特許 6336265 工作機械制御装置、工作機械制御方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6336265

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年6月6日

(54)【発明の名称】工作機械制御装置、工作機械制御方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   B23Q 15/12 20060101AFI20180528BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20180528BHJP

   G05B 19/414 20060101ALI20180528BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20180528BHJP

   B23B 25/06 20060101ALI20180528BHJP

【ＦＩ】

   B23Q15/12 A

   G05B19/404 K

   G05B19/414 Z

   B23Q17/09 A

   B23B25/06

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-242852(P2013-242852)

(22)【出願日】2013年11月25日

(65)【公開番号】特開2015-100879(P2015-100879A)

(43)【公開日】2015年6月4日

【審査請求日】2016年10月12日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２５年５月２７日にて発行の下記刊行物に掲載。 記 発行所：ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 刊行物名：１３▲ｔｈ▼ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｖｏｌｕｍｅ １ 発行年月日（頒布日）：平成２５年５月２７日

(73)【特許権者】

【識別番号】899000079

【氏名又は名称】学校法人慶應義塾

(74)【代理人】

【識別番号】240000464

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人日栄

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】柿沼 康弘

(72)【発明者】

【氏名】榎本 和人

【審査官】 貞光 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２０６２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Masaya Takei, Daisuke Kurihara, Seiichiro Katsura, Yasuhiro Kakinuma，Hybrid Control for Machine Tool Table Applying Sensorless Cutting Force Monitoring，International Journal of Automation Technology，日本，富士技術出版，２０１１年 ７月，Vol5, No4，第５８７ページ−第５９３ページ

【文献】 Daisuke KURIHARA, Yasuhiro KAKINUMA, Seiichiro KATSURA，Cutting Force Control Applying Sensorless Cutting Force Monitoring Method，Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing，日本，The Japan Society of Mechanical Engineers，２０１０年，Vol.4, No.5，第９５５ページ−第９６５ページ

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １５／００ − １５／２８

Ｇ０５Ｂ １９／１８ − １９／４１６

Ｇ０５Ｂ １９／４２ − １９／４６

Ｂ２３Ｂ １／００ − ２５／０６

Ｂ２３Ｑ １７／００ − １７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動手段の駆動力により、ワークに対する相対的な位置を移動させると共に加工力を発生させて当該ワークを加工する加工手段を備える工作機械に対して、制御を実行する工作機械制御装置において、
前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置の検出結果を示す検出位置信号に基づいて、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置を制御する位置制御手段と、
前記駆動手段の駆動力を発生させる駆動信号の指令信号及び前記検出位置信号に基づいて前記駆動手段への外乱を推定し、推定した当該外乱から摩擦力を減算することにより、前記加工力の推定結果を示す加工力推定信号を生成する加工力推定手段と、
前記加工力推定信号に基づいて、前記加工手段の加工力を制御する力制御手段と、
前記位置制御手段と前記力制御手段の夫々の制御対象となる周波数帯域を区分する周波数帯域区分手段と、
を備え、
前記周波数帯域区分手段は、
前記加工力推定信号のうち、直流成分を除く第１周波数帯域の成分信号を通過させる通過手段と、
前記検出位置信号のうち、前記第１周波数帯域を遮断することで、前記第１周波数帯域を除く第２周波数帯域の成分信号を通過させる遮断手段と、
を備え、
前記位置制御手段は、前記遮断手段から通過した前記第２周波数帯域の成分信号に基づいて、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置を制御し、
前記力制御手段は、前記通過手段から通過した前記第１周波数帯域の成分信号に基づいて、前記加工手段の加工力を制御する、工作機械制御装置。

【請求項2】

前記第１周波数帯域は、相互に離間する複数の周波数帯域からなる、
請求項１に記載の工作機械制御装置。

【請求項3】

前記駆動手段の駆動力を発生させる駆動信号の指令信号及び前記検出位置信号に基づいて前記駆動手段への外乱を推定し、推定した当該外乱に基づいて、前記駆動信号の指令信号を補償する補償信号を生成する補償手段、
をさらに備える請求項１又は２に記載の工作機械制御装置。

【請求項4】

駆動手段の駆動力により、ワークに対する相対的な位置を移動させると共に加工力を発生させて当該ワークを加工する加工手段を備える工作機械に対して、工作機械制御装置が実行する工作機械制御方法において、
前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置の検出結果を示す検出位置信号に基づいて、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置を制御する位置制御ステップと、
前記駆動手段の駆動力を発生させる駆動信号の指令信号及び前記検出位置信号に基づいて前記駆動手段への外乱を推定し、推定した当該外乱から摩擦力を減算することにより、前記加工力の推定結果を示す加工力推定信号を生成する加工力推定ステップと、
前記加工力推定信号に基づいて、前記加工手段の加工力を制御する力制御ステップと、
前記位置制御ステップと前記力制御ステップの夫々における制御対象となる周波数帯域を区分する周波数帯域区分ステップと、
を含み、
前記周波数帯域区分ステップでは、
前記加工力推定信号のうち、直流成分を除く第１周波数帯域の成分信号を通過させる通過手段と、
前記検出位置信号のうち、前記第１周波数帯域を遮断することで、前記第１周波数帯域を除く第２周波数帯域の成分信号を通過させる遮断手段とにより周波数帯域が区分され、
前記位置制御ステップでは、前記遮断手段から通過した前記第２周波数帯域の成分信号に基づいて、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置を制御し、
前記力制御ステップでは、前記通過手段から通過した前記第１周波数帯域の成分信号に基づいて、前記加工手段の加工力を制御する、工作機械制御方法。

【請求項5】

駆動手段の駆動力により、ワークに対する相対的な位置を移勤させると共に加工力を発生させて当該ワークを加工する加工手段を備える工作機械に対する制御を行うコンピュータに、
前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置の検出結果を示す検出位置信号に基づいて、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置を制御する位置制御ステップと、
前記駆動手段の駆動力を発生させる駆動信号の指令信号及び前記検出位置信号に基づいて前記駆動手段への外乱を推定し、推定した当該外乱から摩擦力を減算することにより、前記加工力の推定結果を示す加工力推定信号を生成する加工力推定ステップと、
前記加工力推定信号に基づいて、前記加工手段の加工力を制御する力制御ステップと、
前記位置制御ステップと前記力制御ステップの夫々における制御対象となる周波数帯域を区分する周波数帯域区分ステップと、
を含み、
前記周波数帯域区分ステップでは、
前記加工力推定信号のうち、直流成分を除く第１周波数帯域の成分信号を通過させる通過手段と、
前記検出位置信号のうち、前記第１周波数帯域を遮断することで、前記第１周波数帯域を除く第２周波数帯域の成分信号を通過させる遮断手段とにより周波数帯域が区分され、
前記位置制御ステップでは、前記遮断手段から通過した前記第２周波数帯域の成分信号に基づいて、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置を制御し、
前記力制御ステップでは、前記通過手段から通過した前記第１周波数帯域の成分信号に基づいて、前記加工手段の加工力を制御する、制御処理を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、新たな外部機器を用いずに、加工中に発生するびびり振動をリアルタイムに抑制することが可能な、工作機械制御装置、工作機械制御方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の一般的なＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ：数値制御）工作機械においては、工具軌道が生成され、各軸の位置が制御されて、切削や研削等の加工が行われる。
このようなＮＣ工作機械では、加工中に諸原因によって工具が振動する現象、即ち「びびり振動」が発生し、加工精度が悪化する場合がある。

【0003】

このようなびびり振動を抑制する従来の技術としては、例えば、加工空間に付加的に設置された外部機器（マイクロフォンや加速度センサ等）が振動を検出し、その外部機器の検出結果に基づいて、回転数等の加工条件を変更する技術が存在する（例えば特許文献１参照）。
また例えば、従来の別の技術として、ピエゾアクチュエータを工具に付加的に取り付けて、刃先を楕円状に高速で振動させてびびり振動を抑制する技術も存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１７４９３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１を含む従来の技術は、加工中に発生するびびり振動をリアルタイムに抑制する類のものではなく、単に、次回以降の加工条件を変更することで、次回以降の加工におけるびびり振動を抑制する類のものである。つまり、特許文献１を含む従来の技術は、前回までの実績に基づいてびびり振動が抑制されると推定される加工条件を求め、当該加工条件を加工前に変更するものに過ぎず、加工中にびびり振動をリアルタイムに抑制する制御を伴うものではない。
さらに、特許文献１を含む従来の技術は、びびり振動を抑制するために、付加的なセンサやピエゾアクチュエータといった新たな外部機器を、ＮＣ工作機械に別途取り付ける必要もある。

【0006】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、付加的なセンサやピエゾアクチュエータといった新たな外部機器を用いずに、加工中に発生するびびり振動をリアルタイムに抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面の工作機械制御装置は、
駆動手段の駆動力により、ワークに対する相対的な位置を移動させると共に加工力を発生させて当該ワークを加工する加工手段を備える工作機械に対して、制御を実行する工作機械制御装置において、
前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置の検出結果を示す検出位置信号に基づいて、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置を制御する位置制御手段と、
前記駆動手段の駆動力を発生させる駆動信号の指令信号及び前記検出位置信号に基づいて前記駆動手段への外乱を推定し、推定した当該外乱から摩擦力を減算することにより、前記加工力の推定結果を示す加工力推定信号を生成する加工力推定手段と、
前記加工力推定信号に基づいて、前記加工手段の加工力を制御する力制御手段と、
前記位置制御手段と前記力制御手段の夫々の制御対象となる周波数帯域を区分する周波数帯域区分手段と、
を備え、
前記周波数帯域区分手段は、
前記加工力推定信号のうち、直流成分を除く第１周波数帯域の成分信号を通過させる通過手段と、
前記検出位置信号のうち、前記第１周波数帯域を遮断することで、前記第１周波数帯域を除く第２周波数帯域の成分信号を通過させる遮断手段と、
を備え、
前記位置制御手段は、前記遮断手段から通過した前記第２周波数帯域の成分信号に基づいて、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置を制御し、
前記力制御手段は、前記通過手段から通過した前記第１周波数帯域の成分信号に基づいて、前記加工手段の加工力を制御することを特徴とする。

【0009】

さらに、本発明の一側面の工作機械制御装置においては、
前記第１周波数帯域は、相互に離間する複数の周波数帯域からなる
ようにすることもできる。

【0010】

さらにまた、本発明の一側面の工作機械制御装置は、
前記駆動手段の駆動力を発生させる駆動信号の指令信号及び前記検出位置信号に基づいて前記駆動手段への外乱を推定し、推定した当該外乱に基づいて、前記駆動信号の指令信号を補償する補償信号を生成する補償手段、
をさらに備えることもできる。

【0011】

また、本発明の一側面の工作機械制御方法及びプログラムの夫々は、上述の本発明の一側面の工作機械制御装置に対応する方法及びプログラムの夫々である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、付加的なセンサやピエゾアクチュエータといった新たな外部機器を用いずに、加工中に発生するびびり振動をリアルタイムに抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の工作機械制御装置の一実施形態に係るコントローラを含む、工作機械システムの概要を示す模式図である。

【図2】図１の工作機械システムの工作機械本体の外観構成の概略を示す斜視図である。

【図3】図１の工作機械システムの工作機械本体の外観構成の概略を示す上面図である。

【図4】図１の工作機械システムのうちコントローラのハードウェアの構成を示すブロック図である。

【図5】図４のコントローラの機能的構成のうち、ハイブリッド制御を実行する場合の機能的構成を示す機能ブロック図である。

【図6】図４のコントローラに適用される切削力推定手法の概要を説明するための図であって、図１の工作機械システムで端面切削を行う際にＸステージに作用する力を示した図である。

【図7】図１の工作機械システムを用いた試験のうち、第１試験の方法の概略を説明する図である。

【図8】図１の工作機械システムを用いた試験のうち、第１試験の結果を示す図である。

【図9】図１の工作機械システムを用いた試験のうち、第１試験の結果を示す図である。

【図10】図１の工作機械システムを用いた試験のうち、第２試験の結果を示す図である。

【図11】図４のコントローラの機能的構成のうち、ハイブリッド制御を実行する場合の機能的構成を示す機能ブロック図であって、図５とは異なる例を示す機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。

【0015】

図１は、本発明の工作機械制御装置の一実施形態に係るコントローラ１１を含む、工作機械システム１の概要を示す模式図である。
図２は、図１の工作機械システム１の工作機械本体の外観構成の概略を示す斜視図である。
図３は、図１の工作機械システム１の工作機械本体の外観構成の概略を示す上面図である。

【0016】

図１に示すように、本実施形態の工作機械システム１は、コントローラ１１と、サーボアンプ１２と、刃物台となるＸＺステージ１３と、ワークスピンドル１４とを備えている。

【0017】

コントローラ１１は、工作機械本体たるＸＺステージ１３及びワークスピンドル１４に対して位置および力制御を実行することができる制御装置（サーボコントローラ）である。
サーボアンプ１２は、工作機本体（ＸＺステージ１３のＸステージ２２及びＺステージ２３、並びにワークスピンドル１４）を駆動するためのモータ（Ｘステージ２２については後述するモータ２１）に対して、コントローラ１１からの指令値に応じた電流を流すことで、当該モータの推力（駆動力）の大きさを制御するドライブ装置である。
ＸＺステージ１３及びワークスピンドル１４は、工作機本体である。

【0018】

具体的には、コントローラ１１は、ワークスピンドル１４に設置されたワークＷに対するＸＺステージ１３の相対的な位置の制御（以下、「位置制御」と呼ぶ）と、ワークＷに対する切削力の制御（以下、「力制御」と呼ぶ）とを、周波数帯域を区分することで、時間的に同時に並行してリアルタイムに実行する。このような位置制御と力制御とを同時に実行する制御を、以下、「ハイブリッド制御」と呼ぶ。
ここで、ハイブリッド制御は、ＸＺステージ１３のＸステージ２２及びＺステージ２３、並びにワークスピンドル１４の夫々に対して個別に適用することができる。ただし、以下、説明の便宜上、Ｘステージ２２に対するハイブリッド制御についてのみ説明する。
コントローラ１１は、ハイブリッド制御の指令値として、後述のＸステージ２２用のモータ２１に流す電流の指令値（以下、参照電流と呼ぶ）をサーボアンプ１２に対して出力すると共に、Ｘステージ２２の位置情報を入力する。この位置情報とは、従来のＮＣ工作機械でも一般的に利用されるステージ位置を計測するエンコーダからの出力情報であり、これをそのまま流用することができる。
ここで、コントローラ１１は、後述するように、ハイブリッド制御のうち力制御のフィードバック情報については、自身内部で推定（観測）するため、外部から入力する必要はない。
このように、本実施形態では、コントローラ１１の外部から入力するフィードバック情報は、従来のＮＣ工作機械で一般的に用いられている位置情報（及びワークスピンドル１４に適用する場合には角度情報）のみで足りる。また、本実施形態では、びびり振動の検知に、コントローラ１１内部で生成される力推定情報が利用される。従って、本実施形態の工作機械システム１の構成要素として、マイクロフォンや加速度センサ等の振動検知を行う付加的センサや力制御を行う付加的なセンサ（力制御のフィードバック情報を出力する外部機器）は不要である。
なお、ハイブリッド制御のさらなる詳細については、図５等を参照して後述する。

【0019】

ＸＺステージ１３は、図１〜図３に示すように、モータ２１と、Ｘステージ２２と、Ｚステージ２３と、切削工具２４とを含むように構成される。
ここで、以下、図２及び図３に示すように、ワークスピンドル１４の軸と平行な方向を「ｚ方向」と呼び、ｚ方向と垂直な方向のうち地面（旋盤１３が配置される面）に対して水平な方向を「ｘ方向」と呼ぶ。
モータ２１は、Ｘステージ２２を駆動するサーボアンプ１２からの電流の大きさに応じて、ｘ方向（直線方向）への推力を発することで、Ｘステージ２２をｘ方向に移動させるリニアモータである。なお、図示はしないが、サーボアンプ１２からの電流の大きさに応じて、ｚ方向（直線方向）への推力を発することで、Ｚステージ２３をｚ方向に移動させるリニアモータもＸＺステージ１３には設けられている。
Ｘステージ２２は、切削工具２４（より正確には、切削工具２４が取り付けられたＺステージ２３）を積載し、モータ２１の推力によりｘ方向に移動する台座である。具体的には、Ｘステージ２２は、Ｚステージ２３を積載するテーブルと、モータ２１の駆動によりテーブルをｘ方向に移動させるガイドと、テーブルの位置を検出して位置情報として出力するリニアエンコーダ等を有している。即ち、本実施形態では、位置情報は、Ｘステージ２２から出力されて、位置制御のフィードバック情報としてコントローラ１１に入力される。
Ｚステージ２３は、切削工具２４が取り付けられ、ｚ方向に移動する台座であり、本実施形態ではＸステージと同様の構成を有している。
切削工具２４は、旋削用バイトであり、シャンク部がＺステージ２３に固着されると共に、シャンク先端に取り付けられたチップ（スローアウェイチップ）でワークＷを切削する。

【0020】

ワークスピンドル１４は、例えば円柱状のワークＷが取り付けられ、ｚ方向に水平な軸を中心に、当該ワークＷを回転させる回転装置である。

【0021】

即ち、図３に示すように、切削工具２４は、ワークスピンドル１４により回転するワークＷに対して、モータ２１（図３には図示せず）の推力によりｘ方向に移動する。そして、切削工具２４は、その刃がワークＷに当接すると切削力を発生して、当該切削力によりワークＷを切削する。
この切削中に、切削工具２４（Ｘステージ２２）のｘ方向に対する位置制御と、切削工具２４の切削力の力制御とを併せたハイブリッド制御が、コントローラ１１により実行される。これにより、びびり振動がリアルタイムに抑制される。
以下、このようなハイブリッド制御を実行するコントローラ１１について、さらに詳しく説明する。

【0022】

図４は、図１の工作機械システム１のうちコントローラ１１のハードウェアの構成を示すブロック図である。

【0023】

コントローラ１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３３と、バス３４と、入出力インターフェース３５と、入力部３６と、出力部３７と、記憶部３８と、通信部３９と、ドライブ４０とを備えている。

【0024】

ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に記録されているプログラム、又は、記憶部３８からＲＡＭ３３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。
ＲＡＭ３３には、ＣＰＵ３１が各種の処理を実行する上において必要なデータ等も適宜記憶される。

【0025】

ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２及びＲＡＭ３３は、バス３４を介して相互に接続されている。このバス３４にはまた、入出力インターフェース３５も接続されている。入出力インターフェース３５には、入力部３６、出力部３７、記憶部３８、通信部３９、及びドライブ４０が接続されている。

【0026】

入力部３６は、キーボードやマウス等で構成され、ユーザの指示操作に応じて各種情報を入力する。
出力部３７は、ディスプレイやスピーカ等で構成され、画像や音声を出力する。
記憶部３８は、ハードディスク等で構成され、各種情報のデータを記憶する。
通信部３９は、ネットワークを介して他の端末（図示せず）との間で行う通信を制御すると共に、本実施形態では、サーボアンプ１２に対する指令値（参照電流）を出力したり、位置制御のフィードバック情報たる位置情報をＸＺステージ１３から入力するための通信を制御する。

【0027】

ドライブ４０には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリ等よりなる、リムーバブルメディア５１が適宜装着される。ドライブ４０によってリムーバブルメディア５１から読み出されたプログラムは、必要に応じて記憶部３８にインストールされる。また、リムーバブルメディア５１は、記憶部３８に記憶されている各種データも、記憶部３８と同様に記憶することができる。

【0028】

図５は、図４のコントローラ１１の機能的構成のうち、ハイブリッド制御を実行する場合の機能的構成を示す機能ブロック図である。

【0029】

コントローラ１１によりハイブリッド制御が実行される場合には、図５に示すように、切削力推定部６１と、バンドパスフィルタ６２と、力制御コントローラ６３と、バンドストップフィルタ６４と、位置制御コントローラ６５と、電流指令部６６と、電流補償部６７とが、ＣＰＵ３１等（図４）において機能する。

【0030】

ここで、これらの機能ブロック、即ち切削力推定部６１〜電流補償部６７の各機能の理解を容易なものとすべく、先ず、ハイブリッド制御の概要について説明する。

【0031】

リアルタイムにびびり振動を抑制するためには、力制御を採用するのが好適である。その理由は次のとおりである。
即ち、切削工具２４により切り取られるワークＷの表面の厚さ（以下、「切り取り厚さ」と呼ぶ）は、びびり振動の発生前ではほぼ一定であったものが、びびり振動の発生後では変化してしまう。その結果として、切削力が変動し、表面に起伏が発生し、この起伏により切り取り厚さがさらに変化してしまう。つまり、びびり振動が発生すると、切り取り厚さ変化 → 切削力変動 → 表面の起伏発生 → さらなる切り取り厚さ変化、といった悪循環が繰り返されてしまう。
この悪循環を断ち切るためには、力制御で切削力の変動を抑制することが好適である。

【0032】

しかしながら、力制御単体は、いつ加工が終わるかわからないため、つまり加工時間を計算できないため、生産工程（特に切削）に適用すること自体困難である。
そのため、生産工程を管理できる「位置制御」が工作機械システムでは一般的に必要になる。

【0033】

一方、従来の一般的なＮＣ制御で採用されている位置制御単体でも、びびり振動を抑制することは困難である。位置制御は、上述のように加工時間を推測することができるものの、切削力（加工力）については、あくまでも結果として現れるものであり、制御できないからである。

【0034】

そこで、本発明人らは、力制御と位置制御とを組み合わせる制御を発明した。しかしながら、力制御と位置制御とは相互に影響を及ぼすものであり、単純に組み合わせると干渉してしまい、システム全体として安定した制御が不可能になる。
そこで、本発明人らは、さらに、力制御と位置制御との周波数帯域を区分する手法を発明した。当該手法を適用することで、力制御と位置制御とを干渉することなく組み合わせることが可能になる。即ち、本発明人らが発明したハイブリッド制御とは、当該手法が適用された、力制御と位置制御との組み合わせの制御をいう。つまり、位置制御と力制御の周波数帯域を区分することで、位置制御と力制御との両制御を、時間的に同時に並行してリアルタイムに実行するものが、ハイブリッド制御である。
周波数帯域の区分の手法は、特に限定されないが、例えば、位置制御には、直流成分から低周波領域までの周波数帯域を割り当て、かつ、力制御には、びびり振動を抑制可能な特定の周波数帯域を割り当てると好適である。直流成分から低周波領域での周波数帯域で位置制御が実行されるので、必ず加工時間が推定されると共に、びびり振動を引き起こす領域の切削力の制御は特定の周波数帯域のみで可能になるからである。具体的には例えば、低周波領域として５Ｈｚを採用し、かつ、力制御に用いる特定の周波数帯域として５Ｈｚ〜１５Ｈｚを採用したところ、切削中に発生するびびり振動がリアルタイムに抑制されたことが本発明人らにより検証された（後述の図７〜図１０参照）。

【0035】

ここで、ハイブリッド制御に用いる力制御として、従来から研究開発されている一般的な制御を採用してもよい。
しかしながら、従来の一般的な力制御とは、工作機械内部又は加工空間に力センサを配置して、当該力センサからの力情報をフィードバックして、切削加工する制御である。即ち、従来の一般的な力制御を採用した場合、力センサといった新たな外部機器が必要になる。

【0036】

そこで、本実施形態では、本発明者らにより発明されて特開２０１０−２７１８８０号公報に既に開示された手法、即ち切削力の制御系内における推定手法（以下、「切削力推定手法」と呼ぶ）が、力制御に適用されている。これにより、力センサといった新たな外部機器が不要になる。

【0037】

以下、このような切削力推定手法の概要について、図６を参照して説明する。
図６は、切削力推定手法の概要を説明するための図であって、図１の工作機械システム１で端面切削を行う際にＸステージ２２に作用する力を示した図である。

【0038】

図６には、同図に図示せぬモータ２１（図１等）の推力Ｆｍにより、摩擦力Ｆｆｒｉｃが存在することを前提に、質量Ｍのステージ（Ｘステージ２２及びＺステージ２３）がｘ方向に移動量ｘだけ移動し、ワークＷに対して切削工具２４が切り込むことにより、切削力Ｆｃｕｔが生ずるものとされている。
また、モータ２１の推力Ｆｍは、所定の推力定数Ｋｔと、（コントローラ１１からの指令値である）参照電流Ｉｒｅｆとの積により表されるものとする。

【0039】

このような図６のモデルについての運動方程式は、次の式（１）に示されるようになる。

【数1】

【0040】

実際には質量Ｍと推力定数Ｋｔは、その公称値Ｍｎ，Ｋｔｎの夫々から△Ｍ，△Ｋｔの夫々だけ変動する。これらのパラメータ変動による変動力と、切削力Ｆｃｕｔと、摩擦力Ｆｆｒｉｃとの合計が、外乱Ｆｄｉｓとなり、次の式（２）で示される。この時、式（１）は式（３）のように変換される。

【数2】

【数3】

【0041】

式（３）において、質量の公称値Ｍｎと推力定数の公称値Ｋｔｎは既知であり、移動量ｘは位置情報としてＸステージ２２からコントローラ１１にフィードバックされ、参照電流Ｉｒｅｆは指令値としてコントローラ１１により生成される。従って、コントローラ１１は、式（３）に基づいて、外乱Ｆｄｉｓを推定することができる。
さらに、コントローラ１１は、このようにして推定した外乱Ｆｄｉｓから、摩擦力Ｆｆｒｉｃを減算することで、切削力Ｆｃｕｔを推定することができる。
なお、摩擦力Ｆｆｒｉｃは、無負荷の状態でモータ２１を駆動した時の外乱Ｆｄｉｓと同値であるので、その値を予め求めてテーブルや関数等としてデータベース化しておき、切削力Ｆｃｕｔの推定時に当該データベースから参照できるようにしておくとよい。

【0042】

このようにして、式（３）の外乱Ｆｄｉｓを推定し、さらに当該外乱Ｆｄｉｓから摩擦力Ｆｆｒｉｃを減算することで、切削力Ｆｃｕｔを推定する機能ブロックが、図５の切削力推定部６１である。
つまり、切削力推定部６１は、切削力推定手法に従って、切削力Ｆｃｕｔを推定する。これにより、力センサといった新たな外部機器が不要になる。
なお、切削力推定手法のさらなる詳細については、特開２０１０−２７１８８０号公報を参照するとよい。

【0043】

バンドパスフィルタ６２は、切削力推定部６１により推定された切削力Ｆｃｕｔの信号（以下、「切削力推定信号」と呼ぶ）のうち、所定の周波数帯域の成分信号ＦＢＰＦのみを通過させるフィルタである。
ここで、通過させる周波数帯域は、任意の設定が自在に可能とされているが、本実施形態では、力制御に用いられる周波数帯域、例えば５〜１５Ｈｚが設定されている。
即ち、本実施形態では、切削力推定信号のうち、力制御に用いられる周波数帯域（例えば５〜１５Ｈｚ）の成分信号ＦＢＰＦが、バンドパスフィルタ６２から出力されて、力制御コントローラ６３に供給される。

【0044】

力制御コントローラ６３は、切削力の指令値Ｆｃｍｄに対する、切削力のフィードバック値の誤差が無くなるように制御するコントローラであって、制御結果を加速度単位に変換して出力する。
ここで、切削力のフィードバック値としては、切削力推定信号のうち、特定の周波数帯域（例えば５〜１５Ｈｚ）の成分信号ＦＢＰＦが入力される。これにより、特定の周波数帯域（例えば５〜１５Ｈｚ）においての力制御が可能になる。
なお、力制御コントローラ６３内の力制御としては、いわゆるＰ制御が採用されているが、特にこれに限定されず、任意の種類の制御を採用することができる。

【0045】

バンドストップフィルタ６４は、Ｘステージ２２の検出された位置ｘを示す位置情報の信号（以下、「検出位置信号」と呼ぶ）のうち、所定の周波数帯域の成分を遮断し、それ以外の周波数帯域の成分信号ｘＢＳＦを通過させるフィルタである。
なお、図５の各機能ブロック内には、ハイブリッド制御のモデル化による各制御ブロック（ブロック線図）が図示されており、モータ２１についても、同様に、上述の式（１）等に基づいてモデル化された制御ブロック（ブロック線図）が図示されている。このため、検出位置信号は、図５では（モデル上では）モータ２１から直接出力されるように図示されているが、実際には上述のようにＸステージ２２（図１等）の図示せぬリニアエンコーダから出力されて、コントローラ１１のバンドストップフィルタ６４に入力される。
バンドストップフィルタ６４において遮断させる周波数帯域は、任意の設定が自在に可能とされているが、本実施形態では、力制御に用いられる周波数帯域、例えば５〜１５Ｈｚが設定されている。
即ち、本実施形態では、検出位置信号のうち、力制御に用いられる周波数帯域（例えば５〜１５Ｈｚ）の成分が遮断され、それ以外の周波数帯域（例えば、直流成分から５Ｈｚまでの周波数帯域と、１５Ｈｚを超えた周波数帯域）の成分信号ｘＢＳＦがバンドストップフィルタ６４から出力されて、位置制御コントローラ６５に供給される。

【0046】

位置制御コントローラ６５は、位置ｘの指令値ｘｃｍｄに対する、位置ｘのフィードバック値の誤差が無くなるように制御するコントローラであって、制御結果を加速度単位に変換して出力する。
ここで、位置ｘのフィードバック値としては、検出位置信号のうち、力制御に用いられる周波数帯域（例えば５〜１５Ｈｚ）の成分以外の周波数帯域（例えば、直流成分から５Ｈｚまでの周波数帯域と、１５Ｈｚを超えた周波数帯域）の成分信号ｘＢＳＦが入力される。
これにより、力制御に用いられる周波数帯域（例えば５〜１５Ｈｚ）の成分以外の周波数帯域（例えば、直流成分から５Ｈｚまでの周波数帯域と、１５Ｈｚを超えた周波数帯域）においての位置制御が可能になる。つまり、力制御と干渉が無い位置制御が可能になる。また、直流成分も位置制御の対象になっているので、ハイブリッド制御の終了時刻を確定することも可能になる。
なお、位置制御コントローラ６５内の位置制御としては、いわゆるＰＤ制御が採用されているが、特にこれに限定されず、任意の種類の制御を採用することができる。

【0047】

このように、本実施形態では、バンドパスフィルタ６２及びバンドストップフィルタ６４が、位置制御コントローラ６５と力制御コントローラ６３の夫々の制御対象となる周波数帯域を区分する機能を有している。

【0048】

電流指令部６６は、力制御コントローラ６３の制御結果（加速度単位）と、位置制御コントローラ６５の制御結果（加速度単位）とを加算することで、全周波数帯域の加速度単位指令ａｒｅｆを生成する。さらに、電流指令部６６は、この加速度単位の指令ａｒｅｆに対して（Ｋｔ／Ｍ）を乗算することで電流単位の指令に変換する。そして、電流指令部６６は、この電流単位の指令から、後述の電流補償部６７から出力される補償電流を減算して参照電流Ｉｒｅｆを求め、当該参照電流Ｉｒｅｆを指令値として出力する。
なお、参照電流Ｉｒｅｆは、図５の例ではモータ２１に直接入力されているが、これは検出位置情報と同様の理由によるものであり、実際には上述のようにサーボアンプ１２に入力される。そして、サーボアンプ１２が、参照電流Ｉｒｅｆに応じた電流を、モータ２１に対して流す。

【0049】

電流補償部６７は、切削力推定部６１と同様に、上述の式（３）の外乱Ｆｄｉｓを推定し、推定した外乱Ｆｄｉｓに基づいて、その外乱Ｆｄｉｓを補償してシステムのロバスト性を高めるための補償電流を生成して、電流指令部６６に供給する。即ち、電流補償部６７は、いわゆる外乱オブザーバにより構成される。
換言すると、電流補償部６７は、ハイブリッド制御を実現するために必須な構成要素ではないが、システムのロバスト性を高めるために採用すると好適である。
なお、電流補償部６７のさらなる詳細については、特開２０１０−２７１８８０号公報を参照するとよい。

【0050】

以上、図１〜図６を参照して、本実施形態の工作機械システム１について説明した。
本発明人らは、このような本実施形態の工作機械システム１を用いてワークＷを加工（切削）する試験として、２種類の方法の試験を行い、びびり振動が抑制されることを検証した。なお、以下、２種類の方法の試験の夫々を、「第１試験」及び「第２試験」の夫々と呼ぶ。
先ず、図７〜図９を参照して第１試験について説明し、次に、図１０を参照して第２試験について説明する。

【0051】

図７は、第１試験の方法の概略を説明する図である。
ワークＷとしては、底面の半径Ｒ＝１０ｍｍの円柱状の金属片が採用された。
本発明人らは、第１試験として、ワークスピンドル１４（図１）によりワークＷを時計回り（図７の矢印の方向）に回転させた状態でワークＷの外周から中心に向かってｘ方向に切削工具２４を移動させながら、位置制御ａ→ハイブリッド制御ｂ→位置制御ｃの順で交互に制御方法を切り替えて、ワークＷの端面を切削する試験を行った。
なお、位置制御ａ、ハイブリッド制御ｂ、及び位置制御ｃの夫々の送り量（ｘ方向の移動量）は、何れも３．３ｍｍとされた。また、ここでいう位置制御ａ及び位置制御ｃとは、図５において、サーボ制御可能な全周波数帯域で位置制御コントローラ６５による位置制御を行うこと（何れの周波数帯域においても力制御コントローラ６３による力制御を行わない）ことを意味する。

【0052】

図８は、第１試験の結果を示す図である。
図８（Ａ）はワークＷの実際の加工面の性状を示す図（写真）である。
図８（Ｂ）は表面粗さの比較結果を示す図（グラフ）である。図８（Ｂ）において、縦軸は算術平均粗さＲａ［μｍ］を示している。
図８に示すように、ハイブリッド制御ｂを実行することによって、位置制御ａ，位置制御ｃを実行した場合と比較して、平均表面粗さＲａを約７０％程度まで大幅に減少させ、良好な加工面を得ることが可能になる。

【0053】

図９は、第１試験の結果として、切削力の周波数成分を示す図である。
図９（Ａ）は、位置制御ａ，位置制御ｃが実行された際の切削力の振動についての、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析結果、即ち周波数成分を示している。
図９（Ｂ）は、ハイブリッド制御ｂが実行された際の切削力の振動についての、ＦＦＴ解析結果、即ち周波数成分を示している。
図９（Ａ），図９（Ｂ）において、横軸は周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸はスペクトルを示す。
位置制御a,位置制御cで見られる10Hz並びに170Hz付近の大きな振動スペクトルが、ハイブリッド制御bが実行されることで飛躍的に減少していることがわかる。

【0054】

以上、図７〜図９を参照して第１試験について説明した。次に、図１０を参照して第２試験について説明する。
図１０は、第２試験の結果を示す図である。
図１０（Ａ）は、各切り込み深さに対する最大高さ粗さＲｙを示す図（グラフ）である。図１０（Ａ）において、横軸は切り込み深さ［μｍ］を示し、縦軸は最大高さ粗さＲｙ［μｍ］を示している。
図１０（Ｂ）は、各切り込み深さに対する算術平均粗さＲａを示す図（グラフ）である。図１０（Ｂ）において、横軸は切り込み深さ［μｍ］を示し、縦軸は算術平均粗さＲａ［μｍ］を示している。

【0055】

本発明人らは、第２試験として、ワークスピンドル１４（図１）によりワークＷを時計回りに回転させた状態でワークＷの外周から中心に向かってｘ方向に切削工具２４を移動させながら、ワークＷの端面を切削していく過程で、びびり振動が発生する切り込み深さ（移動量z）を測定する試験を行った。
制御方法としては、位置制御と、ハイブリッド制御との夫々が採用された。位置制御は、第１試験の位置制御ａ，位置制御cと同様の制御である。ワークＷとしては、底面の半径Ｒ＝１０ｍｍの円柱状の金属片が採用された。
図１０に示すように、位置制御では、切り込み深さが７５μｍの段階でびびり振動が発生したのに対して、ハイブリッド制御では、切り込み深さが、それよりも４５μｍも深い１２０μｍの段階でびびり振動が発生した。
このように、ハイブリッド制御を用いることで、びびり振動の抑制効果が働き、その結果として、切り込み深さを延長すること（第２試験では４５μｍ延長すること）が可能になる。

【0056】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

【0057】

例えば、上述の実施形態では、バンドパスフィルタ６２及びバンドストップフィルタ６４（図５）が採用されたが、特にこれに限定されず、位置制御と力制御との周波数帯域を区分する機能を有する任意のもの（ソフトウェアとハードウェアとは問わない）を採用することができる。

【0058】

具体的には例えば、切削力推定信号のうち、直流成分を除く第１周波数帯域の成分信号を通過させる通過手段の一例として、上述の実施形態ではバンドパスフィルタ６２が採用されていた。また、第１周波数帯域を遮断することで、第１周波数帯域を除く第２周波数帯域の成分信号を通過させる遮断手段の一例として、上述の実施形態ではバンドストップフィルタ６４が採用されていた。
ここで、第１周波数帯域とは、力制御の対象となる周波数帯域であり、以下、「力制御帯域」と呼ぶ。また、第２周波数帯域とは、位置制御の対象となる周波数帯域であり、以下、「位置制御帯域」と呼ぶ。
つまり、力制御帯域は、上述の実施形態では１つの連続した周波数帯域（例えば５〜１５Ｈｚ）とされたが、特にこれに限定されず、相互に離間する複数の周波数帯域からなるようにしてもよい。換言すると、力制御帯域は、１つに限定されず、複数の帯域とすることができる。

【0059】

例えば、図１１には、２つの力制御帯域が設けられた場合のコントローラ１１の機能的構成例が示されている。即ち、図１１は、図４のコントローラ１１の機能的構成のうち、ハイブリッド制御を実行する場合の機能的構成を示す機能ブロック図であって、図５とは異なる例を示す機能ブロック図である。
図１１において、図５と対応する箇所（機能ブロック、制御ブロック、及び変数等）には同一の符号が付してある。これらの説明については省略する。

【0060】

図１１においては、切削力推定部６１の出力と力制御コントローラ６３の入力との間に、１つのバンドパスフィルタ６２（図５）の代わりに、２つのバンドパスフィルタ６２−１，６２−２が並列して設けられている。また、モータ２１の出力（より正確には、Ｘステージ２２のリニアエンコーダの出力）と位置制御コントローラ６５の入力との間には、１つのバンドストップフィルタ６４（図５）の代わりに、２つのバンドストップフィルタ６４−１，６４−２が直列して設けられている。

【0061】

バンドパスフィルタ６２−１は、切削力推定部６１により推定された切削力Ｆｃｕｔの信号、即ち切削力推定信号のうち、所定の周波数帯域の成分信号ＦＢＰＦ１のみを通過させるフィルタである。
ここで、通過させる周波数帯域は、任意の設定が自在に可能とされているが、２つの力制御帯域のうちの１つの帯域（以下、「第１力制御帯域」と呼ぶ）、例えば２〜１０Ｈｚが設定されている。
即ち、切削力推定信号のうち、第１力制御帯域（例えば２〜１０Ｈｚ）の成分信号ＦＢＰＦ１が、バンドパスフィルタ６２−１から出力されて、力制御コントローラ６３に供給される。

【0062】

バンドパスフィルタ６２−２は、切削力推定信号のうち、所定の周波数帯域の成分信号ＦＢＰＦ２のみを通過させるフィルタである。
ここで、通過させる周波数帯域は、任意の設定が自在に可能とされているが、２つの力制御帯域のうちの第１力制御帯域以外の帯域（以下、「第２力制御帯域」と呼ぶ）、例えば所定の高周波帯域が設定されている。
即ち、切削力推定信号のうち、第２力制御帯域（例えば高周波帯域）の成分信号ＦＢＰＦ２が、バンドパスフィルタ６２−２から出力されて、力制御コントローラ６３に供給される。

【0063】

力制御コントローラ６３は、切削力の指令値Ｆｃｍｄに対する、切削力のフィードバック値の誤差が無くなるように制御する。
ここで、図１１の例では、切削力のフィードバック値としては、切削力推定信号のうち、第１力制御帯域（例えば２〜１０Ｈｚ）の成分信号ＦＢＰＦ１と、第２力制御帯域（例えば高周波帯域）の成分信号ＦＢＰＦ２が入力される。
これにより、第１力制御帯域（例えば２〜１０Ｈｚ）及び第２力制御帯域（例えば高周波帯域）の夫々において力制御が可能になる。その結果、第１力制御帯域の力制御により、びびり振動の抑制効果が発揮すると共に、第２力制御帯域の力制御により、安定した加工の実現、切り屑排出性の向上、切削力低下等の各種効果が発揮すると期待される。

【0064】

なお、力制御帯域の数は、１つ（図５）や２つ（図１１）に特に限定されず、３つ以上でもよい。さらに、力制御帯域が複数存在する場合には、全ての帯域を力制御に用いる必要は特になく、任意のタイミングで、複数の力制御帯域のうち任意の単体或いは任意の２以上の組み合せを選択的に用いることができる。

【0065】

バンドストップフィルタ６４−１は、Ｘステージ２２の検出された位置ｘを示す位置情報の信号、即ち検出位置信号のうち、所定の周波数帯域の成分を遮断し、それ以外の周波数帯域の成分信号ｘＢＳＦ１を通過させるフィルタである。
なお、図５の説明で上述したように、検出位置信号は、図１１では（モデル上では）モータ２１から直接出力されるように図示されているが、実際にはＸステージ２２（図１等）の図示せぬリニアエンコーダから出力されて、コントローラ１１のバンドストップフィルタ６４−１に入力される。
バンドストップフィルタ６４−１において遮断させる周波数帯域は、任意の設定が自在に可能とされているが、ここでは、２つの力制御帯域のうち第１力制御帯域（例えば２〜１０Ｈｚ）が設定されている。
即ち、検出位置信号のうち、第１力制御帯域（例えば２〜１０Ｈｚ）の成分が遮断され、それ以外の周波数帯域（例えば、直流成分から２Ｈｚまでの周波数帯域と、１０Ｈｚを超えた周波数帯域）の成分信号ｘＢＳＦ１がバンドストップフィルタ６４−１から出力されて、バンドストップフィルタ６４−２に供給される。

【0066】

バンドストップフィルタ６４−２は、検出位置信号の成分信号ｘＢＳＦ１のうち、所定の周波数帯域の成分を遮断し、それ以外の周波数帯域の成分信号ｘＢＳＦ２を通過させるフィルタである。
遮断させる周波数帯域は、任意の設定が自在に可能とされているが、ここでは、２つの力制御帯域のうち第２力制御帯域（例えば高周波帯域）が設定されている。
即ち、検出位置信号の成分信号ｘＢＳＦ１（既に第１力制御帯域（例えば２〜１０Ｈｚ）の成分が既に遮断されている信号ｘＢＳＦ１）から、さらに第２力制御帯域（例えば高周波帯域）の成分が遮断される。その結果、それ以外の周波数帯域（例えば、直流成分から２Ｈｚまでの周波数帯域と、１０Ｈｚを超えた範囲のうち高周波帯域を除く周波数帯域）の成分信号ｘＢＳＦ２が、バンドストップフィルタ６４−２から出力されて、位置制御コントローラ６５に供給される。

【0067】

位置制御コントローラ６５は、位置ｘの指令値ｘｃｍｄに対する、位置ｘのフィードバック値の誤差が無くなるように制御する。
ここで、位置ｘのフィードバック値としては、検出位置信号のうち、第１力制御帯域（例えば２〜１０Ｈｚ）及び第２力制御帯域（例えば高周波帯域）の成分以外の周波数帯域（例えば、直流成分から２Ｈｚまでの周波数帯域と、１０Ｈｚを超えた範囲のうち高周波帯域を除く周波数帯域）の成分信号ｘＢＳＦ２が入力される。
これにより、第１力制御帯域（例えば２〜１０Ｈｚ）及び第２力制御帯域（例えば高周波帯域）の成分以外の周波数帯域（例えば、直流成分から２Ｈｚまでの周波数帯域と、１０Ｈｚを超えた範囲のうち高周波帯域を除く周波数帯域）における位置制御が可能になる。つまり、力制御と干渉が無い位置制御が可能になる。また、直流成分も位置制御の対象になっているので、ハイブリッド制御の終了時刻を確定することも可能になる。

【0068】

このように、図１１の例では、バンドパスフィルタ６２−１，６２−２及びバンドストップフィルタ６４−１，６４−２が、位置制御コントローラ６５と力制御コントローラ６３の夫々の制御対象となる周波数帯域を区分する機能を有している。

【0069】

また例えば、上述のコントローラ１１による一連の処理は、本実施形態では、主にＣＰＵ３１（図４）により実行される処理としたが、特にこれに限定されず、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。
換言すると、上述した各部や各手段による一連の処理を全体として実行できる機能が工作機械システム１に備えられていれば足り、この機能を実現するためにどのように各機能ブロックを構成するのかについては特に限定されない。即ち、各機能ブロックは、図５や図７に示す形態に限定されず、図４又は図７に示す機能ブロックを任意に分割又は組み合わせしたり、任意の機能の削除又は付加をすることができる。また、各機能ブロックは、ハードウェア単体で構成してもよいし、ソフトウェア単体で構成してもよいし、それらの組み合わせで構成してもよい。

【0070】

一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コントローラ１１等のコンピュータに対して、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。

【0071】

このようなプログラムを含む記録媒体は、ユーザにプログラムを提供するために装置本体とは別に配布されるリムーバブルメディア５１（図４）により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体等で構成される。リムーバブルメディア５１は、例えば、磁気ディスク（フロッピディスクを含む）、光ディスク、又は光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ−Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体は、例えば、プログラムが記録されている図４のＲＯＭ３２や、ハードディスク等の記憶部３８で構成される。

【0072】

また例えば、工作機械（本体）として、上述の実施形態では、切削工具２４を有するＸＺステージ１３と、ワークスピンドル１４とが採用されたが、特にこれに限定されない。
また例えば、上述の実施形態では、Ｘステージ２２用のリニアモータたるモータ２１のみが駆動手段として図示されたが、上述したように、Ｚステージ２３用のリニアモータやワークスピンドル１４用の通常（回転方向に動力を発する）モータもまた駆動手段に含まれる。これらのモータは、駆動手段の一例であって、その他駆動力を発生させる任意の機器を駆動手段として採用することができる。
即ち、駆動手段の駆動力により、ワークに対する相対的な位置を移動させると共に加工力を発生させて当該ワークを加工する加工手段を備える工作機械一般に対して、ハイブリッド制御を適用することが可能である。
ここで、加工手段の「ワークに対する相対的な位置を移動させる」とは、上述の実施形態のように、ワークＷを固定して切削工具２４（加工手段一例）側を移動させることの他、加工手段を固定してワーク側を移動させたり、加工手段とワークとの両者を移動させることを含む広義な概念である。
また、「加工」とあるように、加工手段によるワークの加工方法は、切削に特に限定されず、加工手段の加工力（上述の実施形態では切削力）を用いるもの、例えば研削・研磨等でもよい。

【0073】

以上まとめると、本発明が適用される工作機械制御装置は、以下のような構成を有すれば足り、各種各様の実施形態を採用することができる。
即ち、本発明が適用される工作機械制御装置は、駆動手段（例えば図１等のモータ２１）の駆動力により、ワーク（例えば図１等のワークＷ）に対する相対的な位置を移動させると共に加工力（例えば上述の実施形態でいう切削力）を発生させて当該ワークを加工する加工手段（例えば図１等の切削工具２４）を備える工作機械に対して、制御を実行する工作機械制御装置である。
そして、本発明が適用される工作機械制御装置は、次のような各手段、即ち、位置制御手段（例えば図５の位置制御コントローラ６５）と、加工力推定手段（例えば図５の電流補償部６７）と、力制御手段（例えば図５の力制御コントローラ６３）と、周波数帯域区分手段（例えば図５のバンドパスフィルタ６２とバンドストップフィルタ６４）とを備える。
位置制御手段は、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置の検出結果を示す検出位置信号に基づいて、前記加工手段の前記ワークに対する相対的な位置を制御する。
加工力推定手段は、前記駆動手段の駆動力を発生させる駆動信号の指令信号（例えば上述の実施形態の参照電流Ｉｒｅｆ）及び前記検出位置信号に基づいて前記駆動手段への外乱を推定し、推定した当該外乱から摩擦力を減算することにより、前記加工力の推定結果を示す加工力推定信号（例えば上述の実施形態でいう切削力推定信号）を生成する。
力制御手段は、前記加工力推定信号に基づいて、前記加工手段の加工力を制御する。
周波数帯域区分手段は、前記位置制御手段と前記力制御手段の夫々の制御対象となる周波数帯域を区分する。

【0074】

これにより、次のような効果を奏することができる。
即ち、従来のＮＣ工作機械に対する一般的な制御としては、全周波数帯域を位置フィードバックで制御する位置制御が採用されていた。このような位置制御は、高速かつ高精度な加工が可能となると共に、加工終了時刻がわかるという利点を有しているが、一方で、工具加工物への過負荷が生ずるという欠点を有している。当該欠点により、びびり振動が発生し易くなっている。
また、研究開発レベルであるが、全帯域を力フィードバックで制御する力制御も従来から存在した。このような力制御は、工具加工物への過負荷を抑制し得る利点を有しているが、一方で、加工終了時刻が予測不能でるため生産工程（特に切削）に適用すること自体困難であるという欠点を有している。
これに対して、本発明が適用される工作機械制御装置は、位置制御手段と力制御手段の夫々の制御対象となる周波数帯域を区分することによって、位置制御と力制御とを同時に並行してリアルタイムに実行する制御、即ちハイブリッド制御を実現することができる。
この周波数帯域の区分手法は特に限定されない。そこで例えば、直流成分を含むような所定の周波数帯域を位置制御に割り当てることで、力制御の欠点（終了時刻を確定できない）を解消することができる。また例えば、切削力の振動を抑制できるような特定の周波数帯域を力制御に割り当てることで、位置制御の欠点（工具加工物への過負荷及びびびり振動の発生）を解消することができる。
つまり、ハイブリッド制御を実現することで、位置制御と力制御の相互の欠点を補完すると共に相互の利点を高め合うことができる。
さらに、ハイブリッド制御は、コントローラ側のソフトウェアを変更するだけで実現可能であり、加工中の位置及び加工力をフィードバックして制御することで、びびり振動をリアルタイムに抑制するものである。つまり、特許文献１等従来のびびり振動の抑制手法が有していた欠点、即ち、加工後に次回以降の加工のための切削条件を変更する（工作機械本体側の変更も必要になる）ことによる、非リアルタイムかつ非効率な加工になるという欠点を解消することもできる。

【0075】

さらに、本発明が適用される工作機械制御装置は、加工力推定手段を有しているので、力制御のための外部機器は特に不要である。つまり、制御対象としては、付加的なセンサやピエゾアクチュエータといった新たな外部機器を取り付けることなく従来のＮＣ工作機械をそのまま流用することが可能である。

【0076】

このようにして、本発明が適用される工作機械制御装置は、付加的なセンサやピエゾアクチュエータといった新たな外部機器を用いずに、加工中に発生するびびり振動をリアルタイムに抑制することが可能になる。

【0077】

さらに、駆動手段の外乱を補償してシステムのロバスト性を高めたいという要望がある場合、本発明が適用される工作機械制御装置は、次のような補償手段（例えば図５の電流補償部６７）を備えるようにしてもよい。
補償手段は、駆動手段の駆動力を発生させる駆動信号の指令信号（例えば上述の実施形態の参照電流Ｉｒｅf）及び検出位置信号に基づいて駆動手段への外乱を推定し、推定した外乱に基づいて、駆動信号の指令信号を補償する補償信号を生成する。

【符号の説明】

【0078】

１・・・工作機械システム、１１・・・コントローラ、１２・・・サーボアンプ、１３・・・ＸＺステージ、１４・・・ワークスピンドル、２１・・・モータ、２２・・・Ｘステージ、２３・・・Ｚステージ、２４・・・切削工具、３１・・・ＣＰＵ、３２・・・ＲＯＭ、３３・・・ＲＡＭ、３４・・・バス、３５・・・入出力インターフェース、３６・・・入力部、３７・・・出力部、３８・・・記憶部、３９・・・通信部、４０・・・ドライブ、５１・・・リムーバブルメディア、６１・・・切削力推定部、６２，６２−１，６２−２・・・バンドパスフィルタ、６３・・・力制御コントローラ、６４，６４−１，６４−２・・・バンドストップフィルタ、６５・・・位置制御コントローラ、６６・・・電流指令部、６７・・・電流補償部、Ｗ・・・ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】