CN109308053A - 进行摆动切削的机床的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种进行摆动切削的机床的控制装置。控制装置根据包括多个指令程序块的机床的加工程序来检测相邻的指令程序块间的任意定时的指令程序块间检测部。进给轴控制部包括学习控制部、判定当前时刻是否是位于相邻的指令程序块间的任意定时并且在判定中使至少一个进给轴的摆动停止的判定部。

Description

进行摆动切削的机床的控制装置

技术领域

本发明涉及一种进行摆动切削的机床的控制装置。

背景技术

如果在通过机床的切削刀具加工工件时连续产生碎屑，则会有碎屑弄脏切削刀具的情况。这种情况下，为了从切削刀具去除碎屑需要使机床停止，会花费时间，生产效率下降。进一步，工件有可能由于碎屑而损伤，工件的质量也会下降。

为了避免这个缺点，已知一种摆动切削(例如日本参照专利第5033929号公报、日本专利第5139592号公报、日本专利第5599523号公报等)，通过在加工进给方向使切削刀具和工件相对摆动而切碎碎屑。

关于上述的摆动切削提出以下的技术(例如参照国际公开第2016/047485号)，即随着切削刀具接近加工进给方向的工件上的预定加工停止位置而使切削刀具的摆动振幅减少，从而避免切削刀具超过该预定的加工停止位置进行切削的不良。以后，将上述的不良称为超调。

另外，在机床中为了提高使用伺服电动机进行驱动的切削刀具、工件等被驱动体的位置精度而提出一种学习控制(例如参照日本特开2006-172149号公报的图6)。学习控制是针对使被驱动体在预定周期重复相同模式的动作的指令，按照每个上述预定周期求出用于修正位置指令值与位置反馈值之间的差即位置偏差的修正量，并且将在一个周期前求出的修正量适用于上述位置偏差的控制。针对周期性相同模式的动作重复实施该学习控制，从而能够得到用于使上述位置偏差收敛为零的修正量。

在进行上述摆动切削的机床中，当切削刀具或工件的驱动机构部存在间隙时或该驱动机构部的刚性较低时，为了提高伺服的响应性而将控制增益设定得较高，则会产生振动，刀具或工件的位置精度会不稳定。这种情况下，即使提高伺服的响应性是困难的，如果将学习控制适用于摆动切削，则针对使刀具或工件在加工进给方向相对摆动的周期动作指令，也能够进行高精度控制。

发明内容

但是，机床的加工程序由多个指令程序块构成。在相邻的指令程序块间加工条件发生变化，所以如果在摆动切削时适用机器学习，则会产生超调或跟踪延迟，其结果存在工件产生切口的问题。

因此，期待一种即使在摆动切削时适用了机器学习也防止切口的产生的机床的控制装置。

本公开的第一方式为一种控制机床的控制装置，在通过刀具切削加工工件的外圆周面或内圆周面的机床中，具备使上述工件以及上述刀具围绕上述工件的中心轴线相对旋转的主轴和沿着上述工件的上述外圆周面或上述内圆周面的母线相对地进给上述刀具以及上述工件的至少一个进给轴，该控制装置具备：位置指令生成部，其根据上述工件以及上述刀具的相对转速和上述刀具以及上述工件的相对的进给速度来生成上述至少一个进给轴的位置指令；以及进给轴控制部，其通过上述位置指令控制上述至少一个进给轴，上述进给轴控制部构成为，具备：摆动指令生成部，其根据上述转速以及上述位置指令来生成上述至少一个进给轴的摆动指令，使相对于上述转速成为正的非整数倍的摆动频率且上述刀具间歇切割上述工件，并且上述进给轴控制部根据将上述位置指令与上述至少一个进给轴的实际位置之间的差即位置偏差和上述摆动指令相加后得到的合成指令，控制上述至少一个进给轴，上述控制装置还具备根据包括多个指令程序块的上述机床的加工程序来检测相邻的指令程序块间的任意定时的指令程序块间检测部，上述进给轴控制部还具备：学习控制器，其进行学习控制，即基于根据上述摆动指令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与上述合成指令相加；以及判定部，其判定当前时刻是否是位于上述相邻的指令程序块间的任意定时，在该判定中使上述至少一个进给轴的摆动停止。

根据第一方式，在当前位于指令程序块间的任意定时时停止摆动，所以不会发生超调或跟踪延迟。因此，也能够防止对工件产生切口。

附图说明

根据附图表示的本公开的典型实施方式的详细说明，进一步了解本发明的这些目的、特征以及优点和其他目的、特征以及优点。

图1是包括一个实施方式的控制装置的加工系统的图。

图2是表示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的其他加工系统的图。

图4A是表示圆筒形工件和刀具的图。

图4B是表示具有圆锥台形状的中空部的工件和刀具的其他的图。

图5是表示进给量与旋转角度之间的关系的图。

图6是表示具备了学习控制功能的控制装置的具体例的框图。

图7是表示图6所示的学习控制器的结构例的框图。

图8是表示现有技术的Z轴与X轴之间的关系的图。

图9是表示一个实施方式的Z轴与X轴之间的关系的图。

图10是表示图6所示的控制装置的动作一例的流程图。

图11A是表示时间与速度之间的关系的图。

图11B是表示时间与速度之间的关系的其他的图。

图11C是进一步表示时间与速度之间的关系的其他的图。

具体实施方式

接着，参照附图说明本公开的实施方式。在参照的附图中，对于相同的结构部分或功能部分标注相同的参照符号。为了容易理解，适当变更这些附图的比例尺。另外，附图所示的方式为实施本发明的一个例子，本发明不限定于图示的方式。

图1是包括一个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包括机床10、控制机床10的控制装置20。机床10具有刀具11，刀具11例如切削加工具有圆筒形、圆柱形、圆锥形或圆锥台形等的工件。在图1所示的例子中，刀具11切削加工大部分由圆柱形组成的工件W的圆柱体部分的外圆周面。另外，在图1等中，将成为工件的旋转轴的该工件的中心轴线设为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轴方向的刀具11的位置，也能够切削加工横截面具有椭圆形的柱状体的工件的外圆周面或内圆周面。

图1表示实质是圆柱形的工件W，具有在工件W的外圆周面的端部沿工件W的径向向外突出的凸部35。机床10的主轴M0使工件W围绕其中心轴线旋转。进一步，机床10的进给轴M1能够进行使刀具11沿着工件W的外圆周面的母线进给和使刀具11沿着工件W的外圆周面的母线往复运动、即摆动。在图1所示的工件形状的情况下，沿着构成工件W的大部分的圆筒体的外圆周面的母线进给刀具11。

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电动机。而且，进给轴M1与主轴M0协调动作，进给刀具11来切削加工工件W。另外，如果除去切削负荷则能够通过惯性和指令的角加速度来推定主轴M0以及进给轴M1的必要转矩，但是也可以分别具备用于检测转矩的检测器G0、G1、G2。

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(central processing unit中央处理单元)以及通信控制部。进一步，控制装置20具备位置指令生成部22、控制部26(进给轴控制部)、指令程序块间检测部27以及加工条件存储部29，所述各部的功能或动作通过装载在上述计算机中的CPU、存储器以及存储在该存储器中的控制程序进行协作而达成。

在控制装置20中，加工条件存储部29至少存储工件W的加工条件。CNC(ComputerNumerical 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)与控制装置20连接，该加工条件可以从上位计算机输入给加工条件存储部29。工件W的加工条件包括工件W的转速、刀具11的进给速度以及工件W的加工结束点。另外，加工条件存储部29存储使机床10执行的加工程序，控制装置20内的CPU可以从该加工程序读出工件W的转速以及刀具11的进给速度并输出给位置指令生成部22和控制部26。加工条件存储部29和位置指令生成部22可以不具备在控制装置20内而具备在上述上位计算机中。加工程序中记载多个指令，分别称为指令程序块。通常，加工程序的1行相当于一个指令程序块。因此，加工程序包括多个指令程序块。

控制装置20的位置指令生成部22具有以下功能，即根据围绕工件W的中心轴线的工件W以及刀具11的相对的转速和刀具11以及工件W的相对的进给速度来生成进给轴M1的位置指令。该位置指令为对控制部26指示在Z轴方向相对进给刀具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：摆动指令生成部23(参照图6)，其根据上述的转速以及位置指令来生成进给轴M1的摆动指令，使得相对于上述的转速成为正的非整数倍的摆动频率并且刀具11间歇切削工件W。摆动指令是相对于围绕上述中心轴线的转速非同步地生成的周期的指令，包括摆动频率和摆动振幅。后述的摆动指令的公式(1)的S/60×I的项的值相当于摆动频率，公式(1)的K×F/2的项的值相当于摆动振幅。

另外，间歇切削表示刀具11周期地与工件W接触以及离开工件W，切削加工工件W，也称为摆动切削或振动切削。另外，图1中工件W旋转并且刀具11相对于工件W摆动，但是也可以是刀具11围绕工件W的中心轴线旋转并且工件W相对于刀具11摆动的结构。另外，图1中能够通过一个进给轴M1同时进行工件W的进给动作和摆动动作，但是也可以是通过各自的进给轴分别进行工件W的进给动作和摆动动作的结构。

控制装置20的指令程序块间检测部27检测被预先存储在加工条件存储部29中的加工程序的相邻的指令程序块间的任意定时。在各个指令程序块中，机床10开始加速且加速结束时以相同速度移动，接着开始减速并在指令位置停止。例如指令程序块间检测部27可以检测从相邻的指令程序块中的之前指令程序块的减速开始到之后的指令程序块的加速结束之间的任意定时。进一步，指令程序块间检测部27将检测出的任意定时通知给后述的判定部31。另外，指令程序块间检测部27可以包括在未图示的上位计算机中。

进一步，控制装置20的控制部26具有以下功能，即根据将上述位置指令与上述进给轴M1的实际位置之间的差即位置偏差和上述摆动指令相加后得到的合成指令(例如位置指令值)来控制进给轴M1。进给轴M1的实际位置相当于通过装载在该进给轴M1上的编码器等位置检测器(未图示)得到的位置反馈值。

上述的控制部26具备以下进行学习控制的功能，即基于根据摆动指令求出的摆动相位和上述合成指令来求出上述合成指令的修正量并与上述合成指令相加。该功能相当于后述的学习控制器30(参照图6)。

图2是表示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，位置指令生成部22根据存储在加工条件存储部29中的工件W的转速以及刀具11的进给速度来生成进给轴M1的位置指令。

进一步，在步骤S12中，控制部26内的摆动指令生成部23(参照图6)根据上述的转速以及位置指令来生成摆动指令。在图1所示的例子中，刀具11仅沿着工件W的中心轴线摆动，所以仅生成用于进给轴M1的摆动指令。

这里，图3是包括本实施方式的控制装置20的其他加工系统的图。在图3所示的例子中，配置圆锥台形的工件W。此时，刀具11沿着工件W的外圆周面的母线斜向摆动，切削加工工件W的外圆周面。刀具11在X轴方向以及Z轴方向的合成方向移动，所以为了移动刀具11需要两个进给轴M1、M2和所述每个进给轴的控制部26。进给轴M2另外也包括进给机构和驱动该进给机构的伺服电动机。进给轴M1、M2与主轴M0协调动作，进给刀具11来切削加工工件W，此时，在步骤S12中，通过每个进给轴M1、M2的控制部26的摆动指令生成部23分别生成用于两个进给轴M1、M2的摆动指令。

另外，如果除去切削负荷则能够通过惯性和指令的角加速度来推定进给轴M2的必要转矩，但是也可以具备用于检测转矩的检测器G2。进一步也可以是通过多个进给轴和每个进给轴的控制部来进给刀具11的结构。

另外，图4A是表示圆筒形工件和刀具的图，与图1不同。图4A中，刀具11沿着圆筒形工件W的内圆周面的母线摆动且切削加工该内圆周面。此时，刀具11的摆动所使用的电动机只是进给轴M1就可以，所以在步骤S12中生成仅用于进给轴M1的摆动指令。

对此，图4B是表示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沿着具有圆锥台形状的中空部的工件W的内圆周面的母线进行摆动来切削加工该内圆周面。这种情况下，如上述那样需要两个进给轴M1、M2和所述每个进给轴的控制部26，在步骤S12中，通过每个进给轴M1、M2的控制部26的摆动指令生成部23分别生成用于两个进给轴M1、M2的摆动指令。

以下，说明图1所示那样地由刀具11切削加工工件W的圆柱体部分的外圆周面的情况。但是，以下的说明与图3、图4A以及图4B所示的情况也大概相同。

图5是表示进给量与旋转角度之间的关系的图。图5的横轴表示工件W的旋转角度，纵轴表示工件W的中心轴线的方向(即Z轴方向)的刀具11的进给量。图5表示斜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接下来的虚线C2的开始点的纵轴坐标。同样，虚线C2与纵轴之间的交点的纵轴坐标相当于接下来的虚线C3的开始点的纵轴坐标。所述多个直线状虚线C1、C2、C3……表示没有摆动指令时工件W上的刀具11的轨迹。另一方面，图5所示的曲线A1、A2、A3……表示有摆动指令时工件W上的刀具11的轨迹。即，虚线C1、C2、C3等只表示加上摆动指令之前的位置指令(原来的指令值)，曲线A1、A2、A3等表示加上摆动指令后的位置指令。因此，曲线A1、A2、A3表示余弦波状的摆动指令与通过虚线C1、C2、C3表示的各个位置指令相加后得到的指令。

另外，曲线A1是工件W的第一次旋转的刀具11的轨迹，曲线A2是工件W的第二次旋转的刀具11的轨迹，曲线A3是工件W的第三次旋转的刀具11的轨迹。为了简洁的目的，工件W的第四次旋转以后的刀具11的轨迹省略了图示。

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)如以下那样地生成摆动指令。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为了生成分别以虚线C1、C2、C3作为基准轴线的曲线A1、A2、A3这样的指令，决定余弦波状的摆动指令的摆动频率。后述的公式(1)的S/60×I的项的值为摆动频率。

在决定上述的摆动频率时，如图5所示，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的初始相位优选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偏离半个周期。其理由为，当偏离了半个周期时，能够将摆动指令的摆动震振幅设为最小限，其结果为能够最有效地切碎碎屑。

接着，摆动指令生成部23为了生成分别以虚线C1、C2、C3作为基准轴线的曲线A1、A2、A3这样的指令，决定上述摆动指令的摆动振幅。后述的公式(1)的K×F/2的项的值为摆动振幅。图5所示的曲线A1和曲线A2在旋转角度约为0度的场所B1和旋转角度约为240度的场所B2中相互重叠。从图5可知在场所B1、B2中针对虚线C1的曲线A1的最大值要比针对虚线C2的曲线A2的最小值大。换言之，优选摆动指令生成部23决定摆动振幅使得之前的曲线A1和之后的曲线A2部分地相互重叠。另外，在曲线A1、A2、A3中，进给速度恒定，因此各个摆动指令的摆动振幅也全部相同。

在该重叠的场所B1、B2中，刀具11在以曲线A2的轨迹进行加工时，刀具11离开工件W，所以工件W没有被加工。在本实施方式中，周期地产生这样重叠的场所，所以能够继续所谓的间歇切削。在图5所示的例子中，由于按照曲线A2的动作而在场所B1、B2中分别产生碎屑。即，在第二次旋转的曲线A2中会产生2个碎屑。周期性地进行这种间歇切削，所以能够进行振动切削。

进一步，针对虚线A3所形成的曲线A3的形状与曲线A1相同。曲线A2和曲线A3在旋转角度约为120°的场所B3和约为360°的场所B4中重叠。由于按照了曲线A3的动作而在场所B3、B4中分别产生碎屑。即，在第三次旋转的曲线A3中会产生2个碎屑。以后，工件每旋转一次会产生2个碎屑。但是，在第一次旋转中不会产生碎屑。

通过这样来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)会生成摆动指令(步骤S12)。

例如，通过以下的公式来表示摆动指令。

摆动指令＝(K×F/2)×cos(2π×S/60×I×t)-(K×F/2)……(1)

在公式(1)中，K是摆动振幅倍率，F是工件W每旋转一次的刀具11的移动量，即每次的旋转进给量[mm/rev]，S是围绕工件W的中心轴线的转速[min-1]或者[rmp]，I是摆动频率倍率。这里，上述的摆动频率相当于公式(1)的S/60×I的项，上述的摆动振幅相当于公式(1)的K×F/2的项。但是，摆动振幅倍率K作为1以上的数，摆动频率倍率I作为比零大的非整数(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)。

没有将摆动频率倍率I设为整数的理由为，当是与围绕工件W的中心轴线的转速完全相同的摆动频率的情况下，无法产生上述重叠的场所B1、B2、B3、B4等而不能够得到通过摆动切削进行的碎屑的切碎效果。

另外，根据公式(1)，摆动指令成为针对将表示位置指令的各个虚线C1、C2、C3作为基准轴线的余弦波将(K×F/2)的项作为偏移值减去而得的指令。这样，能够在刀具11的加工进给方向将基于位置指令的位置作为上限来控制基于将摆动指令与位置指令相加后得到的指令值的道具11的位置轨迹。因此，图7的曲线A1、A2、A3等在+Z轴方向(即刀具11的加工进给方向)不会超过虚线C1、C2、C3等。

进一步，通过设为由公式(1)表示的摆动指令，从图5的曲线A1可知在刀具11的加工开始点(横轴的0°位置)在刀具11的进给方向从开始不会发出大的摆动指令。

另外，在决定摆动频率和摆动振幅时所调整的各个参数(公式(1)的K、I)的初始值在机床10运转前被存储在加工条件存储部29中。工件W的转速(S)作为加工条件被事先存储在加工条件存储部29中。每次旋转进给量F由该转速(S)和位置指令生成部22所生成的位置指令来求出。

之后，在步骤S13中，控制部26求出由图1所示的位置指令生成部22生成后赋予的位置指令与进给轴M1的实际位置之间的差即位置偏差，将上述摆动指令与位置偏差相加后得到合成指令。

接着，在图2的步骤S14中，控制部26根据上述合成指令来控制进给轴M1。主轴M0由控制装置20按照存储在加工条件存储部29中的工件W的转速(S)来进行控制。在本实施方式中，不需要预先生成振动切削信息的表而能够根据工件W的加工条件在实际切削加工工件W之前决定工件W的切碎条件。

但是，当刀具11的驱动机构部中有间隙时或该驱动机构部的刚性低时，如果为了提高伺服的响应性而将控制增益设定较高，则会产生振动，刀具11的位置精度有时不稳定。例如，即使根据与曲线A1、A2、A3等对应的指令值来驱动进给轴M1，也会有刀具11的实际位置不完全地跟踪曲线A1、A2、A3等的情况。此时，在图5所示的重叠场所B1、B2、B3、B4等中，如果刀具11的实际位置与曲线A1、A2、A3等的指令值不一致，则不会引起间歇切削，其结果为不能够良好地形成碎屑。

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对摆动指令的跟踪性。学习控制是提高针对“重复模式的决定的周期指令”的跟踪性的控制方式，位置偏差在第二周期比第一周期减少，在第三周期比第二周期减少……这样随着周期的前进来使位置偏差减少。具体地说，学习工件W以及刀具11的预定数量的摆动周期量的位置偏差并作为修正量，从而能够抑制基于摆动指令的周期的位置偏差的增加。

其结果为，刀具11的实际位置逐渐接近指令值的曲线A1、A2、A3，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等具有上述重叠的场所B1、B2、B3、B4等，所以能够可靠地引起间歇切削，可靠地形成被碎化后的碎屑。

另外，用于进行学习控制的学习频带有上限，当摆动频率超过上限时，学习不会收敛而保留位置偏差。结果为不能够良好地形成碎屑。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。

具体地说，通过与转矩的降低方法同样地，如后述那样，调整碎屑的长度(变长)，由此能够将摆动指令的摆动频率抑制得较低，能够收敛于学习频带中。当然，如果也能够变更加工条件，也可以降低主轴M0的转速(即工件W的转速)。

另外，在本实施方式的摆动切削中，求出最优的摆动频率以及摆动振幅，所以能够将必要转矩最小化。另一方面，即使能够进行必要最小化，转矩饱和也是会引起的现象，需要避免。进一步，如果适用学习控制则转矩增大，有更加容易饱和的趋势。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。

但是，优选振幅摆动尽可能小，当摆动频率低时，形成更长的碎屑。此时，进给轴M1、M2等所要求的转矩也小。对此，当摆动振幅大时，进给轴M1、M2等所要求的转矩也变大。当摆动频率高时，碎屑的长度变短，进给轴M1、M2等所要求的转矩也变大。

当操作者期待所希望长度的碎屑时，操作者将碎屑的希望长度输入给摆动指令生成部23。这样，摆动指令生成部23根据碎屑的希望长度来生成摆动频率和摆动振幅。例如当要求短的碎屑时，能够避免工件W受伤，当要求长的碎屑时，能够抑制转矩以及学习频带并且降低施加给刀具11的负荷，容易使学习收敛。

图6是表示具备了上述学习控制功能的控制装置20的具体例的框图。

图6所示的控制装置20具备加工条件存储部29、位置指令生成部22、控制部26(进给轴控制部)以及指令程序块间检测部27。加工条件存储部29、位置指令生成部22以及指令程序块间检测部27可以具备在与控制装置20连接的NC装置等上位计算机(未图示)上。

控制部26具备摆动指令生成部23、加法部24、减法部25、学习控制器30、判定部31、位置速度控制部34以及通知部36。进一步，摆动指令生成部23包括使用上述公式(1)计算摆动指令的摆动指令计算部23a。在使刀具11在加工进给方向移动的进给轴M1中装载有检测进给轴M1的旋转位置的编码器32。

图6所示的位置指令生成部22根据存储在加工条件存储部29中的工件W的转速和刀具的进给速度来生成将刀具11的加工进给方向的位置指示给进给轴M1的位置指令，并以预定的时间间隔发送给减法部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)，也可以是这以外的周期。

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，并发送给加法部24。

进一步，摆动指令生成部23根据上述公式(1)来生成摆动指令并以上述的预定时间间隔发送给加法部24。通过摆动指令生成部23内的摆动指令计算部23a计算出该摆动指令。具体地说，摆动指令计算部23a取得存储在加工条件存储部29中的工件W的转速(S)和由加工指令生成部22生成的进给轴M1的位置指令，并根据该位置指令和转速(S)来求出刀具11的每次旋转进给量(F)。摆动指令计算部23a根据刀具11的每次旋转进给量(F)、工件W的转速(S)等，通过上述公式(1)来计算摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。然后，摆动指令计算部23a根据计算出的摆动频率以及摆动振幅和从摆动切削开始时的经过时间t来生成摆动指令。

加法部24将摆动指令与从减法部25输出的位置偏差相加。此时，位置偏差和摆动指令以上述预定的时间间隔被同步地输入加法部24并相加。加法部24将摆动指令与位置偏差相加后得到的合成指令(位置指令值)发送给位置速度控制部34。

位置速度控制部34根据合成指令生成速度指令以及转矩指令，提供给进给轴M1。根据这种指令来控制进给轴M1。如果进给轴M1旋转，则进给轴M1的实际位置从被装载在进给轴M1上的编码器32反馈给减法部25。如果没有位置指令值与合成指令的位置反馈值之间的差，则进给轴M1的实际位置到达指令位置。

上述合成指令被输入给学习控制器30。学习控制器30基于根据摆动指令求出的摆动相位与合成指令来重复求出修正量，修正合成指令，由此提高针对周期动作的跟踪性。

学习控制是由到一个学习周期为止的累计偏差来修正移动指令，由此使对周期指令的跟踪性提高的控制。

图7是表示图6所示的学习控制器30的结构例的框图。

以上述预定的时间间隔从加法部24输出的合成指令被输入给学习控制器30。虽然合成指令被输入给学习控制器30，但是合成指令包括位置指令与位置反馈值之间的差分，因此与一般输入给学习控制器的位置偏差相同。在学习控制器30中，按照每个相位将摆动一个周期量(学习1个周期量)的数据存储在存储器30b中。各个相位是将根据摆动指令的摆动频率求出的周期换算为旋转角度的周期，通过预定的分割数来分割该旋转角度的周期而求出的相位(称为摆动相位)。学习控制器30基于根据摆动指令求出的摆动相位和所输入的合成指令(偏差)来求出存储在存储器30b中的各个相位的偏差，并与存储在存储器30b中的各个相位的数据相加。通过这样一系列的处理能够重复求出各个相位的累计偏差。

存储在存储器30b中的上述累计偏差为通过动态特性补偿要素30c补偿控制对象的相位延迟且与控制部26的每个控制周期的时间对应的修正量。将该修正量作为修正量与被输入给位置速度控制部34之前的合成指令相加。位置速度控制部34根据加上该修正量之后的合成指令来生成速度指令Vc并输出。

如上所述，在学习控制器30中，重复求出各个相位的累计偏差，将通过动态特性补偿要素30c补偿了控制对象的相位延迟的修正量与合成指令相加，由此在多次重复以恒定的周期使刀具11摆动的周期动作中，能够使被输入给学习控制器30的合成指令(偏差)收敛为零。总之，使刀具11按照摆动指令进行摆动。

因此，即使由于刀具11的驱动机构部的间隙的存在和低刚性的驱动机构部而难以提高伺服的响应性，也能够进行更高精度的摆动切削，能够可靠地切碎碎屑。另外，在上述学习控制的实施例中，将1个摆动周期设为学习的周期，实施了求出针对这种每1个摆动周期的合成指令的修正量的学习，但是在本发明中，也可以将1个摆动周期以外的预定数量的摆动周期设为学习的周期。

但是，如图1所示的工件W那样，在工件的外圆周面的至少一部分设置凸部35以及角部35a，在该凸部35存在于刀具11的加工进给方向前侧的形状也作为摆动切削的对象。此时，虽然摆动切削工件W的外圆周面，但是需要刀具11不要干扰凸部35，因此对于刀具11的加工进给方向的加工结束点的位置精度变得重要。如果刀具超过了加工结束点时会产生凸部35被刀具11切入的不良，即所谓的超调的问题。该问题的工件不限定于图1的工件的形状。该问题的工件是围绕中心轴线旋转对称的工件，是在沿着上述中心轴线的截面中在上述工件的半径方向最外方部分的半径方向内侧具有不与上述半径方向最外方部分连续的角部35a的所有工件。例如，是图1、图4A以及图4B所示的工件W。另外，上述角部35a包括具有预定曲率的部分或具有锥形的部分。

即使如上述那样将学习控制适用于摆动切削也能够引起与这种工件W相关的超调的故障。因为学习控制是将重复的摆动模式的一个学习周期前的修正量适用于指令值的控制。即，即使将刀具11没有超过加工结束点的位置指令值作为合成指令输出给上述控制装置20的控制部26(图6)，也会对该位置指令值适用一个学习周期前的摆动模式的修正量，所以会产生不能够防止超调的情况。

另外，存储在加工条件存储部29中的加工程序中包括被称为指令程序块的多个移动指令。机器人根据某个指令程序块使工件或刀具移动到某个场所，并根据接下来的指令程序块使工件或刀具移动到其他的场所。当在摆动切削时适用学习控制时，在基于这种指令程序块的移动的期间，工件W会产生因超调、跟踪延迟造成的切口。

因此，在本实施方式的控制装置20中，指令程序块间检测部27检测指令程序块间的任意定时，在该定时中，使进给轴M1、M2的摆动停止。

具体地说，指令程序块间检测部27从加工程序读出多个指令程序块，并根据相邻的两个指令程序块的内容来检测这些指令程序块间的任意定时。然后，将这种任意的定时通知给判定部31。判定部31比较当前时刻和检测出的任意定时，当检测出的任意定时包括当前时刻时，通知用于停止摆动的指令。停止摆动的通知是将关断学习控制的指令、或者将关断学习控制的指令与摆动指令设为零的指令这两种。因此，判定部31对学习控制器30通知关断学习控制的指令，或者在对学习控制器30通知关断学习控制的指令的同时对摆动指令生成部23通知将摆动指令设为零的指令。

通过具备这样的判定部31，能够抑制上述超调的发生。另外，图6中省略了从编码器32到判定部31的信号线。

可以使摆动停止从任意定时继续预定第一时间或第一摆动次数，也可以使摆动停止的开始延迟预定第二时间或第二摆动次数，也可以事先通知预定第三时间或第三摆动次数的任意定时。或者，也可以组合这些进行适用。

将上述学习控制关断的方法可以是任意方法。如图7所示，在将从加法部24输出的合成指令输入到学习控制器30的输入线上设置第一开关30d，在从动态特性补偿要素30c输出修正量的输出线上设置第二开关30e。例如，学习控制器30构成为，如果从判定部31接受了学习控制关断的指令，则关断第一开关30d，并消除存储在存储器30b内的学习一个周期量的累计偏差。

或者，学习控制器30构成为，如果从判定部31接受了学习控制关断的指令，则同时关断第一开关30d以及第二开关30e。根据该结构，即使关断学习控制器30也能够维持存储在存储器30b内的学习一个周期量的累计偏差。当然，关断上述学习控制的方法以及结构是一例，本发明不限于此。

图8是表示现有技术的Z轴与X轴之间的关系的图，图9是表示一个实施方式的Z轴与X轴之间的关系的图。在图8的现有技术中，不具备指令程序块间检测部27以及判定部31。在图8以及图9中，横轴相当于Z轴，纵轴相当于X轴。另外，在这些附图中，用虚线表示根据指令程序块决定的位置指令，用实线表示由编码器32等检测出的实际位置。

图8中，在加工终点附近在位置指令与实际位置之间有差异。因此，在工件W会产生超调或根据跟踪延迟造成的切口。对此，图9中通知关断学习控制的指令，或者通知关断学习控制的指令的同时通知将摆动指令设为零的指令等，从而使摆动停止。因此，不产生超调或跟踪延迟，其结果为也能够防止工件W产生切口。

图10是表示图6所示的控制装置的动作一例的流程图。

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。当有摆动切削开始的指令时开始摆动切削，但是如果没有该指令则结束工件W的加工。

如果开始摆动切削，则图6所示的位置指令生成部22根据加工条件存储部29内的加工程序所记述的加工条件、例如工件W的转速、刀具11的进给速度来生成进给轴M1的位置指令，并发送给控制部26。接着，指令程序块间检测部27取得进给轴M1的位置指令(步骤S22)。此时，指令程序块间检测部27也可以从编码器32取得通过位置指令进行动作的进给轴M1的实际位置。

接着，在步骤S23中，指令程序块间检测部27从加工程序检测出指令程序块间的任意定时，并通知给判定部31。接着，在步骤S24中，摆动指令生成部23的摆动指令计算部23a根据从加工条件存储部29读出的工件W的转速和从上述位置质量生成部22得到的位置指令来计算摆动指令。该摆动指令被发送给加法部24。

在接下来的步骤S25中，加法部24将来自位置指令生成部22的位置指令与进给轴M1的实际位置(位置FB)之间的差即位置偏差和上述摆动指令相加，生成合成指令。

接着，在步骤S26中，判定部31取得当前时刻，判定当前时刻是否位于检测出的任意定时中。然后，在当前时刻是位于检测出的任意定时中时，进入步骤S27，进行使摆动停止的判定，这样地进行指令。具体地说，判定部31对学习控制器30通知关断学习控制的指令，或者在对学习控制器30通知关断学习控制的指令的同时对摆动指令生成部23通知将摆动指令设为零的指令。

使这种摆动停止的指令可以只通知预定第一时间或预定第一摆动次数。然后，在预定第一时间或预定第一摆动次数之后，解除使摆动停止的指令。或者使摆动停止的指令可以延迟预定第二时间或第二摆动次数进行通知。

这里，图11A是表示时间与速度之间的关系的图。在图11所示的之前的指令程序块A1中，机器人10从时刻t0开始加速，在时刻t1达到最高速度。然后，在时刻t2开始减速，在时刻t3结束之前的指令程序块A1。然后，在之后的指令程序块A2中，从时刻t3开始加速，在时刻t4达到最高速度。

进一步，在表示时间与速度之间的关系的其他的图即图11B的之前的指令程序块A1中，机器人10同样地在时刻t2开始减速，在时刻t3停止。之后的指令程序块A2从时刻t3’(t3<t3’)开始加速，在时刻t4达到最高速度。换言之，在图11B中，存在机器人10停止的时间段(t3～t3’)。

另外，在进一步表示时间与速度之间的关系的其他的图即图11C的之前的指令程序块A1中，机器人10同样地在时刻t2开始减速且在时刻t3停止。之后的指令程序块A2从时刻t3之前的时刻t3”(t2<t3”<t3)开始加速，在时刻t4达到最高速度。换言之，在图11C中，在之前的指令程序块A1结束前开始之后的指令程序块A2，之前的指令程序块A1与之后的指令程序块A2部分地重叠。图11A～图11C所示的指令程序块A1、A2包括在本公开的范围内，如以下那样被适用。

指令程序块间检测部27可以检测从相邻的指令程序块中之前的指令程序块A1的减速开始到之后的指令程序块A2的加速结束为止的时间段(t2～t4)的任意定时。

判定部31通过通知任意定时来停止摆动。例如可以在从检测出之前的指令程序块的减速开始后到检测出之后的指令程序块的加速结束为止停止摆动。另外，指令程序块间检测部27也可以将指令程序块间的任意定时以及之前的指令程序块的减速开始和之后的指令程序块的加速结束之间的任意定时提前预定第三时间或预定第三摆动次数通知给判定部31。这样，能够从减速开始之前停止摆动，或者通过事先通知还能够考虑摆动停止收敛的定时。

在接下来的步骤S28中，学习控制器30基于根据上述摆动指令求出的摆动相位和上述的合成指令来执行求出合成指令的修正量并与上述合成指令相加的学习控制。

接着，在步骤S29中，判断有无摆动切削结束的指令。如果出现摆动切削结束的指令，则工件W的加工结束。另一方面，如果没有摆动切削结束的指令，重复上述步骤S22～步骤S29的一系列的处理。

另外，在上述的判定部31中关断学习控制的定时可以作为从摆动指令生成部23输出的摆动指令成为零的定时。这种定时对应于图5所示的0°、120°、2400°、360°的相位。根据上述定时，能够防止在通过加上了摆动指令后的位置指令使刀具11移动的过程中，瞬间地大幅切换到仅由于位置指令引起的刀具11的移动。所以不会对电动机突然施加负载。

另外，如图3和图4B所示的例子那样，即使在使用进给轴M1、M2等多个轴使刀具11摆动的情况下(例如锥形加工)，最好也针对这些所有的轴调整实施将摆动指令设为零和关断学习控制双方的定时。

例如，在如图3和图4B所示那样实施锥形加工时，针对各个进给轴M1、M2具备控制部26。此时，如图6所示，进给轴M1、M2每一个的控制部26具备摆动指令生成部23、加法部24、减法部25、学习控制器30、判定部31、位置速度控制部34以及通知部36。另外，如图6所示，在进给轴M1的控制部26的判定部31上设置通知部36，判定部31通过通知部36将判定部31的判定结果通知给其他进给轴M2的控制部26(参照图3)的判定部31。

通过这种通知功能，在关于协作地进行摆动切削的多个进给轴中一个进给轴的控制部26，判定部31按照针对摆动指令生成部23的摆动指令的生成禁止通知来关断学习控制时，对其他所有的进给轴的控制部26也将摆动指令设为零和关断学习控制。

即，在多个进给轴分别具备控制部26时，每个进给轴的控制部26的判定部31最好通过关断学习控制的自行决定和关断从其他控制部26的判定部31通知到的学习控制的决定中的至少一个来将摆动指令设为零和关断学习控制。

以上使用典型的实施方式说明了本发明，但如果是本领域技术人员，则能够理解能够不脱离本发明的范围地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，为了解决本公开的至少一个问题，能够提供以下的各种方式及其效果。

根据第一个方式，一种通过刀具(11)切削加工工件(W)的外圆周面或内圆周面的机床(10的控制装置(20)，其控制上述机床，该机床具备使上述工件(W)以及上述刀具(11)围绕上述工件(W)的中心轴线相对旋转的主轴(M0)和沿着上述工件(W)的上述外圆周面的母线或上述内圆周面的母线相对地进给上述刀具(11)以及上述工件(W)的至少一个进给轴(M1；M2)，

该控制装置具备：

位置指令生成部(22)，其根据上述工件(W)以及上述刀具(11)的相对转速和上述刀具(11)以及上述工件(W)的相对的进给速度来生成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)，其通过上述位置指令控制上述至少一个进给轴，

上述进给轴控制装置(26)构成为，具备：摆动指令生成部(23)，其根据上述转速以及上述位置指令来生成上述至少一个进给轴(M1；M2)的摆动指令，使得针对上述转速成为正的非整数倍的摆动频率且上述刀具(11)间歇切割上述工件(W)，并且上述进给轴控制装置(26)根据将上述位置指令与上述至少一个进给轴(M1；M2)的实际位置之间的差即位置偏差和上述摆动指令相加后得到的合成指令，控制上述至少一个进给轴(M1；M2)，

上述控制装置(20)还具备根据包括多个指令程序块的上述机床的加工程序来检测相邻的指令程序块间的任意定时的指令程序块间检测部(27)，

上述进给轴控制部(26)还具备：

学习控制器(30)，其进行以下的学习控制，即基于根据上述摆动指令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与上述合成指令相加；以及

判定部(31)，其判定当前时刻是否是上述相邻的指令程序块间的任意定时，在该判定中使上述至少一个进给轴的摆动停止。

根据第二个方式，在第一个方式中，上述相邻的指令程序块间的任意定时为从上述相邻的指令程序块中的之前指令程序块的减速开始到之后的指令程序块的加速结束为止的时间段中的任意定时。

根据第三个方式，在第一个或第二个方式中，当上述判定部判定当前时刻位于上述相邻的指令程序块间的任意定时中时，上述判定部仅使上述至少一个进给轴的摆动停止预定第一时间或预定第一摆动次数。

根据第四个方式，在第一个～第三个的任意方式中，当上述判定部判定当前时刻位于上述相邻的指令程序块间的任意定时中时，上述判定部仅使上述至少一个进给轴的摆动停止延迟预定第二时间或预定第二摆动次数。

根据第五个方式，在第一个～第四个的任意方式中，上述指令程序块间检测部将上述相邻的指令程序块间的任意定时仅提前预定第三时间或预定第三摆动次数通知给上述判定部。

根据第六个方式，在第一个～第五个的任意方式中，上述判定部只有在最终的加工路径时使上述至少一个进给轴的摆动停止。

根据第七个方式，在第一个～第六个的任意方式中，上述摆动指令的停止包括关断上述学习控制或者在关断上述学习控制的同时将上述摆动指令设为零。

根据第八个方式，在第一个～第七个的任意方式中，上述摆动指令生成部(23)生成针对余弦波的基准轴线将摆动振幅作为偏移减去而得到的上述摆动指令。

根据第九个方式，在第一个～第八个的任意方式中，上述摆动指令生成部(23)根据上述转速生成上述摆动指令的摆动频率，使得上述工件(W)或上述刀具(11)每旋转一次偏离半个周期，并且根据上述转速和上述位置指令来生成上述摆动指令的摆动振幅。

根据第十个方式，在第一个～第九个的任意方式中，上述摆动指令生成部(23)生成上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅，使得上述至少一个进给轴(M1；M2)的转矩不超过预定值。

根据第十一个方式，在第一个～第十个的任意方式中，上述摆动指令生成部(23)根据上述学习控制的控制频带来生成上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅，使学习收敛。

根据第十二个方式，在第一个～第十一个的任意方式中，上述摆动指令生成部(23)根据上述刀具(11)加工上述工件(W)而生成的碎屑的希望长度来生成上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。

根据第十三个方式，在第一个～第十二个的任意方式中，上述工件在沿着上述中心轴线的截面中在上述工件的半径方向最外方部分的半径方向内侧具有没不与上述半径方向最外方部分连续的角部。

方式的效果

在第一个以及第二个方式中，在当前位于指令程序块间的任意定时时使摆动停止，所以不会产生超调或跟踪延迟。因此，能够防止工件产生切口。

在第三个方式中，能够在预定第一时间等期间停止摆动，在摆动停止后能够再次开始摆动切削。

在第四个方式中，对操作者来说能够在适当的时间停止摆动。

在第五个方式中，判定部事先通知相邻的指令程序块间的任意定时，由此在减速开始前能够停止摆动。

在第六个方式中，能够避免在加工结束时工件产生切口。

在第七个方式中，能够可靠地停止摆动。

在第八个方式中，能够将刀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加上摆动指令后的指令值的刀具的位置。

在第九个方式中，摆动指令的摆动频率在工件或刀具每旋转一次时偏离半个周期，所以能够将摆动振幅设为最小。其结果为能够有效地实施间歇切削。

在第十个方式中，在根据加上摆动指令后的位置指令驱动进给轴时，能够避免电动机的转矩饱和。

在第十一个方式中，能够进一步求出适当的摆动指令。

在第十二个方式中，在要求短的碎屑时能够避免工件受伤，在要求长的碎屑时能够抑制转矩，降低施加给刀具的负荷。

在第十三个方式中，能够适当地摆动切削具有角部的工件。

使用典型的实施方式说明了本发明，但是如果是本领域技术人员，则能够理解能够不脱离本发明的范围地进行上述变更以及各种其他的变更、省略、追加。

Claims (13)

1.一种控制装置，控制通过刀具切削加工工件的外圆周面或内圆周面的机床，在该机床中，具备使上述工件以及上述刀具围绕上述工件的中心轴线相对旋转的主轴、沿着上述工件的上述外圆周面或上述内圆周面的母线相对地进给上述刀具以及上述工件的至少一个进给轴，其特征在于，

该控制装置具备：

位置指令生成部，其根据上述工件以及上述刀具的相对转速和上述刀具以及上述工件的相对进给速度来生成上述至少一个进给轴的位置指令；以及

进给轴控制部，其通过上述位置指令控制上述至少一个进给轴，

上述进给轴控制部构成为，具备：摆动指令生成部，其根据上述转速以及上述位置指令来生成上述至少一个进给轴的摆动指令，使针对上述转速成为正的非整数倍的摆动频率且上述刀具间歇切削上述工件，并且上述进给轴控制部根据将上述位置指令与上述至少一个进给轴的实际位置之间的差即位置偏差和上述摆动指令相加后得到的合成指令，控制上述至少一个进给轴，

上述控制装置还具备根据包括多个指令程序块的上述机床的加工程序来检测相邻的指令程序块间的任意定时的指令程序块间检测部，

上述进给轴控制部还具备：

学习控制器，其进行以下的学习控制，即基于根据上述摆动指令求出的摆动相位和上述合成指令来求出上述合成指令的修正量并与上述合成指令相加；以及

判定部，其判定当前时刻是否位于上述相邻的指令程序块间的任意定时，在该判定中使上述至少一个进给轴的摆动停止。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

上述相邻的指令程序块间的任意定时为从上述相邻的指令程序块中的之前指令程序块的减速开始到之后的指令程序块的加速结束的时间段中的任意定时。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

当上述判定部判定当前时刻位于上述相邻的指令程序块间的任意定时中时，上述判定部仅使上述至少一个进给轴的摆动停止预定第一时间或预定第一摆动次数。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

当上述判定部判定当前时刻位于上述相邻的指令程序块间的任意定时中时，上述判定部使上述至少一个进给轴的摆动停止仅延迟预定第二时间或预定第二摆动次数。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

上述指令程序块间检测部仅提前预定第三时间或预定第三摆动次数将上述相邻的指令程序块间的任意定时通知给上述判定部。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

上述判定部只有在最终的加工路径时使上述至少一个进给轴的摆动停止。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令的停止包括关断上述学习控制或者在关断上述学习控制的同时将上述摆动指令设为零。

8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令生成部生成针对余弦波的基准轴线将摆动振幅作为偏移值减去而得到的上述摆动指令。

9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令生成部根据上述转速生成上述摆动指令的摆动频率，使上述工件或上述刀具每旋转一次偏离半个周期，并且根据上述转速和上述位置指令来生成上述摆动指令的摆动振幅。

10.根据权利要求1～9中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令生成部生成上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅，使上述至少一个进给轴的转矩不超过预定值。

11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令生成部根据上述学习控制的控制频带来生成上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅，使学习收敛。

12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

上述摆动指令生成部根据上述刀具加工上述工件而生成的碎屑的希望长度来生成上述摆动指令的摆动频率以及摆动振幅。

13.根据权利要求1～12中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，

上述工件在沿着上述中心轴线的截面中在上述工件的半径方向最外方部分的半径方向内侧具有不与上述半径方向最外方部分连续的角部。