JP6756601B2

JP6756601B2 - Ｃ軸機能を有する工作機械の制御装置及び制御方法

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Publication number: JP6756601B2
Application number: JP2016242880A
Authority: JP
Inventors: 川井　庸市; 庸市川井
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Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2020-09-16
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Description

本発明はＣ軸機能を有する工作機械の制御装置及び制御方法に関する。

ミーリング主軸を搭載した旋盤や複合加工機等の工作機械で行なうＣ軸機能を用いた加工には、Ｃ軸割出加工とＣ軸創成加工の２つの加工方法がある。Ｃ軸割出加工は、Ｃ軸機能が付いた主軸を所定の位置にＣ軸早送りで位置決めした後に、機械式ブレーキで固定し、ミーリング主軸に装着したドリルでワークの端面や側面の所定の角度に穴やタップ穴を加工したり、ミーリング工具やフライス工具を装着し平面を加工したりする加工方法である。尚、一般的にＮＣプログラム上で、Ｃ軸早送りは、Ｇ００Ｃ＿で指令される。尚、Ｃ＿はＣ軸割出角度を表し、例えばＣ１８０と入力された場合は、１８０°に割り出される。

一方、Ｃ軸創成加工は、Ｃ軸機能が付いた主軸とミーリング主軸を搭載したＸ軸やＺ軸等の直線軸を切削送りで同期しながら創成加工する加工方法である。一般的にＮＣプログラム上では、Ｃ軸の切削送りはＧ０１Ｃ＿で指令される。また、プログラミングが容易なＣ軸創成加工プログラム機能専用のＧコードが準備されているため、Ｃ軸創成加工を行なう時は、この専用Ｇコードを利用することができる。尚、Ｃ軸創成加工プログラム機能は、ＮＣメーカにより名称やＧコードが異なる。名称は、Ｃ軸創成加工プログラム機能の他に、極座標補間機能や、円筒補間機能がある。以下の説明では、Ｇ０１Ｃ＿やＣ軸創成加工プログラム機能専用のＧコードで指令されるプログラムをＣ軸創成加工プログラムと呼ぶ。

Ｃ軸機能が付いた主軸の機械式ブレーキは、油圧等の駆動装置により、高ブレーキトルクと低ブレーキトルクに切り替えられる。Ｃ軸割出加工では、Ｃ軸機能が付いた主軸を位置決めした後に、機械式ブレーキを高ブレーキトルクに切り替えてＣ軸機能が付いた主軸を固定し加工する。Ｃ軸創成加工では、低ブレーキトルクに切り替え、機械式ブレーキを摺動させた状態でＣ軸機能が付いた主軸を旋回させ加工する。機械式ブレーキを摺動させたまま加工する理由は、切削加工時の加工反力をブレーキで減衰させることで、切削能力を向上させたり、加工ビビリを防止したりするためである。

Ｃ軸機能の制御アルゴリズムは、Ｃ軸割出加工とＣ軸創成加工で同じである。また、制御パラメータは、速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲインは、通常同じパラメータを用いる。

速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲインを用いるＰＩ制御では、Ｉゲインにより、停止時に機械可動部の位置のオーバシュート（飛び越し）が発生するため、これを防止するために、指令位置近傍において積分器の値を減らす不完全積分処理を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−０３９９３２号公報

従来のＣ軸創成加工においては、上述したように、Ｃ軸機能が付いた主軸を機械式ブレーキを摺動させたまま旋回する。このため、サーボ系が機械式ブレーキの固有振動数や摺動トルクの影響を受けて発振し易くなる。従来は発振を防ぐために、制御パラメータである速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲインを下げて設定していた。このため、加工負荷やモータのトルクリップルによる角度偏差が大きくなり、加工精度や加工面品位が悪化するという問題があった。

さらに、仕上げ加工のように、低トルクで加工する場合であっても、機械式ブレーキの摺動トルクにより角度偏差が定常的に発生し、加工物の寸法精度が悪化するという問題があった。理論的には、ＰＩ制御を行なえば、機械式ブレーキの摺動トルクにより角度偏差が発生しても、角度偏差は積分されてトルク指令が上昇し角度偏差を０にするように制御される。しかし、上述したように、実際のＰＩ制御では、Ｉ（積分）ゲインにより、停止時に飛び越しが発生するため、特許文献１に記載の技術では、指令位置近傍で、積分器の値を減らす不完全積分処理を行なっている。このため、機械式ブレーキの摺動トルクによって発生する角度偏差は制御では完全に取りきれず残ってしまうため寸法精度が悪化していた。

さらに、高速でＣ軸創成加工する場合も機械式ブレーキを摺動させたまま旋回するため、異常な振動や、摩擦により機械式ブレーキの摺動面が異常摩耗して寸法精度が悪化していた。

上記のような問題点を解決するために、本発明においては、ＮＣプログラムを解析処理するＮＣプログラム解析処理部と、モータにより旋回されるＣ軸機能が付いた主軸と、前記Ｃ軸機能が付いた主軸をクランプする機械式ブレーキのブレーキトルクの切り替え及び作動・解除を行なう機械式ブレーキ駆動装置と、前記機械式ブレーキ駆動装置に指令を出す機械制御処理部と、Ｃ軸の位置指令を行うＮＣ指令部と、前記位置指令と前記モータの可動子位置を検出するエンコーダからの位置帰還とが入力されてＰ制御の演算を行って速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令と前記エンコーダからの速度帰還とが入力されてＰＩ制御の演算を行って電流指令を出力する速度制御部と、前記電流指令と電流帰還とが入力されてインバータ駆動指令を算出する電流指令部と、前記インバータ駆動指令に基づいて前記モータを制御するインバータ回路と、前記ＰＩ制御に関する制御パラメータを記憶する設定データ部と、を備えたＣ軸機能を有する工作機械の制御装置であって、前記Ｃ軸機能が付いた主軸と直線軸を同時に動かして加工を行うＣ軸創成加工において、前記機械式ブレーキを摺動させながら前記Ｃ軸機能が付いた主軸を旋回する第１の切削方法と、前記機械式ブレーキを解除して前記Ｃ軸機能が付いた主軸を旋回すると共に、速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲインの一部もしくは全部を、前記第１の切削方法の指定時よりも高く設定する第２の切削方法と、を備えることを特徴とする。

また、前記第１の切削方法と前記第２の切削方法との選択は、前記ＮＣプログラム上で指令可能であるＮＣコマンドで指定することが好適である。

その他の前記第１の切削方法と前記第２の切削方法との選択方法として、前記ＮＣプログラムやＮＣに記憶されたパラメータから、切削動力ＫＰもしくは切削動力比例係数ＫＰ’を計算し、前記切削動力ＫＰもしくは前記切削動力比例係数ＫＰ’が、あらかじめ前記ＮＣに設定した閾値以上の場合には前記第１の切削方法を選択し、前記閾値より低い場合には前記第２の切削方法を選択することも好適である。

その際に、旋削加工における前記切削動力ＫＰおよび前記切削動力比例係数ＫＰ’は、切り込み量ａｐ（ｍｍ）、１回転当たりの送り量ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）、切削速度ｖｃ（ｍ／ｍｉｎ）、比切削抵抗Ｋｃ（ＭＰａ）、機械効率係数ｎ、係数ｋ、切削幅ａｅ（ｍｍ）、Ｃ軸送り速度ｖｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）、とすると、下記式１及び下記式２により算出され、
ＫＰ＝ａｐ×ｆ×ｖｃ×Ｋｃ／（６０×１０^３×ｎ）・・・式１
ＫＰ'＝ｋ×ａｐ×ｆ×ｖｃ・・・式２
フライス加工やミーリング加工における前記切削動力ＫＰおよび前記切削動力比例係数ＫＰ’は、下記式３及び下記式４により算出される。
ＫＰ＝ａｐ×ａｅ×ｖｆ×Ｋｃ／（６０×１０^３×ｎ）・・・式３
ＫＰ’＝ｋ×ａｐ×ａｅ×ｖｆ・・・式４

その他にも、複数回のＣ軸創成加工プログラムを含む前記ＮＣプログラムを動作させる際に、１回目の前記Ｃ軸創成加工プログラムでは、前記第１の切削方法を選択し、２回目以降の前記Ｃ軸創成加工プログラムでは、前記Ｃ軸の指令角度が１回目と同じ場合に、前記第２の切削方法を選択することも好適である。

また、前記第１の切削方法と前記第２の切削方法との選択は、Ｃ軸機能が付いた主軸の回転数が、所定回転数よりも低い場合、前記第１の切削方法を選択し、前記所定回転数以上である場合、前記第２の切削方法を選択することも好適である。

また、ＮＣプログラムを解析処理するＮＣプログラム解析処理部と、モータにより旋回されるＣ軸機能が付いた主軸と、前記Ｃ軸機能が付いた主軸をクランプする機械式ブレーキのブレーキトルクの切り替え及び作動・解除を行なう機械式ブレーキ駆動装置と、前記機械式ブレーキ駆動装置に指令を出す機械制御処理部と、Ｃ軸の位置指令を行うＮＣ指令部と、前記位置指令と前記モータの可動子位置を検出するエンコーダからの位置帰還とが入力されてＰ制御の演算を行って速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令と前記エンコーダからの速度帰還とが入力されてＰＩ制御の演算を行って電流指令を出力する速度制御部と、前記電流指令と電流帰還とが入力されてインバータ駆動指令を算出する電流指令部と、前記インバータ駆動指令に基づいて前記モータを制御するインバータ回路と、前記ＰＩ制御に関する制御パラメータを記憶する設定データ部と、を備えたＣ軸機能を有する工作機械の制御装置における、前記Ｃ軸機能が付いた主軸と直線軸を同時に駆動してＣ軸創成加工を行う工作機械の制御方法であって、機械式ブレーキを摺動させながら前記Ｃ軸機能が付いた主軸を旋回する第１の切削方法と、機械式ブレーキを解除して前記Ｃ軸機能が付いた主軸を旋回すると共に、速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲインの一部もしくは全部を、第１の切削方法の指定時よりも高く設定する第２の切削方法と、を備えており、前記Ｃ軸創成加工時に、重切削を行うときに、前記第１の切削方法を選択し、高精度切削を行うときに、前記第２の切削方法を選択することを特徴とする。

本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置によれば、Ｃ軸創成加工において、２つの切削方法を設け、第１の切削方法が指定されたときには、機械式ブレーキを摺動させながらＣ軸機能が付いた主軸を旋回するように制御し、第２の切削方法が指定されたときには、機械式ブレーキを解除してＣ軸機能が付いた主軸を旋回するように制御すると共に、速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲインの一部もしくは全部を、第１の切削方法の指定時よりも高く設定する。

これにより、Ｃ軸創成加工において、第１の切削方法が指定されたときは、機械式ブレーキの減衰性能を利用して従来と同様に重切削が可能となり、第２の切削方法が指定されたときは、機械式ブレーキが解除されると共に、ゲインがアップし角度偏差が減少し、加工精度や加工面品位を向上することができる。さらに、機械式ブレーキによる摺動トルクが減少するため、定常的に発生する角度偏差も減少し、寸法精度を向上することができる。

また、第１の切削方法によるＣ軸創成加工を行っている場合でも、高速回転、すなわち、Ｃ軸機能が付いた主軸の回転数が所定回転数以上になると、第２の切削方法を選択するので、自動的に機械式ブレーキが解除されて異常な振動やブレーキ摺動面の異常摩耗を防ぐことができる。

本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置を示す制御ブロック図である。本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置の第１の実施形態を示す制御フローチャートである。本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置の第２の実施形態を示す制御フローチャートである。本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置の第３の実施形態を示す制御フローチャートである。本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置の第４の実施形態を示す制御フローチャートである。

以下、本発明の第１の実施形態について図１、２を用いて説明する。図１は、本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置を示す制御ブロック図であり、図２は本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置の第１の実施形態を示す制御フローチャートである。

図１において、ＮＣプログラムはＮＣプログラム解析処理部１で解析処理され、補間処理部２を経てＮＣ制御部３で補間処理や加減速処理を加えた後に、位置指令Ｐ１として位置制御部４に送られる。位置制御部４では、エンコーダ５からの位置帰還Ｐと位置指令Ｐ１を入力とし、Ｐ制御等の演算を行って速度指令Ｖ１を算出する。次に速度制御部６では、先ほど算出した速度指令Ｖ１と、エンコーダ５からの速度帰還Ｖを入力とし、ＰＩ制御の演算を行って電流指令Ｉ１を算出する。電流制御部７は、電流帰還Ｉと電流指令Ｉ１とが入力されてインバータ駆動指令を算出する。インバータ回路８ではインバータ駆動指令に基づき、モータ９に電流を印加し駆動する。ＰＩ制御で用いられる位置ループゲイン、速度ループＰゲイン等の制御パラメータは、設定データ部２０に記憶される。

モータ９の駆動軸、すなわちＣ軸機能が付いた主軸１７の一端には、切削加工を行う加工ワークを保持するチャック１６が固定されている。また、Ｃ軸機能が付いた主軸１７の他端には、後述する機械式ブレーキ駆動装置１１により制動されるブレーキディスクと、エンコーダ５により検出される検出ディスクとが設けられている。また、Ｃ軸機能が付いた主軸１７の旋回軸がＣ軸１８である。

機械制御処理部１０は、ＮＣプログラム解析処理部１からの指令により、機械式ブレーキ駆動装置１１を制御する。機械式ブレーキ駆動装置１１では、機械制御処理部１０からの指令により機械式ブレーキ１２のブレーキトルクを油圧装置により高低に切り替える切替動作と、機械式ブレーキ１２の作動と解除を行なう。Ｃ軸割出加工では、ＮＣプログラムでＣ軸早送り指令であるＧ００Ｃ＿が指令されると、機械制御処理部１０が、機械式ブレーキ駆動装置１１に対して、高ブレーキトルクに切り替えるように指令を出し、Ｃ軸１８が割り出された後に、機械式ブレーキ１２が作動し、位置決め固定される。

一方、Ｃ軸創成加工では、第１の切削方法と第２の切削方法との２つの切削方法を使用することができる。第１の切削方法が指定されると、機械制御処理部１０が、機械式ブレーキ駆動装置１１に対して、低ブレーキトルクに切り替えるように指令を出し、Ｃ軸機能が付いた主軸１７は機械式ブレーキ１２を摺動させながら旋回する。

第２の切削方法が指定されると、機械制御処理部１０が、機械式ブレーキ１２を解除すると共に、位置制御部４と速度制御部６は、速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲインの一部もしくは全部を、第１の切削方法の指定時よりも高く設定し、Ｃ軸機能が付いた主軸１７は機械式ブレーキ１２を解除した状態で旋回する。第１の切削方法と第２の切削方法の切り替え指令は、例えば、ＮＣプログラムで指令可能なＧコードやＭコード等のＮＣコマンドで行なうことが好適である。

図２の制御フローチャートを参照して、本発明の第１の実施形態の制御内容を説明する。まず、ステップＳ０１においてＮＣプログラムが読み込まれる。読み込まれたＮＣプログラムに、Ｃ軸創成加工プログラム機能の専用Ｇコードが準備されているかを確認し（ステップＳ０２）、機能専用のＧコードによる指令があれば、ＮＣコマンドを確認する（ステップＳ０９）。また、機能専用のＧコードによる指令が無ければ、Ｃ軸指令の専用Ｇコードを確認する（ステップＳ０３）。

Ｃ軸割出加工を行うために、ＮＣプログラムでＧ００Ｃ＿が指令されると、制御パラメータを低いゲインに設定し（ステップＳ０４）、機械式ブレーキ１２は高ブレーキトルク側を選択する（ステップＳ０５）。続いて、Ｃ軸早送り指令によってモータ９に電流が流れＣ軸機能が付いた主軸１７が旋回し（ステップＳ０６）、位置決めが完了すると（ステップＳ０７）、機械式ブレーキ１２が作動し、Ｃ軸機能が付いた主軸１７を位置決め固定する（ステップＳ０８）。

Ｃ軸創成加工を行うために、Ｇ０１Ｃ＿が指令されるか、Ｃ軸創成加工プログラム機能の専用Ｇコードが指令されると、第１の切削方法と第２の切削方法のいずれかに切り替える（ステップＳ０９）。本実施形態では、ＮＣプログラムやＭＤＩ運転と呼ばれる１行ずつの命令でＮＣ旋盤を操作する運転モードで指令するＮＣコマンド（例えば、ＮＣコマンドＡ等）を新たに設定する。

ＮＣプログラムでＣ軸切削送り指令であるＧ０１Ｃ＿か、もしくは、Ｃ軸創成加工プログラム機能の専用Ｇコードが指令され、ステップＳ０９において、ＮＣコマンド（ＮＣコマンドＡ）が指令されていない場合（ＮＯ）、第１の切削方法が指定され、制御パラメータを低ゲインに設定し（ステップＳ１０）、機械式ブレーキ１２は低ブレーキトルク側を選択し（ステップＳ１１）、機械式ブレーキ１２が作動する（ステップＳ１２）。続いてＮＣ制御部３からＣ軸切削送り指令が出てモータ９に電流が流れ（ステップＳ１３）、Ｃ軸機能が付いた主軸１７が機械式ブレーキ１２を摺動しながら旋回する（ステップＳ１４）。

一方、ＮＣプログラムでＣ軸切削送り指令であるＧ０１Ｃ＿か、もしくは、Ｃ軸創成加工プログラム機能の専用Ｇコードが指令され、ステップＳ０９において、さらにＮＣコマンド（ＮＣコマンドＡ）が指令される場合（ＹＥＳ）、第２の切削方法が指定され、制御パラメータを高ゲインに設定し（ステップＳ２０）、機械式ブレーキ１２は解除される（ステップＳ２１）。続いてＮＣ制御部３からＣ軸切削送り指令が出てモータ９に電流が流れ（ステップＳ２２）、Ｃ軸機能が付いた主軸１７が旋回する（ステップＳ２３）。

以上により、Ｃ軸創成加工において、第１の切削方法が指定されたときは、機械式ブレーキ１２の減衰性能を利用して従来と同様に重切削が可能となり、第２の切削方法が指定されたときは、機械式ブレーキ１２が解除されると共に、ゲインがアップし角度偏差が減少し、加工精度や加工面品位を向上することができる。さらに、機械式ブレーキ１２による摺動トルクが減少するため、定常的に発生する角度偏差も減少し、寸法精度を向上することができる。

尚、第１の切削方法と第２の切削方法を指定するその他の方法としては、Ｃ軸創成加工プログラム機能の第１の切削方法の専用Ｇコード、第２の切削方法の専用Ｇコードを設ける方法としても良い。

続いて、本発明の第２の実施形態について図１、３を用いて説明する。図３は本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置の第２の実施形態に関する制御フローチャートである。本実施形態では、Ｃ軸創成加工を行なう場合の第１の切削方法と第２の切削方法とを、切削動力ＫＰもしくは切削動力比例係数ＫＰ’に基づいて切り替える。

具体的には、図１のＮＣプログラム解析処理部１において、ＮＣプログラムやＮＣ設定部に記憶されたパラメータから、切削動力ＫＰもしくは切削動力比例係数ＫＰ’を求める。切削動力ＫＰもしくは切削動力比例係数ＫＰ’が、あらかじめＮＣ設定部に設定し記憶された閾値以上の場合は第１の切削方法を、閾値よりも低い場合は第２の切削方法を自動的に指定する。

図３の制御フローチャートを参照して、本発明の第２の実施形態の制御内容を説明する。第２の実施形態における図３の制御フローチャートは、第１の実施形態における図２の制御フローチャートとはステップＳ３０、Ｓ３１が異なり、その他の制御内容（各ステップ）は同じである。

本実施形態においてもＣ軸創成加工を行う場合には、第１の切削方法と第２の切削方法とを切り替える。ＮＣプログラムでＣ軸切削送り指令であるＧ０１Ｃ＿か、もしくは、Ｃ軸創成加工プログラム機能の専用Ｇコードが指令されると、切削動力ＫＰもしくは切削動力比例係数ＫＰ’を計算し（ステップＳ３０）、あらかじめＮＣに記憶した閾値と比較する（ステップＳ３１）。切削動力ＫＰもしくは切削動力比例係数ＫＰ’が、閾値以上の場合（ＹＥＳ）、第１の切削方法が指定され、制御パラメータを低ゲインに設定し（ステップＳ１０）、機械式ブレーキ１２は低ブレーキトルク側が選択され（ステップＳ１１）、機械式ブレーキ１２が作動する（ステップＳ１２）。続いてＮＣ制御部３からＣ軸切削送り指令が出てモータ９に電流が流れ（ステップＳ１３）、Ｃ軸機能が付いた主軸１７が機械式ブレーキ１２を摺動しながら旋回する（ステップＳ１４）。

一方、ステップＳ３１において、切削動力ＫＰもしくは切削動力比例係数ＫＰ’が、閾値よりも低い場合（ＮＯ）、第２の切削方法が指定され、制御パラメータを高ゲインに設定し（ステップＳ２０）、機械式ブレーキ１２は解除される（ステップＳ２１）。続いてＮＣ制御部３からＣ軸切削送り指令が出てモータ９に電流が流れ（ステップＳ２２）、Ｃ軸機能が付いた主軸１７が旋回する（ステップＳ２３）。

これにより、Ｃ軸創成加工において、第１の切削方法が指定されたときは、機械式ブレーキ１２の減衰性能を利用して従来と同様に重切削が可能となり、第２の切削方法が指定されたときは、機械式ブレーキ１２が解除されると共に、ゲインがアップし角度偏差が減少し、加工精度や加工面品位を向上することができる。さらに、機械式ブレーキ１２による摺動トルクが減少するため、定常的に発生する角度偏差も減少し、寸法精度を向上することができる。

尚、旋削加工における切削動力ＫＰおよび切削動力比例係数ＫＰ’は、切り込み量ａｐ（ｍｍ）、１回転当たりの送り量ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）、切削速度ｖｃ（ｍ／ｍｉｎ）、比切削抵抗Ｋｃ（ＭＰａ）、機械効率係数ｎ、係数ｋ、切削幅ａｅ（ｍｍ）、Ｃ軸送り速度ｖｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）、とすると、下記式１及び下記式２により算出される。
ＫＰ＝ａｐ×ｆ×ｖｃ×Ｋｃ／（６０×１０^３×ｎ）・・・式１
ＫＰ'＝ｋ×ａｐ×ｆ×ｖｃ・・・式２

また、フライス加工やミーリング加工における切削動力ＫＰおよび切削動力比例係数ＫＰ’は、下記式３及び下記式４により算出される。
ＫＰ＝ａｐ×ａｅ×ｖｆ×Ｋｃ／（６０×１０^３×ｎ）・・・式３
ＫＰ’＝ｋ×ａｐ×ａｅ×ｖｆ・・・式４

以上より、Ｃ軸創成加工において、第１の切削方法が指定されたときは、機械式ブレーキ１２の減衰性能を利用して従来と同様に重切削が可能となり、第２の切削方法が指定されたときは、機械式ブレーキ１２が解除されると共に、ゲインがアップし角度偏差が減少し、加工精度や加工面品位を向上することができる。さらに、機械式ブレーキ１２による摺動トルクが減少するため、定常的に発生する角度偏差も減少し、寸法精度を向上することができる。

続いて、本発明の第３の実施形態について図１、４を用いて説明する。図４は本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置の第３の実施形態に関する制御フローチャートである。本実施形態では、複数回のＣ軸創成加工プログラムを含むＮＣプログラムを実行する際に、第１の切削方法と第２の切削方法とを、Ｃ軸創成加工プログラムの回数及びＣ軸１８の指令角度に基づいて切り替える。

具体的には、ＮＣプログラムの１回目に実行されるＣ軸創成加工プログラムと、２回目以降で、かつ、１回目と異なるＣ軸指令角度が指令されたＣ軸創成加工プログラムについては第１の切削方法を指定し、２回目以降で、かつ、１回目と同じＣ軸指令角度が指令されたＣ軸創成加工プログラムについては、第２の切削方法を指定する。

図４の制御フローチャートを参照して、本発明の第３の実施形態の制御内容を説明する。第３の実施形態における図４の制御フローチャートは、第１の実施形態における図２の制御フローチャートとはステップＳ４０、Ｓ４１が異なり、その他の制御内容（各ステップ）は同じである。

本実施形態においてもＣ軸創成加工を行う場合には、第１の切削方法と第２の切削方法とを切り替える。ステップＳ４０において、ＮＣプログラムの１回目に実行されるプログラムがＣ軸創成加工プログラムである場合（ＹＥＳ）と、ステップＳ４１において、２回目以降で、かつ、１回目と異なるＣ軸指令角度が指令されたＣ軸創成加工プログラムである場合（ＮＯ）には、ステップＳ１０に進み、第１の切削方法が指定される。

そして、制御パラメータを低ゲインに設定し（ステップＳ１０）、機械式ブレーキ１２は低ブレーキトルク側が選択され（ステップＳ１１）、機械式ブレーキ１２が作動する（ステップＳ１２）。続いてＮＣ制御部３からＣ軸切削送り指令が出てモータ９に電流が流れ（ステップＳ１３）、Ｃ軸機能が付いた主軸１７が機械式ブレーキ１２を摺動しながら旋回する（ステップＳ１４）。

一方、ステップＳ４１において、２回目以降で、かつ、１回目と同じＣ軸指令角度が指令されたＣ軸創成加工プログラムである場合（ＹＥＳ）には、第２の切削方法が指定され、制御パラメータを高ゲインに設定し（ステップＳ２０）、機械式ブレーキ１２は解除される（ステップＳ２１）。続いてＮＣ制御部３からＣ軸切削送り指令が出てモータ９に電流が流れ（ステップＳ２２）、Ｃ軸機能が付いた主軸１７が旋回する（ステップＳ２３）。

続いて、本発明の第４の実施形態について図１、５を用いて説明する。図５は本発明のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置の第４の実施形態に関する制御フローチャートである。本実施形態では、第１の切削方法と第２の切削方法とを、モータ９の駆動軸、すなわち、Ｃ軸機能が付いた主軸１７の回転数に基づいて切り替える。

具体的には、Ｃ軸機能が付いた主軸１７の回転数が所定回転数よりも低い場合、第１の切削方法を選択し、主軸１７の回転数が所定回転数以上である場合、第２の切削方法を選択する。つまり、主軸１７の回転数が所定回転数以上となる場合、第２の切削方法に切り替える。

図５の制御フローチャートを参照して、本発明の第４の実施形態の制御内容を説明する。第４の実施形態における図５の制御フローチャートは、第１の実施形態における図２の制御フローチャートとはステップＳ０９をステップＳ５０に置換した点で異なり、その他の制御内容（各ステップ）は同じである。

ステップＳ０１〜Ｓ０３の説明を省略してステップＳ５０から説明する。ステップＳ５０において、Ｃ軸指令で指定された主軸１７の回転数が所定回転数以上ではない場合（ＮＯ）、第１の切削方法が指定され、制御パラメータを低ゲインに設定し（ステップＳ１０）、機械式ブレーキ１２は低ブレーキトルク側を選択し（ステップＳ１１）、機械式ブレーキ１２が作動する（ステップＳ１２）。続いてＮＣ制御部３からＣ軸切削送り指令が出てモータ９に電流が流れ（ステップＳ１３）、Ｃ軸機能が付いた主軸１７が機械式ブレーキ１２を摺動しながら旋回する（ステップＳ１４）。

一方、Ｃ軸指令で指定された主軸１７の回転数が所定回転数以上の場合（ＹＥＳ）、第２の切削方法が指定され、制御パラメータを高ゲインに設定し（ステップＳ２０）、機械式ブレーキ１２は解除される（ステップＳ２１）。続いてＮＣ制御部３からＣ軸切削送り指令が出てモータ９に電流が流れ（ステップＳ２２）、Ｃ軸機能が付いた主軸１７が旋回する（ステップＳ２３）。

なお、第４の実施形態においては、高速回転（所定回転数以上）における異常振動や、ブレーキ摺動面の異常摩耗を防ぐことが目的であるため、制御パラメータ（速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲイン）の一部もしくは全部を変更せずに、機械式ブレーキ１２を解除するのみでもよい。

以上により、Ｃ軸機能が付いた主軸１７の回転数が所定回転数以上の場合、第２の切削方法が選択されるので、主軸１７の高速回転時（所定回転数以上）に、機械式ブレーキ１２が解除されて異常な振動やブレーキ摺動面の異常摩耗を防ぐことができる。

１ＮＣプログラム解析処理部、２補間処理部、３ＮＣ制御部、４位置制御部、５エンコーダ、６速度制御部、７電流制御部、８インバータ回路、９モータ、１０機械制御処理部、１１機械式ブレーキ駆動装置、１２機械式ブレーキ、１６チャック、１７Ｃ軸機能が付いた主軸、１８Ｃ軸、２０設定データ部、ＫＰ切削動力、ＫＰ’ 切削動力比例係数。

Claims

ＮＣプログラムを解析処理するＮＣプログラム解析処理部と、
モータにより旋回されるＣ軸機能が付いた主軸と、
前記Ｃ軸機能が付いた主軸をクランプする機械式ブレーキのブレーキトルクの切り替え及び作動・解除を行なう機械式ブレーキ駆動装置と、
前記機械式ブレーキ駆動装置に指令を出す機械制御処理部と、
Ｃ軸の位置指令を行うＮＣ指令部と、
前記位置指令と前記モータの可動子位置を検出するエンコーダからの位置帰還とが入力されてＰ制御の演算を行って速度指令を出力する位置制御部と、
前記速度指令と前記エンコーダからの速度帰還とが入力されてＰＩ制御の演算を行って電流指令を出力する速度制御部と、
前記電流指令と電流帰還とが入力されてインバータ駆動指令を算出する電流指令部と、
前記インバータ駆動指令に基づいて前記モータを制御するインバータ回路と、
前記ＰＩ制御に関する制御パラメータを記憶する設定データ部と、
を備えたＣ軸機能を有する工作機械の制御装置であって、
前記Ｃ軸機能が付いた主軸と直線軸を同時に動かして加工を行うＣ軸創成加工において、前記機械式ブレーキを摺動させながら前記Ｃ軸機能が付いた主軸を旋回する第１の切削方法と、前記機械式ブレーキを解除して前記Ｃ軸機能が付いた主軸を旋回すると共に、速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲインの一部もしくは全部を、前記第１の切削方法の指定時よりも高く設定する第２の切削方法と、を備えることを特徴とするＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。
前記第１の切削方法と前記第２の切削方法との選択は、前記ＮＣプログラム上で指令可能であるＮＣコマンドで指定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。
前記ＮＣプログラムやＮＣに記憶されたパラメータから、切削動力ＫＰもしくは切削動力比例係数ＫＰ’を計算し、
前記切削動力ＫＰもしくは前記切削動力比例係数ＫＰ’が、あらかじめ前記ＮＣに設定した閾値以上の場合には前記第１の切削方法を選択し、前記閾値より低い場合には前記第２の切削方法を選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。
旋削加工における前記切削動力ＫＰおよび前記切削動力比例係数ＫＰ’は、切り込み量ａｐ（ｍｍ）、１回転当たりの送り量ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）、切削速度ｖｃ（ｍ／ｍｉｎ）、比切削抵抗Ｋｃ（ＭＰａ）、機械効率係数ｎ、係数ｋ、切削幅ａｅ（ｍｍ）、Ｃ軸送り速度ｖｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）、とすると、下記式１及び下記式２により算出され、
ＫＰ＝ａｐ×ｆ×ｖｃ×Ｋｃ／（６０×１０^３×ｎ）・・・式１
ＫＰ'＝ｋ×ａｐ×ｆ×ｖｃ・・・式２
フライス加工やミーリング加工における前記切削動力ＫＰおよび前記切削動力比例係数ＫＰ’は、下記式３及び下記式４により算出される、
ＫＰ＝ａｐ×ａｅ×ｖｆ×Ｋｃ／（６０×１０^３×ｎ）・・・式３
ＫＰ’＝ｋ×ａｐ×ａｅ×ｖｆ・・・式４
ことを特徴とする請求項３に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。
複数回のＣ軸創成加工プログラムを含む前記ＮＣプログラムを動作させる際に、１回目の前記Ｃ軸創成加工プログラムでは、前記第１の切削方法を選択し、２回目以降の前記Ｃ軸創成加工プログラムでは、前記Ｃ軸の指令角度が１回目と同じ場合に、前記第２の切削方法を選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。
前記第１の切削方法と前記第２の切削方法との選択は、Ｃ軸機能が付いた主軸の回転数が、所定回転数よりも低い場合、前記第１の切削方法を選択し、前記所定回転数以上である場合、前記第２の切削方法を選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。
ＮＣプログラムを解析処理するＮＣプログラム解析処理部と、
モータにより旋回されるＣ軸機能が付いた主軸と、
前記Ｃ軸機能が付いた主軸をクランプする機械式ブレーキのブレーキトルクの切り替え及び作動・解除を行なう機械式ブレーキ駆動装置と、
前記機械式ブレーキ駆動装置に指令を出す機械制御処理部と、
Ｃ軸の位置指令を行うＮＣ指令部と、
前記位置指令と前記モータの可動子位置を検出するエンコーダからの位置帰還とが入力されてＰ制御の演算を行って速度指令を出力する位置制御部と、
前記速度指令と前記エンコーダからの速度帰還とが入力されてＰＩ制御の演算を行って電流指令を出力する速度制御部と、
前記電流指令と電流帰還とが入力されてインバータ駆動指令を算出する電流指令部と、
前記インバータ駆動指令に基づいて前記モータを制御するインバータ回路と、
前記ＰＩ制御に関する制御パラメータを記憶する設定データ部と、
を備えたＣ軸機能を有する工作機械の制御装置における、前記Ｃ軸機能が付いた主軸と直線軸を同時に駆動してＣ軸創成加工を行う工作機械の制御方法であって、
前記機械式ブレーキを摺動させながら前記Ｃ軸機能が付いた主軸を旋回する第１の切削方法と、前記機械式ブレーキを解除して前記Ｃ軸機能が付いた主軸を旋回すると共に、速度ループＰゲインやＩゲイン、および位置ループゲインの一部もしくは全部を、前記第１の切削方法の指定時よりも高く設定する第２の切削方法と、を備えており、
前記Ｃ軸創成加工時に、重切削を行うときに前記第１の切削方法を選択し、高精度切削を行うときに前記第２の切削方法を選択することを特徴とする工作機械の制御方法。