数值控制装置的制作方法

本发明涉及数值控制装置，特别涉及控制反馈控制中的输出值的数值控制装置。

背景技术：

已知通过以使主轴的负载恒定的方式控制进给速度，从而实现切削速度的提高、切削工具的长寿命化的技术(例如，日本特开2012－032869号公报等)。在这种控制方法中，为了将负载控制为恒定，在每单位时间的切削体积小时，通过提高进给速度来增大切削体积，在切削体积大而主轴负载高时，通过降低进给速度来缩小切削体积。在简单地将该控制方法应用于机床的情况，根据加工程序。加工对象的形状等，存在进给速度会无限制地上升的可能性。在进给速度上升后的状态下，切削体积急剧增加，该情况下存在以下可能性，即，在通过离散时间控制减小进给速度前，工具、加工对象破损。

因此，需要将进给速度的变化限制在某程度。但是，在简单地固定反馈控制中的输出值，将输出值盖写成最大值或最小值的情况下，存在积分项或以此为标准的特征量会违背意图地变化的可能性。考虑了各种进给速度的控制方法，但是一般作为用于将对象的值保持为恒定值的控制，广泛使用pid控制。本发明中，作为进给速度的控制方法，以pid控制的倍率控制为例，对一实施方式进行解说。

pid控制的输入一般能够用数学式1算出。

[数学式1]

o(t)：输出值

el(t)：控制对象的目标与当前(时刻t)的值的差

kp：pid控制的比例项的增益

ki：pid控制的积分项的增益

kd：pid控制的微分项的增益

c：pid控制的补偿

在以使主轴的负载恒定的方式控制进给速度的情况下，将输出值o(t)设为进给速度(倍率)，将el(t)设为目标主轴负载与时刻t的主轴负载的差，通过对常数设定合适的值，从而能够使主轴负载向目标靠近。在未进行切削的状态下，也就是在主轴空转时，即使提高进给速度，主轴负载也不变动，因此，优选仅在切削中、也就是在主轴负载达到了恒定值以上时进行控制。此外，数学式1中将pid控制开始时刻设为t0。

图4表示使用了本实施方式的pid控制的反馈控制的方块图的例。以将对上述的工具施加的负载等控制为恒定为目的，将图4所示的反馈控制应用于进行数值控制的机床，该情况下，在反馈控制的每个控制周期，根据目标主轴负载和基于实际的加工的主轴负载的反馈l(t)，算出本次的控制周期的输出值o(tn)，并进行控制。也就是，在每个控制周期实施一周期图4的方块图。在此，当关注积分的块时，在不进行特别的操作的情况下，积分的块在时刻tn输出的值由数学式2表示。

[数学式2]

如数学式2所示，在时刻tn计算的积分块输出的值使用时刻tn-1的积分块输出的值，积分块在时刻tn-1输出的值也同样地使用积分块在时刻tn-2输出的值。不管求和、求积，这样地跨越控制周期继承值的特征量主要用于消除控制对置(主轴负载)的值与目标值的偏差的意图。这样的特征量若存在与目标值的偏差，则每进行一次计算，值都会变化，因此，若未消除偏差的状态长久持续，则值会产生很大的变化。

图5表示对常数设定适当的数值，进行pid控制的模拟。图5表示将横轴设为工具的进给量(距离)，将纵轴分别设为切入量、进给速度、主轴负载值、积分项的值的情况下的图表。如图5所示，可知，在pid控制下，随着工具的对工件的切入量的变化，工具的进给速度变化，随着主轴负载的进给距离前进，也就是随着时间经过而接近设为目标的主轴负载。但是，在切入量急剧增加(a)时，主轴负载大幅地远离设为目标的主轴负载。若没有事前推定切入量的方法，则会以进给速度快的状态进入切入量大的区域，因此，为了防止该主轴负载的背离，需要设定进给速度的最大值。因此，在与图5相同的条件下设定进给速度的上限值，简单地固定输出值，这便成了图6。

图6以与图5相同的比例尺显示图表。如图6所示，可知，通过设定进给速度的上限值，进给速度被抑制为不大于上限值。另外，与图5的(a)相比，可知在(b)，主轴负载未变大。但是，从(b)到(c)，进给速度为上限值，主轴负载以比设为目标的主轴负载高的状态推移。这是因为，由于设定了速度的上限值，主轴负载减小，设为目标的主轴负载与主轴负载的偏差变大，因此积分项的值比图5的情况变得大，积分项从(b)到(c)减少耗费时间，从而到减小输出值即进给速度为止需要时间。因此，简单地设定进给速度的上限值，固定输出，这成为引起进给速度粘附于上限值的现象的原因，由此成为引起工具或工件破损、主轴马达或进给轴马达的过热的原因。

如此，在数值控制装置的反馈控制中限制或控制输出值的情况下，存在以下问题：以积分或跨越与其类似的控制周期的和或积等表示的“以消除反馈值与目标值的偏差为目的的特征量”(在数学式1中根据右边第二项的积分项算出的值)会意外地增加或减小。另外，由于该特征量的意外的变化，存在加工工具或加工对象产生不适的可能性的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的为提供一种能够在进行反馈控制时以不产生延迟的方式控制输出值的数值控制装置。

在本发明的数值控制装置中，在限制或控制来自反馈控制的输出值的情况下，通过反算并更新积分或与其类似的特征量，使反馈控制输出期望的输出值，从而解决上述问题。

而且，本发明的数值控制装置在基于程序指令对具备主轴和驱动该主轴的轴的机械进行控制时，所述数值控制装置进行对上述轴的移动速度进行控制的反馈控制，以使上述主轴的主轴负载值恒定，上述数值控制装置的特征在于，具备：指令程序解析部，其解析上述程序指令，生成指示上述轴的移动的指令数据；以及速度运算部，其以使上述主轴负载值恒定的方式，开始进行根据反馈控制来运算基于上述指令数据的上述轴的进给速度或对进给速度的倍率的速度运算处理，上述速度运算部在输出与运算出的上述倍率不同的倍率时，用根据输出的倍率反算出的值更新将在反馈控制中使用的式的以消除反馈值与目标值的偏差为目的的特征量。

根据本发明，不会意外地增加或减少积分或与其类似的特征量，控制的跟随性提高。由此，能够抑制机床、加工工具或加工对象的不适、马达的过热等。

附图说明

根据参照附图对以下的实施例的说明，本发明的上述及其它的目的及特征将明了。这些图中：

图1是本发明的一实施方式的数值控制装置的概要块图。

图2是表示本发明的一实施方式的数值控制装置的pid控制中的切入量、倍率、主轴负载值、积分项的值的变化的图。

图3是在本发明的一实施方式的图1的数值控制装置1具备的速度运算部11上执行的处理的流程图。

图4是使用了pid控制的反馈控制的方块图的例。

图5是表示通常的pid控制中的切入量、倍率、主轴负载值、积分项的值的变化的图。

图6是表示固定了输出的pid控制中的切入量、倍率、主轴负载值、积分项的值的变化的图。

具体实施方式

以下，结合附图说明本发明的实施方式。

图1表示本发明的一实施方式的数值控制装置的功能块图。本实施方式的数值控制装置1具备指令程序解析部10、速度运算部11、插值部12、插值后加减速部13、伺服马达控制部14、主轴负载测量部15。

指令程序解析部10从存储于未图示的存储器的程序等依次读取并解析对成为控制对象的机械的动作进行指示的块，基于解析结果作成对被伺服马达2驱动的轴的移动进行指示的指令数据，且将作成的该指令数据输出到速度运算部11。

速度运算部11基于由主轴负载测量部15测定的主轴马达3的主轴负载，以使该主轴负载成为恒定的方式运算从指令程序解析部10输入的指令数据对进给速度的倍率。然后，向插值部12输出基于运算出的倍率调整了速度的指令数据。

插值部12基于从速度运算部11输入的速度调整后的指令数据，作为指令数据的指令路径上的每个插值周期的点生成插值数据，且向插值后加减速部13输入。

插值后加减速部13基于从插值部12输入的插值数据算出每个插值周期的各轴的速度，将结果数据输出到伺服马达控制部14。

然后，伺服马达控制部14基于插值后加减速部13的输出，控制对成为控制对象的机械的轴进行驱动的伺服马达2。

此外，图1中，省略了主轴马达控制电路及主轴马达用放大器等。

接下来，对由速度运算部11执行的速度的运算进行说明。本发明的pid控制包括下述的扩展。

(扩展)积分项能够在任意的时刻代入任意的值，用省略了下限的不定积分表示这种积分项。

根据上述的扩展，在本发明中，使用以下所示的数学式3作为pid控制的式。

[数学式3]

在设定好上述的输出值的上限值的pid控制中，本实施方式的数值控制装置1所具备的速度运算部11在根据数学式3算出的输出值o(t)超过上限值ot的时刻t，将由以下的数学式4算出的代替值i代入积分项。然后，在由数学式3算出的输出值o(t)超过上限值ot的期间，将在各控制周期根据数学式4计算的代替值代入数学式3的积分项，取代o(t)输出ot。由数学式4算出的代替值i是根据输出的倍率的值(上限值ot)进行反算而得到的值。

[数学式4]

图2表示在与图6相同的条件下应用了上述处理的情况的模拟结果。如图2所示，在本实施方式的数值控制装置1中，虽然与图6同样地固定输出，但是，当进行pid控制的计算时，增加了将使输出固定后的输出的值代入积分项的处理。因此，在(d)中，即使进给速度达到上限值，如图6所示地积分项的值也不会增大，而成为恒定值。另外，在(e)中，切入量增大的瞬间的主轴负载与图6相同，但是进给速度在此之后立刻降低，主轴负载也减小。因此，可知，在本实施方式的数值控制装置1中，通过防止积分项的意外的增加或减少，从而提高控制的响应性。

图3是本实施方式的在速度运算部11上在每个控制周期执行的处理的流程图。此外，在图3的流程图中，l(t)是当前的主轴负载的值，lm是使在本发明中导入的控制方法有效的主轴负载的值，o(t)是pid控制算出的输出值，ot是预先决定的输出值的上限值。

[步骤sa01]速度运算部11判断由主轴负载测量部15测量的主轴马达3的当前的主轴负载值l(t)是否为预先设定的使本实施方式的控制方法有效的主轴负载值lm以上。在为主轴负载值lm以上的情况下，将处理向步骤sa02转移，在并非如此的情况下，将处理向步骤sa06转移。

[步骤sa02]速度运算部11根据pid控制的反馈控制运算输出值o(t)。

[步骤sa03]速度运算部11判断步骤sa02的由pid控制算出的输出值o(t)是否为预先决定的输出值的上限值即ot以下。在为ot以下的情况下，将处理向步骤sa04转移，在高于ot的情况下，将处理向步骤sa05转移。

[步骤sa04]速度运算部11将在步骤sa02算出的o(t)作为输出值。

[步骤sa05]速度运算部11向积分项代入数学式4的替代值，将ot作为输出值。

[步骤sa06]速度运算部11输出通常的倍率。

[步骤sa07]速度运算部11基于算出的输出值调整指令数据，并输出到插值部12，结束本次的控制周期的处理。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式的例，能够通过添加适当的变更而以各种方式来实施。

例如，上述的实施方式对将本发明应用于使用了pid控制的反馈控制的情况进行了说明，在pid控制的情况下，积分项相当于由反馈控制中的跨控制周期的和、积等表示的“以消除反馈值与目标值的偏差为目的的特征量”，因此，虽然说明了对积分项代入替代值，但是在应用于其它控制方法的情况下，只要构成为对相当于“以消除反馈值与目标值的偏差为目的的特征量”的部分代入根据输出值反算的替代值即可。