JP5885105B2 - 工作機械の自動補正装置及び自動補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械において切削加工を長時間停止する際に、駆動源を省エネ制御するようにした工作機械の自動補正装置及び自動補正方法に関する。

従来、工作機械の例えばマシニングセンタ等において無人運転によってワークを連続的に切削加工することが行われている。例えば夜間や監視員がいない場合等では、加工用材料がなくなった場合にはこれを検知して切削工具を把持する主軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の原点位置または所定の待機位置に移動させて機械を長時間停止状態に維持する。
このとき、Ｘ軸とＺ軸の駆動用サーボモータは停止させることができる。しかし、垂直軸であるＹ軸方向においては、主軸を原点位置または待機位置に保持するために、重力に逆らって自身の位置を維持する必要があり、Ｙ軸駆動用モータには常に電流が流れて駆動状態に保持される。そのため、Ｙ軸駆動用モータは発熱し、その熱が工作機械本体に伝達されるため、工作機械の精度が低下し、ワークの加工精度が劣化する原因になっていた。

このような不具合を改善する手段として例えば下記特許文献１、２、３に記載された発明が開示されている。
例えば、特許文献１に記載された発明では、パンチプレス機を制御する制御装置が自動運転中か否かを判断して、自動運転でないときに油圧シリンダに圧油を供給する油圧駆動手段としてのプレスモータを駆動停止させるようにしている。これによって自動運転中以外でプレスモータなどによる騒音の低減や省エネを達成できるとしている。
また、特許文献２に記載されたサーボ機構の制御装置では、停止時に被制御対象を所定位置に移動させる可動部位に設けたサーボモータへの給電を停止させて可動部位のブレーキ装置を作動させて可動部位を所定位置に停止させる。サーボモータへの給電が停止されると可動部位における実際の移動量を位置検出センサで検出して入力し、可動部位の実際の移動量が予め設定した許容範囲を外れた場合に異常信号を出力するようにしている。

しかしながら、特許文献１に記載されたパンチプレス機の省エネ装置は、自動運転でないときに動力駆動手段を停止させて省エネ制御を行うものであるから、無人運転等の場合に原材料切れ等になると省エネ制御をできない欠点がある。
また、特許文献２に記載されたサーボ機構の制御装置では、これを工作機械に適用した場合、サーボモータへの給電が停止された際に可動部位が移動すると主軸の移動によって主軸に保持された工具とテーブルに固定されたワークとが干渉するおそれがあるという不具合があった。

これに対し、特許文献３に記載された工作機械の制御装置では、加工停止時に主軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に予め設定された有効範囲内の基準点位置である原点に保持し、主軸をＸ軸またはＺ軸方向でワークと干渉しない位置に保持させる。そして、停止状態が所定時間経過した後、省エネモードを開始させてＹ軸サーボモータやＸ軸サーボモータやＺ軸サーボモータへの通電をＯＦＦして、主軸のＹ軸方向の位置ズレ量を検知し、位置ズレ量が有効範囲から外れた場合には省エネモードを解除するようにした。

特開２０００−１５３３１８号公報 特開平４−１５８０７号公報 特開２００９−２４５００７号公報

しかしながら、特許文献３に記載された工作機械の制御装置は、Ｙ軸サーボモータが絶対位置検出機能を持たないタイプのモータである場合、省エネモードでＹ軸サーボモータへの通電をＯＦＦすると主軸の重量によってＹ軸方向への位置ズレが発生してしまい、主軸の座標位置が不明になってしまう。
そのため、省エネモードを終了する場合、まず主軸を原点位置に復帰させる動作を行い、更にその次に新たな加工開始点を設定して主軸を移動させて位置決めすることが必要であり、新たな加工開始点を設定する等の操作が煩雑で手間がかかるという欠点があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、工作機械の駆動を停止した際に電力をカットして省エネ制御すると共に、省エネ制御解除の際に主軸の位置を自動的に補正できるようにした工作機械の自動補正装置及び自動補正方法を提供することを目的とする。

本発明による工作機械の自動補正装置は、工具を把持する主軸をワークに対して互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に相対移動させてワークを切削加工すると共に、ワークの切削加工が終了した後の待機状態に主軸の駆動源への通電を遮断することで省エネ制御する工作機械であって、ワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置を記憶する記憶手段と、各軸の駆動源の電力を遮断する前に主軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向において予め設定された有効範囲内の基準点に移動させる基準点指示手段と、待機状態で少なくとも切削加工に必要な主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を含む各軸の駆動源の電力を遮断する非常停止手段と、待機状態終了後に記憶手段で記憶された主軸の座標位置情報に基づき主軸をワークの切削加工が終了した段階における座標位置に戻す移動手段とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、ワークの切削加工が終了した後、主軸の座標位置を記憶手段で記憶させたのち、主軸を基準点指示手段の指示に基づいて基準点に移動させて保持させ、その後、待機状態となって非常停止手段によって少なくとも切削加工に必要な各軸の駆動源の電力を遮断することで省エネモードにすると電力消費を低減できるが、主軸の座標位置情報が消失すると共に、基準点位置に保持された主軸がＹ軸方向に位置ズレを起こすことになる。そして、省エネモード終了後に各軸の駆動源に電力を供給させると、予め記憶手段に記憶させておいた切削加工終了後の主軸の座標位置情報を読み取ることで、移動手段によって主軸を前回の切削加工終了後の座標位置に戻すことができるため、省エネモードの待機状態で次回の切削加工の段取りが完了した後、次回のワーク切削加工をスムーズに開始可能になる。

また、移動手段は、主軸を原点座標位置に戻した後で該原点座標を基準としてワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置に移動させることが好ましい。
省エネモードの待機状態で、切削加工に必要な各軸の駆動源の電力を遮断するため、主軸の座標位置情報が消失すると共にＹ軸方向に位置ズレによって主軸の位置を認識できないが、いったん主軸を原点座標位置に戻すことで、原点座標位置を基準として、記憶手段に記憶したワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置に移動させることができる。

また、非常停止手段では、ＮＣ、サーボシステム、シーケンサの電源以外の全電源を遮断するようにしてもよい。
これによって、主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を含む切削加工に必要な各軸の駆動源の電力と比較的消費電力が大きい周辺機器の電力とを遮断することができるため、工作機械の大幅な省電力化を図れる。

また、工作機械は、主軸の絶対位置検出機能を有さないものである。
主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を含む切削加工に必要な各軸の駆動源が絶対位置検出機能を有さないタイプの工作機械であっても、非切削加工の待機状態における機器の電力の遮断を促して省電力化を促進できる。

本発明による工作機械の自動補正方法は、工具を把持する主軸をワークに対して互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に相対移動させてワークを切削加工すると共に、ワークの切削加工が終了した後の待機状態で主軸の駆動源への通電を遮断することで省エネ制御する工作機械の自動補正方法であって、ワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置を記憶する工程と、待機状態で少なくとも切削加工に必要な主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を含む各軸の駆動源の電力を遮断する前に主軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向において予め設定された有効範囲内の基準点に移動させる工程と、少なくとも切削加工に必要な各軸の駆動源の電力を遮断する工程と、待機状態終了後に、ワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置に主軸を移動させる工程とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、ワークの切削加工が終了した後、主軸の座標位置を記憶させたのち、主軸を基準点に移動させて保持させ、その後、待機状態となって非常停止手段によって少なくとも切削加工に必要な各軸の駆動源の電力を遮断することで省エネモードにすると電力消費を低減できるが、主軸の座標位置情報が消失すると共に、基準点位置に保持された主軸がその重量によってＹ軸方向に位置ズレを起こすことになり、主軸の座標位置を認識できなくなってしまう。この場合でも、省エネモード終了後に各軸の駆動源に電力を供給させて、予め記憶させておいた切削加工終了後の主軸の座標位置情報を読み取ることで主軸を前回の切削加工終了後の座標位置に戻すことができる。そのため、省エネモードの待機電力をカットできると共に、切削加工再開時に主軸の位置情報が消失されていても、前回の切削加工終了後の座標位置に主軸を確実に移動させて切削加工を再開できる。

また、ワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置に主軸を移動させる工程において、主軸を原点座標位置に戻した後で、ワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置に移動させることが好ましい。
省エネモードが終了して切削加工に必要な各軸の駆動源に電力を再供給すると、電力カットによって主軸の座標位置を消失したり位置ズレを生じたりしていても、原点座標位置に主軸を戻すことで座標位置を認識できるため、ワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置に移動させることができる。

また、主軸の駆動源への通電を遮断する際、ＮＣ、サーボシステム、シーケンサの電源以外の全電源を遮断するようにしてもよい。
これによって、待機状態において工作機械の電力を大幅にカットして省電力化できる。

また、工作機械は主軸の絶対位置検出機能を有さないものであることが好ましい。

本発明による工作機械の自動補正装置及び自動補正方法によれば、待機状態で電力をカットして主軸の位置情報を消失したり主軸が基準点から位置ズレを生じたりしたとしても、待機状態における電力カット終了時に、主軸の位置を自動的に補正して前回の切削加工終了時における主軸の座標位置に移動させることで切削加工を再開することが可能になる。しかも、工作機械の非切削加工時の待機状態における待機電力を大幅に遮断することができるから、電力のカットで主軸の位置情報を消失してしまうタイプの工作機械であっても省電力化を図れる。

本発明の実施形態による工作機械の要部を示す斜視図である。 図１に示す工作機械の要部側断面図である。 工作機械に用いる自動補正装置のブロック図である。 自動補正方法を示す第一のフローチャートである。 第一のフローチャートに続く第二のフローチャートである。 Ｘ−Ｙ軸座標における有効範囲と原点と主軸の基準点位置とを示す図である。

以下、本発明の実施の形態による工作機械の自動補正装置とその自動補正方法について図１乃至図６に基づいて説明する。
図１及び図２に示す工作機械１は、例えば絶対位置検出機能を有さない駆動モータを備えたタイプのものであり、電源をＯＦＦすると駆動モータは自己の位置情報が消失されてしまい、認識できない。
本実施形態による工作機械１はマシニングセンタであり、ベース２の一端部に門形のコラム３が立設され、ベース２上のコラム３に対向する位置には保持部４が設けられている。ここで、工作機械１において垂直軸をＹ軸とし、Ｙ軸に直交する水平面内において横方向をＸ軸、Ｘ軸に直交する縦方向をＺ軸とする。

コラム３にはＹ軸方向に直交する方向に一対のＸ軸ガイドレール６ａ、６ｂが平行に配設され、Ｘ軸ガイドレール６ａ，６ｂに沿って左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能にサドル７が配設されている。また、サドル７にはＹ軸方向に１対のＹ軸ガイドレール８ａ、８ｂが配設され、Ｙ軸ガイドレール８ａ、８ｂに沿って上下方向（Ｙ軸方向）に昇降可能な主軸頭９が設けられている。主軸頭９には図示しない工具を保持する主軸１０がＺ軸方向に突出している。

サドル７には、Ｙ軸ガイドレール８ａ、８ｂと平行にボールネジ１２が立設され、ボールネジ１２の一端部にはＹ軸駆動源としてＹ軸サーボモータＭｙが連結されている。Ｙ軸サーボモータＭｙにはブレーキ装置１３が取り付けられている（図３参照）。ボールネジ１２はサドル７に螺合状態に保持され、Ｙ軸サーボモータＭｙの正逆回転駆動によってサドル７を主軸１０と一体に昇降可能としている。
また、サドル７にはＸ軸ガイドレール６ａ，６ｂと平行にボールネジ１４が設けられ、ボールネジ１４の一端部にはＸ軸駆動源としてＸ軸サーボモータＭｘが連結されている。ボールネジ１４はサドル７に螺合状態に保持され、Ｘ軸サーボモータＭｘの正逆回転駆動によってサドル７を主軸１０と一体にＸ軸方向に移動可能としている。

また、保持台４にはＸ軸方向に直交する方向に一対のＺ軸ガイドレール１６ａ、１６ｂが配設されている。ベース２には保持台４を介してＡＰＣ(オートパレットチェンジャ）１７が取り付けられ、旋回可能なＡＰＣ１７によってテーブル１８の上部に支持されている二つのパレット１８ａ、１８ａが交換可能とされている。テーブル１８はＺ軸ガイドレール１６ａ、１６ｂに沿って前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能なとされている。加工位置にあるパレット１８ａには加工対象物である図示しないワークが固定され、主軸１０に保持された工具で切削加工に供される。

なお、加工位置にあるパレット１８ａはボールネジ１９を介してＺ軸駆動源としてＺ軸サーボモータＭｚに連結されており、Ｚ軸サーボモータＭｚを正逆回転させることで、テーブル１８をＺ軸ガイドレール１６ａ、１６ｂに沿ってＺ軸方向に前後動可能としている。
Ｘ軸サーボモータＭｘとＺ軸サーボモータＭｚは軸が重力の影響を受けないためにブレーキ装置は設けられていないが、図３に一点鎖線で示すようにブレーキ装置２７、２９が取り付けられていてもよい。

図３には、工作機械１における各モータ等の駆動源の省エネ制御を行う自動補正装置２０が配設されている。自動補正装置２０では、図示しない主軸モータ、Ｂ軸モータと共にＹ軸サーボモータＭｙ、Ｘ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚ等のＯＮ、ＯＦＦを制御することで、ワークを支持するテーブル１８、工具を把持する主軸１０を駆動制御してワークの切削加工制御を行う制御手段２２が設けられている。

そして、制御手段２２では、主軸モータ、Ｂ軸モータ、Ｙ軸サーボモータＭｙ、Ｘ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚ等の各駆動源の非加工状態が所定時間継続すると、加工の待機状態となるため省エネのために電源を非常停止（ＯＦＦ）させる。加工の待機状態における各駆動源の電力停止状態、電力カット状態を省エネモードという。
ここで、停止対象となる電源は工作機械１におけるＮＣ、サーボシステム、シーケンサの制御電源以外の各種の駆動源の電源であり、具体的には主軸１０、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸の各サーボモータ、周辺機器２４等である。
制御手段２２において、ワークの切削加工が終了すると、工作機械１の駆動停止となったタイミングを検出した信号に基づいて、移動手段２３によって主軸１０を省エネ制御のための図６に示す有効範囲Ｌ内の基準点位置Ｓに移動させるよう各モータＭｙ，Ｍｘ，Ｍｚを駆動する。

ここで、図６に示す基準点位置Ｓは、例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の原点Ｏ（原点座標）の位置またはその近傍とすることが好ましく、少なくともＸ軸方向において主軸１０に保持された工具がテーブル１８に保持されたワークからずれた位置、即ち主軸１０が重力で降下しても主軸１０または工具がワークと干渉しない位置に設定する。或いは、Ｚ軸方向において、主軸１０が重力で降下しても主軸１０や工具がワークと干渉しない位置に設定する。基準点位置Ｓは、主軸１０に保持された工具がＸ軸方向とＺ軸方向の少なくとも一方において干渉しないようにずれた位置であればよい。
なお、Ｘ−Ｙ軸の面内におけるＹ軸方向の原点Ｏは図５に示すＸ−Ｙ軸座標面において、Ｘ軸とＹ軸の交差点である。図１に示す工作機械１のコラム３上では、原点ＯはＹ軸ガイドレール８ａ、８ｂのＸ軸ガイドレール６ａに近接する位置、例えばＸ軸ガイドレール６ａから下方側１ｍｍ程度の位置に設定する。

また、基準点位置Ｓに関し、省エネモード状態に保持可能な有効範囲Ｌを設定する。この有効範囲Ｌは、Ｙ軸方向においては、Ｙ軸サーボモータＭｙが停止して給電停止状態に維持され且つブレーキ装置１３でＹ軸サーボモータＭｙを停止させた状態で、Ｙ軸サーボモータＭｙがボールネジ１２に直結されているから、主軸１０や工具の重量、ブレーキ装置１３の経時的に劣化する制動力等に基づくＹ軸方向への降下（ズレ量）を許容可能な範囲である。
更に、Ｘ軸及びＺ軸方向においては、停止状態における主軸１０のＸ軸及びＺ軸方向への移動を許容可能な範囲である（図６参照）。しかも、有効範囲Ｌは原点Ｏを含んでいる。

この有効範囲Ｌは、上述した主軸１０や工具の重量やブレーキ装置１３の適正な制動力等に基づいて経験的に設定される。なお、Ｙ軸サーボモータＭｙがギヤを介してボールネジ１２に連結されている場合には適正なバックラッシュの距離も含むものとする。図６では、有効範囲ＬをＸ−Ｙ軸座標面内で示している。待機状態において、主軸１０は、図６に示すように、移動手段２３によって有効範囲Ｌ内における所定の基準点位置Ｓ、例えば原点Ｏに移動させられる。

また、制御手段２２で、工作機械１の駆動停止となったタイミングを検出した信号に基づいてタイマ２４で工作機械１の各モータの停止時間を計測する。タイマ２４では計測時間が予め設定した所定時間ｔ、例えばｔ＝０分〜３０分経過した時点で省エネモードを開始させるものとし、Ｙ軸サーボモータＭｙへの給電を遮断すると共にブレーキ装置１３を作動させる。
但し、所定時間ｔ＝０分で省エネモードを開始させると、Ｙ軸サーボモータＭｙにブレーキ装置１３をかけると共に各モータへの給電を遮断することになるため、短時間で駆動を再開する場合には各モータのスタート制御のために駆動開始が若干遅れてしまい好ましくない。少なくとも所定時間ｔを数分程度以上経過した時間に設定して省エネモードをスタートすることが好ましい。

タイマ２４には、所定時間ｔの経過後または適宜段階でＹ軸サーボモータＭｙへの給電停止とブレーキ装置１３の作動信号を出力するＹ軸駆動源停止手段２１ｙ、各モータＭｘ、Ｍｚへの給電停止の作動信号を個々に出力するＸ軸駆動源停止手段２１ｘ、Ｚ軸駆動源停止手段２１ｚがそれぞれ設けられている。なお、Ｘ軸サーボモータＭｘとＺ軸サーボモータＭｚにブレーキ装置２７，２９をそれぞれ設けた場合には各ブレーキ装置２７，２９の作動信号も同時に出力する。
また、Ｙ軸サーボモータＭｙには、主軸１０のＹ軸方向位置を検知するための位置監視手段２５が設けられており、Ｙ軸サーボモータＭｙの停止、駆動に関わらず、常時、主軸１０のＹ軸方向位置を検出して制御手段２２にフィードバックしている。
同様にＸ軸サーボモータＭｘにも位置監視手段２８が設置され、Ｚ軸サーボモータＭｚにも位置監視手段３０が設置されている。

また、制御手段２２には、判別手段３２と解除手段３３と非常停止手段３４と座標位置記憶手段３５と基準点位置指示手段３６とが設けられ、更に自動制御確認手段３８が設けられている。次に、これらの各手段について詳述する。
判別手段３２は、位置監視手段２５，２８，３０で検出した待機状態における主軸１０の各軸方向における位置が有効範囲Ｌ内か否かを判別する。この判別手段３２では、省エネモードにおいて、主軸１０を基準点位置Ｓに移動させた時のＹ軸方向の位置とＹ軸サーボモータＭｙへの給電を遮断した後の位置とで、位置監視手段２５によって検知した主軸１０の各位置を比較判別することも行われる（図５参照）。

基準点位置Ｓに位置する主軸１０について、Ｙ軸サーボモータＭｙへの給電を遮断すると、ブレーキ装置１３で制動をかけても、主軸１０や工具の重量でＹ軸方向に降下するズレを生じることがあり、基準点位置ＳからのＹ軸方向のズレ量をＤとする。
解除手段３３は、判別手段３２による判別によってＹ軸方向のズレ量Ｄが有効範囲Ｌを外れた場合に省エネモード解除するか、異常表示するものである。

非常停止手段３４は、省エネモードにおいて、例えば、工作機械１におけるＮＣ、サーボシステム、シーケンサの制御電源以外の駆動手段（駆動源）の電源を停止するよう指示する手段であり、具体的には主軸１０、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸の各サーボモータ、周辺機器２４等である。上述した従来の技術と比較して、工作機械１におけるＮＣ、サーボシステム、シーケンサの制御電源を除くほとんどの電源を遮断するので、電力カットによる省エネ効果は高い。
また、座標位置記憶手段３５は、Ｙ軸サーボモータＭｙ、Ｘ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚが待機状態に入る直前の主軸１０の座標位置を位置監視手段２５，２８，３０によって検出して記憶するものである。換言すると、座標位置記憶手段３５は、ワークの切削加工が終了した段階の主軸１０の座標位置を記憶しておくものである。そして、待機状態が終了した時点で駆動手段の電源に電力供給することで主軸１０をこの座標位置に移動させて、次回のワークの加工開始点とするものである。

また、基準点位置指示手段３６は、Ｙ軸サーボモータＭｙ、Ｘ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚがＯＦＦされて工作機械１の駆動停止となったタイミングを検出した信号に基づいて、主軸１０を省エネ制御のための図６に示す有効範囲Ｌ内の基準点位置Ｓに移動させるよう指示信号を出力し、各サーボモータＭｙ，Ｍｘ，Ｍｚを移動手段２３で駆動する。
自動制御確認手段３８は、工作機械の自動モードと手動モードを判別し、自動モードの場合にのみ、本実施形態による主軸位置の自動補正を行うよう制御する。

また、異常表示手段４０は、Ｙ軸サーボモータＭｙへの給電遮断及びブレーキ装置１３の作動時に、主軸１０のＹ軸方向のズレ量Ｄが予め設定された有効範囲Ｌを外れた場合に解除手段３３からの指示信号により異常表示を行うものである。
また、図３に示すように、省エネモードにおいて、電源が遮断される周辺機器４２として各種の機器を適用できるが、特に電力使用の大きい機器として、例えばクーラント装置４３、ワーク交換装置４４、工具交換装置４５、油圧装置４６、そして潤滑装置等に適用できる。

本実施形態による自動補正装置２０を備えた工作機械１は上述の構成を備えており、次にこの工作機械１の省エネ制御のための自動補正方法について図３に示す自動補正装置２０のブロック図及び図４〜図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
先ず、工作機械１によるワークの切削加工が終了すると、主軸モータ、Ｂ軸モータ、Ｘ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚ及びＹ軸サーボモータＭｙの動作を停止させる（ステップ１０１）。
そして、制御手段２２で全てのモータ（主軸モータ、Ｂ軸モータ、Ｘ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚ、Ｙ軸サーボモータＭｙ等）の動作停止を検知すると、タイマ２４で停止時間の計測をスタートする（ステップ１０２）。主軸１０の停止状態が予め設定した所定時間ｔを経過したか否かをタイマ２４で判別する（ステップ１０３）。なお、所定時間ｔが経過する前に、いずれかのモータが駆動し始めた場合には、省エネモードに入らない。

タイマ２４の計測時間が所定時間ｔを経過すると、切削加工の待機状態である省エネモードに入る。即ち、省エネモードとは、ワークの非加工状態が所定時間継続すると例えば無人運転等の際のワーク補給待ちになるため、電源を停止（ＯＦＦ）させて省エネを図る工程をいう。
ここで、停止対象となる待機状態の電源は、工作機械１を駆動させるための基本的な制御システムの電源である、ＮＣ、サーボシステム、シーケンサの制御電源を除く各種の駆動手段の電源であり、具体的には加工のために必要な主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸等の各軸のサーボモータの電源、周辺機器２４の電源等である。

そして、ステップ１０３において、タイマ２４で所定時間ｔの経過を検知すると、ワーク加工終了時の主軸１０の座標位置情報を各位置監視手段２５，２８，３０で検知して制御手段２２の座標位置記憶手段３５に記憶させる（ステップ１０４）。その後、待機電力をＯＦＦさせる省エネモードを開始する（ステップ１０５）。
ここで、省エネモードによる待機電力のカット状態から加工を再開させるために、主軸１０を原点に復帰させる動作を、ボタン操作等の手動操作で行うことを手動モードというが、本実施形態では自動的に主軸１０を非常停止状態から次の加工を再開できるように移動制御するものであり、自動モードという。

そのため、省エネモードから次のワーク加工のための起動動作が手動モードか自動モードかを判別し（ステップ１０６）、手動モードである場合には省エネモードに入らない。手動モードの場合、手動パルス発生器によるワークの送りやワークの早送り、原点復帰等の動作をオペレータが操作することが想定されるためである。
自動モードである場合には、制御手段２２の基準点指示手段３６からの指示信号を移動手段２３に出力し、主軸１０を基準点位置Ｓ、例えば原点（０，０、０）に移動させる（ステップ１０７）。
そして、基準点位置の主軸１０について、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向位置が有効範囲Ｌ内にあることを判別手段３２で確認する（ステップ１０８）。いずれかの軸方向で有効範囲Ｌを外れた場合には、ブレーキ装置１３や位置監視手段２５等のいずれかの機器に異常があると推定できるため、解除手段３３で省エネモードを終了する。

そして、主軸１０を有効範囲Ｌ内の予め設定した基準点位置Ｓ、例えば原点Ｏまたはその近傍に移動させた後、非常停止手段３４によって、工作機械１のＮＣ、サーボシステム、シーケンサの制御電源を除く各種の駆動手段の電源を非常停止させる（ステップ１０９）。
これにより、主軸モータ、Ｂ軸モータ、Ｘ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚ及びＹ軸サーボモータＭｙが停止（ＯＦＦ）し、更にクーラント装置４３、ワーク交換装置４４、工具交換装置４５、油圧装置４６、潤滑装置等の周辺機器４２の電源が停止（ＯＦＦ）する（ステップ１１０）。

ここで、非常停止によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸サーボモータＭｘ，Ｍｙ、Ｍｚが停止しており、主軸１０はＹ軸サーボモータＭｙについてブレーキ装置１３で制動されている。Ｘ軸サーボモータＭｘ，Ｚ軸サーボモータＭｚについては、Ｘ軸方向とＺ軸方向が水平面であるため、各サーボモータＭｘ，Ｍｚにブレーキ装置２７，２９が備えられていなくてもよいが、備えられている場合にはブレーキ装置２７，２９で制動を行う。
そして、ステップ１０７で主軸１０を基準点位置Ｓに移動させた状態で、Ｙ軸サーボモータＭｙによる主軸１０のＹ軸方向の座標値（第一座標値とする）を位置監視手段２５で予め検知して記憶しておく。そして、ステップ１０９で非常停止でＹ軸サーボモータＭｙの電源を停止した後における主軸１０のＹ軸方向の座標値（第二座標値とする）を位置監視手段２５で検知して記憶する。

次に、制御手段２２で第一座標値と第二座標値の差異を、主軸１０のＹ軸方向のズレ量Ｄとして算出し（ステップ１１１）、ズレ量Ｄが予め設定した許容範囲（有効範囲Ｌ）内か否かを判別手段３２で判別する（ステップ１１２）。ズレ量Ｄがブレーキ装置１３による通常のズレ量としての許容範囲を越える場合には、ブレーキ装置１３の異常と判断して異常表示手段４０で異常表示する（ステップ１１３）。
なお、Ｙ軸方向のズレ量が加わっても主軸１０の位置の第二座標値が有効範囲Ｌ内であれば、ブレーキ装置１３が劣化せず、また主軸１０及び工具のその重量による降下を抑制できており、正常であると認定する。

また、ステップ１１２において、主軸１０のズレ量Ｄが有効範囲Ｌを外れた場合に異常表示するようにした。
この場合、ブレーキ装置１３の劣化の進行や、主軸１０及び工具のその重量による経時的なＹ軸方向降下が進んだと判断し、Ｙ軸サーボモータＭｙの省エネモードを終了してもよい。そして、工作機械１を停止させてＹ軸サーボモータＭｙのブレーキ装置１３のメンテナンスを行ってもよい。或いは、異常表示で警告するだけに留めて省エネモードを継続し、非常停止の解除による待機電力の復帰を果たした時点等でメンテナンス作業を行ってもよい。

なお、省エネモードで、Ｙ軸サーボモータＭｙの給電停止時における主軸１０の基準点位置Ｓからのズレ量が大きい場合、ワークの設置位置との関係で主軸１０がワークと干渉するおそれが発生するが、本実施形態では、主軸１０の基準点位置Ｓ、即ち原点Ｏはワークに対してＸ軸方向とＺ軸方向の少なくとも一方向にずらして設定したから、主軸１０がＹ軸方向即ち垂直方向に降下してもワークと干渉しない。

次に、パレット１８ａ、１８ａ上に次回の加工用のワークの取り付け作業が完了し、次回加工用段取り工程が終了すると（ステップ１１４）、例えばパレット１８ａ、１８ａ上のワークを図示しないセンサで検知し、或いは他のセンサで次回のワーク切削加工用段取りが終了したことを検知して、待機状態即ち省エネモードを終了させ、電源の非常停止を解除し、電力を復帰させる（ステップ１１５）。
これよって、ＮＣ、サーボシステム、シーケンサの制御電源以外の駆動手段の電源である、主軸モータ、Ｂ軸モータ、Ｘ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚ及びＹ軸サーボモータＭｙ、更にクーラント装置４３、ワーク交換装置４４、工具交換装置４５、油圧装置４６、潤滑装置等の周辺機器４２の電源を導通（ＯＮ）させる。

これら電源の導通によって、主軸１０の原点自動復帰プログラムを起動させ、主軸１０のＸ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚ及びＹ軸サーボモータＭｙを起動させて、主軸１０をまず原点Ｏに復帰させる（ステップ１１７）。次いで、制御手段２２において、ステップ１０４で省エネモード開始前に座標位置記憶手段３５に記憶しておいた前回のワーク切削加工終了時における主軸１０の座標位置を読み取り、原点Ｏを基準として当該座標位置に主軸１０を移動手段２３によって移動させて位置決めする（ステップ１１８）。

本実施形態による工作機械１は絶対位置検出機能を有さない駆動モータを装着したタイプの工作機械であるため、前回の切削加工終了後に省エネモードで電源を遮断させることで、加工終了時点での待機状態の主軸１０の座標位置情報が全て消失されてしまう。
しかしながら、本実施形態による自動補正装置２０によれば、次のワークをパレット１８ａ、１８ａに設置した次回のワーク加工用段取り終了後に、前回のワーク加工終了時点での主軸１０の座標位置を読み取って再認識させて再度位置決めすることができるため、次回のワーク切削加工をスムーズに起動させることができる。

上述のように、本実施形態による工作機械１における主軸１０の自動補正装置２０によれば、省エネモード開始のための制御電源を除く全ての電源を遮断して、しかも主軸１０がその重量や工具の重量等によって位置ズレを起こしたり、また主軸１０の座標位置データを消失してしまうとしても、省エネモード終了後に、省エネモード移行前の前回加工終了後の主軸１０の座標位置に自動的且つスムーズに復帰させるよう制御することができる。
しかも、待機状態解除時に主軸１０の位置を自動的に補正することで絶対位置検出機能を持たないタイプの工作機械１であっても、省エネモードの待機状態で電源を遮断することによって大幅な省電力化を達成できる。

また、省エネモード開始時の主軸の第一座標値とＹ軸サーボモータＭｙの給電停止及びブレーキ装置１３の制動時の主軸１０の第二座標値とによってＹ軸方向のズレ量Ｄを算出することで、ブレーキ装置１３等の劣化の程度を検出できる。なお、Ｙ軸サーボモータＭｙとボールネジ１２との間にギヤを介在させた場合には、ギヤのバックラッシュによる異常をも検知できる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、タイマ２４を省略して主軸１０を基準点位置Ｓに位置させた直後から、ズレ量Ｄを位置監視手段２５，２８，３０によって検出するようにしてもよい。この場合、省エネモード制御段階では、主軸１０は水平面内の２軸であるＸ軸方向とＺ軸方向には重力の影響がなく移動しないため、Ｙ軸サーボモータＭｙのＹ軸方向（垂直軸方向）への降下量だけを検知するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、工作機械１の待機状態で電力をカットする電源は、ＮＣ、サーボシステム、シーケンサの制御電源以外の駆動手段の電源とし、例えば主軸モータ、Ｂ軸モータ、Ｘ軸サーボモータＭｘ、Ｚ軸サーボモータＭｚ及びＹ軸サーボモータＭｙ等の切削加工に必要な各軸、更にクーラント装置４３、ワーク交換装置４４、工具交換装置４５、油圧装置４６、潤滑装置等の周辺機器４２も含めるとしたが、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、少なくとも切削加工に必要なＹ軸、Ｘ軸、Ｚ軸等の各軸を含んでいれば、他の駆動手段は適宜のものを選択できる。しかし、切削加工を終了した待機状態での省電力化を増大させるためにはできるだけ待機電力をカットさせる駆動手段の電源を多くすることが好ましい。

１ 工作機械
１０ 主軸
１８，１８ａ、１８ｂ テーブル
１３、２７，２９ ブレーキ装置、
２０ 自動補正装置
２１ｙ Ｙ軸駆動源停止手段
２２ 制御手段
２３ 移動手段
２４ タイマ
２５、２８，３０ 位置監視手段
３４ 非常停止手段
３５ 座標位置記憶手段
３６ 基準点指示手段
４０ 異常表示手段
４２ 周辺機器
Ｍｙ Ｙ軸サーボモータ
Ｍｘ Ｘ軸サーボモータ
Ｍｚ Ｚ軸サーボモータ
Ｌ 有効範囲
Ｓ 主軸の基準点
Ｏ 原点

Claims (8)

1. 工具を把持する主軸をワークに対して互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に相対移動させてワークを切削加工すると共に、ワークの切削加工が終了した後の待機状態に前記主軸の駆動源への通電を遮断することで省エネ制御する工作機械であって、
   前記ワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置を記憶する記憶手段と、
   前記各軸の駆動源の電力を遮断する前に前記主軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向において予め設定された有効範囲内の基準点に移動させる基準点指示手段と、
   前記待機状態で少なくとも切削加工に必要な主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を含む各軸の駆動源の電力を遮断する非常停止手段と、
   前記待機状態終了後に前記記憶手段で記憶された主軸の座標位置情報に基づき該主軸を前記ワークの切削加工が終了した段階における前記座標位置に戻す移動手段と
   を備えたことを特徴とする工作機械の自動補正装置。
2. 前記移動手段は、前記主軸を原点座標位置に戻した後で該原点座標を基準として前記ワークの切削加工が終了した段階における主軸の座標位置に移動させるようにした請求項１に記載された工作機械の自動補正装置。
3. 前記非常停止手段では、ＮＣ、サーボシステム、シーケンサの電源以外の全電源を遮断するようにした請求項１または２に記載された工作機械の自動補正装置。
4. 前記工作機械は、主軸の絶対位置検出機能を有さないものである請求項１乃至３のいずれか１項に記載された工作機械の自動補正装置。
5. 工具を把持する主軸をワークに対して互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に相対移動させてワークを切削加工すると共に、ワークの切削加工が終了した後の待機状態で前記主軸の駆動源への通電を遮断することで省エネ制御する工作機械の自動補正方法であって、
   前記ワークの切削加工が終了した段階における前記主軸の座標位置を記憶する工程と、
   前記待機状態で少なくとも切削加工に必要な主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を含む各軸の駆動源の電力を遮断する前に前記主軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向において予め設定された有効範囲内の基準点に移動させる工程と、
   少なくとも前記切削加工に必要な各軸の駆動源の電力を遮断する工程と、
   前記待機状態終了後に、前記ワークの切削加工が終了した段階における前記主軸の座標位置に前記主軸を移動させる工程と
   を備えたことを特徴とする工作機械の自動補正方法。
6. 前記ワークの切削加工が終了した段階における前記主軸の座標位置に前記主軸を移動させる工程において、前記主軸を原点座標位置に戻した後で、前記ワークの切削加工が終了した段階における前記主軸の座標位置に移動させるようにした請求項５に記載された工作機械の自動補正方法。
7. 前記主軸の駆動源への通電を遮断する際、ＮＣ、サーボシステム、シーケンサの電源以外の全電源を遮断するようにした請求項５または６に記載された工作機械の自動補正方法。
8. 前記工作機械は主軸の絶対位置検出機能を有さないものである請求項５乃至７のいずれか１項に記載された工作機械の自動補正方法。

Images