CN117120946A - 数控装置、学习装置及颤振的抑制方法 - Google Patents

Abstract

数控装置(1)具有对工作机械(16)的主轴(17)及进给轴(18)赋予运转指令(103)的驱动指令部(12)，还具有特征量计算部(10)及振动控制部(11)。特征量计算部(10)基于对安装于工作机械(16)的刀具或加工对象物的振动进行检测得到的传感器信号(100)及主轴(17)的运转指令即主轴运转指令(101)，对颤振的特征量信息(102)进行计算。振动控制部(11)在直至特征量信息(102)到达目标范围内为止的期间，对驱动指令部(12)输出用于对运转指令(103)进行校正的驱动校正值(104)。

Description

数控装置、学习装置及颤振的抑制方法

技术领域

本发明涉及对工作机械中的颤振进行抑制的数控装置、学习装置及颤振的抑制方法。

背景技术

工作机械是通过使加工对象物和刀具之间的相对位置变化，从而将工件去除加工为期望的形状的机械装置。以铣床及车床为代表的工作机械将刀具或加工对象物装载于主轴，使主轴旋转而进行加工。在加工中，有时会发生被称为“颤振”的振动。如果颤振发生，则成为精加工面精度恶化或刀具损坏的原因。

在下述专利文献1中公开了为了抑制颤振而探索求出最佳的主轴速度的方法。最佳的主轴速度是基于相位差梯度进行计算的。相位差梯度是相位差的变化量相对于主轴速度的变化量之比，即相位差的倾斜度。该相位差作为表示颤振的特征量的参数，通过包含颤振、刀具刃数及主轴速度在内的公知的算式进行运算。在专利文献1中，一边对主轴速度进行变更、一边对相位差进行测定，基于测定出的相位差而计算出相位差梯度。

专利文献1：日本特开2018－118366号公报

发明内容

但是，在专利文献1所记载的技术中，存在下述课题，即，在最佳的主轴速度的探索中使颤振发生的振动系统的特性变化的情况下，需要中断探索，从最初重新进行处理。其原因在于，使颤振发生的振动系统的特性由于伴随加工的工件质量的减少或工件的加工部位变化这样的主要原因而容易发生变化。因此，在专利文献1的方法中，在最佳的主轴速度的探索完成前使颤振发生的振动系统的特性发生变化的情况下，无法对最佳的主轴速度进行计算，难以抑制颤振。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到即使在颤振的抑制中振动系统的特性变化的情况下，也能够抑制颤振的数控装置。

为了解决上述的课题并达到目的，本发明所涉及的数控装置具有对工作机械的主轴及进给轴赋予运转指令的驱动指令部，还具有特征量计算部及振动控制部。特征量计算部基于对安装于工作机械的刀具或加工对象物的振动进行检测得到的传感器信号及主轴的运转指令即主轴运转指令，对颤振的特征量信息进行计算。振动控制部在直至特征量信息到达目标范围内为止的期间，对驱动指令部输出用于对运转指令进行校正的校正值。

发明的效果

根据本发明所涉及的数控装置具有下述效果，即，即使在颤振的抑制中振动系统的特性变化的情况下，也能够抑制颤振。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的数控装置的功能结构的图。

图2是表示图1所示的特征量计算部的功能结构的图。

图3是表示图2所示的定时信号生成部输出的定时信号和主轴角度指令之间的关系的图。

图4是表示图2所示的相位差运算部计算的无因次量的图。

图5是表示通过图1所示的振动控制部及驱动指令部进行的处理流程的流程图。

图6是表示通过图1所示的振动控制部及驱动指令部进行的具体的动作例的图。

图7是表示用于实现图1所示的振动控制部的功能的其他结构例的图。

图8是表示使用一般性的神经网络的推断模型的结构例的图。

图9是表示对图7所示的振动控制部所使用的推断模型进行学习的学习装置的结构例的图。

图10是表示实施方式2所涉及的数控装置的功能结构的图。

图11是表示通过图10所示的振动控制部进行的处理流程的流程图。

图12是表示实施方式3所涉及的数控装置的功能结构的图。

图13是表示实现实施方式3所涉及的振动控制部的功能的控制系统的结构例的图。

图14是表示实施方式4所涉及的数控装置的功能结构的图。

图15是表示通过图14所示的振动控制部进行的处理流程的流程图。

图16是表示实施方式5所涉及的数控装置的功能结构的图。

图17是表示图16所示的特征量计算部的功能结构的图。

图18是表示图17所示的定时信号生成部输出的定时信号和主轴角度指令之间的关系的图。

图19是表示实现在实施方式1～5中说明的数控装置的功能的硬件结构的一个例子的框图。

图20是表示实现在实施方式1～5中说明的数控装置的功能的硬件结构的其他例的框图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的实施方式所涉及的数控装置、学习装置及颤振的抑制方法详细地进行说明。

实施方式1.

图1是表示实施方式1所涉及的数控装置1的功能结构的图。数控装置1对工作机械16赋予运转指令103，由此对工作机械16进行数控。

工作机械16具有主轴17及进给轴18，它们分别具有由运转指令103驱动的电动机。在实施方式1中，在主轴17设置加工对象物，在进给轴18设置刀具。另外，工作机械16将至少包含与主轴17及进给轴18的位置相关的信息以及与速度及电动机电流相关的信息在内的动作信息105输出至数控装置1。

在工作机械16安装有传感器19。传感器19将对刀具或加工对象物的振动进行检测得到的传感器信号100输出至数控装置1。传感器19安装于工作机械16的主轴17或进给轴18的构件。对传感器19进行安装的位置是能够对刀具或加工对象物的振动进行检测的位置即可，但如果是刀具和加工对象物接触的点的附近则更优选。

传感器19的种类是能够对刀具或加工对象物的振动进行检测的传感器即可。传感器19的例子是位移传感器、速度传感器、加速度传感器、角速度传感器。另外，传感器19可以是对切削反作用力进行检测的力传感器、对加工中的切削音进行检测的传声器。或者，也可以取代传感器19，使用动作信息105所包含的主轴17及进给轴18的位置、速度及电动机电流之中的至少大于或等于1个，对在加工中发生的刀具或加工对象物的振动进行检测，将表示检测出的振动的信息作为传感器信号100进行输出。

数控装置1具有特征量计算部10、振动控制部11和驱动指令部12。驱动指令部12从工作机械16接收动作信息105，基于接收到的动作信息105，对工作机械16的主轴17及进给轴18赋予运转指令103。

驱动指令部12还从振动控制部11接收驱动校正值104。驱动指令部12将基于动作信息105及驱动校正值104而生成的运转指令103输出至工作机械16及振动控制部11。另外，驱动指令部12将生成的运转指令103所包含的主轴运转指令101向特征量计算部10输出。此外，主轴运转指令101是至少包含向主轴17的角度指令即主轴角度指令的信号。

此外，在主轴运转指令101中，可以在主轴角度指令的基础上，还包含主轴速度指令、主轴角度或主轴速度。主轴速度指令是向主轴17的速度指令。主轴角度是主轴17相对于主轴角度指令的实际的角度。主轴速度是主轴17相对于主轴速度指令的实际的速度。另外，在运转指令103中包含主轴角度指令及主轴速度指令之中的至少1个和进给轴位置指令及进给轴速度指令之中的至少1个。进给轴位置指令是向进给轴18的位置指令。进给轴速度指令是向进给轴18的速度指令。

特征量计算部10从工作机械16接收传感器信号100，从驱动指令部12接收主轴运转指令101。特征量计算部10基于传感器信号100及主轴运转指令101对特征量信息102进行计算，将计算出的特征量信息102输出至振动控制部11。在特征量信息102中至少包含颤振的特征量即相位差的信息。

图2是表示图1所示的特征量计算部10的功能结构的图。特征量计算部10具有传感器信号处理部13、相位差运算部15和定时信号生成部14。

传感器信号处理部13基于传感器信号100而生成多个种类的状态量，将表示生成的多个种类的状态量的状态量信号110输出至相位差运算部15。状态量信号110是包含第1状态量和第2状态量的信号。具体地说，状态量信号110是包含传感器信号100所表示的状态量和对传感器信号100实施时间微分或时间积分后的状态量的信号。例如，第1状态量是传感器信号100，第2状态量是对传感器信号100进行1次时间微分而得到的状态量。此外，第1状态量自身也可以是通过时间微分而得到的状态量。

传感器信号处理部13将传感器信号100及对传感器信号100进行1次时间微分后的信号同时作为时序信号而设为状态量信号110。在这里，时间微分是指对每单位时间的状态量的变化量进行计算的处理，时间积分是指对每单位时间的累积量进行计算的处理。

此外，第1状态量的时间微分的次数和第2状态量的时间微分的次数之差如果是奇数，则可以是任意的组合。例如，第1状态量是通过对传感器信号100进行P次时间微分而得到的状态量，第2状态量是通过进行Q次时间微分而得到的状态量。在这里，P及Q设为整数。在该情况下，P和Q的差分为奇数即可。

并且，第1状态量或第2状态量的因次可以是对传感器信号100进行时间积分而得到的因次。作为具体例，可以将第1状态量设为加速度，将第2状态量设为速度。或者，也可以将第1状态量设为加速度的微分值即跃度，将第2状态量设为速度的积分值即位置。传感器信号处理部13例如能够生成由传感器信号100和通过对传感器信号100进行时间微分而得到的状态量及通过对传感器信号100进行时间积分而得到的状态量之中的至少1个构成的大于或等于2个种类的状态量。

定时信号生成部14如果基于由驱动指令部12输出的主轴运转指令101而判定为主轴角度指令经过预先确定的角度，则向相位差运算部15输出定时信号111。在这里，对定时信号111的生成方法的详细内容进行说明。

图3是表示图2所示的定时信号生成部14输出的定时信号111和主轴角度指令之间的关系的图。主轴角度指令包含于由驱动指令部12输出的主轴运转指令101。如图3所示，主轴角度指令是取从0[rad]至2π[rad]的值，如果达到360[rad]则恢复为0[rad]的信号。定时信号生成部14在每次经过设定有主轴角度指令的角度时将定时信号111输出，在除此以外不将定时信号111输出。由此，定时信号111在与工作机械16的主轴17的旋转同步的定时被周期性地输出。角度/>在主轴17旋转1周的期间确定为1处即可，可以是任意的角度。角度/>例如能够设为主轴17的定向时的主轴17的角度。在这里，主轴17的定向是使主轴17停止的基准角度。

或者，定时信号生成部14也能够使用主轴运转指令101所包含的主轴速度指令而生成定时信号111。在该情况下，定时信号生成部14将初始时刻t0作为基准时刻，以根据主轴速度指令S[rpm]使用以下所示的(1)式而计算的时间T1为单位，对定时信号111进行输出。另外，定时信号生成部14也可以将主轴角度指令及主轴速度指令组合而使用。

T1＝60/S…(1)

此外，在上述中，定时信号生成部14使用主轴运转指令101而生成定时信号111，但并不限定于此。定时信号生成部14也可以取代主轴运转指令101，或者在主轴运转指令101的基础上，使用进给轴18的运转指令即进给轴运转指令而生成定时信号111。

相位差运算部15接收由定时信号生成部14输出的定时信号111和由传感器信号处理部13输出的状态量信号110。相位差运算部15基于定时信号111及状态量信号110，针对每个定时信号111通过归一化将状态量信号110所包含的多个种类的状态量各自无因次化。相位差运算部15在由无因次化的状态量构成的状态空间中，对表示无因次化的状态量信号的相位间的差分的相位差进行运算，将运算出的相位差作为特征量信息102而输出至振动控制部11。此外，在这里所说的状态空间的详细内容在后面记述。

相位差运算部15通过以预先确定的各个状态量的最大值除以各状态量，从而将状态量信号110所包含的多个种类的状态量各自归一化。在这里使用的最大值可以是通过事前的加工实验得到的各状态量的最大值，也可以是通过事前的仿真而求出的各状态量的最大值。

相位差运算部15在时刻t1及比时刻t1晚的时刻t2接收定时信号111。此时，相位差运算部15将时刻t1的状态量信号110归一化，将归一化后的值设为第1无因次量N1。另外，相位差运算部15在时刻t2，与时刻t1同样地将状态量信号110归一化，将归一化后的值设为第2无因次量N2。

图4是表示由图2所示的相位差运算部15计算的无因次量的图。在图4中，第1无因次量N1和第2无因次量N2在通过状态量信号110所包含的第1状态量和第2状态量表示的状态空间内示出。第1状态量及第2状态量都是矢量。在图4中，作为横轴的第1轴表示第1状态量的方向，作为纵轴的第2轴表示第2状态量的方向，第1轴和第2轴处于正交的关系。因此，如图4所示，能够对将第1轴设为横轴，将第2轴设为纵轴的矢量空间进行定义。在本发明中，将该矢量空间称为“状态空间”。

相位差运算部15对前次处理的无因次量即第1无因次量N1、状态空间的原点和本次处理的无因次量即第2无因次量N2所成的角度θ进行运算而作为第1无因次量N1和第2无因次量N2之间的相位差。相位差运算部15针对每个定时信号111进行上述的运算，对本次处理的无因次量和前次处理的无因次量之间的相位差进行运算。相位差运算部15将至少包含运算出的相位差的特征量信息102输出至振动控制部11。此外，在实施方式1中，相位差取－π[rad]至+π[rad]之间的值。

振动控制部11从特征量计算部10接收特征量信息102，从驱动指令部12接收运转指令103。振动控制部11基于特征量信息102及运转指令103而生成驱动校正值104，将生成的驱动校正值104向驱动指令部12输出。驱动校正值104是用于对运转指令103进行校正的校正值。

图5是表示通过图1所示的振动控制部11及驱动指令部12进行的处理流程的流程图。在图5中，将特征量信息102所包含的信息之中的相位差作为判定基准，例示出将运转指令103所包含的各种指令等之中的主轴速度指令作为控制对象的处理流程。振动控制部11通过以下的各步骤进行运转指令103的校正。

首先，在步骤S101中，对相位差是否处于相位差目标范围的范围外进行判定。相位差目标范围是具有预先设定的范围的值的相位差的目标范围。在实施方式1中，作为一个例子，将相位差的目标值设为0弧度，将相位差目标范围设为－0.1[rad]至+0.1[rad]为止的范围。此外，相位差目标范围只要设定比相位差所具有的噪声充分大的值即可。

在步骤S101中相位差处于相位差目标范围的范围内的情况下(步骤S101，No)，进入至步骤S102，对当前的主轴速度进行保持。即，在步骤S102中，驱动指令部12不进行当前的主轴速度指令的变更，将原本的主轴速度指令进行输出。另一方面，在相位差处于相位差目标范围的范围外的情况下(步骤S101，Yes)，进入至步骤S103。

在步骤S103中，对相位差是否大于或等于相位差阈值进行判定。相位差阈值是预先设定的任意的值。在实施方式1中，作为一个例子，将0“rad]设定为相位差阈值。在相位差大于或等于相位差阈值的情况下(步骤S103，Yes)，进入至步骤S104，在相位差小于相位差阈值的情况下(步骤S103，No)，进入至步骤S105。

此外，在步骤S103中将相位差和相位差阈值相等的情况判定为“Yes”，但也可以判定为“No”。即，可以将相位差和相位差阈值相等的情况通过“Yes”或“No”的任意者进行判定。

在步骤S104中，使主轴速度指令以预先确定的宽度减少。即，在步骤S104中，在步骤S103中判定为相位差大于或等于相位差阈值的情况下，以预先确定的宽度使主轴速度指令的值变小。另一方面，在步骤S105中，使主轴速度指令以预先确定的宽度增加。即，在步骤S105中，在步骤S103中判定为相位差小于相位差阈值的情况下，以预先确定的宽度使主轴速度指令的值变大。此外，增加或减少的值可以是相对于当前的主轴速度指令的比例，也可以是与主轴速度指令无关的固定值。

在步骤S106中对加工是否结束进行判定。在加工结束的情况下(步骤S106，Yes)，振动控制部11结束图5的处理。另一方面，在加工未结束的情况下(步骤S106，No)，返回至步骤S101的处理。图5所示的处理在实施加工的期间继续执行。

此外，在图5中，例示出将特征量信息102所包含的相位差作为判定基准，控制对象是运转指令103所包含的主轴速度指令的情况，但在特征量信息102是相位差以外，控制对象是主轴速度指令以外的情况下，也能够进行相同的流程下的处理。即，振动控制部11在直至特征量信息102到达目标范围内为止的期间，进行将用于对由驱动指令部12输出的运转指令103进行校正的驱动校正值104输出的控制。另外，驱动指令部12基于驱动校正值104对运转指令103进行校正。

图6是表示通过图1所示的振动控制部11及驱动指令部12进行的具体的动作例的图。图6是表示各时刻的相位差和主轴速度之间的关系的图。在图6的上部示出了相位差，在下部示出了主轴速度。另外，图6的横轴表示时间。

在时刻t60至时刻t61的期间，相位差取相位差目标范围内的值，因此主轴速度成为恒定值。在时刻t61至时刻t62的期间，相位差从相位差目标范围偏离，且成为小于相位差阈值即0[rad]的值。因此，主轴速度以预先确定的设定值增加。

接下来，在时刻t62至时刻t63的期间，相位差取相位差目标范围内的值，因此主轴速度成为恒定值。在时刻t63至时刻t64的期间，相位差从相位差目标范围偏离，且成为小于相位差阈值即0[rad]的值。因此，主轴速度以预先确定的设定值减少。在时刻t64以后，相位差取相位差目标范围内的值，因此主轴速度取恒定值。

如上所述，驱动指令部12与相位差的值相应地进行运转指令103的变更。此时，振动控制部11将基于相位差的值的驱动校正值104向驱动指令部12输出。

如以上说明所述，根据实施方式1，基于对安装于工作机械16的刀具或加工对象物的振动进行检测得到的传感器信号100，生成多个种类的状态量的时序数据。而且，在状态空间内，针对每个定时信号111而生成表示多个种类的状态量的无因次量，对表示无因次量的相位间的差分即角度θ的相位差进行运算。基于该相位差的值而进行运转指令103的校正。

在实施方式1的方法中，针对每个定时信号111对相位差进行运算，基于运算出的相位差而进行运转指令103的校正。即，在实施方式1的方法中，在多个条件的主轴速度下，不事先测定相位差就能够进行主轴速度的校正。由此，例如在加工对象物的加工中，即使在颤振的特性发生变化的情况下，也能够抑制颤振。

此外，作为其他例，特征量计算部10可以基于下面的(2)式及(3)式对相位差进行计算。

k＝{60×f/(n×S)}…(2)

相位差＝(k－[k])×2π…(3)

在上述(2)式中，f表示颤振的频率，n表示刀具的刃数。在这里，颤振的频率f是针对传感器信号100实施以高速傅立叶变换(Fast Fourier Transform：FFT)为代表的频率解析，通过对成为增益的峰值的频率进行计算从而能够求出。另外，在上述(2)式中，函数[k]是对“k”的值进行整数化的函数，是将“k”的值的小数点以下在零方向化整的函数。

如以上说明所述，根据实施方式1所涉及的数控装置1及使用数控装置1而执行的颤振的抑制方法，基于对安装于工作机械16的刀具或加工对象物的振动进行检测得到的传感器信号100及主轴17的运转指令即主轴运转指令101，对颤振的特征量信息102进行计算。而且，在直至特征量信息102到达目标范围内为止的期间，对驱动指令部12输出用于对运转指令103进行校正的校正值即驱动校正值104。由此，即使在颤振的抑制中振动系统的特性发生了变化的情况下，也能够抑制颤振。另外，在实施方式1的方法中，不实施以往进行的驱动指令值的优化。由此，能够缩短颤振的抑制时间，能够实现抑制颤振的高速化。

实施方式1的方法如前所述，不使用以FFT为代表的频率解析就能够对特征量信息102进行计算。因此，能够缩短从颤振发生至抑制颤振为止的时间。由此，能够实现抑制颤振的高速化。

此外，实施方式1所涉及的工作机械16构成为在主轴17对加工对象物进行设置，但并不限定于该结构。作为代替结构，例如以铣床及车床为代表，在将刀具设置于主轴17的情况下也能够取得相同的效果。

另外，在实施方式1中，构成为使用1个传感器19，但也可以在工作机械16的多个部位设置传感器19。在该情况下，针对设置的全部传感器19而进行在实施方式1中说明的处理，能够对颤振的发生进行判定。在多个部位设置传感器19的情况下，即使在加工中在多个部位发生颤振，也能够进行颤振的抑制。

另外，作为其他例，振动控制部11可以使用用于抑制颤振的预先进行机器学习而得到的推断模型，进行颤振的抑制。将该例在图7示出。即，图7是表示用于实现图1所示的振动控制部11的功能的其他结构例的图。

在图7中，振动控制部11具有信息观测部201和推断部202。对振动控制部11输入特征量信息102和运转指令103。

信息观测部201对预先确定的采样数对应量的特征量信息102及运转指令103进行观测而作为时序数据，基于时序数据而生成推断用数据集203。推断部202为了对抑制颤振的驱动校正值104进行输出，对预先进行机器学习而得到的推断模型输入由信息观测部201生成的推断用数据集203，由此对驱动校正值104进行输出。

推断部202可以使用任意算法的推断模型。作为一个例子，对使用了神经网络的推断模型进行说明。图8是表示使用了一般性的神经网络的推断模型的结构例的图。

在图8所示的例子中，神经网络通过具有n个神经元的输入层x1、x2、…、xn、具有m个神经元的中间层y1、y2、…、ym和具有1个神经元的输出层z1构成。此外，在图8中，示出了输出层为1层的例子，但也可以设置大于或等于2层输出层。

输入层x1、x2、…、xn与中间层y1、y2、…、ym连接，中间层y1、y2、…、ym与输出层z1连接。此外，图8所示的输入层和中间层的连接是一个例子，各输入层x1、x2、…、xn可以与任意的中间层y1、y2、…、ym连接。

如果是图8所示的3层神经网络，则在多个输入向输入层x1、x2、…、xn输入后，对其值赋予权重A1～Aa而输入至中间层y1、y2、…、ym。输入至中间层y1、y2、…、ym的值进一步赋予权重B1～Bb而输入至输出层z1，从输出层z1输出。此外，下标a、b分别是自然数，在图8所示的例子中，成为a＝n、b＝m。输出结果当然根据权重A1～Aa、B1～Bb的值而改变。

图9是表示对图7所示的振动控制部11所使用的推断模型进行学习的学习装置300的结构例的图。学习装置300具有学习数据取得部301和学习处理部302。能够应用于学习装置300、具有对图1所示的工作机械16的主轴17及进给轴18赋予运转指令103的驱动指令部12的数控装置1。

学习数据取得部301取得将在实际加工中取得的特征量信息102及运转指令103和表示有无颤振的颤振有无信息303相关联的学习用数据集304。学习用数据集304所包含的颤振有无信息303能够根据颤振是否发生而使用不同的数值表示。例如，能够将颤振发生的情况通过“1”这一数值表示，将颤振没有发生的情况通过“0”这一数值表示。另外，颤振有无信息303例如能够使用在加工后对加工面进行评价而判定出的结果。

学习处理部302具有学习用数据集304和推断模型305。学习处理部302将学习用数据集304所包含的特征量信息102及运转指令103作为输入数据而进行学习。具体地说，学习处理部302以推断模型305的输出与颤振有无信息303的数值一致的方式进行所谓有教师学习。推断模型305如果被输入特征量信息102及运转指令103，则对与颤振的有无相对应的输出值进行输出。

学习处理部302对输入层输入特征量信息102及运转指令103，以从输出层输出的值接近表示有无颤振的数值的方式对权重A1～Aa、B1～Bb进行调整。通过权重A1～Aa、B1～Bb的调整，进行推断模型305的学习。

学习处理部302作为推断模型305的学习时所使用的有教师学习方法而能够使用误差逆传输法。另外，学习处理部302为了使推断模型305的泛化性能提高，可以使用在学习时将神经元随机地排除在外的“dropout”、对误差进行监视而将学习提前终止的“earlystopping”这样的方法。学习处理部302将学习完成的推断模型305作为训练好的推断模型而输出。由学习处理部302输出的训练好的推断模型能够在图7所示的推断部202中使用。

如以上说明所述，实施方式1所涉及的学习装置300具有推断模型305和学习用数据集304。在学习用数据集304中，将表示有无颤振的颤振有无信息303和特征量信息102及运转指令103相关联地保持。对推断模型305输入特征量信息102、运转指令103及颤振有无信息303。推断模型305如果被输入特征量信息102及运转指令103，则以输出与颤振的有无相对应的输出值的方式进行机器学习。如果将如上所述的学习装置300应用于数控装置1，则能够使用预先进行机器学习而得到的推断模型305将驱动校正值104输出，因此能够实现抑制颤振的高速化。

此外，在上述中，对在推断模型305使用神经网络的情况进行了说明，但并不限定于此。也可以使用其他公知的方法例如RNN(Recurrent Neural Network)、LSTM(LongShort－Term Memory)、SVM(Support Vector Machine)等而构成推断模型305。

实施方式2.

图10是表示实施方式2所涉及的数控装置2的功能结构的图。数控装置2具有特征量计算部10、振动控制部11－1、驱动指令部12和输入装置20。下面，主要对与数控装置1不同的部分进行说明。

数控装置2在实施方式1所涉及的数控装置1中说明的结构的基础上，还具有输入装置20。作业者将在实施加工前在振动控制部11－1中成为校正对象的运转指令103的上限值及下限值的信息输入至输入装置20。

输入装置20将至少包含输入的运转指令103的上限值及下限值在内的限制信息106输出至振动控制部11－1。此外，也可以取代该方法，振动控制部11－1参照记载有运转指令103的上限值及下限值的加工程序而取得。

振动控制部11－1从特征量计算部10接收特征量信息102，从驱动指令部12接收运转指令103，从输入装置20接收限制信息106。振动控制部11－1基于特征量信息102、运转指令103及限制信息106而生成驱动校正值104，将生成的驱动校正值104向驱动指令部12输出。

图11是表示通过图10所示的振动控制部11－1进行的处理流程的流程图。振动控制部11－1通过以下的各步骤而进行运转指令的校正。此外，在图11中，关于与图5所示的处理相同或同等的处理而标注有同一标号。另外，在图11中，与图5同样地，将相位差用作判定基准，例示出将主轴速度指令设为控制对象的处理流程。下面，主要对与图5不同的部分进行说明。

关于步骤S101～S105的处理，与图5相同或同等，省略这里的说明。

在步骤S201中，将通过步骤S104处理后的主轴速度指令限制在预先确定的主轴速度指令的下限值的范围内。具体地说，在通过步骤S104处理后的主轴速度指令小于主轴速度指令的下限值的情况下(步骤S201，No)，进入至步骤S202，在将主轴速度指令变更为主轴速度指令的下限值后，进入至步骤S106。另外，在主轴速度指令大于或等于主轴速度指令的下限值的情况下(步骤S201，Yes)，不变更主轴速度指令，进入至步骤S106。

另外，在步骤S203中，将通过步骤S105处理后的主轴速度指令限制在预先确定的主轴速度指令的上限值的范围内。具体地说，在通过步骤S105处理后的主轴速度指令超过主轴速度指令的上限值的情况下(步骤S203，No)，进入至步骤S204，在将主轴速度指令变更为主轴速度指令的上限值后，进入至步骤S106。另外，在主轴速度指令小于或等于主轴速度指令的上限值的情况下(步骤S203，Yes)，不变更主轴速度指令，进入至步骤S106。

在步骤S106中对加工是否结束进行判定。在加工结束的情况下(步骤S106，Yes)，振动控制部11－1结束图11的处理。另一方面，在加工未结束的情况下(步骤S106，No)，返回至步骤S101的处理。图11所示的处理在实施加工的期间继续执行。

此外，在图11中，将特征量信息102所包含的相位差作为判定基准，例示出控制对象是运转指令103所包含的主轴速度指令的情况，但在特征量信息102是相位差以外，控制对象是主轴速度指令以外的情况下，也能够进行相同的流程下的处理。

根据实施方式2，对振动控制部11－1输入包含运转指令103的上限值及下限值在内的限制信息106，振动控制部11－1在输入的上限值和下限值之间的范围内使运转指令103增加或减少。由此，防止振动控制部11－1将刀具及工作机械所确定的切削条件外的驱动校正值104向驱动指令部12输出。其结果，能够防止校正后的运转指令103成为作业者的预料外的值。由此，进一步得到能够防止意料之外的加工不良的发生这一效果。

实施方式3.

图12是表示实施方式3所涉及的数控装置3的功能结构的图。与图1的结构相比较，在图12中，将数控装置1置换为数控装置3，将振动控制部11置换为振动控制部11－2。除了运转指令103以外，还将动作信息105输入至振动控制部11－2。其他结构与图1相同或同等，对相同或同等的结构部标注同一标号。下面，主要对与数控装置1不同的部分进行说明。

振动控制部11－2从特征量计算部10接收特征量信息102，从驱动指令部12接收运转指令103，从工作机械16接收动作信息105。振动控制部11－2基于特征量信息102、运转指令103及动作信息105而生成驱动校正值104，将生成的驱动校正值104向驱动指令部12输出。

在实施方式3中，振动控制部11－2针对预先设定出的特征量目标值进行控制，以使得特征量信息102到达特征量目标值。具体地说，如图13所示构成控制系统。图13是表示实现实施方式3所涉及的振动控制部11－2的功能的控制系统的结构例的图。在图13中，作为一个例子而示出了进行PID(Proportional Integral Differential)控制的控制系统的结构。

首先，生成从特征量目标值减去特征量信息102而得到的特征量偏差125。在这里，作为特征量目标值的一个例子而设定“0”。在实施方式3中，特征量信息102是由图2的相位差运算部15计算的相位差。通常来说，已知在没有发生颤振的情况下，相位差成为0。因此，通过将特征量目标值设定为“0”，从而能够抑制颤振。

特征量偏差125分支为3个，使它们之中的1个乘以比例增益122。剩余的2个之中的一个在经过积分器120之后乘以积分增益123。即，使特征量偏差125的时间积分值乘以积分增益123。另外，剩余的2个之中的另一个在经过微分器121之后乘以微分增益124。即，使特征量偏差125的时间微分值乘以微分增益124。这3种增益值相加而设为特征量校正量126。特征量校正量126还与主轴速度相加，作为驱动校正值104向驱动指令部12输出。

比例增益122、积分增益123及微分增益124是预先设定的值，在加工前被赋予。另外，这3种增益值能够通过试加工而进行调整。通过适当地设定这3种增益值，从而能够与实施方式1相比高速地抑制颤振。

如以上说明所述，根据实施方式3，在振动控制部11－2的内部构成了使特征量信息102与特征量目标值一致的控制系统，因此能够更高速地实施颤振的抑制。

此外，在图13的控制系统中，使特征量偏差125乘以比例增益122，使特征量偏差125的时间积分值乘以积分增益123，使特征量偏差125的时间微分值乘以微分增益124，但并不限定于该结构。只要使特征量偏差125、特征量偏差125的时间积分值及特征量偏差125的时间微分值之中的至少1个乘以增益即可，能够实现期望的特性的控制系统，或者与期望的特性接近的控制系统的结构。

实施方式4.

图14是表示实施方式4所涉及的数控装置4的功能结构的图。与图1的结构相比较，在图14中，将数控装置1置换为数控装置4，将振动控制部11置换为振动控制部11－3。另外，向驱动指令部12输入的驱动校正值104被置换为驱动校正值104－1。其他结构与图1相同或同等，对相同或同等的结构部标注同一标号。下面，主要对与数控装置1不同的部分进行说明。

振动控制部11－3从特征量计算部10接收特征量信息102，从驱动指令部12接收运转指令103。振动控制部11－3基于特征量信息102及运转指令103而生成驱动校正值104－1，将生成的驱动校正值104－1向驱动指令部12输出。

图15是表示通过图14所示的振动控制部11－3进行的处理流程的流程图。振动控制部11－3通过以下的各步骤而进行运转指令的校正。此外，在图15中，关于与图5所示的处理相同或同等的处理而标注有同一标号。另外，在图15中，将相位差用作判定基准，例示出将主轴速度指令及进给轴18的速度指令即进给轴速度指令设为控制对象的处理流程。下面，主要对与图5不同的部分进行说明。

关于步骤S101～S105的处理，与图5相同或同等，省略这里的说明。

在步骤S301中，在通过步骤S104或步骤S105对主轴速度指令进行变更后，对进给轴速度指令进行变更。具体地说，在步骤S301中，以主轴17的每旋转1周的进给量不变化的方式对进给轴速度指令进行变更。在这里，主轴17的每旋转1周的进给量是将进给轴18的速度即进给轴速度除以主轴速度而得到的值。例如，在步骤S104中，在使主轴速度指令以10％减少的情况下，进给轴速度指令也以相同比例的10％减少。另外，在步骤S105中，在使主轴速度指令以10％增加的情况下，进给轴速度指令也以相同比例的10％增加。

在步骤S106中对加工是否结束进行判定。在加工结束的情况下(步骤S106，Yes)，振动控制部11－3结束图15的处理。另一方面，在加工未结束的情况下(步骤S106，No)，返回至步骤S101的处理。图15所示的处理在实施加工的期间继续执行。

此外，在图15中，例示出将特征量信息102所包含的相位差作为判定基准的情况，但在特征量信息102处于相位差以外的情况下，也能够进行相同的流程下的处理。

根据实施方式4，振动控制部11－3与主轴速度指令的增加或减少同步地将对进给轴速度指令进行校正的校正值输出至驱动指令部12。在该控制中，振动控制部11－3与相位差的值相应地实施主轴速度指令的变更和进给轴速度指令的变更，以使得主轴17的每旋转1周的进给量不变化。通过该控制，主轴17的每旋转1周的进给量成为恒定，因此在加工面发生的切割器标记的间隔均一化。由此，在实施方式1的效果的基础上，得到使加工面品质提高的效果。

实施方式5.

图16是表示实施方式5所涉及的数控装置5的功能结构的图。与图1的结构相比较，在图16中，将数控装置1置换为数控装置5，将特征量计算部10置换为特征量计算部10－1。另外，在图16中追加有生成刀具信息113的刀具信息记录部21。除了传感器信号100及主轴运转指令101以外，还将刀具信息113输入至特征量计算部10－1。其他结构与图1相同或同等，对相同或同等的结构部标注同一标号。下面，主要对与数控装置1不同的部分进行说明。

刀具信息记录部21对与设置于工作机械16的刀具相关的信息即刀具信息113进行记录，将记录的刀具信息113输出至特征量计算部10－1。刀具信息113至少包含与刀具的刃数相关的信息。在刀具信息113可以还包含立铣刀、刀等刀具的种类及刀具长度、刀具直径等刀具形状的信息。此外，在设置有车削刀具的情况下，刀具信息记录部21将刀具信息113输出为刀具的刃数为1片。另外，在设置有车削刀具的情况下，在多个刀具同时切削的情况下，刃数与刀具的数量成为相同数量。例如在工作机械16具有下刀架和上刀架，通过在两个刀架各设置有1片的车削刀具进行加工的情况下，刀具信息记录部21将刀具信息113输出为刃数为2片。

特征量计算部10－1从工作机械16接收传感器信号100，从驱动指令部12接收主轴运转指令101，从刀具信息记录部21接收刀具信息113。特征量计算部10－1基于传感器信号100、主轴运转指令101及刀具信息113，生成至少包含颤振的特征量即相位差的特征量信息102，将生成的特征量信息102输出至振动控制部11。

图17是表示图16所示的特征量计算部10－1的功能结构的图。特征量计算部10－1具有传感器信号处理部13、相位差运算部15和定时信号生成部14－1。

定时信号生成部14－1基于由驱动指令部12输出的主轴运转指令101及由刀具信息记录部21输出的刀具信息113，对主轴17的角度即主轴角度经过设定值进行判定，在判定出的定时向相位差运算部15输出定时信号111。下面，对通过定时信号生成部14－1实现的定时信号111的生成方法的详细内容进行说明。此外，此后以将刃数为α片的刀具设置于主轴17为前提而进行说明。其中，α是大于或等于2的自然数。

图18是表示由图17所示的定时信号生成部14－1输出的定时信号111和主轴角度指令之间的关系的图。如图18所示，主轴角度指令是取0[rad]至2π[rad]的值，如果达到360[rad]则恢复为0[rad]的信号。定时信号111是在主轴角度指令每次经过所设定的角度时输出的信号。在这里，β是大于或等于2且小于或等于α的自然数。即，定时信号111在主轴17旋转1周中输出α次。图18是α＝2的例子，在主轴角度指令每次经过所设定的角度/> 时输出定时信号111，除此以外不输出定时信号111。此外，角度/>在主轴17的旋转1周中仅设在1处即可，可以设定任意的角度。但是，在/>和/>之间存在下面的(4)式所示的限制。

此外，作为其他例，定时信号生成部14－1可以使用主轴运转指令101所包含的主轴速度指令而生成定时信号111。在该情况下，定时信号生成部14－1针对根据主轴速度指令S[rpm]，使用以下所示的(5)式而计算的每个时间T2对定时信号111进行输出。

T2＝60/(S×α)…(5)

如以上所述，实施方式5所涉及的数控装置5具有对与刀具的刃数相关的信息进行记录的刀具信息记录部21，特征量计算部10－1考虑刀具的刃数对特征量信息102进行计算。而且，定时信号生成部14－1基于从刀具信息记录部21取得的刀具信息113，在主轴17每次旋转时生成定时信号111而输出至相位差运算部15。由此，得到在刀具的刃数大于或等于2片的情况下也能够抑制颤振这一效果。

接下来，关于用于实现在实施方式1～5中说明的数控装置1～5的功能的硬件结构，参照图19及图20的附图进行说明。图19是表示实现在实施方式1～5中说明的数控装置1～5的功能的硬件结构的一个例子的框图。图20是表示实现在实施方式1～5中说明的数控装置1～5的功能的硬件结构的其他例的框图。

在实现数控装置1～5的功能的情况下，如图19所示，能够设为包含进行运算的处理器701、对由处理器701读取的程序进行保存的存储器702及进行信号的输入输出的接口704在内的结构。

处理器701可以是被称为微处理器、微型计算机、CPU(Central Processing Unit)或DSP(Digital Signal Processor)的运算单元。另外，在存储器702能够例示出RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、闪存、EPROM(Erasable ProgrammableROM)、EEPROM(注册商标)(Electrically EPROM)这样的非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩盘、迷你盘、DVD(Digital Versatile Disc)。

在存储器702中储存有执行数控装置1～5的功能的程序。处理器701经由接口704对所需的信息进行收发，处理器701执行在存储器702中储存的程序，处理器701参照在存储器702中储存的表格，由此能够进行上述的处理。通过处理器701得到的运算结果能够存储于存储器702。

另外，在实现数控装置1～5的功能的情况下，也能够使用图20所示的处理电路703。处理电路703是单一电路、复合电路、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)、FPGA(Field－Programmable Gate Array)或它们的组合。输入至处理电路703的信息及从处理电路703输出的信息能够经由接口704获取。

此外，也可以将数控装置1～5中的一部分的处理通过处理电路703实施，将没有通过处理电路703实施的处理通过处理器701及存储器702实施。

以上的实施方式所示的结构表示一个例子，也能够与其他公知技术组合，也能够将实施方式彼此组合，在不脱离主旨的范围也能够将结构的一部分省略、变更。

标号的说明

1、2、3、4、5数控装置，10、10－1特征量计算部，11、11－1、11－2、11－3振动控制部，12驱动指令部，13传感器信号处理部，14、14－1定时信号生成部，15相位差运算部，16工作机械，17主轴，18进给轴，19传感器，20输入装置，21刀具信息记录部，100传感器信号，101主轴运转指令，102特征量信息，103运转指令，104、104－1驱动校正值，105动作信息，106限制信息，110状态量信号，111定时信号，113刀具信息，120积分器，121微分器，122比例增益，123积分增益，124微分增益，125特征量偏差，126特征量校正量，201信息观测部，202推断部，203推断用数据集，300学习装置，301学习数据取得部，302学习处理部，303颤振有无信息，304学习用数据集，305推断模型，701处理器，702存储器，703处理电路，704接口。

Claims (12)

1.一种数控装置，其具有对工作机械的主轴及进给轴赋予运转指令的驱动指令部，

该数控装置的特征在于，具有：

特征量计算部，其基于对安装于所述工作机械的刀具或加工对象物的振动进行检测得到的传感器信号、及所述主轴的运转指令即主轴运转指令，对颤振的特征量信息进行计算；以及

振动控制部，其在直至所述特征量信息到达目标范围内为止的期间，对所述驱动指令部输出用于对所述运转指令进行校正的校正值。

2.根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于，

所述特征量计算部具有：

传感器信号处理部，其基于所述传感器信号而生成多个种类的状态量；

定时信号生成部，其在与所述主轴的旋转同步的定时周期性地生成定时信号而输出；以及

相位差运算部，其针对每个所述定时信号通过归一化将所述多个种类的状态量无因次化，在由无因次化的状态量构成的状态空间中，对表示无因次化的状态量信号的相位间的差分的相位差进行运算。

3.根据权利要求2所述的数控装置，其特征在于，

还具有刀具信息记录部，该刀具信息记录部对安装于所述工作机械的刀具的信息进行记录，

所述定时信号生成部基于从所述刀具信息记录部取得的刀具的信息，在所述主轴每次旋转时，对所述定时信号进行输出。

4.根据权利要求2或3所述的数控装置，其特征在于，

所述传感器信号处理部生成所述传感器信号、通过对所述传感器信号的每单位时间的变化量进行计算而得到的状态量和通过对所述传感器信号的每单位时间的累积量进行计算而得到的状态量之中的大于或等于2种状态量。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的数控装置，其特征在于，

所述定时信号生成部基于所述主轴的角度指令、所述主轴的速度指令、所述主轴的实际的角度即主轴角度及所述主轴的实际的速度即主轴速度的至少一个而生成所述定时信号。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的数控装置，其特征在于，

所述运转指令包含所述主轴的速度指令即主轴速度指令和所述进给轴的速度指令即进给轴速度指令，

所述振动控制部将与所述主轴速度指令的增加或减少同步地，对所述进给轴速度指令进行校正的校正值输出至所述驱动指令部。

7.根据权利要求6所述的数控装置，其特征在于，

所述振动控制部与所述相位差的值相应地实施所述主轴速度指令的变更和所述进给轴速度指令的变更，以使得所述主轴的每旋转1周的进给量不变化。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的数控装置，其特征在于，

对所述振动控制部输入包含所述运转指令的上限值及下限值在内的限制信息，

所述振动控制部在输入的所述上限值和所述下限值之间的范围内使所述运转指令增加或减少。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的数控装置，其特征在于，

所述振动控制部基于对所述特征量信息的目标值和所述特征量信息的偏差、所述偏差的时间积分值、所述偏差的时间微分值的至少1个乘以增益而得到的值，生成驱动校正值。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的数控装置，其特征在于，

所述振动控制部具有：

信息观测部，其对所述主轴运转指令及所述特征量信息进行观测而作为时序数据，基于观测到的所述时序数据而生成推断用数据集；以及

推断部，其通过对预先进行机器学习而得到的推断模型输入所述信息观测部所生成的所述推断用数据集，从而对所述校正值进行输出。

11.一种学习装置，其构成为能够应用于具有对工作机械的主轴及进给轴赋予运转指令的驱动指令部的数控装置，

该学习装置的特征在于，具有：

特征量计算部，其基于对安装于所述工作机械的刀具或加工对象物的振动进行检测得到的传感器信号及所述主轴的运转指令即主轴运转指令，对颤振的特征量信息进行计算；

学习数据取得部，其取得将表示有无所述颤振的颤振有无信息和所述特征量信息及所述运转指令相关联的学习用数据集；以及

学习处理部，其具有由所述学习数据取得部取得的所述学习用数据集和推断模型，如果对所述推断模型输入所述特征量信息及所述运转指令，则以从所述推断模型输出与所述颤振的有无相对应的输出值的方式进行所述推断模型的机器学习。

12.一种颤振的抑制方法，其是使用具有对工作机械的主轴及进给轴赋予运转指令的驱动指令部的数控装置而执行的，

该颤振的抑制方法的特征在于，包含下述步骤：

基于对安装于所述工作机械的刀具或加工对象物的振动进行检测得到的传感器信号及所述主轴的运转指令即主轴运转指令，对所述颤振的特征量信息进行计算；以及

在直至所述特征量信息到达目标范围内为止的期间，对所述驱动指令部输出用于对所述运转指令进行校正的校正值。