DE112018007736T5 - Numerische Steuervorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine numerische Steuervorrichtung (100-1) enthält eine Servosteuereinheit (1), die einen Motor (7), der mit einem Tisch (81) verbunden ist, der ein angetriebenes Element ist, auf das ein Objekt (90) gesetzt wird, auf der Grundlage eines Positionsbefehls (200) so antreibt, dass eine Position des Tisches (81) dem Positionsbefehl (200) folgt. Die numerische Steuervorrichtung (100-1) umfasst: eine Schneidkraft-Ausgabeeinheit (2), die eine zwischen dem Werkzeug (101) und dem Objekt (90) verursachte Schneidkraft (203) misst oder schätzt und die Schneidkraft (203) ausgibt; eine Schneidkraftvektor-Recheneinheit (3), die einen Schneidkraftvektor auf der Grundlage der Position des Tisches (81) und der Schneidkraft (203) berechnet; und eine Einheit zum Identifizieren mechanischer Merkmale, die dynamische Merkmale eines mechanischen Systems in Bezug auf die Schneidkraft (203) identifiziert. Die numerische Steuervorrichtung (100-1) ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einheit (6) zum Ändern der Steuercharakteristik umfasst, die die Steuercharakteristik der Servosteuereinheit (1) auf der Grundlage des Schneidkraftvektors und der dynamischen Charakteristika des mechanischen Systems, die durch die Einheit (5) zum Identifizieren der mechanischen Charakteristik identifiziert werden, ändert.

Description

• Technisches Feld
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuervorrichtung, die eine Werkzeugmaschine steuert.
• Hintergrund
• Eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine ist mit Stellgliedern und angetriebenen Elementen einschließlich eines Tisches, eines Werkzeugs und ähnlichem ausgestattet, die von den Stellgliedern angetrieben werden. Die Stellglieder werden beispielhaft durch einen rotierenden Servomotor, einen linearen Servomotor und dergleichen dargestellt. Die angetriebenen Elemente arbeiten durch die Stellglieder, die in Übereinstimmung mit Befehlen gesteuert werden, die Positionen, Wege, Geschwindigkeiten, Drehmomentbefehle und dergleichen angeben, die von einer mit der Werkzeugmaschine verbundenen numerischen Steuereinrichtung ausgegeben werden. Auf diese Weise wird ein zu bearbeitendes Objekt, das ein auf dem Tisch befestigtes Werkstück ist, durch das Werkzeug bearbeitet. Die Steuerung zum Antreiben eines angetriebenen Elements, so dass die Position des Werkzeugs in Bezug auf das zu bearbeitende Objekt genau einer befohlenen Bahn folgt, die eine befohlene Bahn ist, wird als Bahnsteuerung oder Konturbewegungssteuerung bezeichnet. Die Bahnsteuerung oder Konturbewegungssteuerung wird von der numerischen Steuervorrichtung mit hoher Präzision ausgeführt. Wenn die Bahnsteuerung oder die Konturbewegungssteuerung durchgeführt wird, arbeiten Servomotoren, die mit einer von zwei oder mehr Wellen verbunden sind, wie z.B. einer Hauptwelle und Zuführwellen, die in der Werkzeugmaschine vorgesehen sind, und die Position des Werkzeugs in Bezug auf das zu bearbeitende Objekt wird entsprechend gesteuert.
• In der Werkzeugmaschine wird während eines Bearbeitungsverfahrens des zu bearbeitenden Objektes an einem Bereich des Werkzeuges, der mit dem Objekt in Kontakt steht, eine Schneidkraft erzeugt. Um die Lebensdauer des Werkzeugs zu verlängern und die Bearbeitungsgenauigkeit des Objekts zu verbessern, ist es wichtig, die Schneidkraft konstant zu halten. Wenn das Schneidwerkzeug jedoch z.B. ein Schaftfräser oder ein Bohrer ist, befinden sich die auf der Welle des Schneidwerkzeugs vorgesehenen Schneidklingen in Drehrichtung der Welle in einem Abstand, so dass der Schneidwiderstand an einem Kontaktbereich des Werkzeugs mit dem zu bearbeitenden Objekt während eines Bearbeitungsverfahrens schwankt und die eigentliche Bearbeitung des Objekts intermittierend erfolgt. Daher ist es bei der Verwendung eines Schneidwerkzeugs, wie z.B. eines Schaftfräsers oder eines Bohrers, schwierig, die Schneidkraft konstant zu halten, und die Fluktuation der Schneidkraft führt zu einer Störung des Steuerungssystems der Servomotoren, die die Hauptwelle und die Vorschubwelle antreiben. Wenn in der Steuerung des mit der Vorschubwelle verbundenen Servomotors z.B. durch die Schwankung der Schneidkraft Vibrationen oder ähnliches verursacht werden, gerät auch eine relative Position des Werkzeugs in Bezug auf das zu bearbeitende Objekt in Schwingung, und die Bearbeitungsgenauigkeit bzw. die Bearbeitungsoberflächenqualität verschlechtert sich und zusätzlich wird der Verschleiß des Werkzeugs beschleunigt. Die Patentliteratur 1 offenbart ein Verfahren zum Bearbeiten von Objekten, bei dem ein Frequenzband eines Steuersystems, das einen Motor steuert, so eingestellt wird, dass der Werkzeugverschleiß innerhalb eines zulässigen Frequenzbands liegt. Nach der in Patentliteratur 1 offenbarten Technik wird selbst dann, wenn durch die Schwankung eines Schneidwiderstandes während eines Bearbeitungsverfahrens Störungen im Steuersystem verursacht werden, der Werkzeugverschleiß in einem bestimmten Bereich gehalten, die Bearbeitungsqualität stabilisiert und die Bearbeitungseffizienz verbessert.
• Zitierung
• Patent-Literatur
• Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2013-250866
• Zusammenfassung
• Technisches Problem
• Das in Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren ist jedoch insofern problematisch, als ein schmaleres Frequenzband die Verfolgbarkeit einer Werkzeugposition auf eine befohlene Bahn verringert, was sich nachteilig auf die Bearbeitungsgenauigkeit auswirken kann.
• Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Umstände gemacht und hat zum Ziel, eine numerische Steuervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, das Verringern der Verfolgbarkeit auf eine befohlene Bahn zu verhindern.
• Lösung des Problems
• Um die oben genannten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine numerische Steuervorrichtung bereit, die ein mechanisches System steuert, das so konfiguriert ist, dass es die Bearbeitung eines zu bearbeitenden Objekts mit einem Werkzeug durchführt, das zum Bearbeiten des Objekts verwendet wird, wobei die numerische Steuervorrichtung aufweist: eine Servosteuereinheit zum Antreiben eines mit einem angetriebenen Element verbundenen Motors auf der Grundlage eines Positionsbefehls, so dass eine Position des angetriebenen Elements dem Positionsbefehl folgt, wobei das Objekt auf das angetriebene Element gesetzt wird; eine Schneidkraft-Ausgabeeinheit zum Messen oder Schätzen einer zwischen dem Werkzeug und dem Objekt verursachten Schneidkraft und zum Ausgeben der Schneidkraft; eine Schneidkraftvektor-Recheneinheit zum Berechnen eines Schneidkraftvektors auf der Grundlage der Position des angetriebenen Elements und der Schneidkraft; eine Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften, um dynamische Eigenschaften des mechanischen Systems in Bezug auf die Schneidkraft zu identifizieren; und eine Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik, um die Steuercharakteristik der Servosteuereinheit auf der Grundlage des Schneidkraftvektors und der dynamischen Eigenschaften des mechanischen Systems zu ändern, die von der Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften identifiziert werden.
• Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung hat den vorteilhaften Effekt, dass das Verringern der Verfolgbarkeit zu einer befohlenen Bahn verhindert werden kann.
• Figurenliste
• 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 2 ist ein Diagramm, das Konfigurationen eines Motors und eines mechanischen Systems veranschaulicht, die in 1 dargestellt sind.
• 3 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Simulationsantwort-Recheneinheit veranschaulicht, die in 1 dargestellt ist.
• 4 ist ein Diagramm, das eine Modifikation der in 1 dargestellten Simulationsantwort-Recheneinheit veranschaulicht.
• 5 ist ein erstes Diagramm zur Erläuterung von Informationen über mechanische Eigenschaften, die von einer Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften berechnet wurden (veranschaulicht in 1).
• 6 ist ein zweites Diagramm zur Erläuterung von Informationen über mechanische Eigenschaften, die von der in 1 veranschaulichten Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften berechnet wurden.
• 7 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise einer Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik, die in 1 veranschaulicht ist.
• 8 ist ein erstes Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels, in dem eine Positionsstörung durch Schneidkraft an einer Maschinenendposition verursacht wird (veranschaulicht in 1).
• 9 ist ein zweites Diagramm, das ein Beispiel veranschaulicht, in dem Störschwingungen durch Schneidkraft in einer Maschinenendposition verursacht werden (veranschaulicht in 1).
• 10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 12 ist ein Blockdiagramm eines Motors und eines mechanischen Systems, das in 2 veranschaulicht wird und durch ein Zwei-Inertial-Modell approximiert wird.
• 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Hardware-Konfiguration von numerischen Steuereinrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform veranschaulicht.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Eine numerische Steuervorrichtung nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Beachten Sie, dass die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise durch diese Ausführungsformen begrenzt ist.
• Erste Ausführungsform. 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist ein Diagramm, das Konfigurationen eines Motors und eines mechanischen Systems veranschaulicht, die in 1 dargestellt sind. Eine numerische Steuervorrichtung 100-1 erzeugt einen Drehmomentbefehl 202 auf der Grundlage eines Positionsbefehls 200 und einer Maschinenendposition 201 und liefert den erzeugten Drehmomentbefehl 202 an einen Motor 7, der in einer Werkzeugmaschine 100 vorgesehen ist, um dadurch ein mechanisches System 8 anzutreiben, das ein zu steuerndes Objekt ist. Die numerische Steuervorrichtung 100-1 umfasst eine Servosteuereinheit 1, eine Schneidkraft-Ausgabeeinheit 2, eine Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3, eine Simulationsantwort-Recheneinheit 4, eine Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5, eine Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 und eine Subtraktionseinheit 9.
• Die Servosteuereinheit 1 ist mit dem Motor 7 verbunden und liefert den Drehmomentbefehl 202 an den Motor 7, um dadurch das mechanische System 8 anzutreiben, das ein zu steuerndes Objekt ist. Wie in 2 veranschaulicht, enthält der Motor 7 einen Servomotor 71 und einen Motorpositionsdetektor 72. An einem Rotor 71a des Servomotors 71 ist eine Welle 71b angebracht. Ein Drehgeber, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehposition des Rotors 71a detektiert, wird für den Motorpositionsdetektor 72 verwendet. Das mechanische System 8 umfasst einen Tisch 81, eine Kugelgewindemutter 82, eine Kugelgewindespindel 83, eine Kupplung 84, einen Maschinen-Endpositionsdetektor 85 und einen Maschinen-Endpositionsdetektorkopf 86. Die Kugelgewindespindel 83 des mechanischen Systems 8 ist über die Kupplung 84 mit der Welle 71b des Servomotors 71 verbunden. Die Kugelgewindespindel 83 ist mit der Kugelgewindemutter 82 verbunden, und der Tisch 81, der ein angetriebenes Element ist, ist an der Kugelgewindemutter 82 befestigt. Der Tisch 81 ist in Längsrichtung der Kugelgewindespindel 83 durch einen Führungsmechanismus, der nicht veranschaulicht wird, beweglich gelagert. Der Maschinen-Endpositionsdetektor 85 und der Maschinen-Endpositionsdetektorkopf 86 dienen als Encoder zur Detektion einer Position des Tisches 81, der ein von der numerischen Steuervorrichtung 100-1 zu steuerndes Objekt ist. Der Maschinen-Endpositionsdetektor 85 ist z.B. ein Linear-Encoder und der Maschinen-Endpositionsdetektorkopf 86 ist z.B. ein Linear-Encoder-Kopf. Die in die Servosteuereinheit 1 eingegebene Maschinenendposition 201 stellt mindestens eine der Informationen dar, die die vom Motorpositionsdetektor 72 detektierte Rotationsposition des Rotors 71a und die vom Maschinen-Endpositionsdetektor 85 detektierte Position des Tisches 81 anzeigen.
• Die Bewegungsstrecke des Tisches 81 wird durch den Maschinen-Endpositionsdetektor 85 gemessen, während der Drehwinkel des Rotors 71a durch den Motorpositions-Detektor 72 gemessen wird. Die Servosteuereinheit 1 hingegen wandelt den Drehwinkel des Rotors 71a in eine Länge in der Bewegungsrichtung des Tisches 81 um, indem sie den Drehwinkel mit der Steigung einer Kugelgewindespindel multipliziert, die eine Bewegungsstrecke des Tisches pro Umdrehung des Motors 7 ist, und das Ergebnis der Multiplikation durch einen Winkel 2n [rad] für eine Umdrehung des Rotors 71a dividiert. Die erste Ausführungsform soll einen Wert in der Bewegungsrichtung des Tisches 81 verwenden, der durch Umrechnung des Drehwinkels des Rotors 71a in diesen Wert erhalten wird.
• Die Rückkopplungssteuerung, die nur die vom Motorpositionsdetektor 72 als Maschinen-Endposition 201 detektierte Positionsinformation verwendet, wird als halbgeschlossener Regelkreis bezeichnet. Eine Steuerung mit Rückkopplung, die sowohl die durch den Motorpositionsdetektor 72 detektierte Positionsinformation als auch die durch den Maschinen-Endpositionsdetektor 85 detektierte Positionsinformation als Maschinen-Endposition 201 verwendet, oder eine Steuerung mit Rückkopplung, die nur die durch den Maschinen-Endpositionsdetektor 85 detektierte Positionsinformation als dieselbe verwendet, wird als Steuerung mit vollständig geschlossenem Regelkreis bezeichnet. Sowohl der halbgeschlossene Regelkreis als auch der voll geschlossene Regelkreis kann entsprechend der ersten Ausführungsform auf die numerische Steuervorrichtung 100-1 angewendet werden. Im Folgenden wird ein Beispiel für eine Konfiguration der numerischen Steuervorrichtung 100-1 beschrieben, bei der die Steuerung mit vollständig geschlossenem Regelkreis angewendet wird. Darüber hinaus wird die in der Steuerung verwendete Positionsinformation im Folgenden als Maschinenendposition bezeichnet. Beachten Sie, dass die Konfiguration des mechanischen Systems 8 ein Beispiel ist, dass die Konfiguration des mechanischen Systems 8 nicht auf das in 2 veranschaulichte Beispiel beschränkt ist und dass die numerische Steuereinrichtung 100-1 eine Vielzahl von mechanischen Systemen steuern kann.
• Der Positionsbefehl 200 und die Maschinenendposition 201 werden in die in 1 veranschaulichte Servosteuereinheit 1 eingegeben. Die Servosteuereinheit 1 erzeugt einen Drehmomentbefehl 202, der bewirkt, dass die Maschinenendposition 201 dem Positionsbefehl 200 folgt. Die Servosteuereinheit 1 erhält eine Positionsabweichung, die z.B. eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl 200 und der Maschinenendposition 201 ist, und führt ein Lagesteuerungsverfahren wie z.B. eine Proportionalsteuerung der Positionsabweichung durch, um einen Geschwindigkeitsbefehl zu berechnen. Die Servosteuereinheit 1 berechnet ferner den Drehmomentbefehl 202, indem sie ein Geschwindigkeitssteuerungsverfahren wie z.B. eine Proportional-Integral-Steuerung z.B. auf den Geschwindigkeitsbefehl durchführt, und gibt den Drehmomentbefehl 202 aus.
• Während eines Bearbeitungsvorgangs eines auf dem Tisch 81 eingestellten Werkobjekts, dem zu bearbeitenden Objekt 90, misst beispielsweise die in 1 veranschaulichte Schneidkraft-Ausgabeeinheit 2 eine Schneidkraft, die an einem Kontaktbereich eines Werkzeugs 101 mit dem zu bearbeitenden Objekt 90 verursacht wird, und gibt eine Schneidkraft 203 aus, d.h. eine Information, die die gemessene Schneidkraft angibt.
• Für die Messung der Schneidkraft 203 wird beispielsweise eine Kraftmessdose, ein Dynamometer oder ähnliches verwendet. Eine Kraftmessdose, ein Dynamometer o.ä. sind Messgeräte, die die Schneidkraft 203 direkt messen können. Beachten Sie, dass die Schneidkraft 203 auch aus einem Motorstrom abgeschätzt werden kann, und dass eine Technik namens Störungsbeobachter verwendet wird, um die Schneidkraft 203 aus dem Motorstrom abzuschätzen. Alternativ können Mittel zur indirekten Messung der Schneidkraft 203 für die Schneidkraft-Ausgabeeinheit 2 anstelle von Mitteln zur direkten Messung der Schneidkraft 203 verwendet werden.
• Die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 berechnet z.B. drei Schneidkraftvektoren auf der Grundlage der gemessenen Schneidkraft 203 und der Maschinenendposition 201. Ein erster Schneidkraftvektor der drei Schneidkraftvektoren ist ein Vektor in Bezug auf eine Richtung parallel zu einer Antriebsachse, wie z.B. eine X-Achse, eine Y-Achse oder eine Z-Achse einer Maschine. Im Folgenden wird der erste Schneidkraftvektor als ein Schneidkraftvektor in Richtung der Maschinenachse bezeichnet. Ein zweiter Schneidkraftvektor der drei Schneidkraftvektoren ist ein Schneidkraftvektor parallel zu einer Vorschubrichtung des Werkzeugs 101. Im Folgenden wird der zweite Schneidkraftvektor als Schneidkraftvektor in Werkzeugvorschubrichtung bezeichnet. Ein dritter Schneidkraftvektor der drei Schneidkraftvektoren ist ein Schneidkraftvektor in einer Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung des Werkzeugs 101. Danach wird der dritte Schneidkraftvektor als Schneidkraftvektor in senkrechter Richtung bezeichnet.
• Hier wird ein Beispiel für einen Fall erläutert, in dem ein Dynamometer zur Messung der Schneidkraft verwendet wird. In dem Fall, in dem die Schneidkraft mit einem Dynamometer gemessen wird, wird im Allgemeinen die Ausrichtung des an einer Maschine montierten Dynamometers so eingestellt, dass Schneidkräfte in Richtungen gemessen werden, die jeweils parallel zu einzelnen Antriebsachsen der Maschine verlaufen, z.B. einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse der Maschine. Daher enthalten die Ausgaben des Dynamometers Komponenten der Schneidkraftvektoren in Richtung der Maschinenachse. Beachten Sie, dass Dynamometer nicht auf solche beschränkt sind, die in der Lage sind, Schneidkraftvektoren in Richtung der Maschinenachse zu messen, die den Richtungen von drei Achsen entsprechen, und dass einige Dynamometer in der Lage sind, nur einen Schneidkraftvektor in Richtung der Maschinenachse zu messen, der einer Richtung einer Achse unter der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse entspricht. Eine Schneidkraft in einer bestimmten Richtung, für die die Messung nicht durchgeführt wird, gilt als 0. Bei einer gesteuerten Werkzeugmaschine mit fünf Achsen und fünf Drehachsen können die Richtungen, in denen Dynamometer montiert sind, in Abhängigkeit von den Ausrichtungen der Drehachsen geändert werden, und in diesem Fall werden die Winkel der Drehachsen für die Berechnung der Schneidkraftvektoren in Richtung der Maschinenachse verwendet.
• Die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 kann die Bewegungsgeschwindigkeiten der Wellen einer Vielzahl von Werkzeugen 101 durch Differenzierung der Maschinenendposition 201 berechnen. In einem Fall, in dem die Werkzeugmaschine 100 beispielsweise drei Werkzeuge 101 enthält, berechnet die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 den Bewegungsgeschwindigkeitsvektor v mit Komponenten der Bewegungsgeschwindigkeiten der Wellen der drei Werkzeuge 101. Darüber hinaus berechnet die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 einen Schneidkraftvektor Ft für die Werkzeugvorschubrichtung durch Ausdruck (1) und Ausdruck (2). „u“ stellt einen Einheitsvektor dar. „v“ steht für einen Bewegungsgeschwindigkeitsvektor. „F“ steht für einen Schneidkraftvektor in Richtung der Maschinenachse. " " stellt ein inneres Produkt dar. Darüber hinaus berechnet die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 durch Ausdruck (1) und Ausdruck (3) einen Schneidkraftvektor Fn in senkrechter Richtung. $$\text{u}=\text{v}/\left|\text{v}\right|$$

  

  $$\text{Ft}=\left(\text{Fu}\right)$$

  

  $$\text{Fn}=\text{F}-\text{Ft}$$

  
• Alternativ kann die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 so konfiguriert werden, dass sie den Schneidkraftvektor in Werkzeugvorschubrichtung und den Schneidkraftvektor in senkrechter Richtung unter Verwendung von Geschwindigkeits-Rückkopplungsinformationen, die für die Geschwindigkeitssteuerung verwendet werden, anstelle der Bewegungsgeschwindigkeiten berechnet, die durch Differenzierung der Maschinenendposition 201 erhalten werden. Darüber hinaus berechnet die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 die Größe des Schneidkraftvektors F in Richtung der Maschinenachse und verwendet die berechnete Größe des Schneidkraftvektors F in Richtung der Maschinenachse als Größe der Schneidkraft.
• Die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 enthält ferner Daten, die Komponenten der Schneidkraftvektoren in Maschinenachsenrichtung angeben, die zwei oder mehr Achsen entsprechen und vom aktuellen Zeitpunkt bis zu einem Zeitpunkt berechnet werden, der um eine vorbestimmte Zeitspanne vom aktuellen Zeitpunkt zurückliegt, und berechnet ein Leistungsspektrum der Schneidkraft für jede Frequenz unter Verwendung der gehaltenen Daten. Beachten Sie, dass ein Leistungsspektrum für die Frequenz durch Ausführen einer Fourier-Transformation berechnet werden kann.
• Die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 gibt jeden Schneidkraftvektor, die Größe der Schneidkraft und ein Leistungsspektrum jeder Komponente der Maschinenachsenrichtung Schneidkraftvektoren als Schneidkraftvektorinformation 204 an die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 aus.
• 3 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der in 1 veranschaulichenden Simulationsantwort-Recheneinheit darstellt. Die Simulationsantwort-Recheneinheit 4 simuliert eine Antwort der Maschinenendposition 201 auf der Grundlage des Positionsbefehls 200, berechnet eine Modellposition 205, die das Ergebnis der Berechnung einer idealen Position ist, der die Maschinenendposition 201 folgen soll, und gibt die Modellposition 205 aus. Die Simulationsantwort-Recheneinheit 4 umfasst eine Einheit zur Simulation der Positionssteuerung 41 und eine Integrations-Recheneinheit 42. Die Einheit zur Simulation der Positionssteuerung 41 führt bei einer Differenz zwischen dem Positionsbefehl 200 und einer Ausgabe der Integrations-Recheneinheit 42 das gleiche Verfahren aus wie das von der Servosteuereinheit 1 durchgeführte Positionssteuerungsverfahren. Die Integrations-Recheneinheit 42 erhält den Wert der Maschinenendposition 201 durch Integration eines Ergebnisses des von der Einheit zur Simulation der Positionssteuerung 41 durchgeführten Verfahrens und gibt den Wert als Modellposition 205 aus.
• 4 ist ein Diagramm, das eine Modifikation der Simulationsantwort-Recheneinheit veranschaulicht, die in 1 dargestellt ist. Eine in 4 dargestellte Simulationsantwort-Recheneinheit 4A enthält eine Geschwindigkeitssteuerungs-Simulationseinheit 43, einen Integrationsrechner 44 und eine Proportionalitätskonstanten-Recheneinheit 45 zusätzlich zu der Einheit zur Simulation der Positionssteuerung 41 und der in 3 veranschaulichten Integrations-Recheneinheit 42. Die Simulationsantwort-Recheneinheit 4A berechnet zusätzlich zu der Modellposition 205 eine Modellgeschwindigkeit 208, die einen Wert der idealen Geschwindigkeit des mechanischen Systems 8 angibt, und ein Modelldrehmoment 209, d.h. Informationen, die eine ideale Ausgabe des Motordrehmoments angeben. Die Proportionalitätskonstante-Recheneinheit 45 berechnet das Modelldrehmoment 209, indem sie eine Konstante für die Drehmomentumwandlung zur Modellgeschwindigkeit 208 addiert. Kpp, Kvp, Kvi, Kt und J stellen jeweils eine Proportionalitätskonstante dar. s ist ein Laplace-Operator, der die Abweichung darstellt. 1/s steht für die Integration. Die Einheit zur Simulation der Positionssteuerung 41 führt eine typische Proportionalsteuerung durch. Die Geschwindigkeitssteuerungs-Simulationseinheit 43 führt eine typische Proportional-Integral-Steuerung aus. Der Ausgang der Geschwindigkeitssteuerungs-Simulationseinheit 43 liegt in einer Beschleunigungsdimension. Der Ausgang der Geschwindigkeitssteuerungs-Simulationseinheit 43 wird in den Integrationsrechner 44 eingegeben und in zwei Stufen durch den Integrationsrechner 44 und die Integrations-Recheneinheit 42 integriert. Auf diese Weise wird die Maschinenendposition simuliert. Das Ausgangssignal der Geschwindigkeitssteuerungs-Simulationseinheit 43 wird ebenfalls in die Proportionalitätskonstante-Recheneinheit 45 eingegeben. Die Proportionalitätskonstante-Recheneinheit 45 wandelt die Ausgabe der Geschwindigkeitssteuerungs-Simulationseinheit 43 in Drehmoment um, indem sie die Ausgabe der Geschwindigkeitssteuerungs-Simulationseinheit 43 mit der Proportionalitätskonstante Kt multipliziert.
• Die Subtraktionseinheit 9 berechnet eine Positionsstörung 206, die durch eine Störung der Steuerung der Schneidkraft und dergleichen verursacht wird, indem sie die von der Simulationsantwort-Recheneinheit 4 berechnete Modellposition 205 von der Maschinenendposition 201 subtrahiert.
• Die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 identifiziert die mechanischen Eigenschaften der Werkzeugmaschine 100 in Bezug auf die Schneidkraft 203 unter Verwendung der Positionsstörung 206 und der Schneidkraft 203. In der ersten Ausführungsform wird ein Beispiel für die Identifizierung einer Übertragungsfunktion von der Schneidkraft 203 bis zur Positionsstörung 206 in der Steuerung als mechanische Charakteristik in Bezug auf die Schneidkraft 203 erläutert. Alternativ kann die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 so konfiguriert werden, dass sie anstelle der Positionsstörung 206 eine Geschwindigkeitsstörung, eine Drehmomentstörung und/oder Ähnliches berechnet, wobei die Modellgeschwindigkeit 208, das Modelldrehmoment 209 und/oder Ähnliches verwendet wird, die von der in 4 veranschaulichten Simulationsantwort-Recheneinheit 4A berechnet werden, und eine Übertragungsfunktion von der Schneidkraft 203 bis zur Geschwindigkeitsstörung oder eine Übertragungsfunktion von der Schneidkraft 203 bis zur Drehmomentstörung identifiziert wird.
• Die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 berechnet eine Frequenzübertragungsfunktion, indem sie eine numerische Verarbeitung wie die Fourier-Transformation auf die Schneidkraft 203 und die Positionsstörung 206 durchführt. Die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 gibt die berechnete Frequenzübertragungsfunktion als Information über mechanische Eigenschaften 207 an die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 aus. 5 ist ein erstes Diagramm zur Erläuterung der Informationen über mechanische Eigenschaften, die von der in 1 veranschaulichten Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften berechnet werden. Die horizontale Achse von 5 stellt die logarithmische Frequenz und die vertikale Achse von 5 die in Dezibel ausgedrückte Verstärkung dar. In 5 wird die Frequenzübertragungsfunktion in einem Verstärkungsdiagramm veranschaulicht. Im Verstärkungsdiagramm erscheint ein Resonanzpunkt als eine positive Spitze und ein Antiresonanzpunkt als eine negative Spitze. 6 ist ein zweites Diagramm zur Erläuterung der Informationen über mechanische Eigenschaften, die von der in 1 veranschaulichten Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften berechnet wurden. Die horizontale Achse von 6 stellt die logarithmische Frequenz und die vertikale Achse von 6 die Phase dar. In 6 wird die Frequenzübertragungsfunktion in einem Phasendiagramm veranschaulicht. Alternativ kann die Frequenzübertragungsfunktion auch in einem Coquad-Diagramm veranschaulicht werden, wobei die horizontale Achse die logarithmische Frequenz und die vertikale Achse einen Realteil und einen Imaginärteil darstellt, die sich aus der Fourier-Transformation ergeben.
• Als Störung im Steuersystem gibt es außer der Störung durch Schneidkraftschwankung auch eine Störung durch Reibung, und die Positionsstörung 206 wird ebenfalls durch Reibung verursacht. Ein typisches Beispiel ist eine Quadrantenprojektion, die verursacht wird, wenn die Bewegungsrichtung einer Vorschubwelle an einer Quadrantenschaltposition eines Bogens umgekehrt wird. Die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 muss den Einfluss der Reibung entfernen, um die mechanischen Eigenschaften in Bezug auf die Schneidkraft zu identifizieren. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die mechanischen Eigenschaften in Bezug auf die Schneidkraft zu identifizieren, außer in dem Fall, dass der Einfluss der Reibung, die verursacht wird, wenn die Bewegungsrichtung der Vorschubwelle umgekehrt wird, oder der Einfluss der Reibung, die verursacht wird, wenn sich die Vorschubwelle aus einem gestoppten Zustand zu bewegen beginnt, signifikant groß ist.
• Die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 ändert die Frequenzcharakteristik der Servosteuereinheit 1 auf der Grundlage der von der Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 berechneten Schneidkraftvektorinformation 204 und der von der Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 identifizierten Information über mechanische Eigenschaften 207. Bei der Bahnsteuerung, die auf zwei oder mehr Achsen in der Werkzeugmaschine 100 durchgeführt wird, verursacht ein Unterschied im Sollwertansprechverhalten zwischen den zu steuernden Wellen einen Bahnfehler in Bezug auf eine befohlene Bahn. In der ersten Ausführungsform wird für die Servosteuereinheit 1 eine Zwei-Grad-Freiheitsgradsteuerung verwendet, damit ein solcher Bahnfehler nicht auftritt. Bei der Zwei-Grad-Freiheitsgradsteuerung handelt es sich um ein Steuerverfahren, bei dem zwei unabhängige Kompensatoren zur Sollwertnachführung und Störungsreduzierung eingesetzt werden. Da auch dann kein Bahnfehler auftritt, wenn die Frequenzgänge von Kompensatoren zur Störgrößenreduzierung je nach zu steuernder Welle unterschiedlich sind, erreicht die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 die Störgrößenreduzierung durch Änderung der Frequenzgänge von Störantwortkompensatoren, die Kompensatoren zur Störgrößenreduzierung sind. Der Störantwortkompensator wird typischerweise durch einen P-Regler (Proportionalregler), einen PI-Regler (Proportional-Integral-Regler) oder ähnliches geFIG.et. Wie in diesem Punkt ermöglicht der Einsatz der Zwei-Grad-Freiheitsgradsteuerung in der Servosteuereinheit 1 eine Reduzierung der durch die Schneidkraft verursachten Störungen, ohne dass ein Bahnfehler entsteht.
• Wenn eine Spitze in der Frequenzübertragungsfunktion vorhanden ist, die durch die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 identifiziert wird, und die Spitze ein Resonanzpunkt ist, können durch die Schneidkraft verursachte Schwingungen in einem Bereich auftreten, der in der Maschinenendposition beobachtet werden kann. Im Falle einer Steuerung mit vollständig geschlossenem Regelkreis treten Vibrationen im Motor 7 und dem in 2 veranschaulichten mechanischen System 8 auf; und im Falle einer Steuerung mit halbgeschlossenem Regelkreis treten Vibrationen im Motor 7 auf. In diesen Fällen kann die Störung reduziert werden, indem die Ansprechempfindlichkeit des Störantwortkompensators am Resonanzpunkt erhöht wird, d.h. indem die Regelverstärkung des Störantwortkompensators am Resonanzpunkt erhöht wird.
• Wenn dagegen eine Spitze der Frequenzübertragungsfunktion ein Antiresonanzpunkt ist, können durch die Schneidkraft verursachte Vibrationen in einem Bereich auftreten, der an der Maschinenendposition nicht beobachtet werden kann. Zum Beispiel kann das zu bearbeitende Objekt 90, das auf den Tisch 81 gelegt wird, das Werkzeug 101 und ähnliches vibrieren. In diesem Fall kann die durch die Schneidkraft verursachte Störung reduziert werden, indem die Ansprechempfindlichkeit des Störantwortkompensators am Antiresonanzpunkt verringert wird, d.h. indem die Regelverstärkung des Störantwortkompensators am Antiresonanzpunkt verringert wird.
• Als nächstes wird die Funktionsweise der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 erläutert. 7 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Funktion der in 1 veranschaulichten Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik. Zunächst sucht die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 in der von der Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 berechneten Frequenzübertragungsfunktion (Schritt S1) nach einer Spitze innerhalb eines Frequenzbereichs von 1/2 der Datenabtastfrequenz. Wenn die Abtastperiode z.B. 1 kHz entspricht, ist der Bereich für die Spitzenwertsuche ein Bereich bis zu einer Frequenz von 1/2 von 1 kHz, d.h. 0 bis 500 Hz. Da Aliasing im Bereich von 500 Hz bis 1 kHz auftritt, führt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 die Spitzenwertsuche nicht durch.
• Die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 bestimmt, ob in der Frequenzübertragungsfunktion (Schritt S2) ein Antiresonanzpunkt oder ein Resonanzpunkt vorhanden ist oder nicht. Beispielsweise wird das Vorhandensein eines Antiresonanz- oder Resonanzpunktes auf der Grundlage bestimmt, ob ein erster Spitzenpunkt vorhanden ist, an dem sich der Verstärkungswert von Abnahme zu Zunahme bewegt, oder ob ein zweiter Spitzenpunkt vorhanden ist, an dem sich der Verstärkungswert von Zunahme zu Abnahme bewegt.
• Wenn in der Frequenzübertragungsfunktion (Schritt S2, Nein) kein Antiresonanz- oder Resonanzpunkt vorhanden ist, wiederholt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 die Vorgänge der Schritte S1 und S2.
• Wenn ein Antiresonanzpunkt oder ein Resonanzpunkt in der Frequenzübertragungsfunktion vorhanden ist (Schritt S2, Ja), bestimmt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6, ob die Spitze der Frequenzübertragungsfunktion ein Resonanzpunkt oder ein Antiresonanzpunkt ist (Schritt S3). Wenn z.B. der erste Scheitelpunkt vorhanden ist, an dem sich der Verstärkungswert von der Abnahme zur Zunahme bewegt, bestimmt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6, dass ein Antiresonanzpunkt in der Frequenzübertragungsfunktion vorhanden ist. Wenn der zweite Scheitelpunkt, an dem der Verstärkungswert von Anstieg zu Abfall übergeht, vorhanden ist, stellt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 fest, dass ein Resonanzpunkt in der Frequenzübertragungsfunktion vorhanden ist. Beachten Sie, dass, wenn während der Abtastung mehr als ein erster Spitzenpunkt vorhanden ist, die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 die ersten Spitzenpunkte speichert und den kleinsten der gespeicherten ersten Spitzenpunkte als Antiresonanzpunkt bestimmt. Wenn während der Abtastung mehr als ein zweiter Spitzenpunkt vorhanden ist, speichert die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik die zweiten Spitzenpunkte und bestimmt den größten der gespeicherten zweiten Spitzenpunkte als Resonanzpunkt.
• Wenn eine Spitze in der Frequenzübertragungsfunktion ein Resonanzpunkt ist (Schritt S3, Ja), bestimmt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6, ob das von der Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 berechnete Leistungsspektrum der Schneidkraft bei der Spitzenfrequenz gleich oder größer als ein Schwellenwert oder kleiner als der Schwellenwert ist (Schritt S4).
• Wenn das Leistungsspektrum der Schneidkraft kleiner als der Schwellenwert ist (Schritt S4, Nein), führt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 einen Vorgang aus Schritt S8 aus. Wenn das Leistungsspektrum der Schneidkraft gleich oder größer als der Schwellwert ist (Schritt S4, Ja), erhöht die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 die Regelverstärkung des Störantwortkompensators der Servosteuereinheit 1 bei der Spitzenfrequenz (Schritt S6).
• Wenn eine Spitze in der Frequenzübertragungsfunktion ein Antiresonanzpunkt in Schritt S3 (Schritt S3, Nein) ist, bestimmt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6, ob das von der Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 berechnete Leistungsspektrum der Schneidkraft bei der Spitzenfrequenz gleich oder größer als ein Schwellwert oder kleiner als der Schwellwert ist (Schritt S5).
• Wenn das Leistungsspektrum der Schneidkraft kleiner als der Schwellenwert ist (Schritt S5, Nein), führt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 einen Vorgang aus Schritt S8 aus. Wenn das Leistungsspektrum der Schneidkraft gleich oder größer als der Schwellwert ist (Schritt S5, Ja), senkt die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 die Regelverstärkung des Störantwortkompensators der Servosteuereinheit 1 bei der Spitzenfrequenz ab (Schritt S7). Die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 wiederholt die Vorgänge von Schritt S1 bis Schritt S7, bis die Spitzenwertsuche innerhalb des abzutastenden Frequenzbereichs abgeschlossen ist (Schritt S8) .
• Die Entscheidung, ob die Frequenzkennlinie geändert werden soll oder nicht, wird auf der Grundlage des Leistungsspektrums der Schneidkraft in Schritt S4, 5 getroffen, da in einem Frequenzbereich, in dem die Schneidkraft klein ist, die Kohärenz gering ist, so dass eine Spitze in der Frequenzübertragungsfunktion mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit nicht korrekt berechnet werden kann und daher eine unnötige Änderung der Frequenzkennlinie verhindert werden muss. Bei den Verfahren in Schritt S4, 5 werden die Leistungsspektren von Komponenten für die Maschinenachsrichtung Schneidkraftvektoren von Antriebswellen verwendet, bei denen die Steuercharakteristiken verändert werden sollen.
• Es ist zu beachten, dass im Verfahren des Schrittes S1 eine Frequenzübertragungsfunktion verwendet werden kann, die im oben erwähnten Coquad-Diagramm veranschaulicht ist. Bei den Verfahren in Schritt S4, 5 kann anstelle des Leistungsspektrums der Schneidkraft die Größe der Schneidkraft verwendet werden.
• Für Mittel zur Erhöhung der Störanfälligkeit des Steuersystems in Schritt S6 können zunächst die unten beschriebenen Mittel verwendet werden. Als erstes Mittel können beispielhaft Mittel zum Ändern der Regelparameter des Störantwortkompensators verwendet werden. Der Störgrößenausgleicher der Servosteuereinheit 1 wird typischerweise durch einen P-Regler, einen PI-Regler und/oder ähnliches geFIG.et. Im Falle einer PI-Steuerung sind beispielsweise eine Proportionalverstärkung und eine Integrationsverstärkung Regelparameter des Störantwortkompensators, und die Regelverstärkung des Störantwortkompensators kann erhöht werden, indem sowohl die Proportionalverstärkung als auch die Integrationsverstärkung auf hohe Werte eingestellt werden. Bei diesem Verfahren kann jedoch die Verstärkung im gesamten Frequenzbereich der Störantwortkompensatoren ansteigen, was zu einer Instabilität des Steuersystems führen kann.
• Für die Mittel zur Erhöhung einer Störanfälligkeit des Steuersystems in Schritt S6 können zweite, unten beschriebene Mittel verwendet werden. Als erstes Mittel kann ein Mittel zur Hinzufügung eines Filters zur Erhöhung der Verstärkung in einem Schmalband, d.h. eines inversen Bandsperrfilters zum Störantwortkompensator beispielhaft verwendet werden. Der inverse Bandsperrfilter wird z.B. durch eine Übertragungsfunktion von Ausdruck (4) ausgedrückt. s ist ein Laplace-Operator, der die Abweichung darstellt, und ω ist eine Kreisfrequenz in der Mitte eines Bereichs, in dem die Verstärkung erhöht werden soll. Q ist ein Koeffizient zur Bestimmung eines Frequenzbandes, in dem die Verstärkung erhöht werden soll, und a ist ein Koeffizient zur Bestimmung des Betrags, um den die Verstärkung erhöht werden soll. Die Verstärkung bei der Frequenz, bei der eine Störung des Störantwortkompensators auftritt, kann erhöht werden, indem ω als Spitzenfrequenz am Resonanzpunkt eingestellt wird. $$\left(\text{s}2+\mathrm{\omega }\text{s/Q}+\mathrm{\omega }2\right)/\left(\text{s}2+\text{wie}+\mathrm{\omega }2\right)$$

  
• Darüber hinaus können für die Mittel zur Erhöhung einer Störanfälligkeit des Steuersystems in Schritt S6 dritte, unten beschriebene Mittel verwendet werden. Als drittes Mittel können z.B. Mittel zur Verwendung eines Bandpassfilters verwendet werden, das nur Frequenzkomponenten innerhalb eines bestimmten Bereichs durchlässt und andere Frequenzkomponenten als die Frequenzkomponenten innerhalb des bestimmten Bereichs nicht durchlässt, oder ein Bandpassfilter, das nur Frequenzkomponenten innerhalb eines bestimmten Bereichs durchlässt und andere Frequenzkomponenten als die Frequenzkomponenten innerhalb des bestimmten Bereichs dämpft. Indem eine Komponente für die Maschinenendposition 201 durch den Bandpassfilter geleitet wird, werden die Regelparameter des Störantwortkompensators für die Komponente für die Maschinenendposition 201, die durch den Bandpassfilter geleitet wurde, geändert. Bei einer PI-Steuerung sind beispielsweise eine Proportionalverstärkung und eine Integrationsverstärkung Regelparameter des Störantwortkompensators, und sowohl die Proportionalverstärkung als auch die Integrationsverstärkung werden auf hohe Werte eingestellt. Da bei Komponenten für die Maschinenendposition, die den Bandpassfilter nicht durchlaufen, die Regelparameter nicht geändert werden, ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Steuersystem instabil wird, im Vergleich zu den ersten Mitteln geringer.
• In Schritt S7 können die unten beschriebenen ersten Mittel verwendet werden. Als erstes Mittel in Schritt S7 können beispielhaft Mittel zum Ändern von Regelparametern des Störantwortkompensators verwendet werden. In dem Fall, dass der Störantwortkompensator der Servosteuereinheit 1 an die PI-Steuerung angepasst ist, werden die Proportionalverstärkung und die Integrationsverstärkung auf niedrige Werte eingestellt.
• Alternativ kann in Schritt S7 ein zweites, unten beschriebenes Mittel verwendet werden. Als zweites Mittel in Schritt S7 kann ein Mittel zum Hinzufügen eines Notch-Filters, das die Verstärkung in einem Schmalband verringert, zum Störantwortkompensator beispielhaft verwendet werden. Der Bandsperrfilter wird z.B. durch Ausdruck (5) ausgedrückt. s ist ein Laplace-Operator, der die Abweichung darstellt, und ω ist eine Kreisfrequenz in der Mitte eines Bereichs, in dem die Verstärkung abgesenkt werden soll. Q ist ein Koeffizient zur Bestimmung des Frequenzbandes, in dem die Verstärkung abgesenkt werden soll, und b ist ein Koeffizient zur Bestimmung des Betrags, um den die Verstärkung abgesenkt werden soll. Die Verstärkung bei der Frequenz, bei der eine Störung des Störantwortkompensators auftritt, kann gesenkt werden, indem ω als Spitzenfrequenz am Resonanzpunkt eingestellt wird. $$\left(\text{s}2+\text{bs}+\mathrm{\omega }2\right)/\left(\text{s}2+\mathrm{\omega }\text{s/Q}+\mathrm{\omega }2\right)$$

  
• Darüber hinaus können in Schritt S7 dritte, unten beschriebene Mittel verwendet werden. Als drittes Mittel können beispielhaft Mittel zur Verwendung eines Bandpassfilters, das nur Frequenzkomponenten innerhalb eines bestimmten Bereichs durchlässt und andere Frequenzkomponenten als die Frequenzkomponenten innerhalb des bestimmten Bereichs nicht durchlässt, oder ein Bandpassfilter, das nur Frequenzkomponenten innerhalb eines bestimmten Bereichs durchlässt und andere Frequenzkomponenten als die Frequenzkomponenten innerhalb des bestimmten Bereichs dämpft, verwendet werden. Indem eine Komponente für die Maschinenendposition 201 durch den Bandpassfilter geleitet wird, werden die Regelparameter des Störantwortkompensators für die Komponente für die Maschinenendposition 201, die durch den Bandpassfilter geleitet wurde, geändert. Bei einer PI-Steuerung sind beispielsweise eine Proportionalverstärkung und eine Integrationsverstärkung Regelparameter des Störantwortkompensators, und sowohl die Proportionalverstärkung als auch die Integrationsverstärkung werden auf niedrige Werte eingestellt.
• 8 ist ein erstes Diagramm, das ein Beispiel veranschaulicht, in dem Störschwingungen durch die Schneidkraft in der in 1 veranschaulichten Maschinenendposition verursacht werden. In 8 ist eine Werkzeugbahn 300 veranschaulicht, die die sich jeden Moment ändernde Maschinenendposition zeigt, und die Schneidkraftvektoren 310 an den jeweiligen Positionen der sich ändernden Maschinenendposition sind in 8 durch Pfeile weiter veranschaulicht. Beachten Sie, dass in 8 nur die Schneidkraftvektoren 310 dargestellt sind, wenn das Leistungsspektrum der Schneidkraft bei der Spitzenfrequenz gleich oder höher als der Schwellenwert ist.
• 9 ist ein zweites Diagramm, das ein Beispiel veranschaulicht, in dem Störschwingungen durch die Schneidkraft in der in 1 veranschaulichten Maschinenendposition verursacht werden. In 9 ist die Störschwingung, die durch die Schneidkraft in Bezug auf den Positionsbefehl 200 verursacht wird, vergrößert veranschaulicht. In 9 wird die Vorschubrichtung des Werkzeugs durch einen Pfeil D angezeigt. Wie in 9 veranschaulicht, wird die Oberflächeneigenschaft der bearbeiteten Oberfläche des zu bearbeitenden Objektes durch eine Seitenfläche des Werkzeugs verschlechtert, wenn während des Schneidvorgangs Störschwingungen in einer Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung des Werkzeugs auftreten.
• In der numerischen Steuereinrichtung 100-1 gemäß der ersten Ausführungsform ändert die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 bei Auftreten von Störschwingungen, die die Oberflächenbeschaffenheit der bearbeiteten Oberfläche verschlechtern, die Störantworteigenschaften der Servosteuereinheit 1, um die Störschwingungen zu reduzieren. Darüber hinaus werden in der numerischen Steuereinrichtung 100-1 die Verfahren der Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3, der Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 und der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 in einer vorgegebenen Zeitspanne durchgeführt. Der Grund dafür ist, dass die Schneidkraft auf die Änderung einer zu ändernden Frequenz reagiert, die auf der Änderung der Bearbeitungsposition und der Änderung der Zustände des zu bearbeitenden Objekts, des Werkzeugs und der Maschine nach der Durchführung der spanenden Bearbeitung beruht.
• Wie oben beschrieben, kann gemäß der numerischen Steuereinrichtung 100-1 der ersten Ausführungsform, da die zur Reduzierung der Störungen zu verwendenden Übertragungsfunktionen während des Verfahrens der spanabhebenden Bearbeitung sequentiell berechnet werden können, der Frequenzgang des Störantwortkompensators auf der Grundlage der Schneidkraftvektorinformation und der während des Verfahrens der spanabhebenden Bearbeitung berechneten Information über mechanische Eigenschaften geändert werden. Auf diese Weise kann die durch die Schneidkraft verursachte Positionsstörung des mechanischen Systems verringert, die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert und der Werkzeugverschleiß reduziert werden.
• Da die zur Reduzierung der Störungen zu verwendenden Übertragungsfunktionen während des Verfahrens der spanenden Bearbeitung sequentiell berechnet werden können, ist es nach der numerischen Steuervorrichtung 100-1 der ersten Ausführungsform nicht erforderlich, das Frequenzband bei jeder Änderung der Schneidbedingungen im Voraus zu messen. Aus diesem Grund braucht das Frequenzband nicht im Voraus gemessen zu werden, und jegliche Bemühungen, das Frequenzband entsprechend zu ändern, entfallen im Verfahren der spanabhebenden Bearbeitung, wodurch es möglich ist, den Benutzer der numerischen Steuervorrichtung 100-1 zu entlasten.
• Da die Bearbeitungsvorgänge der Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3, der Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 und der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 in einer vorgegebenen Zeit durchgeführt werden, kann in der numerischen Steuereinrichtung 100-1 der ersten Ausführungsform die Schneidkraft in Übereinstimmung mit der Änderung der Bearbeitungsposition und der Änderung der Zustände des zu bearbeitenden Objektes, des Werkzeuges und der Maschine, die durch die Durchführung der spanabhebenden Bearbeitung verursacht werden, geändert werden.
• Wenn in der Servosteuereinheit 1 der numerischen Steuereinrichtung 100-1 der ersten Ausführungsform eine Zwei-Grad-Freiheitsgradsteuerung verwendet wird, können außerdem die durch die Schneidkraft verursachten Störungen reduziert werden, ohne dass ein Bahnfehler entsteht.
• Darüber hinaus können nach der numerischen Steuereinrichtung 100-1 der ersten Ausführungsform, da das Frequenzband im Gegensatz zur herkömmlichen Technik nicht schmal gemacht werden muss, die durch die Schneidkraftschwankung verursachten Positionsstörungen minimiert werden, ohne dass die Fähigkeit der Werkzeugposition, der befohlenen Trajektorie zu folgen, herabgesetzt wird.
• Zweite Ausführungsform. 10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Eine numerische Steuervorrichtung 100-2 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine Anzeigevorrichtung 10 und eine Zustands-Eingabeeinheit 11 zusätzlich zu den Komponenten, die der numerischen Steuervorrichtung 100-1 gemäß der ersten Ausführungsform gehören. In der zweiten Ausführungsform werden Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, unter Verwendung derselben Namen und Symbole wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
• Die Zustands-Eingabeeinheit 11 ermöglicht es einem Benutzer der numerischen Steuereinrichtung 100-2, die Bedingung zum Ändern der Steuercharakteristik der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 sowie Informationen darüber anzugeben, ob die Änderung der Steuercharakteristik an der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 zugelassen werden soll oder nicht. Die Bedingung zum Ändern der Steuercharakteristik ist z.B. die Schwelle des Leistungsspektrums, die Schwelle der Größe der Schneidkraft o.ä. bei den oben beschriebenen Bearbeitungsvorgängen in den Schritten S4 und S5 der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6.
• Darüber hinaus wird ein allgemein als G-Code bezeichneter Befehlscode für ein Programm zum Bearbeiten eines zu bearbeitenden Objektes mit der Werkzeugmaschine 100 verwendet. Zu den Befehlen im G-Code gehören ein Positionsbefehl (G00), ein linear interpolierender Schneidbefehl (G01), zirkular interpolierende Schneidbefehle (G02, G03) und dergleichen. Typischerweise ist der Positionsbefehl (G00) ein Befehl, der zum Zeitpunkt des Nicht-Schneidens verwendet wird. Der Benutzer kann die Bedingung dafür festlegen, dass die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 die Steuercharakteristik so ändern darf, dass die Zustands-Eingabeeinheit 11 der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 die Änderung der Steuercharakteristik im Falle eines Positionsbefehls oder der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 die Änderung der Steuercharakteristik z.B. im Falle eines Schneidbefehls ermöglicht.
• Darüber hinaus kann die Zustands-Eingabeeinheit 11 immer Informationen darüber ändern, ob eine Änderung der Steuercharakteristik erlaubt ist oder nicht, und die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 ändert die Steuercharakteristik der Servosteuereinheit 1 nur dann, wenn die Änderung der Steuercharakteristik erlaubt ist und z.B. die Bedingung zum Ändern der Steuercharakteristik erfüllt ist.
• Die Anzeigeeinheit 10 zeigt einen Teil oder alle Daten der Information über mechanische Eigenschaften 207, die eine Ausgabe der Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 ist, und die Schneidkraftvektorinformation 204, die eine Ausgabe der Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3 ist, an. Der Benutzer der numerischen Steuervorrichtung 100-2 kann diese Art von Informationen kennen, die auf der Anzeigevorrichtung 10 angezeigt werden. Beispielsweise wird auf der Anzeigeeinheit 10 eine Einheitslänge (z.B. 1 mm) der in 7 veranschaulichten Werkzeugbahn 300 mit einer bestimmten Länge angezeigt. Zusätzlich wird auf der Anzeigeeinheit 10 eine Einheitskraft (1 N) des in 7 veranschaulichten Schneidkraftvektors 310 mit einer bestimmten Länge angezeigt. Damit kann der Anwender die Größe und die Richtung der Schneidkraft überprüfen und den Zustand während des Verfahrens der spanabhebenden Bearbeitung kennen und leicht feststellen, ob die Steuercharakteristik in der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 durchgeführt werden soll oder nicht.
• Zusätzlich wird auf der Anzeigeeinheit 10 eine Einheitsgröße der gemeinsamen Logarithmen in der Frequenz auf jedem der in 5 veranschaulichten Verstärkungsdiagramme und dem in 6 dargestellten Phasendiagramm mit einer Längeneinheit angezeigt. Dadurch kann der Benutzer überprüfen, bei welcher Frequenz Schwingungen verursacht werden, den Zustand während des Verfahrens der spanabhebenden Bearbeitung kennen und leicht feststellen, ob die Steuercharakteristik in der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 durchgeführt werden soll oder nicht.
• Wie oben beschrieben, verwendet der Benutzer nach der numerischen Steuereinrichtung 100-2 gemäß der zweiten Ausführungsform die Zustands-Eingabeeinheit 11, um die Bedingung für die Änderung der Steuercharakteristik zu spezifizieren und die Information darüber anzugeben, ob eine Änderung der Steuercharakteristik zugelassen werden soll oder nicht, wodurch es möglich ist, eine vom Benutzer nicht beabsichtigte Bearbeitung zu verhindern. Darüber hinaus werden auf der Anzeigeeinheit 10 die Informationen über mechanische Eigenschaften, Informationen über Schneidkraftvektoren und dergleichen angezeigt, so dass der Benutzer leicht feststellen kann, ob eine Änderung der Steuercharakteristiken zulässig ist oder nicht.
• Dritte Ausführungsform. 11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Verwendung eines Notch-Filters unter den Bedingungen von Schwingungen bei Frequenzen, die in einem Regelband für Positionsbefehle enthalten sind, ist nicht wünschenswert, da die Fähigkeit, einer befohlenen Bahn zu folgen, abnimmt. In Anbetracht dessen muss bei Vibrationen bei niedrigen Frequenzen, die in einem Regelband für die Position enthalten sind, die durch die Schneidkraft verursachte Vibration auf andere Weise reduziert werden. Daher werden in einer numerischen Steuervorrichtung 100-3 gemäß der dritten Ausführungsform eine Addiereinheit 12 und eine Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags 13 anstelle der in 1 veranschaulichten Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 verwendet. In der dritten Ausführungsform werden Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, mit den gleichen Namen und Symbolen wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
• Die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags 13 schätzt die durch die Schneidkraft verursachte Störung und berechnet einen Korrekturbetrag aus der geschätzten Störung auf der Grundlage der Information über mechanische Eigenschaften 207 und der Schneidkraftvektorinformation 204. Der berechnete Korrekturbetrag wird von der Addiereinheit 12 zum Positionsbefehl 200 addiert, und ein Ausgang der Addiereinheit 12, d.h. ein Positionsbefehl 200, bei dem der Korrekturbetrag addiert wurde, wird in die Servosteuereinheit 1 und die Simulationsantwort-Recheneinheit 4 eingegeben. Die numerische Steuereinrichtung 100-3 steuert die Werkzeugmaschine 100 unter Verwendung des sich aus der Addition ergebenden Positionsbefehls 200, um dadurch die durch die Schneidkraftschwankung verursachten Positionsstörungen zu verringern und gleichzeitig die Fähigkeit der Werkzeugposition, der befohlenen Bahn zu folgen, auf ein Minimum zu reduzieren, so dass die Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit verhindert werden kann.
• 12 ist ein Blockdiagramm des Motors und des in 2 veranschaulichten mechanischen Systems, das durch ein Zwei-Inertial-Modell approximiert wird. In dem in 12 veranschaulichten Modell ist K eine Federkonstante eines elastischen Elements des mechanischen Systems 8, C ist der viskose Reibungskoeffizient eines Dämpfungselements des mechanischen Systems 8, Jm ist die Trägheit des Motors 7 und Jl ist die Trägheit des mechanischen Systems 8. Die Position von Jm ist eine simulierte Motorendlage und die Position von Jl ist eine simulierte Maschinenendposition. Tm ist ein Drehmoment, das vom Servomotor 71 in Übereinstimmung mit einem Drehmomentbefehl ausgegeben wird, xl ist eine Variable, die die Maschinenendposition darstellt, xm ist eine Variable, die die Motorendlage darstellt, und s ist ein Laplace-Operator, der die Abweichung darstellt. Die Ergebnisse der Laplace-Transformation von xm, xl und fc werden jeweils als XM, XL und Fc ausgedrückt.
• Das elastische Element K, das Dämpfungselement C und dergleichen werden entsprechend der Schneidkraft verändert, so dass eine Positionsstörung in Tabelle 81 verursacht wird. Weiterhin wird die Schneidkraft durch das elastische Element K, das Dämpfungselement C oder dergleichen übertragen, so dass auch in der Motorposition eine Positionsstörung verursacht wird. In dem Fall, dass der Motor 7 und das mechanische System 8 in einem Zwei-Inertial-Modell modelliert sind, wird die Übertragungsfunktion von der Schneidkraft auf die Positionsstörung z.B. durch Ausdruck (6) ausgedrückt. $$\text{G}\left(\text{s}\right)=1/\left(\text{J}1\text{s}2+\text{Cs}+\text{K}\right)$$

  
• Die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags 13 identifiziert die Koeffizienten in Ausdruck (6) unter Verwendung z.B. eines Verfahrens der kleinsten Quadrate, eines Spektralanalyseverfahrens, eines Unterraumverfahrens o.ä. für die Übertragungsfunktion, die durch die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 identifiziert wird. Während das mechanische System 8 durch ein Zwei-Intertial-Modell in der Formel (6) approximiert wird, kann die Übertragungsfunktion in einem Modell niedrigerer oder höherer Ordnung ausgedrückt werden. Die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags 13 kann eine durch die Schneidkraft verursachte Störung berechnen, indem ein Filter eines Typs der wie oben beschrieben identifizierten Übertragungsfunktion auf die von der Schneidkraft-Ausgabeeinheit 2 gemessene Schneidkraft 203 angewendet wird. Der berechnete Störwert, der sich aus dieser Berechnung ergibt, umfasst auch Hochfrequenzkomponenten. Da die Hochfrequenzkomponenten nicht kontrolliert werden können, entfernt die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags 13 die Hochfrequenzkomponenten unter Verwendung eines Tiefpassfilters für geeignete Frequenzen. Die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags 13 berechnet nacheinander die Störungen in einem Regelzyklus. Die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags 13 kehrt einen positiven oder negativen Wert der berechneten Störung um, um die invertierte Störung als Korrekturbetrag zu erhalten. Die Korrektur wird in die Addiereinheit 12 eingegeben, und in der Addiereinheit 12 wird der Korrekturbetrag zum Positionsbefehl 200 addiert. Die Korrektur C wird durch Ausdruck (7) und Ausdruck (8) berechnet. F ist ein Schneidkraftvektor der Maschinenachse. T ist eine Zeitkonstante des Tiefpassfilters. $$\text{C}=-\text{GLPF}\left(\text{s}\right)\text{G}\left(\text{s}\right)\text{F}$$

  

  $$\text{GLPF}\left(\text{s}\right)=1/\left(\text{Ts}+1\right)$$

  
• Ein Faktor, der eine nachteilige Auswirkung auf die Oberflächenbeschaffenheit der bearbeiteten Oberfläche verursacht, ist die Vibration in einer Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung des Werkzeugs. Im Gegensatz dazu ist bei einer Korrektur in Vorschubrichtung des Werkzeugs die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs in Vorschubrichtung des Werkzeugs nicht mehr konstant, was eine nachteilige Auswirkung auf die Oberflächenbeschaffenheit der bearbeiteten Oberfläche haben kann. In dieser Situation führt die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags 13 die Korrektur nur in einer Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung des Werkzeugs aus. In diesem Fall kann der Schneidkraftvektor Fn in senkrechter Richtung, der in Ausdruck (3) festgelegt ist, anstelle des Schneidkraftvektors F in Ausdruck (7) in Richtung der Maschinenachse verwendet werden.
• Wie oben beschrieben, kann die numerische Steuereinrichtung 100-3 gemäß der dritten Ausführungsform die Störschwingungen bei niedrigen Frequenzen, die im Band für die Positionssteuerung enthalten sind, reduzieren, ohne die Fähigkeit zu verringern, einer befohlenen Bahn zu folgen. Dies verlängert die Lebensdauer des Werkzeugs und kann die Genauigkeit der Bearbeitung des zu bearbeitenden Objekts verbessern. Darüber hinaus werden in der numerischen Steuereinrichtung 100-3 wie auch in der numerischen Steuereinrichtung 100-1 gemäß der ersten Ausführungsform die Bearbeitungsvorgänge der Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3, der Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5 und der Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6 in einer vorgeschriebenen Zeitspanne durchgeführt, wodurch es möglich wird, die Schneidkraft in Abhängigkeit von einer Änderung der Bearbeitungsposition und von Zustandsänderungen des zu bearbeitenden Objekts, des Werkzeugs und der Maschine, die durch die Durchführung der spanabhebenden Bearbeitung verursacht werden, zu ändern.
• 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Hardware-Konfiguration der numerischen Steuervorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform veranschaulicht. Jede der numerischen Steuervorrichtungen 100-1, 100-2 und 100-3 enthält eine Zentraleinheit (CPU) 51, die die Rechenverarbeitung durchführt, einen Speicher 52, der von der CPU 51 als Arbeitsbereich verwendet wird, eine Speichervorrichtung 53, die Programme, Informationen und dergleichen speichern kann, eine Eingabevorrichtung 54, die eine Eingabe von einem Benutzer empfängt, und eine Anzeigevorrichtung 55. Der Speicher 52 entspricht: einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Halbleiterspeicher, wie z.B. einem Direktzugriffsspeicher (RAM), einem Festwertspeicher (ROM), einem Flash-Speicher, einem löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM) oder einem elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM (eingetragenes Warenzeichen)); einer Magnetplatte; einer flexiblen Platte; einer optischen Platte; einer Compact Disc; einer Minidisc; oder einer digitalen vielseitigen Platte (DVD). Beispiele für die Eingabevorrichtung 54 umfassen eine Tastatur und eine Maus, und Beispiele für die Anzeigevorrichtung 55 umfassen einen Monitor und eine Anzeige. Beachten Sie, dass die Eingabevorrichtung 54 und die Anzeigevorrichtung 55 durch ein Touchpanel oder ähnliches integriert und implementiert werden können.
• Die Servosteuereinheit 1, die Schneidkraftvektor-Recheneinheit 3, die Simulationsantwort-Recheneinheit 4, die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften 5, die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik 6, die Subtraktionseinheit 9, die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags 13 und die Addiereinheit 12 werden von der CPU 51 implementiert, die in der Speichervorrichtung 53 gespeicherte Programme ausführt.
• Die in den obigen Ausführungsformen dargestellten Konfigurationen sind Beispiele für die vorliegende Erfindung und können mit anderen öffentlich bekannten Techniken kombiniert und jeweils teilweise weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

1

Servosteuereinheit;

2

Schneidkraft-Ausgabeeinheit;

3

Schneidkraftvektor-Recheneinheit;

4, 4A

Simulationsantwort-Recheneinheit;

5

Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften;

6

Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik;

7

Motor;

8

mechanisches System;

9

Subtraktionseinheit;

10

Anzeigeeinheit;

11

Zustands-Eingabeeinheit;

12

Addiereinheit;

13

Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags;

41

Einheit zur Simulation der Positionssteuerung;

42

Integrations Recheneinheit;

43

GeschwindigkeitssteuerungsSimulationseinheit;

44

Integrationsrechner;

45

Proportionalitätskonstanten-Recheneinheit;

51

CPU;

52

Speicher;

53

Speichervorrichtung;

54

Eingabevorrichtung;

55

Anzeigevorrichtung;

71

Servomotor;

71a

Rotor;

71b

Welle;

72

Motorpositionsdetektor;

81

Tisch;

82

Kugelgewindemutter;

83

Kugelgewindespindel;

84

Kupplung;

85

Maschinen-Endpositionsdetektor;

86

Maschinen- Endpositionsdetektorkopf;

90

zu bearbeitendes Objekt;

100

Werkzeugmaschine;

100-1, 100-2, 100-3

numerische Steuervorrichtung;

101

Werkzeug;

200

Positionsbefehl;

201

Maschinenendposition;

202

Drehmomentbefehl;

203

Schneidkraft;

204

Schneidkraftvektorinformation;

205

Modellposition;

206

Positionsstörung;

207

Information über mechanische Eigenschaften;

208

Modellgeschwindigkeit;

209

Modelldrehmoment;

300

Werkzeugbahn;

310

Schneidkraftvektor.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2013250866 [0004]

Claims (9)

1. Numerische Steuervorrichtung , die ein mechanisches System steuert, das so konfiguriert ist, dass es Bearbeiten eines zu bearbeitenden Objekts mit einem Werkzeug durchführt, das zum Bearbeiten des Objekts verwendet wird, wobei die numerische Steuervorrichtung aufweist: eine Servosteuereinheit zum Antreiben eines mit einem angetriebenen Element verbundenen Motors auf der Grundlage eines Positionsbefehls, so dass eine Position des angetriebenen Elements dem Positionsbefehl folgt, wobei das Objekt auf das angetriebene Element gesetzt wird; eine Schneidkraft-Ausgabeeinheit zum Messen oder Schätzen von zwischen dem Werkzeug und dem Objekt verursachter Schneidkraft und zum Ausgeben der Schneidkraft; eine Schneidkraftvektor-Recheneinheit zum Berechnen eines Schneidkraftvektors auf der Grundlage der Position des angetriebenen Elements und der Schneidkraft; eine Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften, um dynamische Eigenschaften des mechanischen Systems in Bezug auf die Schneidkraft zu identifizieren; und eine Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik zum Ändern der Steuercharakteristik der Servosteuereinheit auf der Grundlage des Schneidkraftvektors und der dynamischen Eigenschaften des mechanischen Systems, die durch die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften identifiziert sind.
2. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften Frequenzgangcharakteristiken der Servosteuereinheit identifiziert, die durch Verstärkung und Phase in einem Frequenzbereich von der Schneidkraft bis zur Störung in einem Steuersystem dargestellt sind.
3. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik eine Störungsursache identifiziert, indem sie die durch die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften identifizierte Frequenzgangcharakteristiken nach einem Resonanzpunkt oder einem Antiresonanzpunkt durchsucht, deren Spitzenformen der Frequenzgangcharakteristiken voneinander verschieden sind, und die Frequenzcharakteristiken des Steuersystems entsprechend der identifizierten Störungsursache ändert.
4. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik auf der Grundlage des Schneidkraftvektors bestimmt, ob die Frequenzgangcharakteristiken geändert werden sollen oder nicht.
5. Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die eine Zustands-Eingabeeinheit zur Eingabe einer Bedingung zum Ändern der Steuercharakteristik der Servosteuereinheit in die Einheit zum Ändern der Steuercharakteristik aufweist.
6. Numerische Steuervorrichtung, die ein mechanisches System steuert, das so konfiguriert ist, dass es Bearbeiten eines zu bearbeitenden Objekts mit einem Werkzeug durchführt, das zum Bearbeiten des Objekts verwendet wird, wobei die numerische Steuervorrichtung aufweist: eine Servosteuereinheit zum Antreiben eines mit einem angetriebenen Element verbundenen Motors auf der Grundlage eines Positionsbefehls, so dass eine Position des angetriebenen Elements dem Positionsbefehl folgt, wobei das Objekt auf das angetriebene Element gesetzt wird; eine Schneidkraft-Ausgabeeinheit zum Messen oder Schätzen von zwischen dem Werkzeug und dem Objekt verursachter Schneidkraft und zum Ausgeben der Schneidkraft; eine Schneidkraftvektor-Recheneinheit zum Berechnen eines Schneidkraftvektors auf der Grundlage der Position des angetriebenen Elements und der Schneidkraft; eine Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften zum Identifizieren dynamischer Eigenschaften des mechanischen Systems in Bezug auf die Schneidkraft; und eine Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags, um einen Korrekturbetrag zu berechnen, mit dem eine durch die Schneidkraft verursachte Störung in einem Steuersystem korrigiert werden soll.
7. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Einheit zum Identifizieren mechanischer Eigenschaften Frequenzgangcharakteristiken von der Schneidkraft bis zur Störung im Steuersystem identifiziert, und die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags den Korrekturbetrag zum Korrigieren der Störung durch Anwendung eines Filters vom Typ Übertragungsfunktion berechnet, das die Frequenzgangcharakteristiken zu der Schneidkraft aufweist.
8. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Einheit zum Berechnen des Störungskorrekturbetrags den Korrekturbetrag in einer Richtung senkrecht zu einer Vorschubrichtung des Werkzeugs auf der Grundlage des Schneidkraftvektors berechnet.
9. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4, 6, 7 oder 8, wobei die Störung in dem Steuersystem eine Störung ist, die in einem von dem Positionsbefehl, einem Geschwindigkeitsbefehl und einem Drehmomentbefehl enthalten ist.

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