(57)【要約】【課題】主軸モータで駆動される主軸及び送り軸モータで駆動される送り軸を有する工作機械において、主軸モータの負荷トルクを所望の値に保つことができる制御装置を実現する。【解決手段】送り軸モータ２で駆動される送り軸を有する工作機械の制御装置１は、工作機械の主軸を駆動する主軸モータ３に対するトルク指令と主軸モータ３の速度とに基づいて、主軸モータ３にかかる負荷トルクを推定する負荷トルク推定部１１と、負荷トルク推定部１１により推定された負荷トルクが、予め規定された負荷トルク目標値に従うよう、送り軸モータ２の速度を制御する速度制御部１２とを備える。【選択図】図１
2020171973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸を駆動する主軸モータに対するトルク指令と前記主軸モータの速度とに基づいて、前記主軸モータにかかる負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
前記負荷トルク推定部により推定された前記負荷トルクが、予め規定された負荷トルク目標値に従うよう、送り軸モータの速度を変更する速度変更部と
を備える、工作機械の制御装置。
【請求項２】
前記主軸モータの速度、または前記主軸モータの速度に前記主軸に設けられる工具の刃数を乗じた値である加工外乱の周波数に応じて、前記速度変更部における前記送り軸モータの速度の変更に用いられる制御ゲインを変更する第１のゲイン変更部をさらに備える、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
【請求項３】
前記主軸モータの速度、または前記主軸モータの速度に前記主軸に設けられる工具の刃数を乗じた値である加工外乱の周波数に応じて、前記負荷トルク推定部における前記負荷トルクの推定に用いられるゲインを変更する第２のゲイン変更部をさらに備える、請求項１または２に記載の工作機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸及び送り軸を有する工作機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に工作機械においては、工具が取り付けられた主軸が主軸モータにより駆動され、主軸をワーク（被加工物）に対して相対的に移動させる送り軸が送り軸モータにより駆動される。工作機械による加工中、工具は、自身が接触するワークから反力を受けるので、主軸モータにかかる負荷トルク（主軸外乱負荷）が変動する。主軸に設けられた工具にかかる負荷トルクは、ワークに対する工具の送り軸の速度や工具とワークとの接触の状態などにより変化する。加工効率を上げるためには送り軸の速度を上げることが考えられる。しかしながら、送り速度を上げ過ぎると、工具設けられた主軸を駆動する主軸モータにかかる負荷トルクが大きくなり、工具が破損したり、ワークに異常が発生する可能性がある。逆に、送り軸の速度を小さくすることで主軸モータにかかる負荷トルクを小さくすることができるが、工作機械の加工効率が下がる欠点がある。したがって、主軸モータにかかる負荷トルクを適切に調整することが必要である。
【０００３】
例えば、ワークにドリルを用いて穴を開ける穴開け加工方式において、前記ドリルを回転駆動する主軸の切削負荷トルクを推定する主軸切削負荷推定手段と、前記主軸切削負荷推定手段による推定切削負荷トルクが所定トルク以上になったか否かを判別し監視する主軸切削負荷監視手段と、前記主軸切削負荷監視手段の監視結果に基づいて前記ドリルの主軸及び送り軸の駆動制御を行う主軸及び送り軸制御手段と、を有することを特徴とする穴開け加工方式が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
例えば、先端に着脱自在に装着された工具を回転させる主軸回転機構と、前記主軸回転機構を被加工物に対して前後進移動させる送り機構とを備えた工作機械に用いられ、前記送り機構の送り速度を制御する制御装置であって、前記工具に加わるトルクを検出するトルク検出手段と、少なくとも設定されたトルク目標値と、前記トルク検出手段により検出されたトルクとに基づいて前記送り速度を求める送り速度算出手段と、前記送り速度算出手段の出力を受け、算出された送り速度になるように前記送り機構を制御する送り機構制御手段とを備えた制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
例えば、サーボモータを用いて負荷を駆動する数値制御機械の制御対象の位置を上位装置からの位置指令値に従って制御する位置制御装置において、前記位置指令値と位置検出器から得た前記制御対象の位置検出値とから操作量を出力する制御器と、前記操作量と補償量を加算して制御入力を出力する加算器と、前記制御入力に応じて制御対象を駆動する手段と、前記位置検出値に前記制御対象のノミナル値の逆特性を乗じて得た値と前記制御入力との差分をローパスフィルタに入力し、外乱推定値を得る外乱オブザーバと、前記外乱推定値と切削振動周波数とから前記補償量を算出する振幅位相補正器と、を備え、前記振幅位相補正器は、前記切削振動周波数における前記ローパスフィルタのゲイン特性からゲイン補正係数を算出し、前記切削振動周波数における前記ローパスフィルタの位相特性から位相補正値を算出し、前記ゲイン補正係数および前記位相補正値に基づいて前記外乱推定値をゲイン補正および位相補正する、ことを特徴とする位置制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
例えば、位置指令が入力される位置制御部と、該位置制御部から速度指令が入力される速度制御部と、該速度制御部から入力されるトルク指令に基づいて、工作機械の送り軸を駆動する電流を生成するサーボアンプとを有する工作機械の送り軸の制御方法において、前記工作機械の先端部分の振動加速度を検出し、前記振動加速度を周波数解析して振動の中心周波数を特定し、前記中心周波数に基づいて帯域通過フィルタの周波数を設定し、前記帯域通過フィルタに設定した周波数の振動加速度を前記サーボアンプにフィードバックすることを特徴とした工作機械の送り軸制御方法が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−０５１９９２公報
【特許文献２】特開平０７−１９５２５６公報
【特許文献３】特開２０１６−１４０９６７公報
【特許文献４】国際公開第２０１８/０９２２２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
主軸モータに対する負荷トルクの増大に伴う工具の破損及びワークの異常発生の回避と工作機械の加工効率の向上とを両立するためには、主軸モータにかかる負荷トルクを適切に調整することが重要である。
【０００９】
例えば、主軸トルク指令に応じて送り軸を駆動する送り軸モータの速度を制御することで、主軸モータにかかる負荷トルクを所望の値に調整する制御手法が考えらえる。しかしながら、主軸トルク指令は、工具がワークから受ける反力に基づく負荷トルク（主軸外乱負荷）と主軸モータに対する加減速トルクとに応じて生成される。このような主軸トルク指令に応じた送り軸モータの送り速度の制御の下では、負荷トルクの変化の影響を受けて主軸モータの速度が大きく変化したときは、その過渡時には主軸モータにかかる負荷トルクが所望の値からずれてしまい、負荷トルクを適切に調整することができなくなる。
【００１０】
したがって、主軸モータで駆動される主軸及び送り軸モータで駆動される送り軸を有する工作機械において、主軸モータの負荷トルクを所望の値に保つことができる制御装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一態様によれば、工作機械の制御装置は、主軸を駆動する主軸モータに対するトルク指令と主軸モータの速度とに基づいて、主軸モータにかかる負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、負荷トルク推定部により推定された負荷トルクが、予め規定された負荷トルク目標値に従うよう、送り軸モータの速度を制御する速度制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の一態様によれば、主軸モータで駆動される主軸及び送り軸モータで駆動される送り軸を有する工作機械において、主軸モータの負荷トルクを所望の値に保つことができる制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一実施形態による工作機械の制御装置を示すブロック図である。
【図２】本開示の一実施形態における負荷トルク推定部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態において主軸モータの推定負荷トルクと送り速度との関係を模式的に示す図である。
【図４】本開示の一実施形態による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。
【図５】本開示の一実施形態による工作機械の制御装置における第２のゲイン変更部によるゲインとカットオフ周波数との関係を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面を参照して、主軸及び送り軸を有する工作機械の制御装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本開示の一実施形態による工作機械の制御装置を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、本開示の一実施形態によれば、主軸モータ３で駆動される主軸及び送り軸モータ２で駆動される送り軸を有する工作機械の制御装置１は、送り軸モータ制御系１０と主軸モータ制御系２０とを有する。
【００１７】
主軸モータ制御系２０は、工具などが設けられた主軸を駆動する主軸モータ３の回転を制御するためのものである。主軸モータ制御系２０は、例えば、位置指令生成部２１と、位置制御部２２と、速度制御部２３と、電流制御部２４とを備える。位置指令生成部２１は、数値制御装置などの上位制御装置（図示せず）による制御により、主軸モータ３に対する位置指令を生成する。位置制御部２２は、位置指令生成部２１により生成された位置指令と主軸モータ３のロータ実位置に関する情報（位置フィードバック）とに基づいて、速度指令を生成する。速度制御部２３は、位置制御部２２により生成された速度指令とエンコーダ３１により検出された主軸モータ３の速度（速度フィードバック）とに基づいて、トルク指令を生成する。電流制御部２４は、速度制御部２３により生成された主軸モータ３に対するトルク指令に基づき、電流指令を生成する。主軸用のインバータ（図示せず）は、電流制御部２４で生成された電流指令と電流検出器（図示せず）により検出された主軸モータ３のモータ巻線に流れ込む電流（電流フィードバック）とに基づいて生成されるスイッチング指令に基づき、内部に設けられた半導体スイッチング素子をオンオフ動作させて、直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して主軸モータ３へ供給する。これにより、主軸モータ３は、主軸用のインバータから供給される交流電力に基づいて動作する。主軸モータ３を駆動することで工作機械の主軸を駆動する。なお、ここで説明した主軸モータ制御系２０の構成はあくまでも一例であって、例えば、さらにトルク制御部やスイッチング制御部などの用語を含めて主軸モータ制御系２０の構成を規定してもよい。あるいは、位置指令生成部２１、位置制御部２２、速度制御部２３、電流制御部２４、トルク制御部、スイッチング制御部などのうちの複数を適宜一体化して主軸モータ制御系２０の構成を規定してもよい。あるいは、位置指令生成部２１、位置制御部２２、速度制御部２３、電流制御部２４、トルク制御部、スイッチング制御部などのいずれかを省略して主軸モータ制御系２０の構成を規定してもよい。
【００１８】
送り軸モータ制御系１０は、主軸をワーク（被加工物）に対して相対的に移動させる送り軸を駆動する送り軸モータ２の回転を制御するためのものである。本実施形態による送り軸モータ制御系１０は、負荷トルク推定部１１と、速度変更部１２と、第１のゲイン変更部１３と、第２のゲイン変更部１４と、記憶部１５とを備える。また、送り軸モータ制御系１０は、速度制御部１６と、電流制御部１７とを備える。
【００１９】
負荷トルク推定部１１は、工作機械の主軸を駆動する主軸モータ３に対するトルク指令と主軸モータ３の速度とに基づいて、主軸モータ３にかかる負荷トルクを推定する。負荷トルク推定部１１は、主軸モータ制御系２０内の速度制御部２３から主軸モータ３に対するトルク指令を取得し、エンコーダ３１から主軸モータ３の速度を取得する。
【００２０】
ここで、負荷トルク推定部１１の一構成例を説明する。図２は、本開示の一実施形態における負荷トルク推定部の構成を示すブロック図である。図２に示す負荷トルク推定部１１の構成は一例であって、その他の構成にて実現してもよい。
【００２１】
主軸モータ３に係る負荷トルクを推定する負荷トルク推定部１１は、オブザーバ１１０を備える。図２において、主軸モータ３に対するトルク指令Ａは、要素１０１に入力されて主軸モータ３を駆動するために用いられる。主軸モータ３の出力には、加算器１０２によって外乱負荷トルクＢ1が加算される。主軸モータ３のイナーシャをＪとしたとき、要素１０１と外乱負荷トルクＢ1との加算結果が入力された要素１０３は、主軸モータ３の速度Ｖ1を出力する。ここで、Ｋtは、トルク指令の単位をトルクの単位に変換するための変換係数である。
【００２２】
また、主軸モータ３に対するトルク指令Ａは、オブザーバ１１０に入力される。オブザーバ１１０は、主軸モータ３に対するトルク指令Ａと主軸モータ３の実速度（すなわち速度フィードバック）Ｖ1とに基づいて、外乱負荷トルクを推定するものである。主軸モータ３に対するトルク指令Ａは、要素１１１で「Ｋt／Ｊ」がかけられ、加算器１１２へ出力される。加算器１１２は、後述する演算要素１１４からの帰還信号を、要素１１１の出力に加算する。加算器１１３は、後述する演算要素１１５からの帰還信号を、加算器１１２の出力に加算する。加算器１１２及び加算器１１３の出力の単位は、加速度である。加算器１１３の出力は積分器１１６に入力され、その結果、積分器１１６は主軸モータ３の推定速度Ｖ2を出力する。
【００２３】
主軸モータ３の推定速度Ｖ2と主軸モータ３の実速度Ｖ1との差を減算器１１７で求め、得られた差分を演算要素１１４及び演算要素１１５にそれぞれ帰還する。ここで、演算要素１１４は比例定数Ｋ１を有する。比例定数Ｋ１の単位は「ｓｅｃ-1」である。また、演算要素１１５は積分定数Ｋ２を有する。積分定数Ｋ２の単位は「ｓｅｃ-2」である。
【００２４】
図２に示した負荷トルク推定部１１において、主軸モータ３の実速度（すなわち速度フィードバック）Ｖ1は、下記式１のように表される。
【００２５】
【数１】
2020171973.tif 000003
【００２６】
また、主軸モータ３の推定速度Ｖ2は、下記式２のように表される。
【００２７】
【数２】
2020171973.tif 000004
【００２８】
また、主軸モータ３の推定負荷トルクＢ2と、主軸モータ３の実速度Ｖ1及び推定速度Ｖ2との間には、下記式３の関係が成り立つ。
【００２９】
【数３】
2020171973.tif 000005
【００３０】
式１、式２及び式３より、主軸モータ３の推定負荷トルクＢ2は下記式４のように表される。
【００３１】
【数４】
2020171973.tif 000006
【００３２】
式４から、オブザーバ１１０によって外乱負荷トルクＢ1をＢ2のように推定することができることが分かる。
【００３３】
以上が負荷トルク推定部１１による推定処理である。
【００３４】
説明を図１に戻すと、速度変更部１２は、負荷トルク推定部１１により推定された負荷トルクが、予め規定された負荷トルク目標値に従うよう、送り軸モータ２の速度を変更する制御を行う。より具体的には、速度変更部１２は、数値制御装置などの上位制御装置（図示せず）から取得した負荷トルク目標値と負荷トルク推定部１１から取得した推定負荷トルクとの差をとり、その差がゼロとなるような送り軸モータ２に対する速度指令を生成する。速度変更部１２により生成された送り軸モータ２の速度を変更するための速度指令は、速度制御部１６へ送られ、この速度指令に基づき送り軸モータ２の速度（回転速度）が変更される。
【００３５】
なお、送り軸モータ２に対する速度指令の変更は、オーバーライドを変更することによっても実現可能であるので、速度変更部１２は、負荷トルク目標値と推定負荷トルクとの差がゼロとなるようなオーバーライドを生成するようにしてもよい。一般に、数値制御装置においては、モータに対する速度指令に対して「オーバーライド」と称される倍率（例えば０〜２００％）をかけて速度（回転速度）を変更することができる。
【００３６】
速度制御部１６は、速度変更部１２により生成された速度指令とエンコーダ３２により検出された送り軸モータ２の速度（速度フィードバック）とに基づいて、トルク指令を生成する。電流制御部１７は、速度制御部１６により生成された送り軸モータ２に対するトルク指令に基づき、電流指令を生成する。速度制御部１６と電流制御部１７とは一体化されて構成されてもよく、この場合、速度変更部１２により生成された速度指令とエンコーダ３２により検出された送り軸モータ２の速度（速度フィードバック）とに基づいて、電流指令が生成される。
【００３７】
送り軸用のインバータ（図示せず）は、電流制御部１７で生成された電流指令と、電流検出器（図示せず）により検出された送り軸モータ２のモータ巻線に流れ込む電流（電流フィードバック）とに基づいて生成されるスイッチング指令に基づき、内部に設けられた半導体スイッチング素子をオンオフ動作させて、直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して送り軸モータ２へ供給する。これにより、送り軸モータ２は、送り軸用のインバータから供給される交流電力に基づいて動作する。送り軸モータ２にて送り軸を駆動し、工具４をワーク５に対して相対移動させる。
【００３８】
図３は、本発明の一実施形態において主軸モータの推定負荷トルクと送り速度との関係を模式的に示す図である。ワーク５を加工するための工具４は、主軸モータ３（図３では図示せず）によって駆動される主軸に取り付けられる。主軸に取り付けられた工具４は、送り軸モータ２（図３では図示せず）により駆動される送り軸の動作により、ワーク５に対して相対的に移動する。ここで、工具４のワーク５に対する相対速度を、「送り速度」と称する。本実施形態では、負荷トルク推定部１１により推定された負荷トルク（主軸外乱負荷）が大きいほど、送り速度を小さくする。すなわち、負荷トルク推定部１１により推定された負荷トルク（主軸外乱負荷）が小さいときは送り速度を上げ、負荷トルク推定部１１により推定された負荷トルク（主軸外乱負荷）が大きいときは送り速度を下げる。なお、工具４のワーク５に対する相対速度である「送り速度」は、送り軸モータ２の回転速度に所定の変換係数を乗算することで求めることができる。この変換係数は、送り軸モータ２を駆動源とする送り軸機構の構造などに応じて定まる値である。
【００３９】
上述した速度変更部１２における送り軸モータ２の速度の変更に用いられる制御ゲインは、第１のゲイン変更部１３によって、主軸モータ３の速度、または主軸モータ３の速度に主軸に設けられる工具の刃数を乗じた値である加工外乱の周波数に応じて変更される。第１のゲイン変更部１３による速度変更部１２の制御ゲインの変更処理の詳細については後述する。
【００４０】
また、上述した負荷トルク推定部１１における負荷トルクの推定に用いられるゲインは、第２のゲイン変更部１４によって、主軸モータ３の速度、または主軸モータ３の速度に主軸に設けられる工具の刃数を乗じた値である加工外乱の周波数に応じて変更される。第２のゲイン変更部１４による負荷トルク推定部１１のゲインの変更処理の詳細については後述する。
【００４１】
記憶部１５には、第１のゲイン変更部１３及び第２のゲイン変更部１４による変更処理に用いられる主軸に設けられる工具４の刃数に関する情報が記憶される。記憶部１５は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成される。
【００４２】
負荷トルク推定部１１、速度変更部１２、第１のゲイン変更部１３、第２のゲイン変更部１４、速度制御部１６、電流制御部１７、位置指令生成部２１、位置制御部２２、速度制御部２３、及び電流制御部２４は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。負荷トルク推定部１１、速度変更部１２、第１のゲイン変更部１３、第２のゲイン変更部１４、速度制御部１６、電流制御部１７、位置指令生成部２１、位置制御部２２、速度制御部２３、及び電流制御部２４をソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、例えば工作機械の数値制御装置内に設けられるＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、負荷トルク推定部１１、速度変更部１２、第１のゲイン変更部１３、第２のゲイン変更部１４、速度制御部１６、電流制御部１７、位置指令生成部２１、位置制御部２２、速度制御部２３、及び電流制御部２４を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。
【００４３】
図４は、本開示の一実施形態による工作機械の制御装置の動作フローを示すフローチャートである。
【００４４】
工作機械の制御装置１内の主軸モータ制御系２０によって主軸モータ３の駆動を制御している状態において、ステップＳ１０１において、負荷トルク推定部１１は、主軸モータ制御系２０内の速度制御部２３から主軸モータ３に対するトルク指令を取得する。
【００４５】
ステップＳ１０２において、負荷トルク推定部１１は、エンコーダ３１から主軸モータ３の速度を取得する。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２とは順番を入れ替えて実行してもよい。
【００４６】
ステップＳ１０３において、負荷トルク推定部１１は、工作機械の主軸を駆動する主軸モータ３に対するトルク指令と主軸モータ３の速度とに基づいて、主軸モータ３にかかる負荷トルクを推定する。
【００４７】
ステップＳ１０４において、速度変更部１２は、負荷トルク推定部１１により推定された負荷トルクが、予め規定された負荷トルク目標値に従うよう、送り軸モータ２の速度を変更する制御を行う。より具体的には、速度変更部１２は、負荷トルク目標値と負荷トルク推定部１１から取得した推定負荷トルクとの差をとり、その差がゼロとなるような送り軸モータ２に対する速度指令を生成する。速度変更部１２により生成された送り軸モータ２の速度を変更するための速度指令は、速度制御部１６へ送られ、この速度指令に基づき送り軸モータ２の速度（回転速度）が変更される制御が行われる。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、主軸モータで駆動される主軸及び送り軸モータで駆動される送り軸を有する工作機械において、主軸モータの負荷トルクを所望の値に保つことができるので、主軸モータに対する負荷トルクの増大に伴う工具の破損及びワークの異常発生の回避と工作機械の加工効率の向上とを両立することができる。
【００４９】
続いて、第１のゲイン変更部１３による速度変更部１２の制御ゲインの変更処理及び第２のゲイン変更部１４による負荷トルク推定部１１のゲインの変更処理について説明する。表１に、第１のゲイン変更部１３による速度変更部１２の制御ゲインの変更処理及び第２のゲイン変更部１４による負荷トルク推定部１１のゲインの変更処理において、主軸モータ３の速度または加工外乱の周波数と、負荷トルク推定部１１のフィルタゲイン及び速度変更部１２のゲインとの関係を示す。
【００５０】
【表１】
2020171973.tif 000007
【００５１】
第１のゲイン変更部１３は、主軸モータ３の速度、または主軸モータ３の速度に主軸に設けられる工具４の刃数を乗じた値である加工外乱の周波数に応じて、速度変更部１２における送り軸モータ２の速度の変更に用いられる制御ゲインＫi及びＫpを変更する。例えば、制御ゲインＫi及びＫpを主軸モータ３の速度に応じて変更する場合、第１のゲイン変更部１３は、主軸モータ３の速度が速い（高い）ほど、送り軸モータ２に対する制御の応答性を高める（速める）必要があるので、制御ゲインＫi及びＫpを大きい値に設定する。また例えば、制御ゲインＫi及びＫpを、主軸モータ３の速度に主軸に設けられる工具４の刃数を乗じた値である加工外乱の周波数に応じて変更してもよい。工具４が設けられた主軸は主軸モータ３によって回転駆動されるので、主軸モータ３には、加工外乱として、主軸モータ３の速度に工具４の刃数を乗じた値によって求められる周波数の負荷トルクが発生する。よって、第１のゲイン変更部１３は、主軸モータ３に対する加工外乱（負荷トルク）の周波数が高いほど、送り軸モータ２に対する制御の応答性を高める（速める）必要があるので、制御ゲインＫi及びＫpを大きい値に設定する。
【００５２】
また、第２のゲイン変更部１４は、主軸モータ３の速度、または主軸モータ３の速度に主軸に設けられる工具４の刃数を乗じた値である加工外乱の周波数に応じて、負荷トルク推定部１１における負荷トルクの推定に用いられるゲインＫ1及びＫ2を変更する。負荷トルクの推定に用いられるゲインＫ1及びＫ2は、負荷トルク推定部１１におけるフィルタゲインの時定数を変更することで、変更される。例えば、ゲインＫ1及びＫ2を主軸モータ３の速度に応じて変更する場合、主軸モータ３の速度が速い（高い）ほど、推定負荷トルクの応答性を高くする必要があり、第２のゲイン変更部１４は、ゲインＫ1及びＫ2を大きい値に設定する（フィルタゲインの時定数を小さい値に設定する）。フィルタゲインの時定数が小さいほど、フィルタの平均化時間は短い。主軸モータ３の速度が遅い（低い）場合は、応答性を高める必要はないため、ゲインＫ1及びＫ2を小さい値に設定し（フィルタゲインの時定数を大きくし）、安定性を高くする。また例えば、ゲインＫ1及びＫ2を、主軸モータ３の速度に主軸に設けられる工具４の刃数を乗じた値である加工外乱の周波数に応じて変更してもよい。この場合、第２のゲイン変更部１４は、主軸モータ３に対する加工外乱（負荷トルク）の周波数が高いほど、送り軸モータ２に対する制御の応答性を高める（速める）必要があるので、ゲインＫ1及びＫ2を大きい値に設定する（フィルタゲインの時定数を小さい値に設定する）。
【００５３】
なお、主軸モータ３の速度が遅い（低い）場合は、第２のゲイン変更部１４により負荷トルク推定部１１のフィルタゲインを小さい値に変更せずに、第１のゲイン変更部１３により速度変更部の制御ゲインＫi及びＫpのみを小さい値に設定変更するようにしてもよい。
【００５４】
図５は、本開示の一実施形態による工作機械の制御装置における第２のゲイン変更部によるゲインとカットオフ周波数との関係を例示する図である。
【００５５】
負荷トルク推定部１１における負荷トルクの推定に用いられる伝達関数Ｇ（ｓ）としたとき、負荷トルク推定部１１におけるフィルタゲイン時定数に基づくカットオフ周波数ωn及び減衰係数ζは、下記式５のように表すことができる。
【００５６】
【数５】
2020171973.tif 000008
【００５７】
負荷トルク推定部１１における負荷トルクの推定に用いられるゲインＫ1及びＫ2を設定する場合、まず、ゲインＫ2を調整することでカットオフ周波数ωnを設定する。そして、ゲインＫ1を調整することで減衰係数ζが１／√２近傍になるように調整する。図５では、ζが、「０．１２５」、「０．５」、「１／√２」、「５／３」の場合を示している。
【００５８】
なお、負荷トルク推定部１１におけるゲインＫ1及びＫ2を及び速度変更部１２における制御ゲインＫi及びＫpは、制御装置１が制御する工作機械が同一の製品を加工している間は、基本的には変更されない。
【００５９】
ただし、同一の製品を加工している場合において、主軸モータ３に対する速度指令が変更されたときや、主軸モータ３に対する負荷トルク目標値を変更するときは、第１のゲイン変更部１３による速度変更部１２の制御ゲインの変更処理及び第２のゲイン変更部１４による負荷トルク推定部１１のゲインの変更処理が実行される。例えば、主軸モータ３に対する速度指令が変更されたときは、第１のゲイン変更部１３及び第２のゲイン変更部１４は、速度指令の変更を例えば主軸モータ３の動作プログラムなどから検知し、上述の変更処理を自動的に実行する。また例えば、主軸モータ３に対する負荷トルク目標値を変更するときは、第１のゲイン変更部１３及び第２のゲイン変更部１４は、負荷トルク目標値の変更を上位の数値制御装置（図示せず）から検知し、上述の変更処理を自動的に実行する。
【００６０】
また、制御装置１が制御する工作機械の工具４が変更されたときや当該工作機械が加工する製品が変更されたときにも、第１のゲイン変更部１３による速度変更部１２の制御ゲインの変更処理及び第２のゲイン変更部１４による負荷トルク推定部１１のゲインの変更処理が実行される。例えば、第１のゲイン変更部１３及び第２のゲイン変更部１４は、上位の数値制御装置から、工具４が変更されたことや当該工作機械が加工する製品が変更されたことに関する通知を受けて、上述の変更処理を自動的に実行する。
【００６１】
また、作業者が上位の数値制御装置（図示せず）のタッチパネルや操作キーなどの入力装置を介して所定の操作を行ったときに、変更処理を自動的に実行するようにしてもよい。
【００６２】
このように、本実施形態において、第１のゲイン変更部１３による速度変更部１２の制御ゲインの変更処理及び第２のゲイン変更部１４による負荷トルク推定部１１のゲインの変更処理を実行することで、主軸モータの負荷トルクをより適切に所望の値に保つことができる。
【符号の説明】
【００６３】
１    工作機械の制御装置
２    送り軸モータ
３    主軸モータ
４    工具
５    ワーク
１０    送り軸モータ制御系
１１    負荷トルク推定部
１２    速度変更部
１３    第１のゲイン変更部
１４    第２のゲイン変更部
１５    記憶部
１６    速度制御部
１７    電流制御部
２０    主軸モータ制御系
２１    位置指令生成部
２２    位置制御部
２３    速度制御部
２４    電流制御部
３１、３２    エンコーダ
【図１】
2020171973.tif 000009
【図２】
2020171973.tif 000010
【図３】
2020171973.tif 000011
【図４】
2020171973.tif 000012
【図５】
2020171973.tif 000013