本發(fā)明涉及控制主軸與進給軸的同步運轉的機床的控制裝置。本發(fā)明還涉及控制主軸與進給軸的同步運轉的機床的控制方法。

背景技術：

在通過主軸與進給軸的同步運轉來進行攻絲加工的機床中，各種用于提升加工精度或縮短周期時間的結構被提出。例如日本專利第2629729號公報(jp2629729b)公開了如下螺紋加工裝置：在進給軸跟隨主軸的旋轉進行動作的同時進行攻絲加工，基于主軸的轉速、旋轉加速度以及螺距來運算針對進給軸的進給指令值，并且按照主軸實際的旋轉位置來校正進給指令值，由此，提升了攻絲加工的精度。此外，日本專利第3553741號公報(jp3553741b)公開了如下主軸電動機加減速控制方法：所述方法是為了攻絲加工而進行主軸與進給軸的同步控制的數(shù)值控制裝置的主軸電動機加減速控制方法，數(shù)值控制裝置制作出對應于主軸的輸出特性的加減速指令，利用該加減速指令來控制主軸，從而提升主軸的響應性，作為結果能夠縮短周期時間。

技術實現(xiàn)要素：

在通過主軸與進給軸的同步運轉來進行攻絲加工的機床中，周期時間一般取決于主軸具有的加速能力。優(yōu)選的是，數(shù)值控制裝置不進行為了制作出對應于主軸的輸出特性的加減速指令所需的參數(shù)的設定或調(diào)整等、要求高度先進技術的預備作業(yè)，而通過更簡單的結構，進行使主軸的加速能力最大限度地發(fā)揮的控制從而能夠縮短周期時間，并且主軸能夠準確地到達目標位置。

本發(fā)明的一方式是控制主軸與進給軸的同步運轉的機床的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置具有：數(shù)值控制部，其根據(jù)攻絲加工程序制作主軸指令以及進給軸指令；主軸控制部，其按照主軸指令控制主軸的旋轉動作；旋轉檢測部，其檢測主軸的旋轉位置；以及進給軸控制部，其按照進給軸指令根據(jù)旋轉位置來控制進給軸的進給動作，數(shù)值控制部具有：主軸指令輸出部，其從攻絲加工程序取得從起動位置到目標位置期間的主軸的總旋轉量和最高轉速，將總旋轉量和最高轉速作為主軸指令輸送至主軸控制部，主軸控制部具有：初始動作控制部，其通過將最高轉速設為目標值的速度控制使主軸從起動位置以最大能力進行加速旋轉；最大加速度檢測部，其在利用最大能力的加速旋轉過程中根據(jù)旋轉位置來檢測主軸的最大加速度；剩余旋轉量檢測部，其根據(jù)總旋轉量與旋轉位置，對從當前位置到目標位置為止的主軸的剩余旋轉量進行檢測；當前速度檢測部，其根據(jù)旋轉位置對主軸的當前速度進行檢測；減速動作控制部，其在利用最大能力的加速旋轉之后，通過速度控制使主軸以最大能力進行減速旋轉而達到預先設定的中間速度；定位動作控制部，其在主軸達到中間速度之后，通過位置控制使主軸進行減速旋轉而到達目標位置；磁通量預測部，其從用于使主軸達到中間速度的電動機磁通量指令值，預測中間速度時的現(xiàn)實的電動機磁通量；以及減速度決定部，其根據(jù)最大加速度、電動機磁通量指令值以及電動機磁通量，決定位置控制涉及的減速旋轉過程中的減速度，定位動作控制部根據(jù)剩余旋轉量、當前速度以及減速度來執(zhí)行位置控制。

本發(fā)明的其他方式是控制主軸與進給軸的同步運轉的機床的控制方法，其特征在于，所述控制方法具有以下步驟：控制裝置從攻絲加工程序取得從起動位置到目標位置期間的主軸的總旋轉量和最高轉速；控制裝置通過將最高轉速設為目標值的速度控制，使主軸從起動位置以最大能力進行加速旋轉的步驟；控制裝置在利用最大能力的加速旋轉過程中根據(jù)主軸的旋轉位置反饋值來檢測主軸的最大加速度的步驟；控制裝置根據(jù)總旋轉量和旋轉位置反饋值對從當前位置到目標位置為止的主軸的剩余旋轉量進行檢測的步驟；控制裝置根據(jù)旋轉位置反饋值來檢測主軸的當前速度的步驟；控制裝置在利用最大能力的加速旋轉之后，通過速度控制使主軸以最大能力進行減速旋轉從而達到預先設定的中間速度的步驟；控制裝置在主軸達到中間速度之后，通過位置控制使主軸進行減速旋轉從而到達目標位置的步驟；控制裝置基于用于使主軸達到中間速度的電動機磁通量指令值，預測中間速度時的現(xiàn)實的電動機磁通量的步驟；以及控制裝置根據(jù)最大加速度、電動機磁通量指令值以及電動機磁通量，決定位置控制涉及的減速旋轉過程中的減速度的步驟，使主軸達到目標位置的步驟包括：根據(jù)剩余旋轉量、當前速度以及減速度來執(zhí)行位置控制的步驟。

根據(jù)一方式涉及的控制裝置，構成為：在使主軸進行從起動位置到目標位置為止的旋轉動作時，數(shù)值控制部只將主軸的總旋轉量與最高轉速作為主軸指令通知給主軸控制部，主軸控制部按照該主軸指令以最高轉速為目標使主軸以最大限度使用了允許電流的最大輸出進行加速旋轉來執(zhí)行旋轉動作，并且根據(jù)依次檢測的主軸的剩余旋轉量以及當前速度，在使主軸以最大或者適當?shù)臏p速度進行減速旋轉的同時繼續(xù)執(zhí)行到目標位置為止的旋轉動作從而到達目標位置，因此，不需要針對數(shù)值控制部進行用于制作對應于主軸的輸出特性的加減速指令的參數(shù)的設定或調(diào)整等，能夠以更簡單的結構，進行使主軸的加速能力最大限度發(fā)揮的加減速控制，從而能夠縮短攻絲加工的周期時間。并且，由于預測使主軸從最高速度以最大能力進行減速旋轉而達到中間速度時的、中間速度時的現(xiàn)實的電動機磁通量，并且使用預測出的電動機磁通量來決定通過位置控制使主軸從中間速度減速旋轉至目標位置期間的減速度，因此即使在主軸從最高速度達到中間速度時的主軸電動機的現(xiàn)實的電動機磁通量是電動機磁通量指令值以下，主軸也能夠從中間速度以適當?shù)臏p速度進行減速旋轉，從而準確地到達目標位置。

根據(jù)其他方式的控制方法，能夠獲得與上述的控制裝置的效果相同的效果。

附圖說明

通過與附圖相關的以下的實施方式的說明，能夠進一步明確本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點。這些附圖中，

圖1是表示機床控制裝置的一實施方式的結構的功能框圖，

圖2是表示機床控制方法的一實施方式的結構的流程圖，

圖3是表示圖2的實施方式中的主軸的動作的一例的圖，以及

圖4是表示圖2的實施方式中的主軸的動作的其他示例的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。在所有附圖中，對于對應的結構要素標注共同的參照符號。

圖1通過功能框圖來表示一實施方式涉及的機床的控制裝置10的結構。關于控制裝置10，其在通過主軸12與進給軸14的同步運轉來進行攻絲加工的機床(例如車床、鉆床、加工中心等)中，控制如下的同步運轉(所謂的主從同步方式)：考慮由攻絲加工程序p指定的螺距，使進給軸14以跟隨主軸12的旋轉動作的方式進行動作。主軸12是設定于主軸電動機12m的控制軸，所述主軸電動機使把持工件或工具的把持部以加工所需的速度進行旋轉運動。進給軸14是設定于伺服電動機(未圖示)的控制軸，所述伺服電動機使支承工件或工具的支承部以加工所需的速度進行進給運動。例如在車床中，能夠相對于通過主軸12而旋轉的工件，通過進給軸14對工具進行直線進給，或者能夠相對于工具，通過進給軸14來對通過主軸12而旋轉的工件進行直線進給。此外，在鉆床中，能夠相對于工件，通過進給軸14來對通過主軸12而旋轉的工具進行直線進給，或者能夠相對于通過主軸12而旋轉的工具，通過進給軸14對工件進行直線進給。無論在何種情況下，通過使動作過程中的加減速轉矩相對有裕量的進給軸14以跟隨動作過程中的加減速轉矩相對沒有裕量的主軸12的方式進行動作，由此，能夠降低同步誤差而使加工精度提升。另外，在本發(fā)明中，機床的結構沒有特別限定。

控制裝置10具有：數(shù)值控制部16，其根據(jù)攻絲加工程序p制作出主軸指令cs以及進給軸指令cf；主軸控制部18，其按照主軸指令cs來控制主軸12的旋轉動作；旋轉檢測部20，其檢測主軸12的旋轉位置；以及進給軸控制部22，其按照進給軸指令cf，根據(jù)旋轉檢測部20檢測出的旋轉位置來控制進給軸14的進給動作。數(shù)值控制部16具有：程序解釋部24，其對攻絲加工程序p進行解釋；主軸指令輸出部26，其按照程序解釋部24的解釋制作主軸指令cs，將主軸指令cs輸送給主軸控制部18；以及進給軸指令輸出部28，其按照程序解釋部24的解釋制作進給軸指令cf，將進給軸指令cf輸送給進給軸控制部22。數(shù)值控制部16能夠具有眾所周知的cnc裝置的硬件結構。

主軸指令輸出部26在開始攻絲加工之前，從程序解釋部24解釋而得的攻絲加工程序p的指令值取得從起動位置(旋轉位置)到目標位置(旋轉位置)期間的主軸12的總旋轉量s0與最高轉速v0，將這些總旋轉量s0與最高轉速v0作為主軸指令cs輸送給主軸控制部18。例如，在攻絲加工程序p包含將主軸12的最高轉速(在該示例中為每一分鐘的最大轉數(shù))v0設為3000rev/min、對螺距為1.25mm、螺紋深度為30mm的內(nèi)螺紋進行加工的指令的情況下，由于從作為起動位置的加工開始位置到作為目標位置的目標螺紋深度期間的主軸12的總旋轉量s0為30÷1.25＝24(rev)，因此主軸指令輸出部26將v0＝3000(rev/min)與s0＝24(rev)通知給主軸控制部18。這樣，主軸指令cs不包含用于使主軸12旋轉運動至目標位置(目標螺紋深度)的位置指令或加減速指令。

主軸控制部18使用旋轉檢測部20檢測出的主軸12的旋轉位置fbs(即反饋值)，通過一般的反饋控制來控制主軸12的旋轉動作。進給軸控制部22除了進給軸14的進給位置的反饋值之外，還使用主軸12的旋轉位置fbs，通過反饋控制來控制進給軸14的跟隨主軸12的動作的進給動作。另外，旋轉檢測部20能夠從對主軸電動機12m的動作位置進行檢測的編碼器等位置檢測器(未圖示)的輸出取得旋轉位置fbs。

主軸控制部18具有：初始動作控制部30，其通過將從主軸指令輸出部26輸送的最高轉速v0設為目標值的速度控制，使主軸12從起動位置以最大能力進行加速旋轉；最大加速度檢測部32，其在利用最大能力的加速旋轉過程中根據(jù)旋轉位置fbs來檢測主軸12的最大加速度a0(單位例如是rev/min²)；剩余旋轉量檢測部34，其根據(jù)從主軸指令輸出部26輸送的總旋轉量s0與旋轉位置fbs，對從當前位置(旋轉位置)到目標位置的主軸12的剩余旋轉量sr進行檢測；當前速度檢測部36，其根據(jù)旋轉位置fbs對主軸12的當前速度vc進行檢測；減速動作控制部38，其在利用最大能力的加速旋轉之后，通過速度控制使主軸12以最大能力進行減速旋轉，而達到預先設定的中間速度vb；定位動作控制部40，其在主軸12達到中間速度vb之后，通過位置控制使主軸12進行減速旋轉而達到目標位置；磁通量預測部42，其基于用于使主軸12達到中間速度vb的電動機磁通量指令值φmax，預測中間速度vb時的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb；以及減速度決定部44，其根據(jù)最大加速度a0、電動機磁通量指令值φmax以及電動機磁通量φvb，決定位置控制涉及的減速旋轉過程中的減速度(即負加速度)adec。定位動作控制部40根據(jù)剩余旋轉量sr、當前速度vc以及減速度adec來執(zhí)行位置控制，使主軸12在目標位置停止。

中間速度vb作為自起動開始至中間速度vb能夠以恒定轉矩進行加速(即恒定加速度)的轉速(即主軸電動機12m的基底速度)，而預先設定給主軸12，且例如能夠作為一個控制用參數(shù)而存儲于控制裝置10的存儲器(未圖示)中。因此，在控制裝置10中，前提是：攻絲加工程序p所記述的最高轉速v0是比作為主軸電動機12m的基底速度的中間速度vb高的速度。在主軸電動機是感應電動機的情況下，由于在超過基底速度的速度區(qū)域內(nèi)使主軸電動機進行動作的電壓不足，因此在以超過基底速度的速度使主軸電動機旋轉時，一般進行使主軸電動機的磁通量從基底速度時的最大值以與速度的增加成反比的方式緩緩減少的控制(所謂的磁場減弱控制)，由此使電壓恒定化從而達成指令速度。即使在控制裝置10中，在主軸12自起動開始以最高轉速v0作為目標值而進行加速旋轉期間，初始動作控制部30在超過中間速度vb的速度區(qū)域中進行磁場減弱控制。

在控制裝置10中，主軸12在達到最高轉速v0、或者剩余旋轉量sr達到總旋轉量s0的1/2的位置的時間點，從加速旋轉轉換到減速旋轉。在主軸12從加速旋轉的最高速度開始減速時，減速動作控制部38在達到中間速度vb為止的速度區(qū)域內(nèi)進行使主軸電動機12m的磁通量將中間速度(基底速度)vb時的最大值作為目標值而以與速度的減少成反比的方式緩緩增加的控制。這里，主軸電動機(感應電動機)12m的磁通量與勵磁電流id和互感m的積成正比，但是實際產(chǎn)生的磁通量表現(xiàn)為具有時間常數(shù)τ(sec)的一次延遲的響應特性。從主軸12的起動時(勵磁電流id＝0、磁通量φ＝0)起連續(xù)流過恒定的勵磁電流id情況下的t(sec)時間后的現(xiàn)實的磁通量φ(t)，可以使用時間常數(shù)τ(sec)而通過以下的數(shù)學式1來表示。

φ(t)＝m×id×(1-exp(-t/τ))…數(shù)學式1

在減速動作控制部38進行使主軸電動機12m的磁通量緩緩增加的控制的期間，現(xiàn)實的磁通量隨著上述的一次延遲的響應特性而增加。另外，時間常數(shù)τ作為主軸電動機12m的特性值而被預先設定給主軸12，例如能夠作為一個控制用參數(shù)而存儲于控制裝置10的存儲器(未圖示)中。

在控制裝置10中，在定位動作控制部40使主軸12從中間速度vb進行減速旋轉而達到目標位置期間，從周期時間縮短的觀點出發(fā)，考慮使主軸12以與最大加速度檢測部32檢測出的最大加速度a0相當?shù)淖畲鬁p速度進行減速旋轉。該情況下，定位動作控制部40對通過剩余旋轉量檢測部34以及當前速度檢測部36依次檢測出的剩余旋轉量sr以及當前速度vc進行監(jiān)視，計算出將主軸12從當前速度vc(＝vb)以最大減速度進行減速時sr＝0的(即達到目標位置的)位置，在主軸12到達該位置時開始位置控制即可。但是，主軸12從最高速度進行減速而達到中間速度vb時的、主軸電動機12m現(xiàn)實的磁通量根據(jù)上述的一次延遲的響應特性，而具有比初始動作控制部30以最大加速度a0使主軸12達到中間速度vb時的磁通量(最大值)小的趨勢。在主軸電動機12m現(xiàn)實的磁通量沒有達到最大值的狀態(tài)下，若開始相當于最大加速度a0的最大減速度下的主軸12的減速旋轉，則主軸12實際上不能產(chǎn)生最大減速度，想定利用最大減速度的減速旋轉而開始了位置控制的結果為，有時主軸12會臨時超過目標位置。

因此，在控制裝置10中，考慮到主軸電動機12m的磁通量的上述的一次延遲的響應特性，根據(jù)減速動作控制部38使主軸12從最高速度進行減速旋轉而達到中間速度vb時的、從速度指令獲得的中間速度vb時的電動機磁通量指令值φmax(即磁通量φ的最大值)，磁通量預測部42預測中間速度vb時的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb(φvb≤φmax)。主軸12達到中間速度vb之后，定位動作控制部40根據(jù)預測出的電動機磁通量φvb使用減速度決定部44決定出的減速度adec，計算出將主軸12從當前速度vc(＝vb)以減速度adec進行了減速時剩余旋轉量sr＝0的(即到達目標位置的)位置，在主軸12到達該位置時開始位置控制。根據(jù)該結構，即使主軸12從最高速度減速而達到中間速度vb時的、主軸電動機12m的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb在電動機磁通量指令值φmax以下，主軸12也能夠從中間速度vb以適當?shù)臏p速度adec進行減速旋轉，從而能夠準確地到達目標位置。對于電動機磁通量φvb的預測方法以及減速度adec的決定方法在后面進行進一步詳細敘述。

控制裝置10在使用了機床的攻絲加工中，能夠對用于通過工具將工件的螺紋底孔切削到目標螺紋深度的主軸12的旋轉動作(在本申請中稱為切削動作)進行控制。此外控制裝置10在使用了機床的攻絲加工中，能夠對用于在將工件的螺紋底孔切削加工到目標螺紋深度之后從工件中拔出工具的主軸12的旋轉動作(在本申請中稱為返回動作)進行控制。在切削動作的控制中，“起動位置”相當于攻絲加工的“加工開始位置”，“目標位置”相當于攻絲加工的“目標螺紋深度”。此外在返回動作的控制中，“起動位置”相當于攻絲加工的“目標螺紋深度”，“目標位置”相當于攻絲加工的“返回結束位置”。

圖2表示控制裝置10執(zhí)行的機床控制方法的一實施方式。此外圖3以及圖4表示通過圖2的控制方法實現(xiàn)的主軸12的動作的兩個不同示例。該實施方式涉及的控制方法能夠對攻絲加工中的主軸12的切削動作與返回動作雙方進行控制。另外在以下的說明中，為了幫助理解，作為與切削動作的控制相關的用語使用了“總旋轉量”、“最高轉速”、“加速旋轉”、“剩余旋轉量”、“當前速度”、“減速旋轉”、“中間速度”以及“減速度”，而與返回動作的控制相關，作為分別對應的實質相同意義的用語使用了“總返回旋轉量”、“最高返回轉速”、“加速逆旋轉”、“剩余返回旋轉量”、“逆旋轉的當前速度”、“減速逆旋轉”、“中間返回速度”以及“逆旋轉的減速度”。

首先，將圖2的流程圖與圖1一起進行參照，對控制裝置10執(zhí)行的主軸12的切削動作控制方法進行說明。在步驟s1中，數(shù)值控制部16(主軸指令輸出部26)從程序解釋部24解釋而得的攻絲加工程序p的指令值取得自加工開始位置(起動位置)至目標螺紋深度(目標位置)期間的主軸12的總旋轉量s0與最高轉速v0，將總旋轉量s0與最高轉速v0指令給主軸控制部18。在步驟s2中，主軸控制部18(初始動作控制部30、最大加速度檢測部32、剩余旋轉量檢測部34)通過將最高轉速v0設為目標速度的速度控制，使主軸12從加工開始位置(速度零)以最大限度利用了驅動源的允許電流的最大能力進行加速旋轉來執(zhí)行切削動作，檢測該期間的最大加速度a0，并且依次檢測加速旋轉中的自當前位置起的剩余旋轉量sr。關于檢測出的剩余旋轉量sr，其每當被檢測出時由主軸控制部18通知給數(shù)值控制部16。

接下來，在步驟s3中，主軸控制部18(當前速度檢測部36)在進行最大能力的加速旋轉過程中依次檢測當前速度vc，每當測出時，判斷當前速度vc是否達到最高轉速v0。在vc沒有達到v0的情況下，在步驟s4中，主軸控制部18(減速動作控制部38)判斷剩余旋轉量sr是否是總旋轉量s0的1/2以下。在sr是s0的1/2以下時，在步驟s5中，主軸控制部18(減速動作控制部38)使主軸12以最大限度利用了驅動源的允許電流的最大能力減速旋轉至中間速度vb而持續(xù)執(zhí)行切削動作。在sr不是s0的1/2以下時返回到步驟s3。

這里，參照圖3，通過速度-時間曲線(時間軸上側的曲線)示出了在當前速度vc達到最高轉速v0之前剩余旋轉量sr為總旋轉量s0的1/2的情況下(步驟3s以及s4的判斷都為是的情況下)的、主軸12的切削動作的一例。步驟s2中的主軸12的最大能力的加速旋轉在圖3的時間t1以及t2被執(zhí)行，在時間t1(從加工開始位置處的起動至達到中間速度vb為止的時間)的恒定加速度的期間檢測出最大加速度a0。若主軸12的轉速超過中間速度vb，則根據(jù)主軸電動機12m的特性，主軸12的加速度從最大加速度a0漸減。在剩余旋轉量sr為總旋轉量s0的1/2的(即自加工開始的旋轉量為總旋轉量s0的1/2的)時間點a(步驟s4的判斷為是的時間點)，主軸12的動作從加速旋轉變化為減速旋轉，在時間t3，執(zhí)行步驟s5中的主軸12的最大能力的減速旋轉。

在時間t3(步驟s5)中，主軸控制部18(減速動作控制部38)通過將中間速度vb設為目標值的速度控制使主軸12從點a(最高速度)進行減速旋轉，但是在該期間，根據(jù)主軸電動機12m的特性，主軸12的減速度漸增。最大能力的減速旋轉過程中，主軸控制部18(剩余旋轉量檢測部34、當前速度檢測部36)也依次檢測自主軸12的當前位置起的剩余旋轉量sr以及當前速度vc。這樣，在時間t1～t3中，主軸控制部18對主軸12進行速度控制(通過虛線來例示階梯狀的速度指令)。

再次參照圖2，在步驟s6中，主軸控制部18(磁通量預測部42)根據(jù)減速動作控制部38使主軸12從點a(圖3)進行減速旋轉而達到中間速度vb用的電動機磁通量指令值φmax，通過以下的數(shù)學式2來預測中間速度vb時的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb。

φvb＝φa+(φmax-φa)×(1-exp(-t2/τ))…數(shù)學式2

這里，φa是主軸12到達點a時(即速度控制中減速旋轉的開始時)的主軸電動機12m的現(xiàn)實的磁通量，是通過所述的數(shù)學式1估計出來的。主軸控制部18(磁通量預測部42)能夠構成為可按照數(shù)學式1隨時估計使主軸12進行旋轉動作的主軸電動機12m的動作過程中的磁通量φ，由此能夠取得φa。或者，也能夠通過實驗等預先求出φa，例如作為一個控制用參數(shù)存儲于控制裝置10的存儲器(未圖示)中。此外，t2是相當于圖3的時間t2的加速時間。為了預測中間速度vb時的電動機磁通量φvb，需要相當于圖3的時間t3的減速時間，但是由于在步驟s6的時間點中t3未知，因此想定為t3＝t2，在數(shù)學式2中使用t2。

并且，在步驟s6中，主軸控制部18(減速度決定部44)根據(jù)由數(shù)學式2預測出的電動機磁通量φvb、主軸控制部18(最大加速度檢測部32)檢測出的最大加速度a0、以及電動機磁通量指令值φmax，通過以下的數(shù)學式3來決定主軸控制部18(定位動作控制部40)通過位置控制使主軸12進行減速旋轉期間的適當?shù)臏p速度adec。

adec＝a0×φvb/φmax…數(shù)學式3

另外，主軸控制部18能夠同時并行處理步驟s5以及步驟s6。

接下來，在步驟s7中，主軸控制部18(定位動作控制部40)監(jiān)視依次檢測出的剩余旋轉量sr與當前速度vc，將時間點b(圖3)的位置作為從sr＝0的點觀察到的剩余旋轉量sr(負值)的絕對值通過以下的數(shù)學式求出，所述時間點b是使主軸12從當前速度vc(在以下的說明中為每一秒的旋轉數(shù)(單位是rev/sec))以在步驟s6中決定的減速度adec(rev/sec²)進行減速時預測出sr＝0且vc＝0的(即達到目標螺紋深度的)時間點。

公式：vc²＝2×adec×|sr|，

因此，|sr|＝vc²/(2×adec)

在該實施方式中，為了容易進行從點b到目標螺紋深度的位置控制的運算，而以將主軸12從點b以恒定的減速度adec進行減速為前提。因此，在點b，主軸12的當前速度vc達到中間速度vb。即，點b的位置|sr|能夠通過以下的數(shù)學式4求出。

|sr|＝vb²/(2×adec)…數(shù)學式4

此外，在該實施方式中，使主軸12的加速所需的轉矩(以下，稱為加速轉矩)與減速所需的轉矩(以下，稱為減速轉矩)彼此相等。一般，由于主軸12的旋轉過程中產(chǎn)生機械結構上的負載(阻力)，加速轉矩比減速轉矩大，因此在加速轉矩與減速轉矩相等的情況下，若以相同的速度變化進行比較，則利用最大能力的加速時間比利用最大能力的減速時間長。因此，實際上主軸12在從點a減速之后在比時間t2短的時間內(nèi)達到中間速度vb，此時的位置|sr|是

|sr|＞vc²/(2×adec)，

之后通過以中間速度vb旋轉極少時間，由此達到

|sr|＝vb²/(2×adec)

的點b。

因此，主軸控制部18(定位動作控制部40)判斷主軸12的剩余旋轉量sr的絕對值|sr|是否滿足|sr|＝vb²/(2×adec)(數(shù)學式4)(即，主軸12的旋轉位置是否到達點b)(步驟s7)。在滿足了數(shù)學式4的情況下，在步驟s8，主軸控制部18(定位動作控制部40)制作出用于使主軸12以減速度adec進行減速旋轉而到達sr＝0的點(即目標螺紋深度)的指令，通過該指令來對主軸12進行位置控制。在沒有滿足數(shù)學式4的情況下，反復進行步驟s7的判斷直到滿足數(shù)學式4。主軸12按照來自主軸控制部18(定位動作控制部40)的指令，從點b向目標螺紋深度以減速度adec進行減速旋轉來執(zhí)行切削動作，在sr＝0的時間點達到目標螺紋深度而停止。這樣，在從點b到達目標螺紋深度為止的時間t4(圖3)中，主軸控制部18對主軸12進行位置控制(通過虛線例示從位置指令求出的橫定加速度狀的設定指令)。

在步驟s3中，在判斷為當前速度vc達到了最高轉速v0的情況下，在步驟s9，主軸控制部18將達到最高轉速v0時的主軸12的、自加工開始位置起的旋轉量(即旋轉位置fbs)保存為加速時旋轉量sa。然后，在步驟s10，主軸控制部18判斷剩余旋轉量sr是否為加速時旋轉量sa以下。在sr為sa以下的情況下，向步驟s5前進，接下來執(zhí)行步驟s6～步驟s8，進行到目標螺紋深度為止的切削動作。在sr不在sa以下的情況下，反復進行步驟s10的判斷直到sr在sa以下。

這里，參照圖4，通過速度-時間曲線(時間軸上側的曲線)表示在剩余旋轉量sr為總旋轉量s0的1/2之前當前速度vc達到最高轉速v0時(步驟s3的判斷為否時)的、主軸12的切削動作的一例。如圖4所示，在時間t1以及t2執(zhí)行步驟s2中的主軸12的利用最大能力的加速旋轉，在時間t1(從加工開始位置處的起動直至達到中間速度vb的時間)的恒定加速度期間檢測出最大加速度a0。若主軸12的轉速超過中間速度vb，則根據(jù)主軸電動機12m的特性，主軸12的加速度從最大加速度a0漸減。主軸12的當前速度vc在剩余旋轉量sr為總旋轉量s0的1/2之前達到最高轉速v0，然后，在時間t5主軸12以恒定速度v0(加速度零)進行旋轉來繼續(xù)切削動作。在剩余旋轉量sr等于加速時旋轉量sa的時間點a(步驟s10的判斷為是的時間點)，主軸12的動作從加速旋轉變化為減速旋轉。接下來，在時間t3(步驟s5)，執(zhí)行主軸12的利用最大能力的減速旋轉(速度控制)，在時間t4(步驟s8)，執(zhí)行主軸12的利用適當減速度adec的減速旋轉(位置控制)。然后在sr＝0的時間點，主軸12達到目標螺紋深度而停止。在時間t1、t2、t3以及t4，主軸12與圖3所示的動作同樣地進行動作。

在圖3以及圖4中的任意一動作例中，在主軸控制部18控制主軸12的從加工開始位置到目標螺紋深度的旋轉動作(切削動作)期間，進給軸控制部22(圖1)使用主軸12的旋轉位置fbs，將進給軸14控制成跟隨主軸12的動作來進行進給動作。在主軸控制部18執(zhí)行步驟s1～步驟s10的處理期間，數(shù)值控制部16對從主軸控制部18通知的剩余旋轉量sr進行監(jiān)視，在剩余旋轉量sr為第一規(guī)定值(接近零的極小值)以下時，判斷為攻絲加工達到了目標螺紋深度。

如上所述，控制裝置10構成為：在使主軸12進行從加工開始位置(起動位置)到目標螺紋深度(目標位置)的切削動作(旋轉動作)時，數(shù)值控制部16只將主軸12的總旋轉量s0與最高轉速v0作為主軸指令cs通知給主軸控制部18，主軸控制部18按照該主軸指令cs以最高轉速v0為目標使主軸12以最大限度使用了允許電流的最大輸出進行加速旋轉來執(zhí)行切削動作，并且根據(jù)依次檢測的主軸12的剩余旋轉量sr以及當前速度vc，一邊使主軸12以最大或者適當?shù)臏p速度進行減速旋轉一邊繼續(xù)執(zhí)行到目標螺紋深度的切削動作從而達到目標螺紋深度。因此，根據(jù)控制裝置10，不需要針對數(shù)值控制部16進行用于制作對應于主軸12的輸出特性的加減速指令的參數(shù)的設定或調(diào)整等，能夠以更簡單的結構，進行使主軸12的加速能力得以最大限度發(fā)揮的加減速控制，從而能夠縮短攻絲加工的周期時間。

并且，在控制裝置10中具有如下結構：主軸控制部18預測使主軸12從最高速度以最大能力進行減速旋轉而達到中間速度vb時的、中間速度vb時的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb，并且使用預測出的電動機磁通量φvb來決定通過位置控制使主軸12從中間速度vb減速旋轉到目標螺紋深度期間的減速度adec。因此，即使主軸12從最高速度達到中間速度vb時的主軸電動機12m的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb是電動機磁通量指令值φmax以下，主軸12也能夠從中間速度vb以適當?shù)臏p速度adec進行減速旋轉，從而能夠準確地達到目標螺紋深度。

在圖1以及圖2所示的實施方式中，控制裝置10在進行主軸12的所述的返回動作時，能夠進行與從加工開始位置到目標螺紋深度的上述的切削動作控制同樣的控制。圖3以及圖4除了上述的主軸12的切削動作，還通過速度-時間曲線(時間軸下側的曲線)來表示對應于同一切削動作的主軸12的返回動作的一個例子。以下，參照圖1～圖4，對控制裝置10執(zhí)行的主軸12的返回動作控制方法進行說明。

數(shù)值控制部16(主軸指令輸出部26)在判斷為攻絲加工達到了目標螺紋深度之后，在步驟s1中，從程序解釋部24解釋而得的攻絲加工程序p的指令值取得從目標螺紋深度(起動位置)到返回結束位置(目標位置)期間的主軸12的總返回旋轉量s0與最高返回轉速v0，并將這些總返回旋轉量s0與最高返回轉速v0作為主軸指令cs輸送至主軸控制部18。返回動作的主軸指令cs也不包含用于使主軸12旋轉運動至返回結束位置的位置指令或加減速指令。另外，返回結束位置也可以與加工開始位置相同，也可以與加工開始位置不同。在返回結束位置與加工開始位置相同時，總返回旋轉量s0與切削時的總旋轉量s0相等，但是最高返回轉速v0未必與切削時的最高轉速v0一致。此外，在總返回旋轉量s0以及最高返回轉速v0與切削時的總旋轉量s0以及最高轉速v0相同的情況下，返回動作表現(xiàn)出與切削動作實質上相同的速度-時間曲線，但是在總返回旋轉量s0以及最高返回轉速v0與切削時的總旋轉量s0以及最高轉速v0不同的情況下，返回動作未必表現(xiàn)出與切削動作相同的速度-時間曲線。

接下來，在步驟s2中，主軸控制部18(初始動作控制部30、最大加速度檢測部32、剩余旋轉量檢測部34)進行以下的處理。初始動作控制部30通過將最高返回轉速v0設為目標速度的速度控制，使主軸12從目標螺紋深度(速度零)以最大限度利用了驅動源的允許電流的最大能力進行加速逆旋轉來執(zhí)行返回動作。最大加速度檢測部32在自目標螺紋深度起的利用最大能力的加速逆旋轉中根據(jù)旋轉位置fbs來檢測主軸12的逆旋轉的最大加速度a0。剩余旋轉量檢測部34根據(jù)總返回旋轉量s0與旋轉位置fbs，依次檢測加速逆旋轉中的自當前位置起的主軸12的剩余旋轉量sr。檢測出的剩余旋轉量sr在每當被測出時由主軸控制部18通知給數(shù)值控制部16。

接下來，在步驟s3中，主軸控制部18(當前速度檢測部36)在利用最大能力的加速逆旋轉中根據(jù)旋轉位置fbs來依次檢測逆旋轉的當前速度vc，每當測出時判斷當前速度vc是否達到最高返回轉速v0。在vc沒有達到v0的情況下，在步驟s4中，主軸控制部18(減速動作控制部38)判斷剩余返回旋轉量sr是否為總返回旋轉量s0的1/2以下。在sr為s0的1/2以下的情況下，在步驟s5，主軸控制部18(減速動作控制部38)以最大限度地利用了驅動源的允許電流的最大能力使主軸12減速逆旋轉至中間返回速度vd來繼續(xù)執(zhí)行返回動作。在sr不是s0的1/2以下的情況下返回到步驟s3。

參照圖3，通過速度-時間曲線(時間軸下側的曲線)示出了在逆旋轉的當前速度vc達到最高返回轉速v0之前剩余返回旋轉量sr為總返回旋轉量s0的1/2的情況下(步驟s3以及s4的判斷都為是的情況下)的、主軸12的返回動作的一例。步驟s2中的主軸12的最大能力的加速逆旋轉在圖3的時間t6以及t7被執(zhí)行，在時間t6(從目標螺紋深度處的起動至達到中間返回速度vb為止的時間)的恒定加速度期間檢測出逆旋轉的最大加速度a0。若主軸12的轉速超過中間返回速度vb，則根據(jù)主軸電動機12m的特性，主軸12的加速度從最大加速度a0漸減。在剩余返回旋轉量sr為總返回旋轉量s0的1/2(即自返回開始起的旋轉量為總返回旋轉量s0的1/2)的時間點c(步驟s4的判斷為是的時間點)，主軸12的動作從加速逆旋轉變化為減速逆旋轉，在時間t8執(zhí)行步驟s5中的主軸12的最大能力的減速逆旋轉。

在時間t8(步驟s5)，主軸控制部18(減速動作控制部38)通過將中間返回速度vb設為目標值的速度控制使主軸12從點c(最高速度)進行減速逆旋轉，但是在該期間，根據(jù)主軸電動機12m的特性，主軸12的逆旋轉的減速度漸增。在利用最大能力的減速逆旋轉過程中，主軸控制部18(剩余旋轉量檢測部34、當前速度檢測部36)也依次檢測主軸12自當前位置起的剩余返回旋轉量sr以及逆旋轉的當前速度vc。這樣，在時間t6～t8，主軸控制部18對主軸12進行速度控制(通過虛線例示階梯狀的速度指令)。

再次參照圖2，在步驟s6，主軸控制部18(磁通量預測部42)根據(jù)減速動作控制部38使主軸12從點c(圖3)進行減速逆旋轉而達到中間返回速度vb用的電動機磁通量指令值φmax，通過所述的數(shù)學式2來預測中間返回速度vb時的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb。并且，在步驟s6，主軸控制部18(減速度決定部44)根據(jù)通過數(shù)學式2預測出的電動機磁通量φvb、主軸控制部18(最大加速度檢測部32)檢測出的逆旋轉的最大加速度a0、以及電動機磁通量指令值φmax，通過所述的數(shù)學式3來決定主軸控制部18(定位動作控制部40)通過位置控制使主軸12減速逆旋轉期間的適當?shù)哪嫘D的減速度adec。

接下來，在步驟s7，主軸控制部18(定位動作控制部40)監(jiān)視依次檢測出的剩余返回旋轉量sr與逆旋轉的當前速度vc，將時間點d(圖3)的位置作為從sr＝0的點觀察到的剩余返回旋轉量sr(負值)的絕對值通過所述的數(shù)學式4求出，所述時間點d是從逆旋轉的當前速度vc(rev/sec)以步驟s6中決定的逆旋轉的減速度adec(rev/sec²)進行減速時預測出sr＝0且vc＝0的(即到達返回結束位置的)的時間點。然后，主軸控制部18(定位動作控制部40)判斷主軸12的剩余返回旋轉量sr的絕對值|sr|是否滿足|sr|＝vb²/(2×adec)(數(shù)學式4)(即主軸12的旋轉位置是否到達點d)。在滿足了數(shù)學式4的情況下，在步驟s8，主軸控制部18(定位動作控制部40)制作出用于使主軸12以減速度adec減速旋轉而到達sr＝0的點(即返回結束位置)的指令，通過該指令來對主軸12進行位置控制。在沒有滿足數(shù)學式4的情況下，反復進行步驟s7的判斷直到滿足數(shù)學式4。主軸12按照來自主軸控制部18(定位動作控制部40)的指令，從點d向返回結束位置以減速度adec進行減速旋轉來執(zhí)行返回動作，在sr＝0的時間點到達返回結束位置而停止。這樣，在從點d到達返回結束位置為止的時間t9(圖3)，主軸控制部18對主軸12進行位置控制(通過虛線例示從位置指令求出的恒定加速度狀的速度指令)。

在步驟s3，在判斷為當前速度vc達到了最高返回轉速v0的情況下，在步驟s9，主軸控制部18將達到最高返回轉速v0時的主軸12的、自目標螺紋深度起的旋轉量(即旋轉位置fbs)保存為返回動作的加速時旋轉量sa。然后，在步驟s10，主軸控制部18判斷返回剩余旋轉量sr是否為加速時旋轉量sa以下。在sr為sa以下的情況下，向步驟s5前進，接下來執(zhí)行步驟s6～步驟s8，進行到返回結束位置為止的返回動作。在sr不是sa以下的情況下，反復進行步驟s10的判斷直到sr為sa以下。

這里，參照圖4，通過速度-時間曲線(時間軸下側的曲線)表示在剩余返回旋轉量sr為總返回旋轉量s0的1/2之前逆旋轉的當前速度vc達到最高返回轉速v0時(步驟s3的判斷為否時)的、主軸12的返回動作的一例。如圖4所示，在時間t6以及t7執(zhí)行步驟s2中的主軸12的最大能力的加速逆旋轉，在時間t6(從目標螺紋深度處的起動至達到中間返回速度vb為止的時間)的恒定加速度期間檢測出逆旋轉的最大加速度a0。若主軸12的轉速超過中間返回速度vb，則根據(jù)主軸電動機12m的特性，主軸12的加速度從最大加速度a0漸減。主軸12的當前速度vc在剩余返回旋轉量sr為總返回旋轉量s0的1/2之前達到最高返回轉速v0，然后，在時間t10主軸12以恒定速度v0(加速度零)逆旋轉來繼續(xù)返回動作。在剩余返回旋轉量sr等于加速時旋轉量sa的時間點c(步驟s10的判斷為是的時間點)，主軸12的動作從加速逆旋轉變化為減速逆旋轉。接下來，在時間t8(步驟s5)，執(zhí)行主軸12的最大能力的減速逆旋轉(速度控制)，在時間t9(步驟s8)，執(zhí)行以適當?shù)臏p速度adec進行的主軸12的減速逆旋轉(位置控制)。然后在sr＝0的時間點，主軸12達到返回結束位置而停止。在時間t6、t7、t8以及t9，主軸12與圖3所示的動作同樣地進行動作。

在圖3以及圖4的任意一動作例中，在主軸控制部18控制主軸12的從目標螺紋深度到返回結束位置的逆旋轉動作(返回動作)的期間，進給軸控制部22(圖1)使用主軸12的旋轉位置fbs，將進給軸14控制成跟隨主軸12的動作來進行逆進給動作。在主軸控制部18執(zhí)行步驟s1～步驟s10的處理的期間，數(shù)值控制部16對從主軸控制部18通知的剩余返回旋轉量sr進行監(jiān)視，在剩余返回旋轉量sr為第二規(guī)定值(接近零的極小值)以下時，判斷為返回動作結束、工具被從工件中拔出。

如上所述，控制裝置10構成為：在使主軸12進行從目標螺紋深度(起動位置)到返回結束位置(目標位置)的返回動作(旋轉動作)時，數(shù)值控制部16只將主軸12的總返回旋轉量s0與最高返回轉速v0作為主軸指令cs通知給主軸控制部18，主軸控制部18按照該主軸指令cs以最高返回轉速v0為目標使主軸12以最大限度使用了允許電流的最大輸出進行加速逆旋轉來執(zhí)行返回動作，并且根據(jù)依次檢測的主軸12的剩余返回旋轉量sr以及當前速度vc，在使主軸12以最大或者適當?shù)臏p速度進行減速逆旋轉同時繼續(xù)執(zhí)行到返回結束位置為止的返回動作從而到達返回結束位置。因此根據(jù)控制裝置10，不需要針對數(shù)值控制部16進行用于制作對應于主軸12的輸出特性的加減速指令的參數(shù)的設定或調(diào)整等，能夠以更簡單的結構，進行使主軸12的加速能力得以最大限度地發(fā)揮的加減速控制，從而能夠縮短攻絲加工的周期時間。

并且，在控制裝置10中具有如下結構：主軸控制部18預測出使主軸12從最高返回速度以最大能力進行減速逆旋轉而達到中間返回速度vb時的、中間返回速度vb時的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb，并且使用預測出的電動機磁通量φvb來決定通過位置控制使主軸12從中間返回速度vb減速逆旋轉到返回結束位置期間的逆旋轉的減速度adec。因此，即使主軸12從最高返回速度達到中間返回速度vb時的主軸電動機12m的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb是電動機磁通量指令值φmax以下，主軸12也能夠從中間返回速度vb以適當?shù)臏p速度adec來減速旋轉，從而能夠準確地到達返回結束位置。

上述的控制裝置10的結構能夠作為控制主軸12與進給軸14的同步運轉的機床的控制方法進行記述。該控制方法具有以下步驟：控制裝置10從攻絲加工程序p取得從起動位置到目標位置期間的主軸12的總旋轉量s0與最高轉速v0的步驟；控制裝置10通過將最高轉速v0設為目標值的速度控制使主軸12從起動位置以最大能力進行加速旋轉的步驟；控制裝置10在利用最大能力的加速旋轉過程中根據(jù)主軸12的旋轉位置反饋值fbs來檢測主軸12的最大加速度a0的步驟；控制裝置10根據(jù)總旋轉量s0與旋轉位置反饋值fbs，對從當前位置到目標位置的主軸12的剩余旋轉量sr進行檢測的步驟；控制裝置10根據(jù)旋轉位置反饋值fbs檢測主軸12的當前速度vc的步驟；控制裝置10在利用最大能力的加速旋轉之后，通過速度控制使主軸12以最大能力進行減速旋轉而達到預先設定的中間速度vb的步驟；控制裝置10在主軸12達到中間速度vb之后，通過位置控制使主軸12進行減速旋轉從而達到目標位置的步驟；控制裝置10基于用于使主軸12達到中間速度vb的電動機磁通量指令值φmax預測中間速度vb時的現(xiàn)實的電動機磁通量φvb的步驟；以及控制裝置10根據(jù)最大加速度a0、電動機磁通量指令值φmax以及電動機磁通量φvb，決定位置控制中的減速旋轉過程中的減速度adec的步驟，使主軸12達到目標位置的步驟包括根據(jù)剩余旋轉量sr、當前速度vc以及減速度adec執(zhí)行位置控制的步驟。

根據(jù)上述控制方法，獲得與所述的控制裝置10的效果相同的效果。

以上，對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但是本領域技術人員能夠理解，在不脫離后述的權利要求書所公開的范圍的情況下能夠進行各種各樣的修正以及變更。