JP3862956B2

JP3862956B2 - 形彫放電加工装置の主軸装置

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Publication number: JP3862956B2
Application number: JP2000578133A
Authority: JP
Inventors: 卓弘中村; 健治山田
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2019-10-04
Also published as: WO2000024541A1; US6339203B1

Description

技術分野
本発明は、取り付けた工具電極を被加工物に所定の間隙で対向させ、これらの間に所定の放電加工電圧を印加して被加工物に穴形状を加工する形彫放電加工装置の主軸装置に関し、特に、その主軸が高速回転制御と高精度角度割出し制御の何れも可能である形彫放電加工装置の主軸装置に関する。
背景技術
一般に、形彫放電加工装置の主軸装置は、ベッドに立設されたコラム上でサーボモータにより鉛直方向に往復移動制御される加工ヘッドに設けられ、工具電極を被加工物の加工穴の深さ方向に進めるものである。工具電極はこの主軸装置の主軸下端に取り付けられ、被加工物はベッド上に載置されたテーブル上の定盤に設置される。放電加工媒体としての放電加工液は定盤を囲んで設けられている加工槽の内部に満たされ、被加工物がこの中に浸漬された状態で放電加工が行われる。
このような形彫放電加工装置の主軸装置によっていろいろな形状の穴加工を行うときには、工具電極を単に加工の進行方向に往復移動させるだけでなく、電極または被加工物を主軸廻りに高速に回転させたり、主軸の中心軸回りの回転方向に角度割出しさせたりすることができるとよい。丸棒などの単純形状の工具電極を被加工物に対して回転しながら移動して、複雑な輪郭形状の加工穴を放電加工したり、所望の形状に形成された工具電極を被加工物に対して所望の角度に割出して、所望の角度位置に傾斜させて加工したりすることができるからである。また、主軸の角度割出しと鉛直方向の往復移動とを組み合わせて、ねじ穴加工のようなより複雑な加工穴も放電加工することができる。
このような回転制御と角度割出し制御とが可能な主軸装置は、従来から実用に供され、また特許出願されている。そこで、この種の代表的な主軸装置の従来例をつぎに説明する。なお、以下の説明において、加工深さ方向の主軸の移動制御軸をＺ軸、このＺ軸と直交する平面上の１軸方向の移動制御軸をＸ軸、前記平面上のＸ軸と直交するもう１つの１軸方向の移動制御軸をＹ軸と称する。また、主軸を該主軸中心の回りにおよそ１，０００ｒｐｍ程度、好ましくは３，０００ｒｐｍ程度で回転させることを高速回転と称し、制御上のこの回転軸方向をＲ軸とする。また、主軸を該主軸中心の回りに回転させて所望の角度位置に精密に位置決めすることを角度割出しと称し、制御上のこの回転軸方向をＣ軸とする。もちろん、このときの回転は低速である。
図４には、上述した動作が可能な形彫放電加工装置の主軸装置の一例が示されている。１は主軸装置本体、１Ａは主軸、２は加工ヘッド、４１はサーボモータ、４２はロータリエンコーダ、４３はサーボモータ４１の回転を主軸に伝える伝達機構である。Ｚ軸方向に加工ヘッド２を往復移動、すなわち上昇および下降させる機構については、ここでは説明を省略する。
サーボモータ４１にはロータリエンコーダ４４が取り付けられていて、サーボモータ４１の回転速度が検出される。このロータリエンコーダ４４は、サーボモータの回転を検出するものであるから、４，０００分割（１角度の分割数）程度の分解能のロータリエンコーダでよい。加工ヘッド２の主軸１Ａには角度割出用のロータリエンコーダ４２が取り付けられていて、主軸１Ａの角度位置が検出される。このロータリエンコーダ４２は、回転スケールと称されることもあるもので、モータに通常取り付けられるものとは異なり、例えば３６０，０００分割程度の遥かに高い分解能を有するものが用いられる。このような極めて高い分解能を有するロータリエンコーダあるいは回転スケールが使用されるのは、放電加工に特有の高い割出角度精度の要求に応えるためである。特に、上述したねじ穴加工のような放電加工では、工具電極をＺ軸方向、Ｃ軸方向に同時に制御して、工具電極と被加工物との間隙を所定間隙に維持するサーボが行われるから、一層高精度な角度割出し制御が必要になる。
伝達機構４３は、サーボモータ４１の出力軸端に固定されたカップリング４３Ａと、これを介してサーボモータ４１軸端に固定されるプーリ４３Ｂと、ウォーム４３Ｅ軸端のプーリ４３Ｃと、これらプーリ間にかけられるタイミングベルト４３Ｄと、減速機構としてのウォーム４３Ｅ、および主軸１Ａに固定されたウォームホイール４３Ｆとを含んで構成される。サーボモータ４１の回転は、ウォーム４３Ｅに伝えられてウォームホイール４３Ｆを回転させ、主軸１Ａがこのウォームホイール４３Ｆによって減速されて回転する。その減速比は、後述するように、２つのロータリエンコーダ４２と４４の分解能に対応して決定されるもので、上記のように、ロータリエンコーダ４２が３６０，０００分割、ロータリエンコーダ４４が４，０００分割である場合には、１／９０のものが選定される。
この従来例で主軸１Ａを高速回転させるときには、ロータリエンコーダ４４からのフィードバック信号を使用して、主軸が所望の速度で回転するようにサーボモータ４１が制御される。このとき、ロータリエンコーダ４２からのフィードバック信号は使用されない。
一方、主軸１Ａを角度割出しするときには、ロータリエンコーダ４２からのフィードバック信号を有効にするようにモータドライバを切り換えて、ロータリエンコーダ４２からのフィードバック信号を使用してサーボモータ４１の角度位置を位置決め制御するとともに、ロータリエンコーダ４４からのフィードバック信号を使用してサーボモータ４１の角度位置を位置決め制御する。このように、２つのエンコーダを使用して制御するのは、主軸１Ａとサーボモータ４１との間に減速機を介在させているからである。減速機に内在している僅かなガタ、バックラッシュ、あるいはクラッチの滑り等によって、サーボモータ４１の制御が主軸１Ａの制御にすぐに一致しないので、サーボモータ４１と主軸とをそれぞれのロータリエンコーダによってフィードバックしなければ制御が安定しないからである。
このように、２つのロータリエンコーダによってフィードバック制御するため、ロータリエンコーダ４４の分解能とロータリエンコーダ４２の分解能とを一致させる必要がある。そこで、この従来例では、減速比が１／９０に選定されて、４，０００分割のロータリエンコーダ４４の分解能が主軸１Ａでの換算分解能として４，０００×９０＝３６０，０００となるようにしている。
図５には、上述した動作が可能な主軸装置の別の例が示されている。図４で説明した例と同じ部材またはそれとほぼ同等の部材は同じ符号を付して説明する。特開平６−１３４６２４号公報で開示された主軸装置と同じ技術思想上にあるものである。１は主軸装置本体、１Ａは主軸、１８は主軸１Ａと一体のスピンドル、５１は角度割出用のサーボモータ、５２はサーボモータに取り付けられたロータリエンコーダ、５３はスピンドル１８廻りに取り付けられた回転スケール、５４は角度割出しをされた後にその角度位置で主軸１Ａを固定するブレーキ装置である。先の実施例と同様に、回転スケール５３には３６０，０００分割程度の高分解能のものが用いられ、サーボモータのロータリエンコーダ５２には４，０００分割のものが用いられるものとする。５５は高速回転用のＡＣモータである。５６は図示しない内側の歯車と外側の歯車の歯数の差により所定の速度比で減速する減速機で、減速比は先の実施例と同様に１／９０である。５７はクラッチで、減速機５６より上側を切り離すものである。なお、５８は加工液の噴流を工具電極に供給する噴流ユニットである。
主軸１Ａが高速回転するときには、サーボモータ５１がクラッチ５７によって切り離されるとともに、ＡＣモータ５５が制御されて主軸が所望の速度で回転する。こうして、サーボモータ５１が過大な速度で回転して焼損することが防止される。一方、主軸１Ａが角度割出しされるときには、ＡＣモータ５５が非制御状態におかれるとともに、サーボモータ５１がクラッチ５７によって接続されて制御される。図示省略した、サーボモータ５１のモータドライバが制御され、このモータドライバが回転スケール５３のフィードバック信号によってサーボモータ５１の角度位置を制御するとともにロータリエンコーダ５２のフィードバック信号によってサーボモータ５１の角度位置を位置決め制御して、主軸１Ａを所望の角度位置に位置決め制御する。２つのロータリエンコーダによってフィードバック制御される点では先の従来例と同じである。
しかしながら、上述した２つの従来例の構成にはつぎのような問題がある。前者の従来例によれば、確かに１つのモータによって主軸装置が高速回転と角度割出しとのいずれかを切り換えて行うことができるが、角度割出し精度を高精度にするために減速比を大きくすると、大きな減速比によって主軸が高速回転できないと言う問題がある。換言すれば、この従来例は、高速回転または高精度角度割出しのいずれか一つの機能に重点をおかざるを得ない主軸装置であった。一方、後者の従来例では、２つのモータの切り換え制御によって、高速回転制御と角度割出し制御のいずれも充分に行うことができる。しかしながら、この主軸装置は、２つのモータと２つのモータドライバ、１つの減速機、さらにクラッチ等の部材を必要とするので、主軸装置が複雑で部品点数が多く、かつ制御上でも複雑である。
そして、何れの従来例でも減速機が使用されているので、高精度の角度割出しを行うときには、高分解能のロータリエンコーダに加えて、サーボモータ側のロータリエンコーダを使用して角度位置の制御をしなければならなかった。
そこで、本発明は、減速機を備えていなくても、１つのモータ、１つのエンコーダによって高速回転制御と高精度角度割出し制御を選択して行うことができるようにして、その結果、より簡単で、よりコンパクトな構成になる形彫放電加工装置の主軸装置を提供することを目的とする。
発明の開示
この目的のための１つの好適な実施形態である、本発明による形彫放電加工装置の主軸装置は、以下の構成要素、すなわち、
（１）被加工物の加工深さ方向に往復移動可能に設けられた加工ヘッドに設けられた主軸と、
前記加工ヘッドに固定して設けられ、前記主軸に回転軸が直結されたロータイナーシャの大きな大出力のサーボモータと、
前記サーボモータまたは前記主軸のいずれかに設けられ、前記サーボモータまたは前記主軸の回転速度及び角度位置を検出する、高分解能の角度位置検出装置と、
前記主軸の高速回転と前記主軸の角度割出しとを切り換える切換信号を出力するとともに、前記主軸を高速回転させるときに所望の回転速度に対応する速度指令信号を出力し、前記主軸を角度割出しさせるときに所望の角度位置指令信号を出力する数値制御装置と、
前記主軸を高速回転させるときに、前記速度指令信号と、前記角度位置検出装置からの信号であってそのパルス数が所定割合間引かれたフィードバック信号とによって前記サーボモータの回転を制御し、前記主軸の高速回転速度をクローズドループ制御する一方、前記主軸を角度割出しするときに、少なくとも前記角度位置指令信号と前記角度位置検出装置からのフィードバック信号とによって前記サーボモータの回転を制御し、前記主軸の角度位置をクローズドループ制御するモータドライバと、
を含むことを特徴とする。
この（１）の実施形態の主軸装置では、主軸の高精度角度割出しと高速回転とが１つのモータ、１つのモータドライバ、１つのエンコーダによって制御され、かつ、主軸装置が減速機を備えない、簡単な構成で済む。そして、フィードバック信号のパルス数が低減されてモータドライバに負担が少なくエラーの発生が少なくなる。
また他の好適な実施形態として、上述した形彫放電加工装置の主軸装置の前記モータドライバは、
（２）前記主軸を角度割出しするときに前記角度位置指令信号に前記角度位置検出装置からの信号をフィードバックしてその偏差を出力する一方、前記主軸を高速回転するときに前記回転速度指令信号に前記角度位置検出装置からの信号をフィードバックしない偏差出力手段と、前記主軸を角度割出しするときにのみ前記偏差出力手段からの出力を所望の位置ゲインで制御して出力する位置ゲイン制御要素と、前記主軸を角度割出しするときに前記位置ゲイン制御要素からの出力に前記角度位置検出装置からの信号をフィードバックしてその偏差を出力する一方、前記主軸を高速回転するときに前記回転速度指令信号に前記角度位置検出装置からの信号をフィードバックしてその偏差を出力する減算回路と、前記主軸を角度割出しするとき、または高速回転するときに、前記減算回路からの出力をそれぞれの所望の速度ゲインで制御して出力する速度ゲイン制御要素と、を含んでなることを特徴とする。
この（２）の実施形態によれば、主軸を高速回転制御するとき、１つのサーボモータが前記１つの角度位置検出装置からのフィードバック信号によってその回転速度を制御するとともに、主軸を高精度角度割出し制御を行うとき、１つのサーボモータが前記１つの角度位置検出装置からのフィードバック信号によって角度位置を制御する。
発明を実施するための最良の形態図１には、本発明の形彫放電加工装置の全体構成の概要が示されている。以下、従来の技術で説明した例と同じ部材または同等の部材については、同じ符号を用いて説明する。２は加工ヘッド、３は形彫放電加工装置の本機、４は形彫放電加工装置３に併設される数値制御装置、５は加工電源装置である。また、６は、水平に据え置かれたベッド、７はベッドに立設されたコラム、８はベッド上にＹ軸方向に移動可能に設けられたサドル、９はサドル上にＸ軸方向に移動可能に設けられたテーブル、１０はテーブルに取り付けられた加工槽である。入力装置１１は、数値制御装置４にデータを入力するものであり、キーボード、マウス、磁気ディスクドライブを含んで構成される。なお、サドル８及びテーブル９を駆動するＸ軸とＹ軸の駆動装置については、従来技術と同じものであるから図示省略してある。サーボモータ１２は、加工ヘッド２をＺ軸方向に往復移動させるものであり、サーボモータ１２に取り付けられたロータリエンコーダ１３のフィードバック信号により、Ｚ軸方向の移動速度と位置が制御される。
加工ヘッド２には主軸装置本体１が内装されている。主軸装置本体１は、図２で後に説明するように、角度位置検出装置としてのロータリエンコーダ１４が取り付けられたサーボモータ１５を１つだけ具備している。このロータリエンコーダ１４は、少なくとも、３６０，０００分割程度の高分解能のもので、サーボモータ１５に取り付けられない場合には、図５に示すようなスピンドル１８に一体に固定される回転スケール５３のようなものであっても良い。ロータリエンコーダ１４のフィードバック信号は、図３にて後に説明するモータドライバ１６に入力される。
主軸装置本体１は、減速機を介さずにサーボモータ１５によって直接に回転駆動制御される。このため、サーボモータ１５には、高出力のサーボモータが選定される。これは、減速機がない場合のサーボモータ１５にかかる負荷イナーシャが減速機がある場合の負荷イナーシャに比べて大幅に大きくなるからである。従来、減速機がある場合には、モータ軸にかかる負荷イナーシャが減速機の減速比により低減され、負荷イナーシャがＧＤａ２、減速比がｒ１／ｒ２であるときにモータ軸換算の負荷イナーシャＧＤｍ２が（ｒ１／ｒ２）２×ＧＤａ２となる。したがって、例えば減速比が１／２の減速機を取り除いた場合には、サーボモータ１５にかかる負荷イナーシャが１／４に低減されないので、結果的には４倍になる。また、サーボモータの制御可能な許容負荷イナーシャは、サーボモータ自体のロータイナーシャに対する負荷イナーシャの比として制限されているので、サーボモータ１５には、ロータイナーシャの比較的大きなものを選定して、負荷イナーシャのロータイナーシャに対する比が大きくならないようにする。このように、本発明のサーボモータ１５には、高出力で、かつロータイナーシャの比較的大きなサーボモータが選定される。
図２には、本発明の形彫放電加工装置の主軸装置本体１の主要部の構成が示されている。主軸１Ａの上端側はカップリング１７を介してサーボモータ１５の回転軸に直結している。主軸１Ａの下端側にはスピンドル１８が取り付けられ、スピンドル１８の下側にある装着部１９に、工具電極Ｅを取り付けるホルダ２０が装着される。なお、ここでは主軸１Ａとスピンドル１８とを分けて説明しているが、主軸とスピンドルが一体的に同義で使用されることが多く、主軸１Ａとスピンドル１８とを一体であると見なすことに何等問題はない。放電加工では、放電加工液を工具電極Ｅと被加工物Ｗとで形成される加工間隙に介在させて、加工の安定を図っている。そこで、噴流ユニット２１を設けて、図示しない加工液供給装置から供給される加工液を噴流注入口２１Ａから導入し、主軸の中央孔１Ｂとスピンドル１８に設けられた加工液流路１８Ａを経て工具電極Ｅまで供給している。噴流ユニット２１の下側には、オイルパン２１Ｂが主軸１Ａ廻りに取り付けられ、噴流ユニット２１から漏れる加工液を受けて、漏れた加工液を加工ヘッド２の外側へ排出する。また、放電加工では、工具電極Ｅに加工電源からの電流を供給する必要がある。そこで、通電ブラシ２２をスピンドル１８に摺接するように設けて、加工電源装置５からの加工電源の一方の極と接続する導線５Ａの端子をこれにねじで締め付けて固定し、スピンドル１８の図示しない導電部材を介して工具電極Ｅに加工電流を導通する。
さらに、放電加工では、ドリルやバイトなどの切削工具を保持する一般の加工と異なり、しばしば、比較的大形で重量のある総型の工具電極が使用される。そのため、モータの停止中の自転制止力だけでは耐えきれずに、角度割出し後にしばしば主軸がその回転方向に回動してしまう。そこで、ブレーキ装置２３を主軸１Ａ廻りに主軸１Ａと同軸に設けている。ここでは、比較的構造が簡単で制動力の強いディスクブレーキを採用している。これは、角度割出しを行って位置決めが完了した後に、ブレーキシュー２３Ａでディスク２３Ｂを挟み込んでディスク２３Ｂを固定することによって主軸１Ａを固定するものである。主軸冷却装置２４は、放電の発生による工具電極Ｅの温度の上昇とスピンドル１８が高速で回転して発生する温度の上昇とを、加工液などの冷却液で冷却する装置である。また、ホルダ着脱用シリンダ２５は、ホルダ２０を着脱するためのものである。
図３には、本発明のサーボモータ１５を制御するモータドライバ１６の制御系の概略およびその制御装置が示されている。４は数値制御装置であり、２６は主軸１Ａの回転速度、割出角度位置のような設定値を記憶しておく設定装置で、例えば、ＲＡＭである。数値制御装置４では、主軸が高速回転制御されるときに高速回転運転開始の切換信号とともに速度指令信号が出力され、角度割出開始のときに角度位置指令信号のみが出力される。もちろん、角度割出運転開始の際にこれを示す切換信号が出力されるようにしても結果が同じになるので、本実施例では、高速回転開始の切換信号が出力されるものとして、以下説明する。設定装置２６には、入力装置１１からのＮＣプログラムなどのＮＣデータも一時的に記憶される。
モータドライバ１６は、偏差出力手段である偏差カウンタ３１、位置ゲインＫＰの制御要素、減算回路３２、および速度ゲインＫＶの制御要素、を含んで構成される。
偏差カウンタ３１は、数値制御装置４からの出力とロータリエンコーダ１４からのフィードバック信号との偏差を演算するものである。この偏差カウンタ３１では、モータドライバ１６が主軸の角度割出し制御を行う際にのみロータリエンコーダ１４からのフィードバック信号が有効にされて数値制御装置４からの角度位置指令信号とフィードバック信号との偏差が偏差カウンタ３１で生成されて出力される。モータドライバ１６が主軸の高速回転制御を行うときには、ロータリエンコーダ１４からのフィードバック信号が無視されて何の処理も行われない。この偏差カウンタ３１は、論理回路であるから、等価回路を用いて変形が可能である。なお、高速回転の信号と角度割出しの信号とにより、指令信号の差異を判断する構成とすることができるので、高速回転を行う切換信号を必ずしも必要としない。
位置ゲインＫＰと速度ゲインＫＶとは、運転条件から想定される主軸や工具電極等の慣性負荷や制御速度等に応じて予め数値制御装置４に設定されるものである。この発明では、前述したように主軸装置に減速機がなく、負荷イナーシャがサーボモータの軸にダイレクトにかかる。それで、サーボモータはロータイナーシャの大きなものが選定され、また高出力なものが選定されているが、さらに、位置ゲインＫＰと速度ゲインＫＶとが比較的大きい値に調整されている。この位置ゲインＫＰと速度ゲインＫＶとによって、ＫＰと表示される制御要素で位置偏差信号が増幅され、同じくＫＶと表示される制御要素で速度偏差信号が増幅されるのである。なお、何れの場合においても、主軸１Ａを高速回転させるときにはＫＶのゲインが低いゲインに、また、主軸１Ａの角度割出しを行って停止させるときにはＫＰとＫＶのゲインが高いゲインに自動的に切り換えられて調整されると良い。こうすることによって、高速回転から角度割出し制御に切り換えるときに振動が発生するのを防止することができる。
減算回路３２は、偏差カウンタ３１と同様に２つの入力値の偏差を出力するもので、位置ゲインＫＰの制御要素からの出力とロータリエンコーダ１４からの速度のフィードバック信号との偏差を出力する。主軸の角度割出し制御のときには、つぎの速度ゲインＫＶの制御要素とともに角度位置および速度偏差に応じた速度制御が行われ、サーボモータ１５が少なくとも所定速度以上にはならないように速度制御されるマイナーループ制御が行われる。主軸の高速回転制御のときには、位置ゲインＫＰの制御要素から位置偏差が出力される代わりに数値制御装置からの速度指令信号が出力され、これと速度のフィードバック信号とによって速度偏差が演算され、つぎの速度ゲインＫＶの制御要素によって速度偏差に応じたサーボモータ１５の速度制御が行われる。
次に、図１ないし図３を用いて、本発明の主軸装置の主軸の高速回転制御および角度割出し制御の動作のフローについてそれぞれ説明する。高速回転の回転速度または角度割出しの角度位置を含むＮＣデータは、例えば、磁気ディスクなどに記録されたＮＣプログラムによって入力装置１１から入力され、設定装置２６に一時的に記憶される。放電加工装置の運転が開始されると、これら回転速度または角度割出位置が数値制御装置４に読み込まれ、数値制御装置４からモータドライバ１６に出力される。
主軸の高速回転の制御を行う場合には、モータドライバ１６を高速回転制御に切り換える切換信号とともに速度指令信号が数値制御装置４からサーボモータ１５のモータドライバ１６に出力される。この高速回転制御は、基本的に一定速度で一定の方向に主軸を回転させるものであるから、切換信号の後に予め設定装置２６に設定された回転速度に基づく所望のアナログ（ＤＣ１０Ｖ〜０Ｖ）の速度制御指令に対応する速度指令信号が偏差カウンタ３１に出力される。最初に前記切換信号が入力された偏差カウンタ３１は、ロータリエンコーダ１４からのフィードバック信号の入力を受け付けず、また偏差信号も出力しない。そして、位置ゲインＫＰの制御要素でも同様になにもなされず、結局、速度指令信号はそのまま減算回路３２に渡される。減算回路３２では、前記切換信号を受けて速度指令信号とロータリエンコーダ１４からの速度フィードバック信号との速度偏差が出力され、つぎの速度ゲインＫＶの制御要素で増幅されて速度制御が行われる。
この速度制御は、好ましくは、つぎのように制御することができる。この制御の特徴は、ロータリエンコーダ１４から減算回路３２へフィードバックされるパルス信号を途中で間引くことによってそのパルス数を低減することにある。この間引いたフィードバック信号を減算回路３２にフィードバックして、速度指令信号との速度偏差を算出することよってサーボモータ１５を速度制御する。この間引き操作は、ロータリエンコーダの特定の検出相からのパルス信号のみを速度フィードバック信号に利用するインターフェースを介在させることによって、あるいは、所定比率でフィードバック信号のパルス数を低減するインターフェースを介在させることなどによって、容易に可能である。こうすることによって、フィードバックされるパルス数が過大であることによるドライバーのエラーや負担過多を抑えることができる。
このように主軸を速度制御することによって、本発明の主軸装置では、減速機を介することなく、１つのサーボモータ、１つのエンコーダによって主軸が十分に高速に回転制御される。
一方、主軸の角度割出し制御を行う場合には、ＮＣデータによって指示される所望の角度位置に到達するまでのパルス列が予め設定装置２６に設定された回転速度に基づく間隔で連続的に数値制御装置４から出力される。角度位置指令信号がディジタル式の場合であるが、データ指令方式であっても本質的には同様に制御される。この角度割出し制御のとき、偏差カウンタ３１に上述した高速回転への切換信号が入力されないので、偏差カウンタ３１はロータリエンコーダ１４からの位置フィードバック信号を受けて位置偏差信号を出力する。この位置偏差信号は、位置ゲインＫＰの制御要素で所定の位置ゲインＫＰによって増幅された後、ロータリエンコーダ１４からの速度フィードバック信号によって減算回路３２でさらに加減算される。そして、その偏差が速度偏差として速度ゲインＫＶの制御要素で速度ゲインＫＶによって増幅されてサーボモータ１５に速度制御信号として出力される。もちろん、この速度フィードバック制御は前述したマイナーループ制御である。こうして、主軸が所望の角度位置に割出しされる。放電加工が開始されるときには、通常、ブレーキ装置２３が自動的に作動して主軸がその位置から位置ずれしないように固定される。ネジ加工のようにＣ軸方向に常にサーボを行うときには、ブレーキ装置を作動させる必要はない。
このように主軸を角度割出し制御することによって、本発明の主軸装置では、減速機を介することなく、１つのモータ、１つのエンコーダによって主軸の精密な角度割出し制御を正確に行うことができる。そして、本発明の主軸装置が減速機を備える必要がないので、この主軸装置は比較的簡単な構成になり、加工ヘッドを小型化、軽量化することができるとともに、制御系をより簡単に、より低廉にすることができる。
以上説明した本発明は、その精神および必須の特徴的事項から逸脱することなく他のいろいろな形態で実施することができる。したがって、本明細書に記載した好ましい実施例は例示的なものであって限定的に解釈されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の形彫放電加工装置の全体の概要を示す構成図である。
第２図は、本発明の形彫放電加工装置の主軸装置の要部を示す断面図である。
第３図は、本発明の形彫放電加工装置の主軸装置のモータドライバを示すブロック図である。
第４図は、従来の形彫放電加工装置の主軸装置の一例を示す断面図である。
第５図は、他の従来の形彫放電加工装置の主軸装置の一例を示す断面図である。

Claims

被加工物の加工深さ方向に往復移動可能に設けられた加工ヘッドに設けられた主軸と、
前記加工ヘッドに固定して設けられ、前記主軸に回転軸が直結されたロータイナーシャの大きな大出力のサーボモータと、
前記サーボモータまたは前記主軸のいずれかに設けられ、前記サーボモータまたは前記主軸の回転速度及び角度位置を検出する、高分解能の角度位置検出装置と、
前記主軸の高速回転と前記主軸の角度割出しとを切り換える切換信号を出力するとともに、前記主軸を高速回転させるときに所望の回転速度に対応する速度指令信号を出力し、前記主軸を角度割出しさせるときに所望の角度位置指令信号を出力する数値制御装置と、
前記主軸を高速回転させるときに、前記速度指令信号と、前記角度位置検出装置からの信号であってそのパルス数が所定割合間引かれたフィードバック信号とによって前記サーボモータの回転を制御し、前記主軸の高速回転速度をクローズドループ制御する一方、前記主軸を角度割出しするときに、少なくとも前記角度位置指令信号と前記角度位置検出装置からのフィードバック信号とによって前記サーボモータの回転を制御し、前記主軸の角度位置をクローズドループ制御するモータドライバと、
を含むことを特徴とする形彫放電加工装置の主軸装置。
前記請求項１に記載したモータドライバは、前記主軸を角度割出しするときに前記角度位置指令信号に前記角度位置検出装置からの信号をフィードバックしてその偏差を出力する一方、前記主軸を高速回転するときに前記回転速度指令信号に前記角度位置検出装置からの信号をフィードバックしない偏差出力手段と、前記主軸を角度割出しするときにのみ前記偏差出力手段からの出力を所望の位置ゲインで制御して出力する位置ゲイン制御要素と、前記主軸を角度割出しするときに前記位置ゲイン制御要素からの出力に前記角度位置検出装置からの信号をフィードバックしてその偏差を制御する一方、前記主軸を高速回転するときに前記回転速度指令信号に前記角度位置検出装置からの信号をフィードバックしてその偏差を制御する減算回路と、前記主軸を角度割出しするとき、または高速回転するときに、前記減算回路からの出力をそれぞれの所望の速度ゲインで制御して出力する速度ゲイン制御要素と、を含んでなることを特徴とする形彫放電加工装置の主軸装置。