WO2023095286A1 - 工作機械制御装置及び工作機械 - Google Patents

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B25/06—Measuring, gauging, or adjusting equipment on turning-machines for setting-on, feeding, controlling, or monitoring the cutting tools or work
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    • G05B19/02—Program-control systems electric
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45136—Turning, lathe

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool control device and a machine tool.
  • a machine tool that performs turning by rotating a turning shaft provided with a holding portion such as a chuck that holds a workpiece is known.
  • the kinetic energy due to the rotation of the rotating body including the turning shaft and the workpiece during turning is much larger than the kinetic energy of the rotating body during milling, for example.
  • If the inertia around the turning axis of the workpiece is large, it may exceed the capacity of the brake for emergency stop of the turning axis. For this reason, a technique has been proposed in which the inertia of a rotating body is estimated, and when the estimated value of inertia is large, a danger is reported, or the rotational speed is limited according to the inertia (see, for example, Patent Document 1). .
  • a machine tool may be provided with a cover or the like for preventing scattering of chips, but there is a possibility that it may not be possible to completely prevent a work having a large mass from flying out. Therefore, there is a demand for a technique capable of preventing the work from popping out when the work is detached during turning.
  • a machine tool control device is a machine tool control device that controls a machine tool that performs turning by rotating a turning shaft provided with a holding portion that holds a workpiece, wherein the turning shaft is rotated.
  • a global turning inertia estimator for estimating a global turning inertia, which is an inertia about the turning axis of the entire turning axis and an object rotating with the turning axis, based on feedback from the turning axis, and the holding A workpiece whose inertia about the turning axis of the workpiece is based on the overall turning inertia when the part does not hold the workpiece and the overall turning inertia when the holding part holds the workpiece.
  • a workpiece turning inertia estimator for estimating the turning inertia; and a maximum rotation of the turning shaft at which the maximum energy when the workpiece is released from the holding part is equal to a preset upper limit value based on the workpiece turning inertia. and a rotation speed limiter for limiting the rotation speed of the turning shaft so as not to exceed the maximum rotation speed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a machine tool according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a machine tool 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the machine tool 1 includes a rotary table mechanism 10 that positions a workpiece W, a tool positioning mechanism 20 that drives a tool T that processes the workpiece W, and operations of the rotary table mechanism 10 and the tool positioning mechanism 20, that is, operations of the machine tool 1. and a machine tool control device 30 that controls the
  • the machine tool 1 of this embodiment is a machining center capable of turning.
  • the machine tool 1 may further include a tool changer (not shown) and the like.
  • the rotary table mechanism 10 has a holding portion 11 that holds a workpiece, a turning shaft 12 that has the holding portion 11 at its tip, rotates the holding portion 11, and a tilt shaft 13 that tilts the turning shaft 12.
  • the rotary table mechanism 10 may also have one or more positioning axes (not shown) that move these components horizontally or vertically, for example.
  • the holding part 11 may have a well-known configuration such as a table, a chuck, or the like capable of fixing the workpiece W.
  • the turning shaft 12 is a driving shaft capable of rotationally positioning or continuously rotating the holding portion 11 .
  • the machine tool 1 can turn the workpiece W by continuously rotating the turning shaft 12 .
  • the tilting axis 13 is configured to tilt the turning axis 12 .
  • the "axis" means a drive mechanism with one degree of freedom including a drive motor.
  • the tool positioning mechanism 20 holds a tool T and has a plurality of drive shafts 21, 22, 23, and 24 so that the tool T can be brought into contact with a desired position of the workpiece W from a desired direction for machining. can be configured. Moreover, the tool positioning mechanism 20 may have a tool drive shaft 25 for rotating the tool T. As shown in FIG.
  • the machine tool controller 30 itself is an embodiment of the machine tool controller according to the present disclosure.
  • the machine tool control device 30 controls the entire machine tool 1 to machine the workpiece W by operating the rotary table mechanism 10 and the tool positioning mechanism 20 according to the machining program.
  • a machine tool control device 30 includes an overall turning inertia estimating unit 31, a work turning inertia estimating unit 32, an overall tilting inertia estimating unit 33, a work tilting inertia estimating unit 34, and an auxiliary information acquiring unit 35. , a maximum rotation speed calculator 36 , a rotation speed limiter 37 , an inertia change checker 38 , and a notification unit 39 .
  • the machine tool control device 30 can be realized, for example, by causing a computer device having a processor, memory, input/output interface, etc. to execute an appropriate control program. Note that each component of the machine tool control device 30 described above is a categorization of the functions of the machine tool control device 30, and may not be clearly distinguishable in terms of physical configuration and program configuration.
  • the entire turning inertia estimating unit 31 calculates the turning shaft 12 and the entire object rotating together with the turning shaft 12 (the holding unit 11, the work W and the work W) based on the feedback from the turning shaft 12.
  • the overall turning inertia Iac [kgm 2 ], which is the inertia about the turning axis 12 of the tool (including jigs, fasteners, etc. for fixing), is estimated.
  • the overall turning inertia estimator 31 converts a representative value (e.g., average value) of torque calculated from the current value of the motor of the turning shaft 12 to a representative value of angular acceleration calculated from the feedback value of the rotational position. It can be configured to derive an estimate of the global turning inertia Iac by dividing (representative torque/representative angular acceleration).
  • the work turning inertia estimation unit 32 is based on the overall turning inertia Iac 0 when the holding unit 11 does not hold the work W and the overall turning inertia Iac 1 when the holding unit 11 holds the work W, A work turning inertia Iwc [kgm 2 ], which is the inertia of the work W around the turning axis 12, is estimated.
  • the work turning inertia Iwc is derived as a value (Iac 1 ⁇ Iac 0 ) obtained by subtracting the total turning inertia Iac 0 when the work W is not held from the total turning inertia Iac 1 when the work W is held. can be done.
  • the overall tilt inertia estimator 33 rotates the tilt shaft 13 that tilts the workpiece W to estimate the overall tilt inertia Iat [kgm 2 ].
  • the total tilt inertia Iat is the tilt axis 13 and the entire object rotating together with the tilt axis 13 (the turning shaft 12, the holding part 11, the work W and the jig for fixing the work W, (including fasteners, etc.) around the tilt axis 13.
  • An estimate of the global tilt inertia Iat can be calculated similarly to an estimate of the global turning inertia Iac.
  • the work tilt inertia estimating unit 34 is based on the total tilt inertia Iat 0 when the holding unit 11 does not hold the work W and the total tilt inertia Iat 1 when the holding unit 11 holds the work W, A work tilt inertia Iwt [kgm 2 ], which is the inertia of the work W around the tilt axis 13, is estimated.
  • the work tilt inertia Iwt is the difference ( Iat 1 ⁇ Iat 0 ). It should be noted that Iat 0 may be a known value if the holding unit 11 is configured such that it cannot be changed by the user, and by using a known value, an estimation error can be reduced.
  • the auxiliary information acquisition unit 35 acquires auxiliary information including the density of the workpiece W.
  • the auxiliary information acquisition unit 35 may be configured to read and understand the auxiliary information described in the machining program, or may be configured to provide a user interface that prompts the user to input the auxiliary information.
  • the density of the workpiece W may be obtained by referring to a reference table that stores the correspondence between the material and the density based on the material of the workpiece W specified by the machining program or input by the user.
  • the maximum rotation speed calculation unit 36 calculates the maximum energy Jw [J] at the time when the workpiece W is detached from the holding unit 11 based on at least the workpiece turning inertia Iwc. A maximum number of rotations of the shaft 12 is calculated.
  • the maximum rotation speed calculation unit 36 may calculate the maximum energy Jw assuming that all the rotational energy of the work W is converted into kinetic energy of the work W when the work W is separated from the holding unit 11 .
  • the upper limit of this maximum energy Jw is set as a value obtained by multiplying the energy that can destroy the safety cover of the machine tool 1 by a safety factor (breakdown energy x safety factor).
  • the energy that can break the safety cover can be determined by impact resistance testing of the safety cover.
  • the maximum rotation speed calculation unit 36 may further calculate the maximum rotation speed in consideration of auxiliary information. For example, considering the density, diameter, and length (shape) of the work W, both the work turning inertia Iwc that can be theoretically calculated and the work turning inertia Iwc estimated by the work turning inertia estimator 32 are both the maximum rotational speed. By limiting the maximum number of revolutions to satisfy , it is possible to perform processing at a safer number of revolutions, which reduces the possibility that the estimated inertia or auxiliary information is erroneous.
  • the maximum rotation speed calculation unit 36 may further calculate the maximum rotation speed in consideration of the work tilt inertia Iwt.
  • the shape of the workpiece W can be estimated by considering the workpiece turning inertia Iwc and the workpiece tilting inertia Iwt. This makes it possible to more accurately estimate the maximum energy Jw of the work W released when the work W is detached.
  • Iwt 1/16 ⁇ d 2 h ⁇ (d 2 /4+h 2 /3)+4(r+h/2) 2 ⁇ (3)
  • the height h and diameter d of the work W can be calculated from the work turning inertia Iwc and the work tilt inertia Iwt. It can be derived by substituting the estimated values into the above two equations. A value for the distance r from the center of rotation of the inclined shaft 13 to the mounting surface of the workpiece W is input in advance when starting up the machine for mounting the holding portion 11 .
  • the density ⁇ of the work W may be obtained by the auxiliary information obtaining unit 35, and if it cannot be obtained by the auxiliary information obtaining unit 35, 7.9 g, which is the density of steel or stainless steel, which is a general material of the work W, is /cm 3 may be used for calculation.
  • the cylindrical workpiece W estimated in this way has a vertically elongated shape with d ⁇ h, and it rotates while being inclined with respect to the rotation center line, the energy becomes greater than the energy obtained by the equation (1).
  • the work W is held so that the center line of the work W is inclined by an angle ⁇ [°] with respect to the rotation center line of the turning shaft 12, the work W
  • the maximum energy Jw at the desorption of W can be expressed by the following equation (4).
  • the safe maximum rotational speed that is, the maximum energy Jw is Machining can be performed by setting the rotational speed n equal to the upper limit value Ju.
  • the maximum rotation speed calculation unit 36 may be configured to receive user's approval or correction of the maximum rotation speed calculated as described above. Further, the correction of the maximum rotation speed may be configured such that the upper limit is a value obtained by reducing the safety factor to a predetermined limit value.
  • the rotational speed limiter 37 limits the rotational speed of the turning shaft 12 so as not to exceed the maximum rotational speed.
  • the upper limit value of the rotational speed of the turning shaft 12 may be the maximum rotational speed value calculated by the maximum rotational speed calculation unit 36 or the maximum value that can be set within a range not exceeding the maximum rotational speed.
  • a well-known method can be used to limit the number of rotations of the turning shaft 12, that is, to limit the number of rotations of the workpiece W during turning.
  • the inertia change confirmation unit 38 causes the overall turning inertia estimating unit 31 to estimate the overall turning inertia Iac at a predetermined timing, and confirms changes in the overall turning inertia Iac and, in turn, the workpiece turning inertia Iwc.
  • the timing for confirming the change in the workpiece turning inertia Iwc can be selected as appropriate, such as at the time of replacing the workpiece W, at the start of execution of the machining program, at every fixed time operation, at every fixed time, or the like.
  • the inertia change confirmation unit 38 may be configured to confirm a change in the workpiece turning inertia Iwc according to a user's instruction.
  • the inertia change confirmation unit 38 may be configured to confirm a change in the workpiece turning inertia Iwc during the machining program. Since the workpiece turning inertia Iwc is smaller during machining than at the start of machining, the maximum rotation speed calculated by the maximum rotation speed calculation unit 36 becomes smaller. As a result, the restriction on the rotation speed of the turning shaft 12 by the rotation speed limiter 37 is relaxed, so that the machining speed can be increased in accordance with the decrease in the workpiece turning inertia Iwc.
  • the execution timing of the inertia estimation can be appropriately selected from timing instructed in the program, arbitrary timing at which the rotation of the workpiece W is stopped, and the like. Alternatively, the acceleration/deceleration during machining of the workpiece W may be used to estimate the overall turning inertia Iac.
  • the notification unit 39 notifies that the rotation speed is limited when the maximum rotation speed calculated by the maximum rotation speed calculation unit 36 is smaller than the set value or the required value for turning derived from the machining program.
  • a notification method a visual signal, an auditory signal, or the like may be used, or the notification may be entrusted to an external device by transmitting a signal to the outside.
  • the maximum number of revolutions is excessively low, it is highly possible that the work W is held at an angle to the turning axis 12 and that the work W is likely to detach from the holding portion 11 . Therefore, when the maximum rotation speed is smaller than the set value, the work W can be prevented from coming off by adjusting the holding state of the work W by informing the user of the danger. In addition, when the maximum rotation speed is smaller than the required value for turning, the user is notified that desired machining conditions cannot be obtained and that the machining time may become long, thereby allowing the user to determine the holding state of the workpiece W. It is possible to prompt consideration of the need for adjustment.
  • the machine tool 1 equipped with the machine tool control device 30 as described above can set the maximum rotation speed of the turning shaft 12 to an optimum value according to the workpiece W and the jig for fixing the workpiece W to the holder. Therefore, it is possible to prevent the number of revolutions from being lowered more than necessary or, conversely, to carry out machining at a dangerous number of revolutions, so that the work W can be efficiently and safely machined.
  • the machine tool control device 30 estimates the workpiece turning inertia Iwc and sets the maximum rotation speed of the turning shaft 12, so the user does not need to calculate the inertia. Therefore, in the machine tool 1, the time required for setting up the machining of the workpiece W can be shortened.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments. Further, the effects described in the above-described embodiments are merely enumerations of preferable effects produced by the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the above-described embodiments.
  • the overall tilt inertia estimating section, the work tilt inertia estimating section, the auxiliary information acquiring section, the inertia change confirming section, and the reporting section are arbitrary configurations and can be omitted. be.
  • the configurations of the rotary table mechanism and tool positioning mechanism are not limited to the above-described embodiments.
  • the machine tool according to the present disclosure may be an NC lathe, and the rotary table mechanism may not have a tilt axis.
  • Reference Signs List 1 machine tool 10 rotary table mechanism 20 tool positioning mechanism 30 machine tool control device 11 holding section 12 turning axis 13 tilting axis 21, 22, 23, 24 drive axis 25 tool drive axis 31 overall turning inertia estimating section 32 work turning inertia estimating section 33 Overall tilt inertia estimator 34 Work tilt inertia estimator 35 Auxiliary information acquisition unit 36 Maximum rotation speed calculator 37 Rotation speed limiter 38 Inertia change checker 39 Notification unit W Work T Tool

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Abstract

ワークの飛び出しを防止できる本開示の一態様に係る工作機械制御装置は、旋削軸を回転させることにより、旋削軸からのフィードバックに基づいて旋削軸及び旋削軸と共に回転する物体の全体の旋削軸まわりのイナーシャである全体旋削イナーシャを推定する全体旋削イナーシャ推定部と、保持部がワークを保持していないときの全体旋削イナーシャと保持部がワークを保持しているときの全体旋削イナーシャとに基づいて、ワークの旋削軸まわりのイナーシャであるワーク旋削イナーシャを推定するワーク旋削イナーシャ推定部と、ワーク旋削イナーシャに基づいて、ワークの保持部からの脱離時の最大エネルギが予め設定される上限値と等しくなる旋削軸の最大回転数を算出する最大回転数算出部と、最大回転数を超えないよう旋削軸の回転数を制限する回転数制限部と、を備える。

Description

工作機械制御装置及び工作機械
　本発明は、工作機械制御装置及び工作機械に関する。
　ワークを保持するチャック等の保持部が設けられた旋削軸を回転させて旋削加工を行う工作機械が知られている。旋削軸及びワークを含めた回転体の旋削時の回転による運動エネルギは、例えばフライス加工等における回転体の運動エネルギと比較して、大幅に大きくなる。ワークの旋削軸を中心とするイナーシャ（慣性モーメント）が大きい場合、旋削軸を非常停止するためのブレーキの容量を超える可能性がある。このため、回転体のイナーシャを推定し、イナーシャの推定値が大きい場合に危険性を報知したり、イナーシャに応じて回転速度を制限したりする技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特許第６８３９７８３号公報
　旋削加工では、ワークを比較的高速で回転させるため、ワークが保持部から脱離した場合に、ワークが外部に飛び出してしまうおそれがある。特に、ワークが偏心して保持されていたりすると、ワークが脱離して飛び出す危険性が高くなる。工作機械は、切屑の飛散を防止するカバー等を備える場合もあるが、質量が大きいワークの飛び出しまでは防ぎきれない可能性がある。このため、旋削中にワークが脱離した場合に、ワークの飛び出しを防止できる技術が望まれる。
　本開示の一態様に係る工作機械制御装置は、ワークを保持する保持部が設けられた旋削軸を回転させて旋削を行う工作機械を制御する工作機械制御装置であって、前記旋削軸を回転させることにより、前記旋削軸からのフィードバックに基づいて前記旋削軸及び前記旋削軸と共に回転する物体の全体の前記旋削軸まわりのイナーシャである全体旋削イナーシャを推定する全体旋削イナーシャ推定部と、前記保持部が前記ワークを保持していないときの前記全体旋削イナーシャと前記保持部が前記ワークを保持しているときの前記全体旋削イナーシャとに基づいて、前記ワークの前記旋削軸まわりのイナーシャであるワーク旋削イナーシャを推定するワーク旋削イナーシャ推定部と、前記ワーク旋削イナーシャに基づいて、前記ワークの前記保持部からの脱離時の最大エネルギが予め設定される上限値と等しくなる前記旋削軸の最大回転数を算出する最大回転数算出部と、前記最大回転数を超えないよう前記旋削軸の回転数を制限する回転数制限部と、を備える。
　本開示によれば、ワークの飛び出しを防止できる。
本開示の第１実施形態に係る工作機械の構成を示す模式図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の第１実施形態に係る工作機械１の構成を示す模式図である。
　工作機械１は、ワークＷを位置決めする回転テーブル機構１０と、ワークＷを加工する工具Ｔを駆動する工具位置決め機構２０と、回転テーブル機構１０及び工具位置決め機構２０の動作、つまり工作機械１の動作を制御する工作機械制御装置３０と、を備える。本実施形態の工作機械１は、旋削加工を行うことができるマシニングセンタである。工作機械１は、さらにツールチェンジャ（不図示）等を備えてもよい。
　回転テーブル機構１０は、ワークを保持する保持部１１と、先端に保持部１１が設けられ、保持部１１を回転させる旋削軸１２と、旋削軸１２を傾斜させる傾斜軸１３と、を有する。回転テーブル機構１０は、さらにこれらの構成要素を例えば水平方向又は鉛直方向に移動する１又は複数の位置決め軸（不図示）を有してもよい。
　保持部１１は、ワークＷを固定可能なテーブル、チャック等の周知の構成とされ得る。旋削軸１２は、保持部１１を回転位置決め又は連続回転させ得る駆動軸である。工作機械１では、旋削軸１２を連続回転させることによってワークＷの旋削を行うことができる。傾斜軸１３は、旋削軸１２を傾斜させ得るよう構成される。なお、本明細書において「軸」は駆動モータを含む１自由度の駆動機構を意味する。
　工具位置決め機構２０は、工具Ｔを保持し、ワークＷの所望の位置に所望の方向から工具Ｔを接触させて加工を行うことができるよう、複数の駆動軸２１，２２，２３，２４を有する構成とされ得る。また、工具位置決め機構２０は、工具Ｔを回転させる工具駆動軸２５を有してもよい。
　工作機械制御装置３０は、それ自体が本開示に係る工作機械制御装置の一実施形態である。工作機械制御装置３０は、加工プログラムに従って、回転テーブル機構１０及び工具位置決め機構２０を動作させることにより、ワークＷを加工するよう、工作機械１全体を制御する。
　本実施形態に係る工作機械制御装置３０は、全体旋削イナーシャ推定部３１と、ワーク旋削イナーシャ推定部３２と、全体傾斜イナーシャ推定部３３と、ワーク傾斜イナーシャ推定部３４と、補助情報取得部３５と、最大回転数算出部３６と、回転数制限部３７と、イナーシャ変化確認部３８と、報知部３９と、を備える。
　工作機械制御装置３０は、例えばプロセッサ、メモリ、入出力インターフェイス等を有するコンピュータ装置に適切な制御プログラムを実行させることにより実現できる。なお、上述の工作機械制御装置３０の各構成要素は、工作機械制御装置３０の機能を類別したものであって、物理構成及びプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。
　全体旋削イナーシャ推定部３１は、旋削軸１２を回転させることにより、旋削軸１２からのフィードバックに基づいて旋削軸１２及び旋削軸１２と共に回転する物体の全体（保持部１１、ワークＷ及びワークＷを固定するための治具、締結具等を含む）の旋削軸１２まわりのイナーシャである全体旋削イナーシャＩａｃ［ｋｇｍ２］を推定する。具体例として、全体旋削イナーシャ推定部３１は、旋削軸１２のモータの電流値から算出されるトルクの代表値（例えば平均値等）を回転位置のフィードバック値から算出される角加速度の代表値で除する（トルクの代表値／角加速度の代表値）ことによって、全体旋削イナーシャＩａｃの推定値を導出するよう構成され得る。
　ワーク旋削イナーシャ推定部３２は、保持部１１がワークＷを保持していないときの全体旋削イナーシャＩａｃ０と保持部１１がワークＷを保持しているときの全体旋削イナーシャＩａｃ１とに基づいて、ワークＷの旋削軸１２まわりのイナーシャであるワーク旋削イナーシャＩｗｃ［ｋｇｍ２］を推定する。ワーク旋削イナーシャＩｗｃは、ワークＷを保持しているときの全体旋削イナーシャＩａｃ１からワークＷを保持していないときの全体旋削イナーシャＩａｃ０を減じた値（Ｉａｃ１－Ｉａｃ０）として導出することができる。
　全体傾斜イナーシャ推定部３３は、ワークＷを傾斜させる傾斜軸１３を回転させることにより、全体傾斜イナーシャＩａｔ［ｋｇｍ２］を推定する。全体傾斜イナーシャＩａｔは、傾斜軸１３からのフィードバックに基づいて傾斜軸１３及び傾斜軸１３と共に回転する物体の全体（旋削軸１２、保持部１１、ワークＷ及びワークＷを固定するための治具、締結具等を含む）の傾斜軸１３まわりのイナーシャである。全体傾斜イナーシャＩａｔの推定値は、全体旋削イナーシャＩａｃの推定値と同様に算出され得る。
　ワーク傾斜イナーシャ推定部３４は、保持部１１がワークＷを保持していないときの全体傾斜イナーシャＩａｔ０と保持部１１がワークＷを保持しているときの全体傾斜イナーシャとＩａｔ１に基づいて、ワークＷの傾斜軸１３まわりのイナーシャであるワーク傾斜イナーシャＩｗｔ［ｋｇｍ２］を推定する。ワーク傾斜イナーシャＩｗｔは、保持部１１がワークＷを保持していないときの全体傾斜イナーシャＩａｔ０と保持部１１がワークＷを保持しているときの全体傾斜イナーシャとＩａｔ１との差分（Ｉａｔ１－Ｉａｔ０）として算出できる。なお、Ｉａｔ０は保持部１１がユーザで変更され得ない構成の場合、既知の値としてもよく、既知の値とすることで推定誤差を低減できる。
　補助情報取得部３５は、ワークＷの密度を含む補助情報を取得する。補助情報取得部３５は、加工プログラムに記述される補助情報を読解するよう構成されてもよく、ユーザに補助情報の入力を促すユーザインターフェイスを提供するよう構成されてもよい。ワークＷの密度は、加工プログラム又はユーザの入力により特定さるワークＷの材質に基づいて、材質と密度と対応関係を記憶する参照テーブルを参照して取得してもよい。
　最大回転数算出部３６は、少なくともワーク旋削イナーシャＩｗｃに基づいて、ワークＷの保持部１１からの脱離時の最大エネルギＪｗ［Ｊ］が予め設定される上限値Ｊｕ［Ｊ］と等しくなる旋削軸１２の最大回転数を算出する。最大回転数算出部３６は、ワークＷの回転エネルギが全てワークＷの保持部１１からの脱離時にワークＷの運動エネルギに変換されるものとして最大エネルギＪｗを算出してもよい。
　この場合、ワークＷの保持部１１からの脱離時の最大エネルギＪｗ［Ｊ］は、ワークＷの回転数をｎ［ｒｐｍ］とすると、次の式（１）により算出できる。
Ｊｗ＝１／２・Ｉｗｃ・（２πｎ／６０）２　…（１）
　一方、この最大エネルギＪｗの上限値は、工作機械１の安全カバーを破壊し得るエネルギに安全率を乗じた値（破壊エネルギ×安全率）として設定される。安全カバーを破壊し得るエネルギは、安全カバーの耐衝撃性試験によって決定することができる。
　最大回転数算出部３６は、さらに、補助情報を考慮して最大回転数を算出してもよい。例えばワークＷの密度、径及び長さ（形状）を考慮すれば、理論的に算出できるワーク旋削イナーシャＩｗｃとワーク旋削イナーシャ推定部３２が推定したワーク旋削イナーシャＩｗｃとから求められる最大回転数の両方を満たす最大回転数に制限することで、推定されたイナーシャや補助情報に誤りのある可能性を低減したより安全な回転数で加工することが可能である。
　最大回転数算出部３６は、さらに、ワーク傾斜イナーシャＩｗｔを考慮して最大回転数を算出してもよい。ワーク旋削イナーシャＩｗｃとワーク傾斜イナーシャＩｗｔとを考慮することで、ワークＷの形状を推定することができる。これにより、ワークＷが脱離した場合に放出されるワークＷの最大エネルギＪｗをより正確に推定することができる。
　傾斜軸１３の回転中心からワークＷの取付面までの距離をｒ［ｍ］とし、ワークＷが円柱状であると仮定して、ワークＷの高さをｈ［ｍ］、ワークＷの直径をｄ［ｍ］、ワークＷの密度をρ［ｋｇ／ｍ３］とすると、ワーク旋削イナーシャＩｗｃは、次の式（２）で表すことができる。
Ｉｗｔ＝１／３２・ρπｄ４ｈ　…（２）
　また、ワーク傾斜イナーシャＩｗｔは、次の式（３）で表すことができる。
Ｉｗｔ＝１／１６・ρπｄ２ｈ｛（ｄ２／４＋ｈ２／３）＋４（ｒ＋ｈ／２）２｝…（３）
　このため、傾斜軸１３の回転中心からワークＷの取付面までの距離ｒ、ワークＷの密度ρが分かれば、ワークＷの高さｈ及び直径ｄは、ワーク旋削イナーシャＩｗｃ及びワーク傾斜イナーシャＩｗｔの推定値を前記２つの式に代入することで、導出することができる。傾斜軸１３の回転中心からワークＷの取付面までの距離ｒは、保持部１１を取り付ける機械立上げ時に値を予め入力しておく。ワークＷの密度ρは、補助情報取得部３５によって取得してもよく、補助情報取得部３５による取得ができない場合には一般的なワークＷの材質である鋼又はステンレスの密度である７．９ｇ／ｃｍ３を用いて計算するようにしてもよい。
　このようにして推定された円柱状のワークＷが、ｄ＜ｈの縦長形状の場合、回転中心線に対して傾斜した状態で回転すると、式（１）で求められるエネルギよりも大きなエネルギになることがある。保持部１１により一方の端面が旋削軸１２の回転中心線上に位置し、ワークＷの中心線が旋削軸１２の回転中心線に対して角度θ［°］だけ傾斜するよう保持される場合、ワークＷの脱離時の最大エネルギＪｗは、次の式（４）で表すことができる。なお、角度θは実験的に求めた値に設定してもよい。例えば、θ＝３０°のように一律の値を設定してもよく、ｄとｈの比率によって値を変更するなどしてもよい。
Ｊｗ＝１／８・ρπｄ２ｈ・｛πｈ（ｎ／６０）ｓｉｎθ｝２＋１／１６・ρπｄ２ｈ・（ｄ２／４＋ｈ２／３）・｛π（ｎ／６０）ｓｉｎθ｝　…（４）
　ここでｄ＜ｈ、ｄ２＜＜ｈ２とすると、前記式（４）は、次の式（５）のように簡略化できる。
Ｊｗ＝１／６・ρπ３ｄ２ｈ３・（ｎ／６０）２ｓｉｎ２θ　…（５）
　この式を用いて、ワークＷの脱離時の最大エネルギＪｗをより正確に推定することで、ワークＷがｄ＜ｈの縦長形状であっても、安全な最大回転数、つまり最大エネルギＪｗが上限値Ｊｕと等しくなる回転数ｎに設定し、加工を行うことができる。
　最大回転数算出部３６は、上述のように算出した最大回転数について、ユーザの承認又は修正を受け付けるよう構成されてもよい。また、最大回転数の修正は、安全率を所定の限界値まで小さくした値を上限とするよう構成されてもよい。
　回転数制限部３７は、最大回転数を超えないよう旋削軸１２の回転数を制限する。旋削軸１２の回転数の上限値は、最大回転数算出部３６が算出した最大回転数の値又は最大回転数を超えない範囲で設定可能な最大値とされ得る。旋削軸１２の回転数の制限、つまり旋削時のワークＷの回転数を制限する手法については、周知の方法を採用することができる。
　イナーシャ変化確認部３８は、所定のタイミングで全体旋削イナーシャ推定部３１に全体旋削イナーシャＩａｃの推定を実行させ、全体旋削イナーシャＩａｃ、ひいてはワーク旋削イナーシャＩｗｃの変化を確認する。ワーク旋削イナーシャＩｗｃの変化を確認するタイミングとしては、ワークＷの交換時、加工プログラムの実行開始時、一定時間動作毎、定時毎等、適宜選択することができる。また、イナーシャ変化確認部３８は、ユーザの指示によりワーク旋削イナーシャＩｗｃの変化を確認できるよう構成されてもよい。
　イナーシャ変化確認部３８は、加工プログラムの途中でワーク旋削イナーシャＩｗｃの変化を確認するように構成されてもよい。加工途中ではワーク旋削イナーシャＩｗｃが加工開始時よりも小さくなっているため、最大回転数算出部３６が算出する最大回転数が小さくなる。これにより、回転数制限部３７による旋削軸１２の回転数の制限が緩和されるため、ワーク旋削イナーシャＩｗｃの減少に合わせて加工速度を増大できる。イナーシャ推定の実行タイミングは、プログラム中に指令されたタイミング、ワークＷの回転が停止した任意のタイミング等、適宜選択することができる。また、ワークＷの加工時の加減速を用いて全体旋削イナーシャＩａｃの推定を実行してもよい。
　報知部３９は、最大回転数算出部３６が算出した最大回転数が設定値又は加工プログラムから導出される旋削の要求値よりも小さい場合に、回転数が制限されるとして報知を行う。報知の方法としては、視覚信号、聴覚信号等を用いてもよく、外部に信号を送信することにより、外部装置に報知を委ねてもよい。
　最大回転数が過度に小さい場合、ワークＷが旋削軸１２に対して傾斜して保持されている可能性が高く、ワークＷが保持部１１から脱離する可能性も大きいと考えられる。このため、最大回転数が設定値よりも小さい場合には、ユーザに危険性を報知することで、ワークＷの保持状態の調整等によりワークＷの脱離を未然に防止できる。また、最大回転数が旋削の要求値よりも小さい場合には、所望の加工条件が得られないことや加工時間が長くなり得ることをユーザに報知することで、ユーザによるワークＷの保持状態の調整の要否の検討を促すことができる。
　以上のような工作機械制御装置３０を備える工作機械１は、ワークＷやワークＷを保持具に固定するための治具に応じて、旋削軸１２の最大回転数を最適な値に設定できる。このため、必要以上に回転数を落とすことや、逆に危険な回転数で加工することを防ぐことができるので、効率よく安全にワークＷを加工できる。また、工作機械１では、工作機械制御装置３０がワーク旋削イナーシャＩｗｃを推定して旋削軸１２の最大回転数を設定するので、ユーザがイナーシャを計算する必要がない。このため、工作機械１では、ワークＷの加工のセットアップに要する時間を短くできる。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、前述した実施形態に記載された効果は、本発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、前述した実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
　本開示に係る工作機械制御装置において、全体傾斜イナーシャ推定部及びワーク傾斜イナーシャ推定部と、補助情報取得部と、イナーシャ変化確認部と、報知部とは、任意の構成であって、省略可能である。
　本開示に係る工作機械において、回転テーブル機構及び工具位置決め機構の構成は上述の実施形態に限定されない。具体例として、本開示に係る工作機械は、ＮＣ旋盤であってもよく、回転テーブル機構は傾斜軸を有しないものであってもよい。
　１　作機械
　１０　回転テーブル機構
　２０　工具位置決め機構
　３０　工作機械制御装置
　１１　保持部
　１２　旋削軸
　１３　傾斜軸
　２１，２２，２３，２４　駆動軸
　２５　工具駆動軸
　３１　全体旋削イナーシャ推定部
　３２　ワーク旋削イナーシャ推定部
　３３　全体傾斜イナーシャ推定部
　３４　ワーク傾斜イナーシャ推定部
　３５　補助情報取得部
　３６　最大回転数算出部
　３７　回転数制限部
　３８　イナーシャ変化確認部
　３９　報知部
　Ｗ　ワーク
　Ｔ　工具

Claims (7)

  1. 　ワークを保持する保持部が設けられた旋削軸を回転させて旋削を行う工作機械を制御する工作機械制御装置であって、
    　前記旋削軸を回転させることにより、前記旋削軸からのフィードバックに基づいて前記旋削軸及び前記旋削軸と共に回転する物体の全体の前記旋削軸まわりのイナーシャである全体旋削イナーシャを推定する全体旋削イナーシャ推定部と、
    　前記保持部が前記ワークを保持していないときの前記全体旋削イナーシャと前記保持部が前記ワークを保持しているときの前記全体旋削イナーシャとに基づいて、前記ワークの前記旋削軸まわりのイナーシャであるワーク旋削イナーシャを推定するワーク旋削イナーシャ推定部と、
    　前記ワーク旋削イナーシャに基づいて、前記ワークの前記保持部からの脱離時の最大エネルギが予め設定される上限値と等しくなる前記旋削軸の最大回転数を算出する最大回転数算出部と、
    　前記最大回転数を超えないよう前記旋削軸の回転数を制限する回転数制限部と、
    を備える工作機械制御装置。
  2. 　前記ワークの密度を含む補助情報を取得する補助情報取得部をさらに備え、
    　前記最大回転数算出部は、前記補助情報を考慮して前記最大回転数を算出する、請求項１に記載の工作機械制御装置。
  3. 　前記ワークを傾斜させる傾斜軸を回転させることにより、前記傾斜軸からのフィードバックに基づいて前記傾斜軸及び前記傾斜軸と共に回転する物体の全体の前記傾斜軸まわりのイナーシャである全体傾斜イナーシャを推定する全体傾斜イナーシャ推定部と、
    　前記保持部が前記ワークを保持していないときの前記全体傾斜イナーシャと前記保持部が前記ワークを保持しているときの前記全体傾斜イナーシャとに基づいて、前記ワークの前記傾斜軸まわりのイナーシャであるワーク傾斜イナーシャを推定するワーク傾斜イナーシャ推定部と、
    をさらに備え、
    　前記最大回転数算出部は、前記ワーク傾斜イナーシャを考慮して前記最大回転数を算出する、請求項１又は２に記載の工作機械制御装置。
  4. 　所定のタイミングで前記全体旋削イナーシャ推定部に前記全体旋削イナーシャの推定を実行させ、前記全体旋削イナーシャの変化を確認するイナーシャ変化確認部をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の工作機械制御装置。
  5. 　前記イナーシャ変化確認部は、加工プログラムの途中で前記全体旋削イナーシャ推定部に前記全体旋削イナーシャの推定を実行させることにより、前記ワーク旋削イナーシャの減少に合わせて前記回転数制限部による制限を緩和する請求項４に記載の工作機械制御装置。
  6. 　前記最大回転数が設定値又は前記旋削の要求値よりも小さい場合に報知を行う報知部をさらに備える、請求項１から５のいずれかに記載の工作機械制御装置。
  7. 　請求項１から６のいずれかに記載の工作機械制御装置を備える、工作機械。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7637208B1 (ja) 2023-10-17 2025-02-27 株式会社牧野フライス製作所 工作機械

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050103135A1 (en) * 2003-11-13 2005-05-19 Siemens Aktiengesellschaft Device for compensating a torque produced by a gyrostatic effect
JP2014007816A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Fanuc Ltd アンプ保護機能を備えた同期電動機の制御装置及び制御方法
JP2014079867A (ja) * 2012-10-18 2014-05-08 Okuma Corp びびり振動抑制方法および工作機械
JP2014096929A (ja) * 2012-11-09 2014-05-22 Fanuc Ltd 送り軸モータおよび主軸モータを有する工作機械の制御装置
JP2015055923A (ja) * 2013-09-10 2015-03-23 株式会社牧野フライス製作所 工作機械
JP2018179849A (ja) * 2017-04-18 2018-11-15 株式会社ミツトヨ 駆動ステージ装置の駆動制御方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6285477B2 (ja) * 2016-02-26 2018-02-28 ファナック株式会社 ダイナミックブレーキ回路保護機能を有するモータ駆動装置
CN109299567B (zh) 2018-10-22 2023-01-03 重庆大学 一种面向节能的数控车床主传动系统设计优化方法
JP7017537B2 (ja) * 2019-03-13 2022-02-08 ファナック株式会社 工作機械、加工システムおよび管理システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050103135A1 (en) * 2003-11-13 2005-05-19 Siemens Aktiengesellschaft Device for compensating a torque produced by a gyrostatic effect
JP2014007816A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Fanuc Ltd アンプ保護機能を備えた同期電動機の制御装置及び制御方法
JP2014079867A (ja) * 2012-10-18 2014-05-08 Okuma Corp びびり振動抑制方法および工作機械
JP2014096929A (ja) * 2012-11-09 2014-05-22 Fanuc Ltd 送り軸モータおよび主軸モータを有する工作機械の制御装置
JP2015055923A (ja) * 2013-09-10 2015-03-23 株式会社牧野フライス製作所 工作機械
JP2018179849A (ja) * 2017-04-18 2018-11-15 株式会社ミツトヨ 駆動ステージ装置の駆動制御方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7637208B1 (ja) 2023-10-17 2025-02-27 株式会社牧野フライス製作所 工作機械
WO2025084310A1 (ja) * 2023-10-17 2025-04-24 株式会社牧野フライス製作所 工作機械
JP2025068674A (ja) * 2023-10-17 2025-04-30 株式会社牧野フライス製作所 工作機械

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