JP6605926B2 - 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置に関する。本発明はまた、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法に関する。

主軸と送り軸との同期運転によりタップ加工を行う工作機械においては、加工精度を向上させたりサイクルタイムを短縮したりするための構成が種々提案されている。例えば特許文献１は、主軸の回転に送り軸が追従して動作しながらタップ加工を行うねじ加工装置であって、主軸の回転速度及び回転加速度とねじピッチとから送り軸に対する送り指令値を演算するとともに、主軸の実際の回転位置に従って送り指令値を補正することで、タップ加工の精度を向上させるようにしたねじ加工装置を開示する。また特許文献２は、タップ加工のために主軸と送り軸との同期制御を行う数値制御装置の主軸モータ加減速制御方法であって、数値制御装置が、主軸の出力特性に対応する加減速指令を作成して、この加減速指令により主軸を制御することで主軸の応答性を向上させ、結果としてサイクルタイムを短縮できるようにした主軸モータ加減速制御方法を開示する。

特許第２６２９７２９号公報 特許第３５５３７４１号公報

主軸と送り軸との同期運転によりタップ加工を行う工作機械では、一般に、主軸が有する加速能力に依存してサイクルタイムが決まる。数値制御装置が主軸の出力特性に対応する加減速指令を作成するために要するパラメータの設定や調整等の、高度な技術が要求される予備作業を行うことなく、より簡単な構成で、主軸の加速能力を最大限に発揮させる制御を行ってサイクルタイムを短縮できるようにすることが望まれている。

本発明の一態様は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置であって、タップ加工プログラムに基づき主軸指令及び送り軸指令を作成する数値制御部と、主軸指令に従って主軸の回転動作を制御する主軸制御部と、主軸の回転位置を検出する回転検出部と、送り軸指令に従って、回転位置に基づき送り軸の送り動作を制御する送り軸制御部とを具備し、数値制御部は、始動位置から目標位置に至る間の主軸の総回転量と最高回転速度とをタップ加工プログラムから取得して、総回転量と最高回転速度とを主軸指令として主軸制御部に送る主軸指令出力部を備え、主軸制御部は、最高回転速度を目標値とする速度制御により始動位置から主軸を最大能力で加速回転させる初期動作制御部と、最大能力での加速回転の間に、回転位置に基づき主軸の予め定めた単位時間毎の回転量を検出する回転量検出部と、検出した単位時間毎の回転量を記憶する回転量記憶部と、総回転量と回転位置とに基づき、現在位置から目標位置に至るまでの主軸の残回転量を検出する残回転量検出部と、最大能力での加速回転の後に、単位時間毎の回転量と残回転量とに基づき、主軸を減速回転させて目標位置で停止させるための位置制御を実行する位置決め動作制御部と、を備える制御装置である。

本発明の他の態様は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法であって、制御装置が、始動位置から目標位置に至る間の主軸の総回転量と最高回転速度とをタップ加工プログラムから取得するステップと、最高回転速度を目標値とする速度制御により始動位置から主軸を最大能力で加速回転させるステップと、最大能力での加速回転の間に、主軸の回転位置フィードバック値に基づき主軸の予め定めた単位時間毎の回転量を検出して記憶するステップと、総回転量と回転位置フィードバック値とに基づき、現在位置から目標位置に至るまでの主軸の残回転量を検出するステップと、最大能力での加速回転の後に、単位時間毎の回転量と残回転量とに基づき、主軸を減速回転させて目標位置で停止させるための位置制御を実行するステップと、を備える制御方法である。

一態様に係る制御装置によれば、主軸に始動位置から目標位置までの回転動作を行わせる際に、数値制御部が主軸制御部に対して、主軸の総回転量と最高回転速度のみを主軸指令として通知し、主軸制御部がこの主軸指令に従い、最高回転速度を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸を加速させて回転動作を実行するとともに、その間に記憶した主軸の単位時間毎の回転量と主軸の残回転量とに基づき、主軸を減速回転させて目標位置で停止させる構成としたから、数値制御部に対し主軸の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。しかも、主軸制御部は、最大出力での加速回転中に記憶した主軸の単位時間毎の回転量を用いて、減速回転のための位置制御の指令値を作成できるので、位置制御を容易かつ迅速に実行して主軸を目標位置で停止させることができる。

他の態様に係る制御方法によれば、上記した制御装置の効果と同等の効果が奏される。

工作機械制御装置の第１実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 工作機械制御方法の第１実施形態の構成を示すフローチャートである。 図２の実施形態における主軸の動作の一例を示す図である。 図２の実施形態における主軸の動作の他の例を示す図である。 工作機械制御装置の第２実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 工作機械制御方法の第２実施形態の構成を示すフローチャートである。 図６の実施形態における主軸の動作の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は、第１の実施形態による工作機械の制御装置１０の構成を機能ブロックで示す。制御装置１０は、主軸１２と送り軸１４との同期運転によりタップ加工を行う工作機械（例えば旋盤、ボール盤、マシニングセンタ等）において、送り軸１４が、タップ加工プログラムＰで指定されるねじピッチを考慮しながら、主軸１２の回転動作に追従するように動作する同期運転（いわゆるマスター・スレーブ同期方式）を制御するものである。図示しないが、主軸１２は、ワークや工具を把持する把持部を加工に必要な速度で回転運動させる主軸モータ等の駆動装置に設定される制御軸である。図示しないが、送り軸１４は、ワークや工具を支持する支持部を加工に必要な速度で送り運動させるサーボモータ等の駆動装置に設定される制御軸である。例えば旋盤では、主軸１２で回転するワークに対して工具を送り軸１４で直線送りしたり、主軸１２で回転するワークを工具に対して送り軸１４で直線送りしたりすることができる。またボール盤では、主軸１２で回転する工具をワークに対して送り軸１４で直線送りしたり、主軸１２で回転する工具に対してワークを送り軸１４で直線送りしたりすることができる。いずれの場合も、動作中の加減速トルクに比較的余裕の有る送り軸１４が、動作中の加減速トルクに比較的余裕の無い主軸１２に追従するように動作することで、同期誤差を低減して加工精度を向上させることができる。なお本発明において、工作機械の構成は特に限定されない。

制御装置１０は、タップ加工プログラムＰに基づき主軸指令ＣＳ及び送り軸指令ＣＦを作成する数値制御部１６と、主軸指令ＣＳに従って主軸１２の回転動作を制御する主軸制御部１８と、主軸１２の回転位置を検出する回転検出部２０と、送り軸指令ＣＦに従って、回転検出部２０が検出した回転位置に基づき送り軸１４の送り動作を制御する送り軸制御部２２とを備える。数値制御部１６は、タップ加工プログラムＰを解釈するプログラム解釈部２４と、プログラム解釈部２４の解釈に従い主軸指令ＣＳを作成して、主軸制御部１８に主軸指令ＣＳを送る主軸指令出力部２６と、プログラム解釈部２４の解釈に従い送り軸指令ＣＦを作成して、送り軸制御部２２に送り軸指令ＣＦを送る送り軸指令出力部２８とを備える。数値制御部１６は、公知のＣＮＣ装置のハードウェア構成を有することができる。

主軸指令出力部２６は、タップ加工の開始に先立ち、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、始動位置（回転位置）から目標位置（回転位置）に至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを取得して、これら総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを主軸指令ＣＳとして主軸制御部１８に送る。例えばタップ加工プログラムＰが、主軸１２の最高回転速度（この例では１分間当りの最大回転数）Ｖ０を３０００ｒｅｖ／ｍｉｎとして、ねじピッチ１．２５ｍｍ、ねじ深さ３０ｍｍの雌ねじを加工する指令を含む場合、始動位置である加工開始位置から目標位置である目標ねじ深さに至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０は、３０÷１．２５＝２４（ｒｅｖ）となるから、主軸指令出力部２６は、Ｖ０＝３０００（ｒｅｖ／ｍｉｎ）とＳ０＝２４（ｒｅｖ）とを主軸制御部１８に通知する。このように主軸指令ＣＳは、主軸１２を目標位置（目標ねじ深さ）まで回転運動させるための位置指令や加減速指令を含まないものとなっている。

主軸制御部１８は、回転検出部２０が検出した主軸１２の回転位置ＦＢＳ（すなわちフィードバック値）を用いて、一般的なフィードバック制御により主軸１２の回転動作を制御する。送り軸制御部２２は、送り軸１４の送り位置のフィードバック値に加えて、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、フィードバック制御により主軸１２の動作に追従する送り軸１４の送り動作を制御する。なお回転検出部２０は、主軸１２の駆動装置の動作位置を検出するエンコーダ等の位置検出器（図示せず）の出力から、回転位置ＦＢＳを取得することができる。

主軸制御部１８は、主軸指令出力部２６から送られた最高回転速度Ｖ０を目標値とする速度制御により始動位置から主軸１２を最大能力で加速回転させる初期動作制御部３０と、最大能力での加速回転の間に、回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の予め定めた単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄを検出する回転量検出部３２と、検出した単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄを記憶する回転量記憶部３４と、主軸指令出力部２６から送られた総回転量Ｓ０と回転位置ＦＢＳとに基づき、現在位置（回転位置）から目標位置に至るまでの主軸１２の残回転量Ｓｒを検出する残回転量検出部３６と、最大能力での加速回転の後に、回転量記憶部３４に記憶した単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄと残回転量検出部３６が検出した残回転量Ｓｒとに基づき、主軸１２を減速回転させて目標位置で停止させるための位置制御を実行する位置決め動作制御部３８とを備える。

回転量Ｓｄの検出時間である単位時間ｔは、例えば、初期動作制御部３０が主軸１２を停止状態から最高回転速度Ｖ０に到達させるに要することが想定される時間（つまり最大能力での加速回転の全時間）Ｔ０を、任意の除数で分割した時間として設定できる。例えば単位時間ｔは、Ｔ０の１／５０以上とすることができ、またＴ０の１／１０以下とすることができる。また単位時間ｔは、例えば主軸１２の動作制御周期（一般に数ｍｓ）と同一とすることができる。単位時間ｔが短いほど、位置決め動作制御部３８が実行する位置制御の位置決め精度を向上できる。単位時間ｔが長いほど、位置決め動作制御部３８における指令値の計算負荷を緩和できるとともに、回転量記憶部３４の記憶容量を削減できる。予め設定した単位時間ｔは、例えば制御装置１０のメモリ（図示せず）に制御用パラメータの１つとして格納できる。

制御装置１０は、工作機械を用いたタップ加工において、ワークの下穴を工具で目標ねじ深さまで切削するための主軸１２の回転動作（本願で切削動作と称する）を制御することができる。また制御装置１０は、工作機械を用いたタップ加工において、ワークの下穴を目標ねじ深さまで切削加工した後に工具をワークから引き抜くための主軸１２の回転動作（本願で戻り動作と称する）を制御することができる。切削動作の制御では、「始動位置」はタップ加工の「加工開始位置」に相当し、「目標位置」はタップ加工の「目標ねじ深さ」に相当する。また戻り動作の制御では、「始動位置」はタップ加工の「目標ねじ深さ」に相当し、「目標位置」はタップ加工の「戻り完了位置」に相当する。

図２は、制御装置１０が実行する工作機械制御方法の第１の実施形態を示す。また図３及び図４は、図２の制御方法によって実現される主軸１２の動作の二つの異なる例を示す。この実施形態による制御方法は、タップ加工における主軸１２の切削動作と戻り動作との双方を制御できるものである。なお以下の説明では、理解を助けるため、切削動作の制御に関する用語として「総回転量」、「最高回転速度」、「加速回転」、「単位時間毎の回転量」、「残回転量」、「現在速度」及び「減速回転」を用いる一方、戻り動作の制御に関してはそれぞれに対応する実質同義の用語として「総戻り回転量」、「最高戻り回転速度」、「加速逆回転」、「単位時間毎の戻り回転量」、「残戻り回転量」、「逆回転の現在速度」及び「減速逆回転」を用いる。

まず、図２のフローチャートを図１と共に参照して、制御装置１０が実行する主軸１２の切削動作制御方法を説明する。ステップＵ１で、数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、加工開始位置（始動位置）から目標ねじ深さ（目標位置）に至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを取得して、主軸制御部１８に総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを指令する。ステップＵ２で、主軸制御部１８（初期動作制御部３０）は、最高回転速度Ｖ０を目標速度とする速度制御により、加工開始位置から主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転させて切削動作を実行する。ステップＵ３で、主軸制御部１８（残回転量検出部３６）は、加速回転中の現在位置からの残回転量Ｓｒを逐次検出する。検出した残回転量Ｓｒは、検出の都度、主軸制御部１８が数値制御部１６に通知する。ステップＵ４で、主軸制御部１８（回転量検出部３２、回転量記憶部３４）は、最大能力での加速回転の間に、回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄを逐次検出して記憶する。主軸制御部１８は、ステップＵ２〜Ｕ４を同時並行処理できる。

次にステップＵ５で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２以下になっているか否かを判断する。ＳｒがＳ０の１／２以下になっている場合、ステップＵ６で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄと残回転量Ｓｒとに基づき、主軸１２を減速回転させて切削動作を継続実行し、目標ねじ深さで停止させる。ＳｒがＳ０の１／２以下になっていない場合はステップＵ４に戻る。

ここで図３を参照すると、主軸１２の現在速度が最高回転速度Ｖ０に達する前に残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になった場合（ステップＵ５の判断がＹＥＳの場合）の、主軸１２の切削動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の上側の曲線）で示されている。図３において、Ｖｂは、始動から速度Ｖｂまでは一定トルクでの加速（つまり一定加速度）が可能な回転速度（例えば主軸モータの基底速度）として、主軸１２に予め設定されたものであって、例えば制御装置１０のメモリ（図示せず）に制御用パラメータの１つとして格納できるものである。なお実用上、速度Ｖｂは、主軸モータの基底速度（主軸モータと主軸１２との間に減速比が存在する場合は減速比を考慮した速度）以下であればよい。

ステップＵ２における主軸１２の最大能力の加速回転（速度制御）は、図３の時間Ｔ１及びＴ２で実行される。時間Ｔ１は、加工開始位置での始動から速度Ｖｂに達するまでの一定加速度（最大加速度）の時間であり、時間Ｔ２は、速度Ｖｂを超えて主軸モータの特性により自動的に加速度が最大加速度から漸減する時間である。これら時間Ｔ１及びＴ２（つまり加速回転の全時間Ｔ０）で、ステップＵ４における主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄの検出及び記憶が実行される。単位時間ｔを速度制御の時間（Ｔ１＋Ｔ２）の１／ｎ（ｎは２以上の整数）とすると、回転量検出部３２は、始動から単位時間ｔ_１経過時点までの回転量Ｓｄ_１、単位時間ｔ_１経過時点から単位時間ｔ_２経過時点までの回転量Ｓｄ_２、……、単位時間ｔ_{（ｎ−１）}経過時点から単位時間ｔ_ｎ経過時点までの回転量Ｓｄ_ｎを逐次リアルタイムで検出する。回転量記憶部３４には、回転量検出部３２が検出した全ての回転量Ｓｄ_１〜Ｓｄ_ｎが、検出の都度格納される。回転量Ｓｄの検出及び記憶は、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になる（つまり加工開始位置からの回転量が総回転量Ｓ０の１／２になる）まで行われる。この構成では、ΣＳｄ_ｉ＝Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋……＋Ｓｄ_ｎ＝Ｓ０／２である。

残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になった時点（ステップＵ５の判断がＹＥＳとなった時点）Ａ（以下、中間点Ａ）で、初期動作制御部３０による主軸１２の速度制御が終了し、位置決め動作制御部３８が主軸１２の位置制御を開始する。速度制御から位置制御への切り替えに伴い、主軸１２の動作は加速回転から減速回転に変わり、時間Ｔ３及びＴ４で、ステップＵ６における主軸１２の減速回転が実行される。減速回転中も残回転量検出部３６は、主軸１２の現在位置からの残回転量Ｓｒを逐次検出する。

ステップＵ６において、位置決め動作制御部３８は、逐次検出されている残回転量Ｓｒを監視し、速度制御の間に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄ（つまりＳｄ_１〜Ｓｄ_ｎ）を残回転量Ｓｒと対応させて、現在位置から単位時間ｔ経過後の位置を表す位置制御の指令値を作成する。具体的には、主軸１２を、中間点Ａ（つまりＳｒ＝Ｓ０／２）から単位時間ｔ経過後にＳｒ＝（Ｓ０／２−Ｓｄ_ｎ）の位置に到達させる指令値、Ｓｒ＝（Ｓ０／２−Ｓｄ_ｎ）の位置から単位時間ｔ経過後にＳｒ＝（Ｓ０／２−Ｓｄ_ｎ−Ｓｄ_{（ｎ−１）}）の位置に到達させる指令値、……、及びＳｒ＝（Ｓ０／２−Ｓｄ_ｎ−Ｓｄ_{（ｎ−１）}−……−Ｓｄ_２）の位置から単位時間ｔ経過後にＳｒ＝（Ｓ０／２−Ｓｄ_ｎ−Ｓｄ_{（ｎ−１）}−……−Ｓｄ_２−Ｓｄ_１）＝０の位置（すなわち目標ねじ深さ）に到達させる指令値を作成する。主軸１２は、こうして作成された位置制御の指令値に従って動作することで、中間点Ａ到達時を境に加速回転中の速度−時間曲線を反転した速度−時間曲線で表される負の加速度を生じながら、中間点Ａから目標ねじ深さに向かって減速回転する。図３から理解されるように、時間Ｔ３は、漸増する負の加速度で速度Ｖｂまで減速する時間に相当し、時間Ｔ４は、速度Ｖｂから一定加速度（負の最大加速度）で速度零に至るまでの時間に相当する。位置決め動作制御部３８によるこのような位置制御により、主軸１２は、目標ねじ深さ（Ｓｒ＝０）に到達したときに回転を停止する。

図２に示す工作機械制御方法は、主軸１２を始動位置から目標位置まで動作させる間に、速度制御においては駆動源の最大能力で主軸１２を加速回転させ、位置制御においては速度制御中に取得した単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄを用いて主軸１２を減速回転させるように構成されているから、速度制御ループの実行中を除いて主軸１２の現在速度を監視する必要が無いものである。この構成において、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になる前に主軸１２の現在速度が最高回転速度Ｖ０に達した場合の主軸１２の動作例を、図４を参照して説明する。

図４は、主軸１２が中間点Ａに到達する前に主軸１２の現在速度が最高回転速度Ｖ０に達した場合の、主軸１２の切削動作の一例を、速度−時間曲線（時間軸の上側の曲線）で示す。図２のステップＵ２における主軸１２の最大能力の加速回転（速度制御）は、図４の時間Ｔ１及びＴ２で実行される。時間Ｔ１では、主軸１２は加工開始位置での始動から速度Ｖｂに達するまで一定加速度（最大加速度）で加速し、時間Ｔ２では、速度Ｖｂを超えて主軸モータの特性により加速度が最大加速度から漸減する。時間Ｔ２において、主軸１２が中間点Ａに到達する前に速度制御ループによって主軸１２の現在速度が最高回転速度Ｖ０に達すると、それ以降、主軸１２は、中間点Ａに到達するまでの時間Ｔ５に渡り一定速度Ｖ０（つまり加速度零）で回転して切削動作を継続する。図２のステップＵ４における主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄの検出及び記憶は、時間Ｔ１及びＴ２（つまり加速回転の全時間Ｔ０）並びに時間Ｔ５で実行される。速度制御の時間Ｔ１、Ｔ２及びＴ５の間に、図３の動作例と同様に、回転量検出部３２が検出した全ての回転量Ｓｄ_１〜Ｓｄ_ｎが回転量記憶部３４に格納される。回転量Ｓｄの検出及び記憶は、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になるまで行われる。この構成では、ΣＳｄ_ｉ＝Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋……＋Ｓｄ_ｎ＝Ｓ０／２である。

残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になった時点Ａ（中間点Ａ）で、初期動作制御部３０による主軸１２の速度制御が終了し、位置決め動作制御部３８が主軸１２の位置制御を開始する。速度制御から位置制御への切り替えに伴い、主軸１２の動作は加速回転から減速回転に変わり、時間Ｔ３及びＴ４で、図２のステップＵ６における主軸１２の減速回転が実行される。ステップＵ６では、図３の動作例と同様に、位置決め動作制御部３８が、逐次検出されている残回転量Ｓｒを監視し、速度制御の間に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄ（つまりＳｄ_１〜Ｓｄ_ｎ）を残回転量Ｓｒと対応させて、現在位置から単位時間ｔ経過後の位置を表す位置制御の指令値を作成する。主軸１２は、こうして作成された位置制御の指令値に従って動作することで、中間点Ａ到達時を境に加速回転中の速度−時間曲線を反転した速度−時間曲線で表される負の加速度を生じながら、中間点Ａから目標ねじ深さに向かって減速回転する。図４から理解されるように、時間Ｔ３は、最高回転速度Ｖ０での定速回転を経て漸増する負の加速度で速度Ｖｂまで減速する時間に相当し、時間Ｔ４は、速度Ｖｂから一定加速度（負の最大加速度）で速度零に至るまでの時間に相当する。位置決め動作制御部３８によるこのような位置制御により、主軸１２は、目標ねじ深さ（Ｓｒ＝０）に到達したときに回転を停止する。

図３及び図４のいずれの動作例においても、主軸制御部１８が主軸１２の加工開始位置から目標ねじ深さまでの回転動作（切削動作）を制御する間、送り軸制御部２２（図１）は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するように制御して送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８がステップＵ２〜ステップＵ６の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残回転量Ｓｒを監視して、残回転量Ｓｒが第１の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断する。

上記したように、制御装置１０は、主軸１２に加工開始位置から目標ねじ深さまでの切削動作を行わせる際に、数値制御部１６が主軸制御部１８に対して、主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０のみを主軸指令ＣＳとして通知し、主軸制御部１８がこの主軸指令ＣＳに従い、最高回転速度Ｖ０を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸１２を加速させて切削動作を実行するとともに、その間に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄと逐次検出する主軸１２の残回転量Ｓｒとに基づき、主軸１２を減速回転させながら目標ねじ深さまでの切削動作を継続実行して目標ねじ深さで停止させるように構成されている。したがって制御装置１０によれば、数値制御部１６に対し主軸１２の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸１２の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

しかも制御装置１０によれば、主軸制御部１８は、最大出力での加速回転中に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄを用いて、減速回転のための位置制御の指令値を作成できるので、位置制御を容易かつ迅速に実行して主軸１２を目標ねじ深さで停止させることができる。

図１及び図２に示す実施形態において、制御装置１０は、主軸１２の前述した戻り動作に際し、加工開始位置から目標ねじ深さまでの上記した切削動作制御と同様の制御を行うことができる。図３及び図４は、上記した主軸１２の切削動作に加えて、同切削動作に対応する主軸１２の戻り動作を、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示している。以下、図１〜図４を参照して、制御装置１０が実行する主軸１２の戻り動作制御方法を説明する。

数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断した後に、ステップＵ１で、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、目標ねじ深さ（始動位置）から戻り完了位置（目標位置）に至る間の主軸１２の総戻り回転量Ｓ０と最高戻り回転速度Ｖ０とを取得して、主軸制御部１８に総戻り回転量Ｓ０と最高戻り回転速度Ｖ０とを指令する。戻り動作の主軸指令ＣＳも、主軸１２を戻り完了位置まで回転運動させるための位置指令や加減速指令を含まないものである。次にステップＵ２で、主軸制御部１８（初期動作制御部３０）は、最高戻り回転速度Ｖ０を目標速度とする速度制御により、目標ねじ深さから主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速逆回転させて戻り動作を実行する。ステップＵ３で、主軸制御部１８（残回転量検出部３６）は、加速逆回転中の現在位置からの残戻り回転量Ｓｒを逐次検出する。検出した残戻り回転量Ｓｒは、検出の都度、主軸制御部１８が数値制御部１６に通知する。ステップＵ４で、主軸制御部１８（回転量検出部３２、回転量記憶部３４）は、最大能力での加速逆回転の間に、回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄを逐次検出して記憶する。主軸制御部１８は、ステップＵ２〜Ｕ４を同時並行処理できる。

次にステップＵ５で、主軸制御部１８は、残戻り回転量Ｓｒが総戻り回転量Ｓ０の１／２以下になっているか否かを判断する。ＳｒがＳ０の１／２以下になっている場合、ステップＵ６で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄと残戻り回転量Ｓｒとに基づき、主軸１２を減速逆回転させて戻り動作を継続実行し、戻り完了位置で停止させる。ＳｒがＳ０の１／２以下になっていない場合はステップＵ４に戻る。

図３を参照すると、主軸１２の逆回転の現在速度が最高戻り回転速度Ｖ０に達する前に残戻り回転量Ｓｒが総戻り回転量Ｓ０の１／２になった場合（ステップＵ５の判断がＹＥＳの場合）の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示されている。ステップＵ２における主軸１２の最大能力の加速逆回転（速度制御）は、図３の時間Ｔ６及びＴ７で実行される。時間Ｔ６は、目標ねじ深さでの始動から速度Ｖｂに達するまでの一定加速度（最大加速度）の時間であり、時間Ｔ７は、速度Ｖｂを超えて主軸モータの特性により自動的に加速度が最大加速度から漸減する時間である。これら時間Ｔ６及びＴ７（つまり加速回転の全時間Ｔ０）で、前述した切削動作の時間Ｔ１及びＴ２における処理と同様にして、ステップＵ４における主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄの検出及び記憶が実行され、回転量検出部３２が検出した全ての戻り回転量Ｓｄ_１〜Ｓｄ_ｎが回転量記憶部３４に格納される。戻り回転量Ｓｄの検出及び記憶は、残戻り回転量Ｓｒが総戻り回転量Ｓ０の１／２になる（つまり目標ねじ深さからの戻り回転量が総戻り回転量Ｓ０の１／２になる）まで行われる。この構成では、ΣＳｄ_ｉ＝Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋……＋Ｓｄ_ｎ＝Ｓ０／２である。

残戻り回転量Ｓｒが総戻り回転量Ｓ０の１／２になった時点（ステップＵ５の判断がＹＥＳとなった時点）Ａ（中間点Ａ）で、初期動作制御部３０による主軸１２の速度制御が終了し、位置決め動作制御部３８が主軸１２の位置制御を開始する。速度制御から位置制御への切り替えに伴い、主軸１２の動作は加速逆回転から減速逆回転に変わり、時間Ｔ８及びＴ９で、ステップＵ６における主軸１２の減速逆回転が実行される。減速逆回転中も残回転量検出部３６は、主軸１２の現在位置からの残戻り回転量Ｓｒを逐次検出する。

ステップＵ６において、位置決め動作制御部３８は、前述した切削動作の時間Ｔ３及びＴ４における処理と同様にして、逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒを監視し、速度制御の間に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄ（つまりＳｄ_１〜Ｓｄ_ｎ）を残戻り回転量Ｓｒと対応させて、現在位置から単位時間ｔ経過後の位置を表す位置制御の指令値を作成する。主軸１２は、こうして作成された位置制御の指令値に従って動作することで、中間点Ａ到達時を境に加速逆回転中の速度−時間曲線を反転した速度−時間曲線で表される負の加速度を生じながら、中間点Ａから戻り完了位置に向かって減速逆回転する。図３から理解されるように、時間Ｔ８は、漸増する負の加速度で速度Ｖｂまで減速する時間に相当し、時間Ｔ９は、速度Ｖｂから一定加速度（負の最大加速度）で速度零に至るまでの時間に相当する。位置決め動作制御部３８によるこのような位置制御により、主軸１２は、戻り完了位置（Ｓｒ＝０）に到達したときに回転を停止する。

図４を参照すると、主軸１２が中間点Ａに到達する前に主軸１２の逆回転の現在速度が最高戻り回転速度Ｖ０に達した場合の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示されている。図２のステップＵ２における主軸１２の最大能力の加速逆回転（速度制御）は、図４の時間Ｔ６及びＴ７で実行される。時間Ｔ６では、主軸１２は目標ねじ深さでの始動から速度Ｖｂに達するまで一定加速度（最大加速度）で加速し、時間Ｔ７では、速度Ｖｂを超えて主軸モータの特性により加速度が最大加速度から漸減する。時間Ｔ７において、主軸１２が中間点Ａに到達する前に速度制御ループによって主軸１２の逆回転の現在速度が最高戻り回転速度Ｖ０に達すると、それ以降、主軸１２は、中間点Ａに到達するまでの時間Ｔ１０に渡り一定速度Ｖ０（つまり加速度零）で回転して戻り動作を継続する。図２のステップＵ４における主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄの検出及び記憶は、時間Ｔ６及びＴ７（つまり加速回転の全時間Ｔ０）並びに時間Ｔ１０で実行される。速度制御の時間Ｔ６、Ｔ７及びＴ１０の間に、図３の動作例と同様に、回転量検出部３２が検出した全ての戻り回転量Ｓｄ_１〜Ｓｄ_ｎが回転量記憶部３４に格納される。戻り回転量Ｓｄの検出及び記憶は、残戻り回転量Ｓｒが総戻り回転量Ｓ０の１／２になるまで行われる。この構成では、ΣＳｄ_ｉ＝Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋……＋Ｓｄ_ｎ＝Ｓ０／２である。

残戻り回転量Ｓｒが総戻り回転量Ｓ０の１／２になった時点Ａ（中間点Ａ）で、初期動作制御部３０による主軸１２の速度制御が終了し、位置決め動作制御部３８が主軸１２の位置制御を開始する。速度制御から位置制御への切り替えに伴い、主軸１２の動作は加速逆回転から減速逆回転に変わり、時間Ｔ８及びＴ９で、図２のステップＵ６における主軸１２の減速逆回転が実行される。ステップＵ６では、図３の動作例と同様に、位置決め動作制御部３８が、逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒを監視し、速度制御の間に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄ（つまりＳｄ_１〜Ｓｄ_ｎ）を残戻り回転量Ｓｒと対応させて、現在位置から単位時間ｔ経過後の位置を表す位置制御の指令値を作成する。主軸１２は、こうして作成された位置制御の指令値に従って動作することで、中間点Ａ到達時を境に加速逆回転中の速度−時間曲線を反転した速度−時間曲線で表される負の加速度を生じながら、中間点Ａから戻り完了位置に向かって減速逆回転する。図４から理解されるように、時間Ｔ８は、最高戻り回転速度Ｖ０での定速回転を経て漸増する負の加速度で速度Ｖｂまで減速する時間に相当し、時間Ｔ９は、速度Ｖｂから一定加速度（負の最大加速度）で速度零に至るまでの時間に相当する。位置決め動作制御部３８によるこのような位置制御により、主軸１２は、戻り完了位置（Ｓｒ＝０）に到達したときに回転を停止する。

図３及び図４のいずれの動作例においても、主軸制御部１８が主軸１２の目標ねじ深さから戻り完了位置までの逆回転動作（戻り動作）を制御する間、送り軸制御部２２（図１）は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するように制御して逆送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８がステップＵ２〜ステップＵ６の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残戻り回転量Ｓｒを監視して、残戻り回転量Ｓｒが第２の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、戻り動作が完了して工具がワークから引き抜かれたと判断する。

上記したように、制御装置１０は、主軸１２に目標ねじ深さから戻り完了位置までの戻り動作を行わせる際に、数値制御部１６が主軸制御部１８に対して、主軸１２の総戻り回転量Ｓ０と最高戻り回転速度Ｖ０のみを主軸指令ＣＳとして通知し、主軸制御部１８がこの主軸指令ＣＳに従い、最高戻り回転速度Ｖ０を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸１２を加速させて戻り動作を実行するとともに、その間に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄと逐次検出する主軸１２の残戻り回転量Ｓｒとに基づき、主軸１２を減速逆回転させながら戻り完了位置までの戻り動作を継続実行して戻り完了位置で停止させるように構成されている。したがって制御装置１０によれば、数値制御部１６に対し主軸１２の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸１２の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

しかも制御装置１０によれば、主軸制御部１８は、最大出力での加速逆回転中に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄを用いて、減速逆回転のための位置制御の指令値を作成できるので、位置制御を容易かつ迅速に実行して主軸１２を戻り完了位置で停止させることができる。

図５は、第２の実施形態による工作機械の制御装置４０の構成を機能ブロックで示す。制御装置４０は、速度制御ループの実行中に限らず主軸１２の現在速度を監視する構成を有する点を除いて、図１に示す制御装置１０と同様の構成を有する。対応する構成要素には共通する参照符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。

制御装置４０は、数値制御部１６と、主軸制御部１８と、回転検出部２０と、送り軸制御部２２とを備える。主軸制御部１８は、初期動作制御部３０と、回転量検出部３２と、回転量記憶部３４と、残回転量検出部３６と、位置決め動作制御部３８とを備える。主軸制御部１８はさらに、回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の現在速度Ｖｃを検出する現在速度検出部４２を備える。位置決め動作制御部３８は、単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄと残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとに基づき、主軸１２を減速回転させて目標位置で停止させるための位置制御を実行する。

制御装置４０は、制御装置１０と同様に、主軸１２の切削動作と戻り動作との双方を制御することができる。図６は、制御装置４０が実行する工作機械制御方法の第２の実施形態を示す。また図７は、図６の制御方法によって実現される主軸１２の動作の一例を示す。以下、図５〜図７を参照して、制御装置４０が実行する主軸１２の切削動作及び戻り動作の制御方法を説明する。

まず、図６のフローチャートを図５と共に参照して、制御装置４０が実行する主軸１２の切削動作制御方法を説明する。ステップＱ１で、数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、加工開始位置（始動位置）から目標ねじ深さ（目標位置）に至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを取得して、主軸制御部１８に総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを指令する。ステップＱ２で、主軸制御部１８（初期動作制御部３０）は、最高回転速度Ｖ０を目標速度とする速度制御により、加工開始位置から主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転させて切削動作を実行する。ステップＱ３で、主軸制御部１８（残回転量検出部３６、現在速度検出部４２）は、加速回転中の現在位置からの残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃを逐次検出する。検出した残回転量Ｓｒは、検出の都度、主軸制御部１８が数値制御部１６に通知する。ステップＱ４で、主軸制御部１８（回転量検出部３２、回転量記憶部３４）は、最大能力での加速回転の間に、回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄを逐次検出して記憶する。主軸制御部１８は、ステップＱ２〜Ｑ４を同時並行処理できる。

次にステップＱ５で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、加速回転中の現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に達しているか否かを判断する。ＶｃがＶ０に達していない場合、ステップＱ６で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２以下になっているか否かを判断する。ＳｒがＳ０の１／２以下になっている場合、ステップＱ７で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄと残回転量Ｓｒとに基づき、主軸１２を減速回転させて切削動作を継続実行し、目標ねじ深さで停止させる。ＳｒがＳ０の１／２以下になっていない場合はステップＱ４に戻る。

ステップＱ５で加速回転中の現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に達していないと判断し、ステップＱ６で残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２以下になっていると判断した場合、上記したステップＱ１〜Ｑ７の処理は、現在速度Ｖｃに関連する処理を除き、図２のステップＵ１〜Ｕ６の処理と実質的に同一となる。したがってこの場合、主軸１２は、前述した図３に示す切削動作と同様の切削動作を遂行することができる。

これに対し、ステップＱ５で加速回転中の現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に達していると判断した場合、主軸制御部１８は、ステップＱ６の判断を行う代わりに、ステップＱ８で、主軸１２の現在位置からの残回転量Ｓｒが、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に達した時点までに検出かつ記憶した単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄの総和ΣＳｄ_ｉ（つまりＳｄ_１＋Ｓｄ_２＋……＋Ｓｄ_ｎ）以下になっているか否かを判断する。ＳｒがΣＳｄ_ｉ以下になっている場合は、ステップＱ７に進み、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）が主軸１２を減速回転させて目標ねじ深さで停止させる。ＳｒがΣＳｄ_ｉ以下になっていない場合は、ＳｒがΣＳｄ_ｉ以下になるまでステップＱ８の判断を繰り返す。ステップＱ８の判断を行う間に、主軸１２は中間点Ａを通過することになる。

図７は、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に達した後に主軸１２が中間点Ａを通過する場合（ステップＱ５の判断がＹＥＳの場合）の、主軸１２の切削動作の一例を、速度−時間曲線（時間軸の上側の曲線）で示す。図６のステップＱ２における主軸１２の最大能力の加速回転（速度制御）は、図７の時間Ｔ１及びＴ２で実行される。時間Ｔ１では、主軸１２は加工開始位置での始動から速度Ｖｂに達するまで一定加速度（最大加速度）で加速し、時間Ｔ２では、速度Ｖｂを超えて主軸モータの特性により加速度が最大加速度から漸減する。図６のステップＱ４における主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄの検出及び記憶は、時間Ｔ１及びＴ２（つまり加速回転の全時間Ｔ０）で実行される。速度制御の時間Ｔ１及びＴ２の間に、図３の動作例と同様に、回転量検出部３２が検出した全ての回転量Ｓｄ_１〜Ｓｄ_ｎが回転量記憶部３４に格納される。

時間Ｔ２において、主軸１２の現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に達すると、前述したように主軸制御部１８の処理はステップＱ５からステップＱ８に進むので、主軸１２が中間点Ａに到達したか否かが判断されずに（したがってステップＱ４の回転量Ｓｄの検出及び記憶がそれ以降は行われずに）、主軸１２は時間Ｔ１１に渡り一定速度Ｖ０（つまり加速度零）で回転して切削動作を継続する。時間Ｔ１１は、主軸１２の現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に達した時点から、主軸１２の残回転量Ｓｒが加速回転中に記憶した単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄの総和ΣＳｄ_ｉに等しくなるまでの時間に相当する。時間Ｔ１１では、主軸１２は、初期動作制御部３０が実行する速度制御の下で切削動作する。この構成では、ΣＳｄ_ｉ＝Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋……＋Ｓｄ_ｎ≠Ｓ０／２である。

残回転量Ｓｒが回転量Ｓｄの総和ΣＳｄ_ｉに等しくなった時点Ｂで、初期動作制御部３０による主軸１２の速度制御が終了し、位置決め動作制御部３８が主軸１２の位置制御を開始する。速度制御から位置制御への切り替えに伴い、主軸１２の動作は加速回転から減速回転に変わり、時間Ｔ３及びＴ４で、図６のステップＱ７における主軸１２の減速回転が実行される。ステップＱ７では、図３の動作例と同様に、位置決め動作制御部３８が、逐次検出されている残回転量Ｓｒを監視し、速度制御の間に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄ（つまりＳｄ_１〜Ｓｄ_ｎ）を残回転量Ｓｒと対応させて、現在位置から単位時間ｔ経過後の位置を表す位置制御の指令値を作成する。主軸１２は、こうして作成された位置制御の指令値に従って動作することで、中間点Ａ到達時を境に加速回転中の速度−時間曲線を反転した速度−時間曲線で表される負の加速度を生じながら、点Ｂから目標ねじ深さに向かって減速回転する。図７から理解されるように、時間Ｔ３は、漸増する負の加速度で速度Ｖｂまで減速する時間に相当し、時間Ｔ４は、速度Ｖｂから一定加速度（負の最大加速度）で速度零に至るまでの時間に相当する。位置決め動作制御部３８によるこのような位置制御により、主軸１２は、目標ねじ深さ（Ｓｒ＝０）に到達したときに回転を停止する。

図７の動作例において、主軸制御部１８が主軸１２の加工開始位置から目標ねじ深さまでの回転動作（切削動作）を制御する間、送り軸制御部２２（図５）は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するように制御して送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８がステップＱ２〜ステップＱ８の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残回転量Ｓｒを監視して、残回転量Ｓｒが第１の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断する。

図５及び図６に示す実施形態において、制御装置４０は、主軸１２の戻り動作に際し、加工開始位置から目標ねじ深さまでの上記した切削動作制御と同様の制御を行うことができる。図７は、上記した主軸１２の切削動作に加えて、同切削動作に対応する主軸１２の戻り動作を、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示している。以下、図５〜図７を参照して、制御装置１０が実行する主軸１２の戻り動作制御方法を説明する。

数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断した後に、ステップＱ１で、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、目標ねじ深さ（始動位置）から戻り完了位置（目標位置）に至る間の主軸１２の総戻り回転量Ｓ０と最高戻り回転速度Ｖ０とを取得して、主軸制御部１８に総戻り回転量Ｓ０と最高戻り回転速度Ｖ０とを指令する。戻り動作の主軸指令ＣＳも、主軸１２を戻り完了位置まで回転運動させるための位置指令や加減速指令を含まないものである。次にステップＱ２で、主軸制御部１８（初期動作制御部３０）は、最高戻り回転速度Ｖ０を目標速度とする速度制御により、目標ねじ深さから主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速逆回転させて戻り動作を実行する。ステップＱ３で、主軸制御部１８（残回転量検出部３６、現在速度検出部４２）は、加速逆回転中の現在位置からの残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃを逐次検出する。検出した残戻り回転量Ｓｒは、検出の都度、主軸制御部１８が数値制御部１６に通知する。ステップＱ４で、主軸制御部１８（回転量検出部３２、回転量記憶部３４）は、最大能力での加速逆回転の間に、回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄを逐次検出して記憶する。主軸制御部１８は、ステップＱ２〜Ｑ４を同時並行処理できる。

次にステップＱ５で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、加速逆回転中の現在速度Ｖｃが最高戻り回転速度Ｖ０に達しているか否かを判断する。ＶｃがＶ０に達していない場合、ステップＱ６で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、残戻り回転量Ｓｒが総戻り回転量Ｓ０の１／２以下になっているか否かを判断する。ＳｒがＳ０の１／２以下になっている場合、ステップＱ７で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）は、単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄと残戻り回転量Ｓｒとに基づき、主軸１２を減速逆回転させて戻り動作を継続実行し、戻り完了位置で停止させる。ＳｒがＳ０の１／２以下になっていない場合はステップＱ４に戻る。

ステップＱ５で加速逆回転中の現在速度Ｖｃが最高戻り回転速度Ｖ０に達していないと判断し、ステップＱ６で残戻り回転量Ｓｒが総戻り回転量Ｓ０の１／２以下になっていると判断した場合、上記したステップＱ１〜Ｑ７の処理は、現在速度Ｖｃに関連する処理を除き、図２のステップＵ１〜Ｕ６の処理と実質的に同一となる。したがってこの場合、主軸１２は、前述した図３に示す戻り動作と同様の戻り動作を遂行することができる。

これに対し、ステップＱ５で加速逆回転中の現在速度Ｖｃが最高戻り回転速度Ｖ０に達していると判断した場合、主軸制御部１８は、ステップＱ６の判断を行う代わりに、ステップＱ８で、主軸１２の現在位置からの残戻り回転量Ｓｒが、逆回転の現在速度Ｖｃが最高戻り回転速度Ｖ０に達した時点までに検出かつ記憶した単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄの総和ΣＳｄ_ｉ（つまりＳｄ_１＋Ｓｄ_２＋……＋Ｓｄ_ｎ）以下になっているか否かを判断する。ＳｒがΣＳｄ_ｉ以下になっている場合は、ステップＱ７に進み、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）が主軸１２を減速逆回転させて戻り完了位置で停止させる。ＳｒがΣＳｄ_ｉ以下になっていない場合は、ＳｒがΣＳｄ_ｉ以下になるまでステップＱ８の判断を繰り返す。ステップＱ８の判断を行う間に、主軸１２は中間点Ａを通過することになる。

図７を参照すると、逆回転の現在速度Ｖｃが最高戻り回転速度Ｖ０に達した後に主軸１２が中間点Ａを通過する場合（ステップＱ５の判断がＹＥＳの場合）の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示されている。図６のステップＱ２における主軸１２の最大能力の加速逆回転（速度制御）は、図７の時間Ｔ６及びＴ７で実行される。時間Ｔ６では、主軸１２は目標ねじ深さでの始動から速度Ｖｂに達するまで一定加速度（最大加速度）で加速し、時間Ｔ７では、速度Ｖｂを超えて主軸モータの特性により加速度が最大加速度から漸減する。図６のステップＱ４における主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄの検出及び記憶は、時間Ｔ６及びＴ７（つまり加速逆回転の全時間Ｔ０）で実行される。速度制御の時間Ｔ６及びＴ７の間に、図３の動作例と同様に、回転量検出部３２が検出した全ての回転量Ｓｄ_１〜Ｓｄ_ｎが回転量記憶部３４に格納される。

時間Ｔ７において、主軸１２の逆回転の現在速度Ｖｃが最高戻り回転速度Ｖ０に達すると、前述したように主軸制御部１８の処理はステップＱ５からステップＱ８に進むので、主軸１２が中間点Ａに到達したか否かが判断されずに（したがってステップＱ４の戻り回転量Ｓｄの検出及び記憶がそれ以降は行われずに）、主軸１２は時間Ｔ１２に渡り一定速度Ｖ０（つまり加速度零）で回転して戻り動作を継続する。時間Ｔ１２は、主軸１２の逆回転の現在速度Ｖｃが最高戻り回転速度Ｖ０に達した時点から、主軸１２の残戻り回転量Ｓｒが加速逆回転中に記憶した単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄの総和ΣＳｄ_ｉに等しくなるまでの時間に相当する。時間Ｔ１２では、主軸１２は、初期動作制御部３０が実行する速度制御の下で戻り動作する。この構成では、ΣＳｄ_ｉ＝Ｓｄ_１＋Ｓｄ_２＋……＋Ｓｄ_ｎ≠Ｓ０／２である。

残戻り回転量Ｓｒが戻り回転量Ｓｄの総和ΣＳｄ_ｉに等しくなった時点Ｂで、初期動作制御部３０による主軸１２の速度制御が終了し、位置決め動作制御部３８が主軸１２の位置制御を開始する。速度制御から位置制御への切り替えに伴い、主軸１２の動作は加速逆回転から減速逆回転に変わり、時間Ｔ８及びＴ９で、図６のステップＱ７における主軸１２の減速逆回転が実行される。ステップＱ７では、図３の動作例と同様に、位置決め動作制御部３８が、逐次検出されている残戻り回転量Ｓｒを監視し、速度制御の間に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄ（つまりＳｄ_１〜Ｓｄ_ｎ）を残戻り回転量Ｓｒと対応させて、現在位置から単位時間ｔ経過後の位置を表す位置制御の指令値を作成する。主軸１２は、こうして作成された位置制御の指令値に従って動作することで、中間点Ａ到達時を境に加速逆回転中の速度−時間曲線を反転した速度−時間曲線で表される負の加速度を生じながら、点Ｂから戻り完了位置に向かって減速逆回転する。図７から理解されるように、時間Ｔ８は、最高戻り回転速度Ｖ０での定速回転を経て漸増する負の加速度で速度Ｖｂまで減速する時間に相当し、時間Ｔ９は、速度Ｖｂから一定加速度（負の最大加速度）で速度零に至るまでの時間に相当する。位置決め動作制御部３８によるこのような位置制御により、主軸１２は、戻り完了位置（Ｓｒ＝０）に到達したときに回転を停止する。

図７の動作例において、主軸制御部１８が主軸１２の目標ねじ深さから戻り完了位置までの逆回転動作（戻り動作）を制御する間、送り軸制御部２２（図５）は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するように制御して逆送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８がステップＱ２〜ステップＱ８の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残戻り回転量Ｓｒを監視して、残戻り回転量Ｓｒが第２の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、戻り動作が完了して工具がワークから引き抜かれたと判断する。

上記したように、制御装置４０は、主軸１２に加工開始位置（又は目標ねじ深さ）から目標ねじ深さ（又は戻り完了位置）までの切削動作（又は戻り動作）を行わせる際に、数値制御部１６が主軸制御部１８に対して、主軸１２の総回転量Ｓ０（又は総戻り回転量Ｓ０）と最高回転速度Ｖ０（又は最高戻り回転速度Ｖ０）のみを主軸指令ＣＳとして通知し、主軸制御部１８がこの主軸指令ＣＳに従い、最高回転速度Ｖ０（又は最高戻り回転速度Ｖ０）を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸１２を加速させて切削動作（又は戻り動作）を実行するとともに、その間に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄ（又は単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄ）と逐次検出する主軸１２の残回転量Ｓｒ（又は残戻り回転量Ｓｒ）とに基づき、主軸１２を減速回転（又は減速逆回転）させながら目標ねじ深さ（又は戻り完了位置）までの切削動作（又は戻り動作）を継続実行して目標ねじ深さ（又は戻り完了位置）で停止させるように構成されている。したがって制御装置１０によれば、数値制御部１６に対し主軸１２の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸１２の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

しかも制御装置４０によれば、主軸制御部１８は、最大出力での加速回転（又は加速逆回転）中に記憶した主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄ（又は単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄ）を用いて、減速回転（又は減速逆回転）のための位置制御の指令値を作成できるので、位置制御を容易かつ迅速に実行して主軸１２を目標ねじ深さ（又は戻り完了位置）で停止させることができる。さらに制御装置４０では、主軸制御部１８（位置決め動作制御部３８）が、主軸１２の単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄ（又は単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄ）と残回転量Ｓｒ（又は残戻り回転量Ｓｒ）と現在速度Ｖｃ（又は逆回転の現在速度Ｖｃ）とに基づき位置制御を実行するようにしたから、主軸１２が最高回転速度Ｖ０（又は最高戻り回転速度Ｖ０）で動作する間は、単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄ（又は単位時間ｔ毎の戻り回転量Ｓｄ）の検出及び記憶を省略することができ、以て、回転量検出部３２の計算負荷を軽減できるとともに回転量記憶部３４の記憶容量を削減できる。

上記した制御装置１０、４０の構成は、主軸１２と送り軸１４との同期運転を制御する工作機械の制御方法として記述できる。この制御方法は、制御装置１０、４０が、始動位置から目標位置に至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とをタップ加工プログラムＰから取得するステップと、最高回転速度Ｖ０を目標値とする速度制御により始動位置から主軸１２を最大能力で加速回転させるステップと、最大能力での加速回転の間に、主軸１２の回転位置フィードバック値ＦＢＳに基づき主軸１２の予め定めた単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄを検出して記憶するステップと、総回転量Ｓ０と回転位置フィードバック値ＦＢＳとに基づき、現在位置から目標位置に至るまでの主軸１２の残回転量Ｓｒを検出するステップと、最大能力での加速回転の後に、単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄと残回転量Ｓｒとに基づき、主軸１２を減速回転させて目標位置で停止させるための位置制御を実行するステップとを備えるものである。この制御方法は、回転位置フィードバック値ＦＢＳに基づき主軸１２の現在速度Ｖｃを検出するステップをさらに備えることができる。この場合、位置制御は、単位時間ｔ毎の回転量Ｓｄと残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとに基づき実行される。この制御方法によれば、前述した制御装置１０、４０の効果と同等の効果が奏される。

１０、４０ 制御装置
１２ 主軸
１４ 送り軸
１６ 数値制御部
１８ 主軸制御部
２０ 回転検出部
２２ 送り軸制御部
２６ 主軸指令出力部
２８ 送り軸指令出力部
３０ 初期動作制御部
３２ 回転量検出部
３４ 回転量記憶部
３６ 残回転量検出部
３８ 位置決め動作制御部
４２ 現在速度検出部

Claims (8)

1. 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置であって、
   タップ加工プログラムに基づき主軸指令及び送り軸指令を作成する数値制御部と、
   前記主軸指令に従って前記主軸の回転動作を制御する主軸制御部と、
   前記主軸の回転位置を検出する回転検出部と、
   前記送り軸指令に従って、前記回転位置に基づき前記送り軸の送り動作を制御する送り軸制御部とを具備し、
   前記数値制御部は、始動位置から目標位置に至る間の前記主軸の総回転量と最高回転速度とを前記タップ加工プログラムから取得して、該総回転量と該最高回転速度とを前記主軸指令として前記主軸制御部に送る主軸指令出力部を備え、
   前記主軸制御部は、
   前記最高回転速度を目標値とする速度制御により前記始動位置から前記主軸を最大能力で加速回転させる初期動作制御部と、
   前記最大能力での加速回転の間に、前記回転位置に基づき前記主軸の予め定めた単位時間毎の回転量を検出する回転量検出部と、
   検出した前記単位時間毎の回転量を記憶する回転量記憶部と、
   前記総回転量と前記回転位置とに基づき、現在位置から前記目標位置に至るまでの前記主軸の残回転量を検出する残回転量検出部と、
   前記最大能力での加速回転の後に、前記単位時間毎の回転量と前記残回転量とに基づき、前記主軸を減速回転させて前記目標位置で停止させるための位置制御を実行する位置決め動作制御部と、を備える、
   制御装置。
2. 前記回転位置に基づき前記主軸の現在速度を検出する現在速度検出部をさらに備え、前記位置決め動作制御部は、前記単位時間毎の回転量と前記残回転量と前記現在速度とに基づき前記位置制御を実行する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記始動位置はタップ加工の加工開始位置に相当し、前記目標位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当する、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記始動位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当し、前記目標位置はタップ加工の戻り完了位置に相当する、請求項１又は２に記載の制御装置。
5. 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法であって、
   制御装置が、
   始動位置から目標位置に至る間の前記主軸の総回転量と最高回転速度とをタップ加工プログラムから取得するステップと、
   前記最高回転速度を目標値とする速度制御により前記始動位置から前記主軸を最大能力で加速回転させるステップと、
   前記最大能力での加速回転の間に、前記主軸の回転位置フィードバック値に基づき前記主軸の予め定めた単位時間毎の回転量を検出して記憶するステップと、
   前記総回転量と前記回転位置フィードバック値とに基づき、現在位置から前記目標位置に至るまでの前記主軸の残回転量を検出するステップと、
   前記最大能力での加速回転の後に、前記単位時間毎の回転量と前記残回転量とに基づき、前記主軸を減速回転させて前記目標位置で停止させるための位置制御を実行するステップと、
   を備える、制御方法。
6. 前記回転位置フィードバック値に基づき前記主軸の現在速度を検出するステップをさらに備え、前記位置制御を実行するステップは、前記単位時間毎の回転量と前記残回転量と前記現在速度とに基づき前記位置制御を実行する、請求項５に記載の制御方法。
7. 前記始動位置はタップ加工の加工開始位置に相当し、前記目標位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当する、請求項５又は６に記載の制御方法。
8. 前記始動位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当し、前記目標位置はタップ加工の戻り完了位置に相当する、請求項５又は６に記載の制御方法。

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