KR101314150B1

KR101314150B1 - 공작기계용 회전산출장치에 있어서의 구동모터의구동제어방법

Info

Publication number: KR101314150B1
Application number: KR1020070119159A
Authority: KR
Inventors: 하루오 오사키; 다케시 요네나가
Original assignee: 쯔다고마 고오교오 가부시키가이샤
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2013-10-04
Also published as: EP1927907A2; US20080125904A1; KR20080048935A; CN101190498A; US7634955B2; JP4971763B2; CN101190498B; TWI394635B; TW200823006A; JP2008134861A

Abstract

<과제>

구동모터를 구동원으로 하여 원테이블을 회전 구동하여 그 각도 위치를 산출하기 위한 산출기구와, 그 산출된 각도 위치를 유지하는 클램프기구와, 상기 구동모터를 위치 제어에 의해 구동 제어하는 제어장치를 구비한 회전산출장치에 있어서, 워크의 가공 불량을 초래하는 일 없이, 게다가, 클램프기구에 의한 원테이블의 각도 위치의 유지가 행해진 상태에 있어서, 구동모터의 회전 위치가 목표의 회전 위치에 대해 어긋난 경우에도, 목표의 회전 위치를 향하여 구동모터의 제어에 있어서 구동모터가 과부하 상태가 되지 않는 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법을 제공한다.

<해결수단>

상기 제어장치가, 클램프기구의 작동시에 있어서, 위치 제어에 의한 구동모터의 출력 토크가 각도 산출시에 있어서의 위치 제어에서의 동일한 위치 편차로 출력되는 출력 토크보다도 작아지는 제어 내용으로 구동모터의 구동을 제어한다.

Description

공작기계용 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법{METHOD OF CONTROLLING DRIVE OF DRIVING MOTOR FOR ROTARY INDEXING DEVICE OF MACHINE TOOL}

본 발명은, 공작기계용의 각도 산출 장치, 특히, 구동모터를 구동원으로 하여 원테이블을 회전 구동하여 그 각도 위치를 산출하기 위한 산출기구와, 그 산출된 각도 위치를 유지하는 클램프기구와, 상기 구동모터를 위치 제어에 의해 구동 제어하는 제어장치를 구비한 회전산출장치를 전제로 한 것으로서, 그 회전산출장치의 상기 클램프기구의 작동시에 있어서의 상기 구동모터의 제어 방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명이 전제로 하는 공작기계용 회전산출장치로서, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 회전산출장치는, 기대에 회전 자재로 지지된 테이블(원테이블)을 구비함과 함께, 그 테이블을 회전 구동하여 그 각도 위치를 산출하기 위한 산출기구를 구비하고 있다. 이 산출기구로서는, 테이블과 동심적으로 배치되어 테이블에 고정된 웜 휠과, 이 웜 휠에 맞물려 회전 구동장치(예를 들면, 구동모터/서보모터)에 의해 회전 구동되는 웜을 구비한 것이 널 리 알려져 있다. 또, 특허문헌 1에는, 테이블에 고정된 모터 로터와, 기대에 고정되어 상기 모터 로터를 회전 구동하는 모터 스테이터로 이루어지는 직접 구동형의 구동모터를 산출기구로서 채용한 것도 개시되어 있다.

또, 상기와 같은 회전산출장치에서는, 원테이블의 산출된 각도 위치를 유지하기 위한 클램프기구를 구비하는 것이 일반적이다. 특허문헌 1에 기재된 회전산출장치에서는, 이 클램프기구로서, 기대에 고정된 클램프 링이며 원테이블의 둘레면에 대향하는 클램프면을 가지는 클램프 링을 마련하고 있다. 그리고, 이 클램프 링을 압력 유체 등의 작용에 의해 지름 축소 방향으로 변형시킴으로써, 클램프 링에 의한 죄는 힘(=클램프력)에 의해 원테이블과 클램프 링의 상대 회전을 저지하는 상태로 하여, 원테이블의 각도 위치를 유지하는 것으로 되어 있다. 또한, 이와 같은 원테이블의 각도 위치의 유지는, 일반적으로는, 원테이블 상에 재치된 워크의 가공을 행할 때에 행해진다.

그런데, 상기한 워크의 가공시에는, 워크를 통하여 원테이블에 큰 부하가 걸리고, 이것이 원테이블을 회전시키는 방향의 힘으로서 작용한다. 그 결과, 클램프기구에 의한 클램프력이 원테이블에 작용하고 있음에도 불구하고 원테이블이 회전하여, 산출된 원테이블의 각도 위치에 어긋남이 생기는 경우가 있다. 또한, 이와 같은 각도 위치의 어긋남은 구동계의 비틀림에 의해도 생기는 경우가 있다.

상기와 같은 원테이블의 각도 위치에 어긋남에 수반하여, 산출기구의 구동원인 구동모터의 회전 위치(위상)는 목표의 회전 위치에 대해 어긋난 상태가 된다. 그리고, 구동모터가 위치 제어(서보 제어)에 의해 그 구동이 제어되고 있는 회전산 출장치에 있어서는, 상기와 같이 구동모터의 회전 위치에 어긋남이 생긴 경우, 위치 제어의 기능에 의해 상기한 원테이블의 각도 위치의 어긋남을 원래의 위치로 되돌리려고 하는 제어가 행해진다. 또, 종래에서는, 이 클램프시에 있어서의 위치 제어가 원테이블의 각도 위치를 산출할 때(이하, 「각도 산출시」라고 한다)와 동일한 제어 내용으로 행해진다.

그러나, 워크의 가공시에는, 산출기구에 대해 클램프기구에 의한 클램프력이 작용하고 있으며, 이것이 산출기구를 구동할 때의 부하로서 구동모터에 작용한다. 그 때문에, 상기의 각도 위치의 어긋남을 되돌리기 위한 위치 제어를, 각도 산출시와 동일한 높은 응답성이 얻어지는 제어 내용으로 행한 경우, 구동모터가 과부하 상태가 되어 버린다. 그리고, 이와 같은 구동모터의 과부하 상태가 검출되면, 이상이 있다고 판단되어 정지 신호가 발생하고, 회전산출장치와 함께 공작기계가 정지하여 워크의 가공이 중단된다. 그 결과, 워크의 가공이 빈번하게 중단되게 되어, 가공 효율의 저하를 초래해 버린다.

또, 상기와 같은 문제는, 워크의 가공시(클램프 상태)에 있어서 원테이블의 각도 위치에 어긋남이 생긴 경우에 한정되지 않고, 각도 산출시에 있어서의 클램프기구의 작동 타이밍에 의해서도 일어날 수 있다. 즉, 원테이블의 각도 위치를 산출하기 위해 구동모터를 서보 제어에 의해 목표의 각도 위치를 향하여 회전시키는 경우에 있어서, 클램프기구를 작동시키는 타이밍은, 일반적으로는 위치 편차가 제로가 된 상태가 아니라, 임포지션폭을 가지고 있어 어느 정도의 오차를 허용한 것으로 되어 있다. 그 때문에, 위치 편차가 제로가 되기 전에 산출기구에 대해 클램프 력이 작용한 상태로 되는 경우가 있어, 그것에 수반하여 상기와 같은 과부하 상태가 발생하는 경우가 있다.

또한, 워크의 가공이 중단되지 않도록 원테이블의 클램프시에 구동모터의 위치 제어를 오프로 하는 경우도 있는데, 그 경우는, 상기의 각도 위치의 어긋남이 발생하여 원하는 각도 위치와는 다른 상태가 되어도, 그 상태 그대로 가공이 계속되기 때문에, 워크의 가공 불량이 발생해 버린다.

따라서, 본 발명의 과제는, 워크의 가공 불량을 초래하는 일 없이, 게다가, 클램프기구에 의한 원테이블의 각도 위치의 유지가 행해진 상태에 있어서, 구동모터의 회전 위치가 목표의 회전 위치에 대해 어긋난 경우에도, 목표의 회전 위치를 향하여 구동모터의 제어에 있어서 구동모터가 과부하 상태가 되지 않는 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제하에, 본 발명은, 상기 서술한 공작기계용의 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법으로서, 구동모터를 위치 제어에 의해 구동 제어하기 위한 제어장치는, 클램프기구의 작동시에 있어서, 위치 제어에 의한 구동모터의 출력 토크가, 각도 산출시에 있어서의 위치 제어에서의 동일한 위치 편차로 출력되는 출력 토크보다도 작아지는 제어 내용으로 구동모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기와 같이 클램프기구에 의해 유지되고 있는 원테이블의 각도 위치(구동모터의 회전 위치)가 목표의 각도 위치(회전 위치)에 대해 어긋난 경우나, 클램프기구의 작동시에 원테이블의 각도 위치가 목표의 각도 위치에 대해 어긋나 있는 경우에도, 구동모터에 대한 위치 제어에 의해 구동모터를 목표의 회전 위치를 향하여 구동하는 제어가 실행되기 때문에, 원테이블의 각도 위치의 어 긋남에 기인하는 가공 불량의 발생을 방지할 수 있다. 게다가, 그를 위한 위치 제어를, 각도 산출시에 있어서의 높은 응답성이 얻어지는 제어 내용 대신에, 출력되는 토크 지령값이 낮은 값으로 억제되는 제어 내용으로 하여 구동모터의 구동 제어를 행하기 때문에, 출력 토크가 작게 억제되어 구동모터가 과부하 상태가 되는 일은 없다. 따라서, 상기와 같은 각도 위치의 어긋남이 발생해도 그것에 기인하는 가공의 중단이 발생하지 않아, 가공 효율의 저하를 유효하게 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 상세히 서술한다.

도 1~도 4에 나타내는 것은, 본 발명의 일실시형태로서, 도 1, 도 2에는, 본 발명이 적용되는 공작기계용 회전산출장치로서의 인덱스 테이블(10)을 나타낸다. 이 인덱스 테이블(10)은, 프레임(11)에 대해 베어링을 통하여 회전 자재로 지지된 주축(13), 원주 방향으로 배치된 복수의 나사 부재에 의해 주축(13)의 일단에 고정된 원테이블(15), 주축(13)을 회전 구동하여 원테이블(15)의 각도 위치를 산출하기 위한 산출기구(20), 및 산출된 원테이블(15)의 각도 위치를 유지하기 위한 클램프기구(30)를 포함한다.

도시한 예에서는, 산출기구(20)로서 웜 기어 기구를 채용하고 있으며, 산출기구(20)는, 주축(13)에 대해 상대 회전 불가능하게 고정된 웜 휠(21)과, 웜 휠(21)과 맞물리는 웜(23)을 포함한다.

웜 휠(21)은, 그 보스부(21a)에 나사 삽입되어 원주 방향으로 복수 설치된 나사 부재에 의해 주축(13)에 대해 상대 회전 불가능하게 부착되어 있다. 또, 웜(23)은 그 회전축선방향으로 설치된 복수의 베어링에 의해 프레임(11)에 대해 회전 자재로 지지되어 있다. 그리고, 웜(23)은, 그 웜부(23a)가 웜 휠(21)과 맞물림과 함께, 축부(23b)가 프레임(11)의 측면에 부착된 서보모터(구동모터)(M)의 출력축(m1)에 연결되어 있다. 따라서, 출력축(m1)의 회전이 축부(23b) 및 웜부(23a)를 통하여 웜 휠(21)에 전달되고, 그것에 수반하여 주축(13) 및 원테이블(15)이 회전 구동된다.

단, 본 발명이 적용되는 회전산출장치에 있어서의 산출기구는, 상기한 웜 기어 기구를 채용한 것에 한정되지 않고, 프레임(11) 내에 배치된 모터 로터 및 모터 스테이터로 이루어지는 구동모터로서, 주축(13)의 외주면에 대해 상대 회전 불가능하게 고정된 모터 로터와, 그 모터 로터를 둘러싸도록 배치되어 프레임(11)에 고정된 모터 스테이터로 이루어지는 직접 구동형의 구동모터를 산출기구로서 채용해도 된다.

클램프기구(30)는, 도시한 예에서는, 디스크 클램프 형식의 클램프기구를 채용하고 있다. 이 클램프기구(30)는, 원주 방향으로 설치된 복수의 나사 부재에 의해 웜 휠(21)의 보스부(21a)에 대해 상대 회전 불가능하게 부착된 클램프 디스크(31)와, 클램프 디스크(31)를 프레임(11)에 대해 압압하고, 프레임(11)과의 협동으로 클램프 디스크(31)를 협지(클램프)하여 제동력(클램프력)을 발생시키는 압압수단으로 구성되어 있다.

이 압압수단은, 프레임(11)에 고정되어 프레임(11)의 후면 커버도 겸하는 고정 부재(32)와, 고정 부재(32)와 프레임(11) 사이에 형성된 링 형상의 공간(35)에 대해 주축(13)의 축선방향으로 이동 가능하게 끼워진 링 형상의 피스톤 부재(33)로 이루어진다. 또, 피스톤 부재(33)와 프레임(11) 사이에는, 원주 방향에 걸쳐 복수의 압축 스프링(37)이 설치되어 있고, 피스톤 부재(33)는, 이 압축 스프링(37)의 부세력에 의해 고정 부재(32)측을 향하여 항상 부세되어 있다. 또한, 상기한 공간(35), 보다 자세하게는, 고정 부재(32)와 피스톤 부재(33) 사이에 형성된 링 형상의 공간(35)에는, 프레임(11)에 형성된 유체 공급로(11a)로부터 압력 유체(예를 들면, 압유)가 공급되게 되어 있다.

그리고, 상기의 구성에 의한 클램프기구(30)에서는, 상기의 공간(35)에 대해 압력 유체가 공급됨으로써, 피스톤 부재(33)는 압축 스프링(37)의 부세력에 저항하여 클램프 디스크(31)측으로 눌러 밀어져, 프레임(11)과의 협동으로 클램프 디스크(31)를 클램프한다. 이 클램프에 의한 클램프력은 클램프 디스크(31)의 회전에 대한 제동력으로서 작용하여, 클램프 디스크(31)가 회전 불가능한 상태가 된다. 그 결과, 클램프 디스크(31)가 고정된 산출기구(20)가 회전 불가능한 상태가 되어, 주축(13) 및 원테이블(15)의 각도 위치가 유지된 상태가 된다.

단, 본 발명이 적용되는 회전산출장치에 있어서의 클램프기구는, 상기와 같은 디스크 클램프 형식의 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 주축(13)을 둘러쌈과 함께 프레임 등 사이에 압력실을 형성하기 위한 환상 홈이 둘레면에 형성된 클램프 슬리브를 사용한 것으로서, 상기 압력실에 압축 유체를 공급함으로써, 클램프 슬리브를 지름 축소 방향으로 변형하여 주축(13)을 회전 불가능하게 유지하는 것이어도 된다. 또, 원테이블(15)을 주축(13)의 축선방향으로 이동 가능하게 마련하여, 압축 유체 등의 작용에 의해 원테이블(15)을 프레임(11)을 향하여 압압함으로써, 원테이블(15)의 회전을 저지하는 형식의 것이어도 된다.

이상의 구성으로 이루어지는 회전산출장치(10)에 있어서, 산출기구(20)의 구동원인 구동모터로서 서보모터(M)는 도 3에 나타내는 제어장치(50)에 의해 그 구동이 제어된다. 이 제어장치(50)는 위치 제어에 의해 서보모터(M)의 구동을 제어하는 것이며, 대략적으로 말해 위치 제어 회로(51), 속도 제어 회로(53) 및 전류 제어 회로(55)로 구성되어 있다.

원테이블(15)의 각도 산출을 행함에 있어서는, 우선, 위치 제어 회로(51)에 대해, 공작기계의 제어장치(도시하지 않음)로부터 서보모터(M)의 목표 회전 위치(Pc)를 나타내는 위치 지령 신호가 공급된다. 이 위치 지령 신호는, 공작기계의 제어장치에 프로그램된 수치 제어에 근거하여, 다음에 회전시켜야 할 원테이블(15)의 회전량에 따른 서보모터(M)의 회전량을 얻기 위한 회전 위치를 나타내는 것이다.

위치 제어 회로(51)는 비교부(51a)를 포함하며, 이 비교부(51a)에 대해, 상기한 목표 회전 위치(Pc)를 나타내는 위치 지령 신호가 입력된다. 또, 비교부(51a)에는, 서보모터(M)에 부설된 인코더(EN)로부터 위치 피드백 신호가 입력되어 있다. 그리고, 비교부(51a)는, 목표 회전 위치(Pc)와 위치 피드백 신호에 의해 나타나는 서보모터(M)의 실제 회전 위치(Pf)와의 편차(Pd)를 구하여, 그 구해진 위치 편차(Pd)를 위치 제어 회로(51) 내의 위치 편차 증폭부(51b)를 향하여 출력한다. 위치 편차 증폭부(51b)에는 위치 루프 게인(Gp)이 설정되어 있다. 그리고, 위치 편차 증폭부(51b)는 비교부(51a)로부터의 위치 편차(Pd)를 위치 루프 게인(Gp)에 따라 증폭하여 속도 지령값(Sc)를 구하여, 그 속도 지령값(Sc)를 나타내는 속도 지령 신호를 속도 제어 회로(53)의 비교부(53a)에 대해 출력한다.

속도 제어 회로(53)의 비교부(53a)에는, 인코더(EN)에 의해 검출된 서보모터(M)의 회전량에 근거하여 미분기(52)에 의해 얻어지는 속도 피드백 신호가 입력되어 있다. 그리고, 비교부(53a)는, 위치 제어 회로(51)로부터의 속도 지령 신호에 의해 나타나는 속도 지령값(Sc)과 속도 피드백 신호에 의해 나타나는 서보모터(M)의 회전 속도 Sf와의 편차(Sd)를 구하여, 그 구해진 속도 편차(Sd)를 속도 편차 증폭부(53b)를 향하여 출력한다.

속도 편차 증폭부(53b)는 비교부(53a)로부터의 속도 편차(Sd)에 대해 PI 제어를 행하여 토크 지령값을 구하는 것이며, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 게인으로서의 비례 게인(속도 비례 게인)(Gsp)가 설정된 비례기(53b1)과, 마찬가지로 제어 게인으로서의 적분 게인(속도 적분 게인)(Gsi)가 설정된 적분기(53b2)를 포함한다. 속도 편차 증폭부(53b)는, 비례기(53b1)가 속도 편차(Sd)에 비례 게인(Gsp)를 곱하는 비례 제어를 행함과 함께, 적분기(53b2)가 속도 편차(Sd)를 적분 게인(Gsi)에 따라 적분하는 적분 제어를 행하고, 이 양자에 의해 구해진 값을 가산하여 토크 지령값(Tc)을 구한다. 그리고, 이 구해진 토크 지령값(Tc)을 나타내는 토크 지령 신호를, 전류 제어 회로(55)의 토크 제어부(55a)를 향하여 출력한다.

전류 제어 회로(55)는, 토크 제어부(55a), D/A 변환기(55b), 전류 증폭기(55c) 및 전류 검출부(55d)를 포함한다. 토크 제어부(55a)는, 속도 제어 회로(53)로부터의 토크 지령(Tc)에 근거하여 전류 지령값(Ic)를 구하여, 이 전류 지령값(Ic)를 나타내는 지령 신호를 출력한다. 이 전류 지령값(Ic)를 나타내는 지령 신호는, D/A 변환기(55b)에서 아날로그 신호로 변환되어 전류 증폭부(55c)에 입력된다. 전류 증폭기(55c)는 전류 검출기(55d)에 의해 검출된 전류값(I)와 D/A 변환기(55b)로부터의 전류 지령값(Ic)와의 편차를 연산하여, 그 편차에 따른 구동 전류를 구동모터(M)에 공급한다. 그리고, 구동모터(M)은 그 구동 전류에 의해 공작기계로부터의 위치 지령 신호에 의해 나타나는 목표 회전 위치(Pc)까지 회전 구동된다.

이와 같은 제어장치(50)에 있어서, 본 실시예에서는, 제어장치(50)이 속도 제어 회로(53)로부터의 토크 지령값(Tc)을 감시하는 토크 지령 감시 회로(57)을 포함하고 있다. 또, 속도 제어 회로(53)의 속도 편차 증폭부(53b)에는, 적분기(53b2)의 출력측에 제어 내용을 전환하기 위한 스위치 회로(SW)가 장착되어 있다.

토크 지령 감시 회로(57)는 토크 지령값을 검출하기 위한 검출기(57b), 토크 지령값의 허용 토크값을 설정하기 위한 설정기(57c), 및 검출된 토크 지령값과 설정된 허용 토크값을 비교하는 비교기(57a)를 포함한다. 또, 비교기(57a)에는 클램프기구(30)가 작동한 것을 나타내는 클램프 ON 신호, 및 클램프가 해제된 것을 나타내는 클램프 OFF 신호가 입력되어 있다.

검출기(57b)는 속도 제어 회로(53)의 속도 편차 증폭부(53b)의 출력측에 접속되어 있으며, 소정의 샘플링 주기마다, 속도 편차 증폭부(53b)로부터 출력되는 토크 지령 신호로부터 토크 지령값(Tc)을 검출하여, 그 검출값(토크 지령값(Tc))을 비교기(57a)를 향하여 출력한다.

비교기(57a)에는 설정기(57c)에 의해 토크 지령값의 허용 토크값(Tp)이 설정되어 있다. 또한, 이 허용 토크값(Tp)은, 예를 들면, 서보모터(M)의 정격 토크의 70% 정도로 설정된다. 그리고, 비교기(57a)는 검출기(57b)로부터의 출력마다 검출기(57b)에 의해 검출된 토크 지령값(Tc)과 허용 토크값(Tp)을 비교하는 감시 동작을 행하고, 그 결과, 검출된 토크 지령값(Tc)이 허용 토크값(Tp) 이상으로 판단된 시점에서, 속도 편차 증폭부(53b)의 스위치 회로(SW)에 대해 개폐 상태를 전환하기 위한 전환 신호(Cs)를 출력한다. 또한, 이 비교기(57a)에 의한 감시 동작은 상기의 클램프 ON 신호가 입력된 시점부터 개시되어, 클램프 OFF 신호의 입력에 의해 종료되는 것으로 한다.

속도 편차 증폭부(53b)의 스위치 회로(SW)에 대한 비교기(57a)로부터의 전환 신호(Cs)는 그 출력이 개시된 시점부터 비교기(57a)에 대해 클램프 OFF 신호가 입력될 때까지 계속 출력된다. 스위치 회로(SW)는, 상폐접점으로서 구성되어 있으며, 비교기(57a)로부터의 전환 신호(Cs)에 의해 열린 상태가 된다.

이상과 같은 구성에 의한 서보모터(M)의 제어장치(50)에 의하면, 원테이블(15)의 각도 산출시에서는, 속도 제어 회로(53)는 속도 편차(Sd)에 대해 PI 제어를 행하여 토크 지령값(Tc)을 구하고, 전류 제어 회로(55)가 그 토크 지령값(Tc)에 근거하여 서보모터(M)의 구동을 행하고 있다. 이와 같이, 각도 산출시에서는, 위치 편차(Pd)에 따른 속도 편차(Sd)에 근거하여 토크 지령값(Tc)을 구함에 있어서, 속도 편차(Sd)를 비례 게인(Gsp)에 따라 증폭하는 비례 제어(P 제어)에 더하여 속도 편차(Sd)를 적분 게인에 따라 적분하는 적분 제어(I 제어)를 행하고, 그 적분값을 비례 제어에 의해 얻어진 값에 가산하여 그 토크 지령값(Tc)을 구하고 있으며, 그것에 의해, 위치 지령 신호가 발생한 시점부터 높은 응답성을 가지고 서보모터(M)를 목표 회전 위치(Pc)까지 회전 구동하는 것이 가능해지고 있다. 또한, 적분기(53b2)에도 상기의 클램프 OFF 신호가 입력되어 있으며(도시 생략), 적분기(53b2)에 있어서의 적분값은 그 클램프 OFF 신호에 의해 클리어되는 것으로 한다.

원테이블(15)의 각도 위치의 산출이 완료하여, 그 각도 위치를 유지하기 위해 클램프기구(30)에 대한 작동 지령이 출력된 시점 혹은 클램프가 완료된 시점에서, 토크 지령 감시 회로(57)의 비교기(57a)에 대해 클램프기구(30)가 작동한 것을 나타내는 클램프 ON 신호가 출력된다. 이것에 의해, 비교기(57a)는, 검출기(57b)에 의한 토크 지령값(Tc)의 검출값과 설정된 허용 토크값(Tp)을 비교하는 감시 동작을 개시한다. 또한, 이 시점에서는, 비교기(57a)로부터 전환 신호(Cs)가 출력되고 있지 않기 때문에, 속도 편차 증폭부(53b)의 스위치 회로(SW)는 닫힌 상태인 채이다.

클램프기구(30)에 의한 원테이블(15)의 각도 위치의 유지(클램프)가 완료된 것에 수반하여, 원테이블(15) 상에 부착된 워크의 가공이 개시된다. 이와 같은 클램프기구(30)의 작동시에 있어서, 예를 들면, 워크에 걸리는 부하에 의해 원테이블(15)에 대해 회전 방향의 힘이 작용하여, 유지되어 있는 원테이블의 각도 위치가 목표의 각도 위치에 대해 어긋난 상태가 되는 경우가 있다. 그 경우, 공작기계로부터의 위치 지령 신호에 의한 목표 회전 위치(Pc)와, 인코더(EN)에 의해 검출되는 서보모터(M)의 회전 위치와의 사이에 편차(위치 편차(Pd))가 생기기 때문에, 제어장치(50)는 그 위치 편차(Pd)에 따라 서보모터(M)의 회전 위치를 원래의 목표 회전 위치(Pc)로 되돌리기 위한 위치 제어를 개시한다.

그 제어 과정에 있어서, 제어의 개시 시점에서는, 속도 제어 회로(53)로부터의 토크 지령값(Tc)의 값은 비교기(57a)에 설정된 허용 토크값(Tp)보다도 낮기 때문에, 속도 편차 증폭부(53b)의 스위치 회로(SW)는 닫힌 상태 그대로이다. 따라서, 속도 제어 회로(53)는, 각도 산출시와 마찬가지로, 속도 편차(Sd)에 대해 PI 제어를 행하여 토크 지령값(Tc)을 구해, 이것을 출력하고 있다.

그러나, 상기 제어 과정에서는, 주축(13) 및 원테이블(15)의 회전을 저지하기 위한 클램프기구(30)에 의한 클램프력이 산출기구(20)(클램프 디스크(31))에 대해 작용한 채이기 때문에, 이 클램프력에 의한 큰 부하가 걸린 상태로 서보모터(M)를 회전 구동하게 된다. 그 때문에, PI 제어하에서는, 적분 제어에 의한 적분값이 증대하여 토크 지령값(Tc)이 과대해지고, 서보모터(M)의 출력 토크가 과대해져 서보모터(M)가 과부하 상태가 되어 버린다.

이것에 대해 본 실시예에 있어서의 제어장치(50)에서는, 토크 지령 감시 회로(57)에 의해 속도 제어 회로(53)로부터 출력되는 토크 지령값(Tc)을 감시하고, 그 결과에 따라 속도 편차 증폭부(53b)에 의한 PI 제어를 P 제어로 전환하도록 하고 있다.

구체적으로는, 토크 지령 감시 회로(57)에 있어서, 검출기(57b)에 의해 검출된 토크 지령값(Tc)이 비교기(57a)에 있어서 허용 토크값(Tp)과 비교된다. 그리고, 토크 지령값(Tc)이 허용 토크값(Tp) 이상이라고 판단된 시점에서, 비교기(57a)로부터 속도 편차 증폭부(53b)의 스위치 회로(SW)를 향하여 전환 신호(Cs)가 출력되고, 그에 따라 스위치 회로(SW)가 열린 상태로 전환된다. 그 결과, 속도 편차 증폭부(53b)로부터 출력되는 토크 지령값(Tc)는 위치 편차(Pd)에 따른 속도 편차(Sd)에 대해 비례 제어만을 행하여 얻어진 값이 되고, 동일한 위치 편차(Pd) 상태로 PI 제어를 행하여 얻어지는 토크 지령값(Tc)보다도 낮은 값이 된다.

즉, 본 실시예에 의한 제어장치(50)에서는, 클램프기구(30)의 작동시에 있어서, 토크 지령값(Tc)이 허용 토크값(Tp) 이상이 된 것에 수반하여, 그 제어 내용을, 동일한 위치 편차 상태에 있어서, 각도 산출시에 행해지는 PI 제어에 의해 얻어지는 토크 지령값보다도 낮은 값의 토크 지령값이 출력되는 P 제어로 전환하여 서보모터(M)의 제어를 행하는 것이다. 따라서, 서보모터(M)의 출력 토크는 위치 편차가 동일한 상태에서의 각도 산출시에 있어서의 출력 토크보다도 작게 억제되어, 서보모터(M)가 과부하 상태가 되는 것이 방지된다.

그리고, 상기와 같이 제어 내용이 전환된 후는, 전류 제어 회로(55)는 속도 제어 회로(53)에 있어서 속도 편차(Sd)에 대해 비례 제어만을 행하여 얻어진 토크 지령값(Tc)에 따라 서보모터(M)의 구동을 제어하고, 서보모터(M)를 목표의 회전 위치까지 회전시킨다. 이것에 의해, 목표의 각도 위치에 대해 어긋난 상태로 되어 있던 원테이블(15)의 각도 위치가 목표의 각도 위치에 일치한 상태가 되어, 원테이블(15)의 각도 위치에 어긋남이 생긴 채로 워크의 가공이 계속되는 일도 방지된다.

또한, 이상에서 설명한 실시예에서는, 제어장치(50)에 토크 지령 감시 회로(57)를 마련하여, 클램프기구(30)의 작동시에 있어서, 서보모터(M)의 구동을 제어하기 위한 토크 지령값(Tc)을 감시하고, 이 토크 지령값(Tc)이 설정된 허용 토크값 이상이 되었다고 판단된 시점에서 제어 내용을 전환하는 것으로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 전류 제어 회로(55)에 있어서의 전류 지령값(Ic)을 감시하고, 이 전류 지령값(Ic)이 허용 전류값 이상이 된 것에 의해 제어 내용을 전환하도록 해도 된다.

또, 상기와 같이, 토크 지령값이나 전류 지령값이 설정된 허용값 이상이 된 것에 근거하여 제어 내용을 전환하는 것 대신에, 클램프기구(30)가 작동한 것을 나타내는 클램프 ON 신호, 및 클램프가 해제된 것을 나타내는 클램프 OFF 신호에 근거하여 제어 내용을 전환하도록 해도 된다. 즉, 클램프기구(30)에 의한 클램프의 ON/OFF와 연동하여 제어 내용이 전환되는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 상기의 실시예의 태양에서는, 제어장치(50)에 있어서의 토크 지령 감시 회로(57)를 생략하고, 클램프 ON 신호 및 OFF 신호가 속도 편차 증폭부(53b)의 스위치 회로(SW)에 입력되도록 제어장치(50)를 구성하여, 스위치 회로(SW)가 클램프 ON 신호 및 OFF 신호에 의해 개폐 상태가 전환되도록 하면 된다.

또, 상기 서술한 실시예에서는, 토크 지령값을 구하기 위한 PI 제어를 P 제어로 전환함으로써, 서보모터(M)의 출력 토크를 위치 편차가 동일한 상태에서의 각도 산출시에 있어서의 출력 토크보다 작게 억제하는 것으로 했지만, 이 대신에, 제어 게인을 작은 값의 것으로 변경함으로써도 동일한 효과가 얻어진다.

구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 속도 제어 회로(63)의 속도 편차 증폭부(63b)가, 비례기로서, 다른 값의 비례 게인(Gsp1), (Gsp2)(Gsp1＞Gsp2)가 각각에 설정된 비례기(63b1) 및 비례기(63b2)를 구비함과 함께, 적분기로서, 다른 값의 적분 게인(Gsi1), (Gsi2)(Gsi1＞Gsi2)이 각각에 설정된 적분기(63b3) 및 적분기(63b4)를 구비하고, 또한, 각 2개의 비례기(63b1), (63b2) 및 적분기(63b3), (63b4)를 전환하기 위한 스위치 회로(SW2 및 SW3)를 구비하고 있다. 스위치 회로(SW2 및 SW3)는, 원테이블(15)의 각도 산출시에는 도시한 상태로 되어 있으며, 비교부(63a)로부터의 속도 편차(Sd)가, 비례기(63b1) 및 적분기(63b3)에 입력되게 되어 있다. 또, 스위치 회로(SW2 및 SW3)에는, 상기의 실시예에 있어서의 전환 신호(Cs) 또는 클램프 ON/OFF 신호가 입력되게 되어 있다(도시 생략).

그리고, 스위치 회로(SW2 및 SW3)는, 전환 신호(Cs) 또는 클램프 ON 신호가 입력되면, 접점을 비례기(63b2) 및 적분기(63b4)측으로 전환한다. 그 결과, 속도 편차 증폭부(63b)로부터 출력되는 토크 지령값(Tc)은, 각도 산출시에 사용되는 제어 게인(비례, 적분 게인)보다 작은 제어 게인에 의한 PI 제어에 의해 구해지게 되어, 서보모터(M)의 출력 토크가 작게 억제되고, 상기 서술한 실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 도 5의 예에 있어서, 비례기(비례 게인)는 1개로 하고 적분기(적분 게인)만을 2개 마련하여, 적분기만이 클램프기구의 작동시에 전환되도록 해도 된다. 또, 각각에 다른 제어 게인이 설정된 2개의 적분기(및 비례기)를 구비하는 것 대신에, 1개의 적분기(및 비례기)에 2개의 제어 게인이 설정되어, 상기의 전환 신 호(Cs) 또는 클램프 ON/OFF 신호에 따라 적분 제어(및 비례 제어)에 사용하는 제어 게인을 선택적으로 전환하도록 해도 된다.

또한, 본 발명은, 이상의 실시예와 같이, 속도 제어 회로(53)의 속도 편차 증폭부(53b)로부터 출력되는 토크 지령값 자체가 작아지도록 제어 내용을 전환하는 것에 한정되지 않고, 전류 제어 회로에 주어지는 토크 지령값(Tc)에 대해 상한값을 설정하여 서보모터(M)의 출력 토크를 작게 억제하도록 해도 된다.

이와 같은 토크 지령값(Tc)에 상한값을 설정하기 위한 구성으로서는, 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 속도 제어 회로(73)의 속도 편차 증폭부(73b)와 전류 제어 회로와의 사이(도시한 예에서는, 속도 제어 회로(73) 내의 속도 편차 증폭부(73b)의 후단)에, 토크 리미트 수단으로서의 토크 리미터 회로(73c)를 장착한 것을 생각할 수 있다.

보다 자세하게는, 속도 제어 회로(73)에서는, 속도 편차 증폭부(73b)의 출력이 전환 스위치 회로(SW4)의 상폐접점(SWa)을 통하여 전류 제어 회로(55)에 입력됨과 함께, 전환 스위치 회로(SW4)의 상개접점(SWb)과 토크 리미터 회로(73c)와의 직렬 회로가 병렬 접속되어 있다. 그리고, 전환 스위치 회로(SW4)에 대해 상기의 전환 신호(Cs) 또는 클램프 ON/OFF 신호가 입력되면, 상폐접점(SWa)이 열린 상태가 됨과 함께 상개접점(SWb)이 닫힌 상태가 되고, 속도 편차 증폭부(73b)의 출력은, 토크 리미터 회로(73c)를 통하여 전류 제어 회로측으로 출력된다. 또한, 이 토크 리미터 회로(73c)에는, 서보모터(M)의 출력 토크가 과대해지지 않는 토크 리미트값(예를 들면, 정격토크의 70% 정도의 값)이 설정되어 있는 것으로 한다.

따라서, 클램프기구(30)의 작동시에 있어서, 제어장치에 의한 위치 제어가 실행되고, 그 제어 과정에 있어서 비교부(73a)로부터의 속도 편차(Sd)에 대해 PI 제어를 행하여 얻어지는 토크 지령값이 과대해졌다고 해도, 전류 제어 회로에 대해 출력되는 토크 지령값(Tc)은, 토크 리미터 회로(73c)에 설정된 토크 리미트값에 제한되어 그 이상은 커지는 일이 없다. 이것에 의해, 서보모터(M)의 출력 토크가 과대해지는 일이 없기 때문에, 상기 서술한 실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명은, 이상에서 설명한 어느 실시예에도 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 여러 가지로 변경하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명이 적용되는 공작기계용 회전산출장치를 나타내는 측면 단면도.

도 2는 본 발명이 적용되는 공작기계용 회전산출장치를 나타내는 정면 단면도.

도 3은 본 발명의 일실시형태를 실행하기 위한 제어장치를 나타내는 블럭도.

도 4는 본 발명의 일실시형태를 실행하기 위한 제어장치의 일부를 나타내는 블럭도.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태를 실행하기 위한 제어장치의 일부를 나타내는 블럭도.

도 6은 본 발명의 다른 실시형태를 실행하기 위한 제어장치의 일부를 나타내는 블럭도.

<부호의 설명>

10 회전산출장치

13 주축

15 원테이블

20 산출기구

21 웜 휠

23 웜

30 클램프기구

31 클램프 디스크

33 피스톤 부재

50 제어장치

51 위치 제어 회로

53, 63, 73 속도 제어 회로

53b, 63b, 73b 속도 편차 증폭부

55 전류 제어 회로

57 토크 지령 감시 회로

57a 비교기

57b 검출기

M 서보모터(구동모터)

Claims

구동모터를 구동원으로 하여 원테이블을 회전 구동하여 상기 원테이블의 각도 위치를 산출하기 위한 산출기구와, 상기 산출된 각도 위치를 유지하는 클램프기구와, 상기 구동모터를 위치 제어에 의해 구동 제어하는 제어장치를 구비한 공작기계용 회전산출장치에 있어서,

상기 제어장치는, 상기 클램프기구의 작동시에 있어서, 상기 위치 제어에 의한 상기 구동모터의 출력 토크가, 상기 원테이블의 각도 위치의 산출시에 있어서의 위치 제어에서의 동일한 위치 편차로 출력되는 출력 토크보다도 작아지는 제어 내용으로 상기 구동모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법.
제1항에 있어서,

상기 제어장치는, PI 제어에 의해 얻어진 토크 지령값을 검출하여, 그 검출 결과에 근거하여 상기 제어 내용을 전환하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법.
제1항에 있어서,

상기 제어장치는, 클램프기구에 대한 작동 지령에 근거하여 상기 제어 내용을 전환하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어장치는, 토크 지령값을 구하기 위한 PI 제어를 P 제어로 전환하여 상기 구동모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어장치는, 상기 위치 제어에 사용되는 제어 게인을, 상기 구동모터의 출력 토크가 작아지는 값으로 변경하여 상기 구동모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법.
제2항에 있어서,

상기 제어장치는, 상기 토크 지령값에 상한을 설정하는 토크 리미트 수단을 구비하고, 상기 토크 지령값에 제한을 가하는 제어 내용으로 상기 구동모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 회전산출장치에 있어서의 구동모터의 구동제어방법.