JPS5980172A - 主軸モ−タ制御方式 - 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】 本発明は、主軸を工具交換のため定位置停止させるため
の主軸モータ制御方式に関し、特に土羽１１が機械本体
にロックさ７１た時に主軸モータに電流が流れない様に
改良した主軸モータｆｉｊ！Ｉ御方式に関する。

例えは、自動工具交換装置を備えた工作（＜Ｊ　＄戒に
おいては、主軸を停止せしめ、主軸に取伺けられた工具
を別の工具と交換し、再度主軸を回転し、機械加工を再
開する。

第１図は自動工具交換装置６．のブロック図であり、図
中、１は自動工具交換装置の各部を制御するｔｌ制御部
であり、例えばマイクロプロセッサによって構成されて
いると考えて艮い。２はＩ′１ＩＩ１１・’１　？＋ｌ
ｉ　１に対するプログラムやデータを記憶するメモリで
ある。

６は図示しない工作機械をｔｌｉｌＪ御する数値ｔ：１
１１１都（以下ＮＣと称す）である。４は工作（！′０
１このスピンドルヘッドであり、主軸４′を有している
。５は回転アーム型工具交換機構であり、工具貯蔵器６
の工具交換位置７′とスピンドルヘッド４の主軸４′と
の間の工具の交換を行うもので、工具交換位置７′の工
具及び／又は主軸４′に取付けられている工具をブーム
５′で保持した後工具の軸方向に移動（前進）して、工
具交換位置７′及び／又は主軸４′から工具を抜き出し
、アーム５′を１８０°回転させたイ淡工共のＱ１ｈ方
向に移動（後退）して、アーム５′で保ｊνしたニー１
しを主１１１！ｌ　４’及び／又は工↓′Ｌ、又換位置
７′に数句り又は収餐するものである。６は工具貯蔵器
であり、円周上に複数の（１図では８つ）工具収容位ｆ
Ｍ　Ｚをイ」し、回転軸を中心に回転し、谷収容位Ｖフ
Ｐ工其父換□ｌｉγ１シ１７′に到来せしめる。９はモ
ーフ摘・で（１キ成ざイムる工具貯蔵器６の回転の１こ
・Ｖ′）の駆動装置で、ス・「ツチ１０により正逆いず
れの方向にも回転でき、又ｉ１’ｌｉｉは」−ド板８の
軸及び工具貯蔵器６の１ｉｌｌｌと一体的に接続ざ２１
．る。：」−ド板８の１’ｌ　ｉｉ’ｉＪには／６エ具
収容位置７対応に位［δコードが印されて」６す、工具
交換位置７′対応の位置に、設けられた」−ド検出器８
′（・こよって、位置コードが検出さイ％’、　！ｉｉ
！Ｊ　ｆｌＱｉ　：１ｌＳ１　′＼伝えられる。

前述のメモリ２は係る工具交換を制御部１に実行させる
ためのプログラムを格納している他に、工具貯蔵器の各
工具収容位置に収容された工具コードを記憶している。

次に第１図（：・構成の動作を説明すると、ＮＣ３が一
ツの加工処理をそ′のスピンド”ルヘット４のＪＥ　’
ＩＭｆｉ４′に取イ１けらイ′ムたニーＦ１．によりて
終１すると　−）りり出し指令コ−１−’　（Ｔコード
）と指令工Ｊ１．コー　ドシし・制御部１−発する。ｊ
ｌｉｌｌ　？Ｌ！Ｉ　ｆｉｌ（′ｌは指令工具の工具貯
蔵器６の工具収容位置アドレス；７．１Ｕるた八・″）
、メモリ２の二側コードー収容位置アドレス対照表を前
述の工具ニー１゛で索引し、その収容位置アドレスを求
め、工具貯蔵ヌｔ６を回転ざぜるため％　ｔｌｒｌｊ　
１ｉｌｌ　ＲＢｌはスイッチ１０のいずれかの接点をオ
ンとし、ルス動Φ５置９を駆７１ｊｊ＋−ｊ’−る。

これとともに、コードイ反８のコートを検出する１寅出
器８′の出力を誂、視する。制伽部１は検出器８′ノコ
ード出力と前述の検索されたアドレスが一致すると、ス
イッチ１０の接点をオフとし１，１・Ａ”！：　−！：
！！、１　装置９を１７に止せしめる。次に、側Ｉｌｌ
都１は工具貯ル℃器６の工具交換位置７′とスピンＩ・
′ルヘッド４の主ｌ１ｌｌ＋　４／との間の工具の交換
を行う。即ち、工具交換位ｌ；１．７’の工具及び／又
は主軸４′に取付けらｎている工Ｊ１をニームダで保持
した後、主ｌ１ｌｌｌＩ４′をアンクランプし　、ｊｐ
にアーム５′が工具の軸方向に移動（前進）して、工具
交換位置７′及び／又は主軸４′力）ら−に几を４人き
出（７、ニームダを１８０’回転させた後玉、６Ｈの軸
方向に）うＩＪ　（後退）して、アーム５′で保持した
工具を主軸４′及び／又は工具交換位置７′に」反イ１
］け又は収答咽−るものである。。

係る自動工具交換を行っている間の主軸の動作１こつい
て的、明する。

；ｉ（２図は主軸の動作別ｆ哩ブロック図、第５図は小
２１ゝ２１の主４′ｌＩｌ桟、１１・マ、ｉ督成図であ
り、）図中、２１）１図と同一のものは同一の記号で示
してあり、４ａは主「１・１１モークであり、主軸４′
を回転させろもの、４ｂは・・Ｕ度検出器であり、主軸
モータ４ａの回転速度に対応する′、！速ｔｔｌ　・ｔ
ｔ圧ＴＳＡを出力するもの、４Ｃは位１）°【検出器で
あり、主軸モータ４ａの位置信号ＰＳを出力するもので
ある。４ｄは速度制御回路であり、アンプ、増巾器を含
むもの、４ｅは演算回路であり、後述する切替器からの
速度信号と速度検出器４ｂの実速度信号ＴＳＡとの差を
差分ＥＲとして出力するもの、ａｆは切替器であり、主
軸の起動、回転時はａ接点がオンし、制御？？ｌ（１か
らの指令速度ＶＣＭＤが出力さイｔ、主軸の位置決め、
停止時にはｂ接点がオンし、位置検出５４ｃからの位置
信号ＰＳが出力さ２１．るもの、４ｇは位置制御回路で
あり、主軸の位置決め、停止時に正弦波である位置信号
ＰＳを出力するものである。

第２図の構成の動作を説明する前に、土ｉ１’ｉｌ１表
４苺について第３図により説明する。図中、４０は主軸
クランプであり、円筒形をなし、ポールベアリンク４６
ａ、４６ｂ、Ａ６Ｃ，４６ｄ　Ｒ：ヨり機械本体１１に
回転可能に保持さイ１．ているものであり、先＆ＩｆＡ
　（図の左側）に工具が取付りら２１．る挿入穴４Ｑａ
が設けられ、更に工具の数句ビン４４が設りられている
もの、４１はチャック部材であり、主軸ソリンダ４０の
内部を貫通して配置さ２１．、先端に工具を把持するチ
ャック機構４１ａが設けら７″ｊ、るとともに復唱にシ
リンダ部４１ｂをイｊするもの、４２は皿バネであり、
主軸シリンダ４０とシリンダ部４１ｂと０）間に設けら
れるもの、４３はプーリーであり、主軸シリンダ４０に
取付けられ、図示しない生釉モーク４ａとベルト４４に
より連結されるもの、４５は油圧シリンダであり、チャ
ック部材４１のシリンダｒ５１”　１　ｂ　タ抑圧し、
チャック部材４１を図の左方に押し出すものである。

と１λ３１ン］の主す］１１機構の動作を説明すると、
主軸モータ４ａが回転すると、主軸モータ４ａの回転は
ベルト４４によりプーリー４３に伝えらイ１２、プーリ
ー４３が回Ｑ・べし、主ｉ＠ｔｌシリンダ４０及びチャ
ックε′ｌｌ！ｉｚ’　４１が回転する。こイｔにより
、チャック部拐４１の先端に取付けられた工具が回転し
、機械加工が行なわイ１．る。

一方、工」゛シ交換のため主軸モータ４ａが停止すると
、油圧７リンダ４５が動作し、チャック部材４１のクラ
ンプ８Ｂ　４　ｌ　ｂを押圧し、チャンク部材４１を左
方に押し出し、チャック機４ｉｌ　４１　ａを挿入穴４
０ａに突き出し、チャックＧＪ構４１８を開き、工具の
把持を解除する。この時、この油圧シリンダ４５の押圧
力は皿バネ４２を介し、主軸シリンダ４０に伝えられ、
シリンダ部４１ｂの主軸シリンダ４０の後端への押付力
とともに主軸シリンダをロックする。この状態でアーム
５′により工具交換が行なわれ、別の工具の欠陥が挿入
＞：４　ａ　。

ａより挿入され、開いたチャ・ツク桟構４１８に工具の
先端が挿入される。この時工具の位ＩＣｔ決め穴は取付
ピン４４に挿入さ４１１位［・ｉ決めさイする。次に、
油圧シリンダ４５の動作がｔＩｌ〒除さイするので、皿
バネ４２の復元力によってチャック部月４１が右方に移
動し、図の位置に戻る。こ孔によりチャック機構４１ａ
は閉じ、工具を把持する。こイ１．とともに主ｊ龍シリ
：／夕゛４０のロックも解除される。

第２図の説明に戻り、加工中は、１ｊｊｊ一部１から速
度指令ＶＣＭＤが与えらイｔ１切替器４ｆはａ接点が閉
じているから、演算回路４ｅからは速を及指令ｖＣＭＤ
と主軸モータ４ａの速度検出器４ｂの実速度電圧ＴＳＡ
との差分が出力さイＬ１速度制御回路４ｄを介し、主軸
モータ４ａがこの速度ｔｌｌＪ御ループループ制御され
る。一方、加工終了後工具交換を行゛）ときは、Ａり毛
ンテーション指令ＯＲＣλ４　が制ｆｉｒｌｌ　ｉ’ｒ
Ｂ　１から出力され、切替ｒ５４　ｆ　Ｑ）　ａ接点が
聞き、ｂ、’：＋２点が閉じ、位１、？を検出器４Ｃの
位１１’ｔ　’洩出信号ｌ）５；が［（γ１１′・’ｉ
、’　１ｉｉ１．ｌ　ｊｊｉ１回路４ｇ’Ｅ介し、演４
γ回１烙４ｅにＩｊえら；ｊｌと）。この位ｊ＜、ｉ検
出信号１）　Ｓは目（′１°ｌ停止位１・１カ）らの（
ｈ；；”Ｑに応じ１こアナログ信号であり、れ嘆算回ｈ
’ｉ、ｓ　４　ｅは位１１′￥１．演出信号ｐｓと実、
’：’：３Ｅ　＋、Ｔｅ　１．ｊ：圧ＴＳＡとぴル゛ｌ
’ｉ　５）−をｔ・ｊξ１（補イｒ（回路４ｄに与え、
主１、山モータ４ａ−お１］置（位：・Ｌに停止ぜしめ
る。こイ″Ｌによりオリエンテーノヨン完了信号０ＲＡ
Ｒが出力し、主＋＋Ｖ＋＋オＩＪ　Ｌンテーノヨン工程
が終了する。仄に前述０）　’ｉｇ１　ｉ゛７１で３°
ｒｌ明しｆこ工具す０択工程が行なわイＬ１　　曳（こ
γ−ム５′が旋回し、工具貯蔵器６及び主軸４′の工具
８］田む（二［基肥］）工程）。次に１３６図において
説明しブこ油圧シリンダのｇ：１１作により主軸４′の
工具が月Ｙ放さイＬ（主’ｉ’ｉｌｌアンクランフ゛工
１早）、アーム５′が下１トシ、工具１１ｉ’　ｊｌ：
χ４６及び主軸４′から工具を抜取り（］二↓↓」ノア
１１ゾ、［、を品）、アーム５′が１８０°）、′ｆ回
し。

ｊｌＨにアーム５′・を１月させて、ニー！：Ｊ、を交
換し、工具＋５ＺニーｒＬＩ［ｉ’）、４ミ、１：ン６
及び主軸４′に’＋’ｉ’人する（工具交換指令）。良
に主軸４′の油圧クランプの３・０作が）宵除され、主
軸４′は工具を把持する（主軸クランプ工程）。その後
アーム５′は待期位置に旋１ｉｊｌ　Ｌ、次の工具交換
指令を待つ。

この様にして、工具交換動作は行なわイ１．るが、主軸
のアンクランプ工程から主軸ｃノ）クランプ工程までは
主軸シリンダ４０は回転しない様に１べ械本体にロック
されている。一方、前述の位ｔメＬ制御ル−プはｌＪ＋
作しているｆ二め、わずかな主軸位置０片ｉｌｉ’を差
があっても、位置検出信号ＰＳはレベルを生じ、主軸モ
ータ４ａに増巾された大きな電流をγ、４「、すことに
なる。しかし、主’ＩＺ１１シリンダ４０がロックされ
ているので、主′＠１１モータ４ａは回転出来ず、七−
夕が発熱する。又、この位置検出信号ＰＳは、速度制御
回路のコンデンサに８績されるた１１／）、↓。

軸がクランプ状態となった、二コンデンサ内に菖：　（
、ｉ’ｔされた電ダｆがはき出さｎ、、るたｙ）、主慣
ｆｌモータ４ａが急に回転し、主軸シリンダ４０が急に
Ｊ、”ｔらイｔ、アーム５′にストレス又はショフクを
−ｌシえ也）とＧ）う欠点があった。

従って１本発明の目的は、主軸がロックされている時ζ
こモータをムダに発熱せずしかもロック解除後７急激に
回転しないよう改良した主軸モータ制御方式を提供する
にある。

以下、本発明を一実施例を基に詳細に説明する。

・第４は１は本発明の一実施例４ｒ１′！成図で５’ｌ
す、第５Ｉｇ＋は２１Ｎ４図イト５成のＬｉす作説明図
であり、図中、第２図と同−ｃノ〕ものは同一の記号で
示し°Ｃあり、ＡＭＰはアンプであり、Ｒ，Ｃは各々積
分器を構成する抵抗、コンデンサであり、ＳＷｌ、ＳＷ
２　　はスイッチ、ＴＡはトランジスタ増巾器である。

本発明では、ｉ４４２図の４ｆｅ成において１，１兜汽
制御や 回路４ｄのトランジスタ増巾２３ＴＡのアンプＡＭＰ出
力の人力を１ｌｌｌ　ｌｉｌするスイッチＳ　Ｗ　２と
、アンプＡ　ＭＰの入出力間を短絡するスイッチＳ　Ｘ
ｖｌとを設けている。

剛４図１１へ成の動作を第５図を用いて説、明すると、
前述の９口く、オリエンテーション指令ＯＲＣＭが制イ
；１１１部１から発生すると、切替器４ｆ（第２図）が
Ｉｉ・υ作し、　ｒｔｉｌ述の位置制御ループを閉とし
、位置偏める。更に主軸モータ４ａの速度が停止とみな
せる速度範囲内であの１位置検出器号ＰＳの偏差が設定
値以下であると、制御部１はオリエンテーノヨン完了信
号０ＲＡＲを発し、次の工具交換工程を可能とする。こ
れによりアーム５′が工具を把持した後、制御部１は油
圧−７リンダ４５を動作させる＼アンクランプ信号ＭＵ
Ｃを発し、主軸シリンタ４０を機械本体にロックする。

このロック後所定時間経過後又は同時に制９１１１部１
はサーボオフ信号ＳＶ、ＯＦを発し、第４図のスイッチ
ＳＷ１をオンし、スイッチＳＷ２　　をオフし、アンプ
ＡＭＰの入出力間は短結さイル１積分器Ｒ，Ｃはイニン
ヤライズされ・これとともにトランジスタＶ巾器ＴＡへ
のアンプＡＭＰ出力の入力を禁止していることから、ア
ンプＡＭＰは主軸モータ４ａから１托気的に’ｔ（Ｊ□
（放される。これにより、主１１４Ｊ１位置が強制的に
外力により変化し、位置検出信号Ｐｓに（幅差が生じて
も、アンプＡＭＰの増巾が行なわｆＬず、父、アンプＡ
ＭＰの出力はトランジスタ増巾ＨＧＴＡに伝わらない。

従って主軸モータ４ａＯ）電子的励磁はセットさイ１．
ることになる。このため主軸モータ４ａは殆んど発熱を
生ずることがない。又積分器Ｒ，Ｃも動作しないので、
この偏差が蓄積されることもない。このため、サーボオ
フが解除さ２％でも、位１１７検出情号ｐ　ｓ　ｏ）４
ｆｔｉｉ差の索鎖がなく、その時点の偏差０）みによっ
て主軸モータ４ａが偏差をなくす方向に回転せ【ッめら
ｎる。

即ち、位置制御ループはサーボオフ期間も目標位置に対
する（ｌｉｉ位は常に鑑視しているが、サーボオフ期間
は速度１１ｊｌＪ御回路の無用な−Ｊ作を禁止している
ものである。このサーボオフ信−ｑＳＶＯＦは、アンフ
ラング信号Ａ、Ｉ　Ｕ　Ｃの立上りの後又は同時に立上
り、アンフラング信号ＭＵＣの立下り直６１ｊ（アーム
５′による新工具装漸後）又は同時に立下る様に制御部
１内で作成さＩ’Ｌる。

前；＋７ｊＳの例では、直流モータについて説明したが
１交流モータの場合には、速度制御回路４ｄのトランジ
スタ増［１〕器ＴＡは、周知の３相の正弦波発生回路と
、アンプＡＭＰの振幅指令と３相正弦彼信号を乗算し３
相電流指令を出力する回路と、６相電流指令とモータの
実相電流との差分である６相交流信号を出力する差動ア
ンプと、差動アンプの出力をパルス幅変ｉ凋するパルス
幅変調回路と、インバータとで４７４成されており、パ
ルス幅変調回路の出力段にゲートを設け、サーボオフ信
号Ｓ　ＶＯＦでゲートを制御ずれは、サーボオフ信号５
ＶＯＦのオン期間中にパルス幅変調回路の出力はインバ
ータへ与えらｎないので、電流モータの励ｆ改ヲオフす
ることが出来る。

以上説明した様に１本発明によ、ｌｔは、−コニｌ１１
１１を回転せしめる生軸丑−夕の位１６）、を検出する
位Ｆｋ　４＊出器と、該位置検出器の位置検出１ＰＹ号
に応じた（ｊ勢＝出力を出力する位置制御回路と、該位
置ｆｔ１ｌＪ御回路の出力を速度指令としで該主軸モー
タζこ供給する速度制御回路と、該主軸モータ停止時に
該主軸を機織本体にロックするロック機１・ｉとを有し
、該偏差出力により該主軸モータを停止、保持するとと
もに該ロック機構により該主軸を機械本体にロックする
主軸モータ制御方式において、少なくとも核上＋ｌｑｌ
＋のロック期間の一部に誤速度制御回路をオフし、該主
１咄モータの励磁をオフする様にしているので、主軸が
ロック期間に強制的に外力により変化しても、これによ
り主軸モータに増巾さイ１．た犬Ｂ流が流イ９．ること
かなく主軸モータが無用に発熱することもなく、モータ
の損傷、劣化を防止しつるという効果を萎する。又、ロ
ック期間の間の主軸の１＋ｉｉｌ　％が蓄積することな
いから、ロック解除後主軸が急に振らイＬることがなく
、アーム等を主つ１１により打ｊ傷することもないとい
う効果も奏する。

尚、本発明を一実施例により説明したが、本発明の主旨
の範囲内で種々の変形が可能で１つ、こイｔらを・本発
明の範囲から排除するものではない。

【図面の簡単な説明】

４ｇ　１図は自動工具交換を説明するためのブロック図
、第２図は、従来０）主軸モータ開側１方式のブロック
図、第３国は梢２図構成の主軸機惜；Ｍｌ成図、２ｉ　
４１’ｌは本発明の一実施例ブロック図、第５図は第４
図、）ｊ￥成の動作説明図である。 図中、４′・・・主軸、４ａ・・・主軸モータ、４Ｃ・
・・位置検出器、４ｄ・・・速度制御回路、４ｇ・・・
位置Ｈｉｌｌ仰回路、４５・・・油圧シリンダ（ロック
ｉ！％　−ｉ？ｚ　）。 特許出願人　　ファナック株式会社 代理人　弁理士　　辻　　　　　買 外２名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）主’！Ｑｌｌを回転ぜしめる主軸モータの位置を
   検出する位置検出器と、該位置検出器の位置検出信号に
   応じた個差出力を出力する位置制御回路と、該位置利ｌ
   １１１回路の出力を速度指令として該主軸モータに供給
   する速度制御回路と、該主軸モータ停止時に該主軸を機
   械本体にロックするロック機構とを有し、該偏差出力に
   より該主刊１モータを停止、作詩するとともに該ロック
   機構により該主軸を１尖′乏械本体にロックする主軸モ
   ータ制御方式において、少なくとも該主軸のロック期間
   の一部に該速度制御回路をオフし、該主軸モータの励磁
   をオフすることを特徴とする主軸モータ制御方式。
2. （２）　　前記速ｊ・１制御１ｆ４１回路をオフすると
   ともに前記速度制御回路のアンプの積分器の動作をオフ
   することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   主軸モーフ１＋１］イｉ＋１１方式。