(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転するパートプログラムに従い駆動されるモータの運動エネルギを電気制動エネルギに変換して制動を行う制動回路を含む、数値制御装置の制動制御装置において、
前記運転するパートプログラムの内容に基づいて予め算出された平均制御電力値が前記制動回路の処理可能な許容電力値より大きい場合、前記制動回路の冷却に必要な一時停止時間を求める一時停止時間演算部と、
前記一時停止時間に基づいて運転を一時停止するとともにその後運転を再開する一時停止制御部と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置の制動制御装置。
【請求項２】
パートプログラムを格納するパートプログラムメモリと、該パートプログラムにより位置指令もしくは速度指令を生成する関数発生部と、その関数発生部からの指令によりモータを駆動するドライブユニットにモータの運動エネルギを電気制動エネルギに変換して制動を行う制動回路と、その制動回路の過熱を検出する過熱検出部と、過熱時運転を中断する運転中断制御部を備えた数値制御装置の制動制御装置において、モータイナーシャとモータ電流とモータ内部インピーダンスからなるモータパラメータ、及びモータに接続された負荷イナーシャと機械摺動部の摩擦のモータ軸換算トルクと加減速時定数からなる機械駆動系パラメータからなる制動エネルギ算出パラメータと前記制動回路の能力を示す制動回路許容電力値を記憶するパラメータメモリと、前記パートプログラムメモリに予め格納されたパートプログラムを選択するパートプログラム選択部と、前記選択されたパートプログラムを読み出して、各行のパートプログラムの内容から解析されたモータの回転指令と前記制動エネルギ算出パラメータより制動エネルギ及び動作時間を演算する制動エネルギ演算部と、前記パートプログラムの各行から演算した制動エネルギの総和を運転時間の総和で除算した平均制動電力値を求める平均制動電力演算部と、前記平均制動電力値と予め設定された前記制動回路許容電力値を比較して、平均制動電力値が大きい場合、平均制動電力値と制動許容電力値で除算した値と運転時間の積から運転時間を減算して一時停止時間を算出する一時停止時間演算部と、算出された一時停止時間を記憶する一時停止時間メモリと、前記パートプログラムの運転終了時に記憶された一時停止時間分一時停止し時間経過後運転を再開する一時停止制御部を備えたことを特徴とする数値制御装置の制動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数値制御装置の制動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
数値制御装置にあって、駆動モータのドライブユニットに発電制動回路または回生制動回路を設け、この制動回路を駆動モータに結合して駆動軸を制動する制動制御装置が知られている。この様な制動制御装置において、運転するパートプログラムによっては駆動モータを激しく加減速させると制動回路が過熱してしまう問題があった。このため、従来、制動制御装置に制動回路の過熱を検出する制動回路過熱検出部と、過熱時に運転を中断する運転中断制御部を設け、制動回路の過熱時に運転を中断することが行われている。
【０００３】
図７は従来技術のブロック図の例である。関数発生部２１はパートプログラムメモリ４よりパートプログラムを読み出す。パートプログラムの指令コードに従って、軸移動指令コードの場合は関数発生を行い位置指令を生成し、速度指令コードの場合は速度指令を生成してドライブユニット２２へ指令する。ドライブユニット２２は指令に従って駆動モータ２３を駆動する。
【０００４】
図８は従来技術のフローチャートの例である。制動回路過熱検出部２４はドライブユニット２２に装着された制動回路の温度を監視している（Ｓ５１）。過熱を検出したらＳ５３へ進む（Ｓ５２）。Ｓ５３では関数発生部２１に対して関数発生停止を指令し（Ｓ５３）、運転中断制御部２５を用いてドライブユニット２２のパワー回路の電源を遮断し（Ｓ５４）、過熱を検出したことを表示部８に表示する（Ｓ５５）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、制動回路が過熱した後は冷却されるまでは運転できず、冷却後パートプログラムの途中より運転するには手間がかかる。異なった複数の加工物を自動的にローディングし連続して運転することのできる工作機械においては、一つの加工物のパートプログラムの運転によって制動回路が過熱して運転が中断されると無人運転が困難となる。制動回路の過熱に対してはその処理可能な許容電力をアップすれば一応対処可能であるが、これでは使用部品が大きくなりそれだけのスペースが必要となり、またコストも掛かるという問題が生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の課題を解決するために、平均制動電力の計算を数値制御装置に予め行わせ、平均制動電力が制動回路の処理可能な許容電力より大きい場合、制動回路の冷却に必要な一時停止時間を求め、その一時停止時間に基づいて一時停止し、その後運転を再開することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１をＮＣ工作機械の数値制御装置に適用した場合のブロック図の例である。パラメータ入力部１は機械駆動系パラメータであるモータにかかる負荷イナーシャと機械摺動部の摩擦のモータ軸換算トルクをキーボードより設定でき、設定されたデータはパラメータメモリ２に格納されるようになっている。又、パラメータメモリ２には、予め設定されたモータパラメータであるモータイナーシャとモータ電流とモータ内部インピーダンス、及び機械駆動系パラメータである加減速時定数と早送り速度、及び制動回路の処理能力を示す制動回路許容電力値が格納されている。パートプログラムメモリ４には運転する従来と同様のパートプログラムが格納されている。
【０００８】
図２は本発明の動作のフローチャート例である。
パートプログラム選択部３より入力されたパートプログラム名を制動エネルギ演算部５に入力する（Ｓ１）。制動エネルギー演算部５は該当するパートプログラムをパートプログラム４より読み出し（Ｓ２）、また、読み出したパートプログラムの１ブロックを読み出す（Ｓ３）。そして、そのブロックがＧ００指令か否かを判定し、Ｇ００指令の場合はＳ５へ、Ｇ００指令でない場合はＳ２１へ進む（Ｓ４）。
【０００９】
Ｇ００指令の場合はパラメータメモリ２に予め設定された早送り速度、加減速時定数とパートプログラムからの移動距離より到達する回転数を算出する（Ｓ５）。さらに軸移動時間ｔ［ｓｅｃ］を算出する（Ｓ６）。次に、制動エネルギの算出に必要な制動エネルギ算出パラメータをパラメータメモリ２より読み出す（Ｓ７）。制動エネルギ演算部５において制動エネルギを数式（１）より算出する（Ｓ８）。
【００１０】
【数１】
0003647660.tif 000002
ここで、
制動エネルギ                        Ｅｔ［Ｊ］
モータイナーシャ                    Ｊｍ［ｋｇｍ2 ］
モータ軸換算負荷イナーシャ          ＪＬ［ｋｇｍ2 ］
トータルイナーシャ（Ｊｍ＋ＪＬ）    Ｊ［ｋｇｍ2 ］
モータ軸換算摩擦トルク              Ｔｄ［Ｎｍ］
Ｇ００指令の加減速時定数            ｔｌ［ｓｅｃ］
モータ回転数                        Ｎ［ｍｉｎ-1 ］
モータの内部インピーダンス          Ｚｍ［Ω］
モータ電流                          Ｉｍ［Ａ］
次に読み出したパートプログラムの全てのブロックの制動エネルギを数式（２）より積算する（Ｓ９）。
【００１１】
【数２】
ΣＥｔ(n)＝ΣＥｔ(n-1)＋Ｅｔ(n)      ・・・（２）
ここで、
パートプログラムｎブロックの制動エネルギ    Ｅｔ(n)［Ｊ］
【００１２】
一方、Ｓ２１ではＧ００指令以外の動作についての動作時間ｔ［ｓｅｃ］を算出する。主軸回転指令については加速度を予め決めておき指令回転数に応じて時間を算出する。工具自動交換時間については予め決められた時間とする。その他の補助動作についても時間を動作時間に合わせて決めておき指令に応じて決定する。
【００１３】
Ｓ６またはＳ２１で求めた軸移動時間または動作時間を数式（３）により積算する（Ｓ１０）。
【００１４】
【数３】
ΣＴ(n)＝ΣＴ(n-1)＋Ｔ(n)      ・・・（３）
ここで、
パートプログラムｎブロックの動作時間        Ｔ(n)［ｓｅｃ］
【００１５】
次に、プログラムエンド（Ｍ０２）かどうか判定し、プログラムエンドであればＳ１２へ進み、プログラムエンドでなければＳ３よりの処理を繰り返す（Ｓ１１）。平均制動電力演算部６において、平均制動電力値Ｐｓを数式（４）より算出する（Ｓ１２）。
【００１６】
【数４】
Ｐｓ＝ΣＥｔ(n)／ΣＴ(n)        ・・・（４）
ここで、
平均制動電力値      Ｐｓ［Ｗ］
【００１７】
制動電力比較部７は、パラメータメモリ２に予め設定された制動回路許容電力値Ｐａと平均制動電力値Ｐｓを比較し（Ｓ１３）、平均制動電力値Ｐｓの方が大きい場合は、一時停止時間演算部９において一時停止時間Ｔｓを数式（５）により算出して一時停止時間メモリ１０に記憶する（Ｓ１４）。
【数５】
Ｔｓ＝ΣＴ(n)・（Ｐｓ／Ｐａ）−ΣＴ(n)      ・・・（５）
【００１８】
制動エネルギは数式（１）に示すようにモータ回転数の２乗に比例することにより、一般に
［Ｇ００指令の速度］＞［Ｇ０１指令の速度］
であるので、
［Ｇ００指令の制動エネルギ］＞＞［Ｇ０１指令の制動エネルギ］
が成り立つ。このため、実施形態１においては、Ｇ０１指令の制動エネルギはＧ００指令における制動エネルギに対して無視できる程度に小さいとした。しかし、近年のＧ０１指令の高速加工においては、Ｇ００指令における制動エネルギも考慮する必要がある。この場合は数式（１）を数式（６）に置き換えて対応可能である。尚、Ｎ(n)−Ｎ(n-1)≧０の場合は、力行状態となるため、Ｅｔ＝０とする。
【００１９】
【数６】
0003647660.tif 000003
ここで、
パートプログラムnブロックのモータ回転数    Ｎ(n)  ［ｍｉｎ-1 ］
パートプログラムn-1ブロックのモータ回転数  Ｎ(n-1)［ｍｉｎ-1 ］
Ｇ０１指令の加減速時定数                  ｔ２［ｓｅｃ］
【００２０】
以上のようにして、制動回路の許容電力値と平均制動電力値から冷却に必要な最適一時停止時間が求められ、この一時停止時間は一時停止時間メモリ１０から読み出されて一時停止制御部１１により、必要な運転停止が行われる。本実施形態１においては、この運転一時停止は、パートプログラムの１ブロックずつで行われ、以下にその具体例を説明する。
図３は本発明の数値制御装置による１つのパートプログラム運転を示すものである。パートプログラム運転時において、関数発生部２１はパートプログラムメモリ４よりパートプログラムを１ブロックずつ読み出して実行する（Ｓ３１）。一時停止制御部１１は関数発生部２１が読み出したブロックがプログラムエンドかどうかを判定し（Ｓ３２）、プログラムエンドでなければＳ３１からの動作を繰り返す。プログラムエンドのときは一時停止時間メモリ１０よりそのパートプログラムに対応する一時停止時間を読み出し（Ｓ３３）、一時停止時間分ドゥエルを実行し、１つのパートプログラム運転を終了する。１つのパートプログラム終了後、次のパートプログラムを連続して実行するために従来技術であるスケジュールプログラム運転などで行うことができる。
【００２１】
さらに、主軸モータを含むシステムにおいても同様であり、この場合は数式（１）を数式（７）に変更して対応可能である。尚、Ｎ(n)−Ｎ(n-1)≧０の場合は、力行状態となるため、Ｅｔ＝０とする。
【数７】
0003647660.tif 000004
【００２２】
図４は実施形態２のフローチャートの例である。Ｓ１からＳ３までは実施形態１と同様である。Ｓ４ではＧ００指令であればＳ５へ進み、Ｇ００指令でなければＳ２２に進む。Ｓ５からＳ１４までは実施形態１と同様である。Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４においては主軸モータについても別途実行する。
【００２３】
Ｓ２２では切削指令Ｇ０１指令であればＳ３１へ切削指令でなければＳ２３へ進む。Ｓ２３ではＭ０３、Ｍ０４、Ｍ０５、回転数指令であればＳ４１へ進み、主軸指令でなければＳ２１へ進み実施例１と同様の処理を行いＳ１０へ進む。
【００２４】
図５に示すＳ３１以下の処理は次の通りである。制動エネルギ演算部５は送り速度指令よりモータ速度を算出し（Ｓ３１）位置指令より軸移動時間を算出する（Ｓ３２）。前回の送り指令を呼び出し（Ｓ３３）、制動エネルギを数５に従って算出し（Ｓ３４）、今回の送り指令を記憶し（Ｓ３５）Ｓ９へ進む。
【００２５】
図６に示すＳ４１以下の処理は次の通りである。制動エネルギ演算部５は主軸の前回指令速度を呼び出し（Ｓ４１）、  動作時間の算出のため今回の指令速度との差より予め定められた加速減速の加速度に従って加速減速時間を算出し（Ｓ４２）、制動エネルギを数７により算出し（Ｓ４３）、制動エネルギを積算し（Ｓ４４）、今回の速度指令を記憶し（Ｓ４５）Ｓ１０へ進む。Ｓ１０においてはＳ６、Ｓ２１、Ｓ３２、Ｓ４２において算出した時間を積算する。同時動作がある場合は長い方のみを積算する。
【００２６】
【発明の効果】
パートプログラムの運転により制動回路が過熱することを予め認知するため、制動回路過熱により運転が中断することを防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１のブロック図である。
【図２】  本発明の実施形態１のフローチャートである。
【図３】  本発明の実施形態１のパートプログラム処理のフローチャートである。
【図４】  本発明の実施形態２のフローチャートである。
【図５】  図４に続くフローチャートである。
【図６】  図４に続くフローチャートである。
【図７】  従来技術のブロック図である。
【図８】  従来技術のフローチャートである。
【符号の説明】
１  パラメータ入力手段、２  パラメータメモリ、３  パートプログラム選択手段、４  パートプログラムメモリ、５  制動エネルギ演算部、６  平均制動電力演算部、７  制動電力比較部、８  表示部、９  一時停止時間演算部、１０  一時停止メモリ、１１  一時停止制御部、２１  関数発生部、２２  ドライブユニット、２３  駆動モータ、２４  制動回路過熱検出部、２５  運転中断制御部。
【図１】
0003647660.tif 000005
【図２】
0003647660.tif 000006
【図３】
0003647660.tif 000007
【図４】
0003647660.tif 000008
【図５】
0003647660.tif 000009
【図６】
0003647660.tif 000010
【図７】
0003647660.tif 000011
【図８】
0003647660.tif 000012