CN101214622B - 机床的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床的控制装置以及控制方法。一种控制装置，其用于控制具有给进控制轴和沿给进控制轴给进的旋转控制轴的机床的、给进控制轴的给进动作以及旋转控制轴的旋转动作。所述控制装置具有：根据给进控制轴以及旋转控制轴的至少一方指令的位置指令、和旋转控制轴承担的偏心负荷的位置以及质量信息，推定在给进控制轴和旋转控制轴之间产生的干扰的干扰推定部；和根据干扰推定部推定出的干扰，修正给予给进控制轴以及旋转控制轴的至少一方的电流指令的指令修正部。

Description

机床的控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及机床的控制。特别是本发明涉及控制具有沿给进控制轴给进的旋转控制轴的机床的、给进控制轴以及旋转控制轴的控制装置以及控制方法。

背景技术

在机床中，公知具有执行直线给进动作或者旋转给进动作的给进控制轴、和在给进控制轴上设置、在沿给进控制轴发送的同时执行旋转分度动作的旋转控制轴的结构。作为由给进控制轴承担的构造物，例如可以举出直线给进台或者旋转给进台，作为由旋转控制轴承担的构造物，例如可以举出旋转分度台或者转台刀具台。

在这种机床中，由于给进控制轴和旋转控制轴给对方施加由各自的动作引起的力学影响(亦即干扰)，各控制轴的位置控制的稳定性恶化，结果担心工件的加工精度降低。在现有技术中，在机床以外的技术领域中，提出了为排除有这样的机构上的相关性的控制轴彼此的干扰的几种方策。

例如，特开2000-243811号公报(JP-A-2000-243811)公开了在组装在曝光装置中的载物台装置中，在机构上防止通过载物台驱动用的直线电动机的动子对于定子施加的反力引起的光学系统的振动的结构。该载物台装置具有使在定子上产生抵消来自动子的反力的力的反作用装置。因为反作用装置根据检测定子实际的位移的位置检测器的检测值操作控制定子，所以也能够确实排除反力以外的误差因素，把定子稳定地保持在规定位置。

另外，特开昭63-314606号公报(JP-A-63-314606)公开了在多关节机器人中通过反馈补偿去除关节(亦即控制轴)彼此的干扰的装置。在该控制装置中，计算在各个控制轴中产生的干扰转矩值，同时通过状态观察单元推定在各个控制轴上施加的非线性的干扰转矩作为修正值，通过这些干扰转矩以及修正值修正转矩指令。

另外，特开平9-222910号公报(JP-A-9-222910)公开了在各个控制轴上具有减速机等的弹簧元件的工业用多轴机器人中，在各轴上配置状态观察单元，推定电动机和负荷之间的扭转角，使用推定的扭转角计算干扰力，根据该干扰力修正对于电动机的转矩指令的控制装置。

在JP-A-2000-243811中记载的载物台装置中，以抵消直线电动机的动子作用于定子的反力为目的，把本来应该固定支持的定子特意搭载在移动控制轴(反作用装置)上，动子的直线给进控制轴和定子的移动控制轴的关系，和作为本申请发明的对象的上述的机床的给进控制轴和旋转控制轴的关系有若干不同。另外，因为为排除在移动控制定子时的各种误差因素，采用通过位置检测器测定定子的实际变异的结构，但是在把这样的位置检测器装备到机床上的场合，不仅担心机床的设备成本上升，而且在多在恶劣环境下设置的机床中，在确保位置检测器的设置场所或者维持可靠性方面，也会产生新的课题。再有，根据定子的位移的实侧值修正对于定子的指令值的方法，难以应用到一般的机床中的可动部的高速而且高精度的定位控制中。

另外在JP-A-63-314606以及JP-A-9-222910中记载的机器人的控制装置中，作为在干扰力的计算或者指令值的修正中需要的诸数据，使用表现电动机实际动作中的状态的数据(亦即状态量)。这样的结构，在臂的动作比之一般的机床的可动部的动作速度低、要求的位置精度也比机床低的机器人的控制中有效，但是在要求高速而且高精度定位的机床的控制中还是难于适应。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制装置，其用于控制具有沿给进控制轴给进的旋转控制轴的机床的给进控制轴以及旋转控制轴，能够无迟滞地确实排除给进控制轴和旋转控制轴之间的干扰，实现各控制轴的稳定的高精度的动作控制，而且能够提高工件的加工精度。

本发明的另一目的是提供一种控制方法，其用于控制具有沿给进控制轴给进的旋转控制轴的机床的给进控制轴以及旋转控制轴，能够无迟滞地确实排除给进控制轴和旋转控制轴之间的干扰，实现各控制轴的稳定的高精度的动作控制，而且能够提高工件的加工精度。

为实现上述目的，本发明提供一种控制装置，其用于控制具有给进控制轴和沿给进控制轴给进的旋转控制轴的机床的给进控制轴的给进动作以及旋转控制轴的旋转动作，具有：根据给给进控制轴以及旋转控制轴的至少一方指令的位置指令、和旋转控制轴承担的偏心负荷的位置以及质量信息推定在给进控制轴和旋转控制轴之间产生的干扰的干扰推定部；和根据干扰推定部推定的干扰修正给予给进控制轴以及旋转控制轴的至少一方的电流指令的指令修正部。

干扰推定部，能够比遵照位置指令的给进控制轴以及旋转控制轴的至少一方的动作控制的周期先于一个控制周期以上推定干扰，指令修正部能够修正动作控制的周期中的电流指令。

上述控制装置进而可以具有：对应偏心负荷的变更、变更用于干扰推定部推定干扰的运算常数的常数变更部。

上述控制装置进而可以具有：根据在干扰推定部未推定干扰的状态下对给进控制轴以及旋转控制轴的某一方指令的相当干扰的电流指令推定偏心负荷的位置以及质量信息的偏心信息推定部。在这一场合，干扰推定部可以用偏心信息推定部推定的偏心负荷的位置以及质量信息来推定干扰。

本发明另外提供一种控制方法，其用于控制具有给进控制轴和沿给进控制轴给进的旋转控制轴的机床的给进控制轴的给进动作以及旋转控制轴的旋转动作，具有：根据给给进控制轴以及旋转控制轴的至少一方指令的位置指令、和旋转控制轴承担的偏心负荷的位置以及质量信息推定在给进控制轴和旋转控制轴之间产生的干扰的步骤；和根据推定的干扰修正给予给进控制轴以及旋转控制轴的至少一方的电流指令的步骤。

附图说明

通过关联附图的以下的适合的实施形态的说明会更加明了本发明的上述以及其他的目的、特征以及优点。附图中，

图1是表示本发明的控制装置的基本结构的功能框图，

图2是概略表示可适用图1的控制装置的机床的主要部分的一例的立体图，

图3是概略表示可适用图1的控制装置的机床的主要部分的另一例的立体图，

图4是表示图1的控制装置中的控制流的框线图，

图5A是说明关于图2的机床的干扰的推定方法的图，是示意性表示给进控制轴和旋转控制轴的力学关系的图，

图5B是说明关于图2的机床的干扰的推定方法的图，是把偏心负荷作为质点以几何方式表示给进控制轴和旋转控制轴的力学关系的图，

图6A是说明关于图2的机床的另一干扰的推定方法的图，是示意性表示给进控制轴和旋转控制轴的力学关系的图，

图6B是说明关于图2的机床的另一干扰的推定方法的图，是把偏心负荷作为质点以几何方式表示给进控制轴和旋转控制轴的力学关系的图，

图7是说明关于图3的机床的干扰的推定方法的图，

图8是说明关于图3的机床的另一干扰的推定方法的图，

图9是表示本发明的一个实施形态的控制装置的结构的功能框图，以及

图10是表示本发明的另一实施形态的控制装置的结构的功能框图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的实施形态。附图中，给相同或者类似的结构要素附以共同的参照符号。

参照附图，图1表示本发明的电动机的控制装置10的基本结构的功能框图。另外，图2以及图3分别例示可适用控制装置10的两个代表例的机床12、14的主要部分。控制装置10控制机床12、14的给进控制轴16L、16R的给进动作以及旋转控制轴18的旋转动作，机床12、14具有：执行直线给进动作或者旋转给进动作的给进控制轴16L、16R；和在给进控制轴16L、16R上设置的、沿给进控制轴16L、16R被给进同时执行旋转分度动作的旋转控制轴18。此外，控制装置10可以在功能上编入数值控制(NC)装置等的、把电动机作为可动部驱动源的机床的、已经设置的控制装置中。

如图1所示，控制装置10，具有：根据对给进控制轴16L、16R以及旋转控制轴18(图2，图3)的至少一方指令的位置指令C1和旋转控制轴18承担的偏心负荷20(图2，图3)的位置以及质量信息D推定在给进控制轴16L、16R和旋转控制轴18之间产生的干扰P的干扰推定部22；和根据干扰推定部22推定的干扰P修正向给进控制轴16L、16R以及旋转控制轴18的至少一方给予的电流指令C2的指令修正部24。此外，在本申请中，所谓“干扰”是指在给进控制轴16L、16R和旋转控制轴18之间互相作用的由各种动作引起的力学的影响，如后述，包含在直线方向上作用的干扰力F和在旋转方向上作用的干扰转矩T两者。

图2例示的机床12，作为载放工件(未图示)的台机构，具有：静止基台26；在静止基台26上可直线移动设置的直线给进台28；和在直线给进台28上可旋转设置的旋转分度台30。直线给进台28，遵照把未图示的直线电动机作为驱动源的直线给进控制轴16L的直线给进动作，在静止基台26上向图示箭头A1方向往复移动。另外，旋转分度台30，遵照把未图示的旋转电动机作为驱动源的旋转控制轴18的旋转给进动作，在直线给进台28上向图示箭头B1方向往复旋转。

另外，图3例示的机床14，作为载放工件(未图示)的台机构，具有：未图示的静止基台；在静止基台上可旋转移动设置的旋转给进台32；和在旋转给进台32上可旋转设置的旋转分度台34。旋转给进台32，遵照把未图示的旋转电动机作为驱动源的旋转给进控制轴16R的旋转给进动作，在静止基台上向图示箭头A2方向往复移动。另外，旋转分度台34，遵照把未图示的旋转电动机作为驱动源的旋转控制轴18的旋转给进动作，在旋转给进台32上向图示箭头B2方向往复旋转。

在具有上述结构的机床12、14中，旋转分度台30、34，由于其上载放的工件或者工件保持工具的影响，有时在离开旋转中心的位置上形成重心(亦即偏心负荷20)。在旋转控制轴18承担这样的偏心负荷20的场合，在直线或者旋转给进台28、32和旋转分度台30、34之间产生干扰。亦即，当直线或者旋转给进台28、32加速动作时，其推力或者转矩的反作用被施加到具有偏心负荷20的旋转分度台30、34上，担心旋转分度台30、34的位置从指令位置偏离。同样，当具有偏心负荷20的旋转分度台30、34加速动作时，其转矩的反作用施加到直线或者旋转给进台28、32，担心直线或者旋转给进台28、32的位置从指令位置偏离。在任何一种场合，都会成为降低工件的加工精度的重要原因。

为应对这样的问题，本发明的控制装置10，通过由干扰推定部22根据指令给进控制轴16L、16R以及旋转控制轴18的至少一方的位置指令C1和旋转控制轴18承担的偏心负荷20的位置以及质量信息D推定干扰P，由指令修正部24根据推定的干扰P修正给予给进控制轴16L、16R以及旋转控制轴18的至少一方的电流指令C2，能够进行排除了干扰P的影响的各轴16L、16R、18的高精度的动作控制。因此，因为不需要用于检测干扰的实际状态的位置检测器，所以能够抑制机床12、14的设备成本的上升，另外也没有必要考虑位置检测器的设置场所或者可靠性。而且，因为构成为干扰推定部22根据位置指令C1以及偏心负荷20的位置以及质量信息D这些在开始动作控制前可取得的已知的数据推定干扰P，指令修正部24根据干扰P修正直接给予各控制轴16L、16R、18的电流指令C2，所以能够没有问题地适应机床12、14中的直线或者旋转给进台28、32以及旋转分度台30、34的高速而且高精度的定位控制。这样，通过控制装置10，能够无迟滞地可靠地排除机床12、14中的给进控制轴16L、16R和旋转控制轴18之间的干扰P，可实现各控制轴16L、16R、18的稳定的高精度的动作控制，并且能够提高工件的加工精度。

此外，在上述结构中，位置指令C1以及偏心负荷20的位置以及质量信息D，例如可以由操作员用手工作业输入到控制装置10，或者在存储介质中存储的状态下使控制装置10读入。于是控制装置10可以具有存储这些位置指令C1以及偏心负荷信息D的输入部以及存储部(未图示)。

下面参照图4～图8说明通过控制装置10进行的机床的各轴控制方法。此外，在以下的说明中，给和图1～图3所示的结构要素对应的结构要素附以共同的参照符号，并省略其说明。

首先说明图2例示的机床12中的给进控制轴16L以及旋转控制轴18的动作控制方法。如图4所示，控制装置10，作为对于给进控制轴16L的通常的控制回路36，具有下面的结构：位置控制部38运算处理对于给进控制轴16L(直线电动机)输入的位置指令C1后作为速度指令C3，速度控制部40运算处理速度指令C3后作为电流指令(或推力指令)C2，电流控制部42向给进控制轴16L指令遵照电流指令C2的电流值，在给进控制轴16L上附设的编码器等的位置检测器44检测给进控制轴16L的实际的动作位置，向位置控制部38反馈。同样，控制装置10，作为对于旋转控制轴18的通常的控制回路46，具有下面的结构：位置控制部48运算处理对于旋转控制轴18(旋转电动机)输入的位置指令C1后作为速度指令C3，速度控制部50运算处理速度指令C3后作为电流指令(或转矩指令)C2，电流控制部52向旋转控制轴18指令遵照电流指令C2的电流值，在旋转控制轴18上附设的编码器等的位置检测器54检测旋转控制轴18的实际的动作位置，向位置控制部48反馈。

在上述的控制结构中，当在静止或者动作中的给进控制轴16L上旋转控制轴18进行旋转分度动作时，干扰推定部22，根据给旋转控制轴18指令的位置指令C1和旋转控制轴18承担的偏心负荷20的位置以及质量信息D，推定旋转控制轴18对于给进控制轴16L施加的干扰P(亦即干扰推力F)。然后，指令修正部24，在给进控制轴16L的控制回路36中在从速度控制部40输出的电流指令C2上加上干扰推定部22推定的干扰P(干扰推力F)，修正电流指令C2。其结果，电流控制部42向给进控制轴16L准确指令遵照通过指令修正部24修正后的电流指令C2的电流值。

另外，在上述的控制结构中，在对于静止或者动作中的旋转控制轴18给进控制轴16L进行直线给进动作时，干扰推定部22，根据给给进控制轴16L以及旋转控制轴18双方指令的各自的位置指令C1和旋转控制轴18承担的偏心负荷20的位置以及质量信息D，推定给进控制轴16L对于旋转控制轴18施加的干扰P(亦即干扰转矩T)。然后，指令修正部24，在旋转控制轴18的控制回路46中在从速度控制部50输出的电流指令C2上加上干扰推定部22推定的干扰P(干扰转矩)，修正电流指令C2。其结果，电流控制部52向旋转控制轴18准确指令遵照通过指令修正部24修正后的电流指令C2的电流值。

参照图5A～图6B说明上述控制流程中的通过干扰推定部22的干扰P的推定方法。图5A～图6B是把偏心负荷20作为质点以模式图方式表示给进控制轴16L和旋转控制轴18的力学关系。

图5A以及图5B表示在静止或者动作中的给进控制轴16L上旋转控制轴18进行旋转分度动作的状态(以角加速度α在加速)。在该旋转分度动作期间，在偏心负荷20上，加上与角速度ω对应的向心力f，和与角加速度α对应的转矩t(正确说是切线方向力t/r)(图5A)。这里，当设从旋转控制轴18的旋转中心O到偏心负荷20的距离为r，偏心负荷20的质量为m时，则有

f＝m·r·ω²

t/r＝m·r·α＝m·r·dω/dt。

下面，考察这些向心力f以及切线方向力t/r作用于给进控制轴16L的力(亦即干扰推力)。这里，当把离开旋转控制轴18的机械坐标原点G的偏心负荷20的旋转角度作为θ、把离开该机械坐标原点G的给进控制轴16L(亦即直线给进方向)的角度(位置)作为θ₀时，在旋转分度动作中在偏心负荷20上施加的向心力f和切线方向力t/r的、与给进控制轴16L平行的方向的合力F’(图5B)则为

F’＝m·r·ω²·cos(θ-θ₀)+m·r·dω/dt·sin(θ-θ₀)。因此，旋转控制轴18作用于给进控制轴16L的干扰推力F(干扰P)被推定为F＝-F’。此外，在上述说明中，r以及m作为偏心负荷20的位置以及质量信息D取得，θ作为向旋转控制轴18指令的位置指令C1取得。另外，θ₀是表示给进控制轴16L和旋转控制轴18的相对位置关系的机床12的固有的值。

另一方面，图6A以及图6B表示对于静止或者动作中的旋转控制轴18给进控制轴16L直线给进动作时的状态(正以加速度a加速)。在该直线给进动作期间，在偏心负荷20上加上与加速度a对应的下述的推力u(图6A)。

u＝m·a＝m·dv/dt

于是，推力u作用于旋转控制轴18的力(亦即干扰转矩T)则为

T＝-u·r·sin(θ-θ₀)＝-m·r·dv/dt·sin(θ-θ₀)。

这样，可以推定给进控制轴16L作用于旋转控制轴18的干扰转矩T(干扰P)。此外，在上述说明中，r以及m作为偏心负荷20的位置以及质量信息D取得，θ作为向旋转控制轴18指令的位置指令C1取得，a(或者u)从向给进控制轴16L指令的位置指令C1取得。另外，θ₀是表示给进控制轴16L和旋转控制轴18的相对位置关系的机床12的固有的值。

下面说明图3例示的机床14中的给进控制轴16R以及旋转控制轴18的动作控制方法。该动作控制方法，因为和上述机床12中的给进控制轴16L以及旋转控制轴18的动作控制方法相同，所以省略控制流程的说明，参照图7以及图8说明来通过干扰推定部22进行的干扰P的推定方法。图7以及图8是把偏心负荷20作为质点示意性表示给进控制轴16R和旋转控制轴18的力学的关系的图。

图7表示静止或者动作中的给进控制轴16R上旋转控制轴18进行旋转分度动作的状态(正以角加速度α加速)。此外，假定实际的给进控制轴16R，在从图示的基准轴Z向与纸面正交的方向上平行地离开距离s(图3)的位置有旋转中心轴。在旋转控制轴18的旋转分度动作期间，在偏心负荷20上加上与角速度ω对应的向心力f、和与角加速度α对应的转矩t(正确说切线方向力t/r)。这里，当设从旋转控制轴18的旋转中心O到偏心负荷20的距离为r，偏心负荷20的质量为m时，则有

f＝m·r·ω²

t/r＝m·r·α＝m·r·dω/dt。

下面考察这些向心力f以及切线方向力t/r作用于给进控制轴16R的力(亦即干扰转矩T)。这里，当把离开旋转控制轴18的机械坐标原点G的偏心负荷20的旋转角度作为θ、把离开该机械坐标原点G的基准轴Z(与给进控制轴16R平行的轴)的角度(位置)作为θ₀时，在旋转分度动作中在偏心负荷20上施加的向心力f和切线方向力t/r的、与基准轴Z正交方向的合力F则为：

F＝m·r·ω²·sin(θ-θ₀)-m·r·dω/dt·cos(θ-θ₀)。因此，旋转控制轴18作用于给进控制轴16R的干扰转矩T(干扰P)被推定为T＝-F·s。此外，在上述说明中，r、m以及s作为偏心负荷20的位置以及质量信息D取得，θ作为向旋转控制轴18指令的位置指令C1取得。另外，θ₀是表示给进控制轴16R和旋转控制轴18的相对位置关系的机床14的固有的值。

另一方面，图8表示对于静止或者动作中的旋转控制轴18给进控制轴16R旋转给进动作时的状态(正以切线加速度a加速)。在该旋转给进动作期间，在偏心负荷20上加上与切线加速度a对应的下述的推力u。

u＝m·a＝m·dv/dt

于是，推力u作用于旋转控制轴18的力(亦即干扰转矩T)则为：

T＝-u·r·cos(θ-θ₀)＝-m·r·dv/dt·cos(θ-θ₀)。

这样，可以推定给进控制轴16R作用于旋转控制轴18的干扰转矩T(干扰P)。此外，在上述说明中，r以及m(以及用于把角位移变换为直线位移的距离s)作为偏心负荷20的位置以及质量信息D取得，θ作为向旋转控制轴18指令的位置指令C1取得，a(或者u)从向给进控制轴16R指令的位置指令C1取得。另外，θ₀是表示给进控制轴16R和旋转控制轴18的相对位置关系的机床14的固有的值。

如上述，控制装置10，通过干扰推定部22根据在动作控制开始前可取得的已知的数据推定干扰P、指令修正部24根据干扰P修正电流指令C2的结构，能够适应机床12、14中的高速而且高精度的定位控制。因此，通过构成为干扰推定部22比遵照位置指令C1的给进控制轴16L、16R以及旋转控制轴18的至少一方的动作控制的周期先行一控制周期以上来推定干扰P，指令修正部24修正该动作控制周期中的电流指令C2，变得更可靠地适应高速而且高精度的定位控制。

但是，一般机床的旋转控制轴，因为承担工件或者工具等的、负荷的大小或者配置多样变化的物体，所以即使像本发明那样通过计算求控制轴彼此的干扰，但是该计算式中的质量·位置·角度等的常数项保持固定不变，所以难以对应负荷的变化进行高精度的修正。因此，在具有上述基本结构的控制装置10中，附加对应偏心负荷20的变更来变更用于干扰推定部22推定干扰P的运算常数的功能是有利的。

图9用功能框图表示具有这样的附加的功能的本发明的合适的实施形态的控制装置60的结构。控制装置60，是在图1的控制装置10的基本结构之外，进一步具有变更用于干扰推定部22推定干扰P的运算常数(m，r，θ₀等)的常数变更部62。因此，给与控制装置10的结构要素对应的结构要素附以共同的参照符号，并省略其详细的说明。

例如，在图5A以及图5B中表示的实施例中，在旋转控制轴18以恒定速度旋转时，作用于给进控制轴16L的干扰推力F，成为F＝-m·r·ω²·cos(θ-θ₀)，描绘正弦波形的曲线。因此，在使偏心负荷20变更了时，当在停止给进控制轴16L的状态下以一定速度(但是给进控制轴16L的位置偏差不成为过大程度的低速度)使旋转控制轴18旋转的试验运行时，在控制装置60中，在对于给进控制轴16L的通常的反馈回路(参照图4)中，在干扰推定部22不推定干扰的状态下，从速度控制部40同样输出抵消干扰推力F的正弦波形的(亦即与干扰相当的)电流指令C2。

这里，常数变更部62，通过观察从速度控制部40输出的与干扰相当的电流指令C2(亦即通过指令修正部修正前的电流指令C2)，能够求应该变更的运算常数(m，r，θ₀等)的值。亦即，在电流指令C2表示最大值C2max时，因为cos(θ-θ₀)＝1，所以成为m·r＝K·C2max/ω²(K是电动机固有的转矩常数)。因此，常数变更部62，通过相应的试验运行，能够根据电流指令C2的最大值C2max以及旋转控制轴18的角速度ω，求变更后的偏心负荷20的质量m以及位置r。另外，也能够根据电流指令C2表示最大值C2max或者最小值0时的旋转控制轴18的角度θ，求离开机械坐标原点G(图5)的给进控制轴16L的角度(亦即旋转控制轴18和给进控制轴16L的相对位置关系)θ₀。

此外，在上述试验运行中，在使旋转控制轴18动作一周以上困难的场合，不能确定电流指令C2的最大值C2max，但是在该场合，只要预先测定给进控制轴16L离开机械坐标原点G的角度θ₀即可。然后在试验运行中，如果使其观察电流指令C2和(θ-θ₀)双方，则能够求偏心负荷20的质量m以及位置r。

同样，在图7中所示的实施例中，在旋转控制轴18以一定速度旋转时，作用于给进控制轴16R的干扰转矩T成为T＝-s·m·r·ω²·sin(θ-θ₀)。因此，和上述方法同样，常数变更部62在偏心负荷20变更时，通过在停止给进控制轴16R的状态下以一定速度使旋转控制轴18旋转的试验运行，能够根据电流指令C2的最大值C2max、以及旋转控制轴18的角速度以及旋转角度θ，求变更后的偏心负荷20的质量m以及位置r、以及旋转控制轴18和给进控制轴16R的相对位置关系s以及θ₀。

根据具有上述结构的控制装置60，在由上述控制装置10产生的特别的作用效果之外，还能得到下述优点：即对于具有承担负荷的大小或者配置多样变化的物体的旋转控制轴18的机床12、14，能够确实应对那样的负荷的变化，正确地排除旋转控制轴和给进控制轴之间的干扰。

在上述的控制装置10、60中，就其最初给予干扰推定部22的偏心负荷20的位置以及质量信息D，是在动作控制开始前可取得的已知数据进行了说明。在这种场合，偏心负荷20的位置r以及质量m，因为通常采用实测值，所以有动作控制的准备作业烦杂的倾向。对此，通过挪用上述的控制装置60的常数变更部62的功能，能够不进行实测适当地推定最初给予干扰推定部22的偏心负荷20的位置以及质量信息D。

图10用功能表示具有那样的附加的功能的本发明的另一适合的实施形态的控制装置70的结构。控制装置70，在图1的控制装置10的基本结构之外，进一步具有推定偏心负荷20的位置以及质量信息D的偏心信息推定部72。因此，给与控制装置10的结构要素对应的结构附以共同的参照符号，省略其详细的说明。

通过偏心信息推定部72进行的偏心信息推定方法和上述通过控制装置60的常数变更部62进行的常数变更方法实质上相同。亦即，例如在图5A以及图5B所示的实施例中，在不明了偏心负荷20的位置以及质量信息D的场合，通过进行在停止给进控制轴16L的状态下以一定速度使旋转控制轴18旋转的上述试验运行，在对于给进控制轴16L的控制装置70的通常的反馈回路(参照图4)中，在干扰推定部22不推定的状态下，从速度控制部40输出与干扰相当的电流指令C2。

这里，偏心信息推定部72，根据对给进控制轴16L指令的与干扰相当的电流指令C2(亦即通过指令修正部24修正前的电流指令C2)，推定偏心负荷20的位置以及质量信息D(亦即位置r以及质量m)。亦即，在旋转控制轴18以一定速度ω旋转期间作用于给进控制轴16L的干扰推力F的式、F＝-m·r·ω²·cos(θ-θ₀)中，因为在电流指令C2表示最大值C2max时cos(θ-θ₀)＝1，所以有m·r＝K·C2max/ω²(K是电动机固有的转矩常数)。因此，偏心信息推定部72能够根据电流指令C2的最大值C2max以及旋转控制轴18的角速度ω，求偏心负荷20的质量m以及位置r。另外，根据电流指令C2表示最大值C2max或者最小值0时的旋转控制轴18的旋转角度θ，也能够求给进控制轴16L离开机械坐标原点G(图5B)的角度(亦即旋转控制轴18和给进控制轴16L的相对位置关系)θ₀。这样推定的偏心负荷20的位置以及质量信息D(位置r以及质量m)以及角度θ₀，例如在控制装置70的存储部(未图示)内存储，在实际的动作控制中在干扰推定部22推定干扰推力F时使用。

偏心信息推定部72，通过进行在停止旋转控制轴18的状态下以一定加速度使给进控制轴16L进行给进动作的试验运行，也能够推定偏心负荷20的位置以及质量信息D。通过这样的试验运行，在控制装置70中，在对于旋转控制轴18的通常的反馈回路(参照图4)中，在干扰推定部22不推定干扰的状态下，速度控制部50输出与干扰相当的电流指令C2。这里，如参照图6A以及图6B说明的那样，推力u作用于旋转控制轴18的干扰转矩T，为T＝-m·r·dv/dt·sin(θ-θ₀)，所以电流指令C2表示最小值0时的旋转控制轴18的旋转角度θ，成为给进控制轴16L离开机械坐标原点G(图6)的角度θ₀。然后，偏心信息推定部72，根据在任意角度θ停止旋转控制轴18的状态下以一定加速度dv/dt使给进控制轴16L进行给进动作时观察到的电流指令C2，能够从干扰转矩T的公式求偏心负荷20的质量m以及位置r。

根据具有上述结构的控制装置70，除上述的控制装置10的特别的作用效果之外，还可以省略偏心负荷20的位置以及质量信息D的测定作业，所以能够得到简化动作控制的准备作业的优点。

从以上的说明可以理解，根据本发明，因为不需要用于检测干扰的实际状态的位置检测器，所以能够抑制机床的设备成本的上升，另外没有必要考虑位置检测器的设置场所或可靠性。而且因为是这样的结构：即干扰推定部，根据对于给进控制轴以及旋转控制轴的至少一方的指令的位置指令以及旋转控制轴承担的偏心负荷的位置以及质量信息这样的、在动作控制开始前能够取得的已知的数据来推定干扰，指令修正部，根据干扰修正直接给予各控制轴的电流指令，所以能够没有问题地适应机床中高速而且高精度的定位控制。这样，通过控制装置，能够无迟滞地确实排除机床中的给进控制轴和旋转控制轴之间的干扰，实现各控制轴的稳定的高精度的动作控制，而且能够提高工件的加工精度。

以上，与本发明的适合的实施形态关联起来对其进行了说明，但是专业人员应该理解：在不脱离后述的权利要求的范围的公开范围的情况下可以进行各种修正以及变更。

Claims (8)

1.一种控制装置(10；60；70)，其用于控制具有给进控制轴(16L；16R)和沿该给进控制轴给进的旋转控制轴(18)的机床(12；14)的该给进控制轴的给进动作以及该旋转控制轴的旋转动作，其特征在于，

具有：

根据给所述给进控制轴(16L；16R)以及所述旋转控制轴(18)的至少一方的位置指令(C1)、和所述旋转控制轴承担的偏心负荷(20)的位置以及质量信息(D)，推定在该给进控制轴和该旋转控制轴之间产生的干扰(P)的干扰推定部(22)；和

根据所述干扰推定部(22)推定出的所述干扰(P)，修正给予所述给进控制轴(16L；16R)以及所述旋转控制轴(18)的至少一方的电流指令(C2)的指令修正部(24)。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述干扰推定部(22)，比遵照所述位置指令(C1)的所述给进控制轴(16L；16R)以及所述旋转控制轴(18)的至少一方的动作控制的周期先于一个控制周期以上来推定所述干扰(P)，所述指令修正部(24)，修正该动作控制的周期中的所述电流指令(C2)。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，

进一步具有对应所述偏心负荷(20)的变更、变更用于所述干扰推定部(22)推定所述干扰(P)的运算常数的常数变更部(62)。

4.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，

进一步具有根据在所述干扰推定部(22)未推定所述干扰(P)的状态下对所述给进控制轴(16L；16R)以及所述旋转控制轴(18)的某一方指令的与干扰相当的电流指令(C2)，推定所述偏心负荷(20)的位置以及质量信息(D)的偏心信息推定部(72)，所述干扰推定部(22)，用该偏心信息推定部(72)推定的该偏心负荷(20)的位置以及质量信息(D)来推定所述干扰(P)。

5.一种控制方法，其用于控制具有给进控制轴(16L；16R)和沿该给进控制轴给进的旋转控制轴(18)的机床(12；14)的该给进控制轴的给进动作以及该旋转控制轴的旋转动作，其特征在于，

具有：

根据给所述给进控制轴(16L；16R)以及所述旋转控制轴(18)的至少一方的位置指令(C1)、和所述旋转控制轴(18)承担的偏心负荷(20)的位置以及质量信息(D)，推定在该给进控制轴和该旋转控制轴之间产生的干扰(P)的步骤；和

根据推定出的所述干扰(P)，修正给予所述给进控制轴(16L；16R)以及所述旋转控制轴(18)的至少一方的电流指令(C2)的步骤。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其中，

所述修正电流指令(C2)的步骤包含：比遵照所述位置指令(C1)的所述给进控制轴(16L；16R)以及所述旋转控制轴(18)的至少一方的动作控制的周期先于一个控制周期以上推定所述干扰(P)，并根据该干扰修正该动作控制的周期中的所述电流指令(C2)的步骤。

7.根据权利要求5或6所述的控制方法，其中，

所述推定干扰(P)的步骤包含：对应所述偏心负荷(20)的变更、变更用于推定该干扰(P)的运算常数的步骤。

8.根据权利要求5或6所述的控制方法，其中，

进一步具有根据在未推定所述干扰(P)的状态下对所述给进控制轴(16L；16R)以及所述旋转控制轴(18)的某一方指令的与干扰相当的电流指令(C2)，推定所述偏心负荷(20)的位置以及质量信息(D)的步骤，推定所述干扰的步骤使用该推定的该偏心负荷(20)的位置以及质量信息(D)来推定所述干扰(P)。

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