JP7427850B2

JP7427850B2 - 工作機械

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Publication number: JP7427850B2
Application number: JP2023549174A
Authority: JP
Inventors: 孝浩西木
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2024-02-05
Anticipated expiration: 2041-09-21
Also published as: WO2023047438A1; JPWO2023047438A1

Description

本発明は、回転体を含む運動機構部と、加工プログラムに従って少なくとも前記回転体の回転動作を制御する制御装置とを備えた工作機械に関する。

工作機機械の分野では、回転体であるワークや工具を回転させるためのモータが用いられており、このモータは、前記回転体に連結されて、当該回転体を駆動し、前記制御装置によってその作動が制御される。

ところで、このような工作機械には、従来、モータが回転中に停電やその他の原因によって制御不能となったとき、当該モータを非常停止させるためのダイナミックブレーキ回路と呼ばれる回路が設けられている。このようなダイナミックブレーキ回路を備えた装置の一例として、従来、特許第６２８５４７７号公報（下記特許文献１）に開示されたモータ駆動装置が知られている。

このモータ駆動装置は、同公報に開示されるように、モータを駆動するインバータと、モータの回転速度を取得する回転速度取得部と、モータのイナーシャに関する情報を格納したイナーシャ情報格納部と、モータの回転速度及びイナーシャに基づいて、モータの回転エネルギーを計算する回転エネルギー計算部と、非常停止時にモータの発電制動によって減速トルクを発生させるダイナミックブレーキ回路と、このダイナミックブレーキ回路における抵抗の耐量に関する情報を格納した耐量情報格納部と、モータの非常停止時に上アーム及び下アームのうちの一方のアームのパワー素子をオンし、他方のアームのパワー素子をオフするパワー素子操作部と、ダイナミックブレーキ回路のスイッチを操作するダイナミックブレーキ回路操作部と、モータの回転エネルギーとダイナミックブレーキ回路の耐量とを比較する耐量比較部とから構成される。

そして、ダイナミックブレーキ回路操作部は、モータの回転エネルギーがダイナミックブレーキ回路の耐量を超えている場合には、当該ダイナミックブレーキ回路を動作させないで、モータの回転エネルギーが前記耐量以下の場合に、前記ダイナミックブレーキ回路を動作させる。尚、モータの回転エネルギーが前記耐量を超えている場合には、ダイナミックブレーキ回路操作部は、しばらくモータを空転させることにより、その回転速度が低下し、モータの回転エネルギーが前記耐量以下になった後に、前記ダイナミックブレーキ回路を動作させる。

斯くして、この従来のモータ駆動装置では、上記のように動作するダイナミックブレーキ回路操作部によって、ダイナミックブレーキ回路の損傷が回避される。

特許第６２８５４７７号公報

上述したように、従来のモータ駆動装置では、モータの作動中に、停電やその他の原因によって制御不能となったとき、モータの回転エネルギーが非常停止回路の耐量を超えていない場合には、非常停止回路によりモータを停止させ、モータの回転エネルギーが前記耐量を超えている場合には、しばらくモータを空転させることにより、その回転エネルギーが前記耐量以下になった後、当該非常停止回路を作動させてモータを非常停止させるように構成されている。

ところで、モータの回転速度を高速に設定する場合には、上記のように非常停止時に作動する非常停止回路の耐量を超える心配があるが、これに加えて、回転体のイナーシャが大きい場合には、その加減速時にモータに大きな負荷が掛かるため、好ましい状態にあるとは言えない。

ＮＣ工作機械を用いた加工では、ＮＣプログラムが使用され、このＮＣプログラムはオペレータが作成したり、或いは、自動プログラミング装置によって自動的に作成されているが、工具主軸やワーク主軸に用いられるモータの回転速度については、工具材質、ワーク材質や加工精度といった加工条件に係る諸要因に基づいて決定されており、モータを含む回転体のイナーシャについては、従来、検討されていなかった。

このため、従来の工作機械では、その加工時に設定されるモータの回転速度が、当該モータを非常停止させるための非常停止回路の耐量を超えて設定されることがあり、このため、上記従来例のような対応が必要であった。

本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、ＮＣプログラムで指令されたモータの回転速度が、回転体のイナーシャに応じた許容回転速度を超えている場合であっても、当該許容回転速度を超えない回転速度で加工できる工作機械の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、制御対象となる回転体を含む運動機構部と、加工プログラムに従って少なくとも前記回転体の回転動作を制御する制御装置とを備えて構成される工作機械であって、
前記制御装置は、前記加工プログラムに従って前記回転体を回転させる際に、前記回転体のイナーシャに係るデータを確認し、前記イナーシャに係るデータが設定されている場合には、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度が、前記イナーシャに応じて設定される限界回転速度以下であるかどうかを確認し、該限界回転速度を超えている場合には、該限界回転速度以下の回転速度であって、予め設定された回転速度を許容回転速度として、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度を制限するように構成された工作機械に係る。

本発明に係る工作機械によれば、制御装置が加工プログラムに従って回転体を回転させる際に、制御装置は、例えば、前記回転体のイナーシャに係るデータを記憶するために設けられた記憶部を参照して、前記回転体のイナーシャに係るデータを確認し、当該イナーシャに係るデータが設定されている場合には、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度が、前記イナーシャに応じて設定される限界回転速度以下であるかどうかを確認し、該限界回転速度を超えている場合には、該限界回転速度以下の回転速度であって、予め設定された回転速度を許容回転速度として、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度を制限する。

このように、本発明に係る工作機械では、加工プログラムに指定された回転速度が、回転体のイナーシャに応じて設定される限界回転速度を超えている場合には、回転体の回転速度が当該限界回転速度以下の許容回転速度に制限されるので、仮に、停電やその他の原因によって回転体を駆動するモータが制御不能となっても、適宜設けられた非常停止装置によって、当該モータを安全に停止させることができる。また、回転体を駆動し、停止させる際にモータに過大な負荷が作用するのを回避することができる。

尚、前記回転体には、モータの他、当該モータによって回転されるワーク、その他治具類が含まれる。

また、上記工作機械において、前記制御装置は、前記許容回転速度をオペレータが容認するか否かを確認し、オペレータが容認する場合には、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度を前記許容回転速度に制限して加工を継続し、オペレータが容認しない場合には、加工を停止するように構成された態様を採ることができる。

前記許容回転速度で加工した場合に、表面粗さなど、求められる加工精度を達成することができない場合がある。そこで、前記許容回転速度で加工することが可能かどうかをオペレータに確認することで、加工品が不良品となるのを未然に防止することができる。

また、上記の工作機械において、前記制御装置は、前記イナーシャに係るデータが設定されていない場合、又は設定されたイナーシャに係るデータが異常値であると判断される場合には、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度を、予め設定した安全回転速度に制限するように構成された態様を採ることができる。

前記回転体のイナーシャが設定されていない場合、又はイナーシャが設定されていたとしてもそのデータが異常値であると判断される場合には、回転体の限界回転速度を認識することができないため、加工プログラムで指定された回転速度が、非常停止可能な適正な回転速度であるか否かを判別することができない。

そこで、このような場合に、前記回転体の回転速度を、仮に、停電やその他の原因によって回転体を駆動するモータが制御不能となっても、適宜設けられた非常停止装置によって、当該モータを安全に停止させることができるような十分に余裕を持った安全回転速度に制限することで、当該回転体を安全に非常停止させることができ、また、回転体の駆動や停止の際にモータに過大な負荷が作用するのを回避することができる。

そして、この場合に、前記制御装置は、前記安全回転速度をオペレータが容認するか否かを確認し、オペレータが容認する場合には、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度を前記安全回転速度に制限して加工を継続し、オペレータが容認しない場合には、加工を停止するように構成された態様を採ることができる。

上述したように、回転速度は表面粗さなど加工精度に影響を与える因子である。そこで、前記安全回転速度で加工することが可能かどうかをオペレータに確認することで、加工品が不良品となるのを未然に防止することができる。

また、前記制御装置は、前記回転体のイナーシャに係るデータが設定されていない場合、又は設定されたイナーシャに係るデータが異常値であると判断される場合に、該回転体についてのイナーシャに係るデータを新たに設定可能に構成された態様を採ることができ、更に、制御装置は、前記回転体に回転動作と停止動作とを実行させることにより、該回転体のイナーシャに係るデータを算出して、設定する態様を採ることができる。このようにすれば、回転体のイナーシャを正確に、しかも自動的に設定することができる。

以上のように、本発明によれば、加工プログラムに指定された回転速度が、回転体のイナーシャに応じて設定される限界回転速度を超えている場合には、回転体の回転速度が当該限界回転速度以下の許容回転速度に制限されるので、仮に、停電やその他の原因によって回転体を駆動するモータが制御不能となっても、適宜設けられた非常停止装置によって、当該モータを安全に停止させることができ、また、回転体の駆動や停止の際にモータに過大な負荷が作用するのを回避することができる。

一方、イナーシャに係るデータが設定されていない場合、又は設定されたイナーシャに係るデータが異常値であると判断される場合には、前記回転体の回転速度を、仮に、停電やその他の原因によって回転体を駆動するモータが制御不能となっても、適宜設けられた非常停止装置によって、当該モータを安全に停止させることができるような十分に余裕を持った安全回転速度に制限することで、当該回転体を安全に非常停止させることができ、また、回転体の駆動や停止の際にモータに過大な負荷が作用するのを回避することができる。

本発明の一実施形態に係る工作機械の概略構成を示した説明図である。本実施形態に係る工作機械の概略構成を示したブロック図である。本実施形態の制御装置における処理を示したフローチャートである。本実施形態の制御装置における処理を示したフローチャートである。本実施形態の回転制御部に設けられる非常停止回路を含むモータの回路を示した回路図である。回転体を所定時間内に非常停止させる場合のイナーシャと回転速度との関係を示した線図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本例の工作機械１は、所謂横形のマシニングセンタであり、ベッド２、このベッド２上に立設されたコラム３、ベッド２上に設けられたテーブル４、コラム３に保持された主軸頭５、この主軸頭５に回転自在に支持された主軸６、制御装置２０及び入出力装置３０などから構成される。尚、言うまでもないことであるが、本発明を適用可能な工作機械はこのような構成のものに限られるものではなく、立形のマシニングセンタ、旋盤の他、旋削機能とミーリング機能とを備えた複合加工型の工作機械など、各種の工作機械を適用することができる。

前記テーブル４は、上面にワークＷが載置され、Ｙ軸送り装置１１により駆動されて、水平なＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸送り装置１０により駆動されて、前記Ｙ軸と直交する水平なＸ軸方向に移動する。また、テーブル４は、テーブルモータ１６により駆動されて、鉛直な回転軸を中心として回転する。

前記主軸頭５は、Ｚ軸送り装置１２により駆動されて、前記Ｘ軸及びＹ軸と直交する鉛直なＺ軸方向に移動する。また、主軸６は先端部に工具Ｔが装着され、主軸モータ１５により駆動されて、水平な回転軸を中心として回転する。

そして、前記Ｘ軸送り装置１０、Ｙ軸送り装置１１、Ｚ軸送り装置１２、主軸モータ１５及びテーブルモータ１６は、それぞれ前記制御装置２０によって、その作動が制御される。

斯くして、この工作機械１では、前記制御装置２０による制御の下で、主軸モータ１５により主軸６及び工具Ｔを回転させ、且つテーブル４の回転を停止させた状態で、Ｘ軸送り装置１０及びＹ軸送り装置１１によってテーブル４及びワークＷをＸ軸及びＹ軸方向に移動させるとともに、Ｚ軸送り装置１２によって主軸６及び工具ＴをＺ軸方向に移動させることにより、工具ＴによってワークＷが加工される。また、主軸６の回転を停止させ、且つテーブル４を回転させた状態で、同様に、Ｘ軸送り装置１０及びＹ軸送り装置１１によってテーブル４及びワークＷをＸ軸及びＹ軸方向に移動させるとともに、Ｚ軸送り装置１２によって主軸６及び工具ＴをＺ軸方向に移動させることにより、工具ＴによってワークＷが旋削加工される。

尚、本例の工作機械１では、前記テーブル４、Ｘ軸送り装置１０、Ｙ軸送り装置１１、テーブルモータ１６、主軸頭５、主軸６及Ｚ軸送り装置１２から運動機構部が構成される。また、前記工具Ｔ、主軸６の回転部、及び主軸モータ１５の回転部から主軸側の回転体が構成され、ワークＷ、テーブル４の回転部、及びテーブルモータ１６の回転部からテーブル側の回転体が構成される。

前記入出力装置３０は、例えば、タッチパネルから構成されるディスプレイや、データなどを入出力するための入出力インターフェースなどを備えている。言うまでもないことではあるが、ディスプレイには、画像や文字情報などが表示され、また、表示部を介した入力が可能になっている。

前記制御装置２０は、図２に示すように、ＮＣプログラム記憶部２１、プログラム実行部２２、送り制御部２３、回転制御部２４、回転速度記憶部２５、イナーシャ記憶部２６及び回転監視部２７などから構成される。尚、制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータ、及び適宜構成の電気回路及び電子回路などから構成され、前記プログラム実行部２２、送り制御部２３、回転制御部２４、回転監視部２７は、コンピュータプログラムや前記電気回路、電子回路などよってその機能が実現され、後述する処理を実行する。また、ＮＣプログラム記憶部２１、回転速度記憶部２５、イナーシャ記憶部２６はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成される。

前記ＮＣプログラム記憶部２１は、ＮＣ制御用のＮＣプログラム（加工プログラム）を記憶する機能部であり、例えば、前記入出力装置３０から入力されたＮＣプログラムを記憶する。

前記プログラム実行部２０は、前記ＮＣプログラム記憶部２１に格納されたＮＣプログラムの中から、実行するＮＣプログラムについて、これを構成するブロックごとに順次読み出して、当該ブロック中に含まれるＮＣコードを処理し、中でも、送り制御に関するＮＣコードを処理する際には、当該ＮＣコードに係る制御信号を生成して前記送り制御部２３に送信し、回転制御に関するＮＣコードを処理する際には、当該ＮＣコードに係る制御信号を生成して前記回転制御部２４に送信する。

前記送り制御部２３は、前記Ｘ軸送り装置１０、Ｙ軸送り装置１１及びＺ軸送り装置１２の動作を制御する機能部であり、前記プログラム実行部２０から送り制御に係る制御信号を受信して、受信した制御信号に応じた速度で動作するように、当該Ｘ軸送り装置１０、Ｙ軸送り装置１１及びＺ軸送り装置１２を制御する。

前記回転制御部２４は、前記主軸モータ１５及びテーブルモータ１６の回転動作を制御する機能部であり、前記プログラム実行部２０から回転制御に係る制御信号を受信して、受信した制御信号に応じた回転方向及び回転速度で、当該主軸モータ１５及びテーブルモータ１６をそれぞれ回転させる。

また、回転制御部２４は、停電や、その他の原因により、前記主軸モータ１５及びテーブルモータ１６に供給される電力が遮断されたときに、当該主軸モータ１５及びテーブルモータ１６を非常停止させるための非常停止回路を備えている。この非常停止回路は、主軸モータ１５及びテーブルモータ１６に対応してそれぞれ設けられており、各非常停止回路は、電力供給が遮断されたときに、それぞれ主軸モータ１５及びテーブルモータ１６に接続されて、図５に示すような短絡回路を形成する。

この短絡回路によれば、例えば、主軸モータ１５の場合、電力供給が遮断されて、主軸モータ１５を含む主軸側回転体が空転することよって当該主軸モータ１５に発生する誘起電流を、コイルに流すことで当該主軸モータ１５を含む回転体の回転エネルギーを熱に変換して消費させ（銅損を生じさせ）、これにより主軸モータ１５を停止させるというものである。テーブルモータ１６についても同様であり、電力供給が遮断されて、テーブルモータ１６を含むテーブル側回転体が空転すると、これによりテーブルモータ１６に発生する誘起電流を、コイルに流すことで当該テーブルモータ１６を含む回転体の回転エネルギーを熱に変換して消費させ（銅損を生じさせ）、これによってテーブルモータ１６を停止させる。

尚、非常停止回路としては、このような回路に限られるものではなく、例えば、供給電力が遮断されたときに、主軸モータ１５及びテーブルモータ１６と、これらを駆動する各アンプとの間で動力線間を短絡して、主軸モータ１５及びテーブルモータ１６の内部抵抗のみで電力を消費させるように構成された短絡回路でも良い。

前記回転速度記憶部２５は、前記工具Ｔ、主軸６の回転部、及び主軸モータ１５の回転部から構成される主軸側回転体、並びにワークＷ、テーブル４の回転部、及びテーブルモータ１６の回転部から構成されるテーブル側回転体のそれぞれについて設定された許容回転速度及び安全回転速度を記憶する機能部であり、これらは前記入出力装置３０から入力され、当該回転速度記憶部２５に格納される。

前記許容回転速度は、各モータ１５，１６が空転したとき、対応する非常停止回路により、前記各モータ１５，１６が焼き付く前に（安全に）これらを停止させることができる上限の回転速度を限界回転速度として、この限界回転速度以下の回転速度となるように、予め設定された回転速度であり、各回転体（主軸側回転体及びテーブル側回転体）のイナーシャに応じて設定される。

例えば、主軸モータ１５を含む主軸側回転体を例に説明すると、前記非常停止回路で当該主軸側回転体を安全に停止させることができる時間ｔ_ｓ［ｓ］は、主軸側回転体の回転エネルギーをｒ_ｅ［Ｊ］とし、前記非常停止回路の銅損をＰ_ｌｏｓｓ［Ｊ／ｓ］として、以下の数式１によって算出される。
（数式１）
ｔ_ｓ＝ｒ_ｅ／Ｐ_ｌｏｓｓ

また、図２に示した非常停止回路の場合、銅損Ｐ_ｌｏｓｓ［Ｊ／ｓ］は、以下の数式２よって算出することができる。
（数式２）
Ｐ_ｌｏｓｓ＝３ＲＩ^２＝Ｒ・（Ｋ・ω）^２／（Ｒ^２＋（ω・ｐ・Ｌ）^２）
但し、Ｒは１相分の抵抗値［Ω］、Ｌは１相分のインダクタンス［Ｈ］、Ｋは線間誘起電圧定数［Ｖｒｍｓ／（ｒａｄ／ｓ）］、ωは回転角速度［ｒａｄ／ｓ］（回転角速度は回転速度［ｍ／ｓ］と等価であるため、以下では、「回転速度」と総称する。）、ｐは極対数（極数／２）である。

更に、前記回転エネルギーｒ_ｅは、以下の数式３によって表すことができる。但し、Ｉは主軸側回転体のイナーシャ［ｋｇｍ^２］である。
（数式３）
ｒ_ｅ＝（Ｉ・ω^２）／２

よって、前記時間ｔ_ｓ［ｓ］は、以下の数式４で表される。
（数式４）
ｔ_ｓ＝（Ｉ・ω^２）／（２・Ｐ_ｌｏｓｓ）

そして、前記数式４を変形すると、以下の数式５となり、時間ｔ_ｓで主軸側回転体を停止させるための主軸側回転体のイナーシャＩと回転速度（即ち、限界回転速度）ωとの関係が得られる。
（数式５）
Ｉ＝２・ｔ_ｓ・Ｐ_ｌｏｓｓ／ω^２

この主軸回転体のイナーシャＩと限界回転速度ωとの関係は、図６に示した限界曲線で表される。主軸側回転体のイナーシャＩに対して、その回転速度ωが、限界曲線より下の領域である場合には、当該回転速度ωは主軸側回転体を安全に非常停止させることができる回転速度であり、限界曲線より上の領域となる場合には、当該回転角速度ωは主軸側回転体を安全には停止させることができない回転速度である。

斯くして、前記許容回転速度は、このようにして得られる主軸側回転体のイナーシャＩに応じた限界回転速度を基に、この限界回転速度以下の回転速度となるように、イナーシャＩに応じて予め設定される。そして、このようにして設定された主軸側回転体のイナーシャと許容回転速度とが相互に関連付けられてデータテーブルの形式で前記回転速度記憶部２５に格納される。また、テーブルモータ１６を含むテーブル側回転体についても同様に設定され、テーブル側回転体のイナーシャと許容回転速度とが相互に関連付けられてデータテーブルの形式で前記回転速度記憶部２５に格納される。

尚、前記各回転体のイナーシャＩ［ｋｇｍ^２］は、各モータ１５，１６の加速時間をｔ_ａｃ［ｓ］、各モータ１５，１６の加速時の出力をＰ_{ｍｏｔｏｒ}［ｗ］、回転速度をω［ｒａｄ／ｓ］とすると、それぞれ、以下の数式６によって算出することができる。
（数式６）
Ｉ＝（２Ｐ_{ｍｏｔｏｒ}・ｔ_ａｃ）／ω^２

また、前記安全回転速度は、前記非常停止回路により、主軸側回転体及びテーブル側回転体のイナーシャが不明な場合でも、各モータ１５，１６を安全に非常停止させることができるような十分に余裕を持った回転速度であり、主軸側回転体及びテーブル側回転体に対してそれぞれ経験的に設定され、前記回転速度記憶部２５に格納される。

前記イナーシャ記憶部２６は、主軸側回転体及びテーブル側回転体のイナーシャを記憶する機能部であり、これらが判明している場合に、前記入出力装置３０を介してその値が入力され、当該イナーシャ記憶部２６に格納される。

前記回転監視部２７は、前記プログラム実行部２０の処理が開始されると、これに応じて処理を開始し、図３及び図４に示した処理を実行する。具体的には、回転監視部２７は、プログラム実行部２０の処理が開始されると、まず、当該プログラム実行部２０から処理されるＮＣコードを受信して、受信したＮＣコードが回転指令に関するものであるか否かを認識（監視）する（ステップＳ１）。回転指令には、主軸モータ１５及びテーブルモータ１６に対する指令があるが、以下では、代表例として、主軸モータ１５について説明するが、テーブルモータ１６についても同様に処理される。尚、テーブルモータ１６については括弧書きで付記する。

そして、ステップＳ１において、主軸モータ１５（テーブルモータ１６）についての回転指令が確認されると、回転監視部２７は前記イナーシャ記憶部２６を参照して、当該イナーシャ記憶部２６に主軸側回転体（テーブル側回転体）のイナーシャに係るデータが格納されているかどうかを確認し（ステップＳ２）、イナーシャに係るデータが格納されている場合には、前記回転速度記憶部２５を参照して、当該イナーシャに対して設定された許容回転速度を確認し、指令された回転速度が許容回転速度以下であるか否かを判別する（ステップＳ３）。

一方、前記ステップＳ２において、イナーシャに係るデータが格納されていないことが確認されると、回転監視部２７は、前記回転速度記憶部２５に記憶された安全回転速度を読み出し、この安全回転速度に対応した制御信号を前記回転制御部２４に送信して、主軸モータ１５（テーブルモータ１６）の回転速度を安全回転速度に移行させるとともに、ＮＣプログラムの処理、即ち、加工を一時停止するように前記プログラム実行部２２に対して指示した後（ステップＳ６）、次のステップＳ７の処理に移行する。

また、前記ステップＳ３において、指令回転速度が許容回転速度以下では無いと判別されて場合には、回転監視部２７は、許容回転速度に対応した制御信号を前記回転制御部２４に送信して、主軸モータ１５（テーブルモータ１６）の回転速度を許容回転速度に移行させるとともに、ＮＣプログラムの処理、即ち、加工を一時停止するように前記プログラム実行部２２に指示した後（ステップＳ１０）、次のステップＳ７の処理に移行する。

その一方、前記ステップＳ３において、指令回転速度が許容回転速度以下であると判別された場合には、回転監視部２７は、実際の主軸モータ１５（テーブルモータ１６）の駆動動力を基に、主軸側回転体のイナーシャを推定し、推定したイナーシャを基に、前記イナーシャ記憶部２６に格納された主軸側回転体（テーブル側回転体）のイナーシャが正しいかどうかを判別し（ステップＳ４）、正しい場合には、前記プログラム実行部２２から処理を終了する信号を受信するまで、ステップＳ１以降の処理を繰り返して実行する（ステップＳ５）。即ち、回転監視部２７はプログラム実行部２２から回転指令を受信するたびに、ステップＳ１以降の処理を実行する。一方、イナーシャに誤りがあると判断された場合には、回転監視部２７は、前述のステップＳ６の処理に移行する。

尚、前記主軸側回転体（テーブル側回転体）のイナーシャは、上述した数式６によって算出（推定）することができ、回転監視部２７は、主軸モータ１５（テーブルモータ１６）の実際の加速時間をｔ_ａｃ［ｓ］、及び加速時の出力Ｐ_{ｍｏｔｏｒ}［ｗ］を前記回転制御部２４から取得して、当該イナーシャを推定する。

ステップＳ７では、回転監視部２７は、制限した回転速度を前記入出力装置３０のディスプレイ上に表示して、この制限回転速度を受け入れて加工を再開するか否かをオペレータに確認する処理を行う。そして、オペレータが制限回転速度を受け入れて加工を再開することを、前記ディスプレイを介して選択する場合には（ステップＳ８）、この回転速度を制限したまま、前記プログラム実行部２２に加工再開信号を送信して、加工を再開させた後（ステップＳ９）、前記ステップＳ５の処理に移行する。

一方、前記ステップＳ８において、オペレータが制限回転速度を受け入れないことを、前記ディスプレイを介して選択する場合には、当該主軸側回転体（テーブル側回転体）のイナーシャを新たに設定するか否かを、前記ディスプレイを介してオペレータに確認し（ステップＳ１１）、オペレータが、新たにイナーシャを設定することを、前記ディスプレイを介して選択する場合には、更に、自動計測するか否かを、前記ディスプレイを介してオペレータに確認する（ステップＳ１２）。

そして、前記ステップＳ１２において、オペレータが、新たにイナーシャを自動計測することを、前記ディスプレイを介して選択する場合には、回転監視部２７はイナーシャの自動計測を実行する（ステップＳ１３）。自動計測は、前記回転制御部２４に停止信号を送信して、主軸モータ１５（テーブルモータ１６）の回転を一旦停止した後、例えば、前記安全回転速度で前記主軸モータ１５（テーブルモータ１６）を回転させる制御信号を送信して、当該安全回転速度で回転させることによって実行することができ、イナーシャは、このときに前記回転制御部２４から得られる主軸モータ１５（テーブルモータ１６）の実際の加速時間及び加速時の出力、並びに前記安全回転速度を基に、前記数式６によって算出することができる。尚、この自動計測を数回繰り返して実行し、得られたデータを平均することによって、より正確なイナーシャを取得することができる。そして、回転監視部２７は算出したイナーシャに係るデータを前記イナーシャ記憶部２６に格納する（ステップＳ１３）。

次に、回転監視部２７は前記イナーシャ記憶部２６を参照して、算出したイナーシャに応じた許容回転速度を認識し、認識した許容回転速度を前記ディスプレイ上に表示して、この許容回転速度を受け入れて加工を再開するか否かをオペレータに確認する処理を行う（ステップＳ１４）。そして、オペレータが許容回転速度を受け入れて加工を再開することを、前記ディスプレイを介して選択する場合には、許容回転速度に係る制御信号を前記回転制御部２４に送信して、主軸モータ１５を許容回転速度で回転させた後（ステップＳ１６）、前記ステップＳ９に移行して、加工を再開させる。

一方、前記ステップＳ１１において、オペレータがイナーシャを設定しないことを、前記ディスプレイを介して選択する場合、、並びにステップＳ１５において、オペレータが許容回転速度を受け入れないことを、前記ディスプレイを介して選択する場合には、前記プログラム実行部２２に加工を停止させる信号を送信して（ステップＳ１８）、処理を終了する。

また、前記ステップＳ１２において、オペレータが、新たなイナーシャを自動計測しないこと、言い換えれば、手入力することを、前記ディスプレイを介して選択する場合には、当該ディスプレイを介して、イナーシャの入力を受け付けて、入力されたイナーシャに係るデータを前記イナーシャ記憶部２６に格納した後（ステップＳ１７）、前記ステップＳ３以降の処理を実行する。

以上のように構成された本例の工作機械１によれば、プログラム実行部２２によってＮＣプログラムが実行され、プログラム実行部２２からの制御信号に基づいて、送り制御部２３によりＸ軸送り装置１０、Ｙ軸送り装置１１及びＺ軸送り装置１２が制御されるとともに、回転制御部２４により主軸モータ１５及びテーブルモータ１６が制御され、これらＸ軸送り装置１０、Ｙ軸送り装置１１及びＺ軸送り装置１２、並びに主軸モータ１５及びテーブルモータ１６の作動によって、工具ＴによってワークＷが加工される。

そして、プログラム実行部２２からの制御信号に基づいた回転制御部２４による主軸モータ１５及びテーブルモータ１６の回転制御が、前記回転監視部２７によって監視される。

即ち、回転監視部２７は、プログラム実行部２２によって回転指令が処理されるたびに、回転指令に対応した回転体（主軸側回転体、又はテーブル側回転体）について、イナーシャが既知であるか否を確認し（ステップＳ２）、イナーシャが既知である場合には、回転指令が、イナーシャに対して設定される許容回転数以下であるか否かを判別し（ステップＳ３）、許容回転数以下である場合に、加工を継続させる。したがって、停電やその他の原因によって回転体を駆動するモータ（主軸モータ１５，又はテーブルモータ１６）が制御不能となっても、回転制御部２４に設けられた非常停止回路によって、焼き付きを生じることなく安全に当該モータ１５，１６を停止させることができる。また、このような回転速度で加工を行うことにより、回転体を駆動し、停止させる際にモータ１５，１６に過大な負荷が作用するのを回避することができる。

また、回転監視部２７は、回転指令がイナーシャに対して設定された許容回転数以下であっても、イナーシャ記憶部２６に格納された既知のイナーシャと、実際にモータを回転させることによって推定されるイナーシャとを比較することによって、既知のイナーシャが正しいかどうかを判別し（ステップＳ４）、既知のイナーシャが正しい場合にのみ、そのままの回転速度で加工を継続するように構成されている。したがって、イナーシャの誤入力により、モータ１５，１６の回転速度が危険速度のまま加工が継続されるのを未然に防止することができる。

また、回転監視部２７は、イナーシャが既知でない場合には、モータ１５，１６の回転速度を安全回転速度に制限するとともに（ステップＳ６）、回転指令がイナーシャに応じて設定された許容回転速度を超えている場合には、モータの回転速度を許容回転速度に制限するように構成されている（ステップＳ１０）。したがって、モータを非常停止させる際に、前記非常停止回路により、焼き付きを生じることなく安全に当該モータを停止させることができる。

また、回転監視部２７は、イナーシャが既知でない場合、及び回転指令がイナーシャに応じて設定された許容回転速度を超えている場合には、加工を一時停止し（ステップＳ６，Ｓ１０）、オペレータが制限回転速度を受け入れた場合に、当該制限回転速度での加工を再開させるように構成されている（ステップＳ７－Ｓ９）。回転速度を制限した場合には、表面粗さなど、目標とする加工精度を達成することができない場合があるが、制限回転速度で加工することが可能かどうかをオペレータに確認することで、加工品が不良品となるのを未然に防止することができる。

また、回転監視部２７は、当該回転体のイナーシャを自動計測、又は手入力可能に構成されている（ステップＳ１１－Ｓ１３、Ｓ１７）。このようにすることで、イナーシャの設定を柔軟に行うことができる。

本例の工作機械１によれば、以上のような効果が奏されるが、本例の加工監視部２７による監視は、初めてＮＣプログラムが実行されるときに特に有益である。ＮＣプログラムが初めて実行される場合には、回転体のイナーシャが適正に設定されているかどうか不明な場合があり、また、指令回転速度は、加工時間や加工精度を満足するように設定され、このため、イナーシャに応じた限界回転速度を超えている可能性があるからである。

以上、発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何ら上例のものに限定されるものではない。

例えば、上例の工作機械１では、回転体として、主軸モータ１５を含む主軸側回転体、及びテーブルモータ１６を含むテーブル側回転体の双方を備えているが、このような構成に限られるものでは無く、いずれか一方の回転体を備える物でも良く、或いは、全く異なる回転体を備えるものであっても良い。

繰返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

１工作機械
２ベッド
３コラム
４テーブル
５主軸頭
６主軸
１０Ｘ軸送り装置
１１Ｙ軸送り装置
１２Ｚ軸送り装置
１５主軸モータ
１６テーブルモータ
２０制御装置
２１ＮＣプログラム記憶部
２２プログラム実行部
２３送り制御部
２４回転制御部
２５回転速度記憶部
２６イナーシャ記憶部
２７回転監視部
３０入出力装置

Claims

制御対象となる回転体を含む運動機構部と、加工プログラムに従って少なくとも前記回転体の回転動作を制御する制御装置とを備えて構成される工作機械であって、
前記制御装置は、前記加工プログラムに従って前記回転体を回転させる際に、前記回転体のイナーシャに係るデータを確認し、前記イナーシャに係るデータが設定されている場合には、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度が、前記イナーシャに応じて設定される限界回転速度以下であるかどうかを確認し、該限界回転速度を超えている場合には、該限界回転速度以下の回転速度であって、予め設定された回転速度を許容回転速度として、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度を制限するように構成され、
更に、前記制御装置は、前記イナーシャに係るデータが設定されていない場合、又は設定されたイナーシャに係るデータが異常値であると判断される場合には、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度を、予め設定した安全回転速度に制限するように構成されていることを特徴とする工作機械。
前記制御装置は、前記許容回転速度をオペレータが容認するか否かを確認し、オペレータが容認する場合には、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度を前記許容回転速度に制限して加工を継続し、オペレータが容認しない場合には、加工を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
前記制御装置は、前記安全回転速度をオペレータが容認するか否かを確認し、オペレータが容認する場合には、前記加工プログラムに指定された前記回転体の回転速度を前記安全回転速度に制限して加工を継続し、オペレータが容認しない場合には、加工を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械。
前記制御装置は、前記回転体のイナーシャに係るデータが設定されていない場合、又は設定されたイナーシャに係るデータが異常値であると判断される場合に、該回転体についてのイナーシャに係るデータを新たに設定可能に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械。
前記制御装置は、前記回転体に回転動作と停止動作とを実行させることにより、該回転体のイナーシャに係るデータを算出して、設定するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の工作機械。