CN108732989B - 进行摆动切削的机床的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种进行摆动切削的机床的控制装置。该控制装置具有：位置指令生成部、摆动指令生成部、存储了机械动作条件和伺服控制条件的存储部。摆动指令生成部具有：推定部，其基于工件的旋转速度和位置指令生成部生成的位置指令来推定摆动指令的摆动振幅以及摆动频率；判定部，其基于所述机械动作条件和所述伺服控制条件来判定推定出的摆动频率是否是最佳值。

Description

进行摆动切削的机床的控制装置
技术领域
本发明涉及进行摆动切削的机床的控制装置。
背景技术
当在通过机床的切削工具加工工件时连续产生切屑时，有时切屑会缠绕于切削工具。此时，为了从切削工具去除切屑需要使机床停止，耗费时间且生产效率降低。并且，有时切屑有可能使工件受到损伤，工件的品质降低。
为了避免这样的缺点，已知有一种摆动切削，通过在加工进给方向上使切削工具和工件相对地摆动，从而切碎切屑(例如参照日本专利第5033929号公报、日本专利第5139592号公报、日本专利第5599523号公报等)。
在上述进行摆动切削的机床的控制装置中，进给机构用于使切削工具或者工件往复运动，通过对驱动该进给机构的伺服电动机输入正弦波状的摆动指令，使切削工具和工件在加工进给方向上相对摆动。以往，作业者为了按照意图切碎工件的切屑，与加工条件、机械动作条件以及伺服控制条件等相匹配地求出摆动指令的频率(以下，称为摆动频率。)。但是，在加工条件、机械动作条件以及伺服控制条件中的至少一个变更的情况下，需要再次求出摆动频率，存在作业者的负担大的问题。因此，期望根据加工条件、机械动作条件以及伺服控制条件自动地求出摆动指令的摆动频率的最佳值。
发明内容
本发明的一实施方式是一种机床的控制装置，在通过工具对工件的外周面或者内周面进行切削加工的机床中具备主轴和至少一个进给轴，该主轴使所述工件以及所述工具围绕所述工件的中心轴线相对旋转，该至少一个进给轴使所述工具以及所述工件沿着所述工件的所述外周面或者所述内周面的母线相对进给，
所述控制装置具备：
位置指令生成部，其基于所述工件以及所述工具的相对的旋转速度、所述工具以及所述工件的相对的进给速度来生成所述至少一个进给轴的位置指令；
进给轴控制部，其根据所述位置指令控制所述至少一个进给轴；
存储部，其存储了所述旋转速度、所述进给速度、通过所述进给轴产生了所述摆动时的机械动作条件以及所述控制装置的伺服控制条件，
所述进给轴控制部具备摆动指令生成部，该摆动指令生成部生成所述至少一个进给轴的摆动指令，使得相对于所述旋转速度成为正的非整数倍的摆动频率并且使得所述工具间歇地切削所述工件，并且，所述进给轴控制部构成为基于合成指令控制所述至少一个进给轴，该合成指令是针对所述位置指令与所述至少一个进给轴的实际位置之间的差即位置偏差相加所述摆动指令而得到的合成指令，
所述摆动指令生成部具有推定部和判定部，该推定部基于所述旋转速度和所述位置指令来推定所述摆动指令的摆动振幅以及摆动频率，该判定部基于所述机械动作条件和所述伺服控制条件判定所述摆动频率是否为最佳值，在通过所述判定部判定为所述摆动频率是最佳值时，所述摆动指令生成部基于该摆动频率的最佳值和所述摆动振幅生成所述摆动指令。
根据上述一实施方式，在进行摆动切削的机床中，在生成使工具以及工件相对摆动的周期性的摆动指令时，能够根据加工条件、机械动作条件以及伺服控制条件自动求出摆动指令的摆动频率的最佳值。
通过附图中所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明这些目的、特征以及优点以及其他的目的、特征以及优点会变得更加明确。
附图说明
图1是包含一实施方式的控制装置的加工系统的图。
图2是表示一实施方式的控制装置的动作的流程图。
图3是包含一实施方式的控制装置的另一加工系统的图。
图4A是表示圆筒形工件和工具的图。
图4B是表示圆锥台形状的具有中空部的工件和工具的其他的图。
图5是表示进给量和旋转角度的关系的图。
图6是表示图1以及图3中所示的控制装置的更具体的结构例的框图。
图7是表示图6所示的控制装置的动作的一例的流程图。
具体实施方式
接着，参照附图说明本发明的实施方式。在参照的附图中，对相同的结构部分或功能部分附加相同的参照符号。为了易于理解，这些附图适当变更了比例尺。另外，在附图中所示的方式是用于实施本发明的一个例子，本发明并不限于图示的方式。
图1是表示包含一实施方式的控制装置20的加工系统1的图。如图1所示，加工系统1包含机床10、控制机床10的控制装置20。机床10具有工具11，工具11例如对具有圆筒形、圆柱形、圆锥形或者圆锥台形等形状的工件W进行切削加工。在图1示出的例子中，使工具11成为对由圆柱构成的工件W的外周面进行切削加工的工具。另外，在图1等中，将成为工件W的旋转轴的该工件W的中心轴线设为Z轴，将垂直于Z轴的轴线设为X轴。机床10如果适当调整X轴方向的工具11的位置，能够对横截面为椭圆形的柱状体那样的工件的外周面或者内周面进行切削加工。
在图1中示出了实质上为圆柱形的工件W。机床10的主轴M0使工件W围绕其中心轴线旋转。并且，机床10的进给轴M1能够进行使工具11沿着工件W的外周面的母线进给以及使工具11沿着工件W的外周面的母线往复运即摆动这两者。
主轴M0以及进给轴M1是伺服电动机。并且，进给轴M1一边与主轴M0进行协作一边送出工具11从而对工件W进行切削加工。另外，关于主轴M0以及进给轴M1的所需转矩，如果排除切削负荷则能够根据惯性和指令的角加速度来推定，但是也可以分别具备用于检测转矩的检测器G0、G1。
控制装置20使用计算机而构成，该计算机具备经由总线相互连接的ROM(readonly memory只读存储器)和RAM(random access memory随机存取存储器)等存储器、CPU(control processing unit控制处理单元)以及通信控制部。并且，控制装置20具备位置指令生成部22、摆动指令生成部23(还包含图6中示出的摆动指令推定部23a、判定部23b)、加法部24、控制部26(进给轴控制部)以及存储部29，这些各部的功能或动作能够通过上述计算机中配备的CPU、存储器以及在该存储器中存储的控制程序进行协作来达成。
在控制装置20的存储部29中存储有工件W的加工条件、通过进给轴M1使工具11以及工件W相对摆动即往复运动时的机械动作条件、以及控制装置20的伺服控制条件等。
在控制装置20上连接有CNC(Computer Numerical Controller，计算机数字控制器)、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)等上位计算机(未图示)，上述的旋转速度和进给速度、机械动作条件以及伺服控制条件等可以从上位计算机输入到存储部29。另外，存储部29、位置指令生成部22可以不在控制装置20内，而在上述的上位计算机中具备。
在工件W的加工条件中包含围绕工件W的中心轴线的工件W与工具11的相对的旋转速度、工具11与工件W的相对的进给速度、以及进给轴M1的位置指令等。
上述的机械动作条件是以根据用于使工具11以及工件W相对摆动的摆动指令的摆动振幅以及摆动频率而求出的最大摆动加速度以及最大摆动加加速度分别小于实际移动的移动物的最大加速度以及最大加加速度为条件。换言之，设为通过根据摆动指令而进行动作的电动机不会产生对于实际移动的移动物无法允许的加速度和加加速度。针对摆动指令的摆动振幅以及摆动频率，基于后述的摆动指令的式(1)中的S/60×I项的值相当于摆动频率，基于式(1)中的K×F/2项的值相当于摆动振幅。
另外，当进给轴M1为直线电动机时，上述的移动物的最大加速度根据直线电动机的最大推力和通过该直线电动机而移动的移动物的重量来求出。此时的移动物由通过直线电动机而移动的可动工作台部和由该可动工作台部支撑的工具11或者工件W构成。
当进给轴M1为旋转电动机时，上述移动物的最大加速度根据旋转电动机的最大转矩以及通过该旋转电动机而移动的移动物的惯性(转动惯量)来求出。此时的移动物由通过旋转电动机驱动的具有可动工作台部的滚珠丝杠驱动机构、由该滚珠丝杠驱动机构的可动工作台部支撑的工具11或者工件W构成。
上述移动物的最大加加速度是通过上述那样的直线电动机或旋转电动机而移动的移动物能够允许的震动(Jerk)，例如能够通过对移动物的最大加速度进行1次微分来求出。
伺服控制条件将上述的摆动指令的摆动频率和根据向进给轴M1赋予指令时的预定的控制周期而求出的控制频率(所谓的采样频率)进行比较，以采样频率除以摆动频率而得到的值为预定值(例如20)以上为条件。
另外，存储部29存储了机床10执行的加工程序，控制装置20内的CPU(未图示)可以从该加工程序读出上述的旋转速度以及进给速度来作为加工条件，并将其输出给位置指令生成部22、控制部26。
并且，上述的机械动作条件中包含的最大摆动加速度、最大摆动加加速度、最大加速度以及最大加加速度可以在上位计算机中计算。并且，上述的伺服控制条件中包含的预定的控制周期或者控制频率可以通过CPU从加工程序读取，也可以预先存储在存储部29中。
控制装置20的位置指令生成部22具有基于围绕工件W的中心轴线的工件W与工具11的相对的旋转速度、工具11与工件W的相对的进给速度来生成进给轴M1的位置指令的功能。该位置指令是对控制部26指示使工具11以及工件W在Z轴方向上相对进给时的目标位置的指令。
控制装置20的控制部26具有摆动指令生成部23(参照图6)，该摆动指令生成部23基于上述的旋转速度以及进给速度生成进给轴M1的摆动指令，使得相对于上述旋转速度成为正的非整数倍的摆动频率，并且使得工具11对工件W进行间歇切削。摆动指令是以相对于围绕上述中心轴线的旋转速度非同步的方式生成的周期性的指令，包含摆动频率和摆动振幅。基于后述的摆动指令的式(1)中的S/60×I项的值相当于摆动频率，基于式(1)中的K×F/2项的值相当于摆动振幅。
另外，间歇切削是指工具11一边周期性地接触以及离开工件W，一边对工件W进行切削加工，也被称为摆动切削或振动切削。另外，在图1中，工件W进行旋转，并且工具11相对于工件W进行摆动，但是也可以构成为工具11围绕工件W的中心轴线进行旋转，并且工件W相对于工具11进行摆动。另外，在图1中，通过一个进给轴M1进行工件W的进给动作和摆动动作这两者，但是也可以构成为通过不同的进给轴分别进行工件W的进给动作和摆动动作。
并且，控制装置20的控制部26具有基于合成指令(例如位置指令值)生成转矩指令来控制进给轴M1的功能，该合成指令是对上述的位置指令与进给轴M1的实际位置之间的差即位置偏差相加上述的摆动指令而得到的。进给轴M1的实际位置相当于通过在该进给轴M1配备的编码器等位置检测器(未图示)得到的位置反馈值。
控制部26还可以具备进行学习控制的功能，该学习控制基于根据摆动指令而求出的摆动相位和上述合成指令，求出上述合成指令的修正量并将其与上述合成指令进行相加。
图2是表示一实施方式的控制装置20的动作的流程图。首先，在图2的步骤S11中，位置指令生成部22基于存储部29中存储的工件W的旋转速度以及工具11的进给速度，生成进给轴M1的位置指令。
并且，在步骤S12中，控制部26内的摆动指令生成部23(参照图6)基于上述的旋转速度以及进给速度来生成摆动指令。在图1示出的例子中，由于工具11仅沿着旋转中心轴线进行摆动，因而生成仅用于进给轴M1的摆动指令。
在此，图3是表示包含本实施方式的控制装置20的其他的加工系统的图。在图3中示出的例子中，配置了圆锥台形的工件W。此时，工具11沿着工件W的外周面的母线斜向进行摆动，来对工件W的外周面进行切削加工。工具11在X轴方向以及Z轴方向的合成方向上移动，因而为了使工具11移动需要二个进给轴M1、M2和驱动每个进给轴的控制部26。进给轴M2也还包含进给机构和驱动该进给机构的伺服电动机。进给轴M1、M2一边与主轴M0进行协作一边送出工具11来对工件W进行切削加工。此时，在步骤S12，用于二个进给轴M1、M2的摆动指令分别由每个进给轴M1、M2的控制部26的摆动指令生成部23来生成。
另外，关于进给轴M2的所需转矩，如果排除切削负荷则也能够根据惯性和指令的角加速度进行推定，但是也可以具备用于检测转矩的检测器G2。并且，还可以是通过多个进给轴来进给工具11的结构。
另外，图4A是表示圆筒形工件和工具的不同于图1的图。在图4A中，工具11沿着圆筒形工件W的内周面的母线进行摆动，从而对该内周面进行切削加工。此时，用于工具11摆动的电动机可以仅为进给轴M1，因此在步骤S12中生成仅用于进给轴M1的摆动指令。
与此相对，图4B是表示圆锥台形状的具有中空部的工件和工具的图。在图4B中，工具11沿着圆锥台形状的具有中空部的工件W的内周面的母线进行摆动，从而对该内周面进行切削加工。此种情况下，如上所述，需要二个进给轴M1、M2和每个进给轴的控制部26，在步骤S12中，用于二个进给轴M1、M2的摆动指令分别由每个进给轴M1、M2的控制部26的摆动指令生成部23来生成。
以下，对图1所示的工具11对工件W的外周面进行切削加工的情况进行说明。但是，之后的说明在图3、图4A以及图4B中所示的工件形状的情况下也大致相同。
图5是表示进给量与旋转角度的关系的图。图5的横轴表示工件W的旋转角度，纵轴表示在工件W的中心轴线的方向(即，Z轴方向)的工具11的进给量。在图5中表示了斜向延伸的多个直线状虚线C1、C2、C3…。根据图5可知，虚线C1与纵轴之间的交点的纵轴坐标相当于在下一个虚线C2的开始点的纵轴坐标。相同地，虚线C2和纵轴之间的交点的纵轴坐标相当于在下一个虚线C3的开始点的纵轴坐标。这些多个直线状虚线C1、C2、C3…表示在无摆动指令时工件W上的工具11的轨迹。另一方面，图5示出的曲线A1、A2、A3…表示在有摆动指令时工件W上的工具11的轨迹。即，虚线C1、C2、C3等仅表示相加摆动指令前的位置指令(原始的指令值)，曲线A1、A2、A3等表示对于由虚线C1、C2、C3表示的各位置指令相加余弦波状的摆动指令而得到的指令。
另外，曲线A1是工件W的第一次旋转的工具11的轨迹，曲线A2是工件W的第二次旋转的工具11的轨迹，曲线A是工件W的第三次旋转的工具11的轨迹。为了简洁起见，省略了工件W的第四次旋转及其以后的工具11的轨迹的图示。
在图2的步骤S12中，控制部26内的摆动指令生成部23(参照图6)如以下那样生成摆动指令。在位置指令生成部22中，决定进给轴M1的位置指令(虚线C1、C2、C3)。摆动指令生成部23为了生成分别将虚线C1、C2、C3作为基准轴线的曲线A1、A2、A3那样的指令，决定余弦波状的摆动指令的摆动频率。基于后述的式(1)中的S/60×I项的值成为摆动频率。
如图5所示，在决定上述的摆动频率时，优先将某个虚线例如虚线C2作为基准轴线的余弦波状的曲线A2的初期相位相对于将前一个虚线例如虚线C1作为基准轴线的余弦波状的曲线A1偏差半周期。其理由在于，在偏差半周期时，能够使摆动指令的摆动振幅成为最小限，结果，能够最高效率地切碎切屑。
接着，摆动指令生成部23为了生成分别以虚线C1、C2、C3为基准轴线的曲线A1、A2、A3那样的指令，决定上述的摆动指令的摆动振幅。基于后述的式(1)中的K×F/2项的值成为摆动振幅。图5示出的曲线A1和曲线A2在旋转角度约为0度的部位B1和旋转角度约为240度的部位B2相互重叠。由图5可知，在部位B1、B2，曲线A1相对于虚线C1的最大值大于曲线A2相对于虚线C2的最小值。换言之，摆动指令生成部23优选决定摆动振幅使得前面的曲线A1和后面的曲线A2部分相互重叠。另外，在曲线A1、A2、A3中，由于进给速度恒定，因此各摆动指令的摆动振幅也全部相同。
在该重叠部位B1、B2，在工具11以曲线A2的轨迹进行加工时离开工件W，因而不加工工件W。在本实施方式中，由于这样的重叠部位周期性产生，因而能够进行所谓的间歇切削。在图5示出的例子中，通过遵循曲线A2的动作，分别在部位B1、B2产生切屑。即，在第二次旋转的曲线A2中，产生两个切屑。由于周期性进行这样的间歇切削，因而能够进行振动切削。
并且，相对于虚线C3形成的曲线A3是与曲线A1相同的形状。曲线A2与曲线A3在旋转角度约为120°的部位B3和约为360°的部位B4重叠。通过遵循曲线A3的动作，分别在部位B3、B4产生切屑。即，在第三次旋转的曲线A3中产生两个切屑。之后，工件每一次旋转产生两个切屑。但是，在第一次旋转中不产生切屑。
如此，通过决定摆动频率和摆动振幅，控制部26内的摆动指令生成部23(参照图6)生成摆动指令(步骤S12)。
例如，摆动指令如下式所示。
摆动指令＝(K×F/2)×cos(2π×S/60×I×t)－(K×F/2)···式(1)
在式(1)中，K是摆动振幅倍率，F是工件W旋转一周的工具11的移动量，即旋转一周进给量[mm/rev]，S是围绕工件W的中心轴线的旋转速度[min-1]或[rpm]，I是摆动频率倍率。在此，上述的摆动频率相当于式(1)中的S/60×I项，上述的摆动振幅相当于式(1)中的K×F/2项。其中，设摆动振幅倍率K为1以上的数，摆动频率倍率I是大于零的非整数(例如0.5、0.8、1.2、1.5、1.9、2.3、者2.5、…等正的非整数)。摆动振幅倍率K以及摆动频率倍率I是常数(在图5的例子中，I是1.5)。
不将摆动频率倍率I设为整数的原因在于，在为与围绕工件W的中心轴线的转速完全相同的摆动频率时，无法产生上述的重叠部位B1、B2、B3、B4等，因而得不到基于摆动切削的切屑切碎效果。
另外，根据式(1)，摆动指令成为对于将表示位置指令的各虚线C1、C2、C3作为基准轴线的余弦波，作为偏移值减去了(K×F/2)项的指令。由此，能够在工具11的加工进给方向上将基于位置指令的位置作为上限来控制基于合成指令值的工具11的位置轨迹，该合成指令值通过对位置指令相加摆动指令而得到。因此，图7的曲线A1、A2、A3等在+Z轴方向(即，工具11的加工进给方向)上不会超过虚线C1、C2、C3等。
并且，通过设为由式(1)表示的摆动指令，根据图5的曲线A1可知，在工具11的加工开始点(横轴0°的位置)在工具11的进给方向上从最初未出现大的摆动指令。
另外，在机床10运行前在存储部29中存储有在决定摆动频率和摆动振幅时调整的各参数(式(1)中的K、I)的初期值。将工件W的旋转速度(S)作为加工条件事先存储在加工条件存储部29。旋转一周进给量F根据该旋转速度(S)和位置指令生成部22生成的位置指令来求出。
之后，在图2的步骤S13中，控制部26求出由图1所示的位置指令生成部22生成并提供的位置指令与进给轴M1的实际位置之间的差即位置偏差，并对位置偏差相加上述的摆动指令来得到合成指令。
接着，在图2的步骤S14中，控制部26基于上述合成指令来控制进给轴M1。由控制装置20按照在存储部29中存储的工件W的旋转速度(S)来控制主轴M0。在本实施方式中，无需预先生成振动切削信息的表，能够根据工件W的加工条件，在实际对工件W进行切削加工前决定工件W的切碎条件。
但是，当在工具11的驱动机构部中存在齿隙的情况或者该驱动机构部的刚性低的情况下，若为了提高伺服的响应性而将控制增益设定得高时，有时产生振动，工具11的位置精度不稳定。例如，即使基于与曲线A1、A2、A3等相对应的指令值来驱动进给轴M1，也存在工具11的实际位置不完全追踪曲线A1、A2、A3等的情况。此时，若在图5所示的重叠部位B1、B2、B3、B4等，工具11的实际位置与曲线A1、A2、A3等这样的指令值不一致，则不产生间歇切削，结果未良好地形成切屑。
因此，在本实施方式中，如图2的步骤S15所示，使用学习控制来提高向摆动指令的追踪性。学习控制是用于提高向“决定了重复模式的周期指令”的追踪性的控制方式，第2周期与第1周期相比，第3周期与第2周期相比……随着周期的行进能够减少位置偏差。具体而言，通过对工件W以及工具11的预定数的摆动周期的位置偏差进行学习来设为修正量，能够抑制由于摆动指令导致的周期性的位置偏差的增加。进一步而言，例如，在学习的周期中，能够使用根据上述式(1)的摆动指令的摆动频率而求出的周期(例如，1摆动周期＝1/摆动频率)。控制部26将1摆动周期换算成旋转角度的周期，在以预定的分割数对该旋转角度的周期进行分割而求出的各相位，求出合成指令的修正量。在控制部26中，针对这些相位中的每个相位求出合成指令的修正量，并存储1学习周期的修正量，针对每个相位对当前的合成指令相加1学习周期前的在各相位的修正量，由此使合成指令中包含的位置偏差降低到零附近。
结果，工具11的实际位置逐渐接近指令值的曲线A1、A2、A3等，最终与指令值的曲线A1、A2、A3等一致。此时，指令值的曲线A1、A2、A3等具有上述的重叠部位B1、B2、B3、B4等，切实产生间歇切削，从而能够切实地形成切碎的切屑。
另外，用于进行学习控制的学习频带具有上限，当超过摆动频率的上限时，学习并不收敛而残留位置偏差。结果，不良好形成切屑。因此，在本实施方式中，需要在能够实施学习控制的范围内求出最佳的摆动频率。
具体而言，与转矩降低方法相同，如后所述通过调整切屑的长度(加长)，能够将摆动指令的摆动频率抑制得较低，从而能够收敛于学习频带。当然，若能够变更加工条件，则可以降低主轴M0的旋转速度(即工件W的旋转速度)。
另外，在本实施方式的摆动切削中，求出了最佳的摆动频率以及摆动振幅，因而能够使所需转矩最小化。另一方面，即便使所需转矩最小化，转矩饱和也是可能出现的现象，需要避免。并且，若应用学习控制，则转矩增大，存在更加易于饱和的倾向。因此，在本实施方式中，需要在不引起转矩饱和的范围内求出最佳的摆动频率以及摆动振幅。
但是，优选摆动振幅尽可能小，在摆动频率低时，形成更长的切屑。此时，进给轴M1、M2等所需的转矩可以小。与此相对，在摆动振幅大的情况下，进给轴M1、M2等所需的转矩也变大。在摆动频率高的情况下，切屑的长度变短，进给轴M1、M2等所需的转矩也变大。
在操作者想要所希望的长度的切屑时，操作者将切屑的所希望的长度输入到摆动指令生成部23。由此、摆动指令生成部23基于切屑的所希望长度来生成摆动频率和摆动振幅。例如，在需要短的切屑时，能够避免工件W的损伤，在需要长的切屑时，能够抑制转矩以及学习频带来降低对工具11施加的负荷，并且使学习易于收敛。
图6是表示图1和图3中所示的控制装置20的更具体的结构例的框图。
图6所示的控制装置20具备存储部29、位置指令生成部22、控制部26(进给轴控制部)。还可以在与控制装置20连接的NC装置等上位计算机(未图示)中具备存储部29和位置指令生成部22。
控制部26具备摆动指令生成部23、加法部24、减法部25、位置速度控制部34以及电流控制部35。在使工具11在加工进给方向上进行移动的进给轴M1上配备了用于检测进给轴M1的旋转位置和旋转速度的编码器32。
并且，摆动指令生成部23具有摆动指令推定部23a和判定部23b，摆动指令推定部23a基于在存储部29中作为加工条件而存储的工件W的旋转速度(s)和位置指令生成部22生成的位置指令，推定摆动指令的摆动振幅以及摆动频率，判定部23b基于在存储部29中存储的机械动作条件和伺服控制条件，判定推定出的摆动频率是否是最佳值。另外，加工条件、机械动作条件、伺服控制条件是已说明的条件。
判定部23b基于推定出的摆动振幅以及摆动频率计算最大摆动加速度以及最大摆动加加速度，判定该最大摆动加速度以及该最大摆动加加速度是否满足上述的机械动作条件，并且推定出的摆动频率是否满足上述的伺服控制条件。
作为该判定的结果，在不满足上述机械动作条件和伺服控制条件中的任意一个时，在摆动指令推定部23a将上述正的非整数(I)修正为其他的值来再次推定出摆动频率后，判定部23b进行上述的判定。另一方面，当满足上述机械动作条件和伺服控制条件这两者时，判定部23b将推定出的摆动频率作为摆动频率的最佳值。
当判定部23b判定为推定出的摆动频率是最佳值时，摆动指令生成部23基于该摆动频率的最佳值和推定出的摆动振幅生成摆动指令。
另外，控制装置20的控制部26可以具备进行上述的学习控制的学习控制器(未图示)。此时，控制部26构成为对于学习控制器输入刚从加法部24输出的合成指令，对于马上要输入给位置速度控制部34的合成指令相加通过该学习控制器得到的修正量。加法部24可以包含在控制部26中。另外，虽然将合成指令输入到学习控制器，但是合成指令包含位置指令与位置反馈值之间的差，因此一般与向学习控制器输入的位置偏差相同。
图7是表示图6中示出的控制装置20的动作的流程图。
首先，在步骤S21中，控制装置20判断有无摆动切削开始的指令。在有摆动切削开始的指令时，开始摆动切削，若没有该指令则工件W的加工结束。
若开始摆动切削，图6中示出的位置指令生成部22基于在存储部29中作为加工条件而存储的工件W的旋转速度和工具11的进给速度，生成对进给轴M1指示工具11的加工进给方向的位置的位置指令，并以预定的时间间隔将其发送到减法部25。上述预定的时间间隔可以是控制部26的控制周期(采样周期)，也可以是此外的周期。
减法部25计算从位置指令生成部22发送的位置指令与从进给轴M1的编码器32输出的位置反馈值(位置FB)之间的差即位置偏差，并将该位置偏差发送到加法部24。
在之后的步骤S22中，摆动指令生成部23基于上述的式(1)，生成摆动指令，并以上述的预定的时间间隔将其发送到加法部24。通过摆动指令生成部23内的摆动指令推定部23a计算该摆动指令。
例如，摆动指令推定部23a取得在存储部29中作为加工条件而存储的工件W的旋转速度(S)和通过位置指令生成部22生成的进给轴M1的位置指令，根据该位置指令和旋转速度(S)求出工具11的旋转一周进给量(F)。摆动指令推定部23a通过对旋转一周进给量(F)乘以预先决定的常数(K)来推定摆动振幅p(K×F/2)。另外，摆动指令推定部23a把对于从存储部29得到的工件W的旋转速度(S)乘以任意的正的非整数(I)而得到的值推定为摆动频率f(S/60×I)。
并且，判定部23b判定根据推定出的摆动振幅p和摆动频率f计算的最大摆动加速度Ao以及最大摆动加加速度Jo是否满足上述机械动作条件。将最大摆动加速度Ao＜最大加速度Amax以及最大摆动加加速度Jo＜最大加加速度Jmax这样的机械动作条件存储在存储部29。即，机械动作条件是用于不生成如下摆动指令的条件，该摆动指令是生成对于实际移动的移动物无法允许的加速度或加加速度的摆动指令。判定部23b基于这样的机械动作条件，对推定部23a推定出的摆动指令进行确认。
具体而言，在图7的步骤S23中，判定部23b基于由摆动指令推定部23a推定出的摆动振幅以及摆动频率，通过下述的式(2)以及式(3)计算最大摆动加速度Ao以及最大摆动加加速度Jo。
最大摆动加速度Ao＝摆动振幅p×(2π×摆动频率f)2···式(2)
最大摆动加加速度Jo＝摆动振幅p×(2π×摆动频率f)3···式(3)
摆动振幅p使用上述式(1)的(K×F/2)项进行推定，摆动频率f使用式(1)的(S/60×I)项进行推定。
在之后的步骤S24中，判定部23b计算通过进给轴M1实际上移动的移动物的最大加速度Amax以及最大加加速度Jmax，或者从存储部29或上位计算机(未图示)取得。
在进给轴M1具备直线电动机的情况下，能够使用下述的式(4)，根据直线电动机的最大推力和通过直线电动机移动的移动物的重量来求出最大加速度Amax。
最大加速度Amax＝电动机最大推力/移动物重量···式(4)
在进给轴M1具备旋转电动机的情况下，能够使用下述的式(5)，根据旋转电动机的最大转矩和通过旋转电动机移动的移动物的惯性来求出最大加速度Amax。
最大加速度Amax＝电动机最大转矩/移动物的惯性···式(5)
当在判定部23b中计算最大加速度Amax时，关于上述的电动机最大推力、移动物重量、电动机最大转矩、移动物的惯性等，根据机床10的结构通过试验或仿真等事先求出，并存储在存储部29中。
另外，最大加速度Amax可以由上位计算机(未图示)事先求出，并存储在上位计算机或者存储部29中，判定部23b可以构成为从上位计算机或者存储部29取得最大加速度Amax。
但是，实际中加速能够使用的电动机推力或者电动机转矩因摩擦而减少，因此可以将直线电动机的最大推力或者旋转电动机的最大转矩减去摩擦量而得到的值作为式(4)或式(5)的分子的值来求出最大加速度Amax。
并且，上述的最大加加速度Jmax是通过直线电动机或者旋转电动机移动的移动物能够允许的震动(Jerk)，最大加加速度Jmax通过在判定部23b中对最大加速度Amax进行一次微分而求出。或者，最大加加速度Jmax可以通过试验或计算等事先求出并存储在存储部29中，判定部23b也可以从存储部29取得最大加加速度Jmax。
接着，在步骤S25中，判定部23b判定通过上述式(2)计算出的最大摆动加速度Ao是否小于通过上述式(4)或式(5)求出的最大加速度Amax(最大摆动加速度Ao＜最大加速度Amax)。
作为结果，当最大摆动加速度Ao为最大加速度Amax以上时，判定部23b返回步骤S22，将上述正的非整数(I)修正为其他的值，重新推定摆动频率f，再次进行上述步骤S22～步骤S24的一系列的处理。另一方面，当最大摆动加速度Ao小于最大加速度Amax时，判定部23b进行之后的步骤S26的处理。
在步骤S26中，判定部23b判定通过上述式(3)计算出的最大摆动加加速度Jo是否小于上述最大加加速度Jmax(最大摆动加加速度Jo＜最大加加速度Jmax)。
作为结果，当最大摆动加加速度Jo为最大加加速度Jmax以上时，判定部23b返回步骤S22，将上述正的非整数(I)修正为其他的值来重新推定摆动频率f，再次进行上述步骤S22～步骤S25的一系列的处理。另一方面，当最大摆动加加速度Jo小于最大加加速度Jmax时，判定部23b进行之后的步骤S27的处理。
并且，判定部23b判定由推定部23a推定出的摆动频率f是否满足上述的伺服控制条件。将控制频率fc/摆动频率f≥常数这样的伺服控制条件存储在存储部29。例如，当对于1kHz的控制频率将摆动频率设为100kHz时，在1摆动周期(T0)中能够生成的指令值的数量为10。但是，当将学习控制用于摆动切削时，若不使指令值的数量为20以上则存在无法进行有效果的控制的情况。考虑这样的情况决定了上述的伺服控制条件。但是，这只是一例，在本发明中使用的伺服控制条件不限于考虑了学习控制的伺服控制条件。
判定部23b基于这样的伺服控制条件，对推定部23a推定出的摆动指令进行确认。
具体而言，在步骤S27中，判定部23b判定将预先决定的控制频率fc除以推定出的摆动频率f而得到的除法结果是否为预定值以上(控制频率fc/摆动频率f≥常数(例如20))。
作为结果，当上述的除法结果小于上述预定的值时，判定部23b返回步骤S22将上述正的非整数(I)修正为其他的值，再次进行上述步骤S22～步骤S26的一系列的处理。另一方面，当上述的除法结果为在上述预定的值以上时，判定部23b将使用修正后的正的非整数(I)而计算出的摆动频率f判定为最佳值，摆动指令生成部23使用这样的摆动频率f的最佳值以及推定出的摆动振幅p生成摆动指令(图7的步骤S28)，并将该摆动指令发送到加法部24。此时，控制装置20可以将摆动频率f为最佳值的主旨通知给控制装置20外的显示装置或个人计算机等。
另外，在上述的步骤S22中，在将正的非整数(I：摆动频率倍率)修正为其他的值时，对于预先决定的初期值增加一常数。
在之后的步骤S29中，加法部24对于从减法部25输出的位置偏差相加从判定部23b输入的摆动指令。此时，按照上述预定的时间间隔，将位置偏差和摆动指令同步地输入到加法部24来进行相加。加法部24将对于位置偏差相加摆动指令而得到的合成指令(位置指令值)发送到位置速度控制部34。
位置速度控制部29基于合成指令生成速度指令，并将其提供给电流控制部35。电流控制部35将速度指令变换成转矩指令来提供给进给轴M1。基于这样的指令来控制进给轴M。若进给轴M1旋转，从进给轴M1中配备的编码器32向减法部25反馈进给轴M1的实际位置。若没有位置指令值与基于合成指令的位置反馈值之间的差，则进给轴M1的实际位置到达位置指令值。
接着，在步骤S30中，判断有无摆动切削结束的指令。若出现摆动切削结束的指令，则工件W的加工结束。另一方面，若没有摆动切削结束的指令，则重复上述的步骤S28～步骤S30的一系列的处理。
如上所述，根据本实施方式的控制装置20，在进行摆动切削的机床10中，即使加工条件、机械动作条件以及伺服控制条件中的至少一个被变更时，也能够根据这些条件自动决定最佳的摆动频率来生成摆动指令。由此，能够减轻作业者的负担，并且能够实现按照意图的那样将切屑切碎的摆动切削。
以上，使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但是本领域的技术人员能够理解在不脱离本发明的范围的情况下能够对上述实施方式进行变更以及各种其他的变更、省略、追加。
另外，为了解决本发明的至少一个课题，能够提供以下的各种方式及其效果。
本发明的第一方式的控制装置(20)为机床(10)的控制装置(20)，在通过工具(11)对工件(W)的外周面或者内周面进行切削加工的机床(10)中具备主轴(M0)和至少一个进给轴(M1；M2)，该主轴(M0)使所述工件(W)以及所述工具(11)围绕所述工件(W)的中心轴线相对旋转，所述至少一个进给轴(M1；M2)使所述工具(11)以及所述工件(W)沿着所述工件(W)的所述外周面或者所述内周面的母线相对进给，
该控制装置(20)具备：
位置指令生成部(22)，其基于所述工件(W)与所述工具(11)的相对的旋转速度以及所述工具(11)与所述工件(W)的相对的进给速度来生成所述至少一个进给轴(M1；M2)的位置指令；
进给轴控制部(26)，其基于所述位置指令来控制所述至少一个进给轴(M1；M2)；
存储部(29)，其存储了所述旋转速度、所述进给速度、通过所述进给轴(M1；M2)产生所述摆动时的机械动作条件以及所述控制装置(20)的伺服控制条件，
所述进给轴控制部(26)具备摆动指令生成部(23)，该摆动指令生成部(23)生成所述至少一个进给轴(M1；M2)的摆动指令，使得相对于所述旋转速度成为正的非整数倍的摆动频率，并且使得所述工具(11)对所述工件(W)进行间歇切削，并且所述进给轴控制部(26)构成为基于合成指令来控制所述至少一个进给轴(M1；M2)，该合成指令为对于所述位置指令与所述至少一个进给轴(M1；M2)的实际位置之间的差即位置偏差相加所述摆动指令而得到的合成指令，
所述摆动指令生成部(23)具有推定部(23a)和判定部(23b)，该推定部(23a)基于所述旋转速度和所述位置指令来推定所述摆动指令的摆动振幅以及摆动频率，该判定部(23b)基于所述机械动作条件和所述伺服控制条件来判定所述摆动频率是否是最佳值，在由所述判定部(23b)判定为所述摆动频率是最佳值时，所述摆动指令生成部(23)基于该摆动频率的最佳值和所述摆动振幅生成所述摆动指令。
本发明的第二方式是在上述第一方式的控制装置(20)中，
所述推定部(23a)基于所述旋转速度和所述位置指令来推定所述摆动振幅，并且将所述旋转速度乘以任意的正的非整数而得到的值推定为所述摆动频率，
所述判定部(23b)基于推定出的所述摆动振幅以及推定出的所述摆动频率来计算最大摆动加速度以及最大摆动加加速度，判定该最大摆动加速度以及该最大摆动加加速度是否满足所述机械动作条件，并且推定出的所述摆动频率是否满足所述伺服控制条件，作为该判定的结果在不满足所述机械动作条件和所述伺服控制条件中的任意一方时，在通过所述推定部(23a)将所述正的非整数修正成其他的值来再次推定出所述摆动频率后进行所述判定，另一方面，在满足所述机械动作条件和所述伺服控制条件这两者的情况下，将推定出的所述摆动频率作为所述摆动频率的最佳值。
本发明的第三方式在上述第第二方式的控制装置(20)中，
关于所述机械动作条件，以如下作为条件：
在所述进给轴(M1；M2)具备直线电动机的情况下，所述最大摆动加速度小于根据该直线电动机的最大推力和通过所述直线电动机而移动的移动物的重量求出的最大加速度；
或者，在所述进给轴(M1：M2)具备旋转电动机的情况下，所述最大摆动加速度小于根据该旋转电动机的最大转矩和通过所述旋转电动机而移动的移动物的惯性求出的最大加速度、以及所述最大摆动加加速度小于各个所述移动物允许的最大加加速度，
关于所述伺服控制条件，以如下作为条件：
所述进给轴控制部(26)中预先决定的控制频率除以推定出的所述摆动频率而得到的值为预定的值以上。
本发明的第四方式是在上述第一方式至第三方式中的任意一个方式的控制装置(20)中，
所述推定部(23a)基于所述旋转速度和所述位置指令，计算所述工具(11)或者所述工件(W)中的一方旋转一周的另一方的移动量，将该移动量乘以预定的常数而得到的值作为所述摆动振幅。
根据以上的第一方式到第四方式，在进行摆动切削的机床中，在生成使工具与工件相对摆动的周期性的摆动指令时，能够根据加工条件、机械动作条件以及伺服控制条件自动求出摆动指令的摆动频率的最佳值。
本发明的第五方式是在上述第一方式到第四方式中的任意一个方式的控制装置(20)中，
所述摆动指令生成部(23)生成对于余弦波的基准轴线减去作为偏移值的摆动振幅而得到的所述摆动指令。
根据上述第五方式，能够将工具的加工进给方向的目标位置即位置指令作为上限来控制基于对位置指令相加摆动指令后的指令值的工具的位置。
本发明的第六方式是在上述第一方式到第五方式中的任意一个方式的控制装置(20)中，
所述摆动指令生成部(23)基于所述旋转速度生成所述摆动指令的摆动频率，使得该摆动频率在所述工件或者所述工具每旋转一周时偏差半周期，并且基于所述位置指令生成所述摆动指令的摆动振幅。
根据上述第六方式，摆动指令的摆动频率由于在工件或者工具每旋转一周时偏差半周期，因而能够使摆动振幅成为最小。其结果，能够高效地实施间歇切削。
本发明的第七方式在上述第一方式到第六方式中的任意一方式的控制装置(20)中，
所述摆动指令生成部(23)生成所述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅，使得所述至少一个进给轴(M1；M2)的转矩不超过预定值。
根据上述第七方式，在基于相加了摆动指令后的位置指令例如通过旋转电动机驱动进给轴时，能够避免旋转电动机的转矩饱和。
本发明的第八方式在上述第一方式到第七方式中的任意一个方式的控制装置(20)中，
所述摆动指令生成部(23)基于通过所述工具(11)加工所述工件(W)而产生的切屑的希望长度来生成所述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。
根据上述第八方式，在要求短的切屑时，能够避免工件损伤，在要求长的切屑时能够抑制转矩降低对工具施加的负荷。

Claims (8)

1.一种控制装置，其控制机床，
该机床通过工具对工件的外周面或内周面进行切削加工，并且具备：主轴，其使所述工件与所述工具围绕所述工件的中心轴线相对旋转；至少一个进给轴，其使所述工具与所述工件沿着所述工件的所述外周面或所述内周面的母线相对进给；以及位置检测器，其检测该至少一个进给轴的实际位置，
其特征在于，所述控制装置具备：
位置指令生成部，其基于所述工具与所述工件的相对的进给速度来生成所述至少一个进给轴的位置指令；
进给轴控制部，其基于所述位置指令来控制所述至少一个进给轴；以及
存储部，其存储了所述旋转速度、所述进给速度、通过所述进给轴产生摆动时的机械动作条件以及所述控制装置的伺服控制条件，
所述机械动作条件以如下作为条件：
根据用于使所述工具与所述工件相对地摆动的摆动指令的摆动幅度以及摆动频率求出的最大摆动加速度以及最大摆动加加速度分别小于实际移动的移动物的最大加速度以及最大加加速度，
所述伺服控制条件以如下作为条件：
根据对所述进给轴赋予指令时的预定的控制周期求出的控制频率除以所述摆动指令的摆动频率而得到的值为预定值以上，
所述进给轴控制部具备摆动指令生成部，该摆动指令生成部生成所述至少一个进给轴的摆动指令，使得所述主轴旋转一周的所述工具的摆动次数为正的非整数倍，并且使得所述工具对所述工件进行间歇切削，并且所述进给轴控制部构成为基于合成指令来控制所述至少一个进给轴，该合成指令是对于所述位置指令与所述位置检测器检测出的所述至少一个进给轴的实际位置之间的差即位置偏差相加所述摆动指令而得到的合成指令，
所述摆动指令生成部具有推定部和判定部，该推定部基于所述旋转速度和所述位置指令来推定所述摆动指令的摆动振幅以及摆动频率，该判定部判定是否满足所述机械动作条件和所述伺服控制条件，在由所述判定部判定为满足所述机械动作条件和所述伺服控制条件时，所述摆动指令生成部基于所述摆动频率和所述摆动振幅生成所述摆动指令。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述推定部基于所述旋转速度和所述位置指令来推定所述摆动振幅，并且将所述旋转速度乘以任意的正的非整数而得到的值推定为所述摆动频率，
所述判定部基于推定出的所述摆动振幅以及推定出的所述摆动频率来计算最大摆动加速度以及最大摆动加加速度，判定该最大摆动加速度以及该最大摆动加加速度是否满足所述机械动作条件，并且推定出的所述摆动频率是否满足所述伺服控制条件，在该判定的结果为不满足所述机械动作条件和所述伺服控制条件中的任意一方时，在通过所述推定部将所述正的非整数修正成其他的值来再次推定出所述摆动频率后进行所述判定，另一方面，在满足所述机械动作条件和所述伺服控制条件这两者的情况下，将推定出的所述摆动频率作为所述摆动频率的最佳值。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述判定部基于由所述推定部推定出的摆动振幅以及摆动频率计算最大摆动加速度以及最大摆动加加速度，并判定该最大摆动加速度以及该最大摆动加加速度是否满足所述机械动作条件，并且推定出的摆动频率是否满足所述伺服控制条件，
在由所述判定部判定为满足了所述机械动作条件以及所述伺服控制条件的情况下，所述摆动指令生成部基于所述摆动频率和所述摆动振幅生成所述摆动指令。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述推定部基于所述旋转速度和所述位置指令，计算所述工具或所述工件中的一方旋转一周的另一方的移动量，将该移动量乘以预定的常数而得到的值作为所述摆动振幅。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述摆动指令生成部生成对于余弦波的基准轴线减去作为偏移值的所述摆动振幅而得到的所述摆动指令。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述摆动指令生成部基于所述旋转速度生成所述摆动指令的摆动频率，使得该摆动频率在所述工件或所述工具每旋转一周时偏差半周期，并且基于所述位置指令生成所述摆动指令的摆动振幅。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述摆动指令生成部生成所述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅，使得所述至少一个进给轴的转矩不超过预定值。
8.根据权利要求1至3中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，
所述摆动指令生成部基于通过所述工具加工所述工件而产生的切屑的希望长度来生成所述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。
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