数控系统及电动机控制装置的制作方法
本发明涉及对工作机械进行控制的数控系统及电动机控制装置。
背景技术：
工作机械是进行通过使用刀具对工件赋予力或者能量而从工件将不需要部分去除的加工即去除加工的加工装置。特别地，在作为去除加工的一种的切削加工中，通过使刀具的刃尖高速度地与工件接触，从而进行在工件表面引起剪切破坏，将工件的不需要部分刮削的加工。
切削加工是加工工艺和机械动力学相互地影响的物理现象，因此为了对加工状态进行管理，优选将两者同时地管理。在这里，加工工艺表示刀具刃尖侵入至工件，由此一边生成切屑一边形成加工面这样的一系列的过程。机械动力学表示由于机械内外的振动源，构成机械的构造物被施振时的机械构造物的动作。通常，切削加工是包含上述的加工工艺及机械动力学在内的各种物理现象复杂地互相影响的现象，因此综合性的解析变得困难。因此，在生产现场，通过限定评价对象，从而达到了与目的相应的加工管理。
例如，采取下述方法，即，通过对加工后的工件尺寸进行测定，从而对相对于理想轨迹所产生的刀具的位置偏差进行评价，调整进刀量以使得收敛于期望的尺寸。在其他例子中，采取下述方法，即，在以预先确定的时间或者距离进行了加工后，通过对刀具刃尖的磨损幅度进行评价，从而探索出能够一边维持加工品质、一边使刀具长寿命化的切削速度。并且在其他例子中，采取下述方法，即，通过从附加于机械的力传感器取得检测信号，从而决定使得切削载荷不会变得过大的主轴转速或者进给速度。并且，在其他例子中，采取下述方法，即，通过观察在加工中生成的切屑的形状或者排出方向，从而对切削速度和进刀量进行调整。
但是，在上述的方法中的、使用在非加工时测定出的结果而进行评价的评价方法中，由于评价对象与加工中不是相同的状态，因此测定结果没有表现出实际的加工现象。在多个物理现象相互地互相影响的切削加工现象中，优选在加工中即工艺中对加工状态进行解析而进行评价。作为在工艺中对加工状态进行管理的方法，在专利文献1中提出了以下方法。
在专利文献1所记载的方法中，通过仿真而再现由设置有力传感器的工作机械进行的加工，将通过仿真再现出的切削力和力传感器的测定值进行比较，对用于通过仿真而计算切削力的加工工艺信息进行修正，从而推定最终性的切削力。在该方法中，使用在实际加工中得到的切削力对加工工艺信息进行更新，因此能够对反映出加工状态的值进行计算。
专利文献1：日本特开2013－061884号公报
技术实现要素：
但是，在专利文献1所记载的方法中，使用预先存储的刀具的动态特性信息，仅计算加工工艺信息。因此，存在下述问题，即，在加工中在机械内的构造物的动态刚性发生了变化的情况下无法正确地计算位移。通常，知晓由于主轴的发热会使主轴的动态刚性变化，或者由于由切削引起的工件质量的减少会使工件的动态刚性变化。因此，在没有考虑机械动力学的专利文献1所记载的方法中，存在下述问题，即，无法高精度地将在加工中逐次变化的加工工艺及机械动力学同定。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到能够高精度地将加工工艺及机械动力学同定的数控系统。
为了解决上述的课题，并达到目的，本发明所涉及的数控系统，其按照数控程序，对使用刀具进行加工的工作机械所具有的驱动轴进行控制，该数控系统具有坐标变换部，该坐标变换部取得向驱动轴施加的干扰力或者干扰扭矩，将干扰力或者干扰扭矩向刀具基准坐标系进行坐标变换而输出。另外，该数控系统还具有同定部，该同定部使用从坐标变换部输出的干扰力或者干扰扭矩、以及驱动轴状态、预先确定的关系式、加工条件，对决定加工工艺模型的特性的加工工艺参数和决定工作机械的动力学模型的特性的动态特性参数进行计算，关系式是确定加工工艺参数、动态特性参数和干扰力或者干扰扭矩之间的关系的关系式。
发明的效果
本发明所涉及的数控系统具有下述效果，即，能够高精度地将加工工艺及机械动力学同定。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的数控系统的结构例的框图。
图2是表示实施方式1的数控系统中的动作顺序的一个例子的流程图。
图3是表示实施方式1中的各坐标系的关系的图。
图4是表示在实施方式1中，在固定于工作台的工件由于切削力而振动的情况下，对工作台传递干扰力的情形的示意图。
图5是表示在实施方式1中，刀具刃尖与工件接触的刀具的旋转角度的一个例子的图。
图6是表示在实施方式1中，刀具刃尖没有与工件接触的刀具的旋转角度的一个例子的图。
图7是表示在实施方式1中，在刀具中心和主轴旋转中心之间产生了偏移量的情况下的第1刃尖处的切削的情形的图。
图8是表示在实施方式1中，在刀具中心和主轴旋转中心之间产生了偏移量的情况下的第2刃尖处的切削的情形的图。
图9是表示实施方式1的处理电路的结构例的图。
图10是表示实施方式2所涉及的数控系统的结构例的图。
图11是表示实施方式3的干扰推定部的结构例的框图。
图12是表示实施方式3的驱动轴的模型的一个例子的图。
图13是表示对比例中的干扰力的推定结果的图。
图14是表示通过实施方式3的干扰推定部推定出的干扰力的一个例子的图。
图15是表示实施方式4的干扰推定部的结构例的框图。
图16是表示实施方式4中的驱动轴的模型化的一个例子的图。
图17是表示实施方式5的干扰推定部的结构例的框图。
图18是表示实施方式6所涉及的数控系统的结构例的框图。
图19是表示实施方式6所涉及的数控系统的其他结构例的框图。
图20是表示实施方式7所涉及的数控系统的结构例的框图。
图21是表示实施方式7所涉及的数控系统的其他结构例的框图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的数控系统及电动机控制装置详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的数控系统的结构例的框图。实施方式1的数控系统1对工作机械2进行控制。
工作机械2具有驱动轴21及驱动轴22。驱动轴21及驱动轴22各自由电动机和与电动机连接的大于或等于1个构造物构成。驱动轴22是对刀具赋予旋转运动的主轴，驱动轴21是对刀具赋予位置的伺服轴。驱动轴22和驱动轴21被同步地控制。作为伺服轴的驱动轴21例如由伺服电动机、联轴器、滚珠丝杠和工作台构成，作为主轴的驱动轴22例如由主轴电动机、齿轮、轴和工具系统构成。工作机械2是在作为主轴的驱动轴22安装的刀具旋转，由此针对在将作为伺服轴的驱动轴21构成的工作台上固定的工件进行切削加工。驱动轴21及驱动轴22是使用刀具进行加工的工作机械2所具有的驱动轴的一个例子。此外，驱动轴21及驱动轴22的结构并不限定于上述的例子。另外，在图1中，将作为伺服轴的驱动轴21图示出1个，但伺服轴的数量只要大于或等于1个即可。
驱动轴21的伺服电动机及驱动轴22的主轴电动机各自具有旋转编码器，将通过旋转编码器检测出的信号即编码器信号向数控系统1输出。另外，驱动轴21对施加至伺服电动机的电动机电流进行检测，将检测出的结果作为电动机电流信号而向数控系统1输出。驱动轴22对施加至主轴电动机的电动机电流进行检测，将检测出的结果作为电动机电流信号而向数控系统1输出。
数控系统1按照从外部给与的或者在内部保存的nc(numericalcontrol：数控)程序，对驱动轴21及驱动轴22进行控制。
在nc程序中包含预先确定的坐标系中的刀具的相对位置指令或者伺服轴的位置指令、主轴转速指令和进给速度指令。将在nc程序中使用的上述的坐标系称为nc程序坐标系。nc程序坐标系是例如固定于工件的坐标系。
如图1所示，在驱动轴21设置加速度传感器211，在驱动轴22设置加速度传感器221。加速度传感器211对驱动轴21中的直线方向或者旋转方向的加速度进行检测，将检测结果作为加速度传感器信号而向数控系统1输出。加速度传感器221对驱动轴22中的直线方向或者旋转方向的加速度进行检测，将检测结果作为加速度传感器信号而向数控系统1输出。此外，加速度传感器211及加速度传感器221也可以包含于数控系统1。加速度传感器211及加速度传感器221是对驱动轴21、22的速度或者加速度进行检测的传感器的一个例子。
数控系统1如图1所示，具有指令值生成部11、坐标变换部12、驱动轴控制部13、15、干扰推定部14、16、同定部17及存储部18。存储部18对动力学模型、加工工艺模型及加工条件进行存储。关于动力学模型、加工工艺模型及加工条件在后面记述。驱动轴控制部13、15及干扰推定部14、16构成电动机控制装置100。
图2是表示本实施方式1的数控系统1中的动作顺序的一个例子的流程图。使用图1及图2对本实施方式1的数控系统1的动作进行说明。
指令值生成部11对在nc程序中记述的指令进行解析，计算针对各驱动轴的驱动轴指令(步骤s1)。指令值生成部11将计算出的驱动轴指令向驱动轴控制部13、15输出。并且，指令值生成部11对坐标变换部12输出nc程序坐标系的设定信息及该坐标系中的刀具相对位置和刀具旋转角度及针对各驱动轴的驱动轴指令。nc程序坐标系的设定信息及该坐标系中的刀具相对位置和刀具旋转角度记述于nc程序。
驱动轴控制部13、15按照由指令值生成部11计算出的驱动轴指令对各驱动轴进行控制(步骤s2)。具体地说，驱动轴控制部13对电动机电流进行控制，以使得从驱动轴21的伺服电动机的旋转编码器输出的编码器信号追随作为目标值的驱动轴指令。驱动轴控制部15对电动机电流进行控制，以使得从构成驱动轴22的主轴电动机的旋转编码器输出的编码器信号追随作为目标值的驱动轴指令。并且，驱动轴控制部13、15向后面记述的同定部17输出包含各驱动轴的位置指令、位置反馈、速度指令和速度反馈在内的信息即驱动轴状态。此外，驱动轴控制部13、15中的动作是按照驱动轴指令进行的通常的动作，因此省略详细的说明。
干扰推定部14及干扰推定部16分别对驱动轴21及驱动轴22中的干扰进行推定(步骤s3)。详细地说，干扰推定部14使用从驱动轴21输出的编码器信号及电动机电流信号、和从加速度传感器211输出的加速度传感器信号，推定施加至驱动轴21的干扰力作为伺服轴推定干扰力而输出。具体地说，使用下面的式(1)，将伺服轴视作一惯性系驱动系统，推定干扰力。
【式1】
fd1＝k1i1-ma…(1)
fd1：伺服轴干扰力，k1：扭矩常数，
i1：电动机电流，m：伺服轴质量，a：加速度
此外，伺服轴干扰力的推定方法并不限定于上述的例子。例如，干扰推定部14也可以根据式(1)的结果，计算减去与驱动轴的速度成正比的粘性摩擦力后的力而作为最终性的推定干扰力。
干扰推定部16使用从驱动轴22输出的编码器信号及电动机电流信号、和从加速度传感器221输出的加速度传感器信号，推定施加至主轴的干扰力作为主轴推定干扰力而输出。干扰推定部16使用由对驱动轴22的速度或者加速度进行检测的传感器检测出的检测结果对向驱动轴22施加的干扰力进行推定。具体地说，将加速度传感器信号向角加速度变换，使用下面的式(2)，将主轴视作一惯性系驱动系统，推定主轴干扰力。
【式2】
fd2：主轴干扰力，k2：扭矩常数，
i2：电动机电流，j：主轴轴惯量，
此外，主轴干扰力的推定方法并不限定于上述的例子。例如，干扰推定部16也可以根据式(2)的结果，计算减去与驱动轴的角速度成正比的粘性摩擦力后的力而作为最终性的推定干扰力。干扰推定部16也可以取代推定干扰力而是计算推定干扰扭矩并输出。
返回至图2的说明，接下来，坐标变换部12基于从指令值生成部11输出的nc程序坐标系的设定信息及nc程序坐标系中的刀具相对位置和刀具旋转角度，将通过干扰推定部14计算出的伺服轴推定干扰力和通过干扰推定部16计算出的主轴推定干扰力向刀具基准坐标系进行坐标变换并输出(步骤s4)。即，坐标变换部12取得向驱动轴21、22施加的干扰力或者干扰扭矩，将干扰力或者干扰扭矩向刀具基准坐标系进行坐标变换并输出。在本实施方式1中，坐标变换部12从干扰推定部14、16取得各驱动轴的干扰力或者干扰力矢量。
在这里，刀具基准坐标系是指包含刀具轴向和与该方向垂直的平面内的2个方向在内的坐标系，例如是以下述刀具为基准的坐标系，该刀具使刀具轴向与z轴一致，将与刀具轴向垂直的平面内的刀具行进方向设为x轴，将分别与x轴和z轴垂直的方向设为y轴。刀具基准坐标系是伴随刀具的平移移动而平移移动的坐标系，但是没有考虑与刀具的旋转相伴的旋转的坐标系。刀具基准坐标系并不限定于上述的例子，只要是包含刀具轴向和与该方向垂直的平面内的2个方向在内的坐标系即可。此外，主轴干扰力与伺服轴干扰力不同，是力的方向根据刀具旋转角度而变化的量。因此，主轴干扰力的坐标变换针对每个刀具旋转角度被执行。
使用图3对坐标变换部12中的具体的处理进行说明。图3是表示本实施方式1中的各坐标系的关系的图。在图3所示的例子中，在构成驱动轴21的工作台31上载置工件32，构成驱动轴22的工具系统34保持着刀具33。工作台31被未图示的伺服电动机驱动，工具系统34被未图示的主轴电动机驱动。坐标系x－y－z是刀具基准坐标系，坐标系x’－y’－z’是nc程序坐标系，坐标系x”－y”－z”是机械坐标系。方向35示出了工件32前端相对于工作台31的相对位移的方向。
坐标变换部12使用nc程序坐标系的设定信息和刀具相对位置信息而对刀具基准坐标系x－y－z进行设定。并且，坐标变换部12将通过干扰推定部14计算出的伺服轴的推定干扰力向刀具基准坐标系x－y－z中的推定干扰力进行坐标变换，向同定部17输出。此外，坐标变换部12也能够将通过干扰推定部16计算出的主轴的推定干扰力向刀具基准坐标系中的推定干扰力进行坐标变换，向同定部17输出。
伺服轴的推定干扰力和主轴的推定干扰力各自包含有刀具基准坐标系中的x方向及y方向的成分，因此坐标变换部12也能够在x方向及y方向上进行接下来的处理，决定向同定部17输出的推定干扰力。例如，坐标变换部12针对x方向及y方向各自的成分而取平均值，在这里追加伺服轴推定干扰力的z轴成分，由此作为最终性的推定干扰力而向同定部17输出。作为其他例，也可以针对每个加工路径预先设定作为最终性的推定干扰力所采用的驱动轴，将与该驱动轴相对应的推定干扰力进行坐标变换并输出。并且，作为其他例，也可以对伺服轴推定干扰力和主轴推定干扰力的x轴成分及y轴成分的各自方向的平均值进行计算，将这些平均值采用为最终性的推定干扰力。并且，作为其他例，坐标变换部12也可以针对伺服轴推定干扰力和主轴推定干扰力的x轴成分及y轴成分，分别预先设定判定下限值及判定上限值，将大于或等于判定下限值且小于或等于判定上限值的伺服轴推定干扰力或者主轴推定干扰力的x轴成分或者y轴成分采用为最终性的推定干扰力。另外，坐标变换部12在所取得的干扰力或者干扰扭矩包含刀具基准坐标上的同一方向的成分的情况下，也可以从所取得的干扰力或者干扰扭矩中选择成为相互独立的方向的组合。并且，作为其他例，也可以对各驱动轴设定可靠度，在坐标变换中采用可靠度高的驱动轴。通常已知多惯性的驱动轴与单惯性的驱动轴相比推定精度降低，因此，例如通过将构成驱动轴的惯性体的数量的倒数设定为可靠度，从而能够优先地采用构造简单的驱动轴。作为可靠度的设定方法的其他例，能够将与加工部接近的驱动轴的可靠度设定得高，将远离加工部的驱动轴的可靠度设定得低，由此优先地采用容易受到在加工部中产生的切削力的影响的驱动轴。作为可靠度的设定方法的其他例，在驱动轴处于驱动中的情况下设定为比0高的值，在处于静止中的情况下设定为0，由此能够优先地采用驱动中的驱动轴。上述的可靠度的设定方法也能够组合使用。此外，可靠度的设定方法并不限定于上述情况。
返回至图2的说明，同定部17对决定动力学模型的特性的动态特性参数及决定加工工艺模型的特性的加工工艺参数这样的参数进行计算(步骤s5)。具体地说，同定部17使用从坐标变换部12输出的推定干扰力或者推定干扰扭矩、从驱动轴控制部13及15分别输出的驱动轴状态、和在存储部18中存储的加工条件、动力学模型和加工工艺模型，对决定动力学模型的特性的动态特性参数和决定加工工艺模型的特性的加工工艺参数进行计算。在这里，动态特性参数是指决定后面记述的动力学模型的特性的参数，例如是衰减系数、固有振动频率、质量、振动模式矢量。另外，加工工艺参数是指决定后面记述的加工工艺模型的特性的参数，例如是相对切削阻力、边缘力、刀具偏心量、刀具磨损幅度。
在加工条件中设定有信息，该信息包含每1个刀刃的进给量、刀具直径、刀具刃数、刀具扭转角、刀具轴向进刀量、刀具径向进刀量、工件材料形状、表示上切或者下切的加工样式。
动力学模型是记述工作机械2内部的机械构造物的动态特性的数理模型。下面，对动力学模型的一个例子进行说明。图4是表示在实施方式1中，在固定于工作台31的工件32由于切削力而振动的情况下，对工作台31传递干扰力的情形的示意图。在图4中，与图3所示的例子同样地，以下述结构例为前提，即，在构成驱动轴21的工作台31上载置工件32，构成驱动轴22的工具系统34对刀具33进行保持。另外，在图4中，相对位移36示出了工件32前端相对于工作台31的振动模式矢量方向的相对位移，切削力37示出了工件32中的切削力，干扰力38示出了传递至工作台31的干扰力。此时的切削力37、干扰力38、相对位移36的关系能够通过下面的式(3)表示。式(3)所示的动力学模型是一种数理模型，其用于对在产生了切削力时经过包含刀具或者工件在内的机械构造而传递至驱动轴的干扰力进行计算，并且对在产生了切削力时经过机械构造而在各驱动轴产生的位置偏差进行计算。
【式3】
fc：切削力，fd：干扰力，
mt：等效质量，ct：等效衰减系数，kt：等效弹簧常数，
x：工件前端相对于工作台的振动模式矢量方向的相对位移
式(3)所示的动力学模型是将工作台31上的工件32作为1个自由度振动系统而记述的模型，但动力学模型并不限定于上述的例子。例如，也可以作为包含对工件32进行固定的固定部及工作台31在内的多自由度振动系统而记述。并且，也可以设定与由刀具33、工具系统34及主轴电动机构成的刀具侧构造物相关的动力学模型。并且，也可以设定作为将工件32侧构造物和刀具33侧构造物组合而成的振动系统的动力学模型。
加工工艺模型是记述刀具33和工件32之间的切削工艺的数理模型。在下面的式(4)中表示加工工艺模型的一个例子。
【式4】
fc：切削力，kc：相对切削阻力，
a：轴向进刀量，h：工件切除厚度，
上述的式(4)是根据与各时刻的刀具旋转角度相对应的切除厚度而计算刀具对工件赋予的切削力的算式。在这里，切除厚度是指在刀具33的刃尖即刀具刃尖经过工件32时将工件32切除的厚度。切削力如图5及图6所示，在处于刀具刃尖与工件32接触的角度的情况下计算为大于或等于零的值，但在处于刀具刃尖没有与工件32接触的角度的情况下计算为零。图5是表示刀具刃尖与工件32接触的刀具33的旋转角度的一个例子的图，图6是表示刀具刃尖没有与工件32接触的刀具33的旋转角度的一个例子的图。即，针对刀具33的每个旋转角度或者每个时刻而基于位置偏差对是否与工件32接触进行判定，在刀具刃尖与工件32接触的情况下计算切除厚度，在刀具刃尖没有与工件32接触的情况下将切除厚度计算为零。
关于刀具的切线方向、半径方向及轴向这3个方向进行式(4)所示的运算，由此能够对3个方向的切削力进行计算。在加工工艺模型中，对具有上述3个方向的成分的切削力乘以与刀具旋转角度相对应的旋转矩阵而进行坐标变换，由此对刀具基准坐标系中的切削力进行计算。在式(5)示出坐标变换的一个例子。
【式5】
通过按照刀具刃尖的数量执行上述的式(4)及式(5)所示的运算，从而运算最终性的切削力。式(4)所示的加工工艺模型是一种数理模型，其用于基于刀具的刃尖和刀具的加工对象即工件之间的相对位置及刀具旋转角度而对切除厚度进行计算，基于切除厚度而对在刀具和工件之间产生的切削力进行计算。式(4)中的切除厚度能够使用每1个刀刃的进给量和刀具旋转角度而通过式(6)进行计算。
【式6】
c：每1个刀刃的进给量
作为其他例，切除厚度也能够使用式(7)进行计算。
【式7】
v：刀具半径方向的刀具中心位移量，w：刀具半径方向的前加工面位移量，
t：切削周期，δr：与刀具刃尖和刀具旋转角度对应的校正量，ntooth：刀具刃尖编号
式(7)是相对于算式(6)追加了根据当前的刀具位移和前加工面的差而计算的变动量，并且追加了与各刀具刃尖相对应的校正量的切除厚度的计算式。在式(7)所示的运算中，在当前的刀具刃尖产生的位移量和在大于或等于1个刀刃前的刀具刃尖产生的位移量内，按照对加工面形状造成了影响的位移量和在当前的刀具刃尖产生的位移量的差对切除厚度进行修正。即，切除厚度是基于由正在参与切削的当前的刀具刃尖生成的轨迹、和以当前的刀具刃尖为基准大于或等于1个刀刃前的刀具刃尖内、对加工面形状造成了影响的刀具刃尖的轨迹的差进行计算的。在这里，大于或等于1个刀刃前的刀具刃尖，是指与以正在参与切削的刀具刃尖为基准的时刻相比在之前的时刻参与了切削的刀具刃尖。例如，在刃数为2的刀具中，在当前正在切削的刀具刃尖为第2刃的情况下，1刃前的刀具刃尖是旋转180度前的第1刃，2刃前是旋转360度前的第2刃，3刃前的刀具刃尖是旋转540度前的第1刃。在切削中刀具产生位移而刃尖暂时地离开工件的情况下，当前的刀具刃尖不仅对由1刃前的刀具刃尖生成的前加工面进行切削，还对由大于或等于2刃前的刀具刃尖生成的前加工面进行切削。
并且，在式(7)所示的运算中，切除厚度通过与表示刀具刃尖的编号即刀具刃尖编号和刀具旋转角度相对应的校正量而被修正。在这里，校正量是为了对由于以针对每个刀具刃尖不同的旋转半径进行切削而引起的切除厚度的变化进行修正而被导入的。作为需要导入校正量的事例而举出以下事例。例如，在特定的刃尖发生了磨损、卷刃的情况下，其刀具刃尖的旋转半径比其他刀具刃尖短，因此追加与磨损幅度、卷刃幅度相对应的校正量。作为其他例，在刃尖更换式的刀具中，在存在刀具刃尖的安装误差的情况下，追加与安装误差相对应的校正量。作为其他例，在主轴旋转中心与刀具中心不一致的情况下即存在刀具偏心的情况下，追加与刀具偏心量相对应的校正量。此外，刀具中心是指刀具33的外切圆的中心。刀具偏心量是指如图7及图8所示在刀具中心和主轴旋转中心之间产生了偏移量的情况下，针对每个刀具刃尖对应于刀具刃尖的旋转半径增减的量而对切除厚度进行修正的量。图7是表示在刀具中心和主轴旋转中心之间产生了偏移量的情况下的第1刃尖处的切削的情形的图，图8是表示在刀具中心和主轴旋转中心之间产生了偏移量的情况下的第2刃尖处的切削的情形的图。第1刃尖43及第2刃尖44是刀具33的刃尖。在图7及图8所示的例子中，在刀具中心和主轴旋转中心42之间存在偏移。在如上所述的情况下，需要相对于没有偏移的情况下的切除厚度对切除厚度进行修正，刀具偏心量表示此时的修正量。即，针对切除厚度而加上或者减去与刀具的旋转角度相对应的刀具偏心量。通过校正量对切除厚度进行修正的事例并不限定于上述的事例，也可以是校正量与在刃尖发生的现象相应地进行适当变更。
此外，加工工艺模型并不限定于式(4)。例如，也可以使用式(4)，在切削速度大于或等于阈值即高速的情况下和切削速度小于阈值即低速的情况下使相对切削阻力的值变化。并且，也可以设为是在式(4)的右边作为常数项而追加了边缘力成分的模型。并且，也可以设为是在式(4)的右边追加了工艺阻尼力的模型。在这里，工艺阻尼力是指由于刀具刃尖的退刀面与工件接触而产生的力。作为其他例，也可以使用针对具有扭转角的刀具的加工工艺模型。具体地说，可以设为是下述模型，即，将刀具在轴向分割为微小厚度的刀具，对分割出的各微小厚度刀具中的切削力进行计算，将该切削力在刀具轴向累计而对最终性的切削力进行计算。并且作为其他例，也可以设为是通过有限要素解析对切除厚度和切削力进行计算的模型。
下面，对下述处理进行叙述，即，在动力学模型为式(3)，加工工艺模型为式(4)及式(6)的情况下，作为动态特性参数而将等效衰减系数和等效固有振动频率同定，作为加工工艺参数而将相对切削阻力同定的处理。动力学模型通过对式(3)进行变形及时间微分，从而能够通过下面的式(8)所示的形式进行表现。
【式8】
如果在上述式(8)中代入了加工工艺模型即式(4)，则得到下面的式(9)。
【式9】
并且，如果将式(9)右边分离为已知数和未知数而表现，则得到式(10)。
【式10】
式(10)是在被赋予了动态特性参数和加工工艺参数时，对干扰力的2阶微分进行计算的关系式。同定部17将通过坐标变换部12向刀具基准坐标系变换后的推定干扰力代入至式(10)，由此对满足式(10)的动态特性参数和加工工艺参数进行计算。作为一个例子，通过将式(10)以n(n为大于或等于1的整数)点的时刻值排列，从而能够通过式(11)的矩阵形式进行表现。同定部17通过针对式(11)应用最小2乘法，从而能够计算动态特性参数和加工工艺参数。
【式11】
此外，在上述中对从式(9)导出式(10)及式(11)，基于式(10)或者式(11)计算动态特性参数和加工工艺参数的方法进行了叙述，但即使取代式(9)而使用式(12)，也能够进行相同的运算。对于式(12)，是在式(9)中将切削判定函数g(φ(t))置换为可微分的函数δ(φ(t))。δ(φ(t))只要是能够对切削判定函数g(φ(t))进行近似的可微分的函数即可，并不限定于下述所示的方式。
【式12】
作为其他例，通过在式(10)或者式(11)的两边添加用于平滑化的窗函数，从而能够计算动态特性参数和加工工艺参数而不受微分误差的影响。
并且，作为其他例，同定部17也可以执行通过探索算法实现的重复运算，根据式(10)或者式(11)对动态特性参数和加工工艺参数进行探索。此外，同定部17中的动态特性参数和加工工艺参数的计算并不限定于使用了式(10)及式(11)进行的运算。与动力学模型及加工工艺模型的方式相应地，通过预先设定动态特性参数、加工工艺参数和干扰力或者干扰扭矩的关系式，从而能够根据该关系式和推定干扰力或者干扰扭矩对动态特性参数和加工工艺参数进行计算。
并且，能够同定的参数并不限定于等效衰减系数、等效固有振动频率和相对切削阻力。例如，构成在动态特性参数中包含有振动模式矢量的动力学模型，对动态特性参数、加工工艺参数和干扰力的关系式进行设定，由此同定部17能够对包含有振动模式矢量的动态特性参数进行同定。作为其他例，使用式(7)而构成在加工工艺参数中包含有刀具偏心量的加工工艺模型，对动态特性参数、加工工艺参数和干扰力的关系式进行设定，由此同定部17能够将加工工艺参数同定。
如以上所述，同定部17使用从坐标变换部12输出的干扰力、预先确定的关系式和加工条件，对决定加工工艺模型的特性的加工工艺参数和决定工作机械2的动力学模型的特性的动态特性参数进行计算。上述的关系式是确定加工工艺参数、动态特性参数和干扰力的关系的关系式。
接下来，对数控系统1的硬件结构进行说明。图1所示的指令值生成部11、坐标变换部12、驱动轴控制部13、15的至少一部分、干扰推定部14、16及同定部17是通过处理电路实现的。驱动轴控制部13、15也可以包含有生成电动机电流的逆变器等电路。存储部18是通过存储器实现的。处理电路可以是具有处理器的电路，也可以是专用硬件。
在处理电路是具有处理器的电路的情况下，处理电路例如是图9所示的结构的处理电路。图9是表示处理电路的结构例的图。处理电路200具有处理器201及存储器202。在指令值生成部11、坐标变换部12、驱动轴控制部13、15的至少一部分、干扰推定部14、16及同定部17通过图9所示的处理电路200实现的情况下，处理器201通过将在存储器202中收容的程序读出而执行，从而实现上述这些部分。即，在指令值生成部11、坐标变换部12、驱动轴控制部13、15的至少一部分、干扰推定部14、16及同定部17通过图9所示的处理电路200实现的情况下，它们的功能是使用作为软件的程序而实现的。存储器202还被用作处理器201的作业区域。处理器201是cpu(centralprocessingunit)等。存储器202例如相当于ram(randomaccessmemory)、rom(readonlymemory)、闪存等非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘等。实现存储部18的存储器可以与存储器202相同，也可以不同。
在将指令值生成部11、坐标变换部12、驱动轴控制部13、15的至少一部分、干扰推定部14、16及同定部17实现的处理电路是专用硬件的情况下，处理电路例如是fpga(fieldprogrammablegatearray)、asic(applicationspecificintegratedcircuit)。此外，指令值生成部11、坐标变换部12、驱动轴控制部13、15的至少一部分、干扰推定部14、16及同定部17也可以是将具有处理器的处理电路及专用硬件组合而实现的。指令值生成部11、坐标变换部12、驱动轴控制部13、15的至少一部分、干扰推定部14、16及同定部17也可以通过多个处理电路而实现。
如以上说明所述，在实施方式1的数控系统1中，将通过干扰推定部14、16计算出的推定干扰力由坐标变换部12向刀具基准坐标系进行坐标变换，同定部17根据基于动力学模型、加工工艺模型和加工条件而构建的动态特性参数、加工工艺参数和干扰力的关系式，对动态特性参数及加工工艺参数进行同定。因此，具有能够同时地对切削加工的支配参数即动态特性参数和加工工艺参数进行计算这样的效果。
另外，作为对比例而考虑下述例子，即，基于在驱动轴设置的力传感器的检测结果和加工工艺模型而将加工工艺参数同定。力传感器的检测结果是检测到切削力经过机械构造而传递出的力即干扰力的检测结果。因此，在对比例中，没有考虑到通过机械动力学将切削力作为干扰力进行传递的情况。因此，在对比例中，无法将准确的加工工艺参数同定。与此相对，在本实施方式1中，干扰推定部14、16推定干扰力，同定部17根据基于动力学模型、加工工艺模型和加工条件而构建的动态特性参数、加工工艺参数和干扰力的关系式，对动态特性参数及加工工艺参数进行同定。因此，与对比例相比能够准确地将加工工艺参数同定。
在实施方式1中，构成为在包含有主轴和伺服轴在内的全部驱动轴具有加速度传感器，但对加速度传感器进行设置的驱动轴的轴数并不限定于全部驱动轴数。例如，也可以是在3轴的直线伺服轴设置加速度传感器而在主轴不设置加速度传感器，根据由3轴的直线伺服轴的加速度传感器得到的检测结果而计算干扰力矢量。另外，也可以是在2轴的直线伺服轴设置加速度传感器而在主轴不设置加速度传感器，根据由加速度传感器得到的检测结果而对由该伺服轴构成的平面上的2维干扰力矢量进行计算，关于该平面而推定动态特性参数和加工工艺参数。另外，也可以根据由设置于主轴的加速度传感器得到的检测结果，对与主轴垂直的平面上的2维干扰力矢量进行计算，并且根据与主轴平行的伺服轴所具有的加速度传感器的检测结果而加入该伺服轴方向的干扰力，由此计算3维干扰力矢量。
并且，在本实施方式1中，对以具有3轴的直线伺服轴和主轴的工作机械作为对象的结构进行了叙述，但本发明并不限定于该轴结构的工作机械。例如，在工作机械除了3轴的直线伺服轴和主轴以外还具有大于或等于1轴的旋转伺服轴的情况下，根据下面的结构，能够实现与本实施方式1同等的效果。即，指令值生成部11将nc程序坐标系中的刀具相对姿态向坐标变换部12输出，坐标变换部12考虑刀具的相对姿态而将伺服轴推定干扰力和主轴推定干扰力向刀具基准坐标系进行坐标变换，由此能够与本实施方式1同样地计算推定干扰力矢量。
并且，在实施方式1中，作为对驱动轴的加速度进行检测的单元而采用了加速度传感器，但检测的物理量并不限定于加速度。例如，也可以采用使用速度传感器、陀螺仪传感器、激光多普勒仪而直接检测速度的传感器。即，即使采用能够对将位移量以1阶以上进行时间微分的物理量进行检测的传感器，也不会脱离本发明的主旨。
并且，在本实施方式1中叙述的数控系统1也可以由多台设备构成。例如，具有驱动轴控制部13、15及干扰推定部14、16的电动机控制装置100和数控系统1的其他结构要素也可以作为彼此不同的装置而构成。另外，数控系统1也可以由具有指令值生成部11、驱动轴控制部13、15、干扰推定部14、16和坐标变换部12的数控装置、和具有同定部17及存储部18的工业用计算机构成。工业用计算机可以设置于工作机械2的附近，也可以设置于远离工作机械2的场所。另外，工业用计算机也可以与多台工作机械2连接。并且，工业用计算机也可以通过有线或者无线的互联网线路等公众线路等而与外部连接。在数控系统1由多台设备构成的情况下，指令值生成部11、坐标变换部12、驱动轴控制部13、15的至少一部分、干扰推定部14、16及同定部17是通过在各个被安装的设备中搭载的处理电路而实现的。这些处理电路与上述的处理电路同样地，可以是具有处理器的处理电路，也可以是专用硬件，也可以是将具有处理器的处理电路及专用硬件进行组合。
并且，在实施方式1中，对通过刀具的旋转进行铣削加工的工作机械进行了叙述，但本发明也能够应用于通过工件的旋转进行车削加工的工作机械。
实施方式2.
图10是表示本发明的实施方式2所涉及的数控系统1a的结构例的图。实施方式2的数控系统1a对工作机械2a进行控制。
工作机械2a具有作为伺服轴的驱动轴21a和作为主轴的驱动轴22a。驱动轴21a及驱动轴22a除了各自没有设置加速度传感器以外，分别与实施方式1的驱动轴21及驱动轴22相同。在工作机械2a设置有力传感器23。力传感器23例如设置于图4所示的工作台331上或者工作台31的内部。力传感器23的设置部位并不限定于该例，力传感器23只要设置为能够对各驱动轴所承受的力进行检测即可。力传感器23是对向驱动轴21a、22a施加的力或者扭矩进行检测的传感器的一个例子。
在实施方式1中，构成为使用通过加速度传感器检测出的结果、编码器信号和电动机电流信号而推定干扰力，但在实施方式2中，通过使用力传感器23，从而无需在数控系统1a设置干扰推定部14、16。实施方式2的数控系统1a是从实施方式1的数控系统1将干扰推定部14、16去除的结构，通过力传感器23得到的检测结果向坐标变换部12输入。具有与实施方式1相同的功能的结构要素标注与实施方式1相同的标号而省略重复的说明。下面，对与实施方式1的不同点进行说明。
坐标变换部12取代使用从干扰推定部14、16分别输入的伺服轴推定干扰力及主轴推定干扰力，而是使用通过力传感器23得到的检测结果，与实施方式1同样地实施坐标变换，将坐标变换后的干扰力与实施方式1的推定干扰力同样地向同定部17输出。即，在本实施方式2中，坐标变换部12从通过对向驱动轴21a、22a施加的力或者扭矩进行检测的传感器而检测出的检测结果取得干扰力。坐标变换部12在该传感器是对扭矩进行检测的传感器的情况下，在将扭矩变换为力之后，进行坐标变换。同定部17与实施方式1同样地，计算动态特性参数和加工工艺参数。除了以上所述以外的数控系统1a的动作与实施方式1的数控系统1a的动作相同。此外，也可以是坐标变换部12对检测出的扭矩进行坐标变换而向同定部17输出，同定部17使用坐标变换后的扭矩而计算动态特性参数和加工工艺参数。
如上所述，在本实施方式2中，没有使用加速度传感器及干扰推定部14、16而是使用力传感器23，与实施方式1同样地，能够计算动态特性参数和加工工艺参数。由此能够得到与实施方式1相同的效果。
实施方式3.
图11是表示本发明所涉及的实施方式3的干扰推定部的结构例的框图。本实施方式3的数控系统除了取代实施方式1的干扰推定部14而具有干扰推定部14a以外，与实施方式1的数控系统1相同。下面，对与实施方式1的不同点进行说明。
实施方式1的干扰推定部14构成为，通过从作为一惯性系而模型化的驱动轴21取得驱动轴信号和加速度传感器信号，从而通过加速度传感器的引用而实现无法仅通过驱动轴信号进行推定的高频带中的干扰力的计算。通常构成工作机械的驱动轴构成为电动机、滚珠丝杠、工作台等具有多个惯性的构造物。
图12是表示驱动轴21的模型的一个例子的图。在图12中示出了在驱动轴21具有伺服电动机、滚珠丝杠及工作台的情况下，作为与伺服电动机即电动机、滚珠丝杠及工作台相对应的三惯性系而模型化后的模型的一个例子。tm表示电动机扭矩，θm表示电动机角度，jm、jb表示惯量，mt表示质量，dm、db、ct表示衰减系数，kg、kt表示弹簧常数，r表示滚珠丝杠间距，xt表示位置。此外，m、b、t分别是表示电动机、滚珠丝杠、工作台的下标。
如上所述，驱动轴21通常具有带有多个惯性的构造物，因此优选为了将构造物的举动高精度地模型化而将构造物分为多个而进行模型化。因此，本实施方式3的干扰推定部14a将构造物分为多个而模型化，并且将从加速度传感器211输出的加速度传感器信号与频带相应地分割，使用与各个频带相对应的逆模型而推定干扰力。
在这里，如图11所示，将驱动轴21分为第1构造物213和第2构造物212而模型化。即，驱动轴21包含第1构造物213和第2构造物212，该第2构造物212包含电动机。干扰推定部14a基于第1构造物213的多个第1构造物模型和加速度传感器信号而对施加至第1构造物213的力的合力即实际驱动轴输出进行计算。另外，干扰推定部14a基于第2构造物212的第2构造物模型、流过电动机的电动机电流的检测结果和电动机的位置的检测结果，对电动机针对驱动轴赋予的力即指令驱动轴输出进行计算。而且，干扰推定部14a使用实际驱动轴输出和指令驱动轴输出而推定干扰力。多个第1构造物模型具有与分割为多个的频带相应地确定的各自不同的频率特性。
在图11的驱动轴21内，图示出第1构造物213及第2构造物212的等效模型。iref表示电动机电流，k表示扭矩常数，vt表示工作台的速度，fd表示干扰力。atexp是从加速度传感器211输出的加速度传感器信号。此外，下标ref表示是由驱动轴控制部13运算出的参照值，下标exp表示是由加速度传感器直接检测出的信号。其他文字是与图12相同的定义。在第1构造物具有加速度传感器211。在这里，第1构造物例如为工作台，第2构造物212例如是将伺服电动机和滚珠丝杠组合的机械构造。在驱动轴21从外部对第1构造物213施加干扰力。并且，通过对第1构造物213施加由伺服电动机的扭矩输出引起的指令驱动轴输出，从而第1构造物213的位置由驱动轴控制部13间接地控制。
图11所示的干扰推定部14a基于从驱动轴21输出的编码器信号及电动机电流信号、和从加速度传感器211输出的加速度传感器信号，将施加至驱动轴21的干扰力推定为伺服轴推定干扰力。
详细地说，干扰推定部14a具有与第1构造物213相对应的第1构造物模型部143、144、与第2构造物相对应的第2构造物模型部141和合成部142。在图11中的干扰推定部14a内示出了各部所具有的对应的构造物的逆模型。lpf(low－passfilter)表示低通滤波器，hpf(high－passfilter)表示高通滤波器。在上方附带有帽子符号的文字表示推定值。
第1构造物模型部143及第1构造物模型部144基于加速度传感器信号，对施加至第1构造物213的力即实际驱动轴输出进行计算。第1构造物模型部143具有低通滤波器，第1构造物模型部144具有高通滤波器。这些滤波器具有下述作用，即，将加速度传感器信号以预先确定的截止频率分离为第1频带和第2频带。在这里，低通滤波器及高通滤波器的截止频率，例如是驱动轴控制部13能够对驱动轴21进行控制的频率的上限值。分离为2个频带的加速度传感器信号各自经过第1构造物模型部143及第1构造物模型部144，由此第1构造物模型部143输出低频侧的实际驱动轴输出即第1实际驱动轴输出，第1构造物模型部144输出高频侧的实际驱动轴输出即第2实际驱动轴输出。
第2构造物模型部141使用电动机电流信号及编码器信号，对电动机用于使驱动轴21动作的驱动力即指令驱动轴输出进行计算。合成部142对第1实际驱动轴输出和第2实际驱动轴输出之和进行计算，从计算出的和减去指令驱动轴输出，由此能够对施加至驱动轴21的干扰力fd进行推定。
在图11所示的例子中，驱动轴21表现为由3个惯性、将各惯性结合的弹簧要素和表示粘性摩擦的阻尼要素构成的模型。驱动轴21的模型并不限定于此，也可以构成为，作为考虑了由编码器或者加速度传感器的通信引起的停滞时间及库仑摩擦后的模型而表现驱动轴21，干扰推定部14a具有与它们相对应的2个第1构造物模型部和1个第2构造物模型部。
此外，在干扰推定部14a中使用的逆模型所包含的各参数，能够通过接下来叙述的方法进行计算。例如，驱动轴控制部13对驱动轴21的电动机赋予冲量施振指令或者随机施振指令或者正弦扫频施振指令，能够基于从此时的编码器信号及加速度传感器信号得到的频率响应而拟合参数。作为其他例，也可以不将伺服电动机作为施振源，而是从外部使用冲量锤，将伺服轴施振而拟合参数。并且作为其他例，也可以实施预先判明出所要产生的干扰力的试验加工，使用此时输出的电动机电流信号及编码器信号及加速度传感器信号而拟合参数。并且作为其他例，也可以使用有限要素解析而计算参数。并且，也可以通过上述的组合而决定参数。
在这里，对本实施方式3的效果进行说明。图13是表示对比例中的干扰力的推定结果的图。在图13中示出了推定结果的对比例中，与本实施方式3所涉及的方法同样地，使用电动机电流信号及编码器信号而推定电动机和滚珠丝杠即第1构造物的状态量，使用加速度传感器信号而推定工作台的状态量，使用这些推定结果而推定出干扰。此外，本实施方式3和对比例的差异点在于，对比例不具有如图11这样的多个第1构造物模型部，而是具有单一的第1构造物模型部。即，在对比例的方法中，没有将设置有加速度传感器的工作台的质量与频带相应地分解。在图13的上段示出了实际的干扰力，即，使用力传感器而实测出的干扰力，在图13的下段示出了通过对比例推定出的结果。如根据图13所知那样，在对比例中，在高频频带中推定值与由力传感器得到的实测值不一致。即，通过没有针对以滚珠丝杠驱动为代表的多惯性驱动系统将设置有加速度传感器的工作台的质量与频带相应地分解的对比例的方法，无法高精度地推定干扰力。
与此相对，在本实施方式3中，将加速度传感器信号与频带相应地分割，针对各个频带而赋予不同的逆模型，推定出干扰力。图14是表示通过实施方式3的干扰推定部14a推定出的干扰力的一个例子的图。在图14的上段示出了实际的干扰力即使用力传感器而实测出的干扰力，在图14的下段示出了通过实施方式3的干扰推定部14a推定出的结果。如根据图14所知那样，通过使用实施方式3的干扰推定部14a，从而能够得到与通过力传感器得到的测定结果同等的推定结果。即，本实施方式3的干扰推定部14a具有下述效果，即，在具有以滚珠丝杠驱动为代表的多惯性驱动系统的工作机械中，能够高精度地推定施加至驱动轴的干扰力。
此外，在以上的说明中，作为对驱动轴21的加速度进行检测的单元而采用了加速度传感器，但检测的物理量并不限定于加速度。例如，也可以采用使用速度传感器、陀螺仪传感器、激光多普勒仪而直接检测速度的传感器。即，即使采用能够对将位移量以1阶以上进行时间微分的物理量进行检测的传感器，也不会脱离本发明的主旨
另外，在本实施方式3中以滚珠丝杠驱动的工作机械为对象而进行了说明，但在本实施方式3中叙述的干扰力推定的方法并不限定于滚珠丝杠驱动的工作机械。如果是能够作为多惯性系统而模型化的驱动轴即由多个惯性体构成的驱动轴，则也能够应用于通过除了滚珠丝杠以外进行驱动的伺服轴及主轴。
此外，在实施方式3中，在干扰推定部14a中，通过设置2个第1构造物模型，从而将频带分割为2个，但第1构造物模型的个数及滤波器的数量并不限定为2个。例如，也可以以将第1构造物模型设置大于或等于3个，将频带以第1构造物模型的数量进行分割的方式设计各个滤波器。
另外，在以上的说明中，对取代实施方式1的数控系统1的干扰推定部14而是使用干扰推定部14a的例子进行了说明，但在图1所示的电动机控制装置100单独地设置的情况下，也可以取代干扰推定部14而使用干扰推定部14a。
实施方式4.
图15是表示本发明所涉及的实施方式4的干扰推定部的结构例的框图。本实施方式4的数控系统除了取代实施方式1的干扰推定部14而具有干扰推定部14b以外，与实施方式1的数控系统1相同。下面，对与实施方式1的不同点进行说明。
在实施方式3的干扰推定部14a中，将加速度传感器信号与频带相应地分割，对各个频带赋予不同的逆模型，推定出干扰力。实施方式4的干扰推定部14b使用将对加速度传感器进行设置的工作台分割为通过编码器信号及电动机电流信号进行推定的第1工作台惯性、和通过加速度传感器信号进行推定的第2工作台惯性的模型，推定干扰力。图16是表示实施方式4中的驱动轴21的模型化的一个例子的图。图16中的各文字与实施方式3相同，但在下标含有1的，与第1工作台惯性模型相对应，在下标含有2的，与第2工作台惯性模型相对应。
即，干扰推定部14b基于驱动轴21的第1构造物模型和加速度传感器信号而对与第1构造物模型相对应的实际驱动轴输出进行计算。另外，干扰推定部14b基于包含将驱动轴21构成的电动机在内的驱动轴21的第2构造物模型、流过电动机的电动机电流的检测结果和电动机的位置的检测结果，对由电动机针对驱动轴21赋予的力即指令驱动轴输出进行计算。另外，干扰推定部14b使用实际驱动轴输出和指令驱动轴输出而推定干扰力。将构成驱动轴的多个构造物中的1个分割为第1惯性体模型和第2惯性体模型而模型化，第2构造物模型包含第1惯性体模型，第2构造物模型包含第2惯性体模型。第1惯性体模型及第2惯性体模型的一个例子是上述的第1工作台惯性模型及第2工作台惯性模型。
图15中的各文字的定义与实施方式3相同。驱动轴21与实施方式3同样地，由工作台、伺服电动机和滚珠丝杠构成。在本实施方式4中，将工作台的模型分割为第1工作台惯性和第2工作台惯性这2个，第1构造物213a为工作台，第2构造物212a作为将工作台、电动机和滚珠丝杠组合的机械构造而模型化。
干扰推定部14b将从驱动轴21输出的编码器信号和电动机电流信号、从加速度传感器211输出的加速度传感器信号、和施加至驱动轴21的干扰力推定为伺服轴推定干扰力。
在驱动轴21从外部对第1构造物213a施加干扰力。并且，对第1构造物213a施加由伺服电动机的扭矩输出引起的指令驱动轴输出，由此通过驱动轴控制部13间接地控制第1构造物213a的位置。
干扰推定部14b具有与第1构造物213a相对应的第1构造物模型部143a、与第2构造物212a相对应的第2构造物模型部141a和合成部142a。第1构造物模型部143a基于加速度传感器信号，对施加至第1构造物213a的力的合力即实际驱动轴输出进行计算。第1构造物模型部143a具有用于噪声减少的lpf。
第2构造物模型部141a使用电动机电流信号及编码器信号，对电动机用于使驱动轴21动作的驱动力即指令驱动轴输出进行计算。在这里，第2构造物212a的模型与实施方式3中的第2构造物212不同，成为包含将工作台的惯性进行了分割后的第2工作台惯性在内的模型。合成部142a通过对实际驱动轴输出和指令驱动轴输出进行合算，从而能够对施加至驱动轴的干扰力fd进行推定。
此外，在干扰推定部14b中使用的逆模型所包含的各参数的计算方法，与在实施方式3的干扰推定部14a中使用的逆模型所包含的各参数的计算方法相同。
如以上说明所述，本实施方式4的干扰推定部14b使用将工作台分割为通过驱动轴信号进行推定的第1工作台惯性、和通过加速度传感器信号进行推定的第2工作台惯性的模型，推定干扰力。如上所述，通过将构成驱动轴21的构造物中的对加速度传感器进行设置的构造物分割为2个而模型化，从而具有与实施方式1相同的效果，并且能够高精度地推定干扰力。
另外，在以上的说明中，对取代实施方式1的数控系统1的干扰推定部14而使用干扰推定部14b的例子进行了说明，但在图1所示的电动机控制装置100单独地设置的情况下，也可以取代干扰推定部14而使用干扰推定部14b。
实施方式5.
图17是表示本发明所涉及的实施方式5的干扰推定部的结构例的框图。本实施方式5的数控系统除了取代实施方式1的干扰推定部14而具有干扰推定部14c以外，与实施方式1的数控系统1相同。下面，对与实施方式1的不同点进行说明。
实施方式1、3、4是同时使用编码器信号及电动机电流信号和加速度传感器信号而推定干扰力的结构。电动机电流信号、编码器信号及加速度传感器信号是从各自不同的信号源产生的信号。因此，干扰推定部取得各个信号的时刻不一定同步，通常会产生同步误差。因此，本实施方式5的干扰推定部14c如图17所示，具有在实施方式4所叙述的干扰推定部14b中追加了信号同步部145的结构。
在信号同步部145，针对编码器信号和加速度传感器信号分别预先设定有第1校正时间及第2校正时间。第1校正时间是以电动机电流信号为基准时的编码器信号的时刻偏移量。第2校正时间是以电动机电流信号为基准时的加速度传感器信号的时刻偏移量。并且，信号同步部145能够对与第1及第2校正时间相当的编码器信号和加速度传感器信号进行记录。信号同步部145在某时刻被输入了电动机电流信号时，将从该时刻起以第1及第2校正时间使时刻不同的编码器信号和加速度传感器随电动机电流一起输出。此外，在电动机电流信号、编码器信号和加速度传感器信号的采样率分别不同的情况下，通过时间性地内插或者外插，从而能够对从该时刻起以第1及第2校正时间使时刻不同的编码器信号和加速度传感器信号进行计算。如以上所述，干扰推定部14c对在电动机电流信号、编码器信号和加速度传感器信号之间产生的时间偏移量进行校正，使用所述时间偏移量被校正后的信号而推定干扰力。此外，在这里，叙述了相对于电动机电流信号使编码器信号和加速度传感器信号的时刻同步的方法，但也可以以编码器信号或者加速度传感器中的一者为基准而将各信号同步。另外，也可以在信号同步部145的内部生成同步用的基准触发信号，以基准触发信号为基准而将各信号同步。
如以上所述，实施方式5的干扰推定部14c设置信号同步部145而使得对各信号间的时刻同步误差进行校正，因此能够减少时刻同步误差，能够高精度地推定干扰力。
此外，在上述的例子中，在实施方式4的干扰推定部14b中追加了信号同步部145，但同样地，通过在实施方式1的干扰推定部14、实施方式3的干扰推定部14a中追加信号同步部145，从而同样地能够对时刻同步误差进行校正。
实施方式6.
图18是表示本发明的实施方式6所涉及的数控系统的结构例的框图。实施方式6的数控系统1b是在实施方式1的数控系统1中追加仿真部19，取代指令值生成部11及同定部17而具有指令值生成部11a及同定部17a。除了这些以外，实施方式6的数控系统1b与实施方式1的数控系统1相同。具有与实施方式1相同的功能的结构要素标注与实施方式1相同的标号而省略重复的说明。下面，主要对与实施方式1的不同点进行说明。
在实施方式6中，在nc程序中在nc程序坐标系中的刀具的相对位置指令或者各伺服轴的位置指令、主轴转速指令和进给速度指令的基础上，还记述有同定指令。在这里，同定指令是指用于针对同定部17a使动态特性参数和加工工艺参数的同定处理开始的指令。
指令值生成部11a对在nc程序中记述的指令进行解析，与实施方式1同样地生成分别与驱动轴21、22对应的驱动轴指令，分别向对应的驱动轴控制部13、15输出。指令值生成部11a在解析出的指令中包含有同定指令的情况下，针对同定部17a输出同定指令。即，指令值生成部11a在nc程序中包含对由同定部17a进行的同定的实施进行指示的指令时，针对同定部17a指示实施加工工艺参数和动态特性参数的计算。并且，指令值生成部11a与从仿真部19输出的、后面记述的机械动力学及加工工艺的再现结果相应地，对驱动轴指令进行校正。
同定部17a如果被输入了从指令值生成部11a输出的同定指令，则通过与在实施方式1中叙述的方法相同的方法对动态特性参数和加工工艺参数进行计算，将计算出的结果向仿真部19输出。并且，同定部17a将由坐标变换部12输出的推定干扰力和由仿真部19输出的再现干扰力进行比较。在这里，推定干扰力是指通过干扰推定部进行计算、通过坐标变换部进行坐标变换后的切削力，再现干扰力是指通过仿真部19计算出的切削力。在推定干扰力和再现干扰力的差大于阈值的情况下，同定部17a判定为在加工状态中存在变化，再次执行同定处理。即，同定部17a对从坐标变换部12输出的干扰力和通过仿真部19再现的干扰力的差进行计算，在差大于阈值的情况下计算加工工艺参数和动态特性参数。同定部17a在推定干扰力和再现干扰力作为矢量被计算的情况下，针对各个切削力而计算范数，通过对这些范数进行比较，从而能够计算推定干扰力和再现干扰力的差。作为其他例，也可以对刀具行进方向等特定的一个方向上的推定干扰力和再现干扰力的差进行计算，将该差与该阈值进行比较。
仿真部19基于从各驱动轴21、22输出的编码器信号而计算驱动轴位置，使用动力学模型、加工工艺模型及加工条件而再现刀具和工件周边的构造物的振动、及刀具和工件之间的加工工艺。
刀具和工件周边的构造物的振动的再现以下述方式进行。仿真部19使用动力学模型，计算在对工件侧构造物和刀具侧构造物的一者或者两者作用了切削力时产生的在构造物内产生的相对位移。仿真部19根据计算出的构造物内的相对位移和各驱动轴21、22的位置而计算刀具的位置偏差，并且计算各驱动轴21、22所承受的干扰力。在这里，刀具的位置偏差是指在刀具没有产生切削力的状态下的刀具的位置和在刀具产生了切削力的状态下的刀具的位置的差。
加工工艺的再现以下述方式进行。仿真部19使用加工条件和加工工艺模型，根据刀具的位置偏差及刀具旋转角度，对刀具刃尖相对于工件的轨迹进行计算。根据刀具刃尖的轨迹而计算切除厚度，对与切除厚度相对应的切削力进行计算。此外，在这里计算出的切削力向同定部17a输出。
如上所述，在动力学模型中使用的切削力通过加工工艺模型进行计算，在加工工艺中使用的刀具的位置偏差通过动力学模型进行计算。因此，在仿真部19中，交替地重复进行使用了动力学模型的计算和使用了加工工艺模型的计算，由此能够将每时每刻的机械动力学及加工工艺同时地再现。换言之，仿真部19基于电动机电流信号、编码器信号及加工条件和加工工艺模型，对在刀具和工件之间产生的切削力进行再现，并且基于动力学模型而对在产生了切削力时在各驱动轴产生的干扰力、以及刀具和工件的相对位置偏差进行再现。
在这里，对基于由仿真部19执行的机械动力学和加工工艺的再现结果而由指令值生成部11a执行的校正处理进行叙述。指令值生成部11a使用由仿真部19再现出的刀具的位置偏差，将偏差量的移动量追加至各伺服轴的驱动轴指令。通过该校正，能够减少由刀具的位置偏差引起的尺寸误差。
另外，作为其他校正方法，也可以是指令值生成部11a将由仿真部19再现出的通过各刀具刃尖实现的切除厚度进行比较，对每1个刀刃的进给量或者各伺服轴位置进行校正以使得由各刃尖产生的切除厚度的最大值变得相等。通过该校正，能够减少由切除厚度的变化产生的刀具刃尖的振动。另外，作为其他校正方法，也可以是指令值生成部11a使用由仿真部19再现出的切削力，对一定时间内的最大值或者平均值进行计算，在该计算结果超过预先确定的切削力上限值的情况下，使每1个刀刃的进给量减少。通过该校正，能够将切削力限制为小于或等于切削力上限值。能够避免由切削力的超过而引起的刀具的损坏。
另外，作为其他校正方法，也可以是指令值生成部11a使用由仿真部19再现出的切削力，将在刀具旋转1周期间由各刃尖产生的切削力进行比较，对每1个刀刃的进给量或者主轴转速进行校正以使得由各刃尖产生的切削力的最大值变得相等。通过该校正，特定的刃尖所承受的切削力减少，能够针对各刃尖均等地产生切削力。
另外，作为其他校正方法，也可以是指令值生成部11a根据由仿真部19再现出的刀具刃尖的轨迹而计算加工表面粗糙度，在加工表面粗糙度超过预先确定的加工表面粗糙度上限值的情况下，使每1个刀刃的进给量减少。通过该校正，形成加工表面粗糙度小于或等于加工表面粗糙度上限值的精加工面。此外，也可以将以上所述的校正处理中的多个处理进行组合。
如以上说明所述，实施方式6的数控系统1b构成为，在nc程序中记述的定时或者判定为加工状态发生了变化的定时，将动态特性参数和加工工艺参数同定，并且通过仿真而再现机械动力学和加工工艺，基于再现结果由指令值生成部对驱动轴指令进行校正。因此，具有以下的效果。
同定部17a接收同定指令而执行处理，由此数控系统1b能够在由nc程序指定出的定时，同定动态特性参数和加工工艺参数。因此，即使在同一nc程序中加工状态变化，也能够在nc程序中记述的定时将动态特性参数和加工工艺参数同定。
并且，同定部17a通过对推定干扰力和再现干扰力进行比较，从而能够进行决定动力学模型和加工工艺模型的特性的动态特性参数和加工工艺参数的验证。因此，在机械动力学或者加工工艺发生了变化的情况下，能够在每次变化时执行同定处理，以使得仿真部与推定干扰力相比较而正确地再现干扰力。并且，仿真部19通过再现机械动力学和加工工艺，从而能够实时地变更加工工艺。
因此，在本实施方式6中说明的数控系统1b，在由nc程序指示出的定时的基础上，在未由nc程序指示出的定时下在机械动力学或者加工工艺发生了变化的情况下也能够执行同定处理。使用通过从该同定处理得到的动态特性参数和加工工艺参数而决定了特性的动力学模型和加工工艺模型而执行仿真，由此指令值生成部能够针对各驱动轴施加基于仿真结果的校正。
图19是表示本实施方式6的数控系统的其他结构例的框图。在图18所示的例子中，构成为将通过能够从驱动轴21、22取得的编码器信号表示的反馈位置输入至仿真部19，但在图19所示的结构例中，取代反馈位置，而是将在驱动轴控制部13、15各自的内部生成的指令位置输入至仿真部19。仿真部19取代反馈位置，而是使用在驱动轴控制部13、15各自的内部生成的指令位置，与图18所示的结构例的仿真部19同样地实施仿真。图19所示的结构例中的动作除了以上叙述的方面以外，与图18所示的结构例中的动作相同。在图19中，对具有图18所示的功能的结构要素标注同一标号。即使设为图19所示的结构，也能够得到与图18所示的数控系统1b同等的效果。
实施方式7.
图20是表示本发明的实施方式7所涉及的数控系统的结构例的框图。实施方式7的数控系统1c是在实施方式2的数控系统1a中追加仿真部19。除了这些以外，实施方式7的数控系统1c与实施方式2的数控系统1a相同。具有与实施方式2及实施方式6相同的功能的结构要素标注与实施方式2相同的标号而省略重复的说明。
如上所述，在本实施方式7中，没有使用加速度传感器及干扰推定部14、16而是使用力传感器23，与实施方式1同样地，计算动态特性参数和加工工艺参数。并且，构成为在nc程序中记述的定时或者判定为加工状态发生了变化的定时将动态特性参数和加工工艺参数同定，并且通过仿真再现机械动力学和加工工艺，基于再现结果由指令值生成部对驱动轴指令进行校正。由此，能够实现与实施方式6相同的效果。
图21是表示本实施方式7的数控系统的其他结构例的框图。在图20所示的例子中，构成为将通过能够从驱动轴21a、22a取得的编码器信号表示的反馈位置输入至仿真部19，但在图21所示的结构例中，取代反馈位置而将在驱动轴控制部13、15各自的内部生成的指令位置输入至仿真部19。仿真部19取代反馈位置，而是使用在驱动轴控制部13、15各自的内部生成的指令位置，与图20所示的结构例的仿真部19同样地实施仿真。图21所示的结构例中的动作除了以上所述的方面以外，与图20所示的结构例中的动作相同。在图21中，对具有图20所示的功能的结构要素标注同一标号。即使设为图21所示的结构，也能够取得与图20所示的数控系统1c同等的效果。
以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。
标号的说明
1、1a、1b、1c数控系统，2、2a工作机械，11、11a指令值生成部，12坐标变换部，13、15驱动轴控制部，14、14a、14b、14c、16干扰推定部，17、17a同定部，18存储部，21、21a、22、22a驱动轴，23力传感器，31工作台，32工件，33刀具，100电动机控制装置，211、221加速度传感器。
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