JPS62228345A - 交流モ−タの制御回路 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、数種の機械加工を自動的に行なうことができ
るマシニングセンタの工具交換機構における、リジッド
タップ加工と重切削加工とを行なう交流モータ制御回路
に関する。

（従来の技術） 輪郭制御によるフライス削り、各種の固定サイクルによ
る穴開けやタッピングなどができるマシニングセンタが
開発され、多くの工場で使用されるようになった。この
マシニングセンタによるタッピング動作は、スピンドル
にタッパを！ＩｔＭした後、Ｚ軸の送りモータを動作さ
せて被切削材にあけられた穴の入口にタッパの先端を近
づけ、スピンドルを回転させながら、Ｚ軸の送りモータ
を引続いて動作させてタッパを穴の中に切り込ませて穴
の内面にねじを切る。所定長だけねじ切りしたところで
スピンドルを逆回転させるとともに２軸の送りモータを
逆回転させてタッパを抜き去る。

ところで、従来のマシニングセンタによるタッピング動
作は、スピンドルモータと２軸の送りモータとを関連付
けて制御しておらず、たとえばスピンドルの回転数に応
じてｚ軸の送りモータの回転数を決めるというように各
々独立して速度制御していた。このため、（１）ｚ軸の
送すモータ停止後スピンドルモータが減速停止するまで
タッパのねじ切りが続けられてタッパが伸びる。

（２）実際のスピンドルモータの回転数が設定回転数と
誤差分があるために突込み時に伸び、引上げ時に縮む、
（３）スピンドルモータが、減速または停止中に２軸の
送りモータが逆転してタッパを逆方向に引張り、タッパ
が伸びる。（４）スピンドルモータが逆転加速中に２軸
の送りモータが逆転していてター２バを逆方向に引張る
ことによりタッパが伸びる、という不都合が生じる場合
があって、ネジ山をいためたりネジの寸法精度を悪くす
る原因になっていた。また、タッパに無理な力が加わる
ため、高価なタッパを被損させるような不都合も生じて
いた。

このため、次のようにタッピング動作を行なう制御装置
が開発されている。即ち、 タッピング加工を行なう際、第３図に示すように、テー
ブル１がタッピング動作時に被切削材２を押し上げ、ま
た切削が終了したとき被切削材２を引き下す速度すわな
ち２軸方向の送り速度をｆｍ　［ｍｍ／　ｍ　ｉ　ｎ］
　、主軸の回転速度すなわちタップ３の回転速度をＮｓ
［ｒｐｍ］、ねじ４のピッチをＰとすれば、これらの間
に、 ｆｍ＝ＮｓｓＰ　　　　　　　　　　　−（１）という
関係が常に得られれば、タップ３は伸び縮みせずに穴５
の中にねじを切りながら押し進み、タップ３が逆転した
ときにも同様に伸び縮みせずに引き抜かれるわけである
。そこで、タッピング動作を行なうに当り、まずタップ
の深さｄｔとピッチＰからター２プ３が切削を開始して
から終了するまでの回転口ａＮを割り出しく　Ｎ＝　ｄ
ｔ　）、かつ全切削長文を下式により算出する。

πＸｄＸＮ＝見（ｄ：タップ直径）　・・・（２）一方
、タッピング加工時、タップの回転速度Ｎｓはいくらで
も上げられるというものではなく、タップの硬さや被切
削材の材質により切削速度Ｖｅというものが決められて
おり、ちなみに通常の止め穴のタッピング時の切削速度
は８　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎ以下、軽金属の被切削材でタ
ップが超硬の場合の切削速度は２５ｍ／ｍ１１１以下で
ある。そして、この切削速度により切削時間Ｔを下記（
３）式より得る。

Ｔ＝見／　Ｖ　ｅ　　　　　　　　　　　　　・・・（
３）この（３）式の交に（２）式を代入し、Ｎ／Ｔ＝Ｎ
ｓのＴに（３）式を代入して、下式によりＮＳを得る。

Ｎ５＝＝　　−■＝　　　　　　　　　　　・・・（４
）几・ｄ このようにして、タップの回転速度Ｎｓを得た後、（１
）式より２軸方向の送り速度ｆｍを回転速度Ｎｓに同期
せしめてタッピング動作を行なうものである。

第４図は、タッピング動作を行なうにあたり、Ｚ軸方向
の送り速度ｆｍと回転速度Ｎｓを上記（１）式により関
係付けるための制御装置のブロック図である０図におい
て、交流スピンドルモータ１３の出力軸１４は、連結装
置１１を介して、タップ３を先端に取付けた主軸１０と
連結されており、タップ３の位置は、ポジションコータ
１２により検出される。また、テーブル１は、テーブル
駆動用交流モータ２２と連結され、送り速度ｆｍでＺ軸
方向に駆動される。

次に、この制御装置の作用について説明する。

切換装置１８の接点をａ側に接続してスピンドル位は制
御モードに設定すると、加ニブログラム１５により、Ｎ
Ｃ装置１６が動作して位置制御指令をスピンドル位置制
御回路１７に送出する。スピンドル位置制御回路１７に
は、主軸ｌＯの位置を検出するポジションコータ１２の
検出信号が入力され、両者の偏差信号がスピンドルサー
ボ回路１９に与えられる。交流スピンドルモータ１３は
、スピンドルサーボ回路１９からの出力信号によりデジ
タル制御される。即ち、ベクトル制御により駆動される
。一方、ＮＣ制御装置１６からの出力信号は、２軸位置
制御回路２０に送入され、２軸位置制御回路２０は、テ
ーブル駆動用交流モータ２２の位置を検出するパルス発
生器２３からの出力信号と、ＮＣ制御装置１６からの指
令信号とを比較して、誤差信号を２軸サ一ボ回路２１に
印加する。テーブル駆動用交流モータ２２は、２軸サ一
ボ回路２１からの出力信号によりデジタル制御される。

このとき、交流スピンドルモータと、テーブル駆動用モ
ータは、ＮＣ制御装置からの指令信号により、同期して
駆動される。

次に、交流スピンドルモータを、スピンドルサーボ回路
によりデジタル制御する際の特性について説明する。簡
単のため、第５図のような制御回路により、交流スピン
ドルモータＭ、を制御するものとする０図において、パ
ワー回路Ａは三相交流電源に接続され、交流スピンドル
モータＭ１を制御する。交流スピンドルモータＭｌの位
置信号は、パルス発生器ＰＧにより検出されてデジタル
制御回路Ｂに入力される。また、モータ電流はＣＴによ
り検出されて該制御回路に入力され、制御回路は、制御
信号と、モータの位置信号及び電流値により所定の指令
信号を形成し、パワー回路を駆動してモータをデジタル
制御する。このようなデジタルスピンドルアンプを用い
た応答特性は、第６図のように示される。即ち、ステッ
プ状の速度指令に対して、従来形のアンプ（ロ）は、破
線のような特性であり、実線で示したデジタルスピンド
ルアンプ（イ）を用いた場合に比較して、指令信号に対
する応答特性は、立上り、立下りとも遅れている。即ち
、時刻ｔ１で速度指令信号が与えられると、（イ）は時
刻Ｌ２で一定速度に達するか、（ロ）は時刻ｔ５で定速
となり、また、時刻ｔ５で速度指令信号がＯになると、
（イ）は時刻ｔ５で、（ロ）は時刻上６で速度が０にな
っている。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来のリジッドタップ加工は、交流スピン
ドルモータにより駆動される主軸の先端に取り付けたタ
ップを、交流スピンドルモータのデジタル制御により駆
動して、即ち、デジタルスピンドルアンプを用いたベク
トル制御により主軸を駆動してリジッドタップ加工を実
施していた。

このような、交流モータをベクトル制御により駆動する
方式においては、高精度、高安定度に該モータを制御で
き、タップ加工等の精密加工を行なう上で得られる効果
は大きい、しかしながら、交流モータで駆動される主軸
には、タップ加工の他にも種々の工具が取付けれて所定
の加工が行なわれる場合がある０例えば切削刃を取付け
て重切削を行なう等の加工を必要とする場合があるが、
このような重切削加工を行なう際には、交流モータをベ
クトル制御により駆動すると、必要トルクが得られず、
交流モータの用途が制約されるという問題があった。そ
こで、本発明は、ベクトル制御と弱め界磁制御とを併用
する交流モータの制御回路を提供して、ＮＣ工作機械の
付加価値を高めることを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ＮＣ工作機械のスピンドル駆動用交流モータ
と、テーブル送り用交流モータとを具備し、該スピンド
ルによる。切削加工時には、前記スピンドル駆動用交流
モータを弱め界磁により制御し、タップ加工時には、ス
ピンドルとテーブルとを同期送り制御するように、上記
二つの交流モータをベクトル制御により制御する制御装
置を　　′設けたことを特徴とする、交流モータの制御
回路、を提供することにより、前記した従来技術の問題
点を解消するものである。

（作用） 本発明は、ＮＣ工作機械の主軸用交流スピンドルモータ
に対して、弱め界磁制御と、ベクトル制御とを切換えて
制御する制御装置を設けているので、スピンドルに取付
ける工具に応じて重切削加工と、タッピング加工とを１
台のモータにより制御でき、ＮＣ工作機械の利用範囲が
拡張され、付加価値を高めることができる。

（実施例） 以下１図により本発明の実施例について説明する。第１
図は、本発明の回路図である０図において、ａは例えば
ＮＣｇＩ御装置等の制御信号発生回路であり、速度指令
電圧と同期指令信号とを出力する。ｂは交流スピンドル
モータ制御回路、Ｃは交流スピンドルモータ、ｄはパル
ス発生器、ｅはポジションコーダ回路、ｆはテーブル駆
動用交流モータｈの位ｆｉ　ｆｌＪＩ御回路１ｇは交流
サーボアンプ、ｉはパルス発生器である。交流スピンド
ルモータ制御回路すは、切換装置ｊ、速度指令電圧発生
回路ｋ、交流スピンドルアンプ交５位置制御回路ｍによ
り構成される０次に、この回路の動作について説明する
。切換装置ｊの接点を■側に投入すると、交流スピンド
ルモータ制御回路すは速度制御モードに設定され、交流
スピンドルモータＣは、パルス発生器ｄのフィードバー
ｌり信号と、制御信号発生回路ａかもの指令電圧により
、所定の′ａ度制御が行なわれる。切換＊ｌｊの接点を
■側に投入すると、交流スピンドルモータ制御回路すは
位置制御モードに設定され、ボジシ、ンコーダ回路ｅか
らの信号が位置制御回路ｍにフィードバックされ、制御
信号発生回路ａからの同期指令信号と比較されて、その
偏差信号により交流スピンドルモータＣは所定の位置制
御が行なわれる。

このとき、テーブル駆動用交流モータｈにも、スピンド
ルモータの位こル１ｇ４信号と同様の同期指令信号が与
えられ、スピンドルモータと同期した位置制御が行なわ
れる。このような同期制御が必要な場合には、外部信号
により、アンプの電流ループ及び速度ループのゲインを
変える。制御信号発生回路ａには、外部からの入力信号
がとり込まれるように構成されており、この入力信号は
。

例えばＴａＰ＝０とＴａＰ＝１のように設定される。Ｔ
ａＰ＝０の入力信号は、スピンドルに切削刃を取付けて
重切削加工を行なう場合の入力信号であり、交流スピン
ドルモータ、ＴｊＪＷ回路すは１弱め界磁制御により交
流スピンドルモータＣを制御する。このときの特性は第
２図に示すように。

モータ端子電圧をほぼ一定として励磁電流をＩｆ１〜Ｉ
ｆ９のように変化させ、トルク１を流を変えるものであ
り、所定の重切削加工を行なう、ＴａＰ−１の入力信号
は、スピンドルにタップを取付けてリジッドタップ加工
を行なう場合の入力信号であり、交流スピンドルモータ
制ｍ回路すは、ベクトル制御により交流スピンドルモー
タＣとテーブル駆動用交流モータｈの制御を行なう、こ
のようにして、スピンドルに取付けられる工具と機械加
工の種類に応じて交流スピンドルモータのａｍを、ベク
トル制御と弱め界磁制御とに切替え、加工処理に対する
最適の特性が得られるようにしている。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明によればＮＣ制御工作機械
の主軸用交流スピンドルモータに対して、重切削用の弱
め界磁による制′Ｓ機能（速度制Ｗ）と、スピンドル及
びテーブルの同期送りによるリジッドタップ加工用のベ
クトル制御ＩＩａ能（１ｎ統位ｎ制御、速度制御）とを
付与することができ、交流スピンドルモータを用いた加
工処理が拡張され、ＮＣ制御工作機械の付加価値が増大
するという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回路図、第２図は特性図、第路図、第
６図は特性図である。 ａ・・・制御信号発生回路、ｂ・・・交流スピンドルモ
ータ制御回路、Ｃ・・・交流スピンドルモータ、ｄ・・
・パルス発生器１　ｅ・・・ポジシ、ンコーダ回路、ｆ
・・・位ご制御回路１ｇ・・・交流サーボアンプ、ｈ・
・・テーブル駆動用交流モータ、ｉ・・・パルス発生器
。 ｊ・・・切換装置、ｋ・・・速度指令電圧発生回路、見
・・・交流スピンドルアンプ。 特許出願人　　ファナック株式会社 代　　理　　人　　　弁理士　　辻　　　　　實第３図 第２図 Ｆｆｈ碩電流 電流図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＮＣ工作機械のスピンドル駆動用交流モータと、
   テーブル送り用交流モータとを具備し、該スピンドルに
   よる、切削加工時には、前記スピンドル駆動用交流モー
   タを弱め界磁により制御し、リジッドタップ加工時には
   、スピンドルとテーブルとを同期送り制御するように、
   上記二つの交流モータをベクトル制御により制御する制
   御装置を設けたことを特徴とする、交流モータの制御回
   路。
2. （２）上記スピンドル制御用交流モータは、スピンドル
   の速度制御回路と、リジッドタップ加工時の連続位置制
   御回路とにより制御され、該速度制御回路と連続位置制
   御回路とを切換え接続する切換え装置を設けたことを特
   徴とする、特許請求の範囲第（１）項に記載の交流モー
   タの制御回路。