JP2005039947A - サーボ駆動装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のものより消費電力を低減することが可能なサーボ駆動装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】 本発明のＮＣ切削機１０によれば、Ｘ軸又はＺ軸のサーボモータ３０Ｘ，３０Ｚのモータ出力軸を駆動しかつ、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸を所定の位置に保持する場合に、ブレーキ３１ＹにてＹ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸をロックするので、サーボロックのみでモータ出力軸をロックする従来のものに比べて、消費電力を低減することが可能となる。また、ＣＰＵ２１は、ＮＣプログラムＰ１を読み込むと、そのＮＣプログラムＰ１に含まれる移動コマンドのパラメータに基づいてＹ軸保持用の移動コマンドであるか否かを自動的に判別し、Ｙ軸保持用と判別した移動コマンドを実行したときにブレーキ３０Ｙにてモータ出力軸をロックするので、ブレーキオン用のコマンドを制御プログラムに組み込む手間が省かれ、制御プログラムの作成効率が向上する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ワーク及び／又はツールを位置決め制御するための複数のサーボモータを備えたサーボ駆動装置及びその制御方法に関する。

従来、この種のサーボ駆動装置の一例として、例えば切削工具をワークに対して水平方向（Ｚ軸方向）と重力方向（Ｙ軸方向）とにそれぞれサーボモータにて移動してワークの所定部位を切削するＮＣ切削機が知られている。このＮＣ切削機の各サーボモータにはブレーキが備えられており、ＮＣ切削機を停止するときには各サーボモータへの給電が停止されてブレーキによりモータ出力軸がロックされ、ＮＣ切削機を作動させるときにはブレーキを解除して各サーボモータに給電を行い、切削工具が所定の位置に位置決め制御される。

ところで、上記した従来のＮＣ切削機では、切削工具をＹ軸方向、Ｚ軸方向の何れか一方向に移動しかつ他方向に移動しないときには、その移動しない軸方向のモータ出力軸をサーボロックのみでロックしていた。このため切削工具が移動しない軸に係るサーボモータにおいても電力が消費され、特に重力方向（Ｙ軸方向）でサーボロックするときには、自重を保持するために多くの電力が消費されていた。
なお、本発明の先行技術を開示した文献は、見つけることができなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来のものより消費電力を低減することが可能なサーボ駆動装置及びその制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るサーボ駆動装置は、ワーク及び／又はツールを位置決め制御するための複数のサーボモータと、サーボモータのモータ出力軸をロックするためのブレーキと、サーボモータ及びブレーキを制御する制御部とを備えたサーボ駆動装置において、制御部は、一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に保持した状態で、他のサーボモータを駆動してワーク及び／又はツールを移動するときに、ブレーキにより一のサーボモータのモータ出力軸をロックするように構成されたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のサーボ駆動装置において、制御部は、サーボモータの出力に係る変位量又は目標位置をパラメータとした移動コマンドを含む制御プログラムを実行し、移動コマンドに基づいてワーク及び／又はツールを位置決め制御すると共に、各移動コマンドが、一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に保持した状態で、他のサーボモータを駆動する一部保持用の移動コマンドであるか否かをパラメータに基づいて判別して、一部保持用と判別された移動コマンドを実行するときに、ブレーキにて一のサーボモータのモータ出力軸をロックするように構成されたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１に記載のサーボ駆動装置において、制御部は、サーボモータの出力に係る変位量又は目標位置をパラメータとした移動コマンドと、指定された何れかの一のサーボモータに対するブレーキをオンするブレーキオンコマンドとを含む制御プログラムを読み込み、移動コマンドに基づいてワーク及び／又はツールを位置決め制御すると共に、ブレーキオンコマンドに基づいて、一のサーボモータのモータ出力軸をブレーキによりロックするように構成されたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のサーボ駆動装置において、制御部は、ブレーキによってモータ出力軸がロックされた一のサーボモータに給電を行うことでブレーキとサーボロックとの両方によって一のサーボモータのモータ出力軸をロックするように構成されたところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項４に記載のサーボ駆動装置において、制御部は、ブレーキ及びサーボロックの両方によってモータ出力軸がロックされた一のサーボモータへの給電に対して電流制限を行うように構成されたところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項５に記載のサーボ駆動装置において、制御部は、一のサーボモータの出力がブレーキの保持力より小さくなるように電流制限を行うように構成されたところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項４乃至６の何れかに記載のサーボ駆動装置において、制御部は、サーボモータの出力に係る変位量又は目標位置をパラメータとした移動コマンドと、何れかの一のサーボモータのモータ出力軸に対してブレーキ及びサーボロックの両方のロックを行うためのダブルロックコマンドとを含む制御プログラムを読み込み、移動コマンドに基づいてワーク及び／又はツールを位置決め制御すると共に、ダブルロックコマンドに基づいて、一のサーボモータのモータ出力軸をブレーキ及びサーボロックの両方でロックするように構成されたところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項１乃至７に記載のサーボ駆動装置において、制御部は、ブレーキによってロックされた一のサーボモータのモータ出力軸の位置ずれを検出するように構成されたところに特徴を有する。

請求項９の発明は、請求項８に記載のサーボ駆動装置において、異常を報知するための異常報知手段を設け、制御部は、ブレーキによってロックされた一のサーボモータのモータ出力軸が位置ずれを起こしたときに異常報知手段を作動させるように構成されたところに特徴を有する。

請求項１０の発明は、請求項１乃至９の何れかに記載のサーボ駆動装置において、制御部は、ブレーキによってロックされた一のサーボモータのモータ出力軸が、所定の位置に対して予め設定された許容誤差範囲内で位置ずれを起こした場合に、ブレーキをオフした状態で一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に位置決め制御してから再度ブレーキをオンするように構成されたところに特徴を有する。

請求項１１の発明は、請求項１乃至９の何れかに記載のサーボ駆動装置において、制御部は、ブレーキによってロックされた一のサーボモータのモータ出力軸が、所定の位置に対して予め設定された許容誤差範囲内で位置ずれを起こした場合に、ブレーキとサーボロックの両方、或いは、サーボロックのみで、一のサーボモータのモータ出力軸をロックするように構成されたところに特徴を有する。

請求項１２の発明に係るサーボ駆動装置の制御方法は、複数のサーボモータによってワーク及び／又はツールを位置決め制御するサーボ駆動装置の制御方法において、一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に保持した状態で、他のサーボモータを駆動してワーク及び／又はツールを移動する場合に、一のサーボモータのモータ出力軸をブレーキによってロックするように構成されたところに特徴を有する。

請求項１３の発明に係るサーボ駆動装置の制御方法は、複数のサーボモータによってワーク及び／又はツールを位置決め制御するサーボ駆動装置の制御方法において、一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に保持した状態で、他のサーボモータを駆動してワーク及び／又はツールを移動する場合に、一のサーボモータのモータ出力軸をブレーキとサーボロックとの両方によってロックするように構成されたところに特徴を有する。

＜請求項１及び請求項１２の発明＞
請求項１及び請求項１２のサーボ駆動装置及びその制御方法では、他のサーボモータを駆動しかつ一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に保持する場合に、ブレーキにより一のサーボモータのモータ出力軸をロックするので、サーボロックのみでモータ出力軸をロックする従来のものに比べて消費電力を低減することが可能となる。

＜請求項２の発明＞
請求項２のサーボ駆動装置に備えた制御部は、制御プログラムを読み込むと、その制御プログラムに含まれる移動コマンドのパラメータに基づいて一部保持用の移動コマンドであるか否かを自動的に判別し、一部保持用と判別した移動コマンドを実行したときにブレーキにてモータ出力軸をロックするので、ブレーキオン用のコマンドを制御プログラムに組み込む手間が省かれ、制御プログラムの作成効率が向上する。

＜請求項３の発明＞
請求項３のサーボ駆動装置では、従来から用いられている制御プログラムにブレーキオンコマンドを挿入することで、本発明のサーボ駆動装置用の制御プログラムを作成することができる。

＜請求項４及び請求項１３の発明＞
請求項４及び請求項１３のサーボ駆動装置及びその制御方法では、ブレーキによってロックされた一のサーボモータに給電を行うことでブレーキとサーボロックとの両方でモータ出力軸をロックするので、何れか一方でロックする場合に比べて信頼性が高まると共に、サーボロックのみでロックした従来のものに比べて、消費電力を低減することが可能となる。

＜請求項５の発明＞
請求項５のサーボ駆動装置では、ブレーキ及びサーボロックの両方でロックされた一のサーボモータに流す電流を制限することで、一のサーボモータの発熱を抑えることができる。

＜請求項６の発明＞
請求項６のサーボ駆動装置では、一のサーボモータの出力がブレーキの保持力より小さくなるように電流制限を行うので、一のサーボモータのモータ出力軸が、目標位置からずれた位置でブレーキによりロックされたときのサーボモータの発熱を制限することができる。

＜請求項７の発明＞
請求項７のサーボ駆動装置では、従来から用いられている制御プログラムに、ダブルロックコマンドを挿入することで、本発明のサーボ駆動装置用の制御プログラムを作成することができる。

＜請求項８の発明＞
請求項８のサーボ駆動装置では、ブレーキによってロックされた一のサーボモータのモータ出力軸の位置が、所定の位置に対して予め設定された許容誤差範囲を超えてずれたことを検出するので、位置ずれがおきた状態で、サーボ駆動装置が継続して動作することを防ぐことができる。

＜請求項９の発明＞
請求項９のサーボ駆動装置では、ブレーキによりロックされたモータ出力軸が位置ずれを起こした場合に、異常報知手段が異常を報知するので、位置ずれに対する迅速な対応が可能になる。

＜請求項１０の発明＞
請求項１０のサーボ駆動装置では、ブレーキによってロックされたモータ出力軸が位置ずれを起こした場合、ブレーキをオフした状態で一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に位置決め制御してから再度ブレーキをオンすることで、モータ出力軸の位置を許容誤差範囲内に収めることができる。

＜請求項１１の発明＞
請求項１１のサーボ駆動装置では、ブレーキによってロックされた一のサーボモータのモータ出力軸が位置ずれを起こした場合に、一のサーボモータのモータ出力軸を、ブレーキとサーボロックの両方、或いは、サーボロックのみに切り替えることで、その一のサーボモータのモータ出力軸の位置を許容誤差範囲内に収めることができる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明のサーボ駆動装置としてのＮＣ切削機に係る一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１に示すようにＮＣ切削機１０のボディ１１には、水平方向を向いた主軸１２が設けられ、この主軸１２に工具１３（本発明の「ツール」に相当する）が着脱可能に取り付けられている。また、ＮＣ切削機１０のうちボディ１１の前方には治具１４が備えられ、その治具１４の上面にワーク９０が固定されている。

ＮＣ切削機１０には、工具１３をワーク９０に対して任意の位置に移動するための直動機構３４Ｘ，３４Ｙ，３４Ｚが備えられている。具体的には、重力方向をＹ軸とし、ボディ１１と治具１４とが対向する水平方向（即ち、工具１３の軸方向）をＺ軸とし、ボディ１１と治具１４との対向方向と直行する水平方向をＸ軸とすると、Ｙ軸直動機構３４Ｙは、サーボモータ３０Ｙ（図２参照）を駆動源として備え、工具１３を主軸１２と共にＹ方向に直動する。また、Ｚ軸直動機構３４Ｚは、サーボモータ３０Ｚ（図２参照）を駆動源として備え、ボディ１１全体をＺ軸方向に直動する。Ｘ軸直動機構３４Ｘは、サーボモータ３０Ｘ（図２参照）を駆動源として備え、治具１４全体をＸ軸方向に移動することで、工具１３をワーク９０に対して相対的にＸ軸方向に移動する。これらにより、治具１４に固定されたワーク９０のうちボディ１１との対向面の任意の位置に工具１３を位置決め制御することができる。なお、ＮＣ切削機１０には、図示しないツールチェンジャーが備えられており、自動で工具交換することが可能になっている。

図２に示すように各サーボモータ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚには、ブレーキ３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚが一体に備えられている。各ブレーキ３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚは、例えば、ソレノイド駆動される図示しない摩擦部材を弾性体により常にはモータ出力軸に押し付けた構造になっている。そして、ソレノイドに給電を行うことで、各ブレーキ３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚがオフ（即ち、ブレーキが解除される）する一方、ソレノイドへの給電を停止することで、各ブレーキ３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚがオンし（即ち、ブレーキがかかり）、各サーボモータ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚのモータ出力軸がロックされる。
なお、ブレーキ３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚの保持力（いわゆる、ブレーキトルク）は、例えば各サーボモータ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚの定格出力トルクと略同一になっている。

図２に示すように、各サーボモータ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚは、ＮＣ切削機１０に備えた制御駆動部２０によって駆動される。具体的には、制御駆動部２０では、ＣＰＵ２１（本発明の「制御部」に相当する）が例えばメモリ２２に記憶されたＮＣプログラムＰ１（本発明の「制御プログラム」に相当する）を読み込むことで、工具１３のＸ，Ｙ，Ｚの各軸に対する目標位置を取得すると共に、各サーボモータ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚに備えたエンコーダ３２Ｘ，３２Ｙ，３２Ｚの検出信号に基づいて、工具１３の現在位置を取得する。そして、工具１３の現在位置と目標位置との偏差に応じた電流指令値が、ＣＰＵ２１からＸ，Ｙ，Ｚの各軸のサーボアンプ３３Ｘ，３３Ｙ，３３Ｚに出力され、サーボアンプ３３Ｘ，３３Ｙ，３３Ｚから流された駆動電流によって各サーボモータ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚが駆動される。

また、制御駆動部２０には、ＮＣプログラムＰ１を変更又は入力するためのキーボード２３と、ＣＰＵ２１からの出力信号に応じたメッセージ、画像等を表示するモニタ２４と、ＣＰＵ２１から出力信号に応じた音を発するスピーカ２５が備えられている。

図３には、ＮＣプログラムＰ１のプログラムリストが示されている。このＮＣプログラムＰ１は、以下の表１に示したコマンドを含んでなる。なお、同図において、ＮＣプログラムＰ１の右側に引き出し線と共に示した「Ｓ１１０」、「Ｓ１１１」、・・・等は、説明の便宜上、ＮＣプログラムＰ１に付したステップ番号である。

ＣＰＵ２１は、ＮＣプログラムＰ１の各コマンドを実行前に先読みして、それらコマンドに基づく指令データを演算処理し、バッファに格納する。そして、バッファに格納された指令データを各サーボアンプ３３Ｘ，３３Ｙ，３３Ｚ等に出力する。ここで、ＣＰＵ２１は、上記表１における「Ｇ００ ＊」、「Ｇ０１ ＊」で示した移動コマンドを読み込んだときの演算処理の１つとして、読み込んだ移動コマンドが、工具１３をＸ軸方向又はＺ軸方向に移動しかつＹ軸方向（重力方向）では所定の位置に保持する移動コマンド（以下、これを「Ｙ軸保持用の移動コマンド」といい、これが本発明に係る「一部保持用の移動コマンド」に相当する）である否かを判別する。

例えば、ＮＣプログラムＰ１におけるステップＳ１１１に含まれる移動コマンド「Ｇ００ Ｘ−１００．Ｙ−１００」は、工具１３を現在位置からＸ軸方向に「−１００」、Ｙ軸方向に「−１００」、Ｚ軸方向に「０」だけ移動するものであり、Ｙ軸方向の移動を行うので、Ｙ軸保持用の移動コマンドではない通常の移動コマンドと判別される。一方、例えば、ＮＣプログラムＰ１におけるステップＳ１２０に含まれる移動コマンド「Ｇ００ Ｚ−５０」は、現在位置からＸ軸方向に「０」、Ｙ軸方向に「０」、Ｚ軸方向に「−５０」だけ移動するものであり、工具１３をＺ軸方向に移動しかつＹ軸方向（重力方向）には移動しないものであるから、Ｙ軸保持用の移動コマンドであると判別される。

これらと同様に、ステップＳ１３０，Ｓ１６０，Ｓ１８０に含まれる移動コマンド「Ｇ００ Ｘ１００．Ｙ１００」、「Ｇ００ Ｘ−５０．Ｙ−５０」、「Ｇ００ Ｘ５０．Ｙ５０」は通常の移動コマンドと判別される一方、ステップＳ１２１，Ｓ１２２，Ｓ１７０，Ｓ１７１，Ｓ１７２に含まれる移動コマンド「Ｇ０１ Ｚ−５０」、「Ｇ００ Ｚ１５０」、「Ｇ００ Ｚ−５０」、「Ｇ０１ Ｘ−３００」、「Ｇ００ Ｚ５０」はＹ軸保持用の移動コマンドであると判別される。

ＣＰＵ２１は、移動コマンドのうちＹ軸保持用の移動コマンドを実行するときには、その前の通常の移動コマンドの実行を終了した時点で、Ｙ軸用のサーボモータ３０Ｙのブレーキ３１Ｙをオンして、そのサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸をロックし、そのロック後、サーボモータ３０Ｙへの給電を停止する（Ｙ軸のサーボをオフする）。また、ＣＰＵ２１は、Ｙ軸保持用の移動コマンドを実行した後に、通常の移動コマンドを実行するときには、その前のＹ軸保持用の移動コマンドの実行を終了した時点で、Ｙ軸用のサーボモータ３０Ｙに給電を開始し（サーボをオンし）、そのサーボモータ３０Ｙのブレーキ３１Ｙをオフする。

なお、工具をチェンジするためのコマンド「Ｍ０６」を実行するときには、その前に主軸１２を工具交換位置に停止させるためのコマンド「Ｍ１９」の実行を終了した時点で、Ｙ軸用のサーボモータ３０Ｙのブレーキ３１Ｙをオンしてから、サーボモータ３０Ｙへの給電を停止する（Ｙ軸のサーボをオフする）。

ところで、上記した運転中におけるＹ軸のブレーキ３１Ｙが、モータ出力軸を完全にロックできなかった場合に備えて、本実施形態では以下の構成が採用されている。即ち、ＣＰＵ２１は、ブレーキ３１ＹによってロックされたＹ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸の位置ずれを検出するように構成されている。具体的には、ＣＰＵ２１は、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙに備えたエンコーダ３２Ｙの検出信号が、ブレーキ３１Ｙをオンした状態で、予め設定された所定の許容誤差範囲を超えて変化したか否かに基づいて、位置ずれを検出する。そして、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸が位置ずれを起こしたときには、ＮＣ切削機１０を一時停止すると共に、モニタ２４及びスピーカ２５（本発明の「異常報知手段」に相当する）に異常検出信号を出力し、表示と音声によって異常を報知する。これにより、位置ずれがおきた状態でＮＣ切削機１０が継続して動作することを防ぐことができると共に、位置ずれに対する迅速な対応が可能になる。

また、ＣＰＵ２１は、ブレーキ３１ＹによってロックされたＹ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸が、所定の位置に対して予め設定された許容誤差範囲内で位置ずれを起こした場合には、ＮＣ切削機１０を一時停止し、ブレーキ３１Ｙをオフした状態でＹ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸を所定の位置に位置決め制御してから再度ブレーキ３１Ｙをオンし、ＮＣ切削機１０を再起動する。これにより、Ｙ軸のモータ出力軸の位置を許容誤差範囲内に収めることができかつ、位置ずれを起こしても自動的に復旧することができる。ここで、許容誤差範囲には、製品の品質上問題にならない位置ずれの範囲に設定すればよい。
なお、ＣＰＵ２１は、ブレーキ３１ＹによってロックされたＹ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸が、所定の位置に対して予め設定された許容誤差範囲内で位置ずれを起こした場合に、ブレーキ３１Ｙとサーボロックの両方、或いは、サーボロックのみで、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸をロックするように構成してもよい。

本実施形態のＮＣ切削機１０の構成は以上であり、次に図３を参照してＮＣ切削機１０の動作について説明する。図３に示すように、作業者がＮＣ切削機１０の図示しない電源をオンし（Ｓ１）、さらに図示しない運転準備スイッチをオンすると（Ｓ２）、Ｘ軸、Ｚ軸の各サーボモータ３０Ｘ，３０Ｚに給電が開始されてＸ軸、Ｚ軸のモータ出力軸がサーボロックされかつブレーキ３１Ｘ，３１Ｚがオフされる（Ｓ３）。また、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙに関しては給電は行われず、ブレーキ３１Ｙにてモータ出力軸がロックされた状態になっている。

この状態で作業者がＮＣプログラムＰ１の実行スイッチを押すと（Ｓ４）、ＣＰＵ２１によりＮＣプログラムＰ１が実行される（Ｓ５）。すると、主軸１２の回転数が５０００［ｒｐｍ］に設定され（Ｓ１１０）、工具１３が移動コマンド「Ｇ００ Ｘ−１００．Ｙ−１００」に応じてＸ軸方向に−１００、Ｙ軸方向に−１００離れた目標位置に移動され、さらに、工具１３が正転駆動される（Ｓ１１１）。ここで、移動コマンド「Ｇ００ Ｘ−１００．Ｙ−１００」は、Ｙ軸方向の移動を伴う通常の移動コマンドであるので、ブレーキ３１Ｙがオフされた状態で、この移動コマンドが実行される。

次いで、工具１３は、移動コマンド「Ｇ００ Ｚ−５０」に応じてＺ軸方向に−５０離れた目標位置に移動された後（Ｓ１２０）、さらに移動コマンド「Ｇ０１ Ｚ−１００」によりＺ軸方向に−１００離れた目標位置に移動される（Ｓ１２１）。そして、その目標位置に工具１３が到達したら、移動コマンド「Ｇ００ Ｚ１５０」に応じて、Ｚ軸方向に１５０離れた目標位置に工具１３が戻される（Ｓ１２２）。ここで、移動コマンド「Ｇ００ Ｚ−５０」、「Ｇ０１ Ｚ−１００」、「Ｇ００ Ｚ１５０」は、工具１３をＹ軸方向において現在位置に保持した状態で、その他の軸方向（Ｚ軸方向）に移動するＹ軸保持用の移動コマンドであるので、ブレーキ３１ＹをオンしかつＹ軸のサーボをオフした状態でこれら移動コマンドが実行される。これにより、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙは、電力を消費しなくなり、節電を図ることができる。しかも、ブレーキ３１Ｙは、通電しない状態でモータ出力軸をロックするので、ブレーキ３１Ｙも電力を消費しない。

次いで、工具１３は移動コマンド「Ｇ００ Ｘ１００．Ｙ１００」に応じて、Ｘ軸方向に１００、Ｙ軸方向に１００離れた目標位置に移動して工具交換位置に停止し（Ｓ１３０）、工具番号「２番」の工具に交換される（Ｓ１４０，Ｓ１４１）。そして、主軸１２の回転数が２０００［ｒｐｍ］に設定される。これらコマンドを実行する間（Ｓ１４０〜Ｓ１５０）、工具１３はＹ軸方向において現在位置に保持された状態になっているので、Ｙ軸のブレーキ３１ＹをオンしかつＹ軸のサーボをオフした状態でこれら各コマンドが実行される。これにより、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙは、電力を消費しなくなり、節電を図ることができる。

次いで、工具１３が移動コマンド「Ｇ００ Ｘ−５０．Ｙ−５０」に応じてＸ軸方向に−５０、Ｙ軸方向に−５０離れた目標位置に移動された後、主軸１２が正転駆動される（Ｓ１６０）。この移動コマンド「Ｇ００ Ｘ−５０．Ｙ−５０」は、通常の移動コマンドであるので、Ｙ軸のサーボをオンしかつブレーキ３１Ｙをオフした状態で実行される。

次いで、工具１３は移動コマンド「Ｇ００ Ｚ−５０」に応じて、Ｚ軸方向に−５０離れた目標位置に移動された後（Ｓ１７０）、移動コマンド「Ｇ０１ Ｘ−３００」により、Ｘ軸方向に−３００離れた目標位置に工具１３が移動される（Ｓ１７１）、さらに、移動コマンド「Ｇ００ Ｚ５０」により、Ｚ軸方向に５０離れた目標位置に工具１３が移動される（Ｓ１７２）。これら移動コマンド「Ｇ００ Ｚ−５０」、「Ｇ０１ Ｘ−３００」、「Ｇ００ Ｚ５０」は、Ｙ軸保持用の移動コマンドであるので、ブレーキ３１ＹをオンしかつＹ軸のサーボをオフした状態でこれら移動コマンドが実行される。これにより、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙは、電力を消費しなくなり、節電を図ることができる。

次いで、工具１３が移動コマンド「Ｇ００ Ｘ５０．Ｙ５０」に応じて、Ｘ軸方向に５０、Ｙ軸方向に５０離れた目標位置に移動されて工具交換位置に停止し（Ｓ１８０）、工具番号が「１番」の工具に交換され（Ｓ１９０，Ｓ１９１）、ＮＣプログラムＰ１が終了する（Ｓ１９２）。

このように本実施形態のＮＣ切削機１０によれば、Ｘ軸又はＺ軸のサーボモータ３０Ｘ，３０Ｚのモータ出力軸を駆動しかつ、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸を所定の位置に保持する場合に、ブレーキ３１ＹにてＹ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸をロックするので、サーボロックのみでモータ出力軸をロックする従来のものに比べて、消費電力を低減することが可能となる。しかも、Ｙ軸は自重を受ける軸であるので、運転中に他の軸をブレーキにてロックする場合に比べて効率的に消費電力の低減を図ることができる。また、ＣＰＵ２１は、ＮＣプログラムＰ１を読み込むと、そのＮＣプログラムＰ１に含まれる移動コマンドのパラメータに基づいてＹ軸保持用の移動コマンドであるか否かを自動的に判別し、Ｙ軸保持用と判別した移動コマンドを実行したときにブレーキ３０Ｙにてモータ出力軸をロックするので、ブレーキオン用のコマンドを制御プログラムに組み込む手間が省かれ、制御プログラムの作成効率が向上する。さらに、従来のＮＣ切削機とコマンドの書式を統一化して、従来のプログラム資源を有効活用することも可能になる。

＜第２実施形態＞
本実施形態は、図４に示されている。同図に示した本実施形態のＮＣプログラムＰ２は、前記第１実施形態のＮＣプログラムＰ１に以下説明するダブルロック用補助コマンドを追加した構成になっている。

詳細には、第１実施形態のＮＣプログラムＰ１を本実施形態のＮＣプログラムＰ２に変更するには、作業者はＮＣ切削機１０の制御駆動部２０に備えたキーボード２３を操作してＮＣプログラムＰ１を呼び出し、モニタ２４にＮＣプログラムＰ１のプログラムリストを表示する。そして、そのプログラムリストにおけるＹ軸保持用の移動コマンドのうちＹ軸のサーボモータ３０Ｙの負荷が比較的大きなものを選択し、そのＹ軸保持用の移動コマンドの前にキーボード２３によってダブルロック用補助コマンドを挿入する。具体的には、例えば、上記したＮＣプログラムＰ１におけるステップＳ１７０の前に、ダブルロック用補助コマンドを挿入する（Ｓ１６１）。

ここで、ダブルロック用補助コマンドは、図４において例えば「Ｍ１３」で表示されており、ＣＰＵ２１がこのダブルロック用補助コマンド「Ｍ１３」を実行すると、Ｙ軸のブレーキ３１Ｙがオンした状態でサーボモータ３０Ｙへの給電が行われ、ブレーキ３１Ｙとサーボロックとの両方によってモータ出力軸がロックされる。このとき、ＣＰＵ２１は、サーボオンによるモータ出力トルクが、ブレーキ３１Ｙのブレーキトルクより小さくなるようにサーボモータ３０Ｙに流す電流を制限する。これにより、Ｙ軸のサーボモータ３０Ｙのモータ出力軸が、目標位置からずれた位置でブレーキ３１Ｙによりロックされたときのサーボモータの発熱を制限することができる。なお、上記したＮＣプログラムＰ２以外の本実施形態の構成は、前記第１実施形態と同じであるため重複した説明は省略する。

このように本実施形態のＮＣ切削機１０によれば、ブレーキ３１Ｙとサーボロックとの両方でモータ出力軸をロックするので、何れか一方でロックする場合に比べて信頼性が高まると共に、サーボロックのみでロックした従来のものに比べて、消費電力を低減することが可能となる。また、既存のＮＣプログラムに、ダブルロックコマンドを挿入することで、容易に本発明に係るＮＣ切削機１０用のＮＣプログラムに変更することができる。

＜第３実施形態＞
前記第１実施形態のＮＣ切削機１０では、ＮＣプログラムＰ１の移動コマンドのパラメータに基づいて、それら移動コマンドがＹ軸保持用の移動コマンドか否かを自動判別していたが、本実施形態のＮＣ切削機１０では、図５に示すように、作業者がＮＣプログラムにブレーキオン用補助コマンド、ブレーキオフ用補助コマンド、ダブルロック用補助コマンドを挿入し、ＣＰＵ２１がこれら補助コマンドに応じて、Ｙ軸ブレーキ及びサーボをオンオフする構成になっている。

詳細には、前記第１実施形態におけるＮＣプログラムＰ１の各移動コマンドが、Ｙ軸保持用の移動コマンドか否かを作業者が判別し、Ｙ軸保持用の移動コマンド（ステップＳ１２０，Ｓ１２１，Ｓ１２２，Ｓ１７１，Ｓ１７２）の前側に、ブレーキオン用補助コマンドを挿入する（Ｓ１１２，Ｓ１３１）。また、通常の移動コマンドの前側（ステップＳ１１１，Ｓ１３０，Ｓ１６０，Ｓ１８０）には、ブレーキオフ用補助コマンドを挿入する（Ｓ１０１，Ｓ１２３，Ｓ１５１、Ｓ１７３）。さらに、Ｙ軸保持用の移動コマンドのうちＹ軸のサーボモータ３０Ｙの負荷が比較的大きなもの（Ｓ１７０）の前には、ダブルロック用補助コマンドを挿入する（Ｓ１６１）。

ここで、ブレーキオン用補助コマンドは、図５において例えば「Ｍ１２」で表示されており、ＣＰＵ２１がこのブレーキオン用補助コマンド「Ｍ１２」を実行すると、Ｙ軸のブレーキ３１Ｙをオンしかつサーボモータ３０Ｙへの給電を停止する（サーボをオフする）。また、ブレーキオフ用補助コマンドは、図５において例えば「Ｍ１１」で表示されており、ＣＰＵ２１がこのブレーキオフ用補助コマンド「Ｍ１１」を実行すると、Ｙ軸のブレーキ３１Ｙをオフしかつサーボモータ３０Ｙへの給電を行う（サーボをオンする）。なお、上記以外の本実施形態の構成は、前記第１及び第２の実施形態と同じであるため重複した説明は省略する。

本実施形態のＮＣ切削機１０では、従来から用いられている制御プログラムに、ブレーキオンコマンド、ブレーキオフコマンド及び必要に応じてダブルロック用補助コマンドを挿入することで、容易に、本発明のＮＣ切削機１０用のＮＣプログラムを作成することができる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１〜第３の各実施形態では、ＮＣ切削機を一例にして本発明に係るサーボ駆動装置及びその制御方法を説明したが、本発明に係るサーボ駆動装置には、ワークを加工しない検査機、測定機、又はロボット等も含まれる。

（２）前記第１〜第３の各実施形態では、モータ出力軸が回転するサーボモータであったが、モータ出力軸が直動するリニアモータとしてのサーボモータを備えたサーボ駆動装置に本発明を適用してもよい。

（３）前記第１〜第３の各実施形態では、ブレーキがサーボモータに一体に備えられていたが、サーボモータとは別に、モータ出力軸に連結された駆動系の一部にブレーキを備えた構成にしてもよい。

（４）前記第１〜第３の各実施形態では、重力方向のＹ軸のサーボモータにのみ運転中のブレーキによるロックを行っていたが、他の軸に関して運転中のブレーキによるロックを行ってもよいし、全軸に関して運転中のブレーキによるロックを行ってもよい。

（５）前記第１〜第３の各実施形態のサーボ駆動装置では、直交３軸の駆動系の駆動源としての複数のサーボモータの一部に、運転中のブレーキによるロックを行う構成であったが、互いに向きが異なる駆動系を備えていれば、それらの向きは直交３軸に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るＮＣ切削機の斜視図 ＮＣ切削機の電機的構成を示すブロック図 プログラムリストを含むＮＣ切削機の動作を示すフロー 第２実施形態のＮＣ切削機の動作を示すフロー 第３実施形態のＮＣ切削機の動作を示すフロー

符号の説明

１０ ＮＣ切削機
１１ ボディ
１３ 工具（ツール）
１４ 治具
２１ ＣＰＵ（制御部）
２４ モニタ（異常報知手段）
２５ スピーカ（異常報知手段）
３０Ｘ Ｘ軸のサーボモータ（他のサーボモータ）
３０Ｙ Ｙ軸のサーボモータ（一のサーボモータ）
３０Ｚ Ｚ軸のサーボモータ（他のサーボモータ）
３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚ ブレーキ
９０ ワーク

Claims (13)

1. ワーク及び／又はツールを位置決め制御するための複数のサーボモータと、前記サーボモータのモータ出力軸をロックするためのブレーキと、前記サーボモータ及び前記ブレーキを制御する制御部とを備えたサーボ駆動装置において、
   前記制御部は、一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に保持した状態で、他のサーボモータを駆動して前記ワーク及び／又はツールを移動するときに、前記ブレーキにより前記一のサーボモータのモータ出力軸をロックするように構成されたことを特徴とするサーボ駆動装置。
2. 前記制御部は、前記サーボモータの出力に係る変位量又は目標位置をパラメータとした移動コマンドを含む制御プログラムを実行し、前記移動コマンドに基づいて前記ワーク及び／又はツールを位置決め制御すると共に、
   前記各移動コマンドが、前記一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に保持した状態で、他のサーボモータを駆動する一部保持用の移動コマンドであるか否かを前記パラメータに基づいて判別して、前記一部保持用と判別された移動コマンドを実行するときに、前記ブレーキにて前記一のサーボモータのモータ出力軸をロックするように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のサーボ駆動装置。
3. 前記制御部は、前記サーボモータの出力に係る変位量又は目標位置をパラメータとした移動コマンドと、指定された何れかの一のサーボモータに対する前記ブレーキをオンするブレーキオンコマンドとを含む制御プログラムを読み込み、
   前記移動コマンドに基づいて前記ワーク及び／又はツールを位置決め制御すると共に、前記ブレーキオンコマンドに基づいて、前記一のサーボモータのモータ出力軸を前記ブレーキによりロックするように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のサーボ駆動装置。
4. 前記制御部は、前記ブレーキによって前記モータ出力軸がロックされた前記一のサーボモータに給電を行うことで前記ブレーキとサーボロックとの両方によって前記一のサーボモータのモータ出力軸をロックするように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のサーボ駆動装置。
5. 前記制御部は、前記ブレーキ及びサーボロックの両方によって前記モータ出力軸がロックされた前記一のサーボモータへの給電に対して電流制限を行うように構成されたことを特徴とする請求項４に記載のサーボ駆動装置。
6. 前記制御部は、前記一のサーボモータの出力が前記ブレーキの保持力より小さくなるように前記電流制限を行うように構成されたことを特徴とする請求項５に記載のサーボ駆動装置。
7. 前記制御部は、前記サーボモータの出力に係る変位量又は目標位置をパラメータとした移動コマンドと、何れかの一のサーボモータのモータ出力軸に対して前記ブレーキ及び前記サーボロックの両方のロックを行うためのダブルロックコマンドとを含む制御プログラムを読み込み、
   前記移動コマンドに基づいて前記ワーク及び／又はツールを位置決め制御すると共に、前記ダブルロックコマンドに基づいて、前記一のサーボモータのモータ出力軸を前記ブレーキ及びサーボロックの両方でロックするように構成されたことを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載のサーボ駆動装置。
8. 前記制御部は、前記ブレーキによってロックされた前記一のサーボモータのモータ出力軸の位置ずれを検出するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至７に記載のサーボ駆動装置。
9. 異常を報知するための異常報知手段を設け、
   前記制御部は、前記ブレーキによってロックされた前記一のサーボモータのモータ出力軸が位置ずれを起こしたときに前記異常報知手段を作動させるように構成されたことを特徴とする請求項８に記載のサーボ駆動装置。
10. 前記制御部は、前記ブレーキによってロックされた前記一のサーボモータのモータ出力軸が、所定の位置に対して予め設定された許容誤差範囲内で位置ずれを起こした場合に、前記ブレーキをオフした状態で前記一のサーボモータのモータ出力軸を前記所定の位置に位置決め制御してから再度前記ブレーキをオンするように構成されたことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載のサーボ駆動装置。
11. 前記制御部は、前記ブレーキによってロックされた前記一のサーボモータのモータ出力軸が、所定の位置に対して予め設定された許容誤差範囲内で位置ずれを起こした場合に、前記ブレーキと前記サーボロックの両方、或いは、前記サーボロックのみで、前記一のサーボモータのモータ出力軸をロックするように構成されたことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載のサーボ駆動装置。
12. 複数のサーボモータによってワーク及び／又はツールを位置決め制御するサーボ駆動装置の制御方法において、
    一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に保持した状態で、他のサーボモータを駆動して前記ワーク及び／又はツールを移動する場合に、前記一のサーボモータのモータ出力軸をブレーキによってロックするように構成されたことを特徴とするサーボ駆動装置の制御方法。
13. 複数のサーボモータによってワーク及び／又はツールを位置決め制御するサーボ駆動装置の制御方法において、
    一のサーボモータのモータ出力軸を所定の位置に保持した状態で、他のサーボモータを駆動して前記ワーク及び／又はツールを移動する場合に、前記一のサーボモータのモータ出力軸をブレーキとサーボロックとの両方によってロックするように構成されたことを特徴とするサーボ駆動装置の制御方法。
    
    

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