JPS63256330A - 工作機の運転制御装置 - 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〕 本発明は工作機、特に精密加工を行なう時に、工作機の
駆動源となる交流電動機の電磁加振力による加工面への
悪影響を最少とすることが可能な工作機の運転制御装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

工作機により精密加工を行なう場合、インバータ装置に
より工作機の駆動源である誘導電動機あるいは同期電動
機を運転することが行なわれる。

これはインバータ装置によれば、加工度合に応じて適度
な運転速度が得られるのと、商用電源によって運転する
より、より高い運転速度が容易に得られることによるや しかし、インバータ装置の出力電圧波形は商用電源に比
べ数次の高調波成分を含むため、これにより交流電動機
（誘導電動機および同期電動機を含み以下単にモータと
言う）を駆動すると、モータあるいはこれを取り付けた
工作機はインバータ装置によって給電される電力に含ま
れる高調波成分の持つ電磁加振力により微振動を起こし
てしまう。

このような高調波成分を取り除き出力電圧を正弦波に近
づけるためインバータ装置自身を改良したり、あるいは
インバータ装置とモータの間に適当なフィルタ回路を設
けることが行なわれる。

また、より高度な加工を行なう場合は、加工時にインバ
ータ装置を切り離し、回転系の持つ慣性エネルギーのみ
で加工を行なうことも考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

現在のインバータ装置では、高調波成分を含む可変周波
数出力が主流であり、どうしても高調波成分による振動
が機械加工面の精度に影響を与えてしまう。したがって
、インバータ装置とモータの電磁加振力をゼロまたは極
小にすることが是非とも必要となる。しかしながら、こ
のような対策を行なうことは、インバータ装置を非常に
高価なものとしてしまう恐れがあり、また期待するほど
の効果も得られないことが予測される。

また、スピンドル系の持つ慣性モーメントを充分大きく
して、加工時には電源をしゃ断することもできるが、こ
れは再始動を繰り返す必要が生じることから、再始動時
の打入タイミングの面で難しい、すなわち、モータの運
転位相とインバータ装置の出力波形の位相が一致してい
ないと過大な始動電流が流れインバータ装置およびモー
タを損傷してしまうことになる。

〔作用〕

すなわち本発明は、交流電動機によって駆動され、複数
の加工度合を持つ工作機において、加工度合が上がるに
従い交流電動機に給電する電圧を降下する給電装置を有
する工作機の運転制御装置を提供するものであり１本発
明によれば加工度合が上がるに従い供給電電圧が降下し
てゆくことから高調波による電磁加振力が減少してゆく
。したがって加工面に対する電磁加振力の影響も薄れる
ことになる。

（実施例〕 以下本発明の一つの実施例を第１図、第２図により説明
する。すなわち、第１図は実施例の構成を説明するため
のブロック図、第２図は実施例の動作を説明するための
タイムチャー１−である。

さて、１００は工作機であり被加工物１０１を保持する
詳しくは図示しない主軸台、心神台、チャックなどを備
え、また複数の切削工具１０４ａ。

１０４ｂ、１０４ｃ・・・をセットした工具保持装置１
０４、主軸を駆動するために増減速機を介しであるいは
直接主軸に連結したモータ１０２、工具保持袋［１０４
，その他の工作機の各部を制御する工作機コントローラ
１０３などを備えている。

２００はモータ１０２に駆動電力を給電するための給電
装置であり、工作機１００よりの速度指令信号Ｎを受け
て可変周波数、可変電圧の交流電力を発生するインバー
タ装置により構成すると都合が良い。このインバータ装
置はインバータ制御回路２５０とインバータ主回路２７
０によって構成され、基本部分はすでに公知である。す
なわち主回路２７０は商用電源１より交流電力を給電さ
れ直流電力に変換するコンバータ部２７１、°変換され
た直流電力を再び交流電力に変換するインバータ部２７
２、直流電力の平滑のためのコンデンサ２７３、コンバ
ータ部２７２より給電する直流電力量を検出するための
直流電流検出用の抵抗器２７４などから構成される。ま
た、インバータ制御回路２５０は中央演算処理装置（以
下ＣＰＵと言う）２５１を中心としたマイクロコンピュ
ータ構成となっており、詳しくは説明しないあらかじめ
メモリ内に納めた制御プログラムに従い、演算処理を進
めるものである。すなわち、２５２は加減速調整回路で
あり、工作機コントローラ１０３がら発せられた速度指
令信号Ｎを受け、この信号が滑らかに変化するよう適当
な加工を行なう。このような加工はモータ１０２の加減
速運転をスムースに進める上で有用である。

２５３は速度指令信号Ｎ’（インバータ装置の出力周波
数とほぼ等価）に応じた出力電圧の値を発生するＶ／Ｆ
切換回路であり１通常のインバータ装置ではモータの運
転を効率良く行なうため出力電圧Ｖと出力周波数Ｆがあ
らかじめ定めた一定の割合で変化するよう制御される。

２５４は加減速調整回路２５２よりの速度指令信号Ｎ″
に応じたインバータ装置の出力周波数Ｆを決定するため
の周波数制御回路、２５５はＶ／Ｆ切換回路２５３より
の出力電圧に関する値を入力し、この値に応じた出力電
圧Ｖを得るための指令信号を発するための電圧制御回路
でありインバータ装置が例えばＰＷＭ方式（パルス幅変
調方式）の場合は出力パルス幅の制御に関する指令信号
となる。２５７，２５８は抵抗器２７４に流れる電流、
コンデンサ２７３の両端電圧をそれぞれ検出するための
電流検出回路および電圧検出回路である。これら検出回
路２５７，２５８による検出結果はＣＰ　Ｕ　２５１に
転送され、インバータ装置の各種保護動作のために評価
される。ＣＰＵ２５１は周波数制御回路２５４、電圧制
御回路２５５からそれぞれ出力周波数Ｆ、出力電圧Ｖに
関する指令信号を受はインバータ部２７２の制御に必要
な点弧パターンを創成する。

このＣＰＵ２５１で作られた点弧パターンはペース駆動
回路２５６で波形成形および増幅され、詳しくは図示し
ないインバータ部２７２の各アームに供給される。

さらに説明すると、工作機１００の工具保持装置１０４
は例えば図中に矢印で示すように、前後・左右および回
転が可能であり、これは工作機コントローラ１０３によ
り、被加工物１０１の加工手順に従い最適な工具が選ば
れ、また被加工物１０１に対して必要な位置に移動制御
される。このとき、工作機コントローラ１０３は工具の
選択、工具の移動位置、モータの運転速度、さらには作
業内容、すなわち加工度合に関する情報を記憶あるいは
出力するように構成することが可能であり。

この記憶情報に基づき工作機１００を自動運転すること
も可能となる。この工作機コントローラ１０３から出力
される被加工物の加工度合に関する情報、すなわち加工
度合信号Ｄ（工作機１００で行なわれる加工が通常加工
であるが仕上加工であるかに関する情報）は、先に説明
したＶ／Ｆ切換回路２５３に入力される。すなわち、Ｖ
／Ｆ切換回路２５３は、加工度合信号りが入力されたと
き、通常選択されている出力電圧Ｖと出力周波数Ｆの関
係を示す直線りを直線Ｍに切換えて選択する。

これにより、出力周波数Ｆが同一の場合は、通常時（通
常加工時、例えば荒削り、中削り加工時）より低い出力
電圧Ｖが得られるよう出力結果が減じられてこの出力信
号が電圧制御回路２５５に与えられる。

次にこのように構成した工作機の運転制御装置の動作に
ついて、第２図のタイムチャートを参照して説明する。

なおこの例では説明の簡略化のために、加工度合は荒削
りと仕上加工が交互に繰り返されるものとし、また主軸
の運転速度も全加工部期間で一定に設定しているものと
する。すなわち同図の最下段は工作機１００の加工工程
を示すものであり主軸の加速期間および減速期間の間に
。

被加工物１０１の荒削りと仕上加工が順次繰り返される
ものである。ここで仕上加工時は加工度合が高くなるも
のであるから、同図最上段に示すように、加工度合信号
りが発せられる。また、主軸の速度積信号Ｎは図中の矢
印で示した期間同一の値が発生し続けるが、これは加減
速調整回路２５２の働きにより、工作作業の開始時およ
び終了時には一定の割合で増加あるいは減少する信号と
なり、インバータ装置の出力周波数Ｆは図中に記載した
通りの状態となる。また、インバータ装置の出力電圧Ｖ
は、加減速調整回路２５２の出力信号Ｎ′と加工度合信
号りとによって制御されるから、工作作業の開始時およ
び終了時は出力周波数Ｆと同様に、−・定の割合で増加
あるいは減少することになる。また、加工度合信号りが
入力されたときは、信号Ｎ′の値に対して出力電圧Ｖの
値が低く選定されるから、結果としてインバータ装置の
出力電圧ｖ′は図中の記載のように変化することになる
。

このような実施例の運転パターンによると、より加工度
合の高い（精密な仕上加工が必要な場合）はインバータ
装置からの出力電圧が低減されることになり、例え、イ
ンバータ装置の出力波形が歪んでいた場合にも、これが
原因となる電磁加振力の発生を小さくすることができる
。したがって、電磁加振力の影響による工作加工面の精
度の低下を防ぐことができ、この加工品質を向上してゆ
くことができるものである。また、実施例においては、
仕上加工時においても、電力の供給がしゃ断されないこ
とから、再び出力電圧Ｖを増加した場合、モータとイン
バータ装置が同期外れを起こし、異常電流が流れてしま
うなどの障害を発生してしまうようなこともない。なお
、仕上加工においては荒削りなどの加工より仕事量（切
削抵抗など）が減少することからたとえ出力電圧Ｖを低
下しても、必要な加工を続けることができるものである
。

以上の説明においては、加工度合信号りのＯＮ・ＯＦＦ
のみを行ない出力電圧Ｖの変化を２段構成としたが、こ
れは加工度合信号りをさらに多段階とし、より細かな出
力電圧Ｖの制御を行なうことも可能である。なお、前記
実施例においては、工作機コントローラ１０３内に加工
度合に関する情報を用意したが、これは工具を選択する
ための信号を利用し、工具の種類に応じて一義的に加工
度合を設定しまうことも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、交流電動機によって駆動
され、複数の加工度合を持つ工作機において、加工度合
が上がるに従い交流電動機に給電する電圧を降下してゆ
く給電装置を有する工作機の運転制御装置を提供するも
のである。したがって本発明によれば、工作機の精密加
工的は交流電動機からの電磁加振力による影響を受ける
ことになく、精度良い加工を行なうことができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一つの実施例の構成を説明するための
ブロック図、第２図は同実施例の動作を説明するための
タイムチャートである。 １００・・・工作機、１０２・・・交流電動機、２００
・・・給電装置、２５３・・・Ｖ／Ｆ切換回路、Ｄ・・
・加工度合信号、Ｆ・・・出力周波数、■・・・出力電
圧。 第　　　１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電動機によって駆動され、複数の加工度合を持
   つ工作機において、加工度合が上がるに従い交流電動機
   に給電する電圧を降下する給電装置を有する工作機の運
   転制御装置。 ２、前記特許請求の範囲第１項において、複数の切削工
   具を備える前記工作機の切削工具を選択する工具切換信
   号によって、交流電動機に給電する電圧を切換る前記給
   電装置を有する工作機の運転制御装置。 ３、前記特許請求の範囲第２項において、より加工度合
   の高い切削工具が選択される毎に交流電動機に給電する
   電圧を降下する前記給電装置を有する工作機の運転制御
   装置。 ４、前記特許請求の範囲第３項において、出力電圧を可
   変可能なインバータ装置から成る前記給電装置を有する
   工作機の運転制御装置。 ５、前記特許請求の範囲第３項において、出力電圧およ
   び出力周波数を可変可能なインバータ装置から成る前記
   給電装置を有する工作機の運転制御装置。 ６、前記特許請求の範囲第５項において、出力周波数と
   出力電圧の関係をあらかじめ設定すると共に、工作機の
   工具切換信号に応じて高い加工度が選択される毎に、同
   一出力周波数においてはより低い出力電圧の関係を選択
   するＶ／Ｆ切換回路を備えた前記給電装置を有する工作
   機の運転制御装置。 ７、前記特許請求の範囲第６項において、工具切換信号
   の発生の前後で同一の出力周波数を維持する前記給電装
   置を有する工作機の運転制御装置。