JP3791573B2 - 同期駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期駆動装置の制動方法及び同期駆動装置に係り、より詳しくは、被駆動体を介して機械的に連結された一対の主軸各々を駆動する一対のモータを回転同期制御する同期駆動装置の制動方法及び同期駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、クランクシャフト研削盤においては、クランクシャフトの両端を油圧チャックで保持し、これらのチャックを取り付けた２つの主軸を別個のサーボモータで駆動し、これらサーボモータを回転同期制御するようにしている。この種の同期駆動装置において、停電や断線あるいはサーボモータの故障等のこれらサーボモータを回転同期制御に支障きたす異常状態が生じた場合、両主軸の同期がずれてクランクシャフトに過度の捩じれが生じ、最悪の場合はクランクシャフトの破損を招くことがある。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、実公平７−１３９４５号公報に示されるように、両主軸を機械的に回転連結する保安軸を設けたものがある。これによれば、異常時の両主軸の同期ずれを保安軸によって最小限（保安軸と主軸のガタ分のみ）に抑えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記実公平７−１３９４５号に記載の発明は、保安軸を備えているので、機械構成が複雑になると共に、部品点数の増加、組付け作業時間の長大等によりコスト高である。
【０００５】
そこで保安軸を廃止することが考えられるが、この場合問題となるのは、異常状態の発生時の両主軸の同期ずれである。異常状態の発生時には両主軸の同期ずれを最小限に抑えつつ、速やかに停止させる必要がある。機械的なブレーキを作用させると両主軸に作用する制動トルクの大きさは一致しないので制動トルク差が生じ、さらに、高速で回転する主軸に急激に機械的なブレーキを作用させると、例えばディスクブレーキのディスクホイールとパットの間でバウンディングが生じ、このバウンディングによって両主軸に作用する制動トルク差は大きくなる。このため、工作物に過度の捩じれが作用するという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑み成されたもので、保安軸を有しない同期駆動装置において、異常発生時に同期ずれを抑えつつ、速やかに停止させることができる同期駆動装置の制動方法及び同期駆動装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため請求項１記載の発明は、一対の主軸台と、前記一対の主軸台各々に同一軸線上で回転可能に支持された一対の主軸と、前記一対の主軸各々に設けられ油圧ポンプからの油圧により工作物の両端を保持すると共に、アキュムレータを備え前記油圧ポンプが停止しても所定時間は前記アキュムレータに蓄圧された油圧で工作物の保持し続けられる油圧チャックと、前記一対の主軸各々を回転駆動する一対のモータと、前記一対のモータ各々にダイナミックブレーキを作用させるダイナミックブレーキ作用手段と、前記一対の主軸各々に機械的ブレーキを作用させる機械的ブレーキ作用手段と、前記一対のモータ各々を回転同期制御し、前記一対のモータの回転同期制御することのできない異常状態が検出された場合には、前記ダイナミックブレーキ作用手段を作動させると共に前記ダイナミックブレーキ作用手段の作動開始時から前記所定時間経過内でかつ前記主軸が停止するように予め定められた時間経過後に前記機械的ブレーキ作用手段を作動させる制御手段と、を備えている。
【００１１】
一対の主軸は、一対の主軸台各々に同一軸線上で回転可能に支持されている。
【００１２】
油圧チャックは、一対の主軸各々に設けられると共にアキュムレータを備え、油圧ポンプが停止しても所定時間はアキュムレータに蓄圧された油圧で、工作物の両端を保持する。モータは、一対の主軸各々を回転駆動する。
【００１３】
ダイナミックブレーキ作用手段は、一対のモータ各々にダイナミックブレーキを作用させる。機械的ブレーキ作用手段は、一対の主軸各々に機械的ブレーキを作用させる。
【００１４】
検出手段は、異常状態を検出する。
【００１５】
そして、制御手段は、一対のモータ各々を回転同期制御し、一対のモータの回転同期制御することのできない異常状態が検出された場合には、ダイナミックブレーキ作用手段を作動させると共にダイナミックブレーキ作用手段の作動開始時からアキュムレータに蓄圧された油圧で工作物の両端を保持する時間内に主軸が停止するように予め定められた時間経過後に機械的ブレーキ作用手段を作動させる。
【００１６】
ここで、異常状態には、例えば、非常停止指令入力手段により異常停止指令が入力された状態、制御手段の故障、主軸の異常等がある。
【００１７】
このように、異常状態発生時に、まずダイナミックブレーキを作動させることにより、被駆動体に工作物に作用する捩じれを最小限にすることができ、さらに、ダイナミックブレーキ作用手段の作動開始時から予め定められた時間経過後に、即ち、ダイナミックブレーキにより両主軸の回転速度及び制動トルク差が小さくなった状態で機械的ブレーキを作動させるので、機械的ブレーキによる制動トルク差が小さくなり、機械的ブレーキを用いているので、制動時間が長くなることがない。このため、同期軸を備えなくとも、異常発生時に工作物に与える捩じれを最小限にしつつ短時間で主軸を停止させることができる。
【００２１】
このように、油圧チャックのアキュムレータに蓄積された油圧で油圧チャックのクランプ状態が保たれる時間内で主軸を停止させることができるので、停電などの油圧チャックに供給される油圧が停止しても、少なくとも主軸の回転が停止されるまでの間は、油圧チャックがアンクランプ状態（工作物の両端を保持することができない状態）となることがないので安全である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態に係る同期駆動装置を備えたクランクピン研作装置は、ベッド１０を備えている。ベッド１０上には、テーブル１２が設けられ、テーブル１２は、ボールネジ１４を介してテーブル移動用サーボモータ１６により、図１に紙面左右方向に移動可能となっている。テーブル１２上には一対の主軸台１８Ｒ、１８Ｌが設けられ、主軸台１８Ｒ、１８Ｌには、主軸２０Ｌ、２０Ｒが回転可能に支持され、主軸２０Ｌ、２０Ｒの先端には、工作物（クランクシャフト）の両端を保持する、保持手段としての油圧チャック２２Ｌ、２２Ｒが取り付けられている。
【００２６】
また、ボールネジ２６を介して、砥石移動用サーボモータ２８により、紙面上下方向に移動される砥石台３０には、砥石駆動用モータ３２により駆動される砥石３４が回転可能に支持されている。
【００２７】
図２及び図３には、主軸台の詳細が示されている。なお、図３では、左右の主軸台１８Ｌ、１８Ｒは各々同じ構造なので、右側の主軸台１８Ｒのみが示されている。
【００２８】
主軸台１８Ｒ、１８Ｌには、主軸２０Ｌ、２０Ｒが回転可能に支持されており、主軸２０Ｒ、２０Ｌの一端には同期型の主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌが取り付けられ、他端には油圧チャック２２Ｒ、２２Ｌが取り付けられている。
【００２９】
ここで、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌは、後述するように、サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌにより制御される。サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌは、ＣＮＣ装置５４からのサーボ指令に応じて主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌを制御する。サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌには、サーボ指令のオフ指令により、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌを抵抗を介して短絡させ、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌにダイナミックブレーキ（電気ブレーキ）を作用させる、ダイナミックブレーキ作用手段としてのダイナミックブレーキ機構５８Ｒ、５８Ｌが設けられている。
【００３０】
図３に示すように、油圧チャック２２Ｒには、油圧チャック２２Ｒを作動するシリンダ６０が設けられ、シリンダ６０には、タンク内の油をシリンダ６０に供給することにより油圧を供給する油圧ポンプ６２が接続されている。シリンダ６０と油圧ポンプ６２との間には、アキュムレータ６４が設けられ、油圧ポンプ６２が停止しても所定時間はアキュムレータ６４に蓄圧された油圧で油圧チャック２２Ｒはクランプ（保持）状態が保たれる。
【００３１】
主軸２０Ｒ、２０Ｌには、歯車３８Ｒ１、３８Ｌ１が設けられ、この歯車３８Ｒ１、３８Ｌ１には、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌの回転速度、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌの基準位置の位置を検出するエンコーダ４０Ｒ、４０Ｌ、及び、主軸２０Ｒ、２０Ｌに機械的（メカニカル）ブレーキ（電磁ブレーキ）を作用する、機械的ブレーキ作用手段としての電磁ブレーキ４２Ｒ、４２Ｌが係合された歯車３８Ｒ２、３８Ｌ２が連結されている。
【００３２】
なお、図１に示したテーブル移動用サーボモータ１６には、エンコーダ４４が取り付けられ、砥石移動用サーボモータ２８には、エンコーダ４６がそれぞれ取り付けられている。
【００３３】
また、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌ及びエンコーダ４０Ｒ、４０Ｌにはサーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌが接続されている。サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌは、前述したダイナミックブレーキ機構５８Ｒ、５８Ｌを備えている。サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌには、ＣＮＣ装置（数値制御装置）５４及びＰＬＣ装置（シーケンスコントローラ）５６が接続されている。ＣＮＣ装置５４には、テーブル移動用サーボモータ１６及びエンコーダ４４に接続されたサーボアンプ５０、砥石移動用サーボモータ２８及びエンコーダ４６に接続されサーボアンプ５２が接続されている。ＰＬＣ装置５６には、電磁ブレーキ４２Ｒ、４２Ｌが接続されている。なお、ＰＬＣ装置５６はＣＮＣ装置５４に接続されている。
なお、ＣＮＣ装置５４、ＰＬＣ装置５６、サーボアップ４８Ｒ、４８Ｌは、本発明の制御手段を構成する。
【００３４】
次に、本実施の形態に係るクランクピン研作装置の作用を説明する。
【００３５】
主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌを正常に回転同期制御することの可能な正常状態時には、サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌは、ＣＮＣ装置５４からの指令とエンコーダ４０Ｒ、４０Ｌの出力（帰還値）とに基づいて、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌをフィードバック制御して、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌを回転同期制御する。これにより、捩じれが生じない状態で工作物２４を回転することができる。そして、テーブル１２を前述した左右方向に移動させることにより工作物の任意の位置を、砥石台３０を前述した上下方向に移動させることにより、ＰＬＣ装置５６の砥石用駆動モータ３２の制御に応じて駆動される砥石３４で研削することができる。
【００３６】
一方、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌを回転同期制御に支障をきたす異常状態が検出されると、図４（Ａ）に示すように、該検出と同時にダイナミックブレーキ（ＤＢ）を主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌに作用させるとともに、図４（Ｂ）に示すように、タイマーをオンする。
【００３７】
ここで、異常状態の検出には、図示しない非常停止スイッチが押された場合、サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌに異常状態が発生した場合、ＣＮＣ装置５４に異常状態が発生した場合、主軸２０Ｒ、２０Ｌに異常状態が発生した場合などがある。
【００３８】
非常停止スイッチが押された場合には、ＣＮＣ装置５４は、サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌにオフ指令を出力するとともに、ＰＬＣ装置５６にその旨通報する。サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌへのサーボ指令のオフの指令によってダイナミックブレーキ機構５８Ｒ、５８Ｌが作動し、前述したように、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌにダイナミックブレーキが作用する。また、ＰＬＣ装置５６は、ＣＮＣ装置５４からの通報によりタイマーをオンする。
【００３９】
サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌに異常状態が発生した場合には、サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌは異常状態発生時に自動的にサーボオフとなり、ダイナミックブレーキ機構３８Ｒ、３８Ｌを介してダイナミックブレーキが作用する。この場合、ＣＮＣ装置５４は、サーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌの異常状態を検出し、その旨をＰＬＣ装置５６に通報する。ＰＬＣ装置５６は、この通報に応じてタイマーをオンする。
【００４０】
ＣＮＣ装置５４に異常状態が発生した場合には、ＰＬＣ装置５６が異常状態を検出し、主軸回転用サーボモータ３６Ｒ、３６Ｌにオフ指令を出力するとともに、タイマをオンする。
【００４１】
主軸２０Ｒ、２０Ｌに軸の焼きつき等の異常状態が発生した場合にはサーボアンプ４８Ｒ、４８Ｌが過負荷となり、ＣＮＣ装置５４は該過負荷を検出し、サーボモータ３８Ｒ、３６Ｌにオフ指令を出力するとともに、ＰＬＣ装置５６にその旨通報し、ＰＬＣ装置５６はタイマーをオンする。
【００４２】
所定時間経過してタイマーがオフしたら、ＰＬＣ装置５６は、図４（Ｃ）に示すように、電磁ブレーキ４２Ｒ、４２Ｌを作動させる。
【００４３】
ここで、タイマの設定時間は、最大回転速度で主軸が回転しているときに、異常が発生しても、チャックのアキュムレータに蓄積された油圧で油圧チャックのクランプ状態が保たれる時間内に主軸が停止できるように予め定められた時間である。タイマーの時間を長くすれば（極端に言えば、電磁ブレーキを作用させないでダイナミックブレーキのみで停止させれば）、工作物に作用する捩じれは最小限に抑えられるが、主軸停止までにかかる時間が膨大となり、逆に最初からダイナミックブレーキと電磁ブレーキを併用すれば、最短時間で主軸を停止することができるが、工作物に作用する捩じれが大きくなる。そこで、最も危険と考えられるのは異常発生時に油圧チャックに供給する油圧が断たれた場合であるので、油圧チャックのアキュムレータに蓄積された油圧で油圧チャックのクランプ状態が保たれる時間内に主軸を停止できるように、タイマーの長さを設定する。
【００４４】
なお、他の例として、アキュムレータに蓄積された油圧で油圧チャックのクランプ状態が保たれる時間が十分長い場合や油圧チャックがアンクランプ状態となる虞がないような異常状態の場合には、工作物へ作用する捩じれを所定値（例えば、工作物の剛性）以下とするように、主軸の回転速度を検出して、主軸の回転速度が所定値以下となったとき、電磁ブレーキを作動させるようにしてもよい。
【００４５】
ところで、ダイナミックブレーキは電磁ブレーキより制動力が小さく、左右のトルク差も機械的なブレーキに比して小さいので、工作物に作用する捩じれはこの小さな制動トルク差だけである。よって、小さな制動トルク差には工作物の剛性で対抗することができ、従って、主軸２０Ｒ、２０Ｌが同期する。よって、前述した保安軸を省略することができる。
【００４６】
そして、ダイナミックブレーキの作用により、図４（Ｄ）に示すように、主軸回転速度が低下すると共に、図４（Ｅ）に示すように、左右の制動トルク差も減少する。
【００４７】
ダイナミックブレーキの作用開始から所定時間遅れたとき、即ち、電磁ブレーキの作用開始時には、ダイナミックブレーキの左右の制動トルク差がほとんどなくなり、このときに、図４（Ｃ）に示すように、電磁ブレーキが作用する。よって、工作物に作用する捩じれは、図４（Ｅ）に示すように、電磁ブレーキ左右の制動トルク差だけであり、さらに、主軸回転速度が低下しているので、電磁ブレーキのバウンディング現象もなく制動トルク差が小さい。
【００４８】
なお、高速回転時にダイナミックブレーキと電磁ブレーキを同時に作用させると、前述したように、ダイナミックブレーキの制動トルク差と電磁ブレーキの制動トルク差が同時に作用し、また、バウンディング現象により電磁ブレーキの制動トルク差が大きい。このため工作物に大きな捩じれが作用する。しかし、本実施の形態では、ダイナミックブレーキの作用開始時から遅れて、一対の主軸各々に機械的ブレーキを作用させるので、工作物に大きな捩じれが作用することを防止することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明は、ダイナミックブレーキの作用開始時から、アキュムレータに蓄積された油圧で油圧チャックのクランプ状態が保たれる所定時間内でかつ主軸が停止するように予め定められた時間経過後に機械的ブレーキを作動させるので、保安軸をなくしても、被駆動体に作用する捩じれを最小限にして被駆動体を停止させることができる、という効果を有する。
【００５１】
また、油圧チャックのアキュムレータに蓄積された油圧で油圧チャックのクランプ状態が保たれる時間内で主軸を停止させることができるので、停電などの油圧チャックに供給される油圧が停止しても、少なくとも主軸の回転が停止されるまでの間は、油圧チャックがアンクランプ状態となることがなく、油圧チャックによって被駆動体の停止時まで保持することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】同期駆動装置を備えたクランクピン研削装置を示す図である。
【図２】同期駆動装置の主要部を示した図である。
【図３】主軸台を示した図である。
【図４】本実施の形態のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１８Ｒ、１８Ｌ 主軸台
２０Ｒ、２０Ｌ 主軸
２２Ｒ、２２Ｌ 油圧チャック（保持手段）
２４ 工作物
３６Ｒ、３６Ｌ 主軸回転用サーボモータ
３８Ｒ、３８Ｌ 歯車
４０Ｒ、４０Ｌ エンコーダ
４２Ｒ、４２Ｌ 電磁ブレーキ（機械的ブレーキ作用手段）
４８Ｒ、４８Ｌ サーボアンプ（制御手段）
５４ ＣＮＣ装置（制御手段）
５６ ＰＬＣ装置（制御手段）
５８Ｒ、５８Ｌ ダイナミックブレーキ機構（ダイナミックブレーキ作用手段）
６０ シリンダ
６２ ポンプ
６４ アキュムレータ

Claims (1)

1. 一対の主軸台と、
   前記一対の主軸台各々に同一軸線上で回転可能に支持された一対の主軸と、
   前記一対の主軸各々に設けられ油圧ポンプからの油圧により工作物の両端を保持すると共に、アキュムレータを備え前記油圧ポンプが停止しても所定時間は前記アキュムレータに蓄圧された油圧で工作物を保持し続けられる油圧チャックと、
   前記一対の主軸各々を回転駆動する一対のモータと、
   前記一対のモータ各々にダイナミックブレーキを作用させるダイナミックブレーキ作用手段と、
   前記一対の主軸各々に機械的ブレーキを作用させる機械的ブレーキ作用手段と、
   前記一対のモータ各々を回転同期制御し、前記一対のモータの回転同期制御することのできない異常事態が検出された場合には、前記ダイナミックブレーキ作用手段を作動させると共に前記ダイナミックブレーキ作用手段の作動開始時から前記所定時間内でかつ前記主軸が停止するように予め定められた時間経過後に前記機械的ブレーキ作用手段を作動させる制御手段と、
   を備えた同期駆動装置。

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