JP5506945B2 - 工作機械の数値制御方法及び数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の送り軸を制御する数値制御方法及びその方法を実施する数値制御装置に関する。

工作機械は、ワークと工具とを相対的に移動させるために一つ以上の送り機構を含んでおり、送り機構を駆動するためのモータは数値制御装置により制御されている。送り機構によるワーク又は工具の送り方向が反転する際には、送り機構に含まれる相対的に移動する部品間（例えば、送りねじ及びナット）の摩擦力が作用する方向が反転するため、送り機構の動作が瞬間的に遅れる現象が発生する。例えば、２つの直交する直動送り機構を用いてワーク又は工具を円弧状に移動させる場合、この遅れの現象によって、一般に象限突起と呼ばれる好ましくない位置偏差が発生する。

これに関して、ワークを載置したテーブルの送り方向が反転すると、その反転が発生してからの経過時間に応じてバックラッシの補正指令値を更新して、その補正指令値を位置指令値に加算し、その加算結果に基づいてテーブルを駆動するサーボモータの回転を制御し、送り方向が反転するときに生じる弾性変形を精度よく補償し、象限突起の発生を抑制するようにした数値制御装置が公知である（特許文献１参照）。また、特許文献２には、Ｘ軸の位置に応じてＹ軸のサーボパラメータである速度ループゲインや位置ループゲインを変更することが開示されている。

特開２００４−２３４２０５号公報 特開平６−２９７０５８号公報

ところで、送り機構は送り方向について所定の移動軌道を有しており、この軌道上の位置のことを、以下「送り軸の位置」と称する。例えば、送り機構が送りねじ及びナットの場合、ナットの送りねじに対する位置が「送り軸の位置」に相当することになるが、この送り軸の位置によって、当該位置における送りねじの剛性や送りねじ及びナット間の摩擦係数等の機械的性質が、厳密に言うと異なる。しかしながら、従来、送り軸の位置に応じた送り機構の部材の剛性や摩擦係数等の違いは、工作機械の数値制御において考慮されていなかった。

本発明は、一態様において、送り軸の位置に依らない安定した加工精度を実現した工作機械の数値制御方法及びその方法を実施する数値制御装置を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、工作機械の送り軸を制御する数値制御方法において、送り軸の移動範囲を複数の領域に分割し、該分割された複数の領域のそれぞれに応じた複数の制御パラメータを予め記憶し、前記工作機械の加工プログラムから加工経路を解析し、前記解析した加工経路が最も長く含まれる前記領域に対応する制御パラメータ、前記解析した加工経路の円弧の中心を含む前記領域に対応する制御パラメータ、または前記解析した加工経路の加工開始位置を含む前記領域に対応する制御パラメータを前記記憶した複数の制御パラメータから読み出し、該読み出された制御パラメータを用いて送り軸を制御する工作機械の数値制御方法が提供される。

また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記制御パラメータは、送り軸が加工開始位置に向かって移動している間に読み出され、前記加工開始位置に到達すると直ぐに、前記制御パラメータに設定されるようにした工作機械の数値制御方法が提供される。

また、請求項３に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記制御パラメータが、前記送り軸の加減速時定数、フィードバックゲイン、フィードフォワードゲイン、象限突起補正用のパラメータ、及びフィルタ定数のうち少なくとも１つを含む工作機械の数値制御方法が提供される。

また、請求項４に記載の発明によれば、工作機械の送り軸を制御する数値制御装置において、送り軸の移動範囲を複数の領域に分割し、該分割された複数の領域のそれぞれに応じた複数の制御パラメータを予め記憶した記憶部と、前記工作機械の加工プログラムから加工経路を解析する解析部と、前記解析した加工経路が最も長く含まれる前記領域に対応する制御パラメータ、前記解析した加工経路の円弧の中心を含む前記領域に対応する制御パラメータ、または前記解析した加工経路の加工開始位置を含む前記領域に対応する制御パラメータを前記記憶した複数の制御パラメータから読出すパラメータ選定部と、該読み出された制御パラメータを用いて送り軸を制御するサーボ制御部と、を具備することを特徴とする工作機械の数値制御装置が提供される。

各請求項に記載の発明によれば、送り軸の移動範囲を複数の領域に分割し、分割された複数の領域のそれぞれに応じた複数の制御パラメータを用いて送り軸を制御することによって、送り軸の位置に応じた送り機構の部材の剛性や摩擦係数等の違いを吸収し、送り軸の位置に依らない安定した加工精度を実現するという共通の効果を奏する。また、加工プログラムに基づいて制御パラメータを予め定められるので、安全な制御パラメータを設定できるという効果を奏する。

本発明の一態様による数値制御工作機械の概略図である。 図１に示された数値制御工作機械のＺ軸方向の送り機構を制御するための構成を示すブロック図である。 図１に示された数値制御工作機械おいて、分割された領域と送り軸の位置を示す図である。 象限突起補正計算部の象限突起補正用のパラメータ変更の要否を判定する判定処理のフローチャートである。 象限突起補正計算部の象限突起補正用のパラメータ変更の要否を判定する判定処理の他のフローチャートである。 分割された領域と送り軸の位置を示す他の図である。 工作機械の第一の側面図である。 図７ａに示される工作機械においてワークを円弧状の軌跡に沿って切削加工する場合の加工誤差を示す図である。 工作機械の第二の側面図である。 図８ａに示される工作機械においてワークを円弧状の軌跡に沿って切削加工する場合の加工誤差を示す図である。 象限突起補正が行われた後の加工誤差を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。

図１は、本発明の一態様による数値制御工作機械１０の概略図である。図１において、数値制御工作機械１０は所謂横形マシニングセンタであり、工場等の床面に設置されるベッド１２を具備している。ベッド１２の上面には、Ｚ軸ガイドレール２８が水平なＺ軸方向（図１において左右方向）に延設されており、Ｚ軸ガイドレール２８には、ワーク用ジグＧを介してワークＷを固定するためのテーブル１４が摺動自在に取り付けられている。図１は、テーブル１４上にＢ軸方向に回転送り可能なＮＣロータリテーブルを固定し、その上にワークＷを積載している例を示しているが、ＮＣロータリテーブルを介在させることなくテーブル１４上に直接ワークＷを積載してもよい。

ベッド１２の上面には、さらに、Ｘ軸ガイドレール３６がＺ軸に直交し、且つ、水平なＸ軸方向（図１の紙面に垂直方向）に延設されており、Ｘ軸ガイドレール３６にはコラム１６が摺動自在に取り付けられている。コラム１６においてワークＷに対面する前面には、Ｘ軸及びＺ軸に直交するＹ軸方向（図１において上下方向）にＹ軸ガイドレール３４が延設されており、Ｙ軸ガイドレール３４には、主軸２０を回転自在に支持する主軸頭１８が摺動自在に取り付けられている。

ベッド１２内においてテーブル１４の下側にはＺ軸送りねじ２４がＺ軸方向に延設されており、テーブル１４の下面にはＺ軸送りねじ２４に螺合するナット２６が固定されている。Ｚ軸送りねじ２４の一端にはＺ軸送りサーボモータＭｚが連結されており、Ｚ軸送りサーボモータＭｚを駆動しＺ軸送りねじ２４を回転させることにより、テーブル１４はＺ軸ガイドレール２８に沿って移動する。同様にベッド１２内においてコラム１６の下側にはＸ軸送りねじ（図示せず）がＸ軸方向に延設されており、コラム１６の下面には前記Ｘ軸送りねじに螺合するナット（図示せず）が固定されている。

前記Ｘ軸送りねじの一端にはＸ軸送りサーボモータＭｘが連結されており、Ｘ軸送りサーボモータＭｘを駆動し前記Ｘ軸送りねじを回転させることにより、コラム１６はＸ軸ガイドレール３６に沿って移動する。さらに、コラム１６内にはＹ軸送りねじ３２がＹ軸方向に延設されており、主軸頭１８の背面にはＹ軸送りねじ３２に螺合するナット３０が固定されている。Ｙ軸送りねじ３２の上端にはＹ軸送りサーボモータＭｙが連結されており、Ｙ軸送りサーボモータＭｙを駆動しＹ軸送りねじ３２を回転させることにより、主軸頭１８はＹ軸ガイドレール３４に沿って移動する。

主軸２０の先端には工具２２、例えばエンドミルが装着されている。工具２２を回転させながら、コラム１６、主軸頭１８、テーブル１４を各々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に動作させることにより、テーブル１４に固定されたワークＷを所望形状に切削加工する。ＮＣロータリテーブルが固定されている場合、数値制御工作機械１０は、さらにＢ軸を有する４軸の数値制御工作機械と言える。

数値制御工作機械１０は、コラム１６、主軸頭１８、テーブル１４のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸送りサーボモータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを制御する数値制御部４０を具備している。ＮＣロータリテーブルを有する場合には、Ｂ軸送りサーボモータ（図示せず）を具備している。

数値制御部４０は、ＮＣプログラム４２を読み取りこれを解釈するプログラム読取解釈部４４、解釈されたプログラムを一時的に記憶する解釈済みプログラム記憶部４６、解釈済みプログラム記憶部４６からプログラムを適宜引き出して実行プログラムデータを発するプログラム実行指令部４８、プログラム実行指令部４８からの実行プログラムデータに基づいてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々への位置指令値、速度指令値、加速度指令値を発する分配制御部５０、分配制御部５０からの位置指令値、速度指令値、加速度指令値及び後述するフィードバック信号に基づいて送り軸モータ駆動部５４へトルク指令値又は電流指令値を発するサーボ制御部５２を含んでいる。なお、Ｂ軸についても同様に、分配制御部５０がＢ軸への位置指令値、角速度指令値、角加速度指令値を発する。

送り軸モータ駆動部５４は、サーボ制御部５２からのトルク指令値又は電流指令値に基づき電流を出力してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々の送り軸モータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを駆動する。さらに、本実施形態では、サーボ制御部５２から送り軸モータ駆動部５４へのトルク指令値又は電流指令値を補正するパラメータ演算部５６が設けられている。

図２は、図１に示された数値制御工作機械１０のＺ軸方向の送り機構を制御するための構成を示すブロック図である。図２において図１に対応する構成要素は同じ参照符号にて指示されている。

サーボ制御部５２は、スムーズな加減速を行うための加減速制御部６０を介した分配制御部５０からの位置指令値から、テーブル１４に取り付けたＺ軸方向のデジタル直線スケール等の位置検出器Ｓｐの位置フィードバック信号Ｓ１を減算する減算器６２と、減算器６２からの出力に基づき位置をフィードバック制御する位置フィードバック制御部６４と、位置フィードバック制御部６４から出力された速度指令から送り軸モータＭに設けたパルスコーダＰＣからの速度フィードバック信号Ｓ２を減算する減算器６６と、減算器６６の出力に基づき速度をフィードバック制御する速度フィードバック制御部６８とを含んでいる。

一方、加減速制御部６０を介した分配制御部５０からのトルク指令値、速度指令値及び位置指令値は、速度フィードフォワード制御部７０、トルクフィードフォワード制御部７２、速度計算部７３及び加速度計算部７４へもそれぞれ刻々と送出されている。速度フィードフォワード制御部７０からの出力値は、減算器６６において加算される。また、速度計算部７３において計算された速度値に基づいて、次の反転判定部７６において速度の方向が反転するか否か、すなわち送り方向が反転するか否かを判定する。反転判定部７６において速度が反転すると判定されると、象限突起補正計算部７８において、象限突起を抑制するための象限突起補正値が加速度計算部７４で計算された加速度に基づいて算出され、象限突起補正値は減算器６６において加算される。トルクフィードフォワード制御部７２からの出力値及び速度フィードバック制御部６８からの出力値は、加算器８０において加算され、バンドエリミネーションフィルタ８２に供給される。バンドエリミネーションフィルタ８２において、フィルタ定数に基づいて所定周波数範囲の周波数の信号を減衰させ且つそれ以外の周波数の信号を通過させた後、送り軸モータ駆動部５４に供給される。

パラメータ演算部５６は、パラメータ選定部９０と記憶部９２とを含んでいる。パラメータ選定部９０は、後述するように、記憶部９２から適切な制御パラメータのセットを読み込んで、読み込んだ値に基づいて各種制御パラメータを変更する機能を有する。制御パラメータとは、具体的には、加減速制御部６０においては、加減速パラメータ、すなわち時定数であり、位置フィードバック制御部６４及び速度フィードバック制御部６８においては、フィードバックゲインであり、速度フィードフォワード制御部７０及びトルクフィードフォワード制御部７２においては、フィードフォワードゲインであり、象限突起補正計算部７８においては、象限突起補正用のパラメータであり、バンドエリミネーションフィルタ８２においては、フィルタ定数であり、その他モータ用の制振制御パラメータ等が挙げられる。なお、加速度計算部７４、反転判定部７６及び象限突起補正計算部７８は、パラメータ演算部５６に含まれていてもよい。当然のことながら、パラメータ演算部５６はその他の演算処理も行う。

なお、Ｘ軸方向の送り機構、Ｙ軸方向の送り機構及びＢ軸方向の送り機構においても、上記と同様であり、位置検出器及びパルスコーダ等がそれぞれの送り軸モータ等に設けられている。

ところで、上述したように、送り軸の位置によって、当該位置における送りねじの剛性や送りねじ及びナット間の摩擦係数等の機械的性質が、厳密に言うと異なる。そこで、本発明によれば、送り軸の位置に依らず、加工精度を安定化させることが可能となる。以下、そのための方法について説明する。

図３は、図１に示された数値制御工作機械おいて、分割された領域と送り軸の位置を示す図である。Ｘ軸方向の送り軸の移動範囲、すなわち、図１においては、図示しないＸ軸送りねじに螺合したナットが移動可能な範囲、さらにいうと、Ｘ軸ガイドレール３６に対するコラム１６の移動可能な範囲を０〜Ｘ０とすると、この範囲をゾーンＸ１、Ｘ２及びＸ３と、３つの領域に等しく分割する。同様に、Ｙ軸方向の送り軸の移動範囲、すなわち、図１においては、Ｙ軸送りねじ３２に螺合したナット３０が移動可能な範囲、さらにいうと、Ｙ軸ガイドレール３４に対する主軸頭１８の移動可能な範囲を０〜Ｙ０とすると、この範囲をゾーンＹ１及びＹ２と、２つの領域に等しく分割する。

さらに、図３には工具２２の経路である加工予定線も描写されている。まず、Ｘ軸方向のゾーンＸ１且つＹ軸方向のゾーンＹ１において、ワークに対してＰ１を加工開始位置として加工Ｋ１を行う。次いで、加工を伴わない移動である早送り移動Ｄを行った後、加工開始位置Ｐ２から加工Ｋ２を行う。

これら加工に際して加工精度を安定化させるために、分割した各領域において、時定数やフィードバックゲイン等の各種制御パラメータについて、最適値を予め実験や計算によって求め、記憶部９２に記憶する。加工の際には、パラメータ選定部９０は、加工が行われる領域に応じた制御パラメータ、すなわち、ワーク加工時の送り軸の位置が属する分割された領域に対応する制御パラメータを記憶部９２から読み出し、各制御部又は計算部に対して制御パラメータの変更又は更新を行う。サーボ制御部の各制御部又は計算部は、読み出された制御パラメータを用いてサーボ制御を行い、加工が行われる。

これに関し、制御パラメータとして、位置フィードバック制御部６４のフィードバックゲインを例に説明する。Ｘ軸方向送り軸のゾーンＸ１、Ｘ２及びＸ３において、記憶部９２に記憶された最適なフィードバックゲインをそれぞれフィードバックゲインＦｇＸ１、ＦｇＸ２及びＦｇＸ３とする。また、Ｙ軸方向送り軸のゾーンＹ１及びＹ２において、記憶部９２に記憶された最適なフィードバックゲインをそれぞれフィードバックゲインＦｇＹ１及びＦｇＹ２とする。

最初の加工Ｋ１が行われる領域は、Ｘ軸方向送り軸のゾーンＸ１且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ１であるため、パラメータ選定部９０によって、Ｘ軸方向の送り機構では、現在のフィードバックゲインは記憶部９２から読み出されたフィードバックゲインＦｇＸ１へと変更され、且つ、Ｙ軸方向の送り機構では、現在のフィードバックゲインは記憶部９２から読み出されたフィードバックゲインＦｇＹ１へと変更され、加工Ｋ１が行われる。また、次の加工Ｋ２が行われる領域は、Ｘ軸方向送り軸のゾーンＸ３且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ２であるため、パラメータ選定部９０によって、Ｘ軸方向の送り機構では、加工Ｋ１終了時点のフィードバックゲインＦｇＸ１は記憶部９２から読み出されたフィードバックゲインＦｇＸ３へと変更され、且つ、Ｙ軸方向の送り機構では、現在のフィードバックゲインＦｇＹ１は記憶部９２から読み出されたフィードバックゲインＦｇＹ２へと変更される。

加工が行われる領域が複数の領域に亘る場合、例えば、加工Ｋ３の場合、どの領域の値を適用するかは、例えば、加工開始位置によって決定することができる。加工Ｋ３の場合は、加工開始位置Ｐ３がＸ軸方向のゾーンＸ１且つＹ軸方向のゾーンＹ２に存在するため、それぞれの領域に対応する制御パラメータを適用する。また、解釈済みプログラム記憶部４６から取得した工具経路情報に基づき、加工する距離が最も長い領域を予測し、それに対応する制御パラメータを適用するようにしてもよい。加工Ｋ３の場合において加工距離が最も長い領域は、Ｘ軸方向のゾーンＸ２且つＹ軸方向のゾーンＹ２であるため、それぞれの領域に対応する制御パラメータを適用してもよい。また、加工の終了位置における領域に対応する制御パラメータを適用してもよい。さらに、加工精度に影響を与えない限りにおいては、加工中の領域の遷移に伴って遷移後の領域に対応する制御パラメータの適用をリアルタイムに行うようにしてもよい。

なお、パラメータ選定部９０が制御パラメータを適用する領域は、加減速制御部６０を介した分配制御部５０からの位置指令値や位置フィードバック信号Ｓ１に基づいて特定される。従って、例えば、分配制御部５０からの位置指令値に基づいて、早送り移動Ｄの間に、次の加工開始位置Ｐ２の属する領域に対応する制御パラメータを予め予測し適用してもよい。

上述の態様によれば、制御パラメータとして、位置フィードバック制御部６４におけるフィードバックゲインを例に説明したが、加減速制御部６０における時定数や、速度フィードバック制御部６８におけるフィードバックゲイン、速度フィードフォワード制御部７０及びトルクフィードフォワード制御部７２におけるフィードフォワードゲイン、バンドエリミネーションフィルタ８２におけるフィルタ定数、駆動モータにおける制振制御パラメータ等その他の制御パラメータについても同様に適用可能である。図２において、パラメータ選定部９０から加減速制御部６０まで破線で示す指令が描写されているが、同様の指令は位置フィードバック制御部６４、速度フィードフォワード制御部７０、トルクフィードフォワード制御部７２、象限突起補正計算部７８、バンドエリミネーションフィルタ８２にも送出されるが、描写は省略されている。

象限突起補正計算部７８の象限突起補正用のパラメータについては、制御パラメータの変更の要否について都度判定する必要があるため、これに関して、図４を参照しながら説明する。判定する必要性がある以外、制御パラメータを変更する場合の適用方法等については、上述の位置フィードバック制御部６４のフィードバックゲインと同様である。

図４は、象限突起補正計算部７８の象限突起補正用のパラメータ変更の要否を判定する判定処理のフローチャートである。図４を参照すると、まず始めにステップ１００において、加減速制御部６０を介した分配制御部５０からの位置指令値を取得し、ステップ１１０へと進む。次いで、ステップ１１０では、ステップ１００で取得した位置指令値に基づいて速度が算出され、ステップ１２０へと進む。次いで、ステップ１２０では、ステップ１１０で算出された速度に基づいて、速度が反転したか否か、すなわち、その符号が反転したか否か、さらにいうと、送り方向が反転したか否かが判定される。ステップ１２０において、速度が反転していない場合には、ルーチンを終了する。一方、ステップ１２０において、速度が反転した場合には、ステップ１３０へと進む。次いで、ステップ１３０では、パラメータ選定部９０によって記憶部９２から送り軸の位置が属する領域に対応する象限突起補正用のパラメータの制御パラメータの読み出しが行われ、ステップ１４０へと進む。次いで、ステップ１４０では、ステップ１３０で読み出された制御パラメータに基づいて制御パラメータが変更され、ルーチンを終了する。

上述した本発明の態様では、領域を均等に分割したが、均等でなくてもよい。すなわち、剛性や摩擦係数等の機械的性質の送り軸の位置に対する変動が大きいところは細かく分割し、変動が小さいところは大きく分割するというように、場所に応じて異なってもよい。

また、上述した本発明の態様では、記憶部９２は、各送り軸方向について独立した制御パラメータを記憶していた。すなわち、上記態様においては、制御パラメータは、Ｘ軸方向送り軸において３つ、Ｙ方向送り軸においては２つの合計５つであった。従って、Ｙ軸方向の領域にかかわらず、Ｘ軸方向の領域に対応する制御パラメータをＸ軸方向の送り機構に適用していた。しかしながら、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を関連させた制御パラメータを記憶してもよい。すなわち、Ｘ軸方向送り軸のゾーンＸ１であって且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ１の場合は、フィードバックゲインＦｇＸ１Ｙ１とし、Ｘ軸方向送り軸のゾーンＸ１であって且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ２の場合は、フィードバックゲインＦｇＸ１Ｙ２とするように、Ｘ軸方向送り軸の３つとＹ方向送り軸の２つを乗じた６つの制御パラメータを記憶するようにしてもよい。Ｘ軸方向及びＹ軸方向を関連させた制御パラメータを用いることによって、より安定化した加工精度を実現することが可能となる。

また、上述した本発明の態様では、２つの送り軸、すなわちＸ軸方向及びＹ軸方向を有する態様であったが、送り軸は１つの送り軸又は３つ以上であってもよい。

図５は、象限突起補正計算部の象限突起補正用のパラメータ変更の要否を判定する判定処理の他のフローチャートである。図５から分かるように、実際に工作機械を動作させる前に変更されるべき制御パラメータを決定するようにしてもよい。図５のステップ２１０においては、プログラム読取解釈部４４がＮＣプログラム４２を読込み、次いでステップ２２０において読込んだＮＣプログラム４２に基づいて加工経路を解析する。つまり、プログラム読取解釈部４４は加工経路を解析する解析部としての役目を果たす。

次いで、ステップ２３０においては、加工経路が円弧か否かが判定される。プログラム読取解釈部４４がこのような判定を行うようにしてもよい。円弧であると判定された場合にはステップ２４０に進み、円弧であると判定されなかった場合にはステップ２７０に進む。ステップ２４０においては、円弧の加工経路が複数のゾーンに亙って延びているか否かが判定される。

図６は分割された領域と送り軸の位置を示す他の図である。図６においては、Ｘ軸ガイドレール３６に対するコラム１６の移動可能な範囲０〜Ｘ０がゾーンＸ１、Ｘ２及びＸ３と、３つの領域に等しく分割されている。同様に、Ｙ軸ガイドレール３４に対する主軸頭１８の移動可能な範囲０〜Ｙ０がゾーンＹ１、Ｙ２及びＹ３と、３つの領域に等しく分割されている。

さらに、図６においては、加工開始位置Ｐ４から時計回りに延びる円弧の加工経路Ｋ４と、加工開始位置Ｐ５から延びる円弧の加工経路Ｋ５とが示されている。図６から分かるように、加工経路Ｋ４は複数のゾーンに亙って延びており、加工経路Ｋ５は一つのゾーン（Ｘ軸方向送り軸のゾーンＸ３であって且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ３）においてのみ延びている。

再び図５を参照すると、ステップ２４０において、円弧の加工経路が複数のゾーンに亙って延びていると判定された場合には、パラメータ選定部９０は加工経路Ｋ４の中心Ｐ４’を含むゾーン（Ｘ軸方向送り軸のゾーンＸ２であって且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ２）に対応した象限突起補正用の制御パラメータを選択する。その理由は、各ゾーンを通るときに制御パラメータを切換えるのが煩雑で時間がかかるので、単一の制御パラメータに設定したほうが有利だからである。

また、円弧の加工経路が複数のゾーンに亙って延びていると判定されなかった場合はステップ２６０に進む。この場合には、図６に示される加工経路Ｋ５のように、加工経路は単一のゾーンにのみ延びている。ステップ２６０においては、パラメータ選定部９０は、そのような加工経路を含むゾーン、この場合にはＸ軸方向送り軸のゾーンＸ３であって且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ３に対応した象限突起補正用の制御パラメータを選択する。

ところで、ステップ２３０において、加工経路が円弧であると判定されなかった場合には、ステップ２７０において、加工経路が複数のゾーンに亙って延びるか否かが判定される。そして、加工経路が複数のゾーンに亙って延びている場合にはステップ２８０に進む。

例えば、図３に示される加工経路Ｋ３は、複数のゾーン（Ｘ軸方向送り軸のゾーンＸ１であって且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ２およびＸ軸方向送り軸のゾーンＸ２であって且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ２）に亙って延びている。ステップ２８０において、パラメータ選定部９０は、加工経路を最も多く含むゾーンに応じた象限突起補正用の制御パラメータを設定する。図３に示される加工経路Ｋ３の場合には、Ｘ軸方向送り軸のゾーンＸ２であって且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ２に応じた象限突起補正用の制御パラメータが設定される。

これに対し、ステップ２７０で加工経路が複数のゾーンに亙って延びてないと判定された場合には、ステップ２９０に進む。ステップ２９０において、パラメータ選定部９０は、加工開始位置を含むゾーンの象限突起補正用の制御パラメータを設定する。例えば図３に示される加工経路Ｋ２の場合には、加工開始位置Ｐ２を含むゾーン、つまりＸ軸方向送り軸のゾーンＸ３であって且つＹ軸方向送り軸のゾーンＹ２に応じた象限突起補正用の制御パラメータが設定される。

このようにして、本発明においては、加工プログラムに基づいて解析された加工経路に応じて定まる分割された領域に対応する制御パラメータを設定するようにしている。制御パラメータは、分割された複数の領域のそれぞれに応じて定められている。このため、本発明においては、送り軸の位置に応じた送り機構の部材の剛性や摩擦係数等の違いを吸収し、送り軸の位置に依らない安定した加工精度を実現できる。尚、加工経路に応じてどの領域に対応する制御パラメータを採用するかの決め方は、上記実施形態以外にも種々考えられ、ワークや工具や加工条件等によって適宜変えることができる。

また、図６においては加工開始位置Ｐ４に加えて、移動開始位置Ｐ０が示されている。実際には、送り軸は移動開始位置Ｐ０から加工開始位置Ｐ４まで早送り移動される。パラメータ選定部９０による制御パラメータの選択は、早送り移動の間に行い、加工開始位置Ｐ４に到達すると直ぐに、選択された制御パラメータに設定するのが好ましい。これにより、迅速な制御パラメータの設定が行われるのが分かるであろう。また、制御パラメータを事前に決定できるので、安全な制御パラメータを設定することも可能である。

さらに、図７ａは工作機械の第一の側面図である。図７ａに示されるように、ボールねじのねじ１４ａと、テーブル１４に連結されたナット１４ｂとが示されている。公知であるように、モータＭが駆動されると、ナット１４ｂはねじ１４ａに沿って移動する。図７ａにおいては、ナット１４ｂはモータＭから比較的近い位置に在り、モータＭとナット１４ｂとの間におけるねじ１４ａの剛性は大きい。このような関係において、ワークを円弧状の軌跡に沿って切削加工すると、図７ｂに示されるように、象限突起は比較的小さくなる。

これに対し、図８ａに示されるように、ナット１４ｂがモータＭから比較的遠い位置に在ると、モータＭとナット１４ｂとの間におけるねじ１４ａの剛性は小さくなる。そして、このような関係において、ワークを円弧状の軌跡に沿って切削加工すると、図８ｂに示されるように、象限突起は比較的大きくなる。

本発明においては、ＮＣプログラム４２に基づいてプログラム読取解釈部４４がプログラムを解析し、モータＭの反転位置を読み取る。そして、モータＭの反転位置（象限突起が起きる箇所）でトルクが追加されるような制御パラメータが前述したように設定される。そして、このように設定された制御パラメータで実際に加工を行うと、図８ｃに示されるように、象限突起を小さくすることができる。すなわち、本発明においては、象限突起補正用の制御パラメータを予め定めることによって、実際の加工の際に生じる象限突起を抑えることが可能となる。

１０ 工作機械
５２ サーボ制御部
９０ パラメータ選定部
９２ 記憶部
Ｓｐ 位置検出部

Claims (4)

1. 工作機械の送り軸を制御する数値制御方法において、
   送り軸の移動範囲を複数の領域に分割し、該分割された複数の領域のそれぞれに応じた複数の制御パラメータを予め記憶し、
   前記工作機械の加工プログラムから加工経路を解析し、
   前記解析した加工経路が最も長く含まれる前記領域に対応する制御パラメータ、前記解析した加工経路の円弧の中心を含む前記領域に対応する制御パラメータ、または前記解析した加工経路の加工開始位置を含む前記領域に対応する制御パラメータを前記記憶した複数の制御パラメータから読み出し、
   該読み出された制御パラメータを用いて送り軸を制御する、ことを特徴とする工作機械の数値制御方法。
2. 前記制御パラメータは、送り軸が加工開始位置に向かって移動している間に読み出され、前記加工開始位置に到達すると直ぐに、前記制御パラメータに設定されるようにした請求項１に記載の工作機械の数値制御方法。
3. 前記制御パラメータが、前記送り軸の加減速時定数、フィードバックゲイン、フィードフォワードゲイン、象限突起補正用のパラメータ、及びフィルタ定数のうち少なくとも１つを含む請求項１に記載の工作機械の数値制御方法。
4. 工作機械の送り軸を制御する数値制御装置において、
   送り軸の移動範囲を複数の領域に分割し、該分割された複数の領域のそれぞれに応じた複数の制御パラメータを予め記憶した記憶部と、
   前記工作機械の加工プログラムから加工経路を解析する解析部と、
   前記解析した加工経路が最も長く含まれる前記領域に対応する制御パラメータ、前記解析した加工経路の円弧の中心を含む前記領域に対応する制御パラメータ、または前記解析した加工経路の加工開始位置を含む前記領域に対応する制御パラメータを前記記憶した複数の制御パラメータから読出すパラメータ選定部と、
   該読み出された制御パラメータを用いて送り軸を制御するサーボ制御部と、
   を具備することを特徴とする工作機械の数値制御装置。

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