伺服电动机的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种控制机床等机械的伺服电动机的控制装置，特别涉及一种提高由 伺服电动机驱动的多个轴相协调来对闭合曲线、多边形进行加工的情况下的加工精度的伺 服电动机的控制装置。
【背景技术】
[0002] -般在使用加工中心（machining center)等机床的开孔加工中，为了提高精度而 进行使用专用工具的钻孔（boring)加工。关于钻孔加工中使用的钻孔工具需要根据要开 的孔的直径来选择，在进行多个不同直径的开孔加工的情况下，需要多个钻孔工具。
[0003] 通常，在搭载有数值控制装置（CNC)的加工中心中搭载有自动工具更换装置 (ATC :Auto Tool Changer)，在ATC上能够安装多个工具，因此能够根据加工来自动更换工 具。但是，能够安装到ATC的工具数量有限，因此存在如下问题等：在发生利用没有安装于 ATC的工具进行的加工的情况下，需要用于更换工具的时间，成为生产率的恶化的主要原 因。
[0004] 对此，存在一种用铣削（milling)加工来代替进行开孔加工的钻孔加工的方法。 作为代替加工的铣削加工的方法之一存在螺旋加工。螺旋加工是通过与要开的孔的直径相 应的端铣刀（end mill)以螺旋状重复进行圆弧动作来开孔的加工。在螺旋加工中，一般通 过由伺服电动机在X轴、Y轴方向上对搭载工件的工作台进行协调驱动来进行圆弧动作。
[0005] 在通过螺旋加工来开孔的情况下，具有如下优点：在多个不同直径的开孔加工中 也能够以一个端铣刀来应对。另一方面，存在如下担忧：螺旋加工伴随工作台的圆弧动作， 因此，如果高速化则由于驱动工作台的X轴、Y轴的伺服电动机的响应延迟、机械的无效运 动（间隙（backlash)、扭曲）等的影响而发生象限突起（驱动轴的反转时的延迟），精度恶 化。
[0006] 作为改善该精度恶化的方法，如下方法最有效：利用螺旋加工中的端铣刀重复进 行圆弧动作这一点，在X轴和Y轴的驱动轴的伺服电动机控制中应用学习控制。特别是，利 用日本专利第4043996号公报所公开的伺服电动机驱动控制装置进行的、能够应对加工速 度的变动的角度同步方式的学习控制的应用是有效的，但在该情况下，需要成为学习控制 的周期的基准的角度信息。需要使该基准角度单调递增或者单调递减，但在基于X轴、Y轴 这两轴的端铣刀的圆弧动作的情况下，没有能够用作该基准角度的信息（信号）。
[0007] 为了解决该问题，在日本专利第4980453号公报中公开了如下伺服控制系统：通 过对X轴或Y轴的指令值、或者反馈值的绝对值进行累计，在基准信号生成部中生成能够作 为上述的基准角度的信息（信号）。
[0008] 但是，日本专利第4980453号公报所公开的伺服控制系统存在无法应对圆弧的直 径逐渐变化的情况的问题。这是因为，学习控制为了确保与指令值的重复周期相当的存储 器而需要作为预见信息的学习的周期（例如360度等），但是在根据指令值、反馈值生成相 当于基准角度的信号的情况下，信号所表示的角度不是相对于中心的角度，而是X轴和Y轴 的移动量，因此当圆的直径变化时该移动量变化。其结果，预见信息的周期与实际的移动量 不一致，无法进行准确的学习控制。
[0009] 例如，在螺旋加工中端铣刀示出图IA所示的圆动作的情况下，根据圆C的直径计 算相当于学习周期的端铣刀的移动量是可行（容易）的。然而，在螺旋加工中端铣刀进行 如图IB所示的不是单纯的圆而如自由闭合曲线L那样的动作的情况下，计算端铣刀的移动 量并不容易。
【发明内容】
[0010] 在一个方面，本发明的目的在于提供如下一种伺服电动机的控制装置：即使在进 行圆的直径逐渐变化的开孔加工的情况或进行不是单纯的圆弧而如自由闭合曲线那样的 形状加工的情况下，也能够应用角度同步方式的学习控制，由此能够实现高精度化。
[0011] 根据本发明的一个方式，提供一种机床或者产业机械中的伺服电动机的控制装 置，该机床或者产业机械通过由伺服电动机驱动的包括相互正交的两轴的多个轴的协调动 作，来将加工对象加工成闭合的图形的形状、该闭合的图形平行地位于上底和下底的柱状 体或者锥状体的形状，该伺服电动机的控制装置具备：上级控制装置，其生成用于对加工对 象进行加工的位置指令值；伺服控制装置，其基于位置指令值对各轴的伺服电动机进行驱 动，来使对加工对象进行加工的被驱动体动作；以及位置检测器，其检测伺服电动机的位置 或者被驱动体的位置，该伺服电动机的控制装置还具备：位置偏差运算部，其运算位置指令 值与检测出的伺服电动机的位置之间的位置偏差；基准角度生成部，其以位置指令值所形 成的闭合的图形的内侧的任意位置为中心，根据闭合的图形上的基准点和当前的加工点来 计算单调递增或者单调递减的基准角度；以及学习控制部，其基于基准角度和位置偏差进 行角度同步方式的学习控制。
[0012] 根据本发明的伺服电动机的控制装置，以被指示的闭合曲线、多边形等闭合的图 形的内侧的任意的点为中心，逐次计算从基准点到当前的加工点的角度，利用该角度进行 角度同步方式的学习控制，因此，如果在该情况下设周期为360度，则即使圆的直径变化也 能够进行学习控制。其结果，根据本发明的伺服电动机的控制装置，具有如下效果：即使在 如以往难以应用角度同步方式的学习控制的任意的闭合曲线、多边形那样的形状加工中， 也能够应用角度同步方式的学习控制，从而能够实现高精度化。
【附图说明】
[0013] 通过参照以下的附图，会更加明确地理解本发明。
[0014] 图IA是表示螺旋加工中的端铣刀的圆动作的图。
[0015] 图IB是表示螺旋加工中的端铣刀的闭合曲线动作的图。
[0016] 图2A是表示具备本发明的伺服电动机的控制装置的机床的加工对象物的形状的 闭合曲线。
[0017] 图2B是表示具备本发明的伺服电动机的控制装置的机床的加工对象物的形状的 多边形。
[0018] 图2C是表示具备本发明的伺服电动机的控制装置的机床的加工对象物的形状 的、在上底和下底具备由闭合曲线围成的面的柱状体。
[0019] 图2D是表示具备本发明的伺服电动机的控制装置的机床的加工对象物的形状的 多棱柱。
[0020] 图2E是表示具备本发明的伺服电动机的控制装置的机床的加工对象物的形状 的、在上底和下底具备相似形的闭合曲线的锥状体。
[0021] 图2F是表示具备本发明的伺服电动机的控制装置的机床的加工对象物的形状 的、在上底和下底具备相似形的多边形的锥状体。
[0022] 图3是本发明的伺服电动机的控制装置的一个实施例的框图。
[0023] 图4是表示在加工形状为闭合的曲线的情况下的、运算基准角度的方法的图。
[0024] 图5是表示图3所示的伺服电动机的控制装置的动作的流程图。
[0025] 图6是本发明的伺服电动机的控制装置的其它实施例的框图。
【具体实施方式】
[0026] 下面，使用附图基于具体的实施例详细地说明本发明的实施方式，在说明本发明 的实施例之前，使用图2A至图2F来说明本发明的伺服电动机的控制装置的加工对象物的 加工形状。
[0027] 本发明的加工对象物的加工形状有如下几种。
[0028] (a)如图2A所示的位于任意的平面、其曲线（导线）包括不交叉的圆弧的闭合曲 线L
[0029] (b)如图2B所示的多边形P
[0030] (c)如图2C所示的在上底和下底具有包括不交叉的圆弧的闭合曲线的柱状体Vl
[0031] (d)如图2D所示的在上底和下底具有多边形的面的柱状体V2
[0032] (e)如图2E所示的在上底和下底具备相似形的闭合曲线的锥状体V3
[0033] (f)如图2F所示的在上底和下底具备相似形的多边形的锥状体V4
[0034] 在此，使用图3说明本发明的伺服电动机的控制装置1的一个实施例的基本结构。 本发明的伺服电动机的控制装置1具备上级控制装置24、伺服控制装置10以及位置检测器 27、31。伺服电动机的控制装置1使用于包括如进行协调动作的相互正交的X轴和Y轴那 样的至少两轴的加工中心等机床或者产业机械中，在该情况下伺服控制装置10具备X轴伺 服控制装置18和Y轴伺服控制装置20。
[0035] 另外，在本发明的伺服电动机的控制装置1中，Z轴伺服控制装置不是必需的，因 此省略了图示。此外，在设置Z轴伺服控制装置的情况下，其功能与以往的伺服控制装置相 同即可。即，Z轴伺服控制装置求出用于进行规定的加工的从上级控制装置发送的Z轴的 位置指令值与Z轴伺服电动机或由Z轴伺服电动机驱动的工具等被驱动体的位置反馈值之 间的偏差，对该偏差施加增益来作为Z轴伺服速度指令以用于Z轴伺服电动机的控制。位 置反馈值是由对Z轴伺服电动机或被驱动体的Z位置进行检测的位置检测器来获得。
[0036] 在伺服控制装置10具备X轴伺服控制装置18和Y轴伺服控制装置20的情况下， X轴伺服控制装置18和Y轴伺服控制装置20基于从数值控制装置（NC)等上级控制装置 24发送的各轴的位置指令值（X轴指令和Y轴指令）Pc来生成速度指令，根据该速度指令控 制各伺服电动机12、14。
[0037] X轴伺服控制装置18具有角度同步方式的学习控制部（学习控制器）26。学习控 制器26基于用于进行规定的加工的从上级控制装置24发送的周期性的X轴的位置指令值 Pc与X轴伺服电动机12或由X轴伺服电动机12驱动的工具等被驱动体（未图示）的位置 反馈值Pf之间的偏差Er，来生成用于控制X轴伺服电动机12的校正量。将校正量与偏差 Er相加之后以增益Kp进行放大来作为X轴伺服速度指令值以用于X轴伺服电动机12的 控制。位置反馈值Pf是由对X轴伺服电动机12或被驱动体的X位置进行检测的位置检测 器27来获得。另外，X轴伺服控制装置18基于从上级控制装置24发送的基准角度Θ，由 学习控制器26进行学习控制。在后面详细叙述学习控制。
[0038] 同样地，Y轴伺服控制装置20具有角度同步方式的学习控制部（学习控制器）30。 学习控制器30基于用于进行规定的加工的从上级控制装置24发送的周期性的Y轴的位置 指令值Pc与Y轴伺服电动机14或由Y轴伺服电动机14驱动的被驱动体（未图示）的位 置反馈值Pf之间的偏差Er，来生成用于控制Y轴伺服电动机14的校正量。将校正量与偏 差Er相加之后以增益Kp进行放大来作为Y轴伺服速度指令以用于Y轴伺服电动机14的 控制。位置反馈值Pf是由对Y轴伺服