JP6474435B2 - 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、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が知られている（例えば特許文献１参照）。また、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が知られている（例えば特許文献２参照）。

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装置であって、数値制御部がタップ加工プログラムに基づき、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主軸指令として主軸制御部に与え、主軸制御部が主軸指令に従い主軸を最大能力で加速回転させてタップ加工を行う構成が知られている（例えば特許文献３参照）。

特許第２６２９７２９号公報 特許第３５５３７４１号公報 特開２０１６−０７８２２３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。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させる構成において、加速後に主軸を位置制御により減速させて目標位置に到達させる間、駆動源の機械損に起因して、主軸を最大能力で減速回転させることが困難となる場合がある。

本開示の一態様は、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、始動位置から目標位置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始動位置から主軸を、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、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、現在位置から目標位置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、位置制御により主軸を減速回転させて目標位置に到達させる位置決め動作制御部とを備え、位置決め動作制御部は、最大加速度に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度であって、主軸を減速回転させる間の駆動源の機械損を補償し得る最大減速度である位置決め減速度で、主軸を減速回転させる、制御装置である。

本開示の他の態様は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法であって、制御装置が、始動位置から目標位置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始動位置から主軸を、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、現在位置から目標位置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、位置制御により主軸を減速回転させて目標位置に到達させるステップとを備え、主軸を目標位置に到達させるステップは、最大加速度に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度であって、主軸を減速回転させる間の駆動源の機械損を補償し得る最大減速度である位置決め減速度で、主軸を減速回転させるステップを有する、制御方法である。

一態様に係る制御装置によれば、主軸に始動位置から目標位置までの回転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回転させて回転動作を実行するとともに、最大加速中に検出した最大加速度と逐次検出する主軸の残回転量及び現在速度に基づき、主軸を減速回転させながら目標位置までの回転動作を継続実行して目標位置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。しかもこの制御装置では、加速後に主軸を位置制御により減速させて目標位置に到達させる間、駆動源の機械損を考慮して、最大加速度に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度で主軸を減速回転させるようにしたから、タップ加工のサイクルタイムの短縮効果を向上させることができる。

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第１実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 工作機械制御装置の第２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第１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。 工作機械制御方法の第１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２〜図４の実施形態で実現される主軸の動作の一例を示す図である。 図２〜図４の実施形態で実現される主軸の動作の他の例を示す図である。 図２〜図４の実施形態で実現される主軸の動作のさらに他の例を示す図である。 図２〜図４の実施形態で実現される主軸の動作のさらに他の例を示す図である。 図１の実施形態で実現される主軸の動作の一例を示す図である。 図１の実施形態で実現される主軸の動作の他の例を示す図である。 工作機械制御方法の第２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２及び図１１の実施形態で実現される主軸の動作の一例を示す図である。 図２及び図１１の実施形態で実現される主軸の動作の他の例を示す図である。 図２及び図１１の実施形態で実現される主軸の動作のさらに他の例を示す図である。 図２及び図１１の実施形態で実現される主軸の動作のさらに他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本開示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（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。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主軸モータ１２Ｍに設定される制御軸である。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（図示せず）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。なお本開示において、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、始動位置（回転位置）から目標位置（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、始動位置である加工開始位置から目標位置である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を目標位置（目標ねじ深さ）まで回転運動させるための位置指令（移動指令）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又は主軸モータ１２Ｍ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始動位置から主軸１２を、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）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）から目標位置に至るまでの主軸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、位置制御により主軸１２を減速回転させて目標位置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の制御により、主軸１２は、最高回転速度Ｖ０に到達するか、或いは残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２となる位置に到達した時点で、加速回転から減速回転に移行する。主軸１２の減速回転中、位置決め動作制御部３８は、主軸１２を位置制御することで目標位置に到達させるが、このときサイクルタイム短縮の観点から、最大加速度検出部３２が検出した最大加速度Ａ０に対応する減速度で主軸１２を減速回転させることが考えられる。しかし、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損（摩擦損、風損等）を考慮すると、最大加速度Ａ０に対応する減速度で主軸１２を減速回転させる構成では、加速時と異なり、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の許容電流を最大限に利用した最大能力での減速回転を実現できない場合がある。そこでこの実施形態では、位置決め動作制御部３８は、主軸１２を位置制御する際に、最大加速度Ａ０に対応する減速度（負の値）よりも大きい（つまり絶対値の大きい）位置決め減速度Ａｐｏｓ（負の値）で主軸１２を減速回転させるように構成される。位置決め減速度Ａｐｏｓの値は、主軸１２を減速回転させる間の駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損を補償し得る最大減速度Ａｍａｘ（負の値）を上限とする。最大減速度Ａｍａｘは、以下の式１により求めることができる。

｜Ａｍａｘ｜＝Ａ０×（Ｐｍａｘ＋Ｐｍｌ）／Ｐｍａｘ ・・・式１
又は
｜Ａｍａｘ｜＝Ａ０＋Ａｐｍｌ ・・・式１

ここで、Ｐｍａｘは駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の最大出力（すなわち許容電流を最大限に利用した最大能力）、Ｐｍｌは駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損、ＡｐｍｌはＰｍｌに相当する加速度である。Ｐｍａｘは、例えばタップ加工システムの設計者（以下、システム設計者）が駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の特性値から制御装置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。Ｐｍｌは、例えばシステム設計者が、公知の測定法により駆動源（主軸モータ１２Ｍ）に対し予め測定して、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。Ａｐｍｌは、例えばシステム設計者が、測定したＰｍｌから公知の換算式により予め算出して、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。

位置決め動作制御部３８は、主軸１２を任意の位置決め減速度Ａｐｏｓ（Ａ０＜｜Ａｐｏｓ｜≦｜Ａｍａｘ｜）で減速回転させる。ここでＡｐｏｓは、例えばＡｍａｘに所定の係数を乗算することで求めることができる。この係数は、例えばシステム設計者が予め設定して制御装置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。この構成により、制御装置１０は主軸１２を、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損を考慮しながらその許容電流を高効率で利用して減速回転させることができ、以って、タップ加工のサイクルタイムの短縮効果を向上させることができる。特に、位置決め動作制御部３８が主軸１２を最大減速度Ａｍａｘで減速回転させる構成とすれば、制御装置１０は、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損に相当する減速度の低下分を全て補償して、加速時と同様に、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の許容電流を最大限に利用した最大能力で主軸１２を減速回転させることができ、以って、タップ加工のサイクルタイムを一層効果的に短縮することができる。なお、サイクルタイムの短縮効果の詳細は後述する。

最大減速度Ａｍａｘ及び位置決め減速度Ａｐｏｓは、位置決め動作制御部３８が、位置制御の開始前に算出することができる。主軸制御部１８が主軸１２を速度指令により位置制御する構成では、位置決め動作制御部３８は、主軸１２を位置決め減速度Ａｐｏｓで減速回転させるための速度指令を演算する速度指令演算部４０を有することができる。

位置決め動作制御部３８は、残回転量検出部３４及び現在速度検出部３６が逐次検出する残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃを監視して、主軸１２を現在速度Ｖｃから位置決め減速度Ａｐｏｓで減速したときにＳｒ＝０となる（つまり目標位置に到達する）位置を算定し、主軸１２がこの位置に到達したときに位置制御を開始する。なお、制御装置１０が実行する工作機械制御方法（速度制御及び位置制御を含む）の詳細は後述する。

図２は、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、前述した制御装置１０の構成に加えて、位置決め動作制御部３８が位置制御を開始する前に主軸１２を加速時の最高速度から速度制御により減速回転させるための減速動作制御部５２を備える。減速動作制御部５２以外の制御装置５０の構成は、制御装置１０と同様であるので、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。

制御装置５０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。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始動位置から主軸１２を、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）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、現在位置から目標位置に至るまでの主軸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、位置制御により主軸１２を位置決め減速度Ａｐｏｓで減速回転させて目標位置に到達させる位置決め動作制御部３８と、最大能力での加速回転の後であって位置制御の開始前に、速度制御により主軸１２を減速回転させて予め定めた中間速度Ｖｂに到達させる減速動作制御部５２とを備える。

中間速度Ｖｂは、始動から中間速度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１２Ｍの基底速度）として、主軸１２に予め設定されるものであって、例えば制御装置５０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。なお実用上、中間速度Ｖｂは、主軸モータ１２Ｍの基底速度（主軸モータ１２Ｍ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。

主軸制御部１８の制御により、主軸１２は、最高回転速度Ｖ０に到達するか、或いは残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２となる位置に到達した時点で、加速回転から減速回転に移行する。主軸１２が加速回転による最高速度から減速するときには、減速動作制御部５２は、中間速度Ｖｂに至るまでの速度領域で、残回転量検出部３４及び現在速度検出部３６が逐次検出する残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃに基づき、主軸１２を速度制御する。また、位置決め動作制御部３８は、中間速度Ｖｂから目標位置に至るまでの速度領域で、サイクルタイム短縮のため、最大加速度検出部３２が検出した最大加速度Ａ０に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度Ａｐｏｓ（Ａ０＜｜Ａｐｏｓ｜≦｜Ａｍａｘ｜）で主軸１２を減速回転させる。位置決め動作制御部３８は、残回転量検出部３４及び現在速度検出部３６が逐次検出する残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃを監視して、主軸１２を現在速度Ｖｃ（＝Ｖｂ）から位置決め減速度Ａｐｏｓで減速したときにＳｒ＝０となる（つまり目標位置に到達する）位置を算定し、主軸１２がこの位置に到達したときに位置制御を開始する。なお、制御装置５０が実行する工作機械制御方法（速度制御及び位置制御を含む）の詳細は後述する。

制御装置１０、５０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の回転動作（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、５０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の回転動作（本願で戻り動作と称する）を制御することができる。切削動作の制御では、「始動位置」はタップ加工の「加工開始位置」に相当し、「目標位置」はタップ加工の「目標ねじ深さ」に相当する。また戻り動作の制御では、「始動位置」はタップ加工の「目標ねじ深さ」に相当し、「目標位置」はタップ加工の「戻り完了位置」に相当する。

図３及び図４は、図２の制御装置５０が実行する工作機械制御方法の第１の実施形態を示す。また図５及び図６は、図３及び図４の制御方法によって実現される主軸１２の動作の二つの異なる例を示す。この実施形態による制御方法は、タップ加工における主軸１２の切削動作（図３）と戻り動作（図４）との双方を制御できるものである。なお以下の説明では、理解を助けるため、切削動作の制御に関する用語として「総回転量」、「最高回転速度」、「加速回転」、「最大加速度」、「残回転量」、「現在速度」、「減速回転」、「中間速度」、「減速度」、「位置決め回転量」及び「位置決め減速度」を用いる一方、戻り動作の制御に関してはそれぞれに対応する実質同義の用語として「総戻り回転量」、「最高戻り回転速度」、「加速逆回転」、「逆回転の最大加速度」、「残戻り回転量」、「逆回転の現在速度」、「減速逆回転」、「中間戻り速度」、「逆回転の減速度」、「位置決め戻り回転量」及び「逆回転の位置決め減速度」を用いる。

まず、図３のフローチャートを図２と共に参照して、制御装置５０が実行する主軸１２の切削動作制御方法を説明する。ステップＳ１で、数値制御部１６（主軸指令出力部２６）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、加工開始位置（始動位置）から目標ねじ深さ（目標位置）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、主軸制御部１８に総回転量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、最高回転速度Ｖ０を目標速度とする速度制御により、加工開始位置（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、加速回転中の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（位置決め動作制御部３８）は、最大加速度Ａ０に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度Ａｐｏｓであって、主軸１２を減速回転させる間の駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損を補償し得る最大減速度Ａｍａｘを上限とする位置決め減速度Ａｐｏｓを算出する。なおＡｐｏｓの算出は、最大加速度Ａ０を検出した後であって位置決め動作制御部３８が位置制御を開始する前であれば、以下に説明する後続ステップ（Ｓ４〜Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１０）の実行中又はその後に行うこともできる。

次にステップＳ４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Ｓ５で、主軸制御部１８（残回転量検出部３４）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Ｓ６で、主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、主軸１２を中間速度Ｖｂま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Ｓ４に戻る。

ここで図５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Ｓ４及びＳ５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。ステップＳ２における主軸１２の最大能力の加速回転は、図５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中間速度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の回転速度が中間速度Ｖｂ（この例では主軸モータ１２Ｍの基底速度）を超えると、主軸モータ１２Ｍ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Ｓ５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Ｓ６における主軸１２の減速回転が実行される。時間Ｔ１〜Ｔ３では、主軸制御部１８は主軸１２を速度制御する（この間の速度指令を破線で例示する）。

時間Ｔ３（ステップＳ６）においても、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。そして主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、時間Ｔ３（ステップＳ６）において、速度制御により点Ａ（最高速度）から主軸１２を中間速度Ｖｂまで減速回転させるが、この間、減速回転のための速度指令Ｃｖを、残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとを用いて逐次更新する（速度指令Ｃｖを図５に破線で示す）。具体的には、減速動作制御部５２は、主軸１２を所定の中間速度Ｖｂに到達させたときの主軸１２の残回転量Ｓｒが、位置決め動作制御部３８による位置制御の下で目標ねじ深さに到達するまでの主軸１２の位置決め回転量Ｓｐｏｓと等しくなるように、速度指令Ｃｖを逐次更新して、逐次更新される速度指令Ｃｖにより主軸１２を減速回転させる。

ここで、位置決め回転量Ｓｐｏｓは、位置決め動作制御部３８が主軸１２を、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／ｓｅｃ）とする）から、前述した位置決め減速度Ａｐｏｓ（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５）の位置に対応し、Ｓｒ＝０の点から見た残回転量Ｓｒ（負の値）の絶対値として、以下の式で表される。
｜Ｓｒ｜＝Ｖｃ^２／（２×｜Ａｐｏｓ｜）＝Ｓｐｏｓ

前述したように、点Ｂでは、主軸１２の現在速度Ｖｃは中間速度Ｖｂに達していることを前提とする。したがって点Ｂの位置｜Ｓｒ｜及び位置決め回転量Ｓｐｏｓは、以下の式２により求められる。
｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａｐｏｓ｜）＝Ｓｐｏｓ ・・・式２

主軸１２を中間速度Ｖｂに到達させたときの残回転量Ｓｒが主軸１２の位置決め回転量Ｓｐｏｓに等しいとした場合、時間Ｔ３における主軸１２の残回転量（つまり現在位置）Ｓｒと現在速度Ｖｃ（ｒｅｖ／ｓ）と現在減速度Ａｃ（ｒｅｖ／ｓ^２）との関係は、以下の式で表わされる。
公式：Ｖｃ^２−Ｖｂ^２＝２×｜Ａｃ｜×（Ｓｒ−Ｓｐｏｓ）から、
｜Ａｃ｜＝（Ｖｃ^２−Ｖｂ^２）／（２×（Ｓｒ−Ｓｐｏｓ））

時間Ｔ３（ステップＳ６）において、主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、主軸１２の残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとを常時監視して、上記した現在減速度Ａｃに速度指令更新周期Ｔｃｔｌ（ｓｅｃ）（つまり減速動作制御部５２が速度指令を作成して主軸１２に通知する周期）を乗じた値を現在速度Ｖｃ（つまり直前の速度指令Ｃｖ）から減算し、新たな速度指令Ｃｖとする。速度指令Ｃｖは以下の式３で表わされる。
Ｃｖ＝Ｖｃ−Ａｃ×Ｔｃｔｌ ・・・式３

式３に従って、減速動作制御部５２は、速度指令Ｃｖを速度指令更新周期Ｔｃｔｌで逐次更新する。主軸１２は、点Ａから点Ｂに至る間、逐次更新される速度指令Ｃｖに従って、減速度Ａｃを徐々に増加させながら減速回転し、中間速度Ｖｂまで減速したと同時に点Ｂに到達する（図５）。

再び図３を参照すると、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の残回転量Ｓｒの絶対値｜Ｓｒ｜が、｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａｐｏｓ｜）（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Ｂに到達したか否か）を判断する。式２を満たしている場合、ステップＳ８で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、主軸１２を位置決め減速度Ａｐｏｓ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移動指令を作成し、この移動指令により主軸１２を位置制御する。式２を満たしていない場合は、式２が満たされるまでステップＳ７の判断を繰り返す。主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの移動指令に従い、点Ｂから目標ねじ深さに向かって位置決め減速度Ａｐｏｓ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して停止する。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５）では、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御する（移動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）。

前述したステップＳ４で、主軸制御部１８（現在速度検出部３６）が、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は、ステップＳ５の代わりにステップＳ９に進む。ステップＳ９で主軸制御部１８（残回転量検出部３４）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Ｓ１０で、主軸制御部１８（残回転量検出部３４）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Ｓ６に進み、次いでステップＳ７及びステップＳ８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以下になるまでステップＳ１０の判断を繰り返す。

ここで図６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Ｓ４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６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中間速度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の回転速度が中間速度Ｖｂ（この例では主軸モータ１２Ｍの基底速度）を超えると、主軸モータ１２Ｍ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Ｓ１０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Ｓ６）で、前述した減速度Ａｃを漸増させながらの主軸１２の減速回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ４（ステップＳ８）で、位置決め減速度Ａｐｏｓでの主軸１２の減速回転が実行される。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して停止する。時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４では、主軸１２は図５に示す動作と同様に動作する。

図５及び図６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（切削動作）を制御する間、送り軸制御部２２（図２）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フィードバック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Ｓ１０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。

上記したように、制御装置５０は、主軸１２に加工開始位置（始動位置）から目標ねじ深さ（目標位置）までの切削動作（回転動作）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を加速回転させて切削動作を実行するとともに、最大加速中に検出した最大加速度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を減速回転させながら目標ねじ深さまでの切削動作を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では、加速後に主軸１２を位置制御により減速させて目標ねじ深さに到達させる間、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損を考慮して、最大加速度Ａ０に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度Ａｐｏｓ（Ａ０＜｜Ａｐｏｓ｜≦｜Ａｍａｘ｜）で主軸１２を減速回転させるようにしたから、上記したタップ加工のサイクルタイムの短縮効果を向上させることができる。

制御装置５０は、主軸１２の前述した戻り動作に際し、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５及び図６は、上記した主軸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４のフローチャートを図２、図５及び図６と共に参照して、制御装置１０が実行する主軸１２の戻り動作制御方法を説明する。なお、以下の説明で用いる参照符号は、理解を助けるため、切削動作制御方法の説明で用いた対応の参照符号に必要に応じてダッシュ（′）を付したものとする。

数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は、図３の切削動作制御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Ｓ１１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（始動位置）から戻り完了位置（目標位置）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（移動指令）や加減速指令を含まないものである。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。

次にステップＳ１２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′を目標速度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、加速逆回転中の現在位置からの主軸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Ｓ１３で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、逆回転の最大加速度Ａ０′に対応する減速度よりも大きい逆回転の位置決め減速度Ａｐｏｓ′であって、主軸１２を減速逆回転させる間の駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損を補償し得る最大減速度Ａｍａｘ′を上限とする逆回転の位置決め減速度Ａｐｏｓ′を算出する。なおＡｐｏｓ′の算出は、逆回転の最大加速度Ａ０′を検出した後であって位置決め動作制御部３８が位置制御を開始する前であれば、以下に説明する後続ステップ（Ｓ１４〜Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２０）の実行中又はその後に行うこともできる。またＡｐｏｓ′及びＡｍａｘ′は、それぞれ前述したＡｐｏｓ及びＡｍａｘと実質同義の値であって、前述した式１等によって算出できる。

次にステップＳ１４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Ｓ１５で、主軸制御部１８（残回転量検出部３４）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Ｓ１６で、主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、主軸１２を中間戻り速度Ｖｂ′ま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Ｓ１４に戻る。

ここで図５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Ｓ１４及びＳ１５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Ｓ１２における主軸１２の最大能力の加速逆回転は、図５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中間戻り速度Ｖｂ′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の回転速度が中間戻り速度Ｖｂ′（この例では主軸モータ１２Ｍの基底速度）を超えると、主軸モータ１２Ｍ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Ｓ１５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Ｓ１６における主軸１２の減速逆回転が実行される。時間Ｔ６〜Ｔ８では、主軸制御部１８は主軸１２を速度制御する（この間の速度指令を破線で例示する）。

時間Ｔ８（ステップＳ１６）においても、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′及び逆回転の現在速度Ｖｃ′を逐次検出する。そして主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、時間Ｔ８（ステップＳ１６）において、速度制御により点Ｃ（逆回転の最高速度）から主軸１２を中間戻り速度Ｖｂ′まで減速回転させるが、この間、減速逆回転のための速度指令Ｃｖ′を、残戻り回転量Ｓｒ′と逆回転の現在速度Ｖｃ′とを用いて逐次更新する（速度指令Ｃｖ′を図５に破線で示す）。具体的には、減速動作制御部５２は、主軸１２を所定の中間戻り速度Ｖｂ′に到達させたときの主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′が、位置決め動作制御部３８による位置制御の下で戻り完了位置で停止するまでの主軸１２の位置決め戻り回転量Ｓｐｏｓ′と等しくなるように、速度指令Ｃｖ′を逐次更新して、逐次更新される速度指令Ｃｖ′により主軸１２を減速逆回転させる。

ここで、位置決め戻り回転量Ｓｐｏｓ′は、位置決め動作制御部３８が主軸１２を、逆回転の現在速度Ｖｃ′（以下の説明では１秒間当りの回転数（単位はｒｅｖ／ｓｅｃ）とする）から、前述した逆回転の位置決め加速度Ａｐｏｓ′（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５）の位置に対応し、前述した位置決め回転量Ｓｐｏｓと同様に以下の式４により求められる。
｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ′^２／（２×｜Ａｐｏｓ′｜）＝Ｓｐｏｓ′ ・・・式４

主軸１２を中間戻り速度Ｖｂ′に到達させたときの残戻り回転量Ｓｒ′が主軸１２の位置決め戻り回転量Ｓｐｏｓ′に等しいとした場合、時間Ｔ８における主軸１２の残戻り回転量（つまり現在位置）Ｓｒ′と現在速度Ｖｃ′（ｒｅｖ／ｓ）と現在減速度Ａｃ′（ｒｅｖ／ｓ^２）との関係は、以下の式で表わされる。
公式：Ｖｃ′２−Ｖｂ′^２＝２×｜Ａｃ′｜×（Ｓｒ′−Ｓｐｏｓ′）から、
｜Ａｃ′｜＝（Ｖｃ′^２−Ｖｂ′^２）／（２×（Ｓｒ′−Ｓｐｏｓ′））

時間Ｔ８（ステップＳ１６）において、主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′と逆回転の現在速度Ｖｃ′とを常時監視して、上記した現在減速度Ａｃ′に速度指令更新周期Ｔｃｔｌ（ｓｅｃ）を乗じた値を現在速度Ｖｃ′（つまり直前の速度指令Ｃｖ′）から減算し、新たな速度指令Ｃｖ′とする。速度指令Ｃｖ′は以下の式５で表わされる。
Ｃｖ′＝Ｖｃ′−Ａｃ′×Ｔｃｔｌ ・・・式５

式５に従って、減速動作制御部５２は、速度指令Ｃｖ′を速度指令更新周期Ｔｃｔｌで逐次更新する。主軸１２は、点Ｃから点Ｄに至る間、逐次更新される速度指令Ｃｖ′に従って、減速度Ａｃ′を徐々に増加させながら減速逆回転し、中間戻り速度Ｖｂ′まで減速したと同時に点Ｄに到達する（図５）。

再び図４を参照すると、ステップＳ１７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′｜）（式４）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。式４を満たしている場合、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を位置決め減速度Ａｐｏｓ′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移動指令を作成し、この移動指令により主軸１２を位置制御する。式４を満たしていない場合は、式４が満たされるまでステップＳ１７の判断を繰り返す。主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの移動指令に従い、点Ｄから戻り完了位置に向かって位置決め減速度Ａｐｏｓ′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５）では、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御する（移動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）。

前述したステップＳ１４で、主軸制御部１８（現在速度検出部３６）が、逆回転の現在速度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は、ステップＳ１５の代わりにステップＳ１９に進む。ステップＳ１９で主軸制御部１８（残回転量検出部３４）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Ｓ２０で、主軸制御部１８（残回転量検出部３４）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Ｓ１６に進み、次いでステップＳ１７及びステップＳ１８を実行して、戻り完了位置さ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′以下になるまでステップＳ２０の判断を繰り返す。

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Ｓ１４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６に示すように、ステップＳ１２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中間戻り速度Ｖｂ′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の回転速度が中間戻り速度Ｖｂ′（この例では主軸モータ１２Ｍの基底速度）を超えると、主軸モータ１２Ｍ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Ｓ２０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Ｓ１６）で、前述した減速度Ａｃを漸増させながらの主軸１２の減速逆回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ９（ステップＳ１８）で、位置決め減速度Ａｐｏｓ′での主軸１２の減速逆回転が実行される。そしてＳｒ′＝０になった時点で、主軸１２は戻り完了位置に到達して停止する。時間Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８及びＴ９では、主軸１２は図５に示す動作と同様に動作する。

図５及び図６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（戻り動作）を制御する間、送り軸制御部２２（図２）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フィードバック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Ｓ１１〜ステップＳ２０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５及び図６に示す動作例では、制御装置５０は、主軸１２の最大能力での加速回転の後に、逐次更新される速度指令Ｃｖ（Ｃｖ′）により主軸１２を漸増する減速度Ａｃ（Ａｃ′）で点Ａ（点Ｄ）から減速回転（減速逆回転）させて、中間速度Ｖｂ（中間戻り速度Ｖｂ′）に達したときの残回転量Ｓｒ（残戻り回転量Ｓｒ′）が位置決め回転量Ｓｐｏｓ（位置決め戻り回転量Ｓｐｏｓ′）と等しくなる速度制御を実行している。減速回転（減速逆回転）中のこのような速度制御に代えて、制御装置５０は、点Ａ（点Ｄ）から中間速度Ｖｂ（中間戻り速度Ｖｂ′）を目標値として主軸１２を最大能力で減速回転（減速逆回転）させる速度制御を実行することもできる。図７及び図８は、点Ａ（点Ｄ）から主軸１２を最大能力で減速回転（減速逆回転）させる制御方法によって実現される主軸１２の動作の二つの異なる例を示す。以下、図７及び図８を図２〜図４と共に参照して、主軸１２を速度制御で最大減速させる構成を説明する。

図７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（図３のステップＳ４及びＳ５の判断がいずれもＹＥＳの場合）の、主軸１２の切削動作の一例、及び、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４のステップＳ１４及びＳ１５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−時間曲線で示されている。また図８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（図３のステップＳ４の判断がＮＯの場合）の、主軸１２の切削動作の一例、及び、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４のステップＳ１４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７及び図８に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４〜Ｔ７、Ｔ９及びＴ１０における主軸の動作は、それぞれ、図５及び図６に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４〜Ｔ７、Ｔ９及びＴ１０における主軸の動作と同様である。

図７及び図８に示す時間Ｔ３では、主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、点Ａから中間速度Ｖｂを目標値とする速度制御により、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る。最大能力での減速回転中は、主軸モータ１２Ｍの特性により、主軸１２の減速度が漸増する。ここで、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よりも短い時間で中間速度Ｖｂに到達し、このときの位置｜Ｓｒ｜は
｜Ｓｒ｜＞Ｖｃ^２／（２×｜Ａｐｏｓ｜）
であって、その後に一定の中間速度Ｖｂで極小時間だけ回転することにより、
｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａｐｏｓ｜）
の点Ｂに到達する（図７、図８）。

同様に、図７及び図８に示す時間Ｔ８では、主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、点Ｃから中間戻り速度Ｖｂ′を目標値とする速度制御により、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る。最大能力での減速逆回転中は、主軸モータ１２Ｍの特性により、主軸１２の逆回転の減速度が漸増する。前述した点Ｂ直前の動作と同様に、主軸１２は、点Ｃから減速した後に時間Ｔ７よりも短い時間で中間戻り速度Ｖｂ′に到達し、このときの位置｜Ｓｒ′｜は
｜Ｓｒ′｜＞Ｖｃ′^２／（２×｜Ａｐｏｓ′｜）
であって、その後に一定の中間戻り速度Ｖｂ′で極小時間だけ回転することにより、
｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ′^２／（２×｜Ａｐｏｓ′｜）
の点Ｄに到達する（図７、図８）。

上記したように、制御装置５０は、主軸１２に目標ねじ深さ（始動位置）から戻り完了位置（目標位置）までの戻り動作（回転動作）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を加速逆回転させて戻り動作を実行するとともに、最大加速中に検出した逆回転の最大加速度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を減速回転させながら戻り完了位置までの戻り動作を継続実行して戻り完了位置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５０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５０では、加速後に主軸１２を位置制御により減速させて戻り完了位置に到達させる間、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損を考慮して、最大加速度Ａ０′に対応する減速度よりも大きい逆回転の位置決め減速度Ａｐｏｓ′（Ａ０′＜｜Ａｐｏｓ′｜≦｜Ａｍａｘ′｜）で主軸１２を減速逆回転させるようにしたから、上記したタップ加工のサイクルタイムの短縮効果を向上させることができる。

図２〜図８に示す実施形態の構成は、主軸１２の最高回転速度Ｖ０が主軸モータ１２Ｍの基底速度（すなわち中間速度Ｖｂ）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が主軸モータ１２Ｍの基底速度（Ｖｂ）よりも小さくなる場合がある。この場合は、図５〜図８の動作例における時間Ｔ２及びＴ３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１に示す制御装置１０は、工作機械制御方法の一実施形態として、主軸１２の最高回転速度Ｖ０が主軸モータ１２Ｍの基底速度（Ｖｂ）よりも小さい場合の、主軸１２の切削動作及び戻り動作を制御することができる。この工作機械制御方法は、図３のフローチャートにおけるステップＳ６及びＳ７、並びに図４のフローチャートにおけるステップＳ１６及びＳ１７を省略したものとなる。以下、図９及び図１０を図１及び図３と共に参照して、制御装置１０が実行する主軸１２の切削動作の二つの異なる例を説明する。

図９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３のステップＳ４及びＳ５の判断がいずれもＹＥＳの場合）の、主軸１２の切削動作を、速度−時間曲線で示す。図示のように、主軸１２は、図５における時間Ｔ１及びＴ４の動作に対応する動作のみを実行する。すなわち主軸１２は、時間Ｔ１において最高回転速度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Ｔ４において点Ａから目標ねじ深さ（残回転量Ｓｒ＝０）まで位置決め減速度Ａｐｏｓ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）（図１）は主軸１２の位置制御のみを実行する。

図１０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３のステップＳ３の判断がＮＯになった場合）の、主軸１２の切削動作を、速度−時間曲線で示す。図示のように、主軸１２は、図６における時間Ｔ１、Ｔ５及びＴ４の動作に対応する動作のみを実行する。すなわち主軸１２は、時間Ｔ１において最高回転速度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Ｔ５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Ｔ４において点Ａから目標ねじ深さ（残回転量Ｓｒ＝０）まで位置決め減速度Ａｐｏｓ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）（図１）は主軸１２の位置制御のみを実行する。

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（切削動作）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フィードバック制御して送り動作を行わせる。なお制御装置１０は、図９及び図１０の切削動作に対応する手順で主軸１２の戻り動作を制御でき、また送り軸１４の逆送り動作を制御できる。

上記構成を有する制御装置１０は、前述した制御装置５０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できる。しかも制御装置１０では、加速後に主軸１２を位置制御により減速させて目標ねじ深さ（又は戻り完了位置）に到達させる間、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損を考慮して、最大加速度Ａ０（又は逆回転の最大加速度Ａ０′）に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度Ａｐｏｓ（Ａ０＜｜Ａｐｏｓ｜≦｜Ａｍａｘ｜）（又は逆回転の位置決め減速度Ａｐｏｓ′（Ａ０′＜｜Ａｐｏｓ′｜≦｜Ａｍａｘ′｜））で主軸１２を減速回転（又は減速逆回転）させるようにしたから、タップ加工のサイクルタイムの短縮効果を向上させることができる。

図１及び図２に示す制御装置１０、５０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１１は、制御装置５０が実行できる工作機械制御方法の第２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１２〜図１５は、それぞれ図５〜図８に対応する図であって、図１１の実施形態における主軸１２の切削及び戻り動作の４つの例を示す。以下、図２〜図４、図１１〜図１５を参照して、第２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５０の構成を説明する。

概説すると、図１１〜図１５の第２実施形態において、制御装置５０は、主軸１２を加工開始位置から目標ねじ深さに到達させるまでの間は、図３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５０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）、位置決め減速度Ａｐｏｓ（負の値）に対応する逆回転の加速度Ａｐｏｓ（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５０は、図４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。この第２実施形態の構成を以下に詳述するが、図３及び図４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１１に示すように、制御装置５０はまずステップＵ１で、図３に示すステップＳ１〜Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１０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）。次に主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、最大加速度Ａ０に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度Ａｐｏｓであって、最大減速度Ａｍａｘを上限とする位置決め減速度Ａｐｏｓを算出する（ステップＳ３）。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Ｓ４）。ＶｃがＶ０に到達していない場合、主軸制御部１８（残回転量検出部３４）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Ｓ５）、ＳｒがＳ０の１／２以下になっている場合、主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、速度制御により主軸１２を中間速度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Ｓ６）。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（残回転量検出部３４）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Ｓ９）、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Ｓ１０）。ＳｒがＳａ以下になっている場合、主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、速度制御により主軸１２を中間速度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Ｓ６）。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×｜Ａｐｏｓ｜）（式２）を満たしているか否かを判断する（ステップＳ７）。

ここで図１２を参照すると、図１１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３のステップＳ４及びＳ５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１２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５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１２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（図３のステップＳ５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、漸増する減速度Ａｃでの主軸１２の減速回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ４で、位置決め減速度Ａｐｏｓでの主軸１２の減速回転（位置制御）が実行される。

制御装置５０がステップＵ１（図３のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７）を実行することにより、主軸１２は、図１２に示す時間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３において、上記したように図５に示す時間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の動作と同様に動作する。主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、ステップＵ１（図３のステップＳ７）で、主軸１２の残回転量Ｓｒが前述した式２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３のステップＳ８に代えて、図１１のステップＵ２で、主軸１２を位置決め減速度Ａｐｏｓ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位置決め減速度Ａｐｏｓと同じ逆回転の加速度Ａｐｏｓで主軸１２を初期戻り位置（図１２の点Ｅ）まで加速逆回転させるための移動指令を作成し、この移動指令により主軸１２を位置制御する。

再び図１２を参照すると、主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの移動指令に従い、点Ｂから目標ねじ深さに向かって位置決め減速度Ａｐｏｓ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）からの移動指令に従い、位置決め減速度Ａｐｏｓ維持して逆回転の加速度Ａｐｏｓ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、目標ねじ深さから初期戻り位置（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（すなわち位置決め減速度Ａｐｏｓ及び逆回転の加速度Ａｐｏｓ）で連続的に動作させる（移動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１２に示すように、切削動作中に位置決め減速度Ａｐｏｓ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′が中間戻り速度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×｜Ａｐｏｓ｜）に相当する回転量だけ逆回転した位置となる。

他方、図１３を参照すると、図１１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３のステップＳ４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１３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６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１３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（図３のステップＳ１０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、漸増する減速度Ａｃでの主軸１２の減速回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ４で、位置決め減速度Ａｐｏｓでの主軸１２の減速回転（位置制御）が実行される。

制御装置５０がステップＵ１（図３のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ６→Ｓ７）を実行することにより、主軸１２は、図１３に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５及びＴ３において、上記したように図６に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５及びＴ３の動作と同様に動作する。主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、ステップＵ１（図３のステップＳ７）で、主軸１２の残回転量Ｓｒが前述した式２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３のステップＳ８に代えて、図１１のステップＵ２で、主軸１２を位置決め減速度Ａｐｏｓ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位置決め減速度Ａｐｏｓと同じ逆回転の加速度Ａｐｏｓで主軸１２を初期戻り位置（図１３の点Ｅ）まで加速逆回転させるための移動指令を作成し、この移動指令により主軸１２を位置制御する。図１３の動作例における時間Ｔ４及びＴ６の主軸１２の動作は、図１２の動作例における時間Ｔ４及びＴ６の主軸１２の動作と同様である。

図１２及び図１３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。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Ｕ２と並行して、ステップＵ３（図１１）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Ｕ４（図１１）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の逆回転の最大加速度を検出せず、時間Ｔ４の減速回転における位置決め減速度Ａｐｏｓ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として取得する。

次に制御装置５０は、ステップＵ５（図１１）で、図４に示すステップＳ１４〜Ｓ２０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Ｓ１４）。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Ｓ１５）、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を中間戻り速度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Ｓ１６）。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Ｓ１４）した場合、主軸制御部１８（残回転量検出部３４）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Ｓ１９）、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Ｓ２０）。Ｓｒ′がＳａ′以下になっている場合、主軸制御部１８（減速動作制御部５２）は、主軸１２を中間戻り速度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Ｓ１６）。

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′が、｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ′^２／（２×｜Ａｐｏｓ′｜）（式４）を満たしているか否かを判断する（ステップＳ１７）。式４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、主軸１２を位置決め減速度Ａｐｏｓ′（時間Ｔ６における逆回転の加速度Ａｐｏｓ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移動指令を作成し、この移動指令により主軸１２を位置制御する（ステップＳ１８）。主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）からの移動指令に従い、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になった時点で戻り完了位置に到達して停止する。

ここで図１２を参照すると、図１１のステップＵ５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４のステップＳ１４及びＳ１５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１２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５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１２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′が中間戻り速度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１２Ｍの特性により、主軸１２の逆回転の加速度が加速度Ａｐｏｓ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４のステップＳ１５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、漸増する減速度Ａｃ′での主軸１２の減速逆回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ９で、位置決め減速度Ａｐｏｓ′での主軸１２の減速逆回転（位置制御）が実行される。

他方、図１３を参照すると、図１１のステップＵ５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４のステップＳ１４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１３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６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１３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１２の動作例と同様の漸減する加速度（≦Ａｐｏｓ）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の逆回転の現在速度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４のステップＳ２０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、漸増する減速度Ａｃ′での主軸１２の減速逆回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ９で、位置決め減速度Ａｐｏｓ′での主軸１２の減速逆回転（位置制御）が実行される。

図１２及び図１３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Ｕ３〜ステップＵ５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１４及び図１５は、前述した図７及び図８に示す動作例と同様に、点Ａ（点Ｃ）から点Ｂ（点Ｄ）まで主軸１２を最大能力で減速回転（減速逆回転）させる制御方法によって実現される主軸１２の動作の二つの異なる例を示す。図１４及び図１５に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４〜Ｔ７、Ｔ９及びＴ１０における主軸の動作は、それぞれ、図１２及び図１３に示す時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４〜Ｔ７、Ｔ９及びＴ１０における主軸の動作と同様である。図１４及び図１５に示す時間Ｔ３では、主軸１２は、点Ａから減速した後に時間Ｔ２よりも短い時間で中間速度Ｖｂに到達し、その後に一定の中間速度Ｖｂで極小時間だけ回転することにより点Ｂに到達する。同様に、図１４及び図１５に示す時間Ｔ８では、主軸１２は、点Ｃから減速した後に時間Ｔ７よりも短い時間で中間戻り速度Ｖｂ′に到達し、その後に一定の中間戻り速度Ｖｂ′で極小時間だけ回転することにより点Ｄに到達する。

図１１〜図１５に示す実施形態においても、制御装置５０は、図３〜図８を参照して説明した実施形態と同様に、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できる。しかも、加速後に主軸１２を位置制御により減速させて目標ねじ深さ（又は戻り完了位置）に到達させる間、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の機械損を考慮して、最大加速度Ａ０に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度Ａｐｏｓ（Ａ０＜｜Ａｐｏｓ｜≦｜Ａｍａｘ｜）（又は逆回転の位置決め減速度Ａｐｏｓ′（Ａ０＜｜Ａｐｏｓ′｜≦｜Ａｍａｘ′｜））で主軸１２を減速回転（又は減速逆回転）させるようにしたから、タップ加工のサイクルタイムの短縮効果を向上させることができる。

さらに、図１１〜図１５に示す実施形態では、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、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）、位置決め減速度Ａｐｏｓと同じ逆回転の加速度Ａｐｏｓ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。

なお、図１に示す制御装置１０は、主軸１２を速度制御で減速（逆）回転させない点を除き、制御装置５０が実行する上記した第２実施形態による工作機械制御方法と同様の制御方法を実行でき、また同等の効果を奏する。

上記した制御装置１０、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１０、５０が、始動位置から目標位置に至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０（総戻り回転量Ｓ０′）と最高回転速度Ｖ０（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、最高回転速度Ｖ０（最高戻り回転速度Ｖ０′）を目標値とする速度制御により始動位置から主軸１２を、駆動源（主軸モータ１２Ｍ）の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転（加速逆回転）させるステップと、最大能力での加速回転（加速逆回転）中に主軸１２の回転位置フィードバック値ＦＢＳに基づき主軸１２の最大加速度Ａ０（逆回転の最大加速度Ａ０′）を検出するステップと、総回転量Ｓ０（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、現在位置から目標位置に至るまでの主軸１２の残回転量Ｓｒ（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の現在速度Ｖｃ（逆回転の現在速度Ｖｃ′）を検出するステップと、最大能力での加速回転（加速逆回転）の後に、最大加速度Ａ０（逆回転の最大加速度Ａ０′）と残回転量Ｓｒ（残戻り回転量Ｓｒ′）と現在速度Ｖｃ（逆回転の現在速度Ｖｃ′）とに基づき、位置制御により主軸１２を減速回転（減速逆回転）させて目標位置に到達させるステップとを備え、主軸１２を目標位置に到達させるステップが、最大加速度Ａ０（逆回転の最大加速度Ａ０′）に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度Ａｐｏｓ（逆回転の位置決め減速度Ａｐｏｓ′）であって、主軸１２を減速回転（減速逆回転）させる間の駆動源の機械損を補償し得る最大減速度Ａｍａｘ（逆回転の最大減速度Ａｍａｘ′）を上限とする位置決め減速度Ａｐｏｓ（逆回転の位置決め減速度Ａｐｏｓ′）で、主軸１２を減速回転させるステップを有するものである。

上記制御方法によれば、前述した制御装置１０、５０の効果と同等の効果が奏される。

１０、５０ 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 速度指令演算部
５２ 減速動作制御部

Claims (12)

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、始動位置から目標位置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始動位置から前記主軸を、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位置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、位置制御により前記主軸を減速回転させて前記目標位置に到達させる位置決め動作制御部とを備え、
   前記位置決め動作制御部は、前記最大加速度に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度であって、前記主軸を減速回転させる間の前記駆動源の機械損を補償し得る最大減速度である位置決め減速度で、前記主軸を減速回転させる、
   制御装置。
2. 前記位置決め動作制御部は、前記主軸を前記位置決め減速度で減速回転させるための速度指令を演算する速度指令演算部を有する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記主軸制御部は、前記最大能力での加速回転の後であって前記位置制御の開始前に、速度制御により前記主軸を減速回転させて予め定めた中間速度に到達させる減速動作制御部をさらに備え、
   前記減速動作制御部は、前記減速回転のための速度指令を、前記残回転量と前記現在速度とを用いて逐次更新し、前記主軸を前記中間速度に到達させたときの前記残回転量が、前記位置制御の下で前記目標位置に到達するまでの前記主軸の位置決め回転量と等しくなるように、逐次更新される該速度指令により前記主軸を減速回転させる、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記始動位置はタップ加工の加工開始位置に相当し、前記目標位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 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る、請求項４に記載の制御装置。
6. 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、位置制御により前記主軸を、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まで、前記位置決め減速度に対応する逆回転の加速度で加速逆回転させる、請求項４に記載の制御装置。
7. 前記始動位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当し、前記目標位置はタップ加工の戻り完了位置に相当する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
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、
   始動位置から目標位置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始動位置から前記主軸を、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位置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、位置制御により前記主軸を減速回転させて前記目標位置に到達させるステップとを備え、
   前記主軸を前記目標位置に到達させる前記ステップは、前記最大加速度に対応する減速度よりも大きい位置決め減速度であって、前記主軸を減速回転させる間の前記駆動源の機械損を補償し得る最大減速度である位置決め減速度で、前記主軸を減速回転させるステップを有する、
   制御方法。
9. 前記始動位置はタップ加工の加工開始位置に相当し、前記目標位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当する、請求項８に記載の制御方法。
10. 前記主軸を前記目標ねじ深さで停止させる、請求項９に記載の制御方法。
11. 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、位置制御により前記主軸を、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まで、前記位置決め減速度に対応する逆回転の加速度で加速逆回転させる、請求項９に記載の制御方法。
12. 前記始動位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当し、前記目標位置はタップ加工の戻り完了位置に相当する、請求項８に記載の制御方法。

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