(57)【要約】【課題】周辺機器を含めた工作機械全体における消費電力量を低減させることが可能な消費電力量低減機能を備えた工作機械の制御装置を提供すること。【解決手段】タイマーをゼロにリセットし、タイマーオンしサイクルタイムおよび消費電力量の測定開始し熱変位の初期値を測定する（ＳＡ１００〜ＳＡ１０３）。加工プログラムのブロックを読み込み、ブロックを解析し実行し、タイマーオフしサイクルタイムおよび消費電力量の測定を終了し、熱変位を実測する（ＳＡ１０４〜ＳＡ１０９）。サイクルタイム、消費電力量、および熱変位を演算し、それらを記憶し、パラメータセットを変更しながら設定回数繰り返す（ＳＡ１１０〜ＳＡ１１３）。そして、サイクルタイム、消費電力量、および熱変位を画面に表示し、それに基づいてパラメータセットを選択し、そのパラメータセットに基づいて加工プログラムを実行する（ＳＡ１１４、ＳＡ１１５）。【選択図】図３
2010240800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工プログラムに従って工作機械を制御する制御装置において、
主軸モータの加減速時定数、送り軸の加減速時定数、および送り軸の早送り速度のうち少なくとも１つのパラメータ値でグループ化し、サイクルタイムが遅くなることを指標として、該グループの各々のパラメータ値で構成されるパラメータセットを複数記憶させる記憶手段と、
前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を求める算出部と、
前記求めたパラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係を記憶する記憶手段と、
前記パラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係から、設定熱変位以内で消費電力量が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有することを特徴とする消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項２】
加工プログラムに従って工作機械を制御する制御装置において、
主軸モータの加減速時定数、送り軸の加減速時定数、および送り軸の早送り速度のうち少なくとも１つのパラメータ値でグループ化し、サイクルタイムが遅くなることを指標として、該グループの各々のパラメータ値で構成されるパラメータセットを複数記憶させる記憶手段と、
前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を求める算出部と、
前記求めたパラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係を記憶する記憶手段と、
前記パラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係から、設定消費電力量範囲内で熱変位が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有することを特徴とする消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項３】
前記算出部は、さらに、前記パラメータセットとサイクルタイムとの関係を求め、
前記パラメータセットと消費電力量との関係、パラメータセットと熱変位との関係、および前記パラメータセットとサイクルタイムとの関係から、
設定熱変位範囲内と設定サイクルタイム範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセットを求め、
該求めたパラメータセットを設定する手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項４】
前記記憶手段に記憶したパラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係を画面にグラフまたは表示を表示する画面表示手段と、
前記画面表示手段に表示される画面表示から熱変位の範囲を設定する設定手段と、を有し、該設定された熱変位範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項５】
前記記憶手段に記憶したパラメータセットと消費電力量との関係、パラメータセットと熱変位との関係を画面にグラフまたは表示を表示する画面表示手段と、
前記画面表示手段に表示された画面表示から消費電力の範囲を設定する設定手段と、を有し、該設定された消費電力量範囲内で熱変位が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有する請求項２に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項６】
前記記憶手段に記憶したパラメータセットと消費電力量との関係、パラメータセットと熱変位との関係およびパラメータセットとサイクルタイムとの関係を画面にグラフまたは表を表示する画面表示手段と、
前記画面表示手段に表示された画面表示から熱変位の範囲およびサイクルタイムの範囲を設定する設定手段と、を有し、
該設定された熱変位範囲および設定されたサイクルタイム範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有する請求項３に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項７】
前記算出部は、前記パラメータセットと前記加工プログラムから、前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を算出する請求項１または請求項２に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項８】
前記算出部は、前記パラメータセットと前記加工プログラムから、
前記パラメータセットと消費電力量との関係、前記パラメータセットと熱変位との関係および前記パラメータセットとサイクルタイムとの関係を算出する請求項３に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項９】
前記算出部は、前記パラメータセットを変化させて加工を行った時の測定値から、前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を算出する請求項１または請求項２に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項１０】
前記算出部は、前記パラメータセットを変化させて加工を行った時の測定値から、前記パラメータセットと消費電力量との関係、前記パラメータセットと熱変位との関係および前記パラメータセットとサイクルタイムとの関係を算出することを特徴とする請求項３に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項１１】
加工プログラムに従って工作機械を制御する制御装置において、
主軸モータの加減速時定数、送り軸の加減速時定数、および送り軸の早送り速度のうち少なくとも１つのパラメータ値でグループ化し、サイクルタイムが遅くなることを指標として、該グループの各々のパラメータ値で構成されるパラメータセットを複数記憶させる記憶手段と、
前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を求める算出部と、
前記求めたパラメータセットと消費電力量との関係、パラメータセットと熱変位との関係、およびパラメータとサイクルタイムとの関係を記憶する記憶手段と、
加工プログラムにおいて、設定熱変位範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセット、設定消費電力量内で熱変位が最小となるパラメータセット、設定熱変位範囲内と設定サイクルタイム範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセットのいずれかを選択する選択手段と、
該選択されたパラメータセットを設定する手段と、を有することを特徴とする消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【請求項１２】
消費電力量算出部において任意の周辺機器の消費電力を入力できる入力部と、
前記入力した消費電力とサイクルタイムから周辺機器の消費電力量を算出する算出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械の制御装置に関し、特に、工作機械の消費電力を低減する機能を有する工作機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
我が国は、京都議定書の目標を確実に達成するとともに、中長期的にも温室効果ガスの排出量を削減することが求められている。温室効果ガスの多くはエネルギー起源の二酸化炭素であり、一層の地球温暖化対策を推進するため、省エネルギー対策の強化が求められている。  
工作機械においても省エネルギーの取り組みが従来からなされている。例えば、特許文献１には、工作機械の加工動作前に、自動的にエネルギー使用効率を最大とする一刃送り量、切り込み量などの加工条件を算出して、工作機械を動作させることができる工作機械の制御装置が開示されている。また、特許文献２には、通常モードから省エネモードに切り替えることでモータの加速時間を延ばし、必要電流の最大値を低下させ、生産性を低下させることなく軸送りの加速時における消費電力を抑えることが可能な加工機の軸送りに関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２０９２号公報
【特許文献２】特開平６−１６１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
背景技術で説明したように従来の工作機械は、生産性を向上させるため工作機械に備えられた各軸駆動用のモータの加減速、または最高回転数を大きくすることにより、機械の動作を俊敏にしサイクルタイムを短縮している。
【０００５】
しかしながら、工作機械のモータの加減速、または最高速度を大きくすると、該モータを駆動するための電力が増大する。工場内の製造ライン工程では他の機械よりサイクルタイムが短い機械や、試作加工などサイクルタイムの短縮が重要ではない機械においても、機械の動作を俊敏にしてしまい多くの電力を消費していた。
【０００６】
特に製造ライン工程では、１つの機械において早く加工が終わっても次の機械において加工が終了するまで待つ場合があり、何も加工せず無駄な電力を消費していた。また、機械を俊敏に動作させると機械のモータや、機械のボールネジなどの摩擦面で発熱が多くなり、機械の熱変位が大きくなる。機械の熱変位が大きくなると、工作機械側の駆動系の各構成部分における温度による伸縮などによってワークと工作機械の間に相対的な変位を生じ、ワークの加工精度が低下する問題がある。
【０００７】
通常、モータは加速時に消費電力が最大となる。モータの加速を遅くすることでモータの消費電力を小さくすることが可能であり、機械の送り軸の早送り速度を小さくしてモータの消費電力を抑えることができる。また、モータ動作を遅くすればするほど、モータの消費電力量を小さくすることができる。
【０００８】
他方、工作機械にはポンプや電装部品などの周辺機器が取り付けられており、前記ポンプや前記電装部品などの周辺機器が常時駆動している。周辺機器の消費電力は時間に対してほぼ一定である。モータの動作を遅くすればサイクルタイムが長くなるため、消費電力が一定である周辺機器による電力使用量は、モータの動作を遅くすればするほど（換言すれば、サイクルタイムが長くなればなるほど）増大する。
【０００９】
したがって、図１に示すようサイクルタイムが長くなり過ぎるとパラメータセットを選択すると、工作機械全体の消費電力量が増大する。一方、モータ動作が遅いほど熱変位は小さくなる傾向がある。
【００１０】
背景技術で説明した特許文献１の技術は、モータの消費電力しか考慮していないため、加速時間を延ばせば消費電力が小さくなるものである。しかし、工作機械の消費電力はモータだけではなく、周辺機器のポンプや電装部品なども含まれるため、加工時間を延ばしサイクルタイムが長くなると、周辺機器の消費電力量が大きくなる。結果的に、加速時間を延ばし過ぎると工作機械全体の消費電力量が大きくなってしまう。また、特許文献２に開示される技術は、モータ回転が一定である実加工中の条件を変更することで、エネルギー効率を高めている。しかし、加工条件を変更すると加工後の加工品の品質が劣化する可能性がある。また、仕上げ加工など加工条件を緩和できない場合、特許文献２に開示される技術ではエネルギー効率を高めることはできない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、上記事情に鑑み、周辺機器を含めた工作機械全体における消費電力量を低減させることが可能な消費電力量低減機能を備えた工作機械を制御する制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１に係る発明は、加工プログラムに従って工作機械を制御する制御装置において、主軸モータの加減速時定数、送り軸の加減速時定数、および送り軸の早送り速度のうち少なくとも１つのパラメータ値でグループ化し、サイクルタイムが遅くなることを指標として、該グループの各々のパラメータ値で構成されるパラメータセットを複数記憶させる記憶手段と、前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を求める算出部と、前記求めたパラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係を記憶する記憶手段と、前記パラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係から、設定熱変位以内で消費電力量が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有することを特徴とする消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。
【００１３】
請求項２に係る発明は、加工プログラムに従って工作機械を制御する制御装置において、主軸モータの加減速時定数、送り軸の加減速時定数、および送り軸の早送り速度のうち少なくとも１つのパラメータ値でグループ化し、サイクルタイムが遅くなることを指標として、該グループの各々のパラメータ値で構成されるパラメータセットを複数記憶させる記憶手段と、前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を求める算出部と、前記求めたパラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係を記憶する記憶手段と、前記パラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係から、設定消費電力量範囲内で熱変位が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有することを特徴とする消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。
【００１４】
請求項３に係る発明は、前記算出部は、さらに、前記パラメータセットとサイクルタイムとの関係を求め、前記パラメータセットと消費電力量との関係、パラメータセットと熱変位との関係、および前記パラメータセットとサイクルタイムとの関係から、設定熱変位範囲内と設定サイクルタイム範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセットを求め、
該求めたパラメータセットを設定する手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。
【００１５】
請求項４に係る発明は、前記記憶手段に記憶したパラメータセットと消費電力量との関係およびパラメータセットと熱変位との関係を画面にグラフまたは表示を表示する画面表示手段と、前記画面表示手段に表示される画面表示から熱変位の範囲を設定する設定手段と、を有し、該設定された熱変位範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。
【００１６】
請求項５に係る発明は、前記記憶手段に記憶したパラメータセットと消費電力量との関係、パラメータセットと熱変位との関係を画面にグラフまたは表示を表示する画面表示手段と、前記画面表示手段に表示された画面表示から消費電力の範囲を設定する設定手段と、を有し、該設定された消費電力量範囲内で熱変位が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有する請求項２に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。
【００１７】
請求項６に係る発明は、前記記憶手段に記憶したパラメータセットと消費電力量との関係、パラメータセットと熱変位との関係およびパラメータセットとサイクルタイムとの関係を画面にグラフまたは表を表示する画面表示手段と、前記画面表示手段に表示された画面表示から熱変位の範囲およびサイクルタイムの範囲を設定する設定手段と、を有し、該設定された熱変位範囲および設定されたサイクルタイム範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセットを求め、該求めたパラメータセットを設定する手段を有する請求項３に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。
【００１８】
請求項７に係る発明は、前記算出部は、前記パラメータセットと前記加工プログラムから、前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を算出する請求項１または請求項２に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。  
請求項８に係る発明は、前記算出部は、前記パラメータセットと前記加工プログラムから、前記パラメータセットと消費電力量との関係、前記パラメータセットと熱変位との関係および前記パラメータセットとサイクルタイムとの関係を算出する請求項３に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。  
請求項９に係る発明は、前記算出部は、前記パラメータセットを変化させて加工を行った時の測定値から、前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を算出する請求項１または請求項２に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。  
請求項１０に係る発明は、前記算出部は、前記パラメータセットを変化させて加工を行った時の測定値から、前記パラメータセットと消費電力量との関係、前記パラメータセットと熱変位との関係および前記パラメータセットとサイクルタイムとの関係を算出することを特徴とする請求項３に記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。
【００１９】
請求項１１に係る発明は、加工プログラムに従って工作機械を制御する制御装置において、主軸モータの加減速時定数、送り軸の加減速時定数、および送り軸の早送り速度のうち少なくとも１つのパラメータ値でグループ化し、サイクルタイムが遅くなることを指標として、該グループの各々のパラメータ値で構成されるパラメータセットを複数記憶させる記憶手段と、前記パラメータセットと消費電力量との関係および前記パラメータセットと熱変位との関係を求める算出部と、前記求めたパラメータセットと消費電力量との関係、パラメータセットと熱変位との関係、およびパラメータとサイクルタイムとの関係を記憶する記憶手段と、加工プログラムにおいて、設定熱変位範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセット、設定消費電力量内で熱変位が最小となるパラメータセット、設定熱変位範囲内と設定サイクルタイム範囲内で消費電力量が最小となるパラメータセットのいずれかを選択する選択手段と、該選択されたパラメータセットを設定する手段と、を有することを特徴とする消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。
【００２０】
請求項１２に係る発明は、消費電力量算出部において任意の周辺機器の消費電力を入力できる入力部と、前記入力した消費電力とサイクルタイムから周辺機器の消費電力量を算出する算出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の消費電力量低減機能を有する工作機械を制御する制御装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、周辺機器を含めた工作機械全体における消費電力量を低減させることが可能な消費電力量低減機能を備えた工作機械を制御する制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】サイクルタイム、消費電力、および熱変位の関係をグラフに表示した例である。
【図２】本発明の工作機械を制御する制御装置の概略ブロック図である。
【図３】加工プログラムを実行し、サイクルタイム、消費電力、および熱変位を実測して求める本発明の実施形態のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】サイクルタイム、消費電力量、および熱変位を算出して求める本発明の実施形態のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図５】パラメータセットを説明する図である。
【図６】パラメータセットの例を説明する図である。
【図７】熱変位を基準に最小消費電力量となるパラメータセットを設定することを説明する図である。
【図８】サイクルタイムおよび熱変位を基準に最小消費電力量となるパラメータセットを設定することを説明する図である。
【図９】最大消費電力量を基準に最短サイクルタイム、または最小熱変位となるパラメータセットを設定することを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図２は、本発明の工作機械を制御する制御装置の概略ブロック図である。制御装置１０は加工プログラムに基づいて工作機械２２を制御する数値制御装置である。  
制御装置１０のプロセッサ１１は、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、手動入力装置付き表示装置１４、不揮発性メモリ１５、送り軸制御回路１６、主軸制御回路１８、ＰＭＣ２１とバス２０を介して接続されている。  
ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。本発明に係るプログラムもＲＯＭ１２に記憶され、プロセッサ１１によって処理される。ＲＡＭ１３は入力信号等の一時的なデータが格納される。手動入力装置付き表示装置１４は液晶表示装置などの表示装置を備えている。不揮発性メモリ１５には電源切断後にも保持すべきパラメータ、加工プログラム等の各種データが格納される。
【００２４】
送り軸制御回路１６はプロセッサ１１からの送り軸の移動指令を受けて、送り軸の移動指令をサーボアンプ１７に出力する。送り軸サーボアンプ１７はこの移動指令を受けて、工作機械２２の送り軸サーボモータ２５を駆動する。図２では１組の送り軸制御回路１６と送り軸サーボアンプ１７が示されているが、工作機械２２の送り軸の数に応じて複数組を用いる。  
主軸制御回路１８はプロセッサからの主軸の速度指令を受けて、主軸の速度指令を主軸アンプ１９に出力する。主軸アンプ１９はこの速度指令を受けて、工作機械の主軸モータ２４を駆動する。
【００２５】
ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）２１は、加工プログラムの実行時に、バス２０経由で各種指令信号を受けとり、この信号をシーケンス・プログラムで処理して、動作信号として信号を出力し、工作機械２２を制御する。工作機械２２は、切削油を循環させるクーラントポンプ２３を備えており、クーラントポンプ２３はＰＭＣ２１からの動作信号に従って動作する。  
工作機械２２は、クーラントポンプ２３、工作機械の機構部に配置された主軸モータ２４と送り軸サーボモータ２５を備えている。また、工作機械２２は工具の位置やワークの位置を検出するための変位検出センサ２６を備えている。変位検出センサ２６はインタフェース（図示省略）を介して制御装置１０に接続されている。
【００２６】
工作機械２２と制御装置１０は電力線から電力計２７を介し電力が供給される。電力計２７は、制御装置１０および工作機械２２で消費される消費電力量を計測する機能を有する装置である。電力計２７は電力線の電圧値と電流値とを検出し電力データを算出する。電力計２７は電力データを元に制御装置１０から指定された時間の長さにおいて消費される消費電力量を算出する機能を備えている。消費電力量の算出は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。なお、図２に示す電力の供給は電力消費量の算出を説明するために概略を説明したものであり、図２では電力線から電力計２７を介して工作機械２２と制御装置１０が電力を供給するように図示されているが、制御装置１０には工作機械２２に供給される電源電圧と異なる電源電圧が使用される場合が多い。
【００２７】
また、消費電力量の算出を電力計２７で行うのに替えて、消費電力量の計測を行う機能を有しない電力計を用い工作機械２２や制御装置１０に供給される電圧と電流を検出し、検出した検出電圧値と検出電流値を制御装置１０に送信し、制御装置１０において消費電力量を算出するようにしてもよい。  
切削油を用いた加工では、切削油が主軸や回転工具に当るとミスト化される。このミストはミストコレクタ２８によって回収される。ミストコレクタ２８は種類が豊富であり工作機械のユーザは様々なミストコレクタ２８を選択して使用する。そのため、ミストコレクタ２８の消費電力を予め制御装置１０のメモリに格納しておくのは困難である。
【００２８】
図３は、加工プログラムを実行し、サイクルタイム、消費電力、および熱変位を実測する本発明の実施形態のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、所定のパラメータセットが予め設定されているものとする。
●ステップＳＡ１００；タイマーをゼロにリセットする。  
●ステップＳＡ１０１；熱変位の初期値を測定する。工作機械が有するセンサ機能を用いる。例えば、変位検出センサ２６を用いて加工開始前の基準位置、あるいはワークの所定位置を測定し、熱変位の初期値とする。  
●ステップＳＡ１０２；タイマーをオンし、サイクルタイムの計測を開始する。  
●ステップＳＡ１０３；消費電力量の実測を開始する。消費電力量の測定は電力測定器を使用して行う。図２に示す実施形態では、制御装置１０から電力計２７に電力量の算出開始を指令する。
【００２９】
●ステップＳＡ１０４；加工プログラムのブロックを読み込む。  
●ステップＳＡ１０５；ブロックを解析し実行する。  
●ステップＳＡ１０６；プログラム終了か否か判断し、終了でない場合にはステップＳＡ１０４へ戻り、終了の場合にはステップＳＡ１０７へ移行する。
●ステップＳＡ１０７；タイマーをオフする。
●ステップＳＡ１０８；消費電力量の実測を終了する。図２の実施形態では、電力計２７へ消費電力量の算出終了を指令する。  
【００３０】
●ステップＳＡ１０９；熱変位を測定する。加工終了時における基準位置、あるいはワークの所定位置を、変位検出センサ２６を用いて測定する。
●ステップＳＡ１１０；サイクルタイム、消費電力量、および熱変位を演算により求める。サイクルタイムは、ステップＳＡ１０２のタイマーオンからステップＳＡ１０７のタイマーオフまでにタイマーで計測された経過時間から求められる。消費電力量は、ステップＳＡ１０３の消費電力量実測開始時点からステップＳＡ１０８の消費電力量実測終了時点までの消費電力量を計測する。また、熱変位は、ステップＳＡ１０１の熱変位を実測した初期値からステップＳＡ１０９での熱変位を実測した実測値の差を演算することによって求められる。
【００３１】
●ステップＳＡ１１１；ステップＳＡ１１０で求めたサイクルタイム、消費電力量、および熱変位のデータを記憶装置に記憶する。  
●ステップＳＡ１１２；設定回数繰り返したか否か判断し、繰り返していない場合にはステップＳＡ１１３へ移行し、繰り返した場合にはステップＳＡ１１４へ移行する。設定回数は、パラメータセット数に対応する。設定回数を繰り返したかがＹＥＳの場合は、パラメータセット数分繰り返えされたことを意味する。
●ステップＳＡ１１３；パラメータセットを変更し、ステップＳＡ１００へ移行する。ここで、パラメータセットを説明する。主軸の加減速時定数、送り軸の加減速時定数、および送り軸の早送り速度のうち少なくとも１つの設定値からなるパラメータの集合を、予め複数組作成し記憶装置に記憶させておく。それぞれのパラメータセットは、それぞれサイクルタイムが徐々に遅くなるように（モータ動作を遅く）設定する。パラメータセットを変更し、サイクルタイム、消費電力量、および熱変位の実測を繰り返す処理を行う。
●ステップＳＡ１１４；ステップＳＡ１１１で記憶したサイクルタイム、消費電力量、および熱変位を画面表示（図７〜図９参照）する。  
【００３２】
●ステップＳＡ１１５；パラメータセットを選択する。パラメータセットの選択は、ステップＳＡ１１４の処理で表示される画面表示を見てオペレータが選択したものを制御装置がパラメータとして設定する処理、あるいは、加工プログラムにプログラムコードを記述しておき、このプログラムコードに基づいてパラメータセットを選択し設定するようにしてもよい。プログラムコードによってパラメータを設定する場合にはステップＳＡ１１４の画面表示は行わなくてもよい。
●ステップＳＡ１１６；加工プログラムを読み込み・解析し、ステップＳＡ１１５で選択されたパラメータセットに従ってワークの加工を実行し、処理を終了する。なお、加工プログラムは、ステップＳＡ１０４で読み込む加工プログラムと同一の加工プログラムである。
【００３３】
図５は複数作成し記憶装置に記憶したパラメータセットを説明する図である。パラメータセット１、パラメータセット２、パラメータセット３、・・・と複数のパラメータセットが用意される。そして、図５に示されるようにパラメータセット１からパラメータセット２、パラメータセット３、・・・とサイクルタイムが長くなるように各パラメータを設定する。パラメータセット１が予め設定されているとすると、図３に示すフローチャートのステップＳＡ１１３におけるパラメータセットの変更は、パラメータセット２、パラメータセット３のように変更されていき、その都度、サイクルタイム、消費電力量、および熱変位が求められる。
【００３４】
図６は図５を用いて説明したパラメータセットの一例である。パラメータセット１は、主軸時定数２００［ｍｓ］、送り軸時定数１００［ｍｓ］、および送り軸早送り速度５０［ｍ／ｍｉｎ］から構成され、パラメータセット２は、主軸時定数３００［ｍｓ］、送り軸時定数１５０［ｍｓ］、および送り軸早送り速度４５［ｍ／ｍｉｎ］から構成され、パラメータセット３は、主軸時定数４００［ｍｓ］、送り軸時定数２００［ｍｓ］、および送り軸早送り速度４０［ｍ／ｍｉｎ］から構成される。
【００３５】
ここで、ステップＳＡ１１５のパラメータセットの選択を図７〜図９を用いて補足して説明する。  
図７は、熱変位を基準に最小消費電力量となるパラメータセットを設定することを説明する図である。横軸はパラメータセットＰＳ１、ＰＳ２、・・・ＰＳｎであり、縦軸は消費電力量と熱変位の大小を表す。図３に示されるフローチャートの処理でパラメータセットＰＳ１から順番にパラメータセットＰＳｎまで変更し、図７に示されるグラフのデータを取得する。取得されたデータはステップＳＡ１１４で制御装置１０の手動入力装置付き表示装置１４の表示装置の表示画面に表示される。オペレータは、表示画面を見て、熱変位を基準に最小消費電力量となるパラメータセットを選択することが可能である。
【００３６】
図８は、サイクルタイムおよび熱変位を基準に最小消費電力量となるパラメータセットを設定することを説明する図である。横軸はパラメータセットＰＳ１、ＰＳ２、・・・ＰＳｎであり、縦軸は消費電力量と熱変位の大小およびサイクルタイムの長短を表す。オペレータは、表示画面を見て、サイクルタイム、熱変位を基準に最小消費電力量となるパラメータセットを選択することが可能である。
【００３７】
図９は、最大消費電力量を基準に最小熱変位となるパラメータセットを設定することを説明する図である。オペレータは、最大消費電力量を基準に最小熱変位となるパラメータセットを選択することが可能である。  
なお、パラメータセットの選択はオペレータが表示画面を見て選択するのに替えて、加工プログラムにコードを設定することによって、自動的に設定するようにしてもよい。コードによる設定については後述する。
【００３８】
次に、電力計２７を用いない場合の本発明の実施形態を説明する。  
図４は、サイクルタイム、消費電力量、および熱変位を算出する本発明の実施形態のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、サイクルタイム、消費電力量、および熱変位の算出例をフローチャートの説明の後に行っている。
●ステップＳＢ１００；加工プログラムを解析する。  
●ステップＳＢ１０１；サイクルタイムを算出する。  
●ステップＳＢ１０２；周辺機器を含む工作機械の消費電力量を算出する。  
●ステップＳＢ１０３；熱変位を算出する。  
●ステップＳＢ１０４；算出サイクルタイム、算出消費電力量、および算出熱変位の算出データを保存する。
【００３９】
●ステップＳＢ１０５；設定回数繰り返したか否か判断し、設定回数繰り返していない場合にはステップＳＢ１０６へ移行し、設定回数繰り返した場合にはステップＳＢ１０７へ移行する。  
●ステップＳＢ１０６；パラメータセットを変更する。ここで、パラメータセットを説明する。主軸の加減速時定数、送り軸の加減速時定数、および送り軸の早送り速度のうち少なくとも１つの設定値からなるパラメータの集合を、予め複数組作成し記憶装置に記憶させておく。それぞれのパラメータセットは、それぞれサイクルタイムが徐々に遅くなるように（モータ動作を遅く）設定する。パラメータセットを変更し、サイクルタイム、消費電力量、および熱変位の算出を繰り返す処理を行う。
●ステップＳＢ１０７；ステップＳＢ１０４で記憶した算出サイクルタイム、算出消費電力量、および算出熱変位をグラフにし画面表示する（図７〜図９参照）。
●ステップＳＢ１０８；パラメータセットを選択し、処理を終了する。パラメータセットの選択は、ステップＳＢ１０７の処理で表示される画面表示を見てオペレータが選択したものを制御装置がパラメータとして設定する処理、あるいは、加工プログラムにプログラムコードを記述しておき、このプログラムコードに基づいてパラメータセットを選択し設定するようにしてもよい。プログラムコードによってパラメータを設定する場合にはステップＳＢ１０７の画面表示は行わなくてもよい。  
実際に加工プログラムを解析し実行する際には、ステップＳＢ１０８で選択し設定されたパラメータセットに従ってステップＳＢ１００で解析した加工プログラムに従って、ワークの加工を行う。
【００４０】
ここで、サイクルタイムの算出、消費電力量の算出、熱変位の算出方法について説明する。まず、サイクルタイムの算出例を説明する。  
＜主軸の駆動時間＞
主軸の加減速時と一定回転時に分けて扱う。一定回転時はワークを加工している時間（送り軸動作中）であるので、送り軸の駆動時間に含める。つまり、主軸の加減速時の時間のみサイクルタイムの一部として扱う。 
加減速時の駆動時間の算出例を説明する。主軸の加減速駆動時間ｔｓｐ[ｓｅｃ]は、数１式として表される。 
ｔｓｐ＝Ｓ／ａｓｐ・・・（数１）
ここで、Ｓ：主軸回転速度［ｒａｄ/ｓｅｃ］、ａｓｐ：主軸加速度［ｒａｄ/ｓｅｃ2］、主軸加速度ａｓｐは予め実測し記憶する。
【００４１】
＜送り軸駆動時間＞
送り軸の駆動時間も加減速時と一定速度に分けて算出する。また、送り軸は移動距離が小さいときなど、一定速度域に達しない場合もあることから、一定速度域に達する場合と達しない場合で考える。今回の算出例では送り軸時定数が一定であることを仮定する。時定数は目標速度の６３．２％に達する時間であるので、目標速度に達したときの移動量ｘｍ［ｍ］は数２式により求めることができる。
ｘｍ＝τｓｖ＊Ｆ／（２＊０．６３２）・・・（数２）
なお、τｓｖ：送り軸時定数［ｓｅｃ］、Ｆ：送り速度［ｍ/ｓｅｃ］を表す。
一定速度に達しない場合、条件は目標速度に達したときの移動量ｘｍ［ｍ］より実際の移動距離ｘｒ［ｍ］が小さい場合であるので、
ｘｒ＜＝τｓｖ＊Ｆ／０．６３２・・・（数３）
なお、「＜＝」は「以上」を意味する。
送り軸駆動時間ｔｓｖ［ｓｅｃ］は、
ｔｓｖ＝２＊√｛ｘｒ＊τｓｖ／（０．６３２＊Ｆ）｝・・・（数４）
で表すことができる。
一定速度に達する場合、
ｘｒ＞τｓｖ＊Ｆ／０．６３２・・・（数５）
駆動時間算出式は加速減速域と一定速度域の和で、
ｔｓｖ＝２＊τｓｖ／０．６３２＋｛ｘｒ−（τｓｖ＊Ｆ）／０．６３２｝／Ｆ
・・・（数６）
加工プログラムを１ブロック毎解析し、主軸指令、または送り軸指令時に駆動時間を算出処理する。なお、複数の送り軸が同時に動作する場合には、一定駆動時間が長い送り軸の駆動時間を適用する。  
加工プログラム全体のサイクルタイムは、主軸加減速駆動時間ｔｓｐと送り軸駆動時間ｔｓｖとドウェル時間ｔｄｗ、工具交換時間ｔｔｌ（予め実測し記憶する）を足し合わせ、
ｔ＝ｔｓｐ＋ｔｓｖ＋ｔｄｗ＋ｔｔｌ・・・（数７）
により求めることができる。ｔはサイクルタイムを表す。
【００４２】
次に、消費電力量算出例を説明する。モータの軸換算総イナーシャＪ［ｋｇｍ2］、モータの角加速度ａ［ｒａｄ／ｓｅｃ2］、モータに流れる電流をＩ［Ａ］、トルク定数Ｋｔ［Ｎｍ／Ａ］、摩擦トルクＴｆ［Ｎｍ］とすると、運動方程式は、
Ｊ＊ａ＝Ｋt＊Ｉ−Ｔｆ  ・・・（数８）
消費電力Ｐ［Ｗ］は、
Ｐ＝√３＊Ｖ＊I＊COSφ  ・・・（数９）
ここで、Ｖ：モータにかかる電圧［Ｖ］、COSφ：力率
数９式に数８式を代入し消費電力量Ｅ［Ｗｈ］を求めると、
Ｅ＝√３＊Ｖ＊COSφ＊（Ｊ＊ａ＋Ｔｆ）＊ｔ／（３６００＊Ｋｔ）・・・（数１０）
加速時の消費電力Ｅａ［Ｗｈ］は、
Ｅａ＝√３＊Ｖ＊COSφ＊（Ｊ＊ａ＋Ｔｆ）＊ｔａ／（３６００＊Ｋｔ）
・・・（数１１）  
ここで、ｔａ：加速時の駆動時間［ｓｅｃ］
一定回転時の消費電力量Ｅｃ［Ｗｈ］は、
Ｅｃ＝√３＊Ｖ＊COSφ＊Ｔｆ＊ｔｃ／（３６００＊Ｋｔ）     ・・・（数１２）
ここで、ｔｃ：一定回転時の駆動時間［ｓｅｃ］
減速時の消費電力量Ｅｄ［Ｗｈ］は、
Ｅｄ＝√３＊Ｖ＊COSφ＊（Ｊ＊ａ＋Ｔｆ）＊ｔｄ／（３６００＊Ｋｔ）
・・・（数１３）
ここで、ｔｄ：減速時の駆動時間［ｓｅｃ］
モータにかかる電圧は工作機械の仕様から、力率ＣＯＳφは実測値をイナーシャＪは実際に使用される値から代表的な値を、摩擦トルクＴｆは実測値を、モータのトルク定数はモータの仕様書から選定し予め保存する。モータの加速度ａは、サイクルタイム算出例で挙げたａｓｐまたは、ａｓｖ＝０．６３２＊Ｆ／τｓｖを用いる。駆動時間ｔａ、ｔｃ、ｔｄは、サイクルタイム算出中に解析し取得する。数１１式から数１３式を全てのモータについて算出することでモータの消費電力量は求まる。
【００４３】
周辺機器の消費電力量は、周辺機器のＯＮ／ＯＦＦを常時監視し、また、取り付けられている周辺機器の消費電力を予め記憶する。周辺機器がＯＮした場合、その周辺機器の消費電力をＯＮしている間足し続ける。また、独自の周辺機器を取り付けられた場合など、消費電力を任意に記憶させることで消費電力に常時入力した電力値が加算される。例えば、図２に示されるミストコレクタ２８の消費電力を記憶させることによって、周辺機器に現実に使用されるミストコレクタ２８の消費電力を加味して消費電力量を算出することが可能となる。
【００４４】
周辺機器１、３、４がＯＮの場合、周辺機器の消費電力量Ｅｐ［Ｗｈ］は、
Ｅｐ＝（Ｗｐ１＋Ｗｐ３＋Ｗｐ４）×ｔ／３６００  ・・・（数１４）
ここで、Ｗｐ１：周辺機器１の消費電力［Ｗ］、Ｗｐ３：周辺機器３の消費電力［Ｗ］、Ｗｐ４：周辺機器４の消費電力［Ｗ］
モータの消費電力量と周辺機器の消費電力量である数１１式から数１４式を足すことで、工作機械全体の消費電力量は求まる。
【００４５】
次に、熱変位算出例を説明する。主軸の平均回転数、送り軸の平均速度、各モータに流れる平均電流と各送り軸との熱変位関係を実測により求めておき予め記憶し、加工プログラム解析時に主軸回転数、送り軸の速度、モータに流れる電流を前記サイクルタイム算出例、消費電力量算出例のように取得することで熱変位を算出する。  
Ｘ軸の熱変位ｄｘ［ｍ］は、
ｄｘ＝Ｋ１ｘ＊Ｆｘ＋Ｋ２ｘ＊Ｉｘ＋Ｋ３ｘ＊Ｓｓｐ＋Ｋ４ｘ＊Ｉｓｐ
・・・（数１５）
ここで、Ｋ１ｘ、Ｋ２ｘ、Ｋ３ｘ、Ｋ４ｘ：定数、Ｆｘ：Ｘ軸平均送り速度［ｍ／ｓ］、Ｉｘ：Ｘ軸モータに流れる平均電流［Ａ］、Ｓｓｐ：主軸平均回転数［ｍｉｎ-1］、Ｉｓｐ：主軸モータに流れる平均電流［Ａ］
Ｙ軸の熱変位ｄｙ［ｍ］は、
ｄｙ＝Ｋ１ｙ＊Ｆｙ＋Ｋ２ｙ＊Ｉｙ＋Ｋ３ｙ＊Ｓｓｐ＋Ｋ４ｙ＊Ｉｓｐ
・・・（数１６）
ここで、Ｋ１ｙ、Ｋ２ｙ、Ｋ３ｙ、Ｋ４ｙ：定数、Ｆｙ：Ｙ軸平均送り速度［ｍ／ｓ］、Ｉｙ：Ｙ軸モータに流れる平均電流［Ａ］、Ｓｓｐ：主軸平均回転数［ｍｉｎ-1］、Ｉｓｐ：主軸モータに流れる平均電流［Ａ］
Ｚ軸の熱変位ｄｚ［ｍ］は、
ｄｚ＝Ｋ１ｚ＊Ｆｚ＋Ｋ２ｚ＊Ｉｚ＋Ｋ３ｚ＊Ｓｓｐ＋Ｋ４ｚ＊Ｉｓｐ
・・・（数１７）
ここで、Ｋ１ｚ、Ｋ２ｚ、Ｋ３ｚ、Ｋ４ｚ：定数、Ｆｚ：Ｚ軸平均送り速度［ｍ／ｓ］、Ｉｚ：Ｚ軸モータに流れる電流［Ａ］、Ｉｓｐ：主軸モータに流れる電流［Ａ］
上述のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の熱変位の大きさを平均し機械全体の熱変位とする。
【００４６】
前述したように図３や図４におけるパラメータセットの選択を加工プログラムにプログラムコードとして記述することによって行うようにできる。プログラムフォーマットは以下の例に示すように加工プログラムに記述することができる。
Ｍｘｘ：熱変位を抑え消費電力量を最小にする設定ＯＮ。  
Ｍｘｙ：サイクルタイムと熱変位を指定範囲内に抑え消費電力量を最小にする設定ＯＮ。（サイクルタイム優先）  
Ｍｙｙ：サイクルタイムと熱変位を指定範囲内に抑え消費電力量を最小にする設定ＯＮ。（熱変位優先）  
Ｍｘｚ：指定した消費電力量内で熱変位を最小にする設定ＯＮ。  
Ｍｚｚ：消費電力低減機能ＯＦＦ。  
なお、ＭはＭコード、ｘｘ、ｙｙ等は任意の数字を意味する。
【符号の説明】
【００４７】
１０  制御装置
１１  プロセッサ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  手動入力装置付き表示装置
１５  不揮発性メモリ
１６  送り軸制御回路
１７  送り軸サーボアンプ
１８  主軸制御回路
１９  主軸アンプ
２０  バス
２１  ＰＭＣ
２２  工作機械
２３  クーラントポンプ
２４  主軸モータ
２５  送り軸サーボモータ
２６  変位検出センサ
２７  電力計
【図１】
2010240800.tif 000003
【図２】
2010240800.tif 000004
【図３】
2010240800.tif 000005
【図４】
2010240800.tif 000006
【図５】
2010240800.tif 000007
【図６】
2010240800.tif 000008
【図７】
2010240800.tif 000009
【図８】
2010240800.tif 000010
【図９】
2010240800.tif 000011