JP2017030061A - 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸と送り軸との同期運転によりタップ加工を行う工作機械において、簡単な構成で、主軸の加速能力を最大限に発揮させる制御を行ってサイクルタイムを短縮する。【解決手段】主軸制御部１８は、最高回転速度Ｖ０を目標値として加工開始位置から主軸１２を最大能力で加速回転させる初期動作制御部３０と、加速回転中に主軸１２の最大加速度Ａ０を検出する最大加速度検出部３２と、現在位置から目標ねじ深さまでの主軸１２の残回転量Ｓｒを検出する残回転量検出部３４と、主軸１２の現在速度Ｖｃを検出する現在速度検出部３６と、加速回転後に主軸１２を減速回転させて目標ねじ深さに到達させる位置決め動作制御部３８と、減速回転中に目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを検出する行き過ぎ検出部４０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置に関する。本発明はまた、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法に関する。

主軸と送り軸との同期運転によりタップ加工を行う工作機械においては、加工精度を向上させたりサイクルタイムを短縮したりするための構成が種々提案されている。例えば特許文献１は、主軸の回転に送り軸が追従して動作しながらタップ加工を行うねじ加工装置であって、主軸の回転速度及び回転加速度とねじピッチとから送り軸に対する送り指令値を演算するとともに、主軸の実際の回転位置に従って送り指令値を補正することで、タップ加工の精度を向上させるようにしたねじ加工装置を開示する。また特許文献２は、タップ加工のために主軸と送り軸との同期制御を行う数値制御装置の主軸モータ加減速制御方法であって、数値制御装置が、主軸の出力特性に対応する加減速指令を作成して、この加減速指令により主軸を制御することで主軸の応答性を向上させ、結果としてサイクルタイムを短縮できるようにした主軸モータ加減速制御方法を開示する。

特許第２６２９７２９号公報 特許第３５５３７４１号公報

主軸と送り軸との同期運転によりタップ加工を行う工作機械では、一般に、主軸が有する加速能力に依存してサイクルタイムが決まる。数値制御装置が主軸の出力特性に対応する加減速指令を作成するために要するパラメータの設定や調整等の、高度な技術が要求される予備作業を行うことなく、より簡単な構成で、主軸の加速能力を最大限に発揮させる制御を行ってサイクルタイムを短縮できるようにすることが望まれている。

本発明の一態様は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置であって、タップ加工プログラムに基づき主軸指令及び送り軸指令を作成する数値制御部と、主軸指令に従って主軸の回転動作を制御する主軸制御部と、主軸の回転位置を検出する回転検出部と、送り軸指令に従って、回転位置に基づき送り軸の送り動作を制御する送り軸制御部とを具備し、数値制御部は、加工開始位置から目標ねじ深さに至る間の主軸の総回転量と最高回転速度とをタップ加工プログラムから取得して、総回転量と最高回転速度とを主軸指令として主軸制御部に送る主軸指令出力部を備え、主軸制御部は、最高回転速度を目標値とする速度制御により加工開始位置から主軸を最大能力で加速回転させる初期動作制御部と、最大能力での加速回転中に回転位置に基づき主軸の最大加速度を検出する最大加速度検出部と、総回転量と回転位置とに基づき、現在位置から目標ねじ深さに至るまでの主軸の残回転量を検出する残回転量検出部と、回転位置に基づき主軸の現在速度を検出する現在速度検出部と、最大能力での加速回転の後に、最大加速度と残回転量と現在速度とに基づき、主軸を減速回転させて目標ねじ深さに到達させるための位置制御を実行する位置決め動作制御部と、減速回転中に、残回転量に基づき、目標ねじ深さに対する主軸の行き過ぎ量を検出する行き過ぎ検出部と、を備える、制御装置である。

本発明の他の態様は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置であって、タップ加工プログラムに基づき主軸指令及び送り軸指令を作成する数値制御部と、主軸指令に従って主軸の回転動作を制御する主軸制御部と、主軸の回転位置を検出する回転検出部と、送り軸指令に従って、回転位置に基づき送り軸の送り動作を制御する送り軸制御部とを具備し、数値制御部は、目標ねじ深さから戻り完了位置に至る間の主軸の総戻り回転量と最高戻り回転速度とをタップ加工プログラムから取得して、総戻り回転量と最高戻り回転速度とを主軸指令として主軸制御部に送る主軸指令出力部を備え、主軸制御部は、最高戻り回転速度を目標値とする速度制御により、目標ねじ深さから、又は目標ねじ深さよりも予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、主軸を最大能力で加速逆回転させる初期動作制御部と、主軸が目標ねじ深さから加速逆回転する間の主軸の逆回転の最大加速度を検出又は取得する最大加速度検出部と、総戻り回転量と回転位置とに基づき、現在位置から戻り完了位置に至るまでの主軸の残戻り回転量を検出する残回転量検出部と、回転位置に基づき主軸の逆回転の現在速度を検出する現在速度検出部と、最大能力での加速逆回転の後に、逆回転の最大加速度と残戻り回転量と逆回転の現在速度とに基づき、主軸を減速逆回転させるとともに戻り完了位置で停止させるための位置制御を実行する位置決め動作制御部と、減速逆回転中に、残戻り回転量に基づき、戻り完了位置に対する主軸の行き過ぎ量を検出する行き過ぎ検出部と、を備える、制御装置である。

本発明のさらに他の態様は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法であって、制御装置が、加工開始位置から目標ねじ深さに至る間の主軸の総回転量と最高回転速度とをタップ加工プログラムから取得するステップと、最高回転速度を目標値とする速度制御により加工開始位置から主軸を最大能力で加速回転させるステップと、最大能力での加速回転中に主軸の回転位置フィードバック値に基づき主軸の最大加速度を検出するステップと、総回転量と回転位置フィードバック値とに基づき、現在位置から目標ねじ深さに至るまでの主軸の残回転量を検出するステップと、回転位置フィードバック値に基づき主軸の現在速度を検出するステップと、最大能力での加速回転の後に、最大加速度と残回転量と現在速度とに基づき、主軸を減速回転させて目標ねじ深さに到達させるための位置制御を実行するステップと、減速回転中に、残回転量に基づき、目標ねじ深さに対する主軸の行き過ぎ量を検出するステップと、を備える、制御方法である。

本発明のさらに他の態様は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法であって、制御装置が、目標ねじ深さから戻り完了位置に至る間の主軸の総戻り回転量と最高戻り回転速度とをタップ加工プログラムから取得するステップと、最高戻り回転速度を目標値とする速度制御により、目標ねじ深さから、又は目標ねじ深さよりも予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、主軸を最大能力で加速逆回転させるステップと、主軸が目標ねじ深さから加速逆回転する間の逆回転の最大加速度を検出又は取得するステップと、総戻り回転量と主軸の回転位置フィードバック値とに基づき、現在位置から戻り完了位置に至るまでの主軸の残戻り回転量を検出するステップと、回転位置フィードバック値に基づき主軸の逆回転の現在速度を検出するステップと、最大能力での加速逆回転の後に、逆回転の最大加速度と残戻り回転量と逆回転の現在速度とに基づき、主軸を減速逆回転させるとともに戻り完了位置で停止させるための位置制御を実行するステップと、減速逆回転中に、残戻り回転量に基づき、戻り完了位置に対する主軸の行き過ぎ量を検出するステップと、を備える、制御方法である。

一態様に係る制御装置によれば、主軸に加工開始位置から目標ねじ深さまでの切削動作を行わせる際に、数値制御部が主軸制御部に対して、主軸の総回転量と最高回転速度のみを主軸指令として通知し、主軸制御部がこの主軸指令に従い、最高回転速度を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸を加速させて切削動作を実行するとともに、その間の最大加速度と主軸の残回転量及び現在速度とに基づき、主軸を最大減速度で減速させながら目標ねじ深さまでの切削動作を最短時間で継続実行して目標ねじ深さに到達させる構成としたから、数値制御部に対し主軸の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。しかも、主軸を目標ねじ深さに到達させる際に、主軸制御部の行き過ぎ検出部が、残回転量に基づき、目標ねじ深さに対する主軸の行き過ぎ量を検出するように構成したから、目標ねじ深さに対する主軸の行き過ぎ量が異常か否かを迅速に判断できるとともに、行き過ぎ異常時に主軸の強制停止等の緊急的な対策を迅速に実行でき、その結果、タップ加工に要求される寸法精度を確保することができる。

他の態様に係る制御装置によれば、主軸に目標ねじ深さから戻り完了位置までの戻り動作を行わせる際に、数値制御部が主軸制御部に対して、主軸の総戻り回転量と最高戻り回転速度のみを主軸指令として通知し、主軸制御部がこの主軸指令に従い、最高戻り回転速度を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸を加速させて戻り動作を実行するとともに、その間の最大加速度と主軸の残戻り回転量及び現在速度とに基づき、主軸を最大減速度で減速させながら戻り完了位置までの戻り動作を最短時間で継続実行して戻り完了位置で停止させる構成としたから、数値制御部に対し主軸の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。しかも、主軸を戻り完了位置に到達させる際に、主軸制御部の行き過ぎ検出部が、残戻り回転量に基づき、戻り完了位置に対する主軸の行き過ぎ量を検出するように構成したから、戻り完了位置に対する主軸の行き過ぎ量が異常か否かを迅速に判断できるとともに、行き過ぎ異常時に主軸の強制停止等の緊急的な対策を迅速に実行でき、その結果、例えば送り軸で逆送り動作する機械構成要素が周辺の物体に対し予期せぬ干渉を生ずることを防止できる。

さらに他の態様に係る制御方法によれば、上記した制御装置の効果と同等の効果が奏される。

工作機械制御装置の一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 工作機械制御方法の一実施形態としてのタップ加工の切削動作制御方法を示すフローチャートである。 図２の実施形態における主軸の動作の一例を示す図である。 図２の実施形態における主軸の動作の他の例を示す図である。 図２の切削動作制御フローに後続する行き過ぎ監視フローの一例を示すフローチャートである。 図２の切削動作制御フローに後続する行き過ぎ監視フローの他の例を示すフローチャートである。 工作機械制御方法の一実施形態としてのタップ加工の戻り動作制御方法を示すフローチャートである。 図６の戻り動作制御フローに後続する行き過ぎ監視フローの一例を示すフローチャートである。 図６の戻り動作制御フローに後続する行き過ぎ監視フローの他の例を示すフローチャートである。 工作機械制御方法の他の実施形態としてのタップ加工の切削及び戻り動作制御方法を示すフローチャートである。 図８の実施形態における主軸の動作の一例を示す図である。 図８の実施形態における主軸の動作の他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は、一実施形態による工作機械の制御装置１０の構成を機能ブロックで示す。制御装置１０は、主軸１２と送り軸１４との同期運転によりタップ加工を行う工作機械（例えば旋盤、ボール盤、マシニングセンタ等）において、送り軸１４が、タップ加工プログラムＰで指定されるねじピッチを考慮しながら、主軸１２の回転動作に追従するように動作する同期運転（いわゆるマスター・スレーブ同期方式）を制御するものである。図示しないが、主軸１２は、ワークや工具を把持する把持部を加工に必要な速度で回転運動させるサーボモータ等の駆動装置に設定される制御軸である。図示しないが、送り軸１４は、ワークや工具を支持する支持部を加工に必要な速度で送り運動させるサーボモータ等の駆動装置に設定される制御軸である。例えば旋盤では、主軸１２で回転するワークに対して工具を送り軸１４で直線送りしたり、主軸１２で回転するワークを工具に対して送り軸１４で直線送りしたりすることができる。またボール盤では、主軸１２で回転する工具をワークに対して送り軸１４で直線送りしたり、主軸１２で回転する工具に対してワークを送り軸１４で直線送りしたりすることができる。いずれの場合も、動作中の加減速トルクに比較的余裕の有る送り軸１４が、動作中の加減速トルクに比較的余裕の無い主軸１２に追従するように動作することで、同期誤差を低減して加工精度を向上させることができる。なお本発明において、工作機械の構成は特に限定されない。

制御装置１０は、タップ加工プログラムＰに基づき主軸指令ＣＳ及び送り軸指令ＣＦを作成する数値制御部１６と、主軸指令ＣＳに従って主軸１２の回転動作を制御する主軸制御部１８と、主軸１２の回転位置を検出する回転検出部２０と、送り軸指令ＣＦに従って、回転検出部２０が検出した回転位置に基づき送り軸１４の送り動作を制御する送り軸制御部２２とを備える。数値制御部１６は、タップ加工プログラムＰを解釈するプログラム解釈部２４と、プログラム解釈部２４の解釈に従い主軸指令ＣＳを作成して、主軸制御部１８に主軸指令ＣＳを送る主軸指令出力部２６と、プログラム解釈部２４の解釈に従い送り軸指令ＣＦを作成して、送り軸制御部２２に送り軸指令ＣＦを送る送り軸指令出力部２８とを備える。数値制御部１６は、公知のＣＮＣ装置のハードウェア構成を有することができる。

主軸指令出力部２６は、タップ加工の開始に先立ち、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、加工開始位置（回転位置）から目標ねじ深さ（回転位置）に至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを取得して、これら総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを主軸指令ＣＳとして主軸制御部１８に送る。例えばタップ加工プログラムＰが、主軸１２の最高回転速度（この例では１分間当りの最大回転数）Ｖ０を３０００ｒｅｖ／ｍｉｎとして、ねじピッチ１．２５ｍｍ、ねじ深さ３０ｍｍの雌ねじを加工する指令を含む場合、加工開始位置から目標ねじ深さに至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０は、３０÷１．２５＝２４（ｒｅｖ）となるから、主軸指令出力部２６は、Ｖ０＝３０００（ｒｅｖ／ｍｉｎ）とＳ０＝２４（ｒｅｖ）とを主軸制御部１８に通知する。このように主軸指令ＣＳは、主軸１２を目標ねじ深さまで回転運動させるための位置指令や加減速指令を含まないものとなっている。

主軸制御部１８は、回転検出部２０が検出した主軸１２の回転位置ＦＢＳ（すなわちフィードバック値）を用いて、一般的なフィードバック制御により主軸１２の回転動作を制御する。送り軸制御部２２は、送り軸１４の送り位置のフィードバック値に加えて、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、フィードバック制御により主軸１２の動作に追従する送り軸１４の送り動作を制御する。なお回転検出部２０は、主軸１２の駆動装置の動作位置を検出するエンコーダ等の位置検出器（図示せず）の出力から、回転位置ＦＢＳを取得することができる。

主軸制御部１８は、主軸指令出力部２６から送られた最高回転速度Ｖ０を目標値とする速度制御により加工開始位置から主軸１２を最大能力で加速回転させる初期動作制御部３０と、最大能力での加速回転中に回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の最大加速度Ａ０（単位は例えばｒｅｖ／ｍｉｎ^２）を検出する最大加速度検出部３２と、主軸指令出力部２６から送られた総回転量Ｓ０と回転位置ＦＢＳとに基づき、現在位置（回転位置）から目標ねじ深さに至るまでの主軸１２の残回転量Ｓｒを検出する残回転量検出部３４と、回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の現在速度Ｖｃを検出する現在速度検出部３６と、最大能力での加速回転の後に、最大加速度Ａ０と残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとに基づき、主軸１２を減速回転させて目標ねじ深さに到達させるための位置制御を実行する位置決め動作制御部３８と、減速回転中に、残回転量Ｓｒに基づき、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量（回転量）Ｏｖを検出する行き過ぎ検出部４０とを備える。位置決め動作制御部３８は、主軸１２を目標ねじ深さで停止させるように構成できる。或いは、位置決め動作制御部３８は、主軸１２を目標ねじ深さで停止させないように構成できる。

制御装置１０は、工作機械を用いたタップ加工において、ワークの下穴を工具で目標ねじ深さまで切削するための主軸１２の動作（本願で切削動作と称する）を制御することができる。また制御装置１０は、工作機械を用いたタップ加工において、ワークの下穴を目標ねじ深さまで切削加工した後に工具をワークから引き抜くための主軸１２の動作（本願で戻り動作と称する）を制御することができる。

図２は、制御装置１０が実行する工作機械制御方法の一実施形態としての、タップ加工における主軸１２の切削動作制御方法を示す。以下、図２に示す切削動作加工制御フローの一例を図１と共に参照して、制御装置１０の構成の詳細を説明する。まずステップＳ１で、数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は主軸制御部１８に、主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを指令する。ステップＳ２で、主軸制御部１８（初期動作制御部３０、最大加速度検出部３２、残回転量検出部３４）は、加工開始位置から、最高回転速度Ｖ０を目標速度として主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転させて切削動作を実行し、その間の最大加速度Ａ０を検出するとともに、現在位置からの残回転量Ｓｒを逐次検出する。検出した残回転量Ｓｒは、検出の都度、主軸制御部１８が数値制御部１６に通知する。

次にステップＳ３で、主軸制御部１８（現在速度検出部３６）は、最大能力での加速回転中に現在速度Ｖｃを逐次検出し、検出の都度、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達していないか否かを判断する。ＶｃがＶ０に到達していない場合、ステップＳ４で、主軸制御部１８は、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２以下になっているか否かを判断する。ＳｒがＳ０の１／２以下になっている場合、ステップＳ５で、主軸制御部１８は、主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で減速回転させて切削動作を継続実行する。ＳｒがＳ０の１／２以下になっていない場合はステップＳ３に戻る。

ここで図３を参照すると、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達する前に残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になった場合（ステップＳ３及びＳ４の判断がいずれもＹＥＳの場合）の、主軸１２の切削動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の上側の曲線）で示されている。図３において、Ｖｂは、始動から速度Ｖｂまでは一定トルクでの加速（つまり一定加速度）が可能な回転速度（例えば主軸モータの基底速度）として、主軸１２に予め設定されたものであって、例えば制御装置１０のメモリ（図示せず）に制御用パラメータの１つとして格納できるものである。なお実用上、速度Ｖｂは、主軸モータの基底速度（主軸モータと主軸１２との間に減速比が存在する場合は減速比を考慮した速度）以下であればよい。

ステップＳ２における主軸１２の最大能力の加速回転は、図３の時間Ｔ１及びＴ２で実行され、時間Ｔ１（加工開始位置での始動から速度Ｖｂに達するまでの時間）の一定加速度の間に最大加速度Ａ０が検出される。主軸１２の回転速度がＶｂを超えると、主軸モータの特性により、主軸１２の加速度は最大加速度Ａ０から漸減する。残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になった（つまり加工開始からの回転量が総回転量Ｓ０の１／２になった）時点Ａ（ステップＳ４の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速回転から減速回転に変わり、時間Ｔ３で、ステップＳ５における主軸１２の最大能力の減速回転が実行される。

時間Ｔ３（ステップＳ５）では、主軸制御部１８は点Ａから速度Ｖｂを目標値とする速度制御により主軸１２を減速回転させるが、この間、主軸モータの特性により、主軸１２の減速度は漸増する。最大能力での減速回転中も、主軸制御部１８（残回転量検出部３４、現在速度検出部３６）は、主軸１２の現在位置からの残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃを逐次検出する。このように、時間Ｔ１〜Ｔ３では、主軸制御部１８は主軸１２を速度制御する（ステップ状の速度指令を破線で例示する）。

ステップＳ５の後に、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、逐次検出されている残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとを監視して、現在速度Ｖｃ（以下の説明では１秒間当りの回転数（単位はｒｅｖ／ｓ）とする）から、ステップＳ２で検出した最大加速度Ａ０（ｒｅｖ／ｓ^２）に対応する最大減速度Ａ０（負の値）で減速したときに、Ｓｒ＝０かつＶｃ＝０となる（つまり目標ねじ深さに到達する）ことが予測される時点Ｂ（図３）の位置を、Ｓｒ＝０の点から見た残回転量Ｓｒ（負の値）の絶対値として、以下の式により求める。
公式：Ｖｃ^２＝２×｜Ａ０｜×｜Ｓｒ｜から、
｜Ｓｒ｜＝Ｖｃ^２／（２×｜Ａ０｜）

この実施形態では、点Ｂから目標ねじ深さまでの位置制御の演算を容易にするべく、主軸１２を点Ｂから一定の最大減速度Ａ０で減速することを前提としている。したがって点Ｂでは、主軸１２の現在速度ＶｃはＶｂに達しているものとする。つまり点Ｂの位置｜Ｓｒ｜は、
｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０｜）
として求めることができる。

また、この実施形態では、主軸１２の加速に必要なトルク（以下、加速トルク）と減速に必要なトルク（以下、減速トルク）とは互いに等しいものとする。一般に、主軸１２の回転中は機械構造上の負荷（抵抗）が発生し、加速トルクは減速トルクよりも大きくなるので、加速トルクと減速トルクとが等しい場合には、同じ速度変化で比較すると最大能力での加速時間が最大能力での減速時間よりも長くなる。したがって実際には、主軸１２は、点Ａから減速した後に時間Ｔ２よりも短い時間で速度Ｖｂに到達し、このときの位置｜Ｓｒ｜は
｜Ｓｒ｜＞Ｖｃ^２／（２×｜Ａ０｜）
であって、その後に一定速度Ｖｂで極少時間だけ回転することにより、
｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０｜）
の点Ｂに到達することになる（図３）。

再び図２を参照すると、ステップＳ６で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、主軸１２の残回転量Ｓｒの絶対値｜Ｓｒ｜が、｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０｜）（以下、等式１と称する）を満たしているか否か（つまり主軸１２の回転位置が点Ｂに到達したか否か）を判断する。等式１を満たしている場合、ステップＳ７で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、主軸１２を最大減速度Ａ０で減速回転してＳｒ＝０の点（つまり目標ねじ深さ）に到達させるための指令（図３の動作例では、主軸１２を目標ねじ深さで停止させるための指令）を作成し、この指令により主軸１２を位置制御する。等式１を満たしていない場合は、等式１が満たされるまで判断を繰り返す。主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの指令に従い、点Ｂから目標ねじ深さに向かって最大減速度Ａ０で減速回転して切削動作を実行し、Ｓｒ＝０になった時点で目標ねじ深さに到達する（図３の動作例では、目標ねじ深さで停止する）。このように、点Ｂから目標ねじ深さに到達するまでの時間Ｔ４（図３）では、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御することになる（位置指令から求められた定加速度状の速度指令を破線で例示する）。

ステップＳ３で、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達していると判断した場合、ステップＳ８で、主軸制御部１８は、最高回転速度Ｖ０に到達したときの主軸１２の、加工開始位置からの回転量（つまり回転位置ＦＢＳ）を、加速時回転量Ｓａとして保存する。そしてステップＳ９で、主軸制御部１８は、残回転量Ｓｒが加速時回転量Ｓａ以下になっているか否かを判断する。ＳｒがＳａ以下になっている場合、ステップＳ５に進み、次いでステップＳ６及びステップＳ７を実行して、目標ねじ深さまでの切削動作を行う。ＳｒがＳａ以下になっていない場合は、ＳｒがＳａ以下になるまで判断を繰り返す。

ここで図４を参照すると、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になる前に現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達した場合（ステップＳ３の判断がＮＯの場合）の、主軸１２の切削動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の上側の曲線）で示されている。図４に示すように、ステップＳ２における主軸１２の最大能力の加速回転が時間Ｔ１及びＴ２で実行され、時間Ｔ１（加工開始位置での始動から速度Ｖｂに達するまでの時間）の一定加速度の間に最大加速度Ａ０が検出される。主軸１２の回転速度がＶｂを超えると、主軸モータの特性により、主軸１２の加速度が最大加速度Ａ０から漸減する。主軸１２の現在速度Ｖｃは、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になる前に最高回転速度Ｖ０に到達し、その後、時間Ｔ５に渡り一定速度Ｖ０（加速度零）で主軸１２が回転して切削動作を継続する。残回転量Ｓｒが加速時回転量Ｓａに等しくなった時点Ａ（ステップＳ９の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速回転から減速回転に変わる。次いで、時間Ｔ３（ステップＳ５）で、主軸１２の最大能力の減速回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ４（ステップＳ７）で、最大減速度Ａ０での主軸１２の減速回転（位置制御）が実行される。そしてＳｒ＝０になった時点で、主軸１２は目標ねじ深さに到達する（図４の動作例では、目標ねじ深さで停止する）。時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４では、主軸１２は図３に示す動作と同様に動作する。

図３及び図４のいずれの動作例においても、主軸制御部１８が主軸１２の加工開始位置から目標ねじ深さまでの回転動作を制御する間、送り軸制御部２２（図１）は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するように制御して送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８がステップＳ１〜ステップＳ９の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残回転量Ｓｒを監視して、残回転量Ｓｒが第１の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断する。

主軸１２を上記したように位置制御により目標ねじ深さに到達させる際には、工作機械の構造的要因等によって生じ得る目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ（オーバーシュート）を監視することが所望される。目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎが過大になると、主軸１２に追従して動作する送り軸１４の行き過ぎも過大になり、特にワークを貫通しない有底の雌ねじにあっては、要求される寸法精度を確保することが困難になる場合がある。従来のタップ加工制御装置では一般に、数値制御部が、主軸制御部から通知される残回転量等のデータに基づき、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎを監視して、行き過ぎが過大になったと判断したときに、主軸制御部に主軸１２の強制停止等の緊急的な指令を与えるように構成されている。これに対し、制御装置１０においては、主軸制御部１８の行き過ぎ検出部４０が、残回転量検出部３４で逐次検出されている残回転量Ｓｒに基づき、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを検出することで、必要に応じて主軸１２の強制停止等の緊急的な対策を実行できるように構成している。主軸制御部１８によるこのような行き過ぎ監視処理の例を、図２の切削動作制御方法の後続ステップを示す図５Ａ又は図５Ｂを参照して説明する。なお、図５Ａ又は図５Ｂに示す処理例は、図３及び図４のいずれの動作例にも適用できる。

図５Ａに示す行き過ぎ監視処理の一例では、まずステップＳ１０で、主軸制御部１８（行き過ぎ検出部４０）は、逐次検出されている残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとに基づき、主軸１２が目標ねじ深さに到達する（つまりＶｃ＝０になる）ときの、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを、残回転量Ｓｒの実測値として検出する。次にステップＳ１１で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、行き過ぎ量Ｏｖを常時監視して、行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたか否かを判断する。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたと判断したときは、ステップＳ１２で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、その判断の瞬間に、主軸１２に対する位置指令を零にして主軸１２を直ちに停止させ、切削動作制御フローを強制終了する。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えていないと判断したときは、主軸１２に対する位置指令を維持し、切削動作制御フローを強制終了させることなく、後述する主軸１２の戻り動作制御フローに移行できる状態で切削動作制御フローを終了する。

図５Ｂに示す行き過ぎ監視処理の他の例では、図５Ａに示すステップＳ１０及びＳ１１と同じステップＳ１０及びＳ１１を実行する。ステップＳ１１で、行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたと判断したときは、ステップＳ１２′で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、その判断の瞬間に、目標ねじ深さまで主軸１２を反転させる指令、又は行き過ぎ量Ｏｖが許容量Ｏｐを超えたと判断した瞬間の位置まで主軸１２を反転させる指令を、主軸１２に与え、この指令に従う反転動作の完了時に主軸１２を停止させて、切削動作制御フローを強制終了する。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えていないと判断したときは、主軸１２に対する位置指令を維持し、切削動作制御フローを強制終了させることなく、後述する主軸１２の戻り動作制御フローに移行できる状態で切削動作制御フローを終了する。

図５Ａ及び図５Ｂのいずれの処理例においても、送り軸制御部２２（図１）は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）が、行き過ぎ量Ｏｖが許容量Ｏｐを超えたと判断した瞬間から主軸１２を停止させるまでの間、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４の送り動作を主軸１２の動作に追従するように制御し、送り軸１４を主軸１２に同期して停止させる。

また、図５Ａ及び図５Ｂのいずれの処理例においても、主軸制御部１８が切削動作制御フローを強制終了させた後は、例えば数値制御部１６が、主軸制御部１８から通知される強制終了信号に基づきアラーム信号を出力して、オペレータに切削動作の強制終了（すなわち主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖの異常）を報知するように構成できる。

工作機械を用いたタップ加工においては、ワークの下穴を目標ねじ深さまで切削加工した後、工具をワークから引き抜くための主軸１２の戻り動作を実行する必要がある。上記実施形態において、位置決め動作制御部３８が主軸１２を目標ねじ深さで停止させるように構成される場合、制御装置１０は、この戻り動作に際し、加工開始位置から目標ねじ深さまでの上記した切削動作制御と同様の制御を行うことができる。図６は、制御装置１０が実行する工作機械制御方法の一実施形態としての、タップ加工における主軸１２の戻り動作制御方法を示す。また図３及び図４は、前述した主軸１２の切削動作に加えて、同切削動作に対応する主軸１２の戻り動作を、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示している。以下、図３、図４及び図６を図１と共に参照して、制御装置１０による戻り動作の制御フローの一例を説明する。

数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は、図２の処理フローでタップ加工が目標ねじ深さに達したと判断した後であって、かつ、主軸制御部１２が例えば図５Ａ又は図５Ｂの処理例で行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えていないと判断した後に、ステップＳ１３で、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、目標ねじ深さから戻り完了位置に至る間の主軸１２の総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′とを取得して、これら総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′とを主軸指令ＣＳとして主軸制御部１８に送る。戻り動作の主軸指令ＣＳも、主軸１２を戻り完了位置まで回転運動させるための位置指令や加減速指令を含まないものとなっている。なお戻り完了位置は、加工開始位置と同一であってもよいし、加工開始位置と異なっていてもよい。戻り完了位置が加工開始位置と同一の場合、総戻り回転量Ｓ０′は切削時の総回転量Ｓ０と等しくなるが、最高戻り回転速度Ｖ０′は切削時の最高回転速度Ｖ０に必ずしも一致しない。また、総戻り回転量Ｓ０′及び最高戻り回転速度Ｖ０′が切削時の総回転量Ｓ０及び最高回転速度Ｖ０と同一の場合、戻り動作は切削動作と実質的に同じ速度−時間曲線を示すが、総戻り回転量Ｓ０′及び最高戻り回転速度Ｖ０′が切削時の総回転量Ｓ０及び最高回転速度Ｖ０と異なる場合、戻り動作は切削動作と必ずしも同じ速度−時間曲線を示さない。

ステップＳ１４で、主軸制御部１８（初期動作制御部３０、最大加速度検出部３２、残回転量検出部３４）は以下の処理を行う。初期動作制御部３０は、最高戻り回転速度Ｖ０′を目標値とする速度制御により、目標ねじ深さ（速度零）から主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速逆回転させて戻り動作を実行する。最大加速度検出部３２は、目標ねじ深さからの最大能力での加速逆回転中に回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の逆回転の最大加速度Ａ０′を検出する。残回転量検出部３４は、総戻り回転量Ｓ０′と回転位置ＦＢＳとに基づき、現在位置から戻り完了位置に至るまでの主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′を逐次検出する。検出した残戻り回転量Ｓｒ′は、検出の都度、主軸制御部１８が数値制御部１６に通知する。

次にステップＳ１５で、主軸制御部１８（現在速度検出部３６）は、最大能力での加速逆回転中に回転位置ＦＢＳに基づき逆回転の現在速度Ｖｃ′を逐次検出し、検出の都度、現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達していないか否かを判断する。Ｖｃ′がＶ０′に到達していない場合、ステップＳ１６で、主軸制御部１８は、残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２以下になっているか否かを判断する。Ｓｒ′がＳ０′の１／２以下になっている場合、ステップＳ１７で、主軸制御部１８は、主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で減速逆回転させて戻り動作を継続実行する。Ｓｒ′がＳ０′の１／２以下になっていない場合はステップＳ１２に戻る。

ここで図３を参照すると、逆回転の現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達する前に残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になった場合（ステップＳ１５及びＳ１６の判断がいずれもＹＥＳの場合）の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示されている。ステップＳ１４における主軸１２の最大能力の加速逆回転は、図３の時間Ｔ６及びＴ７で実行され、時間Ｔ６（目標ねじ深さでの始動から前述した速度Ｖｂ（但し逆回転）に達するまでの時間）の一定加速度の間に、逆回転の最大加速度Ａ０′が検出される。主軸１２の回転速度がＶｂを超えると、主軸モータの特性により、主軸１２の加速度は最大加速度Ａ０′から漸減する。残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になった（つまり戻り開始からの回転量が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になった）時点Ｃ（ステップＳ１６の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速逆回転から減速逆回転に変わり、時間Ｔ８で、ステップＳ１７における主軸１２の最大能力の減速逆回転が実行される。

時間Ｔ８（ステップＳ１７）において、主軸制御部１８は点Ｃから速度Ｖｂを目標値とする速度制御により主軸１２を減速逆回転させるが、この間、主軸モータの特性により、主軸１２の逆回転の減速度は漸増する。最大能力での減速逆回転中も、主軸制御部１８（残回転量検出部３４、現在速度検出部３６）は、主軸１２の現在位置からの残戻り回転量Ｓｒ′及び現在速度Ｖｃ′を逐次検出する。このように、時間Ｔ６〜Ｔ８では、主軸制御部１８は主軸１２を速度制御する（ステップ状の速度指令を破線で例示する）。

ステップＳ１７の後に、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒ′と現在速度Ｖｃ′とを監視して、現在速度Ｖｃ′（以下の説明では１秒間当りの回転数（単位はｒｅｖ／ｓ）とする）から、ステップＳ１４で検出した最大加速度Ａ０′（ｒｅｖ／ｓ^２）に対応する最大減速度Ａ０′（負の値）で減速したときに、Ｓｒ′＝０かつＶｃ′＝０となる（つまり戻り完了位置に到達する）ことが予測される時点Ｄ（図３）の位置を、前述した点Ｂの位置と同様に以下の式により求める。
｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０′｜）
なお、この実施形態では、点Ｄから戻り完了位置までの位置制御の演算を容易にするべく、主軸１２を点Ｄから一定の最大減速度Ａ０′（逆回転の最大加速度Ａ０′に対応（負の値））で減速することを前提としている。したがって点Ｄでは、主軸１２の現在速度Ｖｃ′はＶｂに達しているものとする。

また、この実施形態では、主軸１２の加速に必要なトルク（以下、加速トルク）と減速に必要なトルク（以下、減速トルク）とは互いに等しいものとする。したがって、前述した点Ｂ直前の動作と同様に、実際には、主軸１２は、点Ｃから減速した後に時間Ｔ７よりも短い時間で速度Ｖｂに到達し、このときの位置｜Ｓｒ′｜は
｜Ｓｒ′｜＞Ｖｃ′^２／（２×｜Ａ０′｜）
であって、その後に一定速度Ｖｂで極少時間だけ回転することにより、
｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０′｜）
の点Ｄに到達することになる（図３）。

再び図６を参照すると、ステップＳ１８で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′の絶対値｜Ｓｒ′｜が、｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０′｜）（以下、等式２と称する）を満たしているか否か（つまり主軸１２の回転位置が点Ｄに到達したか否か）を判断する。等式２を満たしている場合、ステップＳ１９で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、主軸１２を最大減速度Ａ０′で減速逆回転してＳｒ′＝０の点（つまり戻り完了位置）で停止させるための指令を作成し、この指令により主軸１２を位置制御する。等式２を満たしていない場合は、等式２が満たされるまで判断を繰り返す。主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの指令に従い、点Ｄから戻り完了位置に向かって最大減速度Ａ０′で減速逆回転して戻り動作を実行し、Ｓｒ′＝０になった時点で戻り完了位置に到達して停止する。このように、点Ｄから戻り完了位置に到達するまでの時間Ｔ９（図３）では、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御することになる（位置指令から求められた定加速度状の速度指令を破線で例示する）。

ステップＳ１５で、現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達していると判断した場合、ステップＳ２０で、主軸制御部１８は、最高戻り回転速度Ｖ０′に到達したときの主軸１２の、目標ねじ深さからの回転量（つまり回転位置ＦＢＳ）を、戻り動作の加速時回転量Ｓａ′として保存する。そしてステップＳ２１で、主軸制御部１８は、残戻り回転量Ｓｒ′が加速時回転量Ｓａ′以下になっているか否かを判断する。Ｓｒ′がＳａ′以下になっている場合、ステップＳ１７に進み、次いでステップＳ１８及びステップＳ１９を実行して、戻り完了位置までの戻り動作を行う。Ｓｒ′がＳａ′以下になっていない場合は、Ｓｒ′がＳａ′以下になるまで判断を繰り返す。

ここで図４を参照すると、残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になる前に逆回転の現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達した場合（ステップＳ１５の判断がＮＯの場合）の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示されている。図４に示すように、ステップＳ１４における主軸１２の最大能力の加速逆回転が時間Ｔ６及びＴ７で実行され、時間Ｔ６（目標ねじ深さでの始動から前述した速度Ｖｂ（但し逆回転）に達するまでの時間）の一定加速度の間に、逆回転の最大加速度Ａ０′が検出される。主軸１２の回転速度がＶｂを超えると、主軸モータの特性により、主軸１２の加速度が最大加速度Ａ０′から漸減する。主軸１２の現在速度Ｖｃ′は、残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になる前に最高戻り回転速度Ｖ０′に到達し、その後、時間Ｔ１０に渡り一定速度Ｖ０′（加速度零）で主軸１２が逆回転して戻り動作を継続する。残戻り回転量Ｓｒ′が加速時回転量Ｓａ′に等しくなった時点Ｃ（ステップＳ２１の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速逆回転から減速逆回転に変わる。次いで、時間Ｔ８（ステップＳ１７）で、主軸１２の最大能力の減速逆回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ９（ステップＳ１９）で、最大減速度Ａ０′での主軸１２の減速逆回転（位置制御）が実行される。時間Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８及びＴ９では、主軸１２は図３に示す動作と同様に動作する。

図３及び図４のいずれの動作例においても、主軸制御部１８が主軸１２の目標ねじ深さから戻り完了位置までの逆回転動作を制御する間、送り軸制御部２２（図１）は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するように制御して逆送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８がステップＳ１３〜ステップＳ２１の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残戻り回転量Ｓｒ′を監視して、残戻り回転量Ｓｒ′が第２の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、戻り動作が完了して工具がワークから引き抜かれたと判断する。

主軸１２を上記したように位置制御により戻り完了位置に到達させる際には、工作機械の構造的要因等によって生じ得る戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎ（オーバーシュート）を監視することが所望される。戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎが過大になると、主軸１２に追従して動作する送り軸１４の行き過ぎも過大になり、例えば送り軸１４で送り動作する機械構成要素が周辺の物体に対し予期せぬ干渉を生ずる場合がある。従来のタップ加工制御装置では一般に、数値制御部が、主軸制御部から通知される残回転量等のデータに基づき、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎを監視して、行き過ぎが過大になったと判断したときに、主軸制御部に主軸１２の強制停止等の緊急的な指令を与えるように構成されている。これに対し、制御装置１０においては、主軸制御部１８の行き過ぎ検出部４０が、残回転量検出部３４で逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒ′に基づき、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを検出することで、必要に応じて主軸１２の強制停止等の緊急的な対策を実行できるように構成している。主軸制御部１８によるこのような行き過ぎ監視処理の例を、図６の戻り動作制御方法の後続ステップを示す図７Ａ又は図７Ｂを参照して説明する。なお、図７Ａ又は図７Ｂに示す処理例は、図３及び図４のいずれの動作例にも適用できる。

図７Ａに示す行き過ぎ監視処理の一例では、まずステップＳ２２で、主軸制御部１８（行き過ぎ検出部４０）は、逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒ′と現在速度Ｖｃ′とに基づき、主軸１２が戻り完了位置に到達する（つまりＶｃ′＝０になる）ときの、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを、残戻り回転量Ｓｒ′の実測値として検出する。次にステップＳ２３で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、行き過ぎ量Ｏｖを常時監視して、行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたか否かを判断する。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたと判断したときは、ステップＳ２４で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、その判断の瞬間に、主軸１２に対する位置指令を零にして主軸１２を直ちに停止させ、戻り動作制御フローを強制終了する。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えていないと判断したときは、主軸１２に対する位置指令を維持し、戻り動作制御フローを強制終了させることなく、主軸１２の停止に伴い戻り動作制御フローを終了する。

図７Ｂに示す行き過ぎ監視処理の他の例では、図７Ａに示すステップＳ２２及びＳ２３と同じステップＳ２２及びＳ２３を実行する。ステップＳ２３で、行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたと判断したときは、ステップＳ２４′で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、その判断の瞬間に、戻り完了位置まで主軸１２を反転させる指令、又は行き過ぎ量Ｏｖが許容量Ｏｐを超えたと判断した瞬間の位置まで主軸１２を反転させる指令を、主軸１２に与え、この指令に従う反転動作の完了時に主軸１２を停止させて、戻り動作制御フローを強制終了する。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えていないと判断したときは、主軸１２に対する位置指令を維持し、戻り動作制御フローを強制終了させることなく、主軸１２の停止に伴い戻り動作制御フローを終了する。

図７Ａ及び図７Ｂのいずれの処理例においても、送り軸制御部２２（図１）は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）が、行き過ぎ量Ｏｖが許容量Ｏｐを超えたと判断した瞬間から主軸１２を停止させるまでの間、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４の逆送り動作を主軸１２の動作に追従するように制御し、送り軸１４を主軸１２に同期して停止させる。

また、図７Ａ及び図７Ｂのいずれの処理例においても、主軸制御部１８が戻り動作制御フローを強制終了させた後は、例えば数値制御部１６が、主軸制御部１８から通知される強制終了信号に基づきアラーム信号を出力して、オペレータに戻り動作の強制終了（すなわち主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖの異常）を報知するように構成できる。

図１〜図７Ｂに示す実施形態による制御装置１０は、主軸１２に加工開始位置から目標ねじ深さまでの切削動作を行わせる際に、数値制御部１６が主軸制御部１８に対して、主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０のみを主軸指令ＣＳとして通知し、主軸制御部１８がこの主軸指令ＣＳに従い、最高回転速度Ｖ０を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸１２を加速させて切削動作を実行するとともに、その間の最大加速度Ａ０と逐次検出する主軸１２の残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃとに基づき、主軸１２を最大減速度Ａ０で減速させながら目標ねじ深さまでの切削動作を最短時間で継続実行して目標ねじ深さに到達させるように構成されている。したがって制御装置１０によれば、数値制御部１６に対し主軸１２の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸１２の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

しかも制御装置１０は、主軸１２を目標ねじ深さに到達させる際に、主軸制御部１８（行き過ぎ検出部４０）が、逐次検出されている残回転量Ｓｒに基づき、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを検出するように構成されている。この構成によれば、従来のタップ加工制御装置における、数値制御部が主軸制御部からのデータに基づき目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎを監視して行き過ぎ異常時に主軸制御部に緊急的な指令を与える構成に比べて、数値制御部１６と主軸制御部１８との間のデータや指令の送受信に費消される時間を排除できる。したがって制御装置１０によれば、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖが異常か否かを迅速に判断できるとともに、行き過ぎ異常時に主軸１２の強制停止等の緊急的な対策を迅速に実行でき、その結果、タップ加工に要求される寸法精度を確保することができる。

また、上記実施形態による制御装置１０は、主軸１２に目標ねじ深さから戻り完了位置までの戻り動作を行わせる際に、数値制御部１６が主軸制御部１８に対して、主軸１２の総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′のみを主軸指令ＣＳとして通知し、主軸制御部１８がこの主軸指令ＣＳに従い、最高戻り回転速度Ｖ０′を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸１２を加速させて戻り動作を実行するとともに、その間の最大加速度Ａ０′と逐次検出する主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′及び現在速度Ｖｃ′とに基づき、主軸１２を最大減速度Ａ０′で減速させながら戻り完了位置までの戻り動作を最短時間で継続実行して戻り完了位置で停止させるように構成されている。したがって制御装置１０によれば、数値制御部１２に対し主軸１２の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸１２の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

しかも制御装置１０は、主軸１２を戻り完了位置に到達させる際に、主軸制御部１８（行き過ぎ検出部４０）が、逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒ′に基づき、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを検出するように構成されている。この構成によれば、従来のタップ加工制御装置における、数値制御部が主軸制御部からのデータに基づき戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎを監視して行き過ぎ異常時に主軸制御部に緊急的な指令を与える構成に比べて、数値制御部１６と主軸制御部１８との間のデータや指令の送受信に費消される時間を排除できる。したがって制御装置１０によれば、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖが異常か否かを迅速に判断できるとともに、行き過ぎ異常時に主軸１２の強制停止等の緊急的な対策を迅速に実行でき、その結果、例えば送り軸１４で逆送り動作する機械構成要素が周辺の物体に対し予期せぬ干渉を生ずることを防止できる。

図１に示す制御装置１０は、上記した工作機械制御方法とは異なる工作機械制御方法を実行できる。図８は、制御装置１０が実行できる工作機械制御方法の他の実施形態としての、タップ加工における主軸１２の切削及び戻り動作制御方法を示す。また図９及び図１０は、それぞれ図３及び図４に対応する図であって、図８の実施形態における主軸１２の切削及び戻り動作の２つの例を示す。以下、図１、図２、図５Ａ〜図１０を参照して、他の実施形態による工作機械制御方法（タップ加工の切削及び戻り動作制御方法）、並びに当該方法を実行する制御装置１０の構成を説明する。

概説すると、図８〜図１０の実施形態において、制御装置１０は、主軸１２を加工開始位置（回転位置）から目標ねじ深さ（回転位置）に到達させるまでの間は、図２に示すタップ加工の切削動作制御方法と同様のステップを実行して、主軸１２の切削動作を制御する。そして制御装置１０の主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、主軸１２を目標ねじ深さに到達させたときに、主軸１２を目標ねじ深さで停止させることなく（つまり加速度を零にすることなく）、最大能力での減速回転における最大減速度Ａ０（負の値）と同じ逆回転の最大加速度Ａ０′（負の値）で、主軸１２を、目標ねじ深さよりも予め定めた回転数だけ戻った回転位置（以下、初期戻り位置）まで、最大能力で加速逆回転させるように構成される。主軸１２を初期戻り位置まで加速逆回転させた後は、制御装置１０は、図６に示すタップ加工の戻り動作制御方法と同様のステップを実行して、主軸１２の戻り動作を制御する。さらに制御装置１０は、主軸１２を目標ねじ深さに到達させる際に、図５Ａ又は図５Ｂに例示する行き過ぎ監視フローと同様のステップを実行して、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎを監視するとともに、主軸１２を戻り完了位置に到達させる際に、図７Ａ又は図７Ｂに例示する行き過ぎ監視フローと同様のステップを実行して、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎを監視する。この実施形態の構成を以下に詳述するが、図２、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａ及び図７Ｂのフローチャートの構成要素に対応する構成要素の説明は適宜省略する。

図８に示すように、制御装置１０はまずステップＵ１で、図２に示すステップＳ１〜Ｓ６、Ｓ８、Ｓ９を実行する。すなわち、数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は主軸制御部１８に、主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを指令する（ステップＳ１）。主軸制御部１８（初期動作制御部３０、最大加速度検出部３２、残回転量検出部３４）は、加工開始位置から、最高回転速度Ｖ０を目標速度として主軸１２を最大能力で加速回転させて切削動作を実行し、その間の最大加速度Ａ０及び残回転量Ｓｒを検出する（ステップＳ２）。次いで主軸制御部１８（現在速度検出部３６）は、最大能力での加速回転中に現在速度Ｖｃを逐次検出し、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達していないか否かを判断する（ステップＳ３）。ＶｃがＶ０に到達していない場合、主軸制御部１８は、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２以下になっているか否かを判断し（ステップＳ４）、ＳｒがＳ０の１／２以下になっている場合、主軸制御部１８は、主軸１２を速度Ｖｂまで減速回転させて切削動作を継続実行する（ステップＳ５）。他方、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達していると判断（ステップＳ３）した場合、主軸制御部１８は、最高回転速度Ｖ０に到達したときの主軸１２の、加工開始位置からの回転量（つまり回転位置ＦＢＳ）を、加速時回転量Ｓａとして保存し（ステップＳ８）、残回転量Ｓｒが加速時回転量Ｓａ以下になっているか否かを判断する（ステップＳ９）。ＳｒがＳａ以下になっている場合、主軸制御部１８は、主軸１２を速度Ｖｂまで減速回転させて切削動作を継続実行する（ステップＳ５）。次いで主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、主軸１２の現在位置における残回転量Ｓｒが、｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０｜）（等式１）を満たしているか否かを判断する（ステップＳ６）。

ここで図９を参照すると、図８のステップＵ１において、切削動作中に現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達する前に残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になった場合（図２のステップＳ３及びＳ４の判断がいずれもＹＥＳの場合）の、主軸１２の切削動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の上側の曲線）で示されている。図９の速度−時間曲線における時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４の主軸１２の動作は、前述した図３の速度−時間曲線における時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４の主軸１２の動作に対応する。すなわち図９に示すように、時間Ｔ１及びＴ２で、主軸１２の最大能力の加速回転（速度制御）が実行され、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になった時点Ａ（ステップＳ４の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速回転から減速回転に変わり、時間Ｔ３で、主軸１２の最大能力の減速回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ４で、最大減速度Ａ０での主軸１２の減速回転（位置制御）が実行される。

制御装置１０がステップＵ１（図２のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６）を実行することにより、主軸１２は、図７に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４において、上記したように図３に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４の動作と同様に動作する。但し主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、図２のステップＳ６で、主軸１２の残回転量Ｓｒが前述した等式１を満たしている（つまり主軸１２の回転位置が点Ｂに到達した）と判断したときに、図８のステップＵ２で、主軸１２を最大減速度Ａ０で減速回転してＳｒ＝０の点（つまり目標ねじ深さ）に到達させた後も引き続き最大減速度Ａ０と同じ逆回転の最大加速度Ａ０′（つまりＡ０＝Ａ０′）で主軸１２を初期戻り位置（図９の点Ｅ）まで加速逆回転させるための指令を作成し、この指令により主軸１２を位置制御する。

図９に示すように、主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの指令に従い、点Ｂから目標ねじ深さに向かって最大減速度Ａ０で減速回転しながら切削動作を遂行し、Ｓｒ＝０になった時点で目標ねじ深さに到達する（時間Ｔ４）。目標ねじ深さに到達した瞬間、主軸１２の現在速度Ｖｃは零になるが、さらに主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの指令に従い、最大減速度Ａ０を維持して逆回転の最大加速度Ａ０′を生じ、現在速度Ｖｃ（負の値）を徐々に増加させる加速逆回転により、時間Ｔ６に渡って、目標ねじ深さから点Ｅに向かう戻り動作を遂行する。このように、点Ｂから目標ねじ深さに到達するまでの時間Ｔ４及び目標ねじ深さから点Ｅに到達するまでの時間Ｔ６において、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御し（ステップＵ２）、主軸１２を一定の加速度（すなわち最大減速度Ａ０及び逆回転の最大加速度Ａ０′）で連続的に動作させる（位置指令から求められた定加速度状の速度指令を破線で例示する）。なお主軸１２は、目標ねじ深さで現在速度Ｖｃが零になるが、これは瞬時的なものであって、目標ねじ深さで停止するものではない。

主軸１２の初期戻り位置（点Ｅ）は任意に設定できる。例えば図９に示すように、切削動作中に最大減速度Ａ０での減速回転（位置制御）を開始した点Ｂと同様に、主軸１２の逆回転の現在速度Ｖｃ′が所定速度Ｖｂに達する位置を、点Ｅとすることができる。この場合の点Ｅは、目標ねじ深さから｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０｜）に相当する回転量だけ逆回転した位置となる。時間Ｔ６における主軸１２の位置制御による戻り動作自体は、図３に示す時間Ｔ６における主軸１２の速度制御による戻り動作に類似するが、制御の特性として、速度制御による最大能力の加速回転時の最大加速度Ａ０（時間Ｔ１）に比べて、位置制御による最大能力の減速回転時の最大減速度Ａ０（時間Ｔ４）は若干低く抑えられ、その結果、時間Ｔ６における逆回転の最大加速度Ａ０′も、時間Ｔ１の最大加速度Ａ０より若干低くなる傾向がある。

他方、図１０を参照すると、図８のステップＵ１において、切削動作中に残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になる前に現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達した場合（図２のステップＳ３の判断がＮＯの場合）の、主軸１２の切削動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の上側の曲線）で示されている。図１０の速度−時間曲線における時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５、Ｔ３及びＴ４の主軸１２の動作は、前述した図４の速度−時間曲線における時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５、Ｔ３及びＴ４の主軸１２の動作に対応する。すなわち図１０に示すように、時間Ｔ１及びＴ２で、主軸１２の最大能力の加速回転（速度制御）が実行されて、主軸１２の現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達し、その後、時間Ｔ５に渡り一定速度Ｖ０で主軸１２が回転して切削動作を継続し、残回転量Ｓｒが加速時回転量Ｓａに等しくなった時点Ａ（ステップＳ９の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速回転から減速回転に変わり、時間Ｔ３で、主軸１２の最大能力の減速回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ４で、最大減速度Ａ０での主軸１２の減速回転（位置制御）が実行される。

制御装置１０がステップＵ１（図２のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ５→Ｓ６）を実行することにより、主軸１２は、図１０に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５、Ｔ３及びＴ４において、上記したように図４に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５、Ｔ３及びＴ４の動作と同様に動作する。但し主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、図２のステップＳ６で、主軸１２の残回転量Ｓｒが前述した等式１を満たしている（つまり主軸１２の回転位置が点Ｂに到達した）と判断したときに、図８のステップＵ２で、主軸１２を最大減速度Ａ０で減速回転してＳｒ＝０の点（つまり目標ねじ深さ）に到達させた後も引き続き最大減速度Ａ０と同じ逆回転の最大加速度Ａ０′（つまりＡ０＝Ａ０′）で主軸１２を初期戻り位置（図１０の点Ｅ）まで加速逆回転させるための指令を作成し、この指令により主軸１２を位置制御する。

図１０に示すように、主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの指令に従い、点Ｂから目標ねじ深さに向かって最大減速度Ａ０で減速回転しながら切削動作を遂行し、Ｓｒ＝０になった時点で目標ねじ深さに到達する（時間Ｔ４）。目標ねじ深さに到達した瞬間、主軸１２の現在速度Ｖｃは零になるが、さらに主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの指令に従い、最大減速度Ａ０を維持して逆回転の最大加速度Ａ０′を生じ、現在速度Ｖｃ（負の値）を徐々に増加させる加速逆回転により、時間Ｔ６に渡って、目標ねじ深さから点Ｅに向かう戻り動作を遂行する。このように、点Ｂから目標ねじ深さに到達するまでの時間Ｔ４及び目標ねじ深さから点Ｅに到達するまでの時間Ｔ６において、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御し（ステップＵ２）、主軸１２を一定の加速度（すなわち最大減速度Ａ０及び逆回転の最大加速度Ａ０′）で連続的に動作させる（位置指令から求められた定加速度状の速度指令を破線で例示する）。このように、図１０に示す時間Ｔ４及びＴ６における主軸１２の動作は、図９に示す時間Ｔ４及びＴ６における主軸１２の動作に対応する。

図９及び図１０のいずれの動作例においても、主軸制御部１８が主軸１２の加工開始位置から目標ねじ深さまでの回転動作を制御する間、送り軸制御部２２は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するように制御して送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８が上記したステップＵ１及びステップＵ２の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残回転量Ｓｒを監視して、残回転量Ｓｒが第１の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断する。

主軸１２を上記したように位置制御により目標ねじ深さに到達させる際に、制御装置１０はステップＵ３（図８）で、図５Ａに示すステップＳ１０〜Ｓ１２、又は図５Ｂに示すステップＳ１０〜Ｓ１２′を実行する。すなわち、主軸制御部１８（行き過ぎ検出部４０）は、逐次検出されている残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとに基づき、主軸１２が目標ねじ深さに到達する（つまりＶｃ＝０になる）ときの、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを、残回転量Ｓｒの実測値として検出する（ステップＳ１０）。次に主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、行き過ぎ量Ｏｖを常時監視して、行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたか否かを判断する（ステップＳ１１）。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたと判断したときは、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、その判断の瞬間に、主軸１２に対する位置指令を零にして主軸１２を直ちに停止させ、切削動作制御フローを強制終了する（ステップＳ１２）か、或いは、その判断の瞬間に、目標ねじ深さまで主軸１２を反転させる指令、又は行き過ぎ量Ｏｖが許容量Ｏｐを超えたと判断した瞬間の位置まで主軸１２を反転させる指令を、主軸１２に与え、この指令に従う反転動作の完了時に主軸１２を停止させて、切削動作制御フローを強制終了する（ステップＳ１２′）。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えていないと判断したときは、主軸１２に対する位置指令を維持し、切削動作制御フローを強制終了させることなく、主軸１２を初期戻り位置（点Ｅ）まで位置制御で戻り動作させる。

制御装置１０がステップＵＳを実行する間、送り軸制御部２２（図１）は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）が、行き過ぎ量Ｏｖが許容量Ｏｐを超えたと判断した瞬間から主軸１２を停止させるまでの間、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４の送り動作を主軸１２の動作に追従するように制御し、送り軸１４を主軸１２に同期して停止させる。

また、主軸制御部１８が切削動作制御フローを強制終了させた後は、例えば数値制御部１６が、主軸制御部１８から通知される強制終了信号に基づきアラーム信号を出力して、オペレータに切削動作の強制終了（すなわち主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖの異常）を報知するように構成できる。なお、ステップＵ３の上記した行き過ぎ監視フローは、図９及び図１０のいずれの動作例にも適用できる。

ステップＵ３で切削動作制御フローが強制終了されず、ステップＵ２における初期戻り位置（点Ｅ）までの主軸１２の位置制御が継続された場合（ステップＳ１１の判断がＮＯの場合）、数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断した後に、ステップＵ２と並行して、ステップＵ４（図８）で、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、目標ねじ深さから戻り完了位置に至る間の主軸１２の総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′とを取得して、これら総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′とを主軸指令ＣＳとして主軸制御部１８に送る。

主軸１２が初期戻り位置（点Ｅ）に到達した後、ステップＵ５（図８）で、主軸制御部１８（初期動作制御部３０）は、最高戻り回転速度Ｖ０′を目標速度として初期戻り位置（点Ｅ）から戻り完了位置に向かって主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速逆回転させて戻り動作を実行する。また主軸制御部１８（残回転量検出部３４）は、総戻り回転量Ｓ０′と回転位置ＦＢＳとに基づき、現在位置から戻り完了位置に至るまでの主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′を逐次検出する。検出した残戻り回転量Ｓｒ′は、検出の都度、主軸制御部１８が数値制御部１６に通知する。この実施形態では、最大加速度検出部３２は、時間Ｔ６の主軸１２の最高回転速度を検出せず、時間Ｔ４の最大能力での減速回転における最大減速度Ａ０（時間Ｔ１における最大加速度Ａ０に相当）を、主軸１２が目標ねじ深さから加速逆回転する間の逆回転の最大加速度Ａ０′として取得する。

次に制御装置１０は、ステップＵ６（図８）で、図６に示すステップＳ１５〜Ｓ２１を実行する。すなわち、主軸制御部１８（現在速度検出部３６）は、最大能力での加速逆回転中に回転位置ＦＢＳに基づき逆回転の現在速度Ｖｃ′を逐次検出し、現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達していないか否かを判断する（ステップＳ１５）。Ｖｃ′がＶ０′に到達していない場合、主軸制御部１８は、残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２以下になっているか否かを判断し（ステップＳ１６）、Ｓｒ′がＳ０′の１／２以下になっている場合、主軸制御部１８は、主軸１２を速度Ｖｂまで減速逆回転させて戻り動作を継続実行する（ステップＳ１７）。他方、現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達していると判断（ステップＳ１５）した場合、主軸制御部１８は、最高戻り回転速度Ｖ０′に到達したときの主軸１２の、目標ねじ深さからの回転量（つまり回転位置ＦＢＳ）を、戻り動作の加速時回転量Ｓａ′として保存し（ステップＳ２０）、残戻り回転量Ｓｒ′が加速時回転量Ｓａ′以下になっているか否かを判断する（ステップＳ２１）。Ｓｒ′がＳａ′以下になっている場合、主軸制御部１８は、主軸１２を速度Ｖｂまで減速逆回転させて戻り動作を継続実行する（ステップＳ１７）。その後、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、主軸１２の現在位置における残戻り回転量Ｓｒ′が、｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０′｜）（等式２）を満たしているか否かを判断し（ステップＳ１８）、等式２を満たしている場合、主軸１２を最大減速度Ａ０′（時間Ｔ６における逆回転の最大加速度Ａ０′に対応する値）で減速逆回転してＳｒ′＝０の点（つまり戻り完了位置）で停止させるための指令を作成し、この指令により主軸１２を位置制御する（ステップＳ１９）。主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの指令に従い、戻り完了位置に向かって最大減速度Ａ０′で減速逆回転して戻り動作を実行し、Ｓｒ′＝０になった時点で停止する。

ここで図９を参照すると、図８のステップＵ６において、逆回転の現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達する前に残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になった場合（図６のステップＳ１５及びＳ１６の判断がいずれもＹＥＳの場合）の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示されている。図９の速度−時間曲線における時間Ｔ７、Ｔ８及びＴ９の主軸１２の動作は、前述した図３の速度−時間曲線における時間Ｔ７、Ｔ８及びＴ９の主軸１２の動作に対応する。図９の動作例では、主軸１２は、時間Ｔ６で目標ねじ深さから初期戻り位置（点Ｅ）に到達した後に、逆回転の現在速度Ｖｃ′がＶｂ（負の値）を超えるので、最大能力での加速逆回転において、主軸モータの特性により、主軸１２の逆回転の加速度がＡ０′から漸減する（時間Ｔ７）。残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になった時点Ｃ（図６のステップＳ１６の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速逆回転から減速逆回転に変わり、時間Ｔ８で、主軸１２の最大能力の減速逆回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ９で、最大減速度Ａ０′での主軸１２の減速逆回転（位置制御）が実行される。

他方、図１０を参照すると、図８のステップＵ６において、残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になる前に逆回転の現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達した場合（図６のステップＳ１５の判断がＮＯの場合）の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示されている。図１０の速度−時間曲線における時間Ｔ７、Ｔ１０、Ｔ８及びＴ９の主軸１２の動作は、前述した図４の速度−時間曲線における時間Ｔ７、Ｔ１０、Ｔ８及びＴ９の主軸１２の動作に対応する。図１０の動作例では、主軸１２が初期戻り位置（点Ｅ）に到達した後の時間Ｔ７で、図９の動作例と同様の漸減する加速度Ａ０′による主軸１２の最大能力の加速逆回転が実行され、主軸１２の現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達する。その後、時間Ｔ１０に渡り一定速度Ｖ０′で主軸１２が逆回転して戻り動作を継続する。残戻り回転量Ｓｒ′が加速時回転量Ｓａ′に等しくなった時点Ｃ（図６のステップＳ２１の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速逆回転から減速逆回転に変わり、時間Ｔ８で、主軸１２の最大能力の減速逆回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ９で、最大減速度Ａ０′での主軸１２の減速逆回転（位置制御）が実行される。

図９及び図１０のいずれの動作例においても、主軸制御部１８が主軸１２の目標ねじ深さから戻り完了位置までの逆回転動作を制御する間、送り軸制御部２２は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するように制御して逆送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８が上記したステップＵ４〜ステップＵ６の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残戻り回転量Ｓｒ′を監視して、残戻り回転量Ｓｒ′が第２の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、戻り動作が完了して工具がワークから引き抜かれたと判断する。

主軸１２を上記したように位置制御により戻り完了位置に到達させる際に、制御装置１０はステップＵ７（図８）で、図７Ａに示すステップＳ２２〜Ｓ２４、又は図７Ｂに示すステップＳ２２〜Ｓ２４′を実行する。すなわち、主軸制御部１８（行き過ぎ検出部４０）は、逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒ′と現在速度Ｖｃ′とに基づき、主軸１２が戻り完了位置に到達する（つまりＶｃ′＝０になる）ときの、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを、残戻り回転量Ｓｒ′の実測値として検出する（ステップＳ２２）。次に主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、行き過ぎ量Ｏｖを常時監視して、行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたか否かを判断する（ステップＳ２３）。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたと判断したときは、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、その判断の瞬間に、主軸１２に対する位置指令を零にして主軸１２を直ちに停止させ、戻り動作制御フローを強制終了する（ステップＳ２４）か、或いは、その判断の瞬間に、戻り完了位置まで主軸１２を反転させる指令、又は行き過ぎ量Ｏｖが許容量Ｏｐを超えたと判断した瞬間の位置まで主軸１２を反転させる指令を、主軸１２に与え、この指令に従う反転動作の完了時に主軸１２を停止させて、戻り動作制御フローを強制終了する（ステップＳ２４′）。行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えていないと判断したときは、主軸１２に対する位置指令を維持し、切削動作制御フローを強制終了させることなく、主軸１２の停止に伴い戻り動作制御フローを終了する。

制御装置１０がステップＵ７を実行する間、送り軸制御部２２（図１）は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）が、行き過ぎ量Ｏｖが許容量Ｏｐを超えたと判断した瞬間から主軸１２を停止させるまでの間、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４の逆送り動作を主軸１２の動作に追従するように制御し、送り軸１４を主軸１２に同期して停止させる。

また、主軸制御部１８が戻り動作制御フローを強制終了させた後は、例えば数値制御部１６が、主軸制御部１８から通知される強制終了信号に基づきアラーム信号を出力して、オペレータに戻り動作の強制終了（すなわち主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖの異常）を報知するように構成できる。なお、ステップＵ７の上記した行き過ぎ監視フローは、図９及び図１０のいずれの動作例にも適用できる。

図８〜図１０に示す実施形態による制御装置１０は、主軸１２に加工開始位置から目標ねじ深さまでの切削動作を行わせる際に、数値制御部１６が主軸制御部１８に対して、主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０のみを主軸指令ＣＳとして通知し、主軸制御部１８がこの主軸指令ＣＳに従い、最高回転速度Ｖ０を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸１２を加速させて切削動作を実行するとともに、その間の最大加速度Ａ０と逐次検出する主軸１２の残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃとに基づき、主軸１２を最大減速度Ａ０で減速させながら目標ねじ深さまでの切削動作を最短時間で継続実行して目標ねじ深さに到達させるように構成されている。したがって制御装置１０によれば、図１〜図７Ｂの実施形態による制御装置１０と同様に、数値制御部１６に対し主軸１２の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸１２の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

しかも制御装置１０は、主軸１２を目標ねじ深さに到達させる際に、主軸制御部１８（行き過ぎ検出部４０）が、逐次検出されている残回転量Ｓｒに基づき、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを検出するように構成されている。したがって制御装置１０によれば、図１〜図７Ｂの実施形態による制御装置１０と同様に、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖが異常か否かを迅速に判断できるとともに、行き過ぎ異常時に主軸１２の強制停止等の緊急的な対策を迅速に実行でき、その結果、タップ加工に要求される寸法精度を確保することができる。

さらに、図８〜図１０に示す実施形態による制御装置１０は、主軸１２に目標ねじ深さから戻り完了位置までの戻り動作を行わせる際に、切削動作の終了時に主軸１２を目標ねじ深さで停止させることなく（つまり加速度を零にすることなく）、最大減速度Ａ０（負の値）と同じ逆回転の最大加速度Ａ０′（負の値）で、主軸１２を所定の初期戻り位置まで位置制御で加速逆回転させるように構成されている。この構成により、主軸１２の動作を切削動作から戻り動作に切り替えるときの加速度の変化が無くなるので、加速度の変化に起因して主軸１２に生じ得る機械構造上の衝撃や、加速度の変化に起因して主軸１２と送り軸１４との間に生じ得る同期誤差の増加を、未然に回避することができる。

図８〜図１０に示す実施形態による制御装置１０では、主軸１２を初期戻り位置まで位置制御で加速逆回転させた後は、数値制御部１６が主軸制御部１８に対して通知した主軸１２の総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′のみの主軸指令ＣＳに従い、主軸１２を最大出力で加速させて戻り動作を実行するとともに、動作反転時の逆回転の最大加速度Ａ０′に対応する最大減速度Ａ０′で主軸１２を減速させながら戻り完了位置までの戻り動作を最短時間で継続実行して戻り完了位置で停止させるように構成されている。したがって制御装置１０によれば、数値制御部１２に対し主軸１２の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸１２の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

しかも制御装置１０は、主軸１２を戻り完了位置に到達させる際に、主軸制御部１８（行き過ぎ検出部４０）が、逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒ′に基づき、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを検出するように構成されている。したがって制御装置１０によれば、図１〜図７Ｂの実施形態による制御装置１０と同様に、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖが異常か否かを迅速に判断できるとともに、行き過ぎ異常時に主軸１２の強制停止等の緊急的な対策を迅速に実行でき、その結果、例えば送り軸１４で逆送り動作する機械構成要素が周辺の物体に対し予期せぬ干渉を生ずることを防止できる。

上記した制御装置１０の構成は、主軸１２と送り軸１４との同期運転を制御する工作機械の制御方法として記述できる。この制御方法は、制御装置１０が、加工開始位置から目標ねじ深さに至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とをタップ加工プログラムＰから取得するステップと、最高回転速度Ｖ０を目標値とする速度制御により加工開始位置から主軸１２を最大能力で加速回転させるステップと、最大能力での加速回転中に主軸１２の回転位置フィードバック値ＦＢＳに基づき主軸１２の最大加速度Ａ０を検出するステップと、総回転量Ｓ０と回転位置フィードバック値ＦＢＳとに基づき、現在位置から目標ねじ深さに至るまでの主軸１２の残回転量Ｓｒを検出するステップと、回転位置フィードバック値ＦＢＳに基づき主軸１２の現在速度Ｖｃを検出するステップと、最大能力での加速回転の後に、最大加速度Ａ０と残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとに基づき、主軸１２を減速回転させて目標ねじ深さに到達させるための位置制御を実行するステップと、減速回転中に、残回転量Ｓｒに基づき、目標ねじ深さに対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを検出するステップとを備えるものである。このとき、主軸１２を目標ねじ深さで停止させるように構成できる。或いは、主軸１２を目標ねじ深さで停止させないように構成できる。

また上記制御方法は、制御装置１０が、目標ねじ深さから戻り完了位置に至る間の主軸１２の総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′とをタップ加工プログラムＰから取得するステップと、最高戻り回転速度Ｖ０′を目標値とする速度制御により、目標ねじ深さから、又は目標ねじ深さよりも予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、主軸１２を最大能力で加速逆回転させるステップと、主軸１２が目標ねじ深さから加速逆回転する間の逆回転の最大加速度Ａ０′を検出又は取得するステップと、総戻り回転量Ｓ０′と主軸１２の回転位置フィードバック値ＦＢＳとに基づき、現在位置から戻り完了位置に至るまでの主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′を検出するステップと、回転位置フィードバック値ＦＢＳに基づき主軸１２の逆回転の現在速度Ｖｃ′を検出するステップと、最大能力での加速逆回転の後に、逆回転の最大加速度Ａ０′と残戻り回転量Ｓｒ′と逆回転の現在速度Ｖｃ′とに基づき、主軸１２を減速逆回転させるとともに戻り完了位置で停止させるための位置制御を実行するステップと、減速逆回転中に、残戻り回転量Ｓｒ′に基づき、戻り完了位置に対する主軸１２の行き過ぎ量Ｏｖを検出するステップとを備えるものである。

これら制御方法はいずれも、制御装置１０が、行き過ぎ量Ｏｖを監視して、行き過ぎ量Ｏｖが予め定めた許容量Ｏｐを超えたときに主軸１２を停止させるステップをさらに備えることができる。これら制御方法によれば、前述した制御装置１０の効果と同等の効果が奏される。

１０ 制御装置
１２ 主軸
１４ 送り軸
１６ 数値制御部
１８ 主軸制御部
２０ 回転検出部
２２ 送り軸制御部
２６ 主軸指令出力部
２８ 送り軸指令出力部
３０ 初期動作制御部
３２ 最大加速度検出部
３４ 残回転量検出部
３６ 現在速度検出部
３８ 位置決め動作制御部
４０ 行き過ぎ検出部

Claims (10)

1. 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置であって、
   タップ加工プログラムに基づき主軸指令及び送り軸指令を作成する数値制御部と、
   前記主軸指令に従って前記主軸の回転動作を制御する主軸制御部と、
   前記主軸の回転位置を検出する回転検出部と、
   前記送り軸指令に従って、前記回転位置に基づき前記送り軸の送り動作を制御する送り軸制御部とを具備し、
   前記数値制御部は、加工開始位置から目標ねじ深さに至る間の前記主軸の総回転量と最高回転速度とを前記タップ加工プログラムから取得して、該総回転量と該最高回転速度とを前記主軸指令として前記主軸制御部に送る主軸指令出力部を備え、
   前記主軸制御部は、
   前記最高回転速度を目標値とする速度制御により前記加工開始位置から前記主軸を最大能力で加速回転させる初期動作制御部と、
   前記最大能力での加速回転中に前記回転位置に基づき前記主軸の最大加速度を検出する最大加速度検出部と、
   前記総回転量と前記回転位置とに基づき、現在位置から前記目標ねじ深さに至るまでの前記主軸の残回転量を検出する残回転量検出部と、
   前記回転位置に基づき前記主軸の現在速度を検出する現在速度検出部と、
   前記最大能力での加速回転の後に、前記最大加速度と前記残回転量と前記現在速度とに基づき、前記主軸を減速回転させて前記目標ねじ深さに到達させるための位置制御を実行する位置決め動作制御部と、
   前記減速回転中に、前記残回転量に基づき、前記目標ねじ深さに対する前記主軸の行き過ぎ量を検出する行き過ぎ検出部と、を備える、
   制御装置。
2. 前記主軸指令出力部は、前記目標ねじ深さから戻り完了位置に至る間の前記主軸の総戻り回転量と最高戻り回転速度とを前記タップ加工プログラムから取得して、該総戻り回転量と該最高戻り回転速度とを前記主軸指令として前記主軸制御部に送り、
   前記初期動作制御部は、前記最高戻り回転速度を目標値とする速度制御により、前記目標ねじ深さから、又は前記目標ねじ深さよりも予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、前記主軸を最大能力で加速逆回転させ、
   前記最大加速度検出部は、前記主軸が前記目標ねじ深さから加速逆回転する間の前記主軸の逆回転の最大加速度を検出又は取得し、
   前記残回転量検出部は、前記総戻り回転量と前記回転位置とに基づき、現在位置から前記戻り完了位置に至るまでの前記主軸の残戻り回転量を検出し、
   前記現在速度検出部は、前記回転位置に基づき前記主軸の逆回転の現在速度を検出し、
   前記位置決め動作制御部は、前記最大能力での加逆速回転の後に、前記逆回転の最大加速度と前記残戻り回転量と前記逆回転の現在速度とに基づき、前記主軸を減速逆回転させるとともに前記戻り完了位置で停止させるための位置制御を実行し、
   前記行き過ぎ検出部は、前記減速逆回転中に、前記残戻り回転量に基づき、前記戻り完了位置に対する前記主軸の行き過ぎ量を検出する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記位置決め動作制御部は、前記行き過ぎ検出部が検出した前記行き過ぎ量を監視して、前記行き過ぎ量が予め定めた許容量を超えたと判断した瞬間に、前記主軸に対する位置指令を零にして前記主軸を停止させる、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記位置決め動作制御部は、前記行き過ぎ検出部が検出した前記行き過ぎ量を監視して、前記行き過ぎ量が予め定めた許容量を超えたと判断した瞬間に、前記主軸を前記目標ねじ深さ、又は前記行き過ぎ量が前記許容量を超えたと判断した瞬間の位置まで反転させる指令を前記主軸に与え、該反転動作の完了時に前記主軸を停止させる、請求項１に記載の制御装置。
5. 前記位置決め動作制御部は、前記行き過ぎ検出部が検出した前記行き過ぎ量を監視して、前記行き過ぎ量が予め定めた許容量を超えたと判断した瞬間に、前記主軸を前記戻り完了位置、又は前記行き過ぎ量が前記許容量を超えたと判断した瞬間の位置まで反転させる指令を前記主軸に与え、該反転動作の完了時に前記主軸を停止させる、請求項２に記載の制御装置。
6. 前記送り軸制御部は、前記位置決め動作制御部が、前記行き過ぎ量が前記許容量を超えたと判断した瞬間から前記主軸を停止させるまでの間、前記主軸の前記回転位置を用いて、前記送り軸の送り動作を制御する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置であって、
   タップ加工プログラムに基づき主軸指令及び送り軸指令を作成する数値制御部と、
   前記主軸指令に従って前記主軸の回転動作を制御する主軸制御部と、
   前記主軸の回転位置を検出する回転検出部と、
   前記送り軸指令に従って、前記回転位置に基づき前記送り軸の送り動作を制御する送り軸制御部とを具備し、
   前記数値制御部は、目標ねじ深さから戻り完了位置に至る間の前記主軸の総戻り回転量と最高戻り回転速度とを前記タップ加工プログラムから取得して、該総戻り回転量と該最高戻り回転速度とを前記主軸指令として前記主軸制御部に送る主軸指令出力部を備え、
   前記主軸制御部は、
   前記最高戻り回転速度を目標値とする速度制御により、前記目標ねじ深さから、又は前記目標ねじ深さよりも予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、前記主軸を最大能力で加速逆回転させる初期動作制御部と、
   前記主軸が前記目標ねじ深さから加速逆回転する間の前記主軸の逆回転の最大加速度を検出又は取得する最大加速度検出部と、
   前記総戻り回転量と前記回転位置とに基づき、現在位置から前記戻り完了位置に至るまでの前記主軸の残戻り回転量を検出する残回転量検出部と、
   前記回転位置に基づき前記主軸の逆回転の現在速度を検出する現在速度検出部と、
   前記最大能力での加速逆回転の後に、前記逆回転の最大加速度と前記残戻り回転量と前記逆回転の現在速度とに基づき、前記主軸を減速逆回転させるとともに前記戻り完了位置で停止させるための位置制御を実行する位置決め動作制御部と、
   前記減速逆回転中に、前記残戻り回転量に基づき、前記戻り完了位置に対する前記主軸の行き過ぎ量を検出する行き過ぎ検出部と、を備える、
   制御装置。
8. 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法であって、
   制御装置が、
   加工開始位置から目標ねじ深さに至る間の前記主軸の総回転量と最高回転速度とをタップ加工プログラムから取得するステップと、
   前記最高回転速度を目標値とする速度制御により前記加工開始位置から前記主軸を最大能力で加速回転させるステップと、
   前記最大能力での加速回転中に前記主軸の回転位置フィードバック値に基づき前記主軸の最大加速度を検出するステップと、
   前記総回転量と前記回転位置フィードバック値とに基づき、現在位置から前記目標ねじ深さに至るまでの前記主軸の残回転量を検出するステップと、
   前記回転位置フィードバック値に基づき前記主軸の現在速度を検出するステップと、
   前記最大能力での加速回転の後に、前記最大加速度と前記残回転量と前記現在速度とに基づき、前記主軸を減速回転させて前記目標ねじ深さに到達させるための位置制御を実行するステップと、
   前記減速回転中に、前記残回転量に基づき、前記目標ねじ深さに対する前記主軸の行き過ぎ量を検出するステップと、
   を備える、制御方法。
9. 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法であって、
   制御装置が、
   目標ねじ深さから戻り完了位置に至る間の前記主軸の総戻り回転量と最高戻り回転速度とをタップ加工プログラムから取得するステップと、
   前記最高戻り回転速度を目標値とする速度制御により、前記目標ねじ深さから、又は前記目標ねじ深さよりも予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、前記主軸を最大能力で加速逆回転させるステップと、
   前記主軸が前記目標ねじ深さから加速逆回転する間の逆回転の最大加速度を検出又は取得するステップと、
   前記総戻り回転量と前記主軸の回転位置フィードバック値とに基づき、現在位置から前記戻り完了位置に至るまでの前記主軸の残戻り回転量を検出するステップと、
   前記回転位置フィードバック値に基づき前記主軸の逆回転の現在速度を検出するステップと、
   前記最大能力での加速逆回転の後に、前記逆回転の最大加速度と前記残戻り回転量と前記逆回転の現在速度とに基づき、前記主軸を減速逆回転させるとともに前記戻り完了位置で停止させるための位置制御を実行するステップと、
   前記減速逆回転中に、前記残戻り回転量に基づき、前記戻り完了位置に対する前記主軸の行き過ぎ量を検出するステップと、
   を備える、制御方法。
10. 前記制御装置が、前記行き過ぎ量を監視して、前記行き過ぎ量が予め定めた許容量を超えたときに前記主軸を停止させるステップをさらに備える、請求項８又は９に記載の制御方法。

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