JPH01209974A - 工作機械の主軸モータ制御方法とその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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）の最大容量の
出力をさせ、通常の切削時には駆動モータの定格出力を
させる駆動モータ制御方法とその制御装置に関する。

［従衣技術］ 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Ａ　Ｃ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０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、可変速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、加減速時のみ可変速モータのド
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、工作機械を駆動する駆動モータであって所
望の回転速度に変えうる可変速モータの制御方法におい
て、前記可変速モータの起動・停止時前記可変速モータ
の出力トルク制限を解除し、通常の運転時には前記可変
速モータへの速度指令値の変化率とあらかじめ設定され
た変化率と比較し、この比較結果から前記可変速モータ
のトルク制限の入、切を作動させたことを特徴とする工
作機械の駆動モータ制御方法である。

第２手段は、工作機械を駆動するための可変速モータの
制御装置において、前記可変速モータの入力電力を供給
する電力供給手段と、前記可変速モータの出力トルクを
制限する出力トルク制限手段と、前記可変速モータへ所
望の速度になるように速度指令値を発する速度指令手段
と、前記可変速モータへの起動・停止の指令を行う起動
指令手段と、前記速度指な手段による指令値と前記可変
モータの回転数が一致したことを判断して速度−大信号
を出す速度一致手段と、前記速度指令値の変化率を計測
する変化率計測手段と、該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、前記可変速モータの起動・停止時に前記可
変速モータの出力トルクを無制限にし、かつ起動・停止
時以外のときは前記比較判定手段により前記出力トルク
制限手段を作動させるトルク制限選択手段とからなる工
作機械の駆動モータ制限装置である。

［作　用］ 工作機械を駆動する可変速モータの制御方法において、
加速、減速時のみ可変速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。ＣＰ　Ｕ　１は、ＮＣ１ｔｌＪ御装置の中央
処理装置である。ＣＰ　Ｕ　１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。加ニブログラ
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、加ニブログラム、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）を蔓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、
加ニブ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　Ｉ’　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ａ楕を有している
。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、タコシネレータ１３が直結しで
ある。タコシネレータ１３は、可変速モータ１２の回転
数を検出するものである。周波数発電１！Ｉ　（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
の機能を有するものはいずれも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、ＣＰＵＩからの指令を受けて
起動／′停停止圧正転／逆転どの指令を出力するもので
ある。ＣＰＵＩ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２
２に入力される。

一方、加ニブ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、Ａ　Ｎ　Ｄ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（９）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ｑ）の信号をＮＯＴ回路２８で反転
させてフリップ７０ツブ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。

’１　　％−９ＩＩ　１ｕｌ」１會− 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Ｐ１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
進み起動中が否が判断する９すなわち、起動指令が出た
後の加速または減速中が否がである。一方、ステップＰ
Ｉ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９ステツプ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で速度一致が否が判断され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に進む。ステップＰ７では、後
述するＳ　ｐ　＞、　　Ｃが判定されＹｅＳ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Ｐ
ｌ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■信号口て入
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０、すなわちり、　ｏ　ｗ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、ｎ　／’　Ａコンバータ
１０に速度指令が出される。Ｄ　／’　Ａコンバータ１
０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、タコジェネし一夕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ＡＮ
Ｄ回路２６に出す。起動中であるから起動指令信号■は
、Ｈｉｇｈ信号なので、ＡＮＤ回路２６は、Ｈｉｇｈ信
号を信号■に出す。Ｈ１ｇｈ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、Ｈ
ｉｇｈ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。

ＣＰ　Ｕ　１から停止指令がでると、インターフェース
１４は信号■をＬ　ＯＷ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−ｌｌＨｉｇｈになる。

このため、フリップフロップ２２は、セットされ信号（
ΦがＬ　ＯＷ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７０ツブ２７がセッ
トされる。この結果、信号■がＨｉ　ｇ　ｈ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はあらがし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Ｈｉ　ｇ　ｈ
になり、ＡＮＤ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■はり、　ｏ　ｗ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、トルク制限かががる。

［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ブロック図、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工作機械を駆動する駆動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方法において、前記
   可変速モータの起動・停止時前記可変速モータの出力ト
   ルク制限を解除し、通常の運転時には前記可変速モータ
   への速度指令値の変化率とあらかじめ設定された変化率
   と比較し、この比較結果から前記可変速モータのトルク
   制限の入、切を作動させたことを特徴とする工作機械の
   駆動モータ制御方法。 ２、工作機械を駆動するための可変速モータの制御装置
   において、前記可変速モータの入力電力を供給する電力
   供給手段と、前記可変速モータの出力トルクを制限する
   出力トルク制限手段と、前記可変速モータへ所望の速度
   になるように速度指令値を発する速度指令手段と、前記
   可変速モータへの起動・停止の指令を行う起動指令手段
   と、前記速度指令手段による指令値と前記可変モータの
   回転数が一致したことを判断して速度一致信号を出す速
   度一致手段と、前記速度指令値の変化率を計測する変化
   率計測手段と、該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
   、前記可変速モータの起動・停止時に前記可変速モータ
   の出力トルクの制限を解除し、かつ起動・停止時以外の
   ときは前記比較判定手段により前記出力トルク制限手段
   を作動させるトルク制限選択手段とからなる工作機械の
   駆動モータ制限装置。