JPS63312039A - 工作機械 - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、単一の駆動電動機により主軸の回転速度制御
と回転位置制御とを切換えて行い得るようにした工作機
械に関する。

〈従来の技術〉 一例として第３図に示すような回転工具による切削を行
うマシニングセンタ１０においては、例えばＡＴＣによ
る工具の自動変換時に主軸頭１１の主軸１２を所定の回
転位置に向ける必要がある。従来、この主軸の回転位置
を主軸駆動電動機を数値制御して行うものはなく、主軸
の回転位置制御には第４図に示すようなアタッチメント
型の特別の主軸回転位置制御装置が提案されている。す
なわち、第４図において、１１は主軸頭、１２は主軸、
１３は主軸回転位置制御用アタッチメント、１４はその
専用電動機、１５は切削工具であり、主軸駆動電動機と
は別の専用電動機１４により主軸１２の回転位置を制御
するものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 主軸の回転速度を制御する主軸駆動電動機を数値制御し
て主軸回転位置制御にも兼用できれば有利であるが、主
軸の回転位置を制御するにはその回転位置検出器を設け
る必要がある。いま、主軸回転位置検出器を主軸に取付
けた歯車構成例を第５図に示す。第５図において、主軸
駆動電動機１６の駆動側軸１７に駆動ギヤ１８を取付け
、その駆動ビニオン１８を中間軸１９に軸方向摺動自在
に軸支された中間ギヤ２０の高速域ギヤ部２０ａに噛み
合わせる。中間ギヤ２０は、歯数の多い前記高速段ギヤ
部２０ａと、それと一体回転する歯数の少ない低速段ギ
ヤ部２０ｂとを有しており、それらは主軸２１に固定さ
れた高速従動ギヤ２２と低速従動ギヤ２３とに各々択一
的に噛み合うようになっている。すなわち、中間ギヤ２
０が、第５図で実線で示すように、その低速段ギヤ部２
０ｂと主軸２１の低速従動ギヤ２３とが噛み合った状態
においては、低速段歯車が構成されて主軸２１が低速回
転する一方、想像線で示すように、中間ギヤ２０がシフ
トしてその高速段ギヤ部２０ａと主軸２１の高速従動ギ
ヤ２２とが噛み合フた状態においては、高速段歯車が構
成されて主軸２１が高速回転するようになっている。こ
のような主軸２１に、その主軸２１の回転位置を検出す
べく、１対１の歯車比をもつギヤ２４．２５を介して主
軸回転位置検出器２６を連結する。

而して、主軸回転位置検出器２６は常に主軸２１と同じ
回転速度で回転し、主軸２１の回転位置を検出して位置
信号をフ仁−ドバックすることが可能となる。尚、図中
括弧書きにて各歯車の歯数の一例を示している。

ところが、上述したように主軸回転位置検出器２６を主
軸２１に直接取付けて、主軸回転位置検出器２６を常に
主軸２１と同じ回転をさせようとすると、次のような問
題点が生じる。すなわち、上述のように主軸２１の駆動
歯車系に歯車変換機構（ギヤシフト機＃Ｉ）を備え、主
軸２１が低速、高速の複数の変速段を育する場合、主軸
２１が高速回転するときに主軸回転位置検出器２６の許
容回転数を越えてしまうことがあり、対応できない。

つまり、主軸回転位置検出器２６に例えばロータリエン
コーダを用いるとすると、その許容回転数は一般に６，
０００〜７，０００　ｒｐｍ。

程度であるのに対し、主軸２１の回転数は最大ａ、ｏｏ
ｏ〜１０，００　Ｏｒｐｍ以上であり、主軸２１の高速
域ではロータリエンコーダを使用できない、さらに、回
転工具を使用する主軸駆動電動機においては、歯車のバ
ックラッシが大きいため、主軸回転位置検出器２６を主
軸２１に直接取付けると、位置ループゲインを高くとれ
ず、高速、高精度な位置制御を行うことができない。

一方、主軸の低速段のみで主軸回転位置制御を行えばよ
い場合でも、主軸以外の所に主軸回転位置検出器を取付
けると、高速段に切換えた際に主軸の回転原点と主軸回
転位置検出器の原点が必ずしも一致せず、再び低速段に
切換えた時に主軸の原点が狂ってしまい、自動工具交換
ができなくなワたり、工具の刃先の向きが一定にならな
い等の問題が生じる。

本発明は、主軸駆動電動機で主軸速度制御と数値制御に
よる主軸回転位置制御とを切換えて行おうとするに当り
発生する上述したような諸問題を解決するものであり、
単一の駆動電動機により主軸の回転速度制御及び数値制
御による回転位置制御とを有効に行い得る工作機械を提
供することを目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉 上述の問題点を解決する本発明にかかる工作機械は、主
軸と、前記主軸の回転速度制御及び数値制御による回転
位置制御可能な主軸駆動電動機と、前記主軸と前記主軸
駆動電動機との間に介在し複数の変速段を有すると共に
その各変速段間における変速比が整数とされた歯車変換
機構と、前記主軸駆動電動機と前記歯車変換機構の間に
設けられると共に該歯車変換機構の低速段における前記
主軸と同じ減速比で回転するよう動力伝達手段を介して
該主軸駆動電動機に連結された主軸回転位置検出器と、
前記主軸の１回転内の所定の回転位置を検出する主軸定
位置検出器と、前記主軸定位置検出器の信号と前記主軸
回転位置検出器の原点位置信号が一致した時に前記歯車
変換機構の歯車変換を行わせる変速制御装置とを具えた
ことを特徴とする。

〈作　　　用〉 主軸回転位置検出器は、歯車変換機構の変速段に関係な
く常に低速域で回転し、その許容回転数を越えることが
防止される。また、主軸回転位置検出器を主軸駆動電動
機に連結する動力伝達手段は主軸の駆動系とは独立して
設けられ、高精度な機構とすることができる。一方、変
速制御装置は変速段の切換えによって主軸回転位置検出
器の主軸に対する原点位置が狂うのを防止する。

く実　施　例〉 以下、本発明の一実施例を図面により具体的に説明する
。

第１図は本発明の一実施例にかかる主軸駆動歯車構成図
である。尚、第１図において、前述の第５図と同一部分
には同τ符合を付して重複する説明は省略する。

第１図において、中間ギヤ２０を中間軸１９に軸方向に
摺動自在に取付け、その高速段ギヤ部２０ａと低速段ギ
ヤ部２０ｂとを主軸２１側の高速従動ギヤ２２と低速従
動ギヤ２３とに各々択一的に噛み合うようにして歯車変
換機構２７が構成される。この歯車変換機構２７は高速
段と低速段の間における変速比が整数となるようにその
歯数比が決定されている。因に１図示例のものにおいて
、高速段ギヤ部２０ａと高速従動ギヤ２２とが噛み合う
高速段の減速比をＮ工とすると、一方、低速段ギヤ部２
０ｂと低速従動ギヤ２３とが噛み合う低速段の減速比を
Ｎ、とすると、 従って、これらの変速比Ｒ紘、 となり、高速段では低速段に対して同一の主軸駆動電動
機１６の回転速度において主軸２１は４倍の回転速度と
なる。

一方、歯車変換機構２７と主軸駆動電動機１６の間、つ
まり主軸駆動電動機１６の駆動側軸１７には動力伝達手
段にあるギヤ２８．２９を介して主軸回転位置検出器２
６が連結されている。ギヤ２８．２９の歯数比は前記歯
車変換機構２７の低速段における減速比ＮＬと同じ減速
比となるように選定されていて、それによって主軸回転
位置検出器２６は低速段における主軸２１の回転速度と
同じ速度で回転駆動されるようになっている。ここで、
ギヤ２８．２９は歯車変換機構２７等の主軸駆動系歯車
とは別系列であり、高負荷が作用することがないから、
歯車のバックラツシを最小に設定することが可能である
。また、主軸回転位置検出器２６には、例えばエンコー
ダ、レゾルバ等を用いることができ、その１回転内の所
定の一点を原点位置とし、そこで電気信号を発する機能
を有している。

また、主軸２１には検出板３０が固定され、その外周部
に近接して主軸２１の１回転内の所定の回転位置を検出
する例えば近接スイッチ等の主軸定位置゛検出器３１が
設けられている。

さらに、本装置では図示しない変速制御装置が設けられ
ており、この変速制御装置によって面記主軸回転位置検
出器２６の原点位置信号と前記主軸定位置検出器３１の
信号が一致した時に前記歯車変換機構２７の歯車変換（
ギヤシフト）を行うようにしている。すなわち、それら
のタイミングチャートを表わす第２図に示すように、歯
車変換機構２７が低速段を選択しているときは、主軸２
１と主軸回転位置検出器２６とは同じ回転速度で回転し
ているため、主軸定位置検出器３１の信号と主軸回転位
置検出器２６の原点信号とは常に同じタイミングで発せ
られる。従って、この場合はそれらの信号が発せられる
毎に高速段への歯車変換が可能となる。一方、歯車変換
機構２７が高速段を選択しているときは、主軸２１は主
軸回転位置検出器２６の４倍の速さで回転しており、従
ってこのときは主軸２１の４回転に１回の割合いで主軸
定位置検出器３１の信号と主軸回転位置検出器２６の原
点信号とが一致した所で低速段への歯車変換が可能とな
る。このようにすることで、低速段で主軸２１の原点（
主軸定位置停止位置）と主軸回転位置検出器２６の原点
位置とを常に一致させておくことができ、従って、ギヤ
シフトを何回行っても低速段において主軸駆動モータ１
６を数値制御で原点復帰すれば主軸２１の停止位置を常
に一定に保つことができる。

〈発明の効果〉 以上、実施例を挙げて詳細に説明したように本発明によ
れば、高速回転を行う主軸に対しても単一の主軸駆動電
動機により主軸の回転速度制御と数値制御による回転位
置制御とを有効に実施することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる主軸駆動歯車構成図
、第２図は各信号のタイミングチャート、第３図は工作
機械の外観構成図、第４図は従来例にかかる主軸回転位
置制御装置の斜視図、第５図は従来例にかかる主軸駆動
歯車構成図である。 図面中、 １６は主軸駆動電動機、 ２１は主軸、 ２６は主軸回転位置検出器、 ２７は歯車変換機構、 ３１は主軸定位置検出器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主軸と、前記主軸の回転速度制御及び数値制御による回
   転位置制御可能な主軸駆動電動機と、前記主軸と前記主
   軸駆動電動機との間に介在し複数の変速段を有すると共
   にその各変速段間における変速比が整数とされた歯車変
   換機構と、前記主軸駆動電動機と前記歯車変換機構の間
   に設けられると共に該歯車変換機構の低速段における前
   記主軸と同じ減速比で回転するよう動力伝達手段を介し
   て該主軸駆動電動機に連結された主軸回転位置検出器と
   、前記主軸の１回転内の所定の回転位置を検出する主軸
   定位置検出器と、前記主軸定位置検出器の信号と前記主
   軸回転位置検出器の原点位置信号が一致した時に前記歯
   車変換機構の歯車変換を行わせる変速制御装置とを具え
   たことを特徴とする工作機械。