリ
ニアアンプ、３５はＰＷＭアンプ３３に指令電圧を与え
るためのＤ／Ａ、３６はリニアアンプ３４に指令電圧を
与えるためのＤ／Ａ変換器、３７はＰＷＭアンプ３３と
リニアアンプ３４を切り替えるためのアンプ切り替え回
路、３８は主軸を制御するための主軸制御ＣＰＵ、４０
は主軸を制御するための主軸制御ユニット、４１は主軸
制御ユニット４０に対して速度または位置指令を発する
ＮＣユニットである。
相モータ３０の位置を検出するためのエンコーダ、３１
は３相モータ３０の相の切り替えを検出するホールセン
サ、３９はエンコーダ４の位置をカウントするための位
置カウンタ、３２はモータ３０の速度を検出するための
Ｆ／Ｖ変換器、３３はモータ３０をＰＷＭ駆動するため
のＰＷＭアンプ、３４はモータ３０を駆動するためのリ
ニアアンプ、３５はＰＷＭアンプ３３に指令電圧を与え
るためのＤ／Ａ、３６はリニアアンプ３４に指令電圧を
与えるためのＤ／Ａ変換器、３７はＰＷＭアンプ３３と
リニアアンプ３４を切り替えるためのアンプ切り替え回
路、３８は主軸を制御するための主軸制御ＣＰＵ、４０
は主軸を制御するための主軸制御ユニット、４１は主軸
制御ユニット４０に対して速度または位置指令を発する
ＮＣユニットである。
【００３０】図２は、主軸の機械的な角度（３相モータ
３０の機械的角度）とＵ、Ｖ、Ｗの各相のコイル電流
と、ホールセンサ信号と、エンコーダのＺ相の関係を示
す図である。１回転（０°〜３６０°）の機械角に対し
て、Ｕ、Ｖ、Ｗの各ホール素子は電気角で４回転するよ
うに配置されているとすると、機械角９０°で電気角３
６０°に対応する。また、エンコーダのＺ相は機械角１
８０°で信号状態が変化するものとする。Ｕ、Ｖ、Ｗの
各相はそれぞれ電気角で６０°ずつずれている。
３０の機械的角度）とＵ、Ｖ、Ｗの各相のコイル電流
と、ホールセンサ信号と、エンコーダのＺ相の関係を示
す図である。１回転（０°〜３６０°）の機械角に対し
て、Ｕ、Ｖ、Ｗの各ホール素子は電気角で４回転するよ
うに配置されているとすると、機械角９０°で電気角３
６０°に対応する。また、エンコーダのＺ相は機械角１
８０°で信号状態が変化するものとする。Ｕ、Ｖ、Ｗの
各相はそれぞれ電気角で６０°ずつずれている。
【００３１】また、エンコーダのＺ相の立ちあがりとホ
ールセンサのＵ相の立ちあがりの間のエンコーダ位置カ
ウンタをＥoffset［ｐｌｕｓｅ］とする。ここで、エン
コーダのカウンタ値θｉ［ｐｌｕｓｅ］と３相モータの
Ｕ、Ｖ、Ｗに対する電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの関係は、 Ｉｕ＝Ｉｍａｘ＊ｓｉｎ（（θｉ／（Ｎｐ／４）−ＩＮ
Ｔ（θｉ／（Ｎｐ／４））＋Ｅoffset／（Ｎｐ／４））
＊９０°） Ｉｖ＝Ｉｍａｘ＊ｓｉｎ（（θｉ／（Ｎｐ／４）−ＩＮ
Ｔ（θｉ／（Ｎｐ／４））＋Ｅoffset／（Ｎｐ／４））
＊９０°−６０°） Ｉｗ＝Ｉｍａｘ＊ｓｉｎ（（θｉ／（Ｎｐ／４）−ＩＮ
Ｔ（θｉ／（Ｎｐ／４））＋Ｅoffset（Ｎｐ／４））＊
９０°−１２０°） となる。Ｉｍａｘは各相に流す電流の最大値［Ａ］、Ｎ
ｐは主軸一回転当たりのカウンタのパルス数［ｐｌｕｓ
ｅ／ｒｅｖ］である。上記式より、エンコーダカウンタ
値を読み込み、モータを回転させることができる。
ールセンサのＵ相の立ちあがりの間のエンコーダ位置カ
ウンタをＥoffset［ｐｌｕｓｅ］とする。ここで、エン
コーダのカウンタ値θｉ［ｐｌｕｓｅ］と３相モータの
Ｕ、Ｖ、Ｗに対する電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの関係は、 Ｉｕ＝Ｉｍａｘ＊ｓｉｎ（（θｉ／（Ｎｐ／４）−ＩＮ
Ｔ（θｉ／（Ｎｐ／４））＋Ｅoffset／（Ｎｐ／４））
＊９０°） Ｉｖ＝Ｉｍａｘ＊ｓｉｎ（（θｉ／（Ｎｐ／４）−ＩＮ
Ｔ（θｉ／（Ｎｐ／４））＋Ｅoffset／（Ｎｐ／４））
＊９０°−６０°） Ｉｗ＝Ｉｍａｘ＊ｓｉｎ（（θｉ／（Ｎｐ／４）−ＩＮ
Ｔ（θｉ／（Ｎｐ／４））＋Ｅoffset（Ｎｐ／４））＊
９０°−１２０°） となる。Ｉｍａｘは各相に流す電流の最大値［Ａ］、Ｎ
ｐは主軸一回転当たりのカウンタのパルス数［ｐｌｕｓ
ｅ／ｒｅｖ］である。上記式より、エンコーダカウンタ
値を読み込み、モータを回転させることができる。
【００３２】次に制御方法について説明する。
【００３３】高速回転動作時の制御方法は、図３（ａ）
に示すように３相モータ３０とＰＷＭアンプ３３を繋ぐ
ようにアンプ切り替えスイッチ４２を設定する。ホール
センサ３１の信号をＰＷＭアンプ３３にフィードバック
して、３相モータ３０の３本の動力線に流す電流をコン
トロールする。また、ホールセンサ３１の信号をＦ／Ｖ
変換器３２を通して、速度に比例した関数に変換する。
その関数とＮＣユニット４１から指令される高回転速度
指令との差にＰＩ制御計算４３を行い、Ｄ／Ａ変換器３
５を通してＰＷＭアンプ３３の指令電圧とする。Ｆ／Ｖ
変換器３２の出力は最大でも±１０Ｖであり、最高回転
数が２００００ｒｐｍ（３３３．３ｒｐｓ）の場合はノ
イズレベルが５ｍＶ程度であるため、最低検知可能回転
数は約１０ｒｐｍ（＝２００００＊０．００５／１
０）、すなわち０．１６６７ｒｐｓである。しかし、Ｆ
／Ｖ変換器３２への入力をみると、１秒当たり機械角６
０°しか回転しないので、ホールセンサの信号を精度良
くＦ／Ｖ変換できない。そのため、最低数百ｒｐｍ程度
回転しなければ精度良くＦ／Ｖ変換ができない。
に示すように３相モータ３０とＰＷＭアンプ３３を繋ぐ
ようにアンプ切り替えスイッチ４２を設定する。ホール
センサ３１の信号をＰＷＭアンプ３３にフィードバック
して、３相モータ３０の３本の動力線に流す電流をコン
トロールする。また、ホールセンサ３１の信号をＦ／Ｖ
変換器３２を通して、速度に比例した関数に変換する。
その関数とＮＣユニット４１から指令される高回転速度
指令との差にＰＩ制御計算４３を行い、Ｄ／Ａ変換器３
５を通してＰＷＭアンプ３３の指令電圧とする。Ｆ／Ｖ
変換器３２の出力は最大でも±１０Ｖであり、最高回転
数が２００００ｒｐｍ（３３３．３ｒｐｓ）の場合はノ
イズレベルが５ｍＶ程度であるため、最低検知可能回転
数は約１０ｒｐｍ（＝２００００＊０．００５／１
０）、すなわち０．１６６７ｒｐｓである。しかし、Ｆ
／Ｖ変換器３２への入力をみると、１秒当たり機械角６
０°しか回転しないので、ホールセンサの信号を精度良
くＦ／Ｖ変換できない。そのため、最低数百ｒｐｍ程度
回転しなければ精度良くＦ／Ｖ変換ができない。
【００３４】そこで、低回転速度指令または位置指令が
ＮＣユニット４１から来た場合は、図３（ｂ）に示す制
御方法に切り替える。アンプ切り替えスイッチ４２をリ
ニアアンプ側に倒し、エンコーダの信号から得られる位
置カウンタ３９から位置を読み込み、低回転速度指令の
場合は演算回路４４でＳ演算を行い、位置指令の場合は
そのまま位置を返す。そして、指令との差をとり、低回
転速度指令の場合はＰＩ制御計算を行い、位置指令の場
合はＰＩＤ制御計算を行なって、Ｄ／Ａ変換器３６を通
してリニアアンプ３４の指令電圧とする。
ＮＣユニット４１から来た場合は、図３（ｂ）に示す制
御方法に切り替える。アンプ切り替えスイッチ４２をリ
ニアアンプ側に倒し、エンコーダの信号から得られる位
置カウンタ３９から位置を読み込み、低回転速度指令の
場合は演算回路４４でＳ演算を行い、位置指令の場合は
そのまま位置を返す。そして、指令との差をとり、低回
転速度指令の場合はＰＩ制御計算を行い、位置指令の場
合はＰＩＤ制御計算を行なって、Ｄ／Ａ変換器３６を通
してリニアアンプ３４の指令電圧とする。
【００３５】このように、高回転速度動作の場合と、低
回転速度動作及び割り出し動作の場合とで、ホールセン
サとＰＷＭアンプによる制御方法と、エンコーダとリニ
アンプによる制御方法とを切り替えることにより、高速
回転から割り出しまで容易に制御可能となる。
回転速度動作及び割り出し動作の場合とで、ホールセン
サとＰＷＭアンプによる制御方法と、エンコーダとリニ
アンプによる制御方法とを切り替えることにより、高速
回転から割り出しまで容易に制御可能となる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
主軸を高回転速度動作させる場合と、低回転速度動作及
び割り出し動作させる場合とで、ホールセンサとＰＷＭ
アンプによる制御方法と、エンコーダとリニアンプによ
る制御方法とを切り替える切り替え器を備えたことによ
り、非常に高精度な割り出し動作から高速な回転動作ま
で１つのモータで出来るようになるので、種々の加工対
象物に対して１台の加工装置で対応することが可能にな
る。
主軸を高回転速度動作させる場合と、低回転速度動作及
び割り出し動作させる場合とで、ホールセンサとＰＷＭ
アンプによる制御方法と、エンコーダとリニアンプによ
る制御方法とを切り替える切り替え器を備えたことによ
り、非常に高精度な割り出し動作から高速な回転動作ま
で１つのモータで出来るようになるので、種々の加工対
象物に対して１台の加工装置で対応することが可能にな
る。
【図１】本発明の実施形態の回路構成図である。
【図２】３相モータの機械角と電気角と各相の電流と相
信号とエンコーダのＺ相との関係を示す図である。
信号とエンコーダのＺ相との関係を示す図である。
【図３】一実施形態の制御構成図である。
【図４】従来例の回路構成図である。
【図５】別な従来例の回路構成図である。
２ 主軸制御装置 ４ 位置検出器 ５ ＰＷＭアンプ ６ 位置カウンタ ７ 主軸制御ユニット ８ 数値制御装置 ３０ ３相モータ ３１ ホールセンサ ３２ Ｆ／Ｖ変換器 ３４ リニアアンプ ３７ アンプ切り替え手段 ４３ ＰＩＤ制御器
Claims (4)
- 【請求項１】 工作機械の主軸の回転を制御するための
工作機械の主軸制御装置において、 前記主軸を回転させるための３相モータと、 該３相モータの相を検出するためのホールセンサと、 前記３相モータの回転角度を検出するためのエンコーダ
と、 前記３相モータを駆動するためのＰＷＭアンプと、 前記３相モータを駆動するためのリニアアンプと、 前記主軸の駆動回転速度に応じて、前記３相モータが前
記ＰＷＭアンプにより駆動される状態と、前記リニアア
ンプにより駆動される状態とを切り替えるための切り替
え手段とを具備することを特徴とする工作機械の主軸制
御装置。 - 【請求項２】 前記主軸を高速回転させる場合には、前
記ホールセンサと前記ＰＷＭアンプを用いて前記３相モ
ータを駆動し、前記主軸を低速回転させる場合、あるい
は前記主軸の回転割り出しを行なう場合には、前記エン
コーダと前記リニアアンプを用いて前記３相モータを駆
動することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主
軸制御装置。 - 【請求項３】 工作機械の主軸の回転を制御するための
工作機械の主軸制御方法において、 前記主軸の駆動回転速度に応じて、前記主軸を回転させ
る３相モータをＰＷＭアンプにより駆動する状態と、リ
ニアアンプにより駆動する状態とを切り替えることを特
徴とする工作機械の主軸制御方法。 - 【請求項４】 前記主軸を高速回転させる場合には、前
記３相モータの相を検出するためのホールセンサと前記
ＰＷＭアンプを用いて前記３相モータを駆動し、前記主
軸を低速回転させる場合、あるいは前記主軸の回転割り
出しを行なう場合には、前記３相モータの回転角度を検
出するためのエンコーダと前記リニアアンプを用いて前
記３相モータを駆動することを特徴とする請求項３に記
載の工作機械の主軸制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000140807A JP2001322043A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | 工作機械の主軸制御装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000140807A JP2001322043A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | 工作機械の主軸制御装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001322043A true JP2001322043A (ja) | 2001-11-20 |
Family
ID=18648032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000140807A Withdrawn JP2001322043A (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | 工作機械の主軸制御装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001322043A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101190498B (zh) * | 2006-11-29 | 2010-12-22 | 津田驹工业株式会社 | 机床用旋转转位装置的驱动电机的驱动控制方法 |
-
2000
- 2000-05-12 JP JP2000140807A patent/JP2001322043A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101190498B (zh) * | 2006-11-29 | 2010-12-22 | 津田驹工业株式会社 | 机床用旋转转位装置的驱动电机的驱动控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3389417B2 (ja) | ロストモーションの補正方法 | |
| EP0421176B1 (en) | Spindle drive system of machine tool | |
| EP0034927A2 (en) | Spindle orientation control apparatus | |
| JPH0722873B2 (ja) | 送り軸の位置制御装置 | |
| US5027680A (en) | Machine tool with two spindles | |
| JP2700819B2 (ja) | タッピング方法 | |
| JPH02220103A (ja) | 主軸制御指令方式 | |
| JPH07113856B2 (ja) | 追従誤差制御装置 | |
| JP3556709B2 (ja) | サーボモータの同期運転方法及びその装置 | |
| JP2001322043A (ja) | 工作機械の主軸制御装置及び方法 | |
| JPS63156639A (ja) | Ｎｃ及びｃｎｃ工作機械のモータ駆動要素の位置制御方法及び装置 | |
| JPH0649260B2 (ja) | 同期制御装置 | |
| JPS6235907A (ja) | 工作機械の制御装置 | |
| JPH0531648A (ja) | 工作機械の主軸制御装置 | |
| JP3427800B2 (ja) | 数値制御装置 | |
| JPH0433109A (ja) | 工作機械の主軸駆動装置 | |
| KR890002434B1 (ko) | 수치 제어 장치 | |
| JP2712881B2 (ja) | 数値制御装置 | |
| JPH0343012B2 (ja) | ||
| JPH0319748A (ja) | 工作機械の主軸駆動装置 | |
| KR940008497B1 (ko) | 공작기계의 동기운전 제어방법 및 그 장치 | |
| JPH03161248A (ja) | Ｎｃ旋盤用刃物台の割出し制御装置 | |
| JP2550328B2 (ja) | 位置決め動作機構 | |
| JPH10143215A (ja) | 軌跡制御機械の同期軸の制御方法 | |
| KR850000311B1 (ko) | 주축 정위치 제어장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070807 |