WO2023181625A1 - 工作機械及び工作機械の制御装置 - Google Patents

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servo motor
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machine tool
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領射 林
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シチズン時計株式会社
シチズンマシナリー株式会社
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration

Definitions

  • the present disclosure relates to a machine tool and a control device for a machine tool.
  • machine tools that include a main shaft that rotatably supports a workpiece, a tool for machining the workpiece, and the like.
  • a tool drive mechanism of a machine tool is provided with a servo motor, and by inputting a predetermined current to the servo motor, the tool of the machine tool can be operated.
  • Fluctuations in the power supply voltage of machine tools are often caused by the drive unit that drives the spindle, which consumes the most power, and is particularly likely to occur when the drive unit that drives the spindle is started.
  • the acceleration/deceleration time constant of the servo motor that drives the tool is not controlled in accordance with the control of the drive section that drives the main shaft.
  • An object of the present disclosure is to provide a machine tool and a control device for a machine tool that can easily avoid generating an excessive error alarm by referring to the state of a drive unit that drives a spindle.
  • a machine tool includes at least a drive unit that drives a main shaft that rotatably holds a workpiece, a servo motor that drives a tool to process the workpiece held by the main shaft, and , a power supply that supplies power to the servo motor, a current detection unit that detects the current value input to the servo motor, a storage unit that stores the upper limit current value input to the servo motor, and a power supply that controls the servo motor to control the tool.
  • a control unit that executes drive control of the spindle, and the control unit changes the acceleration/deceleration time constant to a first time when the current value detected by the current detection unit exceeds the upper limit current value immediately after starting the spindle.
  • the servo motor is controlled by changing the constant to a second time constant that consumes less power than the first time constant.
  • the machine tool further includes a voltage detection unit that detects a power supply voltage value input from the power supply, and the control unit detects the current value detected by the current detection unit immediately after starting the spindle. If the current value is below the upper limit current value and the power supply voltage value detected by the voltage detection unit is below the threshold voltage value, the acceleration/deceleration time constant is changed from the first time constant to a value that has lower power consumption than the first time constant, and , it is preferable to control the servo motor by changing the third time constant to a third time constant that has higher power consumption than the second time constant.
  • a control device for a machine tool includes a drive section that drives a spindle that rotatably holds a workpiece, a servomotor that drives a tool to process the workpiece held by the spindle, and at least a drive section that drives a spindle that rotatably holds a workpiece.
  • a control device for a machine tool comprising: a current detection section that detects a current value input to the servo motor; and a power source that supplies power to the servo motor; and a control unit that controls the servo motor to control the drive of the tool. If the value exceeds the value, the servo motor is controlled by changing the acceleration/deceleration time constant from the first time constant to a second time constant whose power consumption is lower than the first time constant.
  • the control device for a machine tool further includes a voltage detection unit that detects a power supply voltage value input from a power supply, and the control unit is configured to detect a voltage value detected by the current detection unit immediately after starting the spindle.
  • the acceleration/deceleration time constant is changed from the first time constant to the power consumption less than the first time constant. It is preferable to control the servo motor by changing the third time constant to a third time constant that is lower and has higher power consumption than the second time constant.
  • the machine tool according to the embodiment of the present disclosure provides a machine tool and a control device for the machine tool that can easily avoid generating an excessive error alarm by referring to the state of the drive unit that drives the spindle. It is possible to provide
  • FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the machine tool shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a series of workpiece machining steps executed by the machine tool according to the present embodiment.
  • 4 is a flowchart showing a time constant determination process for a servo motor in a series of workpiece machining steps shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a waveform chart showing an example of a change over time in the rotational speed of the servo motor that changes due to the control of the current value shown in FIG. 4;
  • FIG. 1 is a partial perspective view of a machine tool 1 according to this embodiment.
  • a machine tool 1 shown in FIG. 1 is a device for machining a workpiece W that is a long round bar material.
  • the machine tool 1 includes a main shaft 2 that rotatably supports a workpiece W, a rotary tool drive device 13 that includes a B-axis rotary tool device 3, and a numerical control (NC) device 5 that will be described later. configured.
  • NC numerical control
  • the main shaft 2 is provided on a support stand 6.
  • the main shaft 2 rotatably holds the workpiece W around the Z-axis with the Z-axis direction as the axis, and also supports the workpiece W by the power generated by the main shaft motor (fourth servo motor) MT4 that constitutes the drive unit DU. It is movably held on the front side of the stand 6.
  • the support stand 6 is fixedly supported by the bed 7.
  • a rail 8 is installed on the front side of the support base 6 and extends along the X-axis direction (also referred to as the horizontal direction) orthogonal to the Z-axis direction.
  • a base 10 is mounted on the rail 8 and slides in the direction of arrow ⁇ 1 by power generated by a first servo motor MT1.
  • a rail 11 is installed on the base 10 and extends along a Y-axis direction (also referred to as a vertical direction) that is orthogonal to the Z-axis direction and the X-axis direction.
  • a rotary tool drive device 13 is mounted on the rail 11 and slides in the direction of arrow ⁇ 2 by power generated by a second servo motor MT2.
  • the rotary tool drive device 13 is a device that holds a tool for machining the workpiece W.
  • This rotary tool drive device 13 has a B-axis rotary tool device 3 having tools 131, 132, a first tool 31, and a second tool 32.
  • the tools 131 and 132 are arranged side by side along the X-axis direction with their tips facing downward.
  • the first tool 31 and the second tool 32 are rotatably held by a B-axis rotary tool body 33 that constitutes the B-axis rotary tool device 3, and are rotated along the X-axis direction with their tips facing sideways. Installed in parallel.
  • the machine tool 1 moves the workpiece W in the Z-axis direction using the main shaft 2 and moves the rotary tool drive device 13 in the direction of arrow ⁇ 1 or arrow ⁇ 2 to move the workpiece W with a predetermined tool. can be processed.
  • the B-axis rotary tool main body 33 is supported so as to be pivotable in the direction of arrow ⁇ 3 about the pivot axis A of the pivot motor MT3 by the power generated by the pivot motor (third servo motor) MT3.
  • Each of the servo motors MT1 to MT4 provided within the machine tool 1 is operated by power supplied from the power source PS.
  • This power supply PS converts power supplied from a household or commercial power source into power usable in the machine tool 1 according to the present embodiment, and supplies the converted power to at least each of the servo motors MT1 to MT4.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the machine tool 1 shown in FIG. 1.
  • the B-axis rotary tool device 3 includes a B-axis rotary tool body 33, a horizontal movement mechanism M1, a first servo motor MT1, a vertical movement mechanism M2, a second servo motor MT2, and a turning mechanism M3. , and a swing motor MT3.
  • the horizontal movement mechanism M1 allows the entire rotary tool drive device 13, including the B-axis rotary tool main body portion 33, to be moved in the direction of arrow ⁇ 1 .
  • the first servo motor MT1 converts the input current into mechanical output (power such as torque and rotational speed) and provides it to the horizontal movement mechanism M1.
  • the horizontal movement mechanism M1 moves the B-axis rotary tool main body 33 forward and backward in the direction of arrow ⁇ 1 .
  • the operation of the first servo motor MT1 is controlled by a motion controller C1.
  • the motion controller C1 receives power from the power source PS and inputs a predetermined current to the first servo motor MT1 in accordance with a control signal transmitted from the NC device 5, which will be described later.
  • the control signal transmitted to the motion controller C1 includes at least the amount of rotation (rad or number of steps) and the number of rotations (rpm) of the first servo motor MT1.
  • the first servo motor MT1 is provided with a sensor Se1, and the sensor Se1 detects the actual rotation amount and actual rotation speed of the first servo motor MT1, and transmits them to the motion controller C1.
  • the motion controller C1 compares the numerical values of the rotation amount and rotation speed of the first servo motor MT1 included in the control signal with the actual rotation amount and actual rotation speed values of the first servo motor MT1 detected by the sensor Se1. , a predetermined current is input to the first servo motor MT1 so that there is no deviation in these numerical values.
  • the control method of the motion controllers C2 to C4 is the same as the control method of the motion controller C1, detailed explanation will be omitted.
  • the vertical movement mechanism M2 allows the entire rotary tool drive device 13, including the B-axis rotary tool body 33, to move up and down in the direction of arrow ⁇ 2 .
  • the second servo motor MT2 generates power for operating the vertical movement mechanism M2.
  • the operation of the second servo motor MT2 is controlled by a motion controller C2.
  • the method of controlling the second servo motor MT2 by the motion controller C2 is the same as the method of controlling the first servo motor MT1 by the motion controller C1, so a detailed explanation will be omitted.
  • the turning mechanism M3 enables the B-axis rotary tool body 33 to turn in the direction of arrow ⁇ 3 about the turning axis A of the turning motor MT3.
  • Swing motor MT3 generates power for operating swing mechanism M3.
  • the operation of swing motor MT3 is controlled by motion controller C3.
  • the method of controlling the swing motor MT3 by the motion controller C3 is the same as the method of controlling the first servo motor MT1 by the motion controller C1, so a detailed explanation will be omitted.
  • the main shaft 2 is configured to include a main shaft drive mechanism M4, a main shaft motor MT4, etc. that constitute the drive unit DU.
  • the main shaft drive mechanism M4 supports the workpiece W rotatably around the Z-axis with the Z-axis direction as the axis, and also supports the workpiece W so as to be movable to the front side of the support base 6 by the power generated by the main shaft motor MT4. do.
  • Main shaft motor MT4 generates power for operating main shaft drive mechanism M4.
  • the operation of the spindle motor MT4 is controlled by a motion controller C4.
  • the method of controlling the spindle motor MT4 by the motion controller C4 is the same as the method of controlling the first servo motor MT1 by the motion controller C1, so a detailed explanation will be omitted. Note that the main shaft motor MT4 does not need to be a servo motor as long as stable rotation can be obtained.
  • the NC device 5 is a device for controlling the operations of the main spindle 2 and the B-axis rotary tool device 3. As shown in FIG. 2, the NC device 5 includes an interface section 51, a storage section 52, an input section 53, an output section 54, a current detection section 55, a voltage detection section 56, a control section 57, etc. .
  • the interface section 51, the storage section 52, the input section 53, the output section 54, the current detection section 55, the voltage detection section 56, and the control section 57 are interconnected via a bus 58.
  • Various control signals from the control section 57 are transmitted to the motion controllers C1 to C5 via the interface section 51.
  • a plurality of current values output from the motion controllers C1 to C4 to the corresponding servo motors MT1 to MT4 are transmitted to the current detection unit 55 via the interface unit 51.
  • the storage unit 52 includes, for example, a semiconductor storage device, and stores programs, data, etc. used in processing by the control unit 57.
  • the storage unit 52 stores at least a program for causing the control unit 57 to execute a series of workpiece machining steps performed by the main spindle 2 and the B-axis rotary tool device 3.
  • the program may be installed in the storage unit 52 from a computer-readable portable recording medium such as a CD-ROM using a known setup program or the like.
  • the storage unit 52 stores in advance upper limit current values input from the motion controllers C1 to C4 to the servo motors MT1 to MT4.
  • the upper limit current value is a current value that may cause damage to the servo motor.
  • the input unit 53 may be any generally known device as long as it is capable of inputting data, and generates signals corresponding to operations by the operator of the machine tool 1.
  • the generated signal is supplied to the control unit 57 as an operator's instruction.
  • the output section 54 may be any generally known device as long as it is capable of displaying videos, images, etc., and may display videos according to the video data supplied from the control section 57, images according to the image data, etc. Display.
  • the current detection unit 55 detects the current values input to the servo motors MT1 to MT4 from the motion controllers C1 to C4, and transmits the detection results to the control unit 57.
  • the voltage detection unit 56 detects the power supply voltage value input from the power supply PS to the spindle 2 and the B-axis rotary tool device 3, and transmits the detection result to the control unit 57.
  • the control unit 57 controls the overall operation of the machine tool 1, and is, for example, a central processing unit (CPU).
  • the control unit 57 executes a series of workpiece processing steps according to a program stored in the storage unit 52.
  • the control unit 57 controls the servo motors MT1 to MT4 by transmitting control signals for executing a series of workpiece processing steps to the motion controllers C1 to C4 via the interface unit 51 to drive the tool. Execute control.
  • the control signal includes the amount of rotation (rad or number of steps) and the number of rotations (rpm) of each servo motor.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a series of workpiece machining steps executed in the machine tool 1 according to the present embodiment.
  • the control section 57 When a workpiece machining command is input according to a predetermined procedure, the control section 57 first controls the operation of the spindle 2 according to the program stored in the storage section 52 (step S10). Specifically, the control unit 57 transmits a predetermined control signal (the amount of rotation (rad or number of steps) and the number of rotations (rpm) of the spindle motor MT4) to the motion controller C4 via the interface unit 51.
  • the motion controller C4 controls the spindle motor MT4 and drives the spindle drive mechanism M4 in accordance with the control signal transmitted from the control unit 57, thereby rotating the workpiece W around the Z-axis. is moved to the front side of the support stand 6.
  • control unit 57 executes operation control of the tool (step S11). Specifically, the control unit 57 controls at least one of the servo motors MT1 and MT2, moves the B-axis rotary tool device 3, and moves the B-axis rotary tool body 33 in the direction of the arrow ⁇ 1 or Move in the direction of arrow ⁇ 2 . Thereby, the machine tool 1 according to the present embodiment can press the tools 131, 132, the first tool 31, and the second tool 32 against the rotating work W to process the work W. Become.
  • control unit 57 determines whether the series of workpiece machining steps has been completed (step S12). If the workpiece machining process has not been completed (No in step S12), the process returns to step S10, and if the series of workpiece machining processes have been completed (Yes in step S12), the series of workpiece machining processes are completed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the time constant determination process of the second servo motor MT2 in the series of workpiece machining steps shown in FIG. The process shown in FIG. 4 is executed at regular time intervals in the series of workpiece machining steps shown in FIG.
  • the second thermomotor MT2 will be described as an example, but similar processing may be performed for the other servomotors MT1 and MT3.
  • the control unit 57 determines whether or not the main spindle 2 has just started (step S20).
  • immediately after the spindle 2 starts up refers to the period from when a control signal for starting the rotational operation of the spindle 2 is input to the motion controller C4 until the spindle 2 starts operating at its rated operation. If the spindle 2 has not just started (No in step S20), the acceleration/deceleration time constant is set to the first time constant (step S23), and the series of processes ends.
  • step S20 the control unit 57 determines that the current value detected by the current detection unit 55 and supplied to the second servo motor MT2 is the upper limit current that is stored in the storage unit 52. It is determined whether the value exceeds the value (step S21). If the current value of the second servo motor MT2 exceeds the upper limit current value (Yes in step S21), there is a risk that the second servo motor MT2 will be damaged, so the control unit 57 changes the acceleration/deceleration time constant to the second time constant. The settings are made (step S25), and the series of processing ends.
  • the control unit 57 determines that the power supply voltage value of the power supply PS detected by the voltage detection unit 56 is equal to or lower than the threshold voltage value. It is determined whether or not (that is, whether a voltage drop has occurred in the power supply PS) (step S22). If the power supply voltage value of the power supply PS exceeds the threshold voltage value (No in step S22), there is no risk that the second servo motor MT2 will be damaged and there is no voltage drop in the power supply PS, so the control unit 57 The acceleration/deceleration time constant is set to the first time constant (step S23), and the series of processing ends.
  • step S24 if the power supply voltage value of the power supply PS is equal to or lower than the threshold voltage value (Yes in step S22), although there is no risk that the second servo motor MT2 will be damaged, a voltage drop has occurred in the power supply PS, so the control unit 57 sets the acceleration/deceleration time constant to the third time constant (step S24), and ends the series of processing.
  • the acceleration/deceleration time constant refers to a value corresponding to the time required for the rotational speed of the servo motor to reach the set rotational speed.
  • the first time constant corresponds to the time required for the rotational speed of the second servo motor MT2 to reach the set rotational speed in the shortest time during normal operation.
  • the second time constant means that the time required for the rotation speed of the second servo motor MT2 to reach the set rotation speed is slower than the first time constant, and as a result, the power consumption per unit time of the second servo motor MT2 is is lower than that for the first time constant.
  • the third time constant is such that the arrival time for the rotation speed of the second servo motor MT2 to reach the set rotation speed is slower than the first time constant and earlier than the second time constant, and as a result, the second servo motor MT2 reaches the set rotation speed.
  • the power consumption per unit time of MT2 is lower than in the case of the first time constant, and higher than in the case of the second time constant.
  • the first time constant is set for the second servo motor MT2 except immediately after the spindle 2 is started, and the current value and power supply voltage value to the second servo motor MT2 are set immediately after the spindle 2 is started. Accordingly, one of the first to third time constants will be set.
  • FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of a change over time in the rotational speed of the second servo motor MT2 that changes due to the control of the current value shown in FIG.
  • the horizontal axis represents time (times t 1 to t 3 ) (ms)
  • the vertical axis represents the rotational speed (r/min) of the servo motor.
  • the control unit 57 When controlling the second servo motor MT2 in the series of workpiece processing steps shown in FIG. 3, the control unit 57 generates a control signal based on the time constant set at that time and sends it to the motion controller C2. introduce.
  • the motion controller C2 adjusts the current value input to the second servo motor MT2 according to the transmitted control signal.
  • the machine tool 1 can operate the second servo motor MT2 without worrying about fluctuations in the input voltage value and the power supply voltage value.
  • the supplied current value is The upper limit current value will not be exceeded.
  • the second time constant when the second time constant is set, there is a lower possibility that the second servo motor MT2 will be damaged and an excessive error alarm will occur.
  • the increase in the rotation speed of the second servo motor MT2 can be set more gradually, so that the supply The current value used will not exceed the upper limit current value.
  • the third time constant when the third time constant is set, there is a greater possibility that the second servo motor MT2 will be damaged and an excessive error alarm will occur, compared to when the first time constant is set. It gets lower.
  • the second servo motor MT2 is shown as an example, but the same applies to the other servo motors MT1 and MT3.
  • time constants are shown as acceleration/deceleration time constants, but depending on parameters such as the current value of the servo motor and the power supply voltage value of the power supply PS, there are two, Alternatively, four or more time constants may be set.
  • the servo motors MT1 to MT4 that mainly operate the main spindle 2 and the B-axis rotary tool device 3 have been described, but other motors such as servo motors that drive tools may be used.
  • the above control can also be applied to servo motors.

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Abstract

ワークを回転可能に保持する主軸を駆動する駆動部と、主軸に保持される前記ワークを加工するために工具を駆動するサーボモータと、少なくとも駆動部、及び、サーボモータへ電力を供給する電源と、サーボモータに入力される電流値を検出する電流検出部と、サーボモータに入力される上限電流値を記憶する記憶部と、サーボモータを制御して工具の駆動制御を実行する制御部と、を具備し、制御部は、主軸の起動直後に、電流検出部によって検出された電流値が上限電流値を超えた場合、加減速時定数を第１時定数から、第１時定数より電力消費が低い第２時定数に変化させてサーボモータの制御を実行する。

Description

工作機械及び工作機械の制御装置
　本開示は、工作機械及び工作機械の制御装置に関する。
　一般に、ワークを回転可能に支持する主軸及びワークを加工するための工具等を含んで構成される工作機械が知られている。工作機械の工具駆動機構には、サーボモータが設けられており、サーボモータに所定の電流を入力することで、工作機械の工具を動作することが可能である。
　ところで、工作機械の電源電圧が低下すると、位置の指令値に対してサーボモータの実際の位置が異なる誤差過大アラームが発生するという問題がある。
　特許第３２５２１１４号明細書では、入力電圧の変動に応じて、電動モータの加速又は減速の反応性を調整する加減速時定数を増加又は減少させる制御を実行することによって、電動モータの安定動作を実現している。特許第５１４９４１０号明細書では、モータへ入力される交流電源の電圧に基づいて、モータの駆動に悪影響を及ぼさないモータ出力の制限値を演算し、その制限を行うための加減速時定数、又は、送りオーバライドの制御パラメータを決定している。
　工作機械の電源電圧の変動は、最大の消費電力を有する主軸を駆動する駆動部に起因する場合が多く、特に主軸を駆動する駆動部の起動時に起きやすい。しかしながら、主軸を駆動する駆動部の制御に応じて、工具を駆動するサーボモータの加減速時定数を制御することは行われていない。
　本開示は、主軸を駆動する駆動部の状態を参照することで、誤差過大アラームの発生を容易に回避することが可能な工作機械及び工作機械の制御装置を提供することを目的とする。
　本開示の実施形態に係る工作機械は、ワークを回転可能に保持する主軸を駆動する駆動部と、主軸に保持されるワークを加工するために工具を駆動するサーボモータと、少なくとも駆動部、及び、サーボモータへ電力を供給する電源と、サーボモータに入力される電流値を検出する電流検出部と、サーボモータに入力される上限電流値を記憶する記憶部と、サーボモータを制御して工具の駆動制御を実行する制御部と、を具備し、制御部は、主軸の起動直後に、電流検出部によって検出された電流値が上限電流値を超えた場合、加減速時定数を第１時定数から、第１時定数より電力消費が低い第２時定数に変化させてサーボモータの制御を実行する。
　本開示の実施形態に係る工作機械において、電源から入力される電源電圧値を検出する電圧検出部をさらに具備し、制御部は、主軸の起動直後に、電流検出部によって検出された電流値が上限電流値以下であり、且つ、電圧検出部によって検出された電源電圧値が閾値電圧値以下である場合、加減速時定数を第１時定数から、第１時定数より電力消費が低く、且つ、第２時定数より電力消費が高い第３時定数に変化させてサーボモータの制御を行うことが好ましい。
　本開示の実施形態に係る工作機械の制御装置は、ワークを回転可能に保持する主軸を駆動する駆動部と、主軸に保持されるワークを加工するために工具を駆動するサーボモータと、少なくとも駆動部、及び、サーボモータへ電力を供給する電源と、を含む工作機械の制御装置であって、サーボモータに入力される電流値を検出する電流検出部と、サーボモータに入力される上限電流値を記憶する記憶部と、サーボモータを制御して工具の駆動制御を実行する制御部と、を具備し、制御部は、主軸の起動直後に、電流検出部によって検出された電流値が上限電流値を超えた場合、加減速時定数を第１時定数から、第１時定数より電力消費が低い第２時定数に変化させてサーボモータの制御を実行する。
　本開示の実施形態に係る工作機械の制御装置において、電源から入力される電源電圧値を検出する電圧検出部をさらに具備し、制御部は、主軸の起動直後に、電流検出部によって検出された電流値が上限電流値以下であり、且つ、電圧検出部によって検出された電源電圧値が閾値電圧値以下である場合、加減速時定数を第１時定数から、第１時定数より電力消費が低く、且つ、第２時定数より電力消費が高い第３時定数に変化させてサーボモータの制御を行うことが好ましい。
　本開示の実施形態に係る工作機械によれば、主軸を駆動する駆動部の状態を参照することで、誤差過大アラームの発生を容易に回避することが可能な工作機械及び工作機械の制御装置を提供することが可能である。
本実施形態に係る工作機械の部分斜視図である。 図１に示す工作機械の内部構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る工作機械において実行される一連のワーク加工工程を示すフローチャートである。 図３に示す一連のワーク加工工程における、サーボモータの時定数決定処理を示すフローチャートである。 図４に示す電流値の制御によって変化するサーボモータの回転速度の経時的変化の一例を示す波形図である。
　以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る工作機械について説明する。ただし、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
　図１は、本実施形態に係る工作機械１の部分斜視図である。図１に示す工作機械１は、丸棒状の長尺の棒材であるワークＷを加工するための装置である。工作機械１は、ワークＷを回転可能に支持する主軸２、Ｂ軸回転工具装置３等を含んで構成される回転工具駆動装置１３、及び、後述する数値制御（ＮＣ）装置５等を含んで構成される。
　主軸２は、支持台６に設けられている。主軸２は、Ｚ軸方向を軸線として、Ｚ軸を中心としてワークＷを回転可能に保持すると共に、駆動部ＤＵを構成する主軸モータ（第４サーボモータ）ＭＴ４で発生する動力によってワークＷを支持台６の正面側に移動可能に保持する。支持台６は、ベッド７に固定支持される。
　支持台６の正面側には、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向（水平方向とも称される）に沿って延びるレール８が設置される。レール８には、第１サーボモータＭＴ１で発生する動力によって矢印α1の方向にスライドするベース１０が装着される。ベース１０には、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交するＹ軸方向（鉛直方向とも称される）に沿って延びるレール１１が設置される。レール１１には、第２サーボモータＭＴ２で発生する動力によって矢印α2の方向にスライドする回転工具駆動装置１３が装着される。
　回転工具駆動装置１３は、ワークＷの加工を行うための工具を保持する装置である。この回転工具駆動装置１３は、工具１３１、１３２、並びに、第１工具３１及び第２工具３２を有するＢ軸回転工具装置３を有する。工具１３１、１３２は、先端を下方に向けた状態で、Ｘ軸方向に沿って並設される。第１工具３１及び第２工具３２は、Ｂ軸回転工具装置３を構成するＢ軸回転工具本体部３３に回転可能に保持され、先端を側方に向けた状態で、Ｘ軸方向に沿って並設される。本実施形態に係る工作機械１は、主軸２によってワークＷをＺ軸方向に移動させ、回転工具駆動装置１３を矢印α1又は矢印α2の方向に移動させることによって、所定の工具でワークＷの加工を行うことができる。Ｂ軸回転工具本体部３３は、旋回モータ（第３サーボモータ）ＭＴ３で発生する動力によって旋回モータＭＴ３の旋回軸Ａを中心として矢印α3の方向に旋回可能に支持される。
　工作機械１内に設けられる各サーボモータＭＴ１～ＭＴ４は、電源ＰＳから供給される電力によって作動する。この電源ＰＳは、家庭用又は商用電源から供給される電力を本実施形態に係る工作機械１において使用可能な電力に変換して、少なくとも各サーボモータＭＴ１～ＭＴ４に、変換した電力を供給する。
　図２は、図１に示す工作機械１の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、Ｂ軸回転工具装置３は、Ｂ軸回転工具本体部３３、水平方向移動機構Ｍ１、第１サーボモータＭＴ１、鉛直方向移動機構Ｍ２、第２サーボモータＭＴ２、旋回機構Ｍ３、及び、旋回モータＭＴ３等を含んで構成される。
　水平方向移動機構Ｍ１は、Ｂ軸回転工具本体部３３を含む回転工具駆動装置１３全体を矢印α1の方向に移動可能とする。第１サーボモータＭＴ１は、入力される電流を機械的出力（トルク及び回転数等の動力）に変換し、水平方向移動機構Ｍ１に与える。これにより、水平方向移動機構Ｍ１は、Ｂ軸回転工具本体部３３を矢印α1の方向に進退移動する。第１サーボモータＭＴ１の動作は、モーションコントローラＣ１によって制御される。
　モーションコントローラＣ１は、電源ＰＳからの電力供給を受けて、後述するＮＣ装置５から伝達される制御信号に応じて、第１サーボモータＭＴ１に所定の電流を入力する。モーションコントローラＣ１に伝達される制御信号は、少なくとも、第１サーボモータＭＴ１の回転量（ｒａｄ又はステップ数）及び回転数（ｒｐｍ）を含む。第１サーボモータＭＴ１には、センサＳｅ１が設けられ、センサＳｅ１によって第１サーボモータＭＴ１の実回転量及び実回転数が検出され、モーションコントローラＣ１に伝達される。モーションコントローラＣ１は、制御信号に含まれる第１サーボモータＭＴ１の回転量及び回転数の数値と、センサＳｅ１によって検出される第１サーボモータＭＴ１の実回転量及び実回転数の数値とを比較し、これらの数値の偏差が無くなるように第１サーボモータＭＴ１に所定の電流を入力する。以下、モーションコントローラＣ２～Ｃ４の制御方法はモーションコントローラＣ１の制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
　鉛直方向移動機構Ｍ２は、Ｂ軸回転工具本体部３３を含む回転工具駆動装置１３全体を矢印α2の方向に上下移動可能とする。第２サーボモータＭＴ２は、鉛直方向移動機構Ｍ２を動作させるための動力を発生する。第２サーボモータＭＴ２の動作は、モーションコントローラＣ２によって制御される。モーションコントローラＣ２による第２サーボモータＭＴ２の制御方法はモーションコントローラＣ１による第１サーボモータＭＴ１の制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
　旋回機構Ｍ３は、旋回モータＭＴ３の旋回軸Ａを中心として矢印α3の方向にＢ軸回転工具本体部３３を旋回可能とする。旋回モータＭＴ３は、旋回機構Ｍ３を動作させるための動力を発生する。旋回モータＭＴ３の動作は、モーションコントローラＣ３によって制御される。モーションコントローラＣ３による旋回モータＭＴ３の制御方法はモーションコントローラＣ１による第１サーボモータＭＴ１の制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
　図２に示すように、主軸２は、駆動部ＤＵを構成する主軸駆動機構Ｍ４、及び、主軸モータＭＴ４等を含んで構成される。主軸駆動機構Ｍ４は、Ｚ軸方向を軸線として、Ｚ軸を中心としてワークＷを回転自在に支持すると共に、主軸モータＭＴ４で発生する動力によってワークＷを支持台６の正面側に移動可能に支持する。主軸モータＭＴ４は、主軸駆動機構Ｍ４を動作させるための動力を発生する。主軸モータＭＴ４の動作は、モーションコントローラＣ４によって制御される。モーションコントローラＣ４による主軸モータＭＴ４の制御方法はモーションコントローラＣ１による第１サーボモータＭＴ１の制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。なお、主軸モータＭＴ４は、安定した回転を得られるのであれば、サーボモータでなくても良い。
　ＮＣ装置５は、主軸２、及び、Ｂ軸回転工具装置３各々の動作を制御するための装置である。図２に示すように、ＮＣ装置５は、インターフェース部５１、記憶部５２、入力部５３、出力部５４、電流検出部５５、電圧検出部５６、及び、制御部５７等を含んで構成される。インターフェース部５１、記憶部５２、入力部５３、出力部５４、電流検出部５５、電圧検出部５６、及び、制御部５７は、バス５８を介して相互に接続される。制御部５７からの各種制御信号は、インターフェース部５１を介してモーションコントローラＣ１～Ｃ５に伝達される。モーションコントローラＣ１～Ｃ４から対応するサーボモータＭＴ１～ＭＴ４に出力された複数の電流値は、インターフェース部５１を介して電流検出部５５へ伝達される。
　記憶部５２は、例えば、半導体記憶装置を含み、制御部５７での処理に用いられるプログラム及びデータ等を記憶する。記憶部５２は、少なくとも、主軸２、及び、Ｂ軸回転工具装置３によって行われる一連のワーク加工工程を制御部５７に実行させるためのプログラムを記憶する。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部５２にインストールされてもよい。
　また、記憶部５２は、モーションコントローラＣ１～Ｃ４からサーボモータＭＴ１～ＭＴ４に入力される上限電流値を予め記憶する。上限電流値は、サーボモータが破損する虞のある電流値である。
　入力部５３は、データの入力が可能であれば一般に知られているどのようなデバイスでもよく、工作機械１のオペレータによる操作に対応する信号を生成する。生成された信号は、オペレータの指示として、制御部５７に供給される。
　出力部５４は、映像や画像等の表示が可能であれば一般に知られているどのようなデバイスでもよく、制御部５７から供給される映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。
　電流検出部５５は、モーションコントローラＣ１～Ｃ４からサーボモータＭＴ１～ＭＴ４に入力される電流値を検出して、検出結果を制御部５７へ伝達する。電圧検出部５６は、電源ＰＳから主軸２、及び、Ｂ軸回転工具装置３に入力される電源電圧値を検出して、検出結果を制御部５７へ伝達する。
　制御部５７は、工作機械１の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）である。制御部５７は、記憶部５２に記憶されるプログラムに従って、一連のワーク加工工程を実行する。制御部５７は、一連のワーク加工工程を実行するための制御信号を、インターフェース部５１を介して、モーションコントローラＣ１～Ｃ４に伝達することによって、サーボモータＭＴ１～ＭＴ４を制御して、工具の駆動制御を実行する。制御信号は、各サーボモータの回転量（ｒａｄ又はステップ数）及び回転数（ｒｐｍ）を含む。
　図３は、本実施形態に係る工作機械１において実行される一連のワーク加工工程を示すフローチャートである。
　所定の手順によってワーク加工の指令が入力されると、最初に制御部５７は、記憶部５２に記憶されるプログラムに従って、主軸２の動作制御を実行する（ステップＳ１０）。具体的には、制御部５７は、インターフェース部５１を介して所定の制御信号（主軸モータＭＴ４の回転量（ｒａｄ又はステップ数）及び回転数（ｒｐｍ））をモーションコントローラＣ４に伝達する。モーションコントローラＣ４は、制御部５７から伝達される制御信号に応じて、主軸モータＭＴ４を制御して、主軸駆動機構Ｍ４を駆動することによって、Ｚ軸を中心としてワークＷを回転させて、ワークＷを支持台６の正面側に移動させる。
　次に、制御部５７は、工具の動作制御を実行する（ステップＳ１１）。具体的には、制御部５７は、サーボモータＭＴ１、及び、ＭＴ２のうちの少なくとも一つを制御し、Ｂ軸回転工具装置３を移動させて、Ｂ軸回転工具本体部３３を矢印α1又は矢印α2の方向に移動させる。これにより、本実施形態に係る工作機械１は、回転しているワークＷに工具１３１、１３２、並びに、第１工具３１及び第２工具３２を押し当てて、ワークＷを加工することが可能になる。
　最後に、制御部５７は、一連のワーク加工工程が終了したか否かを判定する（ステップＳ１２）。ワーク加工工程が終了していない場合（ステップＳ１２のＮｏ）、ステップＳ１０に戻り、一連のワーク加工工程が終了した場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、一連のワーク加工工程が終了する。
　図４は、図３に示す一連のワーク加工工程における、第２サーボモータＭＴ２の時定数決定処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、図３に示す一連のワーク加工工程において、一定の時間間隔で実行される。図４では、一例として、第２サーモモータＭＴ２について説明するが、他のサーボモータＭＴ１、及び、ＭＴ３についても同様の処理を行ってもよい。
　最初に制御部５７は、主軸２が起動した直後であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。なお、本実施形態において、主軸２が起動した直後とは、モーションコントローラＣ４へ主軸２の回転動作開始のための制御信号が入力されてから、主軸２が定格動作し始めるまでの期間を指す。主軸２が起動した直後でない場合（ステップＳ２０のＮｏ）、加減速時定数を第１時定数に設定して（ステップＳ２３）、一連の処理を終了する。
　主軸２が起動した直後である場合（ステップＳ２０のＹｅｓ）、制御部５７は、電流検出部５５によって検出される第２サーボモータＭＴ２へ供給される電流値が記憶部５２に記憶される上限電流値を超えるか否かを判定する（ステップＳ２１）。第２サーボモータＭＴ２の電流値が上限電流値を超える場合（ステップＳ２１のＹｅｓ）、第２サーボモータＭＴ２が破損する虞があるため、制御部５７は、加減速時定数を第２時定数に設定して（ステップＳ２５）、一連の処理を終了する。
　次に、第２サーボモータＭＴ２の電流値が上限電流値を超えない場合（ステップＳ２１のＮо）、制御部５７は、電圧検出部５６によって検出される電源ＰＳの電源電圧値が閾値電圧値以下となるか否か（すなわち、電源ＰＳにおいて電圧降下が生じているか否か）を判定する（ステップＳ２２）。電源ＰＳの電源電圧値が閾値電圧値を超える場合（ステップＳ２２のＮｏ）、第２サーボモータＭＴ２が破損する虞はなく、且つ、電源ＰＳにおいて電圧降下が生じていないため、制御部５７は、加減速時定数を第１時定数に設定して（ステップＳ２３）、一連の処理を終了する。
　次に、電源ＰＳの電源電圧値が閾値電圧値以下である場合（ステップＳ２２のＹｅｓ）、第２サーボモータＭＴ２が破損する虞はないものの、電源ＰＳにおいて電圧降下が生じているため、制御部５７は、加減速時定数を第３時定数に設定して（ステップＳ２４）、一連の処理を終了する。
　ここで、加減速時定数は、サーボモータの回転速度が設定した回転速度に達するまでの到達時間に対応する値を指す。第１時定数は、通常動作時において、最短時間で、第２サーボモータＭＴ２の回転速度が設定した回転速度に達するまでの到達時間に対応する。第２時定数は、第２サーボモータＭＴ２の回転速度が設定した回転速度に達するまでの到達時間が、第１時定数より遅く、その結果、第２サーボモータＭＴ２の単位時間当たりの電力消費量が第１時定数の場合よりも低い。第３時定数は、第２サーボモータＭＴ２の回転速度が設定した回転速度に達するまでの到達時間が、第１時定数より遅く、且つ、第２時定数より早く、その結果、第２サーボモータＭＴ２の単位時間当たりの電力消費量が第１時定数の場合よりも低く、且つ、第２時定数の場合よりも高い。
　図４に示す処理フローにより、第２サーボモータＭＴ２に関して、主軸２の起動直後以外では第１時定数が設定され、主軸２の起動直後では第２サーボモータＭＴ２への電流値や電源電圧値に応じて、第１～第３時定数の何れかが設定されることとなる。
　図５は、図４に示す電流値の制御によって変化する第２サーボモータＭＴ２の回転速度の経時的変化の一例を示す波形図である。図４において、横軸は時間（時刻ｔ1～ｔ3）（ｍｓ）を示し、縦軸はサーボモータの回転速度（ｒ／ｍｉｎ）を示している。
　制御部５７は、図３に示す一連のワーク加工工程において、第２サーボモータＭＴ２を制御する場合には、そのときに設定されている時定数に基づいた制御信号を生成してモーションコントローラＣ２に伝達する。モーションコントローラＣ２は、伝達された制御信号に応じて、第２サーボモータＭＴ２に入力される電流値を調整する。これにより、本実施形態に係る工作機械１は、入力電圧値及び電源電圧値の変動を気にせず、第２サーボモータＭＴ２を動作させることが可能となる。
　図５の実線６１は、第１時定数に応じた第２サーボモータＭＴ２の回転速度の経時的変化を示しており、例えば、回転速度Ｐ（ｒ／ｍｉｎ）に達するまで、第１時定数に設定された場合には、動作開始からｔ1＝７０ｍｓが必要となる。図５の一点鎖線６２は、第２時定数に応じた第２サーボモータＭＴ２の回転速度の経時的変化を示しており、例えば、回転速度Ｐ（ｒ／ｍｉｎ）に達するまで、動作開始からｔ2＝１００ｍｓが必要となる。図５の破線６３は、第３時定数に応じた第２サーボモータＭＴ２の回転速度の経時的変化を示しており、例えば、回転速度Ｐ（ｒ／ｍｉｎ）に達するまで、第３時定数に設定された場合には、動作開始からｔ3＝９０ｍｓが必要となる。
　第１時定数に設定された場合と比較して、第２時定数に設定された場合には、第２サーボモータＭＴ２の回転数を急激に上げなくてもよいので、供給される電流値が上限電流値を超えることがない。その結果、第１時定数に設定された場合と比較して、第２時定数に設定された場合には、第２サーボモータＭＴ２が破損する、及び、誤差過大アラームが発生する可能性が低くなる。同様に、第１時定数に設定された場合と比較して、第３時定数に設定された場合には、第２サーボモータＭＴ２の回転数の上昇を緩やかに設定することができるので、供給される電流値が上限電流値を超えることがない。その結果、第１時定数に設定された場合と比較して、第３時定数に設定された場合には、第２サーボモータＭＴ２が破損する、及び、誤差過大アラームが発生する可能性がさらに低くなる。
　ここで、本実施形態に係る工作機械１において、第２サーボモータＭＴ２を例として示しているが、他のサーボモータＭＴ１、及び、ＭＴ３についても同様である。
　また、本実施形態に係る工作機械１において、加減速時定数として、３つの時定数を示しているが、サーボモータの電流値及び電源ＰＳの電源電圧値等のパラメータに応じて、２つ、又は、４つ以上の時定数を設定しても良い。
　また、本実施形態に係る工作機械１において、主に主軸２及びＢ軸回転工具装置３の動作を行うサーボモータＭＴ１～ＭＴ４について説明したが、工具を駆動するサーボモータ等、上記以外の他のサーボモータについても上記制御を適用可能である。
　以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明及び技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点及び欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神及び範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

Claims (4)

  1. 　ワークを回転可能に保持する主軸を駆動する駆動部と、
    　前記主軸に保持される前記ワークを加工するために工具を駆動するサーボモータと、
    　少なくとも前記駆動部、及び、前記サーボモータへ電力を供給する電源と、
    　前記サーボモータに入力される電流値を検出する電流検出部と、
    　前記サーボモータに入力される上限電流値を記憶する記憶部と、
    　前記サーボモータを制御して前記工具の駆動制御を実行する制御部と、を具備し、
    　前記制御部は、前記主軸の起動直後に、前記電流検出部によって検出された電流値が前記上限電流値を超えた場合、加減速時定数を第１時定数から、前記第１時定数より電力消費が低い第２時定数に変化させて前記サーボモータの制御を実行する、
    　工作機械。
  2. 　前記電源から入力される電源電圧値を検出する電圧検出部をさらに具備し、
    　前記制御部は、前記主軸の起動直後に、前記電流検出部によって検出された前記電流値が前記上限電流値以下であり、且つ、前記電圧検出部によって検出された前記電源電圧値が閾値電圧値以下である場合、前記加減速時定数を前記第１時定数から、前記第１時定数より電力消費が低く、且つ、前記第２時定数より電力消費が高い第３時定数に変化させて前記サーボモータの制御を行う、
    　請求項１に記載の工作機械。
  3. 　ワークを回転可能に保持する主軸を駆動する駆動部と、前記主軸に保持される前記ワークを加工するために工具を駆動するサーボモータと、少なくとも前記駆動部、及び、前記サーボモータへ電力を供給する電源と、を含む工作機械の制御装置であって、
    　前記サーボモータに入力される電流値を検出する電流検出部と、
    　前記サーボモータに入力される上限電流値を記憶する記憶部と、
    　前記サーボモータを制御して前記工具の駆動制御を実行する制御部と、を具備し、
    　前記制御部は、前記主軸の起動直後に、前記電流検出部によって検出された電流値が前記上限電流値を超えた場合、加減速時定数を第１時定数から、前記第１時定数より電力消費が低い第２時定数に変化させて前記サーボモータの制御を実行する、
    　工作機械の制御装置。
  4. 　前記電源から入力される電源電圧値を検出する電圧検出部をさらに具備し、
    　前記制御部は、前記主軸の起動直後に、前記電流検出部によって検出された前記電流値が前記上限電流値以下であり、且つ、前記電圧検出部によって検出された前記電源電圧値が閾値電圧値以下である場合、前記加減速時定数を前記第１時定数から、前記第１時定数より電力消費が低く、且つ、前記第２時定数より電力消費が高い第３時定数に変化させて前記サーボモータの制御を行う、
    　請求項３に記載の工作機械の制御装置。
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