JP2584885B2 - 制振機能を有する工作機械の主軸装置 - Google Patents
制振機能を有する工作機械の主軸装置Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転主軸を電動機の回転子で構成するいわ
ゆるビルトインモータ方式の主軸装置に関するものであ
り、特に制振機能を有する工作機械の主軸装置に関す
る。
ゆるビルトインモータ方式の主軸装置に関するものであ
り、特に制振機能を有する工作機械の主軸装置に関す
る。
先端に加工工具を装着する回転主軸を誘導電動機の回
転子で構成する工作機械はビルトインタイプとして知ら
れている。
転子で構成する工作機械はビルトインタイプとして知ら
れている。
このような工作機械では、電動機自身が発生する振動
と先端の加工工具がワークを加工するときに発生する振
動とが主として生じる。
と先端の加工工具がワークを加工するときに発生する振
動とが主として生じる。
一般に高速回転するモータにおいて発生する自励振動
は、モータ自身の軸重心のずれや軸のクリアランスによ
る回転アンバランスに起因する場合と、モータに接続さ
れる従動側負荷（この場合は加工工具による加工）に起
因する場合とある。このような振動はモータを搭載する
工作機械の性能に大きく影響する。
は、モータ自身の軸重心のずれや軸のクリアランスによ
る回転アンバランスに起因する場合と、モータに接続さ
れる従動側負荷（この場合は加工工具による加工）に起
因する場合とある。このような振動はモータを搭載する
工作機械の性能に大きく影響する。
このような振動に対する一般的な対策としてパッシブ
型制振機構とアクティブ型制振機構が提案されている。
型制振機構とアクティブ型制振機構が提案されている。
パッシブ型の一例として、従動側の軸に液体や鋼球を
密封したリングを装着する自動バランス機構が提案され
ている。この方式では軸の回転と共に生じる遠心力によ
り、液体や鋼球がリング内で一定の状態に分散配置され
る性質を利用し振動を吸収するものである。このように
振動そのものを抑止せずに発生した振動を制動する点で
パッシブ型制振機構と呼ばれる。
密封したリングを装着する自動バランス機構が提案され
ている。この方式では軸の回転と共に生じる遠心力によ
り、液体や鋼球がリング内で一定の状態に分散配置され
る性質を利用し振動を吸収するものである。このように
振動そのものを抑止せずに発生した振動を制動する点で
パッシブ型制振機構と呼ばれる。
一方、積極的に振動を抑止するアクティブ型制振機構
がある。例えば、モータの軸を磁気的に受ける磁気軸受
において磁気軸受の励磁を軸回転と発生する振動に合わ
せて積極的に制振する方式や、空気軸受のエアパッドと
軸の間の間隙を制御して動剛性を変化させ制振する方式
が提案されている。
がある。例えば、モータの軸を磁気的に受ける磁気軸受
において磁気軸受の励磁を軸回転と発生する振動に合わ
せて積極的に制振する方式や、空気軸受のエアパッドと
軸の間の間隙を制御して動剛性を変化させ制振する方式
が提案されている。
しかし、上述の制振方式はパッシブ型にしろアクティ
ブ型にしろ振動そのものに着目してこれを抑制しようと
するものである。
ブ型にしろ振動そのものに着目してこれを抑制しようと
するものである。
一方、誘導モータや同期モータ等のACモータをサーボ
系に使用する提案は従来から多くなされており、例えば
誘導モータのベクトル制御方式を適用したACサーボモー
タがある。この方式は、詳細は後述するが、基本的にAC
サーボモータに入力される電流を電流検出器で検出し、
回転速度を速度検出器で検出し、さらに、回転子位置を
位置検出器により検出し、これらを各々フィードバック
することにより電流制御、速度制御、及び位置制御を行
うものである。
系に使用する提案は従来から多くなされており、例えば
誘導モータのベクトル制御方式を適用したACサーボモー
タがある。この方式は、詳細は後述するが、基本的にAC
サーボモータに入力される電流を電流検出器で検出し、
回転速度を速度検出器で検出し、さらに、回転子位置を
位置検出器により検出し、これらを各々フィードバック
することにより電流制御、速度制御、及び位置制御を行
うものである。
本発明は工作機械の主軸装置にこのACサーボモータの
制御方式と、さらにモータの制振機能をも持たせること
により、ビルトインタイプのモータでなる主軸装置を有
した工作機械の全体的振動に対処するものである。
制御方式と、さらにモータの制振機能をも持たせること
により、ビルトインタイプのモータでなる主軸装置を有
した工作機械の全体的振動に対処するものである。
従来、ビルトインタイプの工作機械の誘導電動機は前
述の自動バランス機構による制振制御が採用され、電動
機のサーボ機構による制振制御は行われていない。
述の自動バランス機構による制振制御が採用され、電動
機のサーボ機構による制振制御は行われていない。
ビルトインタイプの工作機械に前記誘導電動機を使用
し、これをサーボ制御する場合、従来のサーボ制御装置
では以下の問題がある。
し、これをサーボ制御する場合、従来のサーボ制御装置
では以下の問題がある。
第９図は従来のACサーボモータの制御装置ブロック構
成図である。図中、IMは誘導モータ、SSは回転位置検出
器、CTは電流検出器、PIは電力変換器、CAは電流制御増
幅器、PAはCAとPIを総称した電力増幅器、CGは３相電流
指令発生回路である。
成図である。図中、IMは誘導モータ、SSは回転位置検出
器、CTは電流検出器、PIは電力変換器、CAは電流制御増
幅器、PAはCAとPIを総称した電力増幅器、CGは３相電流
指令発生回路である。
回転位置検出器SSは例えばロータリ・エンコーダであ
り、絶対位相θｒを出力するアブソリュート・エンコー
ダである。また位相を微分した回転速度Wrを出力するよ
うにすることも可能である。
り、絶対位相θｒを出力するアブソリュート・エンコー
ダである。また位相を微分した回転速度Wrを出力するよ
うにすることも可能である。
電力変換機PIは内蔵コンバータ（図示せず）により交
流を直流に変換し、次に内蔵インバータ（図示せず）に
よりその直流を交流に変換し、電流制御増幅器ACの出力
をモータを駆動し得る大きさの電力にしてモータIMに供
給する。
流を直流に変換し、次に内蔵インバータ（図示せず）に
よりその直流を交流に変換し、電流制御増幅器ACの出力
をモータを駆動し得る大きさの電力にしてモータIMに供
給する。
電流検出器CTは各巻線に流れる電流を検出し、検出電
流iu,iv,iwを対応する電流制御増幅器CAにフィードバッ
クする。
流iu,iv,iwを対応する電流制御増幅器CAにフィードバッ
クする。
電流制御増幅器CAは各相巻線毎に設けられ、フィード
バックされた各検出電流iu,iv,iwと対応する電流指令値
Iu,Iv,Iwとを加算し、その結果を増幅して電力変換器PI
に送る。
バックされた各検出電流iu,iv,iwと対応する電流指令値
Iu,Iv,Iwとを加算し、その結果を増幅して電力変換器PI
に送る。
３相電流指令発生回路CGは電流振幅指令Ｉ、及びすべ
り周波数指令wsと回転速度wrの差のすべり周波数W1とに
基づき各電流指令Iu,Iv,Iwを発生する。
り周波数指令wsと回転速度wrの差のすべり周波数W1とに
基づき各電流指令Iu,Iv,Iwを発生する。
第10図は従来の励磁コイルの結線図である。図示のよ
うに、４個のＵ相コイル、U1，U2，U3，U4は全て並列接
続され、電力変換器PIに接続される。そしてＶ相、Ｗ相
についても全く同様に接続されている。従って、各相毎
に電流を電流検出器CTにより一括検出し電流制御増幅器
CAにフィードバックし各相毎に電流を一括制御する。
うに、４個のＵ相コイル、U1，U2，U3，U4は全て並列接
続され、電力変換器PIに接続される。そしてＶ相、Ｗ相
についても全く同様に接続されている。従って、各相毎
に電流を電流検出器CTにより一括検出し電流制御増幅器
CAにフィードバックし各相毎に電流を一括制御する。
上述の従来技術において、パッシブ型制御機構やアク
ティブ型制振機構のように振動そのものを抑制する対策
では、パッシブ型にあっては従属側負荷の変動によるア
ンバランスは完全には救済できずに残り、またアクティ
ブ型にあっては制振機構を極めて複雑かつ高価なものに
する問題がある。
ティブ型制振機構のように振動そのものを抑制する対策
では、パッシブ型にあっては従属側負荷の変動によるア
ンバランスは完全には救済できずに残り、またアクティ
ブ型にあっては制振機構を極めて複雑かつ高価なものに
する問題がある。
また、ACサーボモータにおいても制御装置では上述の
ように各相の励磁コイルを並列接続し一括制御するため
微妙な振動制御（制振）まではできないという不都合が
ある。
ように各相の励磁コイルを並列接続し一括制御するため
微妙な振動制御（制振）まではできないという不都合が
ある。
本発明の目的は、従来のACサーボモータの制御方式を
改良し、ACサーボ制御機能と併せてモータの制振機能を
も持たせることにより、ビルトインタイプの主軸モータ
を有する工作機械の振動を高精度で抑止可能とする工作
機械の主軸装置を提供することにある。
改良し、ACサーボ制御機能と併せてモータの制振機能を
も持たせることにより、ビルトインタイプの主軸モータ
を有する工作機械の振動を高精度で抑止可能とする工作
機械の主軸装置を提供することにある。
第１図は本発明の原理構成図である。
本発明は、先端に加工工具（Ｔ）を装着する主軸
（８）を電動機（Ｍ）の回転子（６）と一体的に構成す
る工作機械の主軸装置であって、前記主軸の回転位置及
び回転速度を検出する回転位置検出器（SS）と、前記主
軸を覆うハウジング（３）の外壁に配置され主軸自体及
び加工工具に起因する振動を検出する振動検出器（VT）
と、前記回転位置検出器及び振動検出器からの検出信号
（α，θｒ）をフィードバックし、前記誘導電動機に供
給する各相電流（Ｉ）の励磁強度を制御し、前記振動を
抑止する制振制御装置（１）とを備えることを特徴とす
るものである。
（８）を電動機（Ｍ）の回転子（６）と一体的に構成す
る工作機械の主軸装置であって、前記主軸の回転位置及
び回転速度を検出する回転位置検出器（SS）と、前記主
軸を覆うハウジング（３）の外壁に配置され主軸自体及
び加工工具に起因する振動を検出する振動検出器（VT）
と、前記回転位置検出器及び振動検出器からの検出信号
（α，θｒ）をフィードバックし、前記誘導電動機に供
給する各相電流（Ｉ）の励磁強度を制御し、前記振動を
抑止する制振制御装置（１）とを備えることを特徴とす
るものである。
尚、図中、4,7はベアリング、５は固定子コイルあ
る。
る。
本発明の主軸装置の制振制御装置（１）は第２図に基
本構成を示すように、電動機（Ｍ）の各相巻線毎に取り
出されたリード線（L1〜LN）と、前記リード線毎に接続
された電力増幅器（PA1〜PAN）と、前記主軸装置の振動
を検出する振動検出器（VT）により検出された振動
（α）に基づき、各相に供給する電流の位相（θｍ）と
振幅（ｍ）を主軸装置の振動が最小となるように予め設
定し、かつ、フィードバックされた振動に基づき、設定
された位相と振幅を制御する電流制御手段（CC）と、前
記電流制御手段から入力された位相及び振幅と、主軸の
回転位置及び回転速度を検出する回転位置検出器（SS）
により検出された回転位置信号（θｒ）とに基づき、前
記各電力増幅器に対し変調された各相電流を供給する制
振変調手段（MC1〜MCN）とを備え、各相巻線に供給する
励磁電流の位相及び振幅を励磁コイル毎に順次変化さ
せ、かつ前記回転位置信号に同期して前記変化を時間的
に移動させることにより、系の振動を最小値に制御する
ようにしたことを特徴とする。
本構成を示すように、電動機（Ｍ）の各相巻線毎に取り
出されたリード線（L1〜LN）と、前記リード線毎に接続
された電力増幅器（PA1〜PAN）と、前記主軸装置の振動
を検出する振動検出器（VT）により検出された振動
（α）に基づき、各相に供給する電流の位相（θｍ）と
振幅（ｍ）を主軸装置の振動が最小となるように予め設
定し、かつ、フィードバックされた振動に基づき、設定
された位相と振幅を制御する電流制御手段（CC）と、前
記電流制御手段から入力された位相及び振幅と、主軸の
回転位置及び回転速度を検出する回転位置検出器（SS）
により検出された回転位置信号（θｒ）とに基づき、前
記各電力増幅器に対し変調された各相電流を供給する制
振変調手段（MC1〜MCN）とを備え、各相巻線に供給する
励磁電流の位相及び振幅を励磁コイル毎に順次変化さ
せ、かつ前記回転位置信号に同期して前記変化を時間的
に移動させることにより、系の振動を最小値に制御する
ようにしたことを特徴とする。
詳述すると、本発明によれば、先端に加工工具を装着
する回転主軸を電動機の回転子で構成する工作機械の主
軸装置において、前記回転主軸のハウジングに設けられ
主軸装置の振動を検出する振動検出手段と、前記回転主
軸の回転位置又は回転速度を検出する回転検出手段と、
前記電動機の各相巻線の励磁コイル毎に設けた複数個の
電流制御増幅手段及び前記各電流制御増幅手段からの出
力を前記電動機が駆動可能な大きさの電力に変換し前記
各相巻線に供給する複数個の電力変換手段にて構成され
る電力増幅手段と、前記電動機の各相巻線毎に供給する
電流の大きさと位相を、予め定めた電流の大きさと位相
との組合せに従い、かつ前記回転検出手段にて検出した
前記回転主軸の回転位置又は回転速度に応じて順次変化
させ、前記振動検出手段にて検出した主軸装置の振動が
極めて小さくなったときの電流の大きさとその位相を求
める電流制御手段と、前記電流制御手段から出力され前
記主軸装置の振動が極力小さくなるように制御された大
きさ及び位相を有する電流を、前記電動機の各相巻線の
励磁コイル毎に前記回転検出手段で検出した回転位置又
は回転速度に応じて供給できるように、前記各電力増幅
手段に対して変調された各相電流を供給する制振変調手
段とを具備することを特徴とする制振機能を有する工作
機械の主軸装置が提供される。
する回転主軸を電動機の回転子で構成する工作機械の主
軸装置において、前記回転主軸のハウジングに設けられ
主軸装置の振動を検出する振動検出手段と、前記回転主
軸の回転位置又は回転速度を検出する回転検出手段と、
前記電動機の各相巻線の励磁コイル毎に設けた複数個の
電流制御増幅手段及び前記各電流制御増幅手段からの出
力を前記電動機が駆動可能な大きさの電力に変換し前記
各相巻線に供給する複数個の電力変換手段にて構成され
る電力増幅手段と、前記電動機の各相巻線毎に供給する
電流の大きさと位相を、予め定めた電流の大きさと位相
との組合せに従い、かつ前記回転検出手段にて検出した
前記回転主軸の回転位置又は回転速度に応じて順次変化
させ、前記振動検出手段にて検出した主軸装置の振動が
極めて小さくなったときの電流の大きさとその位相を求
める電流制御手段と、前記電流制御手段から出力され前
記主軸装置の振動が極力小さくなるように制御された大
きさ及び位相を有する電流を、前記電動機の各相巻線の
励磁コイル毎に前記回転検出手段で検出した回転位置又
は回転速度に応じて供給できるように、前記各電力増幅
手段に対して変調された各相電流を供給する制振変調手
段とを具備することを特徴とする制振機能を有する工作
機械の主軸装置が提供される。
本発明の主軸装置の制振制御装置では、誘導モータも
しくは同期モータにおいて、従来並列接続され一括制御
されてきた励磁コイルを第４図に示すように各コイル個
別に制御し、基本的には並列接続時と同様の制御を各コ
イルに加える。
しくは同期モータにおいて、従来並列接続され一括制御
されてきた励磁コイルを第４図に示すように各コイル個
別に制御し、基本的には並列接続時と同様の制御を各コ
イルに加える。
一方、主軸、回転子及び加工工具の重心ずれによる遠
心力は、モータ回転数によりその大きさを変化させ、モ
ータ回転速度と同じ回転速度で移動しながらラジアル方
向に発生する。ある瞬間ある回転角度位置において、モ
ータの励磁電流を制御して遠心力と同じ大きさで方向反
対の吸引力をロータとステータとの間で発生させ、かつ
この吸引力をモータの回転速度と同じ回転速度で移動さ
せると、遠心力と吸引力とが相殺されて遠心力に起因す
る振動がなくなる。
心力は、モータ回転数によりその大きさを変化させ、モ
ータ回転速度と同じ回転速度で移動しながらラジアル方
向に発生する。ある瞬間ある回転角度位置において、モ
ータの励磁電流を制御して遠心力と同じ大きさで方向反
対の吸引力をロータとステータとの間で発生させ、かつ
この吸引力をモータの回転速度と同じ回転速度で移動さ
せると、遠心力と吸引力とが相殺されて遠心力に起因す
る振動がなくなる。
また遠心力の大きさが変化する場合は、その遠心力の
大きさに応じて吸引力の大きさも変化させるのである。
大きさに応じて吸引力の大きさも変化させるのである。
つまり、励磁コイルに与える電流を上述の各コイル個
別に制御するのに重畳する形で、ロータ回転に同期しか
つ遠心力に見合った大きさ及び位相差を持った励磁強度
に変調する。こにれより吸引力が周方向で変化すること
になり、遠心力を打ち消しながら回転力が得られること
になる。
別に制御するのに重畳する形で、ロータ回転に同期しか
つ遠心力に見合った大きさ及び位相差を持った励磁強度
に変調する。こにれより吸引力が周方向で変化すること
になり、遠心力を打ち消しながら回転力が得られること
になる。
第３図は本発明の主軸装置に用いる制振制御装置の一
実施例ブロック構成図である。第３図において、従来と
同一の構成要素には同一の参照符号を与える。図中、VT
が振動検出器、PCは電流制御手段としての制振位相・振
幅指令発生回路、MCは制振変調回路である。
実施例ブロック構成図である。第３図において、従来と
同一の構成要素には同一の参照符号を与える。図中、VT
が振動検出器、PCは電流制御手段としての制振位相・振
幅指令発生回路、MCは制振変調回路である。
前述のように、誘導モータの機械的構造は変わらない
が、第４図に示すように、単に巻線１極毎にリード線を
取り出す。従って、電流検出器、電力変換器、電流制御
増幅器、制御変調回路等は図示のように全て極数分の組
数だけ（本実施例では４組）必要となる。即ち、CT1〜C
T4は電流検出器、PI1〜PI4は電力変換器、CA1〜CA4は電
流制御増幅器、MC1〜MC4は制振変調回路であり４組設け
られる。但し、電力変換器はそのまま４倍必要ではなく
４分の１の性能のものを４台設ければよい。
が、第４図に示すように、単に巻線１極毎にリード線を
取り出す。従って、電流検出器、電力変換器、電流制御
増幅器、制御変調回路等は図示のように全て極数分の組
数だけ（本実施例では４組）必要となる。即ち、CT1〜C
T4は電流検出器、PI1〜PI4は電力変換器、CA1〜CA4は電
流制御増幅器、MC1〜MC4は制振変調回路であり４組設け
られる。但し、電力変換器はそのまま４倍必要ではなく
４分の１の性能のものを４台設ければよい。
このように、制御装置は極数分だけ並列に電力変換器
等を接続し、これらに供給する電流指令値に、制振を目
的とする指令値（制振指令値）を掛け合わせる構造とす
る。
等を接続し、これらに供給する電流指令値に、制振を目
的とする指令値（制振指令値）を掛け合わせる構造とす
る。
後述する第６図で説明するように、各励磁コイルの制
御指令値は目的の場所の振動が最小となるように、周方
向に１を中心とする正弦分布をなし、ロータの回転とあ
る位相差を持って進行する。正弦分布の振幅係数と位相
差は学習制御によって回転開始からの僅かの時間で決め
られ、回転中も常に最適化を続けることが可能である。
御指令値は目的の場所の振動が最小となるように、周方
向に１を中心とする正弦分布をなし、ロータの回転とあ
る位相差を持って進行する。正弦分布の振幅係数と位相
差は学習制御によって回転開始からの僅かの時間で決め
られ、回転中も常に最適化を続けることが可能である。
第５図は第３図の制振変調回路の一実施例ブロック構
成図である。第５図において、MTは乗算器、ADは加算
器、AMPは増幅器、OSCは第６図（ｃ）に示す正弦波をＮ
種類発振する正弦波発振器である。この場合、正弦波発
振器OSCには制振位相・振幅指令発生回路PCから位相θ
ｍと振幅係数ｍが入力され、さらに、回転位置検出器SS
で検出された回転位置信号θｒを入力し、下式の如き正
弦波をＮ種類出力する。
成図である。第５図において、MTは乗算器、ADは加算
器、AMPは増幅器、OSCは第６図（ｃ）に示す正弦波をＮ
種類発振する正弦波発振器である。この場合、正弦波発
振器OSCには制振位相・振幅指令発生回路PCから位相θ
ｍと振幅係数ｍが入力され、さらに、回転位置検出器SS
で検出された回転位置信号θｒを入力し、下式の如き正
弦波をＮ種類出力する。
sin（θｒ＋θｍ＋（２π/N）×ｉ） …（１） ここで、Ｎは励磁コイルの数（本実施例ではＮ＝12）
であり、ｉは０〜（Ｎ−１）の整数である。
であり、ｉは０〜（Ｎ−１）の整数である。
発振器OSCは式（１）を各組毎にｉ＝０〜11まで出力
すると各々の乗算器MTにおいて振幅係数ｍが乗じられ、
さらに加算器ADにて電流指令発生回路CGからの各相の電
流指令値Iu,Iv,Iwが加えられる。この結果、例えばＵ相
について下式が得られる。
すると各々の乗算器MTにおいて振幅係数ｍが乗じられ、
さらに加算器ADにて電流指令発生回路CGからの各相の電
流指令値Iu,Iv,Iwが加えられる。この結果、例えばＵ相
について下式が得られる。
Iu1＝Iu｛１＋ｍ・sin（θｒ＋θｍ＋（２π/12）×
ｉ）｝ …（２） ここでIu1はｉ＝０、Iu2はｉ＝３、Iu3はｉ＝６、Iu4
はｉ＝９である。
ｉ）｝ …（２） ここでIu1はｉ＝０、Iu2はｉ＝３、Iu3はｉ＝６、Iu4
はｉ＝９である。
Ｖ相、Ｗ相についても全く同様にして求めることがで
きる。
きる。
第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）は第５図回路の基本動
作の説明図である。（ａ）において、制振変調回路MCは
３相電流指令発生回路CGからのU,V,W相の３相交流を受
けると、回転位置信号θｒ及び位相θｍと振幅係数ｍに
基づき第５図の具体的回路によりIu1〜Iw4を出力する。
作の説明図である。（ａ）において、制振変調回路MCは
３相電流指令発生回路CGからのU,V,W相の３相交流を受
けると、回転位置信号θｒ及び位相θｍと振幅係数ｍに
基づき第５図の具体的回路によりIu1〜Iw4を出力する。
（ｂ）において、U,V,Wの３相で１相が４組の場合、
図示のように12個の励磁コイルとなる。即ち、U1〜U4，
V1〜V4，W1〜W4の12個の励磁コイルである。
図示のように12個の励磁コイルとなる。即ち、U1〜U4，
V1〜V4，W1〜W4の12個の励磁コイルである。
（ｃ）は、（ｂ）図を展開したもので、U,V,Wの変調
を説明する図である。各相U,V,Wの電流値を図示のよう
に変調して強弱（振幅係数ｍ）を持たせると、例えば同
じＵ相でも変調をかけた励磁コイルに強い吸引力Ｘを生
じ、ロータは吸引力の強い方に引き寄せられて回転す
る。しかしこのまま一方向に偏った吸引力Ｘでは振動を
発生することは明らかである。
を説明する図である。各相U,V,Wの電流値を図示のよう
に変調して強弱（振幅係数ｍ）を持たせると、例えば同
じＵ相でも変調をかけた励磁コイルに強い吸引力Ｘを生
じ、ロータは吸引力の強い方に引き寄せられて回転す
る。しかしこのまま一方向に偏った吸引力Ｘでは振動を
発生することは明らかである。
本発明では吸引力を回転させるため（ｃ）図のような
変調のカーブを回転位置検出器SSにより検出された回転
位置θｒまたはこれを微分にして得た回転速度wrに同期
して移動させることにある。
変調のカーブを回転位置検出器SSにより検出された回転
位置θｒまたはこれを微分にして得た回転速度wrに同期
して移動させることにある。
一方、一般にモータ軸の振動は重心のずれによる遠心
力により発生する。従って、この遠心力を打ち消す方向
に吸引力を加えれば力関係が相殺されて振動が抑止でき
るはずである。よって、本発明では上述のように変調の
カーブを回転速度wrに同期して移動させ吸引力を回転さ
せることにより、常に遠心力を打ち消し振動を抑止しよ
うとするものである。
力により発生する。従って、この遠心力を打ち消す方向
に吸引力を加えれば力関係が相殺されて振動が抑止でき
るはずである。よって、本発明では上述のように変調の
カーブを回転速度wrに同期して移動させ吸引力を回転さ
せることにより、常に遠心力を打ち消し振動を抑止しよ
うとするものである。
第７図は第３図の制振位相・振幅指令発生回路PCの一
実施例ブロック図である。
実施例ブロック図である。
ここで、制振変調回路MCに供給する位相θｍと振幅係
数ｍを決定する場合に、基本的に、軸の中心と重心のず
れにより生じる回転アンバランスが予め判明している場
合と、予め判明していない場合に分けられる。前者の場
合では位相θｍは固定であり、振幅係数ｍは回転位置信
号θｒを微分して得られる回転速度wrに比例して変化す
る。
数ｍを決定する場合に、基本的に、軸の中心と重心のず
れにより生じる回転アンバランスが予め判明している場
合と、予め判明していない場合に分けられる。前者の場
合では位相θｍは固定であり、振幅係数ｍは回転位置信
号θｒを微分して得られる回転速度wrに比例して変化す
る。
後者の場合は例えば、生産効率の点で回転アンバラン
スを探し出す余裕がない場合、あるいは工具等の付加物
により回転アンバランスが生じる場合である。この場
合、位相θｍを０〜２πの範囲で、振幅係数ｍを０〜１
の範囲でテーブルをスキャンして振動が最も小さくなる
θｍとｍを検索する。
スを探し出す余裕がない場合、あるいは工具等の付加物
により回転アンバランスが生じる場合である。この場
合、位相θｍを０〜２πの範囲で、振幅係数ｍを０〜１
の範囲でテーブルをスキャンして振動が最も小さくなる
θｍとｍを検索する。
本回路は振動検出器VTにより検出されたモータの振動
αを入力し、上述の２つの場合について学習制御により
求めた位相θｍ及び振幅係数ｍを制振変調回路MCに送出
する回路である。
αを入力し、上述の２つの場合について学習制御により
求めた位相θｍ及び振幅係数ｍを制振変調回路MCに送出
する回路である。
TBは第８図に示すように各種の位相θｍ及び振幅係数
ｍの組合せを格納するテーブルであり、ROMに格納され
る。SCはテーブルTBの位相θｍ及び振幅係数ｍをスキャ
ンするスキャン手段であり、スキャン結果として位相θ
ｍ及び振幅係数ｍを出力する。
ｍの組合せを格納するテーブルであり、ROMに格納され
る。SCはテーブルTBの位相θｍ及び振幅係数ｍをスキャ
ンするスキャン手段であり、スキャン結果として位相θ
ｍ及び振幅係数ｍを出力する。
MOCはモード制御回路であり、実際の振動測定前に学
習制御により前述の後者の場合について最適なθｍとｍ
を求めるモードと、実際の振動制御を行うモードを切り
換える手段である。従って、回転アンバランスが判明し
ていない場合に、学習制御の段階ではスイッチSW1，SW2
をスキャン手段側（接点ａ側）に設定して予めテーブル
の位相θｍ及び振幅係数ｍをスキャンし、制振変調回路
MCにこれらの値を順次与え、主軸装置の振動Ａが最も小
さくなるときの位相θｍ及び振幅係数ｍを求める。求め
られたθｍとｍ及び振動Ａは保持回路HOLに保持され
る。なお、振動Ａは振動算出回路VCにより一定時間間隔
の振動を積分して求めた値である。
習制御により前述の後者の場合について最適なθｍとｍ
を求めるモードと、実際の振動制御を行うモードを切り
換える手段である。従って、回転アンバランスが判明し
ていない場合に、学習制御の段階ではスイッチSW1，SW2
をスキャン手段側（接点ａ側）に設定して予めテーブル
の位相θｍ及び振幅係数ｍをスキャンし、制振変調回路
MCにこれらの値を順次与え、主軸装置の振動Ａが最も小
さくなるときの位相θｍ及び振幅係数ｍを求める。求め
られたθｍとｍ及び振動Ａは保持回路HOLに保持され
る。なお、振動Ａは振動算出回路VCにより一定時間間隔
の振動を積分して求めた値である。
次にスイッチSW1，SW2を接点ｂ側に設定し、この設定
された位相θｍ及び振幅係数ｍを制振変調回路MCに供給
して実際の振動制御を行う。一方、工具の変更等、何ら
かの外部要因により回転アンバランスが大きくなり主軸
装置の振動が大きくなった場合は、このときに生じた振
動αの積分値Ｂを振動算出回路VCにより求め、比較器CO
Mにて予め求めた振動の最小値Ａと比較する。
された位相θｍ及び振幅係数ｍを制振変調回路MCに供給
して実際の振動制御を行う。一方、工具の変更等、何ら
かの外部要因により回転アンバランスが大きくなり主軸
装置の振動が大きくなった場合は、このときに生じた振
動αの積分値Ｂを振動算出回路VCにより求め、比較器CO
Mにて予め求めた振動の最小値Ａと比較する。
この場合、振動Ｂの方が小さければ位相θｍと振幅係
数ｍを変える必要はない。しかし、振動Ｂの方が大きい
場合はモード制御回路MOCによりスイッチSW1，SW2を接
点ａ側にし再度テーブルTBをスキャンして前述のように
この系の振動の最小値を探し出すことになる。そして、
再度スイッチを接点ｂ側に設定し振動制御を行う。
数ｍを変える必要はない。しかし、振動Ｂの方が大きい
場合はモード制御回路MOCによりスイッチSW1，SW2を接
点ａ側にし再度テーブルTBをスキャンして前述のように
この系の振動の最小値を探し出すことになる。そして、
再度スイッチを接点ｂ側に設定し振動制御を行う。
なお、保持回路HOLは、前回の値と今回の値を比較し
小さい方の値を保持するような保持回路であればよい。
小さい方の値を保持するような保持回路であればよい。
第８図は前述のθｍとｍの関係を格納するテーブルの
一例であり、ROMに格納される。横軸はθｍ、縦軸は振
幅係数ｍである。θｍの範囲は０〜２πであり、ｍの範
囲は０〜１である。
一例であり、ROMに格納される。横軸はθｍ、縦軸は振
幅係数ｍである。θｍの範囲は０〜２πであり、ｍの範
囲は０〜１である。
本発明で用いるすべての加工工具Ｔを、予め主軸８に
装着して回転させ、前述の学習制御によりｍとθｍの値
を各加工工具毎に記憶手段ME（第３図）に登録してお
く。そして実際の加工に際して、制振位相、振幅指令発
生回路PCは、工作機械のNC装置からの工具交換指令に基
づき、該記憶手段MEから該当する工具のｍとθｍの値を
もらい、直ちに制振変調回路MC1〜MC4へ送出する方法も
ある。この様にすれば、いちいち工具交換の度に学習制
御しなくて済み迅速な制御が可能である。
装着して回転させ、前述の学習制御によりｍとθｍの値
を各加工工具毎に記憶手段ME（第３図）に登録してお
く。そして実際の加工に際して、制振位相、振幅指令発
生回路PCは、工作機械のNC装置からの工具交換指令に基
づき、該記憶手段MEから該当する工具のｍとθｍの値を
もらい、直ちに制振変調回路MC1〜MC4へ送出する方法も
ある。この様にすれば、いちいち工具交換の度に学習制
御しなくて済み迅速な制御が可能である。
以上説明したように、本発明によれば、構造複雑な機
械的制振装置を付加することなく、構造簡単な電気的手
段だけで、精度よくビルトインモータ方式の工作機械の
主軸装置の振動を抑止できる。また主軸に加工工具を装
着したり、加工動作を行ったりした場合、事前にその系
のアンバランスとそれに起因する振動について知るとこ
ろがなくても、回転開始よりわずかの時間で制振でき、
更に主軸装置の負荷が変化した場合にも迅速に対応でき
る。
械的制振装置を付加することなく、構造簡単な電気的手
段だけで、精度よくビルトインモータ方式の工作機械の
主軸装置の振動を抑止できる。また主軸に加工工具を装
着したり、加工動作を行ったりした場合、事前にその系
のアンバランスとそれに起因する振動について知るとこ
ろがなくても、回転開始よりわずかの時間で制振でき、
更に主軸装置の負荷が変化した場合にも迅速に対応でき
る。
第１図は本発明の原理構成図、 第２図は本発明の制振制御装置の基本構成図、 第３図は本発明の制振制御装置の一実施例ブロック構成
図、 第４図は本発明の励磁コイル結線図、 第５図は第３図の制振変調回路の一実施例ブロック図、 第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の基本動作説明
図、 第７図は第３図の制振位相・振幅指令発生回路の一実施
例ブロック構成図、 第８図は第７図のテーブルの一例、 第９図は従来の制御装置のブロック構成図、及び、 第10図は従来の励磁コイル結線図である。 （符号の説明） IM……誘導電動機、CT……電流検出器、PA……電力増幅
器、PI……電力変換器、CA……電流制御増幅器、MC……
制振変調回路、CC……電流制御手段、PC……制振位相・
振幅指令発生回路、CG……３相電流指令発生回路、VT…
…振動検出器、SS……回転位置検出器、ME……記憶手
段、１……制振制御装置、２……切削刃、３……ハウジ
ング、4,7……ベアリング、５……固定子、６……回転
子、８……主軸、Ｔ……加工工具。
図、 第４図は本発明の励磁コイル結線図、 第５図は第３図の制振変調回路の一実施例ブロック図、 第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の基本動作説明
図、 第７図は第３図の制振位相・振幅指令発生回路の一実施
例ブロック構成図、 第８図は第７図のテーブルの一例、 第９図は従来の制御装置のブロック構成図、及び、 第10図は従来の励磁コイル結線図である。 （符号の説明） IM……誘導電動機、CT……電流検出器、PA……電力増幅
器、PI……電力変換器、CA……電流制御増幅器、MC……
制振変調回路、CC……電流制御手段、PC……制振位相・
振幅指令発生回路、CG……３相電流指令発生回路、VT…
…振動検出器、SS……回転位置検出器、ME……記憶手
段、１……制振制御装置、２……切削刃、３……ハウジ
ング、4,7……ベアリング、５……固定子、６……回転
子、８……主軸、Ｔ……加工工具。
Claims (2)
- 【請求項１】先端に加工工具を装着する回転主軸を電動
機の回転子で構成する工作機械の主軸装置において、 前記回転主軸のハウジングに設けられ主軸装置の振動を
検出する振動検出手段と、 前記回転主軸の回転位置又は回転速度を検出する回転検
出手段と、 前記電動機の各相巻線の励磁コイル毎に設けた複数個の
電流制御増幅手段及び前記各電流制御増幅手段からの出
力を前記電動機が駆動可能な大きさの電力に変換し前記
各相巻線に供給する複数個の電力変換手段からなる電力
増幅手段と、 前記電動機の各相巻線毎に供給する電流の大きさと位相
を、予め定めた電流の大きさと位相との組合せに従い、
かつ前記回転検出手段にて検出した前記回転主軸の回転
位置又は回転速度に応じて順次変化させ、前記振動検出
手段にて検出した主軸装置の振動が極めて小さくなった
ときの電流の大きさとその位相を求める電流制御手段
と、 前記電流制御手段から出力され前記主軸装置の振動が極
力小さくなるように制御された大きさ及び位相を有する
電流を、前記電動機の各相巻線の励磁コイル毎に前記回
転検出手段で検出した回転位置又は回転速度に応じて供
給できるように、前記各電力増幅手段に対して変調され
た各相電流を供給する制振変調手段と、 を具備することを特徴とする制振機能を有する工作機械
の主軸装置。 - 【請求項２】前記電流制御手段は、前記回転主軸に装着
される加工工具のアンバランスに起因する回転振動を極
力小さくするための前記各電力増幅手段の各相に供給す
る電流の大きさと位相データとを予め記憶手段に登録し
ておき、前記工作機械の加工工具交換指令に基づき前記
記憶手段から該当する電流の大きさと位相データを読み
出して前記各電力増幅手段に供給するように構成した請
求項１に記載の制振機能を有する工作機械の主軸装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2165663A JP2584885B2 (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | 制振機能を有する工作機械の主軸装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2165663A JP2584885B2 (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | 制振機能を有する工作機械の主軸装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0457655A JPH0457655A (ja) | 1992-02-25 |
| JP2584885B2 true JP2584885B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=15816652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2165663A Expired - Lifetime JP2584885B2 (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | 制振機能を有する工作機械の主軸装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2584885B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6002054A (en) * | 1995-06-20 | 1999-12-14 | Kao Corporation | Method for producing alcohol |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6115589A (ja) * | 1984-06-28 | 1986-01-23 | Daikin Ind Ltd | 回転圧縮機の振動低減装置 |
| JP2550517B2 (ja) * | 1985-12-10 | 1996-11-06 | ダイキン工業株式会社 | 誘導機駆動用インバ−タ制御方法 |
| JPS6371590A (ja) * | 1986-09-13 | 1988-03-31 | Daikin Ind Ltd | 回転圧縮機の振動低減装置 |
| JPS63138091A (ja) * | 1986-11-28 | 1988-06-10 | ナブコシステム株式会社内 | 引戸装置 |
-
1990
- 1990-06-26 JP JP2165663A patent/JP2584885B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0457655A (ja) | 1992-02-25 |
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Legal Events
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