KR830002281B1

KR830002281B1 - 주축 회전 제어방식

Info

Publication number: KR830002281B1
Application number: KR1019800003862A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 고자이; 요시끼 후지오까
Original assignee: 후지쓰후아낙크 가부시끼 가이샤; 이나바 세이우에몽
Priority date: 1980-10-08
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1983-10-21
Also published as: KR830004618A

Abstract

내용 없음.

Description

주축 회전 제어방식

제1도는 본 발명에 따른 주축 회전 제어방식의 블록 다이어그램.

제2도는 근접스위치의 외형도.

제3도는 근접스위치의 출력 파형도.

제4도는 위치편차 신호에 따른 파형도.

제5도는 제1도에 따른 신호의 파형도.

제6도는 주축정지시 주축의 회전 위치를 제어하는 방법을 설명한 설명도.

제7도는 이득 절환시 위치편차 전압과 위치편차 각 사이의 관계특성도.

본 발명은 주축회전 제어방식에 관한 것으로, 특히 공작기계의 주축이 지령속도로 회전하고 고도의 정확도로 지령위치에 정지시키며 주축정지시 강성을 증가시키기 위한 주축 회전 제어방식에 관한 것이다.

보통의 공작기계는 각종의 공구를 자동적으로 교환하면서 공작가공을 자동적으로 수행하는 자동공구 교환기능을 갖고 있는데 이러한 공구의 교환동작은 우선 각종 공구를 보지하고 있는 매거진을 회전시켜 매거진의 빈 공구 파지부분을 주축 기구의 직상부에 위치시킨 다음 교환하고저 하는 구공구를 장착한 주축기구를 전방으로 돌출시킨다. 그후 매거진을 주축 기구상으로 하강시켜서 빈공구 파지부에 구공구를 감합 파지시킨 다음 주축 기구를 퇴출시키면 구공구가 주축으로부터 빠진다. 그 후 매거진을 회전시켜서 소망의 신공구를 주축의 전방에 대향시키고 주축기구를 전방으로 돌출시켜서 주축에 상기 신공구를 장착한 후 매거진을 상방으로 끌어당기면 공구 교환이 종료한다. 상기 공구교환시 주축과 공구의 감합부가 서로 원활하게 일치되는 것이 필요하다. 즉, 주축의 소정부분이 규정된 회전위치에 정확하게 정지해야 한다. 이러한 이유 때문에 종래의 자동공구 교환기능을 갖는 공작기계는 광전 검출기나 또는 주축상의 키이(key)의 위치를 검출하는 리미트 스위치 기구를 설비하여 상기 검출수단에서 출력되는 신호에 응답하여 동작되는 기계적인 브레이크 수단에 의해 규정된 회전위치에 주축을 정지시키는 방법을 취해왔다. 그러나 이러한 방법은 기계적인 브레이크 수단을 사용하는 것이기 때문에 장시간 사용하면 브레이크 슈우(brake shoe)가 마모되어 결과적으로 주축이 정위치에 정지될 수 없어 공구의 교환이 원활하게 행해질 수 없는 경우가 종종 발생하기 때문에 빈번히 보수작업을 하지 않으면 안되는 결점이 내재하고 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 방안책으로는 상술한 기계적인 브레이크 수단을 사용함이 없이 전기적인 수단을 통해 주축이 정위치에 정확히 정지시킬 수 있는 서어보제어방식이 있으나 이러한 서어보제어방식은 주축을 구동하는 직류전동기의 관성이 비교전 크기 때문에 시스템의 안정도의 관점에서 주축의 오버슈트(over shoot), 허팅(hunting)과 같은 현상을 미리 배재하기 위하여 시스템의 이득을 감소시키는 것이 필요하다. 상기 시스템의 이득을 감소시킨다는 것은 전동기 정지시 시스템의 안정도를 저하시키는 결과를 초래하기 때문에 직류전동기와 주축이 어떠한 외력이나 또는 기계적으로 상궤를 벗어난 하중 때문에 회전하려는 경향이 있다. 이것이 주축이 정지되는 위치를 변경시켜주고 공구가 원활하게 교환되는 것을 방지할뿐만 아니라 만약 상술한 서어보 시스템이 주축 인덱싱 기능을 가지는 터닝센터(turning center)와 같은 장치에 사용되면 주축은 주축의 낮은 강성 때문에 절단 작업중 움직이기 쉬워 공작물을 정확하게 가공하는 것이 불가능하여 종래의 기술에서는 이러한 주축의 회전을 방지하기 위하여 주축 회전 방지핀과 같은 기계적인 수단을 사용하여 왔으나 조작순서와 기계 그 자체의 복잡성을 피할 수 없었다. 더구나 상기 서어보제어 시스템에서 주축의 회전위치를 검출하기 위한 레졸버나 또는 위치 코우더와 같은 센서가 사용되면 시스템의 가격을 상승시키는 결과를 초래할뿐만 아니라 위치 편차신호 형성용 회로도 구성이 복잡하게 되어 전체적으로 가격을 상승시키게 된다.

본 발명의 목적은 기계적인 브레이크 수단을 사용함이 없이 주축을 정확하게 지령정지위치에 정지시키며 주축을 지령속도로 회전시킬 수 있는 주축회전 제어방식을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 회전 중 안정도를 유지하고 주축 정지시 강성을 높여 주축이 외력이나 상궤를 벗어난 하중에 의해 회전되는 것을 방지시키는 주축회전 제어방식을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 위치검출기로서 가격이 저렴한 근접스위치를 사용하여 구조적으로 간단할 뿐만 아니라 가격이 저렴한 주축회전 제어방식을 제공하는데 있다.

이하 첨부 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도에는 지령속도신호 CV를 발생하는 속도지령회로(101)와, 정위치 지령신호 CPC를 발생하는 정위치지령신호(102)와, 가산기(131), 위치보상회로(132), 전압-위상 변환회로 및 다이리스터 회로(134)로 구성된 속도제어회로(103)로 구성되었다. 상기 가산기(131)는 상기 속도지령회로(101)로부터의 지령속도신호 CV와 전동기의 실제속도 AV를 입력하여 2차전압을 서어보계의 위상을 앞서거나 뒤지게하여 위상보상에 따르게하는 위상보상회로(132)의 입력단자에 인가된다. 전압-위상변환회로(133)는 지령속도 CV와 실제속도 AV사이의 편차에 따라 다이리스터회로(134) 내의 각 다이리스터의 점호각을 제어한다. 복수개의 다이리스터를 포함하고 있는 다이리스터회로(134)는 각 다이리스터의 제어 점호각에 따라 직류전동기(104)에 인가되는 전압을 변동시킨후 전동기 회전속도를 조정하도록 동작한다. 상기 직류전동기(104)가 회전함에 따라 회전계발전기(105)가 상기 전동기의 속도에 따라서 전압을 발생한다. 예시부호 106은 공구, 107은 상기 공구가 설치된 주축기구, 108은 벨트(기어)(109)를 통해 직류전동기(104)에 연결된 주축을 각각 나타낸다. 근접스위치(110)는 자석체(110a), 센서부(110b), 전기회로(110c)로 구성되는데 이에 대한 상세한 설명은 제2도를 참조 후술하였다.

제2(a)도는 주축(108)에 취부된 자석체(110a)의 정면도이고, 제2(b)도는 동 평면도로써, 자석체(110a)의 110a'부에는 제2(c)도의 극성을 갖는 영구자석(110a")이 고정되어 있다. 센서부(110b)는 케이스본체(110d), 검출표면부(110e) 및 비닐케이블(110f)로 구성되어 있으며, 본체(110d) 내부에는 센서용 자기회로(110g)가 들어 있다. 제2(d)도의 자기회로(110g)는 코어(110h) 주위에 권선한 코일(110i)을 갖고 있다. 자석체(110a)는 주축(108) 상에 취부되어 있고 센서부(110b)는 기계적으로 고정된 위치에 취부되어 있다.

상기 근접스위치(110)는 주축 회전시 제3(a)도의 파형을 갖는 검출신호 PDS가 센서부(110d)의 출력단자(110j)에서 출력되도록 구성되어 있다. 상기 검출신호 PDS는 자석체(110a)가 검출면(110e)와 직면할때 0Volt의 값을 갖고 자석체(110a)가 검출 표면부(110e)의 양면에 있을때 양과 음의 파형을 갖는다. 검출신호 PDS가 제3(b)도의 파형을 갖을 수 있도록 설비할 수 있다는 것이 중요하다. 자석체(110a)는 지령정지위치에 정지시키도록 소정지점에 따라 각 위치에 주축(108)에 설치되고, 센서부(110b)는 지령정지위치에 일치하는 위치에 취부된다.

제1도에서 절환스위치(111)는 정위치 지령회로(102)에서 출력되는 정위치지령신호 CPC에 의해 a접점에서 b접점으로 절환된다. 정위치 제어회로(112)는 위치편차신호 RPD를 발생하는 회로(112a)와, 정위치 지령신호 CPC에 대한 응답으로 a접점에서 b접점으로 절환할 수 있는 절환스위치(111)을 절환시키는 루우프 절환회로(112b)와, 정위치 지령신호 CPC가 "1"이 되어 실제속도신호 AV가 영으로 떨어질때 "인-포지숀"신호(in-position signal) INPOS를 발생하는 회로(112c)와, 위치편차신호 RPD를 증폭하기 위한 증폭기(112d)와, 절환스위치(112e)를 구비하고 있다. 상기 위치편차 신호 RPD발생회로(112a)는 슬라이싱회로(slicing circuit)(SLC), 플립-플롭(FF), 멀티플랙서(MPX)를 구비하고 있다. 상기 슬라이싱회로(SLC)는 근접스위치(110)로부터 검출전압 PDS, 일정전압 +V_p, -V_p를 입력하여 이 검출전압 PDS의 크기와 +V_p, -V_p의 전압과를 비교하여 검출전압 PDS가 +V_p를 초과하면 펄스 P_a를 출력하고 -V_p이하로 떨어지면 펄스 P_b를 출력한다. 상기 출력펄스 P_a, P_b는 플립-플롭(FF)이 P_a펄스에 의해 세트되고, P_b펄스에 의해 리세트되게 플립-플롭)FF)의 세트, 리세트 단자에 인가하면 플립-플롭(FF)의 세트 출력단자는 제4도의 신호 FFS를 출력한다. 멀티플랙서(MPX)는 일정전압 V_c와 검출전압 PDS를 입력하여 상기 신호 FFS가 "1"일때 신호 RPD를 출력하고, FFS가 "0"일 때 일정전압 V_c를 입력하기 때문에 위치편차신호 RPD를 출력한다.

제1도에 예시된 서어브 주축 회전 제어방식의 동작을 제5도를 참조하여 설명한다.

주축 회전시 절환스위치(111)는 가산기(131)가 지령속도신호 CV와 실제속도신호 AV 사이의 차전압을 입력하도록 a접점으로 접속된다. 상기 지령속도신호 CV의 실제속도신호 AV 사이의 차전압 SV는 위상보상회로(132)를 통해 전압-위상 변환회로(133)에 인가되면 전압-위상 변환회로(133)는 상기 차전압 값의 극성에 따라 다이리스터 회로(134)의 점호각을 제어한 후 직류전동기(104)의 실제속도 AV가 지령속도신호 CV와 일치하도록 직류전동기(104)에 인가된다. 이러한 방법으로 시스템이 계속해서 동작하여 결과적으로 상기 직류 전동기가 지령속도로 회전한다. 상술한 속도제어회로(103), 직류전동기(104), 회전속도발전기(105), 선로 ι_n이 속도제어 귀환계를 형성한다는 것이 중요하다.

가공작업이 완료되어 공구교환이 필요하면 정위치 지령신호(102)가 제5도의 시간 to에서 정위치 지령신호 CPC를 발하여 속도지령회로(101)로부터 지령속도신호 CV가 서서히 영으로 감소되고 주축의 실제속도신호 AV가 제5도에 예시된 바와 같이 감소한다. 실제속도신호 AV가 어떤 소정의 속도 V_a에 도달하는 시간 t₁에서 루우프 절환스위치(112b)는 절환스위치(111)을 a접점쪽으로 절환하고, 위치 제어귀환계의 동작을 개시한다. 이러한 동작시의 가산기(131)의 출력은 위치편차신호 RPD와 실제속도신호 AV의 차전압으로 직류전동기(104)의 속도는 상기 속도제어 루우프에 의해 동작되는 것과 같은 방법으로 이차전압을 영으로 감소시킬 수 있게 제어된다. 제5도와 같이 시간 t₁이 지난 후 위치편차신호 RPD의 사선친 부분이 가산기(131)에 인가된다. 근접스위치(110)의 자석체(110a)가 센서부(110b)에 접근할 때 실제속도신호 AV를 따라 상기 위치편차전압 RPD가 감소하기 시작한다. 자석체(110a)가 시각 t₂에서 센서부(110b)와 직면해야 하지만, 직류전동기(104)의 관성에 의해 상기 자석체(110a)가 지령정지 위치에 있는 센서부(110b)를 약간 지나쳐 통과하는데 이때 위치편차 전압 RPD를 "부"로 하면 직류전동기(104)가 방향을 반전하여 자석체(110a)가 상기 센서부(110b)의 위치에 복귀하여 결과적으로 자석체(110a)가 센서부(110b)와 직면하는 위치에 유지하게 되어 주축이 규정된 정위치에 정지하게 된다.

상기 직류전동기(104)가 상기 위치에 놓이면 인포지숀신호 발생회로(112c)가 실제속도신호 AV가 0Volt로 떨어졌음을 검출하여 인포지숀신호 INPOS를 발생하고 절환스위치(112e)를 b' 접점쪽으로 절환하며 위상보상회로(132)의 이득을 증가시킨다. 이러한 동작이 위치 제어 루우프의 이득을 증가시킨다.

주축이 회전하기 시작해서 주축이 정지할때까지의 정위치 제어덩작에 관하여 상술하였다. 주축이 이미 정지되었을 때 주축의 정위치를 제어하는 것은 제5도의 시간 t₁후에 동작하는 것과 같은 방법으로 실행된다. 특히 정위치지령신호 CPC가 발생되었을 때 주축(108)이 제6도의 위치를 갖는다면 주축(108)은 화살표 방향 A로 회전하여 센서부(110b)와 직면하는 자석체(110a)와 정지하게 된다. 제6도의 예시번호 108a는 정위치부를 나타낸다.

위치편차전압 RPD와 위치제어 방식과 관련된 위치편차각 사이의 관계를 보이는 제7도의 그래프에서 실선은 낮은 이득의 경우, 점선은 높은 이득일 경우를 나타낸다. 다시 말해서 이득이 높으면 높을수록 위치편차전압 RPD의 전압치가 더 커지고 이로 인한 직류전동기(104)의 전기자전류(토오크)가 더 커져 전동기 정지시 주축이 갖는 강성을 증가시킨다.

상기 본 발명에 따라 주축은 기계적인 브레이크수단에 의존함이 없이 원활한 공구 교환작업을 수행할 수 있게 정확히 지령정지 위치에 주축을 정지시킬 수 있고, 주축을 정확하게 지령속도로 회전시킬 수 있을뿐만 아니라 주축회전 중에는 이득을 감소시키고 정지시에는 이득을 증가시킴으로 이득감소 상태하에서는 안정도가 유지되고 감소 상태하에서는 강성이 유지되기 때문에 정상 상태하에서의 주축이 외력이나 상궤를 벗어난 하중 때문에 회전하는 경향이 없다. 더우기 값싼 근접스위치가 위치 검출기로서 사용될 수 있기 때문에 전반적으로 구조가 간단하고 가격이 저렴하다.

본 발명은 상술한 바와 같이 특정한 실시예에 관하여 설명하였지만 상기 교시내에서 여러 수정과 변형이 가능함은 자명한 일이 아닐 수 없다. 따라서 특허청구 범위내에서 청구한 것에 본 발명이 한정되는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다.

Claims

정위치 지령신호 CPC를 제공하기 위한 수단과, 가변속도를 가지는 직류전동기와, 상기 직류전동기의 속도를 검출하여 이 전동기의 실제속도신호 AV를 출력시키기 위하여 상기 전동기에 연결된 속도검출수단과, 상기 실제속도신호 AV와 지령속도신호 CV 사이의 편차를 제로로 좁히도록 상기 전동기를 제어하기 위하여 상기 속도검출수단과 상기 전동기에 연결된 속도제어회로와, 상기 속도제어회로에 의한 지령속도로 회전되는 전동기에 의해 구동되는 주축과, 상기 주축의 회전위치와 지령정지위치를 기초로 하여 위치편차신호를 발생시키기 위하여 상기 속도제어회로와 상기 주축에 연결된 정위치 제어회로로 구성된 주축 회전 제어방식에 있어서, 상기 속도제어회로하의 상기 전동기에 의한 지령속도로 회전되고 상기 위치편차신호를 제로로 만들기 위하여 정위치 지령신호에 의하여 회전이 제어되는 상기 주축과, 상기 주축의 현재의 회전위치를 검출하고, 상기 주축의 소정부가 정위치에 도달했을 때 제로 Volt 값을 갖는 검출신호를 발생시키고, 상기 주축의 소정위치가 지령정지위치의 왼쪽 또는 오른쪽에 있는가에 따라 양 또는 음의 값을 갖는 위치편차신호를 발생시키기 위하여 상기 주축상에 설치된 근접스위치를 포함하고 상기 검출신호들에 따라 위치편차신호를 발생시키는 위치 제어회로로 구성된 것을 특징으로 하는 주축 회전 제어방식.