CN111857045B

CN111857045B - 数控装置和机床

Info

Publication number: CN111857045B
Application number: CN202010213076.8A
Authority: CN
Inventors: 寺田弦; 高桥英辅
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2024-05-03
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: JP7226070B2; JP2020181424A; CN111857045A

Abstract

本发明涉及控制机床的数控装置以及具有该数控装置的机床。机床具有马达，该马达用于使对切削对象进行加工的刀具和切削对象相对地进行移动、旋转。数控装置输出表示马达的驱动条件的指令。数控装置获取规定的驱动条件即输入条件。数控装置确定传递模型的参数，使得所获取的输入条件与将机床的传递模型应用于输入条件并进行导出得到的导出结果之间的误差为最小。数控装置基于所确定的参数算出指令。参数包括与机床相关的惯性动量、粘滞摩擦系数、库仑摩擦和偏心负载系数。

Description

数控装置和机床

技术领域

本发明涉及数控装置和具有该数控装置的机床。

背景技术

为了适当地确定机床的控制条件，需要高精度地设定表示机床的传递特性的物理参数(惯性等)。日本特许公开2011年第72178号公报公开了一种控制误差的推算技术。该推算技术通过将控制对象的反函数模型应用于控制输出的观察值来对控制输入进行运算。之后，通过对经过运算得到的控制输入和控制输入的观察值进行比较，对控制误差进行运算，并推算出该控制误差较小时的物理参数。

上述技术未考虑到机床在驱动时受到的偏心负载的影响，因此，物理参数的推算精度较低。因此，有时，无法确定能够适当地控制机床的控制条件。

发明内容

本发明的目的是，提供能够高精度地设定机床的传递特性的参数从而能够适当地控制机床的数控装置以及具有该数控装置的机床。

技术方案1的数控装置向机床输出表示马达的驱动条件的指令，该机床具有马达，该马达用于使对切削对象进行加工的刀具和切削对象相对地进行移动、旋转，该数控装置的特征在于，该数控装置具有：获取部，其获取规定的驱动条件即输入条件；确定部，该确定部确定传递模型的参数，使得与通过获取部获取的输入条件相应地向马达进行输出的输出结果，和将机床的传递模型应用于输入条件并进行导出得到的导出结果之间的误差为最小；及指令算出部，其基于确定部确定的参数，算出指令，参数包括与机床相关的惯性动量、粘滞摩擦系数、库仑摩擦和偏心负载系数。

数控装置基于传递模型的参数，确定用于向机床进行输出来使马达驱动的指令。传递模型的参数至少包括偏心负载系数。因此，数控装置能够基于考虑到偏心负载的影响的高精度的参数来算出指令，并能够利用所算出的指令控制机床。

技术方案2的数控装置中，也可以是，偏心负载系数是这样的参数：其与保持切削对象的座的旋转角度相应地变动，且表示欲使马达向消除偏心负载的方向旋转的力或马达的扭矩。即使在偏心负载与机床的座的旋转角度相应地变动时，数控装置也能够确定出适当的指令来控制机床。

技术方案3的数控装置中，也可以是，指令算出部基于通过确定部确定的参数，调整马达的加减速时的加减速时间常数，算出指令。数控装置能够考虑到偏心负载的影响地调整马达的加减速时的时间常数，并确定指令。

技术方案4的数控装置中，也可以是，指令算出部基于通过确定部确定的参数，确定作用于机床的干扰扭矩，且在干扰扭矩为规定阈值以上时，判断为机床异常。数控装置能够检测到干扰扭矩的异常并能够适当地予以应对。

技术方案5的数控装置中，也可以是，获取部获取以能够设定的最大速度使马达旋转的快速进给条件作为输入条件。数控装置能够不依赖于马达的旋转速度地确定考虑到偏心负载的影响的指令。

技术方案6的机床的特征在于，该机床具有：技术方案1～5的数控装置；及加工部，其基于数控装置输出的指令使马达驱动，利用刀具对切削对象进行加工。该情况下，机床获得与技术方案1～5同样的效果。

附图说明

图1是机床1的立体图。

图2是切削对象支承装置8的立体图。

图3是表示数控装置40和机床1的电气结构的电气框图。

图4是表示驱动电路51的控制***的图。

图5是数控装置40的功能框图。

图6是应用二阶FIR滤波器时的速度曲线和加速度曲线的图。

图7是主处理的流程图。

图8是表示评价例1的评价结果的图表。

图9是表示评价例2的评价结果的图表。

具体实施方式

说明本发明的实施方式。说明中使用附图中用箭头表示的左右、前后和上下。机床1的左右方向即为机床1的X轴方向，机床1的前后方向即为机床1的Y轴方向，机床1的上下方向即为机床1的Z轴方向。右方向、前方向、上方向分别为正方向。左方向、后方向、下方向分别为负方向。图1中的机床1是能够利用刀具对切削对象进行切削加工和车削加工的复合机床。

参照图1，说明机床1的构造。机床1具有底座2、Y轴移动机构、X轴移动机构、Z轴移动机构、移动体15、立柱5、主轴头6、主轴、切削对象支承装置8、换刀装置9、控制箱和数控装置40(参照图3)等。底座2具有架台11、主轴底座12、右侧底座13和左侧底座14等。架台11为在前后方向上较长的大致长方体状的构造体。主轴底座12形成为在前后方向上较长的大致长方体状，设于架台11的上表面靠后方处。右侧底座13设于架台11的上表面靠右前方处。左侧底座14设于架台11的上表面靠左前方处。在右侧底座13的上表面和左侧底座14的上表面支承切削对象支承装置8。

Y轴移动机构设于主轴底座12的上表面，具有Y轴马达62(参照图3)等。Y轴移动机构通过Y轴马达62的驱动，使呈大致平板状的移动体15沿Y轴方向移动。X轴移动机构设于移动体15的上表面，具有X轴马达61(参照图3)等。X轴移动机构通过X轴马达61的驱动，使立柱5沿X轴方向移动。立柱5借助Y轴移动机构、移动体15和X轴移动机构，在底座2上沿X轴方向和Y轴方向移动。Z轴移动机构设于立柱5的前表面，具有Z轴马达63(参照图3)等。Z轴移动机构通过Z轴马达63的驱动，使主轴头6沿Z轴方向移动。主轴设于主轴头6的内部，在主轴下部具有装刀孔。在装刀孔处装配刀具。因此，X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构使切削对象相对于主轴上装配的刀具沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向移动。主轴在设于主轴头6的上部的主轴马达66(参照图3)的作用下旋转。此时，设于主轴的刀具相对于切削对象旋转。

换刀装置9为在立柱5和主轴头6周围围绕的大致圆环状。换刀装置9在主轴头6升降的期间里对当前在主轴上装配的刀具进行更换。控制箱安装于覆盖机床1的罩的外壁。数控装置40(参照图3)存放在控制箱的内侧。数控装置40基于数控程序控制机床1的动作。在覆盖机床1的罩的外壁面具有操作面板10(参照图3)。操作面板10具有操作部18和显示部19。利用操作部18进行针对数控装置40的各种设定。显示部19显示各种画面、消息和警报等。

切削对象支承装置8固定在右侧底座13的上表面和左侧底座14的上表面。如图2所示，切削对象支承装置8具有A轴座20、左侧支承座27、驱动机构部28、旋转台29和C轴驱动部30等。A轴座20具有座部21、右连结部22和左连结部23。座部21为在A轴座20的倾斜角度为0度时，上表面为水平面的俯视时大致长方形形状的板状部。右连结部22从座部21的右端部向右斜上方延伸，且以能够转动的方式与驱动机构部28相连结。左连结部23从座部21的左端部向左斜上方延伸，且以能够转动的方式与左侧支承座27相连结。左连结部23具有从其左端面向左方突出的、大致圆柱状的支承轴31。左侧支承座27以支承轴31能够旋转的方式支承该支承轴31。左侧支承座27的底部固定在左侧底座14(参照图1)的上表面。驱动机构部28位于A轴座20的右侧。在驱动机构部28的内侧存放有右侧支承座、A轴马达65(参照图3)等。右连结部22具有从其右端面向右方突出的、大致圆柱状的支承轴。右侧支承座以右连结部22的支承轴能够旋转的方式支承该支承轴。右连结部22的支承轴与A轴马达65的输出轴相互连结在一起。在A轴马达65的输出轴旋转时，A轴座20以与X轴方向平行的支承轴31为中心，与右连结部22一体地旋转。使A轴座20旋转的轴为A轴。驱动机构部28使切削对象相对于刀具以A轴为中心旋转。通过A轴座20绕A轴以任意角度倾斜，从而使切削对象相对于主轴上装配的刀具向任意方向倾斜。右侧支承座的底部固定在右侧底座13(参照图1)的上表面。旋转台29以能够旋转的方式设于座部21的上表面大致中央处。旋转台29形成为圆盘状，设于A轴座20的上表面大致中央处。C轴驱动部30设于座部21的下表面，且经设于座部21的大致中央处的孔与旋转台29相连结。C轴驱动部30在内部具有旋转轴、C轴马达64(参照图3)等。旋转轴沿与旋转台29正交的方向延伸。旋转轴固定于旋转台29。C轴马达64固定于旋转轴。因此，在C轴马达64使旋转轴旋转时，旋转台29旋转。使旋转台29旋转的轴为C轴。旋转台29的上表面的治具200用于对切削对象进行固定。C轴驱动部30使切削对象相对于刀具以C轴为中心旋转。

参照图3，说明数控装置40和机床1的电气结构。数控装置40具有CPU41、ROM42、RAM43、存储部44、输入输出部45和驱动电路51～驱动电路56。机床1具有X轴马达61、Y轴马达62、Z轴马达63、C轴马达64、A轴马达65、主轴马达66和编码器71～编码器76。在不对驱动电路51～驱动电路56进行区分的情况下，将它们统称为驱动电路50。在不对X轴马达61、Y轴马达62、Z轴马达63、C轴马达64、A轴马达65、主轴马达66进行区分的情况下，将它们统称为马达60。在不对编码器71～编码器76进行区分的情况下，将它们统称为编码器70。CPU41控制机床1的动作。ROM42存储有用于执行后述的主处理(参照图7)的控制程序等。RAM43用于存储在各种处理执行的过程中产生的各种数据。存储部44存储有数控程序等。输入输出部45在其与驱动电路50、编码器70、操作部18、显示部19之间进行各种信号的输入输出。驱动电路50基于CPU41输出的指令，向马达60输出脉冲信号。编码器70检测所对应的马达60的旋转位置，并向驱动电路50和输入输出部45输出该检测信号。马达60均为伺服马达。编码器70为普通的绝对值编码器，且为能检测并输出旋转位置的绝对位置的位置传感器。

参照图4，说明驱动电路50的伺服控制***。数控装置40的CPU41基于数控程序的控制指令，生成目标位置数据(见后述)，并向驱动电路50输出该数据。编码器70将马达60的当前位置信息作为位置反馈信号向驱动电路50进行输出。驱动电路50基于该反馈信号和该数据，控制向马达60输出的驱动电流。驱动电路50利用加法器50A，算出实际位置信号即位置反馈信号与位置指令之间的位置偏差，并将该位置偏差乘以位置比例增益，算出速度指令。驱动电路50利用加法器50B，算出所算出的速度指令与实际速度之间的速度偏差，该实际速度即为利用微分器50C对位置反馈信号进行微分得到的速度反馈信号。驱动电路50将所算出的速度偏差乘以速度比例增益，得到电流指令，并利用积分器50E对速度偏差进行积分，将该积分结果乘以速度积分增益，得到电流指令，驱动电路50利用加法器50D将这些电流指令加在一起，生成扭矩指令。驱动电路50利用表示扭矩指令的脉冲信号，使马达60驱动。

例示这样的情况：机床1基于使刀具相对于切削对象绕A轴移动来进行加工的数控程序指令(称为进给轴指令)进行驱动。而且，使刀具相对于切削对象沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向移动以及绕C轴移动时的情况与绕A轴移动时同样。如图5所示，数控装置40的CPU41读入数控程序，从数控程序获取进给轴指令(P1)。CPU41为了使切削对象移动至由进给轴指令指定的角度，确定目标位置的时间序列数据(P2)。CPU41以规定周期向驱动电路55输出目标位置数据。该数据表示为了使切削对象移动至目标位置的A轴马达65的驱动条件。驱动电路55基于CPU41输出的目标位置数据，使A轴马达65驱动。A轴马达65使A轴座20绕A轴旋转至目标位置。每当CPU41向驱动电路55输入目标位置数据时，驱动电路55使A轴马达65驱动。A轴座20最终到达由进给轴指令指定的旋转角度(称为指令角度)。将CPU41基于进给轴指令执行的上述控制称为进给轴控制。

参照图6，说明CPU41确定目标位置的时间序列数据的确定方法。如图6的(A)、(B)所示，CPU41以使A轴座20移动到进给轴指令的指令角度之前的速度恒定推移(图6的(B))的方式，确定各目标位置(图6的(A))。接着，CPU41至少两次将移动平均滤波器(称为FIR滤波器)应用于图6的(B)所示的、表示速度的时间序列变化的波形(称为速度波形)，使速度变化平缓(图6的(C)、(D))。将第一次应用的FIR滤波器称为第一FIR滤波器，图6中表示为FIR1。将第一FIR滤波器的时间常数称为T1。将第二次应用的FIR滤波器称为第二FIR滤波器，图6中表示为FIR2。将第二FIR滤波器的时间常数称为T2。

将第一FIR滤波器应用于图6的(B)所示的速度波形时，如图6的(C)所示，速度波形中，速度从0变化至Vmax的部分(上升部分)和速度从Vmax变化至0的部分(下降部分)的斜率(加速度)为恒定。速度波形的上升部分的时间(称为上升时间)和下降部分的时间(称为下降时间)均为t1。t1与第一FIR滤波器的时间常数T1相对应。

在将第二FIR滤波器应用于已应用过第一FIR滤波器的速度波形(参照图6的(C))时，如图6的(D)所示，速度波形的上升部分和下降部分的斜率(加速度)为恒定的部分的开始部分和结束部分的速度缓慢变化。此时，在表示加速度的时间序列变化的波形(称为加速度波形)中，速度缓慢变化的部分所对应的斜率为恒定。速度波形的上升时间和下降时间均都增加t2，都为t1+t2。t2与第二FIR滤波器的时间常数T2相对应。如上所述，CPU41将多个FIR滤波器应用于速度，来缓和进给轴控制时的切削对象支承装置8的移动速度的变化。第一FIR滤波器的时间常数T1和第二FIR滤波器的时间常数T2与作为控制对象的A轴马达65的加减速时的加减速时间常数相对应。加减速时的意思表示加速时和减速时这两者。

CPU41基于通过P1的工序(参照图5)从数控程序获取的进给轴指令，算出每个规定周期的刀具速度(参照图6的(B))。CPU41将时间常数T1的第一FIR滤波器和时间常数T2的第二FIR滤波器应用于所算出的速度，调整为与速度波形的形状相对应的加减速特性(图6的(C)、图6的(D))。CPU41基于通过应用第一FIR滤波器和第二FIR滤波器算出的速度波形(参照图6的(D))，确定每个规定周期的目标位置。CPU41以规定周期向驱动电路55输出所确定的目标位置数据。CPU41通过后述的P4(参照图5)的工序，对第一FIR滤波器的时间常数T1和第二FIR滤波器的时间常数T2进行调整，使它们为最佳。CPU41使用经过调整后的时间常数T1的第一FIR滤波器和经过调整后的时间常数T2的第二FIR滤波器。

驱动电路55基于CPU41以规定周期输出的目标位置数据，使A轴马达65驱动。A轴马达65使A轴座20绕A轴旋转至目标位置。A轴座20在每个规定周期都重复旋转至目标位置的动作。A轴座20最终到达由进给轴指令指定的指令角度。

偏心负载与切削对象支承装置8的A轴座20的旋转角度相应地变动，偏心负载表示的是欲使A轴马达65向消除偏心负载的方向旋转的力或扭矩。如图2所示，在定义A轴座20的重心C_g的情况下，该重心C_g位于相对于支承轴31的旋转中心R而言的下方。因此，在A轴马达65旋转时，偏心负载的力向铅垂方向中朝下的方向作用于该重心C_g。

本实施方式中，定义为偏心负载F_θsin(θ)。偏心负载系数F_θ为用于算出偏心负载的参数。θ＝0表示A轴座20的重心C_g位于铅垂方向中朝下的方向。θ(上面带一个点)表示角度的一阶时间微分。θ(上面带两个点)表示角度的二阶时间微分。式(1)表示作为控制对象的模型(传递模型)。u为驱动电路55向A轴马达65输出的扭矩，J为与切削对象支承装置8相关的惯性动量。

算式1

式(1)中，f满足式(2)中的关系。D为与切削对象支承装置8相关的粘滞摩擦系数，F_C为与切削对象支承装置8相关的库仑摩擦。

算式2

驱动电路55输出的扭矩u能够使用式(1)的模型来进行推算。推算误差e(ρ)能够通过式(3)导出。ρ为确定的参数，x为来自编码器75的反馈值，G_LPF为用于消除微分噪声的低通滤波器。

算式3

e(ρ)＝G_LPFU-ρ^Tx (3)

式(3)中，ρ、x满足式(4－1)(4－2)中的关系。

算式4

算式5

如图5所示，CPU41通过逐步最小二乘法，确定评价函数|e(ρ)|²为最小时的ρ(P3)。逐步最小二乘法是指：将步骤k中正在被确定的参数记为带抑扬符的ρ(记为ρ^)(k)，将步骤k中的推算误差e(ρ)记为ε(k)，将步骤k中的协方差矩阵记为P(k)，此时，ρ^(k)、ε(k)、P(k)通过按照式(5－1)、(5－2)、(5－3)进行计算来实现。

算式6

算式7

算式8

ρ^(k)、ε(k)、P(k)均能够基于式(5－1)、(5－2)、(5－3)，使用步骤(k－1)中的该ρ^(k―1)、ε(k―1)、P(k―1)、步骤k中的扭矩u(k)、反馈值x(k)，来逐步被算出。因此，通过在每个步骤中按照式(5－1)、(5－2)、(5－3)进行计算，最终能够逐步算出评价函数|e(ρ)|²为最小时的ρ。

CPU41能够通过逐步最小二乘法，利用考虑到偏心负载F_θsin(θ)的模型，确定出评价函数|e(ρ)|²为最小时的ρ，能够确定出推算误差e为最小时的惯性动量J、粘滞摩擦系数D、库仑摩擦F_c、偏心负载系数F_θ。将通过使用评价函数确定出来的惯性动量J、粘滞摩擦系数D、库仑摩擦F_C、偏心负载系数F_θ统称为模型参数。

CPU41进一步基于所确定的模型参数，确定用于确定目标位置的时间序列数据的第一FIR滤波器(参照图6)的时间常数T1、第二FIR滤波器(参照图6)的时间常数T2(P4)。CPU41基于所确定的时间常数T1、T2，确定目标位置的时间序列数据(P1)。并且，CPU41基于所确定的模型参数，确定作用于机床1的后述的干扰噪声(P4)。CPU41在所确定的干扰噪声超出规定阈值时，使机床1的动作停止。

主处理

参照图7，说明由数控装置40的CPU41执行的主处理。在数控装置40的电源接通时，由CPU41读出并执行存储部44中存储的控制程序，由此开始主处理。

CPU41对是否在识别模型参数的动作模式(称为识别模式)下进行动作进行判定(S11)。在操作者借助操作部18设定的不是识别模式下的动作时，CPU41判定为不是在识别模式下进行动作(S11：否)。此时，CPU41使处理前进到S25。在操作者设定的是识别模式下的动作时，CPU41判定为是在识别模式下进行动作(S11：是)。此时，CPU41使处理前进到S13。

CPU41读出存储部44中存储的数控程序(S13)。CPU41对所读出的数控程序的指令是否满足快速进给条件进行判定(S15)。快速进给条件表示以机床1能够设定的最大速度使马达60旋转的动作条件。CPU41在判定为是满足快速进给条件的命令时(S15：是)，使处理前进到S17。该工序与图5中的P1的工序相对应。CPU41基于存储部44中存储的第一FIR滤波器(参照图6)的时间常数T1、第二FIR滤波器(参照图6)的时间常数T2，确定与所获取的快速进给条件相应地向驱动电路50输出的目标位置的时间序列数据(目标值r)(S17)。该处理与图5中的P2的工序相对应。CPU41在未执行后述的S29时，使用存储部44中存储的时间常数T1、T2的初始值，来确定目标位置的时间序列数据。CPU41向驱动电路50输出所确定的目标位置的时间序列数据(S19)。此时，驱动电路50使所对应的马达60驱动。机床1利用刀具对切削对象进行加工。

CPU41基于应用了驱动电路50输出的扭矩u和来自编码器70的反馈值x的评价函数|e(ρ)|²(参照式(3))，确定推算误差e为最小时的模型参数(惯性动量J、粘滞摩擦系数D、库仑摩擦F_C、偏心负载系数F_θ)(S21)。该处理与图5中的P3的工序相对应。CPU41使处理返回到S13。

CPU41在判定为不是满足快速进给条件的指令时(S15：否)，使处理前进到S23。CPU41对通过S13的处理所读出的数控程序的指令是否为使机床1的动作停止的指令进行判定(S23)。CPU41在判定为不是使机床1的动作停止的指令时(S23：否)，使处理返回到S13。

CPU41在判定为不是在识别模式下进行动作时(S11：否)，基于通过S21的处理所确定的模型参数，确定作用于机床1的干扰扭矩(S25)。CPU41对所确定的干扰扭矩是否大于规定阈值进行判定(S27)。CPU41在判定为所确定的干扰扭矩小于阈值时(S27：否)，使处理返回到S13。CPU41在判定为所确定的干扰扭矩大于或等于阈值时(S27：是)，判定为机床1异常，并使处理前进到S30。

基于所确定的模型参数来确定干扰扭矩的方法的一例如下。CPU41通过式(6)，基于编码器70输出的反馈值，导出推算扭矩T_est。

算式9

CPU41从所对应的马达60的驱动电路50获取输出扭矩。由于干扰扭矩＝输出扭矩－推算扭矩的关系成立，因此，CPU41能够基于所导出的输出扭矩和推算扭矩T_est，高精度地推算出干扰扭矩。

CPU41在判定为机床1异常时，使机床1的动作停止，并在显示部19显示警告(S30)，结束主处理。在CPU41判定为是使机床1的动作停止的指令时(S23：是)，CPU41基于通过S21的处理所确定的模型参数，确定第一FIR滤波器(参照图6)的时间常数T1、第二FIR滤波器(参照图6)的时间常数T2(S29)。CPU41使存储部44中存储的时间常数T1、T2更新为所确定的时间常数T1、T2。之后，CPU41结束主处理。

CPU41在确定时间常数T1、T2时，基于所确定的模型参数(惯性动量J、粘滞摩擦系数D、库仑摩擦F_C、偏心负载系数F_θ)、马达的最高旋转速度v_max、马达的最大扭矩T_max，并通过式(7－1)，导出马达能够输出的最大加速度a_max。

a_max＝(T_max－F_θ－F_c－Dv_max)/J (7－1)

CPU41通过式(7－2)，导出在使用时间常数t的移动平均滤波器进行加减速时，不超过最大加速度a_max的前提下的最小限度的时间常数t_min。在时间常数T1为t_min以上时，加减速时的扭矩不超过马达的最大扭矩T_max。

t_min＝v_max/a_max (7－2)

能够通过该确定方法，确定出能够最大限度地利用马达60的扭矩时的时间常数T1、T2。

CPU41能够通过其他方法来确定时间常数T1、T2。CPU41能够通过式(8)，导出在使用移动平均滤波器进行马达60的加减速时，例如在机床***为1自由度***时的固有振动的周期T。J为所确定的模型参数的惯性动量，K为另外测量或算出的机床***的扭转刚度。

T_opt＝2π√(J/K) (8)

此时，CPU41通过使FIR滤波器的时间常数T1、T2为T_opt，能够在不激起固有频率的前提下进行马达60的加减速。因此，CPU41能够通过对根据所确定的模型参数算出的该时间常数的应用，来消除机床***的固有频率，因此，能够抑制机床1的固有振动。

CPU41在下一次接通机床1的电源，开始主处理时，基于通过上次的主处理的S29的处理所更新的时间常数T1、T2，确定目标位置的时间序列数据(目标值r)(S17)。

评价例1

基于满足快速进给条件的指令，确定了模型参数。将表示A轴座20的最高速度为360(deg/s)，最大加速度为2880(deg/s²)且移动范围为－30(deg)～120(deg)的往复运动的指令用作评价对象。将第一FIR滤波器的时间常数T1、第二FIR滤波器的时间常数T2设为125ms。该情况下，作为模型参数，导出的是：惯性动量J：0.0051[N/(deg/sec²)]，偏心负载系数F_θ：8.6[Nm]，库仑摩擦F_c：1.3[Nm]，粘滞摩擦系数D：0.0061[Nm/(deg/sec)]。

评价例2

图8表示在CPU41向驱动电路55输出目标值r时在A轴马达65产生的实际扭矩(测量值)与将以上述方式确定的模型参数和来自编码器75的反馈值x应用于式(6)时所推算出来的A轴马达65的扭矩(推算值)之间的关系。如图8所示，移动时的扭矩(推算值)非常接近扭矩(测量值)。因此，可知，采用本实施方式的方法，能够高精度地导出模型参数。

评价例3

图9表示A轴马达65的旋转速度与扭矩的关系。图9中的各标绘点表示使A轴马达65以各种旋转速度进行动作时所测得的实际扭矩。图9中的两条一次直线表示将以上述方式确定的模型参数和来自编码器75的反馈值x应用于式(6)时的、旋转速度和扭矩之间的关系。如图9所示，可知，基于所确定的模型参数的两条一次直线良好地近似于实际测得的扭矩变化。因此，可知，通过上述方法确定的模型参数能够良好地反映出实际的驱动电路***。

本实施方式的作用、效果

在确定用于进行高速且高精度的控制的控制参数时，需要与机床1相关联的惯性动量等物理参数。优选的是，确定A轴马达65的最大加速度的FIR滤波器的时间常数基于A轴马达65的旋转轴的惯性动量与最大扭矩的关系，自动地算出适当的值。其理由是因为A轴座20上的承载质量随时都在变化。在现有方法中，因A轴座20上的承载质量所产生的偏心负载F_θsin(θ)为未知，因此，需要将时间常数设定得比所需要的要长，阻碍了循环时间的缩短和精度的提高。

数控装置40的CPU41定义包含偏心负载F_θsin(θ)的模型参数。因此，数控装置40能够基于考虑到偏心负载的影响的、高精度的模型参数确定目标指令，能够利用所确定的指令来控制机床1。

偏心负载F_θsin(θ)与保持切削对象的A轴座20的旋转角度相应地变动。偏心负载F_θsin(θ)为欲使A轴马达65向消除偏心负载的方向旋转的力或扭矩。该情况下，即使在偏心负载F_θsin(θ)与机床1的A轴座20的旋转角度相应地变动时，数控装置40也能够确定出适当的目标指令来控制机床1。

CPU41基于所确定的模型参数，调整FIR滤波器的时间常数T1、T2。时间常数T1、T2与A轴马达65的加减速时间常数相对应。CPU41应用经过调整后的时间常数T1的第一FIR滤波器和经过调整后的时间常数T2的第二FIR滤波器，创建目标位置的时间序列数据。此时，数控装置40能够考虑偏心负载F_θsin(θ)的影响地调整A轴马达65的加减速时的时间常数，并确定目标位置的时间序列数据。

CPU41基于所确定的模型参数，算出干扰扭矩。CPU41在干扰扭矩为规定阈值以上时(S27：是)，判定为机床1的状态异常，并使动作停止(S30)。因此，数控装置40能够在干扰扭矩过大的状态时，停止机床1的动作，以确保安全性。

CPU41在数控程序的指令满足快速进给条件时(S15：是)，确定模型参数。快速进给条件表示以机床1能够设定的最大速度使A轴马达65旋转的动作条件。由于时间常数T1、T2与马达速度无关为一定，因此，该条件下，在A轴马达65驱动时，马达的加速度变为最大。因此，数控装置40考虑速度和加速度为0到最大之间的全部条件地确定模型参数，因此，能够不依赖于A轴马达65的旋转速度和加速度地确定模型参数。

变形例

本发明不限于上述实施方式。数控装置40不限于设于机床1的情况，也可以设置为与机床1相互独立。例如，数控装置40也可以是与机床1相连接的装置(计算机、专用设备等)。

上述实施例表示的是与A轴马达65相关的模型参数的确定，但也可以针对受到偏心负载的影响的其他轴进行实施。在针对机床1的C轴马达64进行实施时，C轴上的偏心负载也会受到A轴的影响，因此，偏心负载的算式为F_θsin(θ_A)sin(θ_C)。θ_A表示A轴的角度，θ_C表示C轴的角度。即使是具有不同于机床1的机械结构的机械，也能够针对承受偏心负载的轴进行实施。

也可以是，CPU41基于所确定的模型参数，执行FIR滤波器的时间常数和干扰扭矩的确定以外的处理。也可以是，数控装置40除了执行基于编码器70输出的反馈信号的反馈控制之外，还执行前馈控制。该情况下，也可以是，CPU41利用所确定的模型参数，使前馈控制的参数为最佳。也可以使反馈控制的位置比例增益、速度比例增益、速度积分增益等控制参数为最佳。该情况下，数控装置40能够高速且高精度地控制机床1。

CPU41在数控程序的指令满足快速进给条件时，进行模型参数的确定，并确定时间常数T1、T2等。也可以是，CPU41在指令满足其他条件时，进行模型参数的确定。CPU41也可以在指令为切削进给指令时确定模型参数，或也可以在机床1的基于指令的动作呈多个静止状态时确定模型参数。

其他

进行S15的处理时的CPU41是本发明的获取部的一例。进行S21的处理时的CPU41是本发明的确定部的一例。进行S17的处理时的CPU41是本发明的指令算出部的一例。模型参数是本发明的参数的一例。驱动电路50是本发明的加工部的一例。

Claims

1.一种数控装置，该数控装置(40)向机床输出表示马达的驱动条件的指令，该机床具有所述马达，所述马达用于使对切削对象进行加工的刀具和所述切削对象相对地进行移动、旋转，

该数控装置的特征在于，

该数控装置具有：

获取部(41)，其获取规定的所述驱动条件即输入条件；

确定部，该确定部确定传递模型的参数，使得与通过所述获取部获取的所述输入条件相应地向所述马达进行输出的输出结果，和将所述机床的所述传递模型应用于所述输入条件并进行导出得到的导出结果之间的误差为最小；及

指令算出部，其基于所述确定部确定的所述参数，算出所述指令，

所述参数包括与所述机床相关的惯性动量、粘滞摩擦系数、库仑摩擦和作为偏心负载的系数的偏心负载系数，

所述偏心负载与保持所述切削对象的座的旋转角度相应地变动，且表示欲使所述马达向消除偏心负载的方向旋转的力或所述马达的扭矩。

2.根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于，

所述指令算出部基于通过所述确定部确定的所述参数，调整所述马达的加减速时的加减速时间常数，算出所述指令。

3.根据权利要求1或2所述的数控装置，其特征在于，

所述指令算出部基于通过所述确定部确定的所述参数，确定作用于所述机床的干扰扭矩，且在所述干扰扭矩为规定阈值以上时，判断为机床异常。

4.根据权利要求1或2所述的数控装置，其特征在于，

所述获取部获取以能够设定的最大速度使所述马达旋转的快速进给条件作为所述输入条件。

5.一种数控装置，该数控装置(40)向机床输出表示马达的驱动条件的指令，该机床具有所述马达，所述马达用于使对切削对象进行加工的刀具和所述切削对象相对地进行移动、旋转，

该数控装置的特征在于，

该数控装置具有：

获取部(41)，其获取规定的所述驱动条件即输入条件；

所述参数包括与所述机床相关的惯性动量、粘滞摩擦系数、库仑摩擦和偏心负载系数，

6.一种数控装置，该数控装置(40)向机床输出表示马达的驱动条件的指令，该机床具有所述马达，所述马达用于使对切削对象进行加工的刀具和所述切削对象相对地进行移动、旋转，

该数控装置的特征在于，

该数控装置具有：

获取部(41)，其获取规定的所述驱动条件即输入条件；

7.一种数控装置，该数控装置(40)向机床输出表示马达的驱动条件的指令，该机床具有所述马达，所述马达用于使对切削对象进行加工的刀具和所述切削对象相对地进行移动、旋转，

该数控装置的特征在于，

该数控装置具有：

获取部(41)，其获取规定的所述驱动条件即输入条件；

8.一种机床，该机床的特征在于，

该机床具有：

权利要求1～7中任一项所述的所述数控装置；及

加工部(50)，其基于所述数控装置输出的所述指令使所述马达驱动，利用所述刀具对所述切削对象进行加工。