JPH0457655A - Machine tool spindle device with vibration damping function - Google Patents
Machine tool spindle device with vibration damping functionInfo
- Publication number
- JPH0457655A JPH0457655A JP2165663A JP16566390A JPH0457655A JP H0457655 A JPH0457655 A JP H0457655A JP 2165663 A JP2165663 A JP 2165663A JP 16566390 A JP16566390 A JP 16566390A JP H0457655 A JPH0457655 A JP H0457655A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- current
- vibration
- vibration damping
- machine tool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
Landscapes
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
- Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
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。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a so-called built-in motor type spindle device in which the rotating spindle is composed of a rotor of an electric motor, and particularly to a spindle device of a machine tool having a vibration damping function. Regarding equipment.
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ブとして知られ
ている。A machine tool whose rotating main shaft, on which a machining tool is attached to the tip, is composed of an induction motor rotor is known as a built-in type.
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。In such a machine tool, vibrations are mainly generated by the electric motor itself and vibrations generated when a processing tool at the tip processes a workpiece.
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
、モータ自身の軸重芯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
作機械の性能に太き(影響する。In general, self-excited vibrations that occur in high-speed rotating motors are caused by rotational unbalance caused by misalignment of the motor's own shaft center of gravity or shaft clearance, or by the driven load connected to the motor (in this case, by the processing tool). This may be caused by processing. Such vibrations greatly affect the performance of machine tools equipped with motors.
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。As general countermeasures against such vibrations, passive vibration damping mechanisms and active vibration damping mechanisms have been proposed.
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。As an example of a passive type, an automatic balance mechanism has been proposed in which a ring sealed with liquid or steel balls is attached to the driven shaft. This method absorbs vibrations by utilizing the property that liquid and steel balls are uniformly distributed within the ring due to the centrifugal force generated as the shaft rotates. It is called a passive vibration damping mechanism because it damps the vibrations that occur without suppressing the vibrations themselves.
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。On the other hand, there is an active vibration damping mechanism that actively suppresses vibrations. For example, in a magnetic bearing that magnetically receives the shaft of a motor, there is a method in which the excitation of the magnetic bearing is actively suppressed in accordance with the shaft rotation and vibrations generated, and a method in which the gap between the air pad and the shaft of an air bearing is controlled. A method of damping vibration by changing dynamic stiffness has been proposed.
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。However, the above-mentioned vibration damping methods, whether passive or active, focus on the vibration itself and attempt to suppress it.
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サーボモータに人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。On the other hand, many proposals have been made to use AC motors such as induction motors and synchronous motors in servo systems, such as AC servo motors to which vector control methods for induction motors are applied. The details of this method will be described later, but basically a current detector detects the current manually applied to the AC servo motor, a speed detector detects the rotation speed, and a position detector detects the rotor position. However, current control, speed control, and position control are performed by feeding these back to each other.
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、ビルトインタイブ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。The present invention copes with the overall vibration of a machine tool having a spindle device consisting of a built-in motor by equipping the spindle device of the machine tool with this AC servo motor control system and a motor vibration damping function. It is something to do.
従来、ビルトインタイブ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。Conventionally, the induction motor of a built-in type machine tool employs vibration damping control using the above-mentioned automatic balance mechanism, and vibration damping control using the motor's servo mechanism is not performed.
ビルトインタイブ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。When using the induction motor in a built-in type machine tool and servo-controlling the same, conventional servo control devices have the following problems.
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。FIG. 9 is a block diagram of a conventional AC servo motor control device. In the figure, IM is an induction motor, SS is a rotational position detector, CT is a current detector, PI is a power converter, CA is a current control amplifier, PA is a power amplifier that collectively refers to CA and PI, and CG is a three-phase current command. This is a generation circuit.
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0丁を出力するアブソリニート・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。The rotational position detector SS is, for example, a rotary encoder, and is an absolute encoder that outputs an absolute phase of zero. It is also possible to output the rotational speed Wr obtained by differentiating the phase.
電力変換器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CA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。The power converter PI may convert alternating current to direct current with a built-in converter (not shown), and then convert the direct current to alternating current with a built-in inverter (not shown), and drive the motor with the output of the current control amplifier CA. Motor IM based on the power of the size
supply to.
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。The current detector CT detects the current flowing through each winding, and feeds back the detected currents iu, iv, iw to the corresponding current control amplifiers CA.
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。A current control amplifier CA is provided for each phase winding, and adds each detected current iu=iv・iw fed back to the corresponding current command values Iu, Iv, Iw, amplifies the result, and outputs the power converter. Send to PI.
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wrO差のすべり周波数W
1とに基づき各電流指令IuIv、Iwを発生する。The three-phase current command generation circuit CG generates the current amplitude command I and the slip frequency W of the difference between the slip frequency command ws and the rotational speed wrO.
The current commands IuIv and Iw are generated based on the current commands IuIv and Iw.
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相コイノペUI ・U2U3 ・U、
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。FIG. 10 is a wiring diagram of a conventional excitation coil. As shown in the diagram, there are four U-phase Koinope UI, U2U3, U,
are all connected in parallel and connected to the power converter PI. The V-phase and W-phase are also connected in exactly the same way.
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。Therefore, the current for each phase is detected at once by the current detector CT and fed back to the current control amplifier CA to collectively control the current for each phase.
上述の従来技術において、パッシブ型制振機構やアクテ
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。In the above-mentioned conventional technology, measures to suppress vibration itself such as passive vibration damping mechanisms and active vibration damping mechanisms cannot completely relieve the unbalance caused by fluctuations in the slave side load in the passive type. Another problem with the active type is that it makes the damping mechanism extremely complex and expensive.
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t
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。Also, in the case of an AC servo motor, the control device connects the excitation coils of each phase in parallel as described above and performs collective control.
There is a disadvantage that it is not possible to perform even delicate vibration control (vibration damping).
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、ビルトインタイブの主軸モー
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。The purpose of the present invention is to improve the conventional AC servo motor control method and provide a motor vibration damping function in addition to the AC servo control function, thereby increasing the vibration of machine tools with built-in spindle motors. The object of the present invention is to provide a spindle device for a machine tool that can be restrained with precision.
第1図は本発明の原理構成図である。 FIG. 1 is a diagram showing the principle configuration of the present invention.
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(
αθr)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。The present invention provides a main shaft (8) on which a processing tool (T) is attached to the tip.
A main spindle device of a machine tool, which is integrally configured with a rotor (6) of an electric motor (M), and includes a rotational position detector (SS) that detects the rotational position and rotational speed of the main spindle, and a rotational position detector (SS) that covers the main spindle. A vibration detector (VT) is arranged on the outer wall of the housing (3) and detects vibrations caused by the spindle itself and the processing tool, and a detection signal (
The present invention is characterized by comprising a vibration damping control device (1) that controls the excitation intensity of each phase current (I) supplied to the induction motor by feeding back αθr) and suppresses the vibration.
尚、図中、4.7はベアリング、5は固定子コイルであ
る。In the figure, 4.7 is a bearing, and 5 is a stator coil.
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(Ll〜LN)と、前記リード線毎に接
続された電力増幅器(PAI〜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(θ
m)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i (C
C)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(θ「)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(MC,〜MC,)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。The vibration damping control device (1) for a spindle device of the present invention, as shown in the basic configuration in FIG. Based on the vibration (α) detected by the power amplifier (PAI to PAN) connected to each line and the vibration detector (VT) that detects the vibration of the spindle device, the phase (θ) of the current supplied to each phase is determined.
m) and amplitude (m) are set in advance so that vibration of the spindle device is minimized, and the current control method i (C
C), the phase and amplitude input from the current control means, and the rotational position signal (θ'') detected by a rotational position detector (SS) that detects the rotational position and rotational speed of the main shaft. comprising vibration damping modulation means (MC, ~MC,) for supplying modulated each phase current to each power amplifier,
The vibration of the system is controlled to a minimum value by sequentially changing the phase and amplitude of the excitation current supplied to each phase winding for each excitation coil, and moving the changes over time in synchronization with the rotational position signal. It is characterized by the following.
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、前記電動機の各相巻線毎に増幅した電流
を供給する電力増幅手段と、前記回転主軸のハウジング
から検出する振動に基づき、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を前記振動が極力小さく
なるように制御する電流制御手段と、該電流制御手段か
ら出力された電流の大きさ及び位相と前記回転主軸の回
転位置信号とに基づき、前記各電力増幅手段に対し変調
された各相電流を順次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。Specifically, according to the present invention, in a spindle device of a machine tool in which a rotary spindle on which a processing tool is mounted at the tip is constituted by a rotor of an electric motor, electric power is provided to supply an amplified current for each phase winding of the electric motor. an amplification means; a current control means for controlling the magnitude and phase of the current supplied to each phase of each power amplification means based on the vibration detected from the housing of the rotating main shaft so that the vibration is as small as possible; and vibration damping modulation means for sequentially supplying modulated phase currents to each of the power amplification means based on the magnitude and phase of the current output from the control means and the rotational position signal of the rotating main shaft. A spindle device for a machine tool having a vibration damping function is provided.
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。In the vibration damping control device for a spindle device of the present invention, in an induction motor or a synchronous motor, the excitation coils, which have conventionally been connected in parallel and controlled collectively, are individually controlled as shown in FIG. Apply the same control to each coil as when connected.
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。On the other hand, the centrifugal force caused by the misalignment of the centers of gravity of the main shaft, rotor, and processing tool changes its magnitude depending on the motor rotation speed, and is generated in the radial direction while moving at the same rotation speed as the motor rotation speed. At a certain moment and at a certain rotational angle position, the motor's excitation current is controlled to generate an attractive force between the rotor and stator of the same magnitude and opposite direction as the centrifugal force, and to make this attractive force equal to the rotational speed of the motor. When moving at rotational speed, centrifugal force and suction force cancel each other out, eliminating vibrations caused by centrifugal force.
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。Furthermore, when the magnitude of the centrifugal force changes, the magnitude of the suction force is also changed in accordance with the magnitude of the centrifugal force.
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。これにより吸弓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。In other words, the current applied to the excitation coil is modulated to an excitation intensity that is synchronized with the rotation of the rotor and has a magnitude and phase difference commensurate with the centrifugal force, in a manner that is superimposed on the individual control of each coil described above. As a result, the suction force changes in the circumferential direction, and rotational force is obtained while canceling centrifugal force.
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
は振動検出器、PCは電流制御手段としての割振位相・
振幅指令発生回路、MCは制振変調回路である。FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the vibration damping control device used in the spindle device of the present invention. In FIG. 3, the same components as in the prior art are given the same reference numerals. In the figure, VT
is a vibration detector, and PC is an allocation phase and current control means.
The amplitude command generation circuit and MC are a vibration damping modulation circuit.
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、制振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、CT、〜
CT、は電流検出器、Pl、−Pl、は電力変換器、C
A 1〜CA tは電流制御増幅器、MC,〜MC,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。As described above, the mechanical structure of the induction motor remains the same, but as shown in FIG. 4, the lead wires are simply taken out for each pole of the winding. Therefore, as shown in the figure, the number of current detectors, power converters, current control amplifiers, vibration damping modulation circuits, etc. is equal to the number of poles (four in this embodiment). That is, CT, ~
CT is a current detector, Pl, -Pl is a power converter, C
A 1 to CA t are current control amplifiers, MC, to MC are vibration damping modulation circuits, and four sets are provided. However, it is not necessary to use a power converter that is 4 times as powerful as it is;
Just set up a stand.
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)を掛は合わせる構造とする
。In this way, the control device has a structure in which power converters, etc. are connected in parallel as many as the number of poles, and the current command value supplied to these is multiplied by a command value for the purpose of damping vibration (vibration control command value). do.
後述する第6図で説明するように、各励磁コイルの制振
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法釣ら
れ、回転中も常に最適化を続けることが可能である。As will be explained later in FIG. 6, the vibration damping command values for each exciting coil are distributed sinusoidally around 1 in the circumferential direction so that the vibration at the target location is minimized, and the rotation of the rotor is Proceeds with a phase difference. The amplitude coefficient and phase difference of the sine distribution are adjusted by learning control in a short time from the start of rotation, and optimization can be continued even during rotation.
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○scには制振位相・振幅指令発生回路PC
から位相θm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。FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of the vibration damping modulation circuit of FIG. 3. In FIG. 5, MT is a multiplier, AD is an adder, AMP is an amplifier, and OSC is a sine wave oscillator that oscillates N types of sine waves shown in FIG. 6(C). In this case, the sine wave oscillator ○sc has a damping phase/amplitude command generation circuit PC.
The phase θm and amplitude coefficient m are input from , and the rotational position signal θr detected by the rotational position detector SS is inputted,
Outputs N types of sine waves as shown in the following formula.
5in(θγ+θm+(2π/N)Xi) −ri)
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。5in (θγ+θm+(2π/N)Xi) −ri)
Here, N is the number of excitation coils (N=12 in this example)
and i is an integer from 0 to (N-1).
発振器OSCは式(1)を各組毎にi=Q〜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。When the oscillator OSC outputs equation (1) for each set from i=Q to 11, each multiplier MT multiplies the amplitude coefficient m, and the adder AD outputs the current of each phase from the current command generation circuit CG. Command values Iu, Iv.
Jw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。Jw is added. As a result, for example, the following equation is obtained for the U phase.
Ium =Iu (1+m −5in(θr+θm+(
2π/12) Xl))・・・(2)
ここで工u1は1=0、Iu2は1=3、Iu。Ium = Iu (1+m -5in(θr+θm+(
2π/12) Xl))...(2) Here, u1 is 1=0, Iu2 is 1=3, and Iu.
はi=5、Iumは1=9である。is i=5, and Ium is 1=9.
■相、W相についても全く同様にして求めることができ
る。Phase (2) and phase W can also be determined in exactly the same manner.
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。FIGS. 6(a), (b), and (c) are explanatory diagrams of the basic operation of the circuit shown in FIG. In (a), the vibration damping modulation circuit MC receives U from the three-phase current command generation circuit CG.
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Iu+〜IWaを出力する。When receiving three-phase alternating current of V and W phases, Iu+ to IWa are outputted by the specific circuit shown in FIG. 5 based on the rotational position signal θr, phase θm, and amplitude coefficient m.
(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。In (b), if there are three phases U, V, and W, and each phase has four sets, there will be 12 excitation coils as shown.
即ち、U、〜U4 、■、〜V49w1〜w4の12個
の励磁コイルである。That is, there are 12 excitation coils U, ~U4, ■, ~V49w1~w4.
(C)は、(b)図を展開したもので、U、V。(C) is an expanded version of (b), with U and 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。It is a figure explaining modulation of W. If the current values of each phase U, V, and W are modulated as shown in the figure to give them strengths and weaknesses (amplitude coefficient m), a strong attractive force X will be generated in the modulated excitation coil even in the same U phase, and the rotor will It is drawn to the side with stronger suction and rotates. However, as it is, the attraction force X is biased in one direction.
It is clear that vibrations are generated.
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。In the present invention, in order to rotate the suction force, the modulation curve as shown in (C) is moved in synchronization with the rotational position θr detected by the rotational position detector ss or the rotational speed wr obtained by differentiating this. It is in.
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。On the other hand, vibration of a motor shaft is generally caused by centrifugal force caused by a shift in the center of gravity. Therefore, if suction force is applied in a direction that cancels out this centrifugal force, the force relationship will be canceled out and vibrations should be suppressed. Therefore, in the present invention, as described above, by moving the modulation curve in synchronization with the rotational speed wr and rotating the suction force, the centrifugal force is always canceled out and vibrations are suppressed.
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。FIG. 7 is a block diagram of an embodiment of the damping phase/amplitude command generation circuit PC shown in FIG. 3.
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ぬ判明している場
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。Here, when determining the phase θm and amplitude coefficient m to be supplied to the vibration damping modulation circuit MC, there are two cases in which the rotational unbalance caused by the misalignment between the center of the shaft and the center of gravity is known in advance; It is divided if it is not clear. In the former case, the phase θm is fixed, and the amplitude coefficient m changes in proportion to the rotational speed wr obtained by differentiating the rotational position signal θr.
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O〜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6m
とmを検索する。In the latter case, for example, there is no room to detect rotational imbalance due to production efficiency, or rotational imbalance is caused by an additional object such as a tool. in this case,
Scan the table with the phase θm in the range of O to 2π and the amplitude coefficient m in the range of 0 to 1 to find the minimum vibration of 6m.
and search m.
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。This circuit is a circuit that inputs the vibration α of the motor detected by the vibration detector VT, and sends the phase θm and amplitude coefficient m obtained by learning control for the above two cases to the vibration damping modulation circuit MC.
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θm及び振幅係数mを出力する。TB is a table storing various combinations of phases θm and amplitude coefficients m, as shown in FIG. 8, and is stored in the ROM. SC is a scanning means for scanning the phase θm and amplitude coefficient m of the table TB, and outputs the phase θm and amplitude coefficient m as the scanning result.
MO,C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6m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sw、
、sw、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6m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。MO and C are mode control circuits, which are means for switching between a mode for determining the optimum 6m and m for the latter case described above by learning control before actual vibration measurement, and a mode for performing actual vibration control. Therefore, when the rotational imbalance is not known, the switch sw,
, sw, are set on the scanning means side (contact a side) to scan the phase θm and amplitude coefficient m of the table in advance, and sequentially give these values to the vibration damping modulation circuit MC, so that the vibration A of the spindle device is the smallest. Find the phase θm and amplitude coefficient m when The obtained 6m and m and vibration A are the holding circuit HOL
is maintained. Note that the vibration A is a value obtained by integrating vibrations at fixed time intervals by the vibration calculation circuit VC.
次にスイッチsw、、sw2を接点す側に設定し、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。Next, the switches sw, , sw2 are set to the contact side, and the set phase θm and amplitude coefficient m are applied to the damping modulation circuit MC.
to perform actual vibration control.
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COMにて予め求めた振動の
最小値Aと比較する。On the other hand, if the rotational unbalance becomes large due to some external factor such as a tool change, and the vibration of the spindle device becomes large, the integral value B of the vibration α generated at this time is determined by the vibration calculation circuit VC, and the comparator COM Compare with the minimum value A of vibration determined in advance.
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sw、、sw
、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。In this case, if the vibration B is smaller, there is no need to change the phase θm and the amplitude coefficient m. However, if vibration B is larger, the mode control circuit MOC switches the switches sw, , sw
, is set to the contact a side, and the table TB is scanned again to find the minimum value of the vibration of this system as described above.
そして、再度スイッチを接点す側に設定し振動制御を行
う。Then, the switch is set to the contact side again to perform vibration control.
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。Note that the holding circuit HOL may be any holding circuit that compares the previous value and the current value and holds the smaller value.
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0m1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。FIG. 8 is an example of a table storing the relationship between θm and m described above, and is stored in the ROM. The horizontal axis is 0 m1, and the vertical axis is the amplitude coefficient m. The range of θm is 0 to 2π, and the range of m is 0 to 1.
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MC,〜MC,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。All the machining tools T used in the present invention are mounted on the spindle 8 in advance and rotated, and the values of m and θm are registered in the storage means ME (Fig. 3) for each machining tool by the aforementioned learning control. . During actual machining, the damping phase and amplitude command generation circuit PC stores m and θm of the corresponding tool from the storage means ME based on a tool change command from the NC device of the machine tool.
There is also a method of obtaining the value of and immediately sending it to the vibration damping modulation circuits MC, ~MC,. In this way, there is no need to perform learning control every time a tool is replaced, and quick control is possible.
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。As explained above, according to the present invention, the vibration of the spindle device of a built-in motor type machine tool can be accurately suppressed using electrical means with a simple structure, without adding a mechanical vibration damping device with a complicated structure. can.
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。In addition, when a machining tool is attached to the spindle or a machining operation is performed, vibration can be suppressed in a short time from the start of rotation, even if there is no prior knowledge of the unbalance of the system and the vibrations caused by it. It is possible to respond quickly even when the load on the device changes.
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)は本発明の詳細な説明図
、
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、P
A・・・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。
U相コイル
本発明の励磁コイル結線図
第4UjJ
制振変調回路の一実施例ブロック図
第
図
(b)
I
第6回
几
2几
θmumテーブルの一例
第8図
U相コイル
従来の励磁コイル結線図
第口O回FIG. 1 is a basic configuration diagram of the present invention; FIG. 2 is a basic configuration diagram of the vibration damping control device of the present invention; FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the vibration damping control device of the present invention; Excitation coil connection diagram of the present invention; FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of the vibration damping modulation circuit of FIG. 3; FIGS. 6(a), (b), and (C) are detailed explanatory diagrams of the present invention; 7 is a block diagram of an embodiment of the damping phase/amplitude command generation circuit of FIG. 3, FIG. 8 is an example of the table of FIG. 7, and FIG. 9 is a block diagram of a conventional control device, and , FIG. 10 is a conventional excitation coil wiring diagram. (Explanation of symbols) IM...Induction motor, CT...Current detector, P
A...Power amplifier, PI...Power converter, CA
...Current control amplifier, MC...Vibration damping modulation circuit, CC
...Current control means, PC...Vibration suppression phase/amplitude command generation circuit, CG...3
Phase current command generation circuit, VT...vibration detector, SS...rotational position detector, ME...storage means, 1... vibration damping control device,
2...Cutting blade, 3...Housing, 4
.. 7...Bearing, 5...Stator, 6...
Rotor, 8...Main shaft, T...Processing tool. U-phase coil Excitation coil wiring diagram of the present invention Fig. 4 Block diagram of an embodiment of a UjJ vibration damping modulation circuit Fig. (b) Episode O
Claims (1)
子で構成する工作機械の主軸装置において、前記電動機
の各相巻線毎に増幅した電流を供給する電力増幅手段と
、前記回転主軸のハウジングから検出する振動に基づき
、前記各電力増幅手段の各相に供給する電流の大きさと
位相を前記振動が極力小さくなるように制御する電流制
御手段と、該電流制御手段から出力された電流の大きさ
及び位相と前記回転主軸の回転位置信号とに基づき、前
記各電力増幅手段に対し変調された各相電流を順次供給
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。 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。[Scope of Claims] 1. In a spindle device of a machine tool in which a rotary spindle on which a processing tool is mounted at the tip is constituted by a rotor of an electric motor, power amplification means supplies an amplified current to each phase winding of the electric motor. a current control means for controlling the magnitude and phase of the current supplied to each phase of each of the power amplification means based on the vibration detected from the housing of the rotating main shaft so that the vibration is minimized; and the current control means and vibration damping modulation means for sequentially supplying modulated phase currents to each of the power amplifying means based on the magnitude and phase of the current output from the rotary main shaft and the rotational position signal of the rotating main shaft. A spindle device for machine tools that has a vibration damping function. 2. The current control means controls the magnitude and phase data of the current to be supplied to each phase of each of the power amplification means in order to minimize rotational vibration caused by unbalance of the processing tool mounted on the rotating main shaft. Register it in the storage means in advance,
2. The machine tool having a vibration damping function according to claim 1, wherein the machine tool is configured to read the corresponding current magnitude and phase data from the storage means based on a machining tool exchange command of the machine tool and supply them to each of the power amplification means. main shaft device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2165663A JP2584885B2 (en) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | Spindle device of machine tool with vibration control function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2165663A JP2584885B2 (en) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | Spindle device of machine tool with vibration control function |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0457655A true JPH0457655A (en) | 1992-02-25 |
| JP2584885B2 JP2584885B2 (en) | 1997-02-26 |
Family
ID=15816652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2165663A Expired - Lifetime JP2584885B2 (en) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | Spindle device of machine tool with vibration control function |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2584885B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997000841A1 (en) * | 1995-06-20 | 1997-01-09 | Kao Corporation | Method for producing alcohol |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6115589A (en) * | 1984-06-28 | 1986-01-23 | Daikin Ind Ltd | Rotary compressor vibration reduction device |
| JPS62138091A (en) * | 1985-12-10 | 1987-06-20 | Daikin Ind Ltd | Inverter control method for induction machine drive |
| JPS6371590A (en) * | 1986-09-13 | 1988-03-31 | Daikin Ind Ltd | Rotary compressor vibration reduction device |
| JPS63138091A (en) * | 1986-11-28 | 1988-06-10 | ナブコシステム株式会社内 | Slide door apparatus |
-
1990
- 1990-06-26 JP JP2165663A patent/JP2584885B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6115589A (en) * | 1984-06-28 | 1986-01-23 | Daikin Ind Ltd | Rotary compressor vibration reduction device |
| JPS62138091A (en) * | 1985-12-10 | 1987-06-20 | Daikin Ind Ltd | Inverter control method for induction machine drive |
| JPS6371590A (en) * | 1986-09-13 | 1988-03-31 | Daikin Ind Ltd | Rotary compressor vibration reduction device |
| JPS63138091A (en) * | 1986-11-28 | 1988-06-10 | ナブコシステム株式会社内 | Slide door apparatus |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997000841A1 (en) * | 1995-06-20 | 1997-01-09 | Kao Corporation | Method for producing alcohol |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2584885B2 (en) | 1997-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5892628B2 (en) | Bearingless motor | |
| US6770992B2 (en) | Magnetic bearing apparatus | |
| JP5447810B2 (en) | Motor drive device and torque ripple removal method | |
| EP3314733B1 (en) | A control device and a method for controlling magnetic levitation and torque generation | |
| JP5243651B2 (en) | Motor control device for controlling d-axis current of permanent magnet synchronous motor | |
| JPH08214600A (en) | Method and apparatus for controlling motor | |
| JP5309242B1 (en) | Synchronous motor control device for controlling a synchronous motor to stop the synchronous motor during power regeneration and power failure | |
| Ueno et al. | Characteristics and control of a bidirectional axial gap combined motor-bearing | |
| Shin et al. | Electromagnetic vibration analysis and measurements of double-sided axial-flux permanent magnet generator with slotless stator | |
| JP2005513979A (en) | Rotation drive mechanism with balanced reaction | |
| JP2003083769A (en) | Rotation detecting apparatus | |
| Beres et al. | Sensorless IFOC of induction motor with current regulators in current reference frame | |
| Tsunoda et al. | Vibration control for a rotor supported by oil-film bearings using a bearingless motor | |
| JP2007267466A (en) | Vector controller for ipm motor | |
| Munteanu et al. | No-load tests of a 40 kW high-speed bearingless permanent magnet synchronous motor | |
| JP2000166278A (en) | Control device for synchronous motor | |
| JP2001258290A (en) | Method for constructing independent control system for rotating machine having no magnetic flux detection bearing | |
| JPH0457655A (en) | Machine tool spindle device with vibration damping function | |
| JPH0250718B2 (en) | ||
| JP2608619B2 (en) | Method and apparatus for controlling electric motor | |
| CN116742995B (en) | An intelligent control system for circular high-power excitation motors | |
| JPH0743265B2 (en) | Rotation angle sensor | |
| JP3524303B2 (en) | Radial rotating body position control device | |
| Fujii et al. | Inverter-less Thrust Magnetic Suspension Using Zero-Sequence Current in a 5-DOF Controlled Bearingless Motor | |
| JP5538821B2 (en) | Rotating motor control device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081121 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081121 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091121 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091121 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101121 Year of fee payment: 14 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101121 Year of fee payment: 14 |