JPH0416802B2

JPH0416802B2 -

Info

Publication number: JPH0416802B2
Application number: JP670890A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoku Kozai; Yoshimoto Fujioka; Naoto Oota
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1992-03-25
Also published as: JPH02237734A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は主軸定位置停止制御装置に係り、特に
正転及び逆転の両方向から主軸定位置停止ができ
る主軸定位置停止制御装置に関する。

（従来の技術）各種の工具を自動的に交換しながら機械加工を
自動的に行なう工作機械は自動工具交換機能付工
作機械と呼ばれ、公知である。

自動工具交換機能付工作機械の工具交換動作
は、たとえば以下の如く行われる。即ち、まず、
工具を保持するマガジンを回転させて空の工具把
持部分を主軸機構の真上に位置させた後、交換し
ようとする工具を取付けた主軸機構を前方に突出
させる。ついで、マガジンを主軸機構上に降下さ
せ、工具把持部分に工具を嵌合せしめ、主軸機構
を引込め、工具を主軸から抜き去る。その後、マ
ガジンを回転させて所望の工具を主軸の前方に位
置させ、ふたたび主軸機構を前方に突出させて主
軸に工具を装着する。しかる後、マガジンを上方
に引き上げれば工具交換が終了する。

上述の如き工具の自動交換機構において、主軸
と工具の嵌合部とを円滑に嵌合させるためには主
軸の所定部分たとえばキーを正確な位置に停止さ
せなければならない。というのは、主軸にはキー
が装着され、一方工具には該キーと嵌合するキー
溝が形成されており、該キーがキー溝に正しく対
向するように主軸を位置決め停止しないと主軸に
対し工具を円滑に嵌合せしめることができないか
らである。このため、主軸の位置決め精度として
は回転角にして±0.1乃至±0.2゜という高い精度が
要求される。

そこで従来の自動工具交換機構においては、主
軸と工具の嵌合部とを円滑に嵌合させるために、
主軸のキー位置を検知する光電式の検知器やリミ
ツトスイツチ機構を設け、これらの機構から発せ
られる検知信号をもとに機械的なブレーキを動作
させて主軸を所定の停止位置に停止させていた。

しかし、上述の従来装置では高精度の位置決め
ができないうえに、機械的なピン、ブレーキなど
の停止機構を用いているため、長期の使用でブレ
ーキシユー、ピンなど、停止機構が摩耗してしま
い、この摩耗のため主軸を所定の位置に増々停止
せしめることができず、工具の自動交換を円滑に
行なうことができなかつた。

このため自動工具交換に際しては機械的なピ
ン、ブレーキなどの停止機構を必要とせず、純電
気的に主軸を高精度で所定の定位置に停止させる
主軸定位置停止制御装置が要求される。

（発明が解決しようとする課題）最近、数値制御工作機械の加工物として自動車
のエンジンボツクスに代表されるような中ぐり
（boring）加工を必要とするワークが増加してき
た。かかる中ぐり加工においてはびびり振動を防
ぐなど剛性の点から中ぐり棒（バイト）はより太
いものが要求される。しかし、中ぐり棒をさし込
む穴径が小さいものでは、どうしても中ぐり棒の
径は小さくならざる得なかつた。以下、この点を
中心に中ぐり工作機械について説明する。

第１図は中ぐり工作機械の概略説明図で、２０
１は主軸台、２０２は中ぐり棒、２０３はバイ
ト、２０４はワークで、中ぐり棒さし込み穴２０
４ａ，２０４a′及び中空部２０４ｂを有してい
る。尚、２０５はワーク載置用のテーブルであ
る。かかる中ぐり工作機械においては、まずバイ
ト２０３をさし込み穴２０４ａ又は２０４a′を介
してワーク２０４内の中空部２０４ｂに挿入し、
しかる後ワークをバイトに対し相対的に移動させ
て中ぐり加工を行う。ところで、さし込み穴２０
４ａ，２０４a′の径は、後に塞ぐ必要があるため
比較的小さく形成されている。このため、バイト
挿入時、又は引抜時にバイト２０３がさし込み２
０４ａに当らないようにするためには第２図に示
すよう中ぐり棒２０２の径も小さくしなければな
らず、したがつて加工に際してびびり振動が発生
し、精度の高い加工ができなかつた。

そこで、中ぐり棒２０２の径を大きくするため
には第３図、第４図に示すような方法が考えられ
る。第３図の方法は、バイト挿入および引抜き時
における中ぐり棒２０２の中心とさし込み穴２０
４ａの中心とをＹ軸方向に互いに偏心させ、しか
もバイト２０３の位置をＹ軸に一致させるもので
ある（尚、必らずしもＹ軸でなくてもよい）。第
４図の方法は、さし込み穴２０４ａに連通するバ
イトさし込み穴２０４ｃをワーク２０４に形成
し、バイト挿入時又は引抜き時にバイト２０３の
位置を該バイトさし込み穴２０４ｃに一致させる
ものである。このように、第３図、第４図の方法
によれば中ぐり棒２０２の径を大きくできびびり
振動を減少させることができる。しかし、これら
の方法ではバイト挿入時又は停止時に主軸を所定
の定位置（第３図では＋Ｙ軸、第４図ではバイト
さし込み穴２０４ｃ）に正確に停止させなくては
ならない。換言すれば中ぐり棒の径を大きくして
びびり振動をなくし、しかも剛性のある切削加工
を行うためには中ぐり加工に際しても主軸を所定
の定位置に停止させる主軸定位置停止制御装置が
要求される。

このため、本願発明者等は純電気的に主軸を定
位置に停止させる主軸定位置停止制御装置を既に
提案している。

かかる既提案の主軸定位置停止制御装置によれ
ば主軸の定位置停止制御装置は必らず一方向か
ら、たとえば正転方向から行う必要があり、逆転
方向からは主軸の定位置停止制御を行うことがで
きなかつた。このため、主軸が逆転している場合
に、主軸定位置停止を行うためには一旦、主軸を
停止せしめた後、定位置停止制御を行なわなくて
はならない。このため主軸が定位置に停止する迄
の時間が長くなり、工具交換動作、中ぐり棒挿
入、引抜きに相当の時間を必要とし工作能率を低
下せしめる欠点があつた。又、主軸が逆回転して
いる場合、一旦停止し、しかる後正回転して定位
置停止が行われるため、加工後のワークの表面が
みた目によくなく、更にはオペレータに不安感を
抱かせる。

又、中ぐり工作機械において主軸を逆回転せし
めながら中ぐり加工を行ない、加工完了後にバイ
トを引抜く場合を考察すると、定位置停止の際バ
イトは加工時と逆方向に回転（正回転）しなくて
はならない。このためバイトの刃先がワークに逆
向きにあたることになり、ワークに引き目などの
傷がつき、製品の価値を下げることになる。そし
て、この傷を除去するためにはワーク表面を研摩
するという別工程が必要となり費用がかさみ、加
工時間が長くなる。

従つて、本発明は正逆方向から主軸定位置停止
ができる主軸定位置停止制御装置を提供し、定位
置停止に要する時間を短縮すると共に、中ぐり加
工機等において主軸定位置停止制御の際のワーク
加工面に傷がつかないようにすることを目的とす
る。

（課題を解決するための手段）本発明によれば、工作機械の主軸と、該主軸を
回転駆動する主軸モータと、主軸を指令速度で回
転させる速度制御ループと、速度制御から位置制
御に切換えて主軸の停止位置を制御する位置制御
ループとを具備し、主軸所定部分の現在位置と主
軸所定部分が停止すべき定位置との位置偏差が零
となるように主軸を駆動して該主軸所定部分を定
位置に停止させる主軸定位置停止制御装置におい
て、主軸の所定部分に取付けられ中心位置から主
軸の両回転方向に向かつてそれぞれ磁化力が増加
するとともに、主軸の取付面に対する夫々の磁極
極性が互いに反対となる２つの磁力を有する発磁
体と、主軸に取り付けられた前記発磁体の通過部
分にギヤツプをもつて対向して機械固定部の所定
位置に取り付けられ、かつ発磁体の通過方向には
３つの過飽和リアクトルを等間隔に配列したセン
ス部と、該センス部の中央の過飽和リアクトルと
発磁体の相対的な位置関係を示す位置偏差信号
（DV₂）と主軸が定位置近傍領域に到達したこと
を示す定位置近傍信号（ASV）を出力する位置
検出センサと、前記主軸の回転方向に応じて正又
は負極性の直流電圧（RDV）を発生するととも
にこの直流電圧に基づいて主軸を定位置停止制御
前の速度制御時の回転方向で回転させる電圧信号
及び設定された主軸回転数を指令する電圧値から
実速度の積分値を引いた差分出力を発生する電圧
発生手段と、前記位置検出センサの位置偏差信号
（DV₂）により主軸の所定部分が定位置の近傍領
域に正逆いずれの方向から近づいたかを検出する
回転方向検出手段と、定位置停止制御前の速度制
御時の指令速度が零になつた後に前記位置制御ル
ープに切換えて速度制御から位置制御に移行せし
めて前記主軸の停止位置を制御する第１のループ
切替手段と、前記位置制御ループを粗の位置偏差
ループと精の位置偏差ループとに切換える第２の
ループ切替手段と、前記第１のループ切替手段を
切換えて位置制御に移行した後主軸の所定部分が
最初に停止すべき定位置に到達してから再び該近
傍領域に近ずくまでは粗の位置偏差信号として前
記差分出力を、その後主軸の所定部分が定位置近
傍領域に到達するまでは前記一定電圧信号を、そ
れぞれ前記検出された回転方向に従つた極性で出
力し、主軸の所定部分が定位置近傍領域に到達し
た後前記第２のループ切替手段を切換えて、精の
位置偏差信号として前記ゲイン調整手段から出力
される検出電圧を出力する位置偏差信号出力手段
とを具備してなることを特徴とする主軸定位置停
止制御装置を提供することができる。

（作用）本発明の主軸定位置停止制御装置では、ワーク
を切削中にオリエンテーシヨン指令、つまり定位
置停止指令が入力されると、現在の主軸の回転方
向を記憶して、その方向から定位置停止させ、あ
るいは定位置停止のための回転方向を記憶させて
おき、常に位置制御に移行する前の速度制御時の
主軸の回転方向と同一方向から定位置に停止させ
るようにしている。また、初期時に停止している
主軸についても、設定してある方向に回転させな
がらオーバシユートなしに定位置停止させる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に従つて詳細に
説明する。

第５図は本発明に係る主軸定位置停止制御装置
の概略を説明する回路ブロツク図、第６図は同各
部波形図、第７図及び第８図は近接スイツチの動
作、構造を説明する説明図である。

図中、１は速度指令回路であり、主軸モータ
（後述）となる直流モータの速度指令CVを出力す
る。２は、主軸を決められた定位置に停止させる
ための定位置停止（オリエンテーシヨン）指令
ORCMを出力する定位置停止指令回路、３は主
軸を指令速度で回転させる速度制御ループを構成
する速度制御回路であり、加算器３ａと位相補償
回路３ｂと電圧／位相変換器３ｃとサイリスタ回
路３ｄとを有している。加算器３ａは速度制御に
際しては速度指令CVと実速度AVとの差電圧
（速度偏差）を出力し、位置制御の際には位置偏
差信号RPDと実速度AVとの差電圧を出力する。
位相補償回路３ｂは加算器出力電圧の位相を進め
又は遅らせその位相を補償する。電圧／位相変換
器３ｃは位相補償回路３ｂの出力電圧に応じてサ
イリスタ回路３ｄを構成する各サイリスタの点弧
角を制御する。サイリスタ回路３ｄは各サイリス
タの点弧角を制御され直流電動機に印加する電圧
値を変え、該直流電動機の回転速度を制御する。

４は主軸を回転駆動する主軸モータ、例えば直
流電動機、５は直流電動機４の回転速度に応じた
電圧を発生する回転速度計、６は主軸機構、７は
工作機械の主軸、８は工具、９は直流電動機４の
回転を主軸７に伝達する歯車（タイミングベルト
でもよい）である。１０は近接スイツチ（位置検
出センサ）であり、第７図に示すように発磁体１
０ａとセンス部１０ｂと電気回路１０ｃとからな
つている。

以下、位置検出センサ１０の内部構造について
詳細に説明する。第７図ａ，ｂは主軸７に発磁体
１０ａを装着した場合の正面図及び平面図であ
る。回転している主軸７を所望の回転角位置に停
止させたい場合、第７図ｃにおいて１点鎖線で示
す発磁体１０ａの中心線を主軸７の上記所望の回
転角位置に一致させて発磁体１０ａを主軸７に固
定する。

発磁体１０ａは、第７図ｃに示すようにケース
１０a′内部に断面三角形のゴム磁石１０a″，１０
ａが取り付けられている。これらゴム磁石１０
ａ，１０ａは、互いに１点鎖線で示す発磁体１
０ａの中心線から左右の回転方向に向かつてそれ
ぞれ磁化の強さが順次強くなるように（磁化方向
の厚みが順次厚くなるように）主軸７の回転方向
（図の左右方向）に並べられ、且つこれら２つの
ゴム磁石１０a″，１０ａの極性は主軸７に対す
る取り付け面に対して互いに反対である。一方、
センス部１０ｂは主軸７に取り付けられた前記発
磁体１０ａの通過部分とギヤツプを設けて機械固
定部に発磁体１０ａと対向するように装着され、
第７図ｃに示すようにケース１０b′内部には３つ
の可飽和リアクトルSRAが回転方向に並設され、
後述するように発磁体１０ａの位置に関わる位置
偏差信号を発生している。

なお、各可飽和リアクトルSRAは整流回路を
含む電気回路１０Ｃを有するが、それは後述の第
７図ｆ、第８図及びそれらの説明にて詳述する。
各可飽和リアクトルSRAはコアCRにコイルL₁，
L₂が第７図ｄに示す如く巻廻されている。そし
て１つのコアCRに巻廻わされているコイルL₁，
L₂は互いに逆極性に巻廻されており、各コイル
の共通端子TAには高周波信号が入力され、端子
TB，TCから発磁体１０ａの位置に応じた信号
が出力される。

第７図ｅは、第７図ｃに示すような位置関係で
発磁体１０ａとセンス部１０ｂを配設した場合に
各可飽和リアクトルSRAを含む回路から出力さ
れる電圧波形DV₁，DV₂，DV₃およびASVを示
している。このうちDV₁，DV₂，DV₃は、それぞ
れ右から順番に配設された各可飽和リアクトル
SRAを含む回路から出力される電圧波形であつ
て、発磁体１０ａの中心線と各可飽和リアクトル
SRAの中心線が一致すれば零ボルトが出力され
て、その両側近傍では正、負の電圧が出力され、
全体的に零レベルをクロスする電圧波形になつて
いる。また電圧波形ASVは、検出電圧DV₁と
DV₃を加算したものである。

第７図ｆは１つの可飽和リアクトルSRAに対
する電気回路１０ｃの詳細図である。これは
100KHzの高周波パルス信号HFPを発生するパル
ス発振器OSCと、絶縁トランスITR、半波整流
器HWR₁，HWR₂とから構成されており、高周
波パルス信号HFPにより絶縁トランスITRを介
して可飽和リアクトルSRAが励磁され、これに
より発磁体１０ａの位置に応じてその強さが変化
する外部磁界Hextに比例した出力電圧DV₁，
DV₂，DV₃（第７図ｅ）を半端整流器HWR₁，
HWR₂の各端子ａ−ｂ間から出力する。また、
電気回路１０Ｃを含む可飽和リアクトルSRA3個
のうち、いずれか一方端のものは、整流回路のダ
イオードを逆接続するなどの方法により、他の２
つのものとは逆方向の出力電圧を出力する。

次に、端子ａ−ｂ間により第７図ｅに示す電圧
波形DV₁，DV₂，DV₃が出力される作用を右側の
リアクトルSRAに着目して第８図を参照して説
明する。発磁体１０ａが可飽和リアクトルSRA
から離れており該可飽和リアクトルSRAに対す
る外部磁界が零の場合には、高周波パルス信号
HFPは第８図ａに示す可飽和リアクトルのＢ−
Ｈ曲線の零を中心に動作する。このためコイル
L₁，L₂と鎖交する磁束数は等しくなり、端子
TC，TBから出力される電圧は振幅が等しく180゜
位相がずれた波形となる。ところで、これら電圧
は半波整流回路HWR₁，HWR₂によりそれぞれ
整流されるから端子ａ，ｂの電位は等しくａ−ｂ
間の電圧は零になる。

次に、発磁体１０ａが可飽和リアクトルSRA
に近ずくと該発磁体より生ずる外部磁界Hextが
該可飽和リアクトルに作用しはじめる。今、高周
波パルス信号HFPによる磁界をHlとすればコイ
ルL₁には第８図ｂの如く（hl−Hext）に応じた
磁束が鎖交し、コイルL₂には（hl＋Hext）に応
じた磁束が鎖交する。これをＢ−Ｈ曲線で説明す
ればコイルL₁に対しては高周波パルス信号HFP
は−Hext上を中心に動作し（第８図ｃ）、又、コ
イルL₂に対しては高周波パルス信号HFPは＋
Hext上を中心に動作する（第８図ｄ）。このた
め、コイルL₁と鎖交する負方向の磁束は飽和し
その変化量は小さく、コイルL₂と鎖交する負方
向の磁束は飽和せずその変化量は大きい。ここで
誘起電圧ｅがｅ＝−Ｎ（dφ／dt）（Ｎは巻線数）
となることを考慮すれば、端子ｂの電位が端子ａ
の電位より大きくなりａ−ｂ間より電位差が生じ
る。以後、発磁体１０ａが回転をつづけて行け
ば、その電位差は第７図ｅのDV₁のように変化す
る。以上が位置検出センサ１０の概要である。

第５図に戻つて、１１は速度制御から位置制御
に切換えて主軸の停止位置を制御する位置制御ル
ープを構成する定位置停止制御回路、１２は指令
速度が零になつた後に前記位置制御ループに切換
えて速度制御から位置制御に移行せしめて前記主
軸の停止位置を制御する第１のループ切替手段を
なすループ切替スイツチである。この定位置停止
制御回路１１は、位置偏差に応じた電圧値を有す
る位置偏差信号RPD、オリエンテーシヨン完了
信号ORDENおよび速度零信号VZRを出力する
位置偏差信号発生回路１１ａと、定位置停止指令
回路２からの定位置停止指令つまりオリエンテー
シヨン指令ORCM、あるいは実速度が零となつ
て位置偏差信号発生回路１１ａ内部で発生する速
度零信号VZRに基づいてループ切替スイツチ１
２を切替えるループ切替回路１１ｂを有してい
る。

上記位置偏差信号発生回路１１ａについては後
に詳細に説明するが、まず簡単に第６図ａの波形
図に従つてその動作を説明する。

位置検出センサ１０からは、中央に配設された
可飽和リアクトルSRA（第７図ｃ）に対応する検
出電圧DV₂（これは定位置近傍でのフアイン（精
の）位置偏差信号として利用される）と、両端の
可飽和リアクトルに対応する検出電圧DV₁，DV₃
を加算して得られ、主軸が定位置近傍領域に到来
したことを示す定位置近傍信号ASVがそれぞれ
位置偏差信号発生回路１１ａに入力されている。
一方、回転速度計５からは実速度信号AVも入力
されており、この実速度信号AVは位置偏差信号
発生回路１１ａ内で積分され、その積分出力が後
述の初期設定電圧ISV（主軸が正転している場合
には−Vi、主軸が逆転している場合には＋Vi）
から減算されてコアース（粗の）位置偏差信号
CPDが形成される。又、位置偏差信号発生回路
１１ａ内部では第６図ａに示す初期設定電圧ISV
とバイアス信号BISが作成されている。尚、この
初期設定電圧ISVの電圧値Viは主軸が停止を予定
している定位置より１回転（360゜）前に位置する
ときの位置偏差電圧に等しくなるように設定され
る。

オリエンテーシヨン指令ORCMが発生したあ
と、最初に速度零信号VZRが確認されたときか
ら最初の定位置到達時刻t₂まで初期設定電圧ISV
（＝−Vi）が出力される。尚、正回転しながら定
位置停止を行うものとする。以後発磁体１０ａ
（主軸所定部分）が２回目の定位置への接近を続
け、その近傍領域（−θ₁〜＋θ₁）の近くに来る迄
（−θ₂に到達する迄）は負極性のコアース位置偏
差信号CPDを出力し、又近傍領域に到達する迄
はバイアス信号BIS（＝−Bi）を出力し、更に近
傍領域に到達後はフアイン位置偏差信号DV₂を出
力し、全体的に第６図ａに示す負極性の位置偏差
信号RPDを出力する。尚、θ₂＝θ₁のようにしてバ
イアス信号波形BISが位置偏差信号RPDに介在し
ないようにしてもよい。又、逆回転しながら定位
置停止を行う場合にはISVとして＋Viが、CPD
として正極性のコアース位置偏差信号がBISとし
て＋Biが出力され全体的に正極性の位置偏差信
号RPDが出力される。

以下、第５図の定位置停止制御回路１１の作用
を、主軸が正回転しながら定位置停止する場合に
ついて第６図ｂを参照して説明する。尚、第６図
ｂにおいては位置偏差信号RPDを絶対値化して
示してある。

回転時は切替スイツチ１２はａ側に切替わつて
おり、速度制御ループが形成されている。即ち、
加算器３ａには速度指令回路１からの速度指令
CVと回転速度形５からの実速度AVが入力され
ており、該加算器３ａ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サイリスタ回
路３ｄを構成する各サイリスタの点弧角が電圧／
位相変換器３ｃにより制御され、直流電動機４に
印加される電圧は増減する。この結果、直流電動
機４の実速度AVは速度指令CVと一致するよう
に増減する。以後、上記速度偏差電圧が零となる
ように速度制御され、主軸は略指令速度で回転す
ることになる。

上記状態において切削作業が終了すれば、制御
装置たとえば数値制御装置で制御される定位置停
止指令回路２から時刻t₀においてオリエンテーシ
ヨン指令ORCMがループ切替回路１１ｂに入力
され、同時に速度指令CVは零となる。これによ
り、実速度AVは減少し時刻t₁において零となる。

実速度AVが零となれば速度零信号VZRが位置
偏差信号発生回路１１ａ内部で発生し、この速度
零信号VZRによりループ切替回路１１ｂの作用
で切替スイツチ１２はｂ側に切替り、速度制御か
ら位置制御に移行する。又、VZRにより位置偏
差信号発生回路１１ａはまず初期設定電圧ISV
（＝Vi）を出力する。これより主軸は再び回転を
開始し実速度信号AVはViと等しくなるように上
昇する。そして発磁体１０ａ（第７図）が回転を
つづけ、図にはないが、電圧波形ASV最大値及
びDV₂零ボルトの検出により第１回目の定位置に
到達すれば（時刻t₂）、位置偏差信号発生回路１
１ａは、以後コアース位置偏差信号CPDを出力
する。主軸が更に回転をつづけ、次の電圧波形の
検出により発磁体１０ａが定位置の近傍領域に近
づけば（時刻t₃）、位置偏差信号発生器１１ａは
バイアス信号BISを出力し、そして近傍領域に到
達すれば（時刻t₄）、以後フアイン位置偏差信号
DV₂を出力し、該フアイン位置偏差信号DV₂が零
になつた時、即ち発磁体（主軸所定部分）が真中
の可飽和リアクトルSRAに正しく対向した時停
止し、主軸定位置停止制御が終了する。

第９図は位置偏差信号発生回路１１ａの詳細な
回路図、第１０図は同タイムチヤート、第１１図
は回転方向に応じてISVとして＋Vi，−Viを発生
する直流電圧発生回路１００の説明図である。
尚、第９図の位置偏差信号発生回路では、第５図
と同一部分に同一符号を付し、また定位置停止指
令回路２およびループ切替回路１１ｂへそれぞれ
供給される出力、つまりオリエンテーシヨン完了
信号ORDENおよび速度零信号VZRについては、
省略してある。

図中、１００は主軸の回転方向に応じて正又は
負極性の直流電圧RDVを発生する直流電圧発生
回路であり、５は回転速度計（タコジエネレー
タ）、AMPはオペアンプでタコジエネ出力を増幅
し実速度AV′を出力する。COMA、COMBは共
に比較器で、比較器COMAは実速度電圧AV′と
基準電圧＋refV（＝＋75ｍＶ）との大小関係を比
較し、AV′＞＋refVのとき“０”を、AV≦＋
refVのとき“１”を出力し、又比較器COMBは
実速度電圧AV′と基準電圧−refV（＝−75ｍＶ）
との大小関係を比較し、AV′＞−refVのとき
“１”を、AV′≦−refVのとき“０”をそれぞれ
出力する（第１１図ａ）。尚、論理“０”の電圧
レベルは＋4.5V以上、“１”の電圧レベルは0V以
上である。従つて、正転している場合には比較器
COMA、COMBの出力はそれぞれ“１”、“０”
となり、逆転している場合には“０”、“１”とな
る。

PSDSは主軸が停止している場合の定位置停止
の回転方向を設定（初期設定という）する設定手
段（たとえばスイツチ）で、ａ−ｄ、ｂ−ｃ間接
続により定位置停止制御が正転方向より行われ、
ａ−ｄ、ｂ−ｄ間接続により逆転方向より定位置
停止制御が行われる。ND₁，ND₂はナンドゲー
ト、LTCはラツチ回路、PNDGは回転方向信号
FWDの論理値に応じて正、負の直流電圧RDVを
発生するアナログ回路である。

以上から、ナンドゲートND₁，ND₂の出力を
Ｃ，Ｄとすれば、初期設定を正転方向としたと
き、主軸が正転しているとき、および主軸が逆転
しているときの各出力Ｃ，Ｄ，FWDは、第１１
図ｂのようになる。

さて、回転方向信号FWDが“０”（逆転中）の
ときはPNPトランジスタTrがオンするから＋
7.5Vの直流電圧RDVが出力され、又FWDが
“１”（正転中）のときはトランジスタTrはオフ
するから−7.5Vの直流電圧RDVが出力される。

１０１は上記直流電圧RDVを指令電圧として
それに基づいて主軸を一定速度で回転させる一定
電圧信号及び設定された指令電圧値から実速度
AV′の積分値（主軸現在位置）を引いた差分出力
を発生する電圧発生回路である。即ち、直流電圧
発生回路１００より、主軸が停止又は正回転して
いれば−7.5V、逆転回転していれば＋7.5が入力
される。そしてこの直流電圧RDVはアンプ
AMP₁及びスイツチS₉を介してコンデンサＣに充
電され、この充電電圧が初期設定電圧ISVの電圧
値−Vi又は＋Viとなる。スイツチS₉がオフ後に
実速度AVがスイツチS₈又はS₇を介して入力され
れば、主軸回転方向に応じてコンデンサＣは時定
数RCで充電又は放電し、アンプAMP₂（このアン
プAMP₂とＲ、ｃとで積分回路が形成される）の
出力端には初期設定電圧ISVから実速度AVの積
分出力を減算して得られるコアース位置偏差信号
CPDが出力される。なお、通常はAVが零となる
少し前にコンデンサＣの電荷が零となるように充
放電電圧を調節しておくが、AVが零となると同
時にコンデンサＣの電荷が零となるように充放電
電圧を調節しておくこともできる。

コアース位置偏差信号CPDの絶対電圧RPIが所
定値すなわちバイアス電圧BISの絶対値と等しく
なることによつてスイツチS₉，S₁₀がオンすれば、
電圧発生回路１０１は増幅器となりアンプAMP₂
の出力端には所定レベルのバイアス信号BISが出
力される。換言すればスイツチS₈〜S₁₀のオン／
オフの組合せ及びそのタイミングにより電圧発生
回路１０１からはまず、初期設定電圧ISVが、つ
いでコアース位置偏差信号CPDが、最後にバイ
アス信号BISが出力される。

なお、スイツチS₇，S₈は、主軸駆動系のフイー
ドバツク系のループゲインが変化させられること
に伴つて切換えらえるスイツチであり、本発明の
要旨外のことことであるのでこれ以上の説明は省
略する。

１０４は公知の絶対値回路で、電圧発生回路１
０１の出力を絶対値化する。１０５は比較器であ
り、コアース位置偏差信号CPDの絶対電圧RPIが
所定レベル（バイアス電圧BISの絶対値）以下に
なつたかどうかを検出し、主軸の所定部分（発磁
体１０ａ）が定位置近傍領域に近づいたことを指
示するニア信号NRPSを出力する。このニア信号
NRPSによりスイツチS₉，S₁₀はオンとなる。１
０６はゲイン調整回路であり、発磁体１０ａとセ
ンス部１０ｂ間のギヤツプに応じてゲインが調整
され、電圧波形DV₂を所望の傾斜の検出電圧（フ
アイン位置偏差電圧）の信号に増幅して出力す
る。１０７は、センス部１０ｂからの検出電圧を
加算した定位置近傍信号ASVが所定の電圧レベ
ルと比較され、例えばその立上り又は立下りの後
に、零クロス点で近傍領域到達信号LSを出力す
る近傍検知回路である。この近傍領域到達信号
LSはスイツチS₅，S₆のうちのオンとなつている
ものをオフし、スイツチS₄をオンする。これによ
り、フアイン位置偏差信号DV₂が、位置偏差信号
として出力される。

１０８は正逆切替回路である。定位置停止制御
を正転により行なう場合には、スイツチS₅をオ
ン、逆転により行なう場合には、スイツチS₆をオ
ンする。これらスイツチS₄〜S₆は、位置制御ルー
プを粗の位置偏差ループと精の位置偏差ループと
に切換える第２のループ切替手段を構成し、回転
方向の設定手段PSDSの切換動作と同時に行われ
る。

１０９はインポジシヨン信号発生器である。こ
れは、比較器により構成されており、フアイン位
置偏差信号DV₂を監視し、零ボルトであつたDV₂
がプラス又はマイナス方向に最高の電圧を生じた
時、すなわち主軸が定位置停止範囲に入つたとき
インポジシヨン信号INPOSを発生し、数値制御
装置に定位置停止動作を実行していることを示す
インポジシヨン信号を送出する。

１１０，１１１は、共に比較器であり、上記ゲ
イン調整回路１０６の検出電圧であるフアイン位
置偏差信号DV₂を、上記直流電圧発生回路１００
の比較器COMA、COMBと同様に動作すること
により監視して、主軸の所定部分が定位置の近傍
領域に正逆いずれの方向から近づいたかを検出す
る。そして、主軸が逆転しながら定位置に近づく
ときには比較器１１０の出力NEGを『１』とし、
主軸が正転しながら定位置に近づくときには比較
器１１１の出力POSを『１』とする。そして、
比較器１１０の出力NEGにより、上記正逆切替
回路１０８のスイツチS₆を、比較器１１１の出力
POSにより、スイツチS₅をオンする。１１２は
波形合成回路で、スイツチS₄，S₅又はS₆のオン／
オフによりフアイン位置偏差信号DV₂又はコアー
ス位置偏差信号CPDの一方を出力する。

以上、要するに、時刻t₀でオリエンテーシヨン
指令ORCM＝“１”になれば、速度指令CVは零
ボルトとなり実速度AVが減少し時刻t₁でAVが
減少し時刻t₁でAVは零ボルトとなる。このとき、
速度零信号VZR＝“１”となり、ループ切替スイ
ツチ１２がオフし、ギヤのロー／ハイに応じてス
イツチS₂，S₃の一方がオンすると共に、主軸の正
転／逆転に応じてスイツチS₅，S₆の一方がオンす
る。これにより、位置制御ループが形成され出力
端子OUTから初期設定電圧ISVが出力される
（尚、スイツチS₉はオン、S₇，S₈，S₁₀はオフして
いる）。

直流電動機は再び回転を始め、最初の定位置到
達により（近傍領域到達信号LS＝“１”、インポ
ジシヨン信号INPOS＝“１”）、時刻t₂で、スイツ
チS₉をオフすると共に、ギアのロー／ハイに応じ
てスイツチS₇又はS₈の一方をオンする。これによ
り、出力端子OUTからコアース位置偏差信号
CPDが出力される。

以後、実速度AV、位置偏差とも減少し、主軸
が定位置近傍領域に近ずくと（時刻t₃）比較器１
０５からニア信号NRPS（＝“１”）が出力され、
スイツチS₉及びスイツチS₁₀が共にオンとなる。
これにより、出力端子OUTからは所定のレベル
のバイアス信号BISが出力される。

主軸は低速で更に廻わりつづけ、定位置近傍領
域に到達すれば（時刻t₄）、近傍領域到達信号LS
＝１になつて、スイツチS₅，S₆がオフし替つてス
イツチS₄がオンとなり、出力端子OUTからフア
イン位置偏差信号DV₂が出力される。尚、以上は
速度零にした後、定位置停止を行なつた場合につ
いて説明したが、必らずしも零にする必要はな
い。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の主軸定位置停止
制御装置によれば、主軸を、機械的ブレーキ等接
触部品を使用せずに、高精度で定位置に停止させ
ることができる。又、高精度の近接スイツチを設
け、主軸が定位置近傍に到来したとき該近傍スイ
ツチの出力信号をフアイ位置偏差信号として用い
たから±0.03゜〜±0.05゜の極めて高い実測精度を
得ることができた。

更に本発明によれば、正逆両方向から主軸定位
置停止制御を行うことができるから、定位置停止
制御に要する時間を短縮でき、加工能率を高める
ことができる。又、中ぐり加工においても加工時
の回転方向から定位置停止制御ができるから、ワ
ークに傷つけることもなく精度の高い加工ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は中ぐり工作機械の概略説明図、第２図
はバイト、中ぐり棒、さし込み穴の位置関係説明
図、第３図及び第４図はさし込み穴への中ぐり棒
の挿入法を説明する説明図、第５図は本発明に係
る主軸定位置停止制御装置の概略を説明する回路
ブロツク図、第６図ａ，ｂは同各部波形図、第７
図は位置検出センサ（近接スイツチ）の説明図、
第８図は近接スイツチの動作説明図、第９図は位
置偏差信号発生回路の詳細な回路図、第１０図は
同タイムチヤート図、第１１図は直流電圧発生回
路の動作説明図である。３……速度制御回路、４……直流電動機、５…
…回転速度計、７……スピンドル、１０……位置
検出センサ、１０ａ……発磁体、１０ｂ……セン
ス部、１１……定位置停止制御回路、１１ａ……
位置偏差信号発生回路、１００……直流電圧発生
回路、１０２，１０３……ゲイン切替回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１工作機械の主軸と、該主軸を回転駆動する主
軸モータと、主軸を指令速度で回転させる速度制
御ループと、速度制御から位置制御に切換えて主
軸の停止位置を制御する位置制御ループとを具備
し、主軸所定部分の現在位置と主軸所定部分が停
止すべき定位置との位置偏差が零となるように主
軸を駆動して該主軸所定部分を定位置に停止させ
る主軸定位置停止制御装置において、主軸の所定
部分に取付けられ中心位置から主軸の両回転方向
に向かつてそれぞれ磁化力が増加するとともに、
主軸の取付面に対する夫々の磁極極性が互いに反
対となる２つの磁石を有する発磁体と、主軸に取
り付けられた前記発磁体の通過部分にギヤツプを
もつて対向して機械固定部の所定位置に取り付け
られ、かつ発磁体の通過方向には３つの過飽和リ
アクトルを等間隔に配列したセンス部と、該セン
ス部の中央の過飽和リアクトルと発磁体の相対的
な位置関係を示す位置偏差信号（DV₂）と主軸が
定位置近傍領域に到達したことを示す定位置近傍
信号（ASV）を出力する位置検出センサと、前
記主軸の回転方向に応じて正又は負極性の直流電
圧（RDV）を発生するとともにこの直流電圧に
基づいて主軸を定位置停止制御前の速度制御時の
回転方向で回転させる電圧信号及び設定された主
軸回転数を指令する電圧値から実速度の積分値を
引いた差分出力を発生する電圧発生手段と、前記
位置検出センサの位置偏差信号（DV₂）により主
軸の所定部分が定位置の近傍領域に正逆いずれの
方向から近づいたかを検出する回転方向検出手段
と、定位置停止制御前の速度制御時の指令速度が
零になつた後に前記位置制御ループに切換えて速
度制御から位置制御に移行せしめて前記主軸の停
止位置を制御する第１のループ切替手段と、前記
位置制御ループを粗の位置偏差ループと精の位置
偏差ループとに切換える第２のループ切替手段
と、前記第１のループ切替手段を切換えて位置制
御に移行した後主軸の所定部分が最初に停止すべ
き定位置に到達してから再び該近傍領域に近ずく
までは粗の位置偏差信号として前記差分出力を、
その後主軸の所定部分が定位置近傍領域に到達す
るまでは前記一定電圧信号を、それぞれ前記検出
された回転方向に従つた極性で出力し、主軸の所
定部分が定位置近傍領域に到達した後前記第２の
ループ切替手段を切換えて、精の位置偏差信号と
して前記ゲイン調整手段から出力される検出電圧
を出力する位置偏差信号出力手段とを具備してな
ることを特徴とする主軸定位置停止制御装置。