JPH02237733A - 主軸停止位置制御方式 - 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、主軸駆動源としてインバータ制御の誘導モ
ータを用いる場合にあっての主軸停止位置制御方式に関
する。

（従来の技術） 金属加工を目的とした数値制御工作機械においては、主
軸ヘッドの工具を自動的に交換するＡＴＣ装！（自動工
具交換装置）が良く知られるところである． この装置は、ワークに対して所定の加工を施した工具を
主軸から離脱して工具マガジンに格納し、同時に別の工
具を選択して主軸に装着し、次の加工に対応するもので
あるが、工具の着脱の際の条件として、主軸の停止位置
（回転角度）が常にある一定位置にあることを必要とし
ている。この停止位置制御（オリエンテーション）に関
しては、バルスコーダ方式、磁気センサ一方式など種々
知られている． ところで、この種加工分野においては、前記主軸を回転
駆動するためにサーボ制御のＡＣスピンドルモータなど
が使用されているが、これは主軸停止制御が容易である
ことは勿論、速度応答性が良いこと、正確な速度制御が
できること、高出力が得られることなどからであり、通
常数百〜数千の回転域内で用いられる。

一方、木材加工、プラスチック加工などの分野で使用さ
れる数値制御加工機、例えばＮＣルーターにおいては主
軸駆動源としてインバータ制御の三相誘導モータを使用
するケースが多いが、これは、特に加工上において必要
な数万回転のような超高速域の運転が可能であること、
コントロールユニットを含めたシステム全体が安価であ
ることが主な要因である． （発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来技術ではＡＣスピンドルモータを用
いれば主軸停止位置制御を容易に行うことができるが、
反面コストが大幅にアップするという問題が生じ、低コ
ストが要求される木工機械への組み込みは採算的に無理
を生ずる。従って、普及が見込まれるこの種加工機にお
いては、低コストで提供できる工具停止位１制御方式の
開発が望まれる． 本発明は、上記した実情に鑑みてなされたもので、イン
バータ制御の誘導モータを使用した場合にあって、低コ
ストの主軸停止位置制御方式を提供することを目的とし
ている。

（課題を解決するための手段） この発明は、モータに超低速すなわち超低周波数、低電
圧の速度指令を与えた状態でモータをロックしても、短
時間であればモータ、コントロール装置に支障を生じな
い点に着目してなされたものである。

すなわち、この発明の主軸停止位置制御方式は、静止形
インバータ装置によって誘導モータを可変速調整し、モ
ータ軸に直結した主軸を超高速から超低速回転域におい
て駆動すると共に、モータに超低速の速度指令を与えた
状態で、前記主軸の外周定位置にストッパー部材を係合
して機械的に主軸回転を停止させ、ストッパー部材の係
合確認後にモータへの給電を停止または持続するように
したことを要旨としている。

（作用） モータを超低周波数、低電圧で回転したときは、モータ
特性として回転数、軸出力トルクが非常に小さいので、
主軸の外周定位置へのストッパーの係合を大きな衝撃も
なくスムーズに行うことができる。また上記超低周波数
、低電圧の状態でモータをロックさせても、インバータ
装置、モータへの影響は少ない．しかもその時間は短時
間であるので損傷などを生ずることは全くない．（実施
例） 以下、図の一実施例について本発明を具体的に説明する
。

第一図は、本発明の制御方式を適用した主軸部分の断面
図である．図において、１はモータハウジングを兼用し
た主軸台で、この主軸台１内にはベアリング２．３を介
して主軸４を回転自在に支承する．また、主軸台１の内
部にはステータ５が配設され、主軸４の外周に設けたロ
ータ６に対向している。すなわち、両者はステータ５の
一次巻線からロータ６の二次巻線に誘導された電流と、
回転磁界の相互作用によって回転駆動する誘導モタＭを
構成しており、該モータＭのロータ軸が前記主軸４を構
成している。

上記主軸４の下部先端にはテーバ孔７が設けられ、工具
ホルダー８がこれに嵌合している．工具ホルダー８には
コレットチャック９を介して工具１０を取りつける．工
具ホルダー８のプルスタッド１１は、主軸４の中空部に
設けたドローバー１２の先端に係合している。このドロ
ーバー１２は、皿ばね１３により上方へ付勢されている
ので、図の状態では工具１０は主軸４に固定している。

主軸４の上端において、その周面部には第２図のような
切欠状の係止部１４が形成され、この係止部１４の側方
には係合位置と退避位置に作動するストッパー部材１５
が対応する。１６はストッパー部材１５の回動支軸、１
７はピストンロッド１８を介してストッパー部材１５に
関連させた空圧シリンダで、ピストンロッド１８を伸長
作動するときストッパー部材１５を係止部１４に嵌合し
、主軸４の回転を停止させる．上記の主軸４の停止位置
は、常に一定に規制されるもので、図示しないＡＴＣ装
置による工具交換が支障なく行われる位置である。

第３図は上記した誘導モータＭの制御回路を示すもので
、１９は主回路開閉スイッチ　２０はパルス幅変調周波
数コンバータ（ＰＷＭ）からなる静止形のインバータ装
置で、整流器２１、中間回路２２、インバータ回路２３
およびこれらを制御調整する設定部２４から構成される
。２５は数値制御装置で、切削加工を行う上での各種指
令を加工機に与えると共に、設定部２４にプログラムに
従った回転速度指令を与えるものである。すなわち、数
値制御装置２５からの指令信号がインバータ装置２０に
入力されるとき、設定部２４からモータＭにはその指令
信号に応じた周波数、電圧の出力がなされる。

上記において、設定部２４から超低周波数、低電圧のあ
る定まった出力がなされたとき、すなわち超低速でモー
タＭが回転駆動するとき、これと同調して空圧シリンダ
１７がビス１〜ンロッド１８を伸長方向に作動ずる。空
圧シリンダ１７には、ビスｌ〜ンロッド１８の移動によ
ってス１・ツバ一部材１５の係合確認信号を出力する検
出スイッチ２６が取りつけられており、この確認信号を
基点として所要の工具交換動作、例えばツールチェンジ
アームく図示省略）の回勅など一連の動作が行われる。

また、誘導モータＭへの給電は前記確認信号によって停
止される。なお上記のモータＭへの給電は、工具交換動
作中継続していてもがまわないし、また適時において遮
断するようにしてもよい。

周知のとおり数値制御装置２５には、ワークＷを所望の
形状に加工するための工具移動情報、工具回転情報、工
具選択情報などの諸情報が全て記憶されており、そのプ
ログラムに従って各制御動作がなされる。

誘導モータは、与えられる周波数によって回転速度調整
されることは周知の通りである。すなわち、回転数Ｎは Ｎ＝１２Ｏｆ／ｐ　・（１−ｓ　＞ で表される。ここでｆ：周波数、ｐ：極数、Ｓスリップ
率である。

よって、プログラム指令による周波数設定で、誘導モー
タを木材加工に適した２００００ｒ−ｐｍ程度の超高速
域で回転駆動することができる。

上記切削加工が行われた後に工具交換指令が与えられる
と、インバータ装置がら誘導モータへ超低周波数（２〜
３Ｈｚ）、低電圧の電力が供給される。また、これに引
き続いて空圧シリンダ１７へ出力がなされ、ピストンロ
ッド１８が仲長作動ずる。

このとき、主軸４は軸出力トルクが低く、かつ超低速で
回転しているので、係止部１４へのス１ヘツバ一部材１
５の嵌合は大きな衝撃もなくスムーズに行える．また、
係合強度が小さくても充分に主軸４の停止作用を発輝で
きる。

そして、空圧シリンダ１７の作動によって検出スイッチ
２６から係合確認信号が出力されるとき、モータの駆動
が停止して所定の回転位置で主軸４、さらには工具１０
が工具交換を待機することになる．（発明の効果） 以上のように本発明の主軸停止位置制御方式においては
、インバータ制御によって誘導モータに超低周波数、低
電圧の電力を供給し、主軸回転数、軸トルクが小さい状
態で機械的にストッパー手段を係合させたものである。

よって主軸の停止をスムーズかつ安定して行うことがで
きる。また停止時においてモータがロック状態にあって
も、上記電力状態では別段の問題を生じない。よって、
インバータ制御の誘導モータを使用した場合にあって、
低コストにて係る位置制御方式を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の主軸停止位置制御方式を適用した主軸
部分の断面図　第２図は第１図に示すＸＸ線の断面図　
第３図は電気制御回路図である。 １：主軸台　４：主軸　８：工具ホルダー　１０＝工具
　１４：係止部　１５：ストッパー部材　１７：空圧シ
リンダ　２０：インバータ装置　２４：設定部２５：数
値制御装置　Ｍ：誘導モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 静止形インバータ装置によって誘導モータを可変速調整
   し、モータ軸に直結した主軸を超高速から超低速回転域
   において駆動すると共に、モータに超低速の速度指令を
   与えた状態で、前記主軸の外周定位置にストッパー部材
   を係合して機械的に主軸回転を停止させ、ストッパー部
   材の係合確認後にモータへの給電を停止または持続する
   ようにした主軸停止位置制御方式。