(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有する工作機械の制御装置であって、
交流電源側の交流電圧と直流側であるＤＣリンクにおける直流電圧とを相互電力変換する順変換器と、
前記ＤＣリンクにおける直流電圧と送り軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、送り軸モータへ駆動電力を供給する送り軸モータ用逆変換器と、
前記ＤＣリンクにおける直流電圧と主軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、主軸モータへ駆動電力を供給する主軸モータ用逆変換器と、
前記順変換器の交流電源側の停電発生の有無を検出する停電検出手段と、
前記ＤＣリンクにおける直流電圧を検出する電圧検出手段と、
前記停電検出手段が停電を検出したとき、送り軸モータを減速させるよう前記送り軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する制御手段であって、前記制御手段は、前記停電検出手段が停電を検出したとき、前記電圧検出手段が検出した直流電圧が所定の上限値より大きい場合は主軸モータを加速させるよう前記主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を、前記電圧検出手段が検出した直流電圧が前記所定の上限値よりも低い所定の下限値より小さい場合は主軸モータを減速させるよう前記主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を、出力する制御手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記停電検出手段が停電を検出したときにおいて、前記電圧検出手段が検出した直流電圧が前記所定の下限値以上であって前記所定の上限値以下である場合には、主軸モータへの駆動電力の供給を停止するよう前記主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ動力遮断指令を出力する請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有する工作機械の制御装置であって、
交流電源側の交流電圧と直流側であるＤＣリンクにおける直流電圧とを相互電力変換する順変換器と、
前記ＤＣリンクにおける直流電圧と送り軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、送り軸モータへ駆動電力を供給する送り軸モータ用逆変換器と、
前記ＤＣリンクにおける直流電圧と主軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、主軸モータへ駆動電力を供給する主軸モータ用逆変換器と、
前記順変換器の交流電源側の停電発生の有無を検出する停電検出手段と、
送り軸モータにおける消費電力を算出する電力計算手段と、
前記停電検出手段が停電を検出したとき、送り軸モータを減速させるよう前記送り軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する制御手段であって、前記制御手段は、前記停電検出手段が停電を検出したとき、前記電力計算手段により算出された前記消費電力が負である場合は主軸モータを加速させるよう前記主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を、前記電力計算手段により算出された前記消費電力が正である場合は主軸モータを減速させるよう前記主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を、出力する制御手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電力計算手段により算出された前記消費電力を、主軸モータ出力制限値として出力し、
前記主軸モータ用逆変換器は、前記主軸モータ加速指令もしくは前記主軸モータ減速指令に基づき前記主軸モータ用逆変換器により相互電力変換される交流電力の総量が、前記主軸モータ出力制限値に達するまで、当該主軸モータ加速指令もしくは当該主軸モータ減速指令に基づき前記ＤＣリンクにおける直流電圧と主軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換する請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記送り軸モータ用逆変換器は、少なくとも１つの送り軸モータごとに設けられ、
前記電力計算手段が算出する前記消費電力は、全ての送り軸モータにおける消費電力を総和したものである請求項３または４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記主軸モータ加速指令は、主軸モータに許容された最大回転速度もしくは最大回転数に達するときの主軸モータ加速指令を速度指令上限値として有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
主軸モータが駆動する主軸は、ワークを把持し回転させる軸であり、
前記主軸に把持されたワークの種類に応じて、前記速度指令上限値が設定される請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記停電検出手段が停電を検出したときの主軸モータの回転速度を基準とした、当該回転速度からの最大許容上昇分に対応する主軸モータ加速指令の上昇分を、速度指令上昇許容値として設定し、
前記主軸モータ加速指令は、前記停電検出手段が停電を検出したときの主軸モータの回転速度に前記速度指令上昇許容値を加算した値を速度指令上限値として有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項９】
主軸モータが駆動する主軸は、ワークを把持し回転させる軸であり、
前記主軸に把持されたワークの種類に応じて、前記速度指令上昇許容値が設定される請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記停電検出手段が停電を検出して前記送り軸モータ用逆変換器に対し前記送り軸モータ減速指令を出力するとともに前記主軸モータ用逆変換器に対して前記主軸モータ加速指令を出力したときにおいて、前記主軸モータ加速指令が前記速度指令上限値に達した場合、送り軸モータのトルクを現時点よりも低下させるよう前記送り軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する送り軸モータトルク制限指令を出力する請求項６〜９のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記停電検出手段が停電を検出したときにおいて、主軸の位置制御をしている場合は、前記主軸モータ用逆変換器に対して前記主軸モータ加速指令もしくは前記主軸モータ減速指令は出力しない請求項１〜１０のいずれか一項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有する工作機械の制御装置に関し、特に、交流電源側から供給された交流を直流に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流に変換して送り軸モータおよび主軸モータへ供給し駆動する工作機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有する工作機械においては、交流入力側から入力された交流電力を直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。このような工作機械においては、モータ制御装置の主回路として、三相交流入力電源のある交流電源側から供給された交流電圧を整流して直流電圧を出力する順変換器と、順変換器の直流側であるＤＣリンク（直流リンク）に接続され、ＤＣリンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、を備え、当該逆変換器の交流出力側に接続された主軸モータおよび送り軸モータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。
【０００３】
このうち逆変換器は、複数の駆動軸をそれぞれ駆動するモータごとに設けられる。
【０００４】
近年、省エネルギー化の要求から、モータ減速時に生じる回生電力をＤＣリンクに設けられた蓄電装置に蓄積してモータの駆動電力として再利用したり、さらに交流電源側に戻したりするため、電源回生可能な逆変換器が多く用いられている。
【０００５】
一方、順変換器は、工作機械中のモータ制御装置のコストや占有スペースを低減する目的で、複数の逆変換器に対して１個が設けられることが多い。また、上述の逆変換器の場合同様、順変換器についても、省エネルギー化の要求から、モータ減速時に生じる回生エネルギーを交流電源側に戻すことができる電源回生可能なものが用いられることがある。
【０００６】
交流電源側で停電が発生した場合、上述のモータ制御装置においては送り軸モータおよび主軸モータの正常な運転を継続することができなくなる。このような場合、送り軸の衝突を防止するため、送り軸を駆動する送り軸モータの動作をできるだけ早く停止させる必要がある。そのため、交流電源側における停電が発生すると、停電の検知に連動して送り軸モータに減速指令を与えて停止させることで、送り軸モータに接続されたツール、および、当該ツールが加工する加工対象などを保護することが行われている。制御装置（コンピュータ部）の電源が無停電電源装置（ＵＰＳ）等でバックアップされていれば、交流電源側に停電が発生したとしても、当該制御装置は非常時にとるべき動作を送り軸モータ用逆変換器に対して指令することは可能であり、順変換器（整流器）に設けられているキャパシタ内に蓄積されていた電荷によって、しばらくの間は送り軸モータ用逆変換器を動作させることができ、送り軸モータを緊急停止させる制御が可能である。
【０００７】
交流電源側における停電発生時にモータを緊急停止させるものとして、モータの減速途中から逆向きトルクを積極的に発生させてモータの早期停止を実現する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１４３７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、モータ減速時に生じる回生電力を交流電源側に回生する機能を有するモータ駆動装置に、交流電源側の停電の検知に連動して送り軸モータに減速指令を与えて緊急停止させる例えば特許文献１などに記載された技術を適用すると、停電発生時は、回生電力を交流電源側へ戻すことができなくなり、その結果、順変換器と逆変換器との間のＤＣリンクにおける直流電圧が上昇してしまう。特にモータの回生電力が大きい場合にはそれが顕著である。通常、逆変換器は、その直流側であるＤＣリンクにおける直流電圧が上昇しすぎると逆変換器自体を保護するため「過電圧アラーム」を発行し、制御を放棄することが行われる。この場合、減速途中から逆向きトルクを積極的に発生させてモータを停止させるといったような緊急停止をすることができなくなり、結果として、交流電源側で停電が発生してからモータが停止するまで時間がかかる問題が生じる。例えば上述の送り軸モータの場合でこのような問題が生じると、送り軸の衝突を回避することができない。
【００１０】
また、送り軸モータの特性や、送り軸モータが駆動する送り軸が受ける摩擦の状況によっては、送り軸モータを減速させる場合にあっても送り軸モータ用逆変換器から駆動電力を送り軸モータへ供給し続ける必要がある場合がある。すなわち、この場合は、送り軸モータの減速時であっても、送り軸モータに回生電力が発生しないので送り軸モータ用逆変換器はＤＣリンクにエネルギーを供給せず、逆に、送り軸モータ用逆変換器はＤＣリンクの直流電力を交流電力に変換して送り軸モータに供給する。このような状況で、交流電源側で停電が発生し、上述のような緊急停止のための減速指令を与えると、ＤＣリンクの直流電圧が急速に低下する。通常、逆変換器は、その直流側であるＤＣリンクにおける直流電圧が低下しすぎると駆動用の電力を供給できなくなるため「低電圧アラーム」を発行し、制御を放棄することが行われる。この場合、減速途中から逆向きトルクを積極的に発生させてモータを停止させるといったような緊急停止をすることができなくなり、結果として、交流電源側で停電が発生してからモータが停止するまで時間がかかる問題が生じる。例えば上述の送り軸モータの場合でこのような問題が生じると、送り軸の衝突を回避することができない。
【００１１】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有する工作機械において、交流電源側の停電発生時に送り軸モータを確実に早期停止することができる工作機械の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を実現するために、本発明の第１の態様においては、送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有する工作機械の制御装置は、交流電源側の交流電圧と直流側であるＤＣリンクにおける直流電圧とを相互電力変換する順変換器と、ＤＣリンクにおける直流電圧と送り軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、送り軸モータへ駆動電力を供給する送り軸モータ用逆変換器と、ＤＣリンクにおける直流電圧と主軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、主軸モータへ駆動電力を供給する主軸モータ用逆変換器と、順変換器の交流電源側の停電発生の有無を検出する停電検出手段と、ＤＣリンクにおける直流電圧を検出する電圧検出手段と、停電検出手段が停電を検出したとき、送り軸モータを減速させるよう送り軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する制御手段であって、この制御手段は、停電検出手段が停電を検出したとき、電圧検出手段が検出した直流電圧が所定の上限値より大きい場合は主軸モータを加速させるよう主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を、電圧検出手段が検出した直流電圧が所定の上限値よりも低い所定の下限値より小さい場合は主軸モータを減速させるよう主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を、出力する制御手段と、を備える。
【００１３】
ここで、上記制御手段は、停電検出手段が停電を検出したときにおいて、電圧検出手段が検出した直流電圧が上記所定の下限値以上であって上記所定の上限値以下である場合には、主軸モータへの駆動電力の供給を停止するよう主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ動力遮断指令を出力する。
【００１４】
また、本発明の第２の態様においては、送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有する工作機械の制御装置は、交流電源側の交流電圧と直流側であるＤＣリンクにおける直流電圧とを相互電力変換する順変換器と、ＤＣリンクにおける直流電圧と送り軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、送り軸モータへ駆動電力を供給する送り軸モータ用逆変換器と、ＤＣリンクにおける直流電圧と主軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換し、主軸モータへ駆動電力を供給する主軸モータ用逆変換器と、順変換器の交流電源側の停電発生の有無を検出する停電検出手段と、送り軸モータにおける消費電力を算出する電力計算手段と、停電検出手段が停電を検出したとき、送り軸モータを減速させるよう送り軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する制御手段であって、この制御手段は、停電検出手段が停電を検出したとき、電力計算手段により算出された消費電力が負である場合は主軸モータを加速させるよう主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を、電力計算手段により算出された消費電力が正である場合は主軸モータを減速させるよう主軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を、出力する制御手段と、を備える。
【００１５】
本発明の第２の態様において、上記制御手段は、電力計算手段により算出された消費電力を、主軸モータ出力制限値として出力し、主軸モータ用逆変換器は、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令に基づき主軸モータ用逆変換器により相互電力変換される交流電力の総量が、主軸モータ出力制限値に達するまで、当該主軸モータ加速指令もしくは当該主軸モータ減速指令に基づきＤＣリンクにおける直流電圧と主軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換するようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明の第２の態様において、送り軸モータ用逆変換器は、少なくとも１つの送り軸モータごとに設けられる場合、電力計算手段が算出する消費電力は、全ての送り軸モータにおける消費電力を総和したものである。
【００１７】
また、本発明の第１および第２の態様において、主軸モータ加速指令は、主軸モータに許容された最大回転速度もしくは最大回転数に達するときの主軸モータ加速指令を速度指令上限値として有するようにしてもよい。
【００１８】
ここで、主軸モータが駆動する主軸が、ワークを把持し回転させる軸である場合、主軸に把持されたワークの種類に応じて、速度指令上限値が設定されるようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明の第１および第２の態様において、停電検出手段が停電を検出したときの主軸モータの回転速度を基準とした、当該回転速度からの最大許容上昇分に対応する主軸モータ加速指令の上昇分を、速度指令上昇許容値として設定し、主軸モータ加速指令は、停電検出手段が停電を検出したときの主軸モータの回転速度に速度指令上昇許容値を加算した値を速度指令上限値として有するようにしてもよい。
【００２０】
ここで、主軸モータが駆動する主軸が、ワークを把持し回転させる軸である場合、主軸に把持されたワークに応じて、速度指令上昇許容値が設定されるようにしてもよい。
【００２１】
また、上記制御手段は、停電検出手段が停電を検出して送り軸モータ用逆変換器に対し送り軸モータ減速指令を出力するとともに主軸モータ用逆変換器に対して主軸モータ加速指令を出力したときにおいて、主軸モータ加速指令が速度指令上限値に達した場合、送り軸モータのトルクを現時点よりも低下させるよう送り軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する送り軸モータトルク制限指令を出力するようにしてもよい。
【００２２】
また、上記制御手段は、停電検出手段が停電を検出したときにおいて、主軸の位置制御をしている場合は、主軸モータ用逆変換器に対して主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令は出力しないようにしてもよい。
【００２３】
また、上述の工作機械の制御装置は、停電検出手段が停電を検出したときにおいても制御手段を動作させるための電力を制御手段へ供給する電源バックアップ手段を備えるようにするのが好ましい。
【００２４】
また、順変換器内に設けられる順変換器制御部と、送り軸モータ用逆変換器内に設けられる送り軸モータ用逆変換器制御部と、主軸モータ用逆変換器内に設けられる主軸モータ用逆変換器制御部と、制御手段と、の間で相互に通信可能な通信手段を備え、停電検出手段は、順変換器の交流電源側の停電発生の有無についての検出結果を、順変換器制御部および通信手段を介して制御手段に通知するようにするのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有する工作機械において、交流電源側の停電発生時に送り軸モータを確実に早期停止することができ、したがって交流電源側の停電発生時における送り軸の衝突を回避することができる。
【００２６】
本発明の第１の実施例によれば、交流電源側の停電発生時においては、数値制御部は、送り軸モータ用逆変換器に対しては送り軸モータ減速指令を送信するとともに、電圧検出手段が検出したＤＣリンクにおける直流電圧が所定の上限値より大きい場合は主軸モータ加速指令が送信され、ＤＣリンクにおける直流電圧の上昇の原因であるＤＣリンクにおける直流電力の上昇分を、加速される主軸モータで消費させるので、ＤＣリンクにおける直流電力の上昇を抑制することができ、過電圧アラームレベルに達することを回避することができる。また、電圧検出手段が検出したＤＣリンクにおける直流電圧が所定の下限値より小さい場合は主軸モータ減速指令が送信され、ＤＣリンクにおける直流電圧の低下の原因であるＤＣリンクにおける直流電力の減少分を、主軸モータを減速することで生じる回生電力で補うようにするので、ＤＣリンクにおける直流電力の低下を抑制することができ、低電圧アラームレベルに達することを回避することができる。
【００２７】
また、本発明の第２の実施例によれば、交流電源側の停電発生時においては、数値制御部は、送り軸モータ用逆変換器に対して送り軸モータ減速指令を送信するとともに、電力計算手段が算出した送り軸モータの消費電力が負の場合は主軸モータ加速指令が送信され、ＤＣリンクにおける直流電圧の上昇の原因である送り軸モータで発生する回生エネルギーを、加速される主軸モータで消費させるので、ＤＣリンクにおける直流電力の上昇を抑制することができ、過電圧アラームレベルに達することを回避することができる。また、電力計算手段が算出した送り軸モータの消費電力が正の場合は主軸モータ減速指令が送信され、ＤＣリンクにおける直流電圧の低下の原因である送り軸モータでの電力の消費分を、主軸モータを減速することで生じる回生電力で補うようにするので、ＤＣリンクにおける直流電力の低下を抑制することができ、低電圧アラームレベルに達することを回避することができる。
【００２８】
また、本発明の第３の実施例によれば、第１および第２の実施例において、さらに電力計算手段により算出された消費電力に応じて主軸モータ出力制限値を設定することにより、主軸モータ用逆変換器は主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令に基づき主軸モータ用逆変換器により相互電力変換される交流電力の総量が、主軸モータ出力制限値に達するまで、主軸モータを減速もしくは加速させるための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換するようにするので、送り軸モータおよび主軸モータを含むシステム全体で消費もしくは回生される電力はゼロとなり、ＤＣリンクの直流電圧の変動を抑制することができる。
【００２９】
また、本発明の第４の実施例によれば、第１〜第３の実施例においてさらに、主軸モータ加速指令について、主軸モータに許容された最大回転速度に達するときの主軸モータ加速指令を速度指令上限値として設定するので、主軸モータ加速指令により主軸モータを最大回転速度より大きく回転させることはなくなるので、安全性が高まる。
【００３０】
また、本発明の第５の実施例によれば、停電検出手段が停電を検出したときの主軸モータの回転速度を基準とした、当該回転速度からの最大許容上昇分に対応する主軸モータ加速指令の上昇分を、速度指令上昇許容値として予め設定しておき、停電検出手段が停電を検出したときの主軸モータの回転速度に速度指令上昇許容値を加算した値を主軸モータ加速指令の速度指令上限値として設定するので、より効率的かつ安全に主軸モータを制御し、ＤＣリンクの直流電圧の上昇を抑制することができる。
【００３１】
また、第６の実施例によれば、工作機械が旋盤である場合、ワークの種類に応じて速度指令上限値もしくは速度上昇許容値を変更し、より一層の安全性を効率的に確保するもことができる。
【００３２】
また、第７の実施例によれば、停電検出手段が停電を検出して送り軸モータ用逆変換器に対し送り軸モータ減速指令を出力するとともに主軸モータ用逆変換器に対して主軸モータ加速指令を出力したときにおいて、主軸モータ加速指令が速度指令上限値に達した場合は、送り軸モータのトルクを現時点よりも低下させるよう送り軸モータ用逆変換器の相互電力変換を制御する送り軸モータトルク制限指令を出力するので、ＤＣリンクの直流電圧の上昇を抑制することができる。
【００３３】
また、第８の実施例によれば、停電検出手段が停電を検出したときにおいて、主軸の位置制御をしている場合は、主軸モータ用逆変換器に対して主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令は出力しないようにするので、位置制御を継続し、主軸と補間動作を行っている軸の同期性が損なわれることはなく、ワークや工具に大きなダメージを与えるといったような問題は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施例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】本発明の第１の実施例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３】本発明の第１の実施例において停電時に主軸モータ用逆変換器に対して通知される指令を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施例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６】本発明の第２の実施例において停電時に主軸モータ用逆変換器に対して通知される指令を説明する図である。
【図７】本発明の第３の実施例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８】図７に示す本発明の第３の実施例の変形例において停電時に主軸モータ用逆変換器に対して通知される指令を説明する図である。
【図９】本発明の第４の実施例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１０】本発明の第５の実施例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１１】本発明の第６の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第６の実施例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１３】本発明の第７の実施例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１４】本発明の第８の実施例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。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。
【００３６】
本発明の第１の実施例によれば、送り軸を駆動する送り軸モータ２と主軸を駆動する主軸モータ３とを有する工作機械の制御装置１００は、順変換器１１と、送り軸モータ用逆変換器１２と、主軸モータ用逆変換器１３と、停電検出手段１４と、電圧検出手段１５と、制御手段としての数値制御部（ＣＮＣ）１６と、電源バックアップ手段３１と、通信手段としての通信バス３２と、を備える。
【００３７】
順変換器１１と送り軸モータ用逆変換器１２と主軸モータ用逆変換器１３とは、ＤＣリンクを介して接続される。また、通信手段である通信バス３２は、順変換器１１内に設けられる順変換器制御部１１Ｃと、送り軸モータ用逆変換器１２内に設けられる送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃと、主軸モータ用逆変換器１３内に設けられる主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃと、数値制御部１６と、を相互に通信可能に接続する機能を有する。なお、このような通信手段を、通信バス３２のような有線方式ではなく、無線方式により実現してもよい。
【００３８】
順変換器１１は、力行時には商用三相交流電源４より供給された交流電力を整流して直流電力を出力し、回生時にはモータで回生された回生エネルギーをＤＣリンクを介して交流電源４側に回生することができる整流器である。すなわち、順変換器１１は、商用三相交流電源４側の交流電圧と直流側であるＤＣリンクにおける直流電圧とを相互電力変換するものである。順変換器１１の例としては、１２０度通電型整流回路、あるいはＰＷＭ制御方式の整流回路などがある。
【００３９】
送り軸モータ用逆変換器１２は、例えばＰＷＭインバータなどのような、内部にスイッチング素子を有する変換回路（図示せず）とこれを制御する送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃとで構成される。送り軸モータ用逆変換器１２においては、ＤＣリンク側から供給される直流電力を、数値制御部１６から通信バス３２を介して受信したモータ駆動指令に基づき、送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃは、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、送り軸モータ２を駆動のための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。送り軸モータ２は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて動作することになる。また、送り軸モータ２の減速時には回生電力が発生するが、数値制御部１６から通信バス３２を介して受信したモータ駆動指令に基づき、送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃは、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、送り軸モータ２で発生した回生電力である交流電力を直流電力へ変換してＤＣリンクへ戻す。このように、送り軸モータ用逆変換器１２は、ＤＣリンクにおける直流電力と送り軸モータ２の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換するものである。
【００４０】
主軸モータ用逆変換器１３は、例えばＰＷＭインバータなどのような、内部にスイッチング素子を有する変換回路（図示せず）とこれを制御する主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃとで構成される。主軸モータ用逆変換器１３においては、ＤＣリンク側から供給される直流電力を、数値制御部１６から通信バス３２を介して受信したモータ駆動指令に基づき、主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃが、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、主軸モータ３を駆動のための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。主軸モータ３は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて動作することになる。また、主軸モータ３の減速時には回生電力が発生するが、数値制御部１６から通信バス３２を介して受信したモータ駆動指令に基づき、主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃは、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、主軸モータ３で発生した回生電力である交流電力を直流電力へ変換してＤＣリンクへ戻す。このように、主軸モータ用逆変換器１３は、ＤＣリンクにおける直流電力と主軸モータ３の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換するものである。
【００４１】
停電検出手段１４は、順変換器１１内に設けられ、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無を検出する。停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無についての検出結果を、順変換器制御部１１Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１６に通知する。
【００４２】
電圧検出手段１５は、送り軸モータ用逆変換器１２もしくは主軸モータ用逆変換器１３内に設けられ、ＤＣリンクにおける直流電圧を検出し、通信バス３２を介して数値制御部１６に通知する。
【００４３】
数値制御部１６は、送り軸モータ２および主軸モータ３を所望の回転速度やトルクで駆動するべく、送り軸モータ用逆変換器１２および主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御するための指令を作成し出力するものである。数値制御部１６は、交流電源側で停電が発生した通知を通信バス３２を介して停電検出手段１４から受けたとき、送り軸モータ２を減速させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する。このとき、通信バス３２を介して通知された直流電圧が所定の上限値より大きい場合は主軸モータを加速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を出力し、通信バス３２を介して通知された直流電圧が所定の上限値よりも低い所定の下限値より小さい場合は主軸モータ３を減速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を出力し、通信バス３２を介して通知された直流電圧が上記所定の下限値以上であって上記所定の上限値以下である場合には、主軸モータ３への駆動電力の供給を停止するよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ動力遮断指令を出力する。
【００４４】
数値制御部１６は、正常時は順変換器１１の三相商用交流電源４から動作のための電力の供給を受けることになるが、順変換器１１の交流電源側で停電が発生するとその電力供給を受けることができなくなるので、上述した数値制御部１６の動作を実現するために、停電検出手段１４が停電を検出したときにおいても数値制御部１６を動作させるための電力を当該数値制御部１６へ供給する電源バックアップ手段３１を備える。
【００４５】
図２は、本発明の第１の実施例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。
【００４６】
ステップＳ１０１において、順変換器１１内の停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無を検出する。ステップＳ１０１において停電検出手段１４が停電発生を検出するとステップＳ１０２へ進む。
【００４７】
ステップＳ１０２において、停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側で停電が発生したことを、順変換器制御部１１Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１６に通知する。
【００４８】
ステップＳ１０３では、数値制御部１６は、通信バス３２を介して通知されたＤＣリンクにおける直流電圧が所定の上限値より大きいか否かを判定する。通信バス３２を介して通知されたＤＣリンクにおける直流電圧が所定の上限値以下である場合はステップＳ１０４へ進み、上限値より大きい場合はステップＳ１０７へ進む。
【００４９】
ステップＳ１０７では、数値制御部１６は、主軸モータ３を加速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を出力する。数値制御部１６により出力された主軸モータ加速指令は、通信バス３２を介して主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ送信される。主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃは、主軸モータ加速指令を受信すると、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、主軸モータ３を加速させるための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。主軸モータ３は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて加速されることになる。この場合は、停電発生時にＤＣリンクの直流電圧が所定の上限値より大きくなるので、ＤＣリンクの過電圧アラームレベルに近づく可能性があることから主軸モータ３をより高速に回転させＤＣリンクにおける直流電力を主軸モータ３で消費させるようにする。上記所定の値を過電圧アラームレベルより小さい値に設定すれば、上述のような動作が実行されることになるので、主軸モータ３でエネルギーが消費され、過電圧アラームレベルに達することはない。
【００５０】
一方、ステップＳ１０４では、数値制御部１６は、通信バス３２を介して通知されたＤＣリンクにおける直流電圧が所定の下限値より小さいか否かを判定する。通信バス３２を介して通知されたＤＣリンクにおける直流電圧が所定の下限値より大きい場合はステップＳ１０５へ進み、下限値以下の場合はステップＳ１０６へ進む。
【００５１】
ステップＳ１０６では、数値制御部１６は、主軸モータ３を減速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を出力する。数値制御部１６により出力された主軸モータ減速指令は、通信バス３２を介して主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ送信される。主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃは、主軸モータ減速指令を受信すると、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、主軸モータ３を減速させるための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。主軸モータ３は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて減速されることになる。この場合は、停電発生時にＤＣリンクの直流電圧が所定の下限値より小さくなるので、ＤＣリンクの低電圧アラームレベルに近づく可能性があることから主軸モータ３を減速させ、回生エネルギーによって、ＤＣリンク電圧を維持させるようにする。上記所定の値を低電圧アラームレベルより大きい値に設定すれば、上述のような動作が実行されることになるので、主軸モータ３の減速により生じる回生電力が主軸モータ用逆変換器１３により直流電力に変換されてＤＣリンクに供給され、ＤＣリンクの直流電圧の値が上昇し、低電圧アラームレベルに達することはない。
【００５２】
ステップＳ１０５では、数値制御部１６は、主軸モータ３への駆動電力の供給を停止するよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ動力遮断指令を出力する。
【００５３】
ステップＳ１０８では、送り軸モータ２を減速させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する。数値制御部１６により出力された送り軸モータ減速指令は、通信バス３２を介して送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃへ送信される。送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃは、送り軸モータ減速指令を受信すると、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、送り軸モータ２を減速させるための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。送り軸モータ２は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて減速されることになる。
【００５４】
ステップＳ１０８の処理が終わると、ステップＳ１０１の処理に戻る。すなわち、数値制御部１６は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理を繰り返し実行することで、送り軸モータ減速指令を出力するとともに、通信バス３２を介して通知されたＤＣリンクの直流電圧と上記所定の上限値および上記所定の下限値との比較結果に応じて主軸モータ減速指令、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ動作遮断指令のいずれかを出力する。
【００５５】
図３は、本発明の第１の実施例において停電時に主軸モータ用逆変換器に対して通知される指令を説明する図である。上述のように、交流電源側の停電発生時においては、数値制御部１６は、送り軸モータ用逆変換器１２に対しては送り軸モータ減速指令を送信するが、主軸モータ用逆変換器１３に対しては通信バス３２を介して通知されたＤＣリンクにおける直流電圧の大きさいかんによって、送信される指令が異なることになる。すなわち、通信バス３２を介して通知されたＤＣリンクにおける直流電圧が所定の上限値より大きい場合は主軸モータ加速指令が送信され、ＤＣリンクにおける直流電圧の上昇の原因であるＤＣリンクにおける直流電力の上昇分を、加速される主軸モータ３で消費させることで、ＤＣリンクにおける直流電力の上昇を抑制し、過電圧アラームレベルに達することを回避する。また、通信バス３２を介して通知されたＤＣリンクにおける直流電圧が所定の下限値より小さい場合は主軸モータ減速指令が送信され、ＤＣリンクにおける直流電圧の低下の原因であるＤＣリンクにおける直流電力の減少分を、主軸モータ３を減速することで生じる回生電力で補うようにすることで、ＤＣリンクにおける直流電力の低下を抑制し、低電圧アラームレベルに達することを回避する。また、通信バス３２を介して通知されたＤＣリンクにおける直流電圧が所定の下限値以上であって所定の上限値以下である場合は主軸モータ動力遮断指令が送信され、停電にあわせて主軸モータ３への電力供給を遮断する。
【００５６】
図４は、本発明の第２の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。
【００５７】
本発明の第２の実施例によれば、送り軸を駆動する送り軸モータ２と主軸を駆動する主軸モータ３とを有する工作機械の制御装置２００は、順変換器１１と、送り軸モータ用逆変換器１２と、主軸モータ用逆変換器１３と、停電検出手段１４と、電力計算手段１７と、制御手段としての数値制御部１８と、電源バックアップ手段３１と、通信手段としての通信バス３２と、を備える。
【００５８】
順変換器１１、送り軸モータ用逆変換器１２、主軸モータ用逆変換器１３、停電検出手段１４および電源バックアップ手段３１は、図１および２を参照して説明した第１の実施例の場合と同様であるので説明は省略する。
【００５９】
電力計算手段１７は、送り軸モータ用逆変換器１２内に設けられ、送り軸モータ用逆変換器１２の交流出力側の交流電圧および交流電流に基づいて、当該送り軸モータ用逆変換器１２に接続された送り軸モータ２における消費電力を算出する。電力計算手段１７は、算出した送り軸モータ２の消費電力の値を、送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１８に通知する。数値制御部１８は、受信した消費電力の値を後述の処理に利用する。なお、送り軸モータ２が複数存在する場合は、数値制御部１８は、各電力計算手段１７が算出した消費電力を総和したもの（すなわち全ての送り軸モータ２における消費電力を総和したもの）を後述の処理に利用する。
【００６０】
数値制御部（ＣＮＣ）１８は、送り軸モータ２および主軸モータ３を所望の回転速度やトルクで駆動するべく、送り軸モータ用逆変換器１２および主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御するための指令を作成し出力するものである。数値制御部１８は、交流電源側で停電が発生した通知を通信バス３２を介して停電検出手段１４から受けたとき、送り軸モータ２を減速させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する。このとき、電力計算手段１７により算出された消費電力が負である場合は主軸モータ３を加速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を出力し、電力計算手段１７により算出された消費電力が正である場合は主軸モータ３を減速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を出力する。
【００６１】
図５は、本発明の第２の実施例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。
【００６２】
ステップＳ２０１において、順変換器１１内の停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無を検出する。ステップＳ２０１において停電検出手段１４が停電発生を検出するとステップＳ２０２へ進む。
【００６３】
ステップＳ２０２において、停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側で停電が発生したとことを、順変換器制御部１１Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１８に通知する。
【００６４】
ステップＳ２０３では、数値制御部１８は、電力計算手段１７により算出された送り軸モータ２の消費電力が負であるか正であるかを判定する。電力計算手段１７により算出された消費電力が正である場合はステップＳ２０４へ進み、負である場合はステップＳ２０５へ進む。
【００６５】
ステップＳ２０４では、数値制御部１８は、主軸モータ３を減速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を出力する。数値制御部１８により出力された主軸モータ減速指令は、通信バス３２を介して主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ送信される。主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃは、主軸モータ減速指令を受信すると、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、主軸モータ３を減速させるための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。主軸モータ３は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて減速されることになる。ステップＳ２０３において送り軸モータ２の消費電力が正であると判定されたということは、送り軸モータ２においてエネルギーを消費していることを意味するので、そのまま放置すると、より一層のＤＣリンクの直流電圧の低下を招く。そこで、ステップＳ２０４の処理を実行することによって、主軸モータ３は減速され主軸モータ３により消費されるエネルギーを少なくし、ＤＣリンクの直流電圧の低下を抑制する。
【００６６】
ステップＳ２０５では、数値制御部１８は、主軸モータ３を加速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を出力する。数値制御部１８により出力された主軸モータ加速指令は、通信バス３２を介して主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ送信される。主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃは、主軸モータ加速指令を受信すると、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、主軸モータ３を加速させるための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。主軸モータ３は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて加速されることになる。ステップＳ２０３において送り軸モータ２の消費電力が負であると判定されたということは、送り軸モータ２においてエネルギーが回生されていることを意味するので、そのまま放置すると、より一層のＤＣリンクの直流電圧の上昇を招く。そこで、ステップＳ２０５の処理を実行することによって、主軸モータ３は加速され主軸モータ３により消費されるエネルギーを大きくし、ＤＣリンクの直流電圧の上昇を抑制する。
【００６７】
ステップＳ２０６では、送り軸モータ２を減速させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する。数値制御部１８により出力された送り軸モータ減速指令は、通信バス３２を介して送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃへ送信される。送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃは、送り軸モータ減速指令を受信すると、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、送り軸モータ２を減速させるための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。送り軸軸モータ２は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて減速されることになる。
【００６８】
ステップＳ２０６の処理が終わると、ステップＳ２０１の処理に戻る。すなわち、数値制御部１８は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理を繰り返し実行することで、送り軸モータ減速指令を出力するとともに、電力計算手段１７により算出された主軸モータの消費電力の値に応じて主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ加速指令のいずれかを出力する。
【００６９】
図６は、本発明の第２の実施例において停電時に主軸モータ用逆変換器に対して通知される指令を説明する図である。上述のように、交流電源側の停電発生時においては、数値制御部１８は、送り軸モータ用逆変換器１２に対しては送り軸モータ減速指令を送信するが、主軸モータ用逆変換器１３に対しては電力計算手段１７が算出した送り軸モータ２の消費電力の正負によって、送信される指令が異なることになる。すなわち、電力計算手段１７が算出した送り軸モータ２の消費電力が負の場合は主軸モータ加速指令が送信され、ＤＣリンクにおける直流電圧の上昇の原因である送り軸モータ２で発生する回生エネルギーを、加速される主軸モータ３で消費させることで、ＤＣリンクにおける直流電力の上昇を抑制し、過電圧アラームレベルに達することを回避する。また、電力計算手段１７が算出した送り軸モータ２の消費電力が正の場合は主軸モータ減速指令が送信され、ＤＣリンクにおける直流電圧の低下の原因である送り軸モータ２での電力の消費分を、主軸モータ３を減速することで生じる回生電力で補うようにすることで、ＤＣリンクにおける直流電力の低下を抑制し、低電圧アラームレベルに達することを回避する。
【００７０】
図７は、本発明の第３の実施例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８は、図７に示す本発明の第３の実施例の変形例において停電時に主軸モータ用逆変換器に対して通知される指令を説明する図である。第３の実施例は、図５および６を参照した第２の実施例において、送り軸モータ２の消費電力に応じて、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令に基づき出力される主軸モータ用逆変換器１３の交流出力を制限し、ＤＣリンクの直流電圧を一定に保つようにしたものである。すなわち、第３の実施例では、数値制御部１８は、電力計算手段１７により算出された消費電力を、主軸モータ出力制限値として出力し、これに応じて、主軸モータ用逆変換器１３は、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令に基づき主軸モータ用逆変換器１３により相互電力変換される交流電力の総量が、主軸モータ出力制限値に達するまで、当該主軸モータ加速指令もしくは当該主軸モータ減速指令に基づきＤＣリンクにおける直流電圧と主軸モータ側の交流電圧とを相互電力変換する。
【００７１】
まず、ステップＳ３０１において、順変換器１１内の停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無を検出する。ステップＳ３０１において停電検出手段１４が停電発生を検出するとステップＳ３０２へ進む。
【００７２】
ステップＳ３０２では、停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側で停電が発生したことを、順変換器制御部１１Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１８に通知する。
【００７３】
ステップＳ３０３では、数値制御部１８は、電力計算手段１７により算出された送り軸モータ２の消費電力が負であるか正であるかを判定する。電力計算手段１７により算出された消費電力が正である場合はステップＳ３０４へ進み、負である場合はステップＳ３０５へ進む。
【００７４】
ステップＳ３０４では、数値制御部１８は、主軸モータ３を減速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ減速指令を作成する。
【００７５】
ステップＳ３０５では、数値制御部１８は、主軸モータ３を加速させるよう主軸モータ用逆変換器１３の相互電力変換を制御する主軸モータ加速指令を出力する。
【００７６】
ステップＳ３０６では、数値制御部１８は、電力計算手段１７により算出された消費電力を、主軸モータ出力制限値として設定する。具体的には、数値制御部１８は、電力計算手段１７により算出された消費電力が正である場合は、送り軸モータ２においてエネルギーが消費されていることを意味するので、主軸モータ減速指令を作成して主軸モータ３を減速させることで生じる回生エネルギーにより、送り軸モータ２において消費されたエネルギーを補うようにすることは、図５および６に示す第２の実施例において説明した通りである。本発明の第３の実施例ではさらに、図８（ａ）に示すように、主軸モータ用逆変換器１３が出力する交流電力の総量が、送り軸モータ２での消費電力の量と同じとなるよう、主軸モータ用逆変換器１３が出力する交流電力に主軸モータ出力制限値を設ける。電力計算手段１７により算出された消費電力が正である場合は、主軸モータ出力制限値は負の値に設定される。また、数値制御部１８は、電力計算手段１７により算出された消費電力が負である場合は、送り軸モータ２においてエネルギーが回生されていることを意味するので、主軸モータ加速指令を作成して主軸モータ３を加速させることにより、送り軸モータ２において回生されたエネルギーを主軸モータ３が消費するようにすることは、図５および６に示す第２の実施例において説明した通りである。本発明の第３の実施例ではさらに、図８（ｂ）で示すように、主軸モータ用逆変換器１３が出力する交流電力の総量が、送り軸モータ２での消費電力の量と同じとなるよう、主軸モータ用逆変換器１３が出力する交流電力に主軸モータ出力制限値を設ける。電力計算手段１７により算出された消費電力が負である場合は、主軸モータ出力制限値は正の値に設定される。
【００７７】
ステップＳ３０７では、数値制御部１８は、ステップＳ３０６で設定された主軸モータ出力制限値と、ステップＳ３０４で作成された主軸モータ減速指令もしくはステップＳ３０５で作成された主軸モータ加速指令とを通信バス３２を介して主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ送信する。主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃは、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令に基づき主軸モータ用逆変換器１３により相互電力変換される交流電力の総量が、主軸モータ出力制限値に達するまで、変換回路内部のスイッチング素子をスイッチング動作させる。これにより、主軸モータ用逆変換器１３は、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令に基づき主軸モータ用逆変換器１３により相互電力変換される交流電力の総量が、主軸モータ出力制限値に達するまで、主軸モータ３を減速もしくは加速させるための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。
【００７８】
ステップＳ３０８では、送り軸モータ２を減速させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する。数値制御部１８により出力された送り軸モータ減速指令は、通信バス３２を介して送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃへ送信される。
【００７９】
ステップＳ３０８の処理が終わると、ステップＳ３０１の処理に戻る。すなわち、数値制御部１８は、ステップＳ３０１〜Ｓ３０８の処理を繰り返し実行することで、送り軸モータ減速指令を出力するとともに、電力計算手段１７により算出された主軸モータの消費電力の値に応じて主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ加速指令のいずれかおよび主軸モータ出力制限値を出力する。
【００８０】
以上説明したように、電力計算手段１７により算出された消費電力に応じて主軸モータ出力制限値を設定することにより、主軸モータ用逆変換器１３は主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令に基づき主軸モータ用逆変換器１３により相互電力変換される交流電力の総量が、主軸モータ出力制限値に達するまで、主軸モータ３を減速もしくは加速させるための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換するが、主軸モータ用逆変換器１３により相互電力変換される交流電力の総量が、主軸モータ出力制限値に達したとき、図８に示すように、送り軸モータ２および主軸モータ３を含むシステム全体で消費もしくは回生される電力はゼロとなり、ＤＣリンクの直流電圧の変動を抑制することができる。
【００８１】
図９は、本発明の第４の実施例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。上述のように、第１〜第３の実施例では、順変換器１１の交流電源側で停電が発生したとき、所定の条件に応じて数値制御部１６および１８は、主軸モータ加速指令を生成する。この主軸モータ加速指令に基づき主軸モータ用逆変換器１３は主軸モータ３を加速するための交流電力を出力することになるが、主軸モータに限らず一般にモータは、構造上許容された最大回転速度を有するので、停電発生時において上述のように主軸モータを加速することを際限なく維持することは危険である。そこで、第４の実施例では、主軸モータ加速指令について、主軸モータに許容された最大回転速度に達するときの主軸モータ加速指令を速度指令上限値として設定する。
【００８２】
まず、ステップＳ４０１において、順変換器１１内の停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無を検出する。ステップＳ４０１において停電検出手段１４が停電発生を検出するとステップＳ４０２へ進む。
【００８３】
ステップＳ４０２では、停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側で停電が発生したとことを、順変換器制御部１１Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１６もしくは１８に通知する。その後、図１〜８に示した第１〜第３の実施例による処理が実行されることになるが、ここでは、説明を簡明にするために、数値制御部１６もしくは１８が主軸モータ加速指令、主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令のいずれを生成するかについての一連の処理については説明を省略する。
【００８４】
ステップＳ４０３では、数値制御部１６もしくは１８が主軸モータ加速指令を作成したか否かを判定する。主軸モータ加速指令が作成された場合はステップＳ４０４へ進み、そうではない場合はステップＳ４０５へ進む。
【００８５】
ステップＳ４０３において主軸モータ加速指令が作成されたと判定されると、ステップＳ４０４において、数値制御部１６もしくは１８は、主軸モータ加速指令が、予め設定された速度指令上限値より大きいか否かを判定する。速度指令上限値は、主軸モータに許容された最大回転速度に達するときの主軸モータ加速指令を速度指令上限値として設定し、数値制御部１６もしくは１８内の記憶部に予め記憶しておく。例えば、主軸モータ３の最高回転速度が１００００ｍｉｎ-1であるならば、この値を速度指令上限値として設定する。
【００８６】
ステップＳ４０４において主軸モータ加速指令が速度指令上限値より大きいと判定された場合は、ステップＳ４０７において、主軸モータ加速指令として速度指令上限値を主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【００８７】
ステップＳ４０４において主軸モータ加速指令が速度指令上限値以下と判定された場合は、ステップＳ４０６において、主軸モータ加速指令をそのまま主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【００８８】
一方、ステップＳ４０３において主軸モータ加速指令が作成されなかったと判定されると、ステップＳ４０５において、数値制御部１６もしくは１８は、主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令を主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【００８９】
ステップＳ４０８では、送り軸モータ２を減速させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する。数値制御部１６もしくは１８により出力された送り軸モータ減速指令は、通信バス３２を介して送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃへ送信される。
【００９０】
ステップＳ４０８の処理が終わると、ステップＳ４０１の処理に戻る。すなわち、数値制御部１６もしくは１８は、ステップＳ４０１〜Ｓ４０８の処理を繰り返し実行することで、送り軸モータ減速指令を出力するとともに、所定の条件に応じて主軸モータ減速指令、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令のいずれかを出力する。
【００９１】
図１０は、本発明の第５の実施例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。第５の実施例は、第１〜第３の実施例において、停電検出手段１４が停電を検出したときの主軸モータ３の回転速度を基準とした、当該回転速度からの最大許容上昇分に対応する主軸モータ加速指令の上昇分を、速度指令上昇許容値として予め設定しておき、停電検出手段１４が停電を検出したときの主軸モータ３の回転速度に速度指令上昇許容値を加算した値を主軸モータ加速指令の速度指令上限値として設定するものである。速度指令上昇許容値は、回転速度からの増分（絶対値）、あるいは回転速度に対する割合の形式で設定すればよい。例えば、主軸モータ３の正常運転時の回転数が１０００ｍｉｎ-1のものと４０００ｍｉｎ-1のものとでは、第４の実施例のように速度指令上限値を一律に設定するよりは速度指令上昇許容値の形式で設定した方が、より効率的かつ安全に主軸モータ３を制御することができる。駆動する主軸モータ３に対応した速度指令上昇許容値を、数値制御部１６もしくは１８内の記憶部に予め記憶しておく。
【００９２】
まず、ステップＳ５０１において、順変換器１１内の停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無を検出する。ステップＳ５０１において停電検出手段１４が停電発生を検出するとステップＳ５０２へ進む。
【００９３】
ステップＳ５０２では、停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側で停電が発生したとことを、順変換器制御部１１Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１６もしくは１８に通知する。その後、図１〜８に示した第１〜第３の実施例による処理が実行されることになるが、ここでは、説明を簡明にするために、数値制御部１６もしくは１８が主軸モータ加速指令、主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令のいずれを生成するかについての一連の処理については説明を省略する。
【００９４】
ステップＳ５０３では、数値制御部１６もしくは１８が主軸モータ加速指令を作成したか否かを判定する。主軸モータ加速指令が作成された場合はステップＳ５０４へ進み、そうではない場合はステップＳ５０５へ進む。
【００９５】
ステップＳ５０４では、数値制御部１６もしくは１８は、停電検出手段１４が停電を検出したときの主軸モータ３の回転速度に、数値制御部１６もしくは１８内の記憶部に予め記憶されてあった速度指令上昇許容値を加算して速度指令上限値を算出する。ここで、停電検出手段１４が停電を検出したときの主軸モータ３の回転速度は、主軸モータ３に装着された回転速度センサからの実測データから得てもよく、またあるいは主軸モータ用逆変換器１３から出力される交流電流の値に基づいて主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃにおいて推定により得るようにしてもよい。
【００９６】
ステップＳ５０４において速度指令上限値が算出されると、ステップＳ５０５において、数値制御部１６もしくは１８は、主軸モータ加速指令が速度指令上限値より大きいか否かを判定する。
【００９７】
ステップＳ５０５において主軸モータ加速指令が速度指令上限値より大きいと判定された場合は、ステップＳ５０８において、主軸モータ加速指令として速度指令上限値を主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【００９８】
ステップＳ５０５において主軸モータ加速指令が速度指令上限値以下と判定された場合は、ステップＳ５０７において、主軸モータ加速指令をそのまま主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【００９９】
一方、ステップＳ５０３において主軸モータ加速指令が作成されなかったと判定されると、ステップＳ５０６において、数値制御部１６もしくは１８は、主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令を主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【０１００】
ステップＳ５０９では、送り軸モータ２を減速させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する。数値制御部１６もしくは１８により出力された送り軸モータ減速指令は、通信バス３２を介して送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃへ送信される。
【０１０１】
ステップＳ５０９の処理が終わると、ステップＳ５０１の処理に戻る。すなわち、数値制御部１６もしくは１８は、ステップＳ５０１〜Ｓ５０９の処理を繰り返し実行することで、送り軸モータ減速指令を出力するとともに、所定の条件に応じて主軸モータ減速指令、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令のいずれかを出力する。
【０１０２】
図１１は、本発明の第６の実施例による工作機械の制御装置を示すブロック図である。本発明の第６の実施例は、上述の第４および第５の実施例において工作機械を特に旋盤としたものである。図１１に示すように、工作機械が旋盤である場合、主軸モータ３が駆動する主軸５は、ワーク６を把持し回転させる軸である。なお、図１１において、電圧検出手段１５および電力検出手段１７については記載を省略している。工作機械が旋盤である場合、順変換器１１の交流電源側の停電発生時に主軸５がワーク６をチャック（把持）している場合がある。主軸が把持しているワーク６の大きさやイナーシャによって当該主軸５を駆動する主軸モータ３のトルクが変わるので、主軸モータ加速指令により主軸モータを加速しようとすると、ワーク６の種類によって主軸モータ３に許容される最大回転速度が変わる。ワーク６の種類によって耐回転速度も異なる。第６の実施例では、主軸が把持しているワーク６の種類に応じて第４の実施例における速度指令上限値および第５の実施例による速度上昇許容値を変更し、より一層の安全性を効率的に確保するものである。
【０１０３】
図１２は、本発明の第６の実施例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。
【０１０４】
まず、ステップＳ６０１において、主軸モータ３が駆動する主軸５に把持されたワーク６の種類ごとに、最適な速度指令上限値もしくは速度上昇許容値を設定し、これを数値制御部１６もしくは１８内の記憶部（図示せず）に記憶する。例えばワーク６のイナーシャが大きいものである場合は加速によりチャックの把持力を超え、ワークが外れる可能性があるので、安全性を確保するために速度指令上限値もしくは速度上昇許容値を低めに設定し、ワーク６のイナーシャの小さいものである場合はチャックの把持力には余裕があるので、ＤＣリンク電圧上昇の抑制効果を確保するために速度指令上限値もしくは速度上昇許容値を高めに設定する。
【０１０５】
次いでステップＳ６０２において、順変換器１１内の停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無を検出する。ステップＳ６０２において停電検出手段１４が停電発生を検出するとステップＳ６０３へ進む。
【０１０６】
ステップＳ６０３では、停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側で停電が発生したことを、順変換器制御部１１Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１６もしくは１８に通知する。その後、図１〜８に示した第１〜第３の実施例による処理が実行されることになるが、ここでは、説明を簡明にするために、数値制御部１６もしくは１８が主軸モータ加速指令、主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令のいずれを生成するかについての一連の処理については説明を省略する。
【０１０７】
ステップＳ６０４では、数値制御部１６もしくは１８が主軸モータ加速指令を作成したか否かを判定する。主軸モータ加速指令が作成された場合はステップＳ６０５へ進み、そうではない場合はステップＳ６０８へ進む。
【０１０８】
ステップＳ６０５では、主軸モータ３が駆動する主軸５が把持するワーク６の種類を判別する。
【０１０９】
次いでステップＳ６０６において、判別されたワーク６に対応した速度指令上限値もしくは速度指令上昇許容値を数値制御部１６もしくは１８内の記憶部から読み出す。特に速度指令上昇許容値を読み出す場合は、停電検出手段１４が停電を検出したときの主軸モータ３の回転速度に、数値制御部１６もしくは１８内の記憶部に予め記憶されてあった速度指令上昇許容値を加算して速度指令上限値を算出する。
【０１１０】
ステップＳ６０７では、数値制御部１６もしくは１８は、主軸モータ加速指令が速度指令上限値より大きいか否かを判定する。
【０１１１】
ステップＳ６０７において主軸モータ加速指令が速度指令上限値より大きいと判定された場合は、ステップＳ６１０において、主軸モータ加速指令として速度指令上限値を主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【０１１２】
ステップＳ６０７において主軸モータ加速指令が速度指令上限値以下と判定された場合は、ステップＳ６０９において、主軸モータ加速指令をそのまま主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【０１１３】
一方、ステップＳ６０４において主軸モータ加速指令が作成されなかったと判定されると、ステップＳ６０８において、数値制御部１６もしくは１８は、主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令を主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【０１１４】
ステップＳ６１１では、送り軸モータ２を減速させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する。数値制御部１６もしくは１８により出力された送り軸モータ減速指令は、通信バス３２を介して送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃへ送信される。
【０１１５】
ステップＳ６１１の処理が終わると、ステップＳ６０１の処理に戻る。すなわち、数値制御部１６もしくは１８は、ステップＳ６０１〜Ｓ６１１の処理を繰り返し実行することで、送り軸モータ減速指令を出力するとともに、所定の条件に応じて主軸モータ減速指令、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令のいずれかを出力する。
【０１１６】
図１３は、本発明の第７の実施例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。第４〜第６の実施例においては、主軸モータ加速指令は速度指令上限値を超えることはない。主軸モータ加速指令が速度指令上限値に達すると、それ以上、主軸モータ３でエネルギー消費することができなくなり、ＤＣリンクにおける直流電圧が上昇する可能性がある。第７の実施例は、このような場合に対処するものであって、数値制御部１６もしくは１８は、停電検出手段１４が停電を検出して送り軸モータ用逆変換器１２に対し送り軸モータ減速指令を出力するとともに主軸モータ用逆変換器１３に対して主軸モータ加速指令を出力したときにおいて、主軸モータ加速指令が速度指令上限値に達した場合、送り軸モータ２のトルクを現時点よりも低下させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータトルク制限指令を出力し、ＤＣリンクの直流電圧の上昇を抑制する。
【０１１７】
まず、ステップＳ７０１において、順変換器１１内の停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無を検出する。ステップＳ７０１において停電検出手段１４が停電発生を検出するとステップＳ７０２へ進む。
【０１１８】
ステップＳ７０２では、停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側で停電が発生したことを、順変換器制御部１１Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１６もしくは１８に通知する。その後、図１〜８に示した第１〜第３の実施例による処理が実行されることになるが、ここでは、説明を簡明にするために、数値制御部１６もしくは１８が主軸モータ加速指令、主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令のいずれを生成するかについての一連の処理については説明を省略する。
【０１１９】
ステップＳ７０３では、数値制御部１６もしくは１８が主軸モータ加速指令を作成したか否かを判定する。主軸モータ加速指令が作成された場合はステップＳ７０４へ進み、そうではない場合はステップＳ７０５へ進む。
【０１２０】
ステップＳ７０４において、数値制御部１６もしくは１８は、主軸モータ加速指令が速度指令上限値より大きいか否かを判定する。速度指令上限値は、主軸モータに許容された最大回転速度に達するときの主軸モータ加速指令として数値制御部１６もしくは１８内の記憶部に予め記憶されたものである場合はそれを読み出し、あるいは、数値制御部１６もしくは１８内の記憶部に記憶された速度指令上昇許容値を読み出してこれを停電検出手段１４が停電を検出したときの主軸モータ３の回転速度に加算することにより算出されるものである。
【０１２１】
ステップＳ７０４において主軸モータ加速指令が速度指令上限値より大きいと判定された場合は、ステップＳ７０７において、主軸モータ加速指令として速度指令上限値を主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【０１２２】
次いでステップＳ７０９において、送り軸モータ２のトルクを現時点よりも低下させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータトルク制限指令を作成する。この送り軸モータトルク制限指令は、送り軸モータ減速指令とともに通信バス３２を介して送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃへ送信される。
【０１２３】
ステップＳ７０４において主軸モータ加速指令が速度指令上限値以下と判定された場合は、ステップＳ７０６において、主軸モータ加速指令をそのまま主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知し、ステップＳ７０８へ進む。
【０１２４】
一方、ステップＳ７０３において主軸モータ加速指令が作成されなかったと判定されると、ステップＳ７０５において、数値制御部１６もしくは１８は、主軸モータ減速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令を主軸モータ用逆変換器制御部１３Ｃへ通信バス３２を介して通知する。
【０１２５】
ステップＳ７０８では、送り軸モータ２を減速させるよう送り軸モータ用逆変換器１２の相互電力変換を制御する送り軸モータ減速指令を出力する。数値制御部１６もしくは１８により出力された送り軸モータ減速指令は、通信バス３２を介して送り軸モータ用逆変換器制御部１２Ｃへ送信される。
【０１２６】
ステップＳ７０８もしくはＳ７０９の処理が終わると、ステップＳ７０１の処理に戻る。すなわち、数値制御部１６もしくは１８は、ステップＳ７０１〜Ｓ７０９の処理を繰り返し実行することで、送り軸モータ減速指令を出力するとともに、所定の条件に応じて主軸モータ減速指令、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令のいずれかを出力し、また、所定の条件に応じて送り軸モータトルク制限指令を出力する。
【０１２７】
図１４は、本発明の第８の実施例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。第１〜第７の実施例における主軸モータ加速指令に基づいた主軸を加速する制御は一般的に切削を目的とする回転制御を想定しているが、主軸が位置制御を行っている場合は、送り軸もしくは他の主軸と協調した補間による輪郭制御を行っている可能性があり、その場合第１〜第７の実施例に基づく加速または減速を行うと、補間の同期性を保てなくなり、ワークや工具にダメージを与えることがある。第８の実施例は、このような場合に対応するものであって、数値制御部１６もしくは１８は、停電検出手段１４が停電を検出したときにおいて、主軸の位置制御をしている場合は、主軸モータ用逆変換器１３に対して主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令は出力しないようにする。
【０１２８】
まず、ステップＳ８０１において、順変換器１１内の停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側の停電発生の有無を検出する。ステップＳ８０１において停電検出手段１４が停電発生を検出するとステップＳ８０２へ進む。
【０１２９】
ステップＳ８０２では、停電検出手段１４は、順変換器１１の交流電源側で停電が発生したとことを、順変換器制御部１１Ｃおよび通信バス３２を介して数値制御部１６もしくは１８に通知する。
【０１３０】
ステップＳ８０３では、数値制御部１６もしくは１８は、主軸の位置制御をしているか否かを判定する。主軸の位置制御をしている場合はステップＳ８０５へ進み、位置制御をしていない場合はステップＳ８０４へ進む。
【０１３１】
ステップＳ８０３において主軸の位置制御をしていると判定された場合は、ステップＳ８０５において、主軸モータ用逆変換器１３に対して主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ減速指令は出力せず、通信バス３２を介して位置指令を継続して主軸モータ用逆変換器１３に通知する。
【０１３２】
ステップＳ８０３において主軸の位置制御をしていないと判定された場合は、ステップＳ８０４において、上述した第１〜第７の実施例の処理を実行し、所定の条件に応じて主軸モータ減速指令、主軸モータ加速指令もしくは主軸モータ動力遮断指令のいずれかを通信バス３２を介して主軸モータ用逆変換器１３に通知する。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は、送り軸を駆動する送り軸モータと主軸を駆動する主軸モータとを有し、交流電源側から供給された交流を直流に変換して出力したのちさらにモータ駆動のための交流に変換して送り軸モータおよび主軸モータへ供給し駆動する工作機械の制御装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１３４】
２    送り軸モータ
３    主軸モータ
４    交流電源
１１    順変換器
１１Ｃ    順変換器制御部
１２    送り軸モータ用逆変換器
１２Ｃ    送り軸モータ用逆変換器制御部
１３    主軸モータ用逆変換器
１３Ｃ    主軸モータ用逆変換器制御部
１４    停電検出手段
１５    電圧検出手段
１６    数値制御部
１７    電力計算手段
１８    数値制御部
３１    電源バックアップ手段
３２    通信バス
１００    制御装置
２００    制御装置
【図１】
0005612058.tif 000002
【図２】
0005612058.tif 000003
【図３】
0005612058.tif 000004
【図４】
0005612058.tif 000005
【図５】
0005612058.tif 000006
【図６】
0005612058.tif 000007
【図７】
0005612058.tif 000008
【図８】
0005612058.tif 000009
【図９】
0005612058.tif 000010
【図１０】
0005612058.tif 000011
【図１１】
0005612058.tif 000012
【図１２】
0005612058.tif 000013
【図１３】
0005612058.tif 000014
【図１４】
0005612058.tif 000015