进给轴控制方法及数值控制机床与流程

本发明涉及一种机床的进给轴控制方法及执行该进给轴控制方法的数值控制机床。

背景技术：

在机床的进给轴控制中，因为在执行加工指令的过程中各进给轴的速度在刀具路径的角部急剧变化，所以有时在机床的各部产生冲击。为了减少这样的冲击，进行进给轴的加减速控制。作为加减速控制的方法，有通过加减速过滤器对来自数值控制装置的分配插补部的移动指令进行进给轴的加减速的插补后加减速控制等。

作为这样的插补后加减速控制方法之一，在专利文献1中，记载了如下的数值控制机床的加减速控制方法，即，求出符合数值控制机床的切削进给速度的加减速曲线参数，基于求出的加减速曲线参数进行切削进给的加减速控制。

另外，在专利文献2中记载了如下的数值控制装置，即，由各轴用插补后加减速处理部对从插补处理部给各轴的移动指令进行插补后加减速处理，基于插补后加减速处理后的移动指令分别对各轴的伺服控制部进行伺服控制，插补前加减速部进行由容许内侧轨迹进行的速度控制。

进而，在专利文献3中，记载了如下的精密位置控制装置，即，在将粗动机构和微动机构组合了的复合伺服机构中、检测出微动机构和粗动机构的各位移，将此与位移指令值进行比较，将其偏差向微动机构及粗动机构的各个调节器供给，将这些调节器的输出信号向微动机构和粗动机构输入。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-312309号公报

专利文献2：日本特开2001-312309号公报

专利文献3：日本特开平8-241128号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

如专利文献1、2记载的那样，若在插补前进行加减速控制，则各进给轴的加速、减速时间变长，因此有加工时间变长的问题。进而，若在插补后进行加速控制，例如，在x-y平面内加工角部等的同时使2轴以上的进给轴同步地进行控制的情况下，相对于通过进行加减速控制之前的移动指令产生的刀具轨迹，实际的刀具轨迹成为内侧轨迹，存在加工误差变大的问题。

另外，在如专利文献3记载的那样的复合伺服控制中，在粗动机构和微动机构之间由两者的运动产生干涉力，由此，存在在伺服控制中产生误差的问题。

本发明将解决这样的以往的技术问题作为技术课题，以提供一种能够使由进给轴的加减速的变化产生的冲击减少并高速、高精度地加工工件的机床的进给轴控制方法及执行该进给轴控制方法的数值控制机床为目的。

为了解决课题的手段

为了实现上述目的，根据本发明，提供一种机床的进给轴控制方法，其特征在于，求出给进给轴的移动指令与基于该移动指令变化的输出值之间的差分，基于上述移动指令生成上述粗动机构的移动指令，基于上述差分生成上述微动机构的移动指令。

进而，根据本发明，提供一种机床的进给轴控制方法，该机床驱动由粗动机构和微动机构构成的进给轴而使刀具和工件相对移动，对上述工件进行加工，所述机床的进给轴控制方法的特征在于，将上述进给轴的移动指令通至使加速度连续的过滤器，生成上述粗动机构的移动指令，由生成了的上述粗动机构的移动指令驱动上述粗动机构，从上述进给轴的移动指令和上述粗动机构的移动指令之间的差分求出上述微动机构的移动指令，由求出了的上述微动机构的移动指令驱动该微动机构。

也可以由上述进给轴的移动指令驱动上述粗动机构，基于上述进给轴的移动指令与上述粗动机构的反馈信号之间的差分求出上述微动机构的移动指令，由求出了的上述微动机构的移动指令驱动该微动机构。

进而，根据本发明，提供一种数值控制机床，其由分配插补部及伺服控制部执行从数值控制装置的读取解释部取入了的数值控制程序，驱动由粗动机构和微动机构构成的进给轴而使刀具和工件相对移动，对上述工件进行加工，其特征在于，求出给上述进给轴的移动指令与基于该移动指令变化的输出值之间的差分，基于上述移动指令生成上述粗动机构的移动指令，基于上述差分生成上述微动机构的移动指令。

上述数值控制机床，具备：以使加速度连续的方式进行上述进给轴的移动指令的过滤器；通至上述过滤器，生成上述粗动机构的移动指令的组件；和由上述进给轴的移动指令和上述粗动机构的移动指令之间的差分生成上述微动机构的移动指令的组件。

发明的效果

根据本发明，由于通过驱动微动部补偿在以往的技术中由加减速过滤器降低的移动指令中的加速度，所以能够提高各进给轴的加减速度，能够提高加工精度及切削效率。

附图说明

图1是表示适用本发明的进给轴控制方法的数值控制机床的一例的正面图。

图2是图1的数值控制机床的一部分的部分扩大图。

图3是表示执行本发明的进给轴控制方法的控制系统的一例的简略框图。

图4是表示在x-y平面内对角部进行切削加工的情况下的刀具路径的略图。

图5是表示本发明的第一实施方式的伺服控制装置的控制框图。

图6是表示在沿圆弧或者曲线状的刀具路径加工的情况下产生的刀具路径的偏离的略图。

图7是表示本发明的第二实施方式的伺服控制装置的控制框图。

具体实施方式

为了实施发明的方式

以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。

图1是表示适用本发明的进给轴控制方法的数值控制机床的一例的正面图。图2是图1的数值控制机床的一部分的部分扩大图。

在图1中，数值控制机床10具有成为基台的床身12；可在水平左右方向(x轴方向)移动地设置在床身12的上面上的立柱14；可在铅直方向(y轴方向)上下动地设置在立柱14上的y轴滑块16；可上下方向移动地设置在y轴滑块16上的头架20；以及可在水平左右方向移动地安装在该头架20上，以在水平前后方向延伸的旋转轴线为中心可旋转地支承主轴24的主轴头22。

立柱14具有在床身102上面中在水平的左右方向(x轴方向)延伸设置的一对x轴导轨26上滑动的导块(ガイドブック)28，并被设置为可沿x轴导轨26往复动。在床身102上，作为将立柱14沿x轴导轨26往复驱动的x轴进给装置，设置了在x轴方向延伸设置的滚珠丝杠36(图5、6)；和与该滚珠丝杠36的一端连结的x轴伺服马达28，在立柱14上，安装了与滚珠丝杠36卡合的螺母46(图5、7)。在床身12上，安装了测量x轴方向的立柱14的坐标位置的x轴刻度尺48(图5、7)。

y轴滑块16被设置为可沿在立柱14的前面中在铅直方向(y轴方向)延伸设置的一对y轴导轨往复动，在立柱14上，作为将y轴滑块16沿y轴导轨往复驱动的y轴进给装置，设置了在y轴方向延伸设置的左右一对滚珠丝杠30；和与该滚珠丝杠30的一端连结的y轴伺服马达32，在y轴滑块16上，安装了与滚珠丝杠30卡合的螺母(未图示)。另外，在立柱14上，安装了测量y轴滑块16的y轴方向的坐标位置的y轴刻度尺(未图示)。

头架20被设置为可经y轴微动装置40相对于立柱14在y轴方向微动，主轴头22被设置为可经过x轴微动装置42相对于头架20在x轴方向微动。y轴微动装置40及x轴微动装置42由被要求的精度、头架20及主轴头22的重量决定，例如能够由线性马达、压电元件构成。另，在图1、2中，虚线表示y轴及x轴方向的微动范围。另外，由x轴微动装置42及y轴微动装置40驱动的微动机构被构成为与粗动机构相比惯性小、刚性高。

进而，数值控制机床10具有检测头架20的相对于y轴滑块16的y轴方向的相对位置的位置传感器(未图示)及检测主轴头22的相对于头架20的x轴方向的相对位置的位置传感器44(参照图5、7)。

接着，参照作为表示执行本发明的进给轴控制方法的控制系统的简略框图的图3，控制系统50具有读取解释部52、分配插补部54、x轴、y轴及z轴的各伺服控制部56、58、60。读取解释部12读取并解释例如来自cam装置(未图示)的加工程序，将移动指令向分配插补部54输出。此移动指令包含了x轴、y轴及z轴方向的进给量和进给速度。

分配插补部54对接收了的x轴、y轴及z轴移动指令进行插补运算，将符合插补函数及进给速度的位置指令向各轴的伺服控制部56、58、60输出。伺服控制部56、58、60从接收了的x轴、y轴及z轴的各位置指令输出用于驱动机床10的x轴、y轴及z轴的各进给轴的电流值，向机床10的x轴、y轴的各进给轴的伺服马达28、32及微动装置40、42供给。

图4表示例如使用球头立铣刀的那样的刀具在x-y平面内对角部进行切削加工的情况下的刀具路径。一般来说，在加工这样的角部的情况下，为了使在机床10的立柱14、y轴滑块16、头架20、主轴头22、主轴24等的可动部移动时可能产生的振动、冲击降低并补偿指令的加速度的连续性，将从分配插补部54输出的位置指令通过过滤器而使得加速度连续。由此，基于来自分配插补部54的位置指令的刀具路径tp，如在图4中由虚线所示的那样，呈圆弧状地成为内侧轨迹的刀具路径tp′。在本发明中，通过使用微动装置，使得基于过滤器后的位置指令的刀具路径tp′尽可能地靠近基于来自分配插补部54的位置指令的刀具路径tp。

以下，作为本发明的优选的实施方式，对构成图3的x轴伺服控制部56的伺服控制装置100进行说明，但要理解，y轴伺服控制部58及z轴伺服控制部60也同样能够由伺服控制装置100构成。

参照图5，本发明的第一实施方式的伺服控制装置100，与一般的伺服控制装置同样，包含来自分配插补部54的位置指令x0的加减速过滤器102；将来自加减速过滤器102的位置指令与来自x轴刻度尺48的位置反馈信号进行比较的减法器104；将来自减法器104的输出进行微分处理的位置控制器106；将来自位置控制器106的输出与来自x轴伺服马达28的旋转编码器28a的速度反馈信号进行比较的减法器108；将来自减法器108的信号进行微分处理的速度控制器110；基于来自速度控制器110的输出对向x轴伺服马达28输出的电流进行控制的电流控制器112；基于来自加减速过滤器102的位置指令生成速度前馈值及加速度前馈值的速度前馈控制部114及加速度前馈控制部116。

伺服控制装置100，还包含将来自分配插补部54的位置指令与来自加减速过滤器102的位置指令进行比较的减法器118；将来自减法器118的输出与来自位置传感器44的位置反馈信号进行比较的减法器120；将来自减法器120的输出进行微分处理的微动位置控制器122；将来自微动位置处理器122的输出与进行了微分处理的来自位置传感器44的信号进行比较的减法器124；将来自减法器124的信号进行微分处理的微动速度控制器126；基于来自微动速度控制器126的输出对向x轴微动装置42输出的电流进行控制的微动电流控制器128；基于来自减法器118的输出生成微动速度前馈值及微动加速度前馈值的微动速度前馈控制部130及微动加速度前馈控制部132。

在本实施方式中，x轴微动装置42以补偿来自分配插补部54的位置指令与来自加减速过滤器102的输出的之间的差分的方式被控制。因此，根据本实施方式，在图4中，能够使基于过滤器后的位置指令的刀具路径tp′尽可能地靠近基于来自分配插补部54的位置指令的刀具路径tp。另外，在以往的技术中，由过滤器抑制包含在移动指令中的大的加速度，但在本实施方式中，由于通过驱动微动部补偿被抑制的加速度，所以能够提高x轴、y轴的伺服马达28、32的加减速度，能够提高加工精度及切削效率。

另外，在刀具路径tp是如图6所示的圆弧或者曲线的情况下，仍然由作用于机床的可动部的摩擦的变化产生进给轴的延迟，如由虚线tp′所示的那样，实际的刀具路径从基于来自分配插补部的位置指令的刀具路径tp偏离。

参照图7，本发明的第二实施方式的伺服控制装置200，与一般的伺服控制装置同样，包含将来自分配插补部54的位置指令x0与来自x轴刻度尺48的位置反馈信号进行比较的减法器202；将来自减法器202的输出进行微分处理的位置控制器204；将来自位置控制器204的输出与来自x轴伺服马达28的旋转编码器28a的速度反馈信号进行比较的减法器206；将来自减法器206的信号进行微分处理的速度控制器208；基于来自速度控制器208的输出对向x轴伺服马达28输出的电流进行控制的电流控制器210；基于来自分配插补部54的位置指令x0生成速度前馈值的速度前馈控制部212；以及生成加速度前馈值的加速度前馈控制部214。

伺服控制装置200还包含将来自减法器202的输出与来自位置传感器44来自的位置反馈信号进行比较的减法器218；将来自减法器218的输出进行微分处理的微动位置控制器220；将来自微动位置控制器220的输出与进行了微分处理的来自位置传感器44的信号进行比较的减法器222；将来自减法器222的信号进行微分处理的微动速度控制器224；基于来自微动速度控制器224的输出对向x轴微动装置42输出的电流进行控制的微动电流控制器226；基于来自减法器202的输出生成速度前馈值的微动速度前馈控制部228；以及生成微动加速度前馈值的微动加速度前馈控制部230。

伺服控制装置200，对降低特别是如图6所示的那样的基于作用于可动部的摩擦的变化的加工误差是有效的。由于这样的加工误差是微小的，所以微动装置42可以不是线性马达而是具备压电元件的驱动装置。在此情况下，在构成粗动部的y轴滑块16和构成微动部的主轴头22或者头架20之间相互经压电元件产生干涉力。因此，在本实施方式中，伺服控制装置200被做成将在粗动部和微动部相互产生的干涉力前馈给电流控制器210及微动电流控制器226。因此，包含基于来自减法器202的输出生成干涉加速度前馈值的干涉加速度前馈控制部216及基于来自分配插补部54的位置指令x0生成干涉微动加速度前馈值的干涉微动加速度前馈控制部232。

符号的说明

10：数值控制机床

12：床身

14：立柱

16：y轴滑块

20：头架

22：主轴头

24：主轴

40：y轴微动装置

42：x轴微动装置

100：伺服控制装置

102：加减速过滤器

114：速度前馈控制部

116：加速度前馈控制部

130：微动速度前馈控制部

132：微动加速度前馈控制部

212：速度前馈控制部

214：加速度前馈控制部

216：干涉加速度前馈控制部

228：微动速度前馈控制部

230：微动加速度前馈控制部

232：干涉微动加速度前馈控制部。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种机床的进给轴控制方法，该机床驱动由粗动机构和微动机构构成的进给轴而使刀具和工件相对移动，对上述工件进行加工，所述机床的进给轴控制方法的特征在于，

求出给进给轴的移动指令与基于该移动指令变化的输出值之间的差分，

基于上述移动指令生成上述粗动机构的移动指令，

基于上述差分生成上述微动机构的移动指令。

2.一种机床的进给轴控制方法，该机床驱动由粗动机构和微动机构构成的进给轴而使刀具和工件相对移动，对上述工件进行加工，所述机床的进给轴控制方法的特征在于，

将上述进给轴的移动指令通至使加速度连续的过滤器，生成上述粗动机构的移动指令，

由生成了的上述粗动机构的移动指令驱动上述粗动机构，

从上述进给轴的移动指令和上述粗动机构的移动指令之间的差分求出上述微动机构的移动指令，

由求出了的上述微动机构的移动指令驱动该微动机构。

3.如权利要求2所述的机床的进给轴控制方法，其特征在于，基于通至上述过滤器后的移动指令生成用于上述粗动机构的速度前馈值及加速度前馈值。

4.如权利要求3所述的机床的进给轴控制方法，其特征在于，基于通至上述过滤器前的移动指令生成用于上述微动机构的速度前馈值及加速度前馈值。

5.如权利要求1所述的机床的进给轴控制方法，

由上述进给轴的移动指令驱动上述粗动机构，

基于上述进给轴的移动指令与上述粗动机构的反馈信号之间的差分求出上述微动机构的移动指令，

由求出了的上述微动机构的移动指令驱动该微动机构。

6.如权利要求5所述的机床的进给轴控制方法，其特征在于，

基于上述进给轴的移动指令生成上述粗动机构的前馈值和给上述微动机构的干涉前馈值，

基于上述差分生成上述微动机构的前馈值和给上述粗动机构的干涉前馈值。

7.一种数值控制机床，其由分配插补部及伺服控制部执行从数值控制装置的读取解释部取入了的数值控制程序，驱动由粗动机构和微动机构构成的进给轴而使刀具和工件相对移动，对上述工件进行加工，其特征在于，

求出给上述进给轴的移动指令与基于该移动指令变化的输出值之间的差分，

基于上述移动指令生成上述粗动机构的移动指令，

基于上述差分生成上述微动机构的移动指令。

8.如权利要求7所述的数值控制机床，其特征在于，具备：

以使加速度连续的方式进行上述进给轴的移动指令的过滤器；

通至上述过滤器，生成上述粗动机构的移动指令的组件；和

由上述进给轴的移动指令和上述粗动机构的移动指令之间的差分生成上述微动机构的移动指令的组件。