JPH0369656B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、工作機械の送り制御装置に関し、
特に工作機械の電源が断たれた後回復した時に行
なう原点再決定作業を、リミツトスイツチを使用
せずに行ない得る装置に関する。

従来の工作機械の送り制御装置としては、例え
ば第１図に示すようなものが知られている。

同図において、１は工作機械の可動部としての
スライドテーブルであり、このスライドテーブル
１にはナツト２が取付けられている。このナツト
２にはねじ軸３が螺合しており、このねじ軸３は
可変速モータとしての直流モータ４の出力軸５に
カツプリング６を介して連結されている。

なお、ナツト２およびねじ軸３は、全体として
スライドテーブル１を矢示Ａ，Ｂ方向に送るねじ
送り機構７を構成している。

直流モータ４には速度検出器（タコジエネレー
タ）８が設けられ、この速度検出器８からは直流
モータ４の出力軸５の回転速度に対応した速度信
号（電圧値）が出力される。また、直流モータ４
には、位置検出器としてのロータリ式のパルスジ
エネレータ９が設けられ、このパルスジエネレー
タ９からは、直流モータ４の出力軸５の回転角に
比例した数のパルスからなるパルス信号、および
出力軸５の一回転ごとに発生する一回転信号が出
力される。

１０は移動位置設定器であり、この移動位置設
定器１０からは、パルス発生回路１１に移動量信
号が送られる。このパルス発生回路１１は、前記
移動量信号に対応したパルスを発生して、その発
生したパルスを偏差カウンタ１２に送る。このパ
ルス発生回路１１において発生したパルスは、そ
のパルス数がスライドテーブル１の移動量に対応
し、その繰り返し周波数がスライドテーブル１の
移動速度に対応する。

また、偏差カウンタ１２および位置レジスタ１
３には、パルスジエネレータ９から発生したパル
スが送られる。

そして、この偏差カウンタ１２は、パルス発生
回路１１からのパルス数と、パルスジエネレータ
９からのパルス数との偏差を演算して、その偏差
データをＤ／Ａ変換器１４に出力する。

Ｄ／Ａ変換器１４は、前記偏差データを速度を
示すアナログ量（電圧値）に変換した後、差動増
幅器１５に出力する。

一方、この差動増幅器１５には、速度検出器８
からの速度信号も入力されている。そして、この
差動増幅器１５は、Ｄ／Ａ変換器１４からの電圧
値と速度検出器８からの電圧値との引算を行い、
その差電圧値をパワーアンプ１６に出力する。パ
ワーアンプ１６は差動増幅器１５からの差電圧値
を増幅して、直流モータ４を駆動する。

なお、移動位置設定器１０、パルス発生回路１
１、偏差カウンタ１２、Ｄ／Ａ変換器１４、差動
増幅器１５、パワーアンプ１６は、全体として直
流モータ４の回転を制御する制御機構１７を構成
する。

１８は原点再決定時にのみ有効となる減速用リ
ミツトスイツチであり、原点再決定時にスライド
テーブル１が矢示Ｂ方向に高速で後退してきて、
ドツグ１９によつて作動子が叩かれるとオンして
減速指令発生装置２０にストローブ信号を出力す
る。

減速指令発生装置２０は、減速リミツトスイツ
チ１８からストローブ信号が入力されると、所定
の減速指令電圧値を差動増幅器１５に出力する。
２１は原点再決定用の原点リミツトスイツチであ
り、この原点リミツトスイツチ２１は、スライド
テーブル１が原点まで後退してきたとき、このス
ライドテーブル１に取付けられたドツグ１９によ
つて作動子が叩かれることによつてオンとなる
と、AND回路２２に原点信号を出力する。

AND回路２２には、原点信号の他にパルスジ
エネレータ９において発生した一回転信号も入力
される。そして、このAND回路２２は前記一回
転信号と原点信号との双方が入力されたとき、位
置レジスタ１３に信号を送り、位置レジスタ１３
が検出しているスライドテーブル１の移動位置デ
ータを原点位置を示すデータ（ゼロ又は所定値）
にセツトする。

この位置レジスタ１３は、パルスジエネレータ
９からのパルス信号をスライドテーブル１の移動
方向に応じてアツプ又はダウンカウントすること
によつて、常にスライドテーブル１の移動位置を
検出すると共に、その移動位置データと前記原点
位置を示すデータとを比較して、両者が一致した
時点でパルス発生回路１１に信号を送つて、パル
ス発生回路１１のパルス発生を停止させる。

次に、このような装置の動作は以下の通りであ
る。

すなわち、今、スライドテーブル１が原点に停
止しているとして、このスライドテーブル１を矢
示Ａ方向に前進させるには、まず移動位置設定器
１０から移動信号をパルス発生回路１１に送る。
このパルス発生回路１１からのパルスは偏差カウ
ンタ１２に送られる。

偏差カウンタ１２には、パルス発生回路１１か
らのパルスの他にパルスジエネレータ９からのパ
ルスも入力されており、これらのパルス数の偏差
を示す偏差データが偏差カウンタ１２からＤ／Ａ
変換器１４に送られる。

このように、偏差カウンタ１２において位置フ
イードバツクが行なわれている。

偏差カウンタ１２から出力された偏差データ
は、Ｄ／Ａ変換器１４でアナログ量（電圧値）に
変換され、差動増幅器１５に送られる。一方、こ
の差動増幅器１５には、速度検出器８からの速度
信号（電圧値）も入力されており、この差動増幅
器１５は、Ｄ／Ａ変換器１４からの電圧値と、速
度検出器８からの電圧値との引算をし、その差電
圧値をパワーアンプ１６に送る。

すなわち、その差動増幅器１５においては、速
度フイードバツクが行なわれている。

パワーアンプ１６は、差動増幅器１５からの差
動電圧値を増幅した後、直流モータ４を駆動す
る。

そして、この直流モータ４の駆動により出力軸
５がねじ軸３とともに回転するため、スライドテ
ーブル１が矢示Ａ方向に前進し、例えば加工が行
なわれる。

次に、スライドテーブル１が後退して原点に到
達すると、位置レジスタ１３は、パルスジエネレ
ータ９からのパルスに基づいて検出したスライド
テーブル１の移動位置データと原点位置データと
が等しくなるので、パルス発生回路１１に停止信
号を送つて、パルス発生回路１１のパルス発生を
停止させ、それによつてスライドテーブル１を原
点位置に停止させる。以上の動作はスライドテー
ブル１の通常の状態を説明したものである。

次に、スライドテーブル１が矢示Ａ方向又はＢ
方向に移動中に機械の電源が切れた場合等には、
スライドテーブル１が慣性によつて若干惰走する
にも拘らず、パルスジエネレータ９からはその惰
走に応じたパルスが出力されないので、位置レジ
スタ１３（バツテリによつてバツクアツプされて
いるものとする）が検知しているスライドテーブ
ル１の位置とスライドテーブル１の現実の位置と
の間に狂いが生じる。

そこで、両者を一致させるために原点の再決定
をする必要がある。

このような場合には、電源回復後、制御機構１
７を作動させることによつて直流モータ４を駆動
してスライドテーブル１を矢示Ｂ方向に高速で後
退させる。

そして、スライドテーブル１のドツグ１９が減
速用リミツトスイツチ１８の作動子を叩くことに
よつてオンさせると、スロトローブ信号が減速指
令発生装置２０に入力させるため、よつて減速指
令発生装置２０から作動増幅器１５に減速指令電
圧値が出力される。

すると、差動増幅器１５は、Ｄ／Ａ変換器１４
からの電圧値から速度検出器８からの電圧値を引
算した値から更に減速指令電圧値を引算するた
め、スライドテーブル１の後退速度が減速され
る。

次に、減速した速度でスライドテーブル１が引
続いて後退し、ドツグ１９が原点リミツトスイツ
チ２１の作動子を叩くことによつてオンさせる
と、原点信号がAND回路２２に入力される。

そして、このAND回路２２にパルスジエネレ
ータ９から一回転信号も入力されると、AND回
路２２から信号が出力され、それによつて位置レ
ジスタ１３が検出しているスライドテーブル１の
移動位置データが原点位置を示すデータにセツト
されて、原点の再決定がなされる。

なお、位置レジスタ１３の移動位置データが原
点位置を示すデータにセツトされると、パルス発
生回路１１に停止信号が出力されるため、スライ
ドテーブル１は原点位置で停止する。

また、パルスジエネレータ９が一回転信号を出
力可能な速度には上限があるため、その限度以下
まで直流モータ４の回転速度が減速されるよう
に、減速指令電圧値を設定する必要がある。

しかしながら、上記のような従来の工作機械の
送り制御装置にあつては、原点再決定時に減速用
リミツトスイツチ１８と原点リミツトスイツチ２
１とを使用する構成となつていたため、次のよう
な問題があつた。

すなわち、工作機械では、常時振動が発生して
いるし、切削液もかかるなど環境が非常に悪いた
め、リミツトスイツチなどのメカニカルスイツチ
を使用すると耐久性が悪くなり、頻繁に検査をす
る必要があつた。

そこで、この発明においては、それ自体でも作
動のバラツキのあるリミツトスイツチを使用しな
くとも、従来と同様の原点再決定を行なえるよう
にすることを目的とする。

そのため、この発明による工作機械の送り制御
装置は、可動部を駆動する可変速モータと、この
可変速モータの回転を制御する制御機構等とから
なる工作機械の送り制御装置において、前記可変
速モータ又は可動部に取り付けた位置検出器から
の信号に基づいて前記可動部の移動位置を検出し
て保持する移動位置検出手段と、工作機械の電源
が断たれた時の前記可動部の移動速度を検出して
保持する第１の記憶手段と、前記電源が断たれた
時の前記可動部の移動方向を検出して保持する第
２の記憶手段と、前記移動位置検出手段及び第
１、第２の記憶手段の各データと前記可動部固有
の惰走に関する時定数データとに基づいて、前記
可動部の停止位置を演算する演算手段と、この演
算手段によつて演算した前記可動部の停止位置デ
ータと予め定めた減速位置データとを比較して前
記可動部の停止位置に応じて前記可動部を原点位
置へ高速で戻すか低速で戻すかを決定する戻し速
度決定手段と、前記位置検出器からの信号と前記
停止位置データとに基づく前記可動部の原点を再
決定する原点再決定手段とを設けたことを特徴と
する。

以下、この発明の実施例を図面の第２図以降を
参照しながら説明する。

第２図は、この発明の一実施例を示すブロツク
図である。

なお、同図において、第１図と対応する部分に
は同一符号を付してその部分の説明を省略する。

同図において、工作機構の電源遮断時にバツク
アツプ電源２５によつてバツクアツプされる移動
位置検出回路２１は、前述した位置レジスタ１３
の機能のうち、パルス発生回路１１へ停止信号を
出力する機能を除いた機能を有し、工作機械の電
源が断たれた時のスライドテーブル１の移動位置
を示す位置データP₀を保持し続ける。

なお、この移動位置検出回路２１の保持データ
は、後述する演算装置２３からの指令でクリアさ
れる。

第１、第２の記憶手段の作用を兼ねる速度レジ
スタ２２は、例えば速度検出器８を構成するタコ
ジエネレータの発生電源を図示しないＡ／Ｄ変換
器によつてデジタル信号に変換することによつて
得た電源遮断時のスライドテーブル１の移動方向
及び速度を示す速度データυ₀をやはりバツクアツ
プ電源２５の作用によつて保持し続ける。

なお、タコジエネレータは直流モータ４の回転
方向に応じて極性の異なる電圧を発生するから、
速度データυ₀は直流モータ４の回転方向、すなわ
ちスライドテーブル１の移動方向に応じて正の場
合と、負の場合があり、この正又は負の符号が移
動方向データとなる。

また、この速度レジスタ２２の保持データも後
述する演算装置２３からの指令でクリアされる。

原点再決定手段の作用もなす演算装置２３は、
機械の電源回復後、移動位置検出回路２１及び速
度レジスタ２２から位置データP₀及び速度デー
タυ₀を読み込んで、その読み込んだ位置データP₀
及び速度データυ₀と記憶装置２４に予め書き込ん
である後述するスライドテーブル１の惰走に関す
る時定数データＴとに基づいて、スライドテーブ
ル１の停止位置P_Xを演算すると共に、この停止
位置データP_Xと、やはり記憶装置２４に予め書
き込んである減速位置データP_Yと、後述するよ
うにして直流モータ４を回転させた時にパルスジ
エネレータ９から出力されるパルス信号及び一回
転信号とに基づいて後述するようなスライドテー
ブル１の原点再決定を行なう。

なお、記憶装置２４を構成するレジスタは、や
はりバツクアツプ電源２５によつてバツクアツプ
され、又バツクアツプ電源２５は、工作機械の稼
動中に電源が断たれた時に有効となる。

次に、この演算装置２３の演算処理内容を第３
図以降をも参照して詳述する。

先ず、スライドテーブル１固有の惰走に関する
時定数データＴは、次のように設定する。

第２図の直流モータ４まわりは、第３図に示す
ようになつており、機械の電源が入つている時の
パワーアンプ１６の出力は、電源オンによつて閉
じている常開接点２６を介して直流モータ４（２
７は電機子抵抗）に印加され、電源が断たれる
と、電源オンによつて開いていた常丙接点２８が
閉じるため、ダイナミツクブレーキ用の抵抗２９
が直流モータ４に接続されてブレーキがかかり始
める。

ところが、電源が遮断された時点から閉じてい
た常開接点２６が開き、開いていた常閉接点２８
が閉じるまで時間がかかるため、ダイナミツクブ
レーキがかかる時点は電源遮断時より若干遅れ
る。

そのため、スライドテーブル１の速度υは、第
４図に示すように電源遮断時点を基準にすると、
ダイナミツクブレーキが作動するまでの時間T_D
の間は略一定であり、それ以降は υ＝υ₀exp〔−ｔ／T_R〕なる減衰関数で減衰して
いく。

すなわち、 υ＝υ₀（０≦ｔ≦T_D） υ₀exp〔−ｔ／T_R〕（T_D＜ｔ） となる。

但し、減衰時定数T_Rは、直流モータ４のモー
タイナーシヤをGD² _M〔Kg・m²〕、モータ軸換算の
負荷イナーシヤをGD² _L〔Kg・m²〕、ダイナミツクブ
レーキ用抵抗２９の抵抗値をR_D〔Ω〕、直流モー
タ４の電機子抵抗２７の抵抗値をR_A〔Ω〕、直流
モータ４の誘起電圧定数をK_V〔Ｖ／rpm〕、直流
モータ４のトルク定数をK_T〔Kg・ｍ／Ａ〕とする
と、 （GD² _M＋GD² _L）（R_D＋R_A）／3725K_V・K_T〔sec〕 となる。

したがつて、スライドテーブル１の惰走距離Ｌ
は、 Ｌ＝∫^TD ₀dt＋∫^∞ ₀υ₀exp〔−ｔ／T_R〕dt＝
υ₀T_D＋υ₀T_R＝υ（T_D＋T_R） となる。そして、この式におけるT_D＋T_Rなる値
は、直流モータ４及びそれに連結されるスライド
テーブル１が決まれば一定であり、この T_D＋T_Rがスライドテーブル１の惰走を関する
時定数データＴとなる。

そこで、第２図の演算装置２３は、機械の電源
回復後、第５図のフロー図に示すSTEP１，２で
先ず移動位置検出回路２１及び速度レジスタ２２
から機械の電源遮断時のスライドテーブル１の位
置データP₀及び速度データ（移動方向データを
含む）υ₀を読み出す。

そして、STEP３でSTEP１，２で読み出した
位置データP₀及び速度データυ₀と記憶装置２４に
書き込んである前述の時定数データＴ （Ｔ＝T_D＋T_R）とに基づいて、スライドテー
ブル１の停止位置Px＝P₀＋υ₀（T_D＋T_R）を演算
する。

次に、STEP４では、STEP３で演算した停止
位置データP_Xと、記憶装置２４に書き込んであ
る減速位置データP_Yとを比較して、例えば第６
図に示すようにP_X＞P_Yなら高速移動指令を移動
位置設定器１０に送つて、前述の制御機械１７の
作用により、スライドテーブル１を停止位置P_X
から高速戻しを行なわせる。

なお、P_X≦P_Yなら演算装置２３は低速移動指
令を移動位置設定器１０に送るものとし、移動位
置設定器１０は、演算装置２３から高速又は低速
移動指令が送られてきた場合、パルス発生回路１
１に予め定めた移動量データ（例えばスライドテ
ーブル１の移動範囲以上の値）と、高速又は低速
の速度データとを送る。したがつて、演算装置２
３は、可動部の停止位置データと、予め定めた減
速位置データとを比較して可動部の停止位置に応
じて前記可動部を原点位置へ高速で戻すか低速で
戻すかを決定する戻し速度決定手段ともなつてい
る。

そして、STEP５では、例えば第６図に示す停
止位置P_Xから高速で動き始めたスライドテーブ
ル１の移動位置を、直量モータ４の回転によつて
パルスジエネレータ９から出力されるパルス信号
に基づいて監視し、スライドテーブル１の移動位
置が記憶装置２４に書き込んである減速位置デー
タP_Yと一致した時点で、パルス発生回路１１に
減速信号を送つて、そのパルス発生周期を長くさ
せ、それによつてスライドテーブル１の移動速度
を第６図に示すように落す。

なお、STEP４でP_X≦P_Yと判定されている場合
は、初めから低速で移動するため減速信号は送ら
れない。

そして、STEP６で、スライドテーブル１の移
動位置をさらに監視し続け、スライドテーブル１
がSTEP３で演算した停止位置データP_Xから逆算
した原点位置O₀（第６図参照）まで移動した後、
パルスジエネレータ９から最初に一回転信号が入
力された時点で、停止信号をパルス発生回路１１
に送つて、そのパルス発生を停止させ、それによ
つてパルスジエネレータ９が一回転信号を出力し
た位置O_N（第６図参照）でスライドテーブル１を
停止させる。

そして、停止信号をパルス発生回路１１に送る
と同時に、位置レジスタ１３のデータを、位置
O_Nを示すデータ（例えば「０」）に書き換えて、
原点の再決定を行なう（位置O_Nが新たな原点と
なる）。

なお、STEP６において原点位置O₀でスライド
テーブル１を停止させない理由は、スライドテー
ブル１が停止位置P_Xで停止している時に、パル
スジエネレータ９の回転円板が停止位置P_Xで一
回転信号を出力する位置で停止しているとは限ら
ないからである。

そして、最後のSTEP７で移動位置検出回路２
１及び速度レジスタ２２にデータクリア指令を送
つて、位置データP₀及び速度データυ₀をクリアし
て、処理を終了する。

なお、第２図の演算装置２３は、図示しない外
部操作盤からの原点再決定指令によつて作動す
る。

また、演算装置２３が演算する停止位置P_Xに
は計算誤差が含まれるが、この誤差がねじ送り機
構７のリードの半分未満であれば、前述の原点再
決時に吸収できる。

さらに、上記実施例において、停止レジスタ１
３が電源遮断時にバツクアツプされていれば、演
算装置２３は位置レジスタ１３から位置データ
P₀を読み出しても良く、そのようにした場合、
移動位置検出回路２１を省略できる。但し、その
場合、位置レジスタ１３のデータはクリアする必
要はない。

さらにまた、上記実施例では、速度レジスタ２
２に、移動速度を検出して保持する第１の記憶手
段の役目と、移動方向を検出して保持する第２の
記憶手段の役目とを持たせた例について述べた
が、両者を別々構成することもでき、その場合第
２の記憶手段は、速度検出器８の発生電圧の極性
を識別して、その識別結果を保持するようにして
構成したり、パルシジエネレータ９において発生
する互いに位相の異なるＡ相、Ｂ相のパルスのう
ち、何れのパルスが先に発生したかを識別するこ
とによつてスライドテーブル１の移動方向を検出
して保持するようにして構成したりすることが可
能である。

さらには、上記実施例における位置レジスタ１
３及び移動位置検出回路２１は、直流モータ４に
取り付けたパルスジエネレータ９からのパルスに
基づいてスライドテーブル１の移動位置を検出す
るようになつているが、スライドテーブル１に取
り付けた位置検出器（リニアエンコーダ等）から
のパルスに基づいてスライドテーブル１の移動位
置を検出するようにしても良い。

ただし、スライドテーブル１にリニアエンコー
ダを取り付けた場合、上記実施例のような一回転
信号による補正をする必要がない。

以上述べたように、この発明によれば従来の減
速用リミツトスイツチ及び原点リミツトスイツチ
を省略できるので、リミツトスイツチのメンテナ
ンス作業が不要になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の工作機械の送り制御装置の一
例を示すブロツク図、第２図は、この発明の一実
施例を示すブロツク図、第３図は、第２図の直流
モータまわりの詳細を示す回路図、第４図は、ス
ライドテーブル固有の惰走に関する時点数データ
の説明に供する線図、第５図は、第２図の演算装
置の処理内容を示すフロー図、第６図は、第５図
のSTEP４〜６の説明に供するスライドテーブル
の動作図である。 １……スライドテーブル（可動部）、４……直
流モータ（可変速モータ）、８……速度検出器、
９……パルスジエネレータ（位置検出器）、１７
……制御機構、２１……移動位置検出回路、２２
……速度レジスタ（第１、第２の記憶手段）、２
３……演算装置（演算手段、原点再決定手段）、
２４……記憶装置、２５……バツクアツプ電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可動部を駆動する可変速モータと、この可変
   速モータの回転を制御する制御機構等とからなる
   工作機械の送り制御装置において、前記可変速モ
   ータ又は可動部に取り付けた位置検出器からの信
   号に基づいて前記可動部の移動位置を検出して保
   持する移動位置検出手段と、工作機械の電源が断
   された時の前記可動部の移動速度を検出して保持
   する第１の記憶手段と、前記電源が断たれた時の
   前記可動部の移動方向を検出して保持する第２の
   記憶手段と、前記移動位置検出手段及び第１、第
   ２の記憶手段の各データと前記可動部固有の惰走
   に関する時定数データとに基づいて、前記可動部
   の停止位置を演算する演算手段と、この演算手段
   によつて演算した前記可動部の停止位置データと
   予め定めた減速位置データとを比較して前記可動
   部の停止位置に応じて前記可動部を原点位置へ高
   速で戻すか低速で戻すかを決定する戻し速度決定
   手段と、前記位置検出器からの信号と前記停止位
   置データとに基づいて前記可動部の原点を再決定
   する原点再決定手段とを設けたことを特徴とする
   工作機械の送り制御装置。 ２ 位置検出器が、回転角に比例した数のパルス
   からなるパネル信号と一回転信号とを出力するロ
   ータリ式のパルスジエネレータであり、原点再決
   定手段が、前記停止位置データと減速位置データ
   と前記パルスジエネレータからのパルス信号とに
   基づいて、前記可動部を前記停止位置データから
   逆算した原点位置まで移動させた後、前記パルス
   ジエネレータから一回転信号が入力された時点で
   前記可動部を停止して原点を再決定する手段であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   工作機械の送り制御装置。