JP2527588B2 - 工作機械の主軸モ―タ制御方法とその制御装置 - Google Patents

工作機械の主軸モ―タ制御方法とその制御装置

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JP2527588B2
JP2527588B2 JP63032752A JP3275288A JP2527588B2 JP 2527588 B2 JP2527588 B2 JP 2527588B2 JP 63032752 A JP63032752 A JP 63032752A JP 3275288 A JP3275288 A JP 3275288A JP 2527588 B2 JP2527588 B2 JP 2527588B2
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敬一 松本
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日立精機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、工作機械の駆動モータ特に主軸モータの
制御方法とその制御装置に関する。更に詳しくは、工作
機械の駆動モータを加速,減速時のみ、ドライバ(アン
プ)の最大容量で出力をさせ、通常の切削時には駆動モ
ータの定格出力をさせる主軸モータ制御方法とその制御
装置に関する。
[従来技術] マシニングセンタなどの工作機械の主軸を駆動するの
に可変速モータが使われている。この可変速モータに
は、DCモータ、ACモータ、デジタルACモータなど種々の
モータが使用されている。この可変速モータの速度を制
御する制御方式も種々提案され実用に供されている。通
常、これらの可変速モータの場合、設計上可変速モータ
の定格出力値の1.2〜1.5倍程度の出力が可能なドライバ
が使用される。
一方、工作機械の実切削時間を向上させるには、可能
な限り短い時間で可変速モータが設定スピードに達する
ように制御するのが望ましい。この設定スピードに達す
る時間、すなわち加減速時間を最大限短縮するために
は、可変速モータの定格出力に対して、2〜3倍程度の
出力能力があるドライバが必要となる。
[発明が解決しようとする課題] 可変速モータの定格出力の2〜3倍にドライバの出力
能力を向上させると、加減速時間は短縮する。しかし、
通常の運転スピード、すなわち機械加工時にもドライバ
の能力が大きいため、可変速モータに定格以上の過度の
電流が流れる結果となり、可変速モータ及び機械系全体
に悪影響を与える。これを解決するには、可変速モータ
を通常の加工作業に必要な能力以上の大容量に変える方
法もある。可変速モータが大型化し、かつ他の機構部も
安全係数が上がり大型化する。これらはコストアップの
要因にもなる。本発明は、これらの問題点を解決するも
のであって、次のような目的を達成する。
この発明の目的は、主軸モータの容量を加工作業に必
要な最小限の容量に押さえ、しかも加減速時間を短縮す
る主軸モータ制御方法とその制御装置を提供することに
ある。
この発明の他の目的は、加減速時のみ主軸モータのド
ライバを最大容量の出力をさせ、通常運転時には定格の
出力を出すドライバのための主軸モータ制御方法とその
制御装置を提供することにある。
[前記問題点を解決するための手段] 本発明は、前記問題点を解決するため、次のような手
段を採る。
第1手段は、 (a)工作機械の主軸を回転駆動する主軸モータであっ
て所望の回転速度に変えうる可変速モータの制御装置に
おける制御方法において、 (b)前記主軸モータの起動の指令がなされてから指令
された回転速度と前記主軸モータの回転数とが一致した
ことを示す速度一致信号が出力されるまでのあいだ、お
よび、前記主軸モータの停止の指令がなされてから停止
するまでのあいだ前記制御装置の出力トルク制限を解除
し、 (c)前記速度一致信号が出力された後の運転時には、
速度指令値の変化率とあらかじめ設定された変化率定数
とを比較し、 (d)前記速度指令値の変化率のほうが大きい場合には
速度一致信号が出力されるまで前記主軸モータの出力ト
ルクの制限を解除し、 (e)前記速度指令値の変化率のほうが小さく場合には
前記主軸モータの出力トルクを制限する制御を継続する
ことを特徴とする工作機械の主軸モータ制御方法であ
る。
第2手段は、 (a)工作機械の主軸を回転駆動するための主軸モータ
の制御装置において、 (b)前記主軸モータに電力を供給する電力供給手段
と、 (c)前記主軸モータの出力トルクを制限する制御を行
うトルク制限手段と、 (d)前記主軸モータへ所望の回転速度になるように速
度指令値を発する速度指令手段と、 (e)前記主軸モータへ起動・停止の指令を行う起動指
令手段と、 (f)指令された回転速度と前記可変速モータの回転数
とが一致したことを判断して速度一致指令を出力する速
度一致手段と、 (g)前記速度指令値の変化率を計測する変化率計測手
段と、 (h)この変化率計測手段で計測された変化率とあらか
じめ設定された定数とを比較する比較判定手段と、 (i)前記起動指令手段より前記起動の指令がなされた
ときから前記速度一致手段より速度一致信号が出力され
るまでのあいだ、前記停止の指令がなされてから停止す
るまでのあいだ、および、前記速度一致信号が出力され
た後の運転時であるとともに前記比較判定手段より前記
計測された変化率のほうが大きいと判定された場合に前
記主軸モータの出力トルクを制限する選択を行うトルク
制限選択手段と (j)からなる工作機械の主軸モータ制御装置である。
[作 用] 工作機械を駆動する主軸モータの制御方法において、
加速,減速時のみ主軸モータのドライバの最大容量の出
力を出し、通常の加工作業中は定格出力を出すようにド
ライバの出力を制御する。
[実施例] 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明す
る。第1図に示すものは、この発明を旋盤の主軸モータ
(以下、可変速モータという)の制御に適用した場合の
主軸モータ制御装置の機能ブロック図である。CPU1は、
NC制御装置の中央処理装置である。CPU1には、データバ
ス、アドレスバスなどのバスが連結されている。X軸サ
ーボモータ3は、アンプ4,補間器5を介してバス2に連
結されている。同様に、Z軸サーボモータ6は、アンプ
4,補間器5を介してバス2に連結されている。加工プロ
グラムメモリ7は、加工のための工具の軌跡、加工条件
などが入力されているプログラムである。このプログラ
ムにしたがって、X軸サーボモータ3、Z軸サーボモー
タ6は制御される。
キーボード付CRT8は、加工プログラム,工具軌跡など
を表示するための表示装置である。メモリ9は、NC制御
装置の制御用の各種メモリである。D/Aコンバータ10
は、NC制御装置からのデジタル信号による主軸速度指令
(S機能)を受けてアナログ信号に変換するものであ
る。D/Aコンバータ10への主軸速度指令は、加工プログ
ラムに組み込まれており、このプログラムからの指令に
より時々刻々変化されるものである。
D/Aコンバータ10からの出力は、モータドライバ11へ
入力される。モータドライバ11は、速度指令を主軸の可
変速モータ12に与える機構を有している。後述するよう
に、モータドライバ11は、更に可変速モータ12に所望の
速度の回転起動をアナログの指令値として増幅して与え
る起動指令の機能と、速度指令した速度と可変速モータ
12の実際の回転数とが一致した時に出力信号を出す速度
比較機能、定格モータの定格トルク(ドライバの能力
は、1.5倍程度)以上に出力しないように、電気的な出
力を制限して可変速モータ12の出力トルクが一定以下に
するトルク制限機能を有している。
可変速モータ12には、タコジェネレータ13に直結して
ある。タコジェネレータ13は、可変速モータ12の回転数
を検出するものであり、周波数発電機(FG)の出力をF
−Vコンバータで入力周波数に比例した直流電圧を得る
ものなど公知のものである。この直流電圧は、モータド
ライバ11にフィードバックされる。これらの機能を有す
る個々のものは周知の手段であり、本実施例ではその詳
細は開示しない。
インターフェース14は、CPU1からの指令を受けて起動
/停止,正転逆転などの指令を出力するものである。CP
U1からの信号を受けてビット型の出力信号をモータド
ライバ11に出す。微分回路20は、起動指令信号の信号
を受けて起動信号、トリガを発生するものである。微分
回路20の出力は、OR回路21に出力される。OR回路21の出
力は、フリップフロップ22に入力される。
一方、加工プログラムにより指令された速度指令は、
D/Aコンバータ10でアナログ信号に変えられて速度指令
信号を出す。このアナログの速度指令信号は、微分回
路23に入り、微分回路23はこの信号を微分する。微分回
路23の出力信号は、比較器24に入力される。比較器24
は、予め記憶されている定数Cと微分回路23からの入力
信号とを比較するものである。比較器24からの出力信
号は、NAD回路25に入力される。AND回路25の出力信号
は、OR回路21に入力される。
AND回路26は、起動指令信号と速度一致信号を受
けて作動し、信号を出す。信号の出力は、フリップ
フロップ22と、フリップフロップ27に入力される。起動
指令信号の信号をNOT回路28で反転させてフリップフ
ロップ27のR端子に入力される。フリップフロップ27の
出力信号は、AND回路25に出力される。
主軸モータ制御装置作動 第2図に示すフローチャートは、本実施例の主軸モー
タ制御装置の動作の概要を示す図である。ステップP
1は、可変速モータ12へ起動指令が出ているか否かを判
断する。Yesであれば、ステップP2に進み起動中か否か
判断する。すなわち、起動指令が出て後の加速または減
速中か否かである。一方、ステップP1でNoの場合、すな
わち停止指令が出ているときなので起動中をリセットし
て、ステップP8でトルク制限を外す。
ステップP2でNoであれば、ステップP4に進み、起動中
にセットした後、ステップP8に進み同様にトルク制限が
外される。ステップP2でYesであれば、ステップP5で速
度一致か否か判断されYesであればトルク制限がセット
される。ステップP5で速度一致がなければステップP7
進む。ステップP7では、後述するS′>Cが判定されYe
sであればトルク制限が解除される。Noであれば最初の
ステップP1に戻る。
(1)起動,停止時 NC装置から起動指令がインターフェース14に出され起
動指令がビット信号で出る。この起動指令信号が出
ると、微分回路20によりビット信号は微分されトリガ信
号を出してOR回路21に出力する。すなわち、最初の起
動指令であることを判別する。OR回路21は、このトリガ
信号を受けてHigh信号を出して入力端子Rに入力す
る。フリップフロップ22は、リセットされ出力信号は
O、すなわちLowとなり、モータドライバ11のトルク制
限回路が作動しない状態となる。このため、ドライバ11
は、ドライバ11の出力能力最大の出力を行う。可変速モ
ータ12には定格以上の電流が流れる。
一方、起動指令の後に直ちに、D/Aコンバータ10に速
度指令が出される。D/Aコンバータ10は、モータドライ
バ11に指令し増幅されて、可変速モータ12に電力を入力
する。可変速モータ12は、この入力で急速に設定回転
数、すなわちプログラムされた回転数までに回転を上げ
る。可変速モータ12の回転軸には、タコジェネレータ13
が直結されている。タコジェネレータ13の出力電圧は、
モータの回転数に比例している。この電圧はモータドラ
イバ11にフィードバックされて、可変速モータ12の回転
数を検出する。
可変速モータ12が指令速度である加工速度に達する
と、ドライバ11は、速度一致信号のビット信号をAND
回路26に出す。起動中であるから起動指令信号は、Hi
gh信号なので、AND回路26は、High信号を信号に出
す。High信号は、フリップフロップ22をセットする。フ
リップフロップ22の出力は、Highとなり信号に出す。
High信号の信号への出力により、モータドライバ11の
トルク制限回路が動作する。このことは、起動指令信号
からある時間後、指令速度に達したことを意味する。
CPU1から停止指令がでると、インターフェース14は信
号をLowに切り換える。信号の信号が瞬時にLowとな
るため、微分回路20がトリガを出す。OR回路21の出力信
号が一瞬Highになる。このため、フリップフロップ22
は、セットされ信号がLowになりトルク制限はかから
なくなる。
(2)加工中 加工中において、速度一致が一度でると、速度一致信
号,起動信号がHighになり、AND回路26の出力信号
がHighなり、フリップフロップ27がセットされる。こ
の結果、信号がHighになる。その後、速度一致がなく
なってもフリップフロップ27はセットされたままにな
る。この場合、設定範囲以下の負荷の変動(本実施例の
場合C)があって、速度一致がなくなってもトルク制限
はかけたままとなる。仮に、速度一致がなくなりトルク
制限が解除されるとなると、可変速モータ12はトルク制
限解除を繰り返すことにより、ハンチング現象となる。
この状態でアナログ信号である速度指令値が変化する
と、この変化率(S′)は微分回路23で計測され、この
変化率(S′)比較器24によりS′>Cの比較がなされ
る。Cはあらかじめ実験的に決められた定数である。変
化率(S′)がCより大きいと信号がHighになり、AN
D回路25の信号がHighになり、フリップフロップ22は
リセットされてトルク制限は解除される。このとき信号
はLowであるがその後、速度一致が出ると速度一致信
号はHighとなり、信号がHighとなりフリップフロッ
プ22はセットされ、トルク制限がかかる。
[発明の効果] 以上詳記したように、本発明は、加減速時間の短時間
のみ、最大パワーを要求するのみであるから、可変速モ
ータ、ドライバの容量は小さくてすむ。結果として、最
小容量の可変速モータ,ドライバで可変速時間を短くす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の概要を示す機能プロック図、第2図は
本発明の制御装置の動作の概要を示すフロー図である。 1……CPU,10……D/Aコンバータ,11……モータドライ
バ,12……可変速モータ,14……インターフェース,20、2
3……微分回路,22、27……フリップフロップ,24……比
較器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−115724(JP,A) 特開 昭54−138216(JP,A) 特開 昭57−88885(JP,A) 特開 昭58−198177(JP,A) 特開 昭58−198178(JP,A) 特開 昭60−96186(JP,A) 特開 昭62−193581(JP,A) 特開 昭63−15697(JP,A) 特開 昭63−95875(JP,A) 特開 昭63−95881(JP,A) 特公 昭61−15677(JP,B2) 特公 平3−22288(JP,B2) 実開 昭59−9797(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)工作機械の主軸を回転駆動する主軸
    モータであって所望の回転速度に変えうる可変速モータ
    の制御装置における制御方法において、 (b)前記主軸モータの起動の指令がなされてから指令
    された回転速度と前記主軸モータの回転数とが一致した
    ことを示す速度一致信号が出力されるまでのあいだ、お
    よび、前記主軸モータの停止の指令がなされてから停止
    するまでのあいだ前記制御装置の出力トルク制限を解除
    し、 (c)前記速度一致信号が出力された後の運転時には、
    速度指令値の変化率とあらかじめ設定された変化率定数
    とを比較し、 (d)前記速度指令値の変化率のほうが大きい場合には
    速度一致信号が出力されるまで前記主軸モータの出力ト
    ルクの制限を解除し、 (e)前記速度指令値の変化率のほうが小さい場合には
    前記主軸モータの出力トルクを制限する制御を継続する
    ことを特徴とする工作機械の主軸モータ制御方法。
  2. 【請求項2】(a)工作機械の主軸を回転駆動するため
    の主軸モータの制御装置において、 (b)前記主軸モータに電力を供給する電力供給手段
    と、 (c)前記主軸モータの出力トルクを制限する制御を行
    うトルク制限手段と、 (d)前記主軸モータへ所望の回転速度になるように速
    度指令値を発する速度指令手段と、 (e)前記主軸モータへ起動・停止の指令を行う起動指
    令手段と、 (f)指令された回転速度と前記可変速モータの回転数
    とが一致したことを判断して速度一致指令を出力する速
    度一致手段と、 (g)前記速度指令値の変化率を計測する変化率計測手
    段と、 (h)この変化率計測手段で計測された変化率とあらか
    じめ設定された定数とを比較する比較判定手段と、 (i)前記起動指令手段より前記起動の指令がなされた
    ときから前記速度一致手段より速度一致信号が出力され
    るまでのあいだ、前記停止の指令がなされてから停止す
    るまでのあいだ、および、前記速度一致信号が出力され
    た後の運転時であるとともに前記比較判定手段より前記
    計測された変化率のほうが大きいと判定された場合に前
    記主軸モータの出力トルクを制限する選択を行うトルク
    制限選択手段と (j)からなる工作機械の主軸モータ制御装置。
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