JPS6043266B2 - 電動機駆動制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電動機駆動制御方式に係り、特に数値制御工
作機械における工具の破損を防止することができる電動
機駆動制御方式に関する。

数値制御工作機械においては主軸用電動機により工具
を回転せしめると共に、送り軸用電動機によりワークを
工具に対し相対的に移動せしめ、該工具によりワークに
所定の切削加工を施す。

か）る数値制御工作機械においては工具が折損したり
刃こぼれする場合がある。この工具破損の状態を究明す
ると次の２つの状態が挙げられる。（１）負荷が重くな
つて刃先がワークに喰い込んだ ま）主軸用電動機が停
止し、工具をワークから 引き抜く際に折れる。（２）
断続切削の際に過負荷状態が継続して主軸用電動機が停
止に到るとき又は停止後工具を引き 抜くときに工具が
破損する。

即ち、負荷が重く なつたり軽くなつたりしながら断続
的に切削が 行われている場合においてある時点で刃先
がワークに喰い込み、この状態が所定時間以上継続する
と主軸用電動機は減速、停止に到るが、このとき数値制
御工作機械ではワークを工具に対し相対的に移動せしめ
る送り軸用モータが動いている。このため工具がワーク
に喰い込んだま）主軸用電動機が減速され、又は停止す
ることになり工具の破損を招来し、又減速、停止時に工
具が破損しなくても、停止後工具をワークから引き抜く
際に破損する。このように工具が破損すれば工具交換に
相当の時間を要し加工能率が低下するばかりか工具が無
駄となり不経済である。

従つて、本発明は過負荷による工具の破損を防止するこ
とを目的とする。

以下、本発明の実施例を図面に従つて詳細に説明する。

第１図は本発明に係る電動機制御方式を実現するための
回路ブロック図、第２図は同各部主要部の波形図である
。図中、１は三相交流電源、２はヒューズ、３は電磁接
触器よりなる開閉装置、４は後述するサイリスタの転流
時に生ずるノイズを吸収するＡＣリアクトル、５は正側
サイリスタ変換器、６は逆側サイリスタ変換器、７は主
軸用直流電動機（以後主軸モータという）、８は点弧制
御回路、９は主軸モータの回転速度に比例した電圧を発
生するタコジェネレータ、１０は電機子電流１ａを検出
するホール素子等の電流検出器、１１は実速度信号ＴＳ
Ａを出力する速度帰還回路、１２は電流検出器１０の出
力を処理し電機子電流１ａに応じた電圧．Ｖａを出力す
る電流帰還回路、１３は主軸モータ７の指令回転速度■
ＣＭＤを出力する速度指令回路、１４はベルト、１５は
機械主軸、１６は工具である。

正側サイリスタ変換器５及び逆側サイリスタ変４換器６
は共に６個のサイリスタＴｈｌ〜１１１６、Ｔｈ″１〜
Ｔｈ″６を有し、点弧制御回路８によりその点弧角を制
御される。

そして、正側サイリスタ５は三相交流電圧Ｖｕ■、Ｖｖ
ｗ．．Ｖｗｕを直流電圧に変換して正方向の電機子電流
１ａを主軸モータ７に与え・（順変換モードという）、
該モータを所定速度で正転せしめる。又逆側サイリスタ
変換器６は三相交流電圧を直流電圧に変換して負方向の
電機子電流１ａを主軸モータ７に流し（逆変換モード）
、該モータを所定速度で逆転せしめる。尚、主軸用モー
タの回転速度は各サイリスタの点弧角を制御して該モー
タに印加する電圧を変えることにより可変にできる。一
方、点弧制御回路８は指令速度ＶＣＭＤと実速度′ＶＳ
Ａとの偏差が零となるように点弧角を進み又は遅らせ所
定のタイミングで点弧パルスＩＰＰ又はＩＰＮを発生し
、サイリスタＴｈｌ〜Ｔｌｌ６又はｎ″１〜Ｔｈ″２を
点弧制御する。尚、点弧制御回路８は上述の速度制御の
メインループを構成Ｉすると共に、電機子電流１ａを入
力され該電機子電流が制限値を越えないようにするため
マイナループをも構成している。以上の制御により主軸
モータ７は所定の速度で回転し、ベルト（歯車機構であ
つてもよい）１４を機械主軸１５を駆動し、工具１６を
指令速度で回転せしめる。２１は数値制御装置（以後Ｎ
Ｃという）で紙テプ等図示しない入力手段から指令され
た加工指令に基いてパルス分配演算等を実行し、指令送
り速度Ｆに応じた周波数の分配パルスＸｐ，Ｘｐを出力
する。

２２は送り軸用電流電動機（送り軸モータという。

尚、この送り軸モータはステップモータ等でもよい）、
２３は分配パルスＸｐ，Ｘｐを入力されて送り軸モータ
２２を駆動制御するサーボ回路、２４はテーブル、２５
はテーブルに載置されたワーク、２６はテーブル駆動用
の送りネジである。テーブル２４（ワーク２５）は加工
指令に基いて、指令速度で且つ指令形状通り移動制御さ
れ、前記回転駆動されている工具１６によりワーク２５
に切削加工が施される。尚、以上は数値制御工作機械を
制御する従来の装置と同一部分である。３１は加減速状
態検出回路で、第３図ａに示すように速度指令ＶＣＭＤ
を微分回路３１ａと、微分回路３１ａの微分出力を増幅
する増幅回路３１ｂと、増幅回路３１ｂの出力振幅が所
定レベル以上の際に論理゜゛０゛となる加減速開始信号
・ＡＤＳを出力する伴別回路３１ｃと、加減速開始信号
・ＡＤＳが“゜０゛になつてから一定時間、加減速状態
信号・ＡＤＣを゜゜０゛にするタイマ３１ｄとを有して
いる。

尚、判別回路３１ｃは２つの比較器３「Ｃ，３ｌ″ｃを
有し、比較器３「ｃにより速度指令ＶＣＭＤの正方向変
化分の大きさを判別し、比較器３１″Ｃにより速度指令
ＶＣＭＤの負方向変化分の大きさを判別する。又、加減
速状態検出回路３１の各部波形を第３図ｂに示している
。３２は絶対値回路で電機子電流１ａの絶対値を出力す
る。

３３は第１の比較器で、主軸モータ７の９０％負荷時に
流れる電機子電流１ａに対応する電圧．値Ｖｒｌと絶対
値回路３２の出力電圧（電機子電流１ａに比例している
）とを比較し、１ａ≧１ａ１であれば゜“１゛となる信
号Ｃ９Ｏを出力する。

３４は第２の比較器で、主軸モータ７の９８％負荷時に
流れる電機子電流１ａ２に対応する電圧値Ｖｒ２と絶対
値回路３２の出力電圧とを比較し、１ａ≧１ａ２のとき
４“１゛となる信号Ｃ９８を出力する。

３５，３６はそれぞれタイマであり、タイマ３５は、信
号Ｃ９Ｏが゜゜１゛となればその出力信号Ｔ９Ｏを直ち
に゜“０゛にし、Ｃ９Ｏ＝゜゜１゛が所定時間（＝ｔ１
）継続すれは該時間後に出力信号Ｔ９Ｏを゜“１゛にす
る。

タイマ３６は信号Ｃ９８が“１゛となればその出力信号
Ｔ９８を直ちに゜゜０゛にし、Ｃ９８＝゜゜１゛が所定
時間（＝し〈ｔ１）継続すれば該時間後に出力信号Ｔ９
８を“１゛にする。３７，３８はそれぞれナンドゲート
、３９，４０はそれぞれラッチ回路で初期時イニシャル
クリア信号１ＮＣＬにより初期状態にリセットされてい
る。

４１，４２はリレー回路で対応する各ラッチ回路３９，
４０がセットされた時に動作し、それぞれ送り軸モータ
２２の回転を１１ｎ（ｎは正数、たとえば２）に減速せ
しめる減速指令ＤＥＣ及び停止指令Ｓ′ＩＰを出力する
。

・ＡＤＣが゜“１゛の時（主軸モータ７が加減速状態で
ない時）に、過負荷状態になると（工具１６にか）る負
荷が大きくなると）、主軸モータ７の実速度ＴＳＡが減
小すると共に、電機子電流１ａが増大する。

そして、時刻ｔ１（第２図参照）において、該電機子電
流１ａは９０％負荷に対応する第１の設定電流値１ａ１
を越える。これにより第１の比較器３３の出力信号Ｃ９
Ｏが゜“１゛となり、タイマ３５の出力信号Ｔ９Ｏは“
０゛となる。Ｃ９Ｏ＝゛゜１゛が所定時間ｔ１たとえば
２００ｎ１ｓｅ継続すればタイマ３５はその出力信号Ｔ
９Ｏを“゜０゛から゜“１゛にする。この結果、ナンド
ゲート３７の出力は初めて゜“０゛となり、ラッチ回路
３９に記憶され、リレー回路４１内蔵のリレーが動作す
る。これにより減速指令ＤＥＣが送り軸モータ２２のサ
ーボ回路２３に入力され、送り速度は１１ｎに減速され
る。又、同様に電機子電流１ａが第２の設定電流値１ａ
２を所定時間（＝Ｔ２）連続して越えれば第２の比較器
３４、タイマ３６、ナンドゲート３８、ランチ回路４０
、リレー回路４２を介して停止指令ＳＴＰがサーボ回路
２３に入力され、送り軸モータ２２の回転は停止せしめ
られる。

尚、上記実施例では減速指令ＤＥＣｌ停止指令ＳＴＰは
共にサーボ回路２３に入力されているが、ＮＣ２ｌに入
力してパルス分配演算速度を１１ｎまたは零にしてもよ
い。一方、ＡＤＣ＝“０゛（加減速状態時）に電機子電
流１ａが第１、第２の設定電流値を所定時間越えてもナ
ンドゲート３７，３８の出力は常に゜゛１゛であり、ラ
ッチ３９，４０の状態は変化せず減速指令ＤＥＣ、停止
指令ＳＴＰは出力されない。第４図はタイマ３５，３６
の実施例であり、Ｎｌ，Ｎ３はノットゲート、ＮＲはノ
アゲート、Ｔｒはトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ３はダイオー
ド、ＴＩＭは市販のタイマー回路（シグネチツクス社製
ＮＥ５５５）である。電機子電流１ａが９０％負荷に対
応する設定電流値１ａ１以下のとき比較器３３の出力信
号Ｃ９Ｏは“０゛であり、ノアゲートＮＲの出力ぱ“０
゛となり、トランジスタＴｒはオフしている。

このため、コンデンサＣには抵抗Ｒを介して電荷が充電
されており、タイマ３５の出力信号Ｔ９Ｏぱ゜１゛にな
一つている。この状態において１ａ＞１ａ１となればＣ
９Ｏが“１゛となり、ノアゲートＮＲの出力が６゜ｒ′
となりトランジスタＴｒがオンし、トランジノスタＴｒ
を介して充電電荷が直ちに放電され出力信号Ｔ９Ｏは“
゜０゛となる。Ｔ９Ｏが“０゛となれば、ノアゲートＮ
Ｒの出力ぱ゛Ｏ゛となりトランジスタＴｒはオフし、再
びコンデンサＣには抵抗Ｒを介して時定数ＲＣで電荷が
充電され、設定７時間たとえば２００ｒｒ１ＳｅＣ後に
コンデンサＣへの充電が完了し、Ｔ９Ｏが゜“１゛とな
る。そして、このときＣ９Ｏがまだ゛゜１゛（１ａ＞１
ａ１）であればナンドゲート３７の出力が゛゜０゛とな
る。尚、これらタイマ３５，３６に設定される時間Ｔｌ
，ｔ２は工具の材質、破損状況等を検討することにより
最適に決定されるべきである。

というのはこの設定時間が短かすぎれば加工能率を低下
し、逆に長すぎれば工具破損を招来するからである。又
、断続負荷の加工時または周速一定制御における加工時
にそれぞれ第５図Ａ，ｂに示す如く電機子電流１ａが第
１、第２の設定電流値１ａ，Ｉａ２を瞬間的に越えるこ
とがある。この１ａ１，Ｉａ２を越えている時間は断続
負荷加工時においては２００ｍｓｅｃ以下、周速一定制
御のもとで加工時においては３００ｒｒ１ｓｅｃ以下で
ある。しかし、この場合には工具が破損することはない
。従つて、Ｔｌ，ｔ２の決定に際してはこれらの点も考
慮すべきである。以上、本発明によれば過負荷になつた
ことを電機子電流を監視することにより検出すると共に
、該過負荷状態が所定時間以上継続したことを検出する
ことにより、主軸用モータの速度が著しく低下又は停止
する前に送り軸用モータを減速、停止せしめ、即ち切削
能力がまだ残つている時点で送り軸用モータを減速又は
停止せしめ、工具にか）る切削負荷を軽減したため、工
具のワークへの食い込みが除去され、工具引き抜き時又
は主軸用モータの減速、停止時における工具の破損を防
止できる。

又、工具破損がなくなつたため加工能率を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電動機制御方式を実現するための
回路ブロック図、第２図は同各主要部の波形図、第３図
は加減速状態検出回路の説明図であり、同図ａは回路図
、同図ｂは各部波形図、第４図はタイマの実施例説明図
、第５図Ａ，ｂはそれぞれ断続負荷時及び周速一定制御
時の電機子電流の波形図である。 ５・・・・・・正側サイリスタ変換器、６・・・・・・
逆側サイリスタ変換器、７・・・・・・主軸用直流電動
機、８・・・・点弧制御回路、１０・・・・・・電機子
電流検出器、１６・・・・・工具、２１・・・・・・Ｎ
Ｃｌ２２・・・・・送り軸用直流電動機、２３・・・・
・・サーボ回路、２５・・・・・・ワーク、３１・・・
・・・加減速状態検出回路、３３，３４・・・・・・比
較器、３５，３６・・・・・・タイマ、３７，３８・・
・・・・ナンドゲート、３９，４０・・・・・・ラッチ
回路、４１，４２・・・・・リレー回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主軸用電動機を駆動して工具を回転せしめると共に
   、送り軸用電動機を駆動してワークを工具に対し相対的
   に移動せしめ、ワークに所定の切削加工を施す数値制御
   工作機械における電動機駆動制御方式において、主軸電
   動機の電機子電流を検出する手段と、前記電機子電流が
   所定時間以上連続して予め設定した電流値を越えたこと
   を検出する検出手段と、主軸電動機の加減速状態を検出
   する手段とを有し、主軸電動機が加減状態でない場合に
   おいて電機子電流が所定時間以上連続して前記設定電流
   値を越えた際に、送り軸用電動機の回転を減速又は停止
   せしめることを特徴とする電動機駆動制御方式。 ２ 前記加減速状態検出手段は主軸用電動機の回転速度
   指令を微分する微分回路と、微分回路の出力信号振幅が
   所定レベル以上か否かを判別する判別回路と、前記出力
   信号振幅が所定レベル以上になつてから一定時間加減速
   状態信号を出力するタイマとを有していることを特徴と
   する特許請求範囲第１項記載の電動機駆動制御方式。 ３ 前記設定電流値として少なくとも第１、第２の設定
   電流値を設定すると共に、第１、第２の設定電流値に対
   応して第１、第２の時間を設定し、電機子電流が第１の
   設定電流値を第１の時間以上連続して越えた際に送り軸
   用電動機の回転を所定速度迄減速せしめ、電機子電流が
   第２の設定電流値を第２の時間以上連続して越えた際に
   送り軸用電動機の回転を停止せしめることを特徴とする
   特許請求範囲第１項又は第２項記載の電動機駆動制御方
   式。