JPH02237734A - 主軸定位置停止制御装置 - 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】 （ａ業上の利用分野） 本発明は主軸定位置停止制御装置に係り、特に正転及び
逆転の両方向から主軸定位置停止ができる主軸定位置停
止制御装置に関する。

（従来の技術） 各種の工具を自動的に交換しながら機械加工を自動的に
行なう工作機械は自動工具交換機能付工作機械と呼ばれ
、公知である。

自動工具交換機能付工作機械の工具交換動作は、たとえ
ば以下の如く行われる。即ち、まず、工具を保持するマ
ガジンを回転させて空の工具把持部分を主軸機構の真上
に位置させた後、交換しようとする工具を取付けた主軸
機構を前方に突出させる。ついで、マガジンを主軸機構
上に降下させ、工具把持部分に工具を嵌合せしめ、主軸
機構を引込め、工具を主軸から抜き去る。その後、マガ
ジンを回転させて所望の工具を主軸の前方に位置させ、
ふたたび主軸機構を前方に突出させて主軸に工具を装着
する。しかる後、マガジンを上方に引き上げれば工具交
換が終了する。

上述の如き工具の自動交換機構において、主軸と工具の
嵌合部とを円滑に嵌合させるためには主軸の所定部分た
とえばキーを正確な位置に停止させなければならない。

というのは、主軸にはキーが装着され、一方工具には該
キーと嵌合するキー溝が形成されており、該キーがキー
溝に正しく対向するように主軸を位置決め停止しないと
主軸に対し工具を円滑に嵌合せしめることができないか
らである．このため、主軸の位置決め精度としては回転
角にして±０．１乃至±０．２゜という高い精度が要求
される。

そこで従来の自動工具交換機構においては、主軸と工具
の嵌合部とを円滑に嵌合させるために、主軸のキー位置
を検知する光電式の検知器やリミットスイッチ機構を設
け、これらの機構から発せられる検知信号をもとに機械
的なブレーキを動作させて主軸を所定の停止位置に停止
させていた． しかし、上述の従来装置では高精度の位置決めができな
いうえに、機械的なピン、ブレーキなどの停止機構を用
いているため、長期の使用でブレーキシュー　ピンなど
、停止機構が摩耗してしまい、この摩耗のため主軸を所
定の位置に増々停止せしめることができず、工具の自動
交換を円滑に行なうことができなかった。

このため自動工具交換に際しては機械的なビン、ブレー
キなどの停止機構を必要とせず、純電気的に主軸を高精
度で所定の定位置に停止させる主軸定位置停止制御装置
が要求ざれる。

（発明が解決しようとする課題） 最近、数値制御工作機械の加工物として自動車のエンジ
ンボックスに代表されるような中ぐり（　ｂｏｒｉｎｇ
）加工を必要とするワークが増加してきた。かかる中ぐ
り加工においてはびびり振動を防ぐなど剛性の点から中
ぐり棒（バイト）はより太いものが要求される。しかし
、中ぐり棒をさし込む穴径が小さいものでは、どうして
も中ぐり棒の径は小さくならざるを得なかった。以下、
この点を中心に中ぐり工作機械について説明する。

第１図は中ぐり工作機械の概略説明図で、２ｏ１は主軸
台、２０２は中ぐり棒、２０３はバイト、２０４はワー
クで、中ぐり棒さし込み穴２０４ａ，２０４ａ’及び中
空部２０４ｂを有している。尚、２０５はワーク載置用
のテーブルである。かかる中ぐり工作機械においては、
まずバイト２０３をさし込み穴２０４ａ又は２０４ａ′
を介してワーク２０４内の中空部２０４ｂに挿入し、し
かる後ワークをバイトに対し相対的に移動させて中ぐり
加工を行う。ところで、さし込み穴２０４ａ，２０４ａ
’の径は、後に塞ぐ必要があるため比較的小さく形成さ
れている。このため、バイト挿入時、又は引抜時にバイ
ト２０３がさし込み２０４ａに当らないようにするため
には第２図に示すよう中ぐり棒２０２の径も小さくしな
ければならず、したがって加工に際してびびり振動が発
生し、精度の高い加工ができなかった。

そこで、中ぐり棒２０２の径を大きくするためには第３
図、第４図に示すような方法が考えられる。第３図の方
法は、バイ［・挿入および引抜き時における中ぐり棒２
０２の中心とさし込み穴２０４ａの中心とをＹ軸方向に
互いに偏心させ、しかもバイｌ−２０３の位置をＹ軸に
一致させるものである（尚、必らずしもＹ軸でなくても
よい）。第４図の方法は、さし込み穴２０４ａに連通す
るバイトさし込み穴２０４Ｃをワーク２０４に形成し、
バイト挿入時又は引抜ぎ時にバイト２０３の位置を該バ
イトさし込み穴２０４Ｃに一致させるものである。この
ように、第３図、第４図の方法によれば中ぐり棒２０２
の径を大きくできびびり振動を減少させることかでぎる
。しかし、これらの方法ではバイト挿入時又は停止時に
主軸を所定の定位置（第３図では＋Ｙ軸、第４図ではバ
イトさし込み穴２０４ｃ）に正確に停止させなくてはな
らない．換言すれば中ぐり棒の径を大きくしてびびり振
動をなくし、しかも剛性のある切削加工を行うためには
中ぐり加工に際しても主軸を所定の定位置に停止させる
主軸定位置停止制御装置が要求される。

このため、本願発明者等は純電気的に主軸を定位置に停
止させる主軸定位置停止制御装置を既に提案している。

かかる既提案の主＠定位置停止制御装置によれば主軸の
定位置停よλ制御装置は必らず一方向から、たとえば正
転方向から行う必要があり、逆転方向からは主軸の定位
置停止制御を行うことができなかった。このため、主軸
が逆転ｌノでいる場合に、主軸定位置停止を行うために
は一旦、主軸を停止せしめた後、定位置停止制御を行な
わなくてはならない。このため主軸が定位置に停止する
迄の時間が長くなり、工具交換動作、中ぐり棒挿入、引
抜きに相当の時間を必要とし工作能率を低下せしめる欠
点があった。又、主軸が逆回転している場合、一旦停止
し、しかる後正回転して定位置停止が行われるため、加
工後のワークの表面がみた目によくなく、更にはオペレ
ータに不安感を抱かせる。

又、中ぐり工作機械において主軸を逆回転せしめながら
中ぐり加工を行ない、加工完了後にバイトを引抜く場合
を考察すると、定位置停止の際バイトは加工時と逆方向
に回転（正回転）しなくてはならない。このためバイト
の刃先がワークに逆向きにあたることになり、ワークに
引き目などの傷がつき、製品の価値を下げることになる
。そして、この傷を除去するためにはワーク表面を研摩
するという別工程が必要となり費用がかさみ、加工時間
が長くなる。

従って、本発明は正逆方向から主軸定位置停止がでぎる
主軸定位置停止制御装置を提供し、定位置停止に要する
時間を短縮すると共に、中ぐり加工機等において主軸定
位置停止制御の際のワーク加工面に傷がつかないように
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、工作機械の主軸（７）と、該主軸を回
転駆動する主軸モータ（４）と、主軸を指令速度で回転
させる速度制御ループ（３）と、速度制御から位置制御
に切換えて主軸の停止位１を制御する位置制御ループ（
ｌ１）とを具備し、主軸所定部分の現在位置と主軸所定
部分が停止すべき定位置との位置偏差が零となるように
主軸を駆動して該主軸所定部分を定位置に停止させる主
軸定位置停止制御装置において、 主軸の所定部分に取付けられその磁力線の方向が主軸の
回転に従って変化する磁極を有する発磁体（１０ａ）と
、 この発磁体と対向しうるｍ械固定部分であって主軸の回
転方向に並設された３つのセンス部のそれぞれが可飽和
リアクトルに２つのコイルを逆向きに巻回して各コイル
の一端を共通にしてそこから高周波信号が供給されてな
りそれらコイルの他端から前記発磁体の位置に関わる位
置偏差信号を発生する位置検出信号発生手段（１０ｂ）
と、この位置検出信号発生手段の中央のセンス部と前記
発磁体とのギャップに応じた検出電圧を出力するゲイン
調整手段（１０６　）と、 前記位置検出信号発生手段の両側のセンス部からの検出
電圧を加算した信号が所定の電圧レベルと比較され近傍
領域到達信号を形成する比較手段（１０７　）と、 前記主軸の回転方向に応じて正又は負極性の指令電圧を
発生するととともにこの指令電圧に基づいて主軸を一定
速度で回転させる一定電圧信号及び設定された指令電圧
値から実速度の積分値を引いた差分出力を発生する電圧
発生手段（１００１０１）と、 前記ゲイン調整手段から出力される検出電圧により主軸
の所定部分が定位置の近傍領域に正逆いずれの方向から
近づいたかを検出する回転方向検出手段（１１０，１１
１　）と、 前記指令速度が零になフた後に前記位置制御ループに切
換えて速度制御から位置制御に穆行せしめて前記主軸の
停止位置を制御する第１のループ切替手段（１２）と、 前記位置制御ループを粗の位置偏差ループと精の位置偏
差ループとに切換える第２のループ切替手段（３４〜Ｓ
６）と、 前記第１のループ切替手段を切換えて位置制御に穆行し
たあと主軸の所定部分が最初に停止すべき定位置に到達
してから再び該近傍領域に近ずくまでは粗の位置偏差信
号として前記差分出力を、その後主軸の所定部分が定位
置近傍領域に到達するまでは前記一定電圧信号を、それ
ぞれ前記検出された回転方向に従った極性で出力し、主
軸の所定部分が定位置近傍領域に到達した後前記第２の
ループ切替手段を切換えて、精の位置偏差信号として前
記ゲイン調整手段から出力される検出電圧を出力する位
置偏差信号出力手段（１１２）とを具備してなることを
特徴とする主軸定位置停止＠御装置を提供できる。

（作用） 本発明の主軸定位置停止制御装置では、ワークを切削中
にオリエンテーション指令、つまり定位置停止指令が入
力されると、現在の主軸の回転方向を記憶して、その方
向から定位置停止させ、あるいは定位置停止のための回
転方向を記憶させておき、常に同一方向から定位置に停
止させるようにしている。また、初期時に停止している
主軸についても、設定してある方向に回転させなからオ
ーバシュートなしに定位置停止させる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する
． 第５図は本発明に係る主軸定位置停止制御装置の概略を
説明する回路ブロック図、第６図は同各部波形図、第７
図及び第８図は近接スイッチの動作、構造を説明する説
明図である。

図中、１は速度指令回路であり、主軸モータ（後述）と
なる直流モータの速度指令ＣＶを出力する。２は、主軸
を決められた定位置に停止させるための定位置停止（オ
リエンテーション）指令ＯＲＣＭを出力する定位置停止
指令回路、３は主軸を指令速度で回転させる速度制御ル
ープを構成する速度制御回路であり、加算器３ａと位相
補償回路３ｂと電圧／位相変換器３ｃとサイリスタ回路
３ｄとを有している。加算器３ａは速度制御に際しては
速度指令ＣＶと実速度ＡＶとの差電圧（速度偏差）を出
力し、位置制御の際には位置偏差信号ＲＰＤと実速度Ａ
Ｖとの差電圧を出力する。位相補償回路３ｂは加算器出
力電圧の位相を進め又は遅らせその位相を補償する。電
圧／位相変換器３Ｃは位相補償回路３ｂの出力電圧に応
じてサイリスタ回路３ｄを構成する各サイリスタの点弧
角を制御する。サイリスタ回路３ｄは各サイリスタの点
弧角を制御され直流電動機に印加する電圧値を変え、該
直流電動機の回転速度を制御する。

４は主軸を回転駆動する主軸モータ、例えば直流電動機
、５は直流電動機４の回転速度に応じた電圧を発生する
回転速度計、６は主軸機構、７は工作機械の主軸、８は
工具、９は直流電動機４の回転を主軸７に伝達する歯車
（タイミングベルトでもよい）である．，１０は近接ス
イッチ（位置検出センサ）であり、第７図に示すように
発磁体１０ａとセンス部１０ｂと電気回路ｆｏｃとから
なっている。

以下、位置検出センサ１０について詳述しておく。第７
図（ａ），（ｂ）は主釉７に発磁体１０ａを装着した場
合の正面図、平面図である。発磁体１０ａは、主軸の所
定部分を定位首に停止させたい場合には該所定部分と同
一回転角の主軸上に取付けられ、第７図（Ｃ）に示すよ
うにケース１０ａ′内部に断面三角形のゴム磁石１０ａ
１０！１″′が回転方向（図の右方向）に磁化の強さが
Ｓ極からＮ極へ変化するように装着されている。一方、
センス部１０ｂは機械固定部に発磁体１０ａと対向する
ように装着され、第７図（Ｃ）に示すようにケース１０
ｂ′内部には３つの可飽和リアクトルＳＲＡが回転方向
に並設され、後述ｔるように発磁体１０ａの位置に関わ
る位置｛扁差信号を発生している。

なお、各可飽和リアク１−ルＳＲ．Ａは整流回路を含む
電気回路１０Ｃを有するが、それは後述の第７図（ｆ）
、第８図及びそれらの説明にて詳述する。各可飽和リア
クトルＳＲＡはコアＣＲにコイルＬ１，Ｌ２が第７図（
ｄ）に示す如く巻廻されている。そして１つのコアＣＲ
に巻廻わされているコイルＬ，．，Ｌ２は互いに逆極性
に巻廻されており、各コイルの共通端子ＴＡには高周波
信号が入力され、端子ＴＢ，ＴＣから発磁体１０ａの位
置に応じた信号が出力される。

第７図（ｅ）は、第７図（Ｃ）に示すような位置関係で
発磁体ｔＯａとセンス部１０ｂを配設した場合に各可飽
和リアクトルＳＲＡを含む回路から出力される電圧波形
ＤＶ．．ＤＶ２，Ｉ）ｖ５およびＡＳＶを示している。

このうちＤＶ１，ＤＶ２，ＤＶ５は、それぞれ右から順
番に配設された各可飽和リアクトルＳＲＡを含む回路か
ら出力される電圧波形であって、発磁体１０ａの中心線
と各可飽和リアクトルＳＲ．Ａの中心線が一致すれば零
ボルトが出力されて、その両側近傍では正、負の電圧が
出力され、全体的に零レベルをクロスする電圧波形にな
っている。また電圧波形ＡＳＶは、検出電圧ＤＶ１とＤ
Ｖ，を加算したものである。

第７図（ｆ）は１つの可飽和リアクトルＳＲＡに対する
電気回路１０ｃの詳細図である。これは１００ＫＨＺの
高周波パルス信号Ｒ　Ｆ　Ｐを発生するパルス発振器Ｏ
ＳＣと、絶縁トランスＩＴＲ、半波整流器ＨＷＲＩ　，
ＨＷＲ．２とから構成されており、高周波パルス信号Ｈ
ＦＰにより絶縁トランスＩＴＲを介して可飽和リアクト
ルＳＲＡが励磁され、これにより発磁体１０ａの位置に
応じてその強さが変化する外部磁界Ｈ　ｅ　ｘ　ｔに比
例した出力電圧ＤＶ１，ＤＶ２，Ｉ）ｖ＝　（第７図（
ｅ））を半端整流器ＨＷＲ１　，ＨＷＲ２の各端子ａ−
ｂ間から出力する。また、電気回路１０Ｃを含む可飽和
リアクトルＳＲＡ３個のうち、いずれか一方端のものは
、整流回路のダイオードを逆接続するなどの方法により
、他の２つのものとは逆方向の出力電圧を出力する。

次に、端子ａ−ｂ間により第７図（ｅ）に示す電圧波形
ＤＶ１，ＤＶ２，ＤＶ，が出力される作用を右側のりア
クトルＳＲＡに着目して第８図を参照して説明する。発
磁体１０ａが可飽和リアクトルＳＲＡから離れており該
可飽和リアクトルＳＲＡに対する外部磁界が零の場合に
は、高周波パルス信号ＨＦＰは第８図（ａ）に示す可飽
和リアクトルのＢ−Ｈ曲線の零を中心に動作する。この
ためコイルＬ１，Ｌ２と鎖交する磁束数は等しくなり、
端子ＴＣ，ＴＢから出力される電圧は振幅が等しく１８
０゜位相がずれた波形となる。ところで、これら電圧は
半被整流回路ＨＷＲＩ　，ＨＷＲ２によりそれぞれ整流
されるから端子ａ，ｂの電位は等し＜ａ−ｂ間の電圧は
零になる。

次に、発磁体１０ａが可飽和リアクトルＳＲＡに近ずく
と該発磁体より生ずる外部磁界Ｈｅｘｌが該可飽和リア
クトルに作用しはじめる。今、高周波パルス信号Ｒ　Ｆ
　Ｐによる磁界をｈＱとすればコイルＬ１には第８図（
ｂ）の如＜　（　ｈ　ｎ−Ｈｅｘｔ）に応じた磁束が鎖
交し、コイルＬ２には（ｈｆｉ＋｝ｔｅｘｔ）に応じた
磁束が鎖交する。これをＢ−Ｈ曲線で説明すればコイル
Ｌ１に対しては高周波パルス信号ＨＦＰはーＨｅｘｔ上
を中心に動作し（第８図（Ｃ））、又、コイルＬ２に対
しては高周波パルス信号ＲＦＰは＋｝Ｉｅｘｔ上を中心
に動作する（第８図（ｄ））。このため、コイルＬ１と
鎖交する負方向の磁束は飽和しその変化量は小さく、コ
イルＬ２と釦交する負方向の磁束は飽和せずその変化量
は大きい。ここで８起電圧ｅがａ　＝　一Ｎ　（ｄφ／
ｄｔ）（Ｎは巻線数）となることを考慮すれば、端子ｂ
の電位が端子ａの電位より大きくなりａ−ｂ間より電位
差が生じる。以後、発磁体１０ａが回転をつづけて行け
ば、その電位差は第７図（ｅ）のＤＶ１のように変化す
る。以上が位置検出センサ１０の概要である。

第５図に戻って、１１は速度制御から位置制御に切換え
て主軸の停止位置を制御する位置制御ループを構成する
定位置停止制御回路、１２は指令速度が零になった後に
前記位置制御ループに切換えて速度制御から位置制御に
移行せしめて前記主軸の停止位置を制御する第１のルー
プ切替手段をなすループ切替スイッチである。この定位
置停止制御回路１１は、位置偏差に応じた電圧値を有す
る位置偏差信号ＲＰＤ、オリエンテーション完了信号Ｏ
ＲＤＥＮおよび速度零信号ＶＺＲを出力する位置（ｍ差
信号発生回路１１ａと、定位置停止指令回路２からの定
位置停止指令つまりオリエンテーション指令ＯＲＣＭ，
あるいは実速度が；となって位置偏差信号発生回路１１
ａ内部で発生する速度零信号ＶＺＲに基づいてループ切
替スイッチ１２を切替えるループ切替回路１ｌｂを有し
ている。

上記位置偏差信号発生回路１１ａについては後に詳細に
説明するが、まず簡単に第６図（ａ）の波形図に従って
その動作を説明しておく。

位置検出センサ１０からは、中央に配設された可飽和リ
アクトルＳＲＡ（第７図（Ｃ））に対応する検出電圧Ｄ
Ｖ２（これは定位置近傍でのファイン（精の）位置偏差
信号として利用される）と、両端の可飽和リアクトルに
対応する検出電圧ＤＶ１，ＤＶ３を加算して得られ、主
軸が定位置近傍領域に到来したことを示す定位置近傍信
号ＡＳＶがそれぞれ位置偏差信号発生回路１１ａに入力
されている。一方、回転速度計５からは実速度信号ＡＶ
も入力されており、この実速度信号ＡＶは位置ｆＲ差信
号発生回路１１ａ内で積分され、その積分出力が後述の
初期設定電圧ＩＳＶ（主軸が正転している場合には−■
ｉ、主軸が逆転している場合には＋Ｖｉ）から減算され
てコアース（粗の）位置偏差信号ＣＰＤが形成される。

又、位置偏差信号発生回路１１ａ内部では第６図（ａ）
に示す初期設定電圧ｒｓｖとバイアス侶号ＢＩＳが作成
されている。尚、この初期設定電圧ＩＳＶの電圧値Ｖｉ
は主軸が停止を予定している定位置より１回転（３６０
”）前に位置するときの位置偏差電圧に等しくなるよう
に設定される。

さて、位置偏差信号発生回路１１ａからは、まずオリエ
ンテーション指令ＯＲＣＭが発生したあと、最初に速度
零信号ＶＺＲが確認されたときから最初の定位置到達時
刻ｔ２まで初期設定電圧ＩＳＶ（＝−Ｖｉ）が出力され
る。尚、正回転しながら定位置停止を行うものとする。

以後発磁体１０ａ（主軸所定部分）が２回目の定位置へ
の接近を続け、その近傍領域（一０１〜＋θｌ）の近く
に来る迄（一θ２に到達する迄）は負極性のコアース位
置偏差信号ＣＰＤを出力し、又近傍領域に到達する迄は
バイアス信号ＢＩＳ　（＝−Ｂｉ）を出力し、更に近傍
領域に到達後はファイン位置偏差信号ＤＶ２を出力し、
全体的に第６図（ａ）に示す負極性の位置偏差信号ＲＰ
Ｄを出力する。

尚、θ２＝０１のようにしてバイアス信号波形ＢＩＳが
位置偏差信号ＲＰＣに介在しないようにしてもよい．又
、逆回転しながら定位置停止を行う場合にはＩＳＶとし
て＋Ｖｉが、ＣＰＤとして正極性のコアース位置偏差信
号がＢＩＳとして＋Ｂｉが出力され全体的に正極性の位
置偏差信号ＲＰＤが出力される。

以下、第５図の定位置停止制御回路１１の作用を、主軸
が正回転しながら定位置停止する場合について第２図（
ｂ）を参照して説明する。尚、第６図（ｂ）においては
位冒偏差信号ＲＰＤを絶対値化して示してある。

回転時は切替スイッチ１２ぱａ側に切替わっており、速
度制御ループが形成されている。即ち、加算器３ａには
速度指令回路１からの速度指令ＣＶと回転速度計５から
の実速度ＡＶが人力されており、該加算器３ａからは速
度偏差電圧が出力される。この速度偏差電圧に応じてサ
イリスタ回路３ｄを構成する各サイリスタの点弧角が電
圧／位相変換器３Ｃにより制御され、直流電動機４に印
加される電圧は増減する。この結果、直流電動機４の実
速度ＡＶは速度指令ＣＶと一致するように増減する。以
後、上記速度偏差電圧が零となるように速度制御され、
主軸は略指令速度で回転することになる。

上記状態において切削作業が結了すれば、制御装置たと
えば数値制御装置で制御される定位置停止指令回路２か
ら時刻ｔ。において才リエンテー？３ン指令ＯＲＣＭが
ループ切替回路１１１〕に入力ざれ、同時に速度指令Ｃ
■は零となる。こねにより、実速度ＡＶは減少し時刻ｔ
■において零となる。

実速度ＡＶが零となれば速度Ｔ信号ＶＺＲが位置偏差信
号発生回路１１ａ内部で発生し、この速度τ信号ＶＺＲ
によりループ切替回路ｉｔｂの作用で切替スイッヂ１２
はｂ側に切替り、速度制御から位置制御に移行する。又
、ＶＺＲにより位置偏差信号発生回路１１ａはまず初期
設定電圧ＩＳＶ（一Ｖｉ）を出力する。これより主軸は
再び回転を開始し実速度信号ＡＶはＶｉと等しくなるよ
うに上昇する。モして発磁体１０ａ（第７図）が回転を
つづけ、図にはないが、電圧波形ＡＳＶＭ大値及びＤＶ
２”？ボルトの検出により第１回目の定位置に到達すれ
ば（時刻ｔ２）、位首（ｇ４差信号発生回路１１ａは、
以後コアース位置偏差信号ＣＰＤを出力する。主軸が更
に回転をつづり、次の電圧波形の検出により発磁体１０
ａが定位置の近傍領域に近づけば（時刻ｔ３）、位置偏
差イ３号発生器１１ａはバイアス信号ＢＩＳを出力し、
そして近傍領域に到達すわば（時刻ｔ４）、以後ファイ
ル位置偏差信号ＤＶ２を出力し、該ファイン位首偏差信
号ＤＶ２が零になった時、即ち発磁体（主軸所定部分）
が真中の可飽和リアクトルＳＲＡに正しく対同した時停
止し、主軸定位置停止制御が終了する。

第９図は位置偏差信号発生回路１１ａの詳細な回路図、
第１０図は同タイムチャート、第１１図は回転方向に応
じてＩＳＶとして−４−Ｖｉ，−Ｖｉを発生する直流電
圧発生回路１００の説明図である。尚、第９図の位Ｍ偏
差信号発生回路では、第５図と同一部分に同一符号を付
し、また定位置停止指令回路２およびループ切替回路１
ｌｂへそれぞれ供給される出力、つまりオリエンテーシ
ョン完了信号ＯＲＤＥＮおよび速度零信号ＶＺＲについ
ては、省略してある。

図中、１００は主軸の回転方向に応じて正又は負極性の
直流電圧ＲＤＶを発生する直流電圧発生回路であり、５
は回転速度計（タコジエネレータ），ＡＭＰはオペアン
プでタコジエネ出力を増幅し実速度ＡＶ’　を出力する
。ＣＯＭＡ，ＣＯＭＢは共に比較器で、比較器ＣＯＭＡ
は実速度電圧ＡＶ’と基準電圧＋ｒｅｆＶ　（＝＋７５
ｍＶ）との大小関係を比較し、Ａ　Ｖ　′＞　＋　ｒ　
ｅ　ｆ　Ｖのとき“０“を、ＡＶ≦＋ｒｅｆＶのとぎ“
１′を出力し、又比較器ＣＯＭＢは実速度電圧ＡＶ’と
基準電圧−ｒｅｆＶ　（一−７５ｍＶ）との大小関係を
比較し、Ａ．　Ｖ　’　＞　−　ｒ　ｅ　ｆ　Ｖのとき
“１”を、ＡＶ′≦一ｒｅｆＶのとき“″０”をそれぞ
れ出力する（第１１図（ａ））。尚、論埋゛０”の電圧
レベルは＋４．５Ｖ以上、”　１　”の電圧レベルはＯ
Ｖ以下である。従って、正転している場合には比較器Ｃ
ＯＭＡ．ＣＯＭＢの出力はそれぞれ“１”０”となり、
逆転している場合には“０”　　″１”となる。

ＰＳＤＳは主軸が停止している場合の定位置停止の回転
方向を設定（初期設定という）する設定手段（たとえば
スイッチ）で、ａ−ｄ．ｂ−ｅ間接続により定位置停止
制御が正転方向より行われ、ａ−ｄ，ｂ−ｄ間接続によ
り逆転方向より定位置停止制御が行われる。ＮＤ１　，
ＮＤ２はナンドゲート、ＬＴＣはラッチ回路、ＰＮＤＧ
は回転方向信号ＦＷＤの論理値に応じて正、負の直流電
圧ＲＤＶを発生するアナログ回路である。

以上から、ナンドゲートＮＤ１　，ＮＤ２の出力をＣ，
Ｄとすれば、初期設定を正転方向としたとき、主軸が正
転しているとき、および主軸が逆転しているとぎの各出
力Ｃ，Ｄ，ＦＷＤは、第１１図（ｂ）のようになる。

さて、回転方向信号ＦＷＤが“０”　（逆転中）のとき
はＰＮＰトランジスタＴｒがオンするから＋７．５Ｖの
直流電圧ＲＤＶが出力され、又ＦＷＤが″１”　（正転
中）のときはトランジスタＴｒはオフするから−７．５
■の直流電圧ＲＤＶが出力される。

１０１は上記直流電圧ＲＤＶを指令電圧としてそれに基
づいて主軸を一定速度で回転させる一定電圧信号及び設
定された指令電圧値から実速度ＡＶ’の積分値（主軸現
在位置）を引いた差分出力を発生する電圧発生回路であ
る。即ち、直流電圧発生回路１００より、主軸が停止又
は正回転していれば−７．５Ｖ，逆回転していれば＋７
．５が人力される。そしてこの直流電圧ＲＤＶはアンブ
ＡＭＰ１及びスイッチＳ９を介してコンデンサＣに充電
され、この充電電圧が初期設定電圧ＩＳＶの電圧値一Ｖ
ｉ又は＋Ｖｉとなる。スイッチＳ９がオフ後に実速度Ａ
ＶがスイッチＳ日又はＳ７を介して人力されれば、主軸
回転方向に応じてコンデンサＣは時定数ＲＣで充電又は
放電し、アンプＡＭＰ２　　（このアンプＡＭＰ２とＲ
，ｃとで積分回路が形成される）の出力端には初期設定
電圧ＩＳＶから実速度ＡＶの積分出力を減算して得られ
るコアース位置偏差信号ＣＰＤが出力される。

なお、通常はＡＶが零となる少し前にコンデンサＣの電
荷が零となるように充放電電圧を調節しておくが、ＡＶ
が零となると同時にコンデンサＣの電荷が零となるよう
に充放電電圧を調節しておくこともできる。

コアース位置偏差信号ＣＰＤの絶対電圧ＲＰＴが所定値
すなわちバイアス電圧ＢＩＳの絶対値と等しくなること
によってスイッチＳ９．Ｓ１ｏがオンすれば、電圧発生
回路１０１は増幅器となりアンプＡＭＰ２の出力端には
所定レベルのバイアス信号ＢＩＳが出力される。換言す
ればスイッチＳ日〜Ｓ１０のオン／オフの組合せ及びそ
のタイミングにより電圧発生回路１０１からはまず、初
期設定電圧ＩＳＶが、ついでコアース位置偏差信号ＣＰ
Ｄが、最後にバイアス信号ＢＩＳが出力される。

なお、スイッチＳ７、Ｓ日は、主軸駆動系のフィードバ
ック系のループゲインが変化させられることに伴って切
換えられるスイッチであり、本発明の要旨外のことこと
であるのでこれ以上の説明は省略する。

１０４は公知の絶対値回路で、電圧発生回路１０１の出
力を絶対値化する。１０５は比較器であり、コアース位
置偏差信号ＣＰＤの絶対電圧ＲＰＩが所定レベル（バイ
アス電圧ＢＩＳの絶対値）以下になったかどうかを検出
し、主軸の所定部分（発磁体１０ａ）が定位置近傍領域
に近づいたことを指示するニア信号ＮＲＰＳを出力する
。

このニア信号ＮＲＰＳによりスイッチＳ９１”＋　ｓ１
。はオンとなる。１０６はゲイン調整回路であり、発磁
体１０ａとセンス部１０ｂ間のギャップに応じてゲイン
が調整され、電圧波形ＤＶ２を所望の傾斜の検出電圧（
ファイン位置偏差電圧）の信号に増幅して出力する。１
０７は、センス部１０ｂからの検出電圧を加算した定位
置近傍信号ＡＳＶが所定の電圧レベルと比較され、例え
ばその立上り又は立下りの後に、τクロス点で近傍領域
到達信号ＬＳを出力する近傍検知回路である。

この近傍領域到達信号ＬＳはスイッチｓ５，ｓ６のうち
のオンとなっているものをオフし、スイッチＳ４をオン
する。これにより、ファイン位置偏差信号ＤＶ２が、位
置偏差信号として出力される。

１０８は正逆切替回路である。定位置停止制御を正転に
より行なう場合には、スイッチＳ５をオン、逆転により
行なう場合には、スイッチＳ５をオンする。こわらスイ
ッチ３４〜Ｓ６は、位置制御ループを粗の位置偏差ルー
プと絹の位置偏差ループとに切換える第２のループ切替
手段を構成し、回転方向の設定手段ＰＳＤＳの切換動作
と同時に行われる。

１０９はインポジション信号発生器である。これは、比
較器により構成されており、ファイン位置偏差信号ＤＶ
２を監視し、零ボルトであったＤ■２がプラス又はマイ
ナス方向に最高の電圧を生じた時、すなわち主軸が定位
置停止範囲に入ったときインポジション信号ＩＮＦＯＳ
を発生し、数値制御装置に定位置停止動作を実行してい
るこどを示すインポジション信号を送出する。

１１０，１１１は、共に比較器であり、上記ゲイン調整
回路１０６の検出電圧であるファイン位置偏差信号ＤＶ
２を、上記直流電圧発生回路１００の比較器ＣＯＭＡ，
ＣＯＭＢと同様に動作することにより監視して、主軸の
所定部分が定位置の近傍領域に正逆いずれの方向から近
づいたかを検出する。そして、主軸が逆転しながら定位
首に近づくと仕には比較器１１０の出力ＮＥＧをｒｌＪ
とし、主軸が正転しながら定位置に近づくときには比較
器１１１の出力ＰＯＳをｆＩＪとする。そして、比較器
１１０の出力ＮＥＧにより、上記正逆切替回路１０８の
スイッチＳ６を、比較器１１１の出力ＰＯＳにより、ス
イッチＳ５をオンする。１１２は波形合成回路で、スイ
ッチＳ４，Ｓ５又はＳ６のオン／オフによりファイン位
置偏差信号ＤＶ２又はコアース位置偏差信号ＣＰＤの方
を出力する。

以上、要するに、時刻ｔ。でオリエンテーシコン指令Ｏ
ＲＣＭ＝″１″になれば、速度指令ＣＶは零ボルトとな
り実速度ＡＶが減少し時刻ｔ１でＡＶが減少し時刻ｔ１
でＡＶは零ボルトとなる。

このとき、速度τ信号ＶＺＲ＝　　１″となり、ループ
切替スイッヂ１２がオフし、ギヤのロー／ハイに応じて
スイッチｓ２，ｓ−の一方がオンすると共に、主軸の正
転／逆転に応じてスイッヂＳ５、ＳＦ５の一方がオンす
る。これにより、位置制御ループが形成され出力端子Ｏ
ＵＴから初期設定電圧ＩＳＶが出力さわる（尚、スイッ
チＳ９はオン、Ｓ７，Ｓ日、ＳＩＯはオフしている）。

直流電動機は再び回転を始め、最初の定位置到達により
（近傍領域到達信号ＬＳ＝　　１″　インポジション信
号ＩＮＦＯＳ＝　　１’）、時刻ｔ２で、スイッチＳ９
をオフすると共に、ギアのロー／ハイに応じてスイッチ
Ｓ７又はＳ日の一方をオンする。これにより、出力端子
ＯＵＴからコアース位置偏差信号ＣＰＤが出力さわる。

以後、実速度ＡＶ、位置偏差とも減少し、主軸が定位置
近傍領域に近ずくと（時刻ｔｓ）比較器１０５からニア
信号ＮＲＰＳ　（＝　　１″）が出力され、スイッチＳ
日及びスイッヂＳｉｏが共にオンとなる。これにより、
出力端子ＯＵＴからは所定レベルのバイアス信号ＢＩＳ
が出力される。

主軸は低速で更に廻わりつづけ、定位置近傍領域に到達
すれば（時刻ｔ４）、近傍領域到達信号ＬＳ＝１になっ
て、スイッチＳ５，Ｓ６がオフし替ってスイッチＳ４が
オンとなり、出力端子ＯＵＴからファイン位置偏差信号
ＤＶ２が出力される。尚、以上は速度Ｔにした後、定位
置停止を行なった場合について説明したが、必らずしも
；にする必要はない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の主軸定位首停止制御装着
によれば、主軸を、機械的ブレーキ等接触部品を使用せ
ずに、高精度で定位置に停止させることができる。又、
高精度の近接スイッチを設け、主軸が定位首近傍に到来
したとき該近傍スイッヂの出力信号をファイン位置偏差
信号として用いたから±０．ｏ３゜〜±０．０５゜の極
めて高い実測精度を得ることができた。

更に本発明によれば、正逆両方向から主軸定位置停止制
御を行うことができるから、定位置停止制御に要する時
間を短縮でぎ、加工能率を高めることができる。又、中
ぐり加工においても加工時の回転方向から定位置停止制
御ができるから、ワークに傷つけることもなく精度の高
い加工ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中ぐり工作機械の概略説明図、第２図はバイト
、中ぐり棒、さし込み穴の位置関係説明図、第３図及び
第４図はさし込み穴への中ぐり棒の挿入法を説明する説
明図、第５図は本発明に係る主軸定位置停止制御装置の
概略を説明する回路ブロック図、第６図（ａ）．（ｂ）
は同各部波形図、第７図は位置検出センサ（近接スイッ
チ）の説明図、第８図は近接スイッチの動作説明図、第
９図は位置偏差信号発生回路の詳細な回路図、第１０図
は同タイムチャート図、第１１図は直流電圧発生回路の
動作説明図である。 ３・・・速度制御回路、４・・・直流電動機、５・・・
回転速度計、７・・・スピンドル、１０・・・位置検出
センサ、１０ａ・・・発磁体、１０ｂ・・・センス部、
１１・・・定位置停止制御回路、ｌｌａ・・・位置偏差
信号発生回路、１００・・・直流電圧発生回路、１０２
，１０３・・・ゲイン切替回路。 特許出願人　　ファナック株式会社 代　理　人　　弁理士　　辻　　實 乎２図 早３回 Ｙ 篠４回 ２ρ４ 第ｂ回（α） 一一三動 千 回 （ｂ） ど 千 旧ｌ千） （ａ） 舒 フ 呵 ＨＦＰ Ｓ４ 竿 ｌ０ 開 謬１１ 旧 （α〕 （ｂ） ＡＶ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工作機械の主軸と、該主軸を回転駆動する主軸モータと
   、主軸を指令速度で回転させる速度制御ループと、速度
   制御から位置制御に切換えて主軸の停止位置を制御する
   位置制御ループとを具備し、主軸所定部分の現在位置と
   主軸所定部分が停止すべき定位置との位置偏差が零とな
   るように主軸を駆動して該主軸所定部分を定位置に停止
   させる主軸定位置停止制御装置において、主軸の所定部
   分に取付けられその磁力線の方向が主軸の回転に従って
   変化する磁極を有する発磁体と、この発磁体と対向しう
   る機械固定部分であって主軸の回転方向に並設された３
   つのセンス部のそれぞれが可飽和リアクトルに２つのコ
   イルを逆向きに巻回して各コイルの一端を共通にしてそ
   こから高周波信号が供給されてなりそれらコイルの他端
   から前記発磁体の位置に関わる位置偏差信号を発生する
   位置検出信号発生手段と、この位置検出信号発生手段の
   中央のセンス部と前記発磁体とのギャップに応じた検出
   電圧を出力するゲイン調整手段と、前記位置検出信号発
   生手段の両側のセンス部からの検出電圧を加算した信号
   が所定の電圧レベルと比較され近傍領域到達信号を形成
   する比較手段と、前記主軸の回転方向に応じて正又は負
   極性の指令電圧を発生するとともにこの指令電圧に基づ
   いて主軸を一定速度で回転させる一定電圧信号及び設定
   された指令電圧値から実速度の積分値を引いた差分出力
   を発生する電圧発生手段と、前記ゲイン調整手段から出
   力される検出電圧により主軸の所定部分が定位置の近傍
   領域に正逆いずれの方向から近づいたかを検出する回転
   方向検出手段と、前記指令速度が零になった後に前記位
   置制御ループに切換えて速度制御から位置制御に移行せ
   しめて前記主軸の停止位置を制御する第１のループ切替
   手段と、前記位置制御ループを粗の位置偏差ループと精
   の位置偏差ループとに切換える第２のループ切替手段と
   、前記第１のループ切替手段を切換えて位置制御に移行
   したあと主軸の所定部分が最初に停止すべき定位置に到
   達してから再び該近傍領域に近ずくまでは粗の位置偏差
   信号として前記差分出力を、その後主軸の所定部分が定
   位置近傍領域に到達するまでは前記一定電圧信号を、そ
   れぞれ前記検出された回転方向に従った極性で出力し、
   主軸の所定部分が定位置近傍領域に到達した後前記第２
   のループ切替手段を切換えて、精の位置偏差信号として
   前記ゲイン調整手段から出力される検出電圧を出力する
   位置偏差信号出力手段とを具備してなることを特徴とす
   る主軸定位置停止制御装置。