JP2018063585A - 複数軸を有する工作機械におけるモータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の軸を用いて工具によるワークの加工を行う工作機械において、異常が発生した時にワークと工具とが接触しない安全な状態を早期に確保するモータ制御装置を実現する。【解決手段】複数の軸を有する工作機械におけるモータ制御装置1は、各軸の駆動用に設けられた各モータを制御する複数のモータ制御部11と、複数のモータ制御部11のうちの少なくとも1つに設けられる異常検出部12であって、異常検出部12が設けられたモータ制御部11によって制御されるモータで駆動される軸について異常を検出した場合、異常検出信号を出力する異常検出部12と、異常検出部12が設けられたモータ制御部11とは異なるモータ制御部11に設けられ、異常検出信号を受信した場合、工具がワークと接触しなくなるようモータを制御する安全動作制御部13と、異常検出部12から出力された異常検出信号を安全動作制御部13へ送信する通信部14とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、複数の軸を用いて工具によるワークの加工を行う工作機械におけるモータ制御装置に関する。
工作機械において、モータは、工具やワークが取り付けられた軸を駆動するための駆動源として用いられる。例えば、工具とワークを別々の軸で制御するような複数の軸を備えた工作機械においては、工具とワークとの間に何らかの異常な負荷がかかると、ワークや工具が破損したり変形したり、場合によっては工作機械そのものや当該工作機械を含む製造ラインの故障に発展する可能性もある。そこで、工具とワークとの間に何らかの異常な負荷がかかった場合には、ワークと工具とが接触しないよう工具を安全な位置まで退避させる(引き離す)動作(以下、単に「安全動作」と称することがある。)が行われる。
例えば、機械的に結合された2軸を持つ機械において、異常を発生した駆動装置は状態情報をコントローラ及び異常を発生していない他の駆動装置に伝送し、異常を発生した駆動装置はモータをあらかじめ決められた所定の減速方法で停止させ、異常を発生していない駆動装置は異常を発生した駆動装置の状態情報をもとに所定の方法で停止させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2005−176493号公報
工具とワークを別々の軸で制御するような複数の軸を備えた工作機械においては、従来より、工具とワークとの間にかかる負荷を、モータに設けた負荷監視部にてモータが受ける負荷として検出している。
しかしながら、工具が取り付けられた軸とモータとの間にボールネジやカップリング、減速機などのような連結機構が存在する場合、工具で現れた異常負荷が連結機構を介してモータまで伝搬するまでに時間がかかる。つまり、工具で発生した異常負荷をモータに設けた負荷監視部が検出するまでにはタイムラグが存在するので、この負荷監視部による検出結果に基づき開始した安全動作は、異常負荷の発生時からだいぶ遅れて行われたものといえる。このような時間遅れの安全動作では、工具をワークから退避させることができず、ワークや工具が破損したり変形したり、場合によっては、工作機械そのものや当該工作機械を含む製造ラインの故障に発展する可能性がある。
また、軸とモータとの間に連結機構が存在するとモータは連結機構から摩擦などの力も受けることから、軸との間に連結機構が存在するモータに設けた負荷監視部により監視される負荷は、工具とワークとの間にかかる負荷を正確に表したものとはいえない。このような負荷監視部による不正確な検出結果は安全動作の誤動作をもたらす可能性がある。
したがって本発明の目的は、上記問題に鑑み、複数の軸を用いて工具によるワークの加工を行う工作機械において、異常が発生した時に、ワークと工具とが接触しない安全な状態を早期に確保することができるモータ制御装置を提供することにある。
上記目的を実現するために、本発明においては、複数の軸を用いて工具によるワークの加工を行う工作機械におけるモータ制御装置は、各軸の駆動用にそれぞれ設けられた各モータをそれぞれ制御する複数のモータ制御部と、複数のモータ制御部のうちの少なくとも1つに設けられる異常検出部であって、異常検出部が設けられたモータ制御部によって制御されるモータで駆動される軸について異常を検出した場合、異常検出信号を出力する異常検出部と、異常検出部が設けられたモータ制御部とは異なるモータ制御部に設けられ、異常検出信号を受信した場合、工具がワークと接触しなくなるよう工具が設けられた軸の駆動用のモータを制御する安全動作制御部と、各モータ制御部間で通信を行う通信部であって、異常検出部から出力された異常検出信号を安全動作制御部へ送信する通信部と、を備える。
ここで、異常検出部は、ダイレクトドライブモータもしくはリニアモータを制御するモータ制御部に設けられてもよい。
また、モータ制御部は、加工プログラムに基づき工作機械の軸を駆動するための指令を生成する数値制御部とは独立して設けられる。
また、異常検出部は、複数のモータ制御部の各々に設けられ、安全動作制御部は、複数設けられた異常検出部のいずれかのうちから最も早く出力された異常検出信号に基づいて、工具がワークと接触しなくなるよう工具が設けられた軸の駆動用のモータを制御するようにしてもよい。
また、異常検出部は、該異常検出部が設けられたモータ制御部によって制御されるモータが受ける負荷を推定する負荷推定部と、負荷推定部によって推定された負荷が所定の閾値を超えた場合、異常検出部が設けられたモータ制御部によって制御されるモータで駆動される軸について異常が発生したと判定する異常判定部と、異常判定部により異常が発生したと判定された場合、異常検出信号を出力する信号出力部と、を有してもよい。
本発明によれば、複数の軸を用いて工具によるワークの加工を行う工作機械において、異常が発生した時に、ワークと工具とが接触しない安全な状態を早期に確保することができるモータ制御装置を実現することができる。
本発明によれば、ボールネジやカップリング、減速機などのような連結機構を介さないダイレクトドライブモータやリニアモータを制御するモータ制御部に異常検出部を設け、この異常検出部により、ダイレクトドライブモータやリニアモータが駆動する軸の異常負荷を監視するので、異常負荷発生から異常負荷検出までの時間を短縮することができるとともに、負荷の状態を正確に検出することができる。また、異常検出部による正確な検出結果に基づき出力された異常検出信号を、数値制御部を経由せずに、モータ制御部間を結ぶ通信部を介して他のモータ制御部に設けられた安全動作制御部に送信するので、異常負荷検出から安全動作開始までの時間をより一層短縮することができ、誤動作の可能性も低い。異常負荷検出から早期に安全動作を開始することができるので、ワークや工具が破損したり変形したり、工作機械そのものや当該工作機械を含む製造ラインの故障を防ぐことができる。安全動作の誤動作の可能性も低いので、効率の良いワーク加工が実現可能である。
本発明の実施形態による工作機械におけるモータ制御装置を示す図である。 本発明の実施形態による工作機械におけるモータ制御装置の安全動作に係る動作フローを示すフローチャートである。 本発明の実施形態による工作機械におけるモータ制御装置内の異常検出部の一例を示すブロック図である。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の実施形態による工作機械におけるモータ制御装置を示す図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。
一般に工作機械においては、工具やワークが取り付けられた軸ごとにモータが設けられる。本発明の実施形態によるモータ制御装置が適用される工作機械は、旋盤や研削盤など工具4とワーク3との接触方向が略一方向である機械であることが好ましい。ここでは、一例として、工具軸30Aに取り付けられた工具4により、ワーク軸30B及び30Cに取り付けられたワーク3を加工する工作機械1000について説明する。以下、工具軸30A並びにワーク軸30B及び30Cについては、単に「軸」と称することがある。工具軸30Aの駆動源としてサーボモータ2Aが設けられる。サーボモータ2Aと工具4との間には、ボールネジやカップリング、減速機などのような連結機構5が設けられる。一方、ワーク軸30B及び30Cの駆動源として、ダイレクトドライブモータ2B及び2Cが設けられる。
本発明の実施形態によれば、軸30A、30B及び30Cを用いて工具4によるワーク3の加工を行う工作機械1000におけるモータ制御装置1は、複数のモータ制御部11A、11B及び11Cと、異常検出部12と、安全動作制御部13と、通信部14とを備える。
サーボモータ2Aを制御するためにモータ制御部11Aが設けられ、ダイレクトドライブモータ2B及び2Cを制御するためにモータ制御部11B及び11Cがそれぞれ設けられる。以下、モータ制御部の参照符号11A、2B及び2Cを、まとめて参照符号11で示すことがある。モータ制御部11は、各モータ2A、2B、2Cに駆動電力を供給する主回路系(図示せず)と各モータ2A、2B、2Cの動作を制御する制御系(図示せず)とからなる。
モータ制御部11の主回路系としては、例えば、交流電源(図示せず)から供給された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力する整流器(図示せず)と、DCリンクに接続され、DCリンクにおける直流電力を交流電力に変換して各モータ2A、2B及び2Cへ供給する逆変換器(図示せず)とからなる。用いられる整流器の実施形態は特に限定されず、例えばダイオード整流器、あるいはPWM制御方式の整流器などがある。また、逆変換器についても実施形態は特に限定されず、一般的には交直双方向に変換可能である電力変換器であり、例えばPWMインバータがある。PWMインバータは、スイッチング素子およびこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、モータ制御部11の制御系において生成された駆動指令に基づいてスイッチング素子のスイッチング動作がPWM制御される。スイッチング素子の例としては、IGBT、サイリスタ、GTO(Gate Turn−OFF thyristor:ゲートターンオフサイリスタ)、トランジスタなどがあるが、半導体スイッチング素子の種類自体は本発明を限定するものではなく、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。モータ制御部11内の逆変換器は、DCリンク側から供給される直流電力を、モータ制御部11の制御系から受信した駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、各モータ2A、2B及び2Cを駆動するための所望の電圧および所望の周波数の交流電力に変換する。これにより、各モータ2A、2B及び2Cは、供給された電圧可変および周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。
一方、モータ制御部11A、11B及び11Cの制御系は、数値制御部15からの指令に基づき、モータ制御部11A、11B及び11Cの主回路系に含まれる逆変換器内のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのスイッチング指令を生成する。モータ制御部11A、11B及び11Cは、加工プログラムに基づき工作機械1000の各軸2A、2B及び2Cを駆動するための指令を生成する数値制御部15とは独立して設けられる。
数値制御部15は、所定の加工プログラムに基づき、工具軸30Aに取り付けられた工具4により、ワーク軸30B及び30Cに取り付けられたワーク3を加工するための指令を生成する。加工プログラムは、工作機械1000が所定の作業を行うためのコマンド処理をプログラミングした情報である。例えば、工具4をサーボモータ2Aによりワーク3に移動させるための動作コマンド、ダイレクトドライブモータ2B及び2Cによりワーク3を回転させるための動作コマンド、任意の信号を外部に通知するコマンド、任意の信号の状態を読取るコマンド、などの情報が加工プログラムに含まれる。また、加工プログラムには、ワーク3に対する工具4の位置情報や、操作する信号の番号も含まれてもよい。もちろん、プログラム上に登録可能なコマンドであれば何でもよい。つまり、ここに例示したプログラミング情報に本発明は限定されない。数値制御部15によって生成された指令は、モータ制御部11A、11B及び11Cへ送られる。
異常検出部12は、複数のモータ制御部のうちの少なくとも1つに設けられればよく、異常検出部が設けられたモータ制御部によって制御されるモータで駆動される軸について異常を検出した場合、異常検出信号を出力する。また、異常検出部12は、ダイレクトドライブモータもしくはリニアモータを制御するモータ制御部に設けられる。このように異常検出部12をダイレクトドライブモータもしくはリニアモータを制御するモータ制御部に設けるのは次の理由による。ダイレクトドライブモータもしくはリニアモータは、ボールネジやカップリング、減速機などのような連結機構をほとんど介さないため、これらダイレクトドライブモータもしくはリニアモータで駆動される軸に関しては工具とワークの接触以外の外乱が入る要素が少なく、仮に軸に異常な負荷がかかったとしても当該異常負荷がダイレクトドライブモータもしくはリニアモータまで伝搬するのに要する時間は、連結機構を介するモータに比べて非常に短い(例えば、1〜2ミリ秒)。したがって、本実施形態では、ダイレクトドライブモータもしくはリニアモータを制御するためのモータ制御部に異常検出部12を設け、従来例にあった異常負荷発生から異常負荷検出までの時間を短縮する。図示の例では、異常検出部12は、ダイレクトドライブモータ2B及び2Cを制御するモータ制御部11B及び11Cに設けられる。異常検出部12は、モータ制御部11B及び11Cによって制御されるダイレクトドライブモータ2B及び2Cで駆動される軸30B及び30のいずれかについて異常を検出した場合、異常検出信号を出力する。
安全動作制御部13は、異常検出部12が設けられたモータ制御部とは異なるモータ制御部に設けられ、異常検出信号を受信した場合、工具がワークと接触しなくなるよう、工具が設けられた軸の駆動用のモータを制御する。図示の例では、異常検出部12はモータ制御部11B及び11Cに設けられることから、これらとは異なるサーボモータ2Aを制御するモータ制御部11Aに設けられる。安全動作制御部13は、異常検出信号を受信した場合、工具4がワーク3と接触しなくなる安全な位置まで工具4をワーク3から引き離す安全動作を実行するよう、工具4が設けられた工具軸30Aの駆動用のサーボモータ2Aを制御する。旋盤や研削盤などである工作機械1000においては、工具4とワーク3との接触方向は略一方向であるので、異常負荷時における工具4とワーク3との干渉方向も略一方向である。このような干渉を回避する安全動作としては、工具4をワーク3から例えば数十ミリメートル引き戻すといった動作がある。サーボモータ制御部11A内の安全動作制御部13には、このような引き戻し量を指示するパラメータが予め規定された動作プログラムが設定されており、安全動作制御部13は、異常検出信号を受信した場合はこの動作プログラムにしたがって安全動作を実行するようサーボモータ2Aを制御する。
通信部14は、各モータ制御部11A、11B及び11C内の制御系間で通信を行うためのものである。モータ制御部11Bもしくは11C内の異常検出部12から出力された異常検出信号は、通信部14を介して、モータ制御部11A内の安全動作制御部13へ送信される。上述したように数値制御部15はモータ制御部11A、11B及び11Cとは独立して設けられているので、モータ制御部11Bもしくは11C内の異常検出部12から出力された異常検出信号は、数値制御部15を経由せずに、モータ制御部11A内の安全動作制御部13へ送信される。モータ制御部11A、11B及び11C間の通信を数値制御部15経由で行うと例えば4〜8ミリ秒程度の信号伝播時間を要するところ、本発明では通信部14を介してモータ制御部11A、11B及び11C間で直接的に通信するので例えば1〜2ミリ秒程度の非常に短い信号伝播時間で済むので、異常負荷検出から安全動作開始までの時間をより一層短縮することができる。
モータ制御部11A、11B及び11Cの制御系を1個のDSP(Digital Signal Processor:ディジタルシグナルプロセッサ)にて実現する場合は、各モータ制御部11A、11B及び11C間を結ぶ通信部14は、DSP内のディジタルデータ処理機能の1つとして実現することができる。また、各モータ制御部11A、11B及び11Cの制御系を個別のDSP(図示の例では3個)で実現する場合は、各モータ制御部11A、11B及び11C間を結ぶ通信部14は、各DSP間におけるディジタルデータ通信として実現することができる。いずれの場合でも通信部14を介したモータ制御部11A、11B及び11C間の高速通信が実現可能である。DSP内もしくは各DSP間のディジタルデータ通信は通信容量は小さいものの高速通信が可能であり、数値制御部15とDSP(モータ制御部11)との間の通信は、高速ではないが、大容量の通信に適している。
図示した例では、異常検出部12を複数のモータ制御部11(すなわち11B及び11C)に設けているが、1個のモータ制御部にのみ設けてもよい。ただし、図示した例のように異常検出部12を複数のモータ制御部11に設けることによって、安全動作制御部13は、複数設けられた異常検出部12のいずれかのうちから最も早く出力された異常検出信号に基づいて、工具4がワーク3と接触しなくなるよう工具4が設けられた工具軸30Aの駆動用のサーボモータ2Aを制御することができるので、異常負荷検出から安全動作開始までの時間をより一層短縮することができる。つまり、ボールネジやカップリング、減速機などのような連結機構を介さないダイレクトドライブモータ(もしくはリニアモータ)を制御するモータ制御部が複数存在する場合、これら複数のモータ制御部それぞれに設けられた複数の異常検出部12により、軸の異常負荷を監視すれば、異常負荷を早期に検出することができ、異常負荷検出から安全動作開始までの時間をより一層短縮することができる。
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、ボールネジやカップリング、減速機などのような連結機構5を介さないダイレクトドライブモータ2B及び2Cを制御するモータ制御部11B及び11Cに異常検出部12を設け、この異常検出部12により、ダイレクトドライブモータ2B及び2Cが駆動する軸の異常負荷を監視するので、異常負荷発生から異常負荷検出までの時間を短縮することができるとともに、負荷の状態を正確に検出することができる。また、異常検出部12による正確な検出結果に基づき出力された異常検出信号を、数値制御部15を経由せずに、モータ制御部11間を結ぶ通信部14を介してモータ制御部11Aに設けられた安全動作制御部13に送信するので、異常負荷検出から安全動作開始までの時間をより一層短縮することができ、誤動作の可能性も低い。異常負荷検出から早期に安全動作を開始することができるので、ワークや工具が破損したり変形したり、工作機械そのものや当該工作機械を含む製造ラインの故障を防ぐことができる。安全動作の誤動作の可能性も低いので、効率の良いワーク加工が実現可能である。
なお、上述の実施形態では、異常検出部12が設けられるモータ制御部11が制御するモータをダイレクトドライブモータとしたが、リニアモータであってもよい。
図2は、本発明の実施形態による工作機械におけるモータ制御装置の安全動作に係る動作フローを示すフローチャートである。
工作機械1000において、工具軸30Aに取り付けられた工具4により、ワーク軸30B及び30Cに取り付けられたワーク3を加工している状態(ステップS101)において、ステップS102では、モータ制御部11B及び11Cに設けられた異常検出部12が、モータ制御部11B及び11Cによって制御されるダイレクトドライブモータ2B及び2Cで駆動される軸30B及び30のいずれかについて異常を検出したか否かを判定する。ステップS102において異常検出信号を検出しなかった場合はステップS101へ戻り、異常検出信号を検出した場合はステップS103へ進む。
ステップS013において、異常検出部12は異常検出信号を出力し、通信部14を介して安全動作制御部13へ送信する。
ステップS104では、モータ制御部11A内の安全動作制御部13は、工具4がワーク3と接触しなくなる安全な位置まで工具4をワーク3から引き離す安全動作を実行するよう、工具4が設けられた工具軸30Aの駆動用のサーボモータ2Aを制御する。
図3は、本発明の実施形態による工作機械におけるモータ制御装置内の異常検出部の一例を示すブロック図である。
軸の異常負荷の検出する異常検出部12は、異常検出部12が設けられたモータ制御部(図1の例では参照符号11B及び11C)によって制御されるモータ(図1の例ではダイレクトドライブモータ2B及び2C)が受ける負荷を推定する負荷推定部21と、負荷推定部21によって推定された負荷が所定の閾値を超えた場合、異常検出部12が設けられたモータ制御部によって制御されるモータで駆動される軸について異常が発生したと判定する異常判定部22と、異常判定部22により異常が発生したと判定された場合、異常検出信号を出力する信号出力部23とを有する。なお、負荷推定部21による不可能推定は、公知の方法を用いてもよく、例えば、オブザーバ回路を設けて実際のモータ速度とトルク指令との2入力に基づいて負荷を推定する方法、トルク指令とトルク測定装置によるトルク測定結果との2入力に基づいて負荷を推定する方法などがある。
以上説明した実施形態では、異常検出部12が検出した異常負荷に基づいて安全動作制御部13による安全動作を開始していたが、この変形例として、異常負荷以外の異常を示すアラーム信号に基づいて安全動作制御部13による安全動作を開始するようにしてもよい。
上述した異常検出部12(負荷推定部21、異常判定部22及び信号出力部23を含む)並びに安全動作制御部13は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ制御部11の制御系を構成するDSPに当該ソフトウェアプログラムがインストールされ、DSP内の演算処理部(図示せず)が記憶部にインストールされた当該ソフトウェアプログラムに従って動作することで、各部の機能を実現する。またあるいは、これら異常検出部12(負荷推定部21、異常判定部22及び信号出力部23を含む)並びに安全動作制御部13を、これら各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよく、この場合は、当該半導体集積回路を既存のモータ制御部に取り付けることによって、各部の機能を実現することができる。
1 モータ制御装置
2A サーボモータ
2B、2C ダイレクトドライブモータ
3 ワーク
4 工具
5 連結機構
11、11A、11B、11C モータ制御部
12 異常検出部
13 安全動作制御部
14 通信部
15 数値制御部
21 負荷推定部
22 異常判定部
23 信号出力部
30A 工具軸
30B、30C ワーク軸
1000 工作機械

Claims (5)

  1. 複数の軸を用いて工具によるワークの加工を行う工作機械におけるモータ制御装置であって、
    各前記軸の駆動用にそれぞれ設けられた各モータをそれぞれ制御する複数のモータ制御部と、
    前記複数のモータ制御部のうちの少なくとも1つに設けられる異常検出部であって、前記異常検出部が設けられたモータ制御部によって制御されるモータで駆動される軸について異常を検出した場合、異常検出信号を出力する異常検出部と、
    前記異常検出部が設けられた前記モータ制御部とは異なるモータ制御部に設けられ、前記異常検出信号を受信した場合、工具がワークと接触しなくなるよう、工具が設けられた軸の駆動用のモータを制御する安全動作制御部と、
    各前記モータ制御部間で通信を行う通信部であって、前記異常検出部から出力された前記異常検出信号を前記安全動作制御部へ送信する通信部と、
    を備えることを特徴とするモータ制御装置。
  2. 前記異常検出部は、ダイレクトドライブモータもしくはリニアモータを制御する前記モータ制御部に設けられる、請求項1に記載のモータ制御装置。
  3. 前記モータ制御部は、加工プログラムに基づき前記工作機械の軸を駆動するための指令を生成する数値制御部とは独立して設けられる、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
  4. 前記異常検出部は、前記複数のモータ制御部の各々に設けられ、
    前記安全動作制御部は、複数設けられた前記異常検出部のいずれかのうちから最も早く出力された前記異常検出信号に基づいて、工具がワークと接触しなくなるよう前記工具が設けられた軸の駆動用のモータを制御する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
  5. 前記異常検出部は、
    前記異常検出部が設けられたモータ制御部によって制御されるモータが受ける負荷を推定する負荷推定部と、
    前記負荷推定部によって推定された負荷が所定の閾値を超えた場合、前記異常検出部が設けられたモータ制御部によって制御されるモータで駆動される軸について異常が発生したと判定する異常判定部と、
    前記異常判定部により異常が発生したと判定された場合、異常検出信号を出力する信号出力部と、
    を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021065185A1 (ja) * 2019-10-01 2021-04-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 モータ制御装置及びモータ制御システム

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6803261B2 (ja) * 2017-02-24 2020-12-23 オークマ株式会社 工作機械における動作制御方法
CN111897289B (zh) * 2020-08-05 2022-02-18 上海柏楚电子科技股份有限公司 电机驱动机构的力矩信息处理方法、装置、设备与介质
EP4124918A1 (de) * 2021-07-30 2023-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben einer werkzeug- und/oder produktionsmaschine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05138500A (ja) * 1991-11-15 1993-06-01 Yokogawa Electric Corp ドリル加工装置
JPH08314516A (ja) * 1995-05-22 1996-11-29 Fanuc Ltd Cncの軸制御方式
JP2003169497A (ja) * 2001-12-03 2003-06-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd サーボドライブシステム、射出成型機、サーボモータ制御方法及び射出成型機の動作方法
JP2005176493A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Yaskawa Electric Corp モータ駆動装置の非常停止方法
JP2005321979A (ja) * 2004-05-07 2005-11-17 Fanuc Ltd 数値制御装置
JP2006154998A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Fanuc Ltd 制御装置
WO2012176268A1 (ja) * 2011-06-20 2012-12-27 三菱電機株式会社 モータ制御装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3791573B2 (ja) 1998-04-22 2006-06-28 株式会社ジェイテクト 同期駆動装置
JP5395720B2 (ja) 2010-03-29 2014-01-22 オークマ株式会社 停電時制御装置
JP5129362B2 (ja) * 2011-03-31 2013-01-30 ファナック株式会社 主軸駆動用モータの制御装置
JP5612058B2 (ja) 2012-11-09 2014-10-22 ファナック株式会社 送り軸モータおよび主軸モータを有する工作機械の制御装置
JP5722400B2 (ja) * 2013-08-22 2015-05-20 ファナック株式会社 主軸を有する工作機械の制御装置
JP5815780B2 (ja) * 2014-03-19 2015-11-17 ファナック株式会社 異常負荷発生時加工面を保護できるモータ制御装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05138500A (ja) * 1991-11-15 1993-06-01 Yokogawa Electric Corp ドリル加工装置
JPH08314516A (ja) * 1995-05-22 1996-11-29 Fanuc Ltd Cncの軸制御方式
JP2003169497A (ja) * 2001-12-03 2003-06-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd サーボドライブシステム、射出成型機、サーボモータ制御方法及び射出成型機の動作方法
JP2005176493A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Yaskawa Electric Corp モータ駆動装置の非常停止方法
JP2005321979A (ja) * 2004-05-07 2005-11-17 Fanuc Ltd 数値制御装置
JP2006154998A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Fanuc Ltd 制御装置
WO2012176268A1 (ja) * 2011-06-20 2012-12-27 三菱電機株式会社 モータ制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021065185A1 (ja) * 2019-10-01 2021-04-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 モータ制御装置及びモータ制御システム

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