JPH0319748A - 工作機械の主軸駆動装置 - 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２つの主軸及び２つの主軸駆動用電動機を有
する数値制御工作機械の主軸の速度制御装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 第２図は従来の２つの主軸を有する数値制御装置旋盤の
主軸駆動の構成を示すもので、図に於で（ａ）が第１の
主軸に関する構成部分、（ｂ）が第２の主軸に関する構
成部分であって、両者の構成は基本的に同じであり第２
の主軸の構成部分には各々符号に（ａ）を付して表して
ある。

（１）　（ｌａ）は主軸、（２）　（２ａ）は主軸駆動
用電動機、（３）　（３ａ）は速度検出手段、（４）　
（４ａｌ　．　（５）（５ａ）はブーリー、（６）　（
６ａ）はベルト、（７１　（７ａ）は主軸のヘッド部分
に設けられたワーク（８）を保持するためのチャック、
（９）はバイト等の工具、（１０１　（１０ａ）は主軸
駆動給電制御装置であり、（１０）は第１の速？指令を
ＮＳ＋　と速度検出手段（３）からの速度検出信号Ｎ，
との偏差信号を演算する加算器（ｌｏｔ）と、この偏差
信号を増巾して主軸駆動用電動機（２）への給電を制御
する速度制御回路（１０２）とから構成されており、（
１０ａ）も同様に加算器（ｔｏｔａ）と速度制御回路［
１０２ａ）とから構成されている。更に主軸駆動用電動
機は一般に誘導電動機が多く用いられ、この場合出力ト
ルクの応答性を良くする目的から速度制御回路（１０２
）　（１０２ａ）の制御方法は周知のすべり周波数方式
のベクトル制御方法が採用されている。又、第２図に於
では長尺のワークを連続加工できる様に主軸（１）　（
ｌａ）の中心部は中空になっており、この中をワーク（
８）を通す様になっている。

又、数値制御工作機械に於では速度指令Ｎｌｌｌ，　Ｎ
ｉ＋■は本図には図示していない数値制御装置から与え
られる。

次にこの旋盤を使って第３図ｆａ）に示す長尺のワーク
から第３図（ｂ）に示す製品を連続的に加工生産する場
合を例にとり、その動作を説明する。

まずワークを第２図に示されている様に第１の主軸側に
セットし、チャック（７）で保持する。

次に第１の主軸駆動用電動機（２）を回転制御すると（
４１　（５）　（６）により動力が伝達され、主軸（１
１が回転するとともにワーク（８）が回転する。

ここで工具（９）をＸ及びＺ方向に移動させることによ
りワーク（８）は旋削加工される。第４図（ａ）は加工
された状態を示す図であり縦線のハッチング部が加工さ
れた部分である。

次に主軸（１）を停止させ主軸が回転しない様に固定す
る。王軸を停止させる場合も必要に応じて一定の位置で
停止させる機構が設けられており、この定位置停止及び
固定する方法は電気的、又は機械的又は両者併用の方法
が採られるが本発明と直接関係しないので第２図には図
示していない。

第２の主軸も停止固定した状態としておき、この状態で
第２の主軸機構を（一Ｚ）方向へ移動させワーク（８）
をチャック（７ａ）で保持する。

その後第１の主軸のチャック（７）を弛めるとともに、
第２の主軸（１ａ）をＺ方向へ戻し、ワ〜ク（８）？第
１の主軸（１）側から引き出し、再び第ｌの主軸（１１
　のチャック（７）を締め付け保持する。この状態を示
したのが、第４図（ｂ）である。

次に両方のチャック（７）　（７ａ）でワーク（８）を
保持した状態で第１、第２の主軸を同一速度で回転制御
し第４図（ｃｌ　に示す様に残り加工を兼ねて突切り加
工を行えば第２の主軸（１ａ）側には完成製品が得られ
、第２の主軸（１ａ）側を停止させ、加工を終了した製
品を取り出すとともに、第１の主軸（１）側は停止させ
ることなく引き続き以上述べてきた加工手順をくり返す
ことにより長尺ワークから連続的に製品を加工生産する
ことができる。尚、ワークを第１及び第２の主軸のチャ
ック（７１　（７ａ）で同時に保持して、旋削加工する
場合は、第１及び第２の主軸端に位置検出手段（１１）
　（ｌｌａ）とを設け、位置比較手段ｆｌ０３）　［ｌ
０３ａ）とにより位置制御ルプを構成して、上記速度指
令Ｎｌｌｌ，ＮＩ＋２を与え、第ｌ及び第２の主軸の位
置の同期を図ることは加工精度向上に有効である。ここ
で０８■，θ３■は位置指令である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の２つの王軸及び２つの主軸駆動用電動機を有する
数値制御旋盤は以上のように構成されているので、第１
及び第２の主軸は独立に回転制御できることからこの他
種々の加工ができることは言うまでもないが、全く独立
した給電制御装置を２個有していることから非常に高価
になるという欠点がある。

この発明は上記の様な課題を解消する為になされたもの
で、特に２つの主軸を有し、連続的に製品を加工、生産
するに適切な安価な主軸の駆動制御装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る主軸の駆動制御装置は、２つの主軸駆動
用電動機に連結された速度検出手段と前記主軸駆動用電
動機を駆動する１つの給電制御装置と、前記速度検出手
段からの信号のどちらかを選択する速度検出信号切換手
段と前記給電制御装置を前記主軸駆動用電動機のいずれ
か一方または両方に選択接続する給電切換手段とからな
る。

また必要に応じて、前記主軸に連結された位置検出手段
の信号のどちらかを選択する位置検出信号切換を設ける
。

［作用］ この発明に於る給電制御装置と給電切換手段及び速度検
出信号切換手段は第ｌの主軸駆動用電動機への給電モー
ド、第２の主軸駆動用電動機への給電モード、第１及び
第２主軸駆動用電動機への同時給電モードとして選択切
換制御する。

また位置検出信号切換手段により、位置制御することも
できる。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示すもので、（１）　〜
（Ｉｌｌ．　（ｌａ）〜（７ａ）　（ｌｌａ）は従来例
と同一のものである。（２１）は給電切換手段であり、
コンタクタ等のスイッチ（２１１）　と（２１２）から
構成されている。（２２）は速度検出信号切換手段であ
り、切換スイッチ（２１１）と（２１２）とから構成さ
れている。

（２３）は位置検出信号切換手段であり切換スイッチ（
２３１）と（２３２）とから構成されている。

（７） 又、（２４）は数値制御装置からの切換指令が入力され
切換手段（２１１　ｆ２２）　（２３）の切換を制御す
る信号切換制御回路である。給電切換手段（２ｌ）の切
換スイッチ（２１１）　（２１２１は切換制御回路（２
４）からの出力信号により の３つの動作モードが選択可能となっている。

速度検出信号切換手段（２２）の切換スイッチ（２２１
）（２２２１は、切換制御回路（２４）からの出力信号
により （８） 又２つの動作モードが選択可能となっている。

又、位置検出信号切換手段（２３）の切換スイッチ（２
３１）　（２３２）は切換制御回路（２４）からの出力
信号により の２つの動作モードが選択可能となっている。

次に動作について説明する。

第１の主軸を単一的に駆動する場合は、給電切換手段（
２１）を■、速度検出手段切換手段（２２）を■位置検
出信号切換手段（２３）を◎の状態にすることにより、
第１の主軸駆動用電動機（２）に連結された速度検出手
段（３）からの速度検出用信号が給電制御装置（ＩＯ）
にフィードバックされ、速度制御ループが構成され給電
制御装置（■０）の出力は切換スイッチ（２１１）を通
して主軸駆動用電動機（２）へ給電され主軸駆動用電動
機（２）が速度指令Ｎｓに等しくなる様に速度制御され
、第１の主軸が駆動制御される。

又、位置検出手段（１１）からの位置検出信号はスイッ
チ（２３１）を介して給電制御装置（１０）にフィード
バックされ、必要に応じて位置制御ループが構成される
。

第２の主軸を単一的に駆動する場合は、給電切換手段（
２ｌ）を■、速度検出信号切換手段（２２）を■、位置
検出信号切換手段（２３）を■の状態とすることにより
、上記と同様の働きにより第２の主軸（１ａ）が駆動制
御される。

又給電切換手段（２ｌ）を■、速度検出信号切換手段（
２２）を■又は■の状態とすることにより、第■又は第
２の主軸駆動用電動機の速度検出手段（３）又は（３ａ
）からの速度検出信号がフィードバックされて速度制御
ループが構成され給電制御装置（１０）の出力は切換ス
イッチ（２１１１　（２１２）を通して第ｌ及び第２の
速度検出手段（３）　（３ａ）に同時に給電され両者の
速度検出手段（３）　（３ａ）は、共通の速度指令Ｎｓ
に等しい速度で運転制御される。

又、必要に応じ位置制御ループを構成する場合は、位置
検出信号切換手段（２３）は速度検出信号切換手段（２
２）が■の場合には◎，■の場合には■の状態とする。

尚、主軸駆動用電動機が誘導電動機の場合、速度、トル
クの制御性、応答性を上げる為にすべり周波数制御方式
のベルト制御が用いられる。

この制御は周知の様に対象となる誘導電動機へ与える一
次電流をトルク分電流１１１と励磁分電流（磁束分電流
）ｌｏとに分離して制御するもので（ｌ１） あり電動機の２次抵抗をＲ２、二次リアクタンスをＬ２
、相互リアクタンスをＭすべり周波数をωＳ、２次磁束
をΦ２、微分演算子をＳとすれば、次の条件が成立する
様に制御する必要がある。

Ｃｄ　Ｓ　＝　Ｒ２／　Ｌ２　　　Ｍ　＝　ｉｃｓ　／
Φ２Φ２　＝Ｍ／　｛Ｌ２／Ｒ２Ｘ　（Ｓ＋ｌ）｝　Ｘ
ｉ（ａ即ち、第１図の速度制御回路（１０２）は駆動す
る対象の誘導電動機の電気的定数Ｒ２，　Ｍ，　Ｌ２を
もとに上記条件を保つ様に制御する必要があり、第１図
に於では速度制御回路ｆｌ０２）は切換制御回路（２４
）からの出力信号により第１及び第２の主軸駆動用電動
機の上記電気的定数を内部で切換えて制御する様にして
ある。又、第１及び第２の速度検出手段（３）　（３ａ
）の両者を同時駆動する場合には、両電動機の合成定数
に切換える様にする。

例えば両電動機が同一仕様の場合 Ｒ２→Ｒ２／　２　　　Ｌ２→Ｌ２／２　　Ｍ−４Ｍ．
／２とし、且つ両電動機内に形成される２次磁束Φ２は
、単一駆動する場合と同一の磁束を確保するためΦ２−
２Φ２とする。以上の様に制御すること（１２） により、いずれの場合に於でもベクトル制御が精度よく
実行され、精度の高い速度指令が達成される。

但し、本発明は、上述のベクトル制御の方法を規定する
ものでない。

次に第３図（ａ）の長尺のワークから製品（ｂ）を加工
する場合を例にとり動作を説明する。

まずワーク（８）を第１図に示す様に第１の主軸（１１
側のチャック（７）で保持し、給電切換手段（２１）は
■、速度検出信号切換手段（２２）はＡ、位置検出信号
切換手段（２３）はＣの状態とし、第１の主軸（１）を
単一駆動し、工具（９）をｘ，ｚ方向に移＼動させてワ
ーク（８）を旋削加工する。又、とくに低速時に於る加
工時の速度変更を改善する目的から、必要に応じ位置制
御ループを構成して加工することも可能であり、更に位
置制御ループを構成してワーク（８）を回転角定位置に
停止させることも可能である。

次に第１の主軸（１）による加工が終了した後、主軸（
１）を一旦停止させ、また必要に応じて上記し（１３） た様に回転角定位置に停ｌＬさせ、第２の主軸（ｌａ）
を（一２）方向に移動し、チャック（７ａ）で加工され
たワーク（８）の端部を保持する。その後第１の主軸（
１）側のチャック（７）を弛め、第２の主軸（１ａ）を
（＋Ｚ）方向へ移動させてワーク（８）を主軸（１）か
ら所定位置まで引き出し、再度主軸（１１側のチャック
（７）を締め付け、両チャック（７）　（７ａ）でワー
ク（８）を保持する状態とする、これとともに給電切換
手段（２ｌ）は■、速度検出信号切換手段（２２）はＡ
、位置検出信号切換手段（２３）はＣの状態として、両
電動機（２）　（２ａｌを同時駆動し、工具（９）によ
りワーク（８）に残りの加工を施すとともに工具（９）
をＸ方向に移動させ突切り加工を行う。

この結果第２の主軸（ｌａｌ側に保持されたワーク（８
）は全加工が完了した製品（第３図の（ｂ））となる。

ここで主軸（１）　（ｌａｌ　を停止させてチャック（
７ａ）から製品を取り出すとともに、再度第１の主軸（
１１　の単一駆動制御に切換えて上述した手順で同様の
加工をくり返してもよいが、上記突切り加工が終了後、
主軸駆動用電動機を一旦停止させる（ｌ４） ことなくただちに工具（９）により第１の主軸（１）に
保持されている長尺のワーク（８）の加工に移れば製品
加工のサイフルタイムの短縮ができ生産性を上げること
ができる。即ち、給電制御装置（ＩＯ）は一方の主軸駆
動用電動機を単一駆動する場合にその主軸駆動用電動機
の出力を確保するに足りる容量のものが選ばれており、
ワーク（８）を両主軸のチャック（７）　（７ａ）で保
持して同時給電制御する場合は各々の主軸駆動用電動機
は略１／２ずつ出力を分担することになる。

しかし、突切り加工後は第２の主軸（ｌａｌ側は完成さ
れた製品を回転させるのみで出力をわずかしか必要とし
ないため、第１及び第２の主軸を同時給電制御したまま
の状態で、第１の主軸（｛）に対して加工を遂行させる
ことが可能となる。

尚、ここで特記すべきは、最終加工を含む突切り加工が
可能となったのは２つの主軸（｛）及び（ｌａ）が給電
制御されている為である。

即ち、第２の主軸（１ａ）側に駆動力がない場合には、
第２の主軸（１ａ）はワーク（８）の一端を保持する作
（ｌ５） 用を有するのみで、ワーク（８｝を介して第１の主軸（
１）により駆動される状態、換言すれば連れ回りの状態
になる。

この状態に於で突切り加工を行うとワークの切断直前に
ワークがねじ切られる状態となり、ワークに突起等が生
じ、再度この部分を修正加工する次工程が必要となる。

上述した本発明の方法によれば、２つの主軸（１）　（
ｌａ）が略等しい出力を分担しているので突切り加工の
場合もワークのねじ切れの現象が発生しない。

尚、以上は第３図（ａ）の長尺ワークから連続的に第３
図（ｂ）製品を加工する場合を例にとり動作を説明した
が、例えば第５図のワーク（８）から製品（ｂ）を加工
する場合には、まず第１の主軸（１）側を単一駆動状態
とし、チャック（７）でワークを保持し、第５図（ｂ）
のＡ部側の加工を施し、しかる後に主軸を一端停止させ
ワークを第１の主軸（１）から第２の主軸（ｌａ）へも
ち変えるとしもに、第２の主軸（ｌａ）の単一駆動状態
にし、第５図（ｂ）のワタのＢ部側の加工を施し、全加
工を終了するこ（１６） ともできる。

〔発明の効果１ 以上の様にこの発明によれば、２つの主軸駆動用電動機
を１つの給電制御装置により、いずれか一方又は両方を
同時に速度ループまたは位置ルブを構成して給電制御す
る様に構成したので、安価でしか６加工生産性が高い主
軸駆動制御装置が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図はこの発明の一実施例を示す主軸駆動制御装置の
構成図、第２図は従来の主軸駆動制御の構成図、第３図
は加工例を示すワークと製品の説明図、第５図は他の加
工例を示すワークと製品の説明図、第４図は第３図の加
工状態を説明する図である。 （１）は第１の主軸、（２）は第ｌの主軸駆動用電動機
、（３）は第１の速度検出手段、（１ａ）は第２の主軸
、（２ａ）は第２の主軸駆動用電動機、（３ａ）は第２
の速度検出手段、（ＩＯ）は給電制御装置、（ｌ１）は
第１の位置検出手段、（ｌｌａｌ　は第２の位置検出手
段（２１）は給電切換手段、（２２）は速度検出信号切
換手段、（２３）は位置検出信号切換手段である。 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの主軸を駆動する各々の主軸駆動用電動機と
   前記主軸または主軸駆動用電動機の速度を検出する２つ
   の速度検出手段と前記主軸駆動用電動機を駆動する１つ
   の給電制御装置と、前記速度検出手段から信号の一方を
   選択する速度検出信号切換手段と選択された速度検出信
   号で速度ループを構成するとともに、前記給電制御装置
   を前記主軸駆動用電動機の少なくとも一方に選択接続す
   る給電切換手段を備えた工作機械の主軸駆動装置。
2. （２）２つの主軸を駆動する各々の主軸駆動用電動機と
   前記主軸の位置を検出する２つの位置検出手段と前記主
   軸駆動用電動機を駆動する１つの給電制御装置と前記位
   置検出手段からの信号の一方を選択する位置検出信号切
   換手段と選択された位置検出信号で位置ループを構成す
   るとともに、前記給電制御装置を前記主軸駆動用電動機
   の少なくとも一方に選択接続する給電切換手段を備えた
   工作機械の主軸駆動装置。