JP2012200820A - スピンドル制御装置及びスピンドル制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で暖機運転の要否を瞬時に判定して適切に暖機運転を行うことができ、軸受の良好な潤滑性を確保すること。
【解決手段】回転パラメータ値が、予め設定された閾値以上か否かを判定する判定部１４と、閾値以上と判定されたときに、最高許容回転数よりも小さい回転数で主軸が回転するように回転信号を出力して暖機運転を行わせると共に、閾値よりも小さいと判定されたときに、最高許容回転数で主軸が回転するように通常運転を行わせる運転モード切替部１６と、を備え、制御部本体１０は、暖機運転がなされた後、主軸を最高許容回転数で再度回転するようにモータ制御部３に回転信号を出力すると共に、判定部１２に判定を再度行わせることを特徴としている。
【選択図】図１
【解決手段】回転パラメータ値が、予め設定された閾値以上か否かを判定する判定部１４と、閾値以上と判定されたときに、最高許容回転数よりも小さい回転数で主軸が回転するように回転信号を出力して暖機運転を行わせると共に、閾値よりも小さいと判定されたときに、最高許容回転数で主軸が回転するように通常運転を行わせる運転モード切替部１６と、を備え、制御部本体１０は、暖機運転がなされた後、主軸を最高許容回転数で再度回転するようにモータ制御部３に回転信号を出力すると共に、判定部１２に判定を再度行わせることを特徴としている。
【選択図】図１
Description
この発明は、スピンドル制御装置及びスピンドル制御方法に関するものである。
従来から、軸受等により主軸を回転可能に支持してなる工作機械（以下「スピンドル」という。）が知られている。
一般にスピンドルは、使用中、定格回転数内における最高回転数で高速回転させられるように運転がなされるが、例えば長期間使用されず、その間運転が停止していた場合には、軸受を潤滑している潤滑油やグリース等の各種潤滑剤が固化するおそれがあった。そのため、運転を長期間停止していた後にスピンドルの運転を行う場合、スピンドルを上記最高回転数で高速回転させてしまうと、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こしてしまう場合があった。
一般にスピンドルは、使用中、定格回転数内における最高回転数で高速回転させられるように運転がなされるが、例えば長期間使用されず、その間運転が停止していた場合には、軸受を潤滑している潤滑油やグリース等の各種潤滑剤が固化するおそれがあった。そのため、運転を長期間停止していた後にスピンドルの運転を行う場合、スピンドルを上記最高回転数で高速回転させてしまうと、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こしてしまう場合があった。
そこで、上記異常発熱や焼き付き等を防止するため、主軸を最高回転数で高速回転させる前段階で、潤滑油やグリース等の潤滑剤を馴染ませて潤滑状態を安定化させる目的で、所定時間、所定回転速度（上記最高回転数による回転速度よりも低い回転速度）で主軸を回転させる暖機運転を行うことが知られている。
一般に暖機運転は、スピンドルの停止時間や潤滑剤の残留量、軸受温度等といったパラメータに関わりなく、単に上記所定時間及び所定回転速度で主軸を回転させている場合が多い。このため、暖機運転が必要ない場合であっても暖機運転が行われることがあり、加工効率（作業効率）が悪化し易い。
これに対して、特許文献１に記載されたスピンドル（工作機械）は、主軸の状態に応じて暖機運転を行うものであって、軸受内への潤滑剤の供給動作を制御する制御部を備えており、軸受内への潤滑剤の供給量と主軸の回転速度とを時系列データとして制御部の記憶手段に記憶している。そして、主軸を立ち上げるにあたって、時系列データから軸受内の残留潤滑剤量を算出するとともに、残留潤滑剤量に基づいて暖機運転の要否を判定している。これにより、無駄な暖機運転を排除して加工効率を向上させるとともに、軸受の異常発熱や焼き付き等を防止している。
しかし、特許文献１のスピンドルでは、潤滑剤の残留量測定手段や記憶手段が必要となるため、構造が複雑化し易く高コストになり易い。また、スピンドルの交換時においては、時系列データから軸受内の残留潤滑剤量を算出するのが困難となるため、暖機運転の要否を適切に判定し難い。そのため、軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こしてしまうおそれが依然として残されている。
そこで本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、簡単な構成で暖機運転の要否を瞬時に判定して適切に暖機運転を行うことができ、軸受の良好な潤滑性を確保できるスピンドル制御装置及びスピンドル制御方法を提供することである。
上記の課題を解決するため、本発明のスピンドル制御装置は、軸受で軸支された主軸、及び該主軸を回転させる駆動モータを備えたスピンドルの運転を制御するスピンドル制御装置であって、前記駆動モータの回転を制御するモータ制御部と、該モータ制御部に回転信号を出力して前記主軸が所望の回転数で回転するようにモータ制御部を制御すると共に、モータ制御部から前記駆動モータの回転パラメータ値が入力される制御部本体と、を備え、前記回転パラメータ値は、前記駆動モータの電流値及び電力値のうちの少なくとも一方の値とされ、前記制御部本体は、前記主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における前記回転パラメータ値が、予め設定された閾値以上か否かを判定する判定部と、前記閾値以上と判定されたときに、前記最高許容回転数よりも小さい回転数で前記主軸が回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力して暖機運転を行わせると共に、前記閾値よりも小さいと判定されたときに、前記最高許容回転数を維持した状態で前記主軸が回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力して通常運転を行わせる運転モード切替部と、を備え、前記制御部本体は、前記暖機運転が所定時間なされた後、前記主軸を前記最高許容回転数で再度回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力すると共に、前記判定部に前記判定を再度行わせることを特徴としている。
また、本発明のスピンドル制御方法は、軸受で軸支された主軸、及び該主軸を回転させる駆動モータを備えたスピンドルの運転を制御するスピンドル制御方法であって、前記駆動モータの回転を制御するモータ制御部と、該モータ制御部に回転信号を出力して前記主軸が所望の回転数で回転するようにモータ制御部を制御すると共に、モータ制御部から前記駆動モータの回転パラメータ値が入力される制御部本体と、を備え、前記回転パラメータ値は、前記駆動モータの電流値及び電力値のうちの少なくとも一方の値とされ、前記制御部本体は、前記主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における前記回転パラメータ値が、予め設定された閾値以上か否かを判定する閾値判定処理を行い、前記閾値以上と判定されたときに、前記最高許容回転数よりも小さい回転数で前記主軸が回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力して暖機運転処理を行うと共に、前記閾値よりも小さいと判定されたときに、前記最高許容回転数を維持した状態で前記主軸が回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力して通常運転処理を行い、前記制御部本体は、前記暖機運転処理が所定時間なされた後、前記主軸を前記最高許容回転数で再度回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力すると共に、前記閾値判定処理を再度行うことを特徴としている。
本発明によれば、主軸に回転抵抗がない無負荷且つ最高許容回転数でスピンドルを運転し、このときの駆動モータの電流値及び電力値のうちの少なくとも一方を回転パラメータ値として、判定部に予め設定された閾値と比較している。
なお、潤滑剤の固化による軸受の潤滑不良が生じている場合には、駆動モータに負荷がかかるので上記回転パラメータ値が大きくなる。そのため、この回転パラメータ値を指標とすることで潤滑不良の有無を判定することが可能である。
そして、回転パラメータ値と閾値との比較を行い、通常運転または暖機運転の各運転の切り替えを行っている。ここで、回転パラメータ値は、駆動モータの電流値及び電力値のうち少なくとも一方であるので、例えば電流センサ等により瞬時に測定できる。したがって、簡単な構成で暖機運転の要否を瞬時に判定して適切に暖機運転を行うことができ、軸受の良好な潤滑性を確保できる。
また、暖機運転が所定時間なされた後、主軸を最高許容回転数で再度回転させ、判定部で再度判定を行っているので、再度の暖機運転の要否を判定でき、軸受の異常発熱や焼き付き等を確実に防止できる。
なお、潤滑剤の固化による軸受の潤滑不良が生じている場合には、駆動モータに負荷がかかるので上記回転パラメータ値が大きくなる。そのため、この回転パラメータ値を指標とすることで潤滑不良の有無を判定することが可能である。
そして、回転パラメータ値と閾値との比較を行い、通常運転または暖機運転の各運転の切り替えを行っている。ここで、回転パラメータ値は、駆動モータの電流値及び電力値のうち少なくとも一方であるので、例えば電流センサ等により瞬時に測定できる。したがって、簡単な構成で暖機運転の要否を瞬時に判定して適切に暖機運転を行うことができ、軸受の良好な潤滑性を確保できる。
また、暖機運転が所定時間なされた後、主軸を最高許容回転数で再度回転させ、判定部で再度判定を行っているので、再度の暖機運転の要否を判定でき、軸受の異常発熱や焼き付き等を確実に防止できる。
また、本発明のスピンドル制御装置は、前記制御部本体が、前記通常運転時、前記主軸に対する負荷が無負荷とされた状態における前記回転パラメータ値を予め設定された運転モード閾値と比較して、該運転モード閾値以上か否かを判定する運転モード判定部と、前記運転モード閾値以上と判定されたときに、前記モータ制御部を停止させる運転モード停止部と、を備えていることを特徴としている。
また、本発明のスピンドル制御方法は、前記制御部本体が、前記通常運転処理時、前記主軸に対する負荷が無負荷とされた状態における前記回転パラメータ値を予め設定された運転モード閾値と比較して、該運転モード閾値以上か否かを判定する運転モード閾値判定処理を行い、前記運転モード閾値以上と判定されたときに、前記モータ制御部を停止させる停止処理を行うことを特徴としている。
本発明によれば、通常運転時に、回転パラメータ値を予め設定された運転モード閾値と比較し、運転モード閾値以上か否かを判定して、運転モード閾値以上と判定されたときにモータ制御部を停止させている。したがって、通常運転時において、駆動モータに負荷がかかるような何らかの異常（例えば軸受の異常発熱や焼き付き等）が発生したときに、瞬時にスピンドルの運転を停止して速やかな対処を行うことができるので、例えばスピンドルの寿命を延ばし易い。
また、本発明のスピンドル制御装置は、前記軸受の温度を測定すると共に、その温度測定値を前記制御部本体に出力する温度測定部を備え、前記制御部本体は、前記主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における前記温度測定値が、予め設定された温度閾値以上か否かを判定する温度判定部を備え、前記運転モード切替部は、前記温度測定値が前記温度閾値以上と判定されたときに前記暖機運転を行わせると共に、前記回転パラメータ値及び前記温度測定値の両方が前記閾値及び前記温度閾値よりも小さいと判定されたときに前記通常運転を行わせ、前記制御部本体は、前記暖機運転が所定時間なされた後、前記主軸を前記最高許容回転数で再度回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力すると共に、前記判定部及び前記温度判定部に前記判定を再度行わせることを特徴としている。
また、本発明のスピンドル制御方法は、前記軸受の温度を測定すると共に、その温度測定値を前記制御部本体に出力し、前記制御部本体は、前記主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における前記温度測定値が、予め設定された温度閾値以上か否かを判定する温度閾値判定処理を行い、前記温度測定値が前記温度閾値以上と判定されたときに前記暖機運転処理を行うと共に、前記回転パラメータ値及び前記温度測定値の両方が前記閾値及び前記温度閾値よりも小さいと判定されたときに前記通常運転処理を行い、前記制御部本体は、前記暖機運転処理が所定時間なされた後、前記主軸を前記最高許容回転数で再度回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力すると共に、前記閾値判定処理及び前記温度閾値判定処理を再度行うことを特徴としている。
本発明によれば、軸受の温度を直接測定し、温度閾値と比較して暖機運転の要否判定をしているので、軸受の異常発熱や焼き付き等をより確実に防止できる。また、電流値及び電力値のうち少なくとも一方と閾値との比較を行い、暖機運転の要否判定をする判定部に加えて、温度測定値と温度閾値との比較を行い、暖機運転の要否判定をする温度判定部を備えているので、より正確に暖機運転の要否判定ができる。
また、本発明のスピンドル制御装置は、前記制御部本体が、前記常運転時における前記温度測定値を予め設定された運転モード温度閾値と比較して、該運転モード温度閾値以上か否かを判定する運転モード温度判定部と、前記運転モード温度閾値以上と判定されたときに、前記モータ制御部を停止させる運転モード温度停止部と、を備えていることを特徴としている。
また、本発明のスピンドル制御方法は、前記制御部本体が、前記通常運転時における前記温度測定値を予め設定された運転モード温度閾値と比較して、該運転モード温度閾値以上か否かを判定する運転モード閾値判定処理を行い、前記運転モード温度閾値以上と判定したときに、前記モータ制御部を停止させる停止処理を行うことを特徴としている。
本発明によれば、通常運転時に、温度測定値を予め設定された運転モード温度閾値と比較し、運転モード温度閾値以上か否かを判定して、運転モード温度閾値以上と判定されたときにモータ制御部を停止させている。したがって、通常運転時において、軸受の温度が高くなるような何らかの異常（例えば異常発熱や焼き付き等）が発生したときに、瞬時にスピンドルの運転を停止して速やかな対処を行うことができる。
本発明によれば、簡単な構成で暖機運転の要否を瞬時に判定して適切に暖機運転を行うことができ、軸受の良好な潤滑性を確保できる。
（第１実施形態のスピンドル制御装置）
以下に、本発明の第１実施形態のスピンドル制御装置及びスピンドル制御方法につき図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態のスピンドル制御装置１の機能ブロック図である。
図１に示すように、第１実施形態のスピンドル制御装置１は、スピンドル５の駆動モータ７を制御するモータ制御部３と、モータ制御部３を制御する制御部本体１０と、を備えている。
以下に、本発明の第１実施形態のスピンドル制御装置及びスピンドル制御方法につき図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態のスピンドル制御装置１の機能ブロック図である。
図１に示すように、第１実施形態のスピンドル制御装置１は、スピンドル５の駆動モータ７を制御するモータ制御部３と、モータ制御部３を制御する制御部本体１０と、を備えている。
（スピンドル）
スピンドル５は、例えばフライス加工を行う旋盤や研削加工等を行う研削盤等の回転工作機械に使用され、軸受により軸支された主軸と、この主軸を回転させる駆動モータ７と、により構成されている。なお、軸受及び主軸については図示を省略している。
スピンドル５は、例えばフライス加工を行う旋盤や研削加工等を行う研削盤等の回転工作機械に使用され、軸受により軸支された主軸と、この主軸を回転させる駆動モータ７と、により構成されている。なお、軸受及び主軸については図示を省略している。
軸受は、例えば円筒ころ軸受やアンギュラ玉軸受等の転がり軸受が用いられる。軸受には、例えばグリース等の潤滑剤が塗布されている。
軸受に軸支された主軸は、先端に砥石やバイト等の工具が取り付けられており、駆動モータ７によって主軸の中心軸回りに回転可能となっている。
軸受に軸支された主軸は、先端に砥石やバイト等の工具が取り付けられており、駆動モータ７によって主軸の中心軸回りに回転可能となっている。
スピンドル５の主軸を回転させる駆動モータ７は、例えば３相のブラシレスモータ等が用いられており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に、所定の周波数で３相交流電流を供給することにより回転駆動する。そして、駆動モータ７が回転することにより、スピンドル５の主軸を回転させることができる。
（モータ制御部）
駆動モータ７を制御するモータ制御部３は、例えば直流電源を３相交流電流に変換する、いわゆるインバータである。モータ制御部３の内部には、例えば電流センサ（不図示）が内蔵されており、駆動モータ７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に流れる電流値を測定し、電力値を算出できるようになっている。測定された電流値及び算出された電力値は、後述する制御部本体１０に、回転パラメータ値として入力される。
駆動モータ７を制御するモータ制御部３は、例えば直流電源を３相交流電流に変換する、いわゆるインバータである。モータ制御部３の内部には、例えば電流センサ（不図示）が内蔵されており、駆動モータ７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に流れる電流値を測定し、電力値を算出できるようになっている。測定された電流値及び算出された電力値は、後述する制御部本体１０に、回転パラメータ値として入力される。
また、モータ制御部３の内部には、トランジスタやＦＥＴ等のスイッチング素子が複数内蔵されている。モータ制御部３は、後述する制御部本体１０からの回転信号に基づき、所定周波数でスイッチング素子をスイッチングさせ、所定周波数で駆動モータ７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に電流を供給している。
（制御部本体）
モータ制御部３を制御する制御部本体１０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等の制御部品、及び各種インターフェースによって構成されている。
制御部本体１０は、モータ制御部３に対し、回転信号としてモータの回転数指令を出力し、このモータの回転数指令に応じた周波数で、スイッチング素子をスイッチングさせている。
モータ制御部３を制御する制御部本体１０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等の制御部品、及び各種インターフェースによって構成されている。
制御部本体１０は、モータ制御部３に対し、回転信号としてモータの回転数指令を出力し、このモータの回転数指令に応じた周波数で、スイッチング素子をスイッチングさせている。
制御部本体１０は、判定部１４を備えている。
判定部１４には、モータ制御部３から回転パラメータ値が入力される。ここで、回転パラメータ値とは、スピンドル５の主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における駆動モータ７に流れる電流値及び駆動モータ７で消費される電力値のことをいう。判定部１４は、この回転パラメータ値と、予め設定された閾値との比較を行い、回転パラメータ値が閾値以上か否かを判定している。なお、閾値の設定については後述する。
判定部１４には、モータ制御部３から回転パラメータ値が入力される。ここで、回転パラメータ値とは、スピンドル５の主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における駆動モータ７に流れる電流値及び駆動モータ７で消費される電力値のことをいう。判定部１４は、この回転パラメータ値と、予め設定された閾値との比較を行い、回転パラメータ値が閾値以上か否かを判定している。なお、閾値の設定については後述する。
制御部本体１０は、上記判定部１４の判定結果に基づいてスピンドル５の運転モードを切り替える運転モード切替部１２を備えている。
具体的には、判定部１４において、回転パラメータ値が閾値以上と判定されたときに、最高許容回転数よりも小さい回転数で主軸が回転するようにモータ制御部３に回転信号を出力し、スピンドル５の暖機運転を行っている。また、これと共に、判定部１４において、回転パラメータ値が閾値よりも小さいと判定されたときに、最高許容回転数を維持した状態で主軸が回転するようにモータ制御部３に回転信号を出力し、スピンドル５の通常運転を行っている。
具体的には、判定部１４において、回転パラメータ値が閾値以上と判定されたときに、最高許容回転数よりも小さい回転数で主軸が回転するようにモータ制御部３に回転信号を出力し、スピンドル５の暖機運転を行っている。また、これと共に、判定部１４において、回転パラメータ値が閾値よりも小さいと判定されたときに、最高許容回転数を維持した状態で主軸が回転するようにモータ制御部３に回転信号を出力し、スピンドル５の通常運転を行っている。
また、制御部本体１０は、運転モード判定部１６を備えている。
運転モード判定部１６には、モータ制御部３から、通常運転時における回転パラメータ値が入力される。運転モード判定部１６は、この回転パラメータ値と、予め設定された運転モード閾値との比較を行い、回転パラメータ値が運転モード閾値以上か否かを判定している。なお、運転モード閾値の設定については後述する。
運転モード判定部１６には、モータ制御部３から、通常運転時における回転パラメータ値が入力される。運転モード判定部１６は、この回転パラメータ値と、予め設定された運転モード閾値との比較を行い、回転パラメータ値が運転モード閾値以上か否かを判定している。なお、運転モード閾値の設定については後述する。
制御部本体１０は、上記運転モード判定部１６の判定結果に基づいて、モータ制御部３を停止させる運転モード停止部１８を備えている。
具体的には、運転モード判定部１６において、回転パラメータ値が運転モード閾値以上と判定されたときに、回転信号の出力を停止してモータ制御部３を停止させ、スピンドル５の運転を停止している。
具体的には、運転モード判定部１６において、回転パラメータ値が運転モード閾値以上と判定されたときに、回転信号の出力を停止してモータ制御部３を停止させ、スピンドル５の運転を停止している。
（第１実施形態のスピンドル制御方法）
図２は、第１実施形態のスピンドル制御装置１により行われるスピンドル制御方法の制御フローチャート４０である。
図３は、各閾値の設定フローチャート５０である。
本実施形態では、スピンドル制御装置１により制御フローチャート４０に従って制御を行う前に、各閾値の設定フローチャート５０に従って予め閾値及び運転モード閾値の設定を行っている。
以下では、図３に示す各閾値の設定フローチャート５０を説明した後、図２に示すスピンドル制御方法の制御フローチャート４０について説明する。
図２は、第１実施形態のスピンドル制御装置１により行われるスピンドル制御方法の制御フローチャート４０である。
図３は、各閾値の設定フローチャート５０である。
本実施形態では、スピンドル制御装置１により制御フローチャート４０に従って制御を行う前に、各閾値の設定フローチャート５０に従って予め閾値及び運転モード閾値の設定を行っている。
以下では、図３に示す各閾値の設定フローチャート５０を説明した後、図２に示すスピンドル制御方法の制御フローチャート４０について説明する。
（各閾値の設定フローチャート）
図３に示すように、設定フローチャート５０では、閾値及び運転モード閾値の設定を行っている。ここで、閾値とは、スピンドル５の軸受に封入されたグリース等の潤滑剤が馴染んだ状態で、無負荷且つ定格回転数における最高回転数でスピンドル５を運転したときの、駆動モータ７に流れる電流値及び駆動モータ７の電力値に、通常の環境下で生じる許容量を加えた値とする。なお、本実施形態では、運転モード閾値は、閾値と同一の値に設定される。
図３に示すように、設定フローチャート５０では、閾値及び運転モード閾値の設定を行っている。ここで、閾値とは、スピンドル５の軸受に封入されたグリース等の潤滑剤が馴染んだ状態で、無負荷且つ定格回転数における最高回転数でスピンドル５を運転したときの、駆動モータ７に流れる電流値及び駆動モータ７の電力値に、通常の環境下で生じる許容量を加えた値とする。なお、本実施形態では、運転モード閾値は、閾値と同一の値に設定される。
閾値及び運転モード閾値の設定は、具体的には以下のように行われる。
まず始めに、各閾値の設定フローチャート５０では、スピンドル５の慣らし運転処理Ｓ５１を行う。
ここで、スピンドル５の慣らし運転とは、主軸に回転抵抗がない無負荷の状態、且つスピンドル５の定格回転数における最高許容回転数よりも低い回転数で、所定時間スピンドル５を回転させることをいう。具体的な慣らし運転処理Ｓ５１の運転方法としては、例えば、最高許容回転数１００００ｒｐｍのスピンドル５の場合、主軸を無負荷とし、主軸の回転数を３６００ｒｐｍ〜７５００ｒｐｍの範囲で設定をして、３０分以上回転させて行っている。
まず始めに、各閾値の設定フローチャート５０では、スピンドル５の慣らし運転処理Ｓ５１を行う。
ここで、スピンドル５の慣らし運転とは、主軸に回転抵抗がない無負荷の状態、且つスピンドル５の定格回転数における最高許容回転数よりも低い回転数で、所定時間スピンドル５を回転させることをいう。具体的な慣らし運転処理Ｓ５１の運転方法としては、例えば、最高許容回転数１００００ｒｐｍのスピンドル５の場合、主軸を無負荷とし、主軸の回転数を３６００ｒｐｍ〜７５００ｒｐｍの範囲で設定をして、３０分以上回転させて行っている。
閾値及び運転モード閾値の設定に際し、スピンドル５の慣らし運転処理Ｓ５１を行う理由は以下のとおりである。
例えば、長期間スピンドル５の運転を停止していた場合には、グリースが固化してしまい、軸受の良好な潤滑性が得られない。また、グリースが固化した状態で、いきなりスピンドル５の高速回転を行うと、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こしてしまうおそれがある。しかし、無負荷且つ最高許容回転数よりも低い回転数で慣らし運転処理Ｓ５１を行うことにより、グリースを軸受内で十分に分散させることができ、軸受の良好な潤滑性を確保できる。このような理由から、閾値及び運転モード閾値の設定に際し、スピンドル５の慣らし運転処理Ｓ５１を行っている。
例えば、長期間スピンドル５の運転を停止していた場合には、グリースが固化してしまい、軸受の良好な潤滑性が得られない。また、グリースが固化した状態で、いきなりスピンドル５の高速回転を行うと、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こしてしまうおそれがある。しかし、無負荷且つ最高許容回転数よりも低い回転数で慣らし運転処理Ｓ５１を行うことにより、グリースを軸受内で十分に分散させることができ、軸受の良好な潤滑性を確保できる。このような理由から、閾値及び運転モード閾値の設定に際し、スピンドル５の慣らし運転処理Ｓ５１を行っている。
続いて、潤滑剤馴染み判定処理Ｓ５３を行う。潤滑剤馴染み判定処理Ｓ５３では、スピンドル５の軸受に封入されたグリース等の潤滑剤が、軸受内で十分に分散され、軸受に馴染んだかどうかを判定している。軸受に馴染んだかどうかの判定は、例えば、慣らし運転が所定時間行われたかどうかにより判定する。
潤滑剤馴染み判定処理Ｓ５３で潤滑剤が十分に馴染んだと判定された場合にはＹｅｓと判定され、次の処理に進む。また、潤滑剤馴染み判定処理Ｓ５３で潤滑剤が十分に馴染んでいないと判定された場合にはＮｏと判定され、再度継続して所定時間慣らし運転処理Ｓ５１を行う。
潤滑剤馴染み判定処理Ｓ５３で潤滑剤が十分に馴染んだと判定された場合にはＹｅｓと判定され、次の処理に進む。また、潤滑剤馴染み判定処理Ｓ５３で潤滑剤が十分に馴染んでいないと判定された場合にはＮｏと判定され、再度継続して所定時間慣らし運転処理Ｓ５１を行う。
次に、潤滑剤馴染み判定処理Ｓ５３でＹｅｓと判定された後、電流／電力検出処理Ｓ５５を行う。
電流／電力検出処理Ｓ５５では、無負荷且つ最高許容回転数で回転しているスピンドル５の駆動モータ７に流れる電流値の測定、及び駆動モータ７の消費電力の算出を行っている。電流値の測定は、例えば、モータ制御部３であるインバータに内蔵された電流センサにより行われ、電流センサにより測定された電流値を基に、モータ制御部３内で消費電力が算出される。
電流／電力検出処理Ｓ５５では、無負荷且つ最高許容回転数で回転しているスピンドル５の駆動モータ７に流れる電流値の測定、及び駆動モータ７の消費電力の算出を行っている。電流値の測定は、例えば、モータ制御部３であるインバータに内蔵された電流センサにより行われ、電流センサにより測定された電流値を基に、モータ制御部３内で消費電力が算出される。
続いて、閾値／運転モード閾値設定処理Ｓ５７を行う。閾値／運転モード閾値設定処理Ｓ５７では、電流／電力検出処理Ｓ５５により検出された電流値及び電力値を、閾値及び運転モード閾値として設定している。
ここで、閾値及び運転モード閾値として設定される電流値及び電力値は、潤滑剤が軸受内で十分に分散され、良好な潤滑性が確保された状態で検出された値である。したがって、後述するスピンドル制御方法の制御フローチャート４０においてスピンドル５を無負荷で運転した時、電流値及び電力値が閾値及び運転モード閾値以上となった場合には、回転抵抗負荷が大きく軸受の潤滑不良のおそれがあると判定できる。
ここで、閾値及び運転モード閾値として設定される電流値及び電力値は、潤滑剤が軸受内で十分に分散され、良好な潤滑性が確保された状態で検出された値である。したがって、後述するスピンドル制御方法の制御フローチャート４０においてスピンドル５を無負荷で運転した時、電流値及び電力値が閾値及び運転モード閾値以上となった場合には、回転抵抗負荷が大きく軸受の潤滑不良のおそれがあると判定できる。
最後に、閾値／運転モード閾値設定処理Ｓ５７で設定された閾値／運転モード閾値を制御部本体１０に入力する入力処理Ｓ５９を行う。入力処理Ｓ５９では、設定された閾値／運転モード閾値が、制御部本体１０のＲＯＭ等に自動で記憶され格納される。
以上で、各閾値の設定フローチャート５０が終了する。
以上で、各閾値の設定フローチャート５０が終了する。
（スピンドル制御方法の制御フローチャート）
以下に、本実施形態のスピンドル制御方法について、図２に示す制御フローチャート４０を用いて説明する。
以下に、本実施形態のスピンドル制御方法について、図２に示す制御フローチャート４０を用いて説明する。
（スピンドル起動処理Ｓ４１）
本実施形態のスピンドル制御では、まず始めにスピンドル起動処理Ｓ４１を行う。
スピンドル起動処理Ｓ４１では、主軸に回転抵抗がない無負荷とし、制御部本体１０からモータ制御部３に対して、回転信号として定格回転数における最高許容回転数の回転数指令を出力している。これにより、スピンドル５は起動される。
本実施形態のスピンドル制御では、まず始めにスピンドル起動処理Ｓ４１を行う。
スピンドル起動処理Ｓ４１では、主軸に回転抵抗がない無負荷とし、制御部本体１０からモータ制御部３に対して、回転信号として定格回転数における最高許容回転数の回転数指令を出力している。これにより、スピンドル５は起動される。
（閾値判定処理Ｓ４３）
図４は、スピンドル５の起動時に検出される電流値のイメージ図である。
図５は、スピンドル５の起動時に検出される電力値のイメージ図である。
続いて、閾値判定処理Ｓ４３を行う。なお、図４に示す電流値３１，３２と閾値３３との比較による閾値判定処理Ｓ４３での処理、及び図５に示す電力値３５，３６と閾値３７との比較による閾値判定処理Ｓ４３での処理は同一である。したがって、以下では、図４に示す電流値３１，３２と閾値３３との比較による閾値判定処理Ｓ４３での処理について述べ、図５に示す電力値３５，３６と閾値３７との比較による閾値判定処理Ｓ４３での処理についての説明は省略する。
図４は、スピンドル５の起動時に検出される電流値のイメージ図である。
図５は、スピンドル５の起動時に検出される電力値のイメージ図である。
続いて、閾値判定処理Ｓ４３を行う。なお、図４に示す電流値３１，３２と閾値３３との比較による閾値判定処理Ｓ４３での処理、及び図５に示す電力値３５，３６と閾値３７との比較による閾値判定処理Ｓ４３での処理は同一である。したがって、以下では、図４に示す電流値３１，３２と閾値３３との比較による閾値判定処理Ｓ４３での処理について述べ、図５に示す電力値３５，３６と閾値３７との比較による閾値判定処理Ｓ４３での処理についての説明は省略する。
また、駆動モータ７の起動時は、瞬間的に大トルクが必要となる。このため、図４に示すように、検出される電流値３１，３２の波形は、立ち上がり時にオーバーシュートし、整定時間ｔ０が経過した後に定常状態となる。したがって、以下の閾値判定処理Ｓ４３では、整定時間ｔ０が経過した後の定常状態における電流値３１，３２と、閾値３３との比較を行っている。
閾値判定処理Ｓ４３では、検出された電流値３１，３２が、前述の設定フローチャート５０で予め設定された閾値３３以上であるか否かを判定している。具体的には、以下の処理を行っている。
例えば、図４に示すように、電流値３１が検出された場合、スピンドル５を起動してから整定時間ｔ０経過後も、電流値３１は閾値３３以上となっている。
ここで、閾値判定処理Ｓ４３で使用される閾値３３は、前述のとおり潤滑剤が十分に馴染んでいる状態で検出された電流値に、通常の環境下で生じる許容量を加えた値とする。（図３における設定フローチャート５０参照）したがって、スピンドル５を起動してから整定時間ｔ０経過後における電流値３１が閾値３３以上である場合には、潤滑剤が十分に馴染んでおらず主軸の回転抵抗が高い状態であるといえる。そして、この状態でスピンドル５の運転を継続した場合には、電流値３１が閾値３３よりも高い値のまま回転し（図４における電流値３１ａ参照）、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こしてしまうおそれがある。
ここで、閾値判定処理Ｓ４３で使用される閾値３３は、前述のとおり潤滑剤が十分に馴染んでいる状態で検出された電流値に、通常の環境下で生じる許容量を加えた値とする。（図３における設定フローチャート５０参照）したがって、スピンドル５を起動してから整定時間ｔ０経過後における電流値３１が閾値３３以上である場合には、潤滑剤が十分に馴染んでおらず主軸の回転抵抗が高い状態であるといえる。そして、この状態でスピンドル５の運転を継続した場合には、電流値３１が閾値３３よりも高い値のまま回転し（図４における電流値３１ａ参照）、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こしてしまうおそれがある。
そこで、閾値判定処理Ｓ４３では、検出された電流値３１が閾値３３以上であると判定された場合、閾値判定処理Ｓ４３でＹｅｓと判定して、潤滑剤を十分に馴染ませるために後述する暖機運転処理Ｓ４６を行う。
これに対して、図４に示すように、電流値３２が検出された場合、スピンドル５を起動してから整定時間ｔ０経過後に、電流値３２は閾値３３よりも小さい値となっている。
ここで、スピンドル５を起動してから整定時間ｔ０経過後における電流値３２が閾値３３よりも小さい場合には、潤滑剤が十分に馴染んでおり主軸の回転抵抗が低い状態であるといえる。したがって、この状態でスピンドル５の運転を継続しても、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こすことはない。
ここで、スピンドル５を起動してから整定時間ｔ０経過後における電流値３２が閾値３３よりも小さい場合には、潤滑剤が十分に馴染んでおり主軸の回転抵抗が低い状態であるといえる。したがって、この状態でスピンドル５の運転を継続しても、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こすことはない。
そこで、閾値判定処理Ｓ４３では、検出された電流値３２が閾値３３よりも小さいと判定された場合、閾値判定処理Ｓ４３でＮｏと判定して、後述する通常運転処理Ｓ４５を行う。
（暖機運転処理）
続いて、閾値判定処理Ｓ４３で検出された電流値が閾値３３以上であると判定された場合には、暖機運転処理Ｓ４６を行う。
暖機運転処理Ｓ４６は、主軸に回転抵抗がない無負荷の状態、且つスピンドル５の定格回転数における最高許容回転数よりも低い回転数で、所定時間スピンドル５を回転させて行っている。そして、所定時間経過後に暖機運転処理Ｓ４６を終了し、再度閾値判定処理Ｓ４３を行っている。なお、ここでいう所定時間とは、スピンドル５の暖機運転をしたときに、グリースを軸受内で十分に分散させることができ、軸受の良好な潤滑性を確保できる時間をいう。
続いて、閾値判定処理Ｓ４３で検出された電流値が閾値３３以上であると判定された場合には、暖機運転処理Ｓ４６を行う。
暖機運転処理Ｓ４６は、主軸に回転抵抗がない無負荷の状態、且つスピンドル５の定格回転数における最高許容回転数よりも低い回転数で、所定時間スピンドル５を回転させて行っている。そして、所定時間経過後に暖機運転処理Ｓ４６を終了し、再度閾値判定処理Ｓ４３を行っている。なお、ここでいう所定時間とは、スピンドル５の暖機運転をしたときに、グリースを軸受内で十分に分散させることができ、軸受の良好な潤滑性を確保できる時間をいう。
（通常運転処理）
閾値判定処理Ｓ４３で検出された電流値が閾値３３よりも小さいと判定された場合には、通常運転処理Ｓ４５を行う。通常運転処理Ｓ４５は、主軸の負荷が定格負荷以下の状態、且つスピンドル５の定格回転数における最高許容回転数よりも低い回転数でワークの加工を行っている。なお、図２の制御フローチャート４０への記載は省略するが、通常運転処理Ｓ４５では、駆動モータ７に流れる電流値の測定を常時行っている。そして、例えば、主軸の負荷が定格負荷以上となり、駆動モータ７に定格電流値以上の過電流が流れた場合には、スピンドル５の加工工程で異常が発生したと判断してスピンドル５の運転を停止している。
閾値判定処理Ｓ４３で検出された電流値が閾値３３よりも小さいと判定された場合には、通常運転処理Ｓ４５を行う。通常運転処理Ｓ４５は、主軸の負荷が定格負荷以下の状態、且つスピンドル５の定格回転数における最高許容回転数よりも低い回転数でワークの加工を行っている。なお、図２の制御フローチャート４０への記載は省略するが、通常運転処理Ｓ４５では、駆動モータ７に流れる電流値の測定を常時行っている。そして、例えば、主軸の負荷が定格負荷以上となり、駆動モータ７に定格電流値以上の過電流が流れた場合には、スピンドル５の加工工程で異常が発生したと判断してスピンドル５の運転を停止している。
（運転モード閾値判定処理）
また、通常運転処理Ｓ４５の際に、所定間隔毎に運転モード閾値判定処理Ｓ４７を行っている。運転モード閾値判定処理Ｓ４７では、電流値及び電力値が運転モード閾値以上であるか否かを判定している。なお、電流値と運転モード閾値との比較、及び電力値と運転モード閾値との比較による運転モード閾値判定処理Ｓ４７での処理は同一である。したがって、以下では、電流値と運転モード閾値との比較について述べ、電力値と運転モード閾値との比較についての説明は省略する。
また、通常運転処理Ｓ４５の際に、所定間隔毎に運転モード閾値判定処理Ｓ４７を行っている。運転モード閾値判定処理Ｓ４７では、電流値及び電力値が運転モード閾値以上であるか否かを判定している。なお、電流値と運転モード閾値との比較、及び電力値と運転モード閾値との比較による運転モード閾値判定処理Ｓ４７での処理は同一である。したがって、以下では、電流値と運転モード閾値との比較について述べ、電力値と運転モード閾値との比較についての説明は省略する。
具体的な運転モード閾値判定処理Ｓ４７は以下のとおりである。
例えばワークの加工終了後、次のワークの加工を開始する前に、主軸に回転抵抗がない無負荷の状態となる。この無負荷の状態で、スピンドル５の定格回転数における最高許容回転数でスピンドル５を回転させたときの電流値と、運転モード閾値との比較を行って運転モード閾値判定処理Ｓ４７の判定をしている。
そして、運転モード閾値判定処理Ｓ４７で検出された電流値が運転モード閾値以上であると判定された場合には、運転モード閾値判定処理Ｓ４７でＹｅｓと判定される。
例えばワークの加工終了後、次のワークの加工を開始する前に、主軸に回転抵抗がない無負荷の状態となる。この無負荷の状態で、スピンドル５の定格回転数における最高許容回転数でスピンドル５を回転させたときの電流値と、運転モード閾値との比較を行って運転モード閾値判定処理Ｓ４７の判定をしている。
そして、運転モード閾値判定処理Ｓ４７で検出された電流値が運転モード閾値以上であると判定された場合には、運転モード閾値判定処理Ｓ４７でＹｅｓと判定される。
ここで、運転モード閾値判定処理Ｓ４７で使用される運転モード閾値は、前述のとおり潤滑剤が十分に馴染んでいる状態で検出された電流値である（図３の設定フローチャート５０参照）。
したがって、通常運転処理Ｓ４５における電流値が運転モード閾値以上である場合には、主軸に焼き付き等の異常が発生しており、回転抵抗が高い状態であるといえる。そこで、運転モード閾値判定処理Ｓ４７では、検出された電流値が運転モード閾値以上であると判定された場合、運転モード閾値判定処理Ｓ４７でＹｅｓと判定して、スピンドル５の停止処理Ｓ４９を行う。
したがって、通常運転処理Ｓ４５における電流値が運転モード閾値以上である場合には、主軸に焼き付き等の異常が発生しており、回転抵抗が高い状態であるといえる。そこで、運転モード閾値判定処理Ｓ４７では、検出された電流値が運転モード閾値以上であると判定された場合、運転モード閾値判定処理Ｓ４７でＹｅｓと判定して、スピンドル５の停止処理Ｓ４９を行う。
これに対して、通常運転処理Ｓ４５における電流値が運転モード閾値よりも小さい場合、潤滑剤が十分に馴染んでおり主軸の回転抵抗が低い状態であるといえる。したがって、この状態で通常運転処理Ｓ４５を継続しても、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こすことはない。
そこで、運転モード閾値判定処理Ｓ４７では、検出された電流値が運転モード閾値よりも小さいと判定された場合、運転モード閾値判定処理Ｓ４７でＮｏと判定して、通常運転処理Ｓ４５を継続している。
（第１実施形態の効果）
本実施形態によれば、主軸に回転抵抗がない無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数でスピンドル５を運転し、このときの駆動モータ７の電流値３１，３２及び電力値３５，３６を回転パラメータ値として、判定部１４に予め設定された閾値３３，３７と比較して閾値判定処理Ｓ４３を行っている。
なお、潤滑剤の固化による軸受の潤滑不良が生じている場合には、駆動モータ７に負荷がかかるので上記回転パラメータ値が大きくなる。そのため、この回転パラメータ値を指標とすることで潤滑不良の有無を判定することが可能である。
そして、回転パラメータ値と閾値３３，３７との比較を行い、通常運転処理Ｓ４５または暖機運転処理Ｓ４６の各運転処理の切り替えを行っている。ここで、回転パラメータ値は、駆動モータ７の電流値３１，３２及び電力値３５，３６であるので、例えば電流センサ等により瞬時に測定できる。したがって、簡単な構成で暖機運転処理Ｓ４６の要否を瞬時に判定して適切に暖機運転処理Ｓ４６を行うことができ、軸受の良好な潤滑性を確保できる。
また、暖機運転処理Ｓ４６が所定時間なされた後、主軸を最高許容回転数で再度回転させ、判定部１４で再度判定処理Ｓ４３を行っているので、再度の暖機運転処理Ｓ４６の要否を判定でき、軸受の異常発熱や焼き付き等を確実に防止できる。
本実施形態によれば、主軸に回転抵抗がない無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数でスピンドル５を運転し、このときの駆動モータ７の電流値３１，３２及び電力値３５，３６を回転パラメータ値として、判定部１４に予め設定された閾値３３，３７と比較して閾値判定処理Ｓ４３を行っている。
なお、潤滑剤の固化による軸受の潤滑不良が生じている場合には、駆動モータ７に負荷がかかるので上記回転パラメータ値が大きくなる。そのため、この回転パラメータ値を指標とすることで潤滑不良の有無を判定することが可能である。
そして、回転パラメータ値と閾値３３，３７との比較を行い、通常運転処理Ｓ４５または暖機運転処理Ｓ４６の各運転処理の切り替えを行っている。ここで、回転パラメータ値は、駆動モータ７の電流値３１，３２及び電力値３５，３６であるので、例えば電流センサ等により瞬時に測定できる。したがって、簡単な構成で暖機運転処理Ｓ４６の要否を瞬時に判定して適切に暖機運転処理Ｓ４６を行うことができ、軸受の良好な潤滑性を確保できる。
また、暖機運転処理Ｓ４６が所定時間なされた後、主軸を最高許容回転数で再度回転させ、判定部１４で再度判定処理Ｓ４３を行っているので、再度の暖機運転処理Ｓ４６の要否を判定でき、軸受の異常発熱や焼き付き等を確実に防止できる。
本発明によれば、通常運転処理Ｓ４５時に、回転パラメータ値を予め設定された運転モード閾値と比較し、運転モード閾値以上か否かを判定する運転モード閾値判定処理Ｓ４７を行っている。そして、運転モード閾値判定処理Ｓ４７で、回転パラメータ値が運転モード閾値以上と判定されたときにモータ制御部３を停止させ、スピンドル５の停止処理Ｓ４９を行っている。したがって、通常運転処理Ｓ４５時において、駆動モータ７に負荷がかかるような何らかの以上（例えば軸受の異常発熱や焼き付き等）が発生したときに、瞬時にスピンドル５の運転を停止して速やかな対処を行うことができるので、例えばスピンドル５の寿命を延ばし易い。
（第２実施形態のスピンドル制御装置）
図６は、第２実施形態のスピンドル制御装置１の機能ブロック図である。
以下に、本発明の第２実施形態のスピンドル制御装置１について、図６を参照して説明する。
上述した第１実施形態のスピンドル制御装置１は、図１に示すように、回転パラメータ値と閾値との比較を行う判定部１４、回転パラメータ値と運転モード閾値との比較を行う運転モード判定部１６、及びスピンドル５の運転を停止させる運転モード停止部１８を備えていた。これに対して、第２実施形態のスピンドル制御装置１は、図６に示すように、判定部１４及び運転モード判定部１６に加えて、温度判定部２４、運転モード温度判定部２６、及び運転モード温度停止部２８を備えている点で、第１実施形態のスピンドル制御装置１と構成が異なっている。
また、第２実施形態のスピンドル５は、温度測定部９を備えている点で、第１実施形態のスピンドル５と構成が異なっている。
なお、第１実施形態と同様の構成の部分については、詳細な説明を省略する。
図６は、第２実施形態のスピンドル制御装置１の機能ブロック図である。
以下に、本発明の第２実施形態のスピンドル制御装置１について、図６を参照して説明する。
上述した第１実施形態のスピンドル制御装置１は、図１に示すように、回転パラメータ値と閾値との比較を行う判定部１４、回転パラメータ値と運転モード閾値との比較を行う運転モード判定部１６、及びスピンドル５の運転を停止させる運転モード停止部１８を備えていた。これに対して、第２実施形態のスピンドル制御装置１は、図６に示すように、判定部１４及び運転モード判定部１６に加えて、温度判定部２４、運転モード温度判定部２６、及び運転モード温度停止部２８を備えている点で、第１実施形態のスピンドル制御装置１と構成が異なっている。
また、第２実施形態のスピンドル５は、温度測定部９を備えている点で、第１実施形態のスピンドル５と構成が異なっている。
なお、第１実施形態と同様の構成の部分については、詳細な説明を省略する。
（スピンドル）
図６に示すように、本実施形態のスピンドル５は、温度測定部９を備えている。温度測定部９は、スピンドル５の軸受の温度を測定すると共に、その温度測定値を制御部本体１０に出力している。温度測定部９は、例えばサーミスタや熱電対等により構成されており、軸受内または軸受近傍に配置されている。
図６に示すように、本実施形態のスピンドル５は、温度測定部９を備えている。温度測定部９は、スピンドル５の軸受の温度を測定すると共に、その温度測定値を制御部本体１０に出力している。温度測定部９は、例えばサーミスタや熱電対等により構成されており、軸受内または軸受近傍に配置されている。
（制御部本体）
制御部本体１０は、温度判定部２４を備えている。
温度判定部２４には、温度測定部９から、スピンドル５の主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における軸受の温度測定値が入力される。そして、温度判定部２４は、この温度測定値と、予め設定された温度閾値との比較を行い、温度測定値が温度閾値以上か否かを判定している。なお、温度閾値の設定については後述する。
制御部本体１０は、温度判定部２４を備えている。
温度判定部２４には、温度測定部９から、スピンドル５の主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における軸受の温度測定値が入力される。そして、温度判定部２４は、この温度測定値と、予め設定された温度閾値との比較を行い、温度測定値が温度閾値以上か否かを判定している。なお、温度閾値の設定については後述する。
制御部本体１０は、判定部１４の判定結果に基づいてスピンドル５の運転モードを切り替えるのに加え、上記温度判定部２４の判定結果に基づいてスピンドル５の運転モードを切り替える運転モード切替部１２を備えている。
具体的には、温度判定部２４において、温度測定値が温度閾値以上と判定されたときに、最高許容回転数よりも小さい回転数で主軸が回転するように、モータ制御部３に回転信号を出力して暖機運転を行う。また、これと共に、温度判定部２４において、温度測定値が温度閾値よりも小さいと判定されたときに、最高許容回転数を維持した状態で主軸が回転するように、モータ制御部３に回転信号を出力して通常運転を行う。
具体的には、温度判定部２４において、温度測定値が温度閾値以上と判定されたときに、最高許容回転数よりも小さい回転数で主軸が回転するように、モータ制御部３に回転信号を出力して暖機運転を行う。また、これと共に、温度判定部２４において、温度測定値が温度閾値よりも小さいと判定されたときに、最高許容回転数を維持した状態で主軸が回転するように、モータ制御部３に回転信号を出力して通常運転を行う。
また、制御部本体１０は、運転モード温度判定部２６を備えている。
運転モード温度判定部２６には、モータ制御部３から、通常運転時における温度測定値が入力される。そして、運転モード温度判定部２６では、この温度測定値と、予め設定された運転モード温度閾値との比較を行い、温度測定値が運転モード温度閾値以上か否かを判定している。なお、運転モード温度閾値の設定については後述する。
運転モード温度判定部２６には、モータ制御部３から、通常運転時における温度測定値が入力される。そして、運転モード温度判定部２６では、この温度測定値と、予め設定された運転モード温度閾値との比較を行い、温度測定値が運転モード温度閾値以上か否かを判定している。なお、運転モード温度閾値の設定については後述する。
制御部本体１０は、上記運転モード温度判定部２６の判定結果に基づいて、モータ制御部３を停止させる運転モード温度停止部２８を備えている。
具体的には、運転モード温度判定部２６において、温度測定値が運転モード温度閾値以上と判定されたときに、回転信号の出力を停止してモータ制御部３を停止させ、スピンドル５の運転を停止している。
具体的には、運転モード温度判定部２６において、温度測定値が運転モード温度閾値以上と判定されたときに、回転信号の出力を停止してモータ制御部３を停止させ、スピンドル５の運転を停止している。
（第２実施形態のスピンドル制御方法）
図７は、第２実施形態のスピンドル制御装置１により行われるスピンドル制御方法の制御フローチャート６０である。
図８は、第２実施形態の各閾値の設定フローチャート７０である。
以下に、本発明の第２実施形態のスピンドル制御方法ついて、図７及び図８を参照して説明する。
図７は、第２実施形態のスピンドル制御装置１により行われるスピンドル制御方法の制御フローチャート６０である。
図８は、第２実施形態の各閾値の設定フローチャート７０である。
以下に、本発明の第２実施形態のスピンドル制御方法ついて、図７及び図８を参照して説明する。
上述した第１実施形態のスピンドル制御方法は、図２に示すように、回転パラメータ値と閾値との比較を行う閾値判定処理Ｓ４３、及び回転パラメータ値と運転モード閾値との比較を行う運転モード閾値判定処理Ｓ４７を備えていた。
これに対して、第２実施形態のスピンドル制御方法は、図７に示すように、閾値判定処理Ｓ４３及び運転モード閾値判定処理Ｓ４７に加えて、温度閾値判定処理Ｓ６３及び運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７を備えている点で、第１実施形態のスピンドル制御方法と構成が異なっている。
これに対して、第２実施形態のスピンドル制御方法は、図７に示すように、閾値判定処理Ｓ４３及び運転モード閾値判定処理Ｓ４７に加えて、温度閾値判定処理Ｓ６３及び運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７を備えている点で、第１実施形態のスピンドル制御方法と構成が異なっている。
また、上述した第１実施形態の設定フローチャート５０では、電流／電力検出処理Ｓ５５と、閾値／運転モード閾値設定処理Ｓ５７とを備えていた。
これに対して、第２実施形態の設定フローチャート７０では、図８に示すように、電流／電力検出処理Ｓ５５及び閾値／運転モード閾値設定処理Ｓ５７に加えて、軸受温度測定処理Ｓ７５及び温度閾値／運転モード温度閾値設定処理Ｓ７７を備えている点で、第１実施形態のスピンドル制御方法と構成が異なっている。
なお、第１実施形態と同様の構成の部分については、詳細な説明を省略する。
これに対して、第２実施形態の設定フローチャート７０では、図８に示すように、電流／電力検出処理Ｓ５５及び閾値／運転モード閾値設定処理Ｓ５７に加えて、軸受温度測定処理Ｓ７５及び温度閾値／運転モード温度閾値設定処理Ｓ７７を備えている点で、第１実施形態のスピンドル制御方法と構成が異なっている。
なお、第１実施形態と同様の構成の部分については、詳細な説明を省略する。
（各閾値の設定フローチャート）
図８に示すように、設定フローチャート７０では、閾値及び運転モード閾値の設定に加え、温度閾値及び運転モード温度閾値の設定を行っている。
ここで、温度閾値とは、スピンドルの軸受に封入されたグリース等の潤滑剤が馴染んだ状態で、無負荷且つ定格回転数における最高回転数でスピンドルを運転したときの、軸受の温度測定値をいう。また、本実施形態では、運転モード温度閾値は、温度閾値と同一の値に設定される。
図８に示すように、設定フローチャート７０では、閾値及び運転モード閾値の設定に加え、温度閾値及び運転モード温度閾値の設定を行っている。
ここで、温度閾値とは、スピンドルの軸受に封入されたグリース等の潤滑剤が馴染んだ状態で、無負荷且つ定格回転数における最高回転数でスピンドルを運転したときの、軸受の温度測定値をいう。また、本実施形態では、運転モード温度閾値は、温度閾値と同一の値に設定される。
本実施形態では、電流／電力検出処理Ｓ５５の後、軸受温度測定処理Ｓ７５を行っている。軸受温度測定処理Ｓ７５では、無負荷且つ最高許容回転数で回転しているスピンドル５の軸受温度の測定を行っている。軸受温度の測定は、例えば、軸受内または軸受近傍に配置されたサーミスタや熱電対等により行われる。
また、本実施形態では、閾値／運転モード閾値設定処理Ｓ５７の後に、軸受温度測定処理Ｓ７５により検出された温度測定値を、温度閾値及び運転モード温度閾値として設定する温度閾値／運転モード温度閾値設定処理Ｓ７７を行っている。
ここで、温度閾値及び運転モード温度閾値として設定される温度測定値は、潤滑剤が、軸受内で十分に分散され軸受に馴染んだ状態で測定された値である。したがって、後述するスピンドル制御方法の制御フローチャート６０でスピンドル５を無負荷で運転した時、温度測定値が温度閾値及び運転モード温度閾値以上となった場合には、回転抵抗負荷が大きく軸受の潤滑不良のおそれがあると判定できる。
最後に、設定された閾値／運転モード閾値に加え、設定された温度閾値／運転モード温度閾値を制御部本体１０に入力する入力処理Ｓ５９を行う。これにより、設定された温度閾値／運転モード温度閾値は、制御部本体１０のＲＯＭ等に自動で記憶され格納される。
以上で、各閾値の設定フローチャート７０が終了する。
以上で、各閾値の設定フローチャート７０が終了する。
（スピンドル制御方法、制御フローチャート）
以下に、第２実施形態のスピンドル制御方法について、図７に示す制御フローチャート６０を用いて説明する。
以下に、第２実施形態のスピンドル制御方法について、図７に示す制御フローチャート６０を用いて説明する。
（閾値判定処理Ｓ４３）
図９は、スピンドル５の起動時に検出される温度測定値のイメージ図である。
本実施形態のスピンドル制御方法では、閾値判定処理Ｓ４３の後に温度閾値判定処理Ｓ６３を行う。温度閾値判定処理Ｓ６３では、スピンドル５の起動時に検出された軸受の温度測定値４１，４２を基に、温度測定値４１，４２が温度閾値４３以上であるか否かの判定を行っている。
図９は、スピンドル５の起動時に検出される温度測定値のイメージ図である。
本実施形態のスピンドル制御方法では、閾値判定処理Ｓ４３の後に温度閾値判定処理Ｓ６３を行う。温度閾値判定処理Ｓ６３では、スピンドル５の起動時に検出された軸受の温度測定値４１，４２を基に、温度測定値４１，４２が温度閾値４３以上であるか否かの判定を行っている。
温度閾値判定処理Ｓ６３で検出された温度測定値が、温度閾値４３以上であると判定された場合には、温度閾値判定処理Ｓ６３でＹｅｓと判定される。
具体的には、図９に示すように、温度測定値４１が検出された場合、温度測定値４１は温度閾値４３以上となっている。ここで、温度閾値判定処理Ｓ６３で使用される温度閾値４３は、前述のとおり潤滑剤が十分に馴染んでいる状態で測定された温度測定値である（図８における設定フローチャート７０参照）。
具体的には、図９に示すように、温度測定値４１が検出された場合、温度測定値４１は温度閾値４３以上となっている。ここで、温度閾値判定処理Ｓ６３で使用される温度閾値４３は、前述のとおり潤滑剤が十分に馴染んでいる状態で測定された温度測定値である（図８における設定フローチャート７０参照）。
したがって、スピンドル５起動後の温度測定値４１が温度閾値４３以上である場合には、潤滑剤が十分に馴染んでおらず主軸の回転抵抗が高い状態であるといえる。そして、この状態でスピンドル５の運転を継続した場合には、さらに温度が上昇して潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こしてしまうおそれがある（図９における温度測定値４１ａ参照）。
そこで、温度閾値判定処理Ｓ６３では、検出された温度測定値４１が温度閾値４３以上であると判定された場合、温度閾値判定処理Ｓ６３でＹｅｓと判定して、潤滑剤を十分に馴染ませるために暖機運転処理Ｓ４６を行う。
これに対して、温度閾値判定処理Ｓ６３で検出された温度測定値が温度閾値よりも小さいと判定された場合には、温度閾値判定処理Ｓ６３でＮｏと判定される。
具体的には、図９に示すように、温度測定値４２が検出された場合、スピンドル５の起動後、温度測定値４２は温度閾値４３よりも低い値となっている。
具体的には、図９に示すように、温度測定値４２が検出された場合、スピンドル５の起動後、温度測定値４２は温度閾値４３よりも低い値となっている。
ここで、スピンドル５の起動後における温度測定値４２が温度閾値４３よりも小さい場合には、潤滑剤が十分に馴染んでおり主軸の回転抵抗が低い状態であるといえる。したがって、この状態でスピンドル５の運転を継続しても、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こすことはない。
そこで、温度閾値判定処理Ｓ６３では、検出された温度測定値が温度閾値４３よりも低いと判定された場合、温度閾値判定処理Ｓ６３でＮｏと判定して、通常運転処理Ｓ４５を行う。
そこで、温度閾値判定処理Ｓ６３では、検出された温度測定値が温度閾値４３よりも低いと判定された場合、温度閾値判定処理Ｓ６３でＮｏと判定して、通常運転処理Ｓ４５を行う。
（運転モード温度閾値判定処理）
また、通常運転処理Ｓ４５の際に、運転モード閾値判定処理Ｓ４７の後、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７を行っている。運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７では、主軸に回転抵抗がない無負荷の状態、且つスピンドル５の定格回転数における最高許容回転数でスピンドル５を回転させたときの温度測定値と、運転モード温度閾値との比較を行っている。そして、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７で測定された温度測定値が、運転モード温度閾値以上であると判定された場合には、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７でＹｅｓと判定される。
また、通常運転処理Ｓ４５の際に、運転モード閾値判定処理Ｓ４７の後、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７を行っている。運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７では、主軸に回転抵抗がない無負荷の状態、且つスピンドル５の定格回転数における最高許容回転数でスピンドル５を回転させたときの温度測定値と、運転モード温度閾値との比較を行っている。そして、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７で測定された温度測定値が、運転モード温度閾値以上であると判定された場合には、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７でＹｅｓと判定される。
ここで、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７で使用される運転モード温度閾値は、前述のとおり潤滑剤が十分に馴染んでいる状態で測定された温度測定値である（図８における設定フローチャート７０参照）。
したがって、通常運転処理Ｓ４５における温度測定値が運転モード温度閾値以上である場合には、主軸に焼き付き等の異常が発生しており、回転抵抗が高い状態であるといえる。そこで、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７では、温度測定値が運転モード温度閾値以上であると判定された場合、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７でＹｅｓと判定して、スピンドル５の停止処理Ｓ４９を行う。
したがって、通常運転処理Ｓ４５における温度測定値が運転モード温度閾値以上である場合には、主軸に焼き付き等の異常が発生しており、回転抵抗が高い状態であるといえる。そこで、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７では、温度測定値が運転モード温度閾値以上であると判定された場合、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７でＹｅｓと判定して、スピンドル５の停止処理Ｓ４９を行う。
これに対して、通常運転処理Ｓ４５における温度測定値が運転モード温度閾値よりも低い場合、潤滑剤が十分に馴染んでおり主軸の回転抵抗が低い状態であるといえる。したがって、この状態で通常運転処理Ｓ４５を継続しても、潤滑不良により軸受の異常発熱や焼き付き等を引き起こすことはない。
そこで、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７では、温度測定値が運転モード温度閾値よりも低いと判定された場合、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７でＮｏと判定して、通常運転処理Ｓ４５を継続している。
そこで、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７では、温度測定値が運転モード温度閾値よりも低いと判定された場合、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７でＮｏと判定して、通常運転処理Ｓ４５を継続している。
（第２実施形態の効果）
本実施形態によれば、軸受の温度を直接測定し、温度閾値と比較して暖機運転の要否判定をしているので、軸受の異常発熱や焼き付き等をより確実に防止できる。また、電流値及び電力値のうち少なくとも一方と閾値との比較を行い、暖機運転の要否判定をする判定部１４に加えて、温度測定値と温度閾値との比較を行い、暖機運転の要否判定をする温度判定部２４を備えているので、より正確に暖機運転処理Ｓ４６の要否判定ができる。
本実施形態によれば、軸受の温度を直接測定し、温度閾値と比較して暖機運転の要否判定をしているので、軸受の異常発熱や焼き付き等をより確実に防止できる。また、電流値及び電力値のうち少なくとも一方と閾値との比較を行い、暖機運転の要否判定をする判定部１４に加えて、温度測定値と温度閾値との比較を行い、暖機運転の要否判定をする温度判定部２４を備えているので、より正確に暖機運転処理Ｓ４６の要否判定ができる。
また、本実施形態によれば、通常運転処理Ｓ４５において、温度測定値を予め設定された運転モード温度閾値と比較し、運転モード温度閾値以上か否かを判定する運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７を行っている。そして、運転モード温度閾値判定処理Ｓ６７で、温度測定値が運転モード温度閾値以上と判定されたときに、モータ制御部３を停止させ、スピンドル５の停止処理Ｓ４９を行っている。したがって、通常運転処理Ｓ４５において、軸受の温度が高くなるような何らかの異常（例えば異常発熱や焼き付き等）が発生したときに、瞬時にスピンドル５の運転を停止して速やかな対処を行うことができる。
なお、この発明の技術範囲は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
第１実施形態及び第２実施形態のスピンドル制御方法では、主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における電流値及び電力値の双方を回転パラメータ値としていた。しかし、例えば、前記電流値及び前記電力値のうち少なくとも一方の値を回転パラメータ値としてもよい。
第１実施形態では、閾値と運転モード閾値とを同一の値に設定していたが、閾値と運転モード閾値とを異なる値に設定してもよい。
また、第２実施形態では、温度閾値と運転モード温度閾値とを同一の値に設定していたが、温度閾値と運転モード温度閾値とを異なる値に設定してもよい。
また、第２実施形態では、温度閾値と運転モード温度閾値とを同一の値に設定していたが、温度閾値と運転モード温度閾値とを異なる値に設定してもよい。
第１実施形態及び第２実施形態では、スピンドル５の駆動モータ７として、３相ブラシレスモータを例にして説明をした。しかし、スピンドル５の駆動モータ７は、３相のブラシレスモータに限られることはなく、例えばブラシ付の直流モータであってもよい。
第１実施形態及び第２実施形態では、グリースが封入されている軸受について、本発明のスピンドル制御装置１及びスピンドル制御方法を適用した。しかし、例えば、オイルミスト潤滑やオイルエア潤滑により潤滑剤が供給される軸受の場合であっても、本発明のスピンドル制御装置１及びスピンドル制御方法を適用できる。
１・・・スピンドル制御装置 ３・・・モータ制御部 ５・・・スピンドル ７・・・駆動モータ ９・・・温度測定部 １０・・・制御部本体 １２・・・運転モード切替部 １４・・・判定部 １６・・・運転モード判定部 １８・・・運転モード停止部 ２４・・・温度判定部 ２６・・・運転モード温度判定部 ２８・・・運転モード温度停止部 ３１・・・電流値 ３２・・・電流値 ３３・・・閾値 ３５・・・電力値 ３７・・・閾値 ４３・・・温度閾値 Ｓ４３・・・閾値判定処理 Ｓ４５・・・通常運転処理 Ｓ４６・・・暖機運転処理 Ｓ４７・・・運転モード閾値判定処理 Ｓ４９・・・停止処理 Ｓ６３・・・温度閾値判定処理 Ｓ６７・・・運転モード温度閾値判定処理
Claims (8)
- 軸受で軸支された主軸、及び該主軸を回転させる駆動モータを備えたスピンドルの運転を制御するスピンドル制御装置であって、
前記駆動モータの回転を制御するモータ制御部と、
該モータ制御部に回転信号を出力して前記主軸が所望の回転数で回転するようにモータ制御部を制御すると共に、モータ制御部から前記駆動モータの回転パラメータ値が入力される制御部本体と、を備え、
前記回転パラメータ値は、前記駆動モータの電流値及び電力値のうちの少なくとも一方の値とされ、
前記制御部本体は、
前記主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における前記回転パラメータ値が、予め設定された閾値以上か否かを判定する判定部と、
前記閾値以上と判定されたときに、前記最高許容回転数よりも小さい回転数で前記主軸が回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力して暖機運転を行わせると共に、前記閾値よりも小さいと判定されたときに、前記最高許容回転数を維持した状態で前記主軸が回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力して通常運転を行わせる運転モード切替部と、を備え、
前記制御部本体は、前記暖機運転が所定時間なされた後、前記主軸を前記最高許容回転数で再度回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力すると共に、前記判定部に前記判定を再度行わせることを特徴とするスピンドル制御装置。 - 請求項１に記載のスピンドル制御装置であって、
前記制御部本体は、
前記通常運転時、前記主軸に対する負荷が無負荷とされた状態における前記回転パラメータ値を予め設定された運転モード閾値と比較して、該運転モード閾値以上か否かを判定する運転モード判定部と、
前記運転モード閾値以上と判定されたときに、前記モータ制御部を停止させる運転モード停止部と、を備えていることを特徴とするスピンドル制御装置。 - 請求項１または２に記載のスピンドル制御装置であって、
前記軸受の温度を測定すると共に、その温度測定値を前記制御部本体に出力する温度測定部を備え、
前記制御部本体は、
前記主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における前記温度測定値が、予め設定された温度閾値以上か否かを判定する温度判定部を備え、
前記運転モード切替部は、
前記温度測定値が前記温度閾値以上と判定されたときに前記暖機運転を行わせると共に、前記回転パラメータ値及び前記温度測定値の両方が前記閾値及び前記温度閾値よりも小さいと判定されたときに前記通常運転を行わせ、
前記制御部本体は、前記暖機運転が所定時間なされた後、前記主軸を前記最高許容回転数で再度回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力すると共に、前記判定部及び前記温度判定部に前記判定を再度行わせることを特徴とするスピンドル制御装置。 - 請求項３に記載のスピンドル制御装置であって、
前記制御部本体は、
前記通常運転時における前記温度測定値を予め設定された運転モード温度閾値と比較して、該運転モード温度閾値以上か否かを判定する運転モード温度判定部と、
前記運転モード温度閾値以上と判定されたときに、前記モータ制御部を停止させる運転モード温度停止部と、を備えていることを特徴とするスピンドル制御装置。 - 軸受で軸支された主軸、及び該主軸を回転させる駆動モータを備えたスピンドルの運転を制御するスピンドル制御方法であって、
前記駆動モータの回転を制御するモータ制御部と、
該モータ制御部に回転信号を出力して前記主軸が所望の回転数で回転するようにモータ制御部を制御すると共に、モータ制御部から前記駆動モータの回転パラメータ値が入力される制御部本体と、を備え、
前記回転パラメータ値は、前記駆動モータの電流値及び電力値のうちの少なくとも一方の値とされ、
前記制御部本体は、
前記主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における前記回転パラメータ値が、予め設定された閾値以上か否かを判定する閾値判定処理を行い、
前記閾値以上と判定されたときに、前記最高許容回転数よりも小さい回転数で前記主軸が回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力して暖機運転処理を行うと共に、前記閾値よりも小さいと判定されたときに、前記最高許容回転数を維持した状態で前記主軸が回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力して通常運転処理を行い、
前記制御部本体は、前記暖機運転処理が所定時間なされた後、前記主軸を前記最高許容回転数で再度回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力すると共に、前記閾値判定処理を再度行うことを特徴とするスピンドル制御方法。 - 請求項５に記載のスピンドル制御方法であって、
前記制御部本体は、
前記通常運転処理時、前記主軸に対する負荷が無負荷とされた状態における前記回転パラメータ値を予め設定された運転モード閾値と比較して、該運転モード閾値以上か否かを判定する運転モード閾値判定処理を行い、
前記運転モード閾値以上と判定されたときに、前記モータ制御部を停止させる停止処理を行うことを特徴とするスピンドル制御方法。 - 請求項５又は６に記載のスピンドル制御方法であって、
前記軸受の温度を測定すると共に、その温度測定値を前記制御部本体に出力し、
前記制御部本体は、
前記主軸が無負荷且つ定格回転数における最高許容回転数で回転させられた状態における前記温度測定値が、予め設定された温度閾値以上か否かを判定する温度閾値判定処理を行い、
前記温度測定値が前記温度閾値以上と判定されたときに前記暖機運転処理を行うと共に、前記回転パラメータ値及び前記温度測定値の両方が前記閾値及び前記温度閾値よりも小さいと判定されたときに前記通常運転処理を行い、
前記制御部本体は、前記暖機運転処理が所定時間なされた後、前記主軸を前記最高許容回転数で再度回転するように前記モータ制御部に前記回転信号を出力すると共に、前記閾値判定処理及び前記温度閾値判定処理を再度行うことを特徴とするスピンドル制御方法。 - 請求項７に記載のスピンドル制御方法であって、
前記制御部本体は、
前記通常運転時における前記温度測定値を予め設定された運転モード温度閾値と比較して、該運転モード温度閾値以上か否かを判定する運転モード閾値判定処理を行い、
前記運転モード温度閾値以上と判定したときに、前記モータ制御部を停止させる停止処理を行うことを特徴とするスピンドル制御方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2013233610A (ja) * | 2012-05-08 | 2013-11-21 | Fanuc Ltd | 工作機械の暖機運転制御装置 |
| JP2018159340A (ja) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | 株式会社島津製作所 | 真空ポンプの制御装置、およびポンプ装置 |
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