DE102009044366B4 - Positionssteuervorrichtung für numerisch gesteuerte Maschine - Google Patents

Abstract

Positionssteuervorrichtung zur Verwendung in einem Fall, bei dem ein Motor einen bewegbaren Teil (15) einer numerisch gesteuerten Maschine antreibt, um eine relative Positionsbeziehung zwischen einem Werkstück (18) und einem vorderen Ende eines Werkzeugs (17), die die numerisch gesteuerte Maschine aufweist, zu verändern, wobei die Positionssteuervorrichtung die Position des bewegbaren Teils (15) basierend auf einem Positionssollwert (θ*) des Motors steuert, welcher von einer Host-Vorrichtung eingegeben wird, und wobei die Positionssteuervorrichtung aufweist:eine Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit (60), die einen Maschinenbiegungswert-Schätzwert (ε) berechnet, der einen relativen Versatzwert zwischen dem Werkstück (18) und dem vorderen Ende des Werkzeugs (17) repräsentiert, welcher durch eine Biegung verursacht wird, die durch eine Reaktionskraft auf ein den bewegbaren Teil (15) lagerndes Bauelement (13, 14) und eine Trägheitskraft in einem Bauelement (16) zwischen dem bewegbaren Teil (15) und dem Werkzeug (17) verursacht wird, basierend auf einem Maschinenkoordinatenwert (x*, y*, z*, w*) des bewegbaren Teils (15) in mindestens einer linearen Achse (x, y, z, w) und Information über eine Antriebsbeschleunigung des bewegbaren Teils (15);eine Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit (61), die einen Maschinenbiegungspositionskompensationswert (θmdf) zum Kompensieren wenigstens einer Positionsabweichung, die durch die Biegung verursacht wird, berechnet, basierend auf dem Maschinenbiegungswert-Schätzwert (ε); undeine Sollwert-Berechnungseinheit (62), die einen neuen Positionssollwert (θc) für die Steuerung erzeugt durch Addieren des Maschinenbiegungspositionskompensationswertes (θmdf) zu einem auf dem Positionssollwert (θ*) des Motors basierenden Sollwert,wobei die Information über die Antriebsbeschleunigung des bewegbaren Teils (15) aus dem Positionssollwert (θ*) des Motors besteht,wobei die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit (60) aufweist:eine Speichereinheit, die eine Funktion (7) speichert, welche einen Beschleunigungsproportionalkoeffizienten (G) eines Maschinenbiegungswert-Schätzwerts (ε) repräsentiert, bei welchem die Biegung durch die Reaktionskraft auf das das bewegbare Teil (15) lagernde Bauelement (13, 14) und durch die Trägheitskraft auf das zwischen dem beweglichen Teil (15) und dem Werkzeug (17) angeordnete Bauelement (16) verursacht wird, wobei die Funktion (7) eine Funktion des Maschinenkoordinatenwerts (x*, y*, z*, w*) des bewegbaren Teils (15) in der numerisch gesteuerten Maschine in jeder der linearen Achsen (x, y, z, w) ist, und welche von einer relativen Verschiebung zwischen dem vorderen Ende des Werkzeugs (18) und dem Werkstück (17) abgeleitet wird, die vorab analysiert worden ist oder in einer Maschine gemessen worden ist;eine Beschleunigungsproportionalkoeffizienten-Berechnungseinheit, die den Beschleunigungsproportionalkoeffizienten (G) basierend auf dem gegenwärtigen Maschinenkoordinatenwert (x*, y*, z*, w*) des bewegbaren Teils (15) und der in der Speichereinheit gespeicherten Funktion (7) berechnet;zwei Differenziatoren, die eine Sollbeschleunigung berechnen, welche einem Differentialwert zweiter Ordnung des Positionssollwertes (θ*) des Motors entspricht; undeinen Multiplizierer (71), der den Maschinenbiegungswert-Schätzwert (ε) berechnet durch Multiplizieren des Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten (G) des Maschinenbiegungswertes (ε) mit der Sollbeschleunigung.

Description

• HINTERGRUND
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionssteuervorrichtung, die bei einer numerisch gesteuerten Maschine angewendet werden kann.
• Stand der Technik
• Herkömmlich ist eine Werkzeugmaschine oder eine ähnliche industrielle Maschine mit einem Zustellachsenantriebsmechanismus ausgestattet, der eine Kugelumlaufspindel umfaßt. Beispielsweise enthält die Werkzeugmaschine einen Servomotor, der die Kugelumlaufspindel, welche an einer Abtriebswelle des Motors befestigt ist, drehen kann und dazu eingerichtet ist, eine an einer Spindelmutter befestigte Last linear anzutreiben. Aufgrund des oben beschriebenen Mechanismus kann jedoch ein Kugelumlaufspindelteil aufgrund des Gewichts der Last eine Biegung verursachen.
• 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer herkömmlichen Positionssteuervorrichtung veranschaulicht. Ein von einer Host-Vorrichtung (in der Zeichnung nicht gezeigt) erzeugter Positionssollwert y* wird in einen Motorrotationssollwert θ* konvertiert. Die Positionssteuervorrichtung empfängt den Motorrotationssollwert θ* als eine Eingabeführungsgröße.
• Die herkömmliche Positionssteuervorrichtung setzt ein Feed-Forward-Steuersystem ein, um die Antwort des Motors zu verbessern. Das Feed-Forward-Steuersystem kann eine Biegung, die von der Kugelumlaufspindel erzeugt werden kann, kompensieren. Ein Biegungswert θdf der Kugelumlaufspindel kann gemäß der folgenden Formel 1 erhalten werden, wobei Mh ein Belastungsgewicht dargestellt, Ks eine Starrheit eines Kugelumlaufspindelantriebssystems darstellt und θ* einen Positionssollwert darstellt. $$\mathrm{\theta }\text{df}=\left(\text{Mh/Ks}\right)\times \left({\text{d}}^2\mathrm{\theta }*{\text{/dt}}^2\right)$$

  
• Ein Block Ca (= (Mh/Ks) × s²) kann den Biegungswert θdf gemäß der oben beschriebenen Formel 1 berechnen. Ein Addierer 51 kann den Positionssollwert θ* zu dem Biegungswert θdf addieren, um einen Positionssollwert θc für die Steuerung zu erzeugen. Das Steuersystem kann den Biegungswert θdf nach der Zeit differenzieren, um eine Biegungsgeschwindigkeit Vdf zu erhalten. Das Steuersystem kann außerdem den Positionssollwert θ* nach der Zeit differenzieren. Ein Addierer 53 kann die Biegungsgeschwindigkeit Vdf zu dem nach der Zeit differenzierten Wert des Positionssollwertes θ* addieren, um einen Geschwindigkeits-Feed-Forward-Wert Vff zu erzeugen. Das Steuersystem kann außerdem den Geschwindigkeits-Feed-Forward-Wert Vff nach der Zeit differenzieren, um einen Beschleunigungs-Feed-Forward-Wert Aff zu erhalten. Ein Konvertierungsblock Cb kann, basierend auf dem Beschleunigungs-Feed-Forward-Wert Aff, einen Drehmoment-Feed-Forward-Wert τff erhalten. Der Drehmoment-Feed-Forward-Wert τff entspricht einem Motordrehmoment, das eine zu dem Beschleunigungs-Feed-Forward-Wert Aff äquivalente Beschleunigung erzeugen kann.
• Die herkömmliche Positionssteuervorrichtung umfaßt außerdem die folgende Rückkopplungs-Regelungskonfiguration. Eine von der Positionssteuervorrichtung zu steuernde Zieleinrichtung 50 hat einen Mechanismus (nicht gezeigt), der einen Servomotor umfaßt, der dazu eingerichtet ist, eine Last über eine Kugelumlaufspindel anzutreiben, basierend auf einem Drehmomentsollwert τm, der als eine Stellgröße eingegeben wird. Der Servomotor umfaßt einen darin eingebauten Positionsdetektor (nicht gezeigt), der einen Motordrehwinkel θm und eine Winkelgeschwindigkeit vm erfassen kann. Ein Linearmaßstab (nicht gezeigt), der separat vorgesehen ist, erfasst eine Position „y“ der Last. Das Steuersystem multipliziert die Lastposition „y“ der Last mit einer Konstante (2π/P), um eine Lastposition θi als einen Umrechnungswert auf einer Motordrehachse unter Berücksichtigung einer Steigungshöhe P der Kugelumlaufspindel zu erhalten. Ein Subtrahierer 52 kann einen Positionsrückführwert θf von dem Positionssollwert θc für die Steuerung subtrahieren. Ein Positionsabweichungsverstärker Gp kann eine Positionsabweichung (d.h., eine Ausgabe des Subtrahierers 52) verstärken. Ein Addierer 54 kann die Ausgabe des Positionsabweichungsverstärkers Gp zu dem Geschwindigkeits-Feed-Forward-Wert Vff addieren, um einen Geschwindigkeitssollwert Vc zu erzeugen. Ein Subtrahierer 55 kann die Motorrotationswinkelgeschwindigkeit vm von dem Geschwindigkeitssollwert Vc subtrahieren, um eine Geschwindigkeitsabweichung zu erhalten. Ein Geschwindigkeitsabweichungsverstärker Gv kann eine Proportional-Integral-Verstärkung der Geschwindigkeitsabweichung (d.h., der Ausgabe des Subtrahierers 55) durchführen. Ein Addierer 56 kann die Ausgabe des Geschwindigkeitsabweichungsverstärkers Gv zu dem Drehmoment-Feed-Forward-Wert τff addieren, um den Drehmomentsollwert (d.h., Motordrehmomenterzeugung) τm zu erzeugen.
• Die folgende Formel 2 stelle eine Beziehung zwischen dem Positionsrückführwert θf und anderen Parametern θm, θdf und θi dar, welche unter Bezugnahme auf 4 erhalten werden kann. $$\mathrm{\theta }\text{f}=\mathrm{\theta }\text{m}+\text{G}\left(\text{S}\right)\left[\mathrm{\theta }\text{i}-\left(\mathrm{\theta }\text{m}-\mathrm{\theta }\text{df}\right)\right]$$

  
• In der Formel 2 hat G(S) Verzögerungssystemübertragungseigenschaften, gemäß derer G(S) einen größeren Wert für eine niedrigfrequente Eingabe und einen kleineren Wert für eine hochfrequente Eingabe in einem Bereich von 0 ≤ I G(S) I < 1 annimmt.
• Demgemäß kann in einem stabilen Zustand eine Beziehung θf = θi + θdf erfüllt werden. Die Rückkopplungsregelung kann den Positionsrückführwert an den Positionssollwert θc angleichen (d.h., θc = θf). Somit kann eine Beziehung θ* = θi erreicht werden. Kurzum, das Steuersystem kann die Lastposition „y“ exakt gemäß dem Positionssollwert θ* steuern. Die oben beschriebene herkömmliche Positionssteuerungsvorrichtung wird beispielsweise in JP 3 351 990 B2 erörtert, welche ein Familienmitglied zur US 6 184 644 B1 ist, in welcher der nächstliegende Stand der Technik beschrieben ist.
• Wie oben beschrieben, führt die herkömmliche Positionssteuervorrichtung eine Steuerung durch, um den Positionssollwert θ* und die Belastungsposition θi durch Vorausführen der Motorposition (d.h., des Motorrotationswinkels) θm um einen Wert, der dem in dem Kugelumlaufspindelteil verursachten Biegungswert θdf entspricht, einander anzugleichen. Jedoch kann ein Bauelement, das das Antriebssystem trägt und fixiert, eine niedrige Starrheit haben. Jenseits einer Lastposition, an der die Erfassung durch den Linearmaßstab durchgeführt wird, kann ein Element mit einer geringeren Starrheit vorhanden sein. In solchen Fällen kann die oben beschriebene herkömmliche Positionssteuervorrichtung Biegungsanteile, die von Maschinenelementen an den Teilen mit niedrigerer Starrheit verursacht werden, nicht ausgleichen. Darüber hinaus vergrößert sich in einer Maschine, die einen Teil aufweist, der schwach ist oder eine unzureichende mechanische Starrheit hat, wenn es erforderlich ist, die Zustellachse mit einer hohen Beschleunigung oder Verzögerung anzutreiben, ein Biegungswert eines mechanischen Systems mit zunehmender Beschleunigung.
• Die Biegung in dem mechanischen System wird unten detaillierter beschrieben. 2A veranschaulicht ein Modell, das einen schematischen Mechanismus eines Doppelständer-Bearbeitungszentrums als ein Beispiel einer Werkzeugmaschine darstellt, die eine numerisch gesteuerte Maschine ist. Ein Bett 11 ist stationär auf dem Boden befestigt. Ein Tisch 12, der auf dem Bett 11 angeordnet ist, kann sich in der X-Richtung bewegen. Ein Werkstück 18, d.h., ein zu fräsendes oder zu bearbeitendes Objekt, wird auf dem Tisch 12 montiert und fixiert.
• Ähnlich wie das Bett 11 ist ein Paar von Ständern 13 starr auf dem Boden befestigt.
• Eine Querführung 14 kann sich relativ zu den Ständern 13 in einer durch W gekennzeichneten Richtung bewegen. Ein Sattel 15 kann sich relativ zu der Querführung 14 in einer durch Y gekennzeichneten Richtung bewegen. Das Doppelständer-Bearbeitungszentrum umfaßt einen Mechanismus, der dazu eingerichtet ist einen Schieber 16 in einer durch Z gekennzeichneten Richtung (d.h., in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung) zu bewegen. Der Schieber 16 hat ein vorderes Ende, das mit einem Spindelkopf ausgestattet ist. Das Doppelständer-Bearbeitungszentrum kann ein an dem Spindelkopf des Schiebers 16 angebrachtes Werkzeug 17 mit einer höheren Geschwindigkeit drehen, um das Werkstück 18 zu fräsen (zu bearbeiten).
• Im folgenden wird unten eine betriebsmäßige Bewegung in der Y-Richtung beschrieben. Ein Beispielsystem kann einen Servomotor (nicht gezeigt) steuern, der an der Querführung 14 installiert ist und als Y-Achsenantriebssystem dient, um den Sattel 15 über eine Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt) anzutreiben. Ein Linearmaßstab (nicht gezeigt), der an der Querführung 14 angebracht ist, kann die Position des Sattels 15 erfassen.
• Die herkömmliche Positionssteuervorrichtung kann eine in dem Kugelumlaufspindelteil erzeugte Biegungskomponente kompensieren, um den Positionssollwert θ* und die Position θί des Sattels 15 einander anzugleichen. Jedoch können die die Querführung 14 tragenden Ständer 13 eine niedrigere Starrheit haben, oder der Grad der Kopplung zwischen den Ständern 13 und dem Boden kann gering sein. In solchen Fällen, wenn beispielsweise der Sattel 15 in der -Y-Richtung beschleunigt, erfahren die Querführung 14 und die Ständer 13 Reaktionskräfte und verschieben sich in der +Y-Richtung, wie in 2B veranschaulicht ist. In diese Fall weicht selbst dann, wenn der Positionssollwert θ* gleich der von dem Linearmaßstab erfassten Position θi des Sattels 15 ist, die absolute Position des Sattels 15 im Raum von einer gewünschten Position um einen Versatzwert der Ständer 13 ab.
• In ähnlicher Weise erfährt der an der Front des Schiebers 16 angebrachte Spindelkopf eine Trägheitskraft, wenn der Sattel 15 in der -Y-Richtung beschleunigt, wenn die Starrheit des Schiebers 16 gering ist. Als Folge davon verschiebt sich der Spindelkopf in der +-Y-Richtung. Dementsprechend weicht ein vorderes Ende des Werkzeugs 17 von einer gewünschten Ortskurve im Raum ab. Somit verursacht das Werkzeug 17 einen Versatz relativ zu dem Werkstück 18 (d.h., eines zu bearbeitenden Objektes), und das Werkzeug 17 kann eine Fräsoperation nicht an einer richtigen Position durchführen.
• Darüberhinaus ändert sich der Lasteinwirkungspunkt in Abhängigkeit von der Position der Querführung 14 relativ zu den Ständern 13 (d.h., einem W-AchsenKoordinatenwert) oder in Abhängigkeit von einem Überstandsbetrag (d.h., einem Z-Achsen-Koordinatenwert) des Schiebers 16 relativ zu dem Sattel 15. Mit anderen Worten, die mechanische Starrheit der Ständer 13 oder des Schiebers 16 verändert sich, und infolgedessen ist der Wert der Biegung, die durch eine Beschleunigung des Sattels 15 erzeugt wird, veränderlich.
• Die von der vorliegenden Erfindung zu lösenden Probleme umfassen ein Phänomen, dass in einem mechanischen System eine Biegung dadurch erzeugt werden kann, daß ein Bauelement eine geringere Starrheit hat, welches ein Antriebssystem trägt und fixiert, und daß der Ort eines vorderen Endes eines Werkzeugs einen Versatz relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück verursachen kann. Darüberhinaus verändert sich der Versatzwert entsprechend einer Stellung der Maschine.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Positionssteuervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die fortwährend eine Biegung kompensieren kann, die in dem mechanischen System erzeugt werden kann, selbst dann, wenn die Stellung der Maschine sich ändert. Somit kann die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das vordere Ende des Werkzeugs entlang einer gewünschten Ortskurve bewegen.
• KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Die Aufgabe wird gelöst mit einer Positionssteuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die die Stellung des dazwischengeschalteten Bauelements angebende Information ein Maschinenkoordinatenwert des bewegbaren Teils in jeder axialen Richtung, und die die Antriebsbeschleunigung des bewegbaren Teils angebende Information ist der Positionssollwert des Motors. Die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit umfaßt eine Speichereinheit, die Beschleunigungsproportionalitätsinformation speichert, welche Information darstellt zum Berechnen eines Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten eines Maschinenbiegungswerts, der sich entsprechend dem Maschinenkoordinatenwert des bewegbaren Teils in jeder axialen Richtung ändert; eine Beschleunigungsproportionalitätskoeffizient-Berechnungseinheit, die den Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten des Maschinenbiegungswerts gemäß einer gegenwärtigen Stellung des dazwischengeschalteten Bauelements berechnet, basierend auf dem Maschinenkoordinatenwert des bewegbaren Teils in jeder axialen Richtung und der in der Speichereinheit gespeicherten Beschleunigungsproportionalitätsinformation; zwei Diffenziatoren, die eine Sollbeschleunigung berechnen, die einem Differenzialwert zweiter Ordnung des Positionssollwertes des Motors entspricht; und einen Multiplizierer, der den Maschinenbiegungswert-Schätzwert berechnet durch Multiplizieren des Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten des Maschinenbiegungswertes mit der Sollbeschleunigung.
• In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eines der zwei Steuerobjekte an dem bewegbaren Teil angeordnet, und die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit berechnet einen in einer Bewegungsrichtung des bewegbaren Teils erzeugten Biegungswert als den Maschinenbiegungswert-Schätzwert.
• In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Positionssteuervorrichtung weiter eine Berechnungseinheit, die einen Geschwindigkeitssollwert berechnet unter Verwendung eines Positionsabweichungsverstärkers, der einen Differenzwert zwischen dem Positionssollwert des Motors und einem Positionserfassungswert verstärken kann, und eine Berechnungseinheit, die einen Drehmomentsollwert berechnet unter Verwendung eines Geschwindigkeitsabweichungsverstärkers, der einen Differenzwert zwischen dem Geschwindigkeitssollwert und einem nach der Zeit differenzierten Wert des Positionserfassungswertes verstärken kann. Die Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit berechnet wenigstens einen eines Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswertes und eines Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswertes zusätzlich zu dem Maschinenbiegungspositionskompensationswert, und die Sollwertberechnungseinheit berechnet einen neuen Geschwindigkeitssollwert für die Steuerung durch Addieren des Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswertes zu dem Geschwindigkeitssollwert in einem Fall, bei dem der Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswert berechnet wird, und weiter berechnet die Sollwertberechnungseinheit einen neuen Drehmomentsollwert für die Steuerung durch Addieren des Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswertes zu dem Drehmomentsollwert in einem Fall, bei dem der Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswert berechnet wird.
• In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit den Maschinenbiegungspositionskompensationswert unter Verwendung eines Proportionalkompensators basierend auf dem eingegebenen Maschinenbiegungswert-Schätzwert, berechnet einen Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswert unter Verwendung eines Differenziators und eines Proportionalkompensators und berechnet einen Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswert unter Verwendung von zwei Differenziatoren, eines Beschleunigungs-Drehmoment-Konversionskoeffizienten und eines Proportionalkompensators, wobei Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmoment-Kompensationswerte eingestellt werden durch Verändern von Einstellwerten der Proportionalkompensatoren.
• In den oben beschriebenen Fällen kann die Sollwertberechnungseinheit einen neuen Geschwindigkeitssollwert für die Steuerung berechnen durch Subtrahieren des Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswertes von dem nach der Zeit differenzierten Wert des Positionserfassungswertes, der als ein Geschwindigkeitsrückführwert dient. Außerdem kann die Sollwertberechnungseinheit einen neuen Positionssollwert für die Steuerung berechnen durch Subtrahieren des Maschinenbiegungspositionskompensationswertes von dem Positionserfassungswert, der als ein Positionsrückführwert dient.
• Die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann fortwährend eine Biegung kompensieren, die in dem mechanischen System generiert werden kann, selbst wenn die Biegung durch die Starrheit eines Bauelements verursacht wird, welches ein Antriebssystem trägt und fixiert. Außerdem ist sie angepaßt an einen sich gemäß der Stellung der Maschine verändernden Betrag der Biegung. Somit kann die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das vordere Ende des Werkzeugs entlang einer gewünschten Ortskurve bewegen.
• Figurenliste
• 1A ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Positionssteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 1B ist ein Blockdiagramm, das einen inneren Aufbau einer Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit veranschaulicht, mit der die Positionssteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
• 1C ist ein Blockdiagramm, das einen inneren Aufbau einer Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit veranschaulicht, mit dem die Positionssteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
• 2A veranschaulicht ein Modell, das einen schematischen Mechanismus einer numerisch gesteuerten Maschine darstellt, der ein von der vorliegenden Erfindung zu lösendes Problem erzeugen kann.
• 2B veranschaulicht ein Modell, das den schematischen Mechanismus der numerisch gesteuerten Maschine darstellt, der das von der vorliegenden Erfindung zu lösende Problem erzeugt hat.
• 3 ist ein Graph, der Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
• 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer herkömmlichen Positionssteuervorrichtung veranschaulicht.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• 2B veranschaulicht ein Modell des Doppelständer-Bearbeitungszentrumsals ein Beispiel einer numerisch gesteuerten Maschine. In dem in 2B gezeigten Modell wird angenommen, daß die Starrheit der die Querführung 14 tragenden Ständer 13 gering ist oder der Grad der Kopplung zwischen den Ständern 13 und dem Boden gering ist, und daß die Starrheit des Schiebers 16 gering ist. Wenn der Sattel 15 in der -Y-Richtung beschleunigt, erfahren die Querführung 14 und die Ständer 13 Reaktionskräfte und verschieben sich jeweils in der +Y-Richtung. Der an dem vorderen Ende des Stößels 16 angebrachte Spindelkopf erfährt eine Trägheitskraft. Als Folge davon verschiebt sich der Spindelkopf in der +Y-Richtung. Das vordere Ende des Werkzeugs 17 weicht von einer gewünschten Ortskurve im Raum ab.
• In diesem Fall definiert die folgende Formel 3 einen Betrag der Biegung oder Biegungswert εc der Ständer 13, wobei Fc eine Belastung in Y-Richtung darstellt, die auf die Ständer 13 wirkt, wenn der Sattel 15 beschleunigt, und Kc eine Starrheit der Ständer 13 in Y-Richtung darstellt, die den Kopplungsgrad zwischen den Ständern 13 und dem Boden einschließt. $$\mathrm{\epsilon }\text{c}=\text{Fc/Kc}$$

  
• In ähnlicher Weise kann ein Biegungswert εr des Schiebers 16 gemäß der folgenden Formel 4 definiert werden, wobei Fr eine auf den Schieber 16 aufgebrachte Belastung in Y-Richtung darstellt und Kr eine Starrheit des Schiebers 16 in Y-Richtung darstellt in einem Fall, bei dem der Sattel 15 beschleunigt. $$\mathrm{\epsilon }\text{r}=\text{Fr/Kr}$$

  
• Dementsprechend verursacht das Werkzeug 17 einen durch die folgende Formel 5 ausgedrückten Versatz an seinem vorderen Ende. $$\mathrm{\epsilon }=\mathrm{\epsilon }\text{c}+\mathrm{\epsilon }\text{r}$$

  
• In den oben beschriebenen Formeln sind Fc und Fr proportional zur Beschleunigung α des Sattels 15 (d. h., eines bewegbaren Teils). Somit kann der Betrag des Versatzes oder Versatzwert ε des vorderen Endes des Werkzeuges 17 ausgedrückt werden unter Verwendung von zur Beschleunigung proportionalen Koeffizienten oder Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten Gc, Gr und G gemäß der folgenden Formel 6. $$\mathrm{\epsilon }=\text{Fc/Kc}+\text{Fr/Kr}=\left(\text{Gc}+\text{Gr}\right)\times \mathrm{\alpha =}\text{G}\times \mathrm{\alpha }$$

  
• Die oben beschriebene Formel 6 definiert eine Beziehung zwischen der Beschleunigung a, dem Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten G und einem Gesamtbiegungswert eines Bauelements, das zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und dem vorderen Ende des Werkzeuges 17 (d.h., zwei Steuerobjekten) geschaltet ist. Die Formel 6 kann verwendet werden, um einen Schätzwert eines zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und dem vorderen Ende des Werkzeuges 17 verursachten Maschinenbiegungswertes zu erhalten durch Verwendung einer Sollbeschleunigung der Antriebsachse als die Beschleunigung α.
• Nun sind die mechanische Starrheit Kc der Ständer 13 und die mechanische Starrheit Kr des Schiebers 16 variabel in Abhängigkeit von der Position der Querführung 14 relativ zu den Ständern 13 oder in Abhängigkeit von dem Überstandsbetrag des Schiebers 16 relativ zu dem Sattel 15. Kurz gesagt, die Starrheit des mechanischen Systems kann angesehen werden als variabel gemäß einem W-Achsenkoordinatenwert oder einem Z-Achsenkoordinatenwert. Mit anderen Worten, der Parameter G in der Formel 6 ist ein variabler Parameter G(z, w), der in Abhängigkeit von einer W-Achsen-Position oder einer Z-Achsen-Position variiert.
• 1A ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Positionssteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 1 B ist ein Blockdiagramm, das einen detaillierten Aufbau einer in 1A veranschaulichten Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 veranschaulicht. 1C ist ein Blockdiagramm, das einen detaillierten Aufbau einer in 1A gezeigten Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit 61 veranschaulicht. In den in den 1A, 1B und 1C gezeigten Blockdiagrammen sind Komponenten oder Teile, die den in 4 (d. h., dem oben beschriebenen herkömmlichen Stand der Technik) veranschaulichten ähnlich sind, durch dieselben Bezugszeichen und Begriffe bezeichnet, und ihre Beschreibungen werden hier nicht wiederholt.
• Verglichen mit der oben beschriebenen herkömmlichen Positionssteuervorrichtung umfaßt die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60, die dazu eingerichtet ist, den Maschinenbiegungswert ε zu schätzen, und die Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit 61, die dazu eingerichtet ist, drei Arten von Maschinenbiegungskompensationswerten θmdf, Vmdf und τmdf basierend auf dem Maschinenbiegungswert ε (d.h., einem Schätzwert) zu berechnen, der von der Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 geschätzt wurde.
• Die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 kann Positionssollwerte x*, y*, z* und w* entsprechender Achsen von einer Host-Vorrichtung empfangen. In der vorliegenden Ausführungsform können die Positionssollwerte x*, y*, z* und w* der jeweiligen Achsen angesehen werden als Stellungsinformation eines zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und dem vorderen Ende des Werkzeugs 17 (d.h. zwei Steuerobjekten) geschalteten Bauelements, d.h., Information, die eine Maschinenstellung angibt.
• Die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 kann einen Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten des Maschinenbiegungswerts gemäß der Maschinenstellung berechnen, basierend auf den eingegebenen Positionssollwerten x*, y*, z* und w* jeweiliger Achsen und einer vorbestimmten Funktion G(x, y, z, w). Die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 kann weiter dem berechneten Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten mit einer Sollbeschleunigung (d. h., einem Differenzialwert zweiter Ordnung des Positionssollwertes θ*) multiplizieren, um den Maschinenbiegungswert-Schätzwert ε zu berechnen. Kurz gesagt, die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 führt eine Berechnung gemäß der folgenden Formel 7 aus. $$\mathrm{\epsilon }=\text{G}\left(\text{x}\text{,y}\text{,z}\text{,w}\right)\times \left({\text{d}}^2\mathrm{\theta }*{\text{/dt}}^2\right)$$

  
• Die Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit 61 empfängt den Maschinenbiegungswert-Schätzwert ε von der Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60. Weiter kann die Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit 61 den Maschinenbiegungspositionskompensationswert θmdf, den Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswert Vmdf und den Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswert τmdf berechnen unter Verwendung von Differenziatoren und Proportionalkompensatoren Cmp, Cmv und Cmt. Die Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit 61 kann die folgenden Formeln 8 bis 10 verwenden, um die oben beschriebenen drei Arten von Maschinenbiegungskompensationswerten θmdf, Vmdf und τmdf zu erhalten. $$\mathrm{\theta }\text{mdf}=\text{Cmp}\times \mathrm{\epsilon }$$

  

  $$\text{Vmdf}=\text{Cmv}\times \left(\text{d}\mathrm{\epsilon }\text{/dt}\right)$$

  

  $$\mathrm{\tau }\text{mdf}=\text{Cmt}\times \left({\text{d}}^2\mathrm{\epsilon }{\text{/dt}}^2\right)$$

  
• Die in 1A veranschaulichte Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Feed-Forward-Kompensation auf die in 4 veranschaulichte Positionssteuervorrichtung anwenden in Bezug auf den Maschinenbiegungspositionskompensationswert θmdf, dem Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswert Vmdf und den Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswert τmdf, die von der Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit 61 ausgegeben werden. Somit kann die in Fig, 1A veranschaulichte Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ortskurve des vorderen Endes des Werkzeuges 17 so korrigieren, daß sie identisch mit der gewünschten Ortskurve ist.
• Insbesondere enthält die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Addierer 62, der den Maschinenbiegungspositionskompensationswert θmdf zu der Ausgabe des Addierers 51 addieren kann, der in der in 4 veranschaulichten herkömmlichen Positionssteuervorrichtung vorgesehen ist, um den Positionssollwert θc für die Steuerung in der vorliegenden Ausführungsform zu erhalten. Weiter enthält die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Addierer 63, der den Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswert Vmdf zu der Ausgabe des Addierers 54 addieren kann, der in der in 4 veranschaulichten herkömmlichen Positionssteuervorrichtung vorgesehen ist, um den Geschwindigkeitssollwert Vc zu erhalten. Die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält weiter einen Addierer 64, der den Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswert τmdf zu der Ausgabe des Addierers 56 addieren kann, der in der in 4 veranschaulichten herkömmlichen Positionssteuervorrichtung vorgesehen ist, um den Drehmomentsollwert τm zu erhalten.
• Die Konfiguration der Funktion G(x, y, z, w) ist variierbar in Abhängigkeit von dem Aufbau der Maschine. Eine FEM-(Finite-Elemente-Methode)-Analyse oder eine tatsächliche Gerätevermessung können verwendet werden, um die Funktion G(x, y, z, w) zu erhalten. Beispielsweise können Koordinatenwerte jeweiliger Achsen und ein Beschleunigungswert als Argumente verwendet werden, um eine Funktion zu erhalten, die einen zwischen dem vorderen Endabschnitt des Werkzeuges 17 und dem zu bearbeitenden Werkstück 18 verursachten relativen Versatzwert darstellt.
• Beispielsweise wird nun in 2B angenommen, daß der Versatzwert des vorderen Endabschnittes des Werkzeuges 17 variabel ist in Abhängigkeit von einer W-Achsen-Position oder einer Z-Achsen-Position desselben, selbst wenn die Beschleunigung dieselbe ist. In diesem Fall kann eine Wirkung der von den Ständern 13 verursachten Biegung angenähert werden durch eine Funktion zweiten Grades, die die W-Achsen-Position als ein Argument verwendet. Eine Wirkung der von dem Schieber 16 verursachten Biegung kann angenähert werden durch eine lineare Funktion, die eine proportionale Beziehung zu der Z-Achsen-Position beschreibt. In diesem Fall kann die Funktion G(x, y, z, w) ausgedrückt werden durch die folgende Formel 11, die Konstanten a, b, c und d verwendet. $$\text{G}\left(\text{x}\text{,y}\text{,z}\text{,w}\right)=\text{a}\times {\left(\text{w}*\right)}^2+\text{b}\times \text{w}*+\text{c}\times \text{z}*+\text{d}$$

  
• Weiter kann, verglichen mit dem in 2B veranschaulichten Fall, in welchem die Summe einer Mehrzahl von Biegungskomponenten verursacht, daß das vordere Ende des Werkzeuges 17 von der gewünschten Ortskurve abweicht, eine an einem bestimmten Teil erzeugte Biegung der einzige maßgebende Faktor sein, der verursacht, daß das vordere Ende des Werkzeuges 17 von der gewünschten Ortskurve abweicht. In einem solchen Fall kann die Funktion G(x, y, z, w) bestimmt werden durch Berechnen physikalischer Werte (z.B. einer mechanischen Starrheit und einem Belastungsgewicht) an dem bestimmten Teil.
• Die Berechnungseinheit, die den Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten berechnet, der in der Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 zur Verfügung gestellt wird, muß nicht als Funktion G(x, y, z, w) konfiguriert sein. Beispielsweise kann der Proportionalitätskoeffizient G bestimmt werden durch Bezugnahme auf eine Datentabelle, die im voraus erstellt werden kann, basierend auf den Koordinatenwerten jeweiliger Achsen.
• In 1A und 1B werden Positionssollwerte x*, y*, z* und w* jeweiliger Achsen in die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 eingegeben. Jedoch können diese Eingabewerte ersetzt werden durch die Werte x, y, z und w, die als Positionserfassungswerte gelesen wurden. Außerdem müssen die oben erwähnten Positionssollwerte und die Positionserfassungswerte nicht von der Host-Vorrichtung angegeben werden, und sie können von einer Positionssteuervorrichtung, welche andere Achsen steuert, übermittelt werden.
• 3 ist ein Graph, der Wirkungen der Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet den Geschwindigkeitssollwert Vc und den Drehmomentsollwert τm basierend auf dem von der Host-Vorrichtung empfangenen Positionssollwert θ*.
• In diesem Fall ist, wenn das Feed-Forward-Steuersystem richtig funktioniert, der Positionssollwert θc für die Steuerung im wesentlichen gleich dem Positionsrückführwert θf in einem Zustand, in welchen es keine wesentliche Nachlaufverzögerung in der Steuerung gibt.
• Insbesondere wird eine Belastung gemäß dem Drehmomentsollwert τm auf ein Maschinenbauelement ausgeübt. Der in diesem Fall in dem mechanischen System erzeugte Biegungswert und der Versatz ε des vorderen Endes des Werkzeuges 17 werden proportional zu dem Drehmomentsollwert τm.
• Es wird nun angenommen, daß der Maschinenbiegungspositionskompensationswert θmdf, der proportional zu dem Drehmomentsollwert τm (d.h., dem Beschleunigungs-Feed-Forward-Wert Aff) ist, zu dem Positionssollwert θ* addiert wird. In dieser Ausführungsform wird zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen, daß der Maschinenbiegungspositionskompensationswert gleich dem Versatz ε des vorderen Endes des Werkzeuges 17 ist (d.h., θmdf =ε).
• Wie oben beschrieben, ist θc - θf = 0. Wenn θc = θ* + θmdf ist, ist daher θ* + θmdf - θf = 0. Namentlich ist θ* - θf = -θmdf. Der Positions-Rückführwert θf wird so gesteuert, daß er um einen Wert von θmdf relativ zu dem Positionssollwert θ* voreilt. Aufgrund der Wirkung einer in dem mechanischen System verursachten Biegung wird jedoch die Bewegung des vorderen Endabschnitts des Werkzeuges 17 um einen Wert von ε(=θmdf) relativ zu dem Positions-Rückführwert θf verzögert. Dementsprechend kann eine als Steuergröße dienende „voreilende Komponente“ aufgehoben werden durch eine von der Biegung des mechanischen Systems an dem vorderen Endabschnitt des Werkzeugs 17 verursachte „Verzögerungskomponente“. Mit anderen Worten, die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Position des vorderen Endes des Werkzeuges 17 an den Positionssollwert θ* angleichen. Somit kann der vordere Endabschnitt des Werkzeuges 17 entlang der gewünschten Ortskurve angetrieben werden.
• In der vorliegenden Ausführungsform ist es zum Erzielen der oben beschriebenen Wirkungen erwünscht, daß der Proportional-Kompensator Cmp der Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit 61 gleich 1 ist (Cmp= 1), so daß der Maschinenbiegungswert-Schätzwert ε gleich dem Maschinenbiegungspositionskompensationswert θmdf wird. Jedoch kann der Maschinenbiegungswert-Schätzwert ε einen Schätzfehler enthalten.
• Daher mag es für den Zweck, einen geeigneten Kompensationswert zu erhalten, wirkungsvoll sein, den Wert des Proportionalkompensators Cmp zu erhöhen (z.B. Cmp = 1,2), um den Maschinenbiegungspositionskompensationswert θmdf zu erhöhen. Andererseits mag es für den Zweck, zu verhindern, daß die Maschinenbiegungskompensation übermäßig groß wird, wirkungsvoll sein, den Wert des Proportionalkompensators Cmp zu verringern (z.B. Cmp = 0,8), um den Maschinenbiegungspositionskompensationswert θmdf zu dämpfen, falls erforderlich.
• Weiter können in einem Fall, in dem die Antwort des Positionsrückkopplungs-Regelungssystems ausreichend hoch ist, die oben beschriebenen Wirkungen selbst dann erhalten werden, wenn die Werte der Proportionalkompensatoren Cmv und Cmt auf 0 gesetzt sind (Cmv = 0 und Cmt = 0). Wenn andererseits das Positionsrückkopplungs-Regelungssystem ein unzureichendes Antwortband hat, ist es notwendig, die Werte der Proportionalkompensatoren Cmv und Cmt unter Berücksichtigung des Wertes des Proportionalkompensators Cmp zu setzen.
• Allerdings ist der Maschinenbiegungs-Drehmomentkompensationswert τmdf von seinem Aufbau her proportional zu einem Differentialwert vierter Ordnung des Positionssollwertes θ*. Der Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswert τmdf kann eine Impulswellenform in Abhängigkeit von dem Positionssollwert θ* haben und kann einen Stoß auf das Antriebssystem aufbringen. Um den oben beschriebenen Nachteil zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Proportionalkompensatoren Cmp, Cmv und Cmt so einzustellen, daß sie eine Beziehung Cmp > Cmv > Cmt ≥ 0 erfüllen.
• Weiter addiert in 1 die Positionssteuervorrichtung den Maschinenbiegungspositionskompensationswert θmdf zu dem Positionssollwert, um die Kompensation durchzuführen. Jedoch kann eine ähnliche Wirkung erzielt werden durch Subtrahieren des Maschinenbiegungspositionskompensationswertes θmdf von dem basierend auf dem Positionserfassungswert berechneten Positionsrückführwert θf. In ähnlicher Weise kann, statt den Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswert Vmdf zu dem Geschwindigkeitssollwert zu addieren, der Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswert Vmdf von dem Geschwindigkeitsrückführwert Vm subtrahiert werden.
• Außerdem erhält die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 Koordinatenwerte jeweiliger Achsen von der Host-Vorrichtung, berechnet dann intern einen Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten und gibt weiter den Maschinenbiegungswert-Schätzwert ε aus. Jedoch kann die Host-Vorrichtung eine Berechnungseinheit enthalten, die den Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten berechnen kann. In diesem Fall kann die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit 60 dazu eingerichtet sein, den Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten direkt von der Host-Vorrichtung zu empfangen und den Maschinenbiegungswert-Schätzwert ε zu berechnen.
• Die Zieleinrichtung 50, welche einem Maschinenantriebssystem entspricht, hat den Mechanismus, der den Servomotor umfaßt und eingerichtet ist, um eine Last über die Kugelumlaufspindel anzutreiben.
• Eine gemäß der vorliegenden Erfindung zu verarbeitende Biegung in dem mechanischen System ist nicht eine in dem Antriebssystem selbst enthaltene Komponente (wie z.B. die Kugelumlaufspindel). Die gemäß der vorliegenden Erfindung zu verarbeitende Biegung ist eine von einem Maschinenbauelement, wie beispielsweise dem Ständer 13 oder dem Schieber 16, verursachte Biegung. Daher kann, wenn eine Maschinen einen Direkt-Antriebsmechanismus mit einem Linearmotor hat, die Positionssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Ortskurve des vorderen Endes des Werkzeuges 17 an die gewünschte Ortskurve gemäß einem ähnlichen Kompensationsverfahren angleichen.
• In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die betriebsmäßige Bewegung in der Y-axialen Richtung unter Bezug auf 2B beschrieben. Jedoch kann die Technik zum Kompensieren einer in dem mechanischen System verursachten Biegung gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Bewegung in einer anderen axialen Richtung angewandt werden. Ähnliche Wirkungen können erzielt werden. Wenn beispielsweise der Schieber 16 in der Z-Richtung beschleunigt/verzögert wird, verursacht die eine Last tragende Querführung 14 einen Versatz in der Z-Richtung aufgrund einer von dem beschleunigten/verzögerten Schieber 16 verursachten Biegung. Der Biegungswert des Schiebers 16 ist klein, wenn der Sattel 15 nahe dem Ständer 13 positioniert ist, und ist groß, wenn der Sattel 15 in der Mitte der Querführung 14 positioniert ist. Daher kann die Positionssteuervorrichtung einen Biegungskompensationswert basierend auf einem Beschleunigungswert in der Z-Achsen-Richtung berechnen. Weiter kann die Positionssteuervorrichtung den Kompensationswert gemäß einer Y-Achsen-Position verändern, um fortwährend die gemäß einer Änderung in der Maschinenstellung erzeugte Biegung in der Z-axialen Richtung zu kompensieren.

Claims (6)

1. Positionssteuervorrichtung zur Verwendung in einem Fall, bei dem ein Motor einen bewegbaren Teil (15) einer numerisch gesteuerten Maschine antreibt, um eine relative Positionsbeziehung zwischen einem Werkstück (18) und einem vorderen Ende eines Werkzeugs (17), die die numerisch gesteuerte Maschine aufweist, zu verändern, wobei die Positionssteuervorrichtung die Position des bewegbaren Teils (15) basierend auf einem Positionssollwert (θ*) des Motors steuert, welcher von einer Host-Vorrichtung eingegeben wird, und wobei die Positionssteuervorrichtung aufweist: eine Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit (60), die einen Maschinenbiegungswert-Schätzwert (ε) berechnet, der einen relativen Versatzwert zwischen dem Werkstück (18) und dem vorderen Ende des Werkzeugs (17) repräsentiert, welcher durch eine Biegung verursacht wird, die durch eine Reaktionskraft auf ein den bewegbaren Teil (15) lagerndes Bauelement (13, 14) und eine Trägheitskraft in einem Bauelement (16) zwischen dem bewegbaren Teil (15) und dem Werkzeug (17) verursacht wird, basierend auf einem Maschinenkoordinatenwert (x*, y*, z*, w*) des bewegbaren Teils (15) in mindestens einer linearen Achse (x, y, z, w) und Information über eine Antriebsbeschleunigung des bewegbaren Teils (15); eine Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit (61), die einen Maschinenbiegungspositionskompensationswert (θmdf) zum Kompensieren wenigstens einer Positionsabweichung, die durch die Biegung verursacht wird, berechnet, basierend auf dem Maschinenbiegungswert-Schätzwert (ε); und eine Sollwert-Berechnungseinheit (62), die einen neuen Positionssollwert (θc) für die Steuerung erzeugt durch Addieren des Maschinenbiegungspositionskompensationswertes (θmdf) zu einem auf dem Positionssollwert (θ*) des Motors basierenden Sollwert, wobei die Information über die Antriebsbeschleunigung des bewegbaren Teils (15) aus dem Positionssollwert (θ*) des Motors besteht, wobei die Maschinenbiegungswert-Schätzeinheit (60) aufweist: eine Speichereinheit, die eine Funktion (7) speichert, welche einen Beschleunigungsproportionalkoeffizienten (G) eines Maschinenbiegungswert-Schätzwerts (ε) repräsentiert, bei welchem die Biegung durch die Reaktionskraft auf das das bewegbare Teil (15) lagernde Bauelement (13, 14) und durch die Trägheitskraft auf das zwischen dem beweglichen Teil (15) und dem Werkzeug (17) angeordnete Bauelement (16) verursacht wird, wobei die Funktion (7) eine Funktion des Maschinenkoordinatenwerts (x*, y*, z*, w*) des bewegbaren Teils (15) in der numerisch gesteuerten Maschine in jeder der linearen Achsen (x, y, z, w) ist, und welche von einer relativen Verschiebung zwischen dem vorderen Ende des Werkzeugs (18) und dem Werkstück (17) abgeleitet wird, die vorab analysiert worden ist oder in einer Maschine gemessen worden ist; eine Beschleunigungsproportionalkoeffizienten-Berechnungseinheit, die den Beschleunigungsproportionalkoeffizienten (G) basierend auf dem gegenwärtigen Maschinenkoordinatenwert (x*, y*, z*, w*) des bewegbaren Teils (15) und der in der Speichereinheit gespeicherten Funktion (7) berechnet; zwei Differenziatoren, die eine Sollbeschleunigung berechnen, welche einem Differentialwert zweiter Ordnung des Positionssollwertes (θ*) des Motors entspricht; und einen Multiplizierer (71), der den Maschinenbiegungswert-Schätzwert (ε) berechnet durch Multiplizieren des Beschleunigungsproportionalitätskoeffizienten (G) des Maschinenbiegungswertes (ε) mit der Sollbeschleunigung.
2. Positionssteuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der wenigstens eines von dem Werkstück (17) oder dem Werkzeug (18) an dem bewegbaren Teil (15) angeordnet ist.
3. Positionssteuervorrichtung nach Anspruch 1, weiter aufweisend: eine Berechnungseinheit, die einen Geschwindigkeitssollwert (Vc) berechnet unter Verwendung eines Positionsabweichungsverstärkers (Gp), der einen Differenzwert zwischen dem neuen Positionssollwert (θc) für die Steuerung und einem Positionserfassungswert verstärken kann; und eine Berechnungseinheit, die einen Drehmomentsollwert (τm) berechnet unter Verwendung eines Geschwindigkeitsabweichungsverstärkers (Gv), der einen Differenzwert zwischen dem Geschwindigkeitssollwert (Vc) und einem nach der Zeit differenzierten Wert des Positionserfassungswertes verstärken kann, wobei die Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit (61) wenigstens einen eines Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswertes (Vmdf) und eines Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswertes (τmdf) zusätzlich zu dem Maschinenbiegungspositionskompensationswert (θmdf) berechnet, und eine Sollwert-Berechnungseinheit einen neuen Geschwindigkeitssollwert (Vc) für die Steuerung berechnet durch Addieren des Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswertes (Vmdf) zu dem Geschwindigkeitssollwert in einem Fall, bei dem der Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswert (Vmdf) berechnet wird, und weiter die Sollwert-Berechnungseinheit einen neuen Drehmomentsollwert (τm) für die Steuerung berechnet durch Addieren des Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswertes (τmdf) zu dem Drehmomentsollwert in einem Fall, bei dem der Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswert (τmdf) berechnet wird.
4. Positionssteuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Maschinenbiegungskompensationswert-Berechnungseinheit (61) den Maschinenbiegungspositionskompensationswert (θmdf) berechnet unter Verwendung eines Proportionalkompensators (Cmp) basierend auf dem eingegebenen Maschinenbiegungswert-Schätzwert (ε), einen Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswert (Vmdf) berechnet unter Verwendung eines Differenziators und eines Proportionalkompensators (Cmv) und einen Maschinenbiegungsdrehmomentkompensationswert (τmdf) berechnet unter Verwendung von zwei Differenziatoren, eines Beschleunigungs-Drehmoment-Konversionskoeffizienten (Cb) und eines Proportionalkompensators (Cmt), wobei Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmoment-Kompensationswerte eingestellt werden durch Verändern von Einstellwerten der Proportionalkompensatoren (Cmp, Cmv, Cmt).
5. Positionssteuervorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Sollwert-Berechnungseinheit einen neuen Geschwindigkeitssollwert (Vc) für die Steuerung berechnet durch Subtrahieren des Maschinenbiegungsgeschwindigkeitskompensationswertes (Vmdf) von dem nach der Zeit differenzierten Wert des Positionserfassungswertes, der als ein Geschwindigkeitsrückführwert dient.
6. Positionssteuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Sollwert-Berechnungseinheit einen neuen Positionssollwert (θc) für die Steuerung berechnet durch Subtrahieren des Maschinenbiegungspositionskompensationswertes (θmdf) von dem Positionserfassungswert, welcher als ein Positionsrückführwert dient.

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