机床及其控制方法.pdf

本发明的目的是提供可更精确地对工件执行加工的一种机床及其加工方法。该机床包括可沿着预定轴线相对于工件(W)移动并且支承工具(40)的工具支承部件(21)、沿着预定轴线将工具支承部件(21)驱动到工件(W)的伺服电机(32)、测量工具(40)所加工的工件(W)的轮廓并输出测量到的值与目标轮廓的尺寸偏差的尺寸测量传感器(50)和基于从尺寸测量传感器(50)输出的尺寸偏差在反馈控制中驱动伺服电机(32)的伺服驱动器(33)。

权利要求书
1.  一种机床，包括：
工具支承部件，其能够沿着预定轴线相对于工件移动，所述工具支承部件支承工具；
伺服电机，其沿着所述预定轴线将所述工具支承部件驱动至所述工件；
尺寸测量传感器，其测量所述工具所加工的所述工件的轮廓并输出所测量到的值与目标轮廓的尺寸偏差；以及
伺服驱动器，其基于从所述尺寸测量传感器输出的所述尺寸偏差在反馈控制中驱动所述伺服电机。

2.  如权利要求1所述的机床，其中：
所述伺服驱动器在所述反馈控制中对所述尺寸偏差执行位置控制以使所述尺寸偏差为零；以及
预先通过由所述工具加工所述工件来设定所述位置控制的增益。

3.  如权利要求2所述的机床，其中，所述伺服驱动器能够以可变方式设定所述位置控制的所述增益。

4.  如权利要求3所述的机床，其中：
基于一次的改变量以可变方式设定所述位置控制的所述增益；以及
所述改变量为从所述尺寸测量传感器输出的所述尺寸偏差的改变量。

5.  如权利要求3所述的机床，其中：
所述工具为砂轮；
所述工具支承部件具有以可旋转方式驱动所述砂轮的驱动电机；
所述机床还包括检测所述砂轮的旋转驱动力的旋转驱动力检测部；以及
对应于所述旋转驱动力以可变方式设定所述位置控制的所述增益。

6.  如权利要求1所述的机床，其中：
所述反馈控制为第一反馈控制；
所述机床还包括位置检测器，其检测所述工具支承部件沿着所述预定轴线与所述工件的相对位置或所述伺服电机的旋转位置角度；以及
所述伺服驱动器还基于所述位置检测器检测到的信息在第二反馈控制中驱动所述伺服电机。

7.  如权利要求6所述的机床，其中，所述伺服驱动器从所述第二反馈控制切换到所述第一反馈控制。

8.  如权利要求7所述的机床，其中，在所述伺服驱动器从所述第二反馈控制切换到所述第一反馈控制的情况下，所述伺服驱动器降低对所述第二反馈控制的影响程度并且增加对所述第一反馈控制的影响程度。

9.  如权利要求8所述的机床，其中，当所述伺服驱动器开始从所述第二反馈控制向所述第一反馈控制切换时，所述伺服驱动器同时开始逐渐降低对所述第二反馈控制的影响程度和逐渐增加对所述第一反馈控制的影响程度。

10.  如权利要求8所述的机床，其中，在所述伺服驱动器从所述第二反馈控制切换到所述第一反馈控制的情况下，在所述伺服驱动器降低对所述第二反馈控制的影响程度后，所述伺服驱动器逐渐增加对所述第一反馈控制的影响程度。

11.  如权利要求8所述的机床，其中：
所述伺服驱动器在所述第一反馈控制中对所述尺寸偏差执行第一位置控制以使所述尺寸偏差为零，并且在所述第二反馈控制中对所述工具支承部件与所述工件的所述相对位置的位置偏差执行第二位置控制；
所述对所述第一反馈控制的影响程度为所述第一反馈控制中所述第一位置控制的增益；以及
所述对所述第二反馈控制的影响程度为所述第二反馈控制中所述第二位置控制的增益。

12.  如权利要求8所述的机床，其中：
所述伺服驱动器在所述伺服驱动器从所述第二反馈控制切换到所述第一反馈控制前或在所述伺服驱动器开始从所述第二反馈控制向所述第一反馈控制切换的情况下对所述伺服电机增加扭矩极限；
所述伺服驱动器在所述扭矩极限降低后从所述第二反馈控制切换到所述第一反馈控制；以及
所述伺服驱动器在所述伺服驱动器从所述第二反馈控制切换到所述第一反馈控制后逐渐增加所述扭矩极限。

13.  一种机床，包括：
砂轮支承部件，其能够沿着预定轴线相对于工件移动，所述砂轮支承部件支承砂轮；
伺服电机，其沿着所述预定轴线将所述砂轮支承部件驱动至所述工件；
尺寸测量传感器，其测量所述砂轮所加工的所述工件的轮廓并输出所测量到的值与目标轮廓的尺寸偏差；
位置检测器，其检测所述砂轮支承部件沿着所述预定轴线与所述工件的相对位置或所述伺服电机的旋转位置角度；以及
伺服驱动器，其基于从所述尺寸测量传感器输出的所述尺寸偏差在第一反馈控制中驱动所述伺服电机并且基于所述位置检测器检测到的信息在第二反馈控制中驱动所述伺服电机；
所述伺服驱动器在所述第一反馈控制中对所述尺寸偏差执行第一位置控制以使所述尺寸偏差为零，并且在所述第二反馈控制中对所述砂轮支承部件与所述工件的所述相对位置的位置偏差执行第二位置控制；以及
通过由所述砂轮加工所述工件以可变方式预设所述第一位置控制的增益。

14.  如权利要求13所述的机床，其中：
所述伺服驱动器通过来自所述尺寸测量传感器的尺寸信号从所述第二反馈控制切换到所述第一反馈控制；以及
在所述伺服驱动器从所述第二反馈控制切换到所述第一反馈控制的情况下，所述伺服驱动器降低对所述第二反馈控制的影响程度并增加对所述第一反馈控制的影响程度。

15.  一种机床的控制方法，包括：
通过伺服电机以较快的进给速度沿着预定轴线相对于工件移动工具支承部件，所述工具支承部件支承工具；
通过尺寸测量传感器测量所述工具所加工的所述工件的轮廓；
输出所述工件的所述轮廓的所测量到的值与目标轮廓的尺寸偏差；以及
基于从所述尺寸测量传感器输出的所述尺寸偏差在反馈控制中通过伺服驱动器控制所述伺服电机。

16.  一种机床的控制方法，包括：
通过伺服电机以较快的进给速度沿着预定轴线相对于工件移动工具支承部件，所述工具支承部件支承工具；
通过位置检测器检测所述工具支承部件沿着所述预定轴线与所述工件的相对位置或所述伺服电机的旋转位置角度；
基于所述位置检测器检测到的信息在第二反馈控制中通过伺服驱动器控制所述伺服电机；
通过尺寸测量传感器测量所述工具所加工的所述工件的轮廓；
输出所述工件的所述轮廓的所测量到的值与目标轮廓的尺寸偏差；
基于从所述尺寸测量传感器输出的所述尺寸偏差在所述第一反馈控制中通过所述伺服驱动器控制所述伺服电机；以及
通过所述伺服驱动器将所述第二反馈控制切换到所述第一反馈控制。

说明书机床及其控制方法
结合引用
本申请要求2009年1月29日提交的日本专利申请No.2009-018168和2009年1月29日提交的日本专利申请No.2009-018196的优先权。在此通过引用将这些申请全文并入。
技术领域
本发明涉及一种机床及其加工方法，特别是具有移动工具支承部件的伺服电机和驱动该伺服电机的伺服驱动器的机床。
背景技术
众所周知，存在几种控制伺服电机以通过该伺服电机移动砂轮架(这里定义为“工具支承部件”)的机床，例如在日本特开专利公报2005-327191中公开的机床。在该公开的现有技术机床中，公开了通过检测工具支承部件的位置如伺服电机的旋转角度或线性标尺的线性位置来执行反馈控制。也就是说，通过工具支承部件的位置来执行反馈控制，从而通过工具支承部件的位置的反馈控制使工具支承部件移动到期望的位置。
工具或工具所加工的工件由于其柔韧性而在加工应力的作用下轻微变形而弯曲。而且，工具或工件中由于加工而存在一些热扭曲。现有技术中工具或工件的变形或热扭曲造成的任何影响都不可能通过反馈控制来消除。因此，可通过检查这些影响来完成工件的更高精度的加工。
还众所周知，在另一个日本特开专利公报2005-279882中公开了具有测量工件的直径如测量内径的尺寸测量装置的几种机床。在此另一个现有技术中，公开了通过由尺寸测量装置测量工件的内径来完成程序改变。当尺寸测量装置测量到的值达到预定值时程序改变。例如，从粗磨程序改变为精磨程序或从精磨程序改变为抛光程序。
本发明的发明人认为可通过基于尺寸测量装置测量到的信息执行伺服电机驱动而在加工时考虑工具或工件的轻微变形或热扭曲造成的这些影响以实现更高精度的加工。本发明的发明人还认为可通过基于尺寸测量装置测量到的信息驱动伺服电机来实现比通过位置检测器如线性标尺等的检测信息来执行反馈控制的现有技术更高的响应度。
然而，现有技术中的尺寸测量装置的结构是仅当尺寸测量值达到预定值时由于其改变这些程序的目的而输出信号。
发明内容
鉴于前述状况，本发明的一个目的是提供可更精确地执行工件加工的一种机床及其控制方法。
为了实现上述和其他的目的，本发明的一个方面提供一种机床，其主要包括测量工具所加工的工件的轮廓并输出测量到的值与目标轮廓的尺寸偏差的尺寸测量传感器，以及基于从尺寸测量传感器输出的尺寸偏差在反馈控制中驱动伺服电机的伺服驱动器，该伺服电机相对于工件移动工具。从而，对于本发明而言，即使存在工具或工件的轻微变形或热扭曲，也可基于尺寸偏差通过反馈控制由工具以较高的精度加工工件。而且，由于通过尺寸测量传感器测量到的尺寸偏差直接执行反馈控制，所以对测量值本身可具有更高的响应度，从而实现更精确和高速的加工。
在反馈控制中，位置控制的增益值越大，在过冲超出目标而底切工件使其有缺陷的风险中达到最终直径的时间就越快。反之，位置控制的增益值越小，达到最终直径的时间就越长。因此，位置控制的增益值的设定是反馈控制的关键。在工件的直径较小的情况下，也就是说在工件W的刚度比较小并且柔韧的情况下，工件由于高柔韧性而变形成弯形，从而即使工具前移到预定位置工件也不会被磨削到预定值。此情形还取决于工具的切削刃的锋利程度。这是因为在使用切削刃的锋利度差的工具的情况下，即使工具前移到预定位置也不会实现预定的削去量。位置控制的适当增益值可根据各种因素变化。
因此，根据第一方面，本发明的第二方面提供通过由工具加工工件预先设定的反馈控制中的位置控制的增益。从而，可按照工件或工具设定位置控制的增益使得可实现更高的加工精度和更高速度的加工。
工件的刚度和工具的切削刃的锋利度甚至在磨削中也可变化。工件的直径按照加工进度逐渐变小而工具的切削刃的锋利度按照加工进度逐渐恶化。由同一工具加工的工件W的数目越大，工具的切削刃的锋利度就越极端地出现恶化。因此，根据第一方面，本发明的第三方面为位置控制的增益可变使得可按照更新的加工状态适当地设定位置控制的增益。
根据第一方面，本发明的第四方面提供对本发明的第一方面中的第一反馈控制增设的第二反馈控制，第二反馈控制基于位置检测器检测到的工具与工件的相对位置的信息控制伺服驱动器，并且伺服驱动器从第二反馈控制切换到第一反馈控制。
本发明中的伺服驱动器执行第二反馈控制直到工具与工件接触为止。然后，伺服驱动器在工具接触工件后执行第一反馈控制。从而，伺服驱动器当可执行第二反馈控制时驱动伺服电机，从而可高速和高精度地执行在第二反馈控制中控制的工具的运动。而且当工件的直径在工具开始加工工件后实际上减小时可执行第一反馈控制。因此，可明确地执行第一和第二反馈控制，从而可实现第一和第二反馈控制各自的效果。
附图说明
通过参考以下结合附图对优选实施方式的详细描述，本发明的各种其他目的、特征和许多伴随的优点将由于变得更好理解而更容易理解，在附图中：
图1是磨床的总体图；
图2是磨床的连接结构；
图3是构成磨床的主装置(master)和从装置(slave)的时间图；
图4是本发明的第一实施方式中的X轴伺服驱动器33的框图；
图5a是显示了工件的外径根据第二反馈控制中过去的时间的变化状态的曲线图；以及图5b是显示了工件的外径根据第一反馈控制中过去的时间的变化状态的曲线图；
图6是本发明的第一实施方式的另外其他实施例中的X轴伺服驱动器33的框图；
图7是本发明的第二实施方式中的X轴伺服驱动器33的框图；
图8a是显示了第二实施方式中工件的外径随着从第二反馈控制切换到第一反馈控制过去的时间的变化状态的曲线图，以及图8b是显示了第一增益和第二增益的曲线图；
图9a是显示了第二实施方式的另一个实施例中工件的外径随着从第二反馈控制切换到第一反馈控制过去的时间的变化状态的曲线图，以及图9b是显示了第一增益和第二增益的曲线图；
图10a是显示了第二实施方式的其他实施例中工件的外径随着从第二反馈控制切换到第一反馈控制过去的时间的变化状态的曲线图，图10b显示了扭矩值的曲线图，以及图10c是显示了第一增益和第二增益的曲线图。
具体实施方式
下文将参照附图说明根据本发明的机床的实施方式。关于磨床说明根据本发明的机床的一个示例。
[本发明的第一实施方式]
[磨床的机械结构]
在此参照图1和图2说明根据本发明的第一实施方式的磨床的机械结构。
如图1所示，磨床设有主轴装置10、砂轮支承装置20、磨头驱动装置30、砂轮40、尺寸测量装置50和CNC(计算机数控装置)60。磨床所磨削的工件W为纵向圆柱形轴并且磨床执行磨削以加工工件W的周面。
主轴装置10包括主轴箱11、主轴12、主轴电机13、主轴编码器14和用于主轴的伺服驱动器15。主轴箱11安装在未示出的床身上。主轴12通过穿过主轴头11被绕着平行于Z轴的轴线以可旋转方式支承。主轴12上安装了保持工件W的一个轴向端的卡盘。主轴编码器14检测主轴电机13的旋转角度。主轴伺服驱动器15基于从CNC 60输出的指令值供应电力到主轴电机13以以可旋转方式驱动主轴电机13。
砂轮支承装置20对应于本发明的“工具支承部件”并且包括砂轮架21、砂轮旋转电机22和电机驱动器23。砂轮架21将圆盘状砂轮40绕着平行于Z轴的轴线以可旋转方式支承，并且可沿着X轴方向和Z轴方向移动到由主轴卡盘保持的工件W。砂轮架21对应于本发明的“工具”。砂轮旋转电机22安装在砂轮架21上并且旋转砂轮40。电机驱动器23以砂轮旋转电机22的转数与旋转的指令值一致的方式按照从CNC60输出的旋转的指令值驱动砂轮旋转电机22。一般而言，旋转的指令值是恒定的。
砂轮架驱动装置30是用以沿着X轴方向和Z轴方向相对于工件W移动砂轮架21的装置。图1仅显示了砂轮架驱动装置30沿着X轴的移动结构。砂轮架驱动装置30包括X轴滚珠丝杠31、X轴电机32、X轴伺服驱动器33、X轴编码器34和线性标尺35。X轴电机32对应于本发明的“伺服电机”。X轴编码器34对应于本发明的检测X轴伺服电机32的旋转位置角度的“位置检测器”。线性标尺35还对应于本发明的检测砂轮支承装置20沿着X轴与工件W的相对位置的“位置检测器”。
X轴滚珠丝杠31以可绕着X轴旋转的方式被支承在床身上。X轴滚珠丝杠31的螺母部件被固定在砂轮架21上。X轴电机32以可旋转方式驱动X轴滚珠丝杠31。因此，X轴电机32通过X轴滚珠丝杠31沿着X轴方向抵靠工件W移动砂轮架21。X轴伺服驱动器33通过供应电力到X轴电机32按照从CNC 60输出的指令值驱动X轴电机32。X轴编码器34检测X轴电机32的旋转角度。线性标尺35安装在床身上并且相对床身检测砂轮架21沿着X轴的位置。
此外，在砂轮架驱动装置30中未示出砂轮架20沿着Z轴方向抵靠工件W的移动结构，但此移动结构与从在X轴方向上替换为在Z轴方向上的结构基本上相同，因此未将其示出。
尺寸测量装置50测量工件W的已加工轮廓，也就是说工件W的直径，具体而言，尺寸测量装置50测量已加工轮廓的值与预先在尺寸测量装置50中设定的目标值的偏差。下文将该偏差定义为“尺寸偏差”。尺寸测量装置50对应于本发明的“轮廓测量传感器”。目标值或目标轮廓为工件经过加工的最终直径，从而尺寸偏差对应于过渡到工件W的最终直径还要加工的剩余直径。在测量到的尺寸偏差与多个预定尺寸中其一一致的情况下，尺寸测量装置50通过图2中所示的高速同步通信网络70输出尺寸信号到CNC 60和X轴伺服驱动器33。尺寸信号的尺寸值是用以开始第一增益调节部107和第二增益调节部103的增益调节的标准值。尺寸信号的尺寸值对应于如下文所说明的粗磨、精磨和微磨的程序改变。此外，尺寸测量装置50以与从CNC 60输出的基准信号同步的方式通过图2中所示的高速同步通信网络70输出测量到的尺寸偏差到X轴伺服驱动器33。
CNC 60按照加工程序输出指令值到伺服驱动器15、33和电机驱动器23的每一个以控制X轴电机32和主轴电机13。CNC 60作为主装置输出周期性的基准信号到任何连接在高速同步通信网络70上的从装置。
如图2中所示，作为主装置的CNC 60以及作为从装置的主轴编码器14、主轴伺服驱动器15、砂轮旋转电机驱动器23、X轴伺服驱动器33、X轴编码器34、线性标尺35和尺寸测量装置50分别连接至高速同步通信网络70上。这些连接在高速同步网络70上的主装置和从装置互相同步地通信和处理。高速同步通信网络70采用了作为注册商标登记的实时“以太网”。
“主装置和从装置的操作”
下文将参照图3说明本发明的主装置和从装置的操作。
如图3的第一条线所示，作为主装置的CNC 60输出周期性的基准信号到各从装置。如图3的第二条线所示，CNC 60执行接收程序以在CNC 60输出基准信号后从其他从装置接收各种信号。CNC 60例如从尺寸测量装置50接收尺寸测量信号。此后，CNC 60执行诊断程序和计算程序，然后执行传输程序以将位置指令值发送到伺服驱动器15、33。
如图3的第三条线所示，在尺寸测量装置50从CNC 60接收基准信号后，尺寸测量装置50执行诊断程序和抽样程序以测量工件W的外径，然后对X轴伺服驱动器33执行数据传输程序直到接收下一基准信号为止。
如图3的第四条线所示，在X轴编码器34和线性标尺35从CNC 60接收基准信号后，X轴编码器34和线性标尺35执行诊断程序和抽样程序以分别检测X轴电机32的旋转角度和砂轮架21的X轴位置，然后对X轴伺服驱动器33执行数据传输程序直到接收下一基准信号为止。如图3的第四条线所示，在主轴编码器14从CNC 60接收基准信号后，主轴编码器14执行诊断程序和抽样程序以检测主轴电机13的旋转角度，然后对X轴伺服驱动器15执行数据传输程序直到接收下一基准信号为止。
如图3的第五条线所示，各伺服驱动器15、33在从CNC 60接收基准信号后接收从其他从装置传输的信号。然后，各伺服驱动器15、33执行诊断程序和计算程序以执行发送必要的信息到主装置或从装置的传输程序。各伺服驱动器15、33不但执行以上确定的程序而且执行对各电机13、32的驱动。
对主装置和从装置的每一个设定同时执行接收程序和传输程序的对立装置。换言之，主装置和各从装置对为对立装置的其他相应的主装置或从装置直接执行数据接收和传输程序。
“用于X轴伺服驱动器33的控制框图”
接下来参照图4，下文将说明X轴伺服驱动器33。图4主要涉及第一实施方式但第一增益调节部107和第二增益调节部103专门涉及第二实施方式，因此除第一增益调节部107和第二增益调节部103外，将参照图4说明第一实施方式的X轴伺服驱动器。
如图4的控制框图中所示，X轴伺服驱动器33由减法电路101、第一位置控制部106、第二位置控制部102、微分电路104、减法电路105、加法电路108、速度控制部109和电流控制部110组成。
X轴伺服驱动器33执行驱动X轴伺服电机32的第一反馈控制以使尺寸测量装置50测量到的尺寸偏差为零，并且基于X轴编码器34和线性标尺35检测到的信息执行驱动X轴伺服电机32的第二反馈控制。在本发明的第二实施方式中，特别是X轴伺服驱动器33执行如在第二实施方式中所述的从第二反馈控制到第一反馈控制的切换。
第一反馈控制由第一位置控制部106、加法电路108、速度控制部109和电流控制部110执行。第二反馈控制由减法电路101、第二位置控制部102、微分电路104、减法电路105、速度控制部109和电流控制部110执行。
这里将说明各结构。
第一位置控制部106对从尺寸测量装置50输出的尺寸偏差执行位置控制(如比例位置控制)以输出指令速度值。在本发明的第一实施方式的一个实施例中，与其中位置控制增益的值可变的本发明的第一实施方式的其他或另外实施例相比，位置控制增益如比例增益的值被预先设定并且在设定后不可变。
减法电路101由从CNC输出的指令位置值计算线性标尺35检测到的砂轮架21的当前位置的位置偏差。第二位置控制部102基于减法电路101计算出的位置偏差执行位置控制如比例位置控制以输出指令速度值。
微分电路104计算X轴编码器34检测到的X轴电机32的旋转角度的微分值作为X轴电机32的旋转角速度。减法电路105由从第二位置控制部102输出的指令速度计算微分电路104计算出的旋转角速度的速度偏差。
加法电路108将从减法电路105输出的速度偏差与从第一位置控制部106输出的指令速度值相加。因此，速度控制部109对从加法电路108输出的指令速度值执行速度控制如比例微分控制。速度控制部109输出对应于指令扭矩值的指令电流值。电流控制部110基于从速度控制部109输出的指令电流值执行电流回路控制以供应电力到X轴伺服电机32。
“第一和第二反馈控制的操作”
参照图5，下文将说明第一和第二反馈控制的操作。在图5a和图5b中，横向轴为时间而竖向轴为工件W的外径。
首先将参照图5a说明第二反馈控制。尺寸测量装置50输出尺寸信号P1、P2、P3。尺寸信号P3是用以从粗磨程序切换到精磨程序的尺寸信号。尺寸信号P2是用以从精磨程序切换到微磨程序的尺寸信号。尺寸信号P1是用以达到最终尺寸的尺寸信号。
在第二反馈控制中，从CNC 60输出的指令位置值基于尺寸信号P1、P2、P3切换。CNC 60在从P3到P2和从P2到P1的各个间隔输出指令位置值使得砂轮架21沿着X轴的移动速度为与精磨程序和微磨程序各自相应的速度。实际上，当尺寸信号P3或P2输出时CNC 60输出指令位置值以切换砂轮架21沿着X轴的移动速度。在第二反馈控制中根据来自CNC 60的指令位置值控制X轴伺服电机32。
将参照图5b说明第一反馈控制。当从尺寸测量装置50输出尺寸信号P3时第一反馈控制启动。第一位置控制部106中的位置控制增益的值被预先设定并且如上所述在设定后不可变，并且在图5b中将此增益值显示为实线、点划线、或长短交替虚线。当操作员在第一位置控制部106中设定增益值时选择实线、点划线或长短交替虚线中其一。在位置控制部106中设定的增益值在实线中最大，在点划线中较大，而在长短交替虚线中最小。
在上述第一反馈控制中，被磨削的工件W的直径如图5b的各线条所示沿着平滑的线条从对应于尺寸信号P3的直径逐渐并平滑地减小到对应于尺寸P1的直径。而且，按照在第一位置控制部106中设定的较大的增益值，达到最终直径的时间较短。如果在第二反馈控制中从第二位置控制部102输入到加法电路108的输入值为零，则在第一反馈控制中可仅以来自尺寸测量装置50的尺寸偏差控制X轴伺服电机32。
砂轮40通过X轴伺服电机32的旋转驱动以快的进给速度前移到工件W，然后通过由第二反馈控制控制而以粗磨进给程序的粗磨进给速度对工件W进行粗磨。尺寸测量装置50前移而接触工件W的外周面以测量被磨削的工件W的外径并且当被磨削的工件W的直径达到对应于尺寸信号P3的位置时输出尺寸信号P3。基于尺寸信号P3，启动第一反馈控制以执行对X轴伺服电机32的旋转的控制，因此，X轴伺服电机32通过加法电路108由第一和第二反馈控制控制。
在上述磨削程序的最终阶段，在砂轮架21到达最前面的位置的情况下减法电路101输出零值使得在第一反馈控制中输入值从减法电路105输入到加法电路108。在此情形中，工件W的磨削直径应该是理想的最终直径，然而来自尺寸测量装置50的尺寸偏差并未实际上达到零，因为较长的工件W具有柔韧性而可由于磨削阻力而可相对尺寸测量装置50的方向沿着X轴方向变形。因此，尺寸测量装置50仍然输出对应于第一反馈控制中的变形值的尺寸偏差的实际值，从而砂轮架21移动到工件W以通过仅由第一反馈控制控制直到尺寸偏差达到零而将工件W的剩余值磨削到对应于尺寸信号P1的最终直径。
“本发明的第一实施方式的效果”
上述本发明的第一实施方式具有以下效果。
可基于来自CNC 60的基准信号在X轴伺服驱动器33与尺寸测量装置50之间执行高速同步通信。通过此结构，X轴伺服驱动器33可基于从尺寸测量装置50输出的尺寸偏差执行第一反馈控制。
来自尺寸测量装置50的尺寸偏差包括具有基于砂轮40和工件W的柔韧性及其热变形的机械变形的任何影响的信息。因此，即使在工件W和砂轮40中存在任何机械变形和热变形，磨床也可通过第一反馈控制以更高的精度磨削工件W。此外，第一反馈控制可具有对尺寸测量装置50在第一反馈控制测量到的值的高速响应，因为第一反馈控制由测量到的值本身直接控制执行。因此，磨床可通过第一反馈控制既以高精度又以高速度来磨削工件W。
CNC 60执行主装置的功能。CNC 60安装在几乎所有机床中。因此，通信主装置可稳定地安装在每个具有CNC的机床中，因此该机床可具有通用性。
“本发明的第一实施方式的另一个实施例”
虽然在上述第一实施方式中预设第一位置控制部106的增益值，也就是说比例增益是预设的。在此情形中，位置控制的增益值越大，在超过目标而底切工件W使其有缺陷的危险中达到如第一反馈控制的图5b所示的最终直径的时间就越快。反之，位置控制的增益值越小，达到最终直径的时间就越长。因此，位置控制的增益值的设定是第一反馈控制的关键。在工件W的直径较小的情况下，也就是说在工件W的刚度小并且柔韧的情况下，工件W由于高柔韧性而变形成弯曲，从而即使砂轮40前移到预定位置工件也不会被磨削到对应于工件W的预定位置的预定值。此情形还取决于砂轮40的切削刃的锋利程度。这是因为在使用锋利度差的切削刃的情况下，即使砂轮40前移到预定位置也未实现预定的削去量。位置控制的适当增益值可根据各种因素变化。
因此，在此另一个实施例中，按照砂轮40之前磨削工件W的结果预先设定第一位置控制部106的增益值。对预先设定举例而言，第一位置控制部106的增益值在其中砂轮40磨削工件W的粗磨程序中被预先设定并且在预设后在精磨程序和微磨程序中不变。因此，按照砂轮40和正在被磨削的工件W的实际状态适当地预设位置控制的增益值。
“本发明的第一实施方式的其他实施例”
在这些实施例中第一位置控制部106的增益值如前述设定并且可设定成可变。具体地，基于一次的改变量将第一位置控制部106的增益值设定成可变并且该改变量是从尺寸测量装置50输出的尺寸偏差的改变量。
工件W的刚度和砂轮40的切削刃的锋利度甚至在磨削中也可变化。工件W的直径按照磨削进度逐渐变小并且砂轮40的切削刃的锋利度按照磨削进度逐渐恶化。由同一砂轮40磨削的工件W的数目越大，砂轮40的切削刃的锋利度就越极端地出现恶化。因此，在其他实施例中，第一位置控制部106的增益值被设定成可变使得在当前磨削状态可将其设定为最佳增益值。尺寸偏差每次的改变量基本上对应于磨削阻力。因此，可对当前磨削状态适当地设定位置控制的增益值。
“本发明的第一实施方式的另外实施例”
接下来将在此参照图6说明根据本发明的第一实施方式的另外实施例的磨床。另外实施例中的磨床对第一实施方式的前述一个实施例中的X轴伺服驱动器33增设了旋转驱动力检测部111并且具有与第一实施方式的前述一个实施例中的第一位置控制部106不同的第一位置控制部116。另外实施例中标号与前述一个实施例中相同的零件的功能与第一实施方式的前述一个实施例中相同，并且因此不进行说明。因此，下文仅说明不同之处。
旋转驱动力检测部111通过高速同步通信网络70接收在砂轮旋转电机22中加电的电流值的输入以检测砂轮旋转电机22对砂轮40的旋转驱动力。在砂轮旋转电机22中加电的电流值由安装在砂轮旋转电机22中的未示出的电流传感器检测。因此，电流的信息通过电机驱动器23和高速同步通信网络70从电流传感器输入到旋转驱动力检测部111中。
第一位置控制部116将第一位置控制部116中的位置控制的增益值设定成可根据旋转驱动力检测部111检测到的旋转驱动力变化。
在此情形中，如上所述，工件W的刚度和砂轮40的切削刃的锋利度甚至在磨削中也可变化。因此，可对当前磨削状态适当地设定位置控制的增益值，因为第一位置控制部116中的位置控制的增益值被设定成可变。特别地，砂轮40的旋转驱动力可按照磨削阻力变化，从而可对当前磨削状态适当地设定位置控制的增益值，因为位置控制的增益值被设定成可根据旋转驱动力变化。
此外，虽然旋转驱动力检测部111基于未示出的电流传感器检测到的电流值检测砂轮驱动电机22对砂轮40的旋转驱动力，然而，旋转驱动力可由直接安装在砂轮旋转电机22的旋转轴上的传感器检测而代替使用电流传感器检测。
“本发明的第二实施方式”
接下来将在此参照图7说明根据本发明的第二实施方式的磨床。第二实施方式的磨床对第一实施方式中的X轴伺服驱动器33增设了第一增益调节部107和第二增益调节部102。第二实施方式中标号与第一实施方式中相同的零件的功能与第一实施方式中的零件相同并且不进行说明。因此，下文仅说明不同之处。
第一增益调节部107安装在第一位置控制部106与加法电路108之间，并且调节对第一反馈控制的影响程度。因此，第一增益调节部107输出从第一位置控制部106输出的指令速度值乘以第一增益值的值。第一增益值为0(零)到1(一)，也就是说0％到100％。在第一增益值为100％的情况下第一增益调节部107输出从第一位置控制部106输出的指令速度值本身到下一个步骤。在第一增益值为0％的情况下第一增益调节部107输出零值到下一个步骤或不进行任何输出。第一增益调节部107设定0％作为起始值并且如稍后将详细说明的图8b中的点划线所示将其从0％逐渐增加到100％。第一增益调节部107通过从尺寸测量装置50接收尺寸信号P3开始从0％的第一增益值增加。因此，第一反馈控制的影响程度在输出尺寸信号P3后逐渐增加，从而调节对第一反馈控制的影响。
第二增益调节部103安装在第二位置控制部102与加法电路105之间，并且调节对第二反馈控制的影响程度。因此，第二增益调节部103输出从第二位置控制部102输出的指令速度值乘以第二增益值的值。第二增益值为0(零)到1(一)，也就是说0％到100％。在第二增益值为100％的情况下第二增益调节部103输出从第二位置控制部102输出的指令速度值本身到下一个步骤。在第二增益值为0％的情况下第二增益调节部103输出零值到下一个步骤或不进行任何输出。第二增益调节部103设定100％作为起始值并且如稍后将详细说明的图8b中的实线所示将其逐渐减小到0％。第二增益调节部103通过从尺寸测量装置50接收尺寸信号P3从100％开始减小第二增益值。因此，第二反馈控制的影响程度在输出尺寸信号P3后逐渐减小，从而调节对第二反馈控制的影响。
“本发明的第二实施方式的操作”
第二实施方式中标号与第一实施方式中相同的零件的操作与第一实施方式中的零件相同并且不进行说明。因此，下文仅说明不同之处，特别参照图8强调从第二反馈控制到第一反馈控制的切换。在图8a中，实线显示了第二实施方式的状态变化，点划线仅显示了第一反馈控制的状态变化，而长短交替虚线仅显示了第二反馈控制的状态变化。为了方便，长短交替虚线显示了来自CNC 60的位置要求值的状态变化。在图8b中，实线显示了第二增益而点划线显示了如上所述的第一增益。在图8的图面上，图8b中的横向时间轴对应于图8a中的横向时间轴。
如上所述，第一增益被预设为零(0％)直到尺寸信号P3输出为止。在尺寸信号P3输出后，第一增益开始逐渐增加到100％直到预定时间过去为止，如图8b中的点划线所示。第一增益的增加速度在开始小并且随着时间过去变得越来越大。
另一方面，如上所述，第二增益被预设为100％直到尺寸信号P3输出为止。在尺寸信号P3输出后，第二增益开始逐渐降低到0％直到预定时间过去为止，如图8b中的长短交替虚线所示。第二增益的降低速度在开始小并且随着时间过去变得越来越大。
因此，在尺寸信号P3输出后第一增益在第二增益逐渐降低的同时逐渐增加，从而对反馈控制的影响的切换从第二反馈控制逐渐切换到第一反馈控制。
在第一增益和第二增益的值逐渐改变的情况下，从加法电路108的输出逐渐改变以降低砂轮21的切入速度来磨削工件W使得工件直径的变化状态遵循如图8a所示的实线。换言之，工件W的直径在遵循第二反馈控制中的变化状态中改变直到尺寸信号P3输出为止。在尺寸信号P3与当以上确定的预定时间已到之间，工件W的直径从遵循第二反馈控制中的变化状态逐渐切换到遵循第一反馈控制中的变化状态。然后，工件W的直径在以上确定的预定时间过去后在遵循第一反馈控制中的变化状态中改变，如前面在第一实施方式中所述。
“本发明的第二实施方式的效果”
上述本发明的第二实施方式具有以下效果。
X轴伺服驱动器33在尺寸信号P3与当以上确定的预定时间已到之间从第二反馈控制切换到第一反馈控制。第二反馈控制执行到砂轮40与工件W接触并且在砂轮40与工件W接触后进行粗磨程序为止。由于直到工件W的直径由磨削而减小为止不能执行第一反馈控制，所以第二反馈控制至少执行到砂轮40与工件W接触为止，从而可可靠地执行砂轮架21的X轴控制。而且第一反馈控制可在工件W的直径在尺寸信号P3输出后实际减小时执行。因此，可明确地执行第一和第二反馈控制，从而可实现第一和第二反馈控制各自的效果。
从第二反馈控制到第一反馈控制的切换程序被顺畅地执行，因为从第二反馈控制到X轴伺服电机32的输出逐渐减少而从第一反馈控制到X轴伺服电机32的输出逐渐增加。从而，在从第二反馈控制到第一反馈控制的切换中不会出现任何可能的麻烦。
“本发明的第二实施方式的其他实施例”
下文将参照图9说明第二实施方式的另一个实施例。第二实施方式的另一个实施例中的磨床具有与前述第二实施方式的前述一个实施例不同的第一增益调节部107中的第一增益和第二增益调节部103中的第二增益。因此，下文仅说明不同之处。在图9a中，实线显示了第二实施方式的另一个实施例的工件W的外径的状态变化，点划线仅显示了第二反馈控制的状态变化。在图9b中，实线显示了第二增益而点划线显示了第一增益。在图9的图面上，图9b中的横向时间轴对应于图9a中的横向时间轴。
另一个实施例中的第二增益保持在100％直到尺寸信号P3输出为止，并且如图9b中的实线所示在输出尺寸信号P3时立刻变为零(0％)。
另一个实施例中的第一增益保持在零(0％)直到尺寸信号P3输出并且第二增益已变为0％为止，并且此后逐渐增加到100％直到第二增益已完全变为零(0％)并且预定时间过去为止，如图9b中的点划线所示。第一增益的增加速度被设定为在开始较大并且此后逐渐降低。
因此，在尺寸信号P3输出并且第二增益已从100％改变为0％后第一增益从零逐渐增加。换言之，X轴伺服驱动器33在来自第二反馈控制的影响已在从第二反馈控制到第一反馈控制的切换时结束后增加来自第一反馈控制的影响。
工件W的直径按照第一增益和第二增益中的变化如图9a的实线所示减小。直径的减小遵循第二反馈控制的控制直到尺寸信号P3输出为止。在尺寸信号P3的时间与预定时间之间的很短的时间内，工件W仍基于砂轮架21的惯性运动被磨削。
然后，由第二反馈控制控制的直径减小逐渐过渡基于通过第一反馈控制的控制的直径减小直到从尺寸信号P3过去预定时间为止。因此，在预定时间过去后直径的减小遵循通过第一反馈控制的控制。因此，可通过改变第二增益和第一增益从第二反馈控制顺畅地切换到第一反馈控制。
“本发明的第二实施方式的其他实施例”
下文将参照图10说明第二实施方式的其他实施例。第二实施方式的其他实施例中的磨床对第二实施方式的前述一个实施例的X轴伺服电机32增设了扭矩极限。因此，下文将仅说明不同之处。在图10a中，实线显示了工件W的外径通过第二实施方式的其他实施例随着过去的时间的状态变化。图10b显示了X轴伺服驱动器33的电流控制部110中的扭矩极限。在图10c中，实线显示了第二增益而点划线显示了第一增益。在图10的图面上，图10a、图10b和图10c中的横向时间轴互相对应。
电流控制部110可改变对X轴伺服电机32的扭矩的限制。电流控制部110执行电流控制使得X轴伺服电机32各相中的电流等于从速度控制部109输出的电流指令值。在此情形中，输出到X轴伺服电机32的电流的上限受电流控制部110中的扭矩极限限制。
如图10b中所示，X轴伺服电机32中的扭矩的最大值保持在100％直到尺寸信号P3输出为止，并且紧接着尺寸信号P3输出后扭矩的值由于电流控制部110中的扭矩限制而下降到扭矩最大值的10％。然后，扭矩值在预定时间段保持在扭矩最大值的10％，并且此后在另一个时间段逐渐增加到最大值。
第一增益保持在0％直到尺寸信号P3为止并且如图10c的点划线所示在前一预定时间段的时间间隔中增加到100％。第二增益保持在100％直到尺寸信号P3为止并且如图10c的实线所示在前一预定时间段的时间间隔降低到0％。因此，在扭矩限制期间从第二反馈控制逐渐切换到第一反馈控制。
工件W的直径按照扭矩值、第一增益和第二增益的变化如图10a的实线所示减小。直径的减小遵循通过第二反馈控制的控制直到尺寸信号P3输出为止。在尺寸信号P3的时间与前一预定时间之间，工件W仍基于砂轮架21的惯性运动被磨削。
然后，由第二反馈控制控制的直径减小逐渐过渡到基于通过第一反馈控制的控制的直径减小直到前、后预定时间从尺寸信号P3过去为止。因此，在预定时间过去后直径的减小按照遵循第二反馈控制的控制。因此，可通过改变扭矩值、第二增益和第一增益从第二反馈控制顺畅地切换到第一反馈控制。
虽然已参照优选实施方式详细描述本发明，但对于本领域的技术人员而言显而易见的是，本发明并不局限于目前的实施方式，并且可在处于权利要求的范围内的各种其他实施方式中实现本发明。
例如，虽然尺寸测量装置是为测量工件W的外径而设置的，然而它也可构造成用以测量内径、端面位置或沿着工件W的轴向的宽度。
虽然将磨床作为机床的示例进行说明，然而其也可为其他机床如车床、加工中心等。在加工中心的情形中，工具可为端铣刀、铣刀、钻具，甚至砂轮。在车床的情形中，工具可为切削工具。特别是在混合型车床中，工具不仅可为切削工具而且可为端铣刀、铣刀、钻具，甚至砂轮。