WO1982001841A1 - Spindle home position stopping device - Google Patents

Description

明 細 眷

主軸定位置停止装置

技 街 分 野

この発明は、 工作機械に いて、 各種工具を 自動的に 交換し がら機械加工を 自動的に行 う ため に、 主軸を定 め られた位置に停止させる レ ゾルバを用いた主軸定位置 停止装置に係 ]?特に、 主軸が停止すべき 位置を調整する こ とができ る主軸定位置停止装置に関する。

背 景 .技 街

各種工具を 自動的に交換しなが ら機拭加工を 自動的に 行 う 自動工具交換接能付工作機栻に て、 主軸とェ 具の嵌合部とを互 に円滑に ^合させるためには主軸所 定部分を予め定め られた指令回 ¾位置に正確に停止させ く てはる ら 。 又、 中 ぐ ]?工作接.械に て も 中 ぐ 棒を ワ ーク にあけた穴に正 して揷入させるためには、 主軸を所定位置に正確に停止させな く ては ら ¾ 。 こ のよ う に、 主軸所定部分を所定回耘位置に高精度を もつ て停止させ く ては ら 要求は檨械加工にお て頻 繁に生 じる。

そこで、 従来は檨桟的 ¾制動機構及び ビン檨構を用 て主軸を所定位置に停止させて る。 しかし、 外力 ど の発生に よ 2? 、 或いは異常時に ビン檨構 （ 停止機構 ） が 破損 した ]? 、 摩擦に よ i? 制動核構が摩耗する と主軸を所 定位置に停止せしめる こ とができ ず、 工具の 自動交換が 円滑に行 われず、 又中 ぐ 棒を摔入する こ とがで き な

OMPI

WIPO 事態を生じる。 そして、 この よ う 事態を避けるため に頻繁に点検、 交換を しる <： ては らず保守点検作業が 面倒に る等の欠点があった。

それ故、 本発明は純電気的に、 換言すればレ ゾ ル バを 用 て高精度で主軲所定部分を定位置に停止させる こ と ができ る主軸定位置停止装置を提供する こ と ¾ 目的 とす る。 又、 本発 §9は主軸所定部分が停止すべき停止位置を 士 5 ^e 程度の範囲にお て ¾篛整する こ とができ る主軸 定位置停止装置を提供する こ と を目的とする。

発 明 の 開 示

本発明に ては、 各種工具を把持恵動する主軲を、 機械加工中は指令速度で： S転する よ う に速度制御系を形 成して運転し、 .主軲の定位置停止指令が出力される と、 機械加工中の速度よ 滨速し、 低 所定速度に ¾ る よ う に位置制御系に切換え られる。 主翱がこ の低 所定速度 に ¾ る と、 主軸に違結されて る レ ゾル ハ の 1 次卷線の 1 方の出力電圧を同期整流した出力 と、 該 1 次卷籙の他 方の出力電圧を矩形波に変換した出力とを合成して主軸 が停止すべき定位 *に て零レ ベ ルを め らかに横切- る位置偏差信号を発生させ、 該信号を位置制御系の基準 信号に ^ 、 .主乾の Hi転を所定の停止位置に徐々 に近づ け、 主軸が定位置停止範囲に入ったと き、 イ ン ポ ジ シ ョ ン信号を発生させ、 次 でォ リ ェ ン テ ー シ ョ ン完了信号 を発生させて、 主 ¾か'定位置に停止したこ と を確認して 工具の取！？ 換えのための作拿ェ巷に ¾行する も のであ ]? 、

OMPI

V I iPOリ ' **r 主軸の工具と工作加工対象 と の位置関係を正 し く 保って 各種の工具の 自動交換がで き る。

ま た、 レ ゾル バ の主翱への取付誤差を輔正するために レ ゾ ル パ出力の合成信号が零レ ベ ルを： ¾め らかに椟切る 格子点を土 5。 程度徵調螯可能 中段を併せ有する も の である。

図 面の 簡単 説 明

第 1 図は本発 §§の実施例を示すブ ロ ッ ク図、 第 2 図、 第 S 図は同各部波形図、 第 4 図は位置調簦回路の回路図 . 第 5 図は位置調整の説明図であ る。

発明を実施するための最良の形態

本発明を よ ]) 詳細に説述するために、 以下添付図面に 従って説明する _β

第 1 図中、 1 1 は数値制^装置 （NC) 内に設け られた 速度指令回路であ ]? 、 速度指令 VCMD を出力する。 ¹ 2 は速度制御回路であ i？ 、 図示 しな が位相補償回路、 電 圧 Z位相変換器、 サ イ リ スタ 回路を内蔵 して る。 1 5 は加減算回路であ ]? 、 速度制御に籙 しては指令速度 VCMD と実速度 TSA との差電圧 （ 速度倡差 ） を出力 し、 定位 蘆停止制街に際 しては後述する位量倡差と実速度 TSA との差電圧を出力する。 1 4' は直流電動機、 1 5 は直流 電動接 1 ⁴ の回転速度に； 5 じた実速度電圧 TSA を発生 す る タ コ ジ ェ ネ レ ー タ （ 以後タ コ ジェ ネ と う ） 、 1 ό はギアボ ッ ク ス 、 1 7 は主 、 1 8 は工具、 1 9 はギア ボ ッ ク ス内に設け られたク ラ ッ チであ り 、 直流電動機 1 4 と主軸 1 7 間のギア 2 0 を ロ ー （ Law ) 或 はハイ

(Hi gh ) に切替える際に操作される。 ^{2 1} は レゾル バで あ ]?、 互 に直交して配設された 1 次卷籙と回転子に巻 廼された 2 次卷籙を有し、 2 次卷籙には後述する レ ゾル バ励 ¾信号発生器か ら発生する励磁信号が入力され、 各 2 次巻線か らは回転子の変位に応 じた互 に 位相 の異 る変位信号 e! , e_∑が癸生する。 尚、 廢磁信号を

As i nvt、 変位角を とすれば βϊ , βζ は

ei = As i n ^ s i nw t (1)

と ¾:る。 2 2 はク ロ ッ ク癸振器、 2 3 はタ イ ミ ン グ回路， 2 4 は レ ゾル パ励 ¾信号発生器、 2 5 は同期整流器、 26 は象限判別回路、 2 7 は波形合成回路、 2 8 は停止位置 調整回路であ る。 ク ロ ック発振器 2 2 は常時 3 KHzの発 振周波数を有する矩形波のク ロ ック信号 C Lを出力 して ！？ 、 この ク ロ ッ ク信号は タ イ ミ ング回路 2 3 を経てレ ゾルバ励磁信号発生回路 2 4 に加え られる。 レ ゾルパ励 磁信号発生回路 2 4 は SKHz か ら成る レ ゾル バ励磁信号 を発生 して、 レ ゾル バ 2 1 の 2 次巻籙に印加する。 2 次 巻籙に 3 KHz の レゾル バ励磁信号 （ サ イ ン技 ） が印加さ れる と、 各 1 次卷籙か ら（1)、 （2)式に示す信号 _ei , e₂が出 力される。 即ち、 信号 e_tは 3KHz の周波数を有し、 振頓 がレゾル バ 2 1 の回転子の！ H耘角度 0 の正弦に比例して 変化する サ イ ン信号 " であ 、 信号 e₂は 5 KHz の局波 教を有し、 提幞が回 ¾角度 5 の余弦に比例して変化する

Οί,^Ι *' コサ イ ン信号 " であ る （ 第 2 図 ） 。 さ て、 サ イ ン信号 e_iは同期整流回路 ² 5 に入力される。 これに よ ]? 、 同期 整流回路 2 5 はタ イ ミ ン グ回路 ^{2 3} か ら送 られて く る

3 KHz の ク 口 ッ ク信号を用 てサイ ン信号を同期整流し 主軸 1 7 の回転に従ってサイ ン波状に変化する回転位置 信号 HPS ( 第 2 図 _eiに ける太鎳実線波形 ） を波形合成 画路 2 7 に出力する。 一方、 コ サ イ ン信号 e₂は象限判別 回路 2 0 に入力され、 該回路に よ 同 じ く 同期整流 （ 検 波 ） されて第 ² 図 e₂にお て太線で示すよ う な主軸 ¹ の回転に従って -サ イ ン状に変化する信号に変換された 後、 矩形波状の互 に ^{1 8}0 · 位招のずれた ² つの象限判 別信号 ς^ , α^に変換される。 波形合成回路 ²ノ は回転位 置信号 HP S と象限判別信号 Qi, Q₂を入力され、 内部的 に振幅 V,の矩形信号 RTS を癸生する と共に、 該矩形波 信号 HTS と 回耘位置信号 RPS ( 提輟 V: ) と を合成し、 位置信号 P S 或 は P S'を発生する。 尚、 位置信号 P S' が零レ ベ ルを横切る点は格子点 G P と呼ばれる。 さ て、 位置信号 P は主軸 1 回転につき 必らず 1 回格子点 G P を め らかに回転方向に応 じて正側か ら負側に或 は負 側か ら正側に横切る。 そ して、 こ の格子点位置、 換言す れば位置信号 P S'が零に った位置に主軸は停止せしめ られる。 さて、 格子点位置は停止位置調螯回铬 2 8 に よ 調整される。 これは、 波形合成回路 2 7 内に位置信号 P S'を増幅する増幅回路 （ 第 4 図 ） が内蔵せられ、 該増 幅回路を構成する ア ン プ AMP のオ フ セ ッ ト 電圧を調整

OMPI 可能 如 く ボテ ン シ ョ メ ータ POT が位置謂聱回路 ² 8 内に設け られて るか らである。 従って、 ボテ ン シ ョ メ ータ PO を調整する こ とに よ ]?铬子点 G Pの位置を調 整でき る。 即ち、 ボテ ン シ ョ メ ー タ POT を謂整してォ フ セ ッ ト電圧 V₀を制街する と第 5 図に示す如 ぐ 位置信号

P S'が左右にシ フ ト し、 停止位置がシ フ トする

2 ⁹ は速度検出回路であ 、 直流電動核 ^{1 4} の回転速 度が所定速度 （ タ コ ジェネ 出力が所定値 ） に つた時速 度到達信号 VRS を出力する。 3 Q は速度零検出回路で、 タ コ ジェネ 出力が零に る と速度零信号 VZR を出力す る。 3 1 はタ コ ジェネ 1 5 の出力電圧の正負を判別して

®耘方向信号 RDS ( 正回転で " 、 負回転で *(3" ) を 出力する。 3 2は方向切眷回路、 3 S は定電圧発生回路 であ 、 正 ^転し が ら定位置停止を行る う場合には + V i ( ボル ト ） の一定電圧を、 食回転し ¾がら定位置停 止を行 う場合には一 Vi ( ボ ル ト ） の一定電圧 それぞ れ出力する。 5 ⁴ はス ィ ッ チ切眷回路であ ]) 、 図示し

定位置停止指令手段か ら定位 «停止指令 ORCMが指令 された時にス ィ ツ チ SW4 をオ ン、 ス ィ ッ チ SW5をオフ し、 又直流電動機の回転速度が所定速度に ¾ る と （ VES = *¹" ス ィ ッ チ SW4をオ フ 、 ス ィ ッ チ SW5を ^ンする。 S 5 , 3 ό はそれぞれゲ イ ン謂簦回路であ 、 この う ちゲ イ ン 調整回路 3 5 は ロ ーギア （ 渎速比が大 ） の'時に位置制御 ル ー プの ゲ イ ン を高め、 ゲ イ ン |1整 I 路 3 0 はハ イ ギア ( ^速比が小 ） の時に位置^ ¾ ル ー プのゲイ ンを小さ く

Οί.ΓΡΙ する。 3 7 はス.イ ッ チ切替 IS路で あ 、 定位置停止指令 0110¾1が *1" 0 1^ ( 閉 ） の と き で、 ロ ーギアの と き

( CLH="1^W )にス ィ ツ チ SW2をオ ン （ ス ィ ッ チ SW1 ,SW3 はオ フ ） し、 0ECMが " で、 ハイ ギアのと き （ CLH- ，0" ) にス ィ ッ チ SW3を オ ン （ ス ィ ッ チ SW1 , SW2 は才 フ ） する。 尚、 定位置停止指令 OBCMが " 0" の と き OFF ( 開 ） にはス ィ ッ チ SW1を才 ン （ ス ィ ッ チ SW2 , SW3 は オ フ ） せしめる。 ⁵ 8 はイ ン ポ ジ シ ョ ン信号発生器であ ]?、 比較器に よ 構成されて 1?、 位置信号 P S'l:監視 し主軸が定位置停止範囲に入った と き イ ン ポ ジ シ ョ ン信 号 INPOS を発生する。 3 9 はオ リ エ ン テ ー シ ョ ン完了信 号発生回路であ 、 OHCMが "¹ " の時、 主軸回転速度が 零に ¾ （ VZR=^W 1" )、 更にイ ン ポ ジ シ ョ ン信号 INPOS が ·1" に る とォ リ ェ ンテー シ ヨ ン完了信号 0HAR ¾·出 力する。

次に本発明の動作を説明する。

切削る どの回転時にはス ィ ツチ SW1がオ ン （ SW2 , S 3 はオ フ ） して 、 速度制御ルー プが形成されて る。 即ち減算回路 ¹ s には速度指令回路 1 1 か らの速度指令 VCMD と タ コ ジ ェ ネ 1 5 か らの実速度 TSAが入力されて お ！？ 、 該加缄算回路か らは速度偏差電圧が出力される。 この速度偏差電圧に応 じて速度制御回路 1 2 は図示 し

サイ リ スタの点弧角を制街し、 直流電動機 1 4 に印加 する電圧を増渎する。 この結果、 直流電動機 1 4 の実速 度 TSA は指令速度 VCMD と一致する よ う に増滅する。

/•^U 以後、 上記速度僞差が零と る る よ う に速度制御され、 主 轴画転時には指令速度で回転する こ と にる る。

上記状態に て切削作業が終了すれば時刻 to ( 第 S 図 ） に て図示し 定位置停止指令手段か ら定位置 停止指令 OJRCMが出力される。 定位置停止指令 ORCMが 出力される とス ィ ッ チ切眷回路 5 7 はギア 2 0 の π — Z ハイ に JSじて （ （ 珏の ，1"又は ，£}" に応じて ） 、 スイ ツ チ SW2又は SW3の一方をオン し、 又スィ ッチ SW1をオフ する。 これに よ ]?位置制御ループが構成される。 従って 以後定電圧発生回路 S 3 か ら発生する一定電圧がスイ ツ チ SW4、 ゲ イ ン調整回路 3 5 又は 3 0 、 ス ィ ッ チ SW2又 は SW3を介して加渎箕回路 ^{1 3} に入力され、 実速度 TSA は点線 （ 第 ³ 図 ） に従って滨速し、 時刻 ^に て所定 速度にる る。 尚、 回転方向検出回路 3 1 は実速度電圧 TS Aの正負を監視 して 、 正 ¾ らば *¹" ( 正転 ） 、 負 な らば ' 0" ( 逆耘 ） の回転方向信号 RDS を出力する。 従って、 たとえば切削中、 主軸が正耘して る も の とす れば EDS は * と 、 定電圧発生回路 3 Sから一定 の正電圧 （ +V i ) が出力される。 こ で +Viは位置信号 P S'の最大振幅に等し 。 さて、 主 速度が所定速度に 到達する と速度検出回路 ^{2 9} から速度到達信号 VES(- ， ¹ " ) が発生する。 速度到達信号 VE S が ，¹" に ¾ 、 しかも 図示 し 手段に よ ]?主韜が定位置か ら 180· の 位置に きた こ とが検出される とス イ ッ チ切眷回路 S 4 は ス ィ ッ チ SW4をオ フ 、 ス ィ ッ チ SW5を ^ンする これに よ ]? 、 波形合成回路 2 7 か ら癸生した位置信号 P S' ( 第 2 図 ） が定電圧発生回路 S 3 の出力電圧 +V iに眷わって ス ィ ッ チ SW5、 ゲ イ ン調整回路 5 5又は 3 6 、 ス ィ ッ チ SW2又は SWSを介して、 加渎算回路 1 3 に入力される。 従って、 以後加減箕回路 1 3 は位置信号 P S'と実速度

TSAの差が零と ¾ る よ う に位置制御する。 主翱が定位置 近傍に到達すればイ ン ポ ジ シ ョ ン信号発生回路 5 ⁸ はィ ン ポ ジ シ ョ ン信号 I NPO S を癸生 し、 ついで主軸速度が 零となればオ リ エ ン テ ー シ ョ ン完了信号発生回路 3 9 は ^ リ エンテー シ ヨ ン完了信号 O RARを出力する。

うの よ う に、 本発明に よれば位置検出器と して レ ゾ ル バ 2 1 を用 る と共に、 該レゾル バ出力を巧みに用 て主軸が停止すべき位置に て位置倡差信号が零 レべ ルをなめ らかに （ 鋭角 ） 横切る よ う に したか ら主軸を正 確に定位置に停止させる こ とができ る。

と ころで、 定位置にお て位置信号 P S'が零 レ ベ ルを 横切る よ う に、 レ ゾル バ 2 1 を正 し く 主韜 1 7 に取付け る こ とは困難である。 このため、 レゾル バを取付けてか ら、 定位置にお て位置信号 P S'が零ボ ル ト を横切る よ うに微調整する必要がある。 か る場合には停止位置調 整回路 ² 8 のボテ ン シ ョ メ ー タ POT ( 第 ⁴ 図 ） を調整し て位置信号 P S'の格子点 G P を左右にシ フ ト する （ 第 5 図（a) ) 。 これに よ ]? 、 回転角度に して + 5 ^β の乾囲で停止 位置を調整する こ とができ 、 定位置に て位置信号

P が零 レ ベ ルを横切る よ う にする こ とができ る。

ΟΜΡΙ 又、 ロ ーギア、 ハ イ ギアに力 わ らず ^ リ エ 'ン テ 一 シ ヨ ン時間を略同一に し、 しかも系の安定性を図る こ とが 好ま し 。 そこで、 本癸 に てはゲ イ ン靄整回路 35 , 36 、 ス ィ ッ チ SW2， S 3 、 ス ィ ッ チ切替回路 3 7 を設け、 ロ ー ギアの時には位置制街ル ー プの ゲイ ン を高 め、 ノ、ィ ギア時に比 らベゲイ ンを 、さ く して る この よ う にギアの π — Zハ イ （ ¾速比の大小 ） に応じてゲイ ンを切替えれば主軸のハ ン チ ン グゃ ー バ シ ユ ー ト がな く る と共に、 減速比の如何にか わ らず定位置俘止制 御に要する時間を略一定にでき る。

' 更に、 主軸定位置停止制街を正転 * 逆転の両方向か ら 行 ¾える こ とが定位置停止制御時間を短缩する うえで好 ま し 。 そこで、 本発明に ては主翱回転方向検出回 路 3 1 と、 主軸の正転 Z逆耘に応じて正或 は負の一定 電圧 "Vi ,— Vi を出力する定電圧癸生回路を設け、 正耘 時には位置信号 P S'が正 +Viか ら零ボ ル ト に向か う よ う に、 又逆転時には負一 Viか ら零ボ ル ト に向か う よ う にし て る。

産業上の利用可能栓

以上、 本発明に よ れば レ ゾルバを用 た新規 主軸定 位置停止装置を提供する こ とができ、 卷に主 ¾停止位置 を レ ゾルパ装着後に約 ± 5·の範囲で簡単に調整でき るた め レ ゾル バ取付時に取付け誤差があって も主軸を高精度 で定位置に停止させる こ とがで き る。 又、 ギアの ロ ー z ハイ に応じてゲ イ ン を切眷え る よ う に したか ら、 ギアの- ロ ーノハ イ に ^ わ らず系を安定にする こ とがで き る と 共に定位置停止時間を略一定にする こ とがで き る。 更に 正逆両方向か ら主軸定位置停止制街がて き るため、 定位 置停止時間を短縮する こ とができ て各種工具を 自動的に 交換しながら機械加工を 自動的に行 う 自動工具交換機 能付工作機械に適用 して好透であ る。 ..

Claims

請 求 の 範 s

1- 電動機と、 該電動核の回転速度を検出 し実速度信号 を出力する速度検出器と、 実速度と指令速度との偏差が 零と る よ う に制御する速度制街回路と、 前記電動機に よ ^動される主軸と、 主軸所定部分の現回耘位釐と該 主軸所定部分が停止すべき定位蘆との倡差に応じた位置 偏差信号を出力する位 «制街回路と を有し、 前記速度制 御回路に よ ]) 主軸を指令速度で回耘せしめる と共に、 定 位置指令によ 位量偏差信号が零と ¾ る よ う に一主軸の回 転を制御する主轴定位置停止装量にお て、 前記位置制 御回路は、 レ ゾルバ と 、 該 レ ゾルバの 2 次巻籙に励磁信 号 ¾供給する レ ゾルバ励磁信号発生器と、 一方の 1 次巻 線に接続され該 1 次卷籙出力電圧を同期整流する同期螯 流回路と、 ^方の 1 次巻籙に接続され、 該泡方の 1 次巻 線電圧を矩形波に変換する象限判別回路と、 同期整流回 路と象限判別回路の各出力電圧を用 て主軲が停止すベ き定位置にお て零レ ベ ル め らかに横切る位置偏差 信号を発生する波形合成回路 と 、 前記位置儒差信号が零 レ ベ ルを横切る格子点の位量を調整する停止位置調整手 段を有する こ とを特徵とする主軸定位置停止芸 *。

2- ギアの ロ ーノハ イ に じて位 ¾飼筠系の ゲ イ ン を切 - 替える こ と！：特徵とする特許請求の範 g第 ¹ 項記載の主 軸定位置停止装置。

2- 回転して る方向か ら主乾 ¾定位 Sに俘止させる回 路を有する こ と を特胬とする 許請求の範囲

の主軸定位置停止装置