JP7278507B1 - 数値制御装置、数値制御工作機械、加工プログラム生成装置および加工プログラム生成方法 - Google Patents

Abstract

数値制御装置（１ａ)は、複数の軸の各々の方向である各軸方向における機械構造の運動に伴う機械構造の変形を模擬するモデルであって、機械構造の変形による各軸方向における工具の変位量である誤差量を表す機械モデルを保持するモデル保持部（１３）と、駆動機構の駆動についてのデータである軸データと機械モデルとに基づいて、各軸方向のうち工具の変位を生じる方向である誤差方向と誤差方向における誤差量とを推定し、推定された誤差方向と推定された誤差量とを示す加工誤差情報を出力する加工誤差推定部（１２）と、補正の対象とする１つ以上の軸を加工誤差情報に基づいて選択して、選択された軸についての駆動機構へ出力される指令の補正に使用される補正量を演算する補正量演算部（１４ａ）と、を備える。

Description

本開示は、数値制御工作機械を制御する数値制御装置、数値制御工作機械、加工プログラム生成装置および加工プログラム生成方法に関する。

工作機械は、加工プログラムに従って軸を駆動し、所望の形状を得るための加工を行う機械装置である。除去加工を行う工作機械は、材料の不要な部分を除去することによって、材料を目的の形状へ加工する。材料の除去には、ドリル、フライスカッタ、エンドミル、研削砥石、旋削バイト、放電ワイヤ、または放電電極といった種々の工具、あるいはレーザ光が用いられる。このような工作機械は、軸に取り付けられたモータおよび検出器を用いて、加工プログラムにおいて指定される軌跡に工具の軌跡を一致させるフィードバック制御を行う。

加工時における工具の軌跡が、加工プログラムにおいて指定される軌跡とは異なる場合、加工誤差が生じる。指令に従って軸が駆動されても工作機械の機械構造が弾性変形することにより、加工面へ工具が食い込んで材料を除去し過ぎることによる加工誤差、または、加工面から工具が浮き上がって材料を取り残すことによる加工誤差が生じることがある。機械構造の弾性変形は、軸の加減速に伴う慣性力により生じ得る。このような加工誤差の発生により、目視可能な加工痕が加工品の表面に生じ、加工品の外観検査において加工不良と判定される場合がある。検出器の取付位置によってはこのような加工誤差を検出できないことから、通常のフィードバック制御では加工誤差を低減できない場合がある。このような問題に対し、軸の加速度に基づいて加工誤差を予測して、指令を補正する技術が提案されている。

特許文献１には、軸の駆動による機械構造の運動方向とは異なる方向の加工誤差が生じる場合において、駆動する軸の加速度にゲインを乗じた補正量を求め、補正対象である軸の位置指令を補正量に基づいて補正するモータ制御装置が開示されている。

特開２０１６－５１３９８号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、加工誤差が生じる方向と機械構造の運動方向とが一致しない場合がある。この場合、モータ制御装置は、加工誤差を低減させる補正を行うことが困難となる。このように、上記特許文献１の技術では、機械構造の変形に起因する加工誤差の低減が困難となる場合があるという課題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、機械構造の変形に起因する加工誤差の低減を可能とする数値制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる数値制御装置は、複数の軸の各々について設けられている駆動機構と駆動機構から伝達される動力により運動する機械構造とを有し、機械構造に取り付けられる工具を用いて工作物を加工する数値制御工作機械を制御する数値制御装置である。本開示にかかる数値制御装置は、複数の軸の各々の方向である各軸方向における機械構造の運動に伴う機械構造の変形を模擬するモデルであって、機械構造の変形による各軸方向における工具の変位量である誤差量を表す機械モデルを保持するモデル保持部と、駆動機構の駆動についてのデータである軸データと機械モデルとに基づいて、各軸方向のうち機械構造の運動の方向とは異なる方向であって、工具の変位を生じる方向である誤差方向と誤差方向における誤差量とを推定し、推定された誤差方向と推定された誤差量とを示す加工誤差情報を出力する加工誤差推定部と、補正の対象とする１つ以上の軸を加工誤差情報に基づいて選択して、選択された軸についての駆動機構へ出力される指令の補正に使用される補正量を演算する補正量演算部と、を備える。機械モデルは、各軸方向のうち機械構造の運動の方向とは異なる方向のいずれかにおける誤差量がゼロではない機械モデルである。

本開示にかかる数値制御装置は、機械構造の変形に起因する加工誤差を低減できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる数値制御工作機械の構成例を示す図 実施の形態１にかかる数値制御工作機械を構成する軸駆動部であるＸ軸駆動部の構成を説明するための模式図 実施の形態１における加工誤差発生のメカニズムの一例について説明するための図 実施の形態１における機械構造の変形と加工誤差との関係の第１の例について説明するための図 実施の形態１における機械構造の変形と加工誤差との関係の第２の例について説明するための図 実施の形態１にかかる数値制御工作機械が有する数値制御装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかる数値制御工作機械による加工の例について説明するための図 図６に示す数値制御装置が有する加工誤差推定部による加工誤差の計算例について説明するための図 図６に示す数値制御装置が有する補正量演算部の構成例を示す図 実施の形態１にかかる数値制御工作機械が有する数値制御装置の動作手順を示すフローチャート 実施の形態２にかかる数値制御装置の補正量演算部が有する補正量計算部の構成例を示す図 図１１に示す補正量計算部による補正量の計算例について説明するための図 実施の形態３にかかる数値制御装置が有する補正量演算部の構成例を示す図 実施の形態３にかかる数値制御工作機械による加工の例について説明するための図 図１３に示す補正量演算部が有する補正量計算部の構成例を示す図 図１５に示す補正量計算部による補正量の計算例について説明するための図 実施の形態４にかかる数値制御工作機械の構成例を示す図 実施の形態４にかかる数値制御工作機械が有する数値制御装置による加工誤差の計算例について説明するための図 実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置の構成例を示す図 実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置の動作手順を示すフローチャート 実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置によって生成される加工プログラムの第１の例について説明するための図 実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置の加工プログラム補正部による加工プログラムの補正について説明するための図 実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置によって生成される加工プログラムの第２の例について説明するための図 実施の形態６にかかる数値制御装置の構成例を示す図 実施の形態６にかかる数値制御装置が有する機械学習装置の構成例を示す図 実施の形態１から６にかかる制御回路の構成例を示す図 実施の形態１から６にかかる専用のハードウェア回路の構成例を示す図

以下に、数値制御装置、数値制御工作機械、加工プログラム生成装置および加工プログラム生成方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる数値制御工作機械９９ａの構成例を示す図である。数値制御工作機械９９ａは、加工プログラムに従って軸を駆動する工作機械である。数値制御工作機械９９ａは、５軸制御マシニングセンタである。数値制御工作機械９９ａは、Ｘ軸駆動部９３Ｘと、Ｖ軸駆動部９３Ｖと、Ｙ軸駆動部９３Ｙと、Ｚ軸駆動部９３Ｚと、Ｂ軸駆動部９３Ｂと、Ｃ軸駆動部９３Ｃと、主軸８３とを備える。Ｘ軸駆動部９３ＸおよびＶ軸駆動部９３Ｖは、Ｘ方向にＹ軸駆動部９３Ｙを駆動する。Ｙ軸駆動部９３Ｙは、Ｙ方向にＺ軸駆動部９３Ｚを駆動する。Ｚ軸駆動部９３Ｚは、Ｚ方向に主軸８３を駆動する。主軸８３は、工具７６を回転させる。加工対象である工作物７８は、ワークテーブル７７に設置される。Ｃ軸駆動部９３Ｃは、ワークテーブル７７をＺ軸周りに回転させる。Ｂ軸駆動部９３Ｂは、Ｃ軸駆動部９３ＣをＹ軸周りに回転させる。

数値制御工作機械９９ａは、Ｘ軸駆動部９３Ｘ、Ｖ軸駆動部９３Ｖ、Ｙ軸駆動部９３ＹおよびＺ軸駆動部９３Ｚによって主軸８３を移動させ、かつ、Ｂ軸駆動部９３ＢおよびＣ軸駆動部９３Ｃによって工作物７８の姿勢を変化させることによって、工具７６と工作物７８とを相対的に動かす。数値制御工作機械９９ａは、工具７６と工作物７８とを相対的に動かしながら工具７６を回転させて、工作物７８の表面を切削する。数値制御工作機械９９ａは、工作物７８から不要な部分を除去することによって、工作物７８を目的の形状へ加工する。

数値制御工作機械９９ａが行う作業は、加工プログラムに従って各軸を駆動し、切削加工によって工作物７８の加工形状を実現することである。工作物７８の加工形状が定められた基準を達成するかどうか、具体的には、予め設計されたとおりの形状精度および面精度を達成するかどうかで、数値制御工作機械９９ａによる加工の成否が判定される。

Ｘ軸駆動部９３Ｘ、Ｖ軸駆動部９３Ｖ、Ｙ軸駆動部９３ＹおよびＺ軸駆動部９３Ｚの各々は、被駆動部を直進運動させる。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＶ軸の各々は、直進軸である。Ｘ軸駆動部９３Ｘ、Ｖ軸駆動部９３Ｖ、Ｙ軸駆動部９３ＹおよびＺ軸駆動部９３Ｚの各々では、アクチュエータであるモータ７１の回転運動が送りねじ７３によって各直進軸の駆動方向への直進運動に変換される。Ｂ軸駆動部９３ＢおよびＣ軸駆動部９３Ｃの各々は、被駆動部を回転させる。Ｂ軸およびＣ軸の各々は、回転軸である。Ｂ軸駆動部９３ＢおよびＣ軸駆動部９３Ｃの各々では、モータ７１の回転運動を、ギアといった減速機を用いて被駆動部へ伝達する。Ｘ軸駆動部９３Ｘ、Ｖ軸駆動部９３Ｖ、Ｙ軸駆動部９３ＹおよびＺ軸駆動部９３Ｚの各々では、直進運動させる被駆動部を直進案内機構７２により支持する。Ｂ軸駆動部９３ＢおよびＣ軸駆動部９３Ｃの各々では、回転運動させる被駆動部を軸受により支持する。

数値制御工作機械９９ａでは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＶ軸である直進軸によって、ＸＹＺの３次元空間内における工具７６の運動、すなわち３自由度の工具７６の運動が実現される。数値制御工作機械９９ａでは、Ｂ軸およびＣ軸である回転軸によって、２自由度の工作物７８の運動が実現される。数値制御工作機械９９ａでは、その結果、合計で５自由度の運動が実現される。

次に、数値制御工作機械９９ａを構成する駆動部であるＸ軸駆動部９３Ｘ、Ｖ軸駆動部９３Ｖ、Ｙ軸駆動部９３Ｙ、Ｚ軸駆動部９３Ｚ、Ｂ軸駆動部９３ＢおよびＣ軸駆動部９３Ｃについて説明する。ここでは、Ｘ軸駆動部９３Ｘを例として、駆動部の構成を説明する。Ｖ軸駆動部９３Ｖ、Ｙ軸駆動部９３ＹおよびＺ軸駆動部９３Ｚの各構成は、Ｘ軸駆動部９３Ｘと同様である。Ｂ軸駆動部９３ＢおよびＣ軸駆動部９３Ｃの各構成は、直進運動と回転運動との違いがある点以外は、Ｘ軸駆動部９３Ｘと同様である。

図２は、実施の形態１にかかる数値制御工作機械９９ａを構成する軸駆動部であるＸ軸駆動部９３Ｘの構成を説明するための模式図である。図２に示すように、数値制御工作機械９９ａは、数値制御工作機械９９ａを制御する数値制御装置１ａと、サーボ制御部６と、機械装置部９６とを有する。機械装置部９６は、駆動機構９７と機械構造９８とを有する。図２に示すサーボ制御部６と図２に示す駆動機構９７とは、Ｘ軸駆動部９３Ｘを構成する。機械構造９８は、Ｘ軸駆動部９３Ｘにより駆動される被駆動部である。機械構造９８は、駆動機構９７から伝達される動力により運動する。数値制御工作機械９９ａは、機械構造９８に取り付けられる工具７６を用いて工作物７８を加工する。

駆動機構９７は、Ｘ軸のモータ７１の回転運動を直進運動に変換する役割と、かかる変換のための構成を支持する役割とを担う。Ｘ軸駆動部９３Ｘにおいて、モータ７１の回転運動は、カップリング７４を介して送りねじ７３に伝達され、ナット８０および減速機７９を介して直進運動に変換される。送りねじ７３の直進運動は、支持軸受７５ａ，７５ｂにより拘束される。ナット８０の直進運動によって、Ｘ軸を支持する支持体９０とともに工具７６がＸ方向に駆動する。支持体９０は、工具７６とナット８０との間に介在するＺ軸と支持のための構成とを総称したものとする。駆動機構９７は、複数の軸の各々について設けられている。

Ｖ軸駆動部９３Ｖ、Ｙ軸駆動部９３Ｙ、およびＺ軸駆動部９３Ｚの各軸駆動部は、Ｘ軸駆動部９３Ｘと同様の構成を備える。なお、機械構造９８の範囲は軸によって異なる。例えば、Ｚ軸の駆動機構９７は、Ｘ軸から見るとＸ軸のモータ７１の運動を変換する役割がないため、Ｘ軸の機械構造９８に含まれる。Ｂ軸駆動部９３ＢおよびＣ軸駆動部９３Ｃの各軸駆動部は、送りねじ７３の代わりに、回転運動を減速させるウォームギア機構を有する。また、Ｂ軸駆動部９３ＢおよびＣ軸駆動部９３Ｃの各々は、直進案内機構７２の代わりに、回転運動する被駆動部を支持する軸受を有する。

数値制御装置１ａは、機械装置部９６を制御する。数値制御装置１ａは、Ｘ軸の位置指令Ｘｃをサーボ制御部６へ出力する。位置指令Ｘｃは、加工プログラムに従って数値制御装置１ａにより演算された位置を示すものであって、所望の制御状態における被駆動部の位置を示す。位置フィードバックＸｄは、モータ７１に取り付けられた回転角検出器８２により検出されたモータ７１の回転角度に送りねじ７３のねじピッチを乗じることによって得られる位置データである。位置フィードバックＸｄは、サーボ制御部６を経て数値制御装置１ａへ入力される。数値制御装置１ａは、位置フィードバックＸｄと位置指令Ｘｃとの誤差が小さくなるように駆動機構９７のフィードバック制御を行う。サーボ制御部６は、位置指令Ｘｃに応じたモータ電流Ｉｘをモータ７１へ出力することにより、駆動機構９７を駆動する。駆動機構９７には、制御対象である工具７６を含む機械構造９８が接続されている。

サーボ制御部６は、位置指令Ｘｃに位置フィードバックＸｄを一致させるフィードバック制御を行う。ただし、フィードバック制御が行われても、加工中に工具７６の先端位置と工作物７８の加工点との間に誤差が生じ、工作物７８において材料の削り残しまたは削り過ぎなどが生じることによって、加工誤差が発生する場合がある。

次に、数値制御工作機械９９ａにおける加工誤差発生のメカニズムについて説明する。ここでは、Ｂ軸駆動部９３Ｂの回転角が０度、かつ、Ｃ軸駆動部９３Ｃの回転角が０度であって、工作物７８が水平に取り付けられている場合を例とする。

図３は、実施の形態１における加工誤差発生のメカニズムの一例について説明するための図である。図３では、Ｘ軸駆動部９３Ｘの運動による支持体９０の変形に起因する加工誤差であって、フィードバック制御では対応できない加工誤差について示す。図３では、変形を生じていない理想状態における機械構造９８を破線により示す。

Ｘ軸駆動部９３Ｘが加減速を行う場合、モータ７１の駆動力が送りねじ７３を介して支持体９０に伝達される。支持体９０の剛性が十分でない場合は、モータ７１の駆動力が支持体９０に伝達されることによって、支持体９０が変形する。この変形によって、工具７６はＺ方向に変位する。Ｘ軸駆動部９３Ｘの回転角検出器８２は、Ｘ方向に生じるＸ軸駆動部９３Ｘの誤差を検出することができる一方、Ｚ方向に生じる誤差を検出できない。また、この変形はＺ軸駆動部９３Ｚの外部で生じるため、Ｚ軸駆動部９３Ｚの回転角検出器８２でも検出できない。

結果として、かかる支持体９０の変形はいずれの軸の回転角検出器８２でも検出されないため、かかる変形に対してフィードバック制御は機能しない。支持体９０の変形によって工具７６が工作物７８に食い込み、加工誤差が発生する。工具７６は回転運動をしているため、工作物７８と干渉したときに工作物７８の表面から円形に材料を削り取る。加工誤差の発生によって、円形の加工痕である加工誤差形状が生じる。加工誤差形状とは、加工誤差によって加工面に生じる形状とする。

図４は、実施の形態１における機械構造９８の変形と加工誤差との関係の第１の例について説明するための図である。図４では、ストレートエンドミルと呼ばれる円筒形の工具７６を用いて、Ｘ方向に主軸８３が移動しながら加工を行う場合の例を示す。工具７６の運動方向２１は、Ｘ方向である。図４に示す加工誤差形状２０は、図４に示す減速位置においてＸ軸駆動部９３Ｘを減速させたときに生じる加工誤差形状の例である。図４には、加工誤差形状２０をＺ方向から見たときにおける加工誤差形状２０のＸＹ平面形状と、加工誤差形状２０をＡ－Ａ’線で切断した場合における加工誤差形状２０のＸＺ断面とを示す。また、図４では、参考として、Ｘ方向に主軸８３を移動させている際における機械構造９８の形状変化を模式的に示す。

減速位置では、Ｘ軸駆動部９３Ｘの減速に伴う慣性力によって、運動方向２１の後方へ傾くように機械構造９８が変形する。機械構造９８の変形により、工具７６が工作物７８に沈み込む。工作物７８に工具７６が沈み込むことによって、工作物７８の表面が必要以上に削り取られる。このため、Ｘ軸駆動部９３Ｘが減速した位置には、周囲よりも窪んだ加工誤差形状２０が形成される。加工誤差形状２０のＸＹ平面形状は、工具７６の外径と同じ直径の円形である。

図５は、実施の形態１における機械構造９８の変形と加工誤差との関係の第２の例について説明するための図である。図５でも、図４と同様に、ストレートエンドミルである工具７６を用いて、Ｘ方向に主軸８３が移動しながら加工を行う場合の例を示す。工具７６の運動方向２１は、Ｘ方向である。図５に示す加工誤差形状２０は、図５に示す加速位置においてＸ軸駆動部９３Ｘを加速させたときに生じる加工誤差形状の例である。図５には、加工誤差形状２０をＺ方向から見たときにおける加工誤差形状２０のＸＹ平面形状と、加工誤差形状２０をＡ－Ａ’線で切断した場合における加工誤差形状２０のＸＺ断面とを示す。また、図５では、参考として、Ｘ方向に主軸８３を移動させている際における機械構造９８の姿勢の変化を模式的に示す。

加速位置では、Ｘ軸駆動部９３Ｘの加速に伴う慣性力によって、運動方向２１の前方へ傾くように機械構造９８が変形する。機械構造９８の変形により、工具７６が工作物７８から浮き上がる。工作物７８から工具７６が浮き上がることによって、工作物７８の表面が削り残される。このため、Ｘ軸駆動部９３Ｘが加速した位置には、周囲よりも突出した加工誤差形状２０が形成される。加工誤差形状２０のＸＹ平面形状は、工具７６の外径と同じ直径の円形である。

なお、図３から図５では、加工誤差発生のメカニズムを分かり易く説明するため機械構造９８の形状変化を強調して示した。実際の加工で生じる形状変化の大きさは、例えば、金属を加工する数値制御工作機械９９ａでは百マイクロメートル程度以下、高精度な数値制御工作機械９９ａであれば数マイクロメートル程度以下であって、加工誤差発生の瞬間における機械構造９８の姿勢変化を目視で確認することは難しい。しかしながら、金属の加工面の場合は、加工誤差が数マイクロメートル程度であっても光の反射や干渉の様子が変化するため、加工誤差は、人の目には目立つ加工面の特徴として感受される。そのため、たとえ寸法の精度が設計された公差内であっても人の目で見た加工面の品位が不十分と判断され加工不良とみなされることがある。加工面品位の不良が発生した場合、加工のやり直し、および、不良となった工作物７８の廃棄などが発生するため、好ましくない。このような加工面の外観を特徴づける加工誤差の例としては、機械構造９８の振動によって生じる縞模様、または、摩擦によって生じる象限突起に起因する筋状模様などが挙げられる。

図３から図５では、運動方向２１がＸ方向である場合における加減速によって生じる加工誤差の例を示した。運動方向２１がＹ方向である場合、または、運動方向２１がＺ方向である場合も、運動方向２１がＸ方向である場合と同様のメカニズムで、機械構造９８の変形による加工誤差が発生する。

図６は、実施の形態１にかかる数値制御工作機械９９ａが有する数値制御装置１ａの構成例を示す図である。図６には、数値制御装置１ａとサーボ制御部６とを示す。数値制御装置１ａには、コンピュータ支援製造（Computer Aided Manufacturing：ＣＡＭ）ソフトウェアまたは対話式プログラム作成装置等によって作成された加工プログラムが入力される。数値制御装置１ａは、加工プログラムを受け付ける加工プログラム入力部１０と、各軸の位置指令である指令値を生成する指令値生成部１１と、加工誤差を推定する加工誤差推定部１２と、機械モデルを保持するモデル保持部１３と、補正量を演算する補正量演算部１４ａと、各軸の位置指令である指令値を出力する指令値出力部１５とを備える。

加工プログラム入力部１０は、受け付けた加工プログラムを指令値生成部１１へ出力する。指令値生成部１１は、加工プログラムに基づいて、各軸の位置指令を計算する。指令値生成部１１は、加工誤差推定部１２と指令値出力部１５との各々へ各軸の位置指令を出力する。

機械モデルは、複数の軸の各々の方向である各軸方向における機械構造９８の運動に伴う機械構造９８の変形を模擬するモデルであって、機械構造９８の変形による各軸方向における工具７６の変位量である誤差量を表す。加工誤差推定部１２は、モデル保持部１３から機械モデルを読み出す。サーボ制御部６は、加工誤差推定部１２へ各軸の位置フィードバックを出力する。加工誤差推定部１２は、軸データと機械モデルとに基づいて、各軸方向のうち工具７６の変位を生じる方向である誤差方向と誤差方向における誤差量とを推定し、推定された誤差方向と推定された誤差量とを示す加工誤差情報を出力する。軸データは、駆動機構９７の駆動についてのデータである。軸データは、各軸の速度指令と、各軸の加速度指令と、各軸の駆動機構９７の状態量である速度または加速度と、のうちの１つ以上のデータである。加工誤差推定部１２は、補正量演算部１４ａへ加工誤差情報を出力する。

補正量演算部１４ａは、モデル保持部１３から機械モデルを読み出す。補正量演算部１４ａは、補正の対象とする１つ以上の軸を、加工誤差情報と機械モデルとに基づいて選択する。補正量演算部１４ａは、選択された軸についての駆動機構９７へ出力される指令の補正に使用される補正量を演算する。補正量演算部１４ａは、各軸の補正量の情報を指令値出力部１５へ出力する。指令値出力部１５は、補正量に基づいて各軸の位置指令を補正する。指令値出力部１５は、各軸の補正後の位置指令をサーボ制御部６へ出力する。

次に、数値制御工作機械９９ａによる加工の例と機械モデルの例とについて説明する。図７は、実施の形態１にかかる数値制御工作機械９９ａによる加工の例について説明するための図である。図７では、単純な直線方向の加工経路が加工プログラムに記述されている場合における加工の様子を模式的に表す。図７に示す破線矢印は、工具７６の先端部の軌跡を表す。図７には、Ｘ方向を表す実線矢印と、Ｚ方向を表す実線矢印とを示す。Ｚ方向を表す実線矢印が指す方向をプラスＺ方向、プラスＺ方向とは逆の方向をマイナスＺ方向と称する。Ｘ方向を表す実線矢印が指す方向をプラスＸ方向、プラスＸ方向とは逆の方向をマイナスＸ方向と称する。

数値制御工作機械９９ａは、プログラム開始位置である位置Ｐ１において、工具７６の回転を開始させる。数値制御工作機械９９ａは、Ｚ軸駆動部９３Ｚの駆動により、マイナスＺ方向へ工具７６を移動させる。これにより、数値制御工作機械９９ａは、工作物７８の上面である加工面へ工具７６を移動させる。数値制御工作機械９９ａは、加工面において、Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動によりプラスＸ方向へ工具７６を移動させる。プラスＸ方向へ工具７６を移動させる際、数値制御工作機械９９ａは、Ｘ軸駆動部９３Ｘを加速させた後、Ｘ軸駆動部９３Ｘを減速させる。

位置Ｐ２に工具７６が到達したときに、数値制御工作機械９９ａは、Ｘ軸駆動部９３Ｘを停止させる。数値制御工作機械９９ａは、Ｚ軸駆動部９３Ｚの駆動により、プラスＺ方向へ工具７６を移動させる。これにより、数値制御工作機械９９ａは、加工面から工具７６を引き離す。数値制御工作機械９９ａは、プログラム終了位置である位置Ｐ３において、工具７６の回転を停止し、工作物７８の加工を終了する。図７に示す加工の場合、Ｘ軸駆動部９３Ｘを減速させる位置において、機械構造９８の変形が生じる。

図８は、図６に示す数値制御装置１ａが有する加工誤差推定部１２による加工誤差の計算例について説明するための図である。図８には、図７に示す加工においてＸ軸駆動部９３Ｘの減速により加工誤差が生じる様子を模式的に示す。減速位置において、Ｘ軸駆動部９３Ｘの被駆動部である機械構造９８は、Ｘ軸駆動部９３Ｘの減速に伴う慣性力によって、運動方向の後方へ傾くように変形する。図８に示す矢印２３は、プラスＸ方向に機械構造９８が運動する際に機械構造９８にかかる慣性力の向きを表す。機械構造９８の変形により、工具７６が必要以上に工作物７８に食い込む。数値制御工作機械９９ａは、工作物７８に工具７６が食い込むことによって、工作物７８を削り過ぎる加工誤差を生じる。図８では、機械構造９８が変形を生じていない理想状態のときにおける工具７６を破線により示す。

直進軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々の方向である各軸方向への機械構造９８の変形量は、Ｘ軸の駆動機構９７の軸データを機械モデルへ代入することにより求まる。Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動によって生じる各軸方向の誤差量を計算する機械モデルは、次の式（１），（２）および（３）に示すように伝達関数により記述できる。

式（１），（２）および（３）は、Ｘ方向における機械構造９８の運動に伴う機械構造９８の変形を模擬する機械モデルである。式（１）に示すＥｒｒ_xx（ｓ）は、機械構造９８の変形によるＸ方向における工具７６の変位量、すなわち機械構造９８の変形によるＸ方向における誤差量を表す。式（２）に示すＥｒｒ_yx（ｓ）は、機械構造９８の変形によるＹ方向における工具７６の変位量、すなわち機械構造９８の変形によるＹ方向における誤差量を表す。式（３）に示すＥｒｒ_zx（ｓ）は、機械構造９８の変形によるＺ方向における工具７６の変位量、すなわち機械構造９８の変形によるＺ方向における誤差量を表す。ｓはラプラス演算子である。

Ｘ_rx（ｓ）の上部にドット記号「・」を付した項は、速度指令のラプラス変換を表す。速度指令は、位置指令の微分により表される。Ｘ_fx（ｓ）の上部にドット記号「・」を付した項は、速度フィードバックのラプラス変換を表す。速度フィードバックは、駆動機構９７の状態量である速度のデータである。速度フィードバックは、位置フィードバックの微分により表される。Ｋ_xx，Ｋ_xzは、機械構造９８の変形量を記述するための係数である。ω_x1，ω_x2は、機械構造９８の変形を記述するための周波数を表す。ζ_x1，ζ_x2は、機械構造９８の変形を記述するための減衰係数である。数値制御工作機械９９ａでは、Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動においてＹ方向の誤差量は生じない。このため、式（２）に示すように、Ｅｒｒ_yx（ｓ）は、Ｘ軸の駆動機構９７の軸データに関係なく「０」である。式（１）および（３）の各々には、Ｘ軸についての軸データである速度指令および速度フィードバックが変数として含まれる。

式（１），（２）および（３）に示す機械モデルにおいて、誤差量は、ラプラス変換により周波数領域で記述される。誤差量は、逆ラプラス変換といった既知の方法を用いて、時間領域に変換可能である。以下の説明では、加工誤差は、時間領域における工具７６の変位による現象を指すものとする。Ｅｒｒ_xxは、Ｘ方向へ機械構造９８が運動する際におけるＸ方向の誤差量を表す。Ｅｒｒ_yxは、Ｘ方向へ機械構造９８が運動する際におけるＹ方向の誤差量を表す。Ｅｒｒ_zxは、Ｘ方向へ機械構造９８が運動する際におけるＺ方向の誤差量を表す。図８に示す矢印２４は、Ｅｒｒ_xx，Ｅｒｒ_yxおよびＥｒｒ_zxの和である誤差量を表す。

なお、式（１），（２）および（３）に示す機械モデルは例である。機械モデルは、式（１），（２）および（３）に示すものに限られない。機械モデルは、伝達関数の代わりに状態空間モデルが用いられたものでも良い。機械モデルは、時間領域の関数により記述されたものでも良い。機械モデルには、速度指令の代わりに加速度指令が使用されても良く、速度フィードバックの代わりに加速度フィードバックが使用されても良い。加速度フィードバックは、駆動機構９７の状態量である加速度のデータである。また、機械モデルには、速度指令と速度フィードバックとの差の代わりに、加速度指令と加速度フィードバックとの差が使用されても良い。状態量である速度のデータには、数値制御工作機械９９ａが有する複数のサーボ制御部６の各々によって速度を検出した結果、または、複数のセンサの各々によって速度を検出した結果が使用されても良い。状態量である加速度のデータには、数値制御工作機械９９ａが有する複数のサーボ制御部６の各々によって加速度を検出した結果、または、複数のセンサの各々によって加速度を検出した結果が使用されても良い。

Ｋ_xx，Ｋ_xzは、任意の実数である。ω_x1，ω_x2，ζ_x1，ζ_x2は、任意の正の実数である。誤差量は、任意の正の実数である。式（１），（３）では、単一の機械構造９８の変形量を記述するための周波数として、各軸方向において共通の周波数ω_x1，ω_x2を使用する。式（１），（３）では、単一の機械構造９８の変形量を記述するための減衰係数として、各軸方向において共通の減衰係数ζ_x1，ζ_x2を使用する。機械モデルには、軸方向ごとに異なる周波数が使用されても良く、軸方向ごとに異なる減衰係数が使用されても良い。

Ｅｒｒ_xx，Ｅｒｒ_yxおよびＥｒｒ_zxの各々は、理想的な工具位置に対してプラスＸ方向へ工具７６が変位する加工誤差が生じる場合に正の値を取る。Ｅｒｒ_xx，Ｅｒｒ_yxおよびＥｒｒ_zxの各々は、理想的な工具位置に対してマイナスＸ方向へ工具７６が変位する加工誤差が生じる場合に負の値を取る。例えば、Ｅｒｒ_zxが正の値を取る場合、工具７６は、工作物７８から浮き上がる。Ｅｒｒ_zxが負の値を取る場合、工具７６は、工作物７８へ沈み込む。

式（１）および（３）には、Ｘ軸についての軸データを変数として含む機械モデルの例を示した。機械モデルとしては、Ｘ軸以外の軸であるＹ軸、Ｚ軸、Ｂ軸またはＣ軸についての軸データを変数として含む機械モデルも設定される。Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸またはＣ軸についての軸データを変数として含む機械モデルにも、Ｘ軸についての軸データを変数として含む機械モデルと同様に、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各軸方向における誤差量を表す機械モデルが含まれる。すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸およびＣ軸の各々の方向である各軸方向における機械構造９８の運動に伴う機械構造９８の変形を模擬するモデルであって、機械構造９８の変形によるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各々における誤差量を表す機械モデルが、数値制御工作機械９９ａには設定される。設定された機械モデルは、モデル保持部１３に格納される。なお、数値制御工作機械９９ａには、誤差が顕著な軸方向の機械モデルのみが設定されても良い。数値制御工作機械９９ａには、直進軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々の方向における機械構造９８の運動についての誤差量を表す機械モデルのみが設定されても良い。

図９は、図６に示す数値制御装置１ａが有する補正量演算部１４ａの構成例を示す図である。加工誤差推定部１２は、工具７６の変位を生じる方向である誤差方向と誤差方向における誤差量とを示す加工誤差情報を補正量演算部１４ａへ出力する。補正量演算部１４ａは、モデル保持部１３から機械モデルを読み出す。補正量演算部１４ａは、補正の対象とする１つ以上の軸を選択する軸選択部３１ａと、補正量を計算する補正量計算部３２ａとを備える。

軸選択部３１ａは、加工誤差情報と機械モデルとに基づいて、補正の対象とする軸を選択する。例えば、図８に示すように加工誤差が生じる場合、誤差方向は、Ｘ方向およびＺ方向である。この場合、誤差方向であるＸ方向およびＺ方向と、誤差方向における誤差量であるＥｒｒ_xxおよびＥｒｒ_zxとを示す加工誤差情報が、軸選択部３１ａへ入力される。軸選択部３１ａは、機械モデルを基に、入力された加工誤差情報がＸ軸駆動部９３Ｘの駆動による加工誤差情報であることを認識する。

図８に示す例において、Ｅｒｒ_xxは、矢印２４により表される誤差量のうち、加工面に含まれる方向の誤差量成分である。Ｅｒｒ_zxは、矢印２４により表される誤差量のうち、加工面に垂直な方向の誤差量成分である。Ｅｒｒ_xxおよびＥｒｒ_zxのうちＥｒｒ_xxは、加工面に垂直な方向における削り過ぎ、または、加工面に垂直な方向における削り残しの要因にはならない。一定の半径の工具７６の使用により工具７６の半径以内の距離において加減速が行われた場合に、加工面に含まれる方向の誤差量成分による削り残しが生じたとしても、その削り残しの部分の前後を加工する際に、その削り残しの部分は削り取られることになる。このため、加工面に含まれる方向の誤差量成分による削り残しは、加工不良とはならない。また、加工面に含まれる方向の削り過ぎがあったとしても、加工誤差とはならない。一方、加工面に垂直な方向の誤差量成分による加工誤差は、加工面に垂直な方向における削り残し、または、加工面に垂直な方向における削り過ぎを生じさせ、加工不良となって残る。このことから、軸選択部３１ａは、加工誤差情報に示される誤差方向であるＸ方向およびＺ方向から、補正の対象とする軸としてＺ方向を選択する。

このように、軸選択部３１ａは、機械モデルと各軸方向の加工誤差情報とを基に、補正の対象とする軸を選択する。軸選択部３１ａは、選択された軸を示す軸情報を補正量計算部３２ａへ出力する。

補正量計算部３２ａには、加工誤差情報と軸情報とが入力される。補正量計算部３２ａは、軸情報に示される各軸についての補正量を、加工誤差情報に基づいて計算する。図８に示す例の場合、補正量計算部３２ａは、Ｚ方向を示す軸情報と加工誤差情報とに基づいて、Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動によるＺ方向の加工誤差を低減させる補正量を計算する。すなわち、補正量計算部３２ａは、Ｚ軸駆動部９３Ｚによる被駆動部の運動を補正するための補正量Ｚ_rcを計算する。例えば、補正量の計算例としては、Ｚ方向の誤差量成分であるＥｒｒ_zxとは逆の方向に被駆動部を動作させることによってＥｒｒ_zxを相殺させるために、－Ｅｒｒ_zxを補正量とすることが挙げられる。補正量計算部３２ａは、補正の対象に選択された軸について、加工誤差推定部１２で推定された誤差量を打ち消し得る補正量を計算する。

補正量の演算処理による遅延、通信による遅延、または、Ｚ軸駆動部９３Ｚのサーボ制御部６の応答遅れなどによって、補正が遅延する場合がある。あるいは、誤差量を相殺可能な補正量とは異なる補正量が計算される場合がある。Ｚ軸駆動部９３Ｚのサーボ制御部６への位置指令の入力に対するＺ軸駆動部９３Ｚの応答までの伝達関数をＧ_zm（ｓ）として、補正量計算部３２ａは、制御系の逆伝達関数であるＧ_zm ^-1を用いて、制御系の特性を補償可能とする補正量である－Ｅｒｒ_zxＧ_zm ^-1を出力しても良い。補正量計算部３２ａは、求めた補正量の情報を指令値出力部１５へ出力する。指令値出力部１５は、補正量に基づいて各軸の位置指令を補正する。

次に、数値制御装置１ａの動作手順について説明する。図１０は、実施の形態１にかかる数値制御工作機械９９ａが有する数値制御装置１ａの動作手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、数値制御装置１ａの加工誤差推定部１２は、モデル保持部１３から機械モデルを読み出す。ステップＳ２において、加工誤差推定部１２は、軸データと機械モデルとに基づいて誤差方向と誤差量とを推定し、加工誤差情報を出力する。加工誤差推定部１２は、各軸方向のうち工具７６の変位を生じる方向である誤差方向と誤差方向における誤差量とを推定する。加工誤差推定部１２は、推定された誤差方向と推定された誤差量とを示す加工誤差情報を出力する。

ステップＳ３において、数値制御装置１ａの補正量演算部１４ａは、軸選択部３１ａによって、補正の対象とする１つ以上の軸を加工誤差情報に基づいて選択する。ステップＳ４において、補正量演算部１４ａは、補正量計算部３２ａによって、加工誤差情報に基づいて補正量を演算する。補正量計算部３２ａは、求めた補正量の情報を指令値出力部１５へ出力する。

ステップＳ５において、指令値出力部１５は、選択された軸についての駆動機構９７へ出力される位置指令に補正量を加算する。指令値出力部１５は、位置指令に補正量を加算することによって、位置指令を補正する。指令値出力部１５は、補正後の位置指令をサーボ制御部６へ出力する。以上により、数値制御装置１ａは、図１０に示す手順による動作を終了する。

実施の形態１によると、数値制御装置１ａは、軸データと機械モデルとに基づいて誤差方向と誤差量とを推定して、補正量を演算する。数値制御装置１ａは、各軸の軸駆動部の加減速によって、機械構造９８の変形による加工誤差が生じる場合に、加工に影響を及ぼす軸方向の加工誤差のみを補正することができる。数値制御装置１ａは、加工に影響を及ぼさない軸方向の加工誤差については補正を行わないことで、不要な補正によって懸念される加工精度の悪化を低減できる。以上により、数値制御装置１ａおよび数値制御工作機械９９ａは、機械構造９８の変形に起因する加工誤差を低減できるという効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態２では、加工誤差を高精度に補正可能とする補正量を簡単な近似計算により計算する例について説明する。実施の形態２にかかる数値制御工作機械９９ａの構成は、実施の形態１にかかる数値制御工作機械９９ａの構成と同様である。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。

実施の形態１では、補正量演算部１４ａは、補正の対象に選択された軸について、機械モデルに基づいて推定された誤差量を打ち消し得る補正量を出力する。ただし、制御系の遅れによって、計算された補正量では加工誤差の十分な補正が困難となる場合がある。または、制御系の特性を補償する逆伝達関数を補正量の演算に用いる場合、伝達関数のモデル化精度が低いことが補正の精度に影響する場合があり得る。逆伝達関数に微分項が存在する場合、補正量が振動的になる場合がある。

加工誤差の補正では、実際に加工誤差が発生するタイミングにおいて補正のための運動が遅延無く開始されることが重要である。加工面に対し工具７６が沈み込むことによる削り過ぎは、一度でも発生すると、その後修正することはできない。その一方、加工面から工具７６が浮き上がることにより削り残しが発生する場合は、削り残しの部分の上を工具７６が通過する間に工具位置を適正な位置とすることによって削り残しの部分を除去できるため、加工不良を挽回する余地はある。このように、削り過ぎについては補正のタイミングの遅れは許されない一方、削り残しについては、多少発生したとしても加工誤差発生を回避できる。

図１１は、実施の形態２にかかる数値制御装置１ａの補正量演算部１４ａが有する補正量計算部３２ｂの構成例を示す図である。実施の形態２において、補正量演算部１４ａは、図９に示す補正量計算部３２ａとは異なる補正量計算部３２ｂを備える。

補正量計算部３２ｂは、実際に発生が予想される誤差量よりも補正量を大きくすることによって、許容可能な削り残しを発生させる。すなわち、補正量計算部３２ｂは、補正のための運動による削り過ぎが一切発生しないようにするとともに、補正のための運動による削り残しが発生した場合でも補正前後の運動で削り残しを加工可能な補正量を演算する。

補正量計算部３２ｂは、基準補正量計算部３３と、クランプ部３４と、変化率計算部３５とを備える。基準補正量計算部３３は、軸情報と各軸方向についての加工誤差情報とに基づいて、補正量の基準値である基準補正量を計算する。Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動によるＺ方向の誤差量であるＥｒｒ_zxを例とすると、基準補正量は、－αＥｒｒ_zxである。αは任意の実数である。基準補正量計算部３３は、Ｅｒｒ_zxにマイナスを付した－Ｅｒｒ_zxにαを乗算することにより、－αＥｒｒ_zxを求める。αの値は、実際に補正を行いながら加工および加工後の形状の計測を行い、削り残しが発生しない条件を探索することにより決定される。基準補正量計算部３３は、基準補正量の情報をクランプ部３４へ出力する。

クランプ部３４は、補正量の上限値であるＺ_rxlim+を上回る基準補正量に、上限値であるＺ_rxlim+によるクランプ処理を施す。または、クランプ部３４は、補正量の下限値Ｚ_rxlim-を下回る基準補正量に、下限値であるＺ_rxlim-によるクランプ処理を施す。上限値の絶対値と下限値の絶対値とは、互いに同じでも良く、互いに異なっても良い。クランプ部３４は、上限値と下限値との双方が設定されるものに限られない。クランプ部３４には、上限値と下限値とのうちの一方のみが設定されても良い。上限値には、－Ｅｒｒ_zxの最大値が設定されても良い。下限値には、－Ｅｒｒ_zxの最小値が設定されても良い。加工誤差が生じない補正量を実験的に求めることにより、求めた補正量を基に上限値と下限値とが設定されても良い。クランプ部３４は、クランプ後の補正量の情報を変化率計算部３５へ出力する。

補正量演算部１４ａは、クランプ部３４を含む補正量計算部３２ｂを有することによって、上限値および下限値の少なくとも一方に基づいたクランプ処理が施された補正量を出力する。補正量演算部１４ａは、クランプ部３４でのクランプ処理によって、上限値よりも大きい補正量、または、下限値よりも小さい補正量が出力されないようにする。

変化率計算部３５は、補正量を変化させる変化率を計算する。変化率計算部３５は、補正量を０からクランプ後の補正量へ変化させる際における変化率と、クランプ後の補正量から０へ補正量を変化させる際における変化率とを計算する。変化率計算部３５は、例えば、Ｘ軸駆動部９３Ｘが加速度の変化を開始した時点をｔ＝０として、クランプ後の補正量まで時刻ｔに対して線形に補正量を変化させる場合における変化率を計算する。変化率計算部３５は、１次関数、２次関数、三角関数、または指数関数といった、任意の関数によって変化率を計算しても良く、これらの関数の組合せにより近似される数式によって変化率を計算しても良い。変化率計算部３５は、計算された変化率に従って変化させた補正量を出力する。

図１２は、図１１に示す補正量計算部３２ｂによる補正量の計算例について説明するための図である。図１２では、補正量計算部３２ｂにおいて行われる補正量の近似計算の概要をグラフにより示す。図１２における（ａ），（ｂ），（ｃ）の各グラフの縦軸はＺ方向の補正量であるＺ_rcを表す。図１２における（ａ），（ｂ），（ｃ）の各グラフの横軸は時刻ｔを表す。

図１２の（ａ）には、Ｚ方向の誤差量成分であるＥｒｒ_zxにマイナスを付した－Ｅｒｒ_zxを表すグラフと、基準補正量計算部３３により計算される基準補正量である－αＥｒｒ_zxを表すグラフとを示す。数値制御装置１ａは、基準補正量計算部３３における基準補正量の計算によって、補正開始時または補正終了時に実際に発生する誤差量に応じた補正を可能とし、補正の遅れを無くすことができる。

図１２の（ｂ）には、クランプ部３４によるクランプ処理後の補正量を表すグラフを実線により示す。ここでは、－αＥｒｒ_zxを上限値であるＺ_rxlim+によりクランプ処理した結果を示す。数値制御装置１ａは、クランプ部３４におけるクランプ処理によって、上限値よりも大きい補正量、または、下限値よりも小さい補正量が出力されないようにする。これにより、数値制御装置１ａは、加減速の前後において加工しきれない削り残しが発生することを回避できる。

図１２における（ｃ）には、変化率計算部３５によって計算された変化率に従ってクランプ処理後の補正量を変化させた場合における補正量を表すグラフを実線により示す。加速度の変化が開始された時刻から補正量がＺ_rxlim+に到達するまで、一定の変化率で補正量は増加する。補正量がＺ_rxlim+に維持された後、一定の変化率で補正量は減少する。数値制御装置１ａは、変化率計算部３５において計算された変化率に従って補正量を変化させることにより、簡易な演算により補正量を求めることができる。

上記説明では、補正量計算部３２ｂは、－Ｅｒｒ_zxから補正量を計算することとしたが、これに限られない。補正量計算部３２ｂは、制御系の特性を補償可能とする補正量である－Ｅｒｒ_zxＧ_zm ^-1から補正量を計算しても良い。また、上記説明では補正量計算部３２ｂにクランプ部３４と変化率計算部３５とが設けられることとしたが、補正量計算部３２ｂでは、クランプ部３４と変化率計算部３５とのうちの一方が省略されても良い。

実施の形態２において、補正量演算部１４ａは、誤差方向において工具７６が加工面に向かう場合は補正量を出力し、誤差方向において工具７６が加工面から遠ざかる場合は補正量をゼロとしても良い。この場合、数値制御装置１ａは、削り過ぎのみを補正し、削り残しは補正しない。これにより、数値制御装置１ａは、目視において目立つ傷となる加工誤差を低減できる。

実施の形態２によると、数値制御装置１ａおよび数値制御工作機械９９ａは、加工誤差の厳密なモデル化が困難である場合において、加工誤差を高精度に補正可能とする補正量を簡単な近似計算により計算することができるという効果を奏する。

実施の形態３．
実施の形態３では、補正量を一定時間において維持させる補正時間調整を行う例について説明する。実施の形態３にかかる数値制御工作機械９９ａの構成は、実施の形態１にかかる数値制御工作機械９９ａの構成と同様である。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。

図１３は、実施の形態３にかかる数値制御装置１ａが有する補正量演算部１４ｃの構成例を示す図である。実施の形態３において、数値制御装置１ａは、図６および図９に示す補正量演算部１４ａの代わりに、補正量演算部１４ｃを有する。補正量演算部１４ｃは、図９に示す軸選択部３１ａとは異なる軸選択部３１ｃと、図９に示す補正量計算部３２ａとは異なる補正量計算部３２ｃとを備える。

加工誤差推定部１２は、工具７６の変位を生じる方向である誤差方向と誤差方向における誤差量とを示す加工誤差情報を補正量演算部１４ｃへ出力する。補正量演算部１４ｃは、モデル保持部１３から機械モデルを読み出す。軸選択部３１ｃは、加工誤差情報と機械モデルとに基づいて、補正の対象とする１つ以上の軸を選択する。軸選択部３１ｃは、選択された軸を示す軸情報を補正量計算部３２ｃへ出力する。補正量計算部３２ｃには、加工誤差情報と軸情報とが入力される。補正量計算部３２ｃは、軸情報に示される各軸についての補正量を、加工誤差情報に基づいて計算する。

次に、数値制御工作機械９９ａによる加工の例と補正量の計算例とについて説明する。図１４は、実施の形態３にかかる数値制御工作機械９９ａによる加工の例について説明するための図である。図１４には、ＸＹ平面内において工具７６を移動させることによって工作物７８の加工面を加工した場合における工具７６の軌跡の例を示す。図１４に示す破線矢印は、工具７６の軌跡を表す。この加工では、Ｚ方向には工具７６は移動させないものとする。

工具７６は、工作物７８の外部の加工開始位置Ｐ４から移動を開始し、コーナ部で運動方向を変えながら、工作物７８の外周部から工作物７８の中心に向かう渦巻状の加工経路に沿って反時計回りに移動する。工具７６は、渦巻状の加工経路に沿って反時計回りに移動しながら工作物７８の表面を加工する。工具７６は、工作物７８のＸＹ平面における中心付近の加工終了位置Ｐ５に到達するまで、工作物７８の表面を加工する。

工具７６の運動方向が変化する位置では、Ｘ軸駆動部９３ＸまたはＹ軸駆動部９３Ｙが加減速を行う。図１４に示す実線の円２５は、加工面の削り過ぎによる加工誤差形状を表す。円２５で表す加工誤差形状は、加減速の際に加工面に対して工具７６が沈み込むことによって生じる。図１４に示す破線の円２６は、加工面の削り残しによる加工誤差形状を表す。円２６で表す加工誤差形状は、加減速の際に工具７６が加工面から浮き上がることによって生じる。図１４に示すように、円２５で表す加工誤差形状は、加工面のうちプラスＸ方向側の半分において生じる。円２６で表す加工誤差形状は、加工面のうちマイナスＸ方向側の半分において生じる。

Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動によって、Ｘ方向にＥｒｒ_xxの加工誤差、Ｙ方向にＥｒｒ_yxの加工誤差、Ｚ方向にＥｒｒ_zxの加工誤差がそれぞれ生じる。Ｙ軸駆動部９３Ｙの駆動によって、Ｘ方向にＥｒｒ_xyの加工誤差、Ｙ方向にＥｒｒ_yyの加工誤差、Ｚ方向にＥｒｒ_zyの加工誤差がそれぞれ生じる。加工誤差推定部１２は、軸データと機械モデルとに基づいて、各加工誤差の誤差量を計算する。Ｅｒｒ_zxおよびＥｒｒ_zyの各々は、加工面に垂直な方向の誤差量成分である。図１４に示す加工の場合において、軸選択部３１ｃは、補正の対象とする軸としてＺ方向を選択する。

補正量計算部３２ｃには、加工誤差情報と軸情報とが入力される。補正量計算部３２ｃは、軸情報に示される各軸についての補正量を、加工誤差情報に基づいて計算する。図１４に示す例の場合、補正量計算部３２ｃは、Ｚ方向を示す軸情報と加工誤差情報とに基づいて、Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動によるＺ方向の加工誤差とＹ軸駆動部９３Ｙの駆動によるＺ方向の加工誤差とを補正するための補正量を計算する。すなわち、補正量計算部３２ｃは、Ｚ軸駆動部９３Ｚによる被駆動部の運動を補正するための補正量Ｚ_rcを計算する。

図１５は、図１３に示す補正量演算部１４ｃが有する補正量計算部３２ｃの構成例を示す図である。補正量計算部３２ｃは、図１１に示す補正量計算部３２ｂと同様に、基準補正量計算部３３と、クランプ部３４と、変化率計算部３５とを備える。さらに、補正量計算部３２ｃは、補正時間調整部３６を備える。

基準補正量計算部３３は、軸情報と各軸方向についての加工誤差情報とに基づいて、補正量の基準値である基準補正量を計算する。Ｅｒｒ_zxから求まる基準補正量は、－α_xＥｒｒ_zxである。Ｅｒｒ_zyから求まる基準補正量は、－α_yＥｒｒ_zyである。α_x，α_yは、任意の実数である。基準補正量計算部３３は、基準補正量の情報をクランプ部３４へ出力する。

クランプ部３４は、補正量の上限値であるＺ_rxlim+，Ｚ_rylim+を上回る基準補正量に、上限値であるＺ_rxlim+，Ｚ_rylim+によるクランプ処理を施す。または、クランプ部３４は、補正量の下限値Ｚ_rxlim-，Ｚ_rylim-を下回る基準補正量に、下限値であるＺ_rxlim-，Ｚ_rylim-によるクランプ処理を施す。Ｚ_rxlim+は、Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動によって生じるＺ方向の加工誤差に対する補正量の上限値である。Ｚ_rylim+は、Ｙ軸駆動部９３Ｙの駆動によって生じるＺ方向の加工誤差に対する補正量の上限値である。Ｚ_rxlim-は、Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動によって生じるＺ方向の加工誤差に対する補正量の下限値である。Ｚ_rylim-は、Ｙ軸駆動部９３Ｙの駆動によって生じるＺ方向の加工誤差に対する補正量の下限値である。クランプ部３４は、クランプ後の補正量の情報を変化率計算部３５へ出力する。

変化率計算部３５は、補正量を変化させる変化率を計算する。変化率計算部３５は、計算された変化率に従って変化させた補正量を補正時間調整部３６へ出力する。補正時間調整部３６は、クランプ処理の基準である上限値または下限値に補正量が到達した場合に補正量を一定時間において維持させる調整を行う。補正量演算部１４ｃは、補正時間調整部３６を含む補正量計算部３２ｃを有することによって、クランプ処理の基準である上限値または下限値に補正量が到達した場合に補正量を一定時間において維持させる。

図１６は、図１５に示す補正量計算部３２ｃによる補正量の計算例について説明するための図である。図１６では、補正量計算部３２ｃにおいて行われる補正量の近似計算の概要をグラフにより示す。図１６における（ａ），（ｂ），（ｃ）の各グラフの縦軸はＺ方向の補正量Ｚ_rcを表す。図１６における（ａ），（ｂ），（ｃ）の各グラフの横軸は時刻ｔを表す。

図１６の（ａ）には、Ｚ方向の誤差量成分であるＥｒｒ_zx，Ｅｒｒ_zyにマイナスを付した－Ｅｒｒ_zx，－Ｅｒｒ_zyを表すグラフと、基準補正量計算部３３により計算される基準補正量である－α_xＥｒｒ_zx，－α_yＥｒｒ_zyを表すグラフとを示す。数値制御装置１ａは、基準補正量計算部３３における基準補正量の計算によって、補正開始時または補正終了時に実際に発生する誤差量に応じた補正を可能とし、補正の遅れを無くすことができる。

図１６の（ｂ）には、クランプ部３４による処理と変化率計算部３５による処理とを経た補正量を表すグラフを実線により示す。図１６の（ｂ）における実線のグラフは、変化率計算部３５によって計算された変化率に従ってクランプ処理後の補正量を変化させた場合における補正量を表す。ここでは、－α_xＥｒｒ_zxを上限値であるＺ_rxlim+によりクランプ処理した補正量を変化率に従って変化させた結果と、－α_yＥｒｒ_zyを上限値であるＺ_rylim+によりクランプ処理した補正量を変化率に従って変化させた結果とを示す。Ｚ_rxlim+とＺ_rylim+とは、互いに異なる値とする。なお、Ｚ_rxlim-とＺ_rylim-とは、いずれも０とする。数値制御装置１ａは、クランプ部３４におけるクランプ処理によって、上限値よりも大きい補正量、または、下限値よりも小さい補正量が出力されないようにする。これにより、数値制御装置１ａは、加減速の前後において加工しきれない削り残しが発生することを回避できる。数値制御装置１ａは、変化率計算部３５において計算された変化率に従って補正量を変化させることにより、簡易な演算により補正量を求めることができる。

図１６の（ｃ）には、補正時間調整部３６による調整を経た補正量を表すグラフを実線により示す。図１６の（ｃ）に示す例では、補正量がＺ_rxlim+に維持される時間が、図１６の（ｂ）において実線により示される補正量の場合よりも延ばされている。また、図１６の（ｃ）に示す例では、補正量がＺ_rylim+に維持される時間が、図１６の（ｂ）において実線により示される補正量の場合よりも延ばされている。補正量がＺ_rxlim+に維持される時間と、補正量がＺ_rylim+に維持される時間とは、任意に設定可能である。ここでは、補正量が上限値に維持される時間を調整する例を示したが、補正時間調整部３６は、下限値によるクランプ処理を経た補正量については、補正量が下限値に維持される時間を調整する。

数値制御装置１ａは、上限値または下限値に補正量が到達した場合に補正量を一定時間において維持させることによって、コーナ部のように連続して加工誤差が発生し得る部分において、補正量を減少させることなくコーナ部の加工を進行させる。数値制御装置１ａは、加工誤差を補正するための運動である補正運動が短い距離の間に繰り返される際のオーバーシュートによる傷の発生を回避することができる。これにより、数値制御装置１ａは、加工面の品質低下を防ぐことができる。

加工面からの工具７６の浮き上がりによる加工誤差が生じる場合において、浮き上がった工具７６が加工面に戻る際におけるオーバーシュートによって、加工面に対して工具７６が沈み込むことがあり得る。補正量演算部１４ｃは、オーバーシュートによる加工面の削り過ぎを生じさせないための補正量を演算しても良い。この場合、基準補正量計算部３３における基準補正量の計算に用いられるα_x，α_yを負の値とすることによって、数値制御装置１ａは、オーバーシュートによる加工誤差を低減できる。

実施の形態３によると、数値制御装置１ａおよび数値制御工作機械９９ａは、上限値または下限値に補正量が到達した場合に補正量を一定時間において維持させる。これにより、数値制御装置１ａおよび数値制御工作機械９９ａは、連続して加工誤差が発生し得る部分における傷の発生を低減可能とする適切な補正量を演算することができるという効果を奏する。

実施の形態４．
実施の形態４では、図１に示す数値制御工作機械９９ａとは異なる構成の数値制御工作機械における補正量の計算例について説明する。図１７は、実施の形態４にかかる数値制御工作機械９９ｄの構成例を示す図である。数値制御工作機械９９ｄは、加工プログラムに従って軸を駆動する工作機械である。数値制御工作機械９９ｄは、３つの直進軸と２つの回転軸とを備える、旋盤型の５軸複合加工機である。実施の形態４では、上記の実施の形態１から３と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から３とは異なる構成について主に説明する。

数値制御工作機械９９ｄは、Ｘ軸駆動部９３Ｘと、Ｙ軸駆動部９３Ｙと、Ｚ軸駆動部９３Ｚと、Ａ軸駆動部９３Ａと、Ｃ軸駆動部９３Ｃとを備える。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸およびＶ軸の各々は、直進軸である。Ａ軸およびＣ軸の各々は、回転軸である。数値制御工作機械９９ｄは、Ｘ軸駆動部９３Ｘ、Ｙ軸駆動部９３Ｙ、およびＺ軸駆動部９３Ｚの駆動によって、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に工具７６を動かす。Ａ軸駆動部９３Ａは、Ｙ軸周りに工具７６を回転運動させる。Ｃ軸駆動部９３Ｃは、Ｚ軸周りに工作物７８を回転運動させる。Ｘ軸駆動部９３Ｘは、スラント軸と呼ばれる構成を備える。数値制御工作機械９９ｄは、Ｘ軸駆動部９３ＸとＹ軸駆動部９３Ｙとを同時に駆動することによって工具７６をＸ方向に移動させる。

数値制御工作機械９９ｄは、スラント軸であるＸ軸駆動部９３Ｘと工具７６を回転運動させるＡ軸駆動部９３Ａとを備えることによって工具軸方向と駆動軸方向とが一致しない点が、図１に示す数値制御工作機械９９ａとは異なる。このため、数値制御工作機械９９ｄにおける加工面の方向と加工誤差を生じる誤差方向とは、数値制御工作機械９９ａの場合とは大きく異なる。なお、数値制御工作機械９９ｄが有する数値制御装置１ａは、図６に示す数値制御装置１ａと同様の構成を備える。

次に、数値制御装置１ａによる加工誤差の計算例について説明する。図１８は、実施の形態４にかかる数値制御工作機械９９ｄが有する数値制御装置１ａによる加工誤差の計算例について説明するための図である。図１８には、Ａ軸の角度であるθが４５度である状態において工具軸に垂直な加工面４１を加工する様子を示す。矢印４２は、加工方向を表す。加工方向は、プラスＸ方向とマイナスＺ方向との間の斜め方向である。図１８には、加工面４１の加工時において工具７６が加工面４１に対して沈み込む加工誤差が生じる様子を模式的に示す。図１８では、機械構造９８が変形を生じていない理想状態のときにおける工具７６を破線により示す。

図１８に示す加工において、Ｘ軸駆動部９３ＸとＹ軸駆動部９３ＹとＺ軸駆動部９３Ｚとは、互いに同時に駆動する。Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動によって、Ｘ方向にＥｒｒ_xxの加工誤差、Ｙ方向にＥｒｒ_yxの加工誤差、Ｚ方向にＥｒｒ_zxの加工誤差がそれぞれ生じる。Ｙ軸駆動部９３Ｙの駆動によって、Ｘ方向にＥｒｒ_xyの加工誤差、Ｙ方向にＥｒｒ_yyの加工誤差、Ｚ方向にＥｒｒ_zyの加工誤差がそれぞれ生じる。Ｚ軸駆動部９３Ｚの駆動によって、Ｘ方向にＥｒｒ_xzの加工誤差、Ｙ方向にＥｒｒ_yzの加工誤差、Ｚ方向にＥｒｒ_zzの加工誤差がそれぞれ生じる。

実施の形態４において、数値制御装置１ａの補正量演算部１４ａは、図９に示す補正量演算部１４ａと同様の構成を備える。軸選択部３１ａは、加工誤差情報と機械モデルとに基づいて、補正の対象とする１つ以上の軸を選択する。

数値制御工作機械９９ｄにおいてＸ方向に生じる総誤差量であるＥｒｒ_Xは、次の式（４）により得られる。数値制御工作機械９９ｄにおいてＹ方向に生じる総誤差量であるＥｒｒ_Yは、次の式（５）により得られる。数値制御工作機械９９ｄにおいてＺ方向に生じる総誤差量であるＥｒｒ_Zは、次の式（６）により得られる。なお、図１８に示す矢印４３は、Ｅｒｒ_X，Ｅｒｒ_YおよびＥｒｒ_Zの和である誤差量を表す。

機械構造９８は、機械構造９８の重心と機械構造９８の駆動点との間の距離が長いほど、大きな変形を生じ易い。そのため、数値制御工作機械９９ｄにおいて、機械構造９８は、Ｘ軸駆動部９３Ｘの駆動およびＺ軸駆動部９３Ｚの駆動によるＸ方向およびＺ方向の変形を生じ易い。例えば、Ｅｒｒ_XとＥｒｒ_Zとのうちの一方が支配的な加工誤差が生じる場合、補正量演算部１４ａは、実施の形態１または実施の形態２の場合と同様に補正量を演算し得る。Ｅｒｒ_Xの寄与とＥｒｒ_Zの寄与とが同程度である加工誤差が生じる場合、補正量演算部１４ａは、加工面４１に垂直な方向に生じる誤差量を演算する必要がある。

加工面４１に垂直な方向に生じる誤差量であるＥｒｒ_Nは、次の式（７）により得られる。

φは、次の式（８）を満足する。

補正量計算部３２ａは、加工面４１に垂直な方向のＥｒｒ_Nが生じる場合、Ｅｒｒ_Nを相殺させる－Ｅｒｒ_Nを補正量とし得る。補正量計算部３２ａは、次の式（９），（１０），（１１）により、Ｘ方向の補正量であるＸ_rcとＹ方向の補正量であるＹ_rcとＺ方向の補正量であるＺ_rcとに－Ｅｒｒ_Nを分ける計算を行う。δは、Ｘ軸とＹ軸との間の角度である。ここでは、δ＝π／４（ｒａｄ）とする。

なお、上記説明では、数値制御装置１ａは実施の形態１と同様の構成としたが、これに限られない。実施の形態４における数値制御装置１ａの構成は、実施の形態２または実施の形態３と同様の構成でも良い。

実施の形態４によると、数値制御装置１ａおよび数値制御工作機械９９ｄは、数値制御工作機械９９ｄの構成が工具軸方向と駆動軸方向とが一致しない場合でも、適切な補正量を演算することができる。これにより、数値制御装置１ａおよび数値制御工作機械９９ｄは、加工誤差を低減できるという効果を奏する。

実施の形態５．
実施の形態５では、加工誤差を補正する加工プログラムを加工プログラム生成装置によって生成する例について説明する。図１９は、実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置２の構成例を示す図である。実施の形態５では、上記の実施の形態１から４と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から４とは異なる構成について主に説明する。

加工プログラム生成装置２は、数値制御工作機械の加工誤差を補正するための加工プログラムを作成する装置である。加工プログラム生成装置２は、ＣＡＭソフトウェアまたは対話式プログラム作成装置等に付属されて加工プログラムを編集する付属プログラムである。加工プログラム生成装置２は、加工形状を指定する形状データに基づいた加工プログラムに、加工誤差を補正するための変更を施すことによって、加工誤差を補正する加工プログラムを生成する。以下、変更前加工プログラムとは、加工誤差を補正するための変更が施される前の加工プログラムとする。

加工プログラム生成装置２は、変更前加工プログラムを受け付ける加工プログラム入力部１０と、加工誤差を推定する加工誤差推定部１２と、機械モデルを保持するモデル保持部１３と、補正量を演算する補正量演算部１４ａと、数値制御工作機械９９ｅの動作をシミュレーションするシミュレーション部５１と、補正量に従って変更前加工プログラムを補正する加工プログラム補正部５２とを備える。

加工プログラム入力部１０は、受け付けた変更前加工プログラムをシミュレーション部５１と加工プログラム補正部５２との各々へ出力する。シミュレーション部５１は、変更前加工プログラムに基づいて、数値制御工作機械９９ｅの数値制御装置の挙動、および数値制御工作機械９９ｅのサーボ制御装置である各軸のサーボ制御部６の挙動を模擬する。シミュレーション部５１は、補正量が記述される前の加工プログラムである変更前加工プログラムから解析される加工経路に基づいて軸データを計算する。シミュレーション部５１は、サーボ制御装置についての既知のシミュレーション方式を用いて、位置フィードバック、速度フィードバック、または加速度フィードバックといった、各軸の状態量を演算する。シミュレーション部５１は、各軸の状態量である軸データを加工誤差推定部１２へ出力する。

加工誤差推定部１２は、モデル保持部１３から機械モデルを読み出す。加工誤差推定部１２は、軸データと機械モデルとに基づいて、各軸方向のうち工具７６の変位を生じる方向である誤差方向と誤差方向における誤差量とを推定し、推定された誤差方向と推定された誤差量とを示す加工誤差情報を出力する。加工誤差推定部１２は、例えば、シミュレーション部５１から取得される加速度フィードバックに基づいて、実施の形態１の場合と同様に各軸方向の誤差量を計算する。加工誤差推定部１２は、補正量演算部１４ａへ加工誤差情報を出力する。

補正量演算部１４ａは、モデル保持部１３から機械モデルを読み出す。補正量演算部１４ａは、補正の対象とする１つ以上の軸を加工誤差情報に基づいて選択して、選択された軸についての駆動機構９７による運動を補正するための補正量を演算する。補正量演算部１４ａは、図９に示す軸選択部３１ａにより、機械モデルと各軸方向の加工誤差情報とを基に、補正の対象とする軸を選択する。補正量演算部１４ａは、図９に示す補正量計算部３２ａにより、軸情報に示される各軸についての補正量を、加工誤差情報に基づいて計算する。補正量計算部３２ａは、求めた補正量の情報を加工プログラム補正部５２へ出力する。

加工プログラム補正部５２は、補正量に従って加工誤差を補正するための運動である補正運動を変更前加工プログラムに追加することにより、補正量に従って変更前加工プログラムを補正する。加工プログラム補正部５２は、補正運動を追加する変更が施された加工プログラムである変更後加工プログラムを数値制御工作機械９９ｅへ出力する。数値制御工作機械９９ｅは、図１に示す数値制御工作機械９９ａと同様の構成を備える。数値制御工作機械９９ｅの数値制御装置は、変更後加工プログラムに従って駆動機構９７を制御する。数値制御工作機械９９ｅの数値制御装置は、変更後加工プログラムが入力される加工プログラム入力部と、変更後加工プログラムに従って各軸の位置指令である指令値を生成する指令値生成部と、各軸の位置指令である指令値をサーボ制御部６へ出力する指令値出力部とを備える。

次に、加工プログラム生成装置２の動作手順について説明する。図２０は、実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置２の動作手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１１において、加工プログラム生成装置２のシミュレーション部５１は、変更前加工プログラムに基づいて、軸データを計算する。シミュレーション部５１は、加工誤差推定部１２へ軸データを出力する。

ステップＳ１２において、加工誤差推定部１２は、モデル保持部１３から機械モデルを読み出す。ステップＳ１３において、加工誤差推定部１２は、軸データと機械モデルとに基づいて誤差方向と誤差量とを推定し、加工誤差情報を出力する。加工誤差推定部１２は、各軸方向のうち工具７６の変位を生じる方向である誤差方向と誤差方向における誤差量とを推定する。加工誤差推定部１２は、推定された誤差方向と推定された誤差量とを示す加工誤差情報を出力する。

ステップＳ１４において、加工プログラム生成装置２の補正量演算部１４ａは、軸選択部３１ａによって、補正の対象とする１つ以上の軸を加工誤差情報に基づいて選択する。ステップＳ１５において、補正量演算部１４ａは、補正量計算部３２ａによって、加工誤差情報に基づいて補正量を演算する。補正量計算部３２ａは、求めた補正量の情報を加工プログラム補正部５２へ出力する。

加工プログラム補正部５２は、補正量に従って加工誤差を補正するための補正運動を変更前加工プログラムに追加することにより、補正量に従って変更前加工プログラムを補正する。ステップＳ１６において、加工プログラム補正部５２は、補正量に従って補正された加工プログラムである変更後加工プログラムを出力する。以上により、加工プログラム生成装置２は、図２０に示す手順による動作を終了する。

図２１は、実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置２によって生成される加工プログラムの第１の例について説明するための図である。図２１には、変更前加工プログラムに示される加工経路の例と変更後加工プログラムに示される加工経路の例とを示す。図２１に示す加工経路は、コーナ部における加工経路とする。

図２１に示す経路５３は、変更前加工プログラムに示される加工経路とする。経路５３は、Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１４，Ｐ１７およびＰ１８の５個の点を順次通る経路である。図２１に示す経路５４は、変更後加工プログラムに示される加工経路とする。経路５４には、経路５３におけるＰ１１とＰ１４との間の直線経路の代わりに、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４を順次通る経路が含まれている。また、経路５４には、経路５３におけるＰ１４とＰ１７との間の直線経路の代わりに、Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１６，Ｐ１７を順次通る経路が含まれている。

加工プログラム補正部５２は、Ｐ１２へ向けてＺ方向への工具７６の移動を開始させる点であるＰ１１を変更前加工プログラムに追加する。加工プログラム補正部５２は、Ｐ１１からＰ１２とＰ１３とＰ１４とに工具７６を順次移動させる運動についての記述を変更前加工プログラムに追加する。加工プログラム補正部５２は、Ｐ１６からＺ方向への工具７６の移動を終了させる点であるＰ１７を変更前加工プログラムに追加する。加工プログラム補正部５２は、Ｐ１４からＰ１５とＰ１６とＰ１７とに工具７６を順次移動させる運動についての記述を変更前加工プログラムに追加する。

加工プログラム補正部５２は、図１２を参照して説明した方法により計算された補正量を、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４を順次通る経路と、Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１６，Ｐ１７を順次通る経路との各々に反映させる。図２１には、参考として、補正量計算部３２ｂにより計算された補正量の代わりに基準補正量が使用された場合の経路５５を破線により示す。

図２２は、実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置２の加工プログラム補正部５２による加工プログラムの補正について説明するための図である。図２２には、変更前加工プログラムの例である加工プログラム５６と、変更後加工プログラムの例である加工プログラム５７とを示す。加工プログラム５７のうち破線で囲われた２つの部分の各々は、補正運動のために追加されたプログラムである。破線で囲われた２つの部分のうちの一方は、Ｐ１１からＰ１２とＰ１３とＰ１４とに工具７６を順次移動させる補正運動が記述された部分である。破線で囲われた２つの部分のうちの他方は、Ｐ１４からＰ１５とＰ１６とＰ１７とに工具７６を順次移動させる補正運動が記述された部分である。

加工プログラム生成装置２は、実施の形態３と同様に、補正量を一定時間において維持させる補正時間調整を行うこととしても良い。図２３は、実施の形態５にかかる加工プログラム生成装置２によって生成される加工プログラムの第２の例について説明するための図である。

加工プログラム生成装置２は、図１９に示す補正量演算部１４ａの代わりに、図１３に示す補正量演算部１４ｃを備える。補正量演算部１４ｃは、図１５に示す補正量計算部３２ｃを備える。補正量演算部１４ｃは、補正時間調整部３６を含む補正量計算部３２ｃを有することによって、クランプ処理の基準である上限値または下限値に補正量が到達した場合に補正量を一定時間において維持させる。

例えば、加工プログラム補正部５２により図２１に示すように加工経路を補正した場合において、コーナ部における２ｍｍ以内の範囲において２回の補正運動が連続するものとする。この場合、コーナ部において、短い距離における補正運動が繰り返されることとなる。図２３に示す例では、加工プログラム生成装置２は、一定時間において上限値に維持させた補正量を補正量演算部１４ｃにより演算することによって、当該２回の補正運動を１回の補正運動にまとめて変更前加工プログラムに追加する。

図２３に示す経路５８は、変更後加工プログラムに示される加工経路とする。経路５８には、経路５３のうちＰ１１，Ｐ１４，Ｐ１７を順次通る経路の代わりに、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１４’Ｐ１６，Ｐ１７を順次通る経路が含まれている。

加工プログラム生成装置２は、上限値または下限値に補正量が到達した場合に補正量を一定時間において維持させることによって、コーナ部のように連続して加工誤差が発生し得る部分において、補正量を減少させることなくコーナ部の加工を進行させる。加工プログラム生成装置２は、短い距離の間に補正運動が繰り返される際のオーバーシュートによる傷の発生を回避することができる。これにより、加工プログラム生成装置２は、加工面の品質低下を防ぐことができる。

実施の形態５によると、加工プログラム生成装置２は、軸データと機械モデルとに基づいて誤差方向と誤差量とを推定して、補正量を演算する。加工プログラム生成装置２は、各軸の軸駆動部の加減速によって、機械構造９８の変形による加工誤差が生じる場合に、加工に影響を及ぼす軸方向の加工誤差のみを補正することができる。加工プログラム生成装置２は、加工に影響を及ぼさない軸方向の加工誤差については補正を行わないことで、不要な補正によって懸念される加工精度の悪化を低減できる。以上により、加工プログラム生成装置２は、機械構造９８の変形に起因する加工誤差を低減できるという効果を奏する。

実施の形態６．
実施の形態６では、機械学習によって機械モデルを学習する例について説明する。図２４は、実施の形態６にかかる数値制御装置１ｆの構成例を示す図である。実施の形態６では、上記の実施の形態１から５と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から５とは異なる構成について主に説明する。図２４には、数値制御装置１ｆとサーボ制御部６と機械装置部９６とを示す。

数値制御装置１ｆは、図６に示す数値制御装置１ａと同様の構成である、加工プログラム入力部１０、指令値生成部１１、加工誤差推定部１２、モデル保持部１３、補正量演算部１４ａ、および指令値出力部１５を備える。さらに、数値制御装置１ｆは、機械モデルを学習する機械学習装置１００を備える。ここでは、数値制御装置１ｆは、実施の形態１にて説明する数値制御装置１ａの構成に機械学習装置１００が組み合わせられたものとする。数値制御装置１ｆは、実施の形態２，３または４の数値制御装置１ａの構成に機械学習装置１００が組み合わせられたものでも良い。

機械学習装置１００には、軸データと加工条件情報と加工誤差測定結果と加工誤差情報とが入力される。機械学習装置１００には、数値制御工作機械９９ａの各軸の位置ごとにおける軸データである、位置指令、速度指令、加速度指令、位置フィードバック、速度フィードバック、または加速度フィードバックの１つ以上が機械装置部９６から入力される。軸データは、サーボ制御部６から機械学習装置１００へ入力されても良い。

加工条件情報は、数値制御工作機械９９ａの加工条件についての情報である。加工条件情報には、工作物７８の形状、工作物７８の材質、工具径、工具材質、工具形状、刃数、１刃当たりの送り量、工具７６の回転速度、機械構造情報、工具摩擦情報、および工具使用時間といった情報が含まれる。機械構造情報は、機械構造９８の構成を特徴付ける情報である。

加工誤差測定結果は、実際の加工において加工誤差を測定した結果である。加工誤差測定結果には、加工誤差の有無の判定結果が含まれても良い。加工誤差の有無の判定結果は、数値制御工作機械９９ａを使用する作業者等が目視により加工誤差の有無を判定した結果でも良い。加工誤差測定結果には、加工面の凹凸情報から抽出された加工誤差の大きさの情報が使用されても良い。加工面の凹凸情報は、３次元測定器（Coordinate Measuring Machine：ＣＭＭ）またはマイクロスコープといった機器の使用によって取得される。または、加工誤差測定結果には、工具７６の近傍に取り付けられた加速度センサの出力信号が使用されても良い。加工誤差測定結果には、加工を模した数値制御工作機械９９ａの動作を観測した結果が使用されても良い。例えば、レーザ変位計といった変位センサを工具７６の代わりに取り付けて加工時と同様に数値制御工作機械９９ａを動作させた場合における変位センサの出力信号が、加工誤差測定結果に使用されても良い。

図２５は、実施の形態６にかかる数値制御装置１ｆが有する機械学習装置１００の構成例を示す図である。機械学習装置１００は、状態観測部１０１と学習部１０２とを備える。状態観測部１０１は、訓練データセットと加工誤差測定結果と加工誤差情報とを、状態変数として観測する。訓練データセットは、軸データおよび加工条件情報を含むデータセットである。学習部１０２は、訓練データセットに従って機械モデルを学習する。具体的には、学習部１０２は、機械構造９８の変形量を記述するための係数、機械構造９８の変形を記述するための周波数、および機械構造９８の変形を記述するための減衰係数といった、機械モデルのパラメータを学習する。

学習部１０２が用いる学習アルゴリズムはどのようなものを用いても良い。一例として、学習部１０２が用いる学習アルゴリズムに強化学習（Reinforcement Learning）を適用する場合について説明する。強化学習は、ある環境内におけるエージェントである行動主体が、現在の状態を観測し、取るべき行動を決定する、というものである。エージェントは行動を選択することで環境から報酬を得て、一連の行動を通じて報酬が最も多く得られるような方策を学習する。強化学習の代表的な手法として、Ｑ学習（Q-Learning）およびＴＤ学習（TD-Learning）などが知られている。例えば、Ｑ学習の場合、行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）の一般的な更新式である行動価値テーブルは、次の式（１２）で表される。行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）は、環境「ｓ」のもとで行動「ａ」を選択する行動の価値である行動価値Ｑを表す。

上記の式（１２）において、「ｓ_ｔ＋１」は、時刻「ｔ」における環境を表す。「ａ_ｔ」は、時刻「ｔ」における行動を表す。行動「ａ_ｔ」によって、環境は「ｓ_ｔ＋１」に変わる。「ｒ_ｔ＋１」は、その環境の変化によってもらえる報酬を表す。「γ」は、割引率を表す。「α」は、学習係数を表す。Ｑ学習を適用した場合、機械モデルのパラメータが行動「ａ_ｔ」となる。

上記の式（１２）により表される更新式は、時刻「ｔ＋１」における最良の行動「ａ」の行動価値が、時刻「ｔ」において実行された行動「ａ」の行動価値Ｑよりも大きければ、行動価値Ｑを大きくし、逆の場合は、行動価値Ｑを小さくする。換言すれば、時刻「ｔ」における行動「ａ」の行動価値Ｑを、時刻「ｔ＋１」における最良の行動価値に近づけるように、行動価値関数Ｑ（ｓ，ａ）を更新する。それにより、ある環境における最良の行動価値が、それ以前の環境における行動価値に順次伝播する。

学習部１０２は、報酬計算部１０３および関数更新部１０４を有する。報酬計算部１０３は、状態変数に基づいて報酬を計算する。関数更新部１０４は、報酬計算部１０３によって算出される報酬に従って、機械モデルのパラメータを決定するための関数を更新する。

具体的には、報酬計算部１０３は、加工誤差情報に示される誤差量と加工誤差測定結果とに基づいて報酬「ｒ」を計算する。例えば、加工誤差情報に示される誤差量に加工誤差測定結果が一致する場合において、報酬計算部１０３は、報酬「ｒ」を増大させる。報酬計算部１０３は、報酬の値である「１」を与えることによって報酬「ｒ」を増大させる。なお、報酬の値は「１」に限られない。また、加工誤差情報に示される誤差量に加工誤差測定結果が一致しない場合において、報酬計算部１０３は、報酬「ｒ」を低減させる。報酬計算部１０３は、報酬の値である「－１」を与えることによって報酬「ｒ」を低減させる。なお、報酬の値は「－１」に限られない。

関数更新部１０４は、報酬計算部１０３によって計算される報酬に従って、機械モデルのパラメータを決定するための関数を更新する。関数の更新は、訓練データセットに従って、例えば行動価値テーブルを更新することによって行うことができる。行動価値テーブルは、任意の行動と、その行動価値とを関連付けてテーブルの形式で記憶したデータセットである。例えばＱ学習の場合、上記の式（１２）により表される行動価値関数Ｑ（ｓ_ｔ，ａ_ｔ）を、機械モデルのパラメータを決定するための関数として用いる。機械学習装置１００は、学習部１０２での学習結果である機械モデルをモデル保持部１３へ出力する。

学習部１０２は、数値制御工作機械９９ａの全ての軸についての情報を一括で訓練データセットにして機械モデルを学習しても良く、数値制御工作機械９９ａの軸ごとに訓練データセットを構築して軸ごとに機械モデルを学習しても良い。

ここまで、学習部１０２が用いる学習アルゴリズムに強化学習を適用する場合について説明したが、学習アルゴリズムには、強化学習以外の学習が適用されても良い。学習部１０２は、訓練データセットを入力とし、機械モデルのパラメータを出力とするニューラルネットワークを用いて学習を行っても良い。学習部１０２は、例えば、深層学習（Deep Learning）、遺伝的プログラミング、帰納論理プログラミングまたはサポートベクターマシンといった学習アルゴリズムを用いて機械学習を実行しても良い。

学習部１０２は、数値制御装置１ｆに内蔵されるものに限られない。学習部１０２は、数値制御装置１ｆの外部の装置により実現されても良い。この場合、学習部１０２として機能する装置は、ネットワークを介して数値制御装置１ｆに接続可能な装置であっても良い。学習部１０２として機能する装置は、クラウドサーバ上に存在する装置であっても良い。

実施の形態６によると、数値制御装置１ｆは、機械モデルを学習することによって、加工誤差の発生条件が加工条件によって複雑に変化する場合において、加工誤差を高精度に予測することができるという効果を奏する。

次に、実施の形態１から６にかかる数値制御装置１ａ，１ｆを実現するハードウェアについて説明する。数値制御装置１ａ，１ｆの処理部である、加工プログラム入力部１０、指令値生成部１１、加工誤差推定部１２、補正量演算部１４ａ，１４ｃ、指令値出力部１５、および機械学習装置１００は、処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサがソフトウェアを実行する回路であっても良いし、専用の回路であっても良い。

処理回路がソフトウェアにより実現される場合、処理回路は、例えば、図２６に示す制御回路である。図２６は、実施の形態１から６にかかる制御回路２００の構成例を示す図である。制御回路２００は、入力部２０１、プロセッサ２０２、メモリ２０３および出力部２０４を備える。入力部２０１は、制御回路２００の外部から入力されたデータを受信してプロセッサ２０２に与えるインターフェース回路である。出力部２０４は、プロセッサ２０２またはメモリ２０３からのデータを制御回路２００の外部に送るインターフェース回路である。

処理回路が図２６に示す制御回路２００である場合、上記処理部は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ２０３に格納される。処理回路では、メモリ２０３に記憶されたプログラムをプロセッサ２０２が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、数値制御装置１ａ，１ｆの処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ２０３を備える。また、これらのプログラムは、数値制御装置１ａ，１ｆの手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

プロセッサ２０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。メモリ２０３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等が該当する。

図２６は、汎用のプロセッサ２０２およびメモリ２０３により各構成要素を実現する場合のハードウェアの例であるが、各構成要素は、専用のハードウェア回路により実現されても良い。図２７は、実施の形態１から６にかかる専用のハードウェア回路２０５の構成例を示す図である。

専用のハードウェア回路２０５は、入力部２０１、出力部２０４および処理回路２０６を備える。処理回路２０６は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。数値制御装置１ａ，１ｆの各機能を機能別に処理回路２０６で実現しても良いし、各機能をまとめて処理回路２０６で実現しても良い。なお、各構成要素は、制御回路２００とハードウェア回路２０５とが組み合わされて実現されても良い。

図１９に示す加工プログラム生成装置２は、図２６に示すハードウェア構成と同様のハードウェア構成、または、図２７に示すハードウェア構成と同様のハードウェア構成により実現される。加工プログラム生成装置２の処理部である、加工プログラム入力部１０、加工誤差推定部１２、補正量演算部１４ａ、シミュレーション部５１、および加工プログラム補正部５２は、処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサがソフトウェアを実行する回路であっても良いし、専用の回路であっても良い。

図２５に示す学習部１０２が数値制御装置１ｆの外部の装置により実現される場合、学習部１０２として機能する装置は、図２６に示すハードウェア構成と同様のハードウェア構成、または、図２７に示すハードウェア構成と同様のハードウェア構成により実現される。学習部１０２として機能する装置は、処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサがソフトウェアを実行する回路であっても良いし、専用の回路であっても良い。

以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１ａ，１ｆ 数値制御装置、２ 加工プログラム生成装置、６ サーボ制御部、１０ 加工プログラム入力部、１１ 指令値生成部、１２ 加工誤差推定部、１３ モデル保持部、１４ａ，１４ｃ 補正量演算部、１５ 指令値出力部、２０ 加工誤差形状、２１ 運動方向、２３，２４，４２，４３ 矢印、２５，２６ 円、３１ａ，３１ｃ 軸選択部、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 補正量計算部、３３ 基準補正量計算部、３４ クランプ部、３５ 変化率計算部、３６ 補正時間調整部、４１ 加工面、５１ シミュレーション部、５２ 加工プログラム補正部、５３，５４，５５，５８ 経路、５６，５７ 加工プログラム、７１ モータ、７２ 直進案内機構、７３ 送りねじ、７４ カップリング、７５ａ，７５ｂ 支持軸受、７６ 工具、７７ ワークテーブル、７８ 工作物、７９ 減速機、８０ ナット、８２ 回転角検出器、８３ 主軸、９０ 支持体、９３Ａ Ａ軸駆動部、９３Ｂ Ｂ軸駆動部、９３Ｃ Ｃ軸駆動部、９３Ｖ Ｖ軸駆動部、９３Ｘ Ｘ軸駆動部、９３Ｙ Ｙ軸駆動部、９３Ｚ Ｚ軸駆動部、９６ 機械装置部、９７ 駆動機構、９８ 機械構造、９９ａ，９９ｄ，９９ｅ 数値制御工作機械、１００ 機械学習装置、１０１ 状態観測部、１０２ 学習部、１０３ 報酬計算部、１０４ 関数更新部、２００ 制御回路、２０１ 入力部、２０２ プロセッサ、２０３ メモリ、２０４ 出力部、２０５ ハードウェア回路、２０６ 処理回路。

Claims (11)

1. 複数の軸の各々について設けられている駆動機構と前記駆動機構から伝達される動力により運動する機械構造とを有し、前記機械構造に取り付けられる工具を用いて工作物を加工する数値制御工作機械を制御する数値制御装置であって、
   複数の前記軸の各々の方向である各軸方向における前記機械構造の運動に伴う前記機械構造の変形を模擬するモデルであって、前記機械構造の変形による前記各軸方向における前記工具の変位量である誤差量を表す機械モデルを保持するモデル保持部と、
   前記駆動機構の駆動についてのデータである軸データと前記機械モデルとに基づいて、前記各軸方向のうち前記機械構造の運動の方向とは異なる方向であって、前記工具の変位を生じる方向である誤差方向と前記誤差方向における前記誤差量とを推定し、推定された前記誤差方向と推定された前記誤差量とを示す加工誤差情報を出力する加工誤差推定部と、
   補正の対象とする１つ以上の前記軸を前記加工誤差情報に基づいて選択して、選択された前記軸についての前記駆動機構へ出力される指令の補正に使用される補正量を演算する補正量演算部と、
   を備え、
   前記機械モデルは、前記各軸方向のうち前記機械構造の運動の方向とは異なる方向のいずれかにおける前記誤差量がゼロではない機械モデルであることを特徴とする数値制御装置。
2. 前記軸データは、各軸の速度指令と、各軸の加速度指令と、各軸の前記駆動機構の状態量である速度または加速度と、のうちの１つ以上のデータであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記補正量演算部は、クランプ処理が施された前記補正量を出力することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
4. 前記補正量演算部は、前記クランプ処理の基準である上限値または下限値に前記補正量が到達した場合に前記補正量を一定時間において維持させることを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
5. 前記補正量演算部は、前記補正量を変化させる変化率を計算し、前記変化率に従って変化させた補正量を出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の数値制御装置。
6. 前記補正量演算部は、前記誤差方向において前記工具が前記工作物の加工面に向かう場合は補正量を出力し、前記誤差方向において前記工具が前記加工面から遠ざかる場合は補正量をゼロとすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の数値制御装置。
7. 前記軸データと、前記数値制御工作機械の加工条件についての情報と、加工誤差測定結果と、前記加工誤差情報とを状態変数として観測する状態観測部と、
   前記状態変数に基づいて作成されるデータセットに従って前記機械モデルを学習する学習部と、
   を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の数値制御装置。
8. 複数の軸の各々について設けられている駆動機構と前記駆動機構から伝達される動力により運動する機械構造とを有し、前記機械構造に取り付けられる工具を用いて工作物を加工する数値制御工作機械であって、
   複数の前記軸の各々の方向である各軸方向における前記機械構造の運動に伴う前記機械構造の変形を模擬するモデルであって、前記機械構造の変形による前記各軸方向における前記工具の変位量である誤差量を表す機械モデルを保持するモデル保持部と、
   前記駆動機構の駆動についてのデータである軸データと前記機械モデルとに基づいて、前記各軸方向のうち前記機械構造の運動の方向とは異なる方向であって、前記工具の変位を生じる方向である誤差方向と前記誤差方向における前記誤差量とを推定し、推定された前記誤差方向と推定された前記誤差量とを示す加工誤差情報を出力する加工誤差推定部と、
   補正の対象とする１つ以上の前記軸を前記加工誤差情報に基づいて選択して、選択された前記軸についての前記駆動機構へ出力される指令の補正に使用される補正量を演算する補正量演算部と、
   を備え、
   前記機械モデルは、前記各軸方向のうち前記機械構造の運動の方向とは異なる方向のいずれかにおける前記誤差量がゼロではない機械モデルであることを特徴とする数値制御工作機械。
9. 複数の軸の各々について設けられている駆動機構と前記駆動機構から伝達される動力により運動する機械構造とを有し、前記機械構造に取り付けられる工具を用いて工作物を加工する数値制御工作機械の加工プログラムを生成する加工プログラム生成装置であって、
   複数の前記軸の各々の方向である各軸方向における前記機械構造の運動に伴う前記機械構造の変形を模擬するモデルであって、前記機械構造の変形による前記各軸方向における前記工具の変位量である誤差量を表す機械モデルを保持するモデル保持部と、
   前記駆動機構の駆動についてのデータである軸データと前記機械モデルとに基づいて、前記各軸方向のうち前記機械構造の運動の方向とは異なる方向であって、前記工具の変位を生じる方向である誤差方向と前記誤差方向における前記誤差量とを推定し、推定された前記誤差方向と推定された前記変位量とを示す加工誤差情報を出力する加工誤差推定部と、
   補正の対象とする１つ以上の前記軸を前記加工誤差情報に基づいて選択して、選択された前記軸についての前記駆動機構による運動を補正するための補正量を演算する補正量演算部と、
   前記補正量に従って前記加工プログラムを補正する加工プログラム補正部と、
   を備え、
   前記機械モデルは、前記各軸方向のうち前記機械構造の運動の方向とは異なる方向のいずれかにおける前記誤差量がゼロではない機械モデルであることを特徴とする加工プログラム生成装置。
10. 前記補正量が記述される前の前記加工プログラムから解析される加工経路に基づいて前記軸データを算出するシミュレーション部をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の加工プログラム生成装置。
11. 複数の軸の各々について設けられている駆動機構と前記駆動機構から伝達される動力により運動する機械構造とを有し、前記機械構造に取り付けられる工具を用いて工作物を加工する数値制御工作機械の加工プログラムを生成する加工プログラム生成方法であって、
    複数の前記軸の各々の方向である各軸方向における前記機械構造の運動に伴う前記機械構造の変形を模擬するモデルであって、前記機械構造の変形による前記各軸方向における前記工具の変位量である誤差量を表す機械モデルを読み出すステップと、
    前記駆動機構の駆動についてのデータである軸データと前記機械モデルとに基づいて、前記各軸方向のうち前記機械構造の運動の方向とは異なる方向であって、前記工具の変位を生じる方向である誤差方向と前記誤差方向における前記誤差量とを推定し、推定された前記誤差方向と推定された前記変位量とを示す加工誤差情報を出力するステップと、
    補正の対象とする１つ以上の前記軸を前記加工誤差情報に基づいて選択して、選択された前記軸についての前記駆動機構による運動を補正するための補正量を演算するステップと、
    前記補正量に従って前記加工プログラムを補正するステップと、
    を含み、
    前記機械モデルは、前記各軸方向のうち前記機械構造の運動の方向とは異なる方向のいずれかにおける前記誤差量がゼロではない機械モデルであることを特徴とする加工プログラム生成方法。

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