机床的控制装置的制作方法

本发明涉及一种机床的控制装置，其一边使工件或刀具旋转，一边使工件或刀具相对移动来进行工件的加工。

背景技术：

例如有旋转或磨削圆柱状或圆筒状工件的机床。在这种机床中，使工件旋转，并且使用电动机使工件或刀具移动，使工件与刀具接触，由此进行工件的加工。

专利文献1～3中记载了一种控制装置，在这样的机床中，通过控制电动机来控制工件与刀具的相对位置。

在上述的机床中，有时由于工件的形状误差(例如针对工件的旋转轴的圆柱状或圆筒状工件的中心的偏心)或安装误差等会引起加工精度下降。另外，例如在使圆板状的刀具(磨刀石)旋转的机床中，有时由于刀具的形状误差(例如针对刀具的旋转轴的圆板状的刀具中心的偏差)或安装误差等会引起加工精度下降。

关于该点，在专利文献1～3记载的控制装置中，在加工后测量工件的形状误差或安装误差，使刀具进退以便修正在接下来的加工时测量到的工件的形状误差或安装误差，从而抑制加工精度的下降。

专利文献

专利文献1：日本特开平5-57564号公报

专利文献2：日本特开昭63-237866号公报

专利文献3：日本特开2017-132000号公报

如专利文献1～3记载的控制装置那样，在进行了一次加工后测量工件的形状误差或安装误差，在接下来的加工时进行修正，造成加工时间变长。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种抑制加工精度的下降并抑制加工时间的增大的机床控制装置。

技术方案(1)：本发明所涉及的机床控制装置(例如后述的控制装置1)一边使工件(例如后述的工件w)旋转，一边使上述工件或刀具(例如后述的刀具t)相对移动，来进行上述工件的加工，其中，该机床控制装置具备：伺服控制部(例如后述的伺服控制部10)，其生成基于位置指令与上述工件或上述刀具的当前位置的差分的位置偏差，并生成用于根据上述位置偏差使上述工件或上述刀具移动的驱动部(例如后述的电动机5)的驱动指令，该位置指令用于使上述工件或上述刀具移动以便将上述工件加工为希望的形状；以及位移测量器(例如后述的位移测量器40)，其按照上述工件的每个旋转角度来测量上述工件的加工面位移量，上述伺服控制部具备：修正量计算部(例如后述的修正量计算部14)，其根据由上述位移测量器测量到的加工面位移量，按照上述工件的每个旋转角度来计算上述工件相对于上述希望形状的形状误差，并根据计算出的上述工件的形状误差来求出上述位置偏差的修正量；以及第一修正部(例如后述的第一修正部18)，其根据由上述修正量计算部计算出的修正量，按照上述工件的每个旋转角度来修正上述位置偏差。

技术方案(2)：本发明所涉及的另一个机床控制装置(例如后述的控制装置1)一边使工件(例如后述的工件w)以及刀具(例如后述的刀具t)旋转，一边使上述工件或上述刀具相对移动，来进行上述工件的加工，其中，该机床控制装置具备：伺服控制部(例如后述的伺服控制部10)，其生成基于位置指令与上述工件或上述刀具的当前位置之间的差分的位置偏差，并生成用于根据上述位置偏差使上述工件或上述刀具移动的驱动部(例如后述的电动机5)的驱动指令，该位置指令用于使上述工件或上述刀具移动以便将上述工件加工为希望的形状；以及位移测量器(例如后述的位移测量器40)，其按照上述工件的每个旋转角度来测量上述刀具的表面位移量，上述伺服控制部具备：修正量计算部(例如后述的修正量计算部14)，其根据由上述位移测量器测量到的表面位移量，按照上述工件的每个旋转角度来计算上述刀具相对于上述希望形状的形状误差，并根据计算出的上述刀具的形状误差来求出上述位置偏差的修正量；以及第一修正部(例如后述的第一修正部18)，其根据由上述修正量计算部计算出的修正量，按照上述工件的每个旋转角度来修正上述位置偏差。

技术方案(3)：也可以是，在技术方案(2)记载的机床控制装置中，上述刀具的转速是上述工件的转速的整数倍。

技术方案(4)：也可以是，在技术方案(1)～技术方案(3)中任意一项记载的机床控制装置中，上述伺服控制部还具备：存储部(例如后述的存储部16)，其存储上述工件旋转一周的量的修正量，该修正量是由上述修正量计算部计算出的按照上述工件的每个旋转角度的修正量，上述第一修正部根据存储在上述存储部中的上述工件的旋转一周前的修正量来修正上述位置偏差。

技术方案(5)：在技术方案(1)～技术方案(4)中任意一项记载的机床控制装置中，上述伺服控制部具备：学习控制部(例如后述的学习控制部20)，其根据由上述第一修正部修正的位置偏差、上述工件的旋转一周前的学习修正量以及上述工件的旋转角度，进行学习控制以便降低上述位置偏差，由此生成学习修正量；以及第二修正部(例如后述的第二修正部30)，其根据通过上述学习控制部学习到的学习修正量来修正由上述第一修正部修正而得的位置偏差。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种抑制加工精度的下降并且抑制加工时间的增大的机床的控制装置。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的机床控制装置的结构的图。

图2是表示第二实施方式所涉及的机床控制装置的结构的图。

附图标记的说明

1：机床控制装置、2：数值控制装置(cnc)、3：放大器、5：电动机(驱动部)、6：编码器、7：滚珠丝杠、10：伺服控制部、12：减法部、14：修正量计算部、16：存储部、18：第一修正部、20：学习控制部、22：加法部、24：存储部、30：第二修正部、32：位置控制部、34：减法部、36：速度控制部、40：位移测量部、50：角度传感器、t：刀具、w：工件。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明实施方式的一例。另外，在各个附图中对于相同或相当的部分标注相同的标记。

[第一实施方式]

图1表示第一实施方式所涉及的机床控制装置的结构。

图1中，机床具有旋转或磨削圆柱状或圆筒状(包括正圆以及椭圆)工件的机床。在该机床中，使工件w旋转，并且使用电动机(驱动部)5使刀具t移动，使工件w与刀具t接触，由此进行工件w的加工。

在本实施方式中，电动机5经由滚珠丝杠7使刀具t移动。另外，将电动机5的旋转运动转换为刀具t的直线运动的单元不限于滚珠丝杠7，例如也可以是油压泵。

电动机5中设置编码器(位置检测器、速度检测器)6。编码器6检测电动机5的旋转位置。由于电动机5的旋转位置与刀具t的位置对应，因此编码器6检测刀具t的位置。检测出的位置被用作位置反馈(位置fb)。另外，编码器6检测电动机5的转速。由于电动机5的转速与刀具t的移动速度对应，因此编码器6检测刀具t的移动速度。检测出的速度作为速度反馈(速度fb)被使用。另外，检测刀具t的位置以及速度的单元不限于编码器6，例如也可以是设置在刀具t附近的比例尺。

图1所示的控制装置1例如根据由数值控制装置(cnc)2提供的位置指令来控制使机床的刀具t移动的电动机5，从而控制工件w与刀具t之间的相对位置。

数值控制装置2生成用于使刀具t移动而将工件w加工为希望的形状的位置指令、且是工件w的每个旋转角度(例如10deg)的位置指令。

控制装置1具备：伺服控制部10、位移测量器40以及角度传感器50。伺服控制部10根据来自数值控制装置2的位置指令、来自编码器6的位置反馈(刀具t的当前位置)以及速度反馈，生成用于驱动电动机5的电流指令(驱动指令)。电流指令由放大器3进行放大并供给至电动机5。后面详细描述伺服控制部10。

位移测量器40按照每个预定时间测量工件w的加工面(例如外表面或内表面)位移量。预定时间被设定为将工件w旋转一周的时间分割为多个的时间例如工件w旋转10deg的时间。由此，位移测量器40按照工件w的每个旋转角度来测量工件w的加工面位移量。作为位移测量器40的一例，例如列举使用了激光的位移测量器。

角度传感器50按照每个预定时间检测工件w的旋转角度。另外，也可以不一定具备角度传感器50。此时，可以根据设置在对工件w进行旋转驱动的电动机上的编码器或驱动控制电动机的控制部的信息来求出工件w的旋转角度。

以下，说明伺服控制部10。伺服控制部10具备：减法部12、修正量计算部14、存储部16、第一修正部18、学习控制部20、第二修正部30、位置控制部32、减法部34、速度控制部36。

减法部12根据位置指令与来自编码器6的位置反馈之间的差分来生成位置偏差。

修正量计算部14取得位置指令、由位移测量器40测量到的工件w的加工面位移量、由角度传感器50检测出的工件w的旋转角度，将这些位置指令和工件w的旋转角度以及加工面位移量关联起来并暂时保存在存储部16中。

修正量计算部14根据存储在存储部16中的与工件w旋转1周相对应的量的位置指令和工件w的加工面位移量，按照工件w的每个旋转角度来计算相对于位置指令所表示的希望形状的工件w的形状误差。工件w的形状误差例如包括相对于工件w的旋转轴的圆柱状或圆筒状的工件w的中心的偏心量。另外，当工件w为正圆状时，修正量计算部14可以不考虑位置指令所表示的希望形状而只根据由位移测量器40检测出的工件w的加工面位移量来计算工件w的形状误差。

修正量计算部14根据计算出的工件w的形状误差来求出位置偏差的修正量。修正量计算部14将所求出的工件w旋转一周的量的每个旋转角度的修正量暂时保存在存储部16中。

如上所述，存储部16将位置指令与工件w的旋转角度以及加工面位移量关联起来进行存储。另外，存储部16存储通过修正量计算部14计算出的与工件w旋转一周的量的每个旋转角度的修正量。存储部16例如是eeprom等可改写的存储器。

第一修正部18根据由修正量计算部14计算出并存储在存储部16中的工件w旋转一周前的修正量，按照工件w的每个旋转角度来修正由减法部12生成的位置偏差。例如，第一修正部18可以将修正量与位置偏差相加。或者，第一修正部18也可以从位置偏差减去修正量。

学习控制部20根据由第一修正部18修正而得的位置偏差、工件w的旋转一周前的学习修正量、以及由角度传感器50检测出的工件w的旋转角度，进行控制学习以便降低位置偏差，从而生成与工件w旋转一周相对应的量的学习修正量。

具体地说，学习控制部20具有加法部22和存储部24。存储部24例如是eeprom等可改写的存储器。存储部24中存储上次所生成的学习修正量。加法部22通过将存储在存储部24中的上次的学习修正量与由第一修正部18修正的这次的位置偏差相加，从而生成进一步降低位置偏差的学习修正量，并存储在存储部24中。

此时，学习控制部20将存储在存储部24中的上次的学习修正量即工件w的旋转一周前的学习修正量输出给第二修正部30。

第二修正部30根据由学习控制部20学习到的工件w旋转一周前的学习修正量，按照工件w的每个旋转角度来修正由第一修正部18修正而得的位置偏差。例如，第二修正部30可以将学习修正量与位置偏差相加。或者，第二修正部30也可以从位置偏差减去学习修正量。

位置控制部32将位置增益与由第二修正部30修正而得的位置偏差相乘来生成速度指令。

减法部34根据由位置控制部32生成的速度指令和由编码器6检测出的速度反馈来生成速度偏差。

速度控制部36将速度增益与由减法部34生成的速度偏差相乘并生成电流指令(转矩指令)。

上述的控制装置1(除去存储部16、24)例如由dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)、fpga(field-programmablegatearray，现场可编程门阵列)等运算处理器构成。控制装置1(除去存储部16、24)的功能例如通过执行存储在存储部中的预定软件(程序)来实现。控制装置1(除去存储部16、24)的功能也可以通过硬件与软件的协作来实现，也可以只通过硬件(电子电路)来实现。

如以上所说明那样，在第一实施方式的机床控制装置1中，位移测量器40按照工件w的每个旋转度来机内测量工件w的加工面位移量。另外，能够比较高速控制的伺服控制部10根据由位移测量器40测量到的工件w的加工面位移量，按照工件w的每个旋转角度来计算工件w相对于希望的工件形状的形状误差，根据计算出的工件w的形状误差来求出位置偏差的修正量，并根据计算出的修正量按照工件w的每个旋转角度来修正位置偏差。

由此，控制装置1在工件w的加工中能够实时地修正位置偏差。具体地说，伺服控制部10在工件w的加工中，存储工件w旋转一周的量的、计算出的工件w的按照每个旋转角度的修正量，根据所存储的工件w的旋转一周前的修正量来实时地修正位置偏差。

因此，根据控制装置1可以抑制由于工件w的形状误差(例如相对于工件w的旋转轴的圆柱状或圆筒状的工件w的中心的偏心)或安装误差等引起的机床加工精度的下降，并且可以抑制加工时间的增大。

另外，根据第一实施方式的机床控制装置1，具备学习控制部20和第二修正部30，进行学习控制以便降低位置偏差，根据工件w旋转一周前的学习修正量来进一步实时地修正位置偏差，因此能够进一步抑制由于工件w的形状误差或安装误差等引起的机床加工精度的下降。

[第二实施方式]

在第一实施方式中，针对抑制由于工件w的形状误差(例如针对工件w的旋转轴的圆柱状或圆筒状的工件w的中心的偏心)以及安装误差等引起的机床加工精度的下降的机床控制装置1进行说明。在第二实施方式中，针对抑制由于刀具t的形状误差(例如针对刀具t的旋转轴的圆板状的刀具t的中心的偏差)以及安装误差等引起的加工精度的下降的机床控制装置进行说明。

图2是表示第二实施方式所涉及的机床控制装置的结构的图。

图2所示的机床以其结构在图1所示的机床中具备圆板状的刀具(例如磨刀石)t来代替刀具t，而与第一实施方式有所不同。刀具t被旋转驱动，刀具t的转速被设定为工件w的转速的整数倍。

图2所示的第二实施方式的控制装置1与在图1所示的第一实施方式的控制装置1中位移测量器40、修正量计算部14、存储部16以及第一修正部18的功能以及动作不同。

位移测量器40按照预定时间测量刀具t的表面位移量。预定时间被设定为将工件w旋转一周的时间分割为多份的时间、例如工件w旋转10deg的时间。由此，位移测量器40按照工件w的每个旋转角度来测量刀具t的表面位移量。

修正量计算部14取得位置指令、由位移测量器40测量到的刀具t的表面位移量、以及由角度传感器50检测出的工件w的旋转角度，将这些位置指令和工件w的旋转角度以及刀具t的表面位移量关联起来并暂时保存在存储部16中。

修正量计算部14根据存储在存储部16中的与工件w旋转一周相对应的量的位置指令和刀具t的表面位移量，按照工件w的每个旋转角度来计算相对于位置指令所表示的希望形状的刀具t的形状误差。刀具t的形状误差例如包括相对于刀具t的旋转轴的圆板状的刀具t的中心的偏心量。

修正量计算部14根据计算出的刀具t的形状误差来求出位置偏差的修正量。修正量计算部14将所求出的按照与工件w旋转一周相对应的每个旋转角度的修正量暂时保存在存储部16中。

如上所述，存储部16将位置指令与工件w的旋转角度以及刀具t的表面位移量关联起来进行存储。另外，存储部16存储通过修正量计算部14计算出的按照与工件w旋转一周相对应的每个旋转角度的修正量。

第一修正部18根据由修正量计算部14计算出并存储在存储部16中的工件w旋转一周前的修正量，按照工件w的每个旋转角度来修正由减法部12生成的位置偏差。

在该第二实施方式的机床控制装置1中，位移测量器40按照工件w的每个旋转度来机内测量刀具t的表面位移量。另外，能够比较高速控制的伺服控制部10根据由位移测量器40测量到的刀具t的表面位移量，按照工件w的每个旋转角度来计算相对于希望的工件形状的刀具t的形状误差，根据计算出的刀具t的形状误差来求出位置偏差的修正量，并根据计算出的修正量按照工件w的每个旋转角度来修正位置偏差。

由此，在该控制装置1中，在工件w的加工中也能够实时地修正位置偏差。具体地说，伺服控制部10在工件w的加工中，存储工件w旋转一周的量的、计算出的按照工件w的每个旋转角度的修正量，根据所存储的工件w的旋转一周前的修正量来实时地修正位置偏差。

因此，根据该控制装置1能够抑制由于刀具t的形状误差(例如针对刀具t的旋转轴的圆板状的刀具t的中心的偏心)或安装误差等引起的机床加工精度的下降，并且能够抑制加工时间的增大。

另外，即使在第二实施方式的机床控制装置1中也具备学习控制部20和第二修正部30，来进行学习控制以便位置偏差降低，根据工件w旋转一周前的学习修正量来进一步实时地修正位置偏差，因此能够进一步抑制由于刀具t的形状误差或安装误差等引起的机床加工精度的下降。

以上说明了本发明的实施方式，但是本发明并不限定于上述实施方式而能够进行各种变更以及变形、组合。例如，在上述实施方式中，说明了通过控制使刀具t移动的电动机(驱动部)5来使工件w或刀具t相对移动，从而进行工件w的加工的机床控制装置1，但是本发明的特征也能够应用于通过控制使工件w移动的电动机(驱动部)来使工件w或刀具t相对移动，从而进行工件w的加工的机床控制装置。