JP6503000B2 - 揺動切削を行う工作機械の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、揺動切削を行う工作機械の制御装置に関する。

工作機械の切削工具によりワークを加工する際に切屑が連続して発生すると、切屑が切削工具に絡まる場合がある。このような場合には、切屑を切削工具から除去するために工作機械を停止させる必要があり、時間がかかって生産効率が低下する。さらに、切屑によって、ワークが損傷する可能性があり、ワークの品質が低下する場合がある。
このような欠点を避けるために、加工送り方向に切削工具とワークとを相対的に揺動させることにより切屑を細断する揺動切削が知られている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３等参照）。

特許第５０３３９２９号公報 特許第５１３９５９２号公報 特許第５５９９５２３号公報

前述した揺動切削を行う工作機械の制御装置においては、切削工具またはワークを往復運動させるための送り機構を駆動するサーボモータに対して、正弦波状の揺動指令を入力することにより、加工送り方向に切削工具とワークとを相対的に揺動させている。従来、作業者は、意図したとおりにワークの切屑が細断されるように、加工条件、機械動作条件、およびサーボ制御条件などに合わせて揺動指令の周波数（以下、揺動周波数と呼ぶ。）を求めている。しかし、加工条件、機械動作条件、およびサーボ制御条件のうちの少なくとも一つが変更された場合、再び揺動周波数を求める必要が生じてしまい、作業者の負担が大きいという問題があった。よって、加工条件、機械動作条件、およびサーボ制御条件に応じて揺動指令の揺動周波数の最適値を自動的に求められることが望まれている。

本開示の一態様は、ワークの外周面または内周面を工具により切削加工する工作機械において、前記ワークおよび前記工具を前記ワークの中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸と、前記ワークの前記外周面または前記内周面の母線に沿って前記工具および前記ワークを相対的に送る少なくとも一つの送り軸とを備えた前記工作機械の制御装置であって、
前記ワークおよび前記工具の相対的な回転速度ならびに前記工具および前記ワークの相対的な送り速度に基づいて、前記少なくとも一つの送り軸の位置指令を作成する位置指令作成部と、
前記位置指令により前記少なくとも一つの送り軸を制御する送り軸制御部と、
前記回転速度、前記送り速度、前記送り軸により前記揺動を生じさせるときの機械動作条件、および前記制御装置のサーボ制御条件が記憶された記憶部と、
を備え、
前記送り軸制御部は、前記回転速度に対して正の非整数倍の揺動周波数になるように且つ前記工具が前記ワークを断続切削するように、前記少なくとも一つの送り軸の揺動指令を作成する揺動指令作成部を具備し、かつ、前記位置指令と前記少なくとも一つの送り軸の実位置との差である位置偏差に前記揺動指令を加算して得られる合成指令に基づいて、前記少なくとも一つの送り軸を制御するように構成され、
前記揺動指令作成部は、前記回転速度と前記位置指令とに基づいて前記揺動指令の揺動振幅および揺動周波数を推定する推定部と、前記機械動作条件と前記サーボ制御条件とに基づいて前記揺動周波数が最適値であるか否かを判定する判定部と、を有し、前記判定部により前記揺動周波数が最適値であると判定された場合に、該揺動周波数の最適値と前記揺動振幅とに基づいて前記揺動指令を作成する、制御装置でありうる。

上記の一態様によれば、揺動切削を行う工作機械において、工具およびワークを相対的に揺動させる周期的な揺動指令を生成する際に、加工条件、機械動作条件、およびサーボ制御条件に応じて揺動指令の揺動周波数の最適値を自動的に求めることができる。

添付図面に示される本開示の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。

一実施形態の制御装置を含む加工システムの図である。 一実施形態の制御装置の動作を示すフローチャートである。 一実施形態の制御装置を含む他の加工システムの図である。 円筒形ワークと工具とを示す図である。 円錐台形状の中空部を有するワークと工具とを示す他の図である。 送り量と回転角度との関係を示す図である。 図１および図３に示された制御装置のより具体的な構成例を示すブロック図である。 図６に示された制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。

次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分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、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

図１は、一実施形態の制御装置２０を含む加工システム１を示す図である。図１に示されるように、加工システム１は、工作機械１０と、工作機械１０を制御する制御装置２０とを含んでいる。工作機械１０は工具１１を有しており、工具１１は、例えば円筒形、円柱形、円錐形、または円錐台形などを有するワークＷを切削加工する。図１に示される例においては、工具１１は、円柱からなるワークＷの外周面を切削加工するものとする。また、図１などにおいては、ワークＷの回転軸となる該ワークＷの中心軸線をＺ軸、Ｚ軸に対して垂直な軸線をＸ軸としている。工作機械１０は、Ｘ軸方向の工具１１の位置を適宜調整すれば、横断面が楕円形を有する柱状体のようなワークの外周面または内周面を切削加工することもできる。

図１には、実質的に円柱形のワークＷが示されている。工作機械１０の主軸Ｍ０は、ワークＷをその中心軸線まわりに回転させる。さらに、工作機械１０の送り軸Ｍ１は、工具１１をワークＷの外周面の母線に沿って送ることと工具１１をワークＷの外周面の母線に沿って往復運動、すなわち揺動させることの両方を行うことができる。

主軸Ｍ０および送り軸Ｍ１はサーボモータである。そして、送り軸Ｍ１は主軸Ｍ０と協調動作しつつ工具１１を送りだしてワークＷを切削加工するものとする。なお、主軸Ｍ０および送り軸Ｍ１の必要トルクは、切削負荷を除けばイナーシャと指令の角加速度とより推定できるが、トルクを検出するための検出器Ｇ０、Ｇ１がそれぞれ備えられていても良い。

制御装置２０は、バスを介して互いに接続された、ＲＯＭ（read only memory)やＲＡＭ（random access memory）などのメモリ、ＣＰＵ（control processing unit）、および通信制御部を備えたコンピュータを用いて構成されている。さらに、制御装置２０は位置指令作成部２２、揺動指令作成部２３（図６に示される揺動指令推定部２３ａや判定部２３ｂも含む）、加算部２４、制御部２６（送り軸制御部）、および記憶部２９を備え、それら各部の機能もしくは動作は、上記コンピュータに搭載されたＣＰＵ、メモリ、および該メモリに記憶された制御プログラムが協働することにより達成されうる。

制御装置２０の記憶部２９には、ワークＷの加工条件、送り軸Ｍ１により工具１１およびワークＷを相対的に揺動すなわち往復運動させるときの機械動作条件、および、制御装置２０のサーボ制御条件などが記憶されている。
制御装置２０にはＣＮＣ(Computer Numerical Controller)、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等の上位コンピュータ（不図示）が接続されており、前述した回転速度や送り速度、機械動作条件、およびサーボ制御条件などは上位コンピュータから記憶部２９に入力されてもよい。また、記憶部２９や位置指令作成部２２は制御装置２０内ではなく、上記の上位コンピュータに備えられていてもよい。

ワークＷの加工条件には、ワークＷの中心軸線まわりにおけるワークＷおよび工具１１の相対的な回転速度、工具１１およびワークＷの相対的な送り速度、および、送り軸Ｍ１の位置指令などが含まれる。

上記の機械動作条件は、工具１１およびワークＷを相対的に揺動させるための揺動指令の揺動振幅および揺動周波数から求まる最大揺動加速度および最大揺動加加速度が、それぞれ、実際に移動する移動物の最大加速度および最大加加速度より小さいことを条件とする。言い換えれば、実際に移動する移動物に対して許容できない加速度や加加速度を、揺動指令により動作するモータによって生じさせないようにする。揺動指令の揺動振幅および揺動周波数については、後述する揺動指令の式（１）におけるＳ／６０×Ｉ の項による値が揺動周波数に相当し、式（１）におけるＫ×Ｆ／２ の項による値が揺動振幅に相当する。
なお、送り軸Ｍ１がリニアモータである場合、上記の移動物の最大加速度は、リニアモータの最大推力と該リニアモータにより移動される移動物の重量とから求まる。この場合の移動物は、リニアモータにより移動される可動テーブル部と、この可動テーブル部に支持された工具１１またはワークＷとからなる。
送り軸Ｍ１が回転モータである場合には、上記の移動物の最大加速度は、回転モータの最大トルクと該回転モータにより移動される移動物のイナーシャ（慣性モーメント）とから求まる。この場合の移動物は、回転モータにより駆動される可動テーブル部を有するボールねじ駆動機構と、このボールねじ駆動機構の可動テーブル部に支持された工具１１またはワークＷとからなる。
上記の移動物の最大加加速度は、上述したようなリニアモータまたは回転モータにより移動される移動物が許容できるショック（ジャーク）であり、例えば、移動物の最大加速度を１回微分することで求められる。

サーボ制御条件は、前述した揺動指令の揺動周波数と、送り軸Ｍ１に対して指令を与えるときの所定の制御周期から求まる制御周波数（いわゆるサンプリング周波数）とを比較して、サンプリング周波数を揺動周波数で除して得られる値が所定の値（例えば２０）以上であることを条件とする。

また、記憶部２９は工作機械１０に実行させる加工プログラムを記憶しており、制御装置２０内のＣＰＵ（不図示）が、その加工プログラムから前述の回転速度および送り速度を加工条件として読みだして位置指令作成部２２や制御部２６に出力するようになっていてもよい。
さらに、前述した機械動作条件に含まれる最大揺動加速度、最大揺動加加速度、最大加速度、および最大加加速度は、上位コンピュータにおいて計算されてもよい。さらに、前述したサーボ制御条件に含まれる所定の制御周期または制御周波数は、ＣＰＵにより加工プログラムから読取られてもよいし、記憶部２９に予め記憶されていてもよい。

制御装置２０の位置指令作成部２２は、ワークＷの中心軸線まわりにおけるワークＷおよび工具１１の相対的な回転速度ならびに工具１１およびワークＷの相対的な送り速度に基づいて、送り軸Ｍ１の位置指令を作成する機能を有している。この位置指令は、工具１１およびワークＷをＺ軸方向に相対的に送るときの目標位置を制御部２６に対して指示する指令となるものである。

制御装置２０の制御部２６は、前述した回転速度および送り速度に基づいて、前述した回転速度に対して正の非整数倍の揺動周波数になるように且つ工具１１がワークＷを断続切削するように、送り軸Ｍ１の揺動指令を作成する揺動指令作成部２３（図６参照）を有している。揺動指令は、前述した中心軸線まわりにおける回転速度に対して非同期になるように作成された周期的な指令であり、揺動周波数と揺動振幅とを含んでいる。後述する揺動指令の式（１）におけるＳ／６０×Ｉ の項による値が揺動周波数に相当し、式（１）におけるＫ×Ｆ／２ の項による値が揺動振幅に相当する。

なお、断続切削とは、工具１１が周期的にワークＷに接触およびワークＷから離間しながらワークＷを切削加工することを意味し、揺動切削または振動切削ともいう。また、図１においてはワークＷが回転すると共に工具１１がワークＷに対して揺動するようになっているが、工具１１がワークＷの中心軸線まわりに回転すると共にワークＷが工具１１に対して揺動する構成であってもよい。また、図１においては一つの送り軸Ｍ１によりワークＷの送り動作と揺動動作の両方を行っているが、ワークＷの送り動作と揺動動作のそれぞれを別々の送り軸で行う構成であってもよい。

さらに、制御装置２０の制御部２６は、前述の位置指令と送り軸Ｍ１の実位置との差である位置偏差に前述の揺動指令を加算して得られる合成指令（例えば位置指令値）に基づいて、トルク指令を生成して送り軸Ｍ１を制御する機能を有する。送り軸Ｍ１の実位置は、その送り軸Ｍ１に搭載されたエンコーダ等の位置検出器（不図示）により得られる位置フィードバック値に相当する。
制御部２６は、揺動指令から求める揺動位相と上記の合成指令とに基づいて、前記の合成指令の補正量を求めて前記合成指令に加算する学習制御を行う機能を備えていてもよい。

図２は、一実施形態の制御装置２０の動作を示すフローチャートである。はじめに、図２のステップＳ１１において、位置指令作成部２２は、記憶部２９に記憶されたワークＷの回転速度および工具１１の送り速度に基づいて、送り軸Ｍ１の位置指令を作成する。

さらに、ステップＳ１２においては、制御部２６内の揺動指令作成部２３（図６参照）は、前述した回転速度および送り速度に基づいて揺動指令を作成する。図１に示される例においては、工具１１は回転中心軸線のみに沿って揺動するので、送り軸Ｍ１のためだけの揺動指令が作成される。

ここで、図３は本実施形態の制御装置２０を含む他の加工システムを示す図である。図３に示される例においては、円錐台形のワークＷが配置されている。この場合には、工具１１はワークＷの外周面の母線に沿って斜方向に揺動してワークＷの外周面を切削加工するようになっている。工具１１はＸ軸方向およびＺ軸方向の合成方向に移動するので、工具１１を移動させるために二つの送り軸Ｍ１、Ｍ２とこれら送り軸毎の制御部２６とが必要とされる。送り軸Ｍ２もまた、送り機構と該送り機構を駆動するサーボモータとを含むものである。送り軸Ｍ１、Ｍ２は主軸Ｍ０と協調動作しつつ工具１１を送りだしてワークＷを切削加工するものとする。この場合には、ステップＳ１２においては、二つの送り軸Ｍ１、Ｍ２のための揺動指令がそれぞれ、送り軸Ｍ１、Ｍ２毎の制御部２６の揺動指令作成部２３により作成されるものとする。
なお、送り軸Ｍ２の必要トルクも、切削負荷を除けばイナーシャと指令の角加速度とより推定できるが、トルクを検出するための検出器Ｇ２が備えられていても良い。さらに多数の送り軸により工具１１を送る構成であってもよい。

また、図４Ａは円筒形ワークと工具とを示す、図１とは異なる図である。図４Ａにおいては、工具１１が円筒形ワークＷの内周面の母線に沿って揺動して該内周面を切削加工するようになっている。この場合には、工具１１の揺動に使用されるモータは送り軸Ｍ１のみで良いため、ステップＳ１２においては送り軸Ｍ１のためだけの揺動指令が作成される。

これに対し、図４Ｂは円錐台形状の中空部を有するワークと工具とを示す図である。図４Ｂにおいては、工具１１が、円錐台形状の中空部を有するワークＷの内周面の母線に沿って揺動して該内周面を切削加工するようになっている。このような場合には、前述したように二つの送り軸Ｍ１、Ｍ２とこれら送り軸毎の制御部２６とが必要とされ、ステップＳ１２においては、二つの送り軸Ｍ１、Ｍ２のための揺動指令がそれぞれ、送り軸Ｍ１、Ｍ２毎の制御部２６の揺動指令作成部２３により作成される。

以下においては、図１に示されるように工具１１がワークＷの外周面を切削加工する場合について説明する。ただし、以降の説明は、図３、図４Ａおよび図４Ｂに示されるワーク形状の場合にも概ね同様である。

図５は送り量と回転角度との関係を示す図である。図５における横軸はワークＷの回転角度を示し、縦軸はワークＷの中心軸線の方向（すなわち、Ｚ軸方向）における工具１１の送り量を示している。図５には斜方向に延びる複数の直線状破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…が示されている。図５から分かるように、破線Ｃ１と縦軸との間の交点の縦軸座標は、次の破線Ｃ２の開始点における縦軸座標に相当する。同様に、破線Ｃ２と縦軸との間の交点の縦軸座標は、次の破線Ｃ３の開始点における縦軸座標に相当する。これら複数の直線状破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…は揺動指令が無い場合においてワークＷ上における工具１１の軌跡を示している。一方、図５に示される曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３…は、揺動指令がある場合においてワークＷ上における工具１１の軌跡を示している。つまり、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３等は、揺動指令が加算される前の位置指令（元の指令値）のみを示し、曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等は、揺動指令が加算された後の位置指令を示しているものとする。よって、曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３は、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３により表される各位置指令に余弦波状の揺動指令を加算して得られる指令を示している。

また、曲線Ａ１はワークＷの第一回転目における工具１１の軌跡であり、曲線Ａ２はワークＷの第二回転目における工具１１の軌跡であり、曲線ＡはワークＷの第三回転目における工具１１の軌跡である。簡潔にする目的で、ワークＷの第四回転目以降の工具１１の軌跡は図示を省略している。

図２のステップＳ１２において、制御部２６内の揺動指令作成部２３（図６参照）は以下のようにして揺動指令を作成する。位置指令作成部２２において、送り軸Ｍ１の位置指令（破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）が決定される。揺動指令作成部２３は、揺動指令作成部２３は、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の各々を基準軸線とする曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３のような指令を生成するため、余弦波状の揺動指令における揺動周波数を決定する。後述する式（１）におけるＳ／６０×Ｉ の項による値が揺動周波数となる。

上記の揺動周波数を決定する場合、図５に示されるように、或る破線、例えば破線Ｃ２を基準軸線とする余弦波状の曲線Ａ２の初期位相は、一つ前の破線、例えば破線Ｃ１を基準軸線とする余弦波状の曲線Ａ１に対して半周期ズレるのが好ましい。その理由は、半周期ズレた場合には、揺動指令の揺動振幅を最小限にでき、その結果、最も効率的に切屑を細断できるためである。

次いで、揺動指令作成部２３は、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の各々を基準軸線とする曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３のような指令を生成するため、前述した揺動指令の揺動振幅を決定する。後述する式（１）におけるＫ×Ｆ／２ の項による値が揺動振幅となる。図５に示される曲線Ａ１と曲線Ａ２とは、回転角度が約０度の箇所Ｂ１と回転角度が約２４０度の箇所Ｂ２とにおいて互いに重なっている。図５から分かるように箇所Ｂ１、Ｂ２においては破線Ｃ１に対する曲線Ａ１の最大値は、破線Ｃ２に対する曲線Ａ２の最小値よりも大きい。言い換えれば、揺動指令作成部２３は、前の曲線Ａ１と後の曲線Ａ２とが部分的に互いに重なるように揺動振幅を決定するのが望ましい。なお、曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３においては、送り速度が一定のため、各揺動指令の揺動振幅もすべて同じとなる。

この重なり箇所Ｂ１、Ｂ２においては、工具１１が曲線Ａ２の軌跡で加工しているときにワークＷから離間するので、ワークＷは加工されない。本実施形態においては、このような重なり箇所が周期的に発生するので、いわゆる断続切削を行うことができる。図５に示される例においては、曲線Ａ２に従った動作により切屑が箇所Ｂ１、Ｂ２においてそれぞれ発生することとなる。つまり、第二回転目の曲線Ａ２においては二つの切屑が発生する。このような断続切削が周期的に行われるので振動切削が可能となる。

さらに、破線Ｃ３に対して形成される曲線Ａ３は曲線Ａ１と同じ形状である。曲線Ａ２と曲線Ａ３とは、回転角度が約１２０°の箇所Ｂ３と約３６０°の箇所Ｂ４において重なっている。曲線Ａ３に従った動作により切屑が箇所Ｂ３、Ｂ４においてそれぞれ発生することとなる。つまり、第三回転目の曲線Ａ３においては二つの切屑が発生する。以降、ワーク一回転毎に二つの切屑が発生する。ただし、一回転目では切屑は発生しない。

このようにして揺動周波数と揺動振幅とを定めることにより、制御部２６内の揺動指令作成部２３（図６参照）は揺動指令を作成する（ステップＳ１２）。
例えば、揺動指令は、次式のように表される。
揺動指令＝（Ｋ×Ｆ／２）×ｃｏｓ（２π×Ｓ／６０×Ｉ×ｔ）−（Ｋ×Ｆ／２） ・・・式（１）
式（１）において、Ｋは揺動振幅倍率、ＦはワークＷの一回転当たりの工具１１の移動量、すなわち毎回転送り量［mm/rev］、ＳはワークＷの中心軸線まわりの回転速度[min^-1],or [rpm]、Ｉは揺動周波数倍率、である。ここで、前述の揺動周波数は式（１）におけるＳ／６０×Ｉ の項に相当し、前述の揺動振幅は式（１）におけるＫ×Ｆ／２ の項に相当する。但し、揺動振幅倍率Ｋは１以上の数とし、揺動周波数倍率Ｉはゼロより大きい非整数とする（例えば０．５、０．８、１．２、１．５、１．９、２．３、又は２．５、…等の正の非整数）。揺動振幅倍率Ｋおよび揺動周波数倍率Ｉは定数である（図５の例では、Ｉは１．５である）。
揺動周波数倍率Ｉを整数としない理由は、ワークＷの中心軸線まわりの回転数と全く同じになる揺動周波数の場合には、前述した重なり箇所Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４等を発生させることができず、揺動切削による切屑の細断効果が得られなくなるからである。

また、式（１）によると、揺動指令は、位置指令を示す各破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を基準軸線とする余弦波に対して（Ｋ×Ｆ／２）の項がオフセット値として減じられた指令となっている。このことにより、位置指令に揺動指令を加算して得られる合成指令値に基づく工具１１の位置軌跡を、工具１１の加工送り方向において位置指令による位置を上限として制御することができる。そのため、図７の曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等は、破線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３等を＋Ｚ軸方向（すなわち、工具１１の加工送り方向）において超えないようになっている。
さらに、式（１）で表されるような揺動指令とすることで、図５の曲線Ａ１から分かるように、工具１１の加工開始点（横軸の０°の位置）で工具１１の送り方向に初めから大きな揺動指令が出ないようにしている。
なお、揺動揺動周波数と揺動振幅とを定める際に調整される各パラメータ（式（１）におけるＫ、Ｉ）の初期値は、工作機械１０の稼働前に記憶部２９に記憶されているものとする。ワークＷの回転速度（Ｓ）は、加工条件記憶部２９に加工条件として事前に記憶されている。毎回転送り量Ｆは、その回転速度（Ｓ）と位置指令作成部２２が作成した位置指令とから求められる。

その後、図２のステップＳ１３において、制御部２６は、図１に示される位置指令作成部２２により作成から与えられた位置指令と送り軸Ｍ１の実位置との差である位置偏差を求め、位置偏差に対して前述の揺動指令を加算して合成指令を得る。

次いで、図２のステップＳ１４において制御部２６は、前述の合成指令に基づいて送り軸Ｍ１を制御する。主軸Ｍ０は、制御装置２０により、記憶部２９に記憶されたワークＷの回転速度（Ｓ）に従って制御される。本実施形態では、振動切削情報のテーブルを予め作成する必要がなく、ワークＷの加工条件から、ワークＷを実際に切削加工する前にワークＷの細断条件を決定できる。

ところで、工具１１の駆動機構部にバックラッシが在る場合やその駆動機構部の剛性が低い場合には、サーボの応答性を向上させるために制御ゲインを高く設定すると振動が発生し、工具１１の位置精度が安定しないことがある。例えば、曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等に対応した指令値に基づいて送り軸Ｍ１を駆動したとしても、工具１１の実位置は曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等に完全には追従しない場合がある。この場合、図５に示される重なり箇所Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４等において工具１１の実位置が曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等のような指令値と一致しないと、断続切削が起きず、その結果、切屑が良好に形成されなくなる。

このため、本実施形態では、図２のステップＳ１５に示されるように、学習制御を用いて揺動指令への追従性を向上させる。学習制御は「繰返しパターンの決まった周期指令」への追従性を向上する制御方式であり、１周期目より２周期目、２周期目より３周期目……と周期が進むにつれて位置偏差を減少させることができる。具体的には、ワークＷおよび工具１１の所定数の揺動周期分の位置偏差を学習し補正量とすることにより、揺動指令による周期的な位置偏差の増加を抑制する。さらに言えば、例えば、学習の周期には、上述した式（１）の揺動指令の揺動周波数から求まる周期（例えば、１揺動周期＝１／揺動周波数）を使用することができる。制御部２６は、１揺動周期を回転角度での周期に換算し、その回転角度での周期を所定の分割数で分割して求まる各位相にて、合成指令の補正量を求める。制御部２６において、それら位相ごとに合成指令の補正量を求めて学習１周期分記憶し、１学習周期前の各位相での補正量を位相ごとに現在の合成指令に加算することによって、合成指令に含まれる位置偏差をゼロ付近に低減させる。
その結果、工具１１の実位置は、指令値の曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等に次第に近づくようになり、最終的には指令値の曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等に一致する。この場合には、指令値の曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３等は前述の重なり箇所Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４等を有することとなるので、断続切削が確実に起こり、細断化された切屑を確実に形成することができる。

また、学習制御を行うための学習帯域には上限があり、揺動周波数の上限を超えた場合、学習は収束せず位置偏差が残ってしまう。結果、切屑が良好に形成されないことになる。したがって、本実施形態においては、学習制御を実施することが可能な範囲内で、最適な揺動周波数を求める必要がある。
具体的には、トルクの低減手法と同様、後述するように切屑の長さを調整する（長くする）ことで、揺動指令の揺動周波数を低く抑えることができ、学習帯域に収めることができる。もちろん、加工条件の変更が可能であるなら、主軸Ｍ０の回転速度（すなわちワークＷの回転速度）を低減しても良い。

また、本実施形態の揺動切削においては、最適な揺動周波数および揺動振幅を求めているので、必要トルクを最小化できる。その一方、必要最小化できたとしても、トルク飽和は起こりえる現象であり、避ける必要がある。さらに、学習制御を適用するとトルクは増大し、より飽和しやすい傾向にある。したがって、本実施形態においては、トルク飽和を起こさない範囲内で、最適な揺動周波数および揺動振幅を求める必要がある。

ところで、揺動振幅は可能な限り小さいのが好ましく、揺動周波数が低い場合には、より長い切屑が形成される。その際、送り軸Ｍ１、Ｍ２等に要求されるトルクも小さくて済む。これに対し、揺動振幅が大きい場合には、送り軸Ｍ１、Ｍ２等に要求されるトルクも大きくなる。揺動周波数が高い場合には、切屑の長さは短くなり、送り軸Ｍ１、Ｍ２等に要求されるトルクも大きくなる。

操作者が所望長さの切屑を望んでいる場合には、操作者は切屑の所望の長さを揺動指令作成部２３に入力する。これにより、揺動指令作成部２３は切屑の所望長さに基づいて揺動周波数と揺動振幅とを作成する。例えば短い切屑が要求される場合にはワークＷが傷付くのを避けられ、長い切屑が要求される場合にはトルクおよび学習帯域を抑えて工具１１へかかる負荷を低減できるとともに学習を収束しやすくする。

図６は、図１や図３に示された制御装置２０のより具体的な構成例を示すブロック図である。
図６に示された制御装置２０は、記憶部２９と位置指令作成部２２と制御部２６（送り軸制御部）とを備える。記憶部２９と位置指令作成部２２は、制御装置２０に接続されたＮＣ装置等の上位コンピュータ（不図示）に備えられていても良い。
制御部２６は、揺動指令作成部２３、加算部２４、減算部２５、位置速度制御部３４、および電流制御部３５を備える。工具１１を加工送り方向に移動させる送り軸Ｍ１には、送り軸Ｍ１の回転位置や回転速度を検出するエンコーダ３２が搭載されている。

さらに、揺動指令作成部２３は、記憶部２９に加工条件として記憶されたワークＷの回転速度（ｓ）と位置指令作成部２２が作成した位置指令とに基づいて、揺動指令の揺動振幅および揺動周波数を推定する揺動指令推定部２３ａと、記憶部２９に記憶されている機械動作条件とサーボ制御条件とに基づいて、推定された揺動周波数が最適値であるか否かを判定する判定部２３ｂと、を有する。なお、加工条件と機械動作条件とサーボ制御条件は、既に説明したとおりの条件である。
判定部２３ｂは、推定された揺動振幅および揺動周波数に基づいて最大揺動加速度および最大揺動加加速度を計算し、該最大揺動加速度および該最大揺動加加速度が前述の機械動作条件を満たし、かつ、推定された揺動周波数が前述のサーボ制御条件を満たすか否かを判定する。
その判定の結果、前述した機械動作条件とサーボ制御条件のいずれか一方を満たしていない場合には、判定部２３ｂは、揺動指令推定部２３ａにより上記した正の非整数（Ｉ）を別の値に修正して再び揺動周波数を推定したうえで上記の判定を行うようにする。一方、前述した機械動作条件とサーボ制御条件の両方を満たしている場合には、判定部２３ｂは、推定された揺動周波数を揺動周波数の最適値とする。
揺動指令作成部２３は、推定された揺動周波数が最適値であると判定部２３ｂにより判定された場合に、該揺動周波数の最適値と推定された揺動振幅とに基づいて、揺動指令を作成する。

なお、制御装置２０の制御部２６は、上述したような学習制御を行う学習制御器（不図示）を備えていてもよい。この場合、制御部２６は、加算部２４から出力された直後の合成指令を学習制御器に対して入力し、その学習制御器により得られた補正量を位置速度制御部３４に入力される直前の合成指令に加算するような構成とされる。加算部２４は制御部２６に含まれていてもよい。なお、学習制御器には合成指令を入力するが、合成指令は、位置指令と位置フィードバック値との差分を含むものであるため、一般的に学習制御器へ入力する位置偏差と同じである。

図７は、図６に示された制御装置２０の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ２１において、制御装置２０は、揺動切削開始の指令の有無を判断する。揺動切削開始の指令が有る場合は揺動切削が開始されるが、その指令が無ければワークＷの加工が終了する。
揺動切削を開始すると、図６に示された位置指令作成部２２は、記憶部２９に加工条件として記憶されているワークＷの回転速度と工具１１の送り速度に基づき、工具１１の加工送り方向の位置を送り軸Ｍ１に指示する位置指令を作成して所定の時間間隔で減算部２５に送信する。上記の所定の時間間隔は、制御部２６の制御周期（サンプリング周期）であってもよいし、それ以外の周期であってもよい。
減算部２５は、位置指令作成部２２から送信された位置指令と送り軸Ｍ１のエンコーダ３２から出力される位置フィードバック値（位置ＦＢ）との差である位置偏差を算出して、加算部２４に送信する。

次のステップＳ２２において、揺動指令作成部２３は、上述した式（１）に基づき、揺動指令を作成して上記の所定の時間間隔で加算部２４に送信する。その揺動指令は、揺動指令作成部２３内の揺動指令推定部２３ａにより算出される。
例えば、揺動指令推定部２３ａは、記憶部２９に加工条件として記憶されたワークＷの回転速度（Ｓ）と位置指令作成部２２により作成された送り軸Ｍ１の位置指令とを取得し、その位置指令と回転速度（Ｓ）とから工具１１の毎回転送り量（Ｆ）を求める。揺動指令推定部２３ａは、予め定められた定数（Ｋ）を毎回転送り量（Ｆ）に乗じることにより、揺動振幅ｐ（Ｋ×Ｆ／２）を推定する。また、揺動指令推定部２３ａは、記憶部２９から得られたワークＷの回転速度（Ｓ）に任意の正の非整数（Ｉ）を乗じて得られる値を揺動周波数ｆ（Ｓ／６０×Ｉ）と推定する。

さらに、判定部２３ｂは、推定された揺動振幅ｐと揺動周波数ｆから計算される最大揺動加速度Ａ_oおよび最大揺動加加速度Ｊ_oが前述の機械動作条件を満たすか否かを判定する。最大揺動加速度Ａ_o＜最大加速度Ａ_max および、最大揺動加加速度Ｊ_o＜最大加加速度Ｊ_max といった機械動作条件が記憶部２９に記憶されている。つまり、機械動作条件は、実際に移動する移動物に対して許容できない加速度や加加速度を生じさせるような揺動指令を作成しないための条件である。判定部２３ｂは、このような機械動動作条件に基づき、推定部２３ａが推定した揺動指令を確認する。

具体的には、図７のステップＳ２３において、判定部２３ｂは、揺動指令推定部２３ａにより推定された揺動振幅および揺動周波数に基づいて、下記の式（２）および式（３）により最大揺動加速度Ａ_oおよび最大揺動加加速度Ｊ_oを計算する。
最大揺動加速度Ａ_o＝揺動振幅ｐ×（２π×揺動周波数ｆ）² ・・・式（２）
最大揺動加加速度Ｊ_o＝揺動振幅ｐ×（２π×揺動周波数ｆ）³ ・・・式（３）
揺動振幅ｐは、前述した式（１）の（Ｋ×Ｆ／２）の項を用いて推定され、揺動周波数ｆは式（１）の（Ｓ／６０×Ｉ）の項を用いて推定される。

次のステップＳ２４において、判定部２３ｂは、送り軸Ｍ１により実際に移動される移動物の最大加速度Ａ_maxおよび最大加加速度Ｊ_maxを計算するか、または、記憶部２９もしくは上位コンピュータ（不図示）から取得する。

送り軸Ｍ１がリニアモータを備えるものである場合には、下記の式（４）を用い、リニアモータの最大推力とリニアモータにより移動される移動物の重量とから最大加速度Ａ_maxを求めることができる。
最大加速度Ａ_max＝モータ最大推力／移動物重量 ・・・式（４）
送り軸Ｍ１が回転モータを備えるものである場合には、下記の式（５）を用い、回転モータの最大トルクと回転モータより移動される移動物のイナーシャとから最大加速度Ａ_maxを求めることができる。
最大加速度Ａ_max＝モータ最大トルク／移動物のイナーシャ ・・・式（５）
判定部２３ｂにおいて最大加速度Ａ_maxを計算する場合には、上記したようなモータ最大推力、移動物重量、モータ最大トルク、移動物のイナーシャなどは、工作機械１０の構成に応じて実験やシミュレーション等により事前に求められて記憶部２９に記憶されているものとする。
また、最大加速度Ａ_maxは、上位コンピュータ（不図示）により事前に求められて上位コンピュータもしくは記憶部２９に記憶されていて、判定部２３ｂは、上位コンピュータもしくは記憶部２９から最大加速度Ａ_maxを取得するように構成されていてもよい。
但し、実際に加速で使えるモータ推力またはモータトルクは摩擦によって減少するので、リニアモータの最大推力または回転モータの最大トルクから摩擦分を引いて得られた値を式（４）または式（５）の分子の値として最大加速度Ａ_maxを求めてもよい。

さらに、前述の最大加加速度Ｊ_maxは、リニアモータもしくは回転モータにより移動させられる移動物が許容できるショック（ジャーク）であり、最大加加速度Ｊ_maxは、判定部２３ｂにおいて最大加速度Ａ_maxを一回微分することで求められる。あるいは、最大加加速度Ｊ_maxは実験や計算等により事前に求められて記憶部２９に記憶されていて、判定部２３ｂが、記憶部２９から最大加加速度Ｊ_maxを取得してもよい。

続いて、ステップＳ２５において、判定部２３ｂは、上記の式（２）により計算された最大揺動加速度Ａ_oが、上記の式（４）または式（５）により求まる最大加速度Ａ_maxよりも小さいか否かを判定する（最大揺動加速度Ａ_o＜最大加速度Ａ_max）。
その結果、最大揺動加速度Ａ_oが最大加速度Ａ_max以上である場合には、判定部２３ｂは、ステップＳ２２に戻って上記の正の非整数（Ｉ）を別の値に修正して揺動周波数ｆを推定しなおし、上記ステップＳ２２〜ステップＳ２４の一連の処理を再び行う。一方、最大揺動加速度Ａ_oが最大加速度Ａ_maxよりも小さい場合には、判定部２３ｂは、次のステップＳ２６の処理を行う。

ステップＳ２６においては、判定部２３ｂは、上記の式（３）により計算された最大揺動加加速度Ｊ_oが、上記の最大加加速度Ｊ_maxよりも小さいか否かを判定する（最大揺動加加速度Ｊ_o＜最大加加速度Ｊ_max）。
その結果、最大揺動加加速度Ｊ_oが最大加加速度Ｊ_max以上である場合には、判定部２３ｂは、ステップＳ２２に戻って上記の正の非整数（Ｉ）を別の値に修正して揺動周波数ｆを推定しなおし、上記ステップＳ２２〜ステップＳ２５の一連の処理を再び行う。一方、最大揺動加加速度Ｊ_oが最大加加速度Ｊ_maxよりも小さい場合には、判定部２３ｂは、次のステップＳ２７の処理を行う。

さらに、判定部２３ｂは、推定部２３ａにより推定された揺動周波数ｆが前述のサーボ制御条件を満たすか否かを判定する。制御周波数ｆ_c ／揺動周波数ｆ ≧ 定数 といったサーボ制御条件が記憶部２９に記憶されている。例えば１ｋＨｚの制御周波数に対して揺動周波数を１００ｋＨｚとした場合、１揺動周期（Ｔ_O）で生成できる指令値の数は１０点となる。しかし、揺動切削に学習制御を適用する場合に指令値の数を２０点以上にしないと効果的な制御を行えないという場合がある。このような場合を考慮して前述のサーボ制御条件が定められている。しかし、これは一例であって、本発明に用いられるサーボ制御条件は学習制御を考慮したサーボ制御条件に限られない。
判定部２３ｂは、このようなサーボ制御条件に基づき、推定部２３ａが推定した揺動指令を確認する。

具体的には、ステップＳ２７において、判定部２３ｂは、予め定められる制御周波数ｆ_cを推定された揺動周波数ｆで除して得られる除算結果が所定の値以上であるか否かを判定する（制御周波数ｆ_c ／揺動周波数ｆ ≧ 定数（例えば２０））。
その結果、上記の除算結果が上記所定の値より小さい場合には、判定部２３ｂは、ステップＳ２２に戻って上記の正の非整数（Ｉ）を別の値に修正し、上記ステップＳ２２〜ステップＳ２６の一連の処理を再び行う。一方、上記の除算結果が上記所定の値以上である場合には、判定部２３ｂは、修正後の正の非整数（Ｉ）を使って計算した揺動周波数ｆを最適値と判断し、揺動指令作成部２３は、そのような揺動周波数ｆの最適値と推定された揺動振幅ｐとを用いて揺動指令を作成して（図７のステップＳ２８）、加算部２４に送信する。このとき、制御装置２０は、揺動周波数ｆが最適値である旨を制御装置２０外の表示装置やパーソナルコンピュータ等に通知してもよい。
なお、前述のステップＳ２２において正の非整数（Ｉ：揺動周波数倍率）を別の値に修正する際には、予め定められた初期値に対して一定数を増加するようにする。

次のステップＳ２９において、加算部２４は、減算部２５から出力された位置偏差に対して、判定部２３ｂから入力された揺動指令を加算する。このとき、位置偏差と揺動指令とは前述した所定の時間間隔で同期して加算部２４に入力されて足し合わせられる。加算部２４は、位置偏差に揺動指令を加算して得られた合成指令（位置指令値）を位置速度制御部３４に送信する。

位置速度制御部２９は、合成指令に基づいて速度指令を生成して電流制御部３５に供給する。電流制御部３５は、速度指令をトルク指令に変換して送り軸Ｍ１に供給する。このような指令に基づいて、送り軸Ｍ１が制御される。送り軸Ｍ１が回転すると、送り軸Ｍ１に搭載されたエンコーダ３２から送り軸Ｍ１の実位置が減算部２５にフィードバックされる。位置指令値と、合成指令による位置フィードバック値との差が無くなれば、送り軸Ｍ１の実位置が位置指令値に到達したことになる。

次いで、ステップＳ３０において、揺動切削終了の指令の有無が判断される。揺動切削終了の指令が出ていれば、ワークＷの加工は終了する。一方、揺動切削終了の指令が無い場合は、上述したステップＳ２８〜ステップＳ３０の一連の処理が繰返される。

以上に述べたように、本実施形態の制御装置２０によれば、揺動切削を行う工作機械１０において加工条件、機械動作条件、およびサーボ制御条件のうちの少なくとも一つが変更された場合でも、それらの条件に応じて最適な揺動周波数を自動的に決定して揺動指令を作成することができる。それにより、作業者の負担を軽減し、かつ、意図したとおりに切屑を細断化する揺動切削を実現することができる。

以上では典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなしに、上述の実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

また、本開示の少なくとも一つの課題を解決するために、以下のような各種の態様とその効果を提供することができる。
本開示の第一態様は、ワーク（Ｗ）の外周面または内周面を工具（１１）により切削加工する工作機械（１０）において、前記ワーク（Ｗ）および前記工具（１１）を前記ワーク（Ｗ）の中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸（Ｍ０）と、前記ワーク（Ｗ）の前記外周面または前記内周面の母線に沿って前記工具（１１）および前記ワーク（Ｗ）を相対的に送る少なくとも一つの送り軸（Ｍ１；Ｍ２）とを備えた前記工作機械（１０）の制御装置（２０）であって、
前記ワーク（Ｗ）および前記工具（１１）の相対的な回転速度ならびに前記工具（１１）および前記ワーク（Ｗ）の相対的な送り速度に基づいて、前記少なくとも一つの送り軸（Ｍ１；Ｍ２）の位置指令を作成する位置指令作成部（２２）と、
前記位置指令に基づいて、前記少なくとも一つの送り軸（Ｍ１；Ｍ２）を制御する送り軸制御部（２６）と、
前記回転速度、前記送り速度、前記送り軸（Ｍ１；Ｍ２）により前記揺動を生じさせるときの機械動作条件、および前記制御装置（２０）のサーボ制御条件が記憶された記憶部（２９）と、
を備え、
前記送り軸制御部（２６）は、前記回転速度に対して正の非整数倍の揺動周波数になるように且つ前記工具（１１）が前記ワーク（Ｗ）を断続切削するように、前記少なくとも一つの送り軸（Ｍ１；Ｍ２）の揺動指令を作成する揺動指令作成部（２３）を具備し、かつ、前記位置指令と前記少なくとも一つの送り軸（Ｍ１；Ｍ２）の実位置との差である位置偏差に前記揺動指令を加算して得られる合成指令に基づいて、前記少なくとも一つの送り軸（Ｍ１；Ｍ２）を制御するように構成され、
前記揺動指令作成部（２３）は、前記回転速度と前記位置指令とに基づいて前記揺動指令の揺動振幅および揺動周波数を推定する推定部（２３ａ）と、前記機械動作条件と前記サーボ制御条件とに基づいて前記揺動周波数が最適値であるか否かを判定する判定部（２３ｂ）と、を有し、前記判定部（２３ｂ）により前記揺動周波数が最適値であると判定された場合に、該揺動周波数の最適値と前記揺動振幅とに基づいて前記揺動指令を作成する、制御装置（２０）でありうる。
本開示の第二態様は、上記第一態様の制御装置（２０）であって、
前記推定部（２３ａ）は、前記回転速度と前記位置指令とに基づいて前記揺動振幅を推定するとともに、前記回転速度に任意の正の非整数を乗じて得られる値を前記揺動周波数と推定し、
前記判定部（２３ｂ）は、
前記推定した揺動振幅および前記推定した揺動周波数に基づいて最大揺動加速度および最大揺動加加速度を計算し、該最大揺動加速度および該最大揺動加加速度が前記機械動作条件を満たし、かつ、前記推定した揺動周波数が前記サーボ制御条件を満たすか否かを判定し、該判定の結果、前記機械動作条件と前記サーボ制御条件のいずれか一方を満たしていない場合には、前記推定部（２３ａ）によって前記正の非整数を別の値に修正して再度前記揺動周波数を推定したうえで前記判定を行うようにし、一方で、前記機械動作条件と前記サーボ制御条件の両方を満たしている場合には、前記推定した揺動周波数を前記揺動周波数の最適値とするようになされた、制御装置（２０）でありうる。
本開示の第三態様は、上記第第二態様の制御装置（２０）であって、
前記機械動作条件は、前記送り軸（Ｍ１；Ｍ２）がリニアモータを備える場合には該リニアモータの最大推力と前記リニアモータにより移動される移動物の重量とから求まる最大加速度よりも前記最大揺動加速度が小さいこと、あるいは前記送り軸（Ｍ１：Ｍ２）が回転モータを備える場合には該回転モータの最大トルクと前記回転モータより移動される移動物のイナーシャとから求まる最大加速度よりも前記最大揺動加速度が小さいことと、各前記移動物が許容する最大加加速度よりも前記最大揺動加加速度が小さいこととを条件とし、
前記サーボ制御条件は、前記送り軸制御部（２６）に予め定められる制御周波数を前記推定した揺動周波数で除して得られる値が所定の値以上であることを条件とする、制御装置（２０）でありうる。
本開示の第四態様は、上記第一態様から第三態様のいずれかの制御装置（２０）であって、
前記推定部（２３ａ）は、前記回転速度と前記位置指令とに基づいて、前記工具（１１）または前記ワーク（Ｗ）の一方の一回転当たりにおける他方の移動量を計算し、該移動量に所定の定数を乗じて得られた値を前記揺動振幅とする、制御装置（２０）でありうる。
以上のような第一態様から第四態様によれば、揺動切削を行う工作機械において、工具およびワークを相対的に揺動させる周期的な揺動指令を生成する際に、加工条件、機械動作条件、およびサーボ制御条件に応じて揺動指令の揺動周波数の最適値を自動的に求めることができる。
本開示の第五態様は、上記第一態様から第四態様のいずれかの制御装置（２０）であって、
前記揺動指令作成部（２３）は、余弦波の基準軸線に対して揺動振幅がオフセット値として減じられた前記揺動指令を作成する、制御装置（２０）でありうる。
上記第五態様によれば、位置指令に対して揺動指令が加算された後の指令値に基づく工具の位置を、工具の加工送り方向の目標位置である位置指令を上限として制御することができる。
本開示の第六態様は、上記第一態様から第五態様のいずれかの制御装置（２０）であって、
前記揺動指令作成部（２３）は、前記回転速度に基づいて、前記ワークまたは前記工具が一回転する毎に半周期ずつズレるように前記揺動指令の揺動周波数を作成すると共に、前記位置指令に基づいて前記揺動指令の揺動振幅を作成する、制御装置（２０）でありうる。
上記第六態様によれば、揺動指令の揺動周波数がワークまたは工具が一回転する毎に半周期ずつズレるので、揺動振幅を最小にできる。その結果、断続切削を効率的に実施することができる。
本開示の第七態様は、上記第一態様から第六態様のいずれかの制御装置（２０）であって、
前記揺動指令作成部（２３）は、前記少なくとも一つの送り軸（Ｍ１；Ｍ２）のトルクが所定値を越えないように、前記揺動指令の揺動周波数および揺動振幅を作成する、制御装置（２０）でありうる。
上記第七態様によれば、揺動指令が加算された後の位置指令に基づいて送り軸を例えば回転モータにより駆動する際に、回転モータのトルクが飽和するのを避けられる。
本開示の第八態様は、上記第一態様から第七態様のいずれかの制御装置（２０）であって、
前記揺動指令作成部（２３）は、前記工具（１１）が前記ワーク（Ｗ）を加工することにより生じる切屑の所望長さに基づいて前記揺動指令の揺動周波数および揺動振幅を作成する、制御装置（２０）でありうる。
上記第八態様によれば、短い切屑が要求される場合にはワークが傷付くのを避けられ、長い切屑が要求される場合にはトルクを抑えて工具へかかる負荷を低減することができる。

１ 加工システム
１０ 工作機械
１１ 工具
２０ 制御装置
２２ 位置指令作成部
２３ 揺動指令作成部
２３ａ 揺動指令推定部
２３ｂ 判定部
２４ 加算部
２６ 制御部
２９ 記憶部
３２ エンコーダ
３３ 偏差カウンタ
３４ 位置速度制御部
３５ 電流制御部
Ｍ０ 主軸
Ｍ１、Ｍ２ 送り軸
Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２ トルク検出器
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. ワークの外周面または内周面を工具により切削加工する工作機械において、前記ワークおよび前記工具を前記ワークの中心軸線まわりに相対的に回転させる主軸と、前記ワークの前記外周面または前記内周面の母線に沿って前記工具および前記ワークを相対的に送る少なくとも一つの送り軸と、該少なくとも一つの送り軸の実位置を検出する位置検出器とを備えた前記工作機械を制御する制御装置であって、
   前記工具および前記ワークの相対的な送り速度に基づいて、前記少なくとも一つの送り軸の位置指令を作成する位置指令作成部と、
   前記位置指令により前記少なくとも一つの送り軸を制御する送り軸制御部と、
   前記回転速度、前記送り速度、前記送り軸により前記揺動を生じさせるときの機械動作条件、および前記制御装置のサーボ制御条件が記憶された記憶部と、
   を備え、
   前記機械動作条件は、前記工具および前記ワークを相対的に揺動させるための揺動指令の揺動振幅および揺動周波数から求まる最大揺動加速度および最大揺動加加速度が、それぞれ、実際に移動する移動物の最大加速度および最大加加速度より小さいことを条件としており、
   前記サーボ制御条件は、前記送り軸に対して指令を与えるときの所定の制御周期から求まる制御周波数を前記揺動指令の揺動周波数で除して得られる値が所定の値以上であることを条件としており、
   前記送り軸制御部は、前記主軸一回転当たりの前記工具の揺動回数が正の非整数倍になるように且つ前記工具が前記ワークを断続切削するように、前記少なくとも一つの送り軸の揺動指令を作成する揺動指令作成部を具備し、かつ、前記位置指令と前記位置検出器により検出された前記少なくとも一つの送り軸の実位置との差である位置偏差に前記揺動指令を加算して得られる合成指令に基づいて、前記少なくとも一つの送り軸を制御するように構成され、
   前記揺動指令作成部は、前記回転速度と前記位置指令とに基づいて前記揺動指令の揺動振幅および揺動周波数を推定する推定部と、前記機械動作条件と前記サーボ制御条件とを満たすか否かを判定する判定部と、を有し、前記判定部により前記機械動作条件と前記サーボ制御条件とを満たすと判定された場合に、前記揺動周波数と前記揺動振幅とに基づいて前記揺動指令を作成する、制御装置。
2. 前記推定部は、前記回転速度と前記位置指令とに基づいて前記揺動振幅を推定するとともに、前記回転速度に任意の正の非整数を乗じて得られる値を前記揺動周波数と推定し、
   前記判定部は、
   前記推定した揺動振幅および前記推定した揺動周波数に基づいて最大揺動加速度および最大揺動加加速度を計算し、該最大揺動加速度および該最大揺動加加速度が前記機械動作条件を満たし、かつ、前記推定した揺動周波数が前記サーボ制御条件を満たすか否かを判定し、該判定の結果、前記機械動作条件と前記サーボ制御条件のいずれか一方を満たしていない場合には、前記推定部によって前記正の非整数を別の値に修正して再度前記揺動周波数を推定したうえで前記判定を行うようにし、一方で、前記機械動作条件と前記サーボ制御条件の両方を満たしている場合には、前記推定した揺動周波数を前記揺動周波数の最適値とするようになされた、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記判定部は、前記推定部によりも推定された揺動振幅および揺動周波数に基づいて最大揺動加速度および最大揺動加加速度を計算し、該最大揺動加速度および該最大揺動加加速度が前記機械動作条件を満たし、かつ、推定された揺動周波数が前記サーボ制御条件を満たすか否かを判定し、
   前記判定部により前記機械動作条件および前記サーボ条件が満たされたと判定された場合には、前記揺動指令作成部は、前記揺動周波数と前記揺動振幅とに基づいて前記揺動指令を作成する、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記推定部は、前記回転速度と前記位置指令とに基づいて、前記工具または前記ワークの一方の一回転当たりにおける他方の移動量を計算し、該移動量に所定の定数を乗じて得られた値を前記揺動振幅とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 前記揺動指令作成部は、余弦波の基準軸線に対して前記揺動振幅がオフセット値として減じられた前記揺動指令を作成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記揺動指令作成部は、前記回転速度に基づいて、前記ワークまたは前記工具が一回転する毎に半周期ずつズレるように前記揺動指令の揺動周波数を作成すると共に、前記位置指令に基づいて前記揺動指令の揺動振幅を作成する、請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記揺動指令作成部は、前記少なくとも一つの送り軸のトルクが所定値を越えないように、前記揺動指令の揺動周波数および揺動振幅を作成する、請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 前記揺動指令作成部は、前記工具が前記ワークを加工することにより生じる切屑の所望長さに基づいて前記揺動指令の揺動周波数および揺動振幅を作成する、請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。

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