JPS5843220B2 - 主軸定位置停止制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工作機械の主軸を所定位置に停止せしめる主
軸定位置停止制御装置に関する。

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
行なう自動工具交換機能付工作機械がある。

この自動工具交換機能付工作機の工具交換動作は、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、しかる後マガジン
を主軸機構上に降下させ、工具把持部分に工具を嵌合把
持せしめ、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部に
位置させ、主軸機構を前方に突出させて主軸に工具を装
着した後、マガジンを上方に引き上げて工具の交換を終
る。

ところで、上述の如き工具の自動交換機構において、工
具を交換させる際主軸と工具の嵌合部とを円滑に嵌合さ
せるため、主軸を正確な位置に停止させなければならな
い。

従来の工具の自動交換機構は、主軸のキー位置を光電式
の検知器やり□ットスイッチ機構で検知した後、これら
から発せられる検知信号をもとにして機械的なブレーキ
を動作させて主軸を所定の位置に停止させていた。

上述の如き従来の装置は、機械的なブレーキを用いてい
るため、長期の使用でブレーキシューが摩耗などすると
、主軸を所定の位置に停止せしめることができず、工具
の自動交換が円滑に行なわれないという事態に訃ちいる
ことがある。

このような事態を避けるため、従来装置は保守点検作業
が非常に面倒であった。

本発明は、上述の如き従来の欠点を改善する新規な発明
であり、その目的は、工具を自動的に交換できる工作機
械の主軸機構などの主軸を所定位置に停止せしめる機構
において、機械的なブレーキを用いることなく主軸を所
定位置に停止させることができるのはもちろんのこと、
長期間にわたって使用しても、常に主軸の正確な停止位
置を保つことができるような装置を得ることにある。

上述の如き本発明の目的を達成せしめるため、本発明は
、速度制御ループにより制御される電動機と、該電動機
にて駆動される主軸と、該主軸と連結され主軸の回転に
連動して回転するレゾルバと、該レゾルバから発振され
るサイン波信号とコサイン波信号を用いこのうち一方の
サイン波信号を同期整流し格子点を原点とする偏差に比
例する偏差信号を得他方のコサイン波信号を補助信号と
して両信号より偏差が零となる格子点に対して対称とな
る偏差の単調増加関数を合成し主軸がただ１点の停止位
置に到達したとき零信号を発生する定位置停止制御回路
を備え、主軸を停止せしめる場合定位置停止制御回路の
出力信号を速度制御ループの指令信号入力端に入力して
位置制御ループを形成し、主軸を所定回転位置に停止せ
しめることを特徴とする主軸定位置停止制御装置と、上
記方式のうち定位置停止制御回路を、レゾルバから発振
されるサイン波信号とコサイン波信号とを格子点選択回
路にて組み変えた信号により主軸が９０ｉ釦きに定めら
れる４点のうち選択された１点の停止位置に到達したと
き零信号を発生するように変更して、主軸を９０度ごと
に定められた４点のうち選択された１点の停止位置に停
止せしめるようにした主軸定位置停止制御装置とを提供
するものである。

次に本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図は、本発明の実施例を示す概略的なブロック図で
あり、図中１は速度制御ユニット、２は直流電動機、３
は直流電動機２０回転速度を検出する速度計発電機、４
は定位置停止制御回路で、内部の構成は後述する。

５は工具６を取付ける主軸機構であり、その主軸７はベ
ルト８により直流電動機２と結合されている。

９はレゾルバで、主軸７に直結されている。

１０は切換スイッチである。

工具６を用いて加工作業を行なっているときは、切換ス
イッチ１０の可動接片が固定接点ａ側に切換えられ、速
度制御ユニット１に速度指令信号が加えられており、筐
た速度計発電機３からの出力信号が速度制御ユニット１
の入力側に帰還されて速度制御ループを形成し、直流電
動機２は指令を受けた回転速度で回転する。

加工が終了して直流電動機２を停止させる段階になると
、速度指令信号が零となり、直流電動機に電気的な制動
を掛けながら直流電動機２を停止させるが、停止の直前
に至って切換スイッチ１０に定位置停止指令が与えられ
、その可動接片は固定接点す側に切換えられる。

そしてレゾルバ９からの出力を位置検出信号として位置
制御ループを構成し、定位置停止指令が与えられたとき
、主軸１のオリエンテーションＯＲが第２図に示す位置
にあれば、主軸７は反時計方向に回転してオリエンテー
ションＯＲが停止位置に来たとき定位置停止制御回路４
から”零″信号が出力されて主軸７は停止しその位置は
位置制御ループの働きで剛性をもって保持される。

また、オリエンテーションＯＲが第３図に示す位置にあ
れば、主軸７は時計方向に回転してオリエンテーション
ＯＲが停止位置に来たとき定位置停止制御回路４から”
零″信号が出力されて停止し、その位置は位置制御ルー
プの働きで剛性をもって保持される。

なお、本発明においては、オリエンテーションＯＲの停
止位置を９０°ごとに４個所設けることができ、主軸７
をこの４つの停止位置のいずれか１個所に選択的に停止
させることができるが、その詳細は後述する。

第４図は、定位置停止制御回路４の内部を詳細に示した
ブロック図であり、同図中、１１はクロック発振器、１
２はタイミング回路、１３はレゾルバ励磁信号発生回路
である。

１４は格子点選択回路で、格子点選択指令信号により主
軸７の停止位置を決定する信号を作り出す。

１５は同期整流回路、１６は象限判別回路、１７は波形
合成回路である。

次に、定位置停止制御回路４を中心にして本発明の詳細
な説明する。

クロック発振器１１からは、常時３ＫＨｚの発振周波数
を有する矩形波のクロック信号が出力されている。

このクロック信号は、タイ□ング回路１２を経てレゾル
バ励磁信号発生回路１３に加えられ、該回路１３で３Ｋ
Ｈｚのサイン波からなるレゾルバ励磁信号が作られる。

このレゾルバ励磁信号はレゾルバ９の２次側巻線に加え
られる。

一方、レゾルバ９の１次側巻線Ｐ１ からは、３ＫＨｚ
の周波数を有する搬送波に乗せられ、主軸７の回転角度
に応じてサイン波状に波高値を変える振幅変調波信号が
出力されるとともに、もう１つの１次側巻線Ｐ２からは
、同じ＜３ＫＨｚの周波数を有する搬送波に乗せられ、
主軸７の回転角度に応じてコサイン波状に波高値を変え
る振幅変調波信号が出力される。

拳 秦第５図は、格子点選択回路１４の詳細を示す回路図で
あり、該回路１４は、駆動部１４ａと回路切換部１４ｂ
とからなる。

駆動部１４ａは、排他的論理和回路１４１及びリレー駆
動回路ＲＬ１゜ＲＬ２．ＲＬ３．ＲＬ、からなる。

回路切換部１４ｂは、リレー駆動回路ＲＬ１により駆動
される接点部ｒ１１及びＩ１１、リレー駆動回路ＲＬ２
により駆動される接点部ｒｌｌ−ｚ及びγ６、リレー駆
動回路ＲＬ３により駆動される接点部γ１３及びγ砲、
リレー駆動回路ＲＬ４により駆動される接点部γ１４及
びＩ１４からなる。

そして、各リレー駆動回路ＲＬに入力信号”１″が入力
されたとき接点部γｌがオンとなり、接点部γｌｌがオ
フとなる。

曾た、入力信号が０９１のときはこれの反対となる。

なお、主軸７に設けたオリエンテーションの停止位置を
指示する格子点選択指令信号■１ 及びＩ２と、各リレ
ー駆動回路ＲＬに加えられる信号の関係を次表に示す。

かくして、格子点選択回路１４では、これに加えられる
格子点選択指令信号に従って回路切換部１４ｂ内で切換
えが行なわれ、オリエンテーション停止位置をＯｏ と
する場合は、レゾルバ９の１次巻線Ｐ１の出力はその昔
ま出力端子Ａに現われ、１次巻線Ｐ２の出力もそのｉｔ
出力端子Ｂに現われる。

オリエンテーション停止位置を９０° とする場合は、
１次巻線Ｐ、の出力は出力端子Ｂに現われるとともに１
次巻線Ｐ２の出力は出力端子Ａに逆相となって現われる
。

オリエンテーション停止位置を１８０° とする場合は
、１次巻線Ｐ１ の出力は出力端子Ａに逆相となって現
われ、１次巻線Ｐ２の出力も出力端子Ｂに逆相となって
現われる。

オリエンテーション停止位置を２７００ とする場合は
、１次巻線Ｐ１の出力は出力端子Ｂに逆相となって現わ
れ、１次巻線Ｐ２ の出力は出力端子Ａにそのｉｔ現
われる。

なお、格子点選択回路１４の出力端子Ａ及びＢから出力
されるレゾルバ９の１次巻線Ｐ１ 及びＰ２からの出力
信号のうち、３ＫＨｚの搬送波により運ばれて来る主軸
回転信号波の位相関係を第６図に示す。

第６図に釦いて、Ａは、オリエンテーション停止位置が
Ｏｏの場合、Ｂは同じ＜９ｏ° の場合、Ｃは同じく１
８０°の場合、Ｄは同じく２７０°の場合を示す。

そして、出力端子Ａから出力される被変調波に含まれる
主軸回転信号波の波高値が零、同じく出力端子Ｂから出
力される被変調波に含１れる主軸回転信号波の波高値が
プラスの最高値になったとき、定位置停止制御回路４か
ら電圧零の停止信号が出力される。

次に、定位置停止制御回路４の波形合成回路１７から、
電圧零の停止信号が出力される１での動作を説明する。

第７図Ａに示すように、出力端子Ａから出力された主軸
回転信号波を含む３ＫＨｚの被変調波は、同期整流回路
１５に入力される。

同期整流回路１５では、タイ□ング回路１２から送られ
て来る３ＫＨｚのクロック信号を用いて被変調波を同期
整流し、主軸７の回転に従ってサイン波状に変化する主
軸回転信号波（第７図Ａに訃ける太線実線波形）を取り
出してこれを波形合成波回路１７に送出する。

また、出力端子Ｂから出力された主軸回転信号波を含む
３ＫＨｚの被変調波第７図Ｂは、象限制御回路１６に入
力され、検波されて第７図Ｂにおいて太線で示すような
、主軸７の回転に従ってコサイン波状に変化する主軸回
転信号波を取り出した後、この主軸回転信号波をもとに
して、第７図Ｃに示す矩形波と、この矩形波より位相が
１８０°遅れた矩形波第７図りを作り出し、これら２つ
の矩形波信号は、スイッチング信号として波形合成回路
１７に加えられる。

第８図は、波形合成回路１Ｔの具体的な回路構成を示す
回路図である。

前述の如き象限判別回路１６からの出力信号Ｑ１は、波
形合成回路１７のスイッチＳＷＡの駆動部に加えられ、
矩形波信号の入力により該スイッチＳＷＡはオンとなる
。

出力信号Ｑ２は、波形合成回路１ＴのスイッチＳＷＢの
駆動部に加えられ、矩形波信号の入力により該スイッチ
ＳＷＢはオンとなる。

一方、波形合成回路１１に入力されたサイン波形の主軸
回転信号波は、増幅器ＩＣ２１を通り、第１図Ｈに示す
波形となってスイッチＳＷＡに達する。

筐た、コンパレータＣＭ２では、増幅器ＩＣ２１の出力
信号を用いて、第７図Ｅに示す如き波形を出力し、この
信号によりトランジスタＴｒをオン・オフせしめる。

このため、トランジスタＴｒのコレクタ電圧は、第７図
Ｆのようになる。

スイッチＳＷＢの入力側は、４．３にΩ、３．３にΩ、
１５にΩの抵抗を介して、＋１５Ｖと一１５Ｖの電源に
接続されているため、トランジスタＴｒがオフのときス
イッチＳＷＢの入力端は＋１５Ｖになり、トランジスタ
Ｔｒがオンのときその入力端は一１５Ｖにシフトする第
１図Ｇ。

次に、増幅器ＩＣ２２のマイナス入力端の入力波形を観
察してみると、筐ず、象限判別回路１６の出力Ｑ１が１
４１１＋、Ｑ２が°０″となり、スイッチＳＷＡがオン
している期間（第Ｔ図Ｃにおけるイの区間）では、第７
図Ｈに示す波形のイ部分が現われる第７図工。

象限判別回路１６の出力Ｑ１がｎ Ｏｎ、Ｑ２が°１″
となり、スイッチＳＷＢがオンになり、かつトランジス
タＴｒがオフの期間（第７図りにおける口の区間）では
、スイッチＳＷＢの入力である＋１５Ｖが現われる（第
７図工の目部分）。

スイッチＳＷＢがオンで、かつトランジスタＴｒがオン
の期間（第１図りにおけるへの区間）では、スイッチＳ
ＷＢの入力である一１５Ｖが現われ、電圧は＋１５Ｖか
ら一１５Ｖに一気にシフトする（第７図工の目部分）。

トランジスタＴｒがオンの−１−！スイッチＳＷＢがオ
フとなりスイッチＳＷＡがオンしている期間（第１図Ｃ
における二の区間）では、スイッチＳＷＡの入力（第７
図Ｈの三部分）がその捷ま現われる（第７図工の三部分
）。

この状態がしばらく（主軸が９０’回転する間）続き、
トランジスタＴｒがオフとなるが、スイッチＳＷＡがオ
ン、スイッチＳＷＢがオフの状態が続くので、第７図Ｃ
におけるホの期間は、スイッチＳＷＡの水部分の波形が
現われる（第７図工の水部分）。

このように、第７図工の三部分から水部分に移るとき、
増幅器ＩＣ２２の入力端は零■の線を横切り、後述する
が、との零■信号を定位置停止信号として使用する。

次いで、スイッチＳＷＡがオフとなり、スイッチＳＷＢ
がオンになると、第７図工における目部分と同じように
＋１５Ｖの電圧が現われる。

このように、レゾルバ９が１回転する間に１回だけ零信
号が出力される。

増幅器ＩＣ２２の入力信号は該増幅器ＩＣ２２により反
転されて出力端からは、第７図Ｊの如き信号が出力され
る。

次に第９図を用いて、再度主軸７の停位置停止動作を説
明する。

工具交換などのため、直流電動機２に停止指令が与えら
れ、その回転速度が第９図Ａの如く順次減速されて行く
段階にあ・いて、レゾルバ９は主軸７とともに回転する
ため、定位置停止制御回路４が動作して第９図Ｂに示す
如き信号を主力する。

しかしながら、定位置停止指令が与えられていないので
、スイッチ１０がオフであり、位置制御ループを作らな
い。

そして、直流電動機２が停止する直前に第９図Ｃに示す
ような定位置停止指令信号が与えられると、スイッチ１
０は切換えられて速度制御ループは切離され、代って位
置制御ループが形成される。

このため、直流電動機２は、定位置停止制御回路４の出
力信号が零になる方向に導ひかれ、ｔ１点に至り主軸の
オリエンテーションが所定の停止位置に達したとき、定
位置停止制御回路４の出力信号が零になり、直流電動機
２と主軸７は所定位置に停止し、以後位置制御ループの
作用で直流電動機すなわち主軸７の定位置は堅固に保持
される。

な釦、上記実施例は、主軸を９０° ごとの定位置のい
ずれか１個所に選択的に停止せしめるように構成したが
、格子点選択回路１４を省略するとともに、象限判別回
路を改良することによって、所定の１点位置に停止させ
る簡易型主軸定位置停止制御回路を構成することもでき
る。

また、上記実施例の如く、直流電動機２と主軸７との間
をベルト結合している場合は、ベルトのスリップを考慮
してレゾルバ９を主軸７と直結せしめなければならない
が、ギアにより直流電動機２と主軸７とを結合せしめる
場合は、レゾルバを直流電動機の回転軸に直結せしめて
もよい。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、機械的な
ブレーキを用いることなく、主軸を電気的に剛性をもっ
て停止せしめることができるため、摩擦部分がいっさい
なく、長期にわたって使用しても機械的なすべりなどに
よる停止誤差などもなく常に安定な主軸停止動作を行な
うことができる。

しかも、回路構成も、速度制御ループを構成する回路の
大部分を利用しているため定位置停止制御回路特有の回
路が少なくて済み、経済的に構成できるし、しかも位置
制御ループを用いているため、高精度な位置決めを行な
うことができ、ちなみに云えば、電動機にレゾルバを直
結すれば、±０．１゜以下、オた主軸にレゾルバを直結
すれば、ギアの不感帯を考慮しても±０．５°程度の高
精度位置決めが出来る。

また、本発明は、簡単な接点切換による格子点選択回路
を設けるだけで、９０° おきに定められる４点のうち
の選択された１点に停止させることができるため、工作
機械の工具交換動作が円滑に行なえるなど、従来にはみ
られない効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す概略的なフロック図、
第２図及び第３図は、主軸の停止動作を説明する説明図
、第４図は、定位置停止制御回路のブロック図、第５図
は、格子点選択回路の回路図、第６図Ａ乃至りは、オリ
エンテーションの停止位置を説明する説明図、第７図Ａ
乃至Ｊは、各部の波形を示す波形図、第８図は、波形合
成回路の回路図、第９図Ａ乃至Ｃは定位置停止制御回路
の出力と直流電動機の回転速度と、定位置停止指令信号
の時間的な関係を示す波形図である。 図中、１は速度制御ユニット、２は直流電動機、３は速
度計発電機、４は定位置停止制御回路、７は主軸、９は
レゾルバ、１１はクロック発振器、１２はタイミング回
路、１３はレゾルバ励磁信号発生回路、１４は格子点選
択回路、１５は同期整流回路、１６は象限判別回路、１
７は波形合成回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 速度制御ループにより制御される電動機と、該電動
   機にて駆動される主軸と、該主軸と連結され主軸の回転
   に連動して回転するレゾルバと、該レゾルバから発振さ
   れるサイン波信号とコサイン波信号を用いこのうち一方
   のサイン波信号を同期整流し格子点を原点とする偏差に
   比例する偏差信号を得他方のコサイン波信号を補助信号
   として両信号より偏差が零となる格子点に対して対称と
   なる偏差の単調増加関数を合成し主軸がたた１点６停止
   位置に到達したとき零信号を発生する定位置停止制御回
   路を備え、主軸を停止せしめる場合定位置停止制御回路
   の出力信号を速度制御ループの指令信号入力端に入力し
   て位置制御ループを形成し、主軸を所定回転位置に停止
   せしめることを特徴とする主軸定位置停止制御装置。 ２ 速度制御ループにより制御される電動機と、該電動
   機にて駆動される主軸と、該主軸と連結され主軸の回転
   に連動して回転するレゾルバと、該レゾルバから発振さ
   れるサイン波信号とコサイン波信号とを格子点選択回路
   にて組み変えた信号により主軸が９０度動きに定められ
   る４点のうち選択された１点の停止位置に到達したとき
   零信号を発生する定位置停止制御回路を備え、主軸を停
   止せしめる場合定位置停止制御回路の出力信号を速度制
   御ループの指令信号入力端に入力して位置制御ループを
   形成し、主軸を９０度ごとに定められた４点のうち選択
   された１点の停止位置に停止せしめることを特徴とする
   主軸定位置停止制御装置。