JP5252102B1 - モータ制御装置、モータ制御システム、及び切削加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転工具を早い送り速度で送った場合でも、切削表面の表面精度を向上する。
【解決手段】切削加工装置１は、ワークを切削する回転工具６と、回転工具６を回転駆動する主軸モータ１４と、回転工具６のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各送り軸をそれぞれ駆動するＸ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２、及びＺ軸モータ１３と、各軸モータ１１，１２，１３をそれぞれ制御するＸ軸モータ制御装置２１、Ｙ軸モータ制御装置２２、及びＺ軸モータ制御装置２３と、各軸モータ制御装置２１，２２，２３に位置指令をそれぞれ出力する上位制御装置１００と、を備えている。Ｘ軸モータ１１を制御するＸ軸モータ制御装置２１は、内部制御演算で算出するトルク指令に周期Ｔの正弦波トルク補正指令を加算して指令補正する正弦波生成部３５を備えている。正弦波生成部３５は、トルク指令に対して周期Ｔ、振幅Ａ、及び基準位相φの正弦波状の正弦波トルク補正指令を加算する。
【選択図】図４

Description

開示の実施形態は、モータ制御装置、モータ制御システム、及び切削加工装置に関する。

特許文献１には、主軸の回転速度と送り軸の送り速度との比を一定に保ちながら主軸の回転速度および送り軸の送り速度を変化させるＮＣ工作機械の制御装置が記載されている。

特開平１１−１２９１４４号公報

特許文献１は、機械系（切削系）の有する固有周波数に起因するビビリ振動を低減できる。しかし切削加工では、このビビリ振動以外にも、回転工具を一定速度以上の送り速度で送った場合に切削表面に所定周期の凹凸の波が形成されてしまう現象が存在する。このような切削により被加工物の表面加工を行った場合には表面全体に鱗状の凹凸パターンが形成されてしまい、高い表面精度を必要とする精密加工には適していない。送り速度を十分低速で送った場合にはこのような鱗状の凹凸パターンの形成を回避できるが、表面加工に要する工程時間が長大化してしまう。この凹凸パターンは回転工具の回転速度を変化させても回避できないため、上記従来技術ではこのような問題を解決できない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転工具を早い送り速度で送った場合でも、切削表面の表面精度を向上できる切削加工に利用可能なモータ制御装置、モータ制御システム、及び切削加工装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、回転工具のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各送り軸をそれぞれ駆動する３つのモータと、位置指令に基づいて前記モータをそれぞれ制御するモータ制御装置と、を備えたモータ制御システムであって、前記モータ制御装置は、前記回転工具の切削中で、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の少なくとも一方の送り動作中において、前記位置指令および所定の内部制御演算で算出するトルク指令の少なくとも一方に所定周期の補正値を加算して指令補正する補正部を備えているモータ制御システムが適用される。

本発明によれば、回転工具を早い送り速度で送った場合でも、切削表面の表面精度を向上できる。

一実施形態に係るモータ制御装置及びモータ制御システムを備えた切削加工装置の外観全体を正面から見た図である。 切削加工装置のシステム構成を模式的に表したブロック図である。 ワーク表面に形成される凹凸波を示す図である。 Ｘ軸モータ制御装置の内部制御演算の構成を示したブロック線図である。 Ｘ軸モータ制御装置とＹ軸モータ制御装置のそれぞれにおける正弦波トルク補正指令の正弦波状態と正弦波パラメータとの関係を示す図である。 上位制御装置のＣＰＵが実行する制御内容を表すフローチャートの一例である。 Ｚ軸モータ制御装置の内部制御演算の構成を示したブロック線図である。 Ｚ軸モータ制御装置における矩形交流位置補正指令のパルス状態と矩形交流パラメータとの関係を示す図である。

以下、第一の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、一実施形態に係るモータ制御装置及びモータ制御システムを備えた切削加工装置の外観全体を正面から見た図である。この図１に示す例において、切削加工装置である切削加工装置１は概略的にいわゆる門型構成のＮＣ切削加工装置であり、被加工物であるワーク（特に図示せず）に対して主にフライス加工を行う。

この切削加工装置１は概略的に、基台２と、第１ヘッダ３と、第２ヘッダ４と、ワーク台５とを有している。

基台２は、左右に並んで立設する２つのコラム２ａとそれら上端を渡す横梁２ｂとを一体に備えた略門型で構成されている。その上方の横梁２ｂには一端部にＸ軸モータ１１が設けられ、その出力軸に軸設されたＸ軸ボールネジ２ｃが横梁２ｂのほぼ全長に渡って架設されている。また横梁２ｂの前面の上下方側のそれぞれの縁部に沿って２本のＸ軸レール２ｄが設けられている。

第１ヘッダ３は、上方に長い略矩形の部材であり、その背面側で上記基台２の２本のＸ軸レール２ｄに懸架されているとともに、Ｘ軸ボールネジ２ｃに螺合している。これによりＸ軸モータ１１の正逆転駆動によって当該第１ヘッダ３はＸ軸方向（図中の左右方向）に往復移動可能となっている。またこの第１ヘッダ３は、その上端部にＺ軸モータ１３が設けられ、その出力軸に軸設されたＺ軸ボールネジ（特に図示せず）が鉛直方向に架設されている。また第１ヘッダ３の前面の左右両側のそれぞれの縁部に沿って２本のＺ軸レール３ａが設けられている。

第２ヘッダ４は、上記第１ヘッダ３と横幅がほぼ同じ略矩形の部材であり、その背面側で上記第１ヘッダ３の２本のＺ軸レール３ａに懸架されているとともに、Ｚ軸ボールネジに螺合している。これによりＺ軸モータ１３の正逆転駆動によって当該第２ヘッダ４はＺ軸方向（図中の上下方向）に往復移動可能となっている。またこの第２ヘッダ４の前面の下方側には、ホルダブラケット４ａを介して主軸モータ１４が設けられており、その出力軸に軸設されたスピンドル４ｂとともに当該スピンドル４ｂに固定された回転工具６を鉛直軸周り、つまりＺ軸周りに回転できる。

ワーク台５は、上記基台２の２つのコラム２ａの下端部間に固定されており、下方に位置するベース５ａと上方に位置するワークテーブル５ｂとを有している。２つのコラム２ａの間に固定されたベース５ａには、手前側にＹ軸モータ１２が設けられ、その出力軸に軸設されたＹ軸ボールネジ（特に図示せず）が前後方向に架設されている。またベース５ａの上面の左右両側のそれぞれの縁部に沿って２本のＹ軸レール（特に図示せず）が設けられている。ワークテーブル５ｂはベース５ａと横幅がほぼ同じ矩形の部材であり、その下面側で上記ベース５ａの２本のＹ軸レール上に載置されているとともに、Ｙ軸ボールネジに螺合している。これによりＹ軸モータ１２の正逆転駆動によって当該ワークテーブル５ｂはＹ軸方向（図中の前後方向）に往復移動可能となっている。

以上のように構成された当該切削加工装置１は、ワークテーブル５ｂ上に固定したワークに対し、主軸モータ１４で回転させた回転工具６をＸＹＺ軸の３軸方向で相対的に往復移動させることができる。なお、Ｘ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２、及びＺ軸モータ１３が各請求項記載のモータに相当し、主軸モータ１４が各請求項記載の工具回転モータに相当する。

図２は、切削加工装置１のシステム構成を模式的に表したブロック図である。この図２に示す例において、切削加工装置１は、上位制御装置１００と、Ｘ軸モータ制御装置２１と、Ｘ軸モータ１１と、Ｙ軸モータ制御装置２２と、Ｙ軸モータ１２と、Ｚ軸モータ制御装置２３と、Ｚ軸モータ１３と、主軸モータ制御装置２４と、主軸モータ１４と、各モータにそれぞれ対応して設けられる４つのエンコーダ２５，２６，２７，２８とを有している。

上位制御装置１００は、汎用パーソナルコンピュータ、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、又はモーションコントローラなどのコンピュータで構成され、当該切削加工装置１全体を制御する機能を有する。特にこの上位制御装置１００は、Ｘ軸モータ制御装置２１、Ｙ軸モータ制御装置２２、及びＺ軸モータ制御装置２３のそれぞれに対して位置指令を出力し、各モータ制御装置２１，２２，２３にそれぞれ対応するＸ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２、及びＺ軸モータ１３の回転位置を制御する。また本実施形態の例において上位制御装置１００は、Ｘ軸モータ制御装置２１とＹ軸モータ制御装置２２に対して後述する周期補正指令も併せて出力する。またこの上位制御装置１００は、主軸モータ１４に設けられたエンコーダ２８からのモータ位置情報に基づいて、上記回転工具６と直結する主軸モータ１４を所定の回転速度で回転させるよう主軸モータ制御装置２４に速度指令を出力する。なお、この上位制御装置１００が各請求項記載の上位装置に相当する。

Ｘ軸モータ制御装置２１、Ｙ軸モータ制御装置２２、及びＺ軸モータ制御装置２３は、上位制御装置１００からそれぞれ入力された位置指令とそれぞれに対応する各モータ１１，１２，１３に設けられたエンコーダ２５，２６，２７からのモータ位置情報に基づいて、それぞれの内部制御演算により算出したトルク指令に対応する電流を出力し、それぞれに対応する各モータ１１，１２，１３の回転駆動を制御する機能を有する。これにより各モータ制御装置２１，２２，２３は、それぞれ対応するモータ１１，１２，１３の回転位置が、上位制御装置１００から入力された位置指令に対応する回転位置となるよう制御する。また、各モータ制御装置２１，２２，２３は、十分に短い時間間隔で回転位置を制御することにより、各モータ１１，１２，１３の回転速度も制御できる。なお、各モータ制御装置２１，２２，２３における上記内部制御演算については後に詳述する。また、これらＸ軸モータ制御装置２１、Ｙ軸モータ制御装置２２、及びＺ軸モータ制御装置２３が、各請求項記載のモータ制御装置に相当する。

主軸モータ制御装置２４は、上位制御装置１００から入力された速度指令に対応する交流電流を出力し、例えば誘導モータで構成する主軸モータ１４の回転駆動を制御する機能を有する。

以上の構成の切削加工装置１において、回転工具６を使用しての切削加工、特にボールエンドミルなどを使用してのフライス加工では、回転工具６を回転させた状態でＸＹＺの３軸で送り制御することにより、ワークを任意の形状に加工する。このフライス加工で、例えば図３に示すように、ワークＷの表面に対してボールエンドミル６Ａをその軸方向（Ｚ軸方向）に所定の切り込み量で切り込んだ状態を維持したまま回転軸に直交する水平方向（ワークの表面と平行な方向：図中のＸ軸方向）に一定以上の送り速度で送った場合、ボールエンドミル６Ａの端部で切削した表面部分に一定間隔（一定周期）の凹凸の波が形成されてしまう。これはボールエンドミル６Ａの外周側面の切削刃が送り方向に対してその側面で切削を行っているものの、その側面で切削刃が断続的（周期的）に切削していることで回転軸方向の端部切削においてもその断続的な影響を与えていることによる。

このような切削によりワークＷの表面加工を行った場合には表面全体に鱗状の凹凸パターンが形成されてしまい、高い表面精度を必要とする精密加工には適していない。送り速度を十分低速で送った場合にはこのような鱗状の凹凸パターンの形成を回避できるが、表面加工に要する工程時間が長大化してしまう。

これに対して本実施形態では、Ｘ軸モータ１１及びＹ軸モータ１２のそれぞれの回転位置または回転速度を制御するＸ軸モータ制御装置２１及びＹ軸モータ制御装置２２において、それらの内部制御演算で算出するトルク指令に所定周期の補正値を加算して指令補正する。Ｘ軸モータ制御装置２１及びＹ軸モータ制御装置２２は、このような指令補正を行なうことにより、ボールエンドミル６Ａの端部における断続的（周期的）な外乱の影響を柔軟に抑制することができる。

図４は、本実施形態におけるＸ軸モータ制御装置２１の内部制御演算の構成を示したブロック線図である。なお、Ｙ軸モータ制御装置２２の内部制御演算の構成も同一であり、図示を省略する。また、本実施形態の例では各部はソフトウェアで構成されるが、それぞれをハードウェアで構成してもよい。

この図４において、Ｘ軸モータ制御装置２１は、位置制御部３１と、速度制御部３２と、速度変換部３３と、電流制御部３４と、正弦波生成部３５とを有している。

位置制御部３１は、上位制御装置１００から入力された位置指令とエンコーダ２５で検出されたモータ位置情報との間の位置偏差に基づき、この位置偏差を少なくするように速度指令を出力する。

速度制御部３２は、位置制御部３１から入力された速度指令と後述の速度変換部３３から入力されたモータ速度情報との間の速度偏差に基づき、この速度偏差を少なくするようにトルク指令を出力する。

速度変換部３３は、エンコーダ２５で検出されたモータ位置情報の変化に基づいて、Ｘ軸モータの回転速度に相当するモータ速度情報を演算し出力する。具体的に、この速度変換部３３には微分器を用いればよい。

電流制御部３４は、速度制御部３２から入力されたトルク指令に基づき、例えばＰＷＭ制御による駆動電流をＸ軸モータ１１に出力する。

以上の構成から、Ｘ軸モータ制御装置２１の内部制御演算は、概略的に速度制御系のフィードバックループと位置制御系のフィードバックループの２重ループ構成を有している。なお、図示を省略しているが、電流制御部３４の内部においても電流制御系のフィードバックループ制御を行っているため、Ｘ軸モータ制御装置２１の内部制御演算は実質的に３重ループ構成を有している。本実施形態では、このような一般的なモータ制御装置の内部制御演算の構成に加えて、さらに速度制御部３２から出力したトルク指令に正弦波生成部３５で生成した正弦波トルク補正指令を加算して電流制御部３４に入力している。

正弦波生成部３５は、上位制御装置１００から入力された周期補正指令に含まれる正弦波パラメータに基づき、正弦波トルク補正指令を生成し出力する。また、上位制御装置１００から入力される周期補正指令には、正弦波生成部３５に対して正弦波トルク補正指令の出力と停止の切り替えを指示する切替指令も含まれている。正弦波トルク補正指令をトルク指令に加算した際には、電流制御部３４に入力されるトルク指令が略脈流状に補正される（図示省略）。なお、正弦波トルク補正指令が各請求項記載の所定周期の補正値に相当し、正弦波生成部３５が各請求項記載の補正部に相当する。

上記正弦波トルク補正指令は、その正弦波の状態が上記正弦波パラメータの各パラメータによって規定される。図５は、Ｘ軸モータ制御装置２１とＹ軸モータ制御装置２２のそれぞれにおける正弦波トルク補正指令の正弦波状態と正弦波パラメータとの関係を示す図である。

ここで一般的に正弦波の状態を規定する要素は、周期、振幅、及び位相の３つである。これに対応して、上位制御装置１００がＸＹ軸の各モータ制御装置２１，２２にそれぞれ出力する周期補正指令の正弦波パラメータには、周期Ｔ、振幅Ａ、位相φの３つのパラメータが含まれている。本実施形態の例では、これら３つのパラメータのうち周期Ｔと振幅ＡについてはＸ軸モータ制御装置２１、Ｙ軸モータ制御装置２２の両方において共通した同じ値に設定され、位相φについてはＸ軸モータ制御装置２１における基準位相φ_Ｘ０とＹ軸モータ制御装置２２における基準位相φ_Ｙ０とで異なる値に設定される。

周期Ｔは、当該切削加工装置１側の構成および制御内容から一律に設定されるパラメータである。具体的には、回転工具６の回転速度と回転工具６が備える切削刃の数の２つの条件で設定される。上記図３で説明したように、ボールエンドミル６Ａなどの回転工具６の端部でワークＷの表面を切削した際に形成される凹凸の波のピッチ（例えば凸頂点間隔）が、回転工具６の表面送り速度、回転工具６の回転速度、及び回転工具６が備える切削刃の数の３つの条件に依存することが本願の発明者により知見されている。

例えば、回転工具６のＸ軸方向送り速度を一定として、回転工具６の回転速度が大きいほど形成される凹凸波のピッチが狭くなる。また、回転速度を一定として、送り速度が大きいほど形成される凹凸波のピッチが広くなる。また、送り速度と回転速度が同じ場合でも、回転工具６の切削刃の数が多いほど形成される凹凸波のピッチが狭くなる。これは、前述したように、水平方向に送られている回転工具６の側面で切削刃が断続的（周期的）に切削していることで、回転軸方向の端部切削においてもその断続的な影響を与えていることによる。

このように、凹凸波の形成原因である端部切削での断続的な影響を抑制するためには、当該断続的な影響と同じ周期で回転工具６を押圧、移動させればよい。そして断続的な影響の周期は、送り移動中の回転工具６の側面で各切削刃がワークを切削する周期と同じであり、これは回転工具６の回転速度と回転工具６が備える切削刃の数の積に反比例する。これにより、正弦波パラメータの周期Ｔは、回転工具６の回転速度と切削刃の数の積に反比例するよう上位制御装置１００で設定される。

振幅Ａは、回転工具６の形状やその制御内容だけでなく、使用するワークの材料やクーラントの種類などの組み合わせに応じて適宜調整されて設定されるパラメータである。

位相φもまた、回転工具６の形状や制御内容、ワークの材質、クーラントの種類などの組み合わせに応じて適宜調整されて設定されるパラメータである。本実施形態の例では、Ｘ軸方向送りの往復移動とその合間のＹ軸方向の所定幅送りを繰り返すことでワークのＸ−Ｙ水平表面全体の表面加工を行うが、上記正弦波トルク補正指令での補正はＸ軸方向送り移動の間だけ行う。つまり、上位制御装置１００はＸ軸モータ制御装置２１へ位置指令を出力すると同時に、Ｘ軸モータ制御装置２１とＹ軸モータ制御装置２２の両方に対して正弦波トルク補正指令でトルク指令の補正を開始させる上記切替指令を出力する。各軸の基準位相φは、このような切替指令が入力された際の正弦波トルク補正指令の位相差を規定し、図示する例では位相を時間で表現している。なお、上記正弦波トルク補正指令での補正は、Ｘ軸方向送り移動の間だけでなく常時補正するようにしてもよい。

上述したようにこの位相φは、Ｘ軸とＹ軸との間で相違するパラメータであり、Ｘ軸の基準位相φ_Ｘ０とＹ軸の基準位相φ_Ｙ０との間の差が軸間位相差φ_ＸＹとなる。本実施形態の例では、この軸間位相差φ_ＸＹを周期Ｔの４分の１の時間、つまり角度換算で９０度に設定している。これにより、回転工具６のＸ軸方向送り移動中には、当該回転工具６の回転軸周りに上記周期Ｔの周期で真円状に回転させる押圧力が付加される。これにより、回転工具６の端部切削での断続的な影響を抑制して切削表面の凹凸波の形成を低減できる。

なお、上記の周期Ｔが各請求項記載の所定周期に相当し、上記の振幅Ａが各請求項記載の所定振幅に相当し、上記の基準位相φ_Ｘ０、φ_Ｙ０が各請求項記載の所定基準位相に相当し、軸間位相差φ_ＸＹが各請求項記載の所定位相差に相当する。

図６は、以上説明した本実施形態の切削制御を実現するために、上位制御装置１００のＣＰＵ（特に図示せず）が実行する制御内容を表すフローチャートの一例である。なお、このフローの実行前には、あらかじめ所定の回転工具６がスピンドル４ｂに固定され、その回転工具６の基準位置（例えば中心軸先端の位置）がＸＹＺ軸空間の原点位置に位置していることを前提とする。

まずステップＳ５で、回転工具６の径や種類、ワークの材料などの条件に応じて回転工具６の回転速度を設定する。

ステップＳ１０へ移り、Ｚ軸方向の切り込み量（上記図３参照）、Ｙ軸方向の送り幅、及びＸ軸方向の送り長さと送り速度を、ワークの形状に応じて設定する。なお、上記ステップＳ５と当該ステップＳ１０での制御量の設定では、あらかじめ与えられている各種の条件に応じて上位制御装置１００が算出した値で自動的に設定してもよいし、もしくは特に図示しない操作入力部を介して使用者が任意に入力した値で設定してもよい。また、Ｙ軸方向の送り幅、及びＸ軸方向の送り長さは、加工プログラムによって予め決定され、使用者が任意に設定できない場合もある。

ステップＳ１５へ移り、上記ステップＳ５、Ｓ１０で設定した制御量や各種条件に応じて、正弦波トルク補正指令の各正弦波パラメータ（周期Ｔ、振幅Ａ、基準位相φ_Ｘ０、φ_Ｙ０）を設定する。このうち周期Ｔについては上記ステップＳ５で設定した回転速度と使用する回転工具６が備える切削刃の数に応じて自動的に設定され、振幅Ａと基準位相φ_Ｘ０、φ_Ｙ０については自動的に設定してもよいし、使用者が任意に設定してもよい。そして、それぞれに対応する正弦波パラメータをＸ軸モータ制御装置２１とＹ軸モータ制御装置２２に出力する（切替指令は補正停止指示のまま）。

ステップＳ２０へ移り、上記ステップＳ５で設定した回転速度に対応する速度指令を主軸モータ制御装置２４に出力し、回転工具６の回転を開始する。これ以降から後述のステップＳ６０までの間、主軸モータ１４に設けられたエンコーダ２８からのモータ位置情報に基づいて回転工具６の回転速度を維持させる。

ステップＳ２５へ移り、Ｘ−Ｙ平面中の最初の切り込み位置まで回転工具６をＸ軸方向及びＹ軸方向で送り移動させて位置合わせする。

ステップＳ３０へ移り、上記ステップＳ１０で設定したＺ軸方向切り込み量までワークを切り込むよう回転工具６をＺ軸方向に送り移動する。

ステップＳ３５へ移り、上記ステップＳ１０で設定したＸ軸方向送り長さに対応する位置指令をＸ軸モータ制御装置２１へ出力して回転工具６のＸ軸方向の送り移動を開始し、上記ステップＳ１０で設定したＸ軸方向送り速度で送り移動させる。なお、このＸ軸方向送り移動を行わせている間は、常にＸ軸モータ制御装置２１とＹ軸モータ制御装置２２にトルク指令の補正を実行させるよう指示する切替指令を出力し続け、回転工具６に周期Ｔの周期で回転軸周りで真円状に回転させる押圧力を付加させる。

ステップＳ４０へ移り、ワークに対する全ての切削が終了したか否かを判定する。まだ切削が終了していない場合、判定は満たされず、ステップＳ４５へ移る。

ステップＳ４５では、上記ステップＳ１０で設定したＹ軸方向送り幅で回転工具６をＹ軸方向に送り移動させる。そして上記ステップＳ３５へ戻り、同様の手順を繰り返す。なお、上記ステップＳ３５の回転工具６のＸ軸方向送り移動は往復移動を繰り返す。

一方、上記ステップＳ４０の判定において、ワークに対する全ての切削が終了していた場合には、判定が満たされ、ステップＳ５０へ移る。

ステップＳ５０では、上記ステップＳ３０と逆の方向に回転工具６を送り移動させてワークから離間させる。

ステップＳ５５へ移り、Ｘ−Ｙ平面中の原点位置まで回転工具６をＸ軸方向及びＹ軸方向で送り移動させる。

ステップＳ６０へ移り、主軸モータ制御装置２４への速度指令の出力を停止し、回転工具６の回転を停止させる。そして、このフローを終了する。

以上において、Ｘ軸モータ制御装置２１、Ｙ軸モータ制御装置２２、Ｚ軸モータ制御装置２３、Ｘ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２、Ｚ軸モータ１３、及び上位制御装置１００を併せた構成が各請求項記載のモータ制御システムに相当する。また、回転工具６と、主軸モータ１４と、上記のモータ制御システムを併せた構成が各請求項記載の切削加工装置に相当する。

以上説明したように、本実施形態の切削加工装置１、当該切削加工装置１が備える３つのＸＹＺ軸モータ制御装置２１，２２，２３、及び３つのＸＹＺ軸モータ制御装置２１，２２，２３と３つのＸＹＺ軸モータ１１，１２，１３と上位制御装置１００からなるシステムによれば、正弦波生成部３５がモータ制御装置内の内部制御演算で算出するトルク指令に所定周期の補正値、つまり正弦波トルク補正指令を加算して指令補正する。当該モータ制御装置は、このような指令補正を行なうことにより、断続的（周期的）な外乱の影響を柔軟に抑制することができる。このようなモータ制御装置を上述したフライス加工を行なう当該切削加工装置１に適用していることで、正弦波トルク補正指令の正弦波パラメータ（周期Ｔ、振幅Ａ、及び基準位相φ）を適切に設定することにより、回転工具６の側面での切削刃による断続的（周期的）な切削に起因した回転軸方向の端部切削での断続的な影響を除去できる。この結果、回転工具６を早い送り速度で送った場合でも、切削表面の表面精度を向上できる。

なお、本実施形態では、上位制御装置１００が正弦波パラメータを含む周期補正指令を逐次出力し、正弦波生成部３５に出力させる正弦波トルク指令の正弦波状態をリアルタイムに制御できるようにしていたが、本発明はこれに限られない。例えば正弦波生成部３５に予め所定の正弦波パラメータを固定的に設定しておき、上位制御装置１００は正弦波生成部３５に対して正弦波トルク補正指令の出力と停止の切り替えだけを周期補正指令で指令するようにしてもよい。

また、本実施形態によれば、正弦波生成部３５がトルク指令に対して正弦波状の正弦波トルク補正指令を加算している。ＸＹ軸モータ制御装置２１，２２がこのような指令補正を行なうことにより、断続的（周期的）な外乱の影響を柔軟に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、正弦波生成部３５がトルク指令に対して周期Ｔ、振幅Ａ、及び基準位相φの正弦波トルク補正指令を加算する。このようなＸＹ軸モータ制御装置２１，２２を上述したフライス加工を行なう切削加工装置１に適用していることで、回転工具６に対して常に下向き（ワークの表面と垂直な方向）の切り込み量を一定に維持できることになり、回転軸方向の端部切削での断続的な影響を高い精度で除去できる。

また、本実施形態によれば、正弦波パラメータの周期Ｔは、回転工具６の切削刃の数及び回転速度の積に反比例する値で設定される。回転工具６の側面での切削刃による断続的（周期的）な切削に起因した回転軸方向の端部切削での断続的な影響は、当該回転工具６の切削刃の数と回転速度の積に反比例して同期する。したがって、正弦波生成部３５が回転工具６の刃数と回転速度の積に反比例する値の周期Ｔで指令補正することで、上記断続的な影響を機能的に除去できる。

また、本実施形態によれば、Ｘ軸モータ制御装置２１又はＹ軸モータ制御装置２２の正弦波生成部３５は、トルク指令に対してＸ軸とＹ軸とが相互に軸間位相差φ_ＸＹで同じ周期Ｔの正弦波トルク補正指令を加算して指令補正する。このようにＸＹ軸方向つまりワークの表面と平行な方向に対して周期Ｔの正弦波トルク補正指令でトルク補正することにより、回転工具６の側面での切削刃による断続的（周期的）な切削に起因した回転軸方向の端部切削での断続的な影響を除去でき、回転工具６の端部で切削した表面部分に形成される凹凸の波を間接的に除去できる。また、Ｘ軸とＹ軸の各正弦波トルク補正指令が相互に軸間位相差φ_ＸＹで同じ周期Ｔの関係にあることで、ＸＹ各軸の送りが協調して回転工具６のＸ−Ｔ平面上の位置を楕円状に回転させるよう送り補正でき、回転軸方向の端部切削での断続的な影響を機能的に除去できる。

また、本実施形態によれば、正弦波生成部３５は、９０度の軸間位相差φ_ＸＹで指令補正する。これにより、ＸＹ各軸の送りが協調して回転工具６を真円状に回転させるよう送り補正でき、回転軸方向の端部切削での断続的な影響を機能的に除去できる。

なお、上述したようにＸＹ軸間でそれぞれの正弦波トルク補正指令の周期Ｔ、振幅Ａを同じとし、軸間位相差φ_ＸＹを９０度に設定する以外にも、ワーク表面に形成される凹凸波の形状に合わせて周期Ｔ、振幅Ａを適宜相違させたり軸間位相差φ_ＸＹを９０度以外に適宜調整してもよい。このような正弦波パラメータの調整は、使用者が人為的に調整してもよいし、もしくは切削加工装置１に備えたプローブ接触子での接触やカメラ映像などで検出した凹凸波の形状に応じて自動的に調整してもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１）表面送り移動中にＺ軸方向の位置指令を矩形交流状の補正値で補正する場合
上記実施形態においては、回転工具６のＸ軸方向送り移動中にＸＹ軸のトルク指令を正弦波状の補正値で補正していたが、本発明はこれに限られない。例えば、回転工具６のＸ軸方向送り移動中にＺ軸方向の位置指令を矩形交流状の補正値で補正することによっても、ワーク表面の凹凸波の形成を抑制できる。

上記図４に対応する図７は、本変形例におけるＺ軸モータ制御装置２３の内部制御演算の構成を示したブロック線図である。なお本変形例の場合には、上記図２に示すシステム構成において、上位制御装置１００からＺ軸モータ制御装置２３に対し位置指令とともに周期補正指令も併せて入力される（特に図示せず）。

この図７において、Ｚ軸モータ制御装置２３の内部制御演算もまた一般的な２重ループ構成（３重ループ構成）を有している。そして本変形例では、このような一般的なモータ制御装置の内部制御演算の構成に加えて、さらに上位制御装置１００から入力された位置指令に矩形交流生成部３６で生成した矩形交流位置補正指令を加算して位置制御部３１に入力している。

矩形交流生成部３６は、上位制御装置１００から入力された周期補正指令に含まれる矩形交流パラメータに基づき、パルス状の矩形交流位置補正指令を生成し出力する。また、上位制御装置１００から入力される周期補正指令には、矩形交流生成部３６に対して矩形交流位置補正指令の出力と停止の切り替えを指示する切替指令も含まれている。パルス状の矩形交流位置補正指令を位置指令に加算した際には、位置制御部３１に入力される位置指令が略矩形脈流状に補正される（図示省略）。なお、矩形交流位置補正指令が各請求項記載の所定周期の補正値に相当し、矩形交流生成部３６が各請求項記載の補正部に相当する。

上記矩形交流補正指令は、そのパルスの状態が上記矩形交流パラメータの各パラメータによって規定される。図８は、Ｚ軸モータ制御装置２３における矩形交流位置補正指令のパルス状態と矩形交流パラメータとの関係を示す図である。

ここで矩形交流とは、所定周期の半周期ごとに同じ絶対値の正値と負値のパルスを交互に生じる離散型の交流波形をいう。これに対応して、上位制御装置１００がＺ軸モータ制御装置２３に出力する周期補正指令の矩形交流パラメータには、周期Ｔ、振幅Ａ、基準位相φ_Ｚ０の３つのパラメータが含まれている。これら周期Ｔ、振幅Ａ、基準位相φ_Ｚ０は上記実施形態の場合と同等に設定すればよい。このような矩形交流位置補正指令を位置指令に加算して指令補正することにより、回転工具６のＸ軸方向送り移動中には、当該回転工具６の切り込み量が周期的に変化する。これにより、回転工具６の端部切削での断続的な影響を抑制して切削表面の凹凸波の形成を低減できる。なお、上記の基準位相φ_Ｚ０が各請求項記載の所定基準位相に相当する。

以上説明したように、本変形例によれば、矩形交流生成部３６が、位置指令に対してパルス状の補正値を加算する。Ｚ軸モータ制御装置２３が、このような指令補正を行なうことにより、断続的（周期的）な外乱の影響を柔軟に抑制することができる。なお、補正値は、例えば位置指令がパルス列の構成であったりエンコーダ２７がパルス列を出力する場合にはそれに合わせてパルス列の補正値で補正すればよい。

また、本変形例によれば、矩形交流生成部３６が、位置指令に対して周期Ｔの半周期ごとに同じ絶対値の正値と負値のパルス状の補正値を交互に加算することで、周期Ｔでの矩形交流状の矩形交流位置補正指令で指令補正することができる。このようなＺ軸モータ制御装置２３を上述したフライス加工を行なう切削加工装置１に適用していることで、回転工具６に対して常に下向き（ワークの表面と垂直な方向）の切り込み量を一定に維持できることになり、回転軸方向の端部切削での断続的な影響を機能的に除去できる。

なお、ＸＹＺ軸のいずれにおいても、指令補正を行う指令はトルク指令と位置指令に限られず速度指令に対しても指令補正を行ってもよいし、軸と指令の組み合わせも任意に設定してよい。また、正弦波状の補正値はトルク指令に限られず他の指令に対する補正値として適用してもよく、またパルス状の補正値についても位置指令以外に適用してもよい。また、複数の指令に対して同時に補正してもよい。また、ＸＹＺ軸の任意の組み合わせで協調補正してもよい。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ 切削加工装置
２ 基台
３ 第１ヘッダ
４ 第２ヘッダ
５ ワーク台
６ 回転工具
６Ａ ボールエンドミル
１１ Ｘ軸モータ（モータ、モータ制御システム）
１２ Ｙ軸モータ（モータ、モータ制御システム）
１３ Ｚ軸モータ（モータ、モータ制御システム）
１４ 主軸モータ（工具回転モータ）
２１ Ｘ軸モータ制御装置（モータ制御装置、モータ制御システム）
２２ Ｙ軸モータ制御装置（モータ制御装置、モータ制御システム）
２３ Ｚ軸モータ制御装置（モータ制御装置、モータ制御システム）
２４ 主軸モータ制御装置
２５，２６，２７，２８ エンコーダ
３１ 位置制御部
３２ 速度制御部
３３ 速度変換部
３４ 電流制御部
３５ 正弦波生成部
３６ 矩形交流生成部
１００ 上位制御装置（上位装置、モータ制御システム）
Ｗ ワーク（被加工物）
Ｔ 周期（所定周期）
Ａ 振幅（所定振幅）
φ 位相
φ_Ｘ０，φ_Ｙ０，φ_Ｚ０ 基準位相（所定基準位相）
φ_ＸＹ 軸間位相差

Claims (8)

1. 回転工具のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各送り軸をそれぞれ駆動する３つのモータと、
   位置指令に基づいて前記モータをそれぞれ制御するモータ制御装置と、
   を備えたモータ制御システムであって、
   前記モータ制御装置は、
   前記回転工具によるフライス加工中で、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の少なくとも一方の送り動作中において、前記位置指令および所定の内部制御演算で算出するトルク指令の少なくとも一方に所定周期の補正値を加算して指令補正する補正部を備えていることを特徴とするモータ制御システム。
2. 前記補正部は、前記位置指令に対してパルス状の前記補正値、前記トルク指令に対して正弦波状の前記補正値、を加算することを特徴とする請求項１記載のモータ制御システム。
3. 前記補正部は、前記位置指令に対して前記所定周期の半周期ごとに同じ絶対値の正値と負値の前記パルス状の補正値を交互に加算することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御システム。
4. 前記補正部は、前記トルク指令に対して前記所定周期および所定振幅並びに所定基準位相の前記正弦波状の補正値を加算することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
5. 前記所定周期は、前記回転工具の刃数及び回転速度の積に反比例する値で設定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
6. 前記Ｘ軸又は前記Ｙ軸の少なくとも一方の送り軸のモータを制御するモータ制御装置の前記補正部は、前記トルク指令に対して前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とが相互に所定位相差で同じ前記所定周期の正弦波の補正値を加算して指令補正することを特徴とする請求項４または５記載のモータ制御システム。
7. 前記補正部は、９０度の前記所定位相差で指令補正することを特徴とする請求項６記載のモータ制御システム。
8. 被加工物を切削する前記回転工具と、
   前記回転工具を回転駆動する工具回転モータと、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータ制御システムと、
   を備えていることを特徴とする切削加工装置。
   

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