JP2518297B2 - Spindle rotation position control method - Google Patents

Spindle rotation position control method

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機械の主軸を所定の停止位置に停止させる位置制御方法に関する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention [relates] is related to the position control method for stopping the spindle of a machine tool in a predetermined stop position.

〔従来の技術〕 [Prior art]

マシニングセンタ等、工具を自動交換する機能を持つ工作機械においては、工具を固定する主軸キーの回転位置と工具のキー溝の位置を正確に合わせなければ工具交換ができない。 Machining center or the like, in a machine tool having a function for automatically changing the tool can not tool change unless precisely align the rotational position and position of the key groove of the tool spindle key for fixing the tool.

このため、この種の工作機械では、第4図に示す主軸5に取り付けた永久磁石等の発磁体7と、主軸固定部に取り付けられた磁気センサ8からなる位置検出器9が、 Therefore, the machine tool of this kind, a magnetism generation body 7 such as a permanent magnet mounted on the main shaft 5 shown in FIG. 4, the position detector 9 comprising a magnetic sensor 8 attached to the main shaft fixing portion,
第5図に示すように、1回転に1回発生する位置検出信号を用いて定位置停止制御を行っている。 As shown in FIG. 5, and with a constant position stop control using the position detection signal that occurs once per revolution.

第6図に定位置停止制御方式の例を、第7図にそのタイムチャートを示す。 Examples of fixed-position stop control method in Figure 6, shows the time chart in Figure 7.

第6図において、通常の速度制御時は、定位置停止指令器14は作動せず、速度指令選択スイッチ16aが開、16b In the sixth view, normal speed control, fixed-position stop command device 14 does not operate, the speed command selection switch 16a is opened, 16b
が閉であり、速度制御機能を持つモータ制御装置1はNC There is closed, the motor control apparatus 1 having the velocity control function NC
等の速度指令器15の速度指令N COMと、モータ2の速度検出を行うパルスエンコーダ3の速度検出信号N FBによりモータ2を速度制御し、ベルトやギヤ等を用いた変速機4を介して、主軸5を指令された速度で駆動する。 A speed command N COM speed command unit 15 and the like, the motor 2 is speed controlled by the speed detection signal N FB of the pulse encoder 3 for speed detection of the motor 2, via the transmission 4 using a belt or a gear or the like It is driven at a speed that is commanded spindle 5.

上記速度制御により、切削等の作業が終了し、工具6 By the speed control operation is terminated, such as cutting, tool 6
の交換を行う場合、定位置停止指令器14を動作させ、速度指令選択スイッチ16aを閉、16bを開にする。 When performing the exchange to operate the fixed-position stop command unit 14, a speed command selection switch 16a to close, 16b to open. 第7図の Of FIG. 7
t 0がこの時期であり、速度指令は定位置停止制御時の速度指令器20のN ORTに切り換わる。 t 0 is the time, the speed command is switched to the N ORT speed command 20 at fixed-position stop control. モータ制御装置1は、 The motor control apparatus 1,
モータ2がこの速度指令N ORTに一致するように速やかに加速又は減速し、速度指令と実速度がほぼ一致した時刻 Time the motor 2 is rapidly accelerated or decelerated to match this speed command N ORT, the speed command and the actual speed is substantially matched
t 1に速度一致信号AGRを出力する。 and it outputs a speed matching signal AGR to t 1.

位置制御器19は速度一致信号AGRが出力された後に、 Position controller 19 after the rate matching signal AGR output,
主軸5に取り付けられた発磁体7と主軸固定部に取り付けられた磁気センサ8からなる位置検出器9の信号が時刻t 2に出力されると、速度指令器20の速度指令を、N ORT When the signal of the position detector 9 comprising a magnetic sensor 8 attached to the magnetism generation body 7 and the main shaft fixed portion attached to the main shaft 5 is outputted to the time t 2, the speed command of the speed command unit 20, N ORT
からN ORTより充分低いレベルの速度指令N CRPに切り換える。 From switching to a sufficiently low level of the speed command N CRP than N ORT. したがって、モータ制御装置1に入力される速度指令は、ランプ関数を発生するソフトスタータ21を通して一定レートで低下し、時刻t 3にN CRPに達するため、モータ速度もこの速度指令に追従して減速する。 Thus, the speed command input to the motor control device 1 is lowered at a constant rate through a soft starter 21 for generating a ramp function, since the time t 3 reaches N CRP, the motor speed to follow this velocity command deceleration to. 減速が完了すると主軸5が約1回転して主軸停止近傍に達するようにソフトスタータ21の減速レートを調整する。 Deceleration and to the main shaft 5 is rotated approximately 1 complete adjusting the deceleration rate of the soft starter 21 to reach the vicinity of the main shaft stops. したがって、モータ2すなわち、主軸5が速度指令N CRTに追従して、時刻t 4まで僅かな時間回転し、位置検出器9の検出範囲に到達すれば、位置制御器19は磁気センサ8からの位置検出信号で位置制御ループ切り換えスイッチ18aを閉、18bを開にして、位置制御器19の信号N POSをモータ制御装置1に指令し、位置制御ループを構成して主軸5 Accordingly, the motor 2 that is, the main shaft 5 so as to follow the speed command N CRT, rotated a short time until the time t 4, if reaches the detection range of the position detector 9, position controller 19 from the magnetic sensor 8 the position control loop changeover switch 18a by the position detection signal to close, 18b is opened, and the command signal N POS of the position controller 19 to the motor control device 1, the main shaft 5 to constitute a position control loop
を定位置停止させる。 The position is stopped.

このようにして、定位置停止動作完了後、工具交換を行い、次の切削等の作業に進む。 In this way, after the fixed-position stop operation is completed, we perform a tool change, the process proceeds to operations such as the next cutting.

〔発明が解決しようとする問題点〕 [Problems to be Solved by the Invention]

上述したように、従来の制御方式においては、主軸5 As described above, in the conventional control method, the main shaft 5
に取り付けた発磁体7と主軸固定部に取り付けられた磁気センサ8の位置検出信号で定位置停止を行うようにしている。 And to perform the fixed-position stop position detection signal of the magnetism generation body 7 and the magnetic sensor 8 attached to the main shaft fixing portion attached to. しかしながら、この場合、停止位置を検出する位置検出器9の検出範囲が主軸1回転、すなわち、360 However, in this case, the detection range is one revolution of the spindle of the position detector 9 for detecting the stop position, i.e., 360
゜の20〜30゜であるため、一旦N ORTの速度に到達することが条件であり、それから1回転で停止することになる。 Since ° 20-30 °, once a possible condition to reach the speed of N ORT, it will then stop at one rotation.

したがって、通常の停止状態から定位置停止をする場合、まず、速度指令N ORTの速度まで加速するため、少なくとも主軸は2回転しないと定位置停止できず、定位置停止までの時間も短縮できないことになる。 Therefore, when the fixed-position stop from a normal stop state, first, to accelerate to a speed of the speed command N ORT be unable least spindle fixed-position stop and not to two turns, can not be shortened time to fixed-position stop become. すなわち、 That is,
磁気センサ方式では、センサ検出範囲外では位置情報がないため、任意の停止位置から定位置停止する場合、まず、前記の速度指令N ORTの速度まで加速し、その速度に到達後、センサ信号を検出して位置制御なしに減速し、 The magnetic sensor system, since no positional information is outside the sensor detection range, to fixed-position stop from any stop position, first, to accelerate to the speed of the speed command N ORT, after reaching its speed, the sensor signal detect and decelerated without position control,
1回転後のセンサ信号で、位置制御して定位置停止するという方法をとらなければならないのである。 In the sensor signal after one revolution, it is the located control must take the method in which fixed-position stop.

他の方法として、主軸を微速で回転させ、センサ検出範囲に達したときに位置制御する方法も考えられるが、 Alternatively, by rotating the main shaft at a very low speed, a method of position control is also conceivable when it reaches the sensor detection range,
この場合、停止までの時間が長くなるという問題がある。 In this case, there is a problem that the time to stop longer.

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、任意の停止位置から主軸1回転以内で定位置停止するようにして、定位置停止時間の短縮を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and aims to so as to be fixed-position stop within one revolution of the spindle from an arbitrary stopping position, to shorten the fixed-position stop time to.

〔問題点を解決するための手段〕 [Means for Solving the Problems]

本発明の主軸回転位置制御方法は、この目的を達成するために、主軸に取り付けられた定位置停止制御に使用する位置検出器と、主軸を変速機を介して駆動するモータと、同モータの速度及び回転位置を検出するパルスエンコーダと、位置制御器及び速度制御機能を持つモータ制御装置とからなる主軸回転位置制御装置において、前記位置検出器による主軸停止位置信号と、前記位置制御器に設定された主軸に対するモータ軸の変速比及びパルスエンコーダ信号によるモータ回転位置から演算される主軸回転位置信号を用いて、前記演算される主軸回転位置信号による第一の位置制御ループと前記位置検出器による主軸停止位置信号による第二の位置制御ループを構成し、位置決め指令の入力後、磁気センサによる主軸原点信号を検出した後 Spindle rotation position control method of the present invention, in order to achieve this object, a position detector for use in a fixed-position stop control, which is attached to the main shaft, a motor for driving through a transmission main shaft, for the motor a pulse encoder for detecting the speed and rotational position, the spindle rotation position control device comprising a motor control apparatus having a position controller and a speed control function, and the spindle stopping position signal from the position detector, set in the position controller using spindle rotation position signal that is calculated from the motor rotational position according to the gear ratio and the pulse encoder signal of the motor shaft with respect to the spindle that is, by the position detector and the first position control loop according to spindle rotational position signal the operational constitutes a second position control loop according to the spindle stopping position signal, after the input of the positioning command, after detecting the main shaft origin signal by the magnetic sensor 第一の位置制御ループにより位置制御を行い、前記位置検出器の検出範囲は第二の位置制御ループで位置制御を行って定位置停止させ、位置決め後位置ずれを生じた時にいかなる停止位置からでも主軸1回転以内で定位置停止することを特徴とする。 Performs position control by the first position control loop, the detection range of the position detector stops the second position control by the position control loop of the performed by position, from any stop position when the misaligned after positioning characterized by fixed-position stop within one revolution of the spindle.

〔実施例〕 〔Example〕

以下に、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。 It will be specifically described below with reference to examples illustrating the present invention with reference to the drawings.

従来の技術の項で述べたように、磁気センサによる位置検出器だけで定位置停止制御を行うと、1回転以内の停止ができなかったり、停止までの時間が長いなどの問題が生じる。 As I mentioned in the prior art, when a fixed-position stop control in only the position detector by the magnetic sensor, or can not stop within one rotation, the problems such as long time to stop occurring. そこで、本発明においては、モータ内蔵のパルスエンコーダに着目し、このパルスエンコーダによる位置信号と、変速比及び磁気センサ信号を用いて、第2図に示すように、主軸回転位置を計算する。 Therefore, in the present invention, it is focusing on the pulse encoder of the motor built, the position signal by the pulse encoder, by using the gear ratio and the magnetic sensor signals, as shown in Figure 2, to calculate the main shaft rotational position. 第2図の例は、変速比1:1.5の場合である。 Examples of the second figure, the gear ratio 1: For 1.5. まず、定位置停止の位置を主軸原点とする。 First, the position of the fixed-position stop the spindle origin. この主軸原点パルス信号で、主軸回転角度信号を0にリセットする。 In this spindle origin pulse signal to reset the main shaft rotation angle signal to zero. 次に、モータのパルスエンコーダの出力であるパルスをカウントし、モータ軸回転角度を下式により計算する。 Then, by counting the pulse which is the output of the pulse encoder of the motor is calculated by the following equation of the motor axis rotation angle.

θ =(360゜/N R )×N θ但し、N θ :カウントパルス数 N R :1回転当りのパルス数 さらに、変速比R Sを用いて、主軸回転角度は、 θ =(1/R S )×θ =(360゜/N R ×R S )×N θとなる。 θ M = (360 ° / N R) × N θ However, N theta: count pulses N R: 1 rotation per pulse count further by using the gear ratio R S, the spindle rotation angle, θ S = (1 / R S) × θ M = (360 ° / N R × R S) becomes × N theta. 例えば、N R =4096P/R,N θ =1024パルス,R S =1. For example, N R = 4096P / R, N θ = 1024 pulses, R S = 1.
5とすると、θ =60゜となる。 When 5, comprising theta S = 60 °.

このように、正確な変速比定数を持つことにより、モータのパルスエンコーダが、主軸パルスエンコーダと同等の機能を持ち、主軸回転位置が得られることになる。 Thus, by having the correct transmission ratio constant, the pulse encoder of the motor has a main shaft pulse encoder function equivalent, so that the spindle rotation position is obtained.
したがって、任意の位置からの定位置停止が速やかに行われる。 Thus, fixed-position stop from an arbitrary position is promptly.

第3図に、従来の方法と本発明の方法による任意の停止位置θ からの定位置停止までの主軸角度及び速度を示す。 In Figure 3, it shows the shaft angle and speed of the conventional method and the method of the present invention to fixed-position stop from any stop position theta x.

第1図は本発明の制御方法を適用した主軸位置制御方法の実施例のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the applied spindle position control method controlling method of the present invention. 第1図において、第6 In FIG. 1, 6
図に示した従来の構成と同等の機能を有するものは、同一の符号を付して説明を省略する。 Those having a conventional structure and function equivalent to that shown in FIG. Will be omitted with the same reference numerals.

上述したように、通常速度制御時は、速度指令選択スイッチ16aが開、16bが閉であるから、モータ制御装置1 As described above, the normal speed control, the speed command selection switch 16a is opened, because 16b is closed, the motor controller 1
は速度指令器15の定位置指令に基づいてモータ2を速度制御する。 Controlling the speed of the motor 2 based on the position command speed command unit 15.

次に定位置停止する場合は、定位置停止指令器14が動作し、選択スイッチ16aを閉にし、16bを開にして、位置制御ループに切り換える。 If a constant position stop then, fixed-position stop command device 14 is operated, the selection switch 16a closed, and the 16b to open, switched to the position control loop. 位置制御ループは停止位置近傍までを制御する第1の位置制御ループと、定位置停止させる第2の位置制御ループがあり、まず、第1の位置制御ループについて説明する。 Position control loop has a first and a position control loop, the second position control loop for fixed-position stop for controlling to near the stop position, first, a description will be given of a first position control loop.

モータ2の力を主軸5に伝達する変速機4は、2種類又は3種類の変速比を持ち、主軸速度から最適変速比が変速比選択指令器13によって選択される。 Transmission 4 for transmitting the power of the motor 2 to the main shaft 5 has a two or three speed ratio, the optimum gear ratio is selected by the gear ratio selection command device 13 from the spindle speed. 変速比定数設定器12は、指令器13の信号を入力として、予め変速機4 Speed ​​ratio constant setting device 12, as input signals of command unit 13, pre-transmission 4
の変速比を設定した定数の中から選択された変速比と同じ定数を主軸回転位置制御器11に指令する。 The same constants as the selected gear ratio from the constant setting the gear ratio commands the spindle rotation position controller 11. 主軸回転位置制御器11は、主軸5に取り付けられた発磁体7と主軸5の固定部に取り付けられた磁気センサ8とからなる主軸位置検出器9の信号を位置制御器10を通して主軸原点信号として受け取り、これにモータ2の速度検出用パルスエンコーダ3のモータ軸回転信号と、前述の変速比定数とを掛算して、主軸回転位置信号を発生し、この信号に基づき位置制御ループ選択スイッチ17b,速度指令選択スイッチ16a,モータ制御装置1,モータ2,パルスエンコーダ3からなる第1の位置制御ループの位置制御を行う。 Spindle rotation position controller 11, as the main shaft origin signal through magnetism generation body 7 and the spindle position detector 9 position controller 10 a signal consisting of attached magnetic sensor 8 Metropolitan to the fixed portion of the main shaft 5 attached to the main shaft 5 receiving, this motor shaft rotation signal of the speed detection pulse encoder 3 of the motor 2, the by multiplying the above-described speed ratio constant, and generates a spindle rotation position signal, the position control loop selecting switch 17b on the basis of this signal, speed command selection switch 16a, the motor controller 1, motor 2, the position control of the first position control loop comprising a pulse encoder 3 performs.

停止位置近傍に達すると、位置制御器10は、位置制御ループ選択スイッチ17aを閉に、17bを開にして、位置検出器9の信号に基づく第2の位置制御ループに切り換え、定位置停止制御を行う。 Upon reaching the vicinity of the stop position, the position controller 10, a position control loop selecting switch 17a closed, and the 17b to open, switched to the second position control loop based on the signal of the position detector 9, fixed-position stop control I do.

以上に説明したように、主軸回転位置制御に、第1の位置制御ループを付加することで、主軸回転位置が推定でき、任意の停止位置から1回転以内に定位置停止できる。 As described above, the spindle rotation position control, by adding the first position control loop, spindle rotation position can be estimated, can be fixed-position stop within one rotation from an arbitrary stopping position.

本実施例では、すべての変速比に対して、停止位置精度を高くするために、停止位置近傍では位置検出器9で定位置停止しているが、停止位置精度を特に問題にしなければ、定位置停止まで第1の位置制御ループを使用することも可能である。 In this embodiment, for all of the gear ratio, in order to increase the accuracy of stop position, although fixed-position stop in the position detector 9 in the vicinity stop position, unless the particular problem stopping position accuracy, constant it is also possible to use the first position control loop to the position stops.

〔発明の効果〕 〔Effect of the invention〕

以上に説明したように、本発明においては、モータ軸回転位置信号とモータ/主軸変速比を用いて、主軸回転位置を推定し、停止位置近傍まで位置制御を行うようにしている。 As described above, in the present invention, by using a motor shaft position signal and the motor / spindle speed ratio, and estimates the spindle rotation position, so that position control to the vicinity stop position. これにより、任意の停止位置からでも、主軸1回転以内に定位置停止制御を行うことができる。 Thus, even from any stop position can be performed fixed-position stop control within one revolution of the spindle. したがって、任意の速度で運転中に定位置停止する場合も位置制御を行いながら速やかに減速停止することができ、 Therefore, it is possible to rapidly decelerate to a stop while the position control may be fixed-position stop during operation at any speed,
定位置停止時間を短縮することが可能となる。 It is possible to shorten the fixed-position stop time.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明の主軸位置制御方法のブロック図、第2 Figure 1 is a block diagram of the spindle position control method of the present invention, the second
図は本発明による位置制御方法を説明する波形図、第3 FIG waveform diagram illustrating a position control method according to the present invention, the third
図は本発明の方法と従来方法との効果を対比して示す説明図、第4図は一般的な主軸位置検出器構成図、第5図は主軸回転位置に対する位置検出信号特性、第6図は主軸位置停止制御方式の従来例、第7図はそのタイムチャートである。 Figure is an explanatory view showing in comparison the effect of the method and the conventional method of the present invention, Figure 4 is a typical spindle position detector arrangement shown in Fig. 5 position detection signal characteristics for spindle rotation position, Figure 6 conventional examples of spindle position stop control method, FIG. 7 is its timing chart. 1:モータ制御装置、2:モータ 3:パルスエンコーダ、4:変速機 5:主軸、6:工具 7:発磁体、8:磁気センサ 9:位置検出器、10:位置制御器 11:主軸回転位置制御器 12:変速比定数設定器、13:変速比選択指令器 14:定位置停止指令器、15:速度指令器 16a,16b:速度指令選択スイッチ 17a,17b:位置制御ループ選択スイッチ 1: the motor control device, 2: Motor 3: pulse encoder, 4: transmission 5: main shaft, 6: Tools 7: the magnetism generation body, 8: magnetic sensor 9: position detector, 10: position controller 11: spindle rotation position controller 12: gear ratio constant setting unit, 13: gear ratio selection command device 14: fixed-position stop command device, 15: speed command unit 16a, 16b: the speed command selection switch 17a, 17b: position control loop selecting switch

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】主軸に取り付けられた定位置停止制御に使用する位置検出器と、主軸を変速機を介して駆動するモータと、同モータの速度及び回転位置を検出するパルスエンコーダと、位置制御器及び速度制御機能を持つモータ制御装置とからなる主軸回転位置制御装置において、 And 1. A position detector for use in fixed-position stop control, which is attached to the main shaft, a motor for driving through a transmission main shaft, and a pulse encoder for detecting the speed and rotational position of the motor, position control in spindle rotation position control device comprising a motor control apparatus having a vessel and speed control function,
    前記位置検出器による主軸停止位置信号と、前記位置制御器に設定された主軸に対するモータ軸の変速比及びパルスエンコーダ信号によるモータ回転位置から演算される主軸回転位置信号を用いて、前記演算される主軸回転位置信号による第一の位置制御ループと前記位置検出器による主軸停止位置信号による第二の位置制御ループを構成し、位置決め指令の入力後、時期センサによる主軸原点信号を検出した後、第一の位置制御ループにより位置制御を行い、前記位置検出器の検出範囲は第二の位置制御ループで位置制御を行って定位置停止させ、位置決め後位置ずれを生じた時にいかなる停止位置からでも主軸1回転以内で定位置停止することを特徴とする主軸回転位置制御方法。 Using a spindle stop position signal from the position detector, the main shaft rotational position signal that is calculated from the motor rotational position according to the gear ratio and the pulse encoder signal of the motor shaft with respect to the main shaft which is set in the position controller, is the arithmetic constitutes a second position control loop according to the spindle stop position signal by the first position control loop and the position detector according to spindle rotational position signal, after the input of the positioning command, after detecting the main shaft origin signal by timing sensor, a performs position control according to one of the position control loop, a detection range of the position detector main shaft from any stop position when the second performs position control by the position control loop is fixed-position stop, resulting in a positional deviation after positioning spindle rotation position control method, which comprises fixed-position stop with 1 less rotation.
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