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WO2015136696A1 - 送り軸の制御方法および数値制御工作機械 - Google Patents

送り軸の制御方法および数値制御工作機械 Download PDF

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Publication number
WO2015136696A1
WO2015136696A1 PCT/JP2014/056940 JP2014056940W WO2015136696A1 WO 2015136696 A1 WO2015136696 A1 WO 2015136696A1 JP 2014056940 W JP2014056940 W JP 2014056940W WO 2015136696 A1 WO2015136696 A1 WO 2015136696A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
speed
gain
acceleration
signal
command
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/056940
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
光成 尾田
Original Assignee
株式会社牧野フライス製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社牧野フライス製作所 filed Critical 株式会社牧野フライス製作所
Priority to US15/126,239 priority Critical patent/US10274939B2/en
Priority to EP14885410.2A priority patent/EP3118710B1/en
Priority to JP2016507232A priority patent/JP6275245B2/ja
Priority to PCT/JP2014/056940 priority patent/WO2015136696A1/ja
Priority to CN201480077112.5A priority patent/CN106164802B/zh
Publication of WO2015136696A1 publication Critical patent/WO2015136696A1/ja

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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • G05B19/4166—Controlling feed or in-feed
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41205—Compensation circuit in speed feedback loop

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a feed axis of a machine tool and a numerically controlled machine tool.
  • a machine tool that performs a process such as cutting by moving a tool relative to a workpiece.
  • a numerically controlled machine tool that performs machining while automatically moving the tool relative to a workpiece by designating a tool path by coordinates of a predetermined axis.
  • the numerically controlled machine tool can perform machining at a desired tool path and speed by designating machine coordinates and a moving speed of the tool in the machining program.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-158026 discloses a machine tool control device in which an acceleration detection means is provided on a driven body driven by a servo motor. This control device integrates the acceleration detection value detected by the acceleration detection means to obtain a speed estimation value, and calculates a speed control process by multiplying the speed estimation value by a coefficient and a value by multiplying the acceleration detection value by a coefficient. This is corrected by subtracting from the current command obtained in the section. Then, the current command corrected by the control device is output to the servo amplifier.
  • a position controller In a control device that controls a servo motor that drives each axis of a machine tool, the position controller generates a speed command based on the position command, and the speed controller generates a torque command based on the speed command. Then, the motor is driven based on the torque command. Furthermore, it is known that a position detector is disposed in a moving device that moves a tool or a workpiece, and a position feedback loop for subtracting a position signal output from the position detector from a position command is known. It is also known to provide a speed feedback loop in which a speed detector is disposed on the output shaft of the servo motor and the speed signal output from the speed detector is subtracted from the speed command.
  • a disturbance force may act on a moving device that moves the workpiece or tool, and the workpiece or tool may vibrate.
  • a cutting load or the like may act on the workpiece or tool at a machining point where the tool is in contact with the workpiece, resulting in vibration.
  • the acceleration of the driven body is fed back to the torque command of the motor to suppress the vibration.
  • acceleration detecting means is arranged on the driven body. That is, the acceleration detection means is disposed at a position away from the output shaft of the motor. For this reason, a position deviation occurs in the position command output from the position controller or a speed deviation occurs in the speed command output from the speed detector due to the feedback of the acceleration of the driven body. These deviations also affect the control of the current supplied to the motor, and there is a problem that the effect of suppressing vibration is reduced.
  • a speed feedback loop having a speed control unit to which a speed command is input is provided inside a position feedback loop having a position control unit to which a position command is input, and cascade coupling is performed.
  • a feed axis control method for a machine tool that controls a servo motor for driving the feed axis in accordance with a torque command output from the speed control unit is obtained by acquiring acceleration based on an output signal of a state sensor attached to at least one of the mechanical structure and the shaft feed mechanism, and multiplying the acquired acceleration by a predetermined first gain. Is subtracted from the torque command output from the speed control unit.
  • the feed axis control method is a control and state sensor that acquires a speed based on an output signal of a state sensor and adds a signal obtained by multiplying the acquired speed by a predetermined gain to a speed command output from the position control unit.
  • the position is acquired based on the output signal, and at least one of the controls in which a signal obtained by multiplying the acquired position by a predetermined gain is added to the position command input to the position control unit is performed.
  • the speed can be acquired based on the output signal of the state sensor, and a signal obtained by multiplying the acquired speed by a predetermined second gain can be added to the acceleration feedback signal.
  • the signal obtained by multiplying the speed command output from the position control unit by a predetermined third gain can be subtracted from the signal multiplied by the second gain.
  • the position can be acquired based on the output signal of the state sensor, and a signal obtained by multiplying the acquired position by a predetermined fourth gain can be added to the acceleration feedback signal.
  • a signal obtained by multiplying a position command input to the position control unit by a predetermined fifth gain can be subtracted from a signal multiplied by the fourth gain.
  • a signal obtained by multiplying the torque command output from the speed control unit by a predetermined sixth gain can be subtracted from the acceleration feedback signal.
  • the first gain and the second gain can be set so that the sum of the square of the first gain and the square of the second gain becomes a predetermined set value.
  • a speed feedback loop having a speed control unit to which a speed command is input is provided inside a position feedback loop having a position control unit to which a position command is input, and cascade coupling is performed.
  • a feed axis control method for a machine tool that controls a servo motor for driving the feed axis in accordance with a torque command output from the speed control unit.
  • the feed axis control method acquires acceleration based on an output signal of a state sensor attached to at least one of a mechanical structure and a shaft feed mechanism, and obtains an acceleration feedback signal obtained by multiplying the acquired acceleration by a predetermined gain. Is subtracted from the torque command output from the speed control unit.
  • the feed axis control method is based on control that acquires a speed based on an output signal of a state sensor, adds a signal obtained by multiplying the acquired speed by a predetermined gain to an acceleration feedback signal, and an output signal of the state sensor. At least one of the control for acquiring the position and adding a signal obtained by multiplying the acquired position by a predetermined gain to the acceleration feedback signal is performed.
  • a first numerically controlled machine tool includes a speed feedback loop having a speed control unit to which a speed command is input provided inside a position feedback loop having a position control unit to which a position command is input. And a control device for controlling the servo motor for driving the feed shaft in accordance with the torque command output from the speed control unit.
  • the control device acquires acceleration based on an output signal of a state sensor attached to at least one of the mechanical structure and the shaft feed mechanism, and outputs a signal obtained by multiplying the acquired acceleration by a predetermined gain from the speed control unit. Including a circuit for subtracting from the torque command to be performed.
  • the control device acquires a speed based on the output signal of the state sensor, and adds a signal obtained by multiplying the acquired speed by a predetermined gain to the speed command output from the position control unit and the output signal of the state sensor And at least one of the circuits that add a signal obtained by multiplying the acquired position by a predetermined gain to the position command input to the position control unit.
  • a speed feedback loop having a speed control unit to which a speed command is input is provided inside the position feedback loop having a position control unit to which a position command is input, and cascade coupling is performed.
  • a control device for controlling the servo motor for driving the feed shaft in accordance with the torque command output from the speed control unit acquires acceleration based on an output signal of a state sensor attached to at least one of the mechanical structure and the shaft feed mechanism, and speed-controls an acceleration feedback signal obtained by multiplying the acquired acceleration by a predetermined gain.
  • the control device acquires the speed based on the output signal of the state sensor, adds a signal obtained by multiplying the acquired speed by a predetermined gain to the acceleration feedback signal, and determines the position based on the output signal of the state sensor. It includes at least one of the circuits that acquire and add a signal obtained by multiplying the acquired position by a predetermined gain to the acceleration feedback signal.
  • the apparatus includes a table for fixing the workpiece, a tool support member for supporting the tool, a moving device for moving the table and the tool support member, the state sensor includes an acceleration detector disposed on the table, and a tool support And an acceleration detector disposed on the member.
  • FIG. 2 is a block diagram of a first control device and a drive mechanism for a mechanical structure in the first embodiment.
  • 2 is a block diagram of a control device and a mechanical structure drive mechanism of a reference example in Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a graph showing a speed command and a detected acceleration value when controlled by the control device of the reference example in the first embodiment. 6 is a graph showing a speed command and a detected acceleration value when controlled by the first control device in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram of a first control device and a drive mechanism for a mechanical structure in a third embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram of a control device and a mechanical structure drive mechanism of a reference example in the third embodiment.
  • Embodiment 1 With reference to FIG. 1 to FIG. 7, a method for controlling a feed axis of a machine tool and a numerically controlled machine tool in Embodiment 1 will be described.
  • a machine tool a horizontal machining center having a main shaft extending in the horizontal direction will be described as an example.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a numerically controlled machine tool according to the present embodiment.
  • the machine tool 10 includes a moving device that relatively moves the tool 22 and the workpiece 1.
  • the moving device moves the driven object in the direction of the plurality of moving axes.
  • the plurality of movement axes include an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other as linear feed axes.
  • the machine tool 10 includes a bed 12 installed on the floor of a factory or the like.
  • a Z-axis guide rail 28 is fixed to the upper surface of the bed 12.
  • the Z-axis guide rail 28 extends in the Z-axis direction (left-right direction in FIG. 1).
  • a table base 13 is disposed on the upper surface of the Z-axis guide rail 28.
  • the table base 13 is guided by the Z-axis guide rail 28 and is arranged so as to be movable in the Z-axis direction.
  • a table 14 is fixed to the table base 13.
  • the work 1 is fixed to the table 14.
  • the X-axis guide rail 36 is fixed on the upper surface of the bed 12.
  • the X axis is orthogonal to the Z axis and further extends in the horizontal direction (perpendicular to the plane of FIG. 1).
  • the X axis guide rail 36 extends along the X axis.
  • the column 16 is guided by the X-axis guide rail 36 and is arranged to be movable in the X-axis direction.
  • a Y-axis guide rail 32 is fixed to the front surface facing the workpiece 1.
  • the Y axis extends in a direction orthogonal to the X axis and the Z axis.
  • the Y-axis guide rail 32 extends along the Y-axis.
  • a spindle head 18 is disposed on the Y-axis guide rail 32.
  • the spindle head 18 is guided by the Y-axis guide rail 32 and is formed to be movable in the Y-axis direction.
  • the spindle head 18 supports the spindle 20.
  • the moving device includes a Z-axis moving device that moves the tool 22 relative to the workpiece 1 in the Z-axis direction.
  • a ball screw mechanism including a Z-axis feed screw and a nut is arranged inside the bed 12.
  • a nut is fixed to the lower surface of the table base 13.
  • the nut is screwed onto the Z-axis feed screw.
  • a Z-axis servomotor 25 is connected to one end of the Z-axis feed screw. By driving the Z-axis servo motor 25, the table base 13 moves along the Z-axis guide rail 28. As a result, the workpiece 1 moves in the Z-axis direction.
  • the moving device includes an X-axis moving device that moves the tool 22 relative to the workpiece 1 in the X-axis direction. Similar to the Z-axis moving device, the X-axis moving device includes a ball screw mechanism having an X-axis feed screw and a nut. An X-axis servo motor 38 is connected to one end of the X-axis feed screw. A nut that is screwed into the X-axis feed screw is fixed to the lower surface of the column 16. By driving the X-axis servo motor 38, the column 16 moves along the X-axis guide rail 36. As a result, the tool 22 moves in the X-axis direction.
  • the moving device includes a Y-axis moving device that moves the tool 22 relative to the workpiece 1 in the Y-axis direction. Similar to the Z-axis moving device, the Y-axis moving device includes a ball screw mechanism having a Y-axis feed screw and a nut. A nut that is screwed onto the Y-axis feed screw is fixed to the spindle head 18. A Y-axis servomotor 31 is connected to the upper end of the Y-axis feed screw. When the Y-axis servo motor 31 is driven, the spindle head 18 moves along the Y-axis guide rail 32. As a result, the tool 22 moves in the Y axis direction.
  • a tool 22 is mounted on the tip of the spindle 20 via a tool holder 21.
  • the main shaft 20 functions as a tool support member that supports the tool 22.
  • the main shaft 20 has a built-in motor for rotating the tool 22. When the motor is driven, the tool 22 rotates about the central axis of the main shaft 20 as a rotation axis.
  • the machine tool 10 can move the tool 22 relative to the workpiece 1 by moving the column 16, the spindle head 18, and the table base 13 along the movement axis.
  • the machine tool may have a rotary feed shaft that rotates around a predetermined axis.
  • the machine tool 10 includes a speed detector for each axis.
  • a speed detector 29 that detects the rotational speed of the Z-axis servomotor 25 is attached to the Z-axis servomotor 25.
  • the speed detector 29 includes a rotary encoder, for example, and can detect the speed based on the output of the rotary encoder.
  • a speed detector 33 is attached to the Y-axis servomotor 31.
  • a speed detector 39 is attached to the X-axis servo motor 38.
  • the machine tool 10 includes a position detector for each axis.
  • the Z-axis position detector includes a slider 13 a attached to the table base 13 and a Z-axis linear scale 30 attached to the bed 12. As the slider 13a moves on the Z-axis linear scale 30, the position in the Z-axis direction can be detected.
  • the Y-axis position detector includes a slider 18 a attached to the spindle head 18 and a Y-axis linear scale 34 attached to the column 16. As the slider 18a moves on the Y-axis linear scale 34, the position in the Y-axis direction can be detected.
  • the X-axis position detector includes a slider 16 a attached to the column 16 and an X-axis linear scale 40 attached to the bed 12. As the slider 16a moves on the X-axis linear scale 40, the position in the X-axis direction can be detected.
  • an acceleration detector 45 is arranged on the spindle 20 that supports the tool 22.
  • the acceleration detector 45 is preferably arranged close to the machining point of the tool 22.
  • An acceleration detector 46 is arranged on the table 14.
  • the acceleration detector 46 is preferably arranged close to the machining point of the workpiece 1.
  • the acceleration detectors 45 and 46 can detect the acceleration for each axis. That is, the acceleration detectors 45 and 46 can individually detect the acceleration in the X-axis direction, the acceleration in the Y-axis direction, and the acceleration in the Z-axis direction.
  • the acceleration detector is arranged at a position where the direction of the detector does not change with respect to the rotary shaft even when the rotary feed shaft moving device operates.
  • the output signals of the speed detectors 29, 33, 39, the position detectors and the acceleration detectors 45, 46 of these axes are input to the control device 50.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the machine tool in the present embodiment.
  • the machine tool 10 includes a control device 50.
  • the control device 50 is connected to a servo motor 55 of the moving device.
  • the control device 50 can control the servo motor 55 to move the tool 22 relative to the workpiece 1.
  • the control device 50 includes a reading interpretation unit 52, an interpolation calculation unit 53, and a servo motor control unit 54.
  • the reading interpretation unit 52 reads the input program 51 and sends a movement command to the interpolation calculation unit 53.
  • the interpolation calculation unit 53 outputs a position command qr at predetermined time intervals based on, for example, a movement command.
  • the servo motor control unit 54 drives the servo motor 55 of each axis based on the position command qr.
  • the servo motor 55 for each axis corresponds to the X-axis servo motor 38, the Y-axis servo motor 31 or the Z-axis servo motor 25.
  • the servo motor 55 for each axis drives the mechanical structure 57 via the axis feed mechanism 56.
  • the machine structure 57 corresponds to a structure that holds the tool 22 or a structure that holds the workpiece 1.
  • the mechanical structure 57 corresponds to the spindle 20 or the table 14.
  • the shaft feed mechanism 56 corresponds to a mechanism that drives the mechanical structure 57.
  • the shaft feed mechanism 56 corresponds to a ball screw mechanism connected to the servo motor 55 of each axis. Examples of the shaft feed mechanism 56 include a reducer attached to a servo motor in addition to a ball screw mechanism.
  • FIG. 3 is a block diagram of the servo motor controller of the first controller and the drive mechanism of the mechanical structure in the present embodiment.
  • the control circuit shown in FIG. 3 can be formed for each moving axis.
  • one control circuit shown in FIG. 3 can be formed to drive the X-axis servomotor 38.
  • the servo motor 55 corresponds to the X-axis servo motor 38.
  • the speed detector 58 corresponds to the speed detector 39 attached to the X-axis servo motor 38.
  • the position detector 59 corresponds to an X-axis position detector including the slider 16 a and the X-axis linear scale 40.
  • the acceleration detector 60 corresponds to the acceleration detector 45 attached to the main shaft 20 that holds the tool 22.
  • the acceleration detector 45 is used as a state sensor.
  • the state sensor is a sensor that detects the state of a predetermined structure, that is, the acceleration, speed, position, or the like of the predetermined structure regardless of the command of the feed axis.
  • the position command qr output from the interpolation calculation unit 53 is input to the position controller 71 serving as a position control unit.
  • the position controller 71 generates a speed command ⁇ r based on the position command qr.
  • a speed command ⁇ r output from the position controller 71 is input to a speed controller 72 serving as a speed control unit.
  • the speed controller 72 generates a torque command ⁇ r based on the speed command ⁇ r.
  • the torque command ⁇ is input to the current controller 73.
  • the current controller 73 controls the current of the servo motor 55 so as to generate a torque corresponding to the input torque command ⁇ r.
  • the drive mechanism that drives the mechanical structure 57 includes an axis feed mechanism 56.
  • the shaft feed mechanism 56 supports the mechanical structure 57.
  • an elastic element 62 is interposed between the shaft feed mechanism 56 and the mechanical structure 57.
  • the elastic element 62 has a low rigidity and is a model that shows that a portion that becomes a free end swings.
  • the elastic element 62 has low rigidity between the shaft feed mechanism 56 and the mechanical structure 57, and indicates that the mechanical structure 57 vibrates with respect to the shaft feed mechanism 56.
  • the servo motor 55 and the shaft feed mechanism 56 are connected with high rigidity.
  • the elastic element 62 includes an elastic body 62a and a damping body 62b.
  • the elastic body 62a is a model that determines the period, amplitude, and the like that the mechanical structure vibrates.
  • the attenuator 62b is a model that attenuates vibration.
  • the position detector 59 attached to the shaft feed mechanism 56 detects the position of a predetermined axis and feeds back a position signal q to the adder 74.
  • the adder 74 subtracts the position signal q from the position command qr and sends it to the position controller 71.
  • the position controller 71 multiplies the input signal by the gain Cp to calculate the speed command ⁇ r.
  • the gain Cp is a function of the Laplace operator s.
  • a circuit that corrects the position command qr is referred to as a position feedback loop.
  • the speed detector 58 attached to the servo motor 55 detects the speed on a predetermined axis.
  • the speed detector 58 feeds back the speed signal ⁇ to the adder 75.
  • the adder 75 subtracts the speed signal ⁇ from the speed command ⁇ r and sends it to the speed controller 72.
  • the speed controller 72 multiplies the input signal by the gain Cv to calculate the torque command ⁇ r.
  • the gain Cv is a function of the Laplace operator s.
  • a circuit that corrects the speed command ⁇ r is referred to as a speed feedback loop.
  • the speed feedback loop having the speed control unit to which the speed command ⁇ r is input is provided inside the position feedback loop having the position control unit to which the position command qr is input, thereby forming a cascade connection.
  • the current position and speed corresponding to the output of the servo motor 55 can be detected, and a delay with respect to the command of the feed axis can be corrected.
  • This control is also referred to as servo control. Note that the gain of each compensator included in the control circuit is determined in advance, and an optimum value is preferably adopted.
  • FIG. 4 is a block diagram of a servo motor controller and a mechanical structure drive mechanism in a reference example of the present embodiment. Also in the reference example shown in FIG. 4, the elastic element 62 is interposed between the shaft feed mechanism 56 and the mechanical structure 57. An acceleration signal is output from the acceleration detector 60 attached to the mechanical structure 57. The acceleration signal is multiplied by the gain K 1 in the compensator 91 and output to the adder 141.
  • the acceleration signal output from the acceleration detector 60 is integrated by the integrator 77 and converted into a speed signal. Then, the adder 142 subtracts the speed command output from the position controller 71 from the speed signal output from the integrator 77. The adder 142 can calculate the speed deviation between the speed of the mechanical structure 57 and the speed command ⁇ r.
  • the output signal of the adder 142 is input to the compensator 92.
  • the compensator 92 is multiplied by a gain K2.
  • the output of the compensator 92 is input to the adder 141.
  • the adder 141 In the adder 141, the output signal of the compensator 91 and the output signal of the compensator 92 are added.
  • the output signal of the adder 141 is input to the adder 144 via the filter 81.
  • the output signal of the adder 141 is subtracted from the torque command ⁇ r output from the speed controller 72.
  • the circuit that passes through the compensator 91 is a circuit that feeds back the acceleration of the mechanical structure 57.
  • the circuit passing through the compensator 92 is a circuit that feeds back the speed of the mechanical structure.
  • an elastic element 62 is interposed between the mechanical structure 57 in which the acceleration detector 60 is disposed and the servo motor 55.
  • a deviation may occur in the position command qr and the speed command ⁇ r.
  • the servo control is performed by the position feedback loop and the speed feedback loop, so that the vibration of the mechanical structure is suppressed. In some cases, the servo control canceled the acceleration feedback signal.
  • the control device of the present embodiment includes a mechanical structure stabilization compensation circuit 121.
  • the mechanical structure stabilization compensation circuit 121 suppresses vibration of the mechanical structure 57.
  • a signal output from the acceleration detector 60 is input to the stabilization compensation circuit 121 for the mechanical structure.
  • the acceleration signal detected by the acceleration detector 60 is input to the compensator 91.
  • the compensator 91 multiplies the gain K11 as the first gain.
  • the output signal of the compensator 91 is input to the adder 144 through the adder 141 and the filter 81.
  • This circuit is an acceleration feedback circuit. That is, the torque command ⁇ r output from the speed controller 72 is corrected by feeding back the acceleration of the mechanical structure 57.
  • the acceleration signal detected by the acceleration detector 60 is converted into a speed signal by the integrator 77a.
  • the speed signal is input to the compensator 101.
  • the gain Ka3 is multiplied.
  • the output signal of the compensator 101 is input to the adder 151 via the filter 81.
  • the adder 151 the output signal of the compensator 101 is added to the speed command ⁇ r output from the position controller 71.
  • the gain Ka3 in the present embodiment is a negative gain.
  • This control circuit can cancel the speed deviation caused by the circuit that feeds back the acceleration including the compensator 91.
  • a speed command ⁇ r that cancels the speed deviation can be sent to the speed controller 72. That is, a signal in which the speed deviation is eliminated can be set as a control target. Therefore, the vibration of the mechanical structure 57 can be suppressed.
  • the speed signal output from the integrator 77a is integrated in the integrator 77b.
  • a position signal is output from the integrator 77b.
  • the position signal is input to the compensator 102.
  • the gain Ka5 is multiplied.
  • the output signal of the compensator 102 is input to the adder 152 via the filter 81.
  • the adder 152 the output signal of the compensator 102 is added to the position command qr.
  • the gain Ka5 of the present embodiment is a negative gain.
  • This control circuit can cancel the positional deviation caused by the circuit including the compensator 91 that feeds back the acceleration.
  • a position command qr canceling the position deviation can be sent to the position controller 71.
  • a signal from which the position deviation has disappeared can be set as a control target. Therefore, the vibration of the mechanical structure 57 can be suppressed.
  • both the circuit for canceling the speed deviation including the compensator 101 and the circuit for canceling the position deviation including the compensator 102 are arranged.
  • the present invention is not limited to this, and either one of the circuits is arranged. Even if is arranged, the vibration of the mechanical structure 57 can be suppressed.
  • a speed is acquired based on the output signal of the acceleration detector 60, and a signal obtained by multiplying the acquired speed by a predetermined gain Ka3 is output from the position controller 71.
  • the position command qr is input to the position controller 71 by acquiring a position based on the control to be added to the speed command and the output signal of the acceleration detector 60 and multiplying the acquired position by a predetermined gain Ka5. At least one of the controls to be added to is implemented. By this method, the vibration of the mechanical structure 57 can be suppressed.
  • the first control apparatus of the present embodiment corrects the torque command ⁇ r based on the speed feedback signal of the mechanical structure 57 and the position feedback signal of the mechanical structure 57. .
  • the speed signal output from the integrator 77 a is input to the compensator 92.
  • the gain Ka21 as the second gain is multiplied.
  • the output signal of the compensator 92 is input to the adder 141 via the adder 142.
  • the position signal output from the integrator 77 b is input to the compensator 93.
  • a gain Ka41 as the fourth gain is multiplied.
  • the output signal of the compensator 93 is input to the adder 141 via the adders 143 and 142.
  • the adder 141 adds the acceleration feedback signal output from the compensator 91, the velocity feedback signal output from the compensator 92, and the position feedback signal output from the compensator 93. Then, this feedback signal is input to the adder 144 via the filter 81. The adder 144 subtracts this feedback signal from the torque command ⁇ r.
  • the velocity feedback signal and the position feedback signal are added to the acceleration feedback signal.
  • the gain Ka11 of the compensator 91, the gain Ka21 of the compensator 92, and the gain Ka41 of the compensator 93 can be set independently. For this reason, it is possible to adjust the influence of acceleration by the gain Ka11, adjust the influence of the speed by the gain Ka21, and further adjust the influence of the position by the gain Ka41.
  • the values of the gains Ka11, Ka21, and Ka41 By setting the values of the gains Ka11, Ka21, and Ka41 to appropriate values, the vibration of the mechanical structure 57 can be effectively suppressed.
  • the values of the gains Ka11, Ka21, and Ka41 it is possible to perform control when the mechanical structure 57 is supported by the shaft feed mechanism 56 with a rigid structure without the elastic element 62. it can.
  • the torque command ⁇ r output from the speed controller 72 is input to the compensator 94.
  • the compensator 94 is multiplied by a gain Ka12 as a sixth gain. For example, the same value can be adopted as the gain Ka11 and the gain Ka12.
  • the output signal of the compensator 94 is input to the adder 141.
  • the output signal of the compensator 94 is subtracted from the output signal of the compensator 91.
  • the compensator 94 is arranged to calculate a deviation between the acceleration feedback signal and the torque command ⁇ r.
  • the speed command ⁇ r output from the position controller 71 is input to the compensator 95.
  • the gain Ka22 as the third gain is multiplied. For example, the same value can be adopted as the gain Ka21 and the gain Ka22.
  • the adder 142 the output signal of the compensator 95 is subtracted from the output signal of the compensator 92.
  • the compensator 95 is arranged to calculate the deviation between the speed feedback signal and the speed command ⁇ r, and this deviation is input to the adder 141.
  • the position command qr is input to the compensator 96.
  • the gain Ka42 as the fifth gain is multiplied. For example, the same value can be adopted as the gain Ka41 and the gain Ka42.
  • the output signal of the compensator 96 is subtracted from the output signal of the compensator 93.
  • the position feedback circuit calculates the deviation between the position feedback signal and the position command qr, and this deviation is input to the adder 141 via the adder 142.
  • the signal acquired from the acceleration detector 60 includes a component indicating an acceleration that is an original target value and a vibration component caused by the vibration of the mechanical structure 57.
  • each feedback circuit by subtracting the command value from the value based on the detection value, it is possible to subtract the component indicating the acceleration or the like that is the original target value. That is, only the vibration component can be extracted.
  • the torque command ⁇ r is corrected based on a signal obtained by adding a vibration component related to acceleration, a vibration component related to speed, and a vibration component related to position. In the circuit that feeds back the state of the machine structure, only the extracted vibration component can be fed back. For this reason, a high damping effect can be exhibited.
  • both the circuit that feeds back the speed including the compensator 92 and the circuit that feeds back the position that includes the compensator 93 are arranged.
  • the present invention is not limited to this form, and either circuit is It may be arranged.
  • a circuit for calculating a deviation including the compensators 94, 95, and 96 may not be arranged.
  • the stabilization compensation circuit 121 for a mechanical structure can be configured by two compensators, a compensator 91 and a compensator 94, an adder 141, and a filter 81. Also in this case, in the acceleration feedback circuit, the adder 141 calculates the deviation between the acceleration feedback signal and the torque command ⁇ r, and the vibration component of the acceleration can be sent to the adder 144. Vibration can be suppressed.
  • the filter 81 it is preferable to attenuate signals other than signals in a desired frequency band.
  • the filter 81 is preferably a filter that passes a signal in a resonance frequency band of the machine tool 10.
  • the resonance frequency of the machine tool 10 depends on the structure of the machine tool 10 and the like.
  • a desired filter such as a high-pass filter, a low-pass filter, a notch filter, and a band-pass filter can be used.
  • a signal in a desired frequency band can be passed.
  • the gain K1 corresponds to the first gain
  • the gain K2 corresponds to the second gain.
  • the velocity signal output from the integrator 77 has a phase difference with respect to the acceleration signal.
  • the gain K1 and the gain K2 the phase of the speed feedback signal with respect to the acceleration feedback signal can be changed.
  • the effect of acceleration feedback can be increased by increasing the gain K1.
  • a large gain K1 can be selected to such an extent that it does not oscillate.
  • the set value R can be determined in advance.
  • the gain K1 and the gain K2 are determined so that the output value from the adder 141 does not exceed the set value R.
  • the gain K1 and the gain K2 can be set so as to satisfy the following expression.
  • the gain K1 and the gain K2 can be expressed by the following equations.
  • K1 R cos ⁇ (2)
  • K2 Rsin ⁇ (3)
  • the phase of the speed feedback signal relative to the acceleration feedback signal can be arbitrarily set.
  • the angle ⁇ can be set so that the vibration of the mechanical structure 57 is minimized.
  • the gain K1 and the gain K2 can be set so that the relationship of the expression (1) is satisfied and the vibration of the mechanical structure 57 is minimized.
  • the gain Ka11 of the compensator 91 and the gain Ka21 of the compensator 92 can be set in the same manner as described above. That is, the gain Ka11 and the gain Ka21 can be set so as to satisfy the following expression. As described above, the gain Ka11 corresponds to the first gain, and the gain Ka21 corresponds to the second gain.
  • the gain Ka11 and the gain Ka21 can be set using a virtual angle ⁇ as in the following equation.
  • Ka11 Rcos ⁇ (5)
  • Ka12 Rsin ⁇ (6)
  • FIG. 5 is a graph showing the result of simulation driven by the control device of the reference example shown in FIG.
  • the alternate long and short dash line indicates the speed command value
  • the solid line indicates the detected acceleration value of the mechanical structure.
  • both the speed command value and the acceleration are zero.
  • the detected acceleration value oscillates even in a section where the commanded acceleration is constant.
  • acceleration is performed by changing the speed command value at time t1. From time t1 to time t2, the detected acceleration value oscillates even though the commanded acceleration is constant.
  • the detected acceleration value vibrates.
  • the speed command value is set to zero at time t6, residual vibration occurs.
  • FIG. 6 shows a graph of a simulation result driven by the first control device of the present embodiment shown in FIG.
  • the gains of the compensators 93, 96, and 102 are set to zero in the circuit of FIG. That is, the simulation is performed without using a circuit for eliminating the position deviation and a circuit for feeding back the position.
  • the vibration of the detected acceleration value is suppressed more than in the control device of the reference example.
  • the detected acceleration value shows a substantially constant value.
  • the residual vibration after time t6 is also suppressed more than the control device of the reference example.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the second control device and the drive mechanism of the mechanical structure in the present embodiment.
  • the commands of the respective feed axes are input to the compensators 94, 95, and 96.
  • the speed command ⁇ r is input to the compensator 95.
  • the command input to the compensators 94, 95, and 96 is a command corrected by another circuit.
  • the position command qr input to the compensator 96 is a command corrected by the output of the compensator 102 of the circuit that cancels the position deviation.
  • a signal based on position command qr that is not corrected is input to compensators 94, 95, and 96.
  • the compensator 96 receives the position command qr output from the interpolation calculation unit 53, that is, the position command qr that has not been corrected.
  • the signal before being corrected by the adder 152 is input to the compensator 96.
  • the signal before being corrected by the adder 152 is differentiated by the differentiator 78 a and input to the compensator 95. Further, the output signal of the differentiator 78a is differentiated by the differentiator 78b and input to the compensator 94.
  • the deviation between the acceleration, speed or position feedback signal and the feed axis command is more accurately determined. Can be calculated.
  • the adder 141 can accurately calculate the deviation between the acceleration feedback signal and the torque command.
  • the adder 142 can accurately calculate the deviation between the speed feedback signal and the speed command.
  • the adder 143 can accurately calculate the deviation between the position feedback signal and the speed command.
  • the vibration component contained in the signal obtained from the output signal of the acceleration detector 60 can be accurately extracted.
  • the vibration suppressing effect of the mechanical structure 57 is improved.
  • Other configurations, operations, and effects are the same as those of the first control device.
  • the machine tool 10 includes a moving device that moves the table 14 and a moving device that moves the spindle 20 as a tool support member.
  • Acceleration detectors 45 and 46 as state sensors are arranged on the table 14 and the main shaft 20.
  • An acceleration detector is arranged in each of the two mechanical structures moved by the moving device.
  • work 1 currently fixed to the table 14 can be suppressed.
  • vibration of the tool 22 supported by the main shaft 20 can be suppressed. Since the vibrations of the driven objects of both the workpiece 1 and the tool 22 can be suppressed, high-precision machining can be performed.
  • Embodiment 2 With reference to FIG. 8 and FIG. 9, a feed axis control method and a numerically controlled machine tool of the machine tool according to the second embodiment will be described.
  • the machine tool in the present embodiment is different from the machine tool in the first embodiment in the position of the elastic element.
  • FIG. 8 shows a block diagram of the first control device and the drive mechanism of the mechanical structure in the present embodiment.
  • the machine tool of the present embodiment has a structure in which the rigidity between the machine structure 57 and the shaft feed mechanism 56 is high.
  • the machine tool has a structure with low rigidity between the shaft feed mechanism 56 and the servo motor 55.
  • an elastic element 63 exists between the servo motor 55 and the shaft feed mechanism 56.
  • the elastic element 63 includes an elastic body 63a and a damping body 63b.
  • Such a drive mechanism of the mechanical structure 57 corresponds to, for example, a case where the constituent members of the ball screw mechanism of the moving device of each axis are elastically deformed. Note that this model does not correspond to the case where the servo motor 55 directly drives the mechanical structure 57.
  • a direct drive type drive mechanism in which a motor is arranged inside the mechanical structure 57 it does not correspond to the drive mechanism of the present embodiment but corresponds to the drive mechanism in the first embodiment. .
  • stabilization control is performed to stabilize the drive of the axis feed mechanism.
  • the servo motor control unit 54 of the control device 50 includes a stabilization compensation circuit 122 for the shaft feed mechanism.
  • a position signal output by a position detector 59 attached to the shaft feed mechanism 56 is input to the stabilization compensation circuit 122 of the shaft feed mechanism.
  • the position detector 59 functions as a state sensor that detects the state of the shaft feed mechanism 56.
  • the position signal of the shaft feed mechanism 56 detected by the position detector 59 is input to the differentiator 78.
  • the differentiator 78 outputs an acceleration signal.
  • the acceleration signal is input to the compensator 91 and the integrator 77a.
  • the other circuits of the stabilization compensation circuit 122 of the shaft feed mechanism of the first control device of the present embodiment are the same as the stabilization compensation circuit 121 of the mechanical structure of the first control device of the first embodiment. .
  • the compensators 91 to 96, 101, and 102 are the same as the compensators in the first control apparatus of the first embodiment (see FIG. 3).
  • the gains Kp11, Kp21, etc. in each compensator are set corresponding to the control circuit of the present embodiment.
  • the circuit including the compensators 101 and 102 can cancel the speed deviation and position deviation of the feed axis command.
  • the circuit including the compensator 91 constitutes a circuit that feeds back the acceleration of the shaft feed mechanism 56.
  • a circuit including the compensators 92 and 93 constitutes a circuit that feeds back the speed of the shaft feed mechanism 56 and a circuit that feeds back the position of the shaft feed mechanism 56.
  • the circuit including the compensators 92 and 93 can add the velocity feedback signal and the position feedback signal to the acceleration feedback signal output from the compensator 91. The impact can be adjusted individually. As a result, vibration of the mechanical structure 57 can be easily suppressed.
  • FIG. 9 shows a block diagram of the second control device and the drive mechanism of the mechanical structure in the present embodiment.
  • a signal based on the position command qr that is not corrected is input to the compensators 94, 95, and 96.
  • the compensator 96 receives the position command qr output from the interpolation calculation unit 53. Further, the signal before being corrected by the adder 152 is differentiated by the differentiator 78 a and input to the compensator 95. Further, the output signal of the differentiator 78a is differentiated by the differentiator 78b and input to the compensator 94.
  • Other configurations of the control circuit are the same as those of the first control device of the present embodiment.
  • the deviation between the acceleration, speed or position feedback signal and the feed axis command can be calculated more accurately than the first control device. As a result, the effect of suppressing vibration is improved.
  • the position detected by the position detector 59 is converted into acceleration and then converted into speed and position.
  • the present invention is not limited to this mode, and the speed feedback signal is used for position detection.
  • the output signal of the instrument 59 may be differentiated and then multiplied by the gain Kp21.
  • the position feedback signal may be obtained by multiplying the output signal of the position detector 59 by the gain Kp41.
  • Embodiment 3 With reference to FIG. 10 and FIG. 11, the control method and numerical control machine tool of the feed axis of the machine tool in Embodiment 3 are demonstrated.
  • the control device of the present embodiment performs stabilization control that stabilizes the drive of the servo motor.
  • FIG. 10 shows a block diagram of the control device and the drive mechanism of the mechanical structure in the present embodiment.
  • the servo motor 55, the shaft feed mechanism 56, and the mechanical structure 57 are connected to each other with high rigidity.
  • the speed detected by the speed detector 58 is input to the adder 75 to form a speed feedback loop, as in the first embodiment.
  • the speed signal detected by the speed detector 58 is input to the integrator 77.
  • a signal at a position output from the integrator 77 is input to the adder 74.
  • FIG. 11 shows a block diagram of a control device and a mechanical structure drive mechanism of a reference example in the present embodiment.
  • the speed signal output from the speed detector 58 is input to the differentiator 78.
  • An acceleration signal output from the differentiator 78 is input to the compensator 103.
  • the compensator 103 multiplies the gain K1.
  • the output signal of the compensator 103 is input to the adder 144. In the adder 144, the output signal of the compensator 103 is subtracted from the torque command ⁇ r.
  • the control device of the reference example includes a circuit that feeds back the acceleration of the servo motor 55, and can suppress the vibration of the torque command ⁇ r.
  • the drive of the servo motor 55 may become unstable.
  • the gain in the position controller 71 or the gain in the speed controller 72 is increased, oscillation may occur.
  • the optimum gain K1 in the compensator 103 changes depending on the type of the mechanical structure 57, it is difficult to set the gain K1.
  • the servo motor control unit 54 of the control device 50 of the present embodiment includes a motor stabilization compensation circuit 123.
  • a speed detector 58 that detects the speed of the servo motor 55 is used as a state sensor.
  • a speed signal output from the speed detector 58 is input to the differentiator 78.
  • the differentiator 78 outputs an acceleration signal.
  • the acceleration signal is multiplied by a gain Kv1 by a compensator 91.
  • the output signal of the compensator 91 is input to the adder 144 via the adder 141 and the filter 81.
  • the output signal of the adder 141 is subtracted from the torque command ⁇ r output from the speed controller 72. That is, a circuit that feeds back the acceleration of the servo motor 55 is configured.
  • the filter 81 a filter that passes a desired frequency band such as a low-pass filter can be used.
  • the acceleration signal output from the differentiator 78 becomes a speed signal by passing through the integrator 77a.
  • the speed signal is multiplied by a gain Kv2 by a compensator 92.
  • the output signal of the compensator 92 is input to the adder 141 via the adder 142. That is, a circuit that feeds back the speed of the servo motor 55 is configured.
  • the speed signal output from the integrator 77a is input to the integrator 77b.
  • the signal at the position output from the integrator 77b is multiplied by the gain Kv3 by the compensator 93.
  • the output signal of the compensator 93 is input to the adder 141 via the adder 142. That is, a circuit that feeds back the position of the servo motor 55 is configured.
  • the output signal of the compensator 92 and the output signal of the compensator 93 are added.
  • the output signal of the adder 142 is added to the output signal of the compensator 91. That is, the speed feedback signal and the position feedback signal are added to the servo motor acceleration feedback signal.
  • the state of the servo motor 55 can be fed back, and the driving of the motor can be stabilized.
  • vibration of the mechanical structure 57 can be suppressed.
  • the responsiveness of the position controller 71 and the speed controller 72 can be improved.
  • the gain Kv1 of the compensator 91, the gain Kv2 of the compensator 92, and the gain Kv3 of the compensator 93 can be set independently. For this reason, it is possible to adjust the influence of acceleration by the gain Kv1, adjust the influence of the speed by the gain Kv2, and further adjust the influence of the position by the gain Kv3.
  • the values of the gains Kv1, Kv2, and Kv3 can be set to appropriate values, the drive of the servo motor 55 can be effectively stabilized, and the vibration of the mechanical structure 57 can be effectively suppressed.
  • the speed detected from the speed detector 58 is converted into acceleration and then converted into speed again.
  • the speed feedback signal is not limited to this form.
  • the output signal 58 may be multiplied by the gain Kv2.
  • the position feedback signal may be integrated with the output signal of the speed detector 58 and multiplied by the gain Kv3.
  • Embodiment 4 With reference to FIG. 12 and FIG. 13, the control method and numerical control machine tool of the feed axis of the machine tool in Embodiment 4 are demonstrated.
  • the control device of the present embodiment has a configuration that combines the configurations of the control circuits of the first to third embodiments. That is, the control device includes a mechanical structure stabilization compensation circuit 121 according to the first embodiment, a shaft feed mechanism stabilization compensation circuit 122 according to the second embodiment, and a motor stabilization compensation circuit 123 according to the third embodiment. With.
  • FIG. 12 shows a block diagram of the first control device and the drive mechanism of the mechanical structure in the present embodiment.
  • An elastic element 63 is interposed between the servo motor 55 and the shaft feed mechanism 56.
  • An elastic element 62 is interposed between the shaft feed mechanism 56 and the mechanical structure 57. That is, the machine tool according to the present embodiment includes three inertia systems in which the mechanical structure 57 and the shaft feed mechanism 56 are spring-coupled, and the shaft feed mechanism 56 and the servo motor 55 are spring-coupled. Have.
  • the first control device of the present embodiment includes the configuration of the first control device of the first embodiment, the configuration of the first control device of the second embodiment, and the first control device of the third embodiment. It has a configuration that combines the configurations.
  • a position signal from the position detector 59 is used in the position feedback loop.
  • the acceleration detector 60 is disposed on the mechanical structure 57.
  • the acceleration signal output from the acceleration detector 60 is transmitted to the stabilization compensation circuit 121 for the mechanical structure.
  • a position detector 59 is disposed in the shaft feed mechanism 56. The position signal output from the position detector 59 is transmitted to the stabilization compensation circuit 122 of the shaft feed mechanism.
  • a speed detector 58 is attached to the servo motor 55. The speed signal output from the speed detector 58 is transmitted to the motor stabilization compensation circuit 123.
  • each stabilization compensation circuit 121, 122, 123 a correction signal related to acceleration is generated and added in adders 161, 162.
  • An acceleration feedback circuit is configured. The output signal of the adder 162 is subtracted from the torque command ⁇ r in the adder 144.
  • a correction signal related to the speed for canceling the speed deviation caused by the acceleration feedback circuit is generated and added by the adder 163. .
  • the output signal of the adder 163 is added to the speed command ⁇ r in the adder 151.
  • a correction signal related to the position for canceling the positional deviation caused by the acceleration feedback circuit is generated and added by the adder 164. .
  • the output signal of the adder 164 is added to the position command qr in the adder 152.
  • FIG. 13 shows a block diagram of the second control device and the drive mechanism of the mechanical structure in the present embodiment.
  • the second control device according to the present embodiment includes the configuration of the second control device according to the first embodiment, the configuration of the second control device according to the second embodiment, and the configuration of the second control device according to the third embodiment.
  • an uncorrected position command qr is input as a feed axis command input to the stabilization compensation circuit 121 of the mechanical structure and the stabilization compensation circuit 122 of the axis feed mechanism.
  • the position command qr output from the interpolation calculation unit 53 is input to the stabilization compensation circuit 121 for the mechanical structure and the stabilization compensation circuit 122 for the shaft feed mechanism.
  • Other configurations are the same as those of the first control device of the present embodiment.
  • the vibration of the machine structure 57 can be suppressed by combining the control circuit of the first embodiment and the control circuit of the second embodiment. Further, by combining the control circuit for stabilizing the drive of the servo motor 55 according to the third embodiment, the stabilization control including the stabilization of the drive of the servo motor 55 can be performed.
  • the control device includes three stabilization compensation circuits: a stabilization compensation circuit 121 for a mechanical structure, a stabilization compensation circuit 122 for a shaft feed mechanism, and a stabilization compensation circuit 123 for a motor.
  • the present invention is not limited to this, and any two of the three stabilization compensation circuits may be included.

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Abstract

　送り軸の制御方法は、位置制御器（７１）を有する位置フィードバックループの内側に、速度制御器（７２）を有する速度フィードバックループを設けてカスケード結合を形成し、加速度検出器（６０）の出力信号に基づいて補償器（９１）から出力される加速度のフィードバック信号をトルク指令（τｒ）から減算する。更に、加速度検出器（６０）の出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度にゲイン（Ｋａ３）を乗じた信号を位置制御器（７１）から出力される速度指令（ωｒ）に加算する制御を実施する。

Description

送り軸の制御方法および数値制御工作機械
　本発明は、工作機械の送り軸の制御方法および数値制御工作機械に関する。
　従来の技術では、ワークに対して工具を相対移動させて切削等の加工を行う工作機械が知られている。また、このような工作機械において、工具の経路を所定の軸の座標等により指定し、ワークに対して工具を自動的に移動させながら加工を行う数値制御工作機械が知られている。数値制御工作機械は、加工プログラムに機械座標や工具の移動速度を指定することにより、所望の工具径路および速度にて加工を行うことができる。
　特開２００６－１５８０２６号公報においては、サーボモータで駆動される被駆動体に加速度検出手段を設けた工作機械の制御装置が開示されている。この制御装置は、加速度検出手段で検出された加速度検出値を積分して速度推定値を求め、速度推定値に係数を乗じた値と加速度検出値に係数を乗じた値とを、速度制御処理部にて求めた電流指令から減じて補正している。そして、制御装置が補正した電流指令をサーボアンプに出力している。
特開２００６－１５８０２６号公報
　工作機械の各軸を駆動するサーボモータを制御する制御装置においては、位置制御器が位置指令に基づいて速度指令を生成し、速度制御器が速度指令に基づいてトルク指令を生成する。そして、トルク指令に基づいてモータが駆動される。更に、工具やワークを移動する移動装置に位置検出器を配置し、位置検出器から出力された位置の信号を位置指令から減算する位置フィードバックループを設けることが知られている。また、サーボモータの出力軸等に速度検出器を配置し、速度検出器から出力された速度の信号を速度指令から減算する速度フィードバックループを設けることが知られている。
　工作機械にてワークを加工するときには、ワークや工具を移動する移動装置に対して外乱力が作用して、ワークまたは工具に振動が生じる場合がある。例えば、ワークに工具が接触している加工点において切削荷重等がワークや工具に作用して振動が生じる場合がある。加工精度を向上させるためには、このようなワークや工具の振動を抑制することが好ましい。
　上記の特開２００６－１５８０２６号公報の制御装置では、被駆動体の加速度をモータのトルク指令にフィードバックして振動を抑制している。ところが、この回路においては、加速度検出手段が被駆動体に配置されている。すなわち、加速度検出手段は、モータの出力軸から離れた位置に配置されている。このために、被駆動体の加速度のフィードバックにより、位置制御器から出力される位置指令に位置偏差が生じたり、速度検出器から出力される速度指令に速度偏差が生じたりする。これらの偏差はモータに供給する電流の制御にも影響し、振動を抑制する効果が低くなるという問題があった。
　本発明の第１の送り軸の制御方法は、位置指令が入力される位置制御部を有する位置フィードバックループの内側に、速度指令が入力される速度制御部を有する速度フィードバックループを設けてカスケード結合を形成し、速度制御部から出力されたトルク指令に応じて送り軸駆動用のサーボモータを制御する工作機械の送り軸の制御方法である。送り軸の制御方法は、機械構造物および軸送り機構のうち少なくとも一方に取り付けた状態センサの出力信号に基づいて加速度を取得し、取得した加速度に予め定められた第１のゲインを乗じた加速度のフィードバック信号を速度制御部から出力されるトルク指令から減算する。送り軸の制御方法は、状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められたゲインを乗じた信号を位置制御部から出力される速度指令に加算する制御および状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められたゲインを乗じた信号を位置制御部に入力される位置指令に加算する制御のうち、少なくとも一方の制御を実施する。
　上記発明においては、状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められた第２のゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算することができる。
　上記発明においては、位置制御部から出力される速度指令に予め定められた第３のゲインを乗じた信号を、第２のゲインを乗じた信号から減算することができる。
　上記発明においては、状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められた第４のゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算することができる。
　上記発明においては、位置制御部に入力される位置指令に予め定められた第５のゲインを乗じた信号を、第４のゲインを乗じた信号から減算することができる。
　上記発明においては、速度制御部から出力されるトルク指令に予め定められた第６のゲインを乗じた信号を、加速度のフィードバック信号から減算することができる。
　上記発明においては、第１のゲインの２乗と第２のゲインの２乗との加算値が予め定められた設定値になるように第１のゲインおよび第２のゲインを設定することができる。
　本発明の第２の送り軸の制御方法は、位置指令が入力される位置制御部を有する位置フィードバックループの内側に、速度指令が入力される速度制御部を有する速度フィードバックループを設けてカスケード結合を形成し、速度制御部から出力されたトルク指令に応じて送り軸駆動用のサーボモータを制御する工作機械の送り軸の制御方法である。送り軸の制御方法は、機械構造物および軸送り機構のうち少なくとも一方に取り付けた状態センサの出力信号に基づいて加速度を取得し、取得した加速度に予め定められたゲインを乗じた加速度のフィードバック信号を速度制御部から出力されるトルク指令から減算する。送り軸の制御方法は、状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められたゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する制御および状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められたゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する制御のうち、少なくとも一方の制御を実施する。
　本発明の第１の数値制御工作機械は、位置指令が入力される位置制御部を有する位置フィードバックループの内側に、速度指令が入力される速度制御部を有する速度フィードバックループが設けられてカスケード結合が形成され、速度制御部から出力されたトルク指令に応じて送り軸駆動用のサーボモータを制御する制御装置を備える。制御装置は、機械構造物および軸送り機構のうち少なくとも一方に取り付けた状態センサの出力信号に基づいて加速度を取得し、取得した加速度に予め定められたゲインを乗じた信号を速度制御部から出力されるトルク指令から減算する回路を含む。制御装置は、状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められたゲインを乗じた信号を位置制御部から出力される速度指令に加算する回路および状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められたゲインを乗じた信号を位置制御部に入力される位置指令に加算する回路のうち、少なくとも一方の回路を含む。
　本発明の第２の数値制御工作機械は、位置指令が入力される位置制御部を有する位置フィードバックループの内側に、速度指令が入力される速度制御部を有する速度フィードバックループが設けられてカスケード結合が形成され、速度制御部から出力されたトルク指令に応じて送り軸駆動用のサーボモータを制御する制御装置を備える。制御装置は、機械構造物および軸送り機構のうち少なくとも一方に取り付けた状態センサの出力信号に基づいて加速度を取得し、取得した加速度に予め定められたゲインを乗じた加速度のフィードバック信号を速度制御部から出力されるトルク指令から減算する回路を含む。制御装置は、状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められたゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する回路および状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められたゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する回路のうち、少なくとも一方の回路を含む。
　上記発明においては、ワークを固定するテーブルと、工具を支持する工具支持部材と、テーブルおよび工具支持部材を移動させる移動装置を備え、状態センサは、テーブルに配置された加速度検出器と、工具支持部材に配置された加速度検出器とを含むことが好ましい。
　本発明によれば、加工点における振動を抑制する工作機械の送り軸の制御方法および数値制御工作機械を提供することができる。
数値制御工作機械の概略側面図である。 工作機械のブロック図である。 実施の形態１における第１の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図である。 実施の形態１における参考例の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図である。 実施の形態１における参考例の制御装置にて制御した時の速度指令および加速度の検出値を示すグラフである。 実施の形態１における第１の制御装置にて制御した時の速度指令および加速度の検出値を示すグラフである。 実施の形態１における第２の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図である。 実施の形態２における第１の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図である。 実施の形態２における第２の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図である。 実施の形態３における第１の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図である。 実施の形態３における参考例の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図である。 実施の形態４における第１の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図である。 実施の形態４における第２の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図である。
　（実施の形態１）
　図１から図７を参照して、実施の形態１における工作機械の送り軸の制御方法および数値制御工作機械について説明する。工作機械としては、主軸が水平方向に延びている横形マシニングセンタを例示して説明する。
　図１は、本実施の形態の数値制御工作機械の概略側面図である。工作機械１０は、工具２２とワーク１とを相対移動させる移動装置を備える。移動装置は、複数の移動軸の方向に被駆動物を移動させる。複数の移動軸は、直線送り軸として互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を含む。
　工作機械１０は、工場等の床面に設置されるベッド１２を備える。ベッド１２の上面には、Ｚ軸ガイドレール２８が固定されている。Ｚ軸ガイドレール２８は、Ｚ軸方向（図１において左右方向）に延びている。Ｚ軸ガイドレール２８の上面には、テーブルベース１３が配置されている。テーブルベース１３は、Ｚ軸ガイドレール２８に案内され、Ｚ軸方向に移動可能に配置されている。テーブルベース１３には、テーブル１４が固定されている。テーブル１４には、ワーク１が固定されている。
　ベッド１２の上面には、Ｘ軸ガイドレール３６が固定されている。Ｘ軸は、Ｚ軸に直交し、更に水平方向（図１の紙面に垂直方向）に延びる。Ｘ軸ガイドレール３６は、Ｘ軸に沿って延びている。コラム１６は、Ｘ軸ガイドレール３６に案内され、Ｘ軸方向に移動可能に配置されている。
　コラム１６において、ワーク１に対向する前面には、Ｙ軸ガイドレール３２が固定されている。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向に延びる。Ｙ軸ガイドレール３２は、Ｙ軸に沿って延びている。Ｙ軸ガイドレール３２上には、主軸ヘッド１８が配置されている。主軸ヘッド１８は、Ｙ軸ガイドレール３２に案内され、Ｙ軸方向に移動可能に形成されている。主軸ヘッド１８は、主軸２０を支持する。
　移動装置は、ワーク１に対して工具２２をＺ軸方向に相対移動させるＺ軸移動装置を含む。ベッド１２の内部には、Ｚ軸送りねじおよびナットを含むボールねじ機構が配置されている。テーブルベース１３の下面には、ナットが固定されている。ナットは、Ｚ軸送りねじに螺合する。Ｚ軸送りねじの一方の端部にはＺ軸サーボモータ２５が連結されている。Ｚ軸サーボモータ２５を駆動することにより、テーブルベース１３がＺ軸ガイドレール２８に沿って移動する。この結果、ワーク１がＺ軸方向に移動する。
　移動装置は、ワーク１に対して工具２２をＸ軸方向に相対移動させるＸ軸移動装置を含む。Ｘ軸移動装置は、Ｚ軸移動装置と同様に、Ｘ軸送りねじおよびナットを有するボールねじ機構を含む。Ｘ軸送りねじの一端にはＸ軸サーボモータ３８が連結されている。コラム１６の下面にはＸ軸送りねじに螺合するナットが固定されている。Ｘ軸サーボモータ３８を駆動することにより、コラム１６がＸ軸ガイドレール３６に沿って移動する。この結果、工具２２がＸ軸方向に移動する。
　移動装置は、ワーク１に対して工具２２をＹ軸方向に相対移動させるＹ軸移動装置を含む。Ｙ軸移動装置は、Ｚ軸移動装置と同様に、Ｙ軸送りねじおよびナットを有するボールねじ機構を含む。主軸ヘッド１８には、Ｙ軸送りねじに螺合するナットが固定されている。Ｙ軸送りねじの上端にはＹ軸サーボモータ３１が連結されている。Ｙ軸サーボモータ３１が駆動することにより、主軸ヘッド１８がＹ軸ガイドレール３２に沿って移動する。この結果、工具２２がＹ軸方向に移動する。
　主軸２０の先端には工具ホルダ２１を介して工具２２が装着されている。主軸２０は、工具２２を支持する工具支持部材として機能する。主軸２０には、工具２２を回転させるためのモータが内蔵されている。このモータが駆動することにより、工具２２は、主軸２０の中心軸を回転軸として回転する。
　このように、工作機械１０は、コラム１６、主軸ヘッド１８、およびテーブルベース１３を移動軸に沿って移動させることにより、ワーク１に対して工具２２を相対的に移動させることができる。なお、工作機械としては、直線送り軸の他に、所定の軸線の周りに回転する回転送り軸を有していても構わない。
　工作機械１０は、各軸の速度検出器を含む。Ｚ軸サーボモータ２５には、Ｚ軸サーボモータ２５の回転速度を検出する速度検出器２９が取り付けられている。速度検出器２９は、例えばロータリーエンコーダを含み、ロータリーエンコーダの出力に基づいて速度を検出することができる。また、Ｙ軸サーボモータ３１には速度検出器３３が取り付けられている。Ｘ軸サーボモータ３８には、速度検出器３９が取り付けられている。各軸の速度検出器２９，３３，３９が配置されることにより、各軸方向の移動速度を検出することができる。
　工作機械１０は、各軸の位置検出器を含む。Ｚ軸の位置検出器は、テーブルベース１３取り付けられたスライダ１３ａと、ベッド１２に取り付けられたＺ軸リニアスケール３０とを含む。スライダ１３ａがＺ軸リニアスケール３０上を移動することにより、Ｚ軸方向の位置を検出することができる。また、Ｙ軸の位置検出器は、主軸ヘッド１８に取り付けられたスライダ１８ａと、コラム１６に取り付けられたＹ軸リニアスケール３４を含む。スライダ１８ａがＹ軸リニアスケール３４上を移動することにより、Ｙ軸方向の位置を検出することができる。また、Ｘ軸の位置検出器は、コラム１６に取り付けられたスライダ１６ａと、ベッド１２に取り付けられたＸ軸リニアスケール４０とを含む。スライダ１６ａがＸ軸リニアスケール４０上を移動することにより、Ｘ軸方向の位置を検出することができる。
　更に、工具２２を支持する主軸２０には加速度検出器４５が配置されている。加速度検出器４５は、工具２２の加工点に近接して配置されることが好ましい。また、テーブル１４には加速度検出器４６が配置されている。加速度検出器４６は、ワーク１の加工点に近接して配置されることが好ましい。加速度検出器４５，４６は、各軸ごとの加速度を検出することができる。すなわち、加速度検出器４５，４６は、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度、Ｚ軸方向の加速度を個別に検出することができる。なお、工作機械が回転送り軸を有する場合には、回転送り軸の移動装置が動作しても、回転軸に対して検出器の方向が変化しない位置に加速度検出器を配置する。
　これらの各軸の速度検出器２９，３３，３９、位置検出器および加速度検出器４５，４６の出力信号は、制御装置５０に入力される。
　図２に、本実施の形態における工作機械のブロック図を示す。工作機械１０は、制御装置５０を備える。制御装置５０は、移動装置のサーボモータ５５に接続されている。制御装置５０がサーボモータ５５を制御することにより、ワーク１に対して工具２２を相対的に移動させることができる。
　制御装置５０は、読取解釈部５２、補間演算部５３およびサーボモータ制御部５４を含む。読取解釈部５２は、入力プログラム５１を読み込んで移動指令を補間演算部５３に送出する。補間演算部５３は、例えば移動指令に基づいて所定の時間間隔ごとの位置指令ｑｒを出力する。サーボモータ制御部５４は、位置指令ｑｒに基づいて各軸のサーボモータ５５を駆動する。本実施の形態において、各軸のサーボモータ５５は、Ｘ軸サーボモータ３８、Ｙ軸サーボモータ３１またはＺ軸サーボモータ２５に相当する。
　各軸のサーボモータ５５は、軸送り機構５６を介して機械構造物５７を駆動する。機械構造物５７は、工具２２を保持する構造物またはワーク１を保持する構造物に相当する。本実施の形態では、機械構造物５７は、主軸２０またはテーブル１４に相当する。また、軸送り機構５６は、機械構造物５７を駆動する機構に相当する。本実施の形態では、軸送り機構５６は、各軸のサーボモータ５５に接続されたボールねじ機構に相当する。軸送り機構５６としては、ボールねじ機構の他に、サーボモータに取り付けられた減速機等を例示することができる。
　図３は、本実施の形態における第１の制御装置のサーボモータ制御部および機械構造物の駆動機構のブロック図である。図３に示す制御回路は、それぞれの移動軸ごとに形成することができる。たとえば、Ｘ軸移動装置において、Ｘ軸サーボモータ３８を駆動するために、図３に示す１つの制御回路を形成することができる。この場合に、サーボモータ５５は、Ｘ軸サーボモータ３８に相当する。速度検出器５８は、Ｘ軸サーボモータ３８に取り付けられた速度検出器３９に相当する。位置検出器５９は、スライダ１６ａおよびＸ軸リニアスケール４０を含むＸ軸の位置検出器に相当する。加速度検出器６０は、工具２２を保持する主軸２０に取り付けられた加速度検出器４５に相当する。本実施の形態では、加速度検出器４５を状態センサとして用いる。状態センサは、送り軸の指令に関係なく所定の構造物の状態、すなわち、所定の構造物の加速度、速度、または位置等を検出するセンサである。
　補間演算部５３から出力された位置指令ｑｒは、位置制御部としての位置制御器７１に入力される。位置制御器７１は、位置指令ｑｒに基づいて速度指令ωｒを生成する。位置制御器７１から出力される速度指令ωｒは、速度制御部としての速度制御器７２に入力される。速度制御器７２は、速度指令ωｒに基づいてトルク指令τｒを生成する。トルク指令τは、電流制御器７３に入力される。電流制御器７３は、入力されたトルク指令τｒに対応するトルクを発生させるように、サーボモータ５５の電流を制御する。
　機械構造物５７を駆動する駆動機構には、軸送り機構５６が含まれる。軸送り機構５６は、機械構造物５７を支持している。図３に示す例では、軸送り機構５６と機械構造物５７との間に弾性要素６２が介在する。弾性要素６２は、剛性が低く自由端になる部分が揺れることを示すモデルである。弾性要素６２は、軸送り機構５６と機械構造物５７との間の剛性が低く、軸送り機構５６に対して機械構造物５７が振動することを示している。これに対して、サーボモータ５５と軸送り機構５６とは高い剛性で接続されている。
　弾性要素６２は、弾性体６２ａおよび減衰体６２ｂを含む。弾性体６２ａは、機械構造物が振動する周期や振幅等を定めるモデルである。減衰体６２ｂは振動を減衰させるモデルである。駆動機構に弾性要素６２が含まれることにより、機械構造物５７が振動する。また、機械構造物５７の位置、速度または加速度がサーボモータ５５の出力に対して遅れたり偏差が生じたりする。
　軸送り機構５６に取り付けられた位置検出器５９は、所定の軸の位置を検出し、位置信号ｑを加算器７４にフィードバックする。加算器７４は、位置指令ｑｒから位置信号ｑを減算し、位置制御器７１に送出する。位置制御器７１は、入力される信号にゲインＣｐを乗算して速度指令ωｒを算出する。ゲインＣｐは、ラプラス演算子ｓの関数である。本実施の形態では、この位置指令ｑｒを補正する回路を位置フィードバックループと称する。
　サーボモータ５５に取り付けられた速度検出器５８は、所定の軸における速度を検出する。速度検出器５８は、速度信号ωを加算器７５にフィードバックする。加算器７５は、速度指令ωｒから速度信号ωを減算し、速度制御器７２に送出する。速度制御器７２は、入力される信号にゲインＣｖを乗算してトルク指令τｒを算出する。ゲインＣｖは、ラプラス演算子ｓの関数である。本実施の形態では、この速度指令ωｒを補正する回路を速度フィードバックループと称する。
　このように、位置指令ｑｒが入力される位置制御部を有する位置フィードバックループの内側に、速度指令ωｒが入力される速度制御部を有する速度フィードバックループが設けられて、カスケード結合が形成されている。この制御では、サーボモータ５５の出力に対応する現在の位置や速度を検出し、送り軸の指令に対する遅れを補正することができる。この制御は、サーボ制御とも称される。なお、制御回路に含まれるそれぞれの補償器のゲインは、予め定められており、最適値が採用されることが好ましい。
　ここで、本実施の形態の参考例の制御装置について説明する。図４は、本実施の形態の参考例におけるサーボモータ制御部と機械構造物の駆動機構とのブロック図である。図４に示す参考例においても、軸送り機構５６と機械構造物５７との間に弾性要素６２が介在している。機械構造物５７に取り付けられた加速度検出器６０からは、加速度の信号が出力される。加速度の信号は、補償器９１においてゲインＫ１が乗じられて加算器１４１に出力される。
　一方で、加速度検出器６０から出力された加速度の信号は、積分器７７において積分されて速度の信号に変換される。そして、加算器１４２において、積分器７７から出力された速度の信号から位置制御器７１が出力した速度指令が減算される。加算器１４２においては、機械構造物５７の速度と速度指令ωｒとの速度偏差を算出することができる。加算器１４２の出力信号は、補償器９２に入力される。補償器９２においてはゲインＫ２が乗じられる。補償器９２の出力は加算器１４１に入力される。
　加算器１４１においては、補償器９１の出力信号と補償器９２の出力信号が加算される。加算器１４１の出力信号は、フィルタ８１を介して加算器１４４に入力される。加算器１４４においては、速度制御器７２から出力されるトルク指令τｒから加算器１４１の出力信号が減算される。
　補償器９１を通る回路は、機械構造物５７の加速度をフィードバックする回路である。補償器９２を通る回路は、機械構造物の速度をフィードバックする回路である。これらの回路により、機械構造物５７の振動を抑制することができる。特に、ゲインＫ１とゲインＫ２との値を変化させることにより、加速度のフィードバックの位相に対する速度のフィードバックの位相を調整して、機械構造物５７の振動を抑制することができる。
　ところが、加速度検出器６０が配置されている機械構造物５７と、サーボモータ５５との間には、弾性要素６２が介在している。加速度のフィードバック信号により速度制御器７２から出力されるトルク指令τｒが補正されると、位置指令ｑｒや速度指令ωｒに偏差が生じる場合があった。特に、機械構造物５７の加速度が変化した時には、位置指令ｑｒまたは速度指令ωｒの偏差が大きくなり、位置フィードバックループおよび速度フィードバックループによりサーボ制御を行っているので、機械構造物の振動を抑制する加速度のフィードバック信号をサーボ制御が打ち消す場合があった。
　本実施の形態の制御装置では、各軸の指令に関係なく機械構造物の加速度等を検出して各軸の指令に反映し、機械構造物の駆動を安定化する安定化制御を実施する。図３を参照して、本実施の形態の制御装置は、機械構造物の安定化補償回路１２１を含む。機械構造物の安定化補償回路１２１は、機械構造物５７の振動を抑制する。機械構造物の安定化補償回路１２１には、加速度検出器６０から出力される信号が入力される。
　加速度検出器６０にて検出された加速度の信号は、補償器９１に入力される。補償器９１において第１のゲインとしてのゲインＫ１１が乗じられる。補償器９１の出力信号は、加算器１４１およびフィルタ８１を通って加算器１４４に入力される。この回路は、加速度のフィードバック回路である。すなわち、速度制御器７２から出力されるトルク指令τｒは、機械構造物５７の加速度がフィードバックされて補正される。
　加速度検出器６０にて検出された加速度の信号は、積分器７７ａにおいて速度の信号に変換される。速度の信号は、補償器１０１に入力される。補償器１０１においては、ゲインＫａ３が乗じられる。補償器１０１の出力信号は、フィルタ８１を介して加算器１５１に入力される。加算器１５１においては、位置制御器７１から出力される速度指令ωｒに補償器１０１の出力信号が加算される。なお、本実施の形態のゲインＫａ３は、負のゲインとしている。
　この制御回路により、補償器９１を含む加速度をフィードバックする回路により生じる速度偏差を打ち消すことができる。速度偏差を打ち消した速度指令τｒを速度制御器７２に送出することができる。すなわち、速度偏差を消失させた信号を制御目標とすることができる。従って機械構造物５７の振動を抑制することができる。
　さらに、積分器７７ａから出力される速度の信号は積分器７７ｂにおいて積分される。積分器７７ｂからは位置の信号が出力される。位置の信号は、補償器１０２に入力される。補償器１０２においては、ゲインＫａ５が乗じられる。補償器１０２の出力信号は、フィルタ８１を介して加算器１５２に入力される。加算器１５２においては、位置指令ｑｒに補償器１０２の出力信号が加算される。なお、本実施の形態のゲインＫａ５は、負のゲインとしている。
　この制御回路により、補償器９１を含む加速度をフィードバックする回路により生じる位置偏差を打ち消すことができる。位置偏差を打ち消した位置指令ｑｒを位置制御器７１に送出することができる。すなわち、位置偏差を消失させた信号を制御目標とすることができる。従って機械構造物５７の振動を抑制することができる。
　本実施の形態では、補償器１０１を含む速度偏差を打ち消す回路と、補償器１０２を含む位置偏差を打ち消す回路の両方の回路が配置されているが、この形態に限られず、いずれか一方の回路が配置されていても機械構造物５７の振動を抑制することができる。
　本実施の形態の送り軸の制御方法としては、加速度検出器６０の出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められたゲインＫａ３を乗じた信号を位置制御器７１から出力される速度指令に加算する制御、および加速度検出器６０の出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められたゲインＫａ５を乗じた信号を位置制御器７１に入力される位置指令ｑｒに加算する制御のうち、少なくとも一方の制御を実施している。この方法により、機械構造物５７の振動を抑制することができる。
　また、本実施の形態の第１の制御装置は、加速度のフィードバック信号に加えて、機械構造物５７の速度のフィードバック信号および機械構造物５７の位置のフィードバック信号に基づいてトルク指令τｒを補正する。積分器７７ａから出力された速度の信号は、補償器９２に入力される。補償器９２においては、第２のゲインとしてのゲインＫａ２１が乗じられる。補償器９２の出力信号は、加算器１４２を介して加算器１４１に入力される。さらに、積分器７７ｂから出力された位置の信号は、補償器９３に入力される。補償器９３においては、第４のゲインとしてのゲインＫａ４１が乗じられる。補償器９３の出力信号は、加算器１４３，１４２を介して加算器１４１に入力される。
　加算器１４１では、補償器９１から出力される加速度のフィードバック信号、補償器９２から出力される速度のフィードバック信号、および補償器９３から出力される位置のフィードバック信号を加算する。そして、このフィードバックの信号を、フィルタ８１を介して加算器１４４に入力する。加算器１４４においては、このフィードバック信号をトルク指令τｒから減算する。
　本実施の形態の制御装置では、加速度のフィードバック信号に対して、速度のフィードバック信号および位置のフィードバック信号を加算している。それぞれのフィードバック信号の回路では、補償器９１のゲインＫａ１１と、補償器９２のゲインＫａ２１と、補償器９３のゲインＫａ４１とを独立して設定可能である。このために、ゲインＫａ１１により加速度の影響を調整し、ゲインＫａ２１により速度の影響を調整し、更に、ゲインＫａ４１により位置の影響を調整することができる。ゲインＫａ１１，Ｋａ２１，Ｋａ４１の値を適正な値に設定することにより、機械構造物５７の振動を効果的に抑制することができる。更に、ゲインＫａ１１，Ｋａ２１，Ｋａ４１の値を調整することにより、弾性要素６２を有さずに、機械構造物５７が剛構造で軸送り機構５６に支持されている場合の制御も実施することができる。
　更に、加速度をフィードバックする回路では、速度制御器７２から出力されるトルク指令τｒが補償器９４に入力される。補償器９４では第６のゲインとしてのゲインＫａ１２が乗じられる。ゲインＫａ１１とゲインＫａ１２は、例えば同じ値を採用することができる。補償器９４の出力信号は、加算器１４１に入力される。加算器１４１においては、補償器９１の出力信号にから補償器９４の出力信号が減算される。このように、加速度のフィードバック回路では、補償器９４を配置し、加速度のフィードバック信号とトルク指令τｒとの偏差を算出している。
　速度をフィードバックする回路では、位置制御器７１から出力される速度指令ωｒが補償器９５に入力される。補償器９５では、第３のゲインとしてのゲインＫａ２２が乗じられる。ゲインＫａ２１とゲインＫａ２２とは、例えば同じ値を採用することができる。加算器１４２においては、補償器９２の出力信号から補償器９５の出力信号が減算される。このように、速度のフィードバック回路では、補償器９５を配置し、速度のフィードバック信号と速度指令ωｒとの偏差を算出し、この偏差が加算器１４１に入力されている。
　位置をフィードバックする回路では、位置指令ｑｒが補償器９６に入力される。補償器９６では、第５のゲインとしてのゲインＫａ４２が乗じられる。ゲインＫａ４１とゲインＫａ４２とは、例えば同じ値を採用することができる。加算器１４３においては、補償器９３の出力信号から補償器９６の出力信号が減算される。このように、位置のフィードバック回路では、位置のフィードバック信号と位置指令ｑｒとの偏差を算出し、この偏差は、加算器１４２を介して加算器１４１に入力されている。
　加速度検出器６０から取得される信号には、本来の目標値となる加速度等を示す成分と、機械構造物５７の振動に起因する振動成分が含まれる。それぞれのフィードバック回路において、検出値に基づく値から指令値を減算することにより、本来の目標値となる加速度等を示す成分を差し引くことができる。すなわち、振動成分のみを抽出することができる。そして、加速度に関する振動成分、速度に関する振動成分、および位置に関する振動成分を加算した信号に基づいてトルク指令τｒを補正している。機械構造物の状態をフィードバックする回路において、抽出した振動成分のみをフィードバックすることができる。このために、高い制振効果を発揮することができる。
　本実施の形態では、補償器９２を含む速度をフィードバックする回路と補償器９３を含む位置をフィードバックする回路の両方の回路が配置されているが、この形態に限られず、いずれか一方の回路が配置されていても構わない。また、それぞれのフィードバックする回路において、補償器９４，９５，９６を含む偏差を算出する回路は配置されていなくても構わない。
　特に、機械構造物の安定化補償回路１２１は、補償器９１および補償器９４の２つの補償器と、加算器１４１と、フィルタ８１とにて構成することができる。この場合にも、加速度のフィードバック回路では、加算器１４１において、加速度のフィードバック信号とトルク指令τｒとの偏差を算出し、この加速度の振動成分を加算器１４４に送出できるために機械構造物５７の振動を抑制することができる。
　フィルタ８１としては、所望の周波数帯域の信号以外の信号を減衰させることが好ましい。例えば、フィルタ８１は、工作機械１０の共振周波数の帯域の信号を通過させるフィルタであることが好ましい。工作機械１０の共振周波数は、工作機械１０の構造等に依存する。フィルタ８１としては、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、ノッチフィルタおよびバンドパスフィルタ等の所望のフィルタを用いることができる。又は、これらのフィルタを組み合わせることにより、所望の周波数帯域の信号を通過させることができる。
　次に、図４を参照して、補償器９１のゲインＫ１と補償器９２のゲインＫ２との設定方法について説明する。ゲインＫ１が第１のゲインに相当し、ゲインＫ２が第２のゲインに相当する。積分器７７から出力される速度の信号は、加速度の信号に対して位相差を有する。ここで、ゲインＫ１とゲインＫ２とを変化させることにより、加速度のフィードバック信号に対する速度のフィードバック信号の位相を変化させることができる。
　補償器９２の回路がない場合、すなわちゲインＫ２が零の場合に、ゲインＫ１を大きくすることにより、加速度のフィードバックの効果を大きくすることができる。ところが、ゲインＫ１を大きくしすぎると発振してしまう。そこで、発振しない程度まで大きなゲインＫ１を選定することができる。このゲインＫ１では、発振を抑制しながら加速度のフィードバックの効果を大きくすることができる。この最大のゲインＫ１を設定値Ｒと称する。設定値Ｒは予め定めておくことができる。次に、加算器１４１からの出力値が設定値Ｒを超えないようにゲインＫ１とゲインＫ２とを定める。ゲインＫ１およびゲインＫ２は、次式を満たすように設定することができる。
　Ｋ１2＋Ｋ２2＝Ｒ2　…（１）
　そして、仮想的な角度θを用いて、ゲインＫ１およびゲインＫ２は、次式で表すことができる。
　Ｋ１＝Ｒｃｏｓθ　…（２）
　Ｋ２＝Ｒｓｉｎθ　…（３）
　角度θを選定することにより、加速度のフィードバック信号に対する速度のフィードバック信号の位相を任意に設定することができる。角度θは、機械構造物５７の振動が最小になるように設定することができる。または、式（１）の関係を満たし、機械構造物５７の振動が最小になるようにゲインＫ１およびゲインＫ２を設定することができる。このようにゲインＫ１およびゲインＫ２を設定することにより、ゲインの設定値による発振を抑制すると共に、機械構造物５７の振動を効果的に抑制することができる。
　図３に示す本実施の形態の制御装置では、上記と同様に、補償器９１のゲインＫａ１１と補償器９２のゲインＫａ２１とを設定することができる。すなわち、以下の式を満たすように、ゲインＫａ１１およびゲインＫａ２１を設定することができる。なお、前述のように、ゲインＫａ１１は第１のゲインに相当し、ゲインＫａ２１は第２のゲインに相当する。
　Ｋａ１１2＋Ｋａ２１2＝Ｒ2　…（４）
　または、次式の様に仮想的な角度θを用いてゲインＫａ１１およびゲインＫａ２１を設定することができる。
　Ｋａ１１＝Ｒｃｏｓθ　…（５）
　Ｋａ１２＝Ｒｓｉｎθ　…（６）
　次に、本実施の形態の第１の制御装置および参考例の制御装置について、工作機械の加工のシミュレーションを実施した結果を示す。
　図５は、図４に示す参考例の制御装置にて駆動したシミュレーションの結果のグラフである。一点鎖線は速度指令値を示し、実線は機械構造物の加速度の検出値を示している。時刻ｔ０では、速度指令値および加速度ともに零である。そして、加速度を変化させた後には指令の加速度が一定の区間でも、加速度の検出値が振動していることが分かる。例えば、時刻ｔ１において速度指令値を変化させて加速している。時刻ｔ１から時刻ｔ２までは指令の加速度が一定にも関わらず、加速度の検出値が振動している。また、時刻ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５において加速度を変化させた後にも、加速度の検出値が振動している。さらに、時刻ｔ６において速度指令値を零にしたにも関わらず、残留振動が生じている。
　図６に、図３に示す本実施の形態の第１の制御装置にて駆動したシミュレーションの結果のグラフを示す。なお、シミュレーションでは図３の回路において、補償器９３，９６，１０２のゲインを零にしている。すなわち、位置偏差を消失させる回路および位置をフィードバックする回路を使用せずにシミュレーションを実施している。時刻ｔ１から時刻ｔ２の区間や時刻ｔ２から時刻ｔ３の区間等において、加速度の検出値の振動が参考例の制御装置よりも抑制されていることが分かる。加速度の検出値は、略一定の値を示していることが分かる。さらに、時刻ｔ６以降における残留振動も参考例の制御装置よりも抑制されていることが分かる。このように、本実施の形態の制御装置を採用することにより、機械構造物の振動を抑制することができる。
　図７は、本実施の形態における第２の制御装置と機械構造物の駆動機構とを示すブロック図である。図３を参照して、第１の制御装置では、加速度のフィードバック回路、速度のフィードバック回路、または位置のフィードバック回路において、補償器９４，９５，９６には、それぞれの送り軸の指令が入力されている。たとえば、補償器９５には、速度指令ωｒが入力されている。しかしながら、補償器９４，９５，９６に入力される指令は、他の回路により補正された指令である。たとえば、補償器９６に入力される位置指令ｑｒは、位置偏差を打ち消す回路の補償器１０２の出力により補正された指令である。
　図７を参照して、第２の制御装置では、補償器９４，９５，９６に補正が加えられていない位置指令ｑｒに基づく信号を入力する。補償器９６には、補間演算部５３から出力された位置指令ｑｒ、すなわち、補正が加えられていない位置指令ｑｒを入力する。換言すると、加算器１５２にて補正が加えられる前の信号を補償器９６に入力する。加算器１５２にて補正が加えられる前の信号を微分器７８ａにて微分して、補償器９５に入力する。更に、微分器７８ａの出力信号を微分器７８ｂにて微分して、補償器９４に入力する。
　本実施の形態の第２の制御装置では、補間演算部５３から出力される位置指令ｑｒを用いているために、加速度、速度または位置のフィードバック信号と、送り軸の指令との偏差をより正確に算出することができる。加算器１４１においては、加速度のフィードバック信号とトルク指令との偏差を正確に算出することができる。加算器１４２では、速度のフィードバック信号と速度指令との偏差を正確に算出することができる。加算器１４３では、位置のフィードバック信号と速度指令との偏差を正確に算出することができる。この結果、加速度検出器６０の出力信号から得られる信号に含まれる振動成分を正確に抽出することができる。この結果、機械構造物５７の振動の抑制効果が向上する。その他の構成、作用および効果は、第１の制御装置と同様である。
　本実施の形態の工作機械１０は、テーブル１４を移動させる移動装置および工具支持部材としての主軸２０を移動させる移動装置を備える。そして、状態センサとしての加速度検出器４５，４６がテーブル１４および主軸２０に配置されている。移動装置にて移動される２つの機械構造物のそれぞれに加速度検出器が配置されている。そして、それぞれの移動軸の移動装置を制御するサーボモータ制御部に本発明を適用することにより、テーブル１４に固定されているワーク１の振動を抑制することができる。また、主軸２０に支持されている工具２２の振動を抑制することができる。ワーク１および工具２２の両方の被駆動物の振動を抑制することができるために、高精度の加工を実施することができる。
　（実施の形態２）
　図８および図９を参照して、実施の形態２における工作機械の送り軸の制御方法および数値制御工作機械について説明する。本実施の形態における工作機械は、弾性要素の位置が実施の形態１の工作機械と異なる。
　図８に、本実施の形態における第１の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図を示す。本実施の形態の工作機械は、機械構造物５７と軸送り機構５６との間の剛性は高い構造を有する。一方で、工作機械は、軸送り機構５６とサーボモータ５５との間の剛性が低い構造を有する。この工作機械のモデルでは、サーボモータ５５と軸送り機構５６との間に弾性要素６３が存在する。弾性要素６３は、弾性体６３ａと減衰体６３ｂとを有する。機械構造物５７に外乱力が加わると、機械構造物５７および軸送り機構５６とが一体的に振動する。
　このような機械構造物５７の駆動機構としては、例えば、各軸の移動装置のボールねじ機構の構成部材が弾性変形する場合が相当する。なお、サーボモータ５５が直接的に機械構造物５７を駆動する場合には、このモデルは相当しない。例えば、機械構造物５７の内部にモータが配置されているダイレクトドライブ方式の駆動機構である場合には、本実施の形態の駆動機構に相当せずに、実施の形態１における駆動機構に相当する。
　本実施の形態においては、軸送り機構の駆動を安定化させる安定化制御を実施する。制御装置５０のサーボモータ制御部５４は、軸送り機構の安定化補償回路１２２を含む。軸送り機構の安定化補償回路１２２には、軸送り機構５６に取り付けられた位置検出器５９にて出力される位置の信号が入力される。本実施の形態においては、位置検出器５９が軸送り機構５６の状態を検出する状態センサとして機能する。
　位置検出器５９にて検出された軸送り機構５６の位置の信号は、微分器７８に入力される。微分器７８からは加速度の信号が出力される。そして、加速度の信号は、補償器９１および積分器７７ａに入力される。本実施の形態の第１の制御装置の軸送り機構の安定化補償回路１２２のその他の回路は、実施の形態１における第１の制御装置の機械構造物の安定化補償回路１２１と同様である。補償器９１～９６，１０１，１０２は、実施の形態１の第１の制御装置における補償器と同様である（図３参照）。それぞれの補償器におけるゲインＫｐ１１，Ｋｐ２１等は、本実施の形態の制御回路に対応して設定されている。
　補償器１０１，１０２を含む回路により、送り軸の指令の速度偏差および位置偏差を打ち消すことができる。また、補償器９１を含む回路により、軸送り機構５６の加速度をフィードバックする回路が構成されている。補償器９２，９３を含む回路により、軸送り機構５６の速度をフィードバックする回路および軸送り機構５６の位置をフィードバックする回路が構成されている。補償器９２，９３を含む回路により、速度のフィードバック信号および位置のフィードバック信号を補償器９１から出力される加速度のフィードバック信号に加えることができて、加速度の影響の他に速度の影響および位置の影響を個別に調整することができる。この結果、機械構造物５７の振動を容易に抑制することができる。
　図９に、本実施の形態における第２の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図を示す。本実施の形態の第２の制御装置では、実施の形態１における第２の制御装置と同様に、補償器９４，９５，９６に補正が加えられていない位置指令ｑｒに基づく信号を入力する。補償器９６には、補間演算部５３から出力される位置指令ｑｒを入力する。また、加算器１５２にて補正が加えられる前の信号を微分器７８ａにて微分して補償器９５に入力する。更に、微分器７８ａの出力信号を微分器７８ｂにて微分して補償器９４に入力する。その他の制御回路の構成は、本実施の形態の第１の制御装置と同様である。
　本実施の形態の第２の制御装置においては、加速度、速度または位置のフィードバック信号と送り軸の指令との偏差を第１の制御装置よりも正確に算出することができる。この結果、振動を抑制する効果が向上する。
　本実施の形態の制御装置においては、位置検出器５９により検出された位置を加速度に変換した後に、速度および位置に変換しているが、この形態に限られず、速度のフィードバック信号は、位置検出器５９の出力信号を微分した後にゲインＫｐ２１を乗じても構わない。また、位置のフィードバック信号は、位置検出器５９の出力信号にゲインＫｐ４１を乗じても構わない。
　その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
　（実施の形態３）
　図１０および図１１を参照して、実施の形態３における工作機械の送り軸の制御方法および数値制御工作機械について説明する。本実施の形態の制御装置は、サーボモータの駆動を安定化させる安定化制御を実施する。
　図１０に、本実施の形態における制御装置と機械構造物の駆動機構のブロック図を示す。サーボモータ５５、軸送り機構５６および機械構造物５７は、高い剛性にて互いに接続されている。速度検出器５８にて検出された速度が加算器７５に入力されて、速度フィードバックループが構成されていることは、実施の形態１と同様である。位置フィードバックループにおいては、速度検出器５８にて検出された速度の信号が積分器７７に入力されている。積分器７７から出力される位置の信号が加算器７４に入力されている。
　図１１に、本実施の形態における参考例の制御装置と機械構造物の駆動機構のブロック図を示す。参考例の制御装置では、速度検出器５８から出力される速度の信号は微分器７８に入力される。微分器７８から出力される加速度の信号が補償器１０３に入力される。補償器１０３においてゲインＫ１が乗じられる。補償器１０３の出力信号が加算器１４４に入力される。加算器１４４では、トルク指令τｒから補償器１０３の出力信号が減算される。
　参考例の制御装置は、サーボモータ５５の加速度をフィードバックする回路を備え、トルク指令τｒの振動を抑制することができる。ところが、位置制御器７１や速度制御器７２の応答性を上昇させると、サーボモータ５５の駆動が不安定になる場合がある。例えば、位置制御器７１におけるゲインまたは速度制御器７２におけるゲインを大きくすると、発振する場合がある。また、補償器１０３における最適のゲインＫ１は、機械構造物５７の種類に依存して変化するためにゲインＫ１の設定が難しかった。
　図１０を参照して、本実施の形態の制御装置５０のサーボモータ制御部５４は、モータの安定化補償回路１２３を備える。また、サーボモータ５５の速度を検出する速度検出器５８を状態センサとして用いる。速度検出器５８から出力される速度の信号を微分器７８に入力している。微分器７８は、加速度の信号を出力する。加速度の信号は、補償器９１にてゲインＫｖ１が乗じられている。補償器９１の出力信号は、加算器１４１およびフィルタ８１を介して、加算器１４４に入力されている。加算器１４４においては、速度制御器７２から出力されるトルク指令τｒから加算器１４１の出力信号が減算される。すなわち、サーボモータ５５の加速度をフィードバックする回路が構成されている。フィルタ８１としては、ローパスフィルタ等の所望の周波数帯を通過させるフィルタを用いることができる。
　さらに、微分器７８から出力される加速度の信号は、積分器７７ａを通ることにより速度の信号になる。速度の信号は、補償器９２にてゲインＫｖ２が乗じられる。補償器９２の出力信号は、加算器１４２を介して加算器１４１に入力される。すなわち、サーボモータ５５の速度をフィードバックする回路が構成されている。
　積分器７７ａから出力される速度の信号は、積分器７７ｂに入力される。積分器７７ｂから出力される位置の信号は、補償器９３にてゲインＫｖ３が乗じられる。補償器９３の出力信号は、加算器１４２を介して加算器１４１に入力される。すなわち、サーボモータ５５の位置をフィードバックする回路が構成されている。
　加算器１４２では、補償器９２の出力信号と補償器９３の出力信号が加算される。加算器１４１では、補償器９１の出力信号に、加算器１４２の出力信号が加算される。すなわち、サーボモータの加速度のフィードバック信号に、速度のフィードバック信号および位置をフィードバック信号が加算されている。このように、サーボモータ５５の状態をフィードバックすることができて、モータの駆動の安定化を図ることができる。この結果、機械構造物５７の振動を抑制することができる。また、位置制御器７１および速度制御器７２の応答性を上げることができる。
　また、それぞれのフィードバック信号の回路では、補償器９１のゲインＫｖ１と、補償器９２のゲインＫｖ２と、補償器９３のゲインＫｖ３とを独立して設定可能である。このために、ゲインＫｖ１により加速度の影響を調整し、ゲインＫｖ２により速度の影響を調整し、更に、ゲインＫｖ３により位置の影響を調整することができる。ゲインＫｖ１，Ｋｖ２，Ｋｖ３の値を適正な値に設定することにより、サーボモータ５５の駆動を効果的に安定にすることができて、機械構造物５７の振動を効果的に抑制することができる。
　本実施の形態の制御装置においては、速度検出器５８から検出された速度を加速度に変換した後に、再び速度に変換しているが、この形態に限られず、速度のフィードバック信号は、速度検出器５８の出力信号にゲインＫｖ２を乗じても構わない。また、位置のフィードバック信号は、速度検出器５８の出力信号を積分し、ゲインＫｖ３を乗じても構わない。
　その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
　（実施の形態４）
　図１２および図１３を参照して、実施の形態４における工作機械の送り軸の制御方法および数値制御工作機械について説明する。
　本実施の形態の制御装置は、実施の形態１から実施の形態３の制御回路の構成を組み合わせた構成を備える。すなわち、制御装置は、実施の形態１における機械構造物の安定化補償回路１２１と、実施の形態２における軸送り機構の安定化補償回路１２２と、実施の形態３におけるモータの安定化補償回路１２３とを備える。
　図１２に、本実施の形態における第１の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図を示す。サーボモータ５５と軸送り機構５６との間には、弾性要素６３が介在している。軸送り機構５６と機械構造物５７との間には、弾性要素６２が介在している。すなわち、本実施の形態の工作機械は、機械構造物５７と軸送り機構５６とがばね結合され、さらに、軸送り機構５６とサーボモータ５５との間がばね結合されている３つの慣性系を有する。
　本実施の形態の第１の制御装置は、実施の形態１の第１の制御装置の構成、実施の形態２の第１の制御装置の構成、および実施の形態３の第１の制御装置の構成を組み合わせた構成を備える。位置フィードバックループには、位置検出器５９からの位置の信号が用いられている。
　機械構造物５７には、加速度検出器６０が配置されている。加速度検出器６０から出力される加速度の信号は、機械構造物の安定化補償回路１２１に送信される。軸送り機構５６には、位置検出器５９が配置されている。位置検出器５９から出力される位置の信号は、軸送り機構の安定化補償回路１２２に送信される。さらに、サーボモータ５５には、速度検出器５８が取り付けられている。速度検出器５８から出力される速度の信号は、モータの安定化補償回路１２３に送信される。
　それぞれの安定化補償回路１２１，１２２，１２３において、加速度に関する補正信号が生成されて、加算器１６１，１６２において加算される。加速度のフィードバック回路が構成されている。加算器１６２の出力信号は、加算器１４４においてトルク指令τｒから減算される。
　また、機械構造物の安定化補償回路１２１および軸送り機構の安定化補償回路１２２において、加速度のフィードバック回路により生じる速度偏差を打ち消すための速度に関する補正信号が生成され、加算器１６３において加算される。加算器１６３の出力信号は、加算器１５１において速度指令ωｒに加算される。また、機械構造物の安定化補償回路１２１および軸送り機構の安定化補償回路１２２において、加速度のフィードバック回路により生じる位置偏差を打ち消すための位置に関する補正信号が生成され、加算器１６４において加算される。加算器１６４の出力信号は、加算器１５２において位置指令ｑｒに加算される。
　図１３に、本実施の形態における第２の制御装置および機械構造物の駆動機構のブロック図を示す。本実施の形態の第２の制御装置は、実施の形態１の第２の制御装置の構成、実施の形態２の第２の制御装置の構成および実施の形態３の第２の制御装置の構成を組み合わせた構成を備える。
　第２の制御装置では、機械構造物の安定化補償回路１２１および軸送り機構の安定化補償回路１２２に入力される送り軸の指令として、補正が加えられていない位置指令ｑｒを入力する。機械構造物の安定化補償回路１２１および軸送り機構の安定化補償回路１２２には、補間演算部５３から出力される位置指令ｑｒが入力される。その他の構成は、本実施の形態の第１の制御装置と同様である。
　このように、３つの慣性系を有する工作機械においては、実施の形態１の制御回路および実施の形態２の制御回路を組み合わることにより、機械構造物５７の振動を抑制することができる。更に、実施の形態３のサーボモータ５５の駆動を安定化する制御回路を組み合わせることにより、サーボモータ５５の駆動の安定化も含めた安定化制御を実施することができる。
　本実施の形態の制御装置は、機械構造物の安定化補償回路１２１、軸送り機構の安定化補償回路１２２、およびモータの安定化補償回路１２３の３つの安定化補償回路を含むが、この形態に限られず、３つの安定化補償回路のうち、任意の２つの安定化補償回路が含まれていても構わない。
　その他の構成、作用および効果については、実施の形態１から３のいずれかと同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
　上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。
　上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に示される形態の変更が含まれている。
　１　　ワーク
　１０　　工作機械
　１４　　テーブル
　２０　　主軸
　２２　　工具
　２５　　Ｚ軸サーボモータ
　２８　　Ｚ軸ガイドレール
　２９，３３，３９　　速度検出器
　３０　　Ｚ軸リニアスケール
　３１　　Ｙ軸サーボモータ
　３２　　Ｙ軸ガイドレール
　３４　　Ｙ軸リニアスケール
　３６　　Ｘ軸ガイドレール
　３８　　Ｘ軸サーボモータ
　４０　　Ｘ軸リニアスケール
　４５，４６　　加速度検出器
　５０　　制御装置
　５４　　サーボモータ制御部
　５５　　サーボモータ
　５６　　軸送り機構
　５７　　機械構造物
　５８　　速度検出器
　５９　　位置検出器
　６０　　加速度検出器
　７１　　位置制御器
　７２　　速度制御器
　９１～９６　　補償器
　１０１～１０２　　補償器
　１２１　　機械構造物の安定化補償回路
　１２２　　軸送り機構の安定化補償回路
　１２３　　モータの安定化補償回路

Claims (11)

  1. 　位置指令が入力される位置制御部を有する位置フィードバックループの内側に、速度指令が入力される速度制御部を有する速度フィードバックループを設けてカスケード結合を形成し、速度制御部から出力されたトルク指令に応じて送り軸駆動用のサーボモータを制御する工作機械の送り軸の制御方法であって、
    　機械構造物および軸送り機構のうち少なくとも一方に取り付けた状態センサの出力信号に基づいて加速度を取得し、取得した加速度に予め定められた第１のゲインを乗じた加速度のフィードバック信号を速度制御部から出力されるトルク指令から減算し、
    　更に、状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められたゲインを乗じた信号を位置制御部から出力される速度指令に加算する制御および状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められたゲインを乗じた信号を位置制御部に入力される位置指令に加算する制御のうち、少なくとも一方の制御を実施する、送り軸の制御方法。
  2. 　状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められた第２のゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する、請求項１に記載の送り軸の制御方法。
  3. 　位置制御部から出力される速度指令に予め定められた第３のゲインを乗じた信号を、第２のゲインを乗じた信号から減算する、請求項２に記載の送り軸の制御方法。
  4. 　状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められた第４のゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する、請求項１から３のいずれか一項に記載の送り軸の制御方法。
  5. 　位置制御部に入力される位置指令に予め定められた第５のゲインを乗じた信号を、第４のゲインを乗じた信号から減算する、請求項４に記載の送り軸の制御方法。
  6. 　速度制御部から出力されるトルク指令に予め定められた第６のゲインを乗じた信号を、加速度のフィードバック信号から減算する、請求項１から５のいずれか一項に記載の送り軸の制御方法。
  7. 　第１のゲインの２乗と第２のゲインの２乗との加算値が予め定められた設定値になるように第１のゲインおよび第２のゲインを設定する、請求項２に記載の送り軸の制御方法。
  8. 　位置指令が入力される位置制御部を有する位置フィードバックループの内側に、速度指令が入力される速度制御部を有する速度フィードバックループを設けてカスケード結合を形成し、速度制御部から出力されたトルク指令に応じて送り軸駆動用のサーボモータを制御する工作機械の送り軸の制御方法であって、
    　機械構造物および軸送り機構のうち少なくとも一方に取り付けた状態センサの出力信号に基づいて加速度を取得し、取得した加速度に予め定められたゲインを乗じた加速度のフィードバック信号を速度制御部から出力されるトルク指令から減算し、
    　更に、状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められたゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する制御および状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められたゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する制御のうち、少なくとも一方の制御を実施する、送り軸の制御方法。
  9. 　位置指令が入力される位置制御部を有する位置フィードバックループの内側に、速度指令が入力される速度制御部を有する速度フィードバックループが設けられてカスケード結合が形成され、速度制御部から出力されたトルク指令に応じて送り軸駆動用のサーボモータを制御する制御装置を備え、
    　制御装置は、機械構造物および軸送り機構のうち少なくとも一方に取り付けた状態センサの出力信号に基づいて加速度を取得し、取得した加速度に予め定められたゲインを乗じた信号を速度制御部から出力されるトルク指令から減算する回路を含み、
    　更に、状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められたゲインを乗じた信号を位置制御部から出力される速度指令に加算する回路および状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められたゲインを乗じた信号を位置制御部に入力される位置指令に加算する回路のうち、少なくとも一方の回路を含む、数値制御工作機械。
  10. 　位置指令が入力される位置制御部を有する位置フィードバックループの内側に、速度指令が入力される速度制御部を有する速度フィードバックループが設けられてカスケード結合が形成され、速度制御部から出力されたトルク指令に応じて送り軸駆動用のサーボモータを制御する制御装置を備え、
    　制御装置は、機械構造物および軸送り機構のうち少なくとも一方に取り付けた状態センサの出力信号に基づいて加速度を取得し、取得した加速度に予め定められたゲインを乗じた加速度のフィードバック信号を速度制御部から出力されるトルク指令から減算する回路を含み、
    　更に、状態センサの出力信号に基づいて速度を取得し、取得した速度に予め定められたゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する回路および状態センサの出力信号に基づいて位置を取得し、取得した位置に予め定められたゲインを乗じた信号を加速度のフィードバック信号に加算する回路のうち、少なくとも一方の回路を含む、数値制御工作機械。
  11. 　ワークを固定するテーブルと、
    　工具を支持する工具支持部材と、
    　テーブルおよび工具支持部材を移動させる移動装置を備え、
    　状態センサは、テーブルに配置された加速度検出器と、工具支持部材に配置された加速度検出器とを含む、請求項９または１０に記載の数値制御工作機械。
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