CN108733001A - 进行摆动切削的机床的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的控制装置具备：控制部，其基于将位置指令与进给轴的实际位置之差亦即位置偏差同摆动指令相加所得到的合成指令，生成转矩指令来控制进给轴；以及弹性变形量计算部，其基于该转矩指令来计算由刀具或者工件和其进给机构构成的构造体的弹性变形量。摆动指令制作部基于工件的旋转速度、进给轴的位置指令以及上述的弹性变形量来制作上述的摆动指令。

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

若在利用机床的切削刀具对工件进行加工时连续地产生切屑，则有切屑缠绕于切削刀具的情况。在这样的情况下，为了从切削刀具除去切屑，需要使机床停止，从而花费时间而生产效率降低。另外，工件有可能因切屑而受到损伤，从而有工件的品质降低的情况。

为了避免这样的缺点，公知通过使切削刀具和工件在加工进给方向上相对地摆动来切碎切屑的摆动切削(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)。

并且，在机床中，为了提高使用伺服马达被驱动的切削刀具、工件等被驱动体的位置精度而提出了学习控制(例如参照日本特开2006-172149号公报的图6)。学习控制是如下控制：相对于使被驱动体以规定周期重复进行同一模式的动作的指令，每隔上述规定周期，求出用于修正位置指令值与位置反馈值之差亦即位置偏差的修正量，并且将在一周期前求出的修正量应用于上述的位置偏差。通过相对于周期性的同一模式的动作重复实施该学习控制，来得到用于使上述的位置偏差收敛为零的修正量。

在进行上述的摆动切削的机床中，在切削刀具或工件的驱动机构部存在间隙的情况、该驱动机构部的刚性较低的情况下，若为了提高伺服的响应性而将控制增益设定为较高，则产生振动，从而刀具或者工件的位置精度有时不稳定。在这样的情况下，即使难以提高伺服的响应性，若将学习控制应用于摆动切削，则能够相对于使刀具或者工件沿加工进给方向相对地摆动的周期性的动作指令进行高精度的控制。

但是，由于无法在上述的摆动切削使用的切削刀具的前端直接安装位置检测器，所以一般而言，仅基于向马达发送出的指令值和根据该指令值而动作的马达所具备的编码器的输出值来进行切削刀具的位置控制。换言之，并非监视刀具前端的实际位置来进行刀具的位置控制。另一方面，在摆动切削中摆动频率越高，则在切削刀具的驱动机构部(例如滚珠丝杠驱动机构或者线性马达驱动机构等)和该切削刀具的至少一方中弹性变形量越大。其结果，刀具前端的摆动振幅相对于规定值变得不足，从而会引起无法得到所希望的切屑切碎效果的问题。因而，也包括这样的问题在内，期望更高精度的摆动切削。

发明内容

本公开的一个方案是一种控制装置，对机床进行控制，在利用刀具对工件的外周面或者内周面进行切削加工的机床中，上述机床具备使上述工件及上述刀具绕上述工件的中心轴线相对地旋转的主轴、以及沿上述工件的上述外周面或者上述内周面的母线相对地输送上述刀具及上述工件的至少一个进给轴，上述控制装置的特征在于，具备：

位置指令制作部，其基于上述工件及上述刀具的相对的旋转速度和上述刀具及上述工件的相对的进给速度，来制作上述至少一个进给轴的位置指令；以及

进给轴控制部，其根据上述位置指令来控制上述至少一个进给轴，

上述进给轴控制部具备以使上述刀具对上述工件进行断续切削的方式制作上述至少一个进给轴的摆动指令的摆动指令制作部，并且构成为基于将上述位置指令与上述至少一个进给轴的实际位置之差亦即位置偏差同上述摆动指令相加所得到的合成指令，生成转矩指令来控制上述至少一个进给轴，

上述进给轴控制部还具备弹性变形量计算部，该弹性变形量计算部基于上述转矩指令，来计算上述至少一个进给轴的输出端与产生用于上述断续切削的摆动的机械摆动端之间的构造体的弹性变形量，

上述摆动指令制作部基于上述旋转速度、上述位置指令以及上述弹性变形量，来以相对于上述旋转速度成为正的非整数倍的摆动频率的方式制作上述摆动指令。

根据上述的一个方案，在摆动切削中，即使切削刀具或工件的驱动机构部产生了弹性变形，也能够确保摆动振幅，从而得到所希望的切屑切碎效果。

根据附图所示的本公开的典型的实施方式的详细说明，本发明的上述目的、特征、优点以及其它目的、特征、优点会变得更加明确。

附图说明

图1是包括一个实施方式的控制装置在内的加工系统的图。

图2是示出一个实施方式的控制装置的动作的流程图。

图3是包括一个实施方式的控制装置在内的其它加工系统的图。

图4A是示出圆筒形工件和刀具的图。

图4B是示出具有圆锥台形状的中空部的工件和刀具的其它图。

图5是示出进给量与旋转角度的关系的图。

图6是示出图1以及图3所示的控制装置的更具体的结构例的框图。

图7是示出图6所示的控制装置的动作的一个例子的流程图。

具体实施方式

接下来，参照附图对本公开的实施方式进行说明。在参照的附图中，对相同的结构部分或者功能部分标注相同的参照符号。为了容易理解，适当地变更这些附图的比例尺。并且，附图所示的方式是用于实施本发明的一个例子，本发明并不限定于图示的方式。

图1是示出包括一个实施方式的控制装置20在内的加工系统1的图。如图1所示，加工系统1包括机床10、和控制机床10的控制装置20。机床10具有刀具11，刀具11对例如具有圆筒形、圆柱形、圆锥形、或者圆锥台形等的工件W进行切削加工。在图1所示的例子中，刀具11设为对由圆柱构成的工件W的外周面进行切削加工。并且，在图1等中，将成为工件W的旋转轴的该工件W的中心轴线作为Z轴，并将与Z轴垂直的轴线作为X轴。对于机床10而言，若适当地调整刀具11在X轴方向上的位置，则也能够对横截面具有椭圆形的柱状体之类的工件的外周面或者内周面进行切削加工。

图1中实际上示出圆柱形的工件W。机床10的主轴M0使工件W绕其中心轴线旋转。另外，机床10的进给轴M1能够进行沿工件W的外周面的母线输送刀具11和使刀具11沿工件W的外周面的母线往复运动即摆动双方。

进给轴M1包括刀具11的进给机构和驱动该进给机构的伺服马达。而且，进给轴M1设为边与主轴M0协调动作边送出刀具11来对工件W进行切削加工。此外，对于主轴M0以及进给轴M1的必要转矩而言，除切削负荷之外还能够根据惯性和指令的角加速度来推断，但也可以分别具备用于检测转矩的检测器G0、G1。

控制装置20使用具备经由总线而相互连接的ROM(read only memory，只读存储器)、RAM(random access memory，随机存取存储器)等存储器、CPU(control processingunit，中央处理单元)以及通信控制部的计算机来构成。另外，控制装置20具备位置指令制作部22、摆动指令制作部23、控制部26(进给轴控制部)、以及加工条件存储部29，能够通过由搭载于上述计算机的CPU、存储器、以及存储于该存储器的控制程序配合来实现上述各部的功能或动作。

在控制装置20中，加工条件存储部29存储有工件W的至少加工条件。也可以在控制装置20连接有CNC(Computer Numerical Controller，数控机床)、PLC(ProgrammableLogic Controller，可编程逻辑控制器)等上位计算机(未图示)，并从上位计算机向加工条件存储部29输入其加工条件。工件W的加工条件包括工件W的旋转速度以及刀具11的进给速度。并且，也可以构成为：加工条件存储部29存储有使机床10执行的加工程序，控制装置20内的CPU从该加工程序读取工件W的旋转速度以及刀具11的进给速度作为加工条件，并将其输出至位置指令制作部22、控制部26。加工条件存储部29、位置指令制作部22也可以设置于上述的上位计算机，而并非设置在控制装置20内。

控制装置20的位置指令制作部22具有基于绕工件W的中心轴线的工件W以及刀具11的相对旋转速度以及刀具11以及工件W的相对进给速度来制作进给轴M1的位置指令的功能。该位置指令是对控制部26指示沿Z轴方向相对地输送刀具11以及工件W时的目标位置的指令。

控制装置20的控制部26具有摆动指令制作部23(参照图6)，该摆动指令制作部23基于上述的旋转速度以及进给速度，以相对于上述的旋转速度成为正的非整数倍的摆动频率的方式并且以使刀具11对工件W进行断续切削的方式制作进给轴M1的摆动指令。摆动指令是以相对于绕上述的中心轴线的旋转速度成为非同步的方式制作的周期性的指令，包括摆动频率和摆动振幅。后述的摆动指令的式(1)中的S/60×I这一项所得到的值相当于摆动频率，式(1)中的K×F/2这一项所得到的值相当于摆动振幅。

此外，断续切削是指，刀具11边周期性地与工件W接触以及从工件W分离边对工件W进行切削加工，也称作摆动切削或者振动切削。并且，在图1中，工件W旋转且刀具11相对于工件W摆动，但也可以是刀具11绕工件W的中心轴线旋转且工件W相对于刀具11摆动的结构。并且，在图1中，利用一个进给轴M1来进行工件W的进给动作和摆动动作双方，但也可以是由各个进给轴来分别进行工件W的进给动作和摆动动作的结构。

另外，控制装置20的控制部26具有如下功能：基于将上述的位置指令与进给轴M1的实际位置之差亦即位置偏差同上述的摆动指令相加所得到的合成指令(例如位置指令值)，生成转矩指令来控制进给轴M1。进给轴M1的实际位置相当于由搭载于该进给轴M1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也可以具备进行如下学习控制的功能：基于根据摆动指令而求出的摆动相位和上述的合成指令，来求出上述的合成指令的修正量，并将其与上述合成指令相加。

在本实施方式中，上述的控制部26还具备弹性变形量计算部36，该弹性变形量计算部36基于所生成的转矩指令，来计算在从进给轴M1的输出端至刀具11的前端之间构成的构造体的弹性变形量(参照图6)。在该情况下，上述的摆动指令制作部23基于上述的旋转速度、位置指令以及上述的弹性变形量，来以相对于上述的旋转速度成为正的非整数倍的摆动频率的方式制作进给轴M1的摆动指令。

图2是示出一个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，位置指令制作部22基于存储于加工条件存储部29的工件W的旋转速度以及刀具11的进给速度来制作进给轴M1的位置指令。

另外，在步骤S12中，控制部26内的摆动指令制作部23(参照图6)基于上述的旋转速度以及位置指令来制作摆动指令。在图1所示的例子中，由于刀具11仅沿工件W的中心轴线摆动，所以制作仅用于进给轴M1的摆动指令。

此处，图3是示出包括本实施方式的控制装置20在内的其它加工系统的图。在图3所示的例子中，配置有圆锥台形的工件W。该情况下，刀具11沿工件W的外周面的母线而在倾斜方向上摆动来对工件W的外周面进行切削加工。由于刀具11沿X轴方向以及Z轴方向的合成方向移动，所以需要两个进给轴M1、M2和上述进给轴每一个的控制部26以此来使刀具11移动。进给轴M2还包括进给机构和驱动该进给机构的伺服马达。进给轴M1、M2与主轴M0协调动作并送出刀具11来对工件W进行切削加工。该情况下，在步骤S12中，用于两个进给轴M1、M2的摆动指令分别由进给轴M1、M2每一个的控制部26的摆动指令制作部23来制作。

此外，对于进给轴M2的必要转矩而言，同样，除切削负荷之外还能够根据惯性和指令的角加速度来推断，但也可以具备用于检测转矩的检测器G2。另外，也可以是利用多个进给轴来输送刀具11的结构。

并且，图4A示出圆筒形工件和刀具，是与图1不同的图。图4A中，刀具11沿圆筒形工件W的内周面的母线摆动来对该内周面进行切削加工。此时，刀具11的摆动所使用的马达可以仅是进给轴M1，从而在步骤S12中，制作仅用于进给轴M1的摆动指令。

与此相对，图4B是示出具有圆锥台形状的中空部的工件和刀具的图。图4B中，刀具11沿具有圆锥台形状的中空部的工件W的内周面的母线摆动来对该内周面进行切削加工。在这样的情况下，如上所述，需要两个进给轴M1、M2和上述进给轴每一个的控制部26，在步骤S12中，用于两个进给轴M1、M2的摆动指令分别由进给轴M1、M2每一个的控制部26的摆动指令制作部23来制作。

以下，说明如图1所示地刀具11对工件W的外周面进行切削加工的情况。但是，以下的说明在图3、图4A以及图4B所示的情况下也大致相同。

图5是示出进给量与旋转角度的关系的图。图5中的横轴示出工件W的旋转角度，纵轴示出在工件W的中心轴线的方向(即Z轴方向)上的刀具11的进给量。图5中示出沿倾斜方向延伸的多个直线状虚线C1、C2、C3…。从图5可知，虚线C1与纵轴之间的交点的纵轴坐标相当于下一个虚线C2的起点的纵轴坐标。同样，虚线C2与纵轴之间的交点的纵轴坐标相当于下一个虚线C3的起点的纵轴坐标。上述多个直线状虚线C1、C2、C3…示出在没有摆动指令的情况下工件W上的刀具11的轨迹。另一方面，图5所示的曲线A1、A2、A3…示出在有摆动指令的情况下工件W上的刀具11的轨迹。也就是说，虚线C1、C2、C3等仅示出与摆动指令相加之前的位置指令(原先的指令值)，曲线A1、A2、A3等示出与摆动指令相加之后的位置指令。因而，曲线A1、A2、A3示出将余弦波状的摆动指令与由虚线C1、C2、C3表示的各位置指令相加所得到的指令。

并且，曲线A1是工件W旋转第一圈的刀具11的轨迹，曲线A2是工件W旋转第二圈的刀具11的轨迹，曲线A3是工件W旋转第三圈的刀具11的轨迹。为了简洁的目的，省略了工件W旋转第四圈之后的刀具11的轨迹的图示。

在图2的步骤S12中，控制部26内的摆动指令制作部23(参照图6)如以下说明那样制作摆动指令。在位置指令制作部22中，决定进给轴M1的位置指令(虚线C1、C2、C3)。摆动指令制作部23生成分别以虚线C1、C2、C3作为基准轴线的曲线A1、A2、A3那样的指令，从而决定余弦波状的摆动指令的摆动频率。后述的式(1)中的S/60×I这一项所得到的值成为摆动频率。

在决定上述的摆动频率的情况下，如图5所示，以某虚线例如虚线C2作为基准轴线的余弦波状的曲线A2的初始相位优选相对于以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偏离半个周期。其理由在于，在偏离半个周期的情况下，能够使摆动指令的摆动振幅为最小限度，其结果，能够最高效地切碎切屑。

接下来，摆动指令制作部23生成分别以虚线C1、C2、C3作为基准轴线的曲线A1、A2、A3那样的指令，从而决定上述的摆动指令的摆动振幅。后述的式(1)中的K×F/2这一项所得到的值成为摆动振幅。图5所示的曲线A1与曲线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处相互重叠。从图5可知，在部位B1、B2处，针对虚线C1的曲线A1的最大值比针对虚线C2的曲线A2的最小值大。换言之，摆动指令制作部23优选以使前者的曲线A1与后者的曲线A2局部相互重叠的方式决定摆动振幅。此外，在曲线A1、A2、A3中，进给速度是恒定的，从而各摆动指令的摆动振幅也全部相同。

在该重叠部位B1、B2处，由于刀具11在按照曲线A2的轨迹进行加工时从工件W分离，所以不加工工件W。在本实施方式中，由于周期性地产生这样的重叠部位，所以能够进行所谓的断续切削。在图5所示的例子中，因按照曲线A2进行的动作而在部位B1、B2处分别产生切屑。也就是说，在旋转第二圈的曲线A2处产生两个切屑。由于周期性地进行这样的断续切削，所以能够进行振动切削。

另外，针对虚线C3而形成的曲线A3呈与曲线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处重叠。通过按照曲线A3进行的动作而在部位B3、B4处分别产生切屑。也就是说，在旋转第三圈的曲线A3处产生两个切屑。之后，工件每旋转一圈就产生两个切屑。但是，在旋转第一圈时不产生切屑。

通过像这样决定摆动频率和摆动振幅，控制部26内的摆动指令制作部23(参照图6)制作摆动指令(步骤S12)。

例如，摆动指令如下式那样表示。

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的每旋转一圈时的刀具11的移动量，即旋转每圈的进给量[mm/rev]，S是工件W的绕中心轴线的旋转速度[min^－1]或者[rpm]，I是摆动频率倍率。此处，上述的摆动频率相当于式(1)中的S/60×I这一项，上述的摆动振幅相当于式(1)中的K×F/2这一项。其中，摆动振幅倍率K是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或者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(图5的例子中，I是1.5)。

不将摆动频率倍率I设为整数的理由在于，在与工件W的绕中心轴线的转速完全相同的摆动频率的情况下，无法产生上述的重叠部位B1、B2、B3、B4等，从而无法得到基于摆动切削的切屑的切碎效果。

并且，根据式(1)，摆动指令是从以示出位置指令的各虚线C1、C2、C3为基准轴线的余弦波减去作为偏移值的(K×F/2)这一项后的指令。由此，能够在刀具11的加工进给方向上将基于位置指令的位置作为上限来对基于将摆动指令与位置指令相加所得到的指令值的刀具11的位置轨迹进行控制。因此，图5的曲线A1、A2、A3等在+Z轴方向(即刀具11的加工进给方向)上不超过虚线C1、C2、C3等。

另外，通过设为式(1)所示的摆动指令，从图5的曲线A1可知，在刀具11的加工起点(横轴的0°的位置)，在刀具11的进给方向上从最初开始不输出较大的摆动指令。

此外，在决定摆动频率和摆动振幅时被调整的各参数(式(1)中的K、I)的初始值设为在机床10的运转前存储于加工条件存储部29。工件W的旋转速度(S)作为加工条件而预先存储于加工条件存储部29。根据该旋转速度(S)和位置指令制作部22所制作的位置指令来求出旋转每圈的进给量F。

之后，在图2的步骤S13中，控制部26根据由图1所示的位置指令制作部22制作而赋予的位置指令与进给轴M1的实际位置之差亦即位置偏差，并将上述的摆动指令与位置偏差相加来得到合成指令。

接下来，在图2的步骤S14中，控制部26基于上述的合成指令来控制进给轴M1。由控制装置20根据存储于加工条件存储部29的工件W的旋转速度(S)来控制主轴M0。在本实施方式中，不需要预先制作振动切削信息的工作表，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。

然而，在刀具11的驱动机构部存在间隙的情况、该驱动机构部的刚性较低的情况下，若为了提高伺服的响应性而较高地设定控制增益，则产生振动，从而有时刀具11的位置精度不稳定。例如，即使基于与曲线A1、A2、A3等对应的指令值来驱动进给轴M1，也有刀具11的实际位置无法完全追随曲线A1、A2、A3等的情况。在该情况下，若在图5所示的重叠部位B1、B2、B3、B4等处，刀具11的实际位置与曲线A1、A2、A3等的指令值不一致，则不会引起断续切削，其结果，不会良好地形成切屑。

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相对于摆动指令的追随性。学习控制是提高相对于“重复模式的决定的周期指令”的追随性的控制方式，从第一周期至第二周期、从第二周期至第三周期……随着进入周期，能够减少位置偏差。具体而言，通过学习工件W以及刀具11的在规定个数的摆动周期内的位置偏差并使之作为修正量，来抑制因摆动指令而引起周期性的位置偏差的增加。另外，换言之，例如，学习的周期能够使用根据上述的式(1)的摆动指令的摆动频率而求出的周期(例如，一个摆动周期＝1/摆动频率)。控制部26将一个摆动周期换算成旋转角度下的周期，并在以规定分割数将该旋转角度下的周期分割而求出的各相位处，求出合成指令的修正量。在控制部26中，按照上述相位的每一个地求出合成指令的修正量并按照学习一个周期来进行存储，并按照相位的每一个地将一个学习周期前的各相位处的修正量与当前的合成指令相加，由此将合成指令所含有的位置偏差减少至零附近。

其结果，刀具11的实际位置渐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，从而能够可靠地引起断续切削，进而能够可靠地形成被切碎后的切屑。

并且，用于进行学习控制的学习区域存在上限，在超过了摆动频率的上限的情况下，学习不收敛，从而残留位置偏差。结果，不会良好地形成切屑。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优的摆动频率。

具体而言，通过与转矩的减少方法相同，如在下文中说明那样调整(增长)切屑的长度，能够将摆动指令的摆动频率抑制为较低，从而能够收敛在学习区域内。当然，若能够进行加工条件的变更，则也可以减少主轴M0的旋转速度(即工件W的旋转速度)。

并且，在本实施方式的摆动切削中，由于求出最优的摆动频率以及摆动振幅，所以能够使必要转矩为最小。另一方面，即使能够实现必要最小化，也有能够引起转矩饱和的现象，需要避免这样的现象。另外，若应用学习控制，则转矩增大，从而处于更容易饱和的趋势。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优的摆动频率以及摆动振幅。

然而，摆动振幅优选尽量小，从而在摆动频率较低的情况下，形成更长的切屑。此时，进给轴M1、M2等所要求的转矩也较小即可。与此相对，在摆动振幅较大的情况下，进给轴M1、M2等所要求的转矩也变大。在摆动频率较高的情况下，切屑的长度变短，从而进给轴M1、M2等所要求的转矩也变大。

在操作者期望所希望长度的切屑的情况下，操作者将切屑的所希望的长度输入至摆动指令制作部23。由此，摆动指令制作部23基于切屑的所希望长度来制作摆动频率和摆动振幅。例如在要求较短的切屑的情况下，能够避免工件W损伤，并且在要求较长的切屑的情况下，能够抑制转矩以及学习区域来减少对刀具11施加的负荷，并且容易收敛学习。

图6是示出图1、图3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具备加工条件存储部29、位置指令制作部22、以及控制部26(进给轴控制部)。加工条件存储部29和位置指令制作部22也可以设置于与控制装置20连接的NC装置等的上位计算机(未图示)。

控制部26具备摆动指令制作部23、加法部24、减法部25、位置速度控制部34、电流控制部35、弹性变形量计算部36、以及相位延迟补偿要件37。另外，摆动指令制作部23包括使用上述的式(1)来计算摆动指令的摆动指令计算部23a。

尤其是，摆动指令计算部23a取得存储于加工条件存储部29的工件W的旋转速度(S)和由加工指令制作部22制作的进给轴M1的位置指令，根据该位置指令和旋转速度(S)来求出刀具11的旋转每圈的进给量(F)，并且将预先决决定的常数(K)与旋转每圈的进给量(F)相乘，由此求出摆动振幅(K×F/2)。另外，摆动指令计算部23a求出将存储于加工条件存储部29的工件W的旋转速度(S)与规定的正的非整数(I)相乘所得到的值作为摆动频率(S/60×I)。

另外，摆动指令计算部23a将由弹性变形量计算部36计算出的弹性变形量与该摆动振幅相加，并基于该弹性变形量的加法计算后的摆动振幅和上述的摆动频率，以相对于旋转速度(S)成为正的非整数倍的摆动频率的方式求出摆动指令。

在使刀具11沿加工进给方向移动的进给轴M1，搭载有检测进给轴M1的旋转位置、旋转速度的编码器32。并且，控制装置20的控制部26也可以具备进行上述那样的学习控制的学习控制器(未图示)。在该情况下，控制部26构成为向学习控制器输入从加法部24输出之后的合成指令，并且将由该学习控制器得到的修正量与被输入位置速度控制部34之前的合成指令相加。此外，向学习控制器输入合成指令，但由于合成指令包括位置指令和位置反馈值之间的差量，所以一般与向学习控制器输入的位置偏差相同。

图7是示出图6所示的控制装置20的动作的流程图。

首先，在图7的步骤S21中，控制装置20判断摆动切削开始的指令的有无。在有摆动切削开始的指令的情况下开始摆动切削，但若没有该指令则结束工件W的加工。

若开始摆动切削，则图6所示的位置指令制作部22基于存储于加工条件存储部29的工件W的旋转速度和刀具11的进给速度，来制作对进给轴M1指示刀具11的加工进给方向的位置的位置指令，并以规定时间间隔向减法部25发送。上述的规定时间间隔可以是控制部26的控制周期(取样周期)，也可以是除此以外的周期。

减法部25计算从位置指令制作部22发送来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)之差亦即位置偏差，并向加法部24发送。

另外，在图7的步骤S22中，摆动指令制作部23基于上述的式(1)来制作摆动指令，并以上述的规定时间间隔向加法部24发送。由摆动指令制作部23内的摆动指令计算部23a计算该摆动指令。具体而言，摆动指令计算部23a取得存储于加工条件存储部29的工件W的旋转速度(S)和由加工指令制作部22制作的进给轴M1的位置指令，并根据该位置指令和旋转速度(S)来计算刀具11的旋转每圈的进给量(F)。摆动指令计算部23a基于刀具11的旋转每圈的进给量(F)、工件W的旋转速度(S)等，并根据上述的式(1)来计算摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。而且，摆动指令计算部23a基于计算出的摆动频率和摆动振幅、以及从摆动切削开始时的经过时刻t来生成摆动指令。

在接下来的步骤S23中，加法部24将从减法部25输出的位置偏差与摆动指令相加。此时，位置偏差和摆动指令以上述的规定时间间隔同步地被输入至加法部24并加在一起。加法部24向位置速度控制部34发送将位置偏差与摆动指令相加所得到的合成指令(位置指令值)。

位置速度控制部29基于合成指令来生成速度指令，并供给至电流控制部35。电流控制部35将速度指令变换成转矩指令并供给至进给轴M1。基于这样的指令来控制进给轴M1。若进给轴M1旋转，则从搭载于进给轴M1的编码器32向减法部25反馈进给轴M1的实际位置。若基于位置指令值与合成指令的位置反馈值之差消失，则进给轴M1的实际位置到达位置指令值。

然而，对于进给轴M1的输出端与作为产生用于断续切削的摆动的机械摆动端的刀具11的前端之间的构造体而言，摆动切削的摆动频率越高，该构造体的弹性变形越大。因这样的弹性变形的影响，会引起实际工作中的刀具11的摆动振幅达不到由摆动指令计算部23a计算出的摆动指令的摆动振幅的情况。在该情况下，不引起断续切削，其结果，无法如意图那样将切屑切碎。例如，不会产生图5所示的重叠部位B1、B2、B3、B4等。此外，在以上的说明以及以下的说明中，示出了刀具11相对于工件W摆动的情况，但在使工件W相对于刀具11摆动的情况下，进给轴M1的输出端与产生摆动的机械摆动端之间的构造体成为工件保持件和使该工件保持件移动的进给机构。进给机构能够使用将旋转运动变换成往复直线运动的滚珠丝杠驱动机构、齿轮齿条驱动机构等之类的旋转直动变换机构、或者直接进行往复直线运动的线性马达驱动机构等。此外，进给轴的输出端在旋转马达的情况下是马达的旋转轴的与进给机构连接的部分，并在线性马达的情况下是向线性滑块输出驱动力的部分。

针对因这样的构造体的弹性变形的影响而得不到所希望的切屑切碎效果的问题，本实施方式的控制装置20求出根据位置指令值来进行摆动切削时的上述的构造体的弹性变形量，并且利用该弹性变形量来修正摆动指令的摆动振幅。

因此，如图6所示，也向弹性变形量计算部36发送从电流控制部35输出的进给轴M1的转矩指令，并且弹性变形量计算部36根据该转矩指令来计算弹性变形量(图7的步骤S24)。

例如，进给轴M1包括刀具11的进给机构和驱动该进给驱动的旋转马达，在被该旋转马达驱动的进给机构是滚珠丝杠驱动机构的情况下，上述的构造体由支撑有刀具11的可动工作台和使该可动工作台移动的滚珠丝杠驱动机构构成。这样的构造体的弹性变形量能够通过如下的式(2)来计算。

Δx＝α·L·T+β·T……式(2)

Δx表示进给轴方向上的弹性变形量，T表示对滚珠丝杠施加的马达转矩，L表示滚珠丝杠的长度，α表示旋转马达的在轴向上的伸缩弹性系数，β表示旋转马达的绕轴的扭转弹性系数。也就是说，上述的进给轴方向上的弹性变形量Δx由旋转马达的在轴向上的伸缩弹性变形量(α·L·T)和旋转马达的绕轴的扭转弹性变形量(β·T)构成。并且，转矩T根据进给轴M1的转矩常数、以及电流控制部35所输出的作为转矩指令的电流值的积来求出。弹性系数α、β是根据事先的实验而得到的。

但是，在滚珠丝杠驱动机构中，例如在因滚珠丝杠的粗细、材质等而滚珠丝杠的刚性非常高的情况下，忽略上述马达的在轴向上的伸缩弹性变形量(α·L·T)，并仅将上述的马达的绕轴的扭转弹性变形量(β·T)作为进给轴方向上的弹性变形量Δx。

并且，进给轴M包括刀具11的进给机构和驱动该进给机构的线性马达，在被该线性马达驱动的进给机构是具有支撑刀具11的可动工作台的线性滑块的情况下，上述构造体由刀具11和线性滑块构成。在这样的构造体中，线性滑块不旋转，从而仅考虑进给方向上的伸缩弹性变形量即可。因此，在由线性马达使刀具11或者工件W摆动的情况下，仅将上述的进给轴方向上的弹性变形量Δx作为上述的线性马达的在进给方向上的伸缩弹性变形量(α·L’·T)。此处，L’是线性马达的线性导向件的长度。

如上所述，根据用于使刀具11或者工件W摆动的进给机构的结构，弹性变形量计算部36能够使用转矩T、上述的伸缩弹性系数(α)、以及扭转弹性系数(β)中的至少一方来计算进给轴方向上的弹性变形量Δx。

计算出的弹性变形量Δx作为修正摆动指令的摆动振幅的修正量，被发送至摆动指令计算部23a。摆动指令计算部23a通过将根据上述的摆动指令的式(1)中的K×F/2这一项而求出的摆动振幅与上述的修正量(弹性变形量Δx)相加来修正该摆动振幅。此外，以弹性变形量Δx修正后的摆动指令如下式(2)那样。

摆动指令＝(K×F/2+Δx)×cos(2π×S/60×I×t)－(K×F/2)

……式(2)

其中，当经由位置速度控制部34、电流控制部35而生成转矩指令时，该转矩指令相对于原先的位置指令产生了相位延迟，从而如上述那样修正摆动指令的摆动振幅时的修正量(弹性变形量Δx)的相位相对于该修正对象的摆动指令的相位产生延迟。为了补偿这样的相位延迟，优选如图6所示地在弹性变形量计算部36与摆动指令制作部23之间设有进行上述的修正量的相位超前处理的相位延迟补偿要件37。能够利用该相位延迟补偿要件37来补偿控制对象的相位延迟，并将计算出的弹性变形量输出至摆动指令制作部23。

因此，如图7所示，在步骤S25中，相位延迟补偿要件37进行计算出的修正量(弹性变形量Δx)的相位超前处理，摆动指令计算部23a根据进行相位超前处理后的修正量来对式(2)所得到的摆动指令的摆动振幅进行修正。

接下来，在步骤S26中，判断摆动切削结束的指令的有无。若有摆动切削结束的指令，则结束工件W的加工。另一方面，在没有摆动切削结束的指令的情况下，重复上述的步骤S22～步骤S25的一系列处理。在重复的处理中的例如步骤S22中，摆动指令制作部23将在上述的步骤S25中修正后的摆动振幅应用于上述的式(2)来制作摆动指令。

如上所述，由于在摆动切削的期间考虑上述那样的构造体的弹性变形来修正摆动指令的摆动振幅，所以能够抑制因该构造体的弹性变形而引起实际的摆动振幅的减少。其结果，能够如意图那样将切屑切碎。

并且，在上述的实施方式中，每当从电流控制部35以上述规定时间间隔向进给轴M1输出转矩指令时，弹性变形量计算部36计算上述那样的构造体的弹性变形量，并使用该弹性变形量来对由摆动指令制作部23制作的摆动振幅进行修正，但也可以如下那样对摆动振幅进行修正。

例如，每当电流控制部35以上述规定时间间隔输出转矩指令时，弹性变形量计算部36依次计算上述那样的构造体的弹性变形量并将其存储于存储部(未图示)。另外，摆动指令计算部23a从以上述规定时间间隔存储于该存储部的弹性变形量的时间序列数据中，取得基于摆动频率的一个周期内的弹性变形量的最大值，并仅使用该最大值来对由摆动指令制作部23制作的摆动振幅进行修正。在这样的结构中，也能够抑制因包括刀具11的进给机构等在内的构造体的弹性变形而引起实际的摆动振幅的减少。

另外，如图3、图4B所示的例子那样，在使用进给轴M1、M2等多个轴来使刀具11摆动的情况(例如锥度加工)下，对于上述所有的轴，优选在摆动切削的期间考虑上述那样构造体的弹性变形来修正摆动指令的摆动振幅。例如，在如图3、图4B所示那样实施锥度加工的情况下，相对于各个进给轴M1、M2而具备控制部26。在该情况下，进给轴M1、M2每一个的控制部26如图6所示地具备摆动指令制作部23、加法部24、减法部25、位置速度控制部34、弹性变形量计算部36、以及相位延迟补偿要件37即可。

以上，使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但若是本领域技术人员，则能够理解在不脱离本发明的范围的情况下能够对上述的实施方式进行变更以及各种其它变更、省略、追加。

并且，为了解决本公开的至少一个课题，能够提供以下的各种方案和其效果。

本公开的第一方案是一种控制装置20，对机床10进行控制，在利用刀具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，上述机床10具备使上述工件W及上述刀具11绕上述工件W的中心轴线相对地旋转的主轴M0、以及沿上述工件W的上述外周面或者上述内周面的母线相对地输送上述刀具11及上述工件W的至少一个进给轴M1、M2，上述控制装置20具备：

位置指令制作部22，其基于上述工件W及上述刀具11的相对的旋转速度和上述刀具11及上述工件W的相对的进给速度，来制作上述至少一个进给轴M1、M2的位置指令；以及

进给轴控制部26，其根据上述位置指令来控制上述至少一个进给轴M1、M2，

上述进给轴控制部26具备以使上述刀具11对上述工件W进行断续切削的方式制作上述至少一个进给轴M1、M2的摆动指令的摆动指令制作部23，并且构成为基于将上述位置指令与上述至少一个进给轴M1、M2的实际位置之差亦即位置偏差同上述摆动指令相加所得到的合成指令，生成转矩指令来控制上述至少一个进给轴M1、M2，

上述进给轴控制部26还具备弹性变形量计算部36，该弹性变形量计算部基于上述转矩指令，来计算上述至少一个进给轴M1、M2的输出端与产生用于上述断续切削的摆动的机械摆动端之间的构造体的弹性变形量，

上述摆动指令制作部23基于上述旋转速度、上述位置指令、以及上述弹性变形量，来以相对于上述旋转速度成为正的非整数倍的摆动频率的方式制作上述摆动指令。

根据上述第一方案，在摆动切削中，即使切削刀具或工件的驱动机构部产生了弹性变形，也能够确保摆动振幅，从而能够得到所希望的切屑切碎效果。

本公开的第二方案的控制装置20在上述第一方案的控制装置20的基础上，能够构成为：

上述摆动指令制作部23包括摆动指令计算部23a，该摆动指令计算部23a以上述旋转速度为基础来计算摆动频率，并且基于上述旋转速度和上述位置指令来计算摆动振幅，将上述弹性变形量与上述摆动振幅相加，并基于加上该弹性变形量后的摆动振幅和上述摆动频率来求出上述摆动指令。

本公开的第三方案的控制装置20在上述第一方案或者第二方案的控制装置20的基础上，能够构成为：

上述弹性变形量计算部36根据上述构造体的弹性系数和上述转矩指令来计算上述弹性变形量，

上述弹性系数由上述至少一个进给轴的伸缩弹性系数和扭转弹性系数中的至少一方构成。

根据上述的第二方案以及第三方案，与上述第一方案相同，得到所希望的切屑切碎效果。

本公开的第四方案的控制装置20在上述第一方案至第三方案任一方案中的控制装置20的基础上，能够构成为：

具备相对于上述弹性变形量进行相位超前处理的相位延迟补偿部37。

根据上述第四方案，能够利用相位延迟补偿部来补偿控制对象的相位延迟，并将计算出的弹性变形量输出至摆动指令制作部。

本公开的第五方案的控制装置20在上述第二方案或者第三方案的控制装置20的基础上，能够构成为：

每当上述控制部26以规定时间间隔输出上述转矩指令时，上述弹性变形量计算部36根据上述构造体的弹性系数和上述转矩指令来依次计算上述弹性变形量并存储于存储部，

上述摆动指令计算部23a从以上述规定时间间隔存储于上述存储部的上述弹性变形量的时间序列数据中，取得基于上述摆动频率的一个周期内的最大值，并将该最大值与上述摆动振幅相加。

根据上述第五方案，与上述第一方案相同，得到所希望的切屑切碎效果。

本公开的第六方案的控制装置20在上述第一方案至第五方案任一方案中的控制装置20的基础上，能够构成为：

上述摆动指令制作部23制作从余弦波的基准轴线减去作为偏移值的摆动振幅后的上述摆动指令。

根据上述第六方案，能够以刀具的在加工进给方向上的目标位置亦即位置指令作为上限来对基于摆动指令与位置指令相加后的指令值的刀具的位置进行控制。

本公开的第七方案的控制装置20在上述第一方案至第六方案任一方案中的控制装置20的基础上，能够构成为：

上述摆动指令制作部23基于上述旋转速度，以使上述工件或者上述刀具每旋转一圈就偏离半个周期的方式制作上述摆动指令的摆动频率，并且基于上述位置指令来制作上述摆动指令的摆动振幅。

根据上述第七方案，由于摆动指令的摆动频率在工件或者刀具每旋转一圈时就偏离半个周期，所以能够使摆动振幅最小。其结果，能够高效地实施断续切削。

本公开的第八方案的控制装置20在上述第一方案至第七方案任一方案中的控制装置20的基础上，能够构成为：

上述摆动指令制作部23以使上述至少一个进给轴M1、M2的转矩不超过规定值的方式制作上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。

根据上述第八方案，当基于加上摆动指令后的位置指令利用例如旋转马达来驱动进给轴时，能够避免旋转马达的转矩饱和。

本公开的第九方案的控制装置20在上述第一方案至第八方案任一方案中的控制装置20的基础上，能够构成为：

上述摆动指令制作部23基于因上述刀具11加工上述工件W而产生的切屑的所希望长度来制作上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。

根据上述第九方案，在要求较短的切屑的情况下，能够避免工件损伤，并且在要求较长的切屑的情况下，能够抑制转矩来减少对刀具施加的负荷。

Claims (9)

1.一种控制装置，对机床进行控制，在利用刀具对工件的外周面或者内周面进行切削加工的机床中，上述机床具备使上述工件及上述刀具绕上述工件的中心轴线相对地旋转的主轴、以及沿上述工件的上述外周面或者上述内周面的母线相对地输送上述刀具及上述工件的至少一个进给轴，上述控制装置的特征在于，具备：

位置指令制作部，其基于上述工件及上述刀具的相对的旋转速度和上述刀具及上述工件的相对的进给速度，来制作上述至少一个进给轴的位置指令；以及

进给轴控制部，其根据上述位置指令来控制上述至少一个进给轴，

上述进给轴控制部具备以使上述刀具对上述工件进行断续切削的方式制作上述至少一个进给轴的摆动指令的摆动指令制作部，而且构成为基于将上述位置指令与上述至少一个进给轴的实际位置之差亦即位置偏差同上述摆动指令相加所得到的合成指令，生成转矩指令来控制上述至少一个进给轴，

上述进给轴控制部还具备弹性变形量计算部，该弹性变形量计算部基于上述转矩指令，来计算上述至少一个进给轴的输出端与产生用于上述断续切削的摆动的机械摆动端之间的构造体的弹性变形量，

上述摆动指令制作部基于上述旋转速度、上述位置指令以及上述弹性变形量，来以相对于上述旋转速度成为正的非整数倍的摆动频率的方式制作上述摆动指令。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令制作部包括摆动指令计算部，该摆动指令计算部以上述旋转速度为基础来计算摆动频率，并且基于上述旋转速度和上述位置指令来计算摆动振幅，将上述弹性变形量与上述摆动振幅相加，并基于加上该弹性变形量后的上述摆动振幅和上述摆动频率来求出上述摆动指令。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，

上述弹性变形量计算部根据上述构造体的弹性系数和上述转矩指令来计算上述弹性变形量，

上述弹性系数由上述至少一个进给轴的伸缩弹性系数和扭转弹性系数中的至少一方构成。

4.根据权利要求1～3任一项中所述的控制装置，其特征在于，

具备相对于上述弹性变形量进行相位超前处理的相位延迟补偿部。

5.根据权利要求2或3所述的控制装置，其特征在于，

每当上述控制部以规定时间间隔输出上述转矩指令时，上述弹性变形量计算部根据上述构造体的弹性系数和上述转矩指令来依次计算上述弹性变形量并存储于存储部，

上述摆动指令计算部从以上述规定时间间隔存储于上述存储部的上述弹性变形量的时间序列数据中，取得基于上述摆动频率的一个周期内的上述弹性变形量的最大值，并将该最大值与上述摆动振幅相加。

6.根据权利要求1～5任一项中所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令制作部制作从余弦波的基准轴线减去作为偏移值的摆动振幅后的上述摆动指令。

7.根据权利要求1～6任一项中所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令制作部基于上述旋转速度，以使上述工件或者上述刀具每旋转一圈就偏离半个周期的方式制作上述摆动指令的摆动频率，并且基于上述位置指令来制作上述摆动指令的摆动振幅。

8.根据权利要求1～7任一项中所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令制作部以使上述至少一个进给轴的转矩不超过规定值的方式制作上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。

9.根据权利要求1～8任一项中所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令制作部基于因上述刀具加工上述工件而产生的切屑的所希望长度来制作上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。