JP2015232838A - 停電時に工具とワークを保護するモータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスター・スレーブ同期方式により工具とワークとを常に同期運転する工作機械における停電発生時に、工具及びワークの破損を防止する。【解決手段】工具用モータ１６とワーク用モータ１７及び工具軸２６とワーク軸２７の軸間距離を変更する直線軸２５を駆動する工具軸移動用モータ１５を備える工作機械において、工具用モータ１６とワーク用モータ１７をマスター・スレーブ同期方式を適用して同期回転させるモータ制御装置に、工具用モータ１６とワーク用モータ１７の同期回転中に停電検出器１９が電源の停電を検出した時は、工具用モータ（マスター軸）及びワーク用モータ（スレーブ軸）の何れか一方を強制減速させる強制減速手段３１の動作を所定時間遅らせ、その間に工具軸移動用モータ１５によって直線軸２５を駆動し、工具６とワーク７を引き離す退避動作を行わせて、停電時の工具６とワーク７の破損を防止した。【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械の動作中の停電時に工具とワークを保護するモータ制御装置及びモータ制御方法に関する。

数値制御工作機械は、工具を回転駆動する工具回転用モータ（以後工具用モータと記す）及びワークを駆動するワーク用モータを、それぞれ数値制御装置によって数値制御（ＮＣ制御）することにより、ワークを工具によって所定の形状に加工するものである。このような数値制御工作機械の中には、工具用モータ及びワーク用モータを常に同期して運転することが必要なものがある。例えば、ワークを加工してギア（歯車）を作るギア加工機がこれに相当する。

工具用モータとワーク用モータとを同期制御するモータ制御方式には、ＮＣ指令同期方式とマスター・スレーブ同期方式とがある。ＮＣ指令同期方式は、２軸にＮＣ制御装置側から同期運転するための移動指令が与えられ、この指令によって同期制御を行う方式である。一方、マスター・スレーブ同期方式は、ＮＣ制御装置側から片軸（マスター軸）に対して駆動指令が与えられ、マスター軸の位置フィードバック情報（パルス）が取り込まれて、もう片方の軸（スレーブ軸）にマスター軸の位置フィードバック情報に比例した駆動指令が与えられ、この指令によって同期制御を行う方式である。

前述のギア加工機では、ワークを工具で加工している時に停電が発生すると、工具用モータとワーク用モータは、これらを駆動しているアンプへの電源が切断されるため、減速して停止する。ところが、工具用モータとワーク用モータの減速は、数値制御装置からの回転数制御に反する減速であるので、停止までの工具用モータとワーク用モータの回転が非同期になる。このように、工具用モータとワーク用モータの同期運転が、停電により非同期運転になると、ワークと工具が破損する虞がある。

一般の工作機械の中には、停電時には工作機械の交流／直流変換器の直流リンク（ＤＣリンク）電圧の低下状況を監視しながら、工作機械の回転軸を強制的に減速させ、その回生エネルギーによってＤＣリンク電圧を維持し、工具またはワークを移動するための直線軸を退避させているものがある。ところが、ＮＣ指令同期方式を採用したギア加工機では、ＮＣ指令を無視してＤＣリンク電圧の低下状況に応じて回転軸を強制減速させると、これに同調して動作する回転軸との間の同期がとれなくなるため、停電時にこの手法は適用できなかった。

そこで、本願出願人は、マスター・スレーブ同期方式を採用したギア加工機であって、加工中に停電が生じた場合に、ＤＣリンク電圧の低下状況を監視しながら、マスター軸である工具軸を強制減速させ、これとスレーブ軸であるワーク軸とが同期を保ちながら減速停止させる技術を先に提案した（特許文献１参照）。この手法によって、停電があっても工具軸とワーク軸との同期がほぼ保たれることになる。なお、この技術を適用する場合、ワーク軸をマスター軸、工具軸をスレーブ軸にしても良い。

特開平８−２２７３０７号公報

ところが、特許文献１に開示のモータ制御装置を使用した場合でも、ギアが噛み合って切削を行っている最中に停電が発生してマスター軸の強制減速を行うと、スレーブ軸がマスター軸の強制減速についていけず、一瞬同期誤差が大きくなってしまい、ワークが損傷してしまう虞があった。特に、高精度なギア加工の場合には、ワークの損傷が問題になっていた。

本発明は、このような課題を解消するものであり、停電検出からマスター軸の強制減速が開始されるまでの間に遅延時間を設定できるようにして、停電検出時にワークの損傷を防ぐことができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明のモータ制御装置は、工具を動作させる工具軸を回転させる工具用モータと、ワークを動作させるワーク軸を回転させるワーク用モータ及び工具軸とワーク軸の２軸間の距離を変更する直線軸を駆動する直線軸用モータを備える工作機械において、工具用モータとワーク用モータをマスター・スレーブ同期方式を適用して同期して回転させるモータ制御装置であり、工具用モータとワーク用モータが同期して回転している時に、電源の停電を検出する停電検出手段と、停電検出手段による停電検出時に、マスター軸となる工具用モータ及びワーク用モータの何れか一方を強制減速させる強制減速手段と、停電検出手段による停電検出時に、直線軸用モータを回転させて２軸間の距離を増大させて退避動作を行う退避手段と、停電検出手段による停電検出時に、強制減速手段の動作開始を所定時間遅らせる遅延手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置である。

また、前記課題を解決する本発明のモータ制御方法は、工具を回転させる工具軸を回転させる工具用モータと、ワークを回転させるワーク軸を回転させるワーク用モータ及び工具軸とワーク軸の２軸間の距離を変更する直線軸を駆動する直線軸用モータを備える機械において、工具用モータとワーク用モータをマスター・スレーブ同期方式を適用して同期して回転させるモータ制御装置であって、工具用モータとワーク用モータが同期して回転している時に、電源の停電を検出する停電検出手段と、停電検出手段による停電検出時に、マスター軸となっている工具用モータ又はワーク用モータとを強制減速させる強制減速手段と、停電検出手段による停電検出時に、直線軸用モータを回転させて前記２軸間の距離を増大させて退避動作を行う退避手段とを備えるモータ制御装置において、停電検出手段による停電検出時には、まず、強制減速手段の動作開始を所定時間遅らせ、強制減速手段の動作開始を遅延させている時に、退避手段に直線軸用モータを回転させて２軸間の距離の増大動作を行わせ、所定時間経過後に、退避手段の動作を停止し、強制減速手段に動作を開始させることを特徴とするモータ制御方法である。

本発明のモータ制御装置及びモータ制御方法によれば、停電直後に、工具またはワークを移動するための直線軸を駆動して、工具とワークが接触しない距離だけ離れるまで退避動作を行わせ、ＤＣリンクの電圧維持のための工具軸の強制減速を遅延させるようにしたので、マスター軸となっている工具軸又はワーク軸の強制減速によるワークの損傷を防ぐことが可能になるという効果がある。

本発明のモータ制御装置の一実施例の構造を示すブロック図である。 図１の数値制御装置に設けられた制御機能の構成を示すブロック回路図である。 本発明のモータ制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 本発明のモータ制御装置の動作を示すタイムチャートである。

以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は、ワーク７を工具６で加工する工作機械、例えばギア加工機２の、工具用モータ１６、ワーク用モータ１７及び直線軸用モータ（本実施例では工具軸移動用モータ）１５を制御する、マスター・スレーブ同期方式が適用された本発明のモータ制御装置１の一実施例の構造を示すものである。モータ制御装置１には、モータを数値制御する数値制御装置（図にはＣＮＣと記載）１０があり、この数値制御装置１０は、停電発生時にも制御動作を続けることができるように、無停電電源装置（図にはＵＰＳと記載）１１によって電源がバックアップされている。数値制御装置１０の制御出力はアンプ１２、１３、１４に接続され、これらアンプ１２、１３、１４の出力はそれぞれ工具軸移動用モータ１５、工具用モータ１６及びワーク用モータ１７に入力される。

電源回生パワー回路１８は、その交流側端子に、例えば、三相交流の商用電源である入力電源が接続され、直流側端子にはコンデンサＣによって構成されるＤＣリンク部が接続されている。ＤＣリンク部は各アンプ１２、１３、１４に並列に接続されている。更に、モータ制御装置１には停電検出器１９が備えられ、停電検出器１９の入力は入力電源に接続され、停電検出器１９の出力端子は、電源回生パワー回路１８、各アンプ１２，１３，１４及び数値制御装置１０に接続されている。なお、停電検出器１９は、電源回生パワー回路１８に内蔵させても良い。

また、モータ制御装置１はマスター・スレーブ同期方式により、工具用モータ１６の工具軸２６とワーク用モータ１７のワーク軸２７の同期制御を行う。本実施例では、工具軸２６をマスター軸、ワーク軸２７をスレーブ軸としているため、工具用モータ１６の駆動の結果生じる位置フィードバック情報がアンプ１３，１４に入力されている。なお、マスター軸とスレーブ軸は、工具軸２６とワーク軸２７のどちらであっても良い。位置フィードバック情報を用いた２軸の同期制御については公知であるので、ここでは説明を省略する。

停電がなく、ギア加工機２が正常に加工を行っている時は、数値制御装置１０により工具用モータ１６及びワーク用モータ１７は常に同期して運転するように制御される。また、工具軸移動用モータ１５については、工具を加工開始時にワークに近づけたり、加工終了時にワークから離すように制御される。通常の制御時は、これら工具軸移動用モータ１５、工具用モータ１６及びワーク用モータ１７は、アンプ１２、１３、１４を通じて電源回生パワー回路１８から電源供給を受けて駆動制御される。一方、減速制御時には、減速によって工具用モータ１６及びワーク用モータ１７において発生する回生エネルギが、アンプ１２、１３、１４及び電源回生パワー回路１８を通じて入力電源に帰還される。

ギア加工機２の加工運転中に停電が発生すると、停電検出器１９が停電を検出して停電検出信号を出力する。停電検出信号は、数値制御装置１０と電源回生パワー回路１８及び各アンプ１２，１３，１４に入力される。電源回生パワー回路１８は、停電検出信号が入力されると、その電源回生動作、すなわちインバータ機能を停止し、ＤＣリンク部から入力電源へ回生エネルギが戻らないようにする。

図２は本発明における数値制御装置１０の機能及びアンプ１２〜１４の機能をブロックで示すものであり、図１に対応している。図２には図１で説明したギア加工機２がブロックで示してある。アンプ１２には工具軸移動用モータ制御部２２が内蔵されており、アンプ１３には工具用モータ制御部２３が内蔵されており、アンプ１４にはワーク用モータ制御部２４が内蔵されている。工具軸移動用モータ１５、工具用モータ１６及びワーク用モータ１７は、アンプ１２〜１４を通じて三相交流で制御され、アンプ１２〜１４は電源回生パワー回路１８のＤＣリンクから電源の供給を受ける。

また、マスター・スレーブ同期方式において、マスター軸（工具軸２６）を駆動する工具用モータ１６から出力される位置フィードバック情報が、アンプ１３内の工具用モータ制御部２３と、アンプ１４内のワーク用モータ制御部２４に入力されている。位置フィードバック情報により、工具軸２６の動きに追従して、ワーク軸２７が同期して動作するように制御される。

本実施例では、遅延手段３０と強制減速手段３１がマスター軸を駆動するアンプ１３内に設けられており、退避手段３２が数値制御装置１０に設けられている。強制減速手段３１は、停電検出器１９による停電検出時に、工具用モータ制御部２３に強制減速指示を出し、アンプ１３を通じて工具用モータ１６を減速させる。この際、ワーク用モータ１７は、工具用モータ１６からの位置フィードバック情報を参照して、工具用モータ１６の減速動作に追従して減速動作を行う。また、退避手段３２は、停電検出器１９による停電検出時に、工具軸移動用モータ制御部２２に動作指示を行う。工具軸移動用モータ制御部２２はアンプ１２を通じて工具軸移動用モータ１５を回転させ、工具軸２６とワーク軸２７の軸間距離を増大させ、工具６とワーク７とを引き離す退避動作を行う。

以上の動作は、遅延手段３０が無い場合のアンプ１２，１３，１４と数値制御装置１０の動作である。一方、本実施例には、強制減速手段３１の動作開始を所定時間遅らせるための遅延手段３０が設けられているので、停電検出器１９による停電検出時に、強制減速手段３１は直ちに動作できない。即ち、停電検出器１９による停電検出時には、強制減速手段３１は工具用モータ制御部２３に強制減速指示を出力しようとするが、この時、強制減速手段３１には遅延手段３０から動作保留信号が入力されるので、強制減速手段３１は工具用モータ制御部２３に強制減速指示を出力できない。

一方、退避手段３２には、遅延手段３０から動作保留信号は入力されないので、停電検出器１９による停電検出時に直ちに工具軸移動用モータ制御部２２に動作指示を行う。この結果、停電時には強制減速手段３１の動作に先駆けて退避手段３２が動作し、工具軸移動用モータ１５が回転して工具軸２６とワーク軸２７の軸間距離が増大し、工具６とワーク７とが接触しない状態まで引き離される。そして、工具軸移動用モータ１５により、工具６とワーク７とが接触しない状態まで引き離された所定時間後に、遅延手段３０は強制減速手段３１に入力していた動作保留信号を解除する。

動作保留信号の解除により、強制減速手段３１は、工具用モータ制御部２３に強制減速指示を出し、アンプ１３を通じて、工具用モータ１６を強制減速させる。この際、ワーク用モータ１７は、工具用モータ１６の減速動作に追従して減速動作を行う。この時、ワーク用モータ１７が工具用モータ１６の減速動作について行けず、同期誤差が大きくなってしまっても、工具６とワーク７とは接触しない状態まで引き離されているので、ワークが損傷する虞がない。

図３は、本発明のモータ制御装置の制御手順を示すフローチャートであり、工具用モータとワーク用モータが数値制御装置１０によって同期運転をしている時に、所定時間毎に繰り返し実行される。ステップ３０１では、停電検出器による停電の有無が検出され、停電検出器が停電を検出しない時（ＮＯ）はこのルーチンを終了する。また、ステップ３０１において停電検出器が停電を検出した時（ＹＥＳ）はステップ３０２に進む。

ステップ３０２では、停電検出器による停電検出後の経過時間が設定値以上になったか否かが判定される。そして、最初にステップ３０２に進んで来た時を含む、停電検出器による停電検出後の経過時間が設定値未満の時（ＮＯ）はステップ３０５に進み、退避手段が退避動作を開始すると共に、遅延手段が強制減速手段の動作開始を保留してこのルーチンを終了する。ステップ３０５に記載の退避手段とは、図２で説明したように、直線軸２５を駆動して工具６とワーク７とを引き離す退避動作を行う工具軸移動用モータ１５を回転させるものであり、数値制御装置１０に設けられている。

ステップ３０２とステップ３０５の処理が何回か繰り返された後に、ステップ３０２で停電検出器による停電検出後の経過時間が設定値以上になったと判定された時（ＹＥＳ）はステップ３０３に進み、遅延手段による強制減速手段の動作開始の保留が解除され、強制減速手段の強制減速動作が開始される。続くステップ３０４では、退避手段の退避動作を終了させてこのルーチンを終了する。強制減速動作では、図２で説明したように、強制減速手段３１が工具用モータ１６のアンプ１３に対して強制減速を実施し、これに追従する形で、ワーク用モータ１７が減速動作し、相互に同期を保ちながら減速停止する。

この時、工具用モータ１６及びワーク用モータ１７の減速制御によって得られる回生エネルギは、コンバータとして機能するアンプ１３及び１４を介してＤＣリンク部へ戻され、アンプ１２を介して工具軸移動用モータ１５のリトラクトエネルギとして利用される。

図４は、図３で説明した本発明のモータ制御装置の数値制御装置の動作を示すタイムチャートである。横軸を時間として、時刻Ｔ０で停電が検出されたとすると、時刻Ｔ０において工具用モータの減速制御が保留され、工具軸移動用モータが動作して工具軸をワーク軸から離す。所定時間（例えば２００ｍｓ）の間、工具軸移動用モータを動作させると工具とワークの接触がなくなる。この時刻をＴ１とすると、時刻Ｔ１において、工具用モータの減速制御が開始される。マスター軸である工具軸２６が減速開始すると、それに追従してスレーブ軸であるワーク軸２７も減速を開始する。時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの遅延時間（ステップ３０２の設定値）は、本実施例では２００ｍｓであるが、この遅延時間は、工具とワークとが接触しない状態まで達するのに必要な時間であれば、時間に限定はない。

時刻Ｔ１を過ぎると、工具用モータ及びワーク用モータの減速制御が開始され、モータ速度が低下する。また、工具用モータ及びワーク用モータの減速制御によって得られる回生エネルギがＤＣリンク部へ戻されるので、ＤＣリンク維持動作も開始される。

図１及び図２に示した数値制御装置１０による以上の制御により、本発明では、例えば、ギア加工機２で停電が発生したとき、工具用モータ１６及びワーク用モータ１７の減速制御を開始する前に、工具軸移動用モータ１５を動作させて噛み合っている工具６とワーク７が接触しない状態まで離れさせる。そして、工具６とワーク７が接触しない状態まで離れたら、工具用モータ１６及びワーク用モータ１７の減速制御を開始する。この結果、工具用モータ１６及びワーク用モータ１７の減速制御による工具６とワーク７の損傷を防ぐことができる。

なお、以上説明した実施例では、工具６を動作させる工具軸２６とワーク７を動作させるワーク軸２７との距離を調整する直線軸２５により、停電時に工具軸２６をワーク軸２７から離しているが、直線軸２５は、停電時にワーク軸２７を工具軸２６から離すようにする構造でも良い。

本発明によれば、ギア加工機のように、工具軸（マスター軸）で駆動される工具とワーク軸（スレーブ軸）で駆動されるワークが噛み合って同期運転している場合に、停電が発生しても、２軸が接触したまま工具用モータとワーク用モータが強制減速されることがない。この結果、ワークを工具が加工している時に停電が発生しても工具と接触しているワークが損傷してしまう虞が無い。

１ モータ制御装置
２ 工作機械（ギア加工機）
６ 工具
７ ワーク
１０ 数値制御装置
１５ 工具軸移動用モータ（直線軸用モータ）
１６ 工具用モータ
１７ ワーク用モータ
１９ 停電検出器
２５ 直線軸
２６ 工具軸
２７ ワーク軸

Claims (7)

1. 工具を動作させる工具軸を回転させる工具用モータと、ワークを動作させるワーク軸を回転させるワーク用モータ及び前記工具軸と前記ワーク軸の２軸間の距離を変更する直線軸を駆動する直線軸用モータを備える工作機械において、前記工具用モータと前記ワーク用モータをマスター・スレーブ同期方式を適用して同期して回転させるモータ制御装置であり、
   前記工具用モータと前記ワーク用モータが同期して回転している時に、電源の停電を検出する停電検出手段と、
   前記停電検出手段による停電検出時に、マスター軸となる前記工具用モータ及び前記ワーク用モータの何れか一方を強制減速させる強制減速手段と、
   前記停電検出手段による停電検出時に、前記直線軸用モータを回転させて前記２軸間の距離を増大させて退避動作を行う退避手段と、
   前記停電検出手段による停電検出時に、前記強制減速手段の動作開始を所定時間遅らせる遅延手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記所定時間は、前記停電検出手段による停電検出時から、前記退避手段が前記直線軸用モータを回転させて前記２軸間の距離を増大させ、前記工具と前記ワークとが接触しない状態まで達する時間であることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記所定時間の経過後、前記退避手段は退避動作を終了することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記直線軸が、前記工具軸を前記ワーク軸に対して移動させることにより、前記２軸間の距離を増大させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記直線軸が、前記ワーク軸を前記工具軸に対して移動させることにより、前記２軸間の距離を増大させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記工作機械がギア加工機であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のモータ制御装置。
7. 工具を回転させる工具軸を回転させる工具用モータと、ワークを回転させるワーク軸を回転させるワーク用モータ及び前記工具軸と前記ワーク軸の２軸間の距離を変更する直線軸を駆動する直線軸用モータを備える機械において、前記工具用モータと前記ワーク用モータをマスター・スレーブ同期方式を適用して同期して回転させるモータ制御装置の停電時のモータ制御方法であって、
   前記工具用モータと前記ワーク用モータが同期して回転している時に電源が停電したか否かを検出し、
   停電検出時に、マスター軸である前記工具用モータ及び前記ワーク用モータの何れか一方の強制減速を保留し、
   前記工具用モータ及び前記ワーク用モータの何れか一方の強制減速の保留中に、前記直線軸用モータを回転させて前記２軸間の距離を増大させる退避動作を行い、
   前記所定時間経過後に、前記工具用モータ及び前記ワーク用モータの何れか一方の強制減速の保留を解除し、前記工具用モータ及び前記ワーク用モータの何れか一方に強制減速を行わせることを特徴とするモータ制御方法。

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