JPS63200904A - Spindle head balancing device - Google Patents

Spindle head balancing device

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JPS63200904A
JPS63200904A JP3068387A JP3068387A JPS63200904A JP S63200904 A JPS63200904 A JP S63200904A JP 3068387 A JP3068387 A JP 3068387A JP 3068387 A JP3068387 A JP 3068387A JP S63200904 A JPS63200904 A JP S63200904A
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spindle head
drive motor
load
output
switching element
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Toshio Moro
俊夫 毛呂
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    • B23Q11/00Accessories 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
    • B23Q11/001Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine
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    • B23Q5/00Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
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    • B23Q5/26Fluid-pressure drives

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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

PURPOSE:To position an acting point at a neutral point constantly so as to prevent reduction of a resonance number by adjusting balance force relative to change of weight of a spindle head corresponding to the output of an error counter by means of a switching element which is energized only when the head is stopped. CONSTITUTION:If a position command value is zero when a spindle head 1 is stopped, a reversing torque acts on a ball spring 7 because of suspension by a load W, and the spindle head 1 descends until it balances with the output torque of a drive motor 8, where a position deflection quantity DELTAZ is produced, detected by a linear scale 25, and fed back to an error counter 26, so an error output signal is amplified to act on the drive motor 8 as a voltage. The deflection quantity DELTAZ is transmitted to a hold circuit 30 to be an input control voltage to an electropneumatic pressure converter 31, and an air pressure in proportion to the input acts on a diaphragm 24a to adjust pressure from a compressor 22 and act on a piston 18 to produce a balance force F. Therefore the spindle head 1 moves upward, and the deflection quantity DELTAZ is reduced, and when it becomes zero, a switching element 28 gets off.

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a device for controlling the weight balance of a spindle head in a machine tool, electrical discharge machining device, or other similar processing machine.

[従来の技術] 従来、例えば金型製作用の立形ヘッ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
バランスウェイト方式がとられている。バランスウェイ
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
を設定し主軸ヘッ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ットがあることである。
[Prior Art] Conventionally, in the case of a machine tool having a vertical head for mold making, for example, in order to reduce the load current of its drive unit, for example, a DC motor unit, a machine tool as shown in FIG. 4 is generally used. A balance weight method is used. The balance weight system has two main effects: one is that it can reduce the load current of the drive motor, which suppresses thermal expansion of the ball screw, etc. due to heat generated by the motor, and the other is that it reduces the neutral point of the control range of the drive amplifier. This is an improvement effect on the drive unit side, such as the ability to set the operating point under load nearby and improve the controllability of the spindle head. The other one is that the load on the ball screw and its bearings can be reduced, which can improve the lifespan, and the mechanical design (shape, size, etc.)
This has design advantages such as ease of use.

次にこれらの点について説明する。Next, these points will be explained.

第4図において、1は主軸ヘッド、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。この主軸ヘッド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、主軸ヘッド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ッド1を上
下動させるようになっている。この場合において、主軸
ヘッド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ェイト9がワイヤロープまたは
チェーン10と複数個の滑車11を介して主軸ヘッド1
に連結されている。バランスウェイト9の重量は通常、
主軸ヘッド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。
In Fig. 4, 1 is the spindle head, 2 is the spindle, 3a is the processing tool attached to the lower end of the spindle 2, which is the most frequently used average tool, and 3b is the tool with the maximum usable weight. The case is shown below. This spindle head 1 is mounted on the side surface of a column 4 via a slide bearing 5 so as to be able to slide up and down, and is attached to a nut member 6 protruding from the side surface of the spindle head 1.
A ball screw 7 is screwed into the shaft, and the ball screw 7 is rotated by a drive motor 8 such as a DC motor to move the spindle head 1 up and down. In this case, in order to balance the weight of the spindle head 1, a balance weight 9 is attached to the spindle head 1 via a wire rope or chain 10 and a plurality of pulleys 11 on the opposite side of the ball screw 7.
is connected to. The weight of balance weight 9 is usually
It is set to a value that is the sum of the loads of the spindle head 1 and the most frequently used average tool 3a.

しかして、主軸ヘッド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。
Therefore, the position control of the spindle head 1 is achieved by connecting the rotary encoder 12 to the ball screw 7, inputting the rotation angle number of the ball screw 7 detected by the rotary encoder 12 to the preamplifier 13, and calculating the deviation from the command value. This is done by amplifying the amount by the drive amplifying section 14 and applying the output to the drive motor 8 as a control voltage.

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V(kgf)であったものが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ィードバックされて
増幅されるため、駆動増幅部14の動作点が負荷電流I
 へ移っ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。
By the way, if the load on the tool 3a changes more than the initially set load, for example, since non-rotating machining is generally performed on electrodes of electrical discharge machining equipment, the load may change from several hundred gf to several hundred kgf per electrode. In such cases, even if the position command value is zero, the drive motor 8
The suspended load was initially V (kgf) but became W'
(kgf), the position deviation is detected by the rotary encoder 12 and fed back and amplified, so the operating point of the drive amplifier 14 is set to the load current I
It will move to and stop. This can be expressed by the following equation.

VoK   φ K    ・ ΔZ A   D/A ただし、W′ :実負荷(懸垂荷重) T:駆動モータの出力トルク P :ボールネジのリード ■o: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 K  :ディジタル/アナログ変換率 D/A 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、主軸ヘッド1の停止時、ロータリエンコーダ
12からのフィードバック信号がゼロとなり、見かけ上
動作意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。
VoK φ K ・ΔZ A D/A However, W': Actual load (suspended load) T: Drive motor output torque P: Ball screw lead O: Drive motor applied voltage R: Armature resistance KT: Torque constant KA: AMP amplification coefficient K: Digital/analog conversion rate D/A ΔZ: Position deviation amount This position deviation amount ΔZ is proportional to the suspended load W' from the above equation, so the load operating point of the drive amplifier 14 is lower than the neutral point. This results in a large deviation and bias in the control range. This results in the disadvantage that stable control cannot be obtained. As a countermeasure against this, a bias current adjustment section 13a is provided in the preamplification section 13.
A bias current is applied to the drive motor 8 so that when the spindle head 1 is stopped, the feedback signal from the rotary encoder 12 becomes zero and the operating force appears to be at a neutral point. However, even in this case, current will always flow through the drive motor 8. For example, if the load current is close to the motor's rated value, an overload will occur during machining, causing problems such as burnout of the motor coil and abnormal heat generation. This will induce

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+あるいは一
城へ動作点が移動し、前記の説明の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。
When the tool weight changes greatly in this way, the bias current is set by assuming the midpoint between the minimum tool load and the maximum tool load in the design, so during actual use the operating point moves to + or Ichijo. As described above, a point away from the neutral point of the control range of the drive amplifying section becomes the operating neutral point under load.

次に、主軸ヘッド1に駆動モータ8により上下送りする
懸垂荷重W′眩と同等のバランスウェイト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、上下運動時に作用す
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ッド1とバランスウ
ェイト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。
Next, if a balance weight 9 equivalent to a suspended load W' which is sent up and down by a drive motor 8 is connected to the spindle head 1 with a wire rope 10 and suspended, a ball screw 7 and a bearing part (see Fig. (not shown) is extremely light, and the only resistance that acts during vertical movement is the sliding resistance of the bearing section and the slide bearing 5. Therefore, the size of the ball screw 7 and the load capacity of the bearings can be reduced, or the lifespan can be extended. However, in this case as well, a relative load difference occurs between the spindle head 1 and the balance weight 9 between the minimum tool load and the maximum tool load, and the ball screw 7
A downward or upward thrust load will act on this, and therefore, the maximum unbalanced load will be the design reference value.

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ッドは位置決めや
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宮に一定に保持す
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、主軸ヘッ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
ヘッ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とバランスウェイト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、ノ(ランスウェイトの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
約1/、/=7と低下するためである。
By the way, in the main spindle head of a general machine tool, constant feed is the main operating mode during machining, and even in setup work such as positioning, constant speed feed is basic, although there are high and low speeds. However, in addition to constant-speed feed during positioning and setup work, the spindle head of electrical discharge machining equipment has a function called a "pole gap servo" that maintains a constant discharge gap between the workpiece and the tool during machining. The response of the inter-servo servo greatly affects machining performance. This means that when the tool and workpiece are short-circuited, they must be quickly separated to return to a normal gap, and when the gap is in the so-called open state, it is necessary to rapidly approach them. The machining performance (speed) can be improved by improving the responsiveness of the drive system of the spindle head and increasing the machining efficiency in response to these ever-changing changes in the gap. When the spindle head repeatedly moves up and down due to relative approach and separation within a very short gap like this, it is affected by the mechanical resonance of the first mode set by the wire rope 10 and the balance weight 9, and the response is improvement will be limited. As a practical matter, this response needs to be in the range of several Hz to several tens of Hz in the case of electric discharge machining, but the primary resonance frequency of the run weight also often falls within this range. In many cases, it is difficult to increase the size of the pulley 11 and increase the primary resonance frequency due to the size of the pulley 11, the radius of curvature, etc. This is because although the load is close to zero, in the vibration system, the mechanical resonance frequency decreases to about 1/, /=7 due to the increase in mass, as shown in the following equation.

ただし、K:機械剛性 g:重力加速度 W′ :懸垂荷重 WB :バランスウェイトの重量 [発明が解決しようとする問題点1 以上のように、従来の主軸ヘッドのバランスウェイト方
式には次のような問題点を有することになる。
However, K: mechanical rigidity g: gravitational acceleration W': suspension load WB: weight of balance weight [Problem to be solved by the invention 1 As described above, the conventional balance weight system for spindle heads has the following problems. There will be problems.

■ 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。
■ If the weight of the tool or electrode changes, the control neutral point of the drive amplification section will fluctuate significantly, making it impossible to obtain stable control characteristics.

■ 駆動系としてみるとバランスウェイトの質量分だけ
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。
■ When viewed as a drive system, the mass increases by the mass of the balance weight, which affects the mechanical resonance frequency, and there is a limit to the improvement of response.

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、従来のようなウェ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ッドのバランス
装置を得ることを目的とする。
The present invention was made to solve these conventional problems, and uses a balance method using mechanical force instead of the conventional balance method using weights, and the weight of the machining tool (including electrodes; the same applies hereinafter). It is an object of the present invention to provide a balance device for a spindle head that can automatically adjust balance force according to changes.

[問題点を解決するための手段] 本発明に係る主軸ヘッドバランス装置は、従来のバラン
スウェイトに代えて流体圧シリンダ装置を用い、該シリ
ンダ装置のピストンと主軸ヘッドとを閉ループを形成す
るワイヤロープで連結し、シリンダ装置には供給圧力を
制御する制御弁を設け、主軸ヘッドの位置はその位置検
出器からの検出値と指令値とを減算する誤差カウンタの
出力に基づいて該主軸ヘッドの駆動モータを制御するよ
うに構成し、さらに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を設け、該スイッチ
ング素子を介して前記誤差カウンタ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
路を設けてなるものである。
[Means for Solving the Problems] The spindle head balance device according to the present invention uses a fluid pressure cylinder device instead of a conventional balance weight, and a wire rope that connects the piston of the cylinder device and the spindle head to form a closed loop. The cylinder device is equipped with a control valve that controls the supply pressure, and the position of the spindle head is determined based on the output of an error counter that subtracts the detected value from the position detector and the command value. A switching element is configured to control the motor and is conductive only when the spindle head is stopped, and the pressure is controlled to the control valve via the switching element in accordance with the output of the error counter. It is equipped with a hold circuit that operates as follows.

[作 用] 本発明による主軸ヘッドバランス装置では、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
により誤差カウンタ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するように構成したので、主軸ヘ
ッドの重量変化に対し制御弁を通じてシリンダ装置の供
給圧力を調節するため、主軸ヘッドの動作点は常に駆動
制御部の中立点となる。
[Function] In the spindle head balance device according to the present invention, the hold circuit is configured to control the pressure of the cylinder device according to the output of the error counter using a switching element that becomes conductive only when the spindle head is stopped. Since the supply pressure of the cylinder device is adjusted through the control valve in response to changes in the weight of the spindle head, the operating point of the spindle head is always the neutral point of the drive control section.

[実施例] 以下、本発明の一実施例を図により説明する。[Example] Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の実施例の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention.

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。
In the figures, the same reference numerals as in FIG. 4 indicate the same or corresponding parts.

この実施例では、前記のバランスウェイトに代えてエア
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
ロッド19゜20が連接され、これらロッド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
ッド1のナツト部材6に連結して閉ループを形成せしめ
る。
This embodiment shows an example in which an air cylinder device 16 is used in place of the balance weight described above. The cylinder 17 of this air cylinder device 16 has one end open to the atmosphere and is firmly fixed to the column 4. Rods 19 and 20 are connected to the piston 18 which is slidably fitted into the cylinder 17.
Each end of the wire rope 10 is connected to each end of the wire rope 10, and the other end of the wire rope 10 is connected to the nut member 6 of the spindle head 1 via a plurality of pulleys 11 to form a closed loop.

シリンダ装置16のコンプレッサ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。
A diaphragm control valve 24 for controlling the pressure P (MPa) in the cylinder 17 is connected to a pneumatic system whose supply source is the compressor 22 of the cylinder device 16 .

つまり、シリンダ17内の圧力Pはダイヤフラム制御弁
24の出力圧として制御され、その出力は、 F−P争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は主軸ヘッド1と加工
工具3aの合計荷重Wと一致させる。したがって、主軸
ヘッド1の駆動モータ8には主軸ヘッド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。
In other words, the pressure P in the cylinder 17 is controlled as the output pressure of the diaphragm control valve 24, and the output is F-P ratio A. However, F: balance force A: pressure receiving area of the piston, and in design, this balance force F is The total load W of the spindle head 1 and the processing tool 3a is made to match. Therefore, the drive motor 8 of the spindle head 1 is only required to have the total torque of the torque that generates the acceleration necessary for the vertical movement of the spindle head 1, and the torque that overcomes the sliding resistance of the slide bearing 5, pulley 11, etc. becomes.

主軸ヘッド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って駆動モータ8を制御
するが、その制御に際しては主軸ヘッド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って検出し
、その検出された位置信号を誤差カウンタ26ヘフイー
ドバツクスル。
The movement of the spindle head 1 is controlled by the drive motor 8 by a control circuit mainly composed of a preamplifier 13 and a drive amplifier 14. During this control, the position of the spindle head 1 is measured using a linear scale using a linear position detector 25. The detected position signal is fed back to the error counter 26.

誤差カウンタ26ではフィードバッ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2
6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を通って駆動モータ8に対し制御電圧として印加
され、これによって主軸ヘッド1の位置制御を行う。
The error counter 26 subtracts the feedback position signal from the initially set command value. error counter 2
6, that is, the droop amount, is applied as a control voltage to the drive motor 8 via the next digital-to-analog converter 27, the pre-stage amplifier 13, and the drive amplifier 14, thereby controlling the position of the spindle head 1. conduct.

さらに、誤差カウンタ26には主軸ヘッド1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28が接続
されている。つまり、このスイッチング素子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、スイッチング素子
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。したがって、主
軸ヘッド1の運動中はスイッチング素子28はオフとな
るが、ホールド回路3o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3o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。
Further, a switching element 28 is connected to the error counter 26 and becomes conductive only when the spindle head 1 is stopped. In other words, this switching element 28 converts the output voltage of the digital-to-analog converter 27 into the hold circuit 30.
The switching element 28 is turned on only when the output of the error counter 26 is at the H level and the command value is at the L level. Therefore, while the spindle head 1 is in motion, the switching element 28 is turned off, but the hold circuit 3o is held by the previously sent signal, and its output voltage is constantly supplied to the electropneumatic converter 31. . The electropneumatic converter 31 controls the diaphragm control valve 24 to a predetermined air pressure based on the control voltage of the hold circuit 3o.

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。
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be explained in detail.

主軸ヘッド1の停止時において、位置指令値がゼロの場
合、主軸ヘッド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、主軸ヘッド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Δ2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ヘフイードバツクされる
When the spindle head 1 is stopped and the position command value is zero, the total load W (N) of the spindle head 1 and the tool 3a
Due to the suspension, a reverse torque acts on the ball screw 7, and the spindle head 1 descends to a point where it is balanced with the output torque of the drive motor 8. That is, a positional deviation amount Δ2 is generated, and this deviation amount is detected by the linear scale 25 and fed back to the error counter 26.

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に見合った電流が常
時流れるなどの不具合が生じるものである。
Then, the error output signal of this deviation amount is amplified and acts as a voltage application to the drive motor 8, thereby achieving balance. However, if left as is, problems such as the operating point deviating from the neutral point of the drive amplifier 14 as explained in the conventional example, or a current commensurate with the position deviation amount ΔZ constantly flowing through the drive motor 8 will occur. It is.

そこで、本発明の実施例では、前記位置偏位量ΔZをス
イッチング素子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
図は横軸に位置偏位量Δ2(μm)、縦軸に制御電圧(
mV)をとって示しである。
Therefore, in the embodiment of the present invention, the positional deviation amount ΔZ is transmitted to the hold circuit 30 through the switching element 28. The relationship between the position deviation amount ΔZ and the control voltage is the second
It is convenient to design with a proportional relationship as shown in the figure. Second
In the figure, the horizontal axis shows the position deviation amount Δ2 (μm), and the vertical axis shows the control voltage (
mV).

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によって発生せしめられる。し
たがって、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
プレッサ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。
The hold circuit 30 has a circuit characteristic of maintaining the output at the previous input data unless updated input data is input, and the output of the hold circuit 30 is connected to the electro-pneumatic converter 31.
, and an output (air pressure) proportional to the input is generated by the electro-pneumatic converter 31. Therefore, the air pressure input to the diaphragm control valve 24 acts on the upper diaphragm 24a, and as a result, the input pressure of the high pressure air source from the compressor 22 is adjusted in a pressure balanced manner to control the output pressure. This output air pressure P
(MPa) acts on the piston 18 and balance force F (F-
P-A) is generated.

第3図に制御電圧(mV)を横軸に、バランス力F (
N)を縦軸にとっ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10
に作用することにより、主軸ヘッド1および工具3aの
合計荷重W檀を吊上げるように作用するため、主軸ヘッ
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
フィードバックして制御しているため、Δz−0となっ
た時点でスイッチング素子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。
In Figure 3, the control voltage (mV) is plotted on the horizontal axis, and the balance force F (
The relationship is shown when N) is plotted on the vertical axis, and as shown in the figure, it is possible to have a nearly linear characteristic with respect to the input control voltage. This balance force F is wire rope 10
As a result, the total load W of the spindle head 1 and the tool 3a is lifted, so the spindle head 1 is lifted and moved upward. Therefore, the positional deviation amount ΔZ becomes smaller, and the load current flowing through the drive motor 8 also decreases. In addition, since the balance force F is also controlled by feeding back the amount of positional deviation, the switching element 28 is turned off when Δz-0 is reached, and the input to the hold circuit 30 is eliminated, so that the pressure P at that time is It will be maintained within the cylinder 17.

このように主軸ヘッド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、および主軸ヘッド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。
The reason why the balance force F is controlled by detecting the positional deviation amount only when the spindle head 1 is stopped is that an accurate balance force is required, and the movement of the spindle head 1 during movement or machining This is due to the fact that the true value of the balance force is unknown when measuring the position at the time.

なお、主軸ヘッド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、例えば主軸ヘッドl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ッド
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11量が大きく変化してバランスが狂った
としても、主軸ヘッド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が大きくて主軸ヘッド1が子方向へ持
上げられてもその移動はフィードバックされるためバラ
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
In addition, the spindle head 1 and the piston 1 in the cylinder 17
The reason why the wire rope 10 connecting between the two parts is formed into a closed loop is that when the piston 18 does not move due to a sudden rise of the spindle head l, for example, the wire rope 10 connects the pulley 1.
There is a risk that the wire rope 10 may come off the track 1, and that the wire rope 10 may be pulled tightly during intense vertical movement.
Since the phenomenon of loosening is repeated, there is a possibility that resonance of the wire rope 10 itself may be induced, which may adversely affect the movement of the spindle head 1. Therefore, it is necessary to eliminate these inconveniences. It is from. As a result, the drive motor 8 is not subjected to any disturbance, and the output torque required for machining can be smoothly controlled. Even if the tool is exchanged with another tool during the process using an electrode exchanger or the like and the amount of the tool changes greatly and the balance goes out of order, the position of the spindle head 1 is detected by the linear scale 25 and the balance force F is controlled. Therefore, balance can be quickly achieved and the current flowing to the drive motor 8 can always be minimized. Furthermore, the tool is light and the cylinder device 1
As described above, even if the balance force F of the spindle head 1 is large and the spindle head 1 is lifted in the child direction, the movement is fed back, so the balance force F is controlled to be small.

[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。[Effect of the invention] According to the present invention, the following effects can be obtained.

■ 主軸ヘッドの駆動モータの負荷を大きく低減するこ
とができる。
■ The load on the spindle head drive motor can be significantly reduced.

■ 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ックレンジ(
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
主軸ヘッ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。
■ Since the control operating point can always be located at the neutral point of the drive amplifier, the dynamic range of the drive amplifier (
(Control range) can be used to the maximum extent, and stable control is possible. ■ The mechanical load on the spindle head drive system, such as the ball screw and its support bearings, can be reduced and the service life can be greatly extended. Furthermore, it can be made smaller due to the lower load capacity.

■ 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に簡単になる。
■ Even if the weight of the tool changes, it is controlled using a balance force that corresponds to the suspended weight, so zero point adjustment of the servo system is unnecessary or extremely simple depending on the load.

■ 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。
■ Since the balance force is provided by mechanical force rather than weight, there is no reduction in the mechanical resonance number, and there is no slack in the wire rope, so it can smoothly handle high-speed movement and switching.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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・・・主軸ヘッド    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・・・スイッチング素子 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。 代理人 弁理士  佐々木 宗 治 第1図 13:J’1WRY%9     2B: スイ−y’
r>り’tJ第2図   第3図
Fig. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an input/output characteristic diagram of a hold circuit, Fig. 3 is a characteristic diagram of balance force of the device of the present invention, and Fig. 4 is a schematic diagram of a conventional example. It is. 1... Spindle head 3a... Processing tool 4...
・Column 8... Drive motor 10...
Wire rope 13... Full stage amplification section 14... Drive amplification section 16... Cylinder device 24... Diaphragm control valve 25... Position detector 26... Error counter 28... Switching element 30 . . . Hold circuit 31 . . . Electro-pneumatic converter In the drawings, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. Agent Patent Attorney Muneharu Sasaki Figure 1 13: J'1WRY%9 2B: Sui-y'
r>ri'tJFigure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 加工工具を取付ける主軸ヘッドと、該主軸ヘッドを装着
しその移動を案内するコラムと、前記主軸ヘッドの駆動
モータと、前記主軸ヘッドに閉ループを形成するワイヤ
ロープにより連結されたシリンダ装置と、該シリンダ装
置に供給される圧力を制御する制御弁と、前記主軸ヘッ
ドの位置検出器と、該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減算を行う誤差カ
ウンタと、該誤差カウンタの出力に基づき前記主軸ヘッ
ドの駆動モータを制御する制御回路と、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、該スイッチング素子を介して前記誤差カウンタの出
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。
A spindle head on which a processing tool is attached, a column on which the spindle head is attached and guides its movement, a drive motor for the spindle head, a cylinder device connected to the spindle head by a wire rope forming a closed loop, and the cylinder. a control valve that controls pressure supplied to the device; a position detector for the spindle head; an error counter that subtracts a detection value detected by the position detector from a preset command value; and the error counter. a control circuit that controls the drive motor of the spindle head based on the output of the counter; a switching element that becomes conductive only when the spindle head is stopped; and a control circuit that controls the drive motor of the spindle head based on the output of the error counter via the switching element. A spindle head balance device characterized by comprising a hold circuit that operates to control pressure with respect to a valve.
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