CN103970070B - 数控装置和失动补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能高精度地补偿失动的数控装置和失动补偿方法。在工作台的移动方向反转后会产生失动。失动是由工作台机构的弹性变形引起的，出现该弹性变形的主要原因混杂。数控装置假定两个失动并使用两个近似式。两个近似式依据的是各个失动的各个补偿量、各个补偿量相对于工作台变位量的斜率、工作台的移动方向反转时上次的最终补偿量P_bm和上次的变位量x_bm，且使用tanh函数。因此，数控装置能高精度地对工作台移动方向反转后产生的失动进行补偿。

Description

数控装置和失动补偿方法

技术领域

本发明涉及数控装置和失动(lost motion)补偿方法。

背景技术

图1所示的工作台机构20是机床的一部分。工作台机构20将工作台3支撑成能在X轴方向和Y轴方向上移动。数控装置对工作台机构20的动作进行控制。工作台3的移动方向反转时，工作台机构20产生失动。失动是因机构的弹性变形而引起的延迟，是工件的加工精度下降的原因。因此，数控装置需要对失动进行补偿。现有的数控装置大多通过半闭环控制，在移动方向反转时预先在位置指令上叠加相当于失动的量。半闭环控制是通过编码器的反馈来对驱动轴的位置进行控制的控制方法。

在图1上部的由近似的圆包围的部分示出了测定图，该测定图是利用网格编码器(二维坐标测定器)对使工具在XY平面内以100mm/min沿半径为10mm的圆弧移动时的工具端部位置进行测定而得到的。失动并非在移动方向反转的瞬间达到最大值，而是在反转之后延迟达到最大值。在工具处于0°、90°、180°、270°的位置，平缓地产生失动(参照图1中的Q1～Q4部分)。因此，工作台3会越过目标位置，导致加工精度变差。

现有公报公开了这样的方法：使用将输入设为离开反转位置的距离并将输出设为补偿量的函数，来逼近反转后的失动的前沿。日本专利特许公开1996年152910号公报(现有公报1)公开了根据反转后的距离来改变线性近似式的斜率的方法。日本专利特许公开1998年154007号公报(现有公报2)公开了使用指数函数来逼近前沿形状的方法。

现有公报1由于是将线性近似式加以组合的方式，因此存在无法平滑地逼近前沿形状的问题。现有公报2由于使用指数函数，因此能平滑地逼近前沿形状，但存在随着反转后距离的变长，偏离幅度变大而无法逼近的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能高精度地对移动体的移动方向反转后产生的失动进行补偿的数控装置和失动补偿方法。

技术方案1的数控装置包括：控制部，该控制部对于具有滚珠丝杠轴、与该滚珠丝杠轴螺合的滚珠螺母和固定于该滚珠螺母的移动体的移动机构，生成指定所述移动体的位置的位置指令；电动机控制部，该电动机控制部根据所述控制部生成的位置指令，对驱动所述滚珠丝杠轴旋转的电动机进行控制；运算部，该运算部对在所述移动体的移动方向反转后因所述移动机构的弹性变形而产生的失动进行补偿的补偿量进行运算；以及修正部，该修正部在所述位置指令上叠加所述运算部运算出的补偿量来修正位置指令，其特征在于，包括：实际位置推断部，该实际位置推断部推断出与所述位置指令相对应的所述移动体实际的位置即实际位置；以及计算部，该计算部将所述实际位置推断部推断出的实际位置作为所述移动体的移动方向反转后的变位量加以计算出，所述运算部使用多个近似式来运算补偿量，其中，所述多个近似式将所述计算部计算出的变位量作为变量，且所述多个近似式依据的是：为了对所述移动体的移动方向反转后到下次反转为止产生的多个失动分别进行补偿而设定的多个补偿量；所述多个补偿量相对于变位量的各个斜率；所述移动体的移动方向反转时由所述运算部运算出的上次的最终补偿量；以及所述移动体的移动方向反转时所述移动体的上次的变位量。数控装置使用多个近似式来对移动体的移动方向反转后平缓产生的失动进行补偿。因此，数控装置能高精度地补偿失动。

技术方案2的数控装置是在技术方案1所述发明的结构的基础上，其特征在于，所述多个近似式包含使用tanh函数的近似式。数控装置通过使用利用了tanh函数的近似式，能以更高的精度对移动体的移动方向反转后平缓产生的失动进行补偿。

技术方案3的数控装置是在技术方案2所述发明的结构的基础上，其特征在于，所述移动体能朝着负方向和正方向往复移动，所述运算部包括作为第一近似式的P₁和作为第二近似式的P₂，还有，将所述计算部所计算的所述变位量设为x’_t，将对从所述移动体的移动方向反转时起产生的第一失动进行补偿的第一补偿量设为P_c1，将对从作为所述变位量的x’_t达到规定量b₂时起产生的第二失动进行补偿的第二补偿量设为P_c2，将作为所述第一补偿量的P_c1相对于x’_t的斜率的前沿系数设为a₁，将作为所述第二补偿量的P_c2相对于x’_t的斜率的前沿系数设为a₂，将所述上次的最终补偿量设为P_bm，将所述上次的变位量设为x_bm，并设若b₂＝0，则x’_t＝x’，若b₂＞x_bm，则x’_t＝x’(b₂/x_bm)，若b₂≤x_bm，则x’_t＝x’，在此基础上，在所述移动体的移动方向从负方向朝正方向反转时，若｜P_bm｜＜P_c2时，则根据P₁＝P_c1＋P_c2－｜P_bm｜、P₂＝｜P_bm｜tanh(x’_t/a₂)，将用P₁计算出的值和用P₂计算出的值相加而得到的值作为所述补偿量加以运算。因此，在移动体的移动方向从负方向朝正方向反转时，在｜P_bm｜＜P_c2的情况下，数控装置能高精度地运算出失动。

技术方案4的数控装置是在技术方案3所述发明的结构的基础上，其特征在于，在所述移动体的移动方向从负方向朝正方向反转时，若｜P_bm｜＞P_c2，则所述运算部在x’_t超过b₂之前，将用P₁＝(｜P_bm｜－P_c2)tanh(x’_t/a₁)计算出的值作为所述补偿量，在x’_t超过b₂时，将在用P₁计算出的值上叠加用P₂＝P_c2tanh｛(x’_t－b₂)/a₂｝计算出的值而得到的值作为所述补偿量加以运算出。因此，在移动体的移动方向从负方向朝正方向反转时，在｜P_bm｜＞P_c2的情况下，数控装置能高精度地运算出失动。

技术方案5的数控装置是在技术方案3或4所述发明的结构的基础上，其特征在于，在所述移动体的移动方向从正方向朝负方向反转时，若｜P_bm｜＞P_c2，则所述运算部在x’_t超过b₂之前，将用P₁＝－(｜P_bm｜－P_c2)tanh(x’_t/a₁)计算出的值作为所述补偿量，在x’_t超过b₂时，将在用P₁计算出的值上叠加用P₂＝－P_c2tanh｛(x’_t－b₂)/a₂｝计算出的值而得到的值作为所述补偿量加以运算出。因此，在移动体的移动方向从正方向朝负方向反转时，在｜P_bm｜＞P_c2的情况下，数控装置能高精度地运算出失动。

技术方案6的数控装置是在技术方案5所述发明的结构的基础上，其特征在于，在所述移动体的移动方向从正方向朝负方向反转时，若｜P_bm｜＜P_c2，则所述运算部根据P₁＝－P_c1－P_c2＋｜P_bm｜、P₂＝－｜P_bm｜tanh(x’_t/a₂)，将在用P₂计算出的值上叠加用P₁计算出的值而得到的值作为所述补偿量加以运算出。因此，在移动体的移动方向从正方向朝负方向反转时，在｜P_bm｜＜P_c2的情况下，数控装置能高精度地运算出失动。

技术方案7的失动补偿方法包括：控制工序，在该控制工序中，对具有滚珠丝杠轴、与该滚珠丝杠轴螺合的滚珠螺母和固定于该滚珠螺母的移动体的移动机构，生成指定所述移动体的位置的位置指令；电动机控制工序，在该电动机控制工序中，根据在所述控制工序中生成的位置指令，对驱动所述滚珠丝杠轴旋转的电动机进行控制；运算工序，在该运算工序中，对在所述移动体的移动方向反转后因所述移动机构的弹性变形而产生的失动进行补偿的补偿量进行运算；以及修正工序，在该修正工序中，在所述位置指令上叠加在所述运算工序中运算出的补偿量来修正位置指令，其特征在于，包括：实际位置推断工序，在该实际位置推断工序中，推断出与所述位置指令相对应的所述移动体实际的位置即实际位置；以及计算工序，在该计算工序中，将在所述实际位置推断工序中推断出的所述实际位置作为在所述移动体的移动方向反转后的变位量加以计算出，在所述运算工序中，使用多个近似式来运算出所述补偿量，其中，所述多个近似式将在所述计算工序中计算出的变位量作为变量，且所述多个近似式依据的是：为了对从所述移动体的移动方向反转后到下次反转为止产生的多个失动分别进行补偿而设定的多个补偿量；所述多个补偿量相对于变位量的各个斜率；所述移动体的移动方向反转时由所述运算工序运算出的上次的最终补偿量；以及所述移动体的移动方向反转时所述移动体的上次的变位量。数控装置通过进行上述方法，使用多个近似式对移动体的移动方向反转后平缓产生的失动进行补偿。因此，数控装置能高精度地补偿失动。

附图说明

图1是工作台机构20的立体图。

图2是表示数控装置1的电气结构的图。

图3是补偿器13的框图。

图4是表示失动的形状和补偿量P_c1、P_c2的图。

图5是说明情形1的补偿量的图。

图6是说明情形2的补偿量的图。

图7是说明情形3的补偿量的图。

图8是说明情形4的补偿量的图。

图9是说明情形5的补偿量的图。

图10是说明情形6的补偿量的图。

图11是说明情形7的补偿量的图。

图12是说明情形8的补偿量的图。

图13是表示试验1的结果的图。

图14是表示试验2的结果的图。

图15是表示试验3的结果的图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的一实施方式。在以下说明中，使用图中箭头所示的上下、左右、前后。工作台机构20的左右方向、前后方向、上下方向分别为X轴方向、Y轴方向、Z轴方向。

图1所示的工作台机构20将工作台3支撑成能在X轴方向和Y轴方向上移动。机床的主轴(未图示)能在Z轴方向上升降。数控装置1根据数控程序所指定的路径来控制主轴和工作台机构20的动作，并对用夹具(未图示)固定在工作台3上的工件(未图示)进行切削加工。

下面参照图1来说明工作台机构20的结构。工作台机构20包括基座2、中间工作台50、工作台3。在基座2的上表面以能在Y轴方向上移动的方式支撑中间工作台50。在中间工作台50的上表面以能在X轴方向上移动的方式支撑工作台3。因此，工作台3能以基座2为基准在X轴方向和Y轴方向上移动。工作台机构20在基座2上表面包括一对直线引导件6A、滚珠丝杠轴4A、电动机2A等。直线引导件6A在Y轴方向上延伸。直线引导件6A在Y轴方向上引导中间工作台50。滚珠丝杠轴4A以与Y轴方向平行的方式设置在一对直线引导件6A之间。在中间工作台50的下表面固定有第一滚珠螺母(未图示)。滚珠丝杠轴4A插入第一滚珠螺母。电动机2A带动滚珠丝杠轴4A旋转。滚珠丝杠轴4A旋转时，中间工作台50通过第一滚珠螺母而在Y轴方向上移动。中间工作台50呈X轴方向较长的矩形的板状。在中间工作台50的上表面包括一对直线引导件6B、滚珠丝杠轴4B、电动机2B等。直线引导件6B在X轴方向上延伸。直线引导件6B在X轴方向上引导工作台3。滚珠丝杠轴4B以与X轴方向平行的方式设置在一对直线引导件6B之间。在工作台3的下表面固定有第二滚珠螺母(未图示)。滚珠丝杠轴4B插入第二滚珠螺母。电动机2B带动滚珠丝杠轴4B旋转。滚珠丝杠轴4B旋转时，工作台3通过第二滚珠螺母而在X轴方向上移动。因此，工作台机构20能在X轴方向和Y轴方向上移动工作台3。数控装置1与电动机2A、2B分别连接。数控装置1驱动电动机2A、2B，从而在X轴方向和Y轴方向上移动工作台3。滚珠丝杠轴4A、4B、第一滚珠螺母、第二滚珠螺母将电动机2A、2B的旋转运动变换成工作台3在两个轴方向上的直线前进运动。数控装置1控制电动机2A、2B，以对工作台3的位置、速度、加速度进行控制。在电动机2A、2B上分别安装有旋转编码器60(下面称为编码器60)。编码器60检测电动机2A、2B的各个位置(旋转角)。数控装置1根据电动机2A、2B的各个位置、滚珠丝杠轴4A、4B的螺距(螺纹牙的间隔)来计算工作台3的位置。

下面参照图2来说明数控装置1的结构。数控装置1包括上位控制部10、位置控制器11、速度控制器12、补偿器13、电流控制放大器15、微分器16、加法器17等。上位控制部10根据数控程序，将位置指令信号输出至位置控制器11。各个编码器60将电动机2A、2B的位置检测信号输出至位置控制器11。位置控制器11以使位置指令信号与位置检测信号相一致的方式生成速度指令信号，并将其输出至速度控制器12。微分器16将位置检测信号变换成速度检测信号，并将其输出至速度控制器12。速度控制器12以使速度指令信号与速度检测信号相一致的方式生成转矩指令信号，并将其输出至电流控制放大器15。补偿器13根据来自上位控制部10的位置指令信号生成失动补偿信号。加法器17在上位控制部10输出至位置控制器11的位置指令信号上叠加失动补偿信号。因此，位置控制器11以使经失动补偿后的位置指令信号与位置检测信号相一致的方式生成转矩指令信号。速度控制器12生成经失动补偿后的转矩指令信号。电流控制放大器15对电动机2A、2B的电流进行控制，以产生尽可能忠实于转矩指令信号的转矩。

下面参照图3来说明补偿器13的结构。补偿器13包括实际位置推断部21、微分器22、符号反转检测部23、积分器24、第一补偿部26、第二补偿部27、加法器29。第一补偿部26、第二补偿部27进一步内置有绝对值计算部(未图示)和极性计算部(未图示)。绝对值计算部求取所输入信号的绝对值。极性计算部求取对所输入信号进行时间微分后得到的信号的极性。上位控制部10将位置指令信号输入至实际位置推断部21。实际位置推断部21使用进行工作台3的进给运动的伺服控制系统模型。实际位置推断部21推断与位置指令信号相对应的工作台3的实际位置，从而生成实际位置信号。实际位置推断部21例如可由一阶滞后元件等构成。微分器22与实际位置推断部21连接。微分器22对实际位置信号进行微分，从而输出速度信号。符号反转检测部23及积分器24与微分器22连接。符号反转检测部23检测速度信号的符号反转。符号反转检测部23输出复位信号。积分器24对速度信号进行积分，从而使实际位置信号复原。积分器24根据符号反转检测部23所输出的每个复位信号，将积分值复位至零。积分器24生成来自工作台3移动方向发生反转的位置的变位信号。第一补偿部26及第二补偿部27与积分器24连接。第一补偿部26使用变位信号和后述的第一近似式来求取补偿量A。第二补偿部27使用变位信号和后述的第二近似式来求取补偿量B。在本实施方式中，将第一近似式设为P₁，将第二近似式设为P₂。加法器29与第一补偿部26及第二补偿部27分别连接。加法器29将补偿量A和补偿量B相加而生成失动补偿信号，然后将其输出至加法器17(参照图2)。加法器17在位置指令信号上叠加失动补偿信号。因此，位置控制器11能接收经失动补偿后的位置指令信号。

下面参照图4来说明失动的形状。图4是表示工作台3从A地点朝＋(正)方向移动，经过B地点而移动至C地点为止的失动补偿量(下面称为补偿量)的变化的曲线图。电源接通后，工作台3的移动方向并不明确。因此，在本实施方式中，将工作台3的一个移动方向设为＋方向，将另一个移动方向设为－(负)方向。A地点是移动方向通过上次的移动而从－方向反转成＋方向的地点。C地点是补偿量达到最大值的地点。

在本实施方式中，假定工作台3移动方向反转后所产生的失动由至少两个成分合成产生。一个成分是工作台3的移动方向刚刚反转之后增加的第一失动。另一个成分是在工作台3的移动方向反转后延迟规定量(后述的b₂)，从b2的地点起增加的第二失动。因此，从A地点到C地点为止的补偿量错开规定量地分两个阶段增加。第一段是从A地点到B地点为止，第二段是从B地点到C地点为止。在本实施方式中，将第一失动的补偿量设为第一补偿量，将第二失动的补偿量设为第二补偿量。

下面说明补偿量的计算方法。如上所述，补偿量是将用P₁和P₂计算出的补偿量A和补偿量B相加而得到的值。P₁是第一近似式，P₂是第二近似式。在P₁和P₂中使用的各种参数如下。

·P_c1＝第一补偿量(mm)

·P_c2＝第二补偿量(mm)

·a₁＝第一失动的前沿系数

·a₂＝第二失动的前沿系数

·b₂＝第二失动开始的延迟位置(mm)

·x’＝从移动方向的反转位置起的变位(mm)

·x’_t＝根据b₂的大小而变化的参数

·P_bm＝上次(反转前)的最终补偿量(mm)

·x_bm＝上次(反转前)的变位量(mm)

另外，x’是正值。在各种参数中，P_c1、P_c2、a₁、a₂、b₂通过后述试验2的方法而预先确定。

x’_t根据b₂的大小如下变化。

若b₂＝0，则x’_t＝x’

若b₂＞x_bm，则x’_t＝x’(b₂/x_bm)

若b₂≤x_bm，则x’_t＝x’

如图4所示，从A地点到B地点为止的变位量为b₂。从A地点到B地点为止的第一段的补偿量为P_c1。从B地点到C地点为止的第二段的补偿量为P_c2。

P₁和P₂因工作台3移动方向反转位置处的上次的最终补偿量P_bm、上次的变位量x_bm而各不相同。下面，按照各个情形来依次进行说明。

[情形1：从－方向朝＋方向反转，｜P_bm｜＜P_c2，b₂＞x_bm]

如图5所示，在情形1中，工作台3从C地点到D地点朝－方向移动后，在D地点处反转而朝＋方向移动。上次的移动是从C地点到D地点为止的移动。P_bm是在上次的D地点处的补偿量。x_bm是从C地点到D地点为止的变位量。在情形1中，｜P_bm｜＜P_c2。还有，由于从C地点到D地点为止的变位量较小，因此b₂＞x_bm。在情形1中使用的P₁和P₂如下。

·P₁＝P_c1＋P_c2－｜P_bm｜

·P₂＝｜P_bm｜tanh(x’_t/a₂)

补偿量是将用P₁计算出的补偿量A和用P₂计算出的补偿量B相加而得到的值。另外，由于b₂＞x_bm，因此x’_t＝x’(b₂/x_bm)。

[情形2：从－方向朝＋方向反转，｜P_bm｜＞P_c2，b₂＜x_bm]

如图6所示，在情形2中，工作台3从C地点经过D地点到E地点为止朝－方向移动，然后在E地点处反转而朝＋方向移动。上次的移动是从C地点到E地点为止的移动。P_bm是在上次的E地点处的补偿量。x_bm是从C地点到E地点为止的变位量。在情形2中，｜P_bm｜＞P_c2。还有，由于从C地点到E地点为止的变位量较大，因此b₂＜x_bm。在情形2中使用的P₁和P₂如下。

·P₁＝(｜P_bm｜－P_c2)tanh(x’_t/a₁)

·P₂＝P_c2tanh｛(x’_t－b₂)/a₂｝

其中，在x’_t超过b₂之前，补偿量是用P₁计算出的补偿量A。在x’_t超过b₂时，补偿量是将用P₁计算出的补偿量A和用P₂计算出的补偿量B相加而得到的值。另外，由于b₂＜x_bm，因此x’_t＝x’。

[情形3：从－方向朝＋方向反转，｜P_bm｜＞P_c2，b₂＞x_bm，上次反转位置的｜P_bm｜＜P_c1]

如图7所示，在情形3中，工作台3从A地点到B地点为止朝＋方向移动，从B地点起补偿量减小，在补偿量变为0之前于C地点处反转而朝＋方向移动。B地点是上次反转位置，C地点是本次反转位置。P_bm是在上次的C地点处的补偿量。x_bm是从B地点到C地点为止的变位量。在情形3中也与情形2一样，｜P_bm｜＞P_c2。由于从B地点到C地点为止的变位量较小，因此b₂＞x_bm。在情形3中使用的P₁及P₂与情形2相同，如下所示。

·P₁＝(｜P_bm｜－P_c2)tanh(x’_t/a₁)

·P₂＝P_c2tanh｛(x’_t－b₂)/a₂｝

其中，在x’_t超过b₂之前，补偿量是用P₁计算出的补偿量A。在x’_t超过b₂时，补偿量是将用P₁计算出的补偿量A和用P₂计算出的补偿量B相加而得到的值。

在情形3中，上次反转位置即B地点的｜P_bm｜小于P_c1。x_bm一般定义为从上次反转位置到本次反转位置为止的变位量。但是，在情形3中，上次反转位置的｜P_bm｜小于P_c1，因此用x_bm’来代替x_bm。x_bm’是从本次反转位置即C地点到本次移动时的b₂位置即D地点为止的变位量。因此，x’_t＝x’(b₂/x_bm’)。

[情形4：从＋方向朝－方向反转，｜P_bm｜＜P_c2，b₂＞x_bm]

如图8所示，在情形4中，工作台3在从C地点经过D地点朝－方向移动后，在E地点处反转而朝＋方向移动，并在D地点近前的F地点处进一步反转而朝－方向移动。D地点是在上上次的移动中第二补偿量开始的地点。情形4是从＋方向朝－方向的移动。补偿量的0基准与情形1～3相反。即，从－方向朝＋方向的移动中补偿量最大的地点在从＋方向朝－方向的移动中成为0基准。上次的移动是从E地点到F地点为止的移动。P_bm是在上次的F地点处的补偿量。x_bm是从E地点到F地点为止的变位量。在情形4中，｜P_bm｜＜P_c2。由于从E地点到F地点为止的变位量较小，因此b₂＞x_bm。在情形4中使用的P₁和P₂如下。

·P₁＝－P_c1－P_c2＋｜P_bm｜

·P₂＝－｜P_bm｜tanh(x’_t/a₂)

补偿量是将用P₁计算出的补偿量A和用P₂计算出的补偿量B相加而得到的值。另外，由于b₂＞x_bm，因此x’_t＝x’(b₂/x_bm)。

[情形5：从＋方向朝－方向反转，｜P_bm｜＞P_c2，b₂＞x_bm]

如图9所示，在情形5中，工作台3在从C地点经过D地点朝－方向移动后，在E地点处反转而朝＋方向移动，经过D地点，并在F地点处进一步反转而朝－方向移动。P_bm是在上次的F地点处的补偿量。x_bm是从E地点到F地点为止的变位量。在情形5中，｜P_bm｜＞P_c2。由于从E地点到F地点为止的变位量较小，因此b₂＞x_bm。在情形5中使用的P₁和P₂如下。

·P₁＝－(｜P_bm｜－P_c2)tanh(x’_t/a₁)

·P₂＝－P_c2tanh｛(x’_t－b₂)/a₂｝

其中，在x’_t超过b₂之前，补偿量是用P₁计算出的补偿量A。在x’_t超过b₂时，补偿量是将用P₁计算出的补偿量A和用P₂计算出的补偿量B相加而得到的值。另外，由于b₂＞x_bm，因此x’_t＝x’(b₂/x_bm)。

[情形6：从＋方向朝－方向反转，｜P_bm｜＞P_c2，b₂＞x_bmm，上次反转位置的｜P_bm｜＜P_c1]

如图10所示，在情形6中，工作台3从C地点到D地点为止朝－方向移动，从D地点起朝＋方向移动，并在补偿量达到Pc1＋Pc2之前的E地点处反转而朝－方向移动。D地点是上次反转位置，E地点是本次反转位置。P_bm是在上次的E地点处的补偿量。x_bm是从D地点到E地点为止的变位量。在情形6中，也是｜P_bm｜＞P_c2。由于从D地点到E地点为止的变位量较小，因此b₂＞x_bm。在情形6中使用的P₁和P₂如下。

·P₁＝－(｜P_bm｜－P_c2)tanh(x’_t/a₁)

·P₂＝－P_c2tanh｛(x’_t－b₂)/a₂｝

其中，在x’_t超过b₂之前，补偿量是用P₁计算出的补偿量A。在x’_t超过b₂时，补偿量是将用P₁计算出的补偿量A和用P₂计算出的补偿量B相加而得到的值。

在情形6中，上次反转位置即D地点的｜P_bm｜小于P_c1。在情形6中，上次反转位置的｜P_bm｜小于P_c1，因此用x_bm’来代替x_bm。x_bm’是从本次反转位置即E地点到本次移动时的b₂位置即F地点为止的变位量。因此，x’_t＝x’(b₂/x_bm’)。

[情形7：b₂＝0，从－方向朝＋方向反转，｜P_bm｜＜P_c2]

如图11所示，b₂＝0时，与图4不同，补偿量的曲线是一段。即，第二失动的开始位置与第一失动的开始位置相同。在情形7中，工作台3在从B地点到C地点朝－方向移动后，在C地点处反转而朝＋方向移动。上次的移动是从B地点到C地点为止的移动。P_bm是在上次的C地点处的补偿量。x_bm是从B地点到C地点为止的变位量。在情形7中，｜P_bm｜＜P_c2。在情形8中使用的P₁及P₂与情形1相同。由于b₂＝0，因此b₂＜xbm。因此，x’_t＝x’。

[情形8：b₂＝0，从－方向朝＋方向反转，｜P_bm｜＞P_c2]

如图12所示，b₂＝0时，补偿量的曲线是一段。在情形8中，工作台3在从B地点到C地点朝－方向移动后，在C地点处反转而朝＋方向移动。上次的移动是从B地点到C地点为止的移动。P_bm是在上次的C地点处的补偿量。x_bm是从B地点到C地点为止的变位量。在情形8中，｜P_bm｜＞P_c2。在情形8中使用的P₁及P₂与情形2相同。由于b₂＝0，因此b₂＜xbm。因此，x’_t＝x’。

[情形9：b₂＝0，从＋方向朝－方向反转，｜P_bm｜＜P_c2]

虽未图示，但在情形9中使用的P₁及P₂与情形4相同。由于b₂＝0，因此b₂＜xbm。因此，x’_t＝x’。

[情形10：b₂＝0，从＋方向朝－方向反转，｜P_bm｜＞P_c2]

虽未图示，但在情形10中使用的P₁及P₂与情形5相同。由于b₂＝0，因此b₂＜xbm。因此，x’_t＝x’。

为确认本实施方式的效果，实施了试验。如上所述，数控装置1使用两个tanh函数来逼近工作台3移动方向反转后产生的失动，从而进行补偿。对使用一个tanh函数逼近的情况和使用两个tanh函数逼近的情况进行了比较。

下面说明试验方法。利用激光变位计，对工作台3在Y轴上以2mm/min朝＋方向移动2mm后连续地以2mm/min朝－方向反转移动时的工具端部的位置进行测定。测定间隔为100msec。由于是低速移动，因此目标位置与来自电动机2B(2A)的反馈位置大体一致。因此，将目标位置与由激光变位计测得的测定位置之差视作失动。无论是往路还是返路，均包含失动，但本试验将往路作为基准(无误差)，并将返路的与基准之差作为失动形状来进行测绘(plot)。

试验1使用一个tanh函数来逼近失动的前沿形状。逼近方式是最小二乘法。如图13所示，在使用一个tanh函数进行逼近时，无法根据实际的误差使补偿量很好地拟合，局部会产生偏离。在本实施方式中，根据用一个tanh函数进行逼近而得到的补偿量曲线来求取P_c1、a₁、P_c2、a₂、b₂。各种参数如下。

·P_c1＝0.0025mm，a₁＝0.1030，P_c2＝0mm，a₂＝0，b₂＝0mm

试验2使用两个tanh函数，与试验1同样地使用最小二乘法来逼近失动的前沿形状。如图14所示，在使用两个tanh函数进行逼近时，能根据实际的误差使补偿量很好地拟合。在本实施方式中，根据用两个tanh函数进行逼近而得到的补偿量曲线来求取P_c1、a₁、P_c2、a₂、b₂。各种参数如下。

·P_c1＝0.0008mm，a₁＝0.0137，P_c2＝0.0017mm，a₂＝0.1545，b₂＝0mm

在本实施方式中，使用试验2的逼近方法来预先确定P₁、P₂中使用的各种参数。在本实施方式中，通过在上述P₁、P₂中设定所确定的各种参数，能高精度地对工作台3反转后产生的失动进行补偿。还有，在本实施方式中，只需设定较少的参数，就能对失动进行有效的补偿。因此，本实施方式能通过制造工序使机床以最佳的参数出厂。

试验3使用在试验2中确定的各种参数，利用上述P₁、P₂来进行失动补偿。在试验3中，利用网格编码器对使工具在XY平面内以100mm/min沿半径10mm的圆弧移动时的工具端部位置进行测定，将与指令圆之间的误差放大，并对有补偿的情况和无补偿的情况进行比较。如图15所示，无补偿时，在0°、90°、180°、270°的旋转角度处，因失动而产生偏离。有补偿时，与无补偿相比较，因失动而引起的偏离可靠地变小了。因此，证实了如下内容：本实施方式的数控装置1能将工作台3准确地移动至目标位置，因而能高精度地提高工件的加工精度。

在上述说明中，工作台3相当于本发明的移动体。工作台机构20相当于本发明的移动机构。上位控制部10相当于本发明的控制部。位置控制器11、速度控制器12、电流控制放大器15、微分器16相当于本发明的电动机控制部。补偿器13相当于本发明的运算部。加法器17相当于本发明的相加部。实际位置推断部21相当于本发明的实际位置推断部。微分器22、符号反转检测部23、积分器24相当于本发明的计算部。

如以上所说明的那样，本实施方式的数控装置1对工作台3的移动方向反转后产生的失动进行补偿。失动是因工作台机构20的弹性变形而产生的，但多个失动合成产生的情况较多。数控装置1使用多个近似式。近似式依据的是与多个失动分别对应的多个补偿量、多个补偿量各自的斜率、上次的最终补偿量、上次的变位量。因此，数控装置1能高精度地对工作台3的移动方向反转后平缓产生的失动进行补偿。因此，工作台3能准确地移动至目标位置，工件的加工精度可靠地提高了。

本实施方式的多个近似式包含使用tanh函数的近似式，因此能以更高的精度对平缓产生的失动进行补偿。

本实施方式通过情形1～6(参照图5～图10)先说明了对b₂进行了设定的情况，但也可如后面说明的情形7～10那样，将b₂设定成0。因此，本发明也能应用于多个失动同时开始的情况，因而能在大范围内应用。

本发明并不局限于上述实施方式，能进行各种变更。例如，补偿失动时，tanh函数可以是一个，但较为理想的是如本实施方式那样为两个以上。上述实施方式包括第一补偿部26和第二补偿部27，但也可包括三个以上的补偿部。

在本实施方式中，作为一例，对将工作台3支撑成能在X轴方向和Y轴方向上移动且将主轴支撑成能相对于工作台3在Z轴方向上移动的机床进行了说明，但也可以是将工作台3固定而使主轴相对于工作台3在X轴方向和Y轴方向上移动的机床。机床只要能使安装于主轴的工具和工作台作相对移动即可。

Claims (5)

1.一种数控装置，包括：控制部，该控制部对于具有滚珠丝杠轴、与该滚珠丝杠轴螺合的滚珠螺母和固定于该滚珠螺母的移动体的移动机构，生成指定所述移动体的位置的位置指令；电动机控制部，该电动机控制部根据所述控制部生成的位置指令，对驱动所述滚珠丝杠轴旋转的电动机进行控制；运算部，该运算部对在所述移动体的移动方向反转后因所述移动机构的弹性变形而产生的失动进行补偿的补偿量进行运算；以及修正部，该修正部在所述位置指令上叠加所述运算部运算出的补偿量来修正位置指令，

其特征在于，包括：

实际位置推断部，该实际位置推断部推断出与所述位置指令相对应的所述移动体实际的位置即实际位置；以及

计算部，该计算部将所述实际位置推断部推断出的实际位置作为所述移动体的移动方向反转后的变位量加以计算出，

所述运算部使用多个近似式来运算补偿量，其中，所述多个近似式将所述计算部计算出的变位量作为变量，且所述多个近似式依据的是：为了对从所述移动体的移动方向反转后到下次反转为止产生的多个失动分别进行补偿而与所述多个失动分别对应设定的多个补偿量；所述多个补偿量相对于变位量的各个斜率；所述移动体的移动方向反转时由所述运算部运算出的上次的最终补偿量；以及所述移动体的移动方向反转时所述移动体的上次的变位量，

所述多个近似式包含使用tanh函数的近似式，

所述移动体能朝着负方向和正方向往复移动，

所述运算部包括作为第一近似式的P₁和作为第二近似式的P₂，

将所述计算部所计算的所述变位量设为x’_t，将对从所述移动体的移动方向反转时起产生的第一失动进行补偿的第一补偿量设为P_c1，将对从作为所述变位量的x’_t达到规定量b₂时起产生的第二失动进行补偿的第二补偿量设为P_c2，将作为所述第一补偿量的P_c1相对于x’_t的斜率的前沿系数设为a₁，将作为所述第二补偿量的P_c2相对于x’_t的斜率的前沿系数设为a₂，将所述上次的最终补偿量设为P_bm，将所述上次的变位量设为x_bm，并设若b₂＝0，则x’_t＝x’，若b₂＞x_bm，则x’_t＝x’(b₂/x_bm)，若b₂≤x_bm，则x’_t＝x’，在此基础上，在所述移动体的移动方向从负方向朝正方向反转时，在|P_bm|＜P_c2的情况下，根据P₁＝P_c1+P_c2－|P_bm|、P₂＝|P_bm|tanh(x’_t/a₂)，将用P₁计算出的值和用P₂计算出的值相加而得到的值作为所述补偿量加以运算出。

2.如权利要求1所述的数控装置，其特征在于，

在所述移动体的移动方向从负方向朝正方向反转时，若|P_bm|＞P_c2，则所述运算部在x’_t超过b₂之前，将用P₁＝(|P_bm|－P_c2)tanh(x’_t/a₁)计算出的值作为所述补偿量，在x’_t超过b₂时，将在用P₁计算出的值上叠加用P₂＝P_c2tanh{(x’_t－b₂)/a₂}计算出的值而得到的值作为所述补偿量加以运算出。

3.如权利要求1或2所述的数控装置，其特征在于，

在所述移动体的移动方向从正方向朝负方向反转时，若|P_bm|＞P_c2，则所述运算部在x’_t超过b₂之前，将用P₁＝－(|P_bm|－P_c2)tanh(x’_t/a₁)计算出的值作为所述补偿量，在x’_t超过b₂时，将在用P₁计算出的值上叠加用P₂＝－P_c2tanh{(x’_t－b₂)/a₂}计算出的值而得到的值作为所述补偿量加以运算出。

4.如权利要求3所述的数控装置，其特征在于，

在所述移动体的移动方向从正方向朝负方向反转时，若|P_bm|＜P_c2，则所述运算部根据P₁＝－P_c1－P_c2+|P_bm|、P₂＝－|P_bm|tanh(x’_t/a₂)，将用P₁计算出的值加上用P₂计算出的值而得到的值作为所述补偿量加以运算出。

5.一种失动补偿方法，包括：控制工序，在该控制工序中，对使滚珠丝杠轴、与该滚珠丝杠轴螺合的滚珠螺母和固定于该滚珠螺母的移动体移动的移动机构，生成指定所述移动体的位置的位置指令；电动机控制工序，在该电动机控制工序中，根据在所述控制工序中生成的位置指令，对驱动所述滚珠丝杠轴旋转的电动机进行控制；运算工序，在该运算工序中，对在所述移动体的移动方向反转后因所述移动机构的弹性变形而产生的失动进行补偿的补偿量进行运算；以及修正工序，在该修正工序中，在所述位置指令上叠加在所述运算工序中运算出的补偿量来修正位置指令，

其特征在于，包括：

实际位置推断工序，在该实际位置推断工序中，推断与所述位置指令相对应的所述移动体实际的位置即实际位置；以及

计算工序，在该计算工序中，将在所述实际位置推断工序中推断出的实际位置作为在所述移动体的移动方向反转后的变位量加以计算出，

在所述运算工序中，使用多个近似式来运算补偿量，其中，所述多个近似式将所述计算工序所计算的变位量作为变量，且所述多个近似式依据的是：为了对从所述移动体的移动方向反转后到下次反转为止产生的多个失动分别进行补偿而与所述多个失动分别对应设定的多个补偿量；所述多个补偿量相对于变位量的各个斜率；所述移动体的移动方向反转时由所述运算工序运算出的上次的最终补偿量；以及所述移动体的移动方向反转时所述移动体的上次的变位量，

所述多个近似式包含使用tanh函数的近似式，

所述移动体能朝着负方向和正方向往复移动，

在所述运算工序中使用作为第一近似式的P₁和作为第二近似式的P₂，

将所述计算工序所计算的所述变位量设为x’_t，将对从所述移动体的移动方向反转时起产生的第一失动进行补偿的第一补偿量设为P_c1，将对从作为所述变位量的x’_t达到规定量b₂时起产生的第二失动进行补偿的第二补偿量设为P_c2，将作为所述第一补偿量的P_c1相对于x’_t的斜率的前沿系数设为a₁，将作为所述第二补偿量的P_c2相对于x’_t的斜率的前沿系数设为a₂，将所述上次的最终补偿量设为P_bm，将所述上次的变位量设为x_bm，并设若b₂＝0，则x’_t＝x’，若b₂＞x_bm，则x’_t＝x’(b₂/x_bm)，若b₂≤x_bm，则x’_t＝x’，在此基础上，在所述移动体的移动方向从负方向朝正方向反转时，在|P_bm|＜P_c2的情况下，根据P₁＝P_c1+P_c2－|P_bm|、P₂＝|P_bm|tanh(x’_t/a₂)，将用P₁计算出的值和用P₂计算出的值相加而得到的值作为所述补偿量加以运算出。