JP5863919B1

JP5863919B1 - 工作機械の制御装置

Info

Publication number: JP5863919B1
Application number: JP2014201699A
Authority: JP
Inventors: 有紀森田; 大輔田嶋
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: CN105458830A; DE102015012315B4; US20160089759A1; CN105458830B; DE102015012315A1; JP2016071710A; US10001212B2

Abstract

【課題】主軸モータがオーバーヒートするのを確実に防止できる工作機械の制御装置を提供する。【解決手段】回転式の主軸と主軸のワークに対する送り運動を与える送り軸とを有する工作機械の制御装置１は、主軸を駆動する主軸モータＭ１に流れる電流を検出する電流検出部１１と、主軸モータＭ１の温度を検出する温度検出部１３と、予め定めた主軸モータＭ１の最大許容温度及び温度検出部１３による温度検出値に基づいて、温度検出値が検出されたときの電流検出部１１による電流検出値が主軸モータＭ１に流れ続けた場合に主軸モータＭ１の温度が最大許容温度に到達するまでの残り時間を推定する残り時間推定部１５と、残り時間推定部１５による残り時間の推定値に応じて送り運動の速度を変更する送り速度変更部１７１と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の制御装置に関し、特に、主軸の送り運動の速度を変更可能な工作機械の制御装置に関する。

種々の工作機械の分野では、主軸用の駆動装置（モータ及びアンプ等）の検出温度が最大許容温度に近づいたら主軸に加わる負荷が低下するように送り軸の動作を制御する制御方法が広く採用されている。例えば、特許文献１には、送り軸の早送り時又は切削送り時の発熱量をシミュレーションした結果からプログラム実行時の発熱量を演算するとともに、その演算値が許容値以下になるように送り動作の加減速の時定数を変更する制御装置が提案されている。また、特許文献２には、永久磁石式のモータの定格損失から銅損及び鉄損を差し引いて求めた値をモータの許容損失と見做し、その値に応じたｄ軸電流をモータに流すことでモータの過負荷を防止する制御装置が提案されている。また、特許文献３には、サーボドライバ（すなわちアンプ）の温度を検出する温度センサと、温度センサの検出温度に応じて駆動部の出力を低下させるコントローラと、を備えた自己保護機能付きの駆動装置が提案されている。

このように、主軸モータに加わる負荷を主軸モータの検出温度に応じて調整する制御方法が従来技術から公知である。ところが、モータの温度が上昇する割合は現時点でモータに加わる負荷に応じて変動するので、特許文献１〜３の従来技術を用いても、現在の負荷が継続した場合にモータがどの程度の時間でオーバーヒートするのかを知ることはできなかった。そのため、特許文献１〜３の従来技術を用いてモータのオーバーヒートを防止するためには、温度上昇率が大きい場合を想定して、モータの検出温度が比較的低いときもモータに加わる負荷を調整する必要があった。つまり、特許文献１〜３の従来技術を用いる場合にはモータの動作を保守的に制御する必要があるので、モータの能力を最大限に発揮することができない。

これに関連して、特許文献４には、現在の負荷が継続した場合にモータがオーバーヒートするまでの残り時間を、現在のモータの温度及び電流の検出値から推定する機能を備えた制御装置が提案されている。ところが、特許文献４の制御装置は、オーバーヒートまでの残り時間の推定値を表示器に表示するにすぎないので、モータのオーバーヒートを防止するためには、使用者が表示された残り時間を参考にしてモータに加わる負荷を調整する必要があった。

特開２０００−２７１８３６号公報国際公開第２００５／０９３９４２号パンフレット特開２００３−００５８３６号公報特開２０１４−１５６００５号公報

主軸モータがオーバーヒートするのを確実に防止できる工作機械の制御装置が求められている。

本発明の第１の態様によれば、回転式の主軸と主軸のワークに対する送り運動を与える送り軸とを有する工作機械の制御装置であって、主軸を駆動する主軸モータに流れる電流を検出する電流検出部と、主軸モータの温度を検出する温度検出部と、予め定めた主軸モータの最大許容温度及び温度検出部による温度検出値に基づいて、温度検出値が検出されたときの電流検出部による電流検出値が主軸モータに流れ続けた場合に主軸モータの温度が最大許容温度に到達するまでの残り時間を推定する残り時間推定部と、残り時間推定部による残り時間の推定値に応じて送り運動の速度を変更する送り速度変更部と、を有する工作機械の制御装置が提供される。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、送り速度変更部は、残り時間推定部による残り時間の推定値が予め定めた閾値以下になったら、送り運動の速度を予め定めた傾きで予め定めた変化量だけ減少させる、工作機械の制御装置が提供される。
本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、送り速度変更部は、送り運動の速度を変化量だけ減少させた後に、送り運動の速度を変化量よりも小さい他の変化量だけ増加させる、工作機械の制御装置が提供される。
本発明の第４の態様によれば、第１の態様において、送り運動の速度を検出する送り速度検出部と、残り時間推定部による残り時間の推定値が予め定めた閾値以下になったら、残り時間推定部による残り時間の推定値、送り速度検出部による速度検出値、及び電流検出部による電流検出値に基づいて、送り運動の速度と残り時間との間の対応関係を算出する対応関係算出部と、対応関係算出部が算出した対応関係から残り時間の閾値に対応する送り運動の速度値を特定する送り速度特定部と、をさらに有し、送り速度変更部は、送り運動の速度を、送り速度特定部が特定した速度値に向かって減少させる、工作機械の制御装置が提供される。

本発明の第１の態様によれば、主軸モータの温度が最大許容温度に到達するまでの残り時間が閾値以下になったら、そのときの残り時間に応じて送り運動の速度が変更されるので、主軸モータがオーバーヒート状態に陥るのを確実に防止できるようになる。
本発明の第２の態様によれば、送り運動の速度を所定の傾き及び変化量で減少させるオーバーライド制御が実行されるので、送り速度変更部の構成を簡素化できるとともに、オーバーライド制御によるシステム負荷を軽減できるようになる。
本発明の第３の態様によれば、送り運動の速度を一旦減少させてから再び増加させるオーバーライド制御が実行されるので、主軸モータの負荷が低い状態のまま維持されるのを防止でき、結果的に、主軸モータの能力をより有効に活用できるようになる。
本発明の第４の態様によれば、送り運動の速度を上記の残り時間の閾値に対応する速度値に向かって減少させるオーバーライド制御が実行されるので、上記の残り時間が常に閾値の近傍に維持されるようになる。その結果、主軸モータの能力を最大限に活用できるようになる。

本発明の第１の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。図１中の送り軸モータ制御部で実行される例示的なオーバーライド制御による送り速度の時間変化を示すグラフである。図２に示されるオーバーライド制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図１中の送り軸モータ制御部で実行されるオーバーライド制御の変形例による送り速度の時間変化を示すグラフである。図４に示されるオーバーライド制御の具体的な手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。図６中の対応関係算出部が算出した送り速度と残り時間との間の対応関係を示すグラフである。図６中の送り軸モータ制御部で実行される例示的なオーバーライド制御による送り速度の時間変化を示すグラフである。図８に示されるオーバーライド制御の具体的な手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲や用語の意義等を限定するものではない。

図１〜図５を参照して、本発明の第１の実施形態の制御装置について説明する。図１は、本実施形態の例示的な制御装置１の構成を示すブロック図である。本例の制御装置１は、切削工具が取り付けられる回転式の主軸と、ワークに対する主軸の送り運動を与える送り軸と、を備えた工作機械の動作を制御する。図１には、工作機械の主軸及び送り軸をそれぞれ駆動する主軸モータＭ１及び送り軸モータＭ２が、制御装置１と一緒に示されている。

図１のように、本例の制御装置１は、電流検出部１１、速度検出部１２、及び温度検出部１３を有している。これらの機能について以下に順に説明する。本例の電流検出部１１はモータを駆動するための主軸モータ制御部１６に内蔵されている電流検出素子であり、主軸モータＭ１に流れる電流を検出する機能を有する。本例の速度検出部１２は主軸モータＭ１に取り付けられたエンコーダであり、主軸モータＭ１の回転速度を検出する機能を有する。本例の温度検出部１３は、主軸モータＭ１に取り付けられた温度検出素子であり、主軸モータＭ１の温度を検出する機能を有する。なお、本例の主軸モータＭ１がオーバーヒート状態に陥る境界温度は、予め実験的に又は理論的に決定されるものとする。このような温度を以下では最大許容温度と称する。

引き続き図１を参照すると、本例の制御装置１は、記憶部１０、主軸負荷計算部１４、残り時間推定部１５、主軸モータ制御部１６、及び送り軸モータ制御部１７をさらに有している。これらの機能について以下に順に説明する。本例の記憶部１０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び不揮発性記憶装置等を含む記憶領域であり、種々のデータを保持する機能を有する。特に、本例の記憶部１０には、主軸モータＭ１の最大許容温度Ｔｍ、並びに後述する閾値Ｒｔ、速度変化の傾きｃ１，ｃ２、及び速度変化量ｄｖ１等のデータが格納されている。ここで、最大許容温度Ｔｍは、主軸モータＭ１がオーバーヒート状態に陥る境界温度である。最大許容温度Ｔｍは予め使用者によって実験的に又は理論的に決定される。本例の主軸負荷計算部１４は、電流検出部１１による電流検出値及び速度検出部１２による速度検出値を用いて、主軸モータＭ１に加わる負荷を計算する機能を有する。

続いて、本例の残り時間推定部１５は、電流検出部１１による電流検出値が一定のまま主軸モータＭ１に流れ続ける場合に主軸モータＭ１の温度が上記の最大許容温度Ｔｍに到達するまでの残り時間（すなわち、主軸モータＭ１がオーバーヒートするまでの残り時間）を推定する機能を有する。図１のように、本例の残り時間推定部１５は、予め記憶部１０に格納された主軸モータＭ１の最大許容温度Ｔｍのデータ、電流検出部１１による電流検出値、及び速度検出部１２による速度検出値を用いて上記の残り時間を推定する。本例の残り時間推定部１５が上記の残り時間を推定する手順について以下に詳細に説明する。

一般に、モータに一定の電流値を流し続けたときのモータの温度上昇量は、その電流値の二乗に比例することが知られている。そのため、モータの単位時間当たりの温度上昇量Ｔｃは、モータに流れる電流Ｉから以下の数式（１）によって求められる。

ここで、定数Ｋ１は予め実験的に算出される。つまり、定数Ｋ１は、モータに或る電流値を流し続けたときの温度上昇量から逆算される。

そして、モータの温度上昇量Ｔを所定のサンプリング周期Ｔｓで求める場合には、第ｎ回目のサンプリング時の温度上昇量Ｔ（ｎ）が以下の漸化式（２）で表される。

ここで、上記の漸化式（２）中の定数λは、サンプリング周期Ｔｓ及びモータの熱時定数τから以下の数式（３）によって求められる。

上記の漸化式（２）を変形すると以下の数式（４）が得られる。

ここで、上記の数式（４）中のＴ（０）は、モータの温度上昇量Ｔ（ｎ）の初期値、すなわち、或る時点におけるモータの温度と周囲の温度との間の温度差である。
上記の数式（４）を用いれば、モータの温度上昇量の初期値Ｔ（０）から、任意の時点における温度上昇量Ｔ（ｎ）を求めることができる。

上記の数式（４）をさらに変形すると以下の数式（５）が得られる。

そして、第ｎ回目のサンプリング時にモータの温度が最大許容温度Ｔｍに到達すると仮定して、上記の数式（５）にＴ（ｎ）＝Ｔａｌｍを代入すると、以下の数式（６）が得られる。ここで、Ｔａｌｍは最大許容温度Ｔｍに対応する温度上昇量である。

上記の仮定の下では、サンプリングが開始されてからモータの温度が最大許容温度Ｔｍに到達するまでの所要時間が、Ｔｓとｎを掛けることによって求められる。従って、或る時点で検出された電流値を主軸モータＭ１に流し続けた場合に主軸モータＭ１の温度が最大許容温度Ｔｍに到達するまでの残り時間Ｒは、上記の時点で検出された主軸モータＭ１の温度と周辺の温度との間の温度差Ｔ（０）から以下の数式（７）によって求めることができる。

本例の残り時間推定部１５は、上記の数式（７）を用いて残り時間Ｒを推定する。特許文献４にも同様の推定方法が示されている。

引き続き図１を参照すると、本例の主軸モータ制御部１６は主軸モータＭ１の動作を制御するモータドライバである。より具体的に、本例の主軸モータ制御部１６は、主軸モータＭ１に供給される電流の量、向き、及びタイミング等を調整することで主軸モータＭ１の動作を制御する。また、本例の送り軸モータ制御部１７は送り軸モータＭ２の動作を制御するモータドライバである。より具体的に、本例の送り軸モータ制御部１７は、送り軸モータＭ２に供給される電流の量、向き、及びタイミング等を調整することで送り軸モータＭ２の動作を制御する。図１のように、本例の送り軸モータ制御部１７は送り速度変更部１７１を含んでいる。そして、本例の送り速度変更部１７１は、残り時間推定部１５が求めた上記の残り時間Ｒの推定値に応じて送り軸モータＭ２のオーバーライド制御を実行する。特に、本例の送り速度変更部１７１は、残り時間推定部１５が推定した残り時間Ｒが所定の閾値以下になった場合に、送り軸モータＭ２による送り運動の速度を減少させるオーバーライド制御を実行する。以下では、送り軸モータＭ２による送り運動の速度を単に「送り速度」と称する。

図２は、図１中の送り軸モータ制御部１７で実行される例示的なオーバーライド制御による送り速度ｖの時間変化を示すグラフである。図２のグラフには、送り速度ｖの時間変化と一緒に、主軸モータＭ１に加わる負荷Ｌ及びオーバーヒートまでの残り時間Ｒのそれぞれの時間変化が示されている。図２から分かるように、本例のオーバーライド制御では、残り時間推定部１５による残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下になったら、送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを速度変化の傾きｃ１で速度変化量ｄｖ１だけ減少させる。上記の速度変化の傾きｃ１及び速度変化量ｄｖ１は予め記憶部１０に格納されている。このように本例のオーバーライド制御によれば、残り時間Ｒが閾値Ｒｔ以下になったら、送り速度ｖが速度変化量ｄｖ１だけ減少するので、主軸モータＭ１の負荷も対応する変化量だけ減少することになる。これにより残り時間Ｒが一時的に増加するので、主軸モータＭ１の温度が最大許容温度Ｔｍまで上昇すること、すなわち、主軸モータＭ１がオーバーヒート状態に陥ることを確実に防止できる。

図２から分かるように、送り速度ｖが所定の速度変化量ｄｖ１だけ減少した後も主軸モータＭ１の負荷Ｌが連続定格値Ｌｃより大きい場合には、切削加工が継続されることによって残り時間Ｒが再び閾値Ｒｔに向かって減少することになる。そのため、切削加工が継続される間は、送り軸モータ制御部１７が残り時間Ｒを監視しながら、負荷Ｌが連続定格値Ｌｃ以下になるまで上記のオーバーライド制御を繰り返す。なお、上記のオーバーライド制御が繰り返される場合に使用される速度変化の傾きｃ１及び速度変化量ｄｖ１のそれぞれは、全サイクルにわたって均一の値であってもよいし、サイクルごとに変動する値であってもよい。

図３は、図２に示されるオーバーライド制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図３のように、先ず、ステップＳ３０１では、送り軸モータ制御部１７が、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御が進行中であるかどうかを判定する。ステップＳ３０１で、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御が進行中ではないと判定された場合（ステップＳ３０１のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７は、残り時間推定部１５が求めた残り時間Ｒの推定値が所定の閾値Ｒｔ以下であるかどうかをさらに判定する（ステップＳ３０２）。

ステップＳ３０２で、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下であると判定された場合には（ステップＳ３０２のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、所定の速度変化の傾きｃ１及び速度変化量ｄｖ１で送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御を開始する（ステップＳ３０３）。送り速度ｖが減少するのに伴い主軸モータＭ１の負荷Ｌも減少するので、オーバーヒートまでの残り時間Ｒが一時的に増加する（図２を参照）。ステップＳ３０２で、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下ではないと判定された場合、すなわち、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔよりも大きい場合には（ステップＳ３０２のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７が、現在の送り速度ｖの指令値に従って送り軸モータＭ２を制御する（ステップＳ３０４）。

ステップＳ３０１で、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御が進行中であると判定された場合には（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、オーバーライド制御による送り速度ｖの減少量が所定の値（速度変化量ｄｖ１）に達したかどうかをさらに判定する（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０５で、送り速度ｖの減少量が所定の値に達していないと判定された場合には（ステップＳ３０５のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御を継続する（ステップＳ３０６）。ステップＳ３０５で、送り速度ｖの減少量が所定の値に達したと判定された場合には（ステップＳ３０５のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御を停止する（ステップＳ３０７）。

続いて、図１中の送り軸モータ制御部１７で実行されるオーバーライド制御の変形例について説明する。図４は、本例のオーバーライド制御による送り速度ｖの時間変化を示すグラフである。前述した図２のグラフと同様に、図４のグラフには、送り速度ｖの時間変化と一緒に、主軸モータＭ１に加わる負荷Ｌ及びオーバーヒートまでの残り時間Ｒのそれぞれの時間変化が示されている。図４から分かるように、本例のオーバーライド制御では、残り時間推定部１５による残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下になったら、送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを速度変化の傾きｃ１で速度変化量ｄｖ１だけ減少させる。上記の速度変化の傾きｃ１及び速度変化量ｄｖ１は予め記憶部１０に格納されている。さらに、本例のオーバーライド制御では、送り速度ｖが速度変化量ｄｖ１だけ減少した後に、送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを別の速度変化の傾きｃ２で速度変化量ｄｖ１よりも小さい速度変化量だけ増加させる。より具体的に、送り速度変更部１７１は、残り時間Ｒが再び閾値Ｒｔ以下になるまで送り速度ｖを増加させる。上記の速度変化の傾きｃ２は予め記憶部１０に格納されている。

図４から分かるように、本例のオーバーライド制御では、一旦残り時間Ｒが増加したら、送り速度ｖが今度は速度変化の傾きｃ２で増加するので、主軸モータＭ１の負荷Ｌも相応に増加することになる。つまり、本例のオーバーライド制御によれば、残り時間Ｒの増加後に送り速度ｖを減少前の速度に近づけ、主軸モータＭ１に加わる負荷Ｌを大きくするので、主軸モータＭ１の能力をより有効に活用できるようになる。その結果、本例のオーバーライド制御によれば、切削加工を比較的短時間で完了できるようになる。図４から分かるように、送り速度ｖが速度変化の傾きｃ１，ｃ２で変更された後も主軸モータＭ１の負荷Ｌが連続定格値Ｌｃより大きい場合には、切削加工が継続されることによって、残り時間Ｒが再び閾値Ｒｔに向かって減少することになる。そのため、切削加工が継続される間は、送り軸モータ制御部１７が残り時間Ｒを監視しながら、負荷Ｌが連続定格値Ｌｃ以下になるまで上記のオーバーライド制御を繰り返す。なお、上記のオーバーライド制御が繰り返される場合に使用される速度変化の傾きｃ１，ｃ２及び速度変化量ｄｖ１のそれぞれは、全サイクルにわたって均一の値であってもよいし、サイクルごとに変動する値であってもよい。

図５は、図４に示されるオーバーライド制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図５のように、先ず、ステップＳ５０１では、送り軸モータ制御部１７が、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御が進行中であるかどうかを判定する。ステップＳ５０１で、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御が進行中ではないと判定された場合（ステップＳ５０１のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７は、残り時間推定部１５が求めた残り時間Ｒの推定値が所定の閾値Ｒｔ以下であるかどうかをさらに判定する（ステップＳ５０２）。ステップＳ５０２で、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下であると判定された場合には（ステップＳ５０２のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７が、送り速度ｖを増加させるオーバーライド制御が進行中であるかどうかをさらに判定する（ステップＳ５０３）。

ステップＳ５０３で、送り速度ｖを増加させるオーバーライド制御が進行中であると判定された場合には（ステップＳ５０３のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを増加させるオーバーライド制御を停止し（ステップＳ５０４）、次いで、所定の速度変化の傾きｃ１及び速度変化量ｄｖ１で送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御を開始する（ステップＳ５０５）。ステップＳ５０３で、送り速度ｖを増加させるオーバーライド制御が進行中ではないと判定された場合には（ステップＳ５０３のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、所定の速度変化の傾きｃ１及び速度変化量ｄｖ１で送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御を開始する（ステップＳ５０５）。送り速度ｖが減少するのに伴い主軸モータＭ１の負荷Ｌも減少するので、オーバーヒートまでの残り時間Ｒが一時的に増加する（図４を参照）。

ステップＳ５０２で、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下ではないと判定された場合、すなわち、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔよりも大きい場合には（ステップＳ５０２のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７が、送り速度ｖを増加させるオーバーライド制御が進行中であるかどうかをさらに判定する（ステップＳ５０６）。ステップＳ５０６で、送り速度ｖを増加させるオーバーライド制御が進行中であると判定された場合には（ステップＳ５０６のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを増加させるオーバーライド制御を継続する（ステップＳ５０７）。ステップＳ５０６で、送り速度ｖを増加させるオーバーライド制御が進行中ではないと判定された場合には（ステップＳ５０６のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７が、現在の送り速度ｖの指令値に従って送り軸モータＭ２を制御する（ステップＳ５０８）。

ステップＳ５０１で、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御が進行中であると判定された場合には（ステップＳ５０１のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、オーバーライド制御による送り速度ｖの減少量が所定の値（速度変化量ｄｖ１）に達したかどうかをさらに判定する（ステップＳ５０９）。ステップＳ５０９で、送り速度ｖの減少量が所定の値に達していないと判定された場合には（ステップＳ５０９のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御を継続する（ステップＳ５１０）。ステップＳ５０９で、送り速度ｖの減少量が所定の値に達したと判定された場合には（ステップＳ５０９のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御を停止し（ステップＳ５１１）、次いで、別の速度変化の傾きｃ２で送り速度ｖを増加させるオーバーライド制御を開始する（ステップＳ５１２）。送り速度ｖが増加するのに伴い主軸モータＭ１の負荷Ｌも増加するので、主軸モータＭ１の能力がより有効に活用される（図４を参照）。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、主軸モータＭ１の温度が最大許容温度Ｔｍに到達するまでの残り時間Ｒが閾値Ｒｔ以下になったら、そのときの残り時間Ｒに応じて送り速度ｖが変更されるので、主軸モータＭ１がオーバーヒート状態に陥るのを確実に防止できるようになる。特に、図２に示す実施例によれば、送り速度ｖを所定の速度変化の傾きｃ１及び速度変化量ｄｖ１で減少させるオーバーライド制御が実行されるので、送り速度変更部１７１の構成を簡素化できるとともに、オーバーライド制御によるシステム負荷を軽減できるようになる。また、図４に示す実施例によれば、送り速度ｖを一旦減少させてから再び増加させるオーバーライド制御が実行されるので、主軸モータＭ１の負荷が低い状態のまま維持されるのを防止でき、結果的に、主軸モータＭ１の能力をより有効に活用できるようになる。

次に、図６〜図９を参照して、本発明の第２の実施形態の制御装置について説明する。本実施形態の制御装置は、以下に具体的に説明する部分を除いて、上述した第１の実施形態の制御装置と同様の機能及び構成を有する。そのため、第１の実施形態と同様の部分には第１の実施形態と共通の参照符号が使用されており、それら同様の部分についての詳細な説明は省略されている。

図６は、本実施形態の例示的な制御装置１の構成を示すブロック図である。図６のように、本例の制御装置１は、上述した記憶部１０、電流検出部１１、速度検出部１２、温度検出部１３、主軸負荷計算部１４、残り時間推定部１５、主軸モータ制御部１６、及び送り軸モータ制御部１７に加えて、送り速度検出部１８を有している。本例の送り速度検出部１８は送り軸モータＭ２に取り付けられたエンコーダであり、送り軸モータＭ２の回転速度、すなわち送り速度ｖを検出する機能を有する。また、本例の送り軸モータ制御部１７は、上述した送り速度変更部１７１に加えて、対応関係算出部１７２及び送り速度特定部１７３を有している。これらの機能について以下に詳細に説明する。

本例の対応関係算出部１７２は、残り時間推定部１５による残り時間Ｒの推定値、送り速度検出部１８による送り速度ｖの検出値、及び電流検出部１１による電流検出値を用いて、送り速度ｖと残り時間Ｒとの間の対応関係を算出する機能を有する。ただし、対応関係算出部１７２は、電流検出部１１による電流検出値の代わりに、主軸負荷計算部１４による負荷Ｌの計算値を用いて上記の対応関係を算出してもよい。図７は、図６中の対応関係算出部１７２が算出した送り軸速度ｖと残り時間Ｒとの間の対応関係を示すグラフである。このような対応関係が算出される原理について以下に説明する。

一般に、主軸モータＭ１による切削量は送り速度ｖに比例するので、主軸モータＭ１に加わる負荷Ｌは送り速度ｖに比例する（すなわちＬ∝ｖである）。また、主軸モータＭ１に流れる電流Ｉは主軸モータＭ１に加わる負荷Ｌに比例するので（すなわちＩ∝Ｌであるので）、主軸モータＭ１に流れる電流Ｉは送り速度ｖにも比例する（すなわちＩ∝ｖである）。上記の数式（１）及び（７）から分かるように、残り時間Ｒは電流Ｉの関数Ｒ（Ｉ）で表される。上述した通り、電流Ｉは送り速度ｖに比例するので（すなわちＩ∝ｖであるので）、残り時間Ｒはさらに送り速度ｖの関数Ｒ（ｖ）で表される。つまり、或る時点での残り時間Ｒ、電流Ｉ、及び送り速度ｖのそれぞれの値が分かれば、残り時間Ｒの関数Ｒ（ｖ）を一意的に決定できるので、送り速度ｖと残り時間Ｒとの対応関係を算出できる。或る時点での残り時間Ｒ、電流Ｉ、及び送り速度ｖのそれぞれの値（Ｒ０，Ｉ０，ｖ０）から決定された関数Ｒ（ｖ）のグラフが図７に示されている。図７のグラフは、主軸の送り運動を或る送り速度ｖ０で継続すると、それに対応する残り時間Ｒ０の経過後に主軸モータＭ１がオーバーヒートすることを意味している。なお、図７中の送り速度ｖｃは、主軸モータＭ１の負荷Ｌが連続定格値Ｌｃと等しくなるときの送り速度ｖの値である。

再び図６を参照すると、本例の送り速度特定部１７３は、対応関係算出部１７２が算出した送り速度ｖと残り時間Ｒとの間の対応関係（図７を参照）を参照して、残り時間Ｒの閾値Ｒｔに対応する送り速度ｖの値ｖｔを特定する機能を有する。送り速度特定部１７３が特定した値ｖｔは、送り速度変更部１７１が送り速度ｖを変更する際の目標値として扱われる。つまり、本例の送り速度変更部１７１は、残り時間推定部１５が推定した残り時間Ｒが閾値Ｒｔ以下になったら、送り速度ｖを送り速度特定部１７３が特定した目標値ｖｔに向かって減少させるオーバーライド制御を実行する。図８は、図６中の送り軸モータ制御部１７で実行される例示的なオーバーライド制御による送り速度ｖの時間変化を示すグラフである。前述した図２及び図４のグラフと同様に、図８のグラフには、送り速度ｖの時間変化と一緒に、主軸モータＭ１に加わる負荷Ｌ及びオーバーヒートまでの残り時間Ｒのそれぞれの時間変化が示されている。

本例のオーバーライド制御では、残り時間推定部１５による残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下になったら、送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを送り速度特定部１７３によって特定された目標値ｖｔに向かって減少させる。この目標値ｖｔは残り時間Ｒの閾値Ｒｔに対応する値であるので（図７を参照）、送り速度ｖが目標値ｖｔまで減少しても、残り時間Ｒが閾値Ｒｔを超えて過度に増加することはない。従って、本例のオーバーライド制御では、送り速度ｖの減少に伴う主軸モータＭ１の負荷Ｌの減少を最小限に抑えることができる。

図２及び図４の例と同様に、切削加工が継続される間は、送り軸モータ制御部１７が残り時間Ｒを監視しながら、主軸モータＭ１の負荷Ｌが連続定格値Ｌｃ以下になるまで上記のオーバーライド制御を繰り返す。これにより残り時間Ｒが閾値Ｒｔの近傍に維持されるので、図８のように、主軸モータＭ１の負荷Ｌが連続定格値Ｌｃに向かって減少することになる。従って、本例のオーバーライド制御によれば、主軸モータＭ１の能力を最大限に活用できるので、切削加工を最短時間で完了できるようになる。

図９は、図８に示されるオーバーライド制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図９のように、先ず、ステップＳ９０１では、送り軸モータ制御部１７が、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御が進行中であるかどうかを判定する。ステップＳ９０１で、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御が進行中ではないと判定された場合（ステップＳ９０１のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７は、残り時間推定部１５が求めた残り時間Ｒの推定値が所定の閾値Ｒｔ以下であるかどうかをさらに判定する（ステップＳ９０２）。

ステップＳ９０２で、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下であると判定された場合には（ステップＳ９０２のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７の対応関係算出部１７２が、残り時間推定部１５による残り時間Ｒの推定値、送り速度検出部１８による送り速度ｖの検出値、及び電流検出部１１による電流検出値から、送り速度ｖと残り時間Ｒとの間の対応関係を算出する（ステップＳ９０３）。次いで、ステップＳ９０４では、送り軸モータ制御部１７の送り速度特定部１７３が、送り速度ｖと残り時間Ｒとの間の対応関係（図７を参照）から、残り時間Ｒの閾値Ｒｔに対応する送り速度ｖの目標値ｖｔを特定する。次いで、ステップＳ９０５では、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを上記の目標値ｖｔに向かって減少させるオーバーライド制御を開始する。

ステップＳ９０２で、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下ではないと判定された場合、すなわち、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔよりも大きい場合には（ステップＳ９０２のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７が、現在の送り速度ｖの指令値に従って送り軸モータＭ２を制御する（ステップＳ９０６）。ステップＳ９０１で、送り速度ｖを減少させるオーバーライド制御が進行中であると判定された場合も（ステップＳ９０１のＹＥＳ）、上記のステップＳ９０２と同様に、送り軸モータ制御部１７が、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下であるかどうかをさらに判定する（ステップＳ９０７）。ステップＳ９０７で、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下ではないと判定された場合、すなわち、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔよりも大きい場合には（ステップＳ９０２のＮＯ）、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを上記の目標値ｖｔに向かって減少させるオーバーライド制御を継続する（ステップＳ９０８）。

ステップＳ９０７で、残り時間Ｒの推定値が閾値Ｒｔ以下であると判定された場合には（ステップＳ９０７のＹＥＳ）、送り軸モータ制御部１７の対応関係算出部１７２が、残り時間推定部１５による残り時間Ｒの推定値、送り速度検出部１８による送り速度ｖの検出値、及び電流検出部１１による電流検出値から、送り速度ｖと残り時間Ｒとの間の対応関係を算出する（ステップＳ９０９）。次いで、ステップＳ９１０では、送り軸モータ制御部１７の送り速度特定部１７３が、送り速度ｖと残り時間Ｒとの間の対応関係（図７を参照）から、残り時間Ｒの閾値Ｒｔに対応する送り速度ｖの目標値ｖｔを特定する。次いで、ステップＳ９１１では、送り軸モータ制御部１７の送り速度変更部１７１が、送り速度ｖを上記の目標値ｖｔに向かって減少させるオーバーライド制御を開始する。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、主軸モータＭ１の温度が最大許容温度Ｔｍに到達するまでの残り時間Ｒが閾値Ｒｔ以下になったら、そのときの残り時間Ｒに応じて送り速度ｖが変更されるので、主軸モータＭ１がオーバーヒート状態に陥るのを確実に防止できるようになる。さらに、本実施形態の制御装置１によれば、送り速度ｖを残り時間Ｒの閾値Ｒｔに対応する目標値ｖｔに向かって減少させるオーバーライド制御が実行されるので、残り時間Ｒが常に閾値Ｒｔの近傍に維持されるようになる。その結果、主軸モータＭ１の能力を最大限に活用できるようになる。

本発明は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々改変されうる。また、上述した各部の寸法、形状、材質等は一例にすぎず、本発明の効果を達成するために多様な寸法、形状、材質等が採用されうる。

１制御装置
１０記憶部
１１電流検出部
１２速度検出部
１３温度検出部
１４主軸負荷計算部
１５残り時間推定部
１６主軸モータ制御部
１７送り軸モータ制御部
１７１送り速度変更部
１７２対応関係算出部
１７３送り速度特定部
１８送り速度検出部
ｃ１速度変化の傾き
ｃ２速度変化の傾き
ｄｖ１速度変化量
Ｉ電流
Ｌ負荷
Ｌｃ連続定格値
Ｍ１主軸モータ
Ｍ２送り軸モータ
Ｒ残り時間
Ｒｔ閾値
Ｔｍ最大許容温度
ｖ送り速度

Claims

回転式の主軸と前記主軸のワークに対する送り運動を与える送り軸とを有する工作機械の制御装置であって、
前記主軸を駆動する主軸モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記主軸モータの温度を検出する温度検出部と、
予め定めた前記主軸モータの最大許容温度及び前記温度検出部による温度検出値に基づいて、前記温度検出値が検出されたときの前記電流検出部による電流検出値が前記主軸モータに流れ続けた場合に前記主軸モータの温度が前記最大許容温度に到達するまでの残り時間を推定する残り時間推定部と、
前記残り時間推定部による前記残り時間の推定値に応じて前記送り運動の速度を変更する送り速度変更部と、を有する工作機械の制御装置。
前記送り速度変更部は、前記残り時間推定部による前記残り時間の推定値が予め定めた閾値以下になったら、前記送り運動の速度を予め定めた傾きで予め定めた変化量だけ減少させる、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
前記送り速度変更部は、前記送り運動の速度を前記変化量だけ減少させた後に、前記送り運動の速度を前記変化量よりも小さい他の変化量だけ増加させる、請求項２に記載の工作機械の制御装置。
前記送り運動の速度を検出する送り速度検出部と、
前記残り時間推定部による前記残り時間の推定値が予め定めた閾値以下になったら、前記残り時間推定部による前記残り時間の推定値、前記送り速度検出部による速度検出値、及び前記電流検出部による電流検出値に基づいて、前記送り運動の速度と前記残り時間との間の対応関係を算出する対応関係算出部と、
前記対応関係算出部が算出した前記対応関係から前記残り時間の前記閾値に対応する前記送り運動の速度値を特定する送り速度特定部と、をさらに有し、
前記送り速度変更部は、前記送り運動の速度を、前記送り速度特定部が特定した速度値に向かって減少させる、請求項１に記載の工作機械の制御装置。