JP2901692B2 - 複合旋盤の主軸制動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、サーボ制御可能な単一の主軸モータで主
軸を駆動して旋削加工、割出加工およびコンターリング
のフライス加工を行う旋盤の主軸の制動装置に関するも
ので、特に主軸の角度を正確に制御しながら低速で主軸
を回転させる際の制御手段に特徴のある主軸の制動装置
に関するものである。

《従来の技術》 旋削加工、割出加工およびコンターリングのフライス
加工を単一のモータで行う旋盤の主軸モータは、モータ
軸と主軸の間に発生する角度誤差を無くす点から言え
ば、主軸に直結する構造が望ましい。しかしながら装置
の保守管理やチャック開閉シリンダの装着上の都合によ
り、あるいはバー材加工時のバー材の供給の便を考慮し
て、主軸をベルトや歯車伝達機構を介して駆動する構造
を採用しなければならなくなることがある。このような
場合、ベルト伝達機構や歯車伝達機構に内在するガタや
撓みによって制御遅れが生じ、変動負荷のフライス加工
時にびびり振動が発生し易いという問題が生じる。この
問題を解決する一つの技術手段として、主軸にブレーキ
装置を設け、コンターリングのフライス加工時には、こ
のブレーキ装置によって主軸回転力にプリロードを与
え、ベルト伝達系や歯車伝達系に剛性を付与する方法が
採用される。

第３図は主軸２をベルト伝動装置６を介して主軸モー
タ５で駆動する旋盤において、主軸２にブレーキディス
ク７を固定してこれを挟持するブレーキパッド８をを設
け、主軸モータ５をサーボ制御するときには、ブレーキ
パッド８でブレーキディスク７を挟持して主軸２に負荷
トルクを与え、ベルト伝達装置６の内在するガタや撓み
およびサーボ制御のハンチングを除去する構造の従来の
主軸駆動装置を例示したものである。またビルトインモ
ータを使用して同様効果をあげているものも提案されて
いる。

《発明が解決しようとする課題》 例えばコンターリングのフライス加工において、主軸
を停止させた状態でミーリングカッタをワークに送り込
み、その後主軸を回転させながらカム溝などを加工する
ときに、ミーリングカッタの切り込み送り方向の変化に
よって主軸に作用する切削送り負荷が大きく変動すると
いうことが起こる。このような場合、第３図に示すよう
な従来の油圧サーボ制御によるブレーキ装置では、切削
負荷の変動にブレーキ力が時間的に追従することができ
ず、主軸モータのトルクが大きく変動してベルト伝動装
置６やサーボ制御装置内に内在する撓みのために主軸２
の角度制御に時間遅れが生じ、主軸の出力トルクが変動
したときに主軸回転にびびり振動が発生するというよう
な弊害が生じていた。さらに油圧駆動によるブレーキ装
置では、ブレーキパッドの支持構造に内在するガタや、
動摩擦係数と静摩擦係数との差によるブレーキ負荷の変
動があって、主軸の円滑な回転を制御することが困難で
あった。ミーリングカッタで曲面加工を行うときに主軸
にかかる切削負荷の変動に追随させるときには、ミリセ
カンド級の頻度でブレーキ装置のブレーキ力を適応させ
てやらなければ主軸回転のびびりを防止できないが、こ
のような制御を油圧サーボで行うことは不可能である。

この発明は上述のような従来装置の問題点を解消し、
高い精度で主軸の割出し位置決めやワーク送りを与える
ことができる主軸の制動装置を得ることを課題としてい
る。

《課題を解決するための手段》 この発明では、従来の油圧ブレーキ装置に代えて、ト
ルクモータや電磁パウダークラッチ（電磁パウダーブレ
ーキと呼ばれることもある。）等の電気的トルク付与装
置30を用いて主軸２に負荷トルクを付与する構造を採用
している。しかしこのような電気的な負荷トルク付与装
置は、負荷トルクをあまり大きくできないという現在技
術の問題もある。そこでこの発明の装置では、主軸２と
電気的トルク付与装置30との間に増速回転伝達機構20を
介在させている。そしてこの増速回転伝達機構20の介在
により、主軸２を旋削回転させたときにトルクモータや
電磁パウダークラッチ30の軸が非常な高速で駆動される
のを避けるために、旋削加工時に増速回転伝達機構20を
主軸２から切り離すための係脱装置17を主軸２と増速回
転伝達機構20との間に介在させている。電気的負荷トル
ク付与装置が大容量のものであれば増速機構は必要な
い。また摩擦損を伴う性能を有するパウダーブレーキで
あるから機構は簡単である。

《作用》 主軸モータ５で主軸２を高速回転させて旋削加工を行
う際には、係脱装置17で増速回転伝達機構20を主軸２か
ら離脱させ、主軸２が回転してもトルクモータや電磁パ
ウダークラッチ20の軸が回転しないようにする。主軸モ
ータ５によって主軸２の割出位置決めや低速でのワーク
送り駆動を行う際には、係脱装置17で増速回転伝達機構
20、従ってトルクモータや電磁パウダークラッチ30を主
軸２に連結し、主軸モータ５の負荷トルクを検出てその
負荷トルクが一定になるようにトルクモータや電磁パウ
ダークラッチ30を電気的に制御する。これにより主軸モ
ータ５には常に一定のトルクが作用し、従ってベルト伝
動装置６等に作用する負荷もほぼ一定となり、ベルト伝
達装置６の撓み量が一定に維持されて主軸モータ５の回
転角が主軸２に時間遅れなく伝達される。さらにベルト
伝達装置６にはある程度の大きさの負荷が常時付与され
ることとなるので、回転伝達系の剛性が高くなり、切削
負荷の変動によってびびり振動が発生するのを防止する
ことができる。

《実施例》 第１図及び第２図は、この発明の一実施例を示した図
で、第１図は機構展開図兼用制御ブロック図、第２図は
制御ルーチンを示すフローチャートである。第１図にお
いて、１は主軸台、２は主軸台１に軸支された主軸、３
は主軸２に固定されたチャック、４はチャック３の開閉
シリンダ、５は主軸モータ、６は主軸モータ５と主軸２
とを連結しているベルト伝動装置、７は主軸２に固定さ
れたブレーキディスク、８はブレーキディスク７に臨ん
でいるブレーキパッド、９はブレーキパッド保持枠、10
はブレーキパッド８を駆動するブレーキシリンダ、11は
歯付きベルト、12は歯付きベルト11を介して主軸２と同
期回転しているエンコーダである。これらのものの構造
は、第３図に示した従来装置のものと変わらない。

15はブレーキディスク７に隣接して主軸２に固定され
た駆動歯車、16は中間軸、17は中間軸16に軸方向に摺動
自在かつ相対回転不能に装着されたシフト歯車、18はシ
フト歯車17を移動させるシフトガイド、19はシフトガイ
ド18駆動用のシフトシリンダ、20は増速歯車列、30は電
気的トルク付与装置である。増速歯車列20は、中間軸16
に固定された第１大径歯車21、これに噛合する第１ピニ
オン22、第１ピニオン22と実質上一体の第２大径歯車23
及び第２大径歯車23と噛合する第２ピニオン24からな
り、第２ピニオン24は、電気的トルク付与装置30の軸31
に固定されている。電気的トルク付与装置30は、電磁パ
ウダークラッチを用いる。また、電気的トルク付与装置
30が充分に大容量のものであれば、前述の増速用歯車列
即ち大径歯車、ピニオン等は不要であり、直接的伝達機
構で足りる。

主軸モータ５は、サーボドライバ32を介してNC装置33
で制御されている。エンコーダ12から出力される速度信
号は、サーボドライバ32に、位置信号はNC装置33にそれ
ぞれフィードバック信号として与えられる。また主軸モ
ータ５の駆動電流の値は、負荷信号としてNC装置33に与
えられている。電気的トルク付与装置30は、電流制御部
34を介してNC装置33で制御され、電気的トルク付与装置
30に与えられる電流の値がフィードバック信号として電
流制御部34に与えられている。

この発明では、以上のように構成された装置におい
て、主軸モータ５で主軸２を割出し位置決めするときお
よび主軸２にワーク送り駆動を与えるときに、シフト歯
車17を駆動歯車15に噛合させることによって電気的トル
ク付与装置30を主軸２に連結し、電気的トルク付与装置
30に駆動指令を与えて主軸モータ５の負荷トルクが所定
値で一定になるように制御している。

次に第２図にもとづいて電気的トルク付与装置30の制
御手順を説明する。以下の説明及び第２図において、CS
結合中とは、NC装置33から主軸モータ５に割出し位置決
め又はワーク送り駆動指令が与えられており、且つシフ
ト歯車17が駆動歯車15に噛合された状態をいうものとす
る。CS結合指令CS離脱指令は制動装置が結合或いは離脱
指令を受けその動作が未完了であることを示している。
第２図は電気的トルク付与装置30として電磁パウダーク
ラッチを用いたときの制御ルーチンである。

第２図に示す制御ルーチンは、所定のタイミングでCS
結合状態を調べる。CS結合中でなく、CS結合指令もCS結
合の離脱指令も出ていなければ、このルーチンは何もし
ない。CS結合指令が発せられたときには、分岐ステップ
42で分岐してCS結合の完了を待ち、CS結合が完了したと
きに電気的トルク付与装置30に駆動指令を与え、主軸２
に負荷トルクを与える。この負荷トルクによってベルト
伝動装置６に一定方向の負荷が与えられ、ベルト伝動装
置６に高い剛性が付与される。

CS結合が行われると、制御ルーチンは分岐ステップ41
で分岐し、主軸モータ５の負荷を調べにゆく。第２図に
示す制御ルーチンでは、主軸モータ５の負荷が零、即ち
主軸２が停止していれば、分岐ステップ44で分岐して電
気的トルク付与装置30に最大トルクを発生させて主軸２
をロックする。電気的トルク付与装置30が電磁パウダー
クラッチであるときは、これによって主軸２は電磁パウ
ダークラッチの最大トルクによって保持される。

主軸モータ５に負荷が作用しているときは、制御ルー
チンは主軸モータ５の負荷が設定された値よりも大きい
か小さいかを調べる。負荷信号の値が設定値をオーバー
している場合には、電気的トルク付与装置30に与える電
流を減少させる方向に、また負荷信号の値が設定値より
低ければ、電気的トルク付与装置30に与える電流を増加
させる方向に電流制御部34を制御する。もし負荷信号が
高くも低くもなければ、電気的トルク付与装置30に与え
る電流をそのままの値に維持する。この制御により、ワ
ークの切削負荷の大小を補償するように電気的トルク付
与装置30のトルクが変化して、主軸モータ５の負荷が常
に一定となる。従ってベルト伝動装置６には常に一定の
負荷が作用することとなり、ベルトの変形量が一定に維
持されるので、主軸モータ５の回転角が時間遅れなく主
軸２に伝達される。

NC装置33からCS結合の離脱指令が発せられると、ステ
ップ43で分岐し、電気的トルク付与装置30の駆動指令を
解除する。これによって主軸モータ５から電気的トルク
付与装置30至る回転伝達系に与えられていた負荷は解除
され、シフト歯車17と駆動歯車15の歯面に作用する押圧
力が解除されるから、シフト歯車17の離脱動作を円滑に
行うことができる。

なお第１図の装置には、第３図に示した装置と同様に
ブレーキディスク７とブレーキパッド８とが設けられて
いる。主軸モータ５と電気的トルク付与装置30の出力ト
ルクが充分に大きければ、このようなブレーキ装置を設
ける必要はない。しかし主軸２を一定の位置で固定して
ワークを加工する場合に、このようなブレーキ装置を設
けておけば、より強い力で主軸２を固定しておくことが
可能になり、割出加工時により大きな切削負荷に耐える
ことができるようになる。

《発明の効果》 以上説明したこの発明の方法によれば、単一のサーボ
モータでベルト伝動装置等の伝達機構を介して主軸の割
出し位置決めおよびワーク送り駆動を行う構造の旋盤に
おいて、送り駆動時および割出位置決め時の上記伝達機
構の撓みによる制御遅れの発生及びこれに起因する主軸
のびびり振動を防止することができ、コンターリングの
フライス加工時における加工精度の向上とびびり振動の
防止を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例を示す図で、第
１図は主軸の駆動系を示すブロック図、第２図は電気的
トルク付与手段が電磁パウダークラッチであるときの制
御ルーチンを示すフローチャートである。第３図は従来
の主軸駆動系の一例を示すブロック図である。 図中、 2:主軸、5:主軸モータ 6:ベルト伝動装置、11:歯付きベルト 12:エンコーダ、15:駆動歯車 17:シフト歯車、20:増速歯車 30:電気的トルク付与装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 19/02 B23Q 5/20,5/54 B23Q 16/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】旋削加工用の高速駆動と割出位置決めおよ
   び切削送り駆動用の低速駆動とをサーボ制御可能な１個
   の主軸モータ（５）で行う旋盤において、主軸モータ
   （５）の負荷トルクの検出手段（32）と、主軸（２）の
   回転を増速する回転伝達機構（20）と、当該回転伝達機
   構を主軸（２）に係脱する係脱装置（17）と、前記回転
   伝達機構の伝達端に連結された電気的トルク付与装置
   （30）と、制御装置（33）とを備え、制御装置（33）
   は、主軸（２）の割出位置決めおよびワーク送り駆動時
   には前記係脱装置（17）で回転伝達機構（20）を主軸
   （２）に連係し、主軸モータ（５）の負荷トルクが一定
   となるように電気的トルク付与装置（30）を制御するこ
   とを特徴とする複合旋盤の主軸制動装置。
2. 【請求項２】電気的トルク付与装置（30）が電磁パウダ
   ークラッチである請求項１記載の複合旋盤の主軸制動装
   置。