JP6034913B2 - 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

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。また、主軸の加減速制御に際し、加速開始時や停止時等の加速度の急激な変化に起因して主軸に生じ得る機械構造上の衝撃を軽減すること、及び加速開始時や停止時等の加速度の急激な変化に起因して主軸と送り軸との間に生じ得る同期誤差を低減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して加工開始位置から目標ねじ深さに向かって主軸を、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る初期動作制御部と、初期動作制御部が主軸を加速回転させる間に、加速開始時には最大能力での加速回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令が主軸に与えられ、加速開始から所定時間はトルク指令を徐々に増加させて所定時間の経過時に最大トルク指令が主軸に与えられるように、初期動作制御部に対してトルク制限を実行するトルク制限実行部と、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、主軸を最大加速度に対応する最大減速度で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して、目標ねじ深さ又は目標ねじ深さより予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、戻り完了位置に向かって主軸を、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所定の加速度変化時間とに基づき、加速度変化時間においては逆回転の最大加速度よりも小さくかつ所定割合で変化する加速度で主軸を減速逆回転させる一方、加速度変化時間を除く時間においては主軸を逆回転の最大加速度に対応する最大減速度で減速逆回転させて、主軸を戻り完了位置で停止させる位置決め動作制御部と、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し、最高回転速度を目標値として加工開始位置から目標ねじ深さに向かって、加速開始時には駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力での加速回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令が主軸に与えられ、加速開始から所定時間はトルク指令を徐々に増加させて所定時間の経過時に最大トルク指令が主軸に与えられるように、トルク制限を実行しながら、主軸を最大能力で加速回転させ、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最大加速度を検出し、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し、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し、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、主軸を最大加速度に対応する最大減速度で減速回転させて目標ねじ深さに到達させる、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し、最高戻り回転速度を目標値として、目標ねじ深さ又は目標ねじ深さより予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、戻り完了位置に向かって主軸を、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、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し、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し、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し、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所定の加速度変化時間とに基づき、加速度変化時間においては逆回転の最大加速度よりも小さくかつ所定割合で変化する加速度で主軸を減速逆回転させる一方、加速度変化時間を除く時間においては主軸を逆回転の最大加速度に対応する最大減速度で減速逆回転させて、主軸を戻り完了位置で停止させる、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、主軸制御部が主軸を最大能力で加速回転させる間、加速開始から所定時間に渡りトルク制限を実行するように構成したから、主軸は最大加速度よりも十分に低い（例えば零）加速度で回転を開始し、その後徐々に加速度を増加して所定時間の経過時に最大加速度で加速回転することができる。したがってこの制御装置によれば、主軸の加速開始時における加速度の急激な変化を回避でき、以て、加速度の変化に起因して主軸に生じ得る機械構造上の衝撃を軽減できるとともに、加速度の変化に起因して主軸と送り軸との間に生じ得る同期誤差を低減できる。

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、主軸を最大能力で減速逆回転させる際に加速度変化時間を考慮して主軸の位置制御を行うように構成したから、主軸は最大減速度よりも十分に低い（例えば零）減速度から徐々に減速度を増加して加速度変化時間の経過時に最大減速度で減速逆回転することができる。したがってこの制御装置によれば、主軸の減速逆回転中や戻り完了位置での停止時における減速度の急激な変化を回避でき、以て、減速度の変化に起因して主軸に生じ得る機械構造上の衝撃を軽減できるとともに、減速度の変化に起因して主軸と送り軸との間に生じ得る同期誤差を低減できる。

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。

第１実施形態による工作機械制御装置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。 主軸の切削動作の一例を示す図である。 主軸の切削動作の他の例を示す図である。 工作機械制御方法の一実施形態としてのタップ加工の戻り動作制御方法を示すフローチャートである。 主軸の切削及び戻り動作の一例を示す図である。 主軸の切削動作のさらに他の例を示す図である。 主軸の切削動作のさらに他の例を示す図である。 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。 主軸の切削及び戻り動作の一例を示す図である。 第２実施形態による工作機械制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１の制御装置の変形例の構成を示す機能ブロック図である。 図１の制御装置の他の変形例の構成を示す機能ブロック図である。

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、第１の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３０００／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（ｍｉｎ^−１）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（ｍｉｎ^−１）を目標値として、加工開始位置から目標ねじ深さに向かって主軸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（ｍｉｎ^−１／ｓ）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（ｒｅｖ）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（ｒｅｖ）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（ｍｉｎ^−１）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を最大能力で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とを備える。主軸制御部１８はさらに、初期動作制御部３０が主軸１２を加速回転させる間に、加速開始時には最大能力での加速回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令が主軸１２に与えられ、加速開始から所定時間Ｔ０（ｓｅｃ）はトルク指令を徐々に増加させて所定時間Ｔ０の経過時に最大トルク指令が主軸１２に与えられるように、初期動作制御部３０に対してトルク制限を実行するトルク制限実行部４０を備える。

一実施形態では、位置決め動作制御部３８は、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と所定の加速度変化時間Ｔ１（ｓｅｃ）とに基づき、加速度変化時間Ｔ１においては最大加速度Ａ０よりも小さくかつ所定割合で変化する加速度で主軸１２を減速回転させる一方、加速度変化時間Ｔ１を除く時間においては主軸１２を最大能力で減速回転させて、主軸１２を目標ねじ深さに到達させるように構成できる。また、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位置制御を行うように構成できる。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位置制御を行うように構成できる。

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に例示するタップ加工制御フローを図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、トルク制限実行部４０）は、加工開始位置から、所定時間Ｔ０に渡って前述したトルク制限を実行しながら、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タップ加工を実行する。またステップＳ２で、主軸制御部１８（最大加速度検出部３２、残回転量検出部３４）は、最大能力での加速回転中に最大加速度Ａ０を検出して取得するとともに、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。

トルク制限実行部４０が実行するトルク制限は、以下のように構成できる。まず、加工開始位置で主軸１２の加速回転を開始するときには、主軸制御部１８（初期動作制御部３０）が主軸１２に与えるトルク指令を、加速回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令（例えば零）に制限する。加速開始から所定時間Ｔ０（ｓｅｃ）は、時間の経過に伴いトルク指令の制限値を徐々に減少させることによりトルク指令を徐々に増加させ、加速開始から所定時間Ｔ０が経過した時点で最大トルク指令が主軸１２に与えられるようにする。ここでトルク指令の制限値Ｌ（％）は、例えば、主軸１２に最大トルク指令が与えられるときの制限値を１００（％）とした場合、加速開始からの経過時間をｔ（ｓｅｃ）とすると、下記のように設定できる。
Ｌ＝１００／Ｔ０×ｔ （但し０≦ｔ≦Ｔ０）

初期動作制御部３０による主軸１２の初期動作制御（つまり主軸１２を最大能力で加速回転させる速度制御）の間、加工開始から主軸１２に与えられるトルク指令に上記した制限値Ｌを乗じることで、所定時間Ｔ０に渡りトルク制限を実行する。その結果、主軸１２は、最大加速度Ａ０よりも十分に低い（例えば零）加速度で回転を開始し、所定時間Ｔ０に渡り徐々に加速度を増加して、所定時間Ｔ０の経過時に、許容電流を最大限に使用した最大能力（つまり最大加速度Ａ０）で加速回転する。なお、速度制御の間に主軸１２に与えられるトルク指令とは、主軸指令出力部２６が主軸制御部１８に通知する速度指令（最高回転速度Ｖ０）に対し、主軸制御部１８の速度処理部（図示せず）が演算処理を行って求めたものである。さらにこのトルク指令に対し、主軸制御部１８の電流処理部（図示せず）が演算処理を行って電流指令を求め、この電流指令を主軸サーボモータに送る構成とすることもできる。なおトルク制限時間Ｔ０は、例えばシステム設計者が経験則により設定して制御装置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。

ステップＳ２に続いて、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タップ加工（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の動作の一例が、速度−時間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（例えばサーボモータの基底速度）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、サーボモータの基底速度（サーボモータと主軸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（トルク制限を含む）は、図３の時間Ｑ１及びＱ２で実行され、時間Ｑ１のうち、加工開始直後の所定のトルク制限時間Ｔ０を除く一定加速度の間に、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Ｑ３で、ステップＳ５における主軸１２の最大能力での減速回転が実行される。時間Ｑ３では、点Ａから速度Ｖｂを目標値として主軸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Ｑ１〜Ｑ３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図３に破線で例示する）。

図３の動作例では、時間Ｑ３（つまり速度制御）の後に、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、時間の経過に伴い加速度を徐々に変化させるための加速度変化時間Ｔ１を考慮した上で、主軸１２の切削動作を制御する。この場合、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、ステップＳ５の最大減速制御の間に逐次検出されている残回転量Ｓｒ（ｒｅｖ）と現在速度Ｖｃ（ｍｉｎ^−１）とを監視して、現在速度Ｖｃ（ｍｉｎ^−１）から加速度変化時間Ｔ１（ｓｅｃ）を考慮しつつ最大加速度Ａ０（ｍｉｎ^−１／ｓ）に対応する最大減速度Ａ０（負の値）で減速したときにＳｒ＝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、下記の式により求める。
｜Ｓｒ｜＝Ｖｃ^２／｜Ａ０｜／１２０＋Ｖｃ×（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／１２０
ここでＴｃｔｌ（ｓｅｃ）は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）が実行する制御周期（つまり位置指令を作成して主軸１２に通知する周期）である。

この実施形態では、点Ｂから主軸１２を、加速度変化時間Ｔ１（ｓｅｃ）を考慮しつつ最大減速度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、所定の速度Ｖｂを用いて、
｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／｜Ａ０｜／１２０＋Ｖｂ×（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／１２０
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Ｑ２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／｜Ａ０｜／１２０＋Ｖｃ×（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／１２０
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／｜Ａ０｜／１２０＋Ｖｂ×（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／１２０
の点Ｂに到達することになる（図３）。

図３の動作例では、時間Ｑ３の後の時間Ｑ４において、主軸１２の動作が極少時間の一定速度Ｖｂ（つまり加速度は零）から最大減速度Ａ０に至る間に加速度変化時間Ｔ１を設定し、この加速度変化時間Ｔ１では、主軸１２の減速度が時間の経過に伴い零から最大減速度Ａ０まで徐々に増加するように構成している。また図３の動作例では、時間Ｑ３の後の時間Ｑ４において、主軸１２の動作が最大減速度Ａ０から目標ねじ深さで停止する（つまり加速度は零）までの間に、もう１つの加速度変化時間Ｔ１を設定し、この加速度変化時間Ｔ１では、主軸１２の減速度が時間の経過に伴い最大減速度Ａ０から零まで徐々に減少するように構成している。なお、加速度変化時間Ｔ１における主軸１２の減速度の変化率は、｜Ａ０｜／Ｔ１（ｍｉｎ^−１／ｓ^２）となる。また加速度変化時間Ｔ１は、例えばシステム設計者が経験則により設定して制御装置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。

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の現在位置における残回転量の絶対値｜Ｓｒ｜が、｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／｜Ａ０｜／１２０＋Ｖｂ×（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／１２０（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、加速度変化時間Ｔ１を考慮しつつ最大減速度Ａ０で主軸１２を減速回転させて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、目標ねじ深さで主軸１２を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、加速度変化時間Ｔ１では最大減速度Ａ０よりも小さく徐々に変化する減速度で減速回転し、加速度変化時間Ｔ１を除く時間では最大減速度Ａ０で減速回転して、タップ加工（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Ｑ４（図３）では、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御する。

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加工を行う。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。

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。

図４は、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の動作の一例を、速度−時間曲線で示す。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（トルク制限時間Ｔ０を含む）が時間Ｑ１及びＱ２で実行されて、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Ｑ５に渡り一定速度Ｖ０で主軸１２が回転してタップ加工を継続し、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の動作が加速回転から減速回転に変わり、時間Ｑ３で、ステップＳ５における主軸１２の最大能力での減速回転が実行され、時間Ｑ４で、ステップＳ７における主軸１２の位置制御（加速度変化時間Ｔ１を考慮）が実行される。時間Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４では、主軸１２は図３に示す動作と同様に動作する。

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を最大能力で減速回転させるとともに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、上記した目標ねじ深さまでの切削動作制御と同様の制御を行うことができる。図５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６は、図４の切削動作に対応する戻り動作を主軸１２に行わせた場合の、加工開始位置から目標ねじ深さを経て戻り完了位置に至る主軸１２の動作の一例を、速度−時間曲線で示す。なお図６に示す主軸１２の切削動作は、図４に示す動作と同一である。以下、図５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に、ステップＳ１０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。

ステップＳ１１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、トルク制限実行部４０）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′を目標速度として目標ねじ深さ（速度零）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。トルク制限実行部４０は、初期動作制御部３０が主軸１２を加速逆回転させる間に、加速開始時には最大能力での加速逆回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令が主軸１２に与えられ、加速開始から所定時間Ｔ０′はトルク指令を徐々に増加させて所定時間Ｔ０′の経過時に最大トルク指令が主軸１２に与えられるように、初期動作制御部３０に対してトルク制限を実行する。このときのトルク指令の制限値Ｌ（％）は、例えば、主軸１２に最大トルク指令が与えられるときの制限値を１００（％）とした場合、加速開始からの経過時間をｔ（ｓｅｃ）とすると、Ｌ＝１００／Ｔ０′×ｔ（但し０≦ｔ≦Ｔ０′）として設定できる。最大加速度検出部３２は、最大能力での加速逆回転中に回転位置ＦＢＳに基づき逆回転の最大加速度Ａ０′を検出して取得する。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。なおトルク制御時間Ｔ０′は、例えばシステム設計者が経験則により設定して制御装置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。

次にステップＳ１２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Ｓ１３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Ｓ１４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。

ステップＳ１２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Ｓ１７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Ｓ１８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Ｓ１４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６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Ｓ１２の判断がＮＯの場合）の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線で示されている。図６に示すように、ステップＳ１１における主軸１２の最大能力の加速逆回転（トルク制限を含む）は、時間Ｑ６及びＱ７で実行され、時間Ｑ６のうち、目標ねじ深さからの戻り開始直後の所定のトルク制限時間Ｔ０′を除く一定加速度の間に、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。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Ｑ１０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（ステップＳ１８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Ｑ８で、ステップＳ１４における主軸１２の最大能力での減速逆回転が実行される。時間Ｑ８では、点Ｃから速度Ｖｂを目標値として主軸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Ｑ６、Ｑ７、Ｑ１０及びＱ８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図６に破線で例示する）。

図６の動作例では、時間Ｑ８（つまり速度制御）の後に、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、時間の経過に伴い加速度を徐々に変化させるための加速度変化時間Ｔ１′を考慮した上で、主軸１２の戻り動作を制御する。この場合、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、ステップＳ１４の最大減速制御の間に逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒ′（ｒｅｖ）と現在速度Ｖｃ′（ｍｉｎ^−１）とを監視して、現在速度Ｖｃ′（ｍｉｎ^−１）から加速度変化時間Ｔ１′（ｓｅｃ）を考慮しつつ最大加速度Ａ０′（ｍｉｎ^−１／ｓ）に対応する最大減速度Ａ０′（負の値）で減速したときにＳｒ′＝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の位置を、Ｓｒ′＝０の点から見た残戻り回転量Ｓｒ′（負の値）の絶対値として、下記の式により求める。
｜Ｓｒ′｜＝Ｖｃ′^２／｜Ａ０′｜／１２０＋Ｖｃ′×（Ｔ１′−Ｔｃｔｌ）／１２０

この実施形態では、点Ｄから主軸１２を、加速度変化時間Ｔ１′（ｓｅｃ）を考慮しつつ最大減速度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。つまり点Ｄの位置｜Ｓｒ′｜は、所定の速度Ｖｂを用いて、
｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ^２／｜Ａ０′｜／１２０＋Ｖｂ×（Ｔ１′−Ｔｃｔｌ）／１２０
として求めることができる。

図６の動作例では、時間Ｑ８の後の時間Ｑ９において、主軸１２の動作が極少時間の一定速度Ｖｂ（つまり加速度は零）から最大減速度Ａ０′に至る間に加速度変化時間Ｔ１′を設定し、この加速度変化時間Ｔ１′は、主軸１２の減速度が時間の経過に伴い零から最大減速度Ａ０′まで徐々に増加するように構成している。また図６の動作例では、時間Ｑ８の後の時間Ｑ９において、主軸１２の動作が最大減速度Ａ０′から戻り完了位置で停止する（つまり加速度は零）までの間に、もう１つの加速度変化時間Ｔ１′を設定し、この加速度変化時間Ｔ１′は、主軸１２の減速度が時間の経過に伴い最大減速度Ａ０′から零まで徐々に減少するように構成している。なお、加速度変化時間Ｔ１′における主軸１２の減速度の変化率は、｜Ａ０′｜／Ｔ１′（ｍｉｎ^−１／ｓ^２）となる。また加速度変化時間Ｔ１′は、例えばシステム設計者が経験則により設定して制御装置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。

再び図５を参照すると、ステップＳ１５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戻り回転量Ｓｒ′の絶対値｜Ｓｒ′｜が、｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ^２／｜Ａ０′｜／１２０＋Ｖｂ×（Ｔ１′−Ｔｃｔｌ）／１２０（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Ｓ１６で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、加速度変化時間Ｔ１′を考慮しつつ最大減速度Ａ０′で主軸１２を減速逆回転させて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、加速度変化時間Ｔ１′は最大減速度Ａ０′よりも小さく徐々に変化する減速度で減速逆回転し、加速度変化時間Ｔ１′を除く時間は最大減速度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Ｑ９（図６）では、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御する。

図６に示すように、主軸１２の戻り動作は、主軸１２の切削動作と同様の速度−時間曲線で表すことができる。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と同一である場合には、切削動作と戻り動作とは実質的に同じ速度−時間曲線を示す。他方、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、切削動作と戻り動作とは必ずしも同じ速度−時間曲線を示さない。

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がステップＳ１０〜ステップＳ１８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。

上記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、主軸制御部１８が主軸１２を最大能力で加速回転させる間、加速開始から所定時間Ｔ０に渡りトルク制限を実行するように構成したから、主軸１２は最大加速度Ａ０よりも十分に低い（例えば零）加速度で回転を開始し、その後徐々に加速度を増加して所定時間Ｔ０の経過時に最大加速度Ａ０で加速回転することができる。したがって制御装置１０によれば、主軸１２の加速開始時における加速度の急激な変化を回避でき、以て、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を軽減できるとともに、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を低減できる。

さらに、図３の動作例のように、主軸１２を最大能力で減速回転させる際に加速度変化時間Ｔ１を考慮して主軸１２の位置制御を行う構成とすれば、主軸１２は最大減速度Ａ０よりも十分に低い（例えば零）減速度から徐々に減速度を増加して加速度変化時間Ｔ１の経過時に最大減速度Ａ０で減速回転することが可能になる。したがってこの構成によれば、主軸１２の減速回転中（点Ｂ）や目標ねじ深さでの停止時における減速度の急激な変化を回避でき、以て、減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を軽減できるとともに、減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を低減できる。なお、加速度変化時間Ｔ１は、点Ｂの直後と目標ねじ深さの直前との少なくとも一方に設定することができる。

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、主軸制御部１８が主軸１２を最大能力で加速逆回転させる間、加速開始から所定時間Ｔ０′に渡りトルク制限を実行するように構成したから、主軸１２は最大加速度Ａ０′よりも十分に低い（例えば零）加速度で逆回転を開始し、その後徐々に加速度を増加して所定時間Ｔ０′の経過時に最大加速度Ａ０′で加速逆回転することができる。したがって制御装置１０によれば、主軸１２の加速開始時における加速度の急激な変化を回避でき、以て、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を軽減できるとともに、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を低減できる。

さらに、図６の動作例のように、主軸１２を最大能力で減速逆回転させる際に加速度変化時間Ｔ１′を考慮して主軸１２の位置制御を行う構成とすれば、主軸１２は最大減速度Ａ０′よりも十分に低い（例えば零）減速度から徐々に減速度を増加して加速度変化時間Ｔ１′の経過時に最大減速度Ａ０′で減速逆回転することが可能になる。したがってこの構成によれば、主軸１２の減速逆回転中（点Ｄ）や戻り完了位置での停止時における減速度の急激な変化を回避でき、以て、減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を軽減できるとともに、減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を低減できる。なお、加速度変化時間Ｔ１′は、点Ｄの直後と戻り完了位置の直前との少なくとも一方に設定することができる。

上記実施形態による制御装置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から取得し、最高回転速度Ｖ０を目標値として加工開始位置から目標ねじ深さに向かって、加速開始時には最大能力での加速回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令が主軸１２に与えられ、加速開始から所定時間Ｔ０はトルク指令を徐々に増加させて所定時間Ｔ０の経過時に最大トルク指令が主軸１２に与えられるように、トルク制限を実行しながら、主軸１２を最大能力で加速回転させ、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に基づき最大加速度Ａ０を検出し、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を検出し、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を検出し、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を最大能力で減速回転させて目標ねじ深さに到達させるものである。この制御方法では、主軸１２の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と所定の加速度変化時間Ｔ１とに基づき、加速度変化時間Ｔ１においては最大加速度Ａ０よりも小さくかつ所定割合Ａ０／Ｔ１で変化する加速度で主軸１２を減速回転させる一方、加速度変化時間Ｔ１を除く時間においては主軸１２を最大能力で減速回転させて、主軸１２を目標ねじ深さに到達させるように構成できる。

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から取得し、最高戻り回転速度Ｖ０′を目標値として目標ねじ深さから戻り完了位置に向かって、加速開始時には最大能力での加速逆回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令が主軸１２に与えられ、加速開始から所定時間Ｔ０′はトルク指令を徐々に増加させて所定時間Ｔ０′の経過時に最大トルク指令が主軸１２に与えられるように、トルク制限を実行しながら、主軸１２を最大能力で加速逆回転させ、最大能力での加速逆回転中に主軸１２の回転位置フィードバック値ＦＢＳに基づき逆回転の最大加速度Ａ０′を検出し、総戻り回転量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′を検出し、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′を検出し、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を最大能力で減速逆回転させて戻り完了位置で停止させるものである。この制御方法では、主軸１２の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′と所定の加速度変化時間Ｔ１′とに基づき、加速度変化時間Ｔ１′においては逆回転の最大加速度Ａ０′よりも小さくかつ所定割合Ａ０′／Ｔ１′で変化する加速度で主軸１２を減速逆回転させる一方、加速度変化時間Ｔ１′を除く時間においては主軸１２を最大能力で減速逆回転させて、主軸１２を戻り完了位置に停止させるように構成できる。

制御装置１０が実行する主軸１２の切削動作制御方法の一例として、図３及び図４を参照して説明した動作例は、主軸１２の最高回転速度Ｖ０が、予め定めた速度Ｖｂ（例えばサーボモータの基底速度）よりも大きいことを前提としたものである。これに対し、工作機械の構成によっては、主軸１２の最高回転速度Ｖ０が速度Ｖｂよりも小さくなる場合がある。この場合は、図３及び図４における時間Ｑ２及びＱ３が無くなり、主軸１２は、加工開始位置から目標ねじ深さに至るまでの間、一定の加速度及び減速度で動作する。

図７は、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０（＜Ｖｂ）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の動作を、速度−時間曲線で示す。図示のように、主軸１２は、図３における時間Ｑ１及びＱ４の動作のみを実行する。すなわち主軸１２は、時間Ｑ１において、所定時間Ｔ０に渡るトルク制限を実行しながら最高回転速度Ｖ０を目標値として最大加速度Ａ０により加速回転し、ＳｒがＳ０の１／２になった時点Ａで加速から減速に転じ、時間Ｑ４において、加速度変化時間Ｔ１を考慮しながら点Ａから残回転量Ｓｒ＝０となる位置まで最大減速度Ａ０により減速回転する。主軸１２が減速回転する間、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は主軸１２の位置制御のみを実行する。

図８は、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（＜Ｖｂ）に到達した場合（図２のステップＳ３の判断がＮＯになった場合）の、主軸１２の動作を、速度−時間曲線で示す。図示のように、主軸１２は、図４における時間Ｑ１及びＱ４の動作と、図４における時間Ｑ５に対応する動作とを実行する。すなわち主軸１２は、時間Ｑ１において、所定時間Ｔ０に渡るトルク制限を実行しながら最高回転速度Ｖ０を目標値として最大加速度Ａ０により加速回転し、最高回転速度Ｖ０に到達した後に、時間Ｑ１１において残回転量Ｓｒが加速時回転量Ｓａに等しくなる点Ａまで一定速度Ｖ０で回転し、時間Ｑ４において、加速度変化時間Ｔ１を考慮しながら点Ａから残回転量Ｓｒ＝０となる位置まで最大減速度Ａ０により減速回転する。主軸１２が定速及び減速回転する間、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は主軸１２の位置制御のみを実行する。

図１の実施形態による制御装置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９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。図１０は、図９の実施形態における主軸１２の切削及び戻り動作の一例を示す。以下、図１、図２、図５、図９及び図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９及び図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を予め定めた回転位置（以下、初期戻り位置）ま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５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。この実施形態の構成を以下に詳述するが、図２及び図５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９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〜Ｓ５、Ｓ８及び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、トルク制限実行部４０）は、加工開始位置から所定時間Ｔ０のトルク制限を実行しながら最高回転速度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タップ加工を実行し、その間に主軸制御部１８（最大加速度検出部３２、残回転量検出部３４）は、主軸１２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を最大能力で減速回転させてタップ加工（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を最大能力で減速回転させて切削動作を継続実行する（ステップＳ５）。

ここで図１０を参照すると、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の動作の一例が、速度−時間曲線で示されている。図１０の速度−時間曲線における時間Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ３及びＱ４の主軸１２の動作は、前述した図６の速度−時間曲線における時間Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ３及びＱ４の主軸１２の動作に実質的に対応する。すなわち図１０に示すように、時間Ｑ１及びＱ２で、主軸１２の最大能力の加速回転（トルク制限時間Ｔ０を含む）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Ｑ５に渡り一定速度Ｖ０で主軸１２が回転してタップ加工を継続し、残回転量Ｓｒが加速時回転量Ｓａに等しくなった時点Ａで、主軸１２の動作が加速回転から減速回転に変わり、時間Ｑ３で、主軸１２の最大能力の減速回転が実行され、時間Ｑ４で、主軸１２の位置制御が実行される。

制御装置１０がステップＵ１（特に図２のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ５）を実行することにより、主軸１２は、図１０に示す時間Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５及びＱ３において、図６に示す時間Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５及びＱ３の動作と同様に動作する。図１０の動作例では、時間Ｑ３に続く時間Ｑ４（つまり位置制御）の間、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、時間の経過に伴い加速度を徐々に変化させるための加速度変化時間Ｔ１を考慮した上で、主軸１２の切削動作を制御する。但しこの間、図６の動作例における時間Ｑ４と異なり、主軸１２の動作が極少時間の一定速度Ｖｂ（つまり加速度は零）から最大減速度Ａ０に至る間（点Ｂの直後）のみに加速度変化時間Ｔ１が設定されている。この加速度変化時間Ｔ１では、主軸１２の減速度が時間の経過に伴い零から最大減速度Ａ０まで徐々に増加する。

図１０の動作例では、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、図２のステップＳ５の最大減速制御の間に逐次検出されている残回転量Ｓｒ（ｒｅｖ）と現在速度Ｖｃ（ｍｉｎ^−１）とを監視して、現在速度Ｖｃ（ｍｉｎ^−１）から加速度変化時間Ｔ１（ｓｅｃ）を考慮しつつ最大加速度Ａ０（ｍｉｎ^−１／ｓ）に対応する最大減速度Ａ０（負の値）で減速したときにＳｒ＝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、下記の式により求める。
｜Ｓｒ｜＝Ｖｃ^２／｜Ａ０｜／１２０＋Ｖｃ×（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／１２０−｜Ａ０｜×Ｔ１（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／２×Ｔｃｔｌ

この実施形態では、点Ｂから主軸１２を、加速度変化時間Ｔ１（ｓｅｃ）を考慮しつつ最大減速度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、所定の速度Ｖｂを用いて、
｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／｜Ａ０｜／１２０＋Ｖｂ×（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／１２０−｜Ａ０｜×Ｔ１（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／２×Ｔｃｔｌ
として求めることができる。

再び図９を参照すると、ステップＵ２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の絶対値｜Ｓｒ｜が、｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／｜Ａ０｜／１２０＋Ｖｂ×（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／１２０−｜Ａ０｜×Ｔ１（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／２×Ｔｃｔｌ（以下、等式３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３を満たしている場合、ステップＵ３で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、加速度変化時間Ｔ１を考慮しつつ最大減速度Ａ０で主軸１２を減速回転させて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。等式３を満たしていない場合は、等式３が満たされるまでステップＵ２の判断を繰り返す。

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、加速度変化時間Ｔ１では最大減速度Ａ０よりも小さく徐々に変化する減速度で減速回転し、加速度変化時間Ｔ１を除く時間では最大減速度Ａ０で減速回転して、タップ加工（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（時間Ｑ４）。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Ｑ６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Ｑ４及び目標ねじ深さから点Ｅに到達するまでの時間Ｑ６において、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御し（ステップＵ３）、一定の加速度Ａ０で連続的に動作させる。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１０に示すように、切削動作中に最大減速度Ａ０の減速回転が開始される直前の点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／｜Ａ０｜／１２０に相当する回転量だけ逆回転した位置となる。但し厳密に言えば、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Ｑ１）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Ｑ４）は若干低く抑えられ、その結果、時間Ｑ６における逆回転の最大加速度Ａ０′も、時間Ｑ１の最大加速度Ａ０より若干低くなる傾向がある。

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がステップＵ１〜Ｕ３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。そして数値制御部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Ｕ３と並行して、ステップＵ４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Ｑ６の主軸１２の逆回転の最大加速度を検出せず、時間Ｑ４の最大能力での減速回転における最大減速度Ａ０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で、図５に示すステップＳ１２〜Ｓ１８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Ｓ１２）。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Ｓ１３）、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を最大能力で減速逆回転させて戻り動作を継続実行する（ステップＳ１４）。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Ｓ１２）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Ｓ１７）、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Ｓ１８）。Ｓｒ′がＳａ′以下になっている場合、主軸制御部１８は、主軸１２を最大能力で減速逆回転させて戻り動作を継続実行する（ステップＳ１４）。

次に主軸制御部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′の絶対値｜Ｓｒ′｜が、｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ^２／｜Ａ０′｜／１２０＋Ｖｂ×（Ｔ１′−Ｔｃｔｌ）／１２０（等式２）を満たしているか否か（つまり主軸１２の回転位置が点Ｄ（図１０）に到達したか否か）を判断する（ステップＳ１５）。等式２を満たしている場合、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、加速度変化時間Ｔ１′を考慮しつつ最大減速度Ａ０′で主軸１２を減速逆回転させて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Ｓ１６）。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、加速度変化時間Ｔ１′は最大減速度Ａ０′よりも小さく徐々に変化する減速度で減速逆回転し、加速度変化時間Ｔ１′を除く時間は最大減速度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停止する。

制御装置１０がステップＵ６（特に図５のステップＳ１２→Ｓ１７→Ｓ１８→Ｓ１４→Ｓ１５→Ｓ１６）を実行することにより、主軸１２は、図１０に示す時間Ｑ７、Ｑ１０、Ｑ８及びＱ９において、図６に示す時間Ｑ７、Ｑ１０、Ｑ８及びＱ９の動作と同様に動作する。図１０の動作例では、主軸１２は、初期戻り位置（点Ｅ）に到達した後に逆回転の現在速度がＶｂ（負の値）を超えるので、時間Ｑ７の最大能力での加速逆回転において、主軸１２の逆回転の加速度は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になる前に最高回転速度Ｖ０′に到達し、その後、時間Ｑ１０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し、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で、主軸１２の動作が加速逆回転から減速逆回転に変わり、時間Ｑ８で、主軸１２の最大能力での減速逆回転が実行され、時間Ｑ９で、加速度変化時間Ｔ１′を考慮した主軸１２の位置制御が実行される。

図１０の動作例では、時間Ｑ８（つまり速度制御）の後に、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、時間の経過に伴い加速度を徐々に変化させるための加速度変化時間Ｔ１′を考慮した上で、主軸１２の戻り動作を制御する。図１０の動作例では、時間Ｑ８の後の時間Ｑ９において、主軸１２の動作が極少時間の一定速度Ｖｂ（つまり加速度は零）から最大減速度Ａ０′（時間Ｑ６における逆回転の最大加速度Ａ０′に対応する値）に至る間（点Ｄの直後）に加速度変化時間Ｔ１′を設定し、この加速度変化時間Ｔ１′は、主軸１２の減速度が時間の経過に伴い零から最大減速度Ａ０′まで徐々に増加するように構成している。また図１０の動作例では、時間Ｑ８の後の時間Ｑ９において、主軸１２の動作が最大減速度Ａ０′から戻り完了位置で停止する（つまり加速度は零）までの間に、もう１つの加速度変化時間Ｔ１′を設定し、この加速度変化時間Ｔ１′は、主軸１２の減速度が時間の経過に伴い最大減速度Ａ０′から零まで徐々に減少するように構成している。

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。

図９及び図１０に示す実施形態による工作機械制御方法では、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、まず、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。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。したがってこの実施形態では、図６に示す動作例で採用した目標ねじ深さでの停止直前の加速度変化時間Ｔ１及び目標ねじ深さからの始動直後のトルク制限時間Ｔ０を設定する必要が無い。

図９の実施形態で主軸１２の点Ｂの位置｜Ｓｒ｜（ｒｅｖ）を求めるために用いた等式３において、右辺第３項の｜Ａ０｜×Ｔ１（Ｔ１−Ｔｃｔｌ）／２×Ｔｃｔｌは、目標ねじ深さでの停止直前の加速度変化時間Ｔ１を考慮しないことで生じる値であって、目標ねじ深さでの停止直前の加速度変化時間Ｔ１を考慮する構成（図６：等式１）との差分に相当する。仮に図９の実施形態で、この差分を考慮せずに等式１を用いて点Ｂの位置｜Ｓｒ｜を求めると、主軸１２は、差分に相当する回転数だけ目標ねじ深さよりも手前で、減速回転（切削動作）から加速逆回転（戻り動作）に転換することになる。現実のタップ加工において、作製される雌ねじの精度や品質の観点で、このような差分相当の未加工部分が生じても問題が無いと考えられる場合は、図９の実施形態においても、等式１を用いて主軸１２の点Ｂの位置｜Ｓｒ｜を求めることができる。さらにこの場合、等式１においてＴ１をＴｃｔｌに近付けることにより、差分相当の未加工部分を縮減することができる。

本発明に係る制御装置は、例えば図６及び図１０の動作例において、時間Ｑ９における加速度変化時間Ｔ１′のみを考慮する（つまり時間Ｑ１のトルク制限時間Ｔ０、時間Ｑ４の加速度変化時間Ｔ１、及び時間Ｑ６のトルク制限時間Ｔ０′は考慮しない）構成を有することもできる。図１１は、そのような第２の実施形態による工作機械の制御装置５０の構成を機能ブロックで示す。制御装置５０は、トルク制限実行部４０を備えない点以外は図１の制御装置１０と同様の構成を有するものであって、対応する構成要素には共通する参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

制御装置５０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装置であって、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ＦＢＳを検出する回転検出部２０と、送り軸指令ＣＦに従って、回転位置ＦＢＳ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、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から取得して、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に送る主軸指令出力部２６を備える。

主軸制御部１８は、最高戻り回転速度Ｖ０′を目標値として、目標ねじ深さ（図６の動作例に対応）又は目標ねじ深さより予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置（図１０の動作例に対応）から、戻り完了位置に向かって主軸１２を最大能力で加速逆回転させる初期動作制御部３０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最大加速度検出部３２と、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の逆回転の現在速度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′と所定の加速度変化時間Ｔ１′とに基づき、加速度変化時間Ｔ１′においては逆回転の最大加速度Ａ０′よりも小さくかつ所定割合（Ａ０′／Ｔ１′）で変化する加速度で主軸１２を減速逆回転させる一方、加速度変化時間Ｔ１′を除く時間においては主軸１２を最大能力で減速逆回転させて、主軸１２を戻り完了位置で停止させる位置決め動作制御部３８とを備える。

上記実施形態による制御装置５０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５０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５０は、主軸１２を最大能力で減速逆回転させる際に加速度変化時間Ｔ１′を考慮して主軸１２の位置制御を行うから、主軸１２は最大減速度Ａ０′よりも十分に低い（例えば零）減速度から徐々に減速度を増加して加速度変化時間Ｔ１′の経過時に最大減速度Ａ０′で減速逆回転することができる。したがって制御装置５０によれば、主軸１２の減速逆回転中（図６及び図１０の点Ｄ）や戻り完了位置での停止時における減速度の急激な変化を回避でき、以て、減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を軽減できるとともに、減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を低減できる。なお、加速度変化時間Ｔ１′は、点Ｄの直後と戻り完了位置の直前との少なくとも一方に設定することができる。

上記実施形態による制御装置５０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５０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から取得し、最高戻り回転速度Ｖ０′を目標値として、目標ねじ深さ又は目標ねじ深さより予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、戻り完了位置に向かって主軸１２を最大能力で加速逆回転させ、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′を検出又は取得し、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′を検出し、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′を検出し、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′と所定の加速度変化時間Ｔ１′とに基づき、加速度変化時間Ｔ１′においては逆回転の最大加速度Ａ０′よりも小さくかつ所定割合Ａ０′／Ｔ１′で変化する加速度で主軸１２を減速逆回転させる一方、加速度変化時間Ｔ１′を除く時間においては主軸１２を最大能力で減速逆回転させて、主軸１２を戻り完了位置で停止させるものである。

工作機械を用いたタップ加工においては、制御装置がタップ加工の間に主軸の回転位置や送り軸の送り位置を継続して認識することが望ましい。図１２は、主軸及び送り軸の位置認識機能を付加した変形例による制御装置６０の構成を機能ブロックで示す。制御装置６０は、位置認識機能を付加した点以外は図１の制御装置１０と同様の構成を有するものであって、対応する構成要素には共通する参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

制御装置６０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、送り軸１４の送り位置を検出する送り検出部６２とを備える。数値制御部１６の送り軸指令出力部２８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、目標ねじ深さに相当する送り軸１４の総送り量Ｄ０（ｍｍ）とねじピッチＰ（ｍｍ／ｒｅｖ）とを取得して、これら総送り量Ｄ０とねじピッチＰとを送り軸指令ＣＦとして送り軸制御部２２に送る。このように送り軸指令ＣＦは、送り軸１４を目標ねじ深さまで送り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。

送り軸制御部２２は、回転検出部２０が検出した主軸１２の回転位置ＦＢＳと、ねじピッチＰと、送り検出部６２が検出した送り軸１４の送り位置ＦＢＦ（すなわちフィードバック値）とに基づき、送り軸１４の送り動作を制御する送り動作制御部６４と、総送り量Ｄ０と送り位置ＦＢＦとに基づき、現在位置から目標ねじ深さに至るまでの送り軸１４の残送り量Ｄｒを検出する残送り量検出部６６とを備える。なお送り検出部６２は、送り軸１４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、送り位置ＦＢＦを取得することができる。

主軸制御部１８の残回転量検出部３４は、主軸１２を加工開始位置から目標ねじ深さまで切削動作させる間、主軸１２の現在位置からの残回転量Ｓｒを逐次検出し、検出の都度、残回転量Ｓｒを数値制御部１６に通知する。送り軸制御部２２の残送り量検出部６６は、送り軸１４を加工開始位置から目標ねじ深さまで送り動作させる間、送り軸１４の現在位置からの残送り量Ｄｒを逐次検出し、検出の都度、残送り量Ｄｒを数値制御部１６に通知する。さらに送り軸制御部２２は、加工開始時の送り軸１４の初期位置Ｄｉ（送り位置ＦＢＦ）を数値制御部１６に通知する。

数値制御部１６は、残回転量Ｓｒに基づき主軸１２の現在位置を認識するとともに残送り量Ｄｒに基づき送り軸１４の現在位置を認識する位置認識部６８を備える。位置認識部６８は、タップ加工プログラムＰから取得した主軸１２の総回転量Ｓ０と、主軸制御部１８から通知された主軸１２の残回転量Ｓｒとを用いて、主軸１２の現在位置を（Ｓ０−Ｓｒ）として認識する。また位置認識部６８は、タップ加工プログラムＰから取得した送り軸１４の総送り量Ｄ０と、送り軸制御部２２から通知された送り軸１４の残送り量Ｄｒ及び初期位置Ｄｉとを用いて、送り軸１４の現在位置を（Ｄ０−Ｄｒ＋Ｄｉ）として認識する。

上記構成を有する制御装置６０では、数値制御部１６が生成する主軸指令ＣＳに主軸１２の位置指令や加減速指令が含まれず、また数値制御部１６が生成する送り軸指令ＣＦに送り軸１４の位置指令や加減速指令が含まれない構成であっても、数値制御部１６の位置認識部６８は、主軸１２及び送り軸１４の現在位置を認識することができる。したがって制御装置６０によれば、フィードバック制御を実行する主軸制御部１８及び送り軸制御部２２の上位コントローラである数値制御部１６が、主軸１２及び送り軸１４の動作状態を、タップ加工の実行中に常に把握ないし管理でき、以て、タップ加工制御の信頼性を向上させることができる。

制御装置６０においては、タップ加工の戻り動作を制御する間も同様に、数値制御部１６の位置認識部６８が、主軸１２及び送り軸１４の現在位置を認識することができる。この場合、前述したように数値制御部１６が、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断したときに、送り軸指令出力部２８は、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、目標ねじ深さに相当する送り軸１４の総戻り送り量Ｄ０′（ｍｍ）とねじピッチＰ（ｍｍ／ｒｅｖ）とを取得して、これら総戻り送り量Ｄ０′とねじピッチＰとを送り軸指令ＣＦとして送り軸制御部２２に送る。通常、総戻り送り量Ｄ０′は総送り量Ｄ０に一致する。

送り軸制御部２２の送り動作制御部６４は、主軸１２の戻り動作の回転位置ＦＢＳと、ねじピッチＰと、送り軸１４の戻り動作の送り位置ＦＢＦとに基づき、送り軸１４の戻り送り動作を制御する。送り軸制御部２２の残送り量検出部６６は、総戻り送り量Ｄ０′と送り位置ＦＢＦとに基づき、現在位置から戻り完了位置に至るまでの送り軸１４の残戻り送り量Ｄｒ′を検出する。主軸制御部１８の残回転量検出部３４は、主軸１２を目標ねじ深さから戻り完了位置まで戻り動作させる間、主軸１２の現在位置からの残戻り回転量Ｓｒ′を逐次検出し、検出の都度、残戻り回転量Ｓｒ′を数値制御部１６に通知する。送り軸制御部２２の残送り量検出部６６は、送り軸１４を目標ねじ深さから戻り完了位置まで戻り送り動作させる間、送り軸１４の現在位置からの残戻り送り量Ｄｒ′を逐次検出し、検出の都度、残戻り送り量Ｄｒ′を数値制御部１６に通知する。さらに送り軸制御部２２は、戻り動作開始時の送り軸１４の初期位置Ｄｉ′（送り位置ＦＢＦ）を数値制御部１６に通知する。数値制御部１６の位置認識部６８は、主軸１２の総戻り回転量Ｓ０′と残戻り回転量Ｓｒ′とを用いて主軸１２の現在位置（Ｓ０′−Ｓｒ′）を認識するとともに、送り軸１４の総戻り送り量Ｄ０′と残戻り送り量Ｄｒ′と初期位置Ｄｉ′とを用いて送り軸１４の現在位置（Ｄ０′−Ｄｒ′＋Ｄｉ′）を認識する。

工作機械を用いたタップ加工においては、制御装置がタップ加工の間に主軸と送り軸との同期誤差を継続して認識することが望ましい。図１３は、主軸と送り軸との同期誤差認識機能を付加した変形例による制御装置７０の構成を機能ブロックで示す。制御装置７０は、同期誤差認識機能を付加した点以外は図１の制御装置１０と同様の構成を有するものであって、対応する構成要素には共通する参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

制御装置７０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、送り軸１４の送り位置を検出する送り検出部６２とを備える。数値制御部１６の送り軸指令出力部２８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、目標ねじ深さに相当する送り軸１４の総送り量Ｄ０（ｍｍ）とねじピッチＰ（ｍｍ／ｒｅｖ）とを取得して、これら総送り量Ｄ０とねじピッチＰとを送り軸指令ＣＦとして送り軸制御部２２に送る。このように送り軸指令ＣＦは、送り軸１４を目標ねじ深さまで送り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。

送り軸制御部２２は、回転検出部２０が検出した主軸１２の回転位置ＦＢＳと、ねじピッチＰと、送り検出部６２が検出した送り軸１４の送り位置ＦＢＦとに基づき、送り軸１４の送り動作を制御する送り動作制御部６４と、総送り量Ｄ０と送り位置ＦＢＦとに基づき、現在位置から目標ねじ深さに至るまでの送り軸１４の残送り量Ｄｒを検出する残送り量検出部６６とを備える。主軸制御部１８の残回転量検出部３４は、主軸１２を加工開始位置から目標ねじ深さまで切削動作させる間、主軸１２の現在位置からの残回転量Ｓｒを逐次検出し、検出の都度、残回転量Ｓｒを数値制御部１６に通知する。送り軸制御部２２の残送り量検出部６６は、送り軸１４を加工開始位置から目標ねじ深さまで送り動作させる間、送り軸１４の現在位置からの残送り量Ｄｒを逐次検出し、検出の都度、残送り量Ｄｒを数値制御部１６に通知する。

数値制御部１６は、残回転量Ｓｒと残送り量ＤｒとねじピッチＰとに基づき、主軸１２と送り軸１４との同期運転の同期誤差を計算する同期誤差計算部７２を備える。同期誤差計算部７２は、主軸制御部１８から通知された主軸１２の残回転量Ｓｒ（ｒｅｖ）と、送り軸制御部２２から通知された送り軸１４の残送り量Ｄｒ（ｍｍ）と、ねじピッチＰ（ｍｍ／ｒｅｖ）とを用いて、主軸１２と送り軸１４との同期誤差Ｅを下記の式により計算する。
同期誤差Ｅを主軸１２の回転量に換算して計算する場合：
Ｅ（ｒｅｖ）＝Ｓｒ−Ｄｒ／Ｐ
同期誤差Ｅを送り軸１４の送り量に換算して計算する場合：
Ｅ（ｍｍ）＝Ｓｒ×Ｐ−Ｄｒ

上記構成を有する制御装置７０では、数値制御部１６が主軸１２及び送り軸１４のフィードバック制御を行わない構成であっても、数値制御部１６の同期誤差計算部７２は、主軸１２と送り軸１４との同期誤差Ｅを求めることができる。したがって制御装置７０によれば、フィードバック制御を実行する主軸制御部１８及び送り軸制御部２２の上位コントローラである数値制御部１６が、主軸１２と送り軸１４との同期誤差Ｅを、タップ加工の実行中に常に把握ないし管理でき、以て、タップ加工制御の信頼性を向上させることができる。

制御装置７０の数値制御部１６は、同期誤差計算部７２が求めた同期誤差Ｅを表示装置７４に表示させる表示制御部７６を備えることができる。この構成によれば、工作機械がタップ加工を実行している最中に、オペレータが同期誤差Ｅを逐次確認でき、以て、同期誤差Ｅに応じた対策を迅速に遂行することが可能になる。

制御装置７０においては、タップ加工の戻り動作を制御する間も同様に、数値制御部１６の同期誤差計算部７２が、主軸１２と送り軸１４との同期誤差Ｅを計算することができる。この場合、前述したように数値制御部１６が、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断したときに、送り軸指令出力部２８は、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、目標ねじ深さに相当する送り軸１４の総戻り送り量Ｄ０′（ｍｍ）とねじピッチＰ（ｍｍ／ｒｅｖ）とを取得して、これら総戻り送り量Ｄ０′とねじピッチＰとを送り軸指令ＣＦとして送り軸制御部２２に送る。通常、総戻り送り量Ｄ０′は総送り量Ｄ０に一致する。

送り軸制御部２２の送り動作制御部６４は、主軸１２の戻り動作の回転位置ＦＢＳと、ねじピッチＰと、送り軸１４の戻り動作の送り位置ＦＢＦとに基づき、送り軸１４の戻り送り動作を制御する。送り軸制御部２２の残送り量検出部６６は、総戻り送り量Ｄ０′と送り位置ＦＢＦとに基づき、現在位置から戻り完了位置に至るまでの送り軸１４の残戻り送り量Ｄｒ′を検出する。主軸制御部１８の残回転量検出部３４は、主軸１２を目標ねじ深さから戻り完了位置まで戻り動作させる間、主軸１２の現在位置からの残戻り回転量Ｓｒ′を逐次検出し、検出の都度、残戻り回転量Ｓｒ′を数値制御部１６に通知する。送り軸制御部２２の残送り量検出部６６は、送り軸１４を目標ねじ深さから戻り完了位置まで戻り送り動作させる間、送り軸１４の現在位置からの残戻り送り量Ｄｒ′を逐次検出し、検出の都度、残戻り送り量Ｄｒ′を数値制御部１６に通知する。数値制御部１６の同期誤差計算部７２は、主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′と送り軸１４の残戻り送り量Ｄｒ′とねじピッチＰとを用いて、主軸１２と送り軸１４との同期誤差Ｅ（Ｅ＝Ｓｒ′−Ｄｒ′／Ｐ又はＥ＝Ｓｒ′×Ｐ−Ｄｒ′）を計算する。

上記した変形例による制御装置６０（図１２）の位置認識機能、及び上記した変形例による制御装置７０（図１３）の同期誤差認識機能は、図１１に示す制御装置５０にも適用できる。

１０、５０、６０、７０ 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 トルク制限実行部
６２ 送り検出部
６４ 送り動作制御部
６６ 残送り量検出部
６８ 位置認識部
７２ 同期誤差計算部
７６ 表示制御部

Claims (15)

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して前記加工開始位置から前記目標ねじ深さに向かって前記主軸を、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る初期動作制御部と、
   前記初期動作制御部が前記主軸を加速回転させる間に、加速開始時には前記最大能力での加速回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令が前記主軸に与えられ、加速開始から所定時間は該トルク指令を徐々に増加させて該所定時間の経過時に該最大トルク指令が前記主軸に与えられるように、前記初期動作制御部に対してトルク制限を実行するトルク制限実行部と、
   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、前記主軸を前記最大加速度に対応する最大減速度で減速回転させて前記目標ねじ深さに到達させる位置決め動作制御部と、
   を備える、制御装置。
2. 前記位置決め動作制御部は、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所定の加速度変化時間とに基づき、該加速度変化時間においては前記最大加速度よりも小さくかつ所定割合で変化する加速度で前記主軸を減速回転させる一方、該加速度変化時間を除く時間においては前記主軸を前記最大減速度で減速回転させて、前記主軸を前記目標ねじ深さに到達させる、請求項１に記載の制御装置。
3. 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して、前記目標ねじ深さ又は前記目標ねじ深さより予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、前記戻り完了位置に向かって前記主軸を、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、
   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所定の加速度変化時間とに基づき、該加速度変化時間においては前記逆回転の最大加速度よりも小さくかつ所定割合で変化する加速度で前記主軸を減速逆回転させる一方、該加速度変化時間を除く時間においては前記主軸を前記逆回転の最大加速度に対応する最大減速度で減速逆回転させて、前記主軸を前記戻り完了位置で停止させる、
   請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記数値制御部は、前記残回転量を監視して前記残回転量が第１の所定値以下になったときに、タップ加工が前記目標ねじ深さに達したと判断し、
   前記位置決め動作制御部は、前記主軸を前記目標ねじ深さで停止させ、
   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して前記目標ねじ深さから前記戻り完了位置に向かって前記主軸を前記最大能力で加速逆回転させ、
   前記トルク制限実行部は、前記初期動作制御部が前記主軸を加速逆回転させる間に、加速開始時には前記最大能力での加速逆回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令が前記主軸に与えられ、加速開始から所定時間は該トルク指令を徐々に増加させて該所定時間の経過時に該最大トルク指令が前記主軸に与えられるように、前記初期動作制御部に対してトルク制限を実行し、
   前記最大加速度検出部は、前記最大能力での加速逆回転中に前記回転位置に基づき前記逆回転の最大加速度を検出する、
   請求項３に記載の制御装置。
5. 前記数値制御部は、前記残回転量を監視して前記残回転量が第１の所定値以下になったときに、タップ加工が前記目標ねじ深さに達したと判断し、
   前記位置決め動作制御部は、前記主軸を前記目標ねじ深さで停止させずに、前記目標ねじ深さへの到達後、前記最大能力での減速回転における最大減速度と同じ前記逆回転の最大加速度で、前記主軸を前記初期戻り位置まで加速逆回転させ、
   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して前記初期戻り位置から前記戻り完了位置に向かって前記主軸を前記最大能力で加速逆回転させ、
   前記最大加速度検出部は、前記最大能力での減速回転における最大減速度を前記逆回転の最大加速度として取得する、
   請求項３に記載の制御装置。
6. 前記数値制御部は、前記残戻り回転量を監視して前記残戻り回転量が第２の所定値以下になったときに、戻り動作が完了したと判断する、請求項４又は５に記載の制御装置。
7. 前記送り軸の送り位置を検出する送り検出部をさらに具備し、
   前記数値制御部は、前記加工開始位置から前記目標ねじ深さに至る間の前記送り軸の総送り量とねじピッチとを前記タップ加工プログラムから取得して、該総送り量と該ねじピッチとを前記送り軸指令として前記送り軸制御部に送る送り軸指令出力部を備え、
   前記送り軸制御部は、
   前記ねじピッチと前記回転位置とに基づき前記送り軸の送り動作を制御する送り動作制御部と、
   前記総送り量と前記送り位置とに基づき、現在位置から前記目標ねじ深さに至るまでの前記送り軸の残送り量を検出する残送り量検出部とを備える、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 前記数値制御部は、前記残回転量に基づき前記主軸の現在位置を認識するとともに前記残送り量に基づき前記送り軸の現在位置を認識する位置認識部を備える、請求項７に記載の制御装置。
9. 前記数値制御部は、前記残回転量と前記残送り量と前記ねじピッチとに基づき、前記同期運転の同期誤差を計算する同期誤差計算部を備える、請求項７又は８に記載の制御装置。
10. 前記送り軸の送り位置を検出する送り検出部をさらに具備し、
    前記数値制御部は、タップ加工が前記目標ねじ深さに達したと判断したときに、前記目標ねじ深さから前記戻り完了位置に至る間の前記送り軸の総戻り送り量とねじピッチとを前記タップ加工プログラムから取得して、該総戻り送り量と該ねじピッチとを前記送り軸指令として前記送り軸制御部に送る送り軸指令出力部を備え、
    前記送り軸制御部は、
    前記ねじピッチと前記回転位置とに基づき前記送り軸の戻り送り動作を制御する送り動作制御部と、
    前記総戻り送り量と前記送り位置とに基づき、現在位置から前記戻り完了位置に至るまでの前記送り軸の残戻り送り量を検出する残送り量検出部とを備える、
    請求項３〜６のいずれか１項に記載の制御装置。
11. 前記数値制御部は、前記残戻り回転量に基づき前記主軸の現在位置を認識するとともに前記残戻り送り量に基づき前記送り軸の現在位置を認識する位置認識部を備える、請求項１０に記載の制御装置。
12. 前記数値制御部は、前記残戻り回転量と前記残戻り送り量と前記ねじピッチとに基づき、前記同期運転の同期誤差を計算する同期誤差計算部を備える、請求項１０又は１１に記載の制御装置。
13. 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して、前記目標ねじ深さ又は前記目標ねじ深さより予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、前記戻り完了位置に向かって前記主軸を、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所定の加速度変化時間とに基づき、該加速度変化時間においては前記逆回転の最大加速度よりも小さくかつ所定割合で変化する加速度で前記主軸を減速逆回転させる一方、該加速度変化時間を除く時間においては前記主軸を前記逆回転の最大加速度に対応する最大減速度で減速逆回転させて、前記主軸を前記戻り完了位置で停止させる位置決め動作制御部と、
    を備える、制御装置。
14. 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し、
    前記最高回転速度を目標値として前記加工開始位置から前記目標ねじ深さに向かって、加速開始時には駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力での加速回転中の最大トルク指令よりも小さい所定のトルク指令が前記主軸に与えられ、加速開始から所定時間は該トルク指令を徐々に増加させて該所定時間の経過時に該最大トルク指令が前記主軸に与えられるように、トルク制限を実行しながら、前記主軸を前記最大能力で加速回転させ、
    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最大加速度を検出し、
    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し、
    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し、
    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、前記主軸を前記最大加速度に対応する最大減速度で減速回転させて前記目標ねじ深さに到達させる、
    制御方法。
15. 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し、
    前記最高戻り回転速度を目標値として、前記目標ねじ深さ又は前記目標ねじ深さより予め定めた回転数だけ戻った初期戻り位置から、前記戻り完了位置に向かって前記主軸を、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、
    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し、
    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し、
    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し、
    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所定の加速度変化時間とに基づき、該加速度変化時間においては前記逆回転の最大加速度よりも小さくかつ所定割合で変化する加速度で前記主軸を減速逆回転させる一方、該加速度変化時間を除く時間においては前記主軸を前記逆回転の最大加速度に対応する最大減速度で減速逆回転させて、前記主軸を前記戻り完了位置で停止させる、
    制御方法。

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