JP6374469B2 - 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置に関する。本発明はまた、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法に関する。

主軸と送り軸との同期運転によりタップ加工を行う工作機械においては、加工精度を向上させたりサイクルタイムを短縮したりするための構成が種々提案されている。例えば特許文献１は、主軸の回転に送り軸が追従して動作しながらタップ加工を行うねじ加工装置であって、主軸の回転速度及び回転加速度とねじピッチとから送り軸に対する送り指令値を演算するとともに、主軸の実際の回転位置に従って送り指令値を補正することで、タップ加工の精度を向上させるようにしたねじ加工装置を開示する。また特許文献２は、タップ加工のために主軸と送り軸との同期制御を行う数値制御装置の主軸モータ加減速制御方法であって、数値制御装置が、主軸の出力特性に対応する加減速指令を作成して、この加減速指令により主軸を制御することで主軸の応答性を向上させ、結果としてサイクルタイムを短縮できるようにした主軸モータ加減速制御方法を開示する。

また特許文献３は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置であって、数値制御部がタップ加工プログラムに基づき、加工開始位置から目標ねじ深さに至る間の主軸の総回転量と最高回転速度とを主軸指令として主軸制御部に与え、主軸制御部が主軸指令に従い自動的に主軸を最大能力で加減速回転させてタップ加工を行う構成を開示する。

特許第２６２９７２９号公報 特許第３５５３７４１号公報 特開２０１６−０７８２２３号公報

主軸と送り軸との同期運転によりタップ加工を行う工作機械では、一般に、主軸が有する加速能力に依存してサイクルタイムが決まる。主軸の加速能力を最大限に発揮させる制御を行ってサイクルタイムを短縮する構成において、主軸の回転動作中に、加速度の変化に起因して主軸に生じ得る機械構造上の衝撃を軽減すること、及び加速度の変化に起因して主軸と送り軸との間に生じ得る同期誤差を低減することが望まれている。

本発明の一態様は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置であって、タップ加工プログラムに基づき主軸指令及び送り軸指令を作成する数値制御部と、主軸指令に従って主軸の回転動作を制御する主軸制御部と、主軸の回転位置を検出する回転検出部と、送り軸指令に従って、回転位置に基づき送り軸の送り動作を制御する送り軸制御部とを具備し、数値制御部は、始動位置から目標位置に至る間の主軸の総回転量と最高回転速度とをタップ加工プログラムから取得して、総回転量と最高回転速度とを主軸指令として主軸制御部に送る主軸指令出力部を備え、主軸制御部は、最高回転速度を目標値とする速度制御により始動位置から主軸を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転させる初期動作制御部と、最大能力での加速回転中に回転位置に基づき主軸の最大加速度を検出する最大加速度検出部と、総回転量と回転位置とに基づき、現在位置から目標位置に至るまでの主軸の残回転量を検出する残回転量検出部と、回転位置に基づき主軸の現在速度を検出する現在速度検出部と、最大能力での加速回転の後に、残回転量と現在速度とに基づき、速度制御により主軸を減速回転させて予め定めた中間速度に到達させる減速動作制御部と、主軸が中間速度に到達した後に、最大加速度と残回転量と現在速度とに基づき、位置制御により主軸を減速回転させて目標位置に到達させる位置決め動作制御部とを備える、制御装置である。減速動作制御部は、速度制御の速度指令を、残回転量と現在速度とを用いて逐次更新し、主軸を中間速度に到達させたときの残回転量が、位置制御の下で目標位置に到達するまでの主軸の位置決め回転量と等しくなるように、逐次更新される速度指令により主軸を減速回転させる。位置決め動作制御部は、主軸が中間速度に到達した直後及び目標位置に到達する直前の所定の加速度変化時間を除く時間においては、主軸を最大加速度に対応する最大減速度で減速回転させる一方、加速度変化時間においては最大減速度よりも小さくかつ所定割合で変化する変動減速度で主軸を減速回転させるための、位置制御の第１速度指令を演算する第１速度指令演算部と、主軸が中間速度に到達した後は最大減速度よりも小さい一定減速度で主軸を減速回転させるための、位置制御の第２速度指令を演算する第２速度指令演算部と、主軸が中間速度から目標位置に到達するまでの間、第１速度指令と第２速度指令とのうち低速の速度指令を選択する速度指令選択部とを有する。

本発明の他の態様は、主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法であって、制御装置が、始動位置から目標位置に至る間の主軸の総回転量と最高回転速度とをタップ加工プログラムから取得するステップと、最高回転速度を目標値とする速度制御により始動位置から主軸を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転させるステップと、最大能力での加速回転中に主軸の回転位置フィードバック値に基づき主軸の最大加速度を検出するステップと、総回転量と回転位置フィードバック値とに基づき、現在位置から目標位置に至るまでの主軸の残回転量を検出するステップと、回転位置フィードバック値に基づき主軸の現在速度を検出するステップと、最大能力での加速回転の後に、残回転量と現在速度とに基づき、速度制御により主軸を減速回転させて予め定めた中間速度に到達させるステップと、主軸が中間速度に到達した後に、最大加速度と残回転量と現在速度とに基づき、位置制御により主軸を減速回転させて目標位置に到達させるステップとを備える、制御方法である。中間速度に到達させるステップは、速度制御の速度指令を、残回転量と現在速度とを用いて逐次更新し、主軸を中間速度に到達させたときの残回転量が、位置制御の下で目標位置に到達するまでの主軸の位置決め回転量と等しくなるように、逐次更新される速度指令により主軸を減速回転させるステップを含む。目標位置に到達させるステップは、主軸が中間速度に到達した直後及び目標位置に到達する直前の所定の加速度変化時間を除く時間においては、主軸を最大加速度に対応する最大減速度で減速回転させる一方、加速度変化時間においては最大減速度よりも小さくかつ所定割合で変化する変動減速度で主軸を減速回転させるための、位置制御の第１速度指令を演算するステップと、主軸が中間速度に到達した後は最大減速度よりも小さい一定減速度で主軸を減速回転させるための、位置制御の第２速度指令を演算するステップと、主軸が中間速度から目標位置に到達するまでの間、第１速度指令と第２速度指令とのうち低速の速度指令を選択するステップとを含む。

一態様に係る制御装置によれば、主軸に始動位置から目標位置までの回転動作を行わせる際に、数値制御部が主軸制御部に対して、主軸の総回転量と最高回転速度のみを主軸指令として通知し、主軸制御部がこの主軸指令に従い、最高回転速度を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸を加速回転させて回転動作を実行するとともに、最大加速中に検出した最大加速度と逐次検出する主軸の残回転量及び現在速度とに基づき、主軸を最適な減速度で減速回転させながら目標位置までの回転動作を継続実行して目標位置に到達させる構成としたから、数値制御部に対し主軸の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。しかもこの制御装置では、主軸が減速回転する間、減速動作制御部が、逐次更新される速度指令により主軸を速度制御することで、速度制御から位置制御に切り換わる制御切換点の直前における減速度の変化が抑制されるとともに、制御切換点から目標ねじ深さまでの位置制御の間は、位置決め動作制御部の速度指令選択部が、第１速度指令演算部が演算した第１速度指令と第２速度指令演算部が演算した第２速度指令とのうち低速の速度指令を選択することで、制御切換点での制御切換時の減速度の変化及び目標位置での主軸停止時の衝撃の双方が抑制される。したがって制御装置によれば、主軸の減速回転中に、加速度の変化に起因して主軸に生じ得る機械構造上の衝撃を軽減できるとともに、加速度の変化に起因して主軸と送り軸との間に生じ得る同期誤差を低減できる。

他の態様に係る制御方法によれば、上記した制御装置の効果と同等の効果が奏される。

工作機械制御装置の一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 工作機械制御方法の一実施形態としてのタップ加工の切削動作制御方法を示すフローチャートである。 図２の実施形態における位置制御ルーチンを示すフローチャートである。 工作機械制御方法の一実施形態としてのタップ加工の戻り動作制御方法を示すフローチャートである。 図１〜図４の実施形態で実現される主軸の動作の一例を示す図である。 図１〜図４の実施形態で実現される主軸の動作の他の例を示す図である。 図１〜図４の実施形態で実行される位置制御の２種類の速度指令を表す図である。 図１〜図４の実施形態で実行される位置制御の最終的な速度指令を表す図である。 図５又は図６の主軸動作の一部分の拡大図で、速度指令選択を行わない場合の図である。 図５又は図６の主軸動作の一部分の拡大図で、速度指令選択を行った場合の図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は、一実施形態による工作機械の制御装置１０の構成を機能ブロックで示す。制御装置１０は、主軸１２と送り軸１４との同期運転によりタップ加工を行う工作機械（例えば旋盤、ボール盤、マシニングセンタ等）において、送り軸１４が、タップ加工プログラムＰで指定されるねじピッチを考慮しながら、主軸１２の回転動作に追従するように動作する同期運転（いわゆるマスター・スレーブ同期方式）を制御するものである。図示しないが、主軸１２は、ワークや工具を把持する把持部を加工に必要な速度で回転運動させる主軸モータに設定される制御軸である。図示しないが、送り軸１４は、ワークや工具を支持する支持部を加工に必要な速度で送り運動させるサーボモータに設定される制御軸である。例えば旋盤では、主軸１２で回転するワークに対して工具を送り軸１４で直線送りしたり、主軸１２で回転するワークを工具に対して送り軸１４で直線送りしたりすることができる。またボール盤では、主軸１２で回転する工具をワークに対して送り軸１４で直線送りしたり、主軸１２で回転する工具に対してワークを送り軸１４で直線送りしたりすることができる。いずれの場合も、動作中の加減速トルクに比較的余裕の有る送り軸１４が、動作中の加減速トルクに比較的余裕の無い主軸１２に追従するように動作することで、同期誤差を低減して加工精度を向上させることができる。なお本発明において、工作機械の構成は特に限定されない。

制御装置１０は、タップ加工プログラムＰに基づき主軸指令ＣＳ及び送り軸指令ＣＦを作成する数値制御部１６と、主軸指令ＣＳに従って主軸１２の回転動作を制御する主軸制御部１８と、主軸１２の回転位置を検出する回転検出部２０と、送り軸指令ＣＦに従って、回転検出部２０が検出した回転位置に基づき送り軸１４の送り動作を制御する送り軸制御部２２とを備える。数値制御部１６は、タップ加工プログラムＰを解釈するプログラム解釈部２４と、プログラム解釈部２４の解釈に従い主軸指令ＣＳを作成して、主軸制御部１８に主軸指令ＣＳを送る主軸指令出力部２６と、プログラム解釈部２４の解釈に従い送り軸指令ＣＦを作成して、送り軸制御部２２に送り軸指令ＣＦを送る送り軸指令出力部２８とを備える。数値制御部１６は、公知のＣＮＣ装置のハードウェア構成を有することができる。

主軸指令出力部２６は、タップ加工の開始に先立ち、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、始動位置（回転位置）から目標位置（回転位置）に至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを取得して、これら総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを主軸指令ＣＳとして主軸制御部１８に送る。例えばタップ加工プログラムＰが、主軸１２の最高回転速度（この例では１分間当りの最大回転数）Ｖ０を３０００ｒｅｖ／ｍｉｎとして、ねじピッチ１．２５ｍｍ、ねじ深さ３０ｍｍの雌ねじを加工する指令を含む場合、始動位置である加工開始位置から目標位置である目標ねじ深さに至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０は、３０÷１．２５＝２４（ｒｅｖ）となるから、主軸指令出力部２６は、Ｖ０＝３０００（ｒｅｖ／ｍｉｎ）とＳ０＝２４（ｒｅｖ）とを主軸制御部１８に通知する。このように主軸指令ＣＳは、主軸１２を目標位置（目標ねじ深さ）まで回転運動させるための位置指令（移動指令）や加減速指令を含まないものとなっている。

主軸制御部１８は、回転検出部２０が検出した主軸１２の回転位置ＦＢＳ（すなわちフィードバック値）を用いて、一般的なフィードバック制御により主軸１２の回転動作を制御する。送り軸制御部２２は、送り軸１４の送り位置のフィードバック値に加えて、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、フィードバック制御により主軸１２の動作に追従する送り軸１４の送り動作を制御する。なお回転検出部２０は、主軸１２又は主軸モータの動作位置を検出するエンコーダ等の位置検出器（図示せず）の出力から、回転位置ＦＢＳを取得することができる。

主軸制御部１８は、主軸指令出力部２６から送られた最高回転速度Ｖ０を目標値とする速度制御により始動位置から主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転させる初期動作制御部３０と、最大能力での加速回転中に回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の最大加速度Ａ０（単位は例えばｒｅｖ／ｍｉｎ^２）を検出する最大加速度検出部３２と、主軸指令出力部２６から送られた総回転量Ｓ０と回転位置ＦＢＳとに基づき、現在位置（回転位置）から目標位置に至るまでの主軸１２の残回転量Ｓｒを検出する残回転量検出部３４と、回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の現在速度Ｖｃを検出する現在速度検出部３６と、最大能力での加速回転の後に、残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとに基づき、速度制御により主軸１２を減速回転させて予め定めた中間速度Ｖｂに到達させる減速動作制御部３８と、主軸１２が中間速度Ｖｂに到達した後に、最大加速度Ａ０と残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとに基づき、位置制御により主軸１２を減速回転させて目標位置に到達させる位置決め動作制御部４０とを備える。

中間速度Ｖｂは、始動から中間速度Ｖｂまでは一定トルクでの加速（つまり一定加速度）が可能な回転速度（例えば主軸モータの基底速度）として、主軸１２に予め設定されるものであって、例えば制御装置１０のメモリ（図示せず）に制御用パラメータの１つとして格納できる。なお実用上、中間速度Ｖｂは、主軸モータの基底速度（主軸モータと主軸１２との間に減速比が存在する場合は減速比を考慮した速度）以下であればよい。

主軸１２は、最高回転速度Ｖ０に到達するか、或いは残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２となる位置に到達した時点で、初期動作制御部３０の制御下での加速回転から減速動作制御部３８の制御下での減速回転に移行する。減速動作制御部３８は、主軸１２が加速回転における最高速度から中間速度Ｖｂに達するまでの速度領域で、サイクルタイムの短縮を考慮するとともに主軸１２への衝撃や主軸１２と送り軸１４との同期誤差の低減を考慮した最適な減速度で、主軸１２を速度制御により減速回転させる。また位置決め動作制御部４０は、主軸１２が中間速度Ｖｂから目標ねじ深さに達するまでの速度領域で、サイクルタイムの短縮を考慮するとともに主軸１２への衝撃や主軸１２と送り軸１４との同期誤差の低減を考慮した最適な減速度で、主軸１２を位置制御により減速回転させる。そのために位置決め動作制御部４０は、残回転量検出部３４及び現在速度検出部３６が逐次検出する残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃを監視して、主軸１２を現在速度Ｖｃ（＝Ｖｂ）から最適な減速度で減速したときにＳｒ＝０となる（つまり目標ねじ深さに到達する）位置（以下、点Ｂと称する）を算定し、主軸１２が点Ｂに到達したときに位置制御を開始する。

サイクルタイムの短縮を考慮した場合、減速動作制御部３８は、中間速度Ｖｂを目標値（つまり指令値）とする速度制御により、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で主軸１２を減速回転させることができる。最大能力での減速回転中は、主軸モータの特性により主軸１２の減速度が漸増し、主軸１２は、点Ｂ（つまり主軸制御部１８が実行する制御手法が速度制御から位置制御に切り換わる位置）に到達する前に中間速度Ｖｂに達して、その後に一定の中間速度Ｖｂで極小時間だけ回転することにより点Ｂに到達する。この構成では、点Ｂ直前において減速度に変化が生じる。これに対し本実施形態では、減速動作制御部３８は、速度制御の速度指令Ｃｖを、残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとを用いて逐次更新し、主軸１２を中間速度Ｖｂに到達させたときの残回転量Ｓｒが、位置決め動作制御部４０による位置制御の下で目標ねじ深さに到達するまでの主軸１２の位置決め回転量Ｓｐｏｓと等しくなるように、逐次更新される速度指令Ｃｖにより主軸１２を減速回転させる（速度制御による減速回転のさらなる詳細は後述する）。本実施形態は減速動作制御部３８の上記構成により、点Ｂ直前における減速度の変化を抑制する。

またサイクルタイムの短縮を考慮した場合、位置決め動作制御部４０は、最大加速度検出部３２が検出した最大加速度Ａ０に対応する最大減速度Ａ０（負の値）で、主軸１２を点Ｂから減速回転させてＳｒ＝０の点（つまり目標ねじ深さ）に到達させることができる。この構成では、主軸１２が目標ねじ深さへの到達後に反転して戻り動作（後述する）を開始するときに、主軸動作の停止や反転により衝撃が生じ得る。これに対し本実施形態では、位置決め動作制御部４０は、主軸１２が中間速度Ｖｂに到達した直後及び目標ねじ深さ（つまり目標位置）に到達する直前の所定の加速度変化時間ｔ１を除く時間においては、主軸１２を最大減速度Ａ０で減速回転させる一方、加速度変化時間ｔ１においては最大減速度Ａ０よりも小さくかつ所定割合で変化する変動減速度Ａ１で主軸１２を減速回転させるための、位置制御の第１速度指令Ｃｐｖ１を演算する第１速度指令演算部４２を有する。第１速度指令演算部４２は、主として第１速度指令Ｃｐｖ１の演算の容易さ（したがって処理時間やデータ容量の削減）の観点で、主軸１２が目標ねじ深さ（目標位置）に到達する直前だけでなく主軸１２が中間速度Ｖｂに到達した直後にも加速度変化時間ｔ１を設けるいわゆるベル型減速を達成するための第１速度指令Ｃｐｖ１を生成する。

減速動作制御部３８が、逐次更新される速度指令Ｃｖにより主軸１２を減速回転させる上記構成に加えて、位置決め動作制御部４０の第１速度指令演算部４２が、ベル型減速を達成する第１速度指令Ｃｐｖ１を生成する構成を採用すると、速度制御から位置制御に切り換わる点Ｂにおいて減速度が変化する場合がある。そこで本実施形態では、位置決め動作制御部４０はさらに、主軸１２が中間速度Ｖｂに到達した後は最大減速度Ａ０よりも小さい一定減速度Ａｃｏｎｓで主軸１２を減速回転させるための、位置制御の第２速度指令Ｃｐｖ２を演算する第２速度指令演算部４４と、主軸１２が中間速度Ｖｂから目標ねじ深さ（目標位置）に到達するまでの間、第１速度指令Ｃｐｖ１と第２速度指令Ｃｐｖ２とのうち低速の速度指令を選択する速度指令選択部４６とを有する（位置制御による減速回転のさらなる詳細は後述する）。本実施形態は位置決め動作制御部４０の上記構成により、点Ｂにおける減速度の変化及び主軸停止時又は主軸動作反転時の衝撃の双方を抑制する。

制御装置１０は、工作機械を用いたタップ加工において、ワークの下穴を工具で目標ねじ深さまで切削するための主軸１２の回転動作（本願で切削動作と称する）を制御することができる。また制御装置１０は、工作機械を用いたタップ加工において、ワークの下穴を目標ねじ深さまで切削加工した後に工具をワークから引き抜くための主軸１２の回転動作（本願で戻り動作と称する）を制御することができる。切削動作の制御では、「始動位置」はタップ加工の「加工開始位置」に相当し、「目標位置」はタップ加工の「目標ねじ深さ」に相当する。また戻り動作の制御では、「始動位置」はタップ加工の「目標ねじ深さ」に相当し、「目標位置」はタップ加工の「戻り完了位置」に相当する。

図２〜図４は、制御装置１０が実行する工作機械制御方法の一実施形態を示す。また図５及び図６は、図２〜図４の制御方法によって実現される主軸１２の動作の二つの異なる例を示す。この実施形態による工作機械制御方法は、タップ加工における主軸１２の切削動作（図２）と戻り動作（図４）との双方を制御できるものである。なお以下の説明では、理解を助けるため、切削動作の制御に関する用語として「総回転量」、「最高回転速度」、「加速回転」、「残回転量」、「現在速度」、「減速回転」、「中間速度」、「減速度」及び「位置決め回転量」を用いる一方、戻り動作の制御に関してはそれぞれに対応する実質同義の用語として「総戻り回転量」、「最高戻り回転速度」、「加速逆回転」、「残戻り回転量」、「逆回転の現在速度」、「減速逆回転」、「中間戻り速度」、「逆回転の減速度」及び「位置決め戻り回転量」を用いる。

まず、図２及び図３のフローチャートを図１と共に参照して、制御装置１０が実行する主軸１２の切削動作制御方法を説明する。ステップＳ１で、数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、加工開始位置（始動位置）から目標ねじ深さ（目標位置）に至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを取得して、主軸制御部１８に総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０とを指令する。ステップＳ２で、主軸制御部１８（初期動作制御部３０、最大加速度検出部３２、残回転量検出部３４）は、最高回転速度Ｖ０を目標速度とする速度制御により、加工開始位置（速度零）から主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転させて切削動作を実行し、その間の最大加速度Ａ０を検出するとともに、加速回転中の現在位置からの残回転量Ｓｒを逐次検出する。検出した残回転量Ｓｒは、検出の都度、主軸制御部１８が数値制御部１６に通知する。

次にステップＳ３で、主軸制御部１８（現在速度検出部３６）は、最大能力での加速回転中に現在速度Ｖｃを逐次検出し、検出の都度、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達していないか否かを判断する。ＶｃがＶ０に到達していない場合、ステップＳ４で、主軸制御部１８（減速動作制御部３８）は、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２以下になっているか否かを判断する。ＳｒがＳ０の１／２以下になっている場合、ステップＳ５で、主軸制御部１８（減速動作制御部３８）は、主軸１２を中間速度Ｖｂまで減速回転させて切削動作を継続実行する。ＳｒがＳ０の１／２以下になっていない場合はステップＳ３に戻る。

ここで図５を参照すると、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達する前に残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になった場合（ステップＳ３及びＳ４の判断がいずれもＹＥＳの場合）の、主軸１２の切削動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の上側の曲線）で示されている。ステップＳ２における主軸１２の最大能力の加速回転は、図５の時間Ｔ１及びＴ２で実行され、時間Ｔ１（加工開始位置での始動から中間速度Ｖｂに達するまでの時間）の一定加速度の間に最大加速度Ａ０が検出される。主軸１２の回転速度が中間速度Ｖｂ（この例では主軸モータの基底速度）を超えると、主軸モータの特性により、主軸１２の加速度は最大加速度Ａ０から漸減する。残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になった（つまり加工開始からの回転量が総回転量Ｓ０の１／２になった）時点Ａ（ステップＳ４の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速回転から減速回転に変わり、時間Ｔ３で、ステップＳ５における主軸１２の減速回転が実行される。時間Ｔ１〜Ｔ３では、主軸制御部１８は主軸１２を速度制御する（この間の速度指令を破線で例示する）。

時間Ｔ３（ステップＳ５）においても、主軸制御部１８（残回転量検出部３４、現在速度検出部３６）は、主軸１２の現在位置からの残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃを逐次検出する。そして主軸制御部１８（減速動作制御部３８）は、時間Ｔ３（ステップＳ５）において、速度制御により点Ａ（最高速度）から主軸１２を中間速度Ｖｂまで減速回転させるが、この間、減速回転のための速度指令Ｃｖを、残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとを用いて逐次更新する（速度指令Ｃｖを図５に破線で示す）。具体的には、減速動作制御部３８は、主軸１２を所定の中間速度Ｖｂに到達させたときの主軸１２の残回転量Ｓｒが、位置決め動作制御部４０による位置制御の下で目標ねじ深さに到達するまでの主軸１２の位置決め回転量Ｓｐｏｓと等しくなるように、速度指令Ｃｖを逐次更新して、逐次更新される速度指令Ｃｖにより主軸１２を減速回転させる。

ここで、位置決め回転量Ｓｐｏｓは、位置決め動作制御部４０が主軸１２を、現在速度Ｖｃ（以下の説明では１秒間当りの回転数（単位はｒｅｖ／ｓｅｃ）とする）から、前述した加速度変化時間ｔ１（ｓｅｃ）を考慮しつつ、ステップＳ２で検出した最大加速度Ａ０（ｒｅｖ／ｓｅｃ^２）に対応する最大減速度Ａ０（負の値）で減速したときに、Ｓｒ＝０かつＶｃ＝０となる（つまり目標ねじ深さに到達する）ことが予測される点Ｂ（図５）の位置に対応し、Ｓｒ＝０の点から見た残回転量Ｓｒ（負の値）の絶対値として、以下の式で表される。
｜Ｓｒ｜＝Ｖｃ^２／（２×｜Ａ０｜）＋Ｖｃ×τ／２＝Ｓｐｏｓ

前述したように、点Ｂでは、主軸１２の現在速度Ｖｃは中間速度Ｖｂに達していることを前提とする。したがって点Ｂの位置｜Ｓｒ｜及び位置決め回転量Ｓｐｏｓは、以下の式１により求められる。
｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０｜）＋Ｖｂ×τ／２＝Ｓｐｏｓ ・・・式１

なお、式１におけるτは、加速度変化時間ｔ１における主軸１２の減速度の変化を表す時定数である。加速度変化時間ｔ１及び時定数τは、例えばシステム設計者が経験則により設定して制御装置１０のメモリ（図示せず）に制御用パラメータの１つとして格納できる。

主軸１２を中間速度Ｖｂに到達させたときの残回転量Ｓｒが主軸１２の位置決め回転量Ｓｐｏｓに等しいとした場合、時間Ｔ３における主軸１２の残回転量（つまり現在位置）Ｓｒと現在速度Ｖｃ（ｒｅｖ／ｓｅｃ）と現在減速度Ａｃ（ｒｅｖ／ｓｅｃ^２）との関係は、以下の式で表わされる。
公式：Ｖｃ^２−Ｖｂ^２＝２×｜Ａｃ｜×（Ｓｒ−Ｓｐｏｓ）から、
｜Ａｃ｜＝（Ｖｃ^２−Ｖｂ^２）／（２×（Ｓｒ−Ｓｐｏｓ））

時間Ｔ３（ステップＳ５）において、主軸制御部１８（減速動作制御部３８）は、主軸１２の残回転量Ｓｒと現在速度Ｖｃとを常時監視して、上記した現在減速度Ａｃに速度指令更新周期Ｔｃｔｌ（ｓｅｃ）（つまり減速動作制御部３８が速度指令を作成して主軸１２に通知する周期）を乗じた値を現在速度Ｖｃ（つまり直前の速度指令Ｃｖ）から減算し、新たな速度指令Ｃｖとする。速度指令Ｃｖは以下の式２で表わされる。
Ｃｖ＝Ｖｃ−Ａｃ×Ｔｃｔｌ ・・・式２

式２に従って、減速動作制御部３８は、速度指令Ｃｖを速度指令更新周期Ｔｃｔｌで逐次更新する。主軸１２は、点Ａから点Ｂに至る間、逐次更新される速度指令Ｃｖに従って、減速度Ａｃを徐々に増加させながら減速回転し、中間速度Ｖｂまで減速したと同時に点Ｂに到達する（図５）。

再び図２を参照すると、ステップＳ６で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部４０）は、主軸１２の残回転量Ｓｒの絶対値｜Ｓｒ｜が、｜Ｓｒ｜＝Ｖｂ^２／（２×｜Ａ０｜）＋Ｖｂ×τ／２（式１）を満たしているか否か（つまり主軸１２の回転位置が点Ｂに到達したか否か）を判断する。式１を満たしている場合、ステップＳ７で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部４０）は、主軸１２を最適な減速度で減速回転してＳｒ＝０の点（つまり目標ねじ深さ）に到達させるための移動指令を作成し、この移動指令により主軸１２を位置制御する。式１を満たしていない場合は、式１が満たされるまでステップＳ６の判断を繰り返す。主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部４０）からの移動指令に従い、点Ｂから目標ねじ深さに向かって最適な減速度で減速回転して切削動作を実行し、Ｓｒ＝０になった時点で目標ねじ深さに到達して停止する。このように、点Ｂから目標ねじ深さに到達するまでの時間Ｔ４（図５）では、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御する（移動指令から求められた速度指令を破線で例示する）。

ステップＳ７の位置制御に際し、主軸制御部１８（位置決め動作制御部４０）は図３に示す位置制御ルーチンを実行する。まずステップＱ１で、第１速度指令演算部４２は、主軸１２が中間速度Ｖｂに到達した直後及び目標ねじ深さ（つまり目標位置）に到達する直前の所定の加速度変化時間ｔ１においては主軸１２を前述した変動減速度Ａ１で減速回転させる一方、加速度変化時間ｔ１を除く時間においては主軸１２を最大減速度Ａ０で減速回転させるための、位置制御の第１速度指令Ｃｐｖ１を演算する。またステップＱ２で、第２速度指令演算部４４は、主軸１２が中間速度Ｖｂに到達した後は主軸１２を前述した一定減速度Ａｃｏｎｓで減速回転させるための、位置制御の第２速度指令Ｃｐｖ２を演算する。

ここで図７Ａは、位置決め動作制御部４０による位置制御の間の速度指令の一例として、第１速度指令Ｃｐｖ１（一点鎖線）と第２速度指令Ｃｐｖ２（二点鎖線）との双方を曲線で示す。図示のように、第１速度指令演算部４２は、主軸１２の減速度が点Ｂ（中間速度Ｖｂ）において零の状態にあることを前提として、主軸１２を、点Ｂ直後の加速度変化時間ｔ１に渡り時間の経過に伴い零から最大減速度Ａ０まで徐々に増加する変動減速度Ａ１で移動させるとともに、その後の最大減速度Ａ０での移動を経て、目標ねじ深さ直前の加速度変化時間ｔ１に渡り時間の経過に伴い最大減速度Ａ０から零まで徐々に減少する変動減速度Ａ１で移動させて、目標ねじ深さで停止させるための、第１速度指令Ｃｐｖ１を演算する。

加速度変化時間ｔ１（時定数τ）における単位時間当たりの速度指令値ΔＣｐｖ１（ｎ）は、以下の式３で表される。
ΔＣｐｖ１（ｎ）＝Ｖｂ−ｎ（ｎ＋１）／２×Ａ０／τ ・・・式３

第２速度指令演算部４４は、第１速度指令Ｃｐｖ１で主軸１２が点Ｂから目標ねじ深さに到達する時間と同じ時間で、主軸１２を点Ｂから一定減速度Ａｃｏｎｓで減速させて目標ねじ深さで停止させるための、第２速度指令Ｃｐｖ２を演算する。第２速度指令Ｃｐｖ２は、以下の式４で表される。
Ｃｐｖ２＝Ｖｂ−Ａｃｏｎｓ×Ｔｃｔｌ ・・・式４

なお図示のように、第２速度指令Ｃｐｖ２によって実現される一定減速度Ａｃｏｎｓは、第１速度指令Ｃｐｖ１と同じ時間で主軸１２を目標ねじ深さに到達させる一定減速度よりも小さい値であることができる。第１速度指令Ｃｐｖ１と同じ時間で主軸１２を目標ねじ深さに到達させる一定減速度をＡｃｏｎｓ（ｂａｓｅ）と表記すると、第２速度指令Ｃｐｖ２によって実現される一定減速度Ａｃｏｎｓは、以下の式５で表すことができる。
Ａ０／２≦Ａｃｏｎｓ≦Ａｃｏｎｓ（ｂａｓｅ） ・・・式５

このように、一定減速度Ａｃｏｎｓの大きさは、最大減速度Ａ０の大きさの半分以上とすることができ、一例としてＡｃｏｎｓ＝Ａ０／２を採用できる。一定減速度Ａｃｏｎｓが最大減速度Ａ０の半分よりも小さくなると、点Ｂにおける加速度変化に対する後述する抑制効果が薄れる場合がある。なお一定減速度Ａｃｏｎｓは、例えばシステム設計者が式５の範囲で経験則により設定して制御装置１０のメモリ（図示せず）に制御用パラメータの１つとして格納できる。

再び図３を参照すると、ステップＱ３で、速度指令選択部４６は、主軸１２が中間速度Ｖｂから目標ねじ深さに到達するまでの間、継続して、第１速度指令Ｃｐｖ１と第２速度指令Ｃｐｖ２とを比較する。第１速度指令Ｃｐｖ１が第２速度指令Ｃｐｖ２以下であった場合、速度指令選択部４６は、ステップＱ４で、第１速度指令Ｃｐｖ１を選択し、ステップＱ５で、第１速度指令Ｃｐｖ１からトルク指令を計算して求める。ステップＱ３の比較において第１速度指令Ｃｐｖ１が第２速度指令Ｃｐｖ２よりも大きかった場合、速度指令選択部４６は、ステップＱ６で、第２速度指令Ｃｐｖ２を選択し、ステップＱ５で、第２速度指令Ｃｐｖ２からトルク指令を計算して求める。位置決め動作制御部４０は、速度指令選択部４６が求めたトルク指令を主軸１２に継続して指令する。

トルク指令を求めた後は、位置決め動作制御部４０は、ステップＱ７で、逐次検出される残回転量Ｓｒに基づき、主軸１２が目標ねじ深さ（目標位置）に到達したか否かを判断する。主軸１２が目標ねじ深さに到達した場合、位置制御ルーチンを終了する。主軸１２が目標ねじ深さに到達していない場合、ステップＱ１に戻って位置制御ルーチンを繰り返す。

ここで図７Ｂは、位置決め動作制御部４０による位置制御の間の速度指令の一例として、速度指令選択部４６による選択（ステップＱ３、Ｑ４、Ｑ６）を経た後の速度指令Ｃｐｖを曲線で示す。図示のように、点Ｂ直後の、第１速度指令Ｃｐｖ１が第２速度指令Ｃｐｖ２よりも大きい期間Ｔ４−１（図７Ａ参照）においては、第２速度指令Ｃｐｖ２が選択され、主軸１２は、中間速度Ｖｂから一定減速度Ａｃｏｎｓで減速回転して、切削動作を継続する。期間Ｔ４−１においては、第１速度指令Ｃｐｖ１による点Ｂ直後の加速度変化時間ｔ１の変動減速度Ａ１による制御は行われない。その結果、速度制御から位置制御に切り換わる点Ｂにおける減速度の変化が抑制される（図７Ｂ参照）。

第２速度指令Ｃｐｖ２による一定減速度Ａｃｏｎｓは最大減速度Ａ０よりも小さいので、一定減速度Ａｃｏｎｓでの減速回転中に、第１速度指令Ｃｐｖ１と第２速度指令Ｃｐｖ２との大小関係が逆転する。そして、第１速度指令Ｃｐｖ１が第２速度指令Ｃｐｖ２以下となる期間Ｔ４−２（図７Ａ参照）においては、第１速度指令Ｃｐｖ１が選択され、主軸１２は、一定減速度Ａｃｏｎｓ以上の最大減速度Ａ０で減速回転し、その後、目標ねじ深さ直前の加速度変化時間ｔ１に渡り変動減速度Ａ１で減速回転して、切削動作を継続する。期間Ｔ４−２においては、第１速度指令Ｃｐｖ１による目標ねじ深さ直前の加速度変化時間ｔ１の変動減速度Ａ１による制御が行われるから、目標ねじ深さで主軸１２が停止するとき又は主軸１２の動作が切削動作から戻り動作に反転するときの衝撃が抑制される（図７Ｂ参照）。

図８Ａ及び図８Ｂは、図５の速度−時間曲線における点Ｂ付近を拡大して示す図で、一実施例による任意時間の速度−時間曲線（細線）と加速度−時間曲線（太線）とを示す。図８Ａは、前述した位置制御ルーチンにおけるステップＱ２〜Ｑ４及びＱ６を実行することなく、点Ｂから第１速度指令Ｃｐｖ１のみに従って主軸１２を減速回転させた場合の図である。これに対し図８Ｂは、前述した位置制御ルーチン（ステップＱ１〜Ｑ７）を実行して、点Ｂから第１速度指令Ｃｐｖ１と第２速度指令Ｃｐｖ２とのうち低速の速度指令に従って主軸１２を減速回転させた場合の図である。図８Ａに示す実施例では、速度制御中の主軸１２の略一定の加速度（減速度）が、点Ｂで速度制御から位置制御に切り換わった直後にピークを生ずるように大きく変動している。

他方、図８Ｂに示す実施例では、点Ｂの後に前述したように速度指令の選択を実行した結果、点Ｂの直後の期間Ｔ４−１において、主軸１２が一定減速度Ａｃｏｎｓで減速している。したがって主軸１２は、点Ｂの前後での加速度の変化が抑制されて、比較的滑らかに減速回転している。その結果、加速度の変化に起因して主軸１２に生じ得る機械構造上の衝撃が軽減されるとともに、加速度の変化に起因して主軸１２と送り軸１４との間に生じ得る同期誤差が低減される。

再び図２を参照すると、ステップＳ３で主軸制御部１８（現在速度検出部３６）が、現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達していると判断した場合、ステップＳ８で、主軸制御部１８は、最高回転速度Ｖ０に到達したときの主軸１２の、加工開始位置からの回転量（つまり回転位置ＦＢＳ）を、加速時回転量Ｓａとして保存する。そしてステップＳ９で、主軸制御部１８は、残回転量Ｓｒが加速時回転量Ｓａ以下になっているか否かを判断する。ＳｒがＳａ以下になっている場合、ステップＳ５に進み、次いでステップＳ６及びステップＳ７を実行して、目標ねじ深さまでの切削動作を行う。ＳｒがＳａ以下になっていない場合は、ＳｒがＳａ以下になるまでステップＳ９の判断を繰り返す。

ここで図６を参照すると、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になる前に現在速度Ｖｃが最高回転速度Ｖ０に到達した場合（ステップＳ３の判断がＮＯの場合）の、主軸１２の切削動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の上側の曲線）で示されている。図６に示すように、ステップＳ２における主軸１２の最大能力の加速回転が時間Ｔ１及びＴ２で実行され、時間Ｔ１（加工開始位置での始動から中間速度Ｖｂに達するまでの時間）の一定加速度の間に最大加速度Ａ０が検出される。主軸１２の回転速度が中間速度Ｖｂ（この例では主軸モータの基底速度）を超えると、主軸モータの特性により、主軸１２の加速度が最大加速度Ａ０から漸減する。主軸１２の現在速度Ｖｃは、残回転量Ｓｒが総回転量Ｓ０の１／２になる前に最高回転速度Ｖ０に到達し、その後、時間Ｔ５に渡り一定速度Ｖ０（加速度零）で主軸１２が回転して切削動作を継続する。残回転量Ｓｒが加速時回転量Ｓａに等しくなった時点Ａ（ステップＳ９の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速回転から減速回転に変わる。次いで、時間Ｔ３（ステップＳ５）で、前述した減速度Ａｃを漸増させながらの主軸１２の減速回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ４（ステップＳ７）で、最適な減速度での主軸１２の減速回転が図３の位置制御ルーチンに従って実行される。そしてＳｒ＝０になった時点で、主軸１２は目標ねじ深さに到達して停止する。時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４では、主軸１２は図５に示す動作と同様に動作する。

図５及び図６のいずれの動作例においても、主軸制御部１８が主軸１２の加工開始位置から目標ねじ深さまでの回転動作（切削動作）を制御する間、送り軸制御部２２（図１）は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するようにフィードバック制御して送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８がステップＳ１〜ステップＳ９の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残回転量Ｓｒを監視して、残回転量Ｓｒが第１の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、タップ加工が目標ねじ深さに達したと判断する。

上記したように、制御装置１０は、主軸１２に加工開始位置（始動位置）から目標ねじ深さ（目標位置）までの切削動作（回転動作）を行わせる際に、数値制御部１６が主軸制御部１８に対して、主軸１２の総回転量Ｓ０と最高回転速度Ｖ０のみを主軸指令ＣＳとして通知し、主軸制御部１８がこの主軸指令ＣＳに従い、最高回転速度Ｖ０を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸１２を加速回転させて切削動作を実行するとともに、最大加速中に検出した最大加速度Ａ０と逐次検出する主軸１２の残回転量Ｓｒ及び現在速度Ｖｃとに基づき、主軸１２を最適な減速度で減速回転させながら目標ねじ深さまでの切削動作を継続実行して目標ねじ深さに到達させるように構成されている。したがって制御装置１０によれば、数値制御部１６に対し主軸１２の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸１２の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

しかも制御装置１０では、主軸１２が減速回転する間、減速動作制御部３８が、逐次更新される速度指令Ｃｖにより主軸１２を速度制御することで、速度制御から位置制御に切り換わる点Ｂの直前における減速度の変化が抑制されるとともに、点Ｂから目標ねじ深さまでの位置制御の間は、位置決め動作制御部４０の速度指令選択部４６が、第１速度指令演算部４２が演算したベル型減速のための第１速度指令Ｃｐｖ１と第２速度指令演算部４４が演算した一定減速のための第２速度指令Ｃｐｖ２とのうち低速の速度指令を選択することで、点Ｂでの制御切換時の減速度の変化及び目標ねじ深さでの主軸停止時又は主軸動作反転時の衝撃の双方が抑制される。したがって制御装置１０によれば、主軸１２の減速回転中に、加速度の変化に起因して主軸１２に生じ得る機械構造上の衝撃を軽減できるとともに、加速度の変化に起因して主軸１２と送り軸１４との間に生じ得る同期誤差を低減できる。

図１に示す制御装置１０は、主軸１２の前述した戻り動作に際し、加工開始位置から目標ねじ深さまでの上記した切削動作制御と同様の制御を行うことができる。図５及び図６は、上記した主軸１２の切削動作に加えて、同切削動作に対応する主軸１２の戻り動作を、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示している。以下、図４のフローチャートを図１、図３、図５及び図６と共に参照して、制御装置１０が実行する主軸１２の戻り動作制御方法を説明する。

数値制御部１６（主軸指令出力部２６）は、図２の切削動作制御フローでタップ加工が目標ねじ深さに達したと判断した後に、ステップＳ１０で、プログラム解釈部２４が解釈したタップ加工プログラムＰの指令値から、目標ねじ深さ（始動位置）から戻り完了位置（目標位置）に至る間の主軸１２の総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′とを取得して、これら総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′とを主軸指令ＣＳとして主軸制御部１８に送る。戻り動作の主軸指令ＣＳも、主軸１２を戻り完了位置まで回転運動させるための位置指令（移動指令）や加減速指令を含まないものである。なお戻り完了位置は、加工開始位置と同一であってもよいし、加工開始位置と異なっていてもよい。戻り完了位置が加工開始位置と同一の場合、総戻り回転量Ｓ０′は切削時の総回転量Ｓ０と等しくなるが、最高戻り回転速度Ｖ０′は切削時の最高回転速度Ｖ０に必ずしも一致しない。また、総戻り回転量Ｓ０′及び最高戻り回転速度Ｖ０′が切削時の総回転量Ｓ０及び最高回転速度Ｖ０と同一の場合、戻り動作は切削動作と実質的に同じ速度−時間曲線を示すが、総戻り回転量Ｓ０′及び最高戻り回転速度Ｖ０′が切削時の総回転量Ｓ０及び最高回転速度Ｖ０と異なる場合、戻り動作は切削動作と必ずしも同じ速度−時間曲線を示さない。

次にステップＳ１１で、主軸制御部１８（初期動作制御部３０、最大加速度検出部３２、残回転量検出部３４）は以下の処理を行う。初期動作制御部３０は、最高戻り回転速度Ｖ０′を目標速度とする速度制御により、目標ねじ深さ（速度零）から主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速逆回転させて戻り動作を実行する。最大加速度検出部３２は、目標ねじ深さからの最大能力での加速逆回転中に回転位置ＦＢＳに基づき主軸１２の逆回転の最大加速度Ａ０′を検出する。残回転量検出部３４は、総戻り回転量Ｓ０′と回転位置ＦＢＳとに基づき、加速逆回転中の現在位置からの主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′を逐次検出する。検出した残戻り回転量Ｓｒ′は、検出の都度、主軸制御部１８が数値制御部１６に通知する。

次にステップＳ１２で、主軸制御部１８（現在速度検出部３６）は、最大能力での加速逆回転中に回転位置ＦＢＳに基づき逆回転の現在速度Ｖｃ′を逐次検出し、検出の都度、現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達していないか否かを判断する。Ｖｃ′がＶ０′に到達していない場合、ステップＳ１３で、主軸制御部１８（減速動作制御部３８）は、残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２以下になっているか否かを判断する。Ｓｒ′がＳ０′の１／２以下になっている場合、ステップＳ１４で、主軸制御部１８（減速動作制御部３８）は、主軸１２を中間戻り速度Ｖｂ′まで減速逆回転させて戻り動作を継続実行する。Ｓｒ′がＳ０′の１／２以下になっていない場合はステップＳ１２に戻る。

ここで図５を参照すると、逆回転の現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達する前に残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になった場合（ステップＳ１２及びＳ１３の判断がいずれもＹＥＳの場合）の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示されている。ステップＳ１１おける主軸１２の最大能力の加速逆回転は、図５の時間Ｔ６及びＴ７で実行され、時間Ｔ６（目標ねじ深さでの始動から中間戻り速度Ｖｂ′に達するまでの時間）の一定加速度の間に逆回転の最大加速度Ａ０′が検出される。主軸１２の回転速度が中間戻り速度Ｖｂ′（この例では主軸モータの基底速度）を超えると、主軸モータの特性により、主軸１２の加速度は最大加速度Ａ０′から漸減する。残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になった（つまり戻り開始からの回転量が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になった）時点Ｃ（ステップＳ１３の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速逆回転から減速逆回転に変わり、時間Ｔ８で、ステップＳ１４における主軸１２の減速逆回転が実行される。時間Ｔ６〜Ｔ８では、主軸制御部１８は主軸１２を速度制御する（この間の速度指令を破線で例示する）。

時間Ｔ８（ステップＳ１４）においても、主軸制御部１８（残回転量検出部３４、現在速度検出部３６）は、主軸１２の現在位置からの残戻り回転量Ｓｒ′及び逆回転の現在速度Ｖｃ′を逐次検出する。そして主軸制御部１８（減速動作制御部３８）は、時間Ｔ８（ステップＳ１４）において、速度制御により点Ｃ（逆回転の最高速度）から主軸１２を中間戻り速度Ｖｂ′まで減速回転させるが、この間、減速逆回転のための速度指令Ｃｖ′を、残戻り回転量Ｓｒ′と逆回転の現在速度Ｖｃ′とを用いて逐次更新する（速度指令Ｃｖ′を図５に破線で示す）。具体的には、減速動作制御部３８は、主軸１２を所定の中間戻り速度Ｖｂ′に到達させたときの主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′が、位置決め動作制御部４０による位置制御の下で戻り完了位置で停止するまでの主軸１２の位置決め戻り回転量Ｓｐｏｓ′と等しくなるように、速度指令Ｃｖ′を逐次更新して、逐次更新される速度指令Ｃｖ′により主軸１２を減速逆回転させる。

ここで、位置決め戻り回転量Ｓｐｏｓ′は、位置決め動作制御部４０が主軸１２を、逆回転の現在速度Ｖｃ′（以下の説明では１秒間当りの回転数（単位はｒｅｖ／ｓ）とする）から、前述した加速度変化時間ｔ１（ｓｅｃ）を考慮しつつ、ステップＳ１１で検出した逆回転の最大加速度Ａ０′（ｒｅｖ／ｓ^２）に対応する逆回転の最大減速度Ａ０′（負の値）で減速したときに、Ｓｒ′＝０かつＶｃ′＝０となる（つまり戻り完了位置に到達する）ことが予測される点Ｄ（図５）の位置に対応し、前述した位置決め回転量Ｓｐｏｓと同様に以下の式６により求められる。
Ｓｐｏｓ′＝Ｖｂ′^２／（２×｜Ａ０′｜）＋Ｖｂ′×τ／２＝｜Ｓｒ′｜ ・・・式６

主軸１２を中間戻り速度Ｖｂ′に到達させたときの残戻り回転量Ｓｒ′が主軸１２の位置決め戻り回転量Ｓｐｏｓ′に等しいとした場合、時間Ｔ８における主軸１２の残戻り回転量（つまり現在位置）Ｓｒ′と現在速度Ｖｃ′（ｒｅｖ／ｓ）と現在減速度Ａｃ′（ｒｅｖ／ｓ^２）との関係は、以下の式で表わされる。
公式：Ｖｃ′^２−Ｖｂ′^２＝２×｜Ａｃ′｜×（Ｓｒ′−Ｓｐｏｓ′）から、
｜Ａｃ′｜＝（Ｖｃ′^２−Ｖｂ′^２）／（２×（Ｓｒ′−Ｓｐｏｓ′））

時間Ｔ８（ステップＳ１４）において、主軸制御部１８（減速動作制御部３８）は、主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′と逆回転の現在速度Ｖｃ′とを常時監視して、上記した現在減速度Ａｃ′に速度指令更新周期Ｔｃｔｌ（ｓｅｃ）を乗じた値を現在速度Ｖｃ′（つまり直前の速度指令Ｃｖ′）から減算し、新たな速度指令Ｃｖ′とする。速度指令Ｃｖ′は以下の式７で表わされる。
Ｃｖ′＝Ｖｃ′−Ａｃ′×Ｔｃｔｌ ・・・式７

式７に従って、減速動作制御部３８は、速度指令Ｃｖ′を速度指令更新周期Ｔｃｔｌで逐次更新する。主軸１２は、点Ｃから点Ｄに至る間、逐次更新される速度指令Ｃｖ′に従って、減速度Ａｃ′を徐々に増加させながら減速逆回転し、中間戻り速度Ｖｂ′まで減速したと同時に点Ｄに到達する（図５）。

再び図４を参照すると、ステップＳ１５で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部４０）は、主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′の絶対値｜Ｓｒ′｜が、｜Ｓｒ′｜＝Ｖｂ′^２／（２×｜Ａ０′｜）＋Ｖｂ′×τ／２（式６）を満たしているか否か（つまり主軸１２の回転位置が点Ｄに到達したか否か）を判断する。式６を満たしている場合、ステップＳ１６で、主軸制御部１８（位置決め動作制御部４０）は、主軸１２を最適な減速度で減速逆回転してＳｒ′＝０の点（つまり戻り完了位置）で停止させるための移動指令を作成し、この移動指令により主軸１２を位置制御する。式６を満たしていない場合は、式６が満たされるまでステップＳ１５の判断を繰り返す。主軸１２は、主軸制御部１８（位置決め動作制御部４０）からの移動指令に従い、点Ｄから戻り完了位置に向かって最適な減速度で減速逆回転して戻り動作を実行し、Ｓｒ′＝０になった時点で戻り完了位置に到達して停止する。このように、点Ｄから戻り完了位置に到達するまでの時間Ｔ９（図５）では、主軸制御部１８は主軸１２を位置制御する（移動指令から求められた速度指令を破線で例示する）。

ステップＳ１６の位置制御に際し、主軸制御部１８（位置決め動作制御部４０）は、前述したステップＳ７の位置制御と同様に、図３に示す位置制御ルーチンを実行する。概説すると、ステップＱ１及びＱ２で、第１速度指令演算部４２が第１速度指令Ｃｐｖ１を演算するとともに、第２速度指令演算部４４が第２速度指令Ｃｐｖ２を演算する。次に位置決め動作制御部４０は、ステップＱ３〜Ｑ５で、速度指令選択部４６が、第１速度指令Ｃｐｖ１と第２速度指令Ｃｐｖ２とを比較して、いずれか低速の速度指令を選択し、選択した第１速度指令Ｃｐｖ１又は第２速度指令Ｃｐｖ２からトルク指令を計算して求める。次に位置決め動作制御部４０は、ステップＱ８で、逐次検出される残戻り回転量Ｓｒ′に基づき、主軸１２が目標位置（つまり戻り完了位置）に到達したか否かを判断する。主軸１２が戻り完了位置に到達した場合、位置制御ルーチンを終了する。主軸１２が戻り完了位置に到達していない場合、ステップＱ１に戻って位置制御ルーチンを繰り返す。この位置制御ルーチンを実行することにより、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明した切削動作における効果と同様に、戻り動作においても、速度制御から位置制御に切り換わる点Ｄにおける減速度の変化が抑制されるとともに、戻り完了位置で主軸１２が停止するときの衝撃が抑制される。

再び図４を参照すると、ステップＳ１２で主軸制御部１８（現在速度検出部３６）が、逆回転の現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達していると判断した場合、ステップＳ１７で、主軸制御部１８は、最高戻り回転速度Ｖ０′に到達したときの主軸１２の、目標ねじ深さからの回転量（つまり回転位置ＦＢＳ）を、戻り動作の加速時回転量Ｓａ′として保存する。そしてステップＳ１８で、主軸制御部１８は、残戻り回転量Ｓｒ′が加速時回転量Ｓａ′以下になっているか否かを判断する。Ｓｒ′がＳａ′以下になっている場合、ステップＳ１４に進み、次いでステップＳ１５及びステップＳ１６を実行して、戻り完了位置さまでの戻り動作を行う。Ｓｒ′がＳａ′以下になっていない場合は、Ｓｒ′がＳａ′以下になるまでステップＳ１８の判断を繰り返す。

ここで図６を参照すると、残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になる前に逆回転の現在速度Ｖｃ′が最高戻り回転速度Ｖ０′に到達した場合（ステップＳ１２の判断がＮＯの場合）の、主軸１２の戻り動作の一例が、速度−時間曲線（時間軸の下側の曲線）で示されている。図６に示すように、ステップＳ１１における主軸１２の最大能力の加速逆回転が時間Ｔ６及びＴ７で実行され、時間Ｔ６（目標ねじ深さでの始動から中間戻り速度Ｖｂ′に達するまでの時間）の一定加速度の間に、逆回転の最大加速度Ａ０′が検出される。主軸１２の回転速度が中間戻り速度Ｖｂ′（この例では主軸モータの基底速度）を超えると、主軸モータの特性により、主軸１２の加速度が最大加速度Ａ０′から漸減する。主軸１２の現在速度Ｖｃ′は、残戻り回転量Ｓｒ′が総戻り回転量Ｓ０′の１／２になる前に最高戻り回転速度Ｖ０′に到達し、その後、時間Ｔ１０に渡り一定速度Ｖ０′（加速度零）で主軸１２が逆回転して戻り動作を継続する。残戻り回転量Ｓｒ′が加速時回転量Ｓａ′に等しくなった時点Ｃ（ステップＳ１８の判断がＹＥＳとなった時点）で、主軸１２の動作は加速逆回転から減速逆回転に変わる。次いで、時間Ｔ８（ステップＳ１４）で、前述した減速度Ａｃを漸増させながらの主軸１２の減速逆回転（速度制御）が実行され、時間Ｔ９（ステップＳ１６）で、最適な減速度での主軸１２の減速逆回転が図３の位置制御ルーチンに従って実行される。そしてＳｒ′＝０になった時点で、主軸１２は戻り完了位置に到達して停止する。時間Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８及びＴ９では、主軸１２は図５に示す動作と同様に動作する。

図５及び図６のいずれの動作例においても、主軸制御部１８が主軸１２の目標ねじ深さから戻り完了位置までの逆回転動作（戻り動作）を制御する間、送り軸制御部２２（図１）は、主軸１２の回転位置ＦＢＳを用いて、送り軸１４を主軸１２の動作に追従するようにフィードバック制御して逆送り動作を行わせる。数値制御部１６は、主軸制御部１８がステップＳ１０〜ステップＳ１８の処理を実行する間、主軸制御部１８から通知される残戻り回転量Ｓｒ′を監視して、残戻り回転量Ｓｒ′が第２の所定値（零に近い極小値）以下になったときに、戻り動作が完了して工具がワークから引き抜かれたと判断する。

上記したように、制御装置１０は、主軸１２に目標ねじ深さ（始動位置）から戻り完了位置（目標位置）までの戻り動作（回転動作）を行わせる際に、数値制御部１６が主軸制御部１８に対して、主軸１２の総戻り回転量Ｓ０′と最高戻り回転速度Ｖ０′のみを主軸指令ＣＳとして通知し、主軸制御部１８がこの主軸指令ＣＳに従い、最高戻り回転速度Ｖ０′を目標に許容電流を最大限に使用した最大出力で主軸１２を加速逆回転させて戻り動作を実行するとともに、最大加速中に検出した最大加速度Ａ０′と逐次検出する主軸１２の残戻り回転量Ｓｒ′及び現在速度Ｖｃ′に基づき、主軸１２を最適な減速度で減速回転させながら戻り完了位置までの戻り動作を継続実行して戻り完了位置に到達させるように構成されている。したがって制御装置１０によれば、数値制御部１２に対し主軸１２の出力特性に対応する加減速指令を作成するためのパラメータの設定や調整等を行う必要がなく、より簡単な構成で、主軸１２の加速能力を最大限に発揮させる加減速制御を行って、タップ加工のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

しかも制御装置１０では、主軸１２が減速逆回転する間、減速動作制御部３８が、逐次更新される速度指令Ｃｖ′により主軸１２を速度制御することで、速度制御から位置制御に切り換わる点Ｄの直前における減速度の変化が抑制されるとともに、点Ｄから戻り完了位置までの位置制御の間は、位置決め動作制御部４０の速度指令選択部４６が、第１速度指令演算部４２が演算したベル型減速のための第１速度指令Ｃｐｖ１と第２速度指令演算部４４が演算した一定減速のための第２速度指令Ｃｐｖ２とのうち低速の速度指令を選択することで、点Ｄでの制御切換時の減速度の変化及び戻り完了位置での主軸停止時の衝撃の双方が抑制される。したがって制御装置１０によれば、主軸１２の減速逆回転中に、加速度の変化に起因して主軸１２に生じ得る機械構造上の衝撃を軽減できるとともに、加速度の変化に起因して主軸１２と送り軸１４との間に生じ得る同期誤差を低減できる。

上記した制御装置１０の構成は、主軸１２と送り軸１４との同期運転を制御する工作機械の制御方法として記述できる。この制御方法は、制御装置１０が、始動位置から目標位置に至る間の主軸１２の総回転量Ｓ０（総戻り回転量Ｓ０′）と最高回転速度Ｖ０（最高戻り回転速度Ｖ０′）とをタップ加工プログラムＰから取得するステップと、最高回転速度Ｖ０（最高戻り回転速度Ｖ０′）を目標値とする速度制御により始動位置から主軸１２を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転（加速逆回転）させるステップと、最大能力での加速回転（加速逆回転）中に主軸１２の回転位置フィードバック値ＦＢＳに基づき主軸１２の最大加速度Ａ０（逆回転の最大加速度Ａ０′）を検出するステップと、総回転量Ｓ０（総戻り回転量Ｓ０′）と回転位置フィードバック値ＦＢＳとに基づき、現在位置から目標位置に至るまでの主軸１２の残回転量Ｓｒ（残戻り回転量Ｓｒ′）を検出するステップと、回転位置フィードバック値ＦＢＳに基づき主軸１２の現在速度Ｖｃ（逆回転の現在速度Ｖｃ′）を検出するステップと、最大能力での加速回転（加速逆回転）の後に、残回転量Ｓｒ（残戻り回転量Ｓｒ′）と現在速度Ｖｃ（逆回転の現在速度Ｖｃ′）とに基づき、速度制御により主軸１２を減速回転（減速逆回転）させて予め定めた中間速度Ｖｂ（中間戻り速度Ｖｂ′）に到達させるステップと、主軸１２が中間速度Ｖｂ（中間戻り速度Ｖｂ′）に到達した後に、最大加速度Ａ０（逆回転の最大加速度Ａ０′）と残回転量Ｓｒ（残戻り回転量Ｓｒ′）と現在速度Ｖｃ（逆回転の現在速度Ｖｃ′）とに基づき、位置制御により主軸１２を減速回転（減速逆回転）させて目標位置に到達させるステップとを備え、中間速度に到達させるステップは、速度制御の速度指令Ｃｖ（速度指令Ｃｖ′）を、残回転量Ｓｒ（残戻り回転量Ｓｒ′）と現在速度Ｖｃ（逆回転の現在速度Ｖｃ′）とを用いて逐次更新し、主軸１２を中間速度Ｖｂ（中間戻り速度Ｖｂ′）に到達させたときの残回転量Ｓｒ（残戻り回転量Ｓｒ′）が、位置制御の下で目標位置に到達するまでの主軸１２の位置決め回転量Ｓｐｏｓ（位置決め戻り回転量Ｓｐｏｓ′）と等しくなるように、逐次更新される速度指令Ｃｖ（速度指令Ｃｖ′）により主軸１２を減速回転させるステップを含み、目標位置に到達させるステップは、主軸１２が中間速度Ｖｂ（中間戻り速度Ｖｂ′）に到達した直後及び目標位置に到達する直前の所定の加速度変化時間ｔ１を除く時間においては、主軸１２を最大加速度Ａ０（逆回転の最大加速度Ａ０′）に対応する最大減速度Ａ０（逆回転の最大減速度Ａ０′）で減速回転させる一方、加速度変化時間ｔ１においては最大減速度Ａ０（逆回転の最大減速度Ａ０′）よりも小さくかつ所定割合で変化する変動減速度Ａ１で主軸１２を減速回転させるための、位置制御の第１速度指令Ｃｐｖ１を演算するステップと、主軸１２が中間速度Ｖｂ（中間戻り速度Ｖｂ′）に到達した後は最大減速度Ａ０（逆回転の最大減速度Ａ０′）よりも小さい一定減速度Ａｃｏｎｓで主軸１２を減速回転させるための、位置制御の第２速度指令Ｃｐｖ２を演算するステップと、主軸１２が中間速度Ｖｂ（中間戻り速度Ｖｂ′）から目標位置に到達するまでの間、第１速度指令Ｃｐｖ１と第２速度指令Ｃｐｖ２とのうち低速の速度指令を選択するステップとを含む、制御方法である。

上記制御方法によれば、前述した制御装置１０の効果と同等の効果が奏される。

１０ 制御装置
１２ 主軸
１４ 送り軸
１６ 数値制御部
１８ 主軸制御部
２０ 回転検出部
２２ 送り軸制御部
２６ 主軸指令出力部
２８ 送り軸指令出力部
３０ 初期動作制御部
３２ 最大加速度検出部
３４ 残回転量検出部
３６ 現在速度検出部
３８ 減速動作制御部
４０ 位置決め動作制御部
４２ 第１速度指令演算部
４４ 第２速度指令演算部
４６ 速度指令選択部

Claims (8)

1. 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御装置であって、
   タップ加工プログラムに基づき主軸指令及び送り軸指令を作成する数値制御部と、
   前記主軸指令に従って前記主軸の回転動作を制御する主軸制御部と、
   前記主軸の回転位置を検出する回転検出部と、
   前記送り軸指令に従って、前記回転位置に基づき前記送り軸の送り動作を制御する送り軸制御部とを具備し、
   前記数値制御部は、
   始動位置から目標位置に至る間の前記主軸の総回転量と最高回転速度とを前記タップ加工プログラムから取得して、該総回転量と該最高回転速度とを前記主軸指令として前記主軸制御部に送る主軸指令出力部を備え、
   前記主軸制御部は、
   前記最高回転速度を目標値とする速度制御により前記始動位置から前記主軸を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転させる初期動作制御部と、
   前記最大能力での加速回転中に前記回転位置に基づき前記主軸の最大加速度を検出する最大加速度検出部と、
   前記総回転量と前記回転位置とに基づき、現在位置から前記目標位置に至るまでの前記主軸の残回転量を検出する残回転量検出部と、
   前記回転位置に基づき前記主軸の現在速度を検出する現在速度検出部と、
   前記最大能力での加速回転の後に、前記残回転量と前記現在速度とに基づき、速度制御により前記主軸を減速回転させて予め定めた中間速度に到達させる減速動作制御部と、
   前記主軸が前記中間速度に到達した後に、前記最大加速度と前記残回転量と前記現在速度とに基づき、位置制御により前記主軸を減速回転させて前記目標位置に到達させる位置決め動作制御部とを備え、
   前記減速動作制御部は、前記速度制御の速度指令を、前記残回転量と前記現在速度とを用いて逐次更新し、前記主軸を前記中間速度に到達させたときの前記残回転量が、前記位置制御の下で前記目標位置に到達するまでの前記主軸の位置決め回転量と等しくなるように、逐次更新される該速度指令により前記主軸を減速回転させ、
   前記位置決め動作制御部は、
   前記主軸が前記中間速度に到達した直後及び前記目標位置に到達する直前の所定の加速度変化時間を除く時間においては、前記主軸を前記最大加速度に対応する最大減速度で減速回転させる一方、該加速度変化時間においては該最大減速度よりも小さくかつ所定割合で変化する変動減速度で前記主軸を減速回転させるための、前記位置制御の第１速度指令を演算する第１速度指令演算部と、
   前記主軸が前記中間速度に到達した後は前記最大減速度よりも小さい一定減速度で前記主軸を減速回転させるための、前記位置制御の第２速度指令を演算する第２速度指令演算部と、
   前記主軸が前記中間速度から前記目標位置に到達するまでの間、前記第１速度指令と前記第２速度指令とのうち低速の速度指令を選択する速度指令選択部とを有する、
   制御装置。
2. 前記一定減速度の大きさは前記最大減速度の大きさの半分以上である、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記始動位置はタップ加工の加工開始位置に相当し、前記目標位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当する、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記始動位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当し、前記目標位置はタップ加工の戻り完了位置に相当する、請求項１又は２に記載の制御装置。
5. 主軸と送り軸との同期運転を制御する工作機械の制御方法であって、
   制御装置が、
   始動位置から目標位置に至る間の前記主軸の総回転量と最高回転速度とをタップ加工プログラムから取得するステップと、
   前記最高回転速度を目標値とする速度制御により前記始動位置から前記主軸を、駆動源の許容電流を最大限に利用した最大能力で加速回転させるステップと、
   前記最大能力での加速回転中に前記主軸の回転位置フィードバック値に基づき前記主軸の最大加速度を検出するステップと、
   前記総回転量と前記回転位置フィードバック値とに基づき、現在位置から前記目標位置に至るまでの前記主軸の残回転量を検出するステップと、
   前記回転位置フィードバック値に基づき前記主軸の現在速度を検出するステップと、
   前記最大能力での加速回転の後に、前記残回転量と前記現在速度とに基づき、速度制御により前記主軸を減速回転させて予め定めた中間速度に到達させるステップと、
   前記主軸が前記中間速度に到達した後に、前記最大加速度と前記残回転量と前記現在速度とに基づき、位置制御により前記主軸を減速回転させて前記目標位置に到達させるステップとを備え、
   前記中間速度に到達させるステップは、前記速度制御の速度指令を、前記残回転量と前記現在速度とを用いて逐次更新し、前記主軸を前記中間速度に到達させたときの前記残回転量が、前記位置制御の下で前記目標位置に到達するまでの前記主軸の位置決め回転量と等しくなるように、逐次更新される該速度指令により前記主軸を減速回転させるステップを含み、
   前記目標位置に到達させるステップは、
   前記主軸が前記中間速度に到達した直後及び前記目標位置に到達する直前の所定の加速度変化時間を除く時間においては、前記主軸を前記最大加速度に対応する最大減速度で減速回転させる一方、該加速度変化時間においては該最大減速度よりも小さくかつ所定割合で変化する変動減速度で前記主軸を減速回転させるための、前記位置制御の第１速度指令を演算するステップと、
   前記主軸が前記中間速度に到達した後は前記最大減速度よりも小さい一定減速度で前記主軸を減速回転させるための、前記位置制御の第２速度指令を演算するステップと、
   前記主軸が前記中間速度から前記目標位置に到達するまでの間、前記第１速度指令と前記第２速度指令とのうち低速の速度指令を選択するステップとを含む、
   制御方法。
6. 前記一定減速度の大きさは前記最大減速度の大きさの半分以上である、請求項５に記載の制御方法。
7. 前記始動位置はタップ加工の加工開始位置に相当し、前記目標位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当する、請求項５又は６に記載の制御方法。
8. 前記始動位置はタップ加工の目標ねじ深さに相当し、前記目標位置はタップ加工の戻り完了位置に相当する、請求項５又は６に記載の制御方法。

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