CN109725605B - 数控装置和速度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控装置和速度控制方法。数控装置按照加减速模型来控制主轴头的速度或工作台的速度。在从高速的恒速区间向其他恒速区间减速的情况下，数控装置在具有高速的恒速区间的指令块结束时设置规定恒速区间。数控装置使高速的恒速区间缩短与规定恒速区间相应的移动距离，利用移动平均滤波器，对缩短相应的移动距离之后的加减速模型进行过滤。

Description

数控装置和速度控制方法

技术领域

本发明涉及数控装置和速度控制方法。

背景技术

就日本特许公开2006年1994号公报所述的数控装置而言，在进给方向相同且是从快速进给向切削进给过渡的情况下，该数控装置使机床减速，以使快速进给的指令终点位置的进给速度为指令所指定的切削进给速度。在进给方向相同且是从切削进给向快速进给过渡的情况下，在切削进给的指令终点位置之前，数控装置使机床一直以指令所指定的切削进给速度进给，然后，从切削进给的指令终点位置开始向快速进给速度加速。该速度控制方法被称为插补前加减速。插补前加减速是按照预先设定好的加减速模型进行速度控制的。

在通过插补前加减速控制速度的情况下，数控装置利用移动平均滤波器对加减速模型进行过滤，使速度变化得较柔和。移动平均滤波器能够减轻机床振动。

当利用移动平均滤波器对加减速模型进行过滤时，时间上会产生延迟。因此，在从快速进给向切削进给过渡的情况下，快速进给的指令终点位置的速度会大于指令所指定的切削进给速度。在从切削进给向快速进给过渡的情况下，数控装置会早于切削进给的指令终点位置地开始向快速进给速度加速。

发明内容

本发明的目的在于，提供数控装置和速度控制方法，对于同轴且同向的两种处理的不同速度，能够在指令终点位置控制为指令速度。

技术方案1的数控装置具有速度控制部，该速度控制部按照数控程序和规定的加减速创建加减速模型，并利用移动平均滤波器对该加减速模型进行过滤，以此来对主轴头或用于载置加工对象的工作台进行控制，该数控装置的特征在于，所述数控程序具有：第一指令块，其具有第一恒速区间，在该第一恒速区间，以恒定的速度进行移动；及第二指令块，其具有第二恒速区间，在该第二恒速区间，以不同于所述第一恒速区间的所述速度的、恒定的速度进行移动，所述第一指令块和所述第二指令块为相连续且是在同轴上向同向移动的指令，在所述第一恒速区间的速度大于所述第二恒速区间的速度的情况下，所述速度控制部创建下述这样的加减速模型：在所述第一指令块的结束部分设置以所述第二恒速区间的所述速度进行移动的规定恒速区间，并使所述第一恒速区间缩短与所述规定恒速区间相应的移动距离，在所述第二恒速区间的速度大于所述第一恒速区间的速度的情况下，所述速度控制部创建下述这样的加减速模型：在所述第二指令块的开始部分设置以所述第一恒速区间的所述速度进行移动的规定恒速区间，并使所述第二恒速区间缩短与所述规定恒速区间相应的移动距离。因此，在第一恒速区间的速度大于第二恒速区间的速度的情况下，数控装置能够减小第一指令块的结束位置的速度与第二恒速区间的速度之差，能够按照指令进行加工。在第二恒速区间的速度大于第一恒速区间的速度的情况下，数控装置能够减小从第一指令块开始向第二指令块加速时的位置的偏差。

也可以是，技术方案2的所述加减速模型中，向所述第一恒速区间和所述第二恒速区间加减速时的曲线呈点对称。在第二恒速区间的速度大于第一恒速区间的速度的情况下，数控装置能够进一步减小从第一恒速区间开始向第二恒速区间加速时的位置的偏差。

也可以是，技术方案3的所述规定恒速区间为所述移动平均滤波器的时间常数的一半的区间。规定恒速区间的速度设为第一恒速区间和第二恒速区间中的速度较小的那个恒速区间的速度，规定恒速区间的时间设为移动平均滤波器的时间常数的一半。因此，在从第一恒速区间向第二恒速区间减速的情况下，数控装置能够使第一指令块的结束位置的速度与第二恒速区间的速度相等。在从第一恒速区间向第二恒速区间加速的情况下，数控装置能够从第一指令块的结束位置开始向第二指令块加速。

也可以是，技术方案4～6的数控装置中，在所述第一恒速区间的速度大于所述第二恒速区间的速度的情况下，所述第一指令块为快速进给块，所述第二指令块为切削进给块，在所述第二恒速区间的速度大于所述第一恒速区间的速度的情况下，所述第一指令块为切削进给块，所述第二指令块为快速进给块。在从快速进给向切削进给过渡的情况下，切削进给的开始位置的速度为切削进给速度，因此，数控装置能够减少加工不良。在从切削进给向快速进给过渡的情况下，在切削进给的结束位置开始加速。因此，数控装置能够防止在切削进给结束前就加速，能够减少加工不良。

也可以是，技术方案7～9的所述数控程序具有换刀指令，该换刀指令具有：第一快速进给指令块，根据该第一快速进给指令块，主轴头移动至加工区域与换刀区域的分界处；第一ATC指令块，根据该第一ATC指令块，该主轴头从该分界处移动至允许收纳有能够被装配的刀具的刀库进行旋转的ATC原点；第二ATC指令块，根据该第二ATC指令块，该主轴头从该ATC原点移动至该分界处；及第二快速进给指令块，根据该第二快速进给指令块，该主轴头从该分界处向该加工区域移动，在所述第一恒速区间的速度大于所述第二恒速区间的速度的情况下，所述第一指令块为所述第一快速进给指令块，所述第二指令块为所述第一ATC指令块，在所述第二恒速区间的速度大于所述第一恒速区间的速度的情况下，所述第一指令块为所述第二ATC指令块，所述第二指令块为所述第二快速进给指令块。因此，在从加工区域向换刀区域过渡的情况下，数控装置能够使第一快速进给指令块的结束位置的速度减速至第一ATC指令块的速度。在从换刀区域向加工区域过渡的情况下，数控装置能够从第二ATC指令块的结束位置开始向第二快速进给指令块的速度加速。

技术方案10的速度控制方法的特征在于，按照所设定的加减速模型来控制主轴头的速度或用于载置加工对象的工作台的速度，所述加减速模型具有：第一指令块，其具有第一恒速区间；及第二指令块，其具有第二恒速区间，该第二恒速区间的所述速度不同于所述第一恒速区间的所述速度，所述第一指令块和所述第二指令块为同轴且同向的区间，在所述第一恒速区间的速度大于所述第二恒速区间的速度，且是从所述第一恒速区间向所述第二恒速区间减速的情况下，作为所述第一指令块，在所述第一指令块结束时设置速度为所述第二恒速区间的所述速度的规定恒速区间，并使所述第一恒速区间缩短与所述规定恒速区间相应的移动距离，利用移动平均滤波器，对设置所述规定恒速区间并使所述第一恒速区间缩短所述移动距离之后的所述加减速模型进行过滤，在所述第二恒速区间的速度大于所述第一恒速区间的速度，且是从所述第一恒速区间向所述第二恒速区间加速的情况下，作为所述第二指令块，在所述第二指令块开始时设置速度为所述第一恒速区间的所述速度的规定恒速区间，并使所述第二恒速区间缩短与所述规定恒速区间相应的移动距离，利用所述移动平均滤波器，对设置所述规定恒速区间并使所述第二恒速区间缩短所述移动距离之后的所述加减速模型进行过滤。数控装置进行上述速度控制方法，因此，能够获得与技术方案1同样的效果。

附图说明

图1是机床1的立体图。

图2是机床1的上半部分的纵剖视图。

图3是表示数控装置30和机床1的电气结构的框图。

图4是表示利用移动平均滤波器过滤前的加减速模型以及利用移动平均滤波器过滤后的加减速模型的图。

图5是用于说明算法的图。

图6是用于说明算法的图。

图7是用于说明算法的图。

图8是用于说明快速进给和ATC区域内的下降进给的图。

图9是用于说明算法的图。

图10是用于说明算法的图。

图11是速度控制处理的流程图。

图12是用于说明变形例的算法的图。

具体实施方式

说明本发明的实施方式。下面的说明中使用附图中用箭头表示的左右、前后、上下。机床1的左右方向即为机床1的X轴方向，机床1的前后方向即为机床1的Y轴方向，机床1的上下方向即为机床1的Z轴方向。

参照图1～图3，说明机床1的构造。机床1具有基座2、立柱5、主轴头7、主轴9、控制箱6、工作台10、换刀装置20、操作面板24等。基座2是大致长方体状的铁制底座。立柱5固定在基座2的上部靠后方处。主轴头7设置为能够利用后述的Z轴移动机构22沿上下方向移动，Z轴移动机构22设于立柱5的前表面。主轴头7在内部以主轴9能够旋转的方式支承该主轴9。能够在主轴9装配刀柄17，主轴9能够在主轴马达52的驱动下进行旋转。主轴马达52固定在主轴头7的上部。刀柄17中保持有刀具4。控制箱6中收纳有数控装置30。数控装置30能够控制机床1的动作。工作台10设于基座2的上部，工作台10能够利用X轴马达53、Y轴马达54、X轴-Y轴引导机构(未图示)沿X轴方向和Y轴方向移动。

换刀装置20具有圆盘状的刀库21。刀库21借助左右成一对的框架8支承在立柱5的前表面侧。刀库21在外周以放射状支承有多个夹持臂90。夹持臂90能够以刀柄17装卸自如的方式保持该刀柄17。换刀装置20通过使刀库21旋转，来将换刀指令所指示的刀具4定位于换刀位置。换刀指令由数控程序进行指令。换刀位置是刀库21的最下部的位置。换刀装置20能够将主轴9上装配的刀具4和处于换刀位置的接下来要用的刀具4进行交换。操作面板24具有输入部25和显示部28。操作者能够利用输入部25来输入数控程序、刀具4的种类、刀具信息、各种参数等。当操作者操作输入部25时，就会在显示部28显示各种输入画面和操作画面等。

Z轴移动机构22具有Z轴滚珠丝杠26、Z轴马达51和一对Z轴轨道(未图示)。Z轴轨道沿Z轴方向延伸，且能够沿Z轴方向引导主轴头7。Z轴滚珠丝杠26配置在一对Z轴轨道之间，Z轴滚珠丝杠26设置为能够利用上侧轴承部27和下侧轴承部(未图示)进行旋转。主轴头7在背面具有螺母29。螺母29与Z轴滚珠丝杠26螺纹接合。Z轴马达51能够使Z轴滚珠丝杠26向正向和反向旋转。因此，主轴头7能够与螺母29一起沿Z轴方向上下移动。

参照图2，说明主轴头7的内部构造。主轴头7在内部以主轴9能够旋转的方式支承该主轴9。主轴9沿上下方向延伸。主轴9借助联轴器23与主轴马达52的向下方延伸的驱动轴相连结。主轴9具有装配孔18、夹持部19和牵引杆69。装配孔18设于主轴9的下端部。装配孔18位于主轴头7的下部。夹持部19设于装配孔18的上方。牵引杆69以与经过主轴9的中心的轴孔同轴的方式插入该轴孔内。夹紧弹簧(未图示)始终对牵引杆69向上方施力。

刀柄17在一端侧保持有刀具4，刀柄17在另一端侧具有装配部17A和拉钉17B。装配部17A呈大致圆锥状。拉钉17B从装配部17A的顶部沿轴线方向突出。装配部17A能够装配于主轴9的装配孔18。当将装配部17A装配于装配孔18时，夹持部19夹持拉钉17B。当牵引杆69向下方按压夹持部19时，夹持部19解除对拉钉17B的夹持。

主轴头7在后方上部内侧具有杆构件60。杆构件60呈大致字母L状，杆构件60以支承轴61为中心摆动自如。支承轴61固定在主轴头7的内部。杆构件60具有纵向杆63和横向杆62。纵向杆63从支承轴61朝立柱5侧去向斜上方延伸，在中间部65向上方弯折并进一步向上方延伸。横向杆62从支承轴61朝刀库21侧去大致水平地延伸。横向杆62的顶端部能够从上方与销58卡合。销58设置为以与牵引杆69正交的方式突出。

纵向杆63在上端部的背面具有凸轮66。凸轮66例如形成为侧视时呈大致梯形形状。凸轮66在靠立柱5的那侧具有凸轮面。凸轮66的凸轮面能够相对于固定于上侧轴承部27的辊67接触、分离。通过主轴头7的升降，辊67在凸轮66的凸轮面上相对于该凸轮面滑动。拉伸弹簧68以带弹力的状态设于纵向杆63与主轴头7之间。拉伸弹簧68始终对杆构件60向从右侧观察杆构件60时的顺时针方向施力。因此，拉伸弹簧68始终对杆构件60向下述方向施力：该方向是解除横向杆62对销58向下方的按压的方向。

对向主轴9装配刀柄17的动作以及将刀柄17从主轴9上拆卸下来的动作进行说明。如图2所示，主轴头7在主轴9的装配孔18中装配有刀柄17的装配部17A的状态下上升。设于杆构件60的凸轮66与辊67接触并相对于辊67滑动。辊67在凸轮66的凸轮面上向下方滑动。杆构件60克服拉伸弹簧68的施力，以支承轴61为中心绕逆时针方向旋转。横向杆62从上方与销58卡合，从而，横向杆62克服在主轴9的内部设置的夹紧弹簧的作用力，向下方按压牵引杆69。牵引杆69对夹持部19向下方施力。夹持部19解除对拉钉17B的夹持，从而，能够将刀柄17从主轴9的装配孔18中拆卸下来。

主轴头7在主轴9的装配孔18中插入有刀柄17的装配部17A的状态下下降。设于杆构件60的凸轮66在辊67滑动。辊67在凸轮66的凸轮面上向上方滑动。杆构件60以支承轴61为中心绕顺时针方向旋转。横向杆62向上方离开销58，从而解除对牵引杆69向下方的按压。牵引杆69在夹紧弹簧的作用下向上方移动，从而解除对夹持部19向下方的施力。夹持部19对拉钉17B进行夹持，从而，完成刀柄17向主轴9的装配。

参照图2，说明换刀装置20的构造。换刀装置20在刀库21的背面外周以等间隔的方式固定有多个支点座70。支点座70以夹持臂90能够沿前后方向摆动的方式对该夹持臂90进行轴支承。夹持臂90在一端部具有把持部91。把持部91能够以刀柄17装卸自如的方式把持该刀柄17。夹持臂90在支点座70附近以辊96和辊97旋转自如的方式向主轴头7侧对该辊96和辊97进行轴支承。在主轴头7进行升降时，辊96在DP凸轮11的凸轮面上滑动，该DP凸轮11沿着主轴头7的前侧面的右端部固定。DP凸轮11的凸轮面具有直线部11A和倾斜部11B。直线部11A从凸轮面的上部向下方呈直线状延伸。倾斜部11B从直线部11A的下部向后下方平缓弯曲地倾斜。

在主轴头7进行升降时，辊97在浮动凸轮12的凸轮面上滑动，该浮动凸轮12固定于主轴头7的前侧面的左右方向中央部。浮动凸轮12的凸轮面在上下方向中央部处向前方呈山峰状隆起。在辊96在DP凸轮11的凸轮面上滑动时，浮动凸轮12防止辊96和DP凸轮11分离，从而限制夹持臂90的运动。通过处于换刀位置的夹持臂90以支点座70为中心摆动，能够使把持部91在靠近位置与退避位置之间移动。靠近位置即为靠近主轴9且与主轴9相对的位置，退避位置即为向前方离开主轴9的位置。

夹持臂90在与把持部91所在侧相反的那侧的另一端部，以利用压缩螺旋弹簧(未图示)对钢球92向外侧施力的状态，以该钢球92能够突出、退回的方式保持该钢球92。刀库21的外侧套有圆筒状的夹持支承套筒80，在夹持支承套筒80的外周设有截面呈圆弧状的引导面81。钢球92以带弹力的状态与夹持支承套筒80的引导面81相抵接。通过引导面81引导夹持臂90的另一端部，能够使夹持臂90以支点座70为中心摆动。

参照图3，说明数控装置30和机床1的电气结构。数控装置30具有CPU31、存储部32、输入输出部33、驱动电路51A～驱动电路55A等。CPU31对数控装置30进行控制。存储部32由ROM、RAM、非易失性存储装置等构成。ROM存储有速度控制程序等。存储部32存储有后述的移动平均滤波器的时间常数TF。CPU31能够读出速度控制处理程序，并执行后述的速度控制处理(参照图11)。RAM用于临时存储执行各种处理的过程中的各种数据。存储装置为非易失性，其为HDD、闪存等。存储装置能够存储由操作者利用输入部25输入并登录的数控程序等。数控程序由包含各种控制指令的多个块构成，数控程序以块为单位来控制机床1的包含轴移动、换刀等在内的各种动作。输入输出部33与输入部25和显示部28相连接。

驱动电路51A与电流检测器51C、Z轴马达51和编码器51B相连接。驱动电路52A与电流检测器52C、主轴马达52和编码器52B相连接。驱动电路53A与电流检测器53C、X轴马达53和编码器53B相连接。驱动电路54A与电流检测器54C、Y轴马达54和编码器54B相连接。驱动电路55A与刀库马达55和编码器55B相连接。驱动电路51A能够从CPU31接收指令，并向所对应的马达51输出驱动电流，驱动电路52A能够从CPU31接收指令，并向所对应的马达52输出驱动电流，驱动电路53A能够从CPU31接收指令，并向所对应的马达53输出驱动电流，驱动电路54A能够从CPU31接收指令，并向所对应的马达54输出驱动电流，驱动电路55A能够从CPU31接收指令，并向所对应的马达55输出驱动电流。驱动电路51A能够从编码器51B接收反馈信号，驱动电路52A能够从编码器52B接收反馈信号，驱动电路53A能够从编码器53B接收反馈信号，驱动电路54A能够从编码器54B接收反馈信号，驱动电路55A能够从编码器55B接收反馈信号，从而来进行位置和速度的反馈控制。反馈信号为脉冲信号。

电流检测器51C能够检测驱动电路51A所输出的驱动电流，电流检测器52C能够检测驱动电路52A所输出的驱动电流，电流检测器53C能够检测驱动电路53A所输出的驱动电流，电流检测器54C能够检测驱动电路54A所输出的驱动电流。电流检测器51C能够向驱动电路51A反馈所检测到的驱动电流，电流检测器52C能够向驱动电路52A反馈所检测到的驱动电流，电流检测器53C能够向驱动电路53A反馈所检测到的驱动电流，电流检测器54C能够向驱动电路54A反馈所检测到的驱动电流。驱动电路51A能够基于电流检测器51C所反馈的驱动电流，进行电流(扭矩)控制，驱动电路52A能够基于电流检测器52C所反馈的驱动电流，进行电流(扭矩)控制，驱动电路53A能够基于电流检测器53C所反馈的驱动电流，进行电流(扭矩)控制，驱动电路54A能够基于电流检测器54C所反馈的驱动电流，进行电流(扭矩)控制。

参照图4，对利用移动平均滤波器对加减速模型进行了过滤的情况下的问题进行说明。加减速模型a(t)是利用时间常数为TF的移动平均滤波器进行过滤之前的加减速模型。加减速模型a(t)具有两个阶段的恒速区间，加减速模型a(t)是同轴且同向的第一处理和第二处理的加减速模型。加减速模型a(t)的时间区间[0，T0]的部分为第一处理的加减速模型。时间T0以后的部分为第二处理的加减速模型。数控程序中，相连续的两个块中的靠前的块的控制指令为快速进给指令，靠后的块的控制指令为切削进给指令。移动平均滤波器的时间常数为TF。加减速模型b(t)是经移动平均滤波器过滤后的加减速模型。移动平均滤波器是LPF(低通滤波器)的一种，因此，当对加减速模型进行过滤时，会产生延迟。与过滤前的情况相比，过滤后，达到第二处理的指令速度V0的时间有所延迟。该延迟是指：过滤后的开始第二处理的指令开始位置的速度与第二处理的指令速度之间产生偏差。

加减速模型a(t)的第二处理的指令开始位置能够基于加减速模型a(t)的时间区间[0，T0]的面积来算出。数控装置30在加减速模型b(t)的与加减速模型a(t)的时间区间[0，T0]的面积相等的时间区间的终点位置开始第二处理。

加减速模型b(t)的时间区间[0，T2]的面积大于加减速模型a(t)的时间区间[0，T0]的面积。因此，加减速模型b(t)的情况下，在早于减速至指令速度V0的时间点T2的时间点就开始第二处理。如图4所示，加减速模型b(t)的与加减速模型a(t)的时间区间[0，T0]的面积相等的时间区间的终点为时间点T1。时间点T1所对应的速度V1大于第二处理的指令速度V0。

参照图5和图6，对第一处理为快速进给第二处理为切削进给的例子的算法进行说明。该算法解决了上述问题，即，即使利用移动平均滤波器对加减速模型进行过滤，也能够在第二处理的指令开始位置以指令速度开始第二处理。

图5的(A)表示过滤前的加减速模型c(t)。加减速模型c(t)是从较快的速度过渡到较慢的速度。第二处理部分用虚线来表示。第一处理部分中的加减速部分呈直线状进行加减速。因此，加减速部分呈点对称。对称点为t＝区间A的二分之一的直线与速度从速度0加速至速度V2的直线的交点以及t＝区间C的二分之一的直线与速度从速度V2减速至速度V3的直线的交点。速度V2是第一处理的指令速度，速度V3是第二处理的指令速度。第一处理的移动距离与加减速模型c(t)的时间区间[0，T3]的区域A1的面积相等。时间点T3即为第一处理结束时。区域A1的面积即为加减速模型c(t)的情况下达到第二处理的指令速度V3之前的移动距离。下面所示的式一～式三这些式中的A、TF、B、C为图5的(A)中的时间轴的区间。区间A为从速度0加速至指令速度V2的加速区间，区间TF和区间B为速度为指令速度V2的恒速区间，区间C为从指令速度V2减速至速度V3的减速区间。

(式一)区域A1的面积＝A×V2/2+(TF+B)×V2+(V2+V3)×C/2

图5的(B)分别表示了过滤前的加减速模型和过滤后的加减速模型。过滤后的加减速模型为加减速模型d(t)。加减速模型c(t)的加减速部分呈点对称。因此，根据移动平均滤波器的特性，在经移动平均滤波器过滤之后，所对应的加减速部分仍然呈点对称。因此，加减速模型d(t)的时间区间[0，T4]的区域A2的面积与区域A3的面积相等。区域A3是由下述直线围起来区域：将加减速模型d(t)的加速区间的起点和终点连结起来的直线、v＝V2的直线、将加减速模型d(t)的减速区间的起点和终点连结起来的直线、t＝T4的直线以及v＝0的直线。区域A2的面积即为加减速模型d(t)的情况下达到第二处理的指令速度V3之前的移动距离。

(式二)区域A2的面积＝(A+TF)×V2/2+B×V2+(V2+V3)×(C+TF)/2

加减速模型d(t)的情况下达到第二处理的指令速度V3之前的移动距离与加减速模型c(t)的情况下达到第二处理的指令速度V3之前的移动距离之差能够通过下面的式三来算出。

(式三)差＝{(A+TF)×V2/2+B×V2+(V2+V3)×(C+TF)/2}－{A×V2/2+(TF+B)×V2+(V2+V3)×C/2}

＝TF×V2/2－TF×V2+(V2+V3)×TF/2＝V3×TF/2

加减速模型d(t)的情况下达到第二处理的指令速度V3之前的移动距离与加减速模型c(t)的情况下达到第二处理的指令速度之前的移动距离之差为：第二处理的指令速度V3乘以时间常数TF的1/2所得到的值(＝V3×TF/2)。因此，如图6的(A)所示，在过滤前的加减速模型c’(t)中，在第一处理结束时设置恒速区间α，并使速度v＝V2的恒速区间缩短与恒速区间α相应的移动距离。恒速区间α为作为第一处理的加减速模型的速度为V3时间为TF/2的区间。指令速度v＝V2的恒速区间缩短V3×TF/(2×V2)(s)的量。第二处理的指令开始位置之前的第一处理的移动距离与区域A4的面积相等。区域A4为加减速模型c’(t)的时间区间[0，T5]的区域。下面所示的式四～式六这些式中的A、TF、B’、C为图6的(A)中的时间轴的区间。区间B’为速度为指令速度V2的恒速区间，区间B’是使区间B缩短与恒速区间α相应的移动距离之后的区间。

(式四)区域A4的面积＝A×V2/2+(TF+B')×V2+(V2+V3)×C/2+V3×TF/2

图6的(B)分别表示了过滤前的加减速模型和过滤后的加减速模型。过滤后的加减速模型为加减速模型d’(t)。加减速模型c’(t)的加减速部分呈点对称。因此，根据移动平均滤波器的特性，在经移动平均滤波器过滤之后，所对应的加减速部分仍然呈点对称。因此，加减速模型d’(t)的时间区间[0，T6]的区域A5的面积与区域A6的面积相等。区域A6是由下述直线围起来的区域：将加减速模型d'(t)的加速区间的起点和终点连结起来的直线、v＝V2的直线、将加减速模型d'(t)的减速区间的起点和终点连结起来的直线、t＝T6的直线以及v＝0的直线。区域A5的面积即为加减速模型d'(t)的情况下达到第二处理的指令速度V3之前的移动距离。

(式五)区域A5的面积＝(A+TF)×V2/2+B'×V2+(V2+V3)×(C+TF)/2

加减速模型d'(t)的情况下达到第二处理的指令速度之前的移动距离与加减速模型c'(t)的情况下达到第二处理的指令速度之前的移动距离之差能够通过下面的式六来算出。

(式六)差＝{(A+TF)×V2/2+B'×V2+(V2+V3)×(C+TF)/2}－{A×V2/2+(TF+B')×V2+(V2+V3)×C/2+V3×TF/2}

＝TF×V2/2－TF×V2+(V2+V3)×TF/2－V3×TF/2

＝0

如式六所示，区域A4的面积与区域A5的面积相等。因此，数控装置30即使利用移动平均滤波器对加减速模型c’(t)进行过滤，也能够将速度控制为，快速进给的指令终点位置的切削速度为指令速度。快速进给的指令终点位置的切削进给速度为指令速度。因此，数控装置30能够解决因大于指令速度导致加工不良的问题。

参照图7，对第一处理为切削进给第二处理为快速进给的情况下的算法进行说明。加减速模型e(t)是从较慢的速度v＝V3过渡到较快的速度v＝V2的加减速模型。加减速模型e(t)的情况下，在第二处理开始时，作为第二处理的加减速模型设置恒速区间α，并使速度v＝V2的恒速区间缩短与恒速区间α相应的移动距离。区域A7的面积即为第二处理的移动距离。区域A7是由加减速模型e(t)、t＝T8的直线以及v＝0的直线围起来的区域。式七～式九这些式中的D、TF、E、F为图7中的时间轴的区间。区间D为从指令速度V3加速至指令速度V2的加速区间，区间TF、区间E为速度为指令速度V2的恒速区间，区间F为从指令速度V2减速至速度0的减速区间。

(式七)区域A7的面积＝V3×TF/2+(V2+V3)×D/2+(TF+E)×V2+F×V2/2

加减速模型f(t)是对加减速模型e(t)进行过滤之后得到的加减速模型。第二处理的移动距离即为区域A8的面积。区域A8是由加减速模型f(t)、t＝T7的直线以及v＝0的直线围起来的区域。如上所述，加减速模型e(t)的加减速部分呈直线状且呈点对称，因此，区域A8的面积与区域A9的面积相等。区域A9是由下述直线围起来的区域：t＝T7的直线、将加速部分的曲线的起点和终点连结起来的直线、v＝V2的直线、将减速部分的曲线的起点和终点连结起来的直线以及v＝0的直线。

(式八)区域A8的面积＝(V2+V3)×(D+TF)/2+E×V2+(F+TF)×V2/2

区域A7的面积与区域A8的面积之差能够通过下面的式九来算出。

(式九)差＝{T3×TF/2+(V2+V3)×D/2+(TF+E)×V2+F×V2/2}－{(V2+V3)×(D+TF)/2+E×V2+(F+TF)×V2/2}

＝T3×TF/2－(V2+V3)×TF/2+TF×V2－TF×V2/2

＝0

如式九所示，区域A7的面积与区域A8的面积相等。因此，数控装置30即使利用移动平均滤波器对加减速模型e(t)进行过滤，也能够将速度控制为，从切削进给的指令速度开始向快速进给的指令速度加速的位置为切削进给的指令终点位置。从切削进给的指令速度开始向快速进给的指令速度加速的位置为切削进给的指令终点位置。因此，数控装置30能够解决因切削进给速度大于指令速度导致加工不良的问题。

参照图8，说明交换刀柄17的情况下的快速进给速度和ATC速度(换刀速度)。ATC区域为从Z原点至ATC原点之间的区域。一般来讲，为了抑制在换刀时产生的振动，将ATC区域内的速度设定得低于加工区域内的快速进给速度。ATC原点为允许刀库21进行旋转时的、主轴头7的Z轴方向上的位置。图8的例中，ATC区域内的上升时和下降时的ATC速度v＝V5，为30000(mm/min)。加工区域内的上升时和下降时的快速进给速度v＝V4，为50000(mm/min)。数控装置30在换刀的情况下，也要从高速的快速进给速度过渡到低速的ATC速度的动作以及从低速的ATC速度过渡到高速的快速进给速度。因此，数控装置30能够应用上述算法。

参照图9，对第一处理为加工区域内的上升快速进给第二处理为ATC区域内的上升进给的情况下的算法进行说明。基本认为是：与上述的第一处理为快速进给第二处理为切削进给的情况相同。在加减速模型g(t)中，作为第一处理的加减速模型，在第一处理结束时设置速度为ATC区域内的上升进给速度v＝V5时间为TF/2的恒速区间，并使快速进给速度v＝V4的恒速区间缩短与所设的恒速区间相应的移动距离。

第一处理的移动距离即为区域A11的面积。加减速模型h(t)是对加减速模型g(t)进行过滤之后得到的加减速模型。区域A11是由加减速模型h(t)、t＝T11的直线以及v＝0的直线围起来的区域。加减速模型h(t)的第一处理的加减速部分呈点对称，因此，区域A11的面积与区域A12的面积相等。区域A12的面积与区域A10的面积相等。区域A10是由加减速模型g(t)、t＝T9的直线以及v＝0直线围起来的区域加上速度为V5时间为TF/2的恒速区间的区域之后得到的区域。因此，数控装置30能够控制为，上升快速进给的指令终点位置的速度为ATC区域内的上升进给的指令速度。能够将速度控制为在ATC区域内的速度不超过指令速度，因此，数控装置30能够防止在换刀时振动增加。

参照图10，对第一处理为ATC区域内的下降进给第二处理为加工区域内的下降快速进给的情况下的算法进行说明。基本认为是：与上述的第一处理为切削进给第二处理为快速进给的情况相同。在加减速模型i(t)中，作为第二处理的加减速模型，在第二处理开始时设置速度为ATC区域内的下降进给速度v＝V5时间为TF/2的恒速区间，并使快速进给速度v＝V4的恒速区间缩短与所设的恒速区间相应的移动距离。加减速模型i(t)的第二处理的加减速部分呈直线状且呈点对称。加减速模型j(t)是对加减速模型i(t)进行过滤之后得到的加减速模型。因此，如上所述，加减速模型j(t)的第二处理的加减速部分呈点对称。

第二处理的移动距离即为区域A14的面积。区域A14是由加减速模型j(t)、t＝T12的直线以及v＝0的直线围起来的区域。加减速模型j(t)的第二处理的加减速部分呈点对称，因此，区域A14的面积与区域A15的面积相等。区域A15的面积与区域A13的面积相等。区域A13是由加减速模型i(t)、t＝T12的直线以及v＝0的直线围起来的区域加上速度为V5时间为TF/2的恒速区间的区域之后得到的区域。因此，数控装置30能够控制为，从ATC区域内的下降进给的指令终点位置开始加速，并达到下降快速进给的指令速度。能够将速度控制为在ATC区域内的速度不超过指令速度，因此，数控装置30能够防止在换刀时振动增加。

参照图11，说明速度控制处理。CPU31从存储部32读出速度控制程序，并执行该处理。该处理至少在有速度不同的移动处理指令的情况下被执行。过滤前的加减速模型所涉及的指令速度较大的那项处理的加减速部分呈点对称。

CPU31对第一处理和第二处理是否为同轴的动作进行判定(S1)。在CPU31判定为第一处理和第二处理不是同轴的动作时(S1：否)，CPU31按照通常的加减速控制来控制速度(S2)，并返回S1。在CPU31判定为第一处理和第二处理是同轴的动作时(S1：是)，CPU31对第一处理和第二处理是否同向进行判定(S3)。

在CPU31判定为第一处理和第二处理不同向时(S3：否)，CPU31前进到S2。在CPU31判定为第一处理和第二处理同向时(S3：是)，CPU31对第一处理的指令速度和第二处理的指令速度进行比较(S4)，并对第一处理的指令速度是否大于第二处理的指令速度进行判定(S5)。在CPU31判定为第一处理的指令速小于第二处理的指令速度时(S5：否)，作为第二处理的加减速模型，CPU31在第二处理开始时设置速度为第一处理的指令速度时间为TF/2的恒速区间，并使第二处理的指令速度区间缩短与所设的恒速区间相应的移动距离(S6)。CPU31前进到S8。

在CPU31判定为第一处理的指令速度大于第二处理的指令速度时(S5：是)，作为第一处理的加减速模型，CPU31在第一处理结束时设置速度为第二处理的指令速度时间为TF/2的恒速区间，并使第一处理的指令速度区间缩短与所设的恒速区间相应的移动距离(S7)。CPU31利用移动平均滤波器，对追加了恒速区间之后的加减速模型进行过滤(S8)。CPU31基于过滤后的加减速模型，来控制第一处理的速度和第二处理的速度(S9)。CPU31返回S1，并重复上述处理。

参照图12，说明变形例。上述的过滤前的加减速模型为直线的组合。本变形例是这样例子：图12的(A)所示的过滤前的加减速模型k(t)所涉及的第一处理的加减速部分为呈点对称的曲线。第一处理的指令速度大于第二处理的指令速度。在加减速模型k(t)中，作为第一处理的加减速模型，在第一处理结束时设置速度v＝V7时间为TF/2的恒速区间，并使第一处理的指令速度V6的区间缩短与所设的恒速区间相应的移动距离。

区域A16是由加减速模型k(t)、t＝T15的直线以及v＝0的直线围起来的区域。加减速部分呈点对称，因此，区域A16的面积同区域A17的面积加上速度v＝V7时间为TF/2的恒速区间的面积之后得到的面积相等。区域A17是由下述直线围起来的区域：将加速部分的起点和终点连结起来的直线、v＝V6的直线、v＝0的直线、t＝T14的直线以及将减速曲线的起点和终点连结起来的直线。因此，区域A16的面积能够通过下面的式十来算出。式十～式十二这些式中的G、H、I为图12中的时间轴的区间。

(式十)区域A16的面积＝G×V6/2+(TF+H)×V6+(V6+V7)×I/2+V7×TF/2

图12的(B)所示的加减速模型l(t)是对加减速模型k(t)进行过滤之后得到的加减速模型。如上所述，在过滤前的加减速模型的加减速部分的曲线呈点对称的情况下，过滤后的加减速模型的加减速部分的曲线呈点对称。因此，区域A18的面积与区域A19的面积相等。区域A18是由加减速模型l(t)、t＝T16的直线以及v＝0的直线围起来的区域。区域19是由下述直线围起来的区域：将加减速模型l(t)的加速模型的起点和终点连结起来的直线、v＝V6的直线、v＝0的直线、t＝T16的直线以及将加减速模型l(t)的减速部分的起点和终点连结起来的直线。区域A18的面积能够通过下面的式十一来算出。

(式十一)区域A18的面积＝(G+TF)×V6/2+H×V6+(V6+V7)×(I+TF)/2

区域A16的面积与区域A18的面积之差能够通过下面的式十二来算出。

(式十二)差＝{G×V6/2+(TF+H)×V6+(V6+V7)×I/2+V7×TF/2}－{(G+TF)×V6/2+H×V6+(V6+V7)×(I+TF)/2}

＝－TF×V6/2+TF×V6－V6×TF/2

＝0

如式十二所示，过滤前的区域A16的面积与过滤后的区域A18的面积相等。因此，数控装置30能够将第一处理的指令结束位置的速度控制为第二处理的指令速度。本变形例中，以第一处理的速度大于第二处理的速度的情况为例进行了说明，但是，在第一处理的速度小于第二处理的速度的情况下，仍然能够应用上述算法。在该情况下，数控装置30能够控制为，从第一处理的指令终点位置开始加速，并达到第二处理的指令速度。

上面的说明中，在加减速模型所涉及的第一处理和第二处理同轴且同向，且第一处理的指令速度大于第二处理的指令速度的情况下，作为第一处理的加减速模型，上述实施方式的数控装置30在第一处理结束时设置速度为第二处理的指令速度的规定恒速区间，并使第一处理的指令速度的区间缩短与该规定恒速区间相应的移动距离。数控装置30利用移动平均滤波器对加减速模型进行过滤，基于过滤后的加减速模型控制速度。因此，数控装置30能够减小第一处理的结束位置的速度与预先设定的速度之差。在加减速模型所涉及的第一处理的指令速度小于第二处理的指令速度的情况下，作为第二处理的加减速模型，数控装置30在第二处理开始时设置速度为第一处理的指令速度的规定恒速区间，并使第二处理的指令速度的区间缩短与该规定恒速区间相应的移动距离。数控装置30利用移动平均滤波器对加减速模型进行过滤，基于过滤后的加减速模型控制速度。因此，数控装置30能够减小从第一处理开始向第二处理加速时的位置的偏差。

上述实施方式的数控装置30设置移动平均滤波器的时间常数TF的一半的区间作为在加减速模型所设置的规定恒速区间。因此，在从高速的第一处理向低速的第二处理减速的情况下，数控装置30能够使高速的第一处理的结束位置的速度与第二处理的速度相等。在从低速的第一处理向高速的第二处理加速的情况下，数控装置30能够从低速的第一处理的结束位置开始向第二处理加速。

在上述实施方式的第一处理为快速进给第二处理为切削进给的情况下，数控装置30能够使切削进给的开始位置的速度为切削进给速度，因此，能够减少加工不良。在加减速模型所涉及的第一处理为切削进给第二处理为快速进给的情况下，数控装置30能够在切削进给的结束位置开始加速，因此，能够防止在切削进给结束前就加速，能够减少加工不良。

在上述实施方式的第一处理为主轴头7的快速进给第二处理为换刀时在ATC区域内的进给的情况下，数控装置30能够在换刀的进给开始时使主轴头7的速度为预先设定的速度，因此，能够防止主轴9以高速与夹持臂90的把持部91碰撞。在加减速模型所涉及的第一处理为在ATC区域内的进给第二处理为快速进给的情况下，数控装置30能够从ATC区域内的进给结束位置开始向快速进给速度加速。

上述实施方式中，数控装置30对第一处理和第二处理是否同轴且同向进行判定，只有在判定为第一处理和第二处理同轴且同向的情况下，才会在加减速模型设置规定恒速区间，并使其他恒速区间缩短与所设的恒速区间相应的移动距离，之后，利用移动平均滤波器对这样的加减速模型进行过滤。因此，数控装置30能够省略不必要的处理，能够根据需要来利用移动平均滤波器对加减速模型进行过滤。

本发明不限于上述实施方式，能够进行各种变形。也可以是，上述实施方式的过滤前的加减模型的加减速部分不呈点对称。上述实施方式中，凸轮66固定于杆构件60，能够在凸轮66的凸轮面上滑动的辊67支承于立柱5侧，但也可以是，辊67支承于杆构件60，凸轮66固定于立柱5侧。

上述实施方式中，以指令速度不同的第一处理和第二处理为例进行了说明，但是，只要前后进行的处理的指令速度不同，则对于呈同轴且同向的三个以上的处理的加减速模型，本发明也能够应用上述算法。

上述实施方式中，过滤前的加减速模型的加减速部分仅呈直线或仅呈曲线，但也可以是，其中一个加减速部分呈直线，另一个加减速部分呈点对称的曲线。

上述实施方式的驱动电路51A～驱动电路55A设于数控装置30，但也可以设于机床1。

上述实施方式的机床1为主轴9沿Z轴方向延伸的立式机床，但也可以是主轴9沿水平方向延伸的卧式机床。

本实施方式中，也可以是，作为处理装置使用微型计算机、ASIC(专用集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)等来代替CPU31。也可以是，利用CPU31和FPGA等来实现处理装置。也可以是，速度控制处理通过多个处理装置来进行分布式处理。也可以是，用于存储程序的存储部32例如由不同于HDD的其他非临时性存储介质中的至少一者来构成。就非临时性存储介质而言，无论存储信息的期间如何，只要是能够预存信息的存储介质即可。也可以是，非临时性存储介质不包含临时性存储介质(例如待被传送的信号)。也可以是，速度控制程序、数控程序等各种程序通过从未图示的、与网络相连接的服务器中下载(即作为传送信号发送)之后，存储在闪存等存储装置等中。在该情况下，程序只要保存在服务器所具有的HDD等非临时性存储介质中即可。

上述说明中，执行图11中的速度控制处理时的CPU31为本发明的速度控制部的一例。

Claims (6)

1.一种数控装置，该数控装置(30)具有速度控制部(31)，该速度控制部按照数控程序和规定的加减速创建加减速模型，并利用移动平均滤波器对该加减速模型进行过滤，以此来对主轴头(7)或用于载置加工对象的工作台(10)进行控制，

该数控装置的特征在于，

所述数控程序具有：第一指令块，其具有第一恒速区间，在该第一恒速区间，以恒定的速度进行移动；及第二指令块，其具有第二恒速区间，在该第二恒速区间，以不同于所述第一恒速区间的所述速度的、恒定的速度进行移动，

所述第一指令块和所述第二指令块为相连续且是在同轴上向同向移动的指令，

在所述第一恒速区间的速度大于所述第二恒速区间的速度的情况下，所述速度控制部创建下述这样的加减速模型：在所述第一指令块的结束部分设置以所述第二恒速区间的所述速度进行移动的规定恒速区间，并使所述第一恒速区间缩短与所述规定恒速区间相应的移动距离，

在所述第二恒速区间的速度大于所述第一恒速区间的速度的情况下，所述速度控制部创建下述这样的加减速模型：在所述第二指令块的开始部分设置以所述第一恒速区间的所述速度进行移动的规定恒速区间，并使所述第二恒速区间缩短与所述规定恒速区间相应的移动距离。

2.根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于，

所述加减速模型中，向所述第一恒速区间和所述第二恒速区间加减速时的曲线呈点对称。

3.根据权利要求2所述的数控装置，其特征在于，

所述规定恒速区间为所述移动平均滤波器的时间常数的一半的区间。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的数控装置，其特征在于，

在所述第一恒速区间的速度大于所述第二恒速区间的速度的情况下，所述第一指令块为快速进给块，所述第二指令块为切削进给块，

在所述第二恒速区间的速度大于所述第一恒速区间的速度的情况下，所述第一指令块为切削进给块，所述第二指令块为快速进给块。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的数控装置，其特征在于，

所述数控程序具有换刀指令，该换刀指令具有：第一快速进给指令块，根据该第一快速进给指令块，主轴头移动至加工区域与换刀区域的分界处；第一ATC指令块，根据该第一ATC指令块，该主轴头从该分界处移动至允许收纳有能够被装配的刀具的刀库进行旋转的ATC原点；第二ATC指令块，根据该第二ATC指令块，该主轴头从该ATC原点移动至该分界处；及第二快速进给指令块，根据该第二快速进给指令块，该主轴头从该分界处向该加工区域移动，

在所述第一恒速区间的速度大于所述第二恒速区间的速度的情况下，所述第一指令块为所述第一快速进给指令块，所述第二指令块为所述第一ATC指令块，

在所述第二恒速区间的速度大于所述第一恒速区间的速度的情况下，所述第一指令块为所述第二ATC指令块，所述第二指令块为所述第二快速进给指令块。

6.一种速度控制方法，该速度控制方法的特征在于，

按照所设定的加减速模型来控制主轴头的速度或用于载置加工对象的工作台的速度，

所述加减速模型具有：第一指令块，其具有第一恒速区间；及第二指令块，其具有第二恒速区间，该第二恒速区间的所述速度不同于所述第一恒速区间的所述速度，所述第一指令块和所述第二指令块为同轴且同向的区间，

在所述第一恒速区间的速度大于所述第二恒速区间的速度，且是从所述第一恒速区间向所述第二恒速区间减速的情况下，作为所述第一指令块，在所述第一指令块结束时设置速度为所述第二恒速区间的所述速度的规定恒速区间，并使所述第一恒速区间缩短与所述规定恒速区间相应的移动距离，利用移动平均滤波器，对设置所述规定恒速区间并使所述第一恒速区间缩短所述移动距离之后的所述加减速模型进行过滤，

在所述第二恒速区间的速度大于所述第一恒速区间的速度，且是从所述第一恒速区间向所述第二恒速区间加速的情况下，作为所述第二指令块，在所述第二指令块开始时设置速度为所述第一恒速区间的所述速度的规定恒速区间，并使所述第二恒速区间缩短与所述规定恒速区间相应的移动距离，利用所述移动平均滤波器，对设置所述规定恒速区间并使所述第二恒速区间缩短所述移动距离之后的所述加减速模型进行过滤。

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