特許 5897259 工作機械およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5897259

(24)【登録日】2016年3月11日

(45)【発行日】2016年3月30日

(54)【発明の名称】工作機械およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 15/12 20060101AFI20160317BHJP

   B23B 47/02 20060101ALI20160317BHJP

   G05B 19/18 20060101ALI20160317BHJP

【ＦＩ】

   B23Q15/12

   B23B47/02 A

   G05B19/18 T

【請求項の数】13

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-20745(P2011-20745)

(22)【出願日】2011年2月2日

(65)【公開番号】特開2012-157960(P2012-157960A)

(43)【公開日】2012年8月23日

【審査請求日】2013年10月11日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003458

【氏名又は名称】東芝機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100141830

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 卓久

(72)【発明者】

【氏名】石 川 俊 弥

(72)【発明者】

【氏名】多 田 敦 司

(72)【発明者】

【氏名】富 永 昌 登

【審査官】 木原 裕二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３１０２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５３０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２６１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０６２６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２６２４８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １５／００ − １５／２８

Ｂ２３Ｂ ４７／０２

Ｇ０５Ｂ １９／１８ − １９／４１６

Ｇ０５Ｂ １９／４２ − １９／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転する主軸を用いて工作対象物を加工する工作機械であって、
前記主軸を支持する支持部と、
前記主軸を、略水平方向に延伸する第１の軸を中心に回転させる第１の駆動部と、
前記主軸を前記支持部から略水平方向へ繰り出す第２の駆動部と、
前記支持部から繰り出される前記主軸の繰出し長に応じて該主軸の回転速度の上限値を変更する制御部と、
前記回転速度の上限値を前記繰出し長と関連付けて格納する記憶部とを備えた工作機械。

【請求項2】

前記繰出し長は、複数の区分に区分けされており、
前記回転速度の上限値は、前記繰出し長の区分ごとに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記記憶部は、前記繰出し長の区分のうち最大繰出し長と前記回転速度の上限値とを関連付けて格納していることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記回転速度の上限値は、前記繰出し長の区分内において一定に設定されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

前記回転速度の上限値は、前記繰出し長の区分内において線形に変化するように設定されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の工作機械。

【請求項6】

前記回転速度の上限値Ｓｍａｘは、
Ｓｍａｘ＝[((Ｓ_ｉ−Ｓ_ｉ−１)/(Ｐ_ｉ−Ｐ_ｉ−１))＊(Ｐ−Ｐ_ｉ−１)]＋Ｓ_ｉ−１
（式１）
（ｉは０〜ｎの整数である。Ｓ_ｉは、繰出し量Ｐの属する区分の許容最大回転速度である。Ｓ_ｉ−１は、繰出し量Ｐの属する区分の手前に隣接する区分の許容最大回転速度である。Ｐ_ｉは、繰出し量Ｐの属する区分の最大繰出し量である。Ｐ_ｉ−１は、繰出し量Ｐの属する区分の手前に隣接する区分の最大繰出し量である。）
式１に従って決定されることを特徴とする請求項５に記載の工作機械。

【請求項7】

回転可能でありかつ主軸を支持する支持部から繰出し可能な主軸を用いて工作対象物を加工する工作機械の制御方法であって、
前記工作機械は、前記回転速度の上限値を繰出し長と関連付けて格納しており、
前記支持部から略水平方向へ繰り出される前記主軸の繰出し長に応じて該主軸の回転速度の上限値を設定することを具備した工作機械の制御方法。

【請求項8】

前記繰出し長は、複数の区分に区分けされており、
前記回転速度の上限値は、前記繰出し長の区分ごとに設定されていることを特徴とする請求項７に記載の工作機械の制御方法。

【請求項9】

前記記憶部は、前記繰出し長の区分のうち最大繰出し長と前記回転速度の上限値とを関連付けて格納していることを特徴とする請求項８に記載の工作機械の制御方法。

【請求項10】

前記回転速度の上限値は、前記繰出し長の区分内において一定に設定されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の工作機械の制御方法。

【請求項11】

前記回転速度の上限値は、前記繰出し長の区分内において線形に変化するように設定されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の工作機械の制御方法。

【請求項12】

前記回転速度の上限値Ｓｍａｘは、
Ｓｍａｘ＝[((Ｓ_ｉ−Ｓ_ｉ−１)/(Ｐ_ｉ−Ｐ_ｉ−１))＊(Ｐ−Ｐ_ｉ−１)]＋Ｓ_ｉ−１
（式１）
（ｉは０〜ｎの整数である。Ｓ_ｉは、繰出し量Ｐの属する区分の許容最大回転速度である。Ｓ_ｉ−１は、繰出し量Ｐの属する区分の手前に隣接する区分の許容最大回転速度である。Ｐ_ｉは、繰出し量Ｐの属する区分の最大繰出し量である。Ｐ_ｉ−１は、繰出し量Ｐの属する区分の手前に隣接する区分の最大繰出し量である。）
式１に従って決定されることを特徴とする請求項１１に記載の工作機械の制御方法。

【請求項13】

前記主軸の実際の回転速度を前記回転速度の上限値を超えないように制限することを特徴とする請求項７に記載の工作機械の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は工作機械に係わり、例えば、主軸を繰り出して中繰りを行う中繰り盤等の工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来からＮＣ（Numerical Control）工作機械の１つとして横中繰り盤（boring machine）が使用されている。横中繰り盤は、水平方向に繰り出し可能な主軸を備え、この主軸を回転させながら水平方向(Ｗ軸方向)に繰り出し、主軸の先端に取り付けられた工具で工作対象物に対して中繰り加工を行う。

【0003】

横中繰り盤は、モータの回転を受ける支持部（スリーブ）と、スリーブの回転と同期して回転するように設けられた主軸とを備えている。主軸は、その後端をボールベアリングで保持されており、スリーブ内においてすべりキーに従って水平方向(Ｗ軸方向)に繰り出し可能に構成されている。これにより、横中繰り盤は、主軸を回転させながら、その主軸をＷ軸方向に繰り出すことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−３１０２１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

横中繰り盤の主軸は、スリーブおよび後端のボールベアリングによって支持されている。しかし、スリーブはＷ軸方向に移動しないため、主軸の繰出し量（繰り出されている長さ）によって主軸の支持状態が大きく変化する。例えば、主軸の繰出し量が少ない（繰出しの長さが短い）場合、主軸は、スリーブおよびボールベアリングによって主軸の全体が充分に支持されている。一方、主軸の繰出し量が多い（繰出しの長さが長い）場合、主軸のうち繰り出された部分がスリーブにより支持されない。このような支持状態の変化により、主軸の危険回転速度が変わる。主軸の回転速度が危険回転速度を超えると、主軸が振動し、主軸の後端のボールベアリングに過剰な負荷をかける場合がある。このような場合、加工精度が低下し、さらには、ボールベアリングが破損する可能性もある。

【0006】

主軸の許容最高回転数が低い工作機械、あるいは、主軸の繰出し量が少ない工作機械では、上記のような問題は発生しないが、近年、主軸の回転の高速化および複雑な加工が所望されており、上記問題は無視できなくなっている。

【0007】

そこで、本発明の目的は、主軸の繰出し量を変更しても、主軸の回転速度が危険回転速度を超えないように制御可能な工作機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本実施形態による工作機械は、 回転する主軸を用いて工作対象物を加工する工作機械であって、主軸を支持する支持部と、主軸を、略水平方向に延伸する第１の軸を中心に回転させる第１の駆動部と、主軸を支持部から略水平方向へ繰り出す第２の駆動部と、支持部から繰り出される主軸の繰出し長に応じて該主軸の回転速度の上限値を変更する制御部と、回転速度の上限値を繰出し長と関連付けて格納する記憶部とを備えている。

【0009】

本実施形態による工作機械の制御方法は、回転可能でありかつ主軸を支持する支持部から繰出し可能な主軸を用いて工作対象物を加工する工作機械の制御方法であって、工作機械は、回転速度の上限値を繰出し長と関連付けて格納しており、支持部から略水平方向へ繰り出される主軸の繰出し長に応じて該主軸の回転速度の上限値を設定することを具備している。

【発明の効果】

【0010】

本発明による工作機械は、主軸の繰出し量を変更しても、主軸の回転速度が危険回転速度を超えないように制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施形態に従った工作機械の構成例を示す図。

【図2】第１の実施形態による工作機械の制御装置１００を示すブロック図。

【図3】第１の実施形態による主軸３の許容最大回転速度Ｓｍａｘと主軸３の繰出し量Ｐとの関係を示すグラフ。

【図4】許容最大回転速度ｍａｘ（回転速度の上限値）と繰出し量Ｐとの関係を示す上限値パラメータテーブル。

【図5】第１の実施形態による工作機械のプログラム解析動作を示すフロー図。

【図6】繰出し量Ｐの区分検索動作を示すフロー図。

【図7】オーバーライド処理の動作を示すフロー図。

【図8】第２の実施形態に従った主軸３の許容最大回転速度Ｓｍａｘと主軸３の繰出し量Ｐとの関係を示すグラフ。

【図9】第２の実施形態による工作機械のプログラム解析動作を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0013】

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る第１の実施形態に従った工作機械の構成例を示す図である。本実施形態による工作機械は、ハウジング１と、主軸３と、支持部４と、回転軸受５と、歯車１５と、第１のモータ１７と、ボールねじ７と、第２のモータ９と、回転伝達キー１０と、キー溝１１と、を備えている。

【0014】

ハウジング１は、主軸３のケースとして移動可能に構成されている。主軸３は、ハウジング１に対して第１の軸としてのＷ軸を中心に回転可能に設置され、尚且つ、ハウジング１に対してＷ軸方向に繰出し可能に設置されている。

【0015】

支持部（スリーブ）４は、主軸３を支持しており、歯車１５の回転動作を主軸３に伝達する役目を持つ。また、支持部４は、回転伝達キー１０およびキー溝１１によって、主軸３を回転させながらＷ軸方向に主軸３を繰り出すことができるように構成されている。

【0016】

回転軸受５は、例えば、ボールベアリングであり、支持部４を回転可能な状態で支持する。回転軸受５は、支持部４を、該支持部４の前端および後端、必要に応じてその中央部において回転可能な状態で支持する。

【0017】

歯車１５は、第１のモータ１７の回転を支持部４へ伝達する。ボールねじ７は、第２のモータ９の回転によって主軸３をＷ軸方向へ繰り出し、あるいは、引き戻す。

【0018】

第１のモータ１７は、歯車１５および支持部４を介して主軸３を回転させる。第２のモータ９は、ボールねじ７を回転させることによって、主軸３を支持部４から繰り出し、あるいは、主軸３を支持部４内へ引き戻す。第１および第２のモータ１７、９は、いずれもサーボモータでよい。

【0019】

このような構成により、本実施形態による工作機械は、主軸３を繰り出してＷ軸方向の繰出し量を固定した状態で主軸３を回転させ、その後、ワークまたは主軸３のいずれかを移動させたり、あるいは、主軸３を回転させながら繰り出すことによって、主軸３の先端に取り付けられた工具２で工作対象物（図示せず）を中繰り加工することができる。

【0020】

図２は、本実施形態による工作機械の制御装置１００を示すブロック図である。制御装置１００は、モータ９および１７を制御するように構成されており、工作機械に内蔵されている。

【0021】

制御装置１００は、例えば、ＮＣ制御装置であり、制御部１０１と、記憶部１０２と、操作表示部１０３とを備えている。制御装置１００は、第１および第２のモータ１７、９に指令を与え、主軸３の回転速度および繰出し量を制御する。尚、繰出し量は、ハウジング１または支持部４から繰り出された主軸３のＷ軸方向の長さである。

【0022】

制御部１０１は、例えば、ＣＰＵで構成されており、加工プログラム解析部１１０と、加工プログラム実行部１１１と、モニタ部１１２とを備えている。加工プログラム解析部１１０は、記憶部１０２からの加工プログラムおよび上限値パラメータを用いて、上限値としての許容最大回転速度を決定する。加工プログラム実行部１１１は、加工プログラムを実行し、加工プログラムに含まれている主軸繰出し指令および主軸回転指令に従って第１および第２のモータ１７および９を制御する。モニタ部１１２は、主軸３の回転速度および繰出し量を監視している。そして、主軸３の回転速度が加工プログラム解析部１１０において決定された許容最大回転速度を超えようとした場合、加工プログラム実行部１１１は、操作表示部１０３にアラームを表示し、あるいは、スピーカからアラーム音を発生させる。また、主軸３の回転速度が許容最大回転速度を超えようとした場合、加工プログラム実行部１１１は、主軸３の回転速度が許容最大回転速度を超えないように主軸３の回転速度を許容最大回転速度に制限してもよい。

【0023】

工作機械が加工プログラムで設定された回転速度を調節する機能（オーバーライド機能）を備えている場合、加工プログラムで設定された回転速度が許容最大回転速度以下であっても、オーバーライドによって主軸３の回転速度が許容最大回転速度を超える可能性がある。このように、オーバーライドによって主軸３の回転速度が許容最大回転速度を超える場合にも、加工プログラム実行部１１１は、主軸３の回転速度が許容最大回転速度を超えないように主軸３の回転速度を許容最大回転速度に制限してよい。オーバーライドＳ_ＯＶＲは、加工プログラムで設定された回転速度を１００％として、その設定された回転速度に対する変更比率である。オーバーライドＳ_ＯＶＲは、例えば、５０％〜２００％の間でオペレータが設定することができる。オーバーライドＳ_ＯＶＲが２００％とは、加工プログラム設定された回転速度の２倍の速度であることを意味する。オーバーライドＳ_ＯＶＲは、モニタ部１１２へ入力され、加工プログラム実行部１１１へ渡される。また、主軸３の実際の回転速度は、第１のモータ１７からモニタ部１１２へフィードバックされる。

【0024】

操作表示部１０３は、モニタ部１１２で監視している主軸３の実際の回転速度、繰出し量、オーバーライドの数値、加工プログラムで設定された回転速度、許容最大回転速度等を表示する。操作表示部１０３は、例えば、タッチパネル式表示部であってもよく、この場合、オペレータは、操作表示部１０３を用いて工作機械の操作をすることもできる。例えば、オーバーライドＳ_ＯＶＲは、操作表示部１０３で入力可能にしてもよい。

【0025】

図３は、本実施形態による主軸３の許容最大回転速度Ｓｍａｘと主軸３の繰出し量Ｐとの関係を示すグラフである。図３のグラフで示すように、制御部１００は、支持部４から繰り出される主軸３の繰出し量（繰出し長）Ｐに応じて主軸３の回転速度の許容最大回転速度（上限値）Ｓｍａｘを変更させる。

【0026】

主軸３の繰出し量Ｐが０ｍｍ〜Ｐ１（例えば、Ｐ１＝１００ｍｍ）の範囲にある場合、主軸３は、支持部４に充分に支持されており安定しているので、高速で回転しても振動や破損の危険性が少ない。よって、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、比較的高くＳ１に設定される。

【0027】

主軸３の繰出し量ＰがＰ１〜Ｐ２（例えば、Ｐ２＝２００ｍｍ）の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ１よりも小さいＳ２に設定される。主軸３の繰出し量ＰがＰ２〜Ｐ３（例えば、Ｐ３＝３００ｍｍ）の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ２よりも小さいＳ３に設定される。主軸３の繰出し量ＰがＰ３〜Ｐ４（例えば、Ｐ４＝４００ｍｍ）の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ３よりも小さいＳ４に設定される。主軸３の繰出し量ＰがＰ４〜Ｐ５（例えば、Ｐ５＝５００ｍｍ）の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ４よりも小さいＳ５に設定される。さらに、主軸３の繰出し量ＰがＰ５以上の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ５よりも小さいＳ６に設定される。
このように、制御部１０１は、主軸３の繰出し量Ｐが大きくなるに従って、許容最大回転速度ＳｍａｘをＳ１からＳ５へ段階的に低下させる。換言すると、繰出し量Ｐは複数の区分（０〜Ｐ１、Ｐ１〜Ｐ２、Ｐ２〜Ｐ３、Ｐ３〜Ｐ４、Ｐ４〜Ｐ５）に区分けされており、許容最大回転速度Ｓｍａｘ（回転速度の上限値）は、繰出し量Ｐの区分ごとに設定されている。これは、主軸３の繰出し量Ｐが大きくなっても、振動や破損を防止するためである。尚、記憶部１０２は、上限値パラメータとして図４に示すテーブルを格納すればよい。

【0028】

図４は、許容最大回転速度ｍａｘ（回転速度の上限値）と繰出し量Ｐとの関係を示す上限値パラメータテーブルである。記憶部１０２は、図４に示すように主軸３の許容最大回転速度Ｓｍａｘ（Ｓ１〜Ｓｎ）を、実際の繰出し量Ｐの属する区分の最大繰出し量（Ｐ１〜Ｐｎ）とそれぞれ関連付けて格納する。ここで、ｎは整数であり、６以上であってもよく、あるいは、４以下であってもよい。

【0029】

例えば、区分０〜Ｐ１の最大繰出し量はＰ１であり、この区分での許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ１である。区分Ｐ１〜Ｐ２の最大繰出し量はＰ２であり、この区分での許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ２である。区分Ｐ２〜Ｐ３の最大繰出し量はＰ３であり、この区分での許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ３である。区分Ｐ３〜Ｐ４の最大繰出し量はＰ４であり、この区分での許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ４である。区分Ｐ４〜Ｐ５の最大繰出し量はＰ５であり、この区分での許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ５である。このように、上限値パラメータテーブルでは、パラメータＰ１〜Ｐ５は、各区分における許容最大回転速度Ｓ１〜Ｓ５と関連付けられている。

【0030】

加工プログラム解析部１１０は、実際の繰出し量Ｐと上限値パラメータテーブルのＰ１〜Ｐｎとをそれぞれ比較することによって、現時点における実際の繰出し量Ｐがどの区分（０〜Ｐ１、Ｐ１〜Ｐ２、Ｐ２〜Ｐ３、・・・Ｐｎ−１〜Ｐｎ）に属するかを検知することができる。そして、加工プログラム解析部１１０は、実際の繰出し量Ｐに応じて、繰出し量Ｐの属する区分に対応した速度（Ｓ１〜Ｓｎのいずれか）を許容最大回転速度Ｓｍａｘに設定することができる。

【0031】

加工プログラム実行部１１１は、加工プログラム解析部１１０で設定された許容最大回転速度Ｓｍａｘに従って第１のモータ１７を制御する。

【0032】

次に、本実施形態による工作機械の動作をより詳細に説明する。

【0033】

図５は、本実施形態による工作機械の加工プログラム解析動作を示すフロー図である。まず、制御部１０１は、記憶部１０２に格納された加工プログラムをその先頭から解析してゆき、主軸回転指令Ｓの有無を確認する（Ｓ１０）。主軸回転指令Ｓは、加工プログラムにおいて設定された主軸３の回転速度の指令である。主軸回転指令Ｓは、オペレータが手動設定した所望の回転速度の場合も含まれる。

【0034】

例えば、主軸回転指令Ｓが設定されている場合（Ｓ１０のＹＥＳ）、加工プログラム解析部１１０は、記憶部１０２に格納された上限値パラメータテーブルを参照して、主軸３の実施形態の繰出し量Ｐが属する区分を検索する（Ｓ２０）。より詳細には、加工プログラム解析部１１０は、図６に示すように実際の繰出し量Ｐと各区分の最大繰出し量Ｐ１〜Ｐ５をそれぞれ比較し、判定する。

【0035】

図６は、繰出し量Ｐの区分検索動作を示すフロー図である。まず、加工プログラム解析部１１０は、実際の繰出し量Ｐと最大繰出し量Ｐ１とを比較する（Ｓ２１）。実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ１よりも小さい場合（Ｓ２１のＹＥＳ）、実際の繰出し量Ｐは、０≦Ｐ＜Ｐ１の区分に属することが判明する。

【0036】

同様に、実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ１以上である場合（Ｓ２１のＮＯ）、加工プログラム解析部１１０は、実際の繰出し量Ｐと最大繰出し量Ｐ２とを比較する（Ｓ２２）。実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ２よりも小さい場合（Ｓ２２のＹＥＳ）、実際の繰出し量Ｐは、Ｐ１≦Ｐ＜Ｐ２の区分に属することが判明する。

【0037】

実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ２以上である場合（Ｓ２２のＮＯ）、加工プログラム解析部１１０は、実際の繰出し量Ｐと最大繰出し量Ｐ３とを比較する（Ｓ２３）。実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ３よりも小さい場合（Ｓ２３のＹＥＳ）、実際の繰出し量Ｐは、Ｐ２≦Ｐ＜Ｐ３の区分に属することが判明する。

【0038】

実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ３以上である場合（Ｓ２３のＮＯ）、加工プログラム解析部１１０は、実際の繰出し量Ｐと最大繰出し量Ｐ４とを比較する（Ｓ２４）。実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ４よりも小さい場合（Ｓ２４のＹＥＳ）、実際の繰出し量Ｐは、Ｐ３≦Ｐ＜Ｐ４の区分に属することが判明する。

【0039】

実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ４以上である場合（Ｓ２４のＮＯ）、加工プログラム解析部１１０は、実際の繰出し量Ｐと最大繰出し量Ｐ５とを比較する（Ｓ２５）。実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ５よりも小さい場合（Ｓ２５のＹＥＳ）、実際の繰出し量Ｐは、Ｐ４≦Ｐ＜Ｐ５の区分に属することが判明する。

【0040】

さらに、実際の繰出し量Ｐが最大繰出し量Ｐ５以上である場合（Ｓ２５のＮＯ）、実際の繰出し量Ｐは、Ｐ５≦Ｐの区分に属することが判明する。

【0041】

このようにして、実際の繰出し量Ｐが属する区分が判明する。

【0042】

再度、図５を参照する。次に、加工プログラム解析部１１０は、上限値パラメータテーブルを参照して、実際の繰出し量Ｐが属する区分に対応する許容最大回転速度Ｓｍａｘを求める（Ｓ３０）。このとき、本実施形態では、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、繰出し量の区分に対して一対一に対応しており、区分ごとに一定に設定されている。即ち、繰出し量Ｐが属している区分が変わると、許容最大回転速度Ｓｍａｘは変化するが、繰出し量Ｐが同一区分に属している限り、許容最大回転速度Ｓｍａｘは変化しない。

【0043】

従って、本実施形態では、実際の繰出し量Ｐが属している区分がステップＳ２０で判明すれば、上限値パラメータテーブルを参照することによって、許容最大回転速度Ｓｍａｘも自ずと判明する。

【0044】

例えば、実際の繰出し量Ｐが０≦Ｐ＜Ｐ１の区分に属する場合、許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ１に設定される。実際の繰出し量ＰがＰ１≦Ｐ＜Ｐ２の区分に属する場合、許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ２に設定される。実際の繰出し量ＰがＰ２≦Ｐ＜Ｐ３の区分に属する場合、許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ３に設定される。実際の繰出し量ＰがＰ３≦Ｐ＜Ｐ４の区分に属する場合、許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ４に設定される。実際の繰出し量ＰがＰ４≦Ｐ＜Ｐ５の区分に属する場合、許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ５に設定される。実際の繰出し量ＰがＰ５≦Ｐの区分に属する場合、許容最大回転速度ＳｍａｘはＳ６に設定される。

【0045】

次に、加工プログラム実行部１１１が、記憶部１０２に格納された加工プログラムと、加工プログラム解析部１１０で解析され設定された許容最大回転速度Ｓｍａｘとを用いて、第１および第２のモータ１７、９を駆動する。

【0046】

第１および第２のモータ１７、９は、加工プログラムに従って繰出し量Ｐおよび回転速度Ｓで主軸３を駆動させ、工具で加工対象物を加工する。

【0047】

加工対象物の加工中において、回転速度Ｓが許容最大回転速度Ｓｍａｘ未満である場合（Ｓ４０のＮＯ）、加工プログラム実行部１１１は、加工プログラム通りに第１のモータ１７を駆動させる。即ち、回転速度コマンドＳ_ＣＭＤを、加工プログラムで設定された指令回転速度Ｓに設定する（Ｓ６０）。尚、回転速度コマンドＳ_ＣＭＤは、加工プログラム実行部１１１が第１のモータ１７に与える実際の主軸回転速度の命令である。

【0048】

一方、加工対象物の加工中において、指令回転速度Ｓが許容最大回転速度Ｓｍａｘ以上になった場合（Ｓ４０のＹＥＳ）、加工プログラム実行部１１１は、指令回転速度Ｓを許容最大回転速度Ｓｍａｘに設定する（Ｓ５０）。指令回転速度Ｓが許容最大回転速度Ｓｍａｘとなるので、ステップＳ６０では、回転速度コマンドＳ_ＣＭＤは、許容最大回転速度Ｓｍａｘとなる。即ち、回転速度コマンドＳ_ＣＭＤは、許容最大回転速度Ｓｍａｘを超えない。これにより、主軸３の振動を抑制し、主軸３の後端のボールベアリング５の破損を抑制することができる。

【0049】

ステップＳ５０では、加工プログラム実行部１１１は、指令回転速度Ｓを許容最大回転速度Ｓｍａｘに設定するとともに、（あるいは、これに代えて）アラームを発生させてもよい。アラームとしては、例えば、操作表示部１０３に警告内容を表示してもよく、あるいは、スピーカから警告音を発してもよい。これにより、オペレータは、指令回転速度Ｓが許容最大回転速度Ｓｍａｘを超えたことを知ることができる。また、オペレータは、回転速度コマンドＳ_ＣＭＤを許容最大回転速度Ｓｍａｘ以下に抑えるようにオーバーライドＳ_ＯＶＲを設定することもできる。

【0050】

尚、ステップＳ１０において、指令回転速度Ｓが無い場合（Ｓ１０のＮＯ）、以前の指令回転速度Ｓがリセットされていない限り、回転速度コマンドＳ_ＣＭＤは、以前のＳを維持する。

【0051】

図７は、モニタ部１１２におけるオーバーライド処理の動作を示すフロー図である。上述の通り、オーバーライド処理は、指令回転速度Ｓをオーバーライドの比率（Ｓ_ＯＶＲ）に従って変更する処理である。以下、オーバーライドの比率を、単にオーバーライドＳ_ＯＶＲともいう。

【0052】

オーバーライドＳ_ＯＶＲが設定されると、モニタ部１１２は、指令回転速度ＳにオーバーライドＳ_ＯＶＲを乗算する（Ｓ３１）。そして、オーバーライド回転速度Ｓ’（Ｓ’＝Ｓ＊Ｓ_ＯＶＲ）を実際の回転速度とする。

【0053】

加工対象物の加工中において、オーバーライド回転速度Ｓ’が許容最大回転速度Ｓｍａｘ未満である場合（Ｓ４１のＮＯ）、加工プログラム実行部１１１は、回転速度コマンドＳ_ＣＭＤを、オーバーライド回転速度Ｓ’に設定する（Ｓ６１）。

【0054】

一方、加工対象物の加工中において、オーバーライド回転速度Ｓ’が許容最大回転速度Ｓｍａｘ以上になった場合（Ｓ４１のＹＥＳ）、モニタ部１１２は、オーバーライド回転速度Ｓ’を許容最大回転速度Ｓｍａｘに設定する（Ｓ５１）。オーバーライド回転速度Ｓ’が許容最大回転速度Ｓｍａｘに設定されるので、ステップＳ６１では、回転速度コマンドＳ_ＣＭＤは、許容最大回転速度Ｓｍａｘとなる。即ち、オーバーライドを用いても、回転速度コマンドＳ_ＣＭＤは、許容最大回転速度Ｓｍａｘを超えない。これにより、オーバーライドを用いた場合であっても、主軸３の振動を抑制し、ボールベアリング５の破損を抑制することができる。

【0055】

ステップＳ５１では、加工プログラム実行部１１１は、許容最大回転速度Ｓｍａｘを指令回転速度Ｓとして用いるとともに、アラームを発生させてもよい。

【0056】

以上のように、本実施形態によれば、主軸３の繰出し量Ｐに応じて許容最大回転速度Ｓｍａｘを変更することができる。これにより、加工プログラムにおいて主軸３の繰出し量Ｐが変更されても、主軸３の回転速度コマンドＳ_ＣＭＤを過剰に低下させること無く、主軸３の振動を抑制し、尚且つ、主軸３の後端のボールベアリング５が破損することを抑制することができる。

【0057】

また、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、危険回転速度に基づいて設定すればよい。例えば、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、危険回転速度から一定のマージンだけ低下させた回転速度としてよい。これにより、許容最大回転速度Ｓｍａｘを可及的に高い値に設定することができ、主軸３の実際の回転速度を過剰に低下させることを防止できる。

【0058】

さらに本実施形態では、主軸３の繰出し量Ｐに応じて許容最大回転速度Ｓｍａｘを変更することによって、主軸３の機械的ダメージも防止することができる。

【0059】

通常、主軸３の繰出し量Ｐに応じた許容最大回転速度Ｓｍａｘは、加工プログラムでは確認することができない。しかし、本実施形態は、主軸３の繰出し量Ｐに応じた許容最大回転速度Ｓｍａｘを上限値パラメータとして予め設定することによって、自動化、無人化、および、高速化されている工作機械をより高精度かつ安全にすることができる。

【0060】

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に従った主軸３の許容最大回転速度Ｓｍａｘと主軸３の繰出し量Ｐとの関係を示すグラフである。第２の実施形態では、制御部１００は、主軸３の繰出し量Ｐに応じて許容最大回転速度Ｓｍａｘを各区分内において線形的に変更させる。

【0061】

主軸３の繰出し量Ｐが０〜Ｐ１の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ１に設定される。主軸３の繰出し量ＰがＰ１〜Ｐ２の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ１とＳ２との間で線形に変化する。主軸３の繰出し量ＰがＰ２〜Ｐ３の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ２とＳ３との間で線形に変化する。主軸３の繰出し量ＰがＰ３〜Ｐ４の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ３とＳ４との間で線形に変化する。主軸３の繰出し量ＰがＰ４〜Ｐ５の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ４とＳ５との間で線形に変化する。主軸３の繰出し量ＰがＰ５以上の範囲にある場合、許容最大回転速度Ｓｍａｘは、Ｓ５を維持する。

【0062】

尚、第２の実施形態による工作機械の構成は、図１および図２に示す構成と同様でよい。また、第２の実施形態の上限値パラメータテーブルは、図４に示すそれと同様でよい。第２の実施形態では、加工プログラム解析部１１０における処理が第１の実施形態のそれと異なる。

【0063】

次に、第２の実施形態による工作機械の動作をより詳細に説明する。

【0064】

図９は、第２の実施形態による工作機械のプログラム解析動作を示すフロー図である。ステップＳ１０およびＳ２０は、図５を参照して説明したステップＳ１０およびＳ２０と同様である。

【0065】

次に、加工プログラム解析部１１０は、実際の繰出し量Ｐの位置に基づいて、許容最大回転速度Ｓｍａｘを求める（Ｓ３５）。このとき、加工プログラム解析部１１０は、次の式１を演算する。
Ｓｍａｘ＝[((Ｓ_ｉ−Ｓ_ｉ−１)/(Ｐ_ｉ−Ｐ_ｉ−１))＊(Ｐ−Ｐ_ｉ−１)]＋Ｓ_ｉ−１
（式１）
ここで、ｉは０〜ｎの整数である。Ｓ_ｉは、繰出し量Ｐの属する区分の許容最大回転速度である。Ｓ_ｉ−１は、繰出し量Ｐの属する区分の手前に隣接する区分の許容最大回転速度である。Ｐ_ｉは、繰出し量Ｐの属する区分の最大繰出し量である。Ｐ_ｉ−１は、繰出し量Ｐの属する区分の手前に隣接する区分の最大繰出し量である。尚、（Ｓ_ｉ−Ｓ_ｉ−１）／（Ｐ_ｉ−Ｐ_ｉ−１）は、図８に示すグラフにおいて、繰出し量Ｐの属する区分における線分の傾きを示す。

【0066】

式１を演算することによって、加工プログラム解析部１１０は、繰出し量Ｐの属する区分の許容最大回転速度Ｓ_ｉと繰出し量Ｐの属する区分の手前に隣接する区分の許容最大回転速度Ｓ_ｉ−１との間を線形的に補間した許容最大回転速度を実際の繰出し量Ｐに基づいて求めることができる。これにより、第２の実施形態は、よりきめ細かく許容最大回転速度Ｓｍａｘを設定することができる。

【0067】

その後のステップＳ４０〜Ｓ６０は、図５を参照して説明したステップＳ４０〜Ｓ６０と同様である。

【0068】

第２の実施形態は、繰出し量Ｐの区分間における許容最大回転速度を線形的に補間するので、実際の繰出し量Ｐに適した許容最大回転速度Ｓｍａｘを高精度で設定することができる。さらに、第２の実施形態は、第１の実施形態の効果をも得ることができる。

【0069】

尚、第２の実施形態においてｎを大きくすれば、図８に示すグラフは曲線に近づくので、さらに、許容最大回転速度Ｓｍａｘを高精度に設定することができる。

【符号の説明】

【0070】

１・・・ハウジング、２・・・工具、３・・・主軸、４・・・支持部（スリーブ）、５・・・回転軸受、７・・・ボールねじ、９・・・第２のモータ、１０・・・回転伝達キー、１１・・・キー溝、、１５・・・歯車、１７・・・第１のモータ、１００・・・制御装置、１０１・・・制御部、１０２・・・記憶部、１０３・・・操作表示部、１１０・・・加工プログラム解析部、１１１・・・加工プログラム実行部、１１２・・・モニタ部、Ｓｍａｘ・・・許容最大回転速度、Ｓ_ＣＭＤ・・・回転速度コマンド、Ｓ_ＯＶＲ・・・オーバーライド、Ｐ・・・繰出し量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】