JPH0637002B2 - 主軸ヘツドバランス装置 - Google Patents
主軸ヘツドバランス装置Info
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- JPH0637002B2 JPH0637002B2 JP62030683A JP3068387A JPH0637002B2 JP H0637002 B2 JPH0637002 B2 JP H0637002B2 JP 62030683 A JP62030683 A JP 62030683A JP 3068387 A JP3068387 A JP 3068387A JP H0637002 B2 JPH0637002 B2 JP H0637002B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spindle head
- balance
- load
- control
- tool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
- B23Q11/001—Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine
- B23Q11/0028—Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine by actively reacting to a change of the configuration of the machine
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
- B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
- B23Q5/26—Fluid-pressure drives
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
- Drilling And Boring (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工作機械、放電加工装置その他の類似の加工
機械における主軸ヘッドの重量バランスを制御する装置
に関する。
機械における主軸ヘッドの重量バランスを制御する装置
に関する。
［従来の技術］ 従来、例えば金型製作用の立形ヘツドを有する工作機械
の場合、その駆動部である例えばＤＣモータ部の負荷電
流を低減させるために、一般的には第４図に示すような
バランスウエイト方式がとられている。バランスウエイ
ト方式の効果には主につぎの２つがあり、その１つは駆
動モータの負荷電流を低減できるためモータの発熱によ
るボールネジ等の熱膨張を抑制できること、さらに駆動
増幅器の制御範囲の中立点近傍に負荷時における動作点
を設定し主軸ヘツドの制御性を改善できることなど駆動
部側の改善効果である。他の１つはボールネジおよびそ
のベアリング等への負荷荷重を低減できるため寿命改善
を計ることができ、さらに機構設計（形状、大きさ等）
が容易になるなど設計上のメリツトがあることである。
の場合、その駆動部である例えばＤＣモータ部の負荷電
流を低減させるために、一般的には第４図に示すような
バランスウエイト方式がとられている。バランスウエイ
ト方式の効果には主につぎの２つがあり、その１つは駆
動モータの負荷電流を低減できるためモータの発熱によ
るボールネジ等の熱膨張を抑制できること、さらに駆動
増幅器の制御範囲の中立点近傍に負荷時における動作点
を設定し主軸ヘツドの制御性を改善できることなど駆動
部側の改善効果である。他の１つはボールネジおよびそ
のベアリング等への負荷荷重を低減できるため寿命改善
を計ることができ、さらに機構設計（形状、大きさ等）
が容易になるなど設計上のメリツトがあることである。
次にこれらの点について説明する。
第４図において、１は主軸ヘツド、２は主軸、３ａは主
軸２の下端に取付けられた加工工具で、最も使用頻度の
高い平均的なものを示し、３ｂは使用可能な最大重量を
もつ工具の場合を示す。この主軸ヘツド１はコラム４の
側面にスライドベアリング５を介して上下摺動自在に装
着され、主軸ヘツド１の側面より突設したナツト部材６
にボールネジ７を螺合し、このボールネジ７をＤＣモー
タ等の駆動モータ８により回転させて主軸ヘツド１を上
下動させるようになつている。この場合において、主軸
ヘツド１の重量バランスをとるためにボールネジ７の反
対側においてバランスウエイト９がワイヤロープまたは
チエーン１０と複数個の滑車１１を介して主軸ヘツド１
に連結されている。バランスウエイト９の重量は通常、
主軸ヘツド１と最も使用頻度の高い平均的な工具３ａの
荷重を合計した値に設定される。
軸２の下端に取付けられた加工工具で、最も使用頻度の
高い平均的なものを示し、３ｂは使用可能な最大重量を
もつ工具の場合を示す。この主軸ヘツド１はコラム４の
側面にスライドベアリング５を介して上下摺動自在に装
着され、主軸ヘツド１の側面より突設したナツト部材６
にボールネジ７を螺合し、このボールネジ７をＤＣモー
タ等の駆動モータ８により回転させて主軸ヘツド１を上
下動させるようになつている。この場合において、主軸
ヘツド１の重量バランスをとるためにボールネジ７の反
対側においてバランスウエイト９がワイヤロープまたは
チエーン１０と複数個の滑車１１を介して主軸ヘツド１
に連結されている。バランスウエイト９の重量は通常、
主軸ヘツド１と最も使用頻度の高い平均的な工具３ａの
荷重を合計した値に設定される。
しかして、主軸ヘツド１の位置制御は、ボールネジ７に
ロータリエンコーダ１２を連結し、このロータリエンコ
ーダ１２により検出されたボールネジ７の回転角度数を
前段増幅部１３に入力し、指令値との偏位量を駆動増幅
部１４により増幅しその出力を駆動モータ８に制御電圧
として印加することにより行う。
ロータリエンコーダ１２を連結し、このロータリエンコ
ーダ１２により検出されたボールネジ７の回転角度数を
前段増幅部１３に入力し、指令値との偏位量を駆動増幅
部１４により増幅しその出力を駆動モータ８に制御電圧
として印加することにより行う。
ところで、工具３ａが当初設定した荷重より大きく変化
する場合、例えば放電加工装置の電極等では非回転加工
が一般的に行われているため電極１本当り数百ｇｆから
数百kgｆに至るまで変化する場合があり、このような場
合たとえ位置指令値がゼロであっても、駆動モータ８の
懸垂荷重は最初Ｗ（kgｆ）であつたものがＷ′（kgｆ）
にバランスするため位置偏位がロータリエンコーダ１２
により検出されそれがフイードバツクされて増幅される
ため、駆動増幅部１４の動作点が負荷電流ＩＯへ移つて
静止することになる。これは次式で表現することができ
る。
する場合、例えば放電加工装置の電極等では非回転加工
が一般的に行われているため電極１本当り数百ｇｆから
数百kgｆに至るまで変化する場合があり、このような場
合たとえ位置指令値がゼロであっても、駆動モータ８の
懸垂荷重は最初Ｗ（kgｆ）であつたものがＷ′（kgｆ）
にバランスするため位置偏位がロータリエンコーダ１２
により検出されそれがフイードバツクされて増幅される
ため、駆動増幅部１４の動作点が負荷電流ＩＯへ移つて
静止することになる。これは次式で表現することができ
る。
ただし、Ｗ′：実負荷（懸垂荷重） Ｔ：駆動モータの出力トルク ＰＳ：ボールネジのリード ＶＯ：駆動モータ印加電圧 Ｒ：電機子抵抗 ＫＴ：トルク定数 ＫＡ：ＡＭＰ増幅係数 ＫD/A ：ディジタル／アナログ変換率 ΔＺ：位置偏位量 この位置偏位量ΔＺは上式から懸垂荷重Ｗ′に比例する
ため、駆動増幅部１４の負荷動作点が中立点より大きく
偏位し制御範囲にかたよりが生じることになる。このた
め安定した制御が得られなくなる欠点が生じる。この対
策として、前段増幅部１３にバイアス電流調節部１３ａ
を設けて、主軸ヘツド１の停止時、ロータリエンコーダ
１２からのフイードバツク信号がゼロとなり、見かけ上
動作点が中立点にくるように駆動モータ８にバイアス電
流をかけている。しかし、この場合でも駆動モータ８に
は常時電流が流れることになり、例えばその負荷電流が
モータの定格値に近いような場合は、加工中過負荷とな
り、モータコイルの焼損、異常発熱等のトラブルを誘発
することになる。
ため、駆動増幅部１４の負荷動作点が中立点より大きく
偏位し制御範囲にかたよりが生じることになる。このた
め安定した制御が得られなくなる欠点が生じる。この対
策として、前段増幅部１３にバイアス電流調節部１３ａ
を設けて、主軸ヘツド１の停止時、ロータリエンコーダ
１２からのフイードバツク信号がゼロとなり、見かけ上
動作点が中立点にくるように駆動モータ８にバイアス電
流をかけている。しかし、この場合でも駆動モータ８に
は常時電流が流れることになり、例えばその負荷電流が
モータの定格値に近いような場合は、加工中過負荷とな
り、モータコイルの焼損、異常発熱等のトラブルを誘発
することになる。
このように工具重量が大きく変化する場合、設計上最小
工具荷重と最大工具荷重の中間点を想定して前記バイア
ス電流を設定するため、実際の使用時には＋あるいは−
域へ動作点が移動し、前記の説明にように駆動増幅部の
制御範囲の中立点から離れた点が負荷時における動作中
立点となる。
工具荷重と最大工具荷重の中間点を想定して前記バイア
ス電流を設定するため、実際の使用時には＋あるいは−
域へ動作点が移動し、前記の説明にように駆動増幅部の
制御範囲の中立点から離れた点が負荷時における動作中
立点となる。
次に、主軸ヘツド１に駆動モータ８により上下送りする
懸垂荷重Ｗ′kgと同等のバランスウエイト９をワイヤロ
ープ１０で連結し吊下げれば、ボールネジ７およびその
ボールネジ７を回転支持する軸受部（図示せず）に対す
る負荷は極めて軽微なものとなり、上下運動時に使用す
る抵抗は前記軸受部及びスライドベアリング５の摺動抵
抗のみとなる。このためボールネジ７のサイズ、ベアリ
ング類の耐荷重容量を小さくするか、あるいは寿命を延
ばすことができる。しかしこの場合も前記と同様、最小
工具荷重と最大工具荷重では主軸ヘツド１とバランスウ
エイト９との間に相対的な荷重差が生じ、ボールネジ７
には下向きあるいは上向きのスラスト荷重が作用するこ
とになり、したがって、そのうちの最大アンバランス荷
重が設計基準値となる。
懸垂荷重Ｗ′kgと同等のバランスウエイト９をワイヤロ
ープ１０で連結し吊下げれば、ボールネジ７およびその
ボールネジ７を回転支持する軸受部（図示せず）に対す
る負荷は極めて軽微なものとなり、上下運動時に使用す
る抵抗は前記軸受部及びスライドベアリング５の摺動抵
抗のみとなる。このためボールネジ７のサイズ、ベアリ
ング類の耐荷重容量を小さくするか、あるいは寿命を延
ばすことができる。しかしこの場合も前記と同様、最小
工具荷重と最大工具荷重では主軸ヘツド１とバランスウ
エイト９との間に相対的な荷重差が生じ、ボールネジ７
には下向きあるいは上向きのスラスト荷重が作用するこ
とになり、したがって、そのうちの最大アンバランス荷
重が設計基準値となる。
ところで、一般の工作機械の主軸ヘッドでは主に一定送
りが加工中の動作モードであり、位置決め等の段取り作
業においても速度の高低はあるものの定速送りが基本で
ある。しかし、放電加工装置の主軸ヘツドは位置決めや
段取り作業時の定速送り以外に、「極間サーボ」と称す
るワークと工具間の放電間隙を加工中常に一定に保持す
る機能を有し、この極間サーボの応答性が加工性能に大
きく影響するものである。これは、工具とワークが短絡
した場合は急速開離して正常な間隙へ移行する必要があ
り、また極間がいわゆるオープン状態では急速接近させ
る必要がある。これらの時々刻々と変化する間隙の変化
に対応して、主軸ヘツドの駆動系の応答性を向上させ加
工能率を上げることが加工性能（速度）を改善すること
となるものである。このように非常に短い間隙内で主軸
ヘツドが相対的接近および開離により上下運動を繰返す
場合、ワイヤロープ１０とバランスウエイト９により設
定される１次モードの機械共振の影響を受け、前記応答
性の改善が制限されることになる。実際問題としてこの
応答性は放電加工の場合、数Ｈｚ〜数十Ｈｚの範囲が必
要となるが、バランスウエイトの１次共振周波数もこの
範囲に入る場合が多い。これは設計上ワイヤロープのサ
イズを大きくして前記１次共振周波数を高くとること
が、滑車１１の大きさ、曲率半径等の点で困難となるケ
ースが多いためと、駆動モータ８からみた駆動系とした
場合、懸垂荷重はゼロに近くはなるものの振動系では次
式に示すように、質量増加のため逆に機械共振周波数が と低下するためである。
りが加工中の動作モードであり、位置決め等の段取り作
業においても速度の高低はあるものの定速送りが基本で
ある。しかし、放電加工装置の主軸ヘツドは位置決めや
段取り作業時の定速送り以外に、「極間サーボ」と称す
るワークと工具間の放電間隙を加工中常に一定に保持す
る機能を有し、この極間サーボの応答性が加工性能に大
きく影響するものである。これは、工具とワークが短絡
した場合は急速開離して正常な間隙へ移行する必要があ
り、また極間がいわゆるオープン状態では急速接近させ
る必要がある。これらの時々刻々と変化する間隙の変化
に対応して、主軸ヘツドの駆動系の応答性を向上させ加
工能率を上げることが加工性能（速度）を改善すること
となるものである。このように非常に短い間隙内で主軸
ヘツドが相対的接近および開離により上下運動を繰返す
場合、ワイヤロープ１０とバランスウエイト９により設
定される１次モードの機械共振の影響を受け、前記応答
性の改善が制限されることになる。実際問題としてこの
応答性は放電加工の場合、数Ｈｚ〜数十Ｈｚの範囲が必
要となるが、バランスウエイトの１次共振周波数もこの
範囲に入る場合が多い。これは設計上ワイヤロープのサ
イズを大きくして前記１次共振周波数を高くとること
が、滑車１１の大きさ、曲率半径等の点で困難となるケ
ースが多いためと、駆動モータ８からみた駆動系とした
場合、懸垂荷重はゼロに近くはなるものの振動系では次
式に示すように、質量増加のため逆に機械共振周波数が と低下するためである。
ただし、Ｋ：機械剛性 ｇ：重力加速度 Ｗ′：懸垂荷重 ＷＢ：バランスウエイトの重量 ［発明が解決しようとする問題点］ 以上のように、従来の主軸ヘツドのバランスウエイト方
式には次のような問題点を有することになる。
式には次のような問題点を有することになる。
工具あるいは電極の重量が変化した場合、駆動増幅
部の制御中立点が大きく変動し、安定した制御特性が得
られない。
部の制御中立点が大きく変動し、安定した制御特性が得
られない。
駆動系としてみるとバランスウエイトの質量分だけ
質量増加となり機械共振周波数が影響し、応答性の改善
には限界がある。
質量増加となり機械共振周波数が影響し、応答性の改善
には限界がある。
本発明は、これら従来の問題点を解決するためになされ
たもので、従来のようなウエイトによるバランス方式で
はなく機械力によるバランス方式でかつ加工工具（電極
を含む。以下、同じ。）の重量変化に応じてバランス力
を自動的に調節し得るようにした主軸ヘツドのバランス
装置を得ることを目的とする。
たもので、従来のようなウエイトによるバランス方式で
はなく機械力によるバランス方式でかつ加工工具（電極
を含む。以下、同じ。）の重量変化に応じてバランス力
を自動的に調節し得るようにした主軸ヘツドのバランス
装置を得ることを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る主軸ヘツドバランス装置は、加工工具を取
付ける主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの位置検出器と、前
記主軸ヘッドの重量変化に対しバランス力を発生させる
シリンダ装置とを備え、前記位置検出器により検出され
た検出値とあらかじめ設定された指令値との偏差信号に
より制御弁を介し前記シリンダ装置に供給される圧力を
制御するようにした主軸ヘッドバランス装置において、 前記主軸ヘッドとシリンダ装置とを閉ループを形成して
連結するワイヤロープと、 前記偏差信号により前記主軸ヘッドの位置制御を行う制
御回路と、 前記制御回路に接続され、前記偏差信号の出力に基づき
前記主軸ヘッドの停止時においてのみ導通状態となるス
イッチング素子と、 前記スイッチング素子を介して前記偏差信号の出力に応
じて前記制御弁に対し圧力を制御するように動作するホ
ールド回路とを備えてなることを特徴とするものであ
る。
付ける主軸ヘッドと、該主軸ヘッドの位置検出器と、前
記主軸ヘッドの重量変化に対しバランス力を発生させる
シリンダ装置とを備え、前記位置検出器により検出され
た検出値とあらかじめ設定された指令値との偏差信号に
より制御弁を介し前記シリンダ装置に供給される圧力を
制御するようにした主軸ヘッドバランス装置において、 前記主軸ヘッドとシリンダ装置とを閉ループを形成して
連結するワイヤロープと、 前記偏差信号により前記主軸ヘッドの位置制御を行う制
御回路と、 前記制御回路に接続され、前記偏差信号の出力に基づき
前記主軸ヘッドの停止時においてのみ導通状態となるス
イッチング素子と、 前記スイッチング素子を介して前記偏差信号の出力に応
じて前記制御弁に対し圧力を制御するように動作するホ
ールド回路とを備えてなることを特徴とするものであ
る。
［作 用］ 本発明による主軸ヘツドバランス装置では、主軸ヘッド
の重量変化に伴う位置偏位量を位置検出器により検出
し、指令値との偏差信号をフィードバックして制御回路
により主軸ヘッドの位置制御を行うとともに、主軸ヘッ
ドの停止時においてのみ導通状態となるスイッチング素
子により偏差信号の出力に応じてホールド回路がシリン
ダ装置の圧力を制御し、このシリンダ装置の圧力で主軸
ヘッドの重量変化に対しバランスをとるようになってい
るため、主軸ヘツドの動作点は常に駆動制御部の中立点
となる。
の重量変化に伴う位置偏位量を位置検出器により検出
し、指令値との偏差信号をフィードバックして制御回路
により主軸ヘッドの位置制御を行うとともに、主軸ヘッ
ドの停止時においてのみ導通状態となるスイッチング素
子により偏差信号の出力に応じてホールド回路がシリン
ダ装置の圧力を制御し、このシリンダ装置の圧力で主軸
ヘッドの重量変化に対しバランスをとるようになってい
るため、主軸ヘツドの動作点は常に駆動制御部の中立点
となる。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図により説明する。
第１図は本発明の実施例の概略構成図である。なお、図
において、第４図と同一符号は同一または相当部を示す
ものである。
において、第４図と同一符号は同一または相当部を示す
ものである。
この実施例では、前記のバランスウエイトに代えてエア
シリンダ装置１６を用いた例を示している。このエアシ
リンダ装置１６のシリンダ１７は一端が大気に開放され
ており、コラム４に強固に固定されている。そして、シ
リンダ１７内に摺動自在に嵌合されたピストン１８には
ロツド１９，２０が連接され、これらロツド１９，２０
の各端にワイヤロープ１０の各端を連結し、さらにワイ
ヤロープ１０の他端は複数の滑車１１を経由して主軸ヘ
ツド１のナツト部材６に連結して閉ループを形成せしめ
る。
シリンダ装置１６を用いた例を示している。このエアシ
リンダ装置１６のシリンダ１７は一端が大気に開放され
ており、コラム４に強固に固定されている。そして、シ
リンダ１７内に摺動自在に嵌合されたピストン１８には
ロツド１９，２０が連接され、これらロツド１９，２０
の各端にワイヤロープ１０の各端を連結し、さらにワイ
ヤロープ１０の他端は複数の滑車１１を経由して主軸ヘ
ツド１のナツト部材６に連結して閉ループを形成せしめ
る。
シリンダ装置１６のコンプレツサ２２を供給源とする空
気圧系にはシリンダ１７内の圧力Ｐ（ＭＰａ）を制御す
るためのダイヤフラム制御弁２４が接続されている。つ
まり、シリンダ１７内の圧力Ｐはダイヤフラム制御弁２
４の出力圧として制御され、その出力は、 Ｆ＝Ｐ・Ａ ただし、Ｆ：バランス力 Ａ：ピストンの受圧面積 となり、設計上このバランス力Ｆは主軸ヘツド１と加工
工具３ａの合計荷重Ｗと一致させる。したがつて、主軸
ヘツド１の駆動モータ８には主軸ヘツド１の上下運動に
必要な加速度を発生するトルクと、スライドベアリング
５および滑車１１等の摺動抵抗に打勝つトルクの合計ト
ルクが要求されるだけとなる。
気圧系にはシリンダ１７内の圧力Ｐ（ＭＰａ）を制御す
るためのダイヤフラム制御弁２４が接続されている。つ
まり、シリンダ１７内の圧力Ｐはダイヤフラム制御弁２
４の出力圧として制御され、その出力は、 Ｆ＝Ｐ・Ａ ただし、Ｆ：バランス力 Ａ：ピストンの受圧面積 となり、設計上このバランス力Ｆは主軸ヘツド１と加工
工具３ａの合計荷重Ｗと一致させる。したがつて、主軸
ヘツド１の駆動モータ８には主軸ヘツド１の上下運動に
必要な加速度を発生するトルクと、スライドベアリング
５および滑車１１等の摺動抵抗に打勝つトルクの合計ト
ルクが要求されるだけとなる。
主軸ヘツド１の移動は前段増幅部１３および駆動増幅部
１４を主体とする制御回路によつて駆動モータ８を制御
するが、その制御に際しては主軸ヘツド１の位置を直線
形位置検出器２５であるリニアスケールによつて検出
し、その検出された位置信号を誤差カウンタ２６へフイ
ードバツクする。誤差カウンタ２６ではフイードバツク
された位置信号を初めに設定された指令値から減算す
る。誤差カウンタ２６の出力、すなわちドループ量は次
のデジタルアナログ変換器２７を経由して、前段増幅器
１３および駆動増幅器１４を通つて駆動モータ８に対し
制御電圧として印加され、これによつて主軸ヘツド１の
位置制御を行う。
１４を主体とする制御回路によつて駆動モータ８を制御
するが、その制御に際しては主軸ヘツド１の位置を直線
形位置検出器２５であるリニアスケールによつて検出
し、その検出された位置信号を誤差カウンタ２６へフイ
ードバツクする。誤差カウンタ２６ではフイードバツク
された位置信号を初めに設定された指令値から減算す
る。誤差カウンタ２６の出力、すなわちドループ量は次
のデジタルアナログ変換器２７を経由して、前段増幅器
１３および駆動増幅器１４を通つて駆動モータ８に対し
制御電圧として印加され、これによつて主軸ヘツド１の
位置制御を行う。
さらに、誤差カウンタ２６には主軸ヘツド１の停止時に
おいてのみ導通状態となるスイツチング素子２８が接続
されている。つまり、このスイツチング素子２８はデジ
タルアナログ変換器２７の出力電圧をホールド回路３０
に対しオン・オフするためのもので、スイツチング素子
２８は誤差カウンタ２６の出力がＨレベルでかつ指令値
がＬレベルの時にのみオン状態となる。したがつて、主
軸ヘツド１の運動中はスイツチング素子２８はオフとな
るが、ホールド回路３０は前に送られた信号でホールド
されており、その出力電圧は常時電空圧変換器３１へ供
給されている。そして、電空圧変換器３１はホールド回
路３０の制御電圧に基づきダイヤフラム制御弁２４に対
し所定の空気圧とするように制御する。
おいてのみ導通状態となるスイツチング素子２８が接続
されている。つまり、このスイツチング素子２８はデジ
タルアナログ変換器２７の出力電圧をホールド回路３０
に対しオン・オフするためのもので、スイツチング素子
２８は誤差カウンタ２６の出力がＨレベルでかつ指令値
がＬレベルの時にのみオン状態となる。したがつて、主
軸ヘツド１の運動中はスイツチング素子２８はオフとな
るが、ホールド回路３０は前に送られた信号でホールド
されており、その出力電圧は常時電空圧変換器３１へ供
給されている。そして、電空圧変換器３１はホールド回
路３０の制御電圧に基づきダイヤフラム制御弁２４に対
し所定の空気圧とするように制御する。
次に、上記のように構成された実施例の作用について詳
述する。
述する。
主軸ヘツド１の停止時において、位置指令値がゼロの場
合、主軸ヘツド１および工具３ａの合計荷重Ｗ（Ｎ）に
よる懸垂のため、ボールネジ７には逆転トルクが作用
し、主軸ヘツド１は駆動モータ８の出力トルクとバラン
スするところまで降下することとなる。つまり、位置偏
位量ΔＺが発生し、この偏位量はリニアスケール２５に
より検出され誤差カウンタ２６へフイードバツクされ
る。そして、この偏位量の誤差出力信号が増幅され駆動
モータ８に電圧印加として作用し、バランスするわけで
ある。しかし、このまま放置しておくと従来例で説明し
たような動作点が駆動増幅器１４の中立点より外れる、
あるいは駆動モータ８に位置偏位量ΔＺに見合つた電流
が常時流れるなどの不具合が生じるものである。
合、主軸ヘツド１および工具３ａの合計荷重Ｗ（Ｎ）に
よる懸垂のため、ボールネジ７には逆転トルクが作用
し、主軸ヘツド１は駆動モータ８の出力トルクとバラン
スするところまで降下することとなる。つまり、位置偏
位量ΔＺが発生し、この偏位量はリニアスケール２５に
より検出され誤差カウンタ２６へフイードバツクされ
る。そして、この偏位量の誤差出力信号が増幅され駆動
モータ８に電圧印加として作用し、バランスするわけで
ある。しかし、このまま放置しておくと従来例で説明し
たような動作点が駆動増幅器１４の中立点より外れる、
あるいは駆動モータ８に位置偏位量ΔＺに見合つた電流
が常時流れるなどの不具合が生じるものである。
そこで、本発明の実施例では、前記位置偏位量ΔＺをス
イツチング素子２８を通じてホールド回路３０へ伝達す
る。そして、位置偏位量ΔＺと制御電圧との関係は第２
図に示すように比例関係で設計すると都合がよい。第２
図に横軸に位置偏位量ΔＺ（μｍ），縦軸に制御電圧
（ｍＶ）をとつて示してある。
イツチング素子２８を通じてホールド回路３０へ伝達す
る。そして、位置偏位量ΔＺと制御電圧との関係は第２
図に示すように比例関係で設計すると都合がよい。第２
図に横軸に位置偏位量ΔＺ（μｍ），縦軸に制御電圧
（ｍＶ）をとつて示してある。
ホールド回路３０は、更新入力データが入力されない限
り前の入力データで出力を維持する回路特性を有するも
のであり、ホールド回路３０の出力は電空圧変換器３１
の入力制御電圧となり、その入力に比例した出力（空気
圧）が電空圧変換器３１によつて発生せしめられる。し
たがつて、ダイヤフラム制御弁２４に入力される空気圧
は上部のダイヤフラム２４ａに作用し、この結果、コン
プレツサ２２からの高圧空気源の入力圧力を圧力バラン
ス的に調節して出力圧力を制御する。この出力空気圧Ｐ
（ＭＰａ）はピストン１８へ作用しバランス力Ｆ（Ｆ＝
Ｐ・Ａ）を発生させる。
り前の入力データで出力を維持する回路特性を有するも
のであり、ホールド回路３０の出力は電空圧変換器３１
の入力制御電圧となり、その入力に比例した出力（空気
圧）が電空圧変換器３１によつて発生せしめられる。し
たがつて、ダイヤフラム制御弁２４に入力される空気圧
は上部のダイヤフラム２４ａに作用し、この結果、コン
プレツサ２２からの高圧空気源の入力圧力を圧力バラン
ス的に調節して出力圧力を制御する。この出力空気圧Ｐ
（ＭＰａ）はピストン１８へ作用しバランス力Ｆ（Ｆ＝
Ｐ・Ａ）を発生させる。
第３図に制御電圧（ｍＶ）を横軸に、バランス力Ｆ
（Ｎ）を縦軸にとつたときの関係を示すが、同図に示す
ように、入力制御電圧に対してほぼ直線的な特性をもた
せることができる。このバランス力Ｆがワイヤロープ１
０に作用することにより、主軸ヘツド１および工具３ａ
の合計荷重Ｗkgを吊上げるように作用するため、主軸ヘ
ツド１は上方へ持上げられ移動する。このため位置偏位
量ΔＺは小さくなり、駆動モータ８に流れる負荷電流も
減少することになる。また、バランス力Ｆも位置偏位量
をフイードバツクして制御しているため、ΔＥ＝０とな
つた時点でスイツチング素子２８がオフとなり、ホール
ド回路３０への入力が無くなるため、その時の圧力Ｐが
シリンダ１７内に維持されることになる。
（Ｎ）を縦軸にとつたときの関係を示すが、同図に示す
ように、入力制御電圧に対してほぼ直線的な特性をもた
せることができる。このバランス力Ｆがワイヤロープ１
０に作用することにより、主軸ヘツド１および工具３ａ
の合計荷重Ｗkgを吊上げるように作用するため、主軸ヘ
ツド１は上方へ持上げられ移動する。このため位置偏位
量ΔＺは小さくなり、駆動モータ８に流れる負荷電流も
減少することになる。また、バランス力Ｆも位置偏位量
をフイードバツクして制御しているため、ΔＥ＝０とな
つた時点でスイツチング素子２８がオフとなり、ホール
ド回路３０への入力が無くなるため、その時の圧力Ｐが
シリンダ１７内に維持されることになる。
このように主軸ヘツド１が停止中にのみ、位置偏位量を
検出してバランス力Ｆを制御する理由は、正確なバラン
ス力が求められること、および主軸ヘツド１の移動中あ
るいは加工中の運動時における位置測定はバランス力の
真値が不明となることによる。
検出してバランス力Ｆを制御する理由は、正確なバラン
ス力が求められること、および主軸ヘツド１の移動中あ
るいは加工中の運動時における位置測定はバランス力の
真値が不明となることによる。
なお、主軸ヘツド１およびシリンダ１７内のピストン１
８間を連結するワイヤロープ１０を閉ループに形成する
のは、例えば主軸ヘツド１の急激な上昇のためピストン
１８の移動が伴わない場合、ワイヤロープ１０が滑車１
１から脱輪してしまうおそれがあること、また激しい上
下運動時にはワイヤロープ１０がきつく引張られたり、
弛んだりする現象が繰返されることになるため、ワイヤ
ロープ１０自体の共振を誘発させそれによる主軸ヘツド
１の動きに悪影響を及ぼす可能性があることなどのた
め、これらの不都合を解消する必要があるからである。
これにより駆動モータ８は外乱を受けることなく、加工
に必要な出力トルクの制御がスムースに行われることと
なる。仮に電極交換装置等により途中で工具が別の工具
に交換されその重量が大きく変化してバランスが狂つた
としても、主軸ヘツド１の位置をリニアスケール２５で
検出し、バランス力Ｆを制御するため素早くバランスが
とれるとともに駆動モータ８に流れる電流を常に最小に
することができる。さらに、工具が軽くシリンダ装置１
６のバランス力Ｆが大きくて主軸ヘツド１が＋方向へ持
上げられてもその移動はフイードバツクされるためバラ
ンス力Ｆは小さく制御されることは前述のとおりであ
る。
８間を連結するワイヤロープ１０を閉ループに形成する
のは、例えば主軸ヘツド１の急激な上昇のためピストン
１８の移動が伴わない場合、ワイヤロープ１０が滑車１
１から脱輪してしまうおそれがあること、また激しい上
下運動時にはワイヤロープ１０がきつく引張られたり、
弛んだりする現象が繰返されることになるため、ワイヤ
ロープ１０自体の共振を誘発させそれによる主軸ヘツド
１の動きに悪影響を及ぼす可能性があることなどのた
め、これらの不都合を解消する必要があるからである。
これにより駆動モータ８は外乱を受けることなく、加工
に必要な出力トルクの制御がスムースに行われることと
なる。仮に電極交換装置等により途中で工具が別の工具
に交換されその重量が大きく変化してバランスが狂つた
としても、主軸ヘツド１の位置をリニアスケール２５で
検出し、バランス力Ｆを制御するため素早くバランスが
とれるとともに駆動モータ８に流れる電流を常に最小に
することができる。さらに、工具が軽くシリンダ装置１
６のバランス力Ｆが大きくて主軸ヘツド１が＋方向へ持
上げられてもその移動はフイードバツクされるためバラ
ンス力Ｆは小さく制御されることは前述のとおりであ
る。
［発明の効果］ 本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
主軸ヘツドの駆動モータの負荷を大きく低減するこ
とができる。
とができる。
制御動作点を常に駆動増幅器の中立点に位置させる
ことができるので、駆動増幅器のダイナミツクレンジ
（制御範囲）を最大限使用することができ、安定した制
御が可能となる。
ことができるので、駆動増幅器のダイナミツクレンジ
（制御範囲）を最大限使用することができ、安定した制
御が可能となる。
ボールネジ、その支持ベアリング等の主軸ヘツド駆
動系の機械的負荷を低減せしめ寿命を大きく延ばすこと
ができる。また、低負荷容量化のため小型化が可能であ
る。
動系の機械的負荷を低減せしめ寿命を大きく延ばすこと
ができる。また、低負荷容量化のため小型化が可能であ
る。
工具重量が変化しても、その懸垂重量に対応したバ
ランス力で制御するため、負荷に応じてサーボ系のゼロ
点調整が不要もしくは極めて簡単になる。
ランス力で制御するため、負荷に応じてサーボ系のゼロ
点調整が不要もしくは極めて簡単になる。
バランス力は重量ではなく機械力で与えられるた
め、機械共振数の低下を招くことがなく、かつ、ワイヤ
ロープのたるみ等がないので、高速移動、切換し等にも
スムースに対応できる。
め、機械共振数の低下を招くことがなく、かつ、ワイヤ
ロープのたるみ等がないので、高速移動、切換し等にも
スムースに対応できる。
第１図は本発明の実施例の概略構成図、第２図はホール
ド回路の入出力特性図、第３図は本発明装置のバランス
力の特性図、第４図は従来例の概略構成図である。 １……主軸ヘツド、３ａ……加工工具 ４……コラム、８……駆動モータ １０……ワイヤロープ、１３……全段増幅部 １４……駆動増幅部、１６……シリンダ装置 ２４……ダイヤフラム制御弁 ２５……位置検出器、２６……誤差カウンタ ２８……スイツチング素子、３０……ホールド回路 ３１……電空圧変換器 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
ド回路の入出力特性図、第３図は本発明装置のバランス
力の特性図、第４図は従来例の概略構成図である。 １……主軸ヘツド、３ａ……加工工具 ４……コラム、８……駆動モータ １０……ワイヤロープ、１３……全段増幅部 １４……駆動増幅部、１６……シリンダ装置 ２４……ダイヤフラム制御弁 ２５……位置検出器、２６……誤差カウンタ ２８……スイツチング素子、３０……ホールド回路 ３１……電空圧変換器 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】加工工具を取付ける主軸ヘッドと、該主軸
ヘッドの位置検出器と、前記主軸ヘッドの重量変化に対
しバランス力を発生させるシリンダ装置とを備え、前記
位置検出器により検出された検出値とあらかじめ設定さ
れた指令値との偏差信号により制御弁を介し前記シリン
ダ装置に供給される圧力を制御するようにした主軸ヘッ
ドバランス装置において、 前記主軸ヘッドとシリンダ装置とを閉ループを形成して
連結するワイヤロープと、 前記偏差信号により前記主軸ヘッドの位置制御を行う制
御回路と、 前記制御回路に接続され、前記偏差信号の出力に基づき
前記主軸ヘッドの停止時においてのみ導通状態となるス
イッチング素子と、 前記スイッチング素子を介して前記偏差信号の出力に応
じて前記制御弁に対し圧力を制御するように動作するホ
ールド回路とを備えてなることを特徴とする主軸ヘッド
バランス装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62030683A JPH0637002B2 (ja) | 1987-02-14 | 1987-02-14 | 主軸ヘツドバランス装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62030683A JPH0637002B2 (ja) | 1987-02-14 | 1987-02-14 | 主軸ヘツドバランス装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63200904A JPS63200904A (ja) | 1988-08-19 |
| JPH0637002B2 true JPH0637002B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=12310487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62030683A Expired - Lifetime JPH0637002B2 (ja) | 1987-02-14 | 1987-02-14 | 主軸ヘツドバランス装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0637002B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2708317B1 (fr) * | 1993-07-26 | 1995-10-20 | Morant Dev | Dispositif de sécurité équipant un vérin d'équilibrage d'une charge et fonctionnant à partir d'une information sur la vitesse de déplacement de la tige de vérin. |
| JP3315945B2 (ja) * | 1998-12-02 | 2002-08-19 | 株式会社ソディック | 放電加工装置の軸送り装置 |
| JP4103981B2 (ja) | 2001-02-05 | 2008-06-18 | 株式会社ソディック | 細穴放電加工機 |
| ITBO20020400A1 (it) * | 2002-06-21 | 2003-12-22 | Jobs Spa | Macchina utensile |
| CN116060999B (zh) * | 2023-03-07 | 2023-06-16 | 长春光华微电子设备工程中心有限公司 | 一种机床的控制系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6144514A (ja) * | 1984-08-07 | 1986-03-04 | Toshiba Mach Co Ltd | 重量バランス制御装置 |
-
1987
- 1987-02-14 JP JP62030683A patent/JPH0637002B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63200904A (ja) | 1988-08-19 |
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