KR930008332B1 - 주축위치 속도제어장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

주축위치 속도제어장치
제 1 도는 본 발명의 1실시예를 도시한 주축 및 C축 시스템 구성도.
제 2 도는 본 발명에 관한 검출기의 규격도.
제 3 도는 종래의 주축 및 C축 시스템 구성도.
제 4 도는 본 발명에 관한 제어블럭도.
제 5 도는 본 발명에 관한 검출기의 프리앰프회로 내부 구성도.
제 6a, b, c 도는 본 발명에 관한 저분해능 위치검출에 의한 가공예를 도시한 도면.
제 7a, b, c 도는 본 발명에 관한 고분해능 위치검출에 의한 가공예를 도시한 도면.
제 8 도는 본 발명에 관한 정위치 정지 순서도.
제 9 도는 속도검출외 원리도.
제 10 도는 저분해능 위치검출의 원리도.
제 11 도는 고분해능 위치검출의 원리도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 수치제어장치 2 : 주축구동제어장치
7 : 주축 11 : 내장 주축 전동기
12, 14 : 중공검출기기 13, 15 : 센서
16 : 프리앰프회로
본 발명은 주축에 부착할 수 있는 중공형상의 위치 속도검출기를 사용한 주축 위치속도 제어장치에 관한 것으로, 검출기의 부착 구조를 간단하게 할 수 있음과 동시에 고정밀도로 주축의 위치, 속도를 제어할 수 있는 주축 위치 속도 제어장치에 관한 것이다.
제 3 도는 종래의 수치제어장치를 구비한 공작기계의 주축 및 C축의 구동시스템의 구성도로서, (1)은 수치제어장치, (2)는 주축구동제어장치, (3)은 유도전동기, (4)는 속도검출기, (5)는 저분해능(低分解能) 위치검출기, (6)은 고분해능(高分解能) 위치검출기, (7)은 주축, (8)은 유도전동기 (3)의 접속기어, (9)는 위치검출기(5)의 접속기어, (10)은 위치검출기 (6)의 접속기어, (51)은 속도검출회로, (54)는 저분해능 위치검출회로, (57)은 고분해능 위치검출회로이다.
동일도면에서 수치제어장치(1)에서 출력된 속도명령 ωr *는 주축구동제어장치(2)를 거쳐 3상 교류전류명령으로서 유도전동기(3)으로 출력되고, 상기 유도전동기(3)은 ωr *에 따라서 회전한다. 이 경우 속도추종성을 양호하게 하기 위해, 속도검출기(4)의 출력파형(A)를 주축구동제어장치(2)내부의 속도검출회로(51)로 입력하는 것에 의해 유도전동기(3)의 속도를 검출하고, 그 검출값을 ωr로서 귀환하는 것에 의해 소위 속도폐쇄루프를 구성한다.
유도전동기 (3)의 회전은 접속기어(8)을 거쳐 주축(7)에 전달되어 이것을 구동한다. 접속기어 (8)의 기어비는 용도에 따라서 결정된다.
또, 수치제어장치(1)에서 출력된 위치명령 θr *은 주축구동제어장치 (2)를 거쳐 3상 교류전류명령으로서 유도전동기(3)으로 출력되고, 상기 전동기(3)은 위치명령 θr *에 따라서 회전한다.
이 경우 위치추종성을 양호하게 하기 위해, 저분해능 위치검출기 (5)의 출력파형 (B)를 주축구동제어장치(2) 내부의 저분해능 위치검출회로(54)로 입력하는 것에 의해 주축(7)의 위치를 검출하고, 그 검출값을 θr1로서 귀환하는 것에 의해 저분해능 위치패쇄루프를 구성한다.
또, 고분해능 위치검출기(6)의 출력파형(C)를 주축구동제어장치(2) 내부의 고분해능 위치검출회로(57)로 입력시켜 주축(7)의 위치를 검출하고, 그 검출값을 θr2로서 귀환하는 것에 의해 고분해능 위치폐쇄루프를 구성한다.
다음에 동작에 대해서 기술한다.
먼저 주축(7)에서 통상의 선삭운전을 실행하는 경우는, 수치제어장치(1)에서 주축(7)의 목표회전수에 알맞는 속도명령 ωr *이 출력되고, 주축구동제어장치(2)는 속도검출회로(51)에서 검출된 유도전동기(3)의 속도 ωr을 ωr *에 추종시키기 위한 제어를 실행한다.
다음에, C축운전(윤곽운전)을 실행하는 경우는 수치제어장치 (1)에서 주축(7)의 목표위치에 알맞는 위치명령 θr *가 출력되고, 주축구동제어장치 (2)는 고분해능 위치검출회로(57)에서 검출된 주죽(7)의 위치 θr2를 θr *에 추종시키기 위한 제어를 실행한다. 이 C축 운전은 주축끝에서 1/1000도 단위정도의 위치결정 정밀도가 요구되므로 위치검출기(6)으로서 36만 펄스/1회전 정도의 고분해능 검출기를 채택할 필요가 있다.
다음에 위치검출기(5)의 용도에 대해서 기술한다. 위치검출기(5)는 다음에 나타내는 여러가지 용도를 갖고 있다.
(1) 주축(7)을 노크핀의 삽입에 의한 기계적 고정에 따른 가공을 위한 위치결정등의 목적으로 정위치 정지동작을 시키고자 하는 경우, 저분해능 위치검출회로(54)에 의해 위치검출값 θr1을 검출하여 위치루프를 구성하는 것으로 주측(7)을 목적위치에 정지시킨다.
(2) 주축(7)의 회전수를 수치제어장치(1)의 CRT 화면상에 표시하고자 하는 경우, 위치검출기(5)의 출력파형(B)를 수치제어장치(1)에 입력하여 수치제어장치(1)에서 단위시간내의 파형의 변화량에 주축 속도를 연산하고, 그 결과를 CRT 화면상에 표시한다.
(3) 주축(7)의 위치와 다른 축, 예를들면 X축, Y축, Z축, 회전공구축, 대향하는 제2의 주축등과 동기시켜서 나사절삭(X축 및 Z축과 동기), 다각형 가공(회전공구축과 동기), 각재(squar bar) 공작물의 클램프 바꿈 및 절단가공(대향하는 제2의 주축과 동기)등 다른 축과의 동기운전을 하고자 하는 경우, 저분해능위치검출회로(54)에 의해 위치검출값 θr1을 검출하여 수치제어장치(1)에서 다른 축과 위치동기하도록 송신되는 주축위치명령 θr *에 θr이 추종하도록 위치루프를 구성한다.
여기서, 위치검출기 (5)로서는 1024∼4096펄스/1회전 정도의 분해능의 것을 채용하는 것이 보통이다.
그런데, 상기 제 3 도의 종래 기술의 설명도에서 유도전동기 (3)과 주축(7)을 접속하는 접속기어는 간단하게 하기 위해 접속기어 (8)의 1조만으로 했지만, 물론 접속기어는 몇조라도 좋고, 예를들면
L기어시 접속기어비=10 : 1
H기어시 접속기어비 =1 : 1
C축시 기어비 =100 : 1
의 3조의 시스템이라도 좋다. 또, 접속기어 (9), (10)은 벨트라도 좋다
상기한 바와 같이 공작기계에서 여러가지 주축 토는 C축 운전을 실행하는 경우 각각의 운전목적에 따른 위치 및 속도검출기를 필요로 하므로 여러개의 검출기를 여러장소에 탑재하게 된다. 예를들면, 제 3 도와 같이 속도검출기(4)는 유도전동기(3)에 직접 연결해서 탑재하고, 위치검출기 (5),(6)은 주축(7)에 접속기어 (9), (10)을 거쳐서 탑재한다는 상태이다. 여기서, 접속기어 (9), (10)을 필요로 하는 이유는 선반에서 주축(7)을 중공구조로 해서 공작물을 주축(7)에 관통시켜 가공하는 바 피더 (bar feeder) 가공기능을 갖는 것이 일반적이고, 종래의 샤프트를 갖는 위치검출기에서는 공작물의 관통을 방해하는 부착으로 되므로 주축(7)에 직접 탑재하는 것은 불가능하기 때문에 대부분의 경우 기어비=1 : 1의 접속기어(9), (10)을 거치고 있는 것이 현재의 상태이다. 단, 위치검출기(5), (6)을 동일 패키지에 수용하여 위치검출기를 1개만으로 하고, 접속기어도 1개만으로 하는 방식도 이미 실현되고 있다.
상기한 바와 같이 종래에는 여러개의 검출기를 여러장소에, 또한, 주축 위치검출기는 접속기어를 거쳐 탑재할 필요가 있어 검출기 부착의 스페이스 확보를 위한 기계의 치수 대형화, 복잡화에 의한 설비 코스트의 증가 및 접속기어를 거치는 간접위치검출 때문에 정밀도가 저하한다는 등의 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 주축에 부착한 검출기의 구조를 간단하게 함과 동시에 고정밀도로 주축의 위치, 속도를 제어할 수 있는 주축위치속도 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로 명확하게 될 것이다.
본 출원에서 개시되는 발명중 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 관한 주축 위치속도 제어장치는 주축에 직접 부착한 중공형상의 검출기기의 움직임을 상기 검출기기에 대향하는 센서로 검출하고, 이 센서로부터의 신호를 입력해서 여러개의 정현파와 방평파로 파형성형, 증폭하는 증폭수단을 구비하고, 상기 정현파를 속도제어신호로 사용하고, 방형파를 위치제어신호로 사용한다.
주축의 위치속도검출기를 직접 주축에 부착하고 있는 것에 의해 기계구조가 간단하게 됨과 동시에 상기 검출기의 신호를 입력해서 여러개의 정현파와 방형파로 파형성형하는 것에 의해 이 신호를 임의로 선택할 수 있다.
이하, 본 발명의 구성에 대해서 실시예와 함께 설명한다.
또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고 그 반복적인 설명은 생략한다.
제 1 도는 본 발명의 1실시예를 도시한 공작기계의 주축 및 C축의 구동시스템의 구성도로서, 부호(1)∼(7), (51),(54),(57)은 제 3 도의 종래의 것과 동일하고, (11)은 주축(7)에 조립된 내장 주축전동기, (12)는 주축(7)에 부착된 중공형상의 검출기기로서, 속도검출 및 저분해능 위치검출을 할 수 있는 것이다. (13)은 중공검출기기(12)의 센서, (14)도 검출기기 (12)와 같은 구조로서, 고분해능 위치검출용의 중공검출기기이다. (15)는 중공검출기기 (14)의 센서이다. (16)은 센서(13)과 (15)의 출력을 입력해서 수치제어장치(1) 및 주축구동제어장치(2)에 방형파 또는 정형파신호로 파형성형해서 출력하는 프리앰프회로이다.
여기서, 프리앰프회로(16)의 내부구성에 대해서 설명한다.
프리앰프회로(16)은 제 2 도에 도시한 바와 같이 여러개의 파형을 출력하는 회로이고, 일예로서 제 2b 도의 프리앰프회로(16-2)의 내부구성을 제 5 도에 도시한다. 제 5 도에서, (29)∼(31), (36)∼(38)은 증폭회로, (33)∼(35), (40)∼(42)는 비교회로, (32)는 4체배회로, (39)는 100체배회로이다.
먼저, 센서 (13)의 출력은 256파/1회전의 COS파 및 SIN파, 1파/1회전의 SIN파의 합계 3파형이 출력된다. 프리앰프회로(16)은 이 3파형을 입력하여 소정의 진폭값까지 증폭회로(29)∼(31)에 의해 증폭한다.
이 3개의 증폭파형중에서 256파/1회전의 COS파 및 SIN파는 그대로 속도검출용 파형으로서 프리앰프회로(16)의 출력으로 된다.
나머지 1파/1회전 파형은 비교회로(33)에 의해 방형파로 변환되어 1펄스/1회전신호(이하, Z상이라 한다)로서 프리앰프회로(16)에서 출력된다.
또, 상기 증폭된 256파/1회전의 COS파 및 SIN파는 그대로 출력되는 것과는 별도로 4체배회로(32)로 입력되어 여기서 4체배된 출력, 즉 1024파/1회전의 COS파 및 SIN파가 얻어지고, 이 출력을 비교회로(34), (35)로 입력해서 1024펄스/1회전의 90°위상차가 다른 2상 방형파로 변환되어 저분해능 위치검출용 파형으로서 프리앰프회로(16)의 출력으로 된다.
다음에 센서(15)의 출력은 900파/1회전의 COS파 및 SIN파, 1파/1회전의 SIN파의 합계 3파형이 출력된다. 프리앰프회로(16)은 이 3파형을 입력하여 소정의 진폭값까지 중폭회로(36)∼(38)에 의해 증폭한다.
이 3개의 증폭파형중에서 1파/1회전파형은 비교회로(42)에 의해 방형파로 변환되어 1펄스/1회전신호(이하, Y상이라 한다)로서 프리앰프회로(16)에서 출력된다. 나머지의 900파/1회전의 COS파 및 SIN파는 100체배회로(39)로 입력되어 여기서 100체배된 출력, 즉 90000파/1회전외 COS파 및 SIN파가 얻어지고, 이 출력을 비교회로(40), (41)로 입력해서 90000펄스/1회전의 90° 위상차가 다른 2상 방형파로 변환되어 고분해능위치검출용 파형으로서 프리앰프회로(16)의 출력으로 된다.
이상의 설명으로 추정할 수 있는 바와 같이, 제 2a 도의 프리앰프회로(16-1)은 프리앰프회로(16-2)의 (36)∼(42)의 구성부품을 삭제한 것이다. 또, 본 발명에서는 Z상과 Y상을 다른 계통으로 하였지만, Z상을 그대로 Y상으로서 출력하는 방식으로 해도 된다.
다음에 프리앰프회로(16)의 각 출력파형에서 속도검출값 ωr및 위치검출값 θr1, θr2얻는 원리에 대하여 설명한다.
먼저, 속도검출값 ωr을 얻는 원리를 제 9 도에 도시한다.
도면에서 (51)은 속도검출회로, (52)는 4체배 펄스작성회로, (53)은 ωr연산회로이다.
도면에서 프리앰프회로(16)의 256파/1회전의 COS 및 SIN자 출력을 4체배펄스 작성회로(52)에서 도면에 도시한 COS파와 SIN파의 위상관계로 펄스출력한다.
따라서, 이 펄스수는 256×4=1024펄스/1회전의 출력으로 된다. 그리고 이 펄스와 256파/1회전의 COS파 및 SIN파를 ωr연산회로(53)으로 입력한다. ωr연산회로(53)에서는 다음의 연산을 실행한다.
연산은 일정시간 △T마다 실행하고, 먼저 시각 tn에서 △T(sec)시간내에 발생한 펄스수 △P를 계수하고, 다음에 제 9 도에 도시한 펄스간의 각 구간에서 지정된 COS파 및 SIN파의 전압값을 리드한다. 그리고, 시각 tn-1에서의 전번의 전압리드값과 기준값의 차 V1과 시각 tn에서의 이번의 전압리드값의 차 V2를 연산하여 COS파 및 SIN파의 리드구간의 전압폭을 V0으로 하면 (1)식으로서 구할 수 있다. 이 (1)식에서 V1및 V2를 사용하는 것에 의해 ωr의 분해능의 향상을 실현할 수 있다.
또, 속도검출회로(51)은 통상 주축구동제어장치(2)의 내부에 조립된다.
Figure kpo00001
이하, 상기 식 (1)에서 V1및 V2를 사용하여 어떻게 ωr의 분해능을 향상시키는가에 대해서 설명한다.
예로서, 제 9 도에 의해 설명하면, tn-1에서 tn으로의 변화를 보고 속도 ωr을 계산하는 경우,
①. 만약 V1, V2을 사용하지 않는 경우는 속도에 관한 정보로서, 1024펄스/1회전의 펄스밖에 없게 되므로, 이 펄스만에서 속도를 계산하면,
ωr={△P/(△T×1024)}×60(rpm)
으로 되는 것은 명확하다.
제 9 도의 예에서는 tn-1에서 tn의 사이의 △P=3이므로, 예를들면 △T=1msec로 하면,
ωr= (3/(1×10-3× 1024)}×60≒176(rpm)
으로 된다.
여기서, 만약 △P=4였다면,
ωr= {4/(1×10-3×1024)}×60≒234(rpm) 으로 되고, 따라서 △P가 1펄스 변하면 ωr이 (234-176)=58rpm 변화한 것으로 된다.
결국, 이 경우(△T=1msec로 한 경우)의 ωr분해능=58rpm으로 매우 정밀하지 못한 것으로 되어 버린다.
②. 다음에 V1,V2를 사용한 경우는 속도에 관한 정보로서, 1024펄스/1회전의 펄스외에 V1,V2가 있고, 이것으로부터 속도를 계산하면,
ωr={(△P+(V1+V2)/V0)/(△T×1024)}×60(rpm)
으로 되는 것은 명확하다.
제 9 도의 예에서는 V0=1V, V1=0.2V, V2=0.3V로 하고, △T=1msec라고 한면, △P=3이므로,
ωr={(3+(0.2+0.3)/1)/(1×10-3×1024)}×60=205(rpm)으로 된다.
여기서, 만약, V1또는 V2를 0.1V 단위로 검출가능한 회로(ωr연산회로(53)에 내장)을 가지고 있다고 가정하면, V1만이 상기에서 0.1V 변하면
ωr={(3+(0.3+0.3)/1)/(1×10-3×1024)}×60=211(rpm)으로 되고, 따라서, V1(또는 V2)가 0.1V 변하면, ωr이 (211-205)=6rpm 변화한 것으로 된다.
결국, 이 경우(△T=1msec, V0=1V, V1또는 V2는 0.1V 단위로 검출가능으로 한 경우)의 ωr분해능=6rpm으로 되고, V1,V2를 사용하지 않은 ①의 경우(=ωr분해능 58rpm)에 대하여 약 10배의 분해능을 갖게 된다.
다음에, 위치검출값 θr1을 얻는 원리를 제 10 도에 도시한다.
도면에서, (54)는 저분해능 위치검출회로, (55)는 4체배회로, (56)은 θr1, 연산회로이다.
도면에서, 프리앰프회로(16)의 1024펄스/1회전의 90°위상차가 다른 2상 방형파 출력을 4체배회로(55)에서 펄스출력한다. 따라서, 이 펄스는 1024×4=4096펄스/1회전의 출력으로 된다.
그리고, 이 펄스와 1펄스/1회전의 펄스(Z상)을 θr1, 연산회로(56)으로 입력한다. 연산은 θr1연산회로(56)내에 있는 카운터 값을 사용한다.
그리고, 연산개시후 최초의 Z상이 상승할 때의 카운터 값 C0를 기억하여 그위치를 원점, 즉 θr1,=0°로 하고, 이후 각 리드시의 위치 θr1은
θr1=(카운터값-C0)/4096 (도)
로서 구한다.
저분해능 위치검출회로(54)는 통상 주축구동제어장치(2)의 내부에 조립된다.
다음에 위치검출값 θr2를 얻는 원리를 제 11 도에 도시한다.
도면에서, (57)은 고분해능 위치검출회로, (58)은 4체배회로, (59)는 θr2연산회로이다. 상기 θr2를 연산하는 방법은 펄스수가 다를 뿐이고 그 이외는 θr1의 연산과 동일하므로 설명을 생략한다 또한, 256파/1회전의 COS파 및 SIN파와 동시에 출력되는 Z상과 제 9 도의 4체배펄스 작성회로(52)의 출력펄스를 사용하는 것에 의해 θr1과 동일한 위치검출을 하는 것도 가능하다.
다음에 본 발명의 동작에 대해서 설명한다.
수치제어장치(1)의 속도명령 ωr*에 의해 주축구동제어장치(2)를 거쳐 내장 주축전돌기(11)이 구동되어 주축(7)이 회전하고, 이 주축(7)에 부착된 중공검출기기 (12), (14)가 회전해서 센서(13),(15)의 출력이 프리앰프회로(16)에 입력되어 여기서 제 2 도에 도시한 여러개의 파형을 출력한다. 상기 속도명령 ωr*에 대해서는 256파/1회전의 COS파 및 SIN파를 주축구동제어장치 (2)로 입력해서 속도검출회로(51)에서 ωr을 연산하는 것에 의해 속도루프를 구성한다.
한편, 수치제어장치(1)에서 위치명령 θr*가 주축구동제어장치 (2)에 입력되었을 때는 프리앰프회로(16)의 출력인 1024펄스/1회전의 90°위상차가 다른 2상 방형파 및 Z상 또는 90000펄스/1회전의 90°위상차가 다른 2상 방형파 및 Y상을 주축구동제어장치(2)로 입력해서 위치검출회로(54)에서 θr1또는 θr2를 연산하는 것에 의해 위치루프를 구성한다.
여기서, 실제의 속도루프 및 위치루프의 동작을 블럭도에 따라 구체적으로 설명한다.
제 4 도는 제 1 도의 수치제어장치(1) 및 주축구동제어장치 (2)의 본 발명에 관한 내부제어 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도면에서, (17)은 주축구동제어장치(2)에 부여하는 명령양식을 전환하는 명령전환회로, (18)은 주축구동제어장치(2)에 대하여 속도명령 ωr*을 출력하는 속도명령발생회로, (19)는 주축구동제어장치(2)에 대하여 저분해능의 주축위치명령 θr1 *을 출력하는 저분해능 위치명령발생회로, (20)은 주축구동제어장치 (2)에 대하여 고분해능의 주축위치명령 θr2 *를 출력하는 고분해능 위치명령발생회로, (21)은 주축구동제어장치 (2)에 대하여 주축의 정위치 정지명령 ORC 및 정지위치명령 θ0 *를 출력하는 정위치 정지명령발생회로. (22)는 프리앰프의 출력파형(B)를 입력해서 그 단위시간내의 변화량에서 주축속도를 연산하여 CRT 화면상에 표시하는 속도표시회로, (23)은 저분해능 위치명령 θr1과 저분해능 위치검출값 θr1의 편차에 게인 Kp1을 승산하여 속도명령 θr1 *을 출력하는 저분해능 위치루프 게인회로. (24)는 고분해능 위치명령 θr2 *와 고분해능 위치검출값 위치검출값 θr2편차에 게인 Kp2를 승산하여 속도명령 ωr2 *를 출력하는 고분해능 위치루프게인회로, (25)는 정위치 정지명령 ORC 및 정지위치명령 θ0 *를 수신하여 저분해능 위치검출값 θr1또는 속도검출값 ωr을 입력하고 주축을 목적위치로 정지시키기 위한 순서제어를 실행하는 정위치 정지순서회로, (26)은 각 속도명령과 속도검출값 ωr의 편차에서 보상연산을 실행하여 전류명령 i*를 출력하는 속도편차 보상회로, (28)은 전류명령 i*와 전동기의 전류검출값 i의 편차에서 보상연산을 실행하여 전압명령 V*를 출력하는 전류편차 보상회로, (28)은 전동기의 실전류를 검출하는 전류검출기, (29)는 명령전환회로(17)의 목적에 맞는 명령발생회로를 선택하는 명령전환스위치. (30)은 명령전환회로(17)의 선택목적에 맞는 속도명령을 선택하는 속도명령전환스위치이다.
이하, 각 명령발생회로(18)∼ (21)이 선택된 경우의 동작에 대하여 설명한다.
(1) 속도명령발생회로(18)이 선택된 경우
먼저, 명령전환회로(17)의 명령에 의해 명령전환스위치(29)는 a로 선택되고, 동시에 속도명령회로 전환스위치 (30)은 e로 선택된다.
다음에, 속도명령발생회로(18)은 주축(7)의 목적속도명령 ωr *을 출력하고 주축구동제어장치 (2)는 ωr *과 속도검출회로(51)의 출력 ωr의 편차를 영으로 하도록 제어하는 속도루프를 구성한다. 이 모드는 통상의 선삭모드에서 선택된다.
속도루푸일때의 일반론을 기술하면, 속도편차보상회로(26)에 있어서는 비례적분제어를 실행하고 있고, 이것은 일반적인 제어논리에서도 자명한 바와 같이,ωr을 ωr *와 일치, 즉, ωr *와 ωr의 편차를 0으로 하는 기능을 가진다(적분소요의 기능).
(2) 저분해능 위치명령발생회로(19)가 선택된 경우
먼저, 명령전환회로(17)의 명령에 의해 명령전환스위치 (29)는 b로 선택되고, 동시에 속도명령회로 전환위치 (30)은 f로 선택된다.
다음에, 저분해능 위치명령발생회로(19)는 주축(7)의 위치명령 θr1를 출력하고, 주축구동제어장치(2)는 θr1 *과 저분해능 위치검출회로(54)의 출력 θr1의 편차에 위치루프게인 Kp1을 승산해서 속도명령 ωr1로서 부여하는 것에 의해, 위치편차를 영으로 하는 제어를 실행하며, 또 ωr1 *가 속도검출회로(51)의 출력 ωr의 편차를 영으로 하도록 제어한다.
즉, 속도루프를 마이너 루프로서 갖는 저분해능 위치루프를 구성한다.
이 모드는 주축 이외의 축(예를들면, X축, Y축, Z축, 회전공구축 또는 대향하는 제2의 주축 등)과의 위치동기운전의 목적으로 선택된다. 구제적으로 다른 축과 위치동기 운전한 경우의 가공예를 제 6 도(a)∼ (c)에 도시한다.
도면에서, (43)는 커터가 부착된 지그, (44)는 바이트, (45)는 원형공작물, (46)은 회전공구축, (47)은 회전공구, (48)은 대향하는 제2의 주축, (49)는 각형 공작물이다. 제 6a 도는 주축파 X축 및 Z축을 위치동기 운전하여 원형공작물에 나사절삭가공을 실행하는 예, 제 6b 도는 주축과 회전공구축을 위치동기 운전하여 다각형가공(폴리곤 가공)을 실행하는 예, 제 6c 도는 주축과 대향하는 제2의 주축을 위치동기 운전하여 각재의 클램프 바꿈을 실행하는 예이다.
또한, 도면중의 화살표는 각각의 축의 동기운전방향을 나타낸다. 각각의 상세한 실현방법은 생략하지만 주축을 포함하는 여러축의 위치동기 프로그램을 수치제어장치(1)에서 작성하는 것에 의해 상기 가공을 실현할 수 있다.
(3) 고분해능 위치명령발생회로(20)이 선택된 경우
먼저, 명령전환회로(17)의 명령에 의해 명령전환스위치 (27)는 c로 선택되고, 동시에 속도명령회로 전환스위치 (30)은 g로 선택된다.
다음에, 고분해능 위치명령발생회로(20)은 주축(7)의 위치명령 θr2 *를 출력하고, 주축구동제어장치(2)는 θr2 *와 고분해능 위치검출회로(57)의 출력 θr2편차에 위치루프게인 Kp2승산해서 속로명령 θr2 *로서 부여하는 것에 의해, 위치편차를 영으로 하는 제어를 실행하며, 또 ωr2 *와 속도검출회로(51)의 출력 ωr의 편차를 영으로 하도록 제어하는, 즉 속도루프를 마이너 루프로서 갖는 고분해능 위치루프를 구성한다.
이 모드는 1/1000도 정도의 고정밀도를 요하는 C축 운전시에 선택된다. 구체적으로 C축 운전을 실행하는 경우의 가공예를 제 7 도(a)∼(c)에 도시한다.
도면에서 (45)는 원형공작물, (49)는 회전공구축, (50)은 드릴이다.
제 7a 도는 고정밀도위치결정 정지후, 회전공구축에 의해 120°마다의 구멍가공을 실행하는 예, 제 7b 도는 C축을 회전시키면서 선삭가공을 실행하는 예, 제 7c 도는 C축과 다른 축(X축)을 위치동기시키면서 4각형을 가공하는 예이다. 제 7c 도의 가공은 기본적으로 제 6 도와 같은 방법이지만, 고정밀도의 마무리를 목적으로 한 가공에 대해서 이 C축 운전이 사용된다.
상기 (2), (3)에서 설명한 위치루프(스위치(30)=f 또는 g일때)일때의 일반론을 기술하면, 저분해능 위치루프 게인회로(23), 고분해능 위치루프 게인회로(24)에 있어서는 비례제어이므로, θr *이 변화하고 있는 동안은 θr *와 θr의 사이에는 편차가 0이 아니고, θr *의 변화율에 따른 편차가 생기게 되지만, θr *의 변화=0으로 되면, 마이너 루프인 속도루프(비례적분제어)의 기능에 의해, θr *과 θr의 편차를 0으로 하도록 작용한다. 이 작용은 일반론으로서 자명하다.
(4) 정위치 정지명령발생회로(21)이 선택된 경우
먼저, 명령전환회로(17)의 명령에 의해 명령전환스위친(29)는 d로 선택되고, 동시에 속도명령회로 전환스위치(30)은 h로 선택된다.
다음에, 정위치 정지명령발생회로(21)은 정위치 정지순서회로(25)에서 자동적으로 순서제어를 실행하고, 속도검출회로(51)의 출력 ωr또는 저분해능 위치회로(54)의 출력 θr1을 타이밍에 의해 전환해서 리드하고, 속도명령 ωr3을 부여하는 것에 의해, 정위치 정지를 실행한다.
다음에, 그 순서를 설명한다. 제 8 도는 정위치 정지의 순서도이다. 도면에 있어서, 시각 t0에서 수치제어장치(1) 내부의 정위치 정지명령발생회로(21)에서 정위치정지명령 ORC가 출력 (ON)되면, 주축구동제어장치(2) 내부의 정위치정지순서회로(25)는 정지위치명령 θ0 *를 리드해서 기억함과 동시에, 속도명령 ωr3 *로서 오리엔트 속도명령 V1 *, 예를들면 약 200rpm 명령을 출력한다.
시각 t1에서 실속도 ωr은 오리엔트 속도명령 V1 *도달한다.
시각 t2에서 프리앰프회로(16)의 출력인 Z상이 저분해능 위치회로(54)에 입력한 순간부터 위치검출값 θr1을 검출개시 한다.
시각 t3에서 θr1이 미리 설정된 목표위치에서의 편차데이타 θe1(제 1감속점)에 도달한 순간에 정위치 정지순서회로(25)는 속도명령 ωr3 *으로서 크리프(creep) 속도명령 V2 *, 예를들면, 약 30rpm 명령으로 전환한다.
시각 t4에서 실속도 ωr은 크리프속도명령 V2 *에 도달한다.
시각 t5에서 θr1이 미리 설정된 목표위치에서의 편차데이타 θe2(제2감속점)에 도달한 순간에 정위치 정지순서 회로(25)는 속도명령 ωr3 *으로서
Figure kpo00002
로 전환된다.
시각 t5에서 목표위치에 도달하며 θ0 *-θr1=0으로 되므로, (2)식은 ωr3=0으로 되어 정위치 정지가 완료한다 .
이 정위치 정지모드는 공구교환이나 노크핀 삽입에 의한 가공을 위한 위치결정등의 목적으로 실행된다. 또한, 정위치 정지명령 ORC 및 θ0 *에 대해서는 제 1 도 및 제 3 도에서 생략하였다.
이상과 같이, 중공검출기기(12), (14)를 주축(7)에 직접 부착하는 것에 의해 기계구조가 간단하게 되며, 또 주축의 속도 및 위치가 정밀도 좋게 검출됨과 동시에, 중공검출기기(12), (14)의 움직임에 대응해서 출력하는 센서의 신호를 프리앰프회로(16)으로 입력해서 정현파 및 방형파의 여러신호로 성형하는 것에 의해 용도에 따라서 어떤 경우는 정한파만, 어떤 경우는 방형파만, 또 어떤 경우는 양쪽의 파형을 선택할 수 있으므로, 규격변동등에 즉시 대응할 수 있는 장점도 있다.

Claims (1)

  1. 주축(7)에 직접 부착되고, 속도검출 및 저분해능 위치검출을 실행하는 중공형상의 제 1의 검출기기(12), 상기 주축(7)에 직접 부착되고, 고분해능 위치검출을 실행하는 중공형상의 제2의 검출기기(14), 상기 제1의 검출기기 (12)에 대향하여 상기 제1의 검출기기 (12)의 움직임을 검출하는 제1의 센서 (13), 상기 제2의 검출기기 (14)에 대향하여 상기 제 2의 검출기기 (14)의 움직임을 검출하는 제 2의 센서 (15), 상기 제 1의 센서 (13)의 출력을 받아 정현파와 저분해능의 방형파로 파형성형하여 증폭하고, 상기 제2의 센서 (15)의 출력을 받아 고분해능의 방형파로 파형성형하여 증폭하는 증폭수단(16), 상기 증폭수단(16)으로 부터의 상기 정현파를 주축의 속도검출신호로, 상기 저분해능의 방형파를 저분해능 위치검출신호로, 상기 고분해능의 방형파를 고분해능 위치검출신호로 입력하고, 그 각각의 검출신호에 따라 내장된 주축전동기(11)을 제어하는 주축구동제어장치(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 주축위치 속도제어장치.
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