CN116583793A - 推定配置于机床的电动机的驱动状态的推定装置 - Google Patents

Abstract

一种推定装置，具有：计算部，其根据模拟程序来计算表示机床的电动机的驱动状态的变量。模拟程序是在用于驱动机床的加工程序的指令语句中追加了第一辅助变量的程序，其中，第一辅助变量与用于推定电动机的驱动状态的负载率相关。计算部根据电动机的输出特性、与电动机的驱动相关的惯量、以及第一辅助变量，来计算电动机的旋转速度随着时间经过的变化。

Description

推定配置于机床的电动机的驱动状态的推定装置

技术领域

本发明涉及一种推定配置于机床的电动机的驱动状态的推定装置。

背景技术

机床能够一边改变工具相对于工件的相对位置一边进行加工。在机床中配置有用于使工具旋转的电动机以及用于使工件或工具移动的电动机。进行机床操作的操作者为了确定工件加工方法而生成加工程序。在加工程序中记载有工件或工具移动时的目标位置及速度等。机床的电动机根据加工程序进行驱动，但有时如果没有实际驱动机床就不清楚电动机的角加速度等驱动状态。

因此，当实际使用机床进行加工时，会存在加工时间比期望时间长、或者电动机所需转矩超过容许转矩而无法进行加工的情况。优选在实际使用机床进行加工之前实施模拟来模拟电动机的驱动状态。

为了推定驱动电动机时的电动机的驱动状态，已知有如下模拟装置：根据输入至电动机的动作指令来推定电动机的旋转位置及旋转速度的模拟装置(例如，日本特开2006-340480号公报及日本特开2012-222890号公报)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-340480号公报

专利文献2：日本特开2012-222890号公报

发明内容

发明要解决的课题

在机床的加工程序中记载有用于驱动机床的指令语句。例如，在加工程序中，在每一行记载有被称为G代码或M代码的指令语句。在加工程序的指令语句中记载有使保持工具的主轴开始旋转的指令、用于使主轴移动的目标位置以及移动速度的指令、或者用于使保持工件的工作台移动的目标位置以及移动速度的指令等。然而，存在仅通过这些信息难以准确地推定电动机的驱动状态这样的问题。

例如，电动机旋转速度增加时的角加速度不明，因此，不清楚旋转速度随着时间经过的变化。因此，难以推定加速电动机时的时间。另外，不清楚使用机床进行加工的时间(循环时间)，难以预测机床的生产率。

并且，若能够推定电动机的驱动状态，则能够根据电动机的驱动状态，通过模拟装置来推定电动机温度。特别是，能够推定驱动电动机时电动机温度随着时间经过的变化。例如，能够根据电动机的负载率计算向电动机供给的电流值，根据流过电动机的电流值计算铜损或铁损的发热量。如果能够推定电动机温度，则例如能够判定电动机是否在适当的温度范围内驱动。然而，由于不清楚电动机的驱动状态，因此存在难以针对电动机温度进行推定这样的问题。

用于解决课题的手段

本公开的第一推定装置推定配置于机床的电动机的驱动状态。推定装置具有：计算部，其根据预先制作出的模拟程序来计算表示电动机的驱动状态的变量。电动机在使电动机的旋转速度变化时到达目标旋转速度为止的时间没有确定。模拟程序包含：在用于加工工件时驱动电动机的加工程序的指令语句中追加了第一辅助变量的指令语句，其中，第一辅助变量与用于使电动机的旋转速度变化的负载率相关。计算部根据电动机的输出特性、与电动机的驱动相关的预定的惯量、以及第一辅助变量，来计算电动机的旋转速度随着时间经过的变化。

本公开的第二推定装置推定配置于机床的电动机的驱动状态。推定装置具有：计算部，其根据预先制作出的模拟程序来计算表示所述电动机的驱动状态的变量。电动机在使电动机的旋转速度变化时到达目标旋转速度为止的时间已被确定。模拟程序包含：在用于在加工工件时驱动所述电动机的加工程序的指令语句中追加了辅助变量的指令语句，其中，辅助变量与用于加工工件的负载率相关。计算部根据所述电动机的旋转速度达到目标旋转速度为止的时间、所述电动机的输出特性、与电动机的驱动相关的预定的惯量以及所述辅助变量，来推定所述电动机的负载率随着时间经过的变化。

发明效果

根据本公开的方式，能够提供一种通过简易的模拟程序来推定电动机的驱动状态的推定装置。

附图说明

图1是实施方式中的机床的框图。

图2是推定实施方式中的电动机的驱动状态的推定装置的框图。

图3是机床的加工程序的例子。

图4是用于实施实施方式中的第一控制的第一模拟程序。

图5是主轴马达的100％负载率下输出相对于旋转速度的曲线图。

图6是在第一控制中推定的主轴马达的驱动状态的时序图。

图7是用于实施实施方式中的第二控制的第二模拟程序。

图8是进给轴马达的100％负载率下输出相对于旋转速度的曲线图。

图9是在第二控制中推定的进给轴马达的驱动状态的时序图。

图10是表示使用丝锥形成内螺纹时的工具的移动路径的概略剖视图。

图11是用于进行在工件形成内螺纹的加工的第三模拟程序。

图12是表示主轴马达追随Z轴的进给轴马达的动作而进行驱动时的Z轴的进给轴马达的驱动状态的时序图。

图13是表示主轴马达追随Z轴的进给轴马达的动作而进行驱动时的主轴马达的驱动状态的时序图。

图14是表示Z轴的进给轴马达追随主轴马达的动作而进行驱动时的主轴马达的驱动状态的时序图。

图15是表示Z轴的进给轴马达追随主轴马达的动作而进行驱动时的Z轴的进给轴马达的驱动状态的时序图。

具体实施方式

参照图1至图15，对推定实施方式中的电动机的驱动状态的推定装置进行说明。本实施方式的电动机配置于机床。

图1是本实施方式的机床的框图。机床1一边使工具相对于工件的相对位置发生变化一边对工件进行加工。机床1具有使工件和工具中至少一个的位置发生变化的进给轴。本实施方式的机床的进给轴由相互正交的3个直动轴(X轴、Y轴以及Z轴)构成。在本实施方式的机床1中，固定工件的工作台沿X轴方向以及Y轴方向移动，保持工具的主轴沿Z轴方向移动。作为机床1的进给轴，不限于该方式，可以由任意的直动轴或旋转进给轴构成。

机床1具有使工件和工具中的至少一个沿着进给轴移动的移动装置。移动装置包含与各进给轴对应配置的进给轴马达5。在本实施方式的机床1中，包含使工作台沿X轴方向移动的进给轴马达5、使工作台沿Y轴方向移动的进给轴马达5、以及使主轴头6沿Z轴方向移动的进给轴马达5。在本实施方式中，工作台或主轴头6相当于由进给轴马达5驱动的对象物。机床1具有一边保持工具一边使工具旋转的主轴头6。主轴头6包含支承工具的主轴和使主轴旋转的主轴马达8。

机床1具有控制进给轴马达5以及主轴马达8的机械控制装置2。机械控制装置2包含具有作为处理器的CPU(Central Processing Unit)的运算处理装置(计算机)。运算处理装置具有经由总线与CPU相互连接的RAM(Random Access Memory)以及ROM(Read OnlyMemory)等。

本实施方式的机床1是数值控制式。由操作机床1的操作者或进行模拟的作业者预先生成用于驱动机床1的加工程序7。机械控制装置2包含：存储部3，其存储加工程序7；动作控制部4，其根据加工程序7生成电动机的动作指令。机床1包含：马达驱动装置9，其具有根据由机械控制装置2生成的动作指令向进给轴马达5和主轴马达8供电的电路。通过马达驱动装置9进行供电，进给轴马达5以及主轴马达8进行驱动。存储部3可以由能够进行信息存储的非暂时性的存储介质构成。例如，存储部3由非易失性存储器等存储介质构成。动作控制部4相当于运算处理装置的处理器。

图2表示本实施方式中的推定装置的框图。推定装置11推定配置于机床1的电动机的驱动状态。本实施方式的推定装置11推定主轴马达8的驱动状态以及进给轴马达5的驱动状态。本实施方式的推定装置11包含：具有作为处理器的CPU的运算处理装置(计算机)。推定装置11包含：存储部12，其存储用于推定电动机的驱动状态的信息。存储部12可以由能够进行信息存储的非暂时性的存储介质构成。存储部12可以由易失性存储器、非易失性存储器、磁存储介质、或者光存储介质等能够存储信息的存储介质构成。

向推定装置11输入用于推定电动机的驱动状态的程序即模拟程序21。模拟程序21由进行模拟的作业者预先制作。另外，移动装置包含与电动机连接的减速器以及用于驱动工作台等部件的驱动机构。驱动机构例如包含用于使机床的工作台移动的滚珠丝杠机构。向推定装置11输入移动装置信息22。移动装置信息22例如包含减速器的齿轮比及滚珠丝杠的螺距等信息。

另外，向推定装置11输入惯量信息23。与电动机的驱动相关的惯量(惯性力矩)包含由电动机驱动的部件的惯量。另外，与电动机的驱动相关的惯量包含施加给电动机的负载的惯量。例如，惯量包含电动机的转子的惯量、与进给轴马达5连接的减速器的惯量、以及与主轴马达8连接的主轴的惯量等。惯量可以由进行模拟的作业者预先计算。并且，向推定装置11输入电动机的输出特性24。模拟程序21、移动装置信息22、惯量信息23以及电动机的输出特性24存储在存储部12中。

推定装置11具有：计算部13，其根据模拟程序21计算表示电动机的驱动状态的变量。作为表示电动机的驱动状态的变量，包含：电动机的旋转速度、电动机的角加速度、电动机的负载率以及电动机的旋转位置等。计算部13包含：速度推定部14，其计算电动机的旋转速度随着时间经过的变化。计算部13包含：转矩推定部15，其推定电动机的负载率随着时间经过的变化。

计算部13包含：判定部16，其判定由计算部13推定出的变量。计算部13包含：显示控制部17，其生成将由判定部16判定出的结果显示于显示部19的指令。

计算部13相当于按照预定的规则进行驱动的运算处理装置的处理器。本实施方式的计算部13相当于根据模拟程序21进行驱动的处理器。特别是，速度推定部14、转矩推定部15、判定部16以及显示控制部17各自的单元相当于运算处理装置的处理器。处理器根据模拟程序21进行驱动，由此，作为各单元发挥功能。

推定装置11包含：显示部19，其显示与电动机的驱动状态的推定相关的信息。显示部19例如由液晶显示面板等显示面板构成。显示部19按照来自显示控制部17的指令显示任意的信息。

本实施方式的推定装置11根据将用于驱动机床1的加工程序7变形后的模拟程序21，来推定表示电动机的驱动状态的变量。在本实施方式的模拟程序21中，在加工程序7中的指令语句中追加了用于推定电动机的驱动状态的辅助变量。

本实施方式的推定装置11的计算部13根据包含模拟程序21所记载的辅助变量的指令语句、电动机的输出特性以及与电动机的驱动相关的惯量，按时间序列预测电动机的驱动状态的变化。与电动机的驱动相关的惯量包含转子等的惯量和电动机的负载的惯量。特别是，计算部13计算电动机的旋转速度随着时间经过的变化和电动机的负载率随着时间经过的变化中的至少一个。即，计算部13按时间序列计算电动机的旋转速度和电动机的负载率中的至少一个。另外，推定装置11推定机床1进行作业的时间长度。

在本实施方式的推定装置11的第一控制中，推定主轴马达8的驱动状态。在主轴马达8中，没有指定使主轴的旋转速度变化时的时间常数。时间常数是从一个旋转速度到达到目标旋转速度为止的时间长度。时间常数是与电动机的角加速度对应的变量。在本实施方式的控制中，根据在加工程序的指令语句中追加了表示电动机的负载率的辅助变量的模拟程序，来推定主轴马达8的驱动状态。

图3示出与本实施方式中的第一控制中的模拟程序对应的加工程序的例子。在机床的加工程序中记载有使主轴马达和进给轴马达动作的指令语句。加工程序由G代码、M代码以及S代码等被称为代码的指令语句构成。加工程序中在每1行记载有指令语句。每1行的各指令语句被称为块(block)。另外，指令语句所包含的变量被称为字(word)。

图3中示出了用于使主轴马达8旋转和停止的指令语句。在加工程序7中，第一行的M03的指令语句是表示使主轴沿正方向旋转的指令的M代码。第二行的S2000的指令语句是表示主轴的目标旋转速度的S代码。在第一行以及第二行的指令语句中，示出了使主轴沿正方向旋转至电动机的旋转速度为2000rpm为止。

第三行的G04的指令语句是表示停留功能的G代码。G04的指令语句表示在运转机床的期间中使加工程序的进行停止的指令。通过变量P1000，表示使加工程序的进行停止1000msec的时间的指令。下一行中的M05的指令语句表示使主轴停止的指令。通过下一行中的G04的指令语句，加工程序的进行停止1000msec的时间。最终行的M99的指令语句是表示子程序的结束的M代码。这样，在加工程序7中，由代码和与代码相关的变量(自变量)形成指令语句。

图4表示本实施方式的第一控制中的第一模拟程序。第一模拟程序81与图3所示的加工程序7对应地生成。本实施方式的模拟程序在用于驱动机床的加工程序的指令语句中追加了表示电动机的负载率的辅助变量。电动机的负载率是输出转矩相对于额定转矩的比例。

在第一模拟程序81中，在第一行的M03的指令语句及第四行的M05的指令语句中记载有用于使主轴马达8加速或减速的第一辅助变量(spindlepow er)。第一辅助变量是与用于使电动机的旋转速度变化的负载率相关的变量。各第一辅助变量用“spindlepower100％”或“spindlepower-100％”表示。例如，在第一行的M03的指令语句中记载有如下指令：根据在加工程序7的指令语句中追加的第一辅助变量，以负载率为100％使主轴马达8加速的指令。

在第三行的G04的指令语句以及第五行的G04的指令语句中，记载有与用于加工工件的负载率相关的第二辅助变量(spindlecutpower)。在本实施方式中，在进行工件加工的期间中，电动机的旋转速度固定。在第二辅助变量中，示出了与工件的切削转矩对应的负载率。在此，作为第二辅助变量，在第三行的G04的指令语句中记载有表示主轴马达8在切削时的负载率的“spindlecutpower50％”。即，示出了主轴马达8在负载率为50％时对工件进行切削。另外，在第五行的G04的指令语句中，切削完成，因此，记载有“spindlecutpower0％”。这样的电动机的负载率可以由进行模拟的作业者预先确定。通过在加工程序7的指令语句中追加第一辅助变量以及第二辅助变量来形成模拟程序81。

图5是表示主轴马达的输出特性的曲线图。电动机的输出特性表示以100％的负载率驱动电动机时输出相对于电动机的旋转速度的关系。横轴表示主轴马达8的旋转速度，纵轴表示主轴马达8的输出。示出了在旋转速度为约7000rpm之前输出与旋转速度成比例的特性。

参照图2，在第一控制中，计算部13的速度推定部14根据第一辅助变量来计算主轴马达8的角加速度。速度推定部14推定主轴马达8的旋转速度随着时间经过的变化。即，速度推定部14按照时间序列计算主轴马达8的旋转速度的变化。并且，速度推定部14根据旋转速度随着时间经过的变化来推定主轴马达8达到目标旋转速度为止的时间。

图6表示在本实施方式的第一控制中推定出的主轴马达的驱动状态的时序图。参照图4和图6，从时刻t0到时刻t1，根据M03和S2000的指令语句，主轴马达8的旋转速度上升。按照S2000的指令语句，旋转速度被加速到2000rpm。此时用于加速主轴的负载率通过在M03的指令语句中追加的第一辅助变量即“spindlepower100％”而被设定为100％。

在从时刻t1到时刻t2的期间，根据第三行的G04的指令语句，旋转速度被维持1秒的时间。从时刻t1到时刻t2的期间中切削用的主轴马达的负载率通过第二辅助变量被设定为50％。从时刻t2到时刻t3，按照M05的指令语句的第一辅助变量，负载率以-100％减速。在时刻t3以后，按照第五行的G04的指令语句的第二辅助变量，将切削用的负载率维持为0％1秒时间。

在图5中示出了负载率为100％的输出特性的曲线图。在主轴马达8的旋转速度为约7000rpm之前，输出与旋转速度成比例地增加。通过对旋转速度乘以转矩来计算电动机的输出，因此，在旋转速度为7000rpm之前，由电动机输出的转矩是固定的。

在此，根据模拟程序81的G04的指令语句，从时刻t1到时刻t2的时间长度以及从时刻t3到时刻t4的时间长度为1秒。但是，由于没有预先确定达到主轴马达8的目标旋转速度为止的时间(时间常数)，因此速度推定部14按照时间序列来计算主轴马达8的旋转速度的变化。

速度推定部14计算从时刻t0到时刻t1的期间内主轴马达8的角加速度。速度推定部14根据图5所示的主轴马达8的输出特性，计算与旋转速度对应的主轴马达8的输出。在此，如箭头95、96所示，速度推定部14计算与旋转速度2000rpm对应的主轴马达8的输出。在此处的例子中，通过第一辅助变量使主轴马达8加速用的负载率被设定为100％，因此，可以采用通过图5取得的主轴马达8的输出。此外，在通过第一辅助变量使主轴马达8的加速用的负载率小于100％时，可以根据通过图5取得的主轴马达8的输出以及加速用的负载率来计算主轴马达8的输出。

接着，速度推定部14将主轴马达8的输出除以旋转速度，由此，计算主轴马达8的转矩。然后，速度推定部14将主轴马达8的转矩除以惯量来计算角加速度，其中，该惯量包含电动机的转子的惯量以及施加给电动机的负载的惯量。从时刻t0到时刻t1的旋转速度的曲线图的斜率相当于角加速度。速度推定部14可以用根据最终到达的旋转速度以及角加速度，计算从时刻t0到时刻t1的时间长度SX1。另外，速度推定部14可以计算时刻t1。

速度推定部14对于从时刻t2到时刻t3的区间中减速时的角加速度也可以通过同样的控制来计算。速度推定部14可以计算从时刻t2到时刻t3的时间长度SX2。速度推定部14可以根据时刻t2和时间长度SX2来计算时刻t3。另外，计算部13可以根据时间长度SX1、SX2来推定从时刻t0到时刻t4的机床进行作业的时间长度(循环时间)。即，计算部13可以计算基于加工程序电动机从起动到停止的时间。

这样，速度推定部14可以根据角加速度来推定旋转速度随着时间经过的变化。另外，速度推定部14可以根据角加速度来计算主轴马达8达到目标旋转速度为止的时间。并且，速度推定部14可以推定从电动机的起动到停止为止电动机的旋转速度随着时间经过的变化。

在第一控制中，为了计算电动机的旋转速度，可以生成对加工程序的指令语句附加了第一辅助变量作为电动机的加速用的负载率的指令语句。然后，可以根据电动机的输出特性以及惯量来推定使电动机加速或者减速时的角加速度。另外，可以生成对切削工件的期间中的指令语句附加了第二辅助变量作为与主轴马达的切削转矩对应的负载率的指令语句。通过第二辅助变量，可以规定从时刻t1到时刻t2的切削工件的期间中的负载率。计算部13可以推定从电动机的起动到停止为止电动机的负载率随着时间经过的变化。

接着，对本实施方式的推定装置11的第二控制进行说明。在第二控制中，推定进给轴马达5的驱动状态。进给轴马达5的时间常数是预定的。时间常数与使进给轴马达5加速时或减速时的角加速度对应。电动机的时间常数例如由控制电动机的控制软件确定。在第二控制中，推定在按照一定的角加速度进行加速时进给轴马达5输出的转矩。在本实施方式中，推定进给轴马达5的负载率。另外，在第二控制中，推定进给轴马达5的旋转速度随着时间经过的变化、以及由进给轴马达5驱动的对象物的位置的变化。

图7表示第二控制中的第二模拟程序所记载的指令语句。在第二模拟程序82中，为了驱动进给轴马达5而记载有G01的指令语句。第二模拟程序82的G01的指令语句是在加工程序的G01的指令语句中记载有辅助变量的指令语句。G01的指令语句表示使工作台直线移动的指令。在此处的指令语句中，示出了固定工件的工作台的X轴方向的移动。

在本实施方式的机床1中，规定了即使主轴头6和工作台移动也不会动的机械坐标系。在G01的指令语句中，在机械坐标系中示出了工作台的目标位置。在G01的指令语句中，记载有以机械坐标系的X轴坐标值为10以及Y轴坐标值为10的方式移动工作台的指令。另外，F1000是表示工作台移动时的目标移动速度的变量。在此，记载了使工作台以1000mm/min的速度移动。

在第二模拟程序82中，在加工程序中使用的G01的指令语句中追加了与用于加工工件的负载率相关的第三辅助变量。在此，作为第三辅助变量，在加工程序的G01的指令语句之后追加表示进给轴马达5切削时的负载率的“servocutpower10％”。该负载率相当于切削时的转矩指令。此处的第三辅助变量表示切削工件时的进给轴马达5的负载率为10％。

图8是表示进给轴马达的输出特性的曲线图。与图5的主轴马达的曲线图同样地，在图8的曲线图中示出了进给轴马达5的100％的负载率下的输出相对于旋转速度的关系。

参照图2，计算部13的转矩推定部15根据进给轴马达5的时间常数、进给轴马达5的输出特性、模拟程序82所包含的具有第三辅助变量的指令语句、以及与电动机的驱动相关的惯量，计算电动机运转时的负载率随着时间经过的变化。如后所述，转矩推定部计算进给轴马达加速或减速时的负载率。

图9表示在第二控制中推定出的进给轴马达的驱动状态的时序图。在此，示出了使机床1的工作台沿X轴方向移动的例子。从时刻t0到时刻t5，进给轴马达5的旋转速度上升。从时刻t5到时刻t6，进给轴马达5维持为固定的旋转速度C。然后，从时刻t6到时刻t7，进给轴马达5的旋转速度减少。X轴方向的工作台的位置从当前位置移动到X轴坐标值为10的位置。

沿X轴方向移动工作台时的进给轴马达5的目标旋转速度C可以根据模拟程序82的G01的指令语句中的变量F1000来计算。变量F1000表示工作台的目标移动速度为1000mm/min。计算部13可以根据工作台的目标移动速度和使工作台沿X轴方向移动的滚珠丝杠机构的滚珠丝杠的螺距等移动装置信息22，来计算X轴的进给轴马达5的目标旋转速度C。此外，在此示出了工作台沿X轴方向移动的例子，但不限于该方式。在工作台除了X轴方向以外还沿Y轴方向移动时，可以根据工作台的Y轴方向的移动速度和Y轴的移动装置信息，来计算Y轴的进给轴马达的旋转速度。然后，对于Y轴的进给轴马达，也可以通过与X轴的进给轴马达同样的控制来推定电动机的驱动状态。

计算部13根据进给轴马达5所决定的时间常数来计算角加速度。计算部13可以计算从时刻t0到时刻t5的区间中旋转速度随着时间经过的变化。计算部13可以根据旋转速度的变化，来计算用于达到目标旋转速度C的从时刻t0到时刻t5的时间长度SL1。另外，计算部13可以根据角加速度来计算从时刻t6到时刻t7的区间中旋转速度随着时间经过的变化以及时间长度SL3。

计算部13通过对进给轴马达5的旋转速度进行积分，能够计算时刻t5以及时刻t6的进给轴马达5的旋转位置。另外，计算部13可以根据移动装置信息22，来计算与进给轴马达5的旋转位置对应的工作台在X轴上的位置。计算部13可以计算由进给轴马达5驱动的对象物的位置。计算部13可以根据进给轴马达5的旋转位置或工作台的X轴方向上的位置，来计算从时刻t5到时刻t6的X轴方向的移动距离。然后，计算部13可以根据X轴方向的移动距离和固定的旋转速度C来计算从时刻t5到时刻t6的时间长度SL2。计算部13可以推定从时刻t0到时刻t7的机床进行作业的时间长度(循环时间)。另外，计算部13可以根据时间长度SL1、SL2、SL3来计算时刻t5、t6、t7。

这样，计算部13可以推定从工作台的移动开始到结束为止进给轴马达5的旋转速度的变化以及工作台的X轴方向位置的变化。另外，计算部13可以推定从工作台的移动开始到结束为止的时间长度。

接着，在第二控制中，计算部13的转矩推定部15计算进给轴马达5的运转时的负载率随着时间经过的变化。在本实施方式中，转矩推定部15计算进给轴马达加速或减速时的负载率(TX1)。

参照图8以及图9，在从时刻t0到时刻t5的区间中，转矩推定部15对与电动机的驱动相关的惯量乘以角加速度，由此，计算加速所需的转矩。参照图8的电动机的输出特性，如箭头97、98所示，转矩推定部15根据目标旋转速度C计算负载率为100％时的输出。转矩推定部15将负载率为100％时的输出除以旋转速度，由此，计算负载率为100％时的转矩。转矩推定部15将加速所需的转矩除以负载率为100％时的转矩，由此，能够计算进给轴马达的负载率TX1。此处的负载率相当于机床的进给轴马达5的转矩指令。

这样，转矩推定部15计算图9中的负载率(TX1)。对于从时刻t6到时刻t7的减速时的负载率(-TX1)，也可以通过同样的控制来计算。

使用机床1对工件进行加工的期间中进给轴马达的负载率可以由进行模拟的作业者预先设定。作业者可以根据工具信息以及工件信息来推定加工时的负载率。参照图7，作业者在第二模拟程序82中指定进给轴马达5的切削时的负载率作为第三辅助变量。在此处的例子中，进给轴马达5的切削时的负载率为10％。

参照图9，转矩推定部15根据模拟程序82的指令语句中记载的第三辅助变量，设定对工件进行加工的期间中进给轴马达5的负载率。转矩推定部15在从时刻t5到时刻t6的区间中，将进给轴马达5的负载率设定为10％。结果，转矩推定部15可以推定从进给轴马达5的起动到停止为止负载率随着时间经过的变化。即，可以推定从工作台的移动开始到结束为止进给轴马达的负载率的变化。这样，在第二控制中，可以计算进给轴马达5的驱动状态。

然而，在第二控制中，在转矩推定部15计算出加速所需的转矩时，存在加速所需转矩超过额定转矩的情况。即，存在负载率超过100％的情况。计算部13的判定部16在由计算部13推定出的变量脱离了预定的容许范围时，实施使进行电动机模拟的作业者知晓的控制。

在本实施方式中，判定部16判定转矩推定部15推定出的负载率是否脱离容许范围。作为负载率的容许范围，预定为0％以上且100％以下。特别是，判定部16判定负载率是否超过100％。然后，在负载率超过100％时，判定部16可以输出记载有负载率脱离容许范围这样的警告的文本文件，作为使作业者知晓的控制。或者，判定部16可以在推定电动机的驱动状态的结果的文件中包含警告。

或者，判定部16也可以将与电动机的负载率脱离了容许范围的信息对应的信号发送到显示控制部17。显示控制部17可以在显示部19显示不能在当前条件下驱动机床的情况。或者，显示控制部17可以在显示部19显示进给轴马达5的负载率脱离了容许范围的情况。

作为使进行模拟的作业者知晓警告的控制，不限于输出记载有警告的文件的控制或在显示部显示信息的控制，可以采用任意的控制。例如，也可以通过声音使作业者知晓不能驱动机床。

本实施方式的推定装置即使不驱动实际的机床也能够推定电动机的旋转速度、角加速度以及负载率等电动机的驱动状态。进行模拟的作业者能够根据推定出的电动机的驱动状态，确认机床驱动没有问题，或者改变驱动机床的条件。或者，作业者也可以进行变更电动机种类等机床的设计变更。另外，为了加工工件而操作机床的操作者还可以根据由推定装置推定出的电动机的驱动状态来修正加工程序。

本实施方式的推定装置仅通过在加工程序中追加辅助变量，就能够推定电动机的驱动状态。因此，进行模拟的作业者不需要进行用于设定电动机负载条件的复杂作业，就能够容易地实施模拟。

接着，对使多个电动机协作来进行控制的例子进行说明。上述的第一控制是与角加速度对应的时间常数没有确定的电动机的控制，第二控制是与角加速度对应的时间常数已被确定的电动机的控制。在使多个电动机协作来进行控制时，也能够实施第一控制和第二控制中至少一个的控制。在此，对机床在工件形成内螺纹的控制进行说明。

图10表示在工件形成内螺纹时的工具及工件的概略局部剖视图。在此，使用机械坐标系71对工具31的路径进行说明。采用丝锥作为工具31。在工件32形成有用于在内周面形成内螺纹的孔部32a。机床1的Z轴的进给轴马达5使工具31沿机械坐标系71的Z轴方向移动。X轴的进给轴马达5使固定有工件32的工作台沿机械坐标系71的X轴方向移动。箭头91、92、93所示的路径为工具31的路径。

在此处的例子中，X轴的进给轴马达5进行驱动，由此，如箭头91所示，工具31的工具前端点沿机械坐标系71的X轴方向从移动点MP1移动到移动点MP2。然后，Z轴的进给轴马达5进行驱动，由此，如箭头92所示，工具前端点从移动点MP2移动到移动点MP3。工具31在接近工件32的移动点MP3暂时停止。

移动点MP3的机械坐标系71的坐标值(x，y，z)为(50，30，-20)。移动点MP4的机械坐标系71的坐标值为(50，30，-100)。如箭头93所示，在工具31的工具前端点从移动点MP3移动至移动点MP4时，在工件32的孔部32a的周向表面形成内螺纹。

在工具前端点从移动点MP3移动到移动点MP4时，与沿Z轴方向移动工具31的进给轴马达5和使工具31旋转的主轴马达8中的一个电动机的驱动状态对应地确定另一个电动机的驱动状态。或者，也可以预定两个电动机的驱动状态。机械控制装置2的动作控制部4进行控制，使得在形成内螺纹时固定于主轴的工具31的旋转速度与工具31相对于工件32的移动速度(向孔部32a的侵入速度)同步。即，根据由工具31形成的内螺纹的螺距，控制成主轴马达8的旋转速度与进给轴马达5的旋转速度相互对应。这样的主轴马达与进给轴马达同步地形成内螺纹的加工被称为刚性攻丝加工。

图11表示形成内螺纹时的模拟程序。在第三模拟程序83中，示出了从移动点MP3移动到移动点MP4的控制。M29的指令语句表示刚性攻丝加工。变量S100表示主轴的旋转速度为100rpm。G84的指令语句表示通过丝锥进行加工时丝锥的移动的指令。指定作为工具前端点的目标移动点的坐标值(50，30，-100)。另外，变量R-20示出了从工件32的表面到移动点MP3的距离为20mm。另外，变量F1000示出了工具的进给速度为1000mm/min。

M29的指令语句以及G84的指令语句是在机床的加工程序中使用的指令语句，是用于形成内螺纹的指令语句。在模拟程序83中，在加工程序的M29的指令语句中追加了第二辅助变量即“spindlecutpower1％”，其中，第二辅助变量表示主轴马达8的切削时的负载率。另外，在加工程序的G84的指令语句中追加了第三辅助变量即“servocutpower1％”，其中，第三辅助变量表示进给轴马达5的切削时的负载率。根据这样的模拟程序83，推定形成内螺纹时进给轴马达5的驱动状态以及主轴马达8的驱动状态。

在刚性攻丝加工中，存在主轴的旋转追随工具的Z轴方向的移动的控制和工具的Z轴方向的移动追随主轴的旋转的控制。关于2个控制中要实施的控制，预先进行确定。或者，也可以形成为能够通过加工程序等来选择2个控制。首先，作为本实施方式的第三控制，对主轴的旋转追随工具的Z轴方向的移动的控制进行说明。

图12是表示进行主轴的旋转追随工具的移动的刚性攻丝加工时的进给轴马达的驱动状态的时序图。参照图11和图12，用于使工具31移动的Z轴的进给轴马达5的动作由G84的指令语句表示。推定Z轴的进给轴马达5的驱动状态的控制与上述的第二控制一样。基于减速器的齿轮比以及滚珠丝杠的螺距等移动装置信息22，根据表示工具31的进给速度的变量F1000来计算进给轴马达5的目标旋转速度C。

由于预定了Z轴的进给轴马达5的时间系数，因此计算部13计算加速时的时间长度SL1、旋转速度C的时间长度SL2以及减速时的时间长度SL3。另外，计算部13通过对工具31的移动速度进行积分来计算工具31的Z轴的位置。与第二控制一样，转矩推定部15可以根据进给轴马达的角加速度、惯量以及电动机的输出特性来计算加速时的负载率(TX1)以及减速时的负载率(-TX1)。

另外，转矩推定部15根据模拟程序83的G84的指令语句中记载的第三辅助变量即“servocutpower1％”来设定实施从时刻t5到时刻t6的切削时进给轴马达5的负载率。在此，转矩推定部15将进给轴马达5的切削时的负载率设定为1％。

图13是表示进行主轴的旋转追随工具的移动的刚性攻丝加工时主轴马达的驱动状态的时序图。参照图11和图13，主轴马达的动作由模拟程序83中的M29的指令语句指定。主轴马达8的最大旋转速度根据变量S100为100rpm。

主轴马达8的旋转速度与工具31的移动速度对应。计算部13根据与Z轴的进给轴马达5的旋转速度对应的工具31的移动速度和内螺纹的螺距，计算主轴马达8的旋转速度。或者，计算部13根据Z轴的进给轴马达5的角加速度，计算主轴马达8的角加速度。时间长度SX3与图12中的时间长度SL1相同，时间长度SX4与图12中的时间长度SL2相同，时间长度SX5与图12中的时间长度SL3相同。

转矩推定部15可以通过第二控制，根据主轴马达8的角加速度，计算主轴马达8的负载率TX2。另外，转矩推定部15可以将从时刻t5到时刻t6的期间中主轴马达8的切削时的负载率，根据在M29的指令语句中追加的第二辅助变量即“spindlecutpower1％”设定为1％。

在第三控制中，可以推定以主轴的旋转追随工具相对于工件的移动的方式进行刚性攻丝加工时的进给轴马达的驱动状态以及主轴马达的驱动状态。另外，判定部16可以判定各马达的驱动状态。

接着，作为本实施方式的第四控制，对工具的Z轴方向的移动追随主轴的旋转的控制进行说明。在工具的Z轴方向的移动追随主轴的旋转的控制中，主轴以最大转矩被加速。即，主轴被加速时主轴马达的负载率为100％。因此，在图11的模拟程序83中，即使在M29的指令语句中没有记载与使旋转速度增加时的负载率相关的第一辅助变量，也采用100％的负载率。

图14是表示进行工具的Z轴方向的移动追随主轴的旋转的刚性攻丝加工时主轴马达的驱动状态的时序图。参照图11和图14，主轴马达8的目标旋转速度由M29的指令语句中记载的变量S100指定。在本例中，主轴马达8的目标旋转速度为100rpm。计算部13的速度推定部14可以通过第一控制来计算主轴马达8的角加速度。速度推定部14可以计算时间长度SX1、SX2、SX3以及时刻t1、t2、t3。进行从时刻t1到时刻t2的切削时的负载率，通过在M29的指令语句中追加的第二辅助变量即“spindlecutpower1％”而被设定为1％。

图15是表示工具的Z轴方向的移动追随主轴的旋转时进给轴马达的驱动状态的时序图。根据在模拟程序83的G84的指令语句中指定的工具的移动速度的变量F1000，来计算进给轴马达的目标旋转速度C。计算部13根据1000mm/min的工具的移动速度以及减速器的齿轮比等移动装置信息22，计算最大的旋转速度C。Z轴的位置与第二控制一样，可以通过对工具31的移动速度进行积分来计算。然后，转矩推定部15与第二控制一样，计算使进给轴马达加速或减速时的负载率TX2。另外，进行从时刻t1到时刻t2的切削的期间中用于进行切削的进给轴马达的负载率(切削转矩)，通过G84的指令语句中记载的第三辅助变量即“servocutpower1％”而被设定为1％。

在第四控制中，可以推定以工具相对于工件的移动追随主轴的旋转的方式进行刚性攻丝加工时进给轴马达的驱动状态以及主轴马达的驱动状态。另外，判定部16可以判定各电动机的驱动状态。

参照图10，移动点MP4是内螺纹的形成结束的点。在工具31的工具前端点到达移动点MP4时，主轴马达8停止。接着，主轴马达8使工具31沿相反旋转方向旋转。另外，Z轴的进给轴马达5实施使工具31沿从孔部32a退出的方向移动的控制。然后，使工具31移动，直至工具31的工具前端点到达移动点MP3。即使在将工具31从工件32退出时，也能够实施上述的主轴的旋转追随工具的Z轴方向的移动的第三控制、或者工具的Z轴方向的移动追随主轴的旋转的第四控制。

在第三控制以及第四控制中，也能够推定从电动机的起动到停止为止的旋转速度随着时间经过的变化、以及负载率随着时间经过的变化。另外，关于进给轴马达，能够推定从起动到停止的由进给轴马达驱动的对象物的位置。另外，推定装置能够计算机床进行加工的时间。例如，在图12以及图13所示的第三控制中，从时刻t0到时刻t7的时间长度为工具前端点从移动点MP3移动到移动点MP4的时间。即使实际上不驱动机床1，计算部13也能够推定机床进行加工的时间。

在以追随1个电动机动作的方式由其他电动机驱动时，若计算其他电动机的转矩，则存在超过预定的容许值的情况。例如，存在其他电动机的负载率超过100％的情况。在第三控制以及第四控制中，判定部16也能够判定由转矩推定部15计算出的负载率是否超过容许范围。然后，在由转矩推定部15计算出的负载率超过容许范围时，判定部16能够实施使进行模拟的作业者知晓的控制。或者，若按照一个电动机的旋转速度的变化来计算其他电动机的旋转速度，则存在其他电动机无法追随的情况。这样的情况下，判定部16也能够对作业者实施使作业者知晓其他电动机无法追随这样的警告的控制。

在上述的实施方式中，作为进给轴马达，以使主轴头移动的Z轴的进给轴马达为例进行说明，但不限于该方式，可以采用用于使工具或工件中的任一方移动的任意的进给轴马达。

上述的实施方式可以适当组合。在上述的各图中，对相同或相等的部分标注相同的符号。此外，上述的实施方式是示例，而并不限定发明。另外，在实施方式中，包含权利要求书所示的实施方式的变更。

符号说明

1 机床

5 进给轴马达

6 主轴头

7 加工程序

8 主轴马达

11 推定装置

13 计算部

14 速度推定部

15 转矩推定部

16 判定部

17 显示控制部

19 显示部

21、81、82、83模拟程序

23惯量信息

24电动机的输出特性。

Claims (8)

1.一种推定装置，其推定配置于机床的电动机的驱动状态，其特征在于，

所述推定装置具有：计算部，其根据预先制作出的模拟程序来计算表示所述电动机的驱动状态的变量，

所述电动机是在使电动机的旋转速度变化时到达目标旋转速度为止的时间没有确定的电动机，

所述模拟程序包含：在用于加工工件时驱动所述电动机的加工程序的指令语句中追加了第一辅助变量的指令语句，其中，第一辅助变量与用于使所述电动机的旋转速度变化的负载率相关，

所述计算部根据所述电动机的输出特性、与所述电动机的驱动相关的预定的惯量、以及第一辅助变量，来计算所述电动机的旋转速度随着时间经过的变化。

2.根据权利要求1所述的推定装置，其特征在于，

所述电动机的输出特性是：以100％的负载率驱动所述电动机时输出相对于旋转速度的关系，

所述计算部根据所述电动机的输出特性以及第一辅助变量来计算与目标旋转速度对应的所述电动机的输出，通过将所述电动机的输出除以旋转速度来计算所述电动机的转矩，通过将所述电动机的转矩除以所述惯量来计算所述电动机的角加速度，根据所述角加速度来计算旋转速度随着时间经过的变化。

3.根据权利要求1或2所述的推定装置，其特征在于，

所述计算部根据旋转速度随着时间经过的变化来计算所述电动机的旋转速度达到目标旋转速度为止的时间。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的推定装置，其特征在于，

所述模拟程序包含：在用于驱动所述电动机的加工程序的指令语句中追加了第二辅助变量的指令语句，其中，第二辅助变量与用于加工工件的负载率相关，

所述计算部根据第二辅助变量来推定：从所述电动机的起动到停止为止所述电动机的旋转速度随着时间经过的变化以及所述电动机的负载率随着时间经过的变化。

5.一种推定装置，其推定配置于机床的电动机的驱动状态，其特征在于，

所述推定装置具有：计算部，其根据预先制作出的模拟程序来计算表示所述电动机的驱动状态的变量，

所述电动机是在使电动机的旋转速度变化时到达目标旋转速度为止的时间已被确定的电动机，

所述模拟程序包含：在用于驱动所述电动机的加工程序的指令语句中追加了辅助变量的指令语句，其中，辅助变量与用于加工工件的负载率相关，

所述计算部根据所述电动机的旋转速度到达目标旋转速度为止的时间、所述电动机的输出特性、与所述电动机的驱动相关的预定的惯量、以及所述辅助变量，来推定所述电动机的负载率随着时间经过的变化。

6.根据权利要求5所述的推定装置，其特征在于，

所述电动机的输出特性是：以100％的负载率驱动所述电动机时输出相对于旋转速度的关系，

所述计算部根据所述电动机的旋转速度达到目标旋转速度为止的时间来计算所述电动机的角加速度，根据所述角加速度以及所述惯量来计算加速所需的转矩，根据输出特性以及目标旋转速度来计算负载率为100％时的转矩，将加速所需的转矩除以负载率为100％时的转矩来计算所述电动机的负载率。

7.根据权利要求5所述的推定装置，其特征在于，

所述计算部根据所述电动机的旋转速度达到目标旋转速度为止的时间来计算所述电动机的角加速度，根据所述角加速度来计算所述电动机的旋转速度随着时间经过的变化，根据所述电动机的旋转速度随着时间经过的变化来推定由所述电动机驱动的对象物的位置的变化。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的推定装置，其特征在于，

所述推定装置具有：判定部，其判定由所述计算部推定出的变量，

在由所述计算部推定出的变量脱离容许范围时，所述判定部实施使进行模拟的作业者知晓的控制。