CN112305996B - 数值控制装置和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数值控制装置和控制方法。数值控制装置执行加减速处理，该加减速处理是指利用滤波器对根据支承切削对象的作业台的位置指令所生成的速度波形进行处理。数值控制装置的控制部决定根据作业台的装载质量变化的与马达的最大转矩相应的转矩抑制时间常数。控制部将可变减振频率的倒数决定为可变减振时间常数，该可变减振频率是机床固有的振动频率，根据装载质量变化。控制部使用转矩抑制时间常数的第一滤波器和可变减振时间常数的第二滤波器来执行加减速处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置和控制方法。
背景技术
日本特许第6107306号公报中记载的数值控制装置控制针对交叉的双轴方向上的每个轴设置的马达，将支承切削对象的作业台移动到期望的位置。第一低通滤波器将在双轴方向的其中一个轴方向上产生的振动的频率的倒数设为时间常数。第二低通滤波器将在双轴方向的另一个轴方向上产生的振动的频率的倒数设为时间常数。数值控制装置使用于使马达分别变速的变速信号通过第一低通滤波器和第二低通滤波器来将该变速信号平滑化。数值控制装置在作业台移动时，对根据NC程序的位置指令生成的速度波形应用滤波器来驱动马达。关于该滤波器的时间常数，优选的是，马达的加速度最大时的转矩即最大转矩不超过马达的额定转矩。马达的最大转矩根据作业台上装载的治具和切削对象的质量(称为装载质量)变化。专利文献1中记载的数值控制装置根据振动的频率的倒数来决定第一低通滤波器和第二低通滤波器的时间常数，即使装载质量变化，时间常数也不变。因此，在马达的最大转矩根据装载质量变化时，有时无法决定用于限制加速度的恰当的时间常数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数值控制装置和控制方法，即使马达的最大转矩根据装载质量变化，也能够恰当地决定用于限制加速度的滤波器的时间常数，并且能够决定根据装载质量变化的与机械固有的振动频率相应的可变减振时间常数。
技术方案1的数值控制装置具备控制部，所述控制部利用马达来移动作业台，对机械的动作进行控制，并且能够执行加减速处理，其中，所述机械能够利用安装于主轴的刀具对通过治具支承于所述作业台上的切削对象进行加工，所述加减速处理是指利用滤波器对根据所述作业台的位置指令生成的速度波形进行处理，所述数值控制装置的特征在于，所述控制部具备：第一决定部，其决定转矩抑制时间常数，该转矩抑制时间常数是根据装载质量变化的与所述马达的最大转矩相应的时间常数，所述装载质量是包括所述治具和所述作业台上的所述切削对象的装载物的质量；第二决定部，其将根据所述装载质量变化的与所述机械固有的振动频率相应的可变减振频率的倒数决定为可变减振时间常数；以及处理部，其使用由所述第一决定部决定的所述转矩抑制时间常数的第一滤波器以及由所述第二决定部决定的所述可变减振时间常数的第二滤波器，来执行所述加减速处理。
数值控制装置决定根据装载质量变化的与马达的最大转矩相应的转矩抑制时间常数，并使用转矩抑制时间常数的第一滤波器来执行加减速处理。因此，即使由于装载质量的变化导致与马达的加速度相应的转矩变化，数值控制装置也能够恰当地执行加减速处理，使得最大转矩不超过额定转矩。并且，数值控制装置决定根据装载质量变化的与机械固有的振动频率相应的可变减振时间常数，并使用可变减振时间常数的第二滤波器来执行加减速处理。因此，数值控制装置还能够恰当地抑制频率根据装载质量变化的机械的振动。
关于技术方案2的数值控制装置，也可以是，所述装载质量与所述可变减振频率之间具有非线性的关系。数值控制装置能够基于装载质量来高精度地决定可变减振时间常数。
关于技术方案3的数值控制装置，也可以是，所述控制部还具备第三决定部，所述第三决定部将不根据所述装载质量变化的与所述机械固有的振动频率相应的固定减振频率的倒数决定为固定减振时间常数，所述处理部还使用由所述第三决定部决定的所述固定减振时间常数的第三滤波器，来执行所述加减速处理。因此，数值控制装置还能够恰当地抑制频率不根据装载质量变化的机械的振动。
关于技术方案4的数值控制装置，也可以是，所述控制部还执行：获取部，其在所述作业台移动时获取所述马达的转矩和加速度；以及推定部，其基于由所述获取部获取到的所述转矩和所述加速度，来推定所述装载质量，所述第一决定部基于由所述推定部推定出的所述装载质量，来决定所述转矩抑制时间常数，所述第二决定部基于由所述推定部推定出的所述装载质量，来决定所述可变减振时间常数。即使作业者不预先测定出装载质量，数值控制装置也能够高精度地决定转矩抑制时间常数和可变减振时间常数。
关于技术方案5的数值控制装置，也可以是，所述作业台能够沿交叉的双轴方向移动，所述马达是针对所述双轴方向上的每个轴设置的，所述第一决定部针对每个所述轴决定所述转矩抑制时间常数，所述第二决定部针对每个所述轴决定所述可变减振时间常数，所述处理部能够针对每个所述轴执行所述加减速处理。即使与作业台的两个移动方向分别相对应的马达的最大转矩根据装载质量变化，数值控制装置也能够恰当地执行加减速处理。
关于技术方案6的数值控制装置，也可以是，所述滤波器是FIR滤波器。数值控制装置能够通过加减速处理来使速度波形恰当地平滑化。
技术方案7的控制方法利用马达来移动作业台，对机械的动作进行控制，并且能够执行加减速处理，其中，所述机械能够利用安装于主轴的刀具对通过治具支承于所述作业台上的切削对象进行加工，所述加减速处理是指利用滤波器对根据所述作业台的位置指令生成的速度波形进行处理，其特征在于，所述控制方法具备以下工序：第一决定工序，在该第一决定工序中，决定转矩抑制时间常数，该转矩抑制时间常数是根据装载质量变化的与所述马达的最大转矩相应的时间常数，所述装载质量是包括所述治具和所述作业台上的所述切削对象的装载物的质量；第二决定工序，在该第二决定工序中，将根据所述装载质量变化的与所述机械固有的振动频率相应的可变减振频率的倒数决定为可变减振时间常数；以及处理工序，在该处理工序中，使用通过所述第一决定工序决定的所述转矩抑制时间常数的第一滤波器以及通过所述第二决定工序决定的所述可变减振时间常数的第二滤波器，来执行所述加减速处理。此时，获得与技术方案1相同的效果。
附图说明
图1是机床10的概要侧视图。
图2是示出数值控制装置20及机床10的电气结构的框图。
图3是示出可变振动的频率特性的图表。
图4是示出装载质量M与可变减振频率Fvar之间的关系的图表。
图5是主处理的流程图。
图6是变形例的主处理的流程图。
具体实施方式
对本发明的实施方式进行说明。图1所示的机床10使安装于主轴9上的刀具4旋转，并使刀具4接触通过治具支承于作业台50上的切削对象W，来对切削对象W进行切削加工等。数值控制装置20控制机床10的动作。机床10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。
如图1所示，机床10具备基台2、立柱5、主轴头7、主轴9、作业台装置40、操作板16(参照图2)等。机床10的作业台装置40的作业台50沿X轴和Y轴双轴方向移动。基台2为机床10的底座。立柱5固定于基台2的上表面后部。主轴头7沿着立柱5的前表面沿Z轴方向移动。立柱5在前表面具备Z轴移动机构。Z轴移动机构将Z轴马达11(参照图2)作为驱动源。Z轴移动机构是与后述的Y轴移动机构相同的构造。主轴9在主轴头7的内部沿Z轴方向延伸，被设置成能够旋转。在主轴9的下端部设置刀具安装孔，刀具4安装于刀具安装孔中。
作业台装置40设置于基台2的上表面且是主轴头7的下方。作业台装置40将作业台50支承为能够沿X轴和Y轴双轴方向移动。关于图1所示的作业台装置40，仅图示了使作业台50沿Y轴方向移动的Y轴移动机构，省略了X轴移动机构。作业台装置40具备机座41、Y轴轨道42、Y轴马达14、接头43、滚珠丝杠44、轴承部45、螺母46、作业台50等。机座41、Y轴轨道42、Y轴马达14、接头43、滚珠丝杠44、轴承部45以及螺母46构成Y轴移动机构。机座41设置于基台2的上表面。机座41在左右方向上的中央部具备在Y轴方向上长的凹部，在该凹部的内侧容纳Y轴移动机构的大部分部件。Y轴轨道42设置于机座41的上部，沿Y轴方向延伸。Y轴轨道42以使作业台50能够沿Y轴方向移动的方式引导作业台50。Y轴马达14设置于机座41的凹部的后侧。滚珠丝杠44设置于机座41的凹部的内侧，沿Y轴方向延伸。接头43将向Y轴马达14的前方突出的输出轴与滚珠丝杠44的后端部相互连结。轴承部45以滚珠丝杠44能够旋转的方式支承滚珠丝杠44的前端部。因此，当Y轴马达14的输出轴旋转时，滚珠丝杠44经由接头43进行旋转。螺母46固定于作业台50的下表面，与滚珠丝杠44螺合。因此，伴随着滚珠丝杠44的旋转，作业台50与螺母46一起沿Y轴方向移动。此外，作业台装置40除了具备上述Y轴移动机构以外，还具备X轴的移动机构。X轴移动机构将Y轴移动机构支承为能够沿X轴方向移动。X轴移动机构将X轴马达13(参照图2)作为驱动源，与Y轴移动机构的构造相同。
如图2所示，操作板16具备输入部17和显示部18。输入部17是用于进行各种输入、指示、设定等的设备。显示部18是显示各种画面的设备。数值控制装置20具备CPU 21、ROM22、RAM 23、存储装置24、输入输出部25、驱动电路26～29等。CPU 21对数值控制装置20进行统一控制。ROM 22存储用于由CPU 21执行主处理的程序、设定值。RAM 23存储各种处理执行中的各种数据。存储装置24是非易失性存储器，除了存储NC程序之外，还存储各种数据。输入输出部25与操作板16、CPU 21、ROM 22、RAM 23、存储装置24、驱动电路26～29连接。驱动电路26～29是伺服放大器。Z轴马达11具备编码器11A。主轴马达12具备编码器12A。X轴马达13具备编码器13A。Y轴马达14具备编码器14A。驱动电路26与Z轴马达11及编码器11A连接。驱动电路27与主轴马达12及编码器12A连接。驱动电路28与X轴马达13及编码器13A连接。驱动电路29与Y轴马达14及编码器14A连接。CPU 21读入用于对切削对象W进行加工的NC程序，将用于使进给轴(X轴、Y轴、Z轴)、主轴9等各驱动轴移动到目标位置的控制指令发送到驱动电路26～29。驱动电路26～29根据从CPU 21接收到的控制指令(驱动信号)，来向对应的马达11～14分别输出驱动电流。驱动电路26～29从编码器11A～14A接受反馈信号(位置和速度的信号)，来对马达11～14进行位置和速度的控制。
例示机床10基于用于使刀具4相对于切削对象W沿X轴方向或Y轴方向相对移动来对切削对象W进行加工的NC程序的指令(称为进给轴指令)进行驱动的情况(使刀具4相对于切削对象W沿Y轴方向相对移动来对切削对象W进行加工)。使刀具4相对于切削对象W沿X轴方向相对移动来对切削对象W进行加工的情况与使刀具4沿Y轴方向相对移动来对切削对象W进行加工的情况相同。CPU 21在读入进给轴指令时，生成作业台50的目标位置的时间序列数据，以将保持有切削对象W的作业台50移动到由进给轴指令指定的位置。CPU 21以规定周期将目标位置的数据输出到驱动电路29。驱动电路29基于CPU 21输出的目标位置的数据来驱动Y轴马达14。Y轴马达14使作业台50沿Y轴方向移动到目标位置。每当CPU 21向驱动电路29输入目标位置的数据时，驱动电路29驱动Y轴马达14。作业台50到达由进给轴指令指定的位置(称为指令位置)。将由CPU 21基于进给轴指令执行的上述控制称为进给轴控制。
CPU 21在生成目标位置的时间序列数据时，决定各目标位置，使得作业台50移动到进给轴指令的指定位置时的速度推移成恒定。接着，CPU 21对表示速度的时间序列变化的波形(称为速度波形)应用移动平均滤波器，来调整与速度波形的形状相对应的加减速特性。移动平均滤波器是具有有限时间的脉冲响应的数字滤波器，即FIR滤波器。CPU 21基于应用移动平均滤波器计算出的速度波形，来决定每个规定周期的目标位置。CPU 21以规定周期将所决定的目标位置的数据输出到驱动电路29。将移动平均滤波器的时间常数称为加减速时间常数。将对速度波形应用移动平均滤波器来调整加减速特性的处理称为加减速处理。CPU 21对速度波形应用三个加速度时间常数(转矩抑制时间常数t1、可变减振时间常数t2、固定减振时间常数t3)分别具有的三个移动平均滤波器(第一滤波器FIR1、第二滤波器FIR2、第三滤波器FIR3)，来执行加减速处理。
CPU 21为了限制在执行进给轴控制时在Y轴马达14中产生的转矩的最大值(称为最大转矩)，对速度波形应用转矩抑制时间常数t1的第一滤波器FIR1。此外，执行进给轴控制时的Y轴马达14的最大转矩根据载荷质量M1变化。载荷质量M1对应于作业台50自身的质量、进给机构的等效质量以及装载质量M的总和。进给机构的等效质量是将构成作业台50的进给机构的Y轴马达14、接头43、滚珠丝杠44以及螺母46的惯量的合计换算成质量所得到的。装载质量M是设置于作业台50的治具的质量和治具所保持的切削对象W的质量的合计。作业台50的质量和进给机构的等效质量为常数。因此，在装载质量M变化时，载荷质量M1变化，用于抑制最大转矩的转矩抑制时间常数t1也根据装载质量M变化。CPU 21决定与装载质量M相应的恰当的转矩抑制时间常数t1和第一滤波器FIR1，并对速度波形应用所决定的转矩抑制时间常数t1和第一滤波器FIR1，即使在Y轴马达14的最大转矩根据装载质量M变化时，也能够限制最大转矩来执行进给轴控制。
转矩抑制时间常数t1的计算方法如下。将Y轴马达14中容许的转矩的最大值(称为额定转矩)称为Tmax[N]。将Y轴马达14以额定转矩Tmax驱动时的作业台50的加速度称为a[m/s2]。额定转矩Tmax与载荷质量M1[kg]及加速度a之间满足式(1)的关系。
Tmax＝M1×a (1)
并且，将机床10中规定的作业台50的最大速度称为Vmax[m/s]。转矩抑制时间常数t1与最大速度Vmax、载荷质量M1、额定转矩Tmax及加速度a之间满足式(2)的关系。
t1＝Vmax/a＝Vmax/(Tmax/M1) (2)
CPU 21为了限制在执行进给轴控制时在机床10中产生的振动，对速度波形分别应用可变减振时间常数t2的第二滤波器FIR2和固定减振时间常数t3的第三滤波器FIR3。关于由于执行进给轴控制在机床10中产生的振动，包括固有频率根据移动物质量M2变化的振动(称为可变振动)以及固有频率不根据移动物质量M2变化的振动(称为固定振动)。移动物质量M2是作业台50的质量与装载质量M之和。此时，由于作业台50的质量是常数，因此移动物质量M2根据装载质量M变化，可变振动根据装载质量M变化。固有频率是在作业台50移动时机床10最容易发生振动的频率，是指根据机床10的结构等决定的固有的频率。数值控制装置20对速度波形应用将固有频率的倒数设为时间常数的移动平均滤波器，来限制执行进给轴控制时的机床10的振动。将可变振动的固有频率称为可变减振频率Fvar，将固定振动的固有频率称为固定减振频率Ffix。
可变振动是主要在执行进给轴控制时产生的作业台50在Y轴方向上的振动。图3是示出可变减振频率Fvar根据装载质量M变化的情形的图表。在图表中表示拐点的频率对应于可变减振频率Fvar。如图3的(a)所示，在装载质量M为100kg时，可变减振频率Fvar约为40Hz。如图3的(b)所示，在装载质量M为250kg时，可变减振频率Fvar约为35Hz。可变减振频率Fvar与移动物质量M2之间满足式(3)的关系。
2π×Fvar＝√(k/M2) (3)
移动物质量M2根据装载质量M变化，因此Fvar根据装载质量M变化。K是作业台50在Y轴方向上的刚性，是设计值或者将实测值代入式(3)中求出的系数。图4是基于式(3)将装载质量M与可变减振频率Fvar之间的关系图表化。装载质量M与可变减振频率Fvar之间具有非线性的关系。
可变减振频率Fvar的倒数1/Fvar表示能够抑制可变振动的移动平均滤波器的时间常数即可变减振时间常数t2(参照式(4))。
t2＝1/Fvar＝2π×√(M2/k) (4)
CPU 21基于与装载质量M相应的恰当的可变减振时间常数t2来决定第二滤波器FIR2，并对速度波形应用该第二滤波器FIR2。因此CPU 21能够抑制可变振动来执行进给轴控制。
固定振动是主要在执行进给轴控制时产生的机械整体的振动。固定减振频率Ffix的倒数1/Ffix表示能够抑制固定振动的移动平均滤波器的时间常数即固定减振时间常数t3(参照式(5))。
t3＝1/Ffix (5)
CPU 21不是依赖于装载质量M，是基于一定的固定减振时间常数t3，来决定第三滤波器FIR3，并对速度波形应用该第三滤波器FIR3。因此CPU 21能够抑制固定振动来执行进给轴控制。
参照图5说明主处理。当CPU 21读出ROM 22中存储的程序，并利用输入部17指定NC程序来执行操作时，开始进行主处理。CPU 21在执行主处理时，参照ROM 22中存储的设定值。该设定值是与X轴相对应的额定转矩Tmax、最大速度Vmax、系数k、固定减振频率Ffix、与Y轴相对应的额定转矩Tmax、最大速度Vmax、系数k、固定减振频率Ffix以及最大装载质量Mmax、作业台50的质量、进给机构的等效质量。最大装载质量Mmax是机床10中容许的最大的装载质量M。
CPU 21从存储装置24中存储的NC程序读出一个指令(S11)。CPU 21判定与所读出的指令相应的机床10的动作是否是快进动作(S13)。快进动作表示X轴马达13或Y轴马达14以机床10中能够设定的最大速度进行旋转的动作。CPU 21在判定为快进动作时(S13：是)，基于NC程序判定机床10是否是首次执行快进动作(S17)。CPU 21在判定为首次执行快进动作时(S17：是)，使处理进入S19。以下，将X轴马达13和Y轴马达14分别以最大速度进行旋转的快进动作设为前提。将与X轴相对应的额定转矩Tmax、最大速度Vmax、系数k、固定减振频率Ffix分别称为额定转矩Tmax(x)、最大速度Vmax(x)、系数k(x)、固定减振频率Ffix(x)。将与Y轴相对应的额定转矩Tmax、最大速度Vmax、系数k、固定减振频率Ffix分别称为额定转矩Tmax(y)、最大速度Vmax(y)、系数k(y)、固定减振频率Ffix(y)。CPU 21为了推定装载质量M，执行S19～S23的处理。
CPU 21将ROM 22中存储的额定转矩Tmax(x)、最大速度Vmax(x)以及与最大装载质量Mmax相对应的M1(x)代入式(2)，来计算与X轴相对应的转矩抑制时间常数t1的暂定值(称为转矩抑制时间常数t1(x′)。)。CPU 21将ROM 22中存储的系数k(x)以及与最大装载质量Mmax相对应的M2(x)代入式(4)，来计算与X轴相对应的可变减振时间常数t2的暂定值(称为可变减振时间常数t2(x′))。CPU 21将ROM 22中存储的固定减振频率Ffix(x)代入式(5)，来计算与X轴相对应的固定减振时间常数t3的暂定值(称为固定减振时间常数t3(x′))。CPU 21使用转矩抑制时间常数t1(x′)的第一滤波器FIR1、可变减振时间常数t2(x′)的第二滤波器FIR2以及固定减振时间常数t3(x′)的第三滤波器FIR3(称为FIR3(x′))来执行加减速处理，调整用于在快进动作中利用X轴马达13使作业台50沿X轴方向移动的速度波形。CPU 21对于与Y轴相对应的转矩抑制时间常数t1的暂定值(称为转矩抑制时间常数t1(y′)。)、可变减振时间常数t2的暂定值(称为可变减振时间常数t2(y′))、固定减振时间常数t3的暂定值(称为固定减振时间常数t3(y′))，也通过相同的方法来计算。CPU 21使用转矩抑制时间常数t1(y′)的第一滤波器FIR1、可变减振时间常数t2(y′)的第二滤波器FIR2、固定减振时间常数t3(y′)的第三滤波器FIR3来执行加减速处理，调整用于在快进动作时利用Y轴马达14使作业台50沿Y轴方向移动的速度波形。
CPU 21基于调整后的速度波形来执行进给轴控制，控制由机床10进行的快进动作(S19)。驱动电路28在机床10通过S19执行快进动作的期间，基于编码器13A输出的信号来决定X轴马达13的加速度a(x)和转矩T(x)。驱动电路29在机床10通过S19执行快进动作的期间，基于编码器14A输出的信号来决定Y轴马达14的加速度a(y)和转矩T(y)。CPU 21获取驱动电路28、29决定的X轴马达13和Y轴马达14各自的加速度a(x)、a(y)(统称为加速度a)、转矩T(x)、T(y)(统称为转矩T)(S21)。CPU 21将加速度a和转矩T代入下面的式(6)，来推定载荷质量M1。
M1＝T/a (6)
CPU 21进一步将与载荷质量M1(x)相对应的装载质量M(x)和与载荷质量M1(y)相对应的装载质量M(y)的平均值推定为装载质量M(S23)，其中，载荷质量M1(x)是基于加速度a(x)和转矩T(x)推定出的载荷质量M1，载荷质量M1(y)是基于加速度a(y)和转矩T(y)推定出的载荷质量M1。此外，“装载质量M＝载荷质量M1-进给机构的等效质量-作业台50的质量”。本推定处理在X轴和Y轴不同时进行快进动作时也能够执行。在只有X轴进行快进动作时，将与能够推定出的载荷质量M1(x)相对应的装载质量M(x)推定为装载质量M。在只有Y轴进行快进动作时，将与能够推定出的载荷质量M2(y)相对应的装载质量M(y)推定为装载质量M。
CPU 21将与推定出的装载质量M相对应的载荷质量M1(x)和ROM 22中存储的额定转矩Tmax(x)、最大速度Vmax(x)代入式(2)，来决定与X轴相对应的转矩抑制时间常数t1(称为转矩抑制时间常数t1(x))(S25)。CPU 21将与推定出的装载质量M相对应的移动物质量M2(x)和ROM 22中存储的系数k(x)代入式(4)，来决定与X轴相对应的可变减振时间常数t2(称为可变减振时间常数t2(x))(S27)。CPU 21将ROM 22中存储的固定减振频率Ffix(x)代入式(5)，来决定与X轴相对应的固定减振时间常数t3(称为固定减振时间常数t3(x))(S29)。此外，固定减振时间常数t3(x)与在S19中执行快进动作时计算出的固定减振时间常数t3(x′)相同。CPU 21针对与Y轴相对应的转矩抑制时间常数t1(称为转矩抑制时间常数t1(y))、可变减振时间常数t2(称为可变减振时间常数t2(y))、固定减振时间常数t3(称为固定减振时间常数t3(y))，也通过相同的计算方法来决定。CPU 21将所决定的转矩抑制时间常数t1(x)、t1(y)、可变减振时间常数t2(x)、t2(y)、固定减振时间常数t3(x)、t3(y)存储到RAM 23中(S31)。CPU 21使处理进入S35。CPU 21判定在S11的处理中是否读出了NC程序中的最后的指令(S35)。CPU 21判定为未读出NC程序中的最后的指令时(S35：否)，使处理返回到S11。CPU21读出NC程序中的接下来的一个指令(S11)，使处理进入S13。
CPU 21在判定为不是快进动作时(S13：否)，控制机床10，使得机床10以与所读出的指令相应的动作(称为通常动作)驱动(S15)。通常动作包括切削动作、攻丝动作、换刀动作等，使用各自固有的时间常数进行动作。CPU 21在通常动作中使作业台50沿X轴方向移动时，使用与转矩抑制时间常数t1(x)、可变减振时间常数t2(x)、固定减振时间常数t3(x)不同的时间常数，来调整用于利用X轴马达13使作业台50沿X轴方向移动的速度波形。CPU 21针对Y轴，也同样地调整速度波形。CPU 21基于调整后的速度波形来执行进给轴控制，控制由机床10进行的通常动作(S15)。CPU 21使处理进入S35。
CPU 21在判定为是快进动作(S13：是)且判定为是第二次或第二次以后的快进动作时(S17：否)，控制机床10，使得机床10以快进动作驱动(S33)。此时，CPU 21在通过快进动作使作业台50沿X轴方向移动时，使用通过S31的处理存储到RAM 23中的转矩抑制时间常数t1(x)的第一滤波器FIR1、可变减振时间常数t2(x)的第二滤波器FIR2、固定减振时间常数t3(x)的第三滤波器FIR3来执行加减速处理，调整用于利用X轴马达13使作业台50沿X轴方向移动的速度波形。在通过快进动作使作业台50沿Y轴方向移动时，CPU 21使用通过S31的处理存储到RAM 23中的转矩抑制时间常数t1(y)的第一滤波器FIR1、可变减振时间常数t2(y)的第二滤波器FIR2、固定减振时间常数t3(y)的第三滤波器FIR3来执行加减速处理，调整用于利用Y轴马达14使作业台50沿Y轴方向移动的速度波形。CPU 21基于调整后的速度波形来执行进给轴控制，控制由机床10进行的快进动作(S33)。CPU 21使处理进入S35。CPU 21判定为在S11的处理中读出了NC程序中的最后的指令时(S35：是)，结束主处理。
数值控制装置20决定与装载质量M、最大速度Vmax、额定转矩Tmax相对应的转矩抑制时间常数t1(S25)，使用转矩抑制时间常数t1的第一滤波器FIR1来执行加减速处理(S33)。因此，即使由于装载质量M的变化使得与X轴马达13及Y轴马达14的加速度相应的转矩变化，数值控制装置20也能够恰当地执行加减速处理，使得X轴马达13及Y轴马达14的最大转矩不超过额定转矩Tmax。并且，数值控制装置20决定用于抑制机床10的可变振动的可变减振时间常数t2(S27)，使用可变减振时间常数t2的第二滤波器FIR2来执行加减速处理(S33)。因此，即使在可变振动的频率根据装载质量M变化时，数值控制装置20也能够恰当地抑制机床10的可变振动。
数值控制装置20以装载质量M与可变减振频率Fvar之间具有非线性的关系为前提来决定可变减振时间常数t2。因此，即使在可变减振频率Fvar根据装载质量M的变化发生变化时，数值控制装置20也能够高精度地决定能够抑制可变振动的可变减振时间常数t2。
数值控制装置20决定用于抑制机床1的固有振动的固定减振时间常数t3(S29)，使用固定减振时间常数t3的第三滤波器FIR3来执行加减速处理(S33)。因此，数值控制装置20能够恰当地抑制频率不根据装载质量M变化的机床10的振动。
数值控制装置20推定装载质量M(S19～S23)，基于推定出的装载质量M来决定转矩抑制时间常数t1和可变减振时间常数t2(S25、S27)。此时，即使在装载质量M未定时，数值控制装置20也能够高精度地决定转矩抑制时间常数t1和可变减振时间常数t2。此时，数值控制装置20无需与装载质量M有关的先验信息。因此，即使作业者不预先测定出装载质量M，数值控制装置20也能够高精度地决定转矩抑制时间常数t1和可变减振时间常数t2。
数值控制装置20能够使作业台50沿X轴方向和Y轴方向移动。数值控制装置20针对X轴和Y轴分别决定转矩抑制时间常数t1、可变减振时间常数t2以及固定减振时间常数t3，并针对X轴和Y轴分别执行加减速处理。因此，即使X轴马达13和Y轴马达14各自的最大转矩根据装载质量M变化，数值控制装置20也能够恰当地执行加减速处理。
数值控制装置20将FIR滤波器用作加减速处理时的移动平均滤波器。因此，数值控制装置20能够通过加减速处理来使速度波形平滑化。
参照图6说明变形例的主处理。与图5的不同之处在于，基于由使用者经由输入部17(参照图2)输入的装载质量M来决定转矩抑制时间常数t1(x)、t1(y)、可变减振时间常数t2(x)、t2(y)以及固定减振时间常数t3(x)、t3(y)。因此，CPU 21不进行装载质量的推定。
对与图5不同的处理进行说明，简化对相同处理的说明。
CPU 21获取使用者经由输入部17输入的装载质量M(S51)。CPU 21将对获取到的装载质量M加上作业台50自身的质量和进给机构的等效质量所计算出的载荷质量M1(x)、额定转矩Tmax(x)、最大速度Vmax(x)代入式(2)，来决定转矩抑制时间常数t1(x)，将与获取到的装载质量M相对应的载荷质量M1(y)、额定转矩Tmax(y)、最大速度Vmax(y)代入式(2)，来决定转矩抑制时间常数t1(y)(S53)。CPU 21将对获取到的装载质量M加上工作台的质量所计算出的移动物质量M2(x)和系数k(x)代入式(4)，来决定可变减振时间常数t2(x)，将与获取到的装载质量M相对应的移动物质量M2(y)和系数k(y)代入式(4)，来决定可变减振时间常数t2(y)(S55)。CPU 21将固定减振频率Ffix(x)代入式(5)来决定固定减振时间常数t3(x)，将固定减振频率Ffix(y)代入式(5)来决定固定减振时间常数t3(y)(S57)。CPU 21将所决定的转矩抑制时间常数t1(x)、t1(y)、可变减振时间常数t2(x)、t2(y)以及固定减振时间常数t3(x)、t3(y)存储到RAM 23中(S59)。CPU 21从存储装置24中存储的NC程序读出一个指令(S61)。CPU 21判定与所读出的指令相应的机床10的动作是否是快进动作(S63)。CPU 21在判定为是快进动作时(S63：是)，控制机床10，使得机床10以快进动作驱动(S65)。该处理的详细内容与图5的S33相同。CPU 21使处理进入S69。另一方面，CPU 21在判定为不是快进动作时(S63：否)，控制机床10，使得机床10以与所读出的指令相应的通常动作驱动(S67)。该处理的详细内容与图5的S15相同。CPU 21使处理进入S69。CPU 21判定在S61中的处理中是否读出了NC程序中的最后的指令(S69)。CPU 21在判定为未读出NC程序中的最后的指令时(S69：否)，使处理返回到S61。CPU 21在判定为在S61的处理中读出了NC程序中的最后的指令时(S69：是)，结束主处理。
本发明不限于上述实施方式。加减速控制中使用的时间常数的数量不限于3个(转矩抑制时间常数t1、可变减振时间常数t2、固定减振时间常数t3)，可以使用其它的时间常数。数值控制装置20基于式(2)决定了转矩抑制时间常数t1，基于式(4)决定了可变减振时间常数t2。数值控制装置20可以通过其它方法来决定转矩抑制时间常数t1、可变减振时间常数t2。例如，数值控制装置20可以预先计算出装载质量M为0kg、100kg、250kg时的转矩抑制时间常数t1、可变减振时间常数t2，并将它们存储到ROM 22中。将装载质量M为0kg、100kg、250kg时的各个转矩抑制时间常数t1记述为t1(0)、t1(100)、t1(250)。将装载质量M为0kg、100kg、250kg时的各个可变减振时间常数t2记述为t2(0)、t2(100)、t2(250)。例如在装载质量M为0kg～100kg的范围内的值(记述为Ma)时，数值控制装置20可以通过使用了转矩抑制时间常数t1(0)、t1(100)、可变减振时间常数t2(0)、t2(100)的线性插值，基于式(11-1)(11-2)来计算转矩抑制时间常数t1和可变减振时间常数t2。
t1＝(t1(100)-t1(0))×Ma/(100-0) (11-1)
t2＝(t2(100)-t2(0))×Ma/(100-0) (11-2)
相同地，例如在装载质量M为100kg～250kg的范围内的值(记述为Mb)时，数值控制装置20可以通过使用了转矩抑制时间常数t1(100)、t1(250)、可变减振时间常数t2(100)、t2(250)的线性插值，基于下面的式(12-1)(12-2)来计算转矩抑制时间常数t1和可变减振时间常数t2。
t1＝(t1(250)-t1(100))×Mb/(250-100) (12-1)
t2＝(t2(250)-t2(100))×Mb/(250-100) (12-2)
可以将图4所示的图表进行线性近似，来预先导出近似函数。数值控制装置20可以将装载质量M代入所导出的近似函数，来计算可变减振频率Fvar，将可变减振频率Fvar代入式(4)来决定可变减振时间常数t2。
数值控制装置20可以仅使用转矩抑制时间常数t1的第一滤波器FIR1、可变减振时间常数t2的第二滤波器FIR2来进行加减速控制。此时，数值控制装置20可以不使用固定减振时间常数t3的第三滤波器3。关于加减速控制，可以针对X轴和Y轴中的任一者执行，针对另一者不执行。加减速处理中使用的移动平均滤波器不限于FIR滤波器，可以是无限脉冲响应滤波器(IIR滤波器)。可以使用两个以上的可变减振时间常数t2及与可变减振时间常数t2相应的FIR滤波器来进行加减速处理。可以使用两个以上的固定减振时间常数t3及与固定减振时间常数t3相应的FIR滤波器来进行加减速处理。在进行X轴的加减速控制时，可以还使用Y轴的时间常数。例如，可以使用与X轴的转矩抑制时间常数t1(x)、X轴的可变减振时间常数t2(x)、Y轴的可变减振时间常数t2(y)、X轴的固定减振时间常数t3(x)这4个时间常数相对应的FIR滤波器来进行加减速处理。同样地，在进行Y轴的加减速控制时，可以还使用X轴的时间常数。在进行Z轴的加减速控制时，可以使用X轴、Y轴的加减速时间常数。
机床1是本发明的机械的一例。CPU 21是本发明的控制部的一例。进行S25、S53的处理时的CPU 21是本发明的第一决定部的一例。进行S27、S55的处理时的CPU 21是本发明的第二决定部的一例。进行S33、S65的处理时的CPU 21是本发明的处理部的一例。进行S29、S57的处理时的CPU 21是本发明的第三决定部的一例。S25、S53的处理是本发明的第一决定工序的一例。S27、S55的处理是本发明的第二决定工序的一例。S33、S65的处理是本发明的处理工序的一例。
Claims (6)
1.一种数值控制装置(20)，其具备控制部(21)，所述控制部利用马达(11、13、14)来移动作业台(50)，对机械(10)的动作进行控制，并且能够执行加减速处理，其中，所述机械能够利用安装于主轴(9)的刀具(4)对通过治具支承于所述作业台上的切削对象进行加工，所述加减速处理是指利用滤波器对根据所述作业台的位置指令生成的速度波形进行处理，所述数值控制装置的特征在于，
所述控制部具备：
第一决定部，其决定转矩抑制时间常数，该转矩抑制时间常数是根据装载质量变化的与所述马达的最大转矩相应的时间常数，所述装载质量是包括所述治具和所述作业台上的所述切削对象的装载物的质量，
第二决定部，其将根据所述装载质量变化的与所述机械固有的振动频率相应的可变减振频率的倒数决定为可变减振时间常数；以及
处理部，其使用由所述第一决定部决定的所述转矩抑制时间常数的第一滤波器以及由所述第二决定部决定的所述可变减振时间常数的第二滤波器，来执行所述加减速处理，
其中，所述控制部还具备第三决定部，所述第三决定部将不根据所述装载质量变化的与所述机械固有的振动频率相应的固定减振频率的倒数决定为固定减振时间常数，
所述处理部还使用由所述第三决定部决定的所述固定减振时间常数的第三滤波器，来执行所述加减速处理。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
所述装载质量与所述可变减振频率之间具有非线性的关系。
3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
所述控制部还执行：
获取部，其在所述作业台移动时获取所述马达的转矩和加速度；以及
推定部，其基于由所述获取部获取到的所述转矩和所述加速度，来推定所述装载质量，
所述第一决定部基于由所述推定部推定出的所述装载质量，来决定所述转矩抑制时间常数，
所述第二决定部基于由所述推定部推定出的所述装载质量，来决定所述可变减振时间常数。
4.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
所述作业台能够沿交叉的双轴方向移动，
所述马达是针对所述双轴方向上的每个轴设置的，
所述第一决定部针对每个所述轴决定所述转矩抑制时间常数，
所述第二决定部针对每个所述轴决定所述可变减振时间常数，
所述处理部能够针对每个所述轴执行所述加减速处理。
5.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
所述滤波器为FIR滤波器。
6.一种控制方法，利用马达来移动作业台，对机械的动作进行控制，并且能够执行加减速处理，其中，所述机械能够利用安装于主轴的刀具对通过治具支承于所述作业台上的切削对象进行加工，所述加减速处理是指利用滤波器对根据所述作业台的位置指令生成的速度波形进行处理，其特征在于，
所述控制方法具备以下工序：
第一决定工序，在该第一决定工序中，决定转矩抑制时间常数，该转矩抑制时间常数是根据装载质量变化的与所述马达的最大转矩相应的时间常数，所述装载质量是包括所述治具和所述作业台上的所述切削对象的装载物的质量；
第二决定工序，在该第二决定工序中，将根据所述装载质量变化的与所述机械固有的振动频率相应的可变减振频率的倒数决定为可变减振时间常数；以及
处理工序，在该处理工序中，使用通过所述第一决定工序决定的所述转矩抑制时间常数的第一滤波器以及通过所述第二决定工序决定的所述可变减振时间常数的第二滤波器，来执行所述加减速处理，
其中，所述控制方法还具备第三决定工序，在所述第三决定工序中，将不根据所述装载质量变化的与所述机械固有的振动频率相应的固定减振频率的倒数决定为固定减振时间常数，
在所述处理工序中，还使用在所述第三决定工序中决定的所述固定减振时间常数的第三滤波器，来执行所述加减速处理。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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