| 研究概要 |
NC歯切盤やNC研削盤に用いられるサーボ機構は、定速回転時の回転精度が極めて高いことが要求される。これらに用いられるサーボスピンドルは400rpmから4,000rpm以上といった広い速度範囲にわたって、5秒以下の回転精度で安定に回転しなければならない。
これを実現するためには、まず高精度の角度センサが必要となる。一般に用いられている高分解能の角度センサは応答速度が低く、これを使用することはできない。そこで本研究では、マグネスケールと磁気誘導型ヘッドを組み合わせた角度センサを用いることにした。これにより、5MHz以上の応答周波数を得ることができた。しかし、磁気誘導型のため、低い回転では出力が低下し、S/N比が減少するといった問題が生じた。これを解決するため、本研究代表者の提案した2相PLL法を採用することにした。2相PLL法は、特に耐ノイズ性に優れており、これにより前述の全速度範囲で高精度の角度検出が可能となった。
次に、負荷の変動に対しても、前述のような高い回転精度を維持するためには、サーボ系の剛性を極めて高くしなければならない。普通、位置ループゲインは50sec-1程度であるが、本サーボスピンドルでは、この30倍以上の高ゲインが要求される。そこで本研究では、ダイレクトドライブ機構とイナーシャル・ダンパを用いて、この問題を解決した。すなわち、ダイレクトドライブ機構の軸剛性を十分高くして、ねじり振動の固有振動数を上げてやることにより、機械的な位相遅れをとりのぞくことにした。また、イナーシャル・ダンパによって、高速回転中でも大きなダンピングトルクが得られるため、位置ループゲインを極限まで大きくしても安定したサーボ系を構成することが可能となった。
以上の実験により、本サーボ機構が、高精度定速回転を必要とするNC工作機械に使用可能であることが確認された。
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