CN101183254A - 移动轨迹显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种移动轨迹显示装置，其中，通过级联结构的一对进给轴在该进给轴方向上可移动地两端支持的移动体，在以规定的比率来内分所述一对进给轴之间的轴间距离的点处具有位置控制对象点，所述移动轨迹显示装置描绘该位置控制对象点的移动轨迹，特征是具有在同步驱动所述一对进给轴时存储在各进给轴上检测到的所述移动体的位置数据的数据存储部；根据在该数据存储部中存储的所述各进给轴上的所述位置数据来计算所述位置控制对象点的位置数据的数据运算部；和根据由该数据运算部算出的所述位置数据来描绘所述位置控制对象点的移动轨迹的轨迹显示部。

Description

移动轨迹显示装置
技术领域
本发明涉及例如在通过伺服电动机来驱动的机床以及电动压力机、注塑成形机、冲压机等工业机械中适用的、对配置到级联结构的一对进给轴上的移动体的位置控制对象点的移动轨迹进行显示的移动轨迹显示装置。
背景技术
一般，作为对配置在进给轴上的工件台或者刀架等移动体的位置控制对象点的移动轨迹进行显示的移动轨迹显示装置以及移动轨迹显示方法的一例，公知在特开2005-189215号公报中公开的移动轨迹显示装置以及移动轨迹显示方法。在该公报中，公开了通过在多个通道中取得的数据间的运算，来计算作为与时间关联的时间系列数据的规定的数据列，根据该数据列显示位置控制对象点的移动轨迹的方法。另外，该装置以及方法，取时间数据为T(n)，取第一通道数据为X轴方向的位置数据X(n)，取第二通道数据为Y轴方向的位置数据Y(n)，能够用X与Y合成的2维数据来显示位置控制对象点的移动轨迹。
此外，作为其他的现有技术例，在特开平5-1007365号公报中公开了用接近实际动作的形状来描述用多轴控制指令NC数据进行指令的工具轨迹的方法，另外，在特开平8-16246号公报中公开了提高用主电动机以及子电动机驱动一对进给轴的级联结构的动作稳定性的级联控制方法。
在可通过进给轴来移动支持的工件台或者刀架等移动体是大型设备、不能使移动体响应性良好地加减速时，或者在伺服电动机和移动体之间的定位精度差时，有时进行用两个伺服电动机来驱动互相平行的一对进给轴的级联控制。级联控制是在与主电动机和子电动机的两个电动机连接的一对进给轴上使可移动地支持于该一对进给轴上的移动体进行移动的控制方法。但是，在该级联控制中同步控制主电动机和子电动机，不过由于存在某程度的差以致主侧的进给轴和从动侧的进给轴的位置有细微的差异，由此存在在一对进给轴之间产生同步误差的问题。在这样的情况下，当移动体的位置控制对象点处于一对进给轴之间时，位置控制对象点变得既不在主侧的进给轴的位置也不在从动侧的进给轴的位置，由此存在不能正确地求位置控制对象点的问题。
在特开2005-189215号公报中公开的方法是根据在多个通道中取得的数据计算规定的数据列的方法，不是处理如上述位置控制对象点那样不能在规定的通道中取得的数据的方法，因此，存在不能正确地显示存在于一对进给轴之间的移动体的位置控制对象点的移动轨迹的问题。例如，在移动体是可在2维方向上移动的刀架、把固定在该刀架上的切削工具的切削刃作为位置控制对象点时，成为通过刀具的切削刃来切削的被切削材料的实际加工轮廓与在机床的显示装置上显示的移动轨迹不同的结果，担心不能正确地评价加工产品的尺寸形状这样的不适当的情况。
发明内容
本发明鉴于上述问题提出，其目的在于提供一种能够更准确地显示级联结构的一对进给轴侧的位置控制对象点的移动轨迹的移动轨迹显示装置。
为了实现上述目的，本发明是一种移动轨迹显示装置，其中，通过级联结构的一对进给轴在该进给轴方向上可移动地两端支持的移动体，在以规定的比率来内分所述一对进给轴间的轴间距离的点处具有位置控制对象点，所述移动轨迹显示装置描绘该位置控制对象点的移动轨迹，特征是具有：数据存储部，其在同步驱动所述一对进给轴时，对在各进给轴上检测到的所述移动体的位置数据进行存储；数据运算部，其根据在该数据存储部中存储的所述各进给轴上的所述位置数据来计算所述位置控制对象点的位置数据；和轨迹显示部，其根据由该数据运算部算出的所述位置数据，来描绘所述位置控制对象点的移动轨迹。
在本发明的移动轨迹显示装置中，设所述位置控制对象点位于所述轴间距离的内分点K、第一进给轴上的所述移动体的位置数据为Xm、第二进给轴上的所述移动体的位置数据为Xs，并根据公式(1-k)×Xm+k×Xs来计算所述位置控制对象点的所述位置数据。
在本发明的移动轨迹显示装置中，所述一对进给轴是主侧的所述第一进给轴和从动侧的所述第二进给轴，所述位置控制对象点能够以与所述第一进给轴以及所述第二进给轴正交的第三进给轴方向进行移动，并能够将所述移动轨迹描绘为曲线。
根据本发明，通过数据存储部对在各进给轴上移动体的实际位置数据进行存储，通过数据运算部来计算位于一对进给轴之间的移动体的位置控制对象点的位置数据，通过轨迹显示部来描绘位置控制对象点的移动轨迹，所以即使在级联结构的一对进给轴上有同步误差，也能够正确地显示位置控制对象点的移动轨迹。由此，可正确地评价加工产品的尺寸形状，可提高加工精度。
在把轴间距离的内分点作为K时，可通过简单的比例计算来求位置控制对象点的位置。
当使位置控制对象点能够以与第一进给轴和第二进给轴正交的第三进给轴方向进行移动时，可以将在包含相互正交的轴的平面内的位置控制对象点的移动轨迹描绘为曲线。由此可正确地显示圆形、椭圆形或波形等移动轨迹，可扩展使用范围。
附图说明
本发明的上述以及其他的目的、特征以及优点，通过与附图相关的以下优选实施形态而变得更加明了。在附图中，
图1是表示本发明的移动轨迹显示装置的第一实施形态的结构的框图，
图2是用于说明级联结构的一对进给轴、和驱动该一对进给轴的伺服电动机的控制方法的重要部分框图，
图3是表示用图1所示的移动轨迹显示装置来描绘的位置控制对象点的移动轨迹的图，
图4是表示本发明的移动轨迹显示装置的第二实施形态的结构的框图，
图5是表示本发明的移动轨迹显示装置的第三实施形态的结构的框图。
具体实施方式
以下使用附图对本发明实施形态的具体例进行详细地说明。图1表示本发明移动轨迹显示装置的第一实施形态的结构。本实施形态的移动轨迹显示装置10安装在多轴机床的控制器1上，其具有位置数据存储部11、系数数据存储部12、位置数据运算部13和轨迹显示部14。移动轨迹显示装置10的详细内容在后面进行叙述。
未图示的机床具有在可沿进给轴上下方向(Z方向)移动的滑块(ram)上所具备的主轴(S轴)、和整体支持由安装于主轴的切削工具来进行加工的被切削材料(移动体)6并可在水平面内正交的2轴方向(X-Y方向)上移动的工件台(移动体)5。在使工件台5移动的两个进给轴中，一个进给轴构成为级联结构的互相平行的一对第一进给轴15以及第二进给轴16。对第一进给轴15以及第二进给轴16进行驱动的两个伺服电动机，构成为主侧的伺服电动机18以及从动侧的伺服电动机19，并通过控制器1来进行同步控制。
控制器1通过未图示的共有存储器与作为上位控制装置的数值控制装置连接。与驱动各进给轴的伺服电动机相对的控制指令从数值控制装置输出。控制器1具有由处理器、ROM、RAM等构成的数字伺服电路20(图2)。数字伺服电路20，是根据反馈信号对驱动级联结构的一对进给轴(X轴)15、16的伺服电动机18、19、驱动与该一对进给轴15、16正交的进给轴(Y轴)的伺服电动机、或用于旋转驱动主轴的主轴电动机分别进行位置环路控制、速度环路控制，并且根据来自晶体管变换器等放大器的电流反馈信号来进行电流环路控制的电路。
图2表示对于驱动第一进给轴15以及第二进给轴16的主侧伺服电动机18以及从动侧伺服电动机19的控制流程。首先，从上位的数值控制装置输出的每单位时间的移动(位置)指令，在分支点21向两方向分支，其中一个移动指令依然为与主侧伺服电动机18相对的移动指令，另一个移动指令乘以一定比率的换算系数K后成为与从动侧伺服电动机19相对的位置指令。
在主侧的进给轴电路22中，减去从作为主侧的第一进给轴15的位置检测器的线性刻度器24输出的位置反馈检测值，来求位置偏差(位置环路控制)，在位置控制处理部26中在位置偏差上乘以位置环路增益来求速度指令。接着从该速度指令减去由检测伺服电动机18的速度的速度检测器输出的速度反馈检测值来求速度偏差(速度环路控制)，对该速度偏差进行比例积分控制(PI控制)，以求电流指令(转矩指令)。然后，从该电流指令减去电流反馈的检测值求电流偏差(电流环路控制)，并通过放大器来驱动主侧伺服电动机18。
在从动侧的进给轴侧电路23中也和主侧的进给轴电路22同样，顺次进行位置环路控制、速度环路控制、电流环路控制，并通过放大器驱动从动侧伺服电动机19。
基于上述数字伺服电路20的同步控制，基本上是与现有技术基本相同的控制，但是在由进给轴的高刚性化引起的惯性惯量大的情况、或者进给轴高速化等情况下，在仅利用数字伺服电路20的控制中位置偏差变大，所以可以设置对级联结构的一对进给轴15、16间的同步误差进行修正的单元。此外，本发明的特征之一是不设置修正同步误差的单元就能够计算位于一对进给轴15、16间的位置控制对象点A的正确位置，但是在具有修正同步误差的单元的情况下能够更准确地求位置控制对象点A是不言而喻的。
如图1所示，本实施形态的移动轨迹显示装置10的位置数据存储部(数据存储部)11的功能为在驱动第一进给轴15以及第二进给轴16时，存储通过线性刻度器24、25在各进给轴15、16上进行检测的工件台5的各位置数据Xm、Xs。各位置数据Xm、Xs，通过线性刻度器24、25的各通道向位置数据存储部11输出。此外，在本实施形态中，作为位置检测器使用线性刻度器24、25，但是也可以把检测伺服电动机的旋转角的旋转编码器作为位置检测器来进行使用。
移动轨迹显示装置10的系数数据存储部12的功能为将内分点K存储为系数数据，该内分点K是被切削材料6的位置控制对象点A以规定的比率来内分一对进给轴(X轴)15、16之间的轴间距离而得出的点。内分点K，相当于利用保持在机床主轴上的切削工具作出的被切削材料6上的加工点，可任意采用0～1范围内的数值。在通过切削工具对被切削材料6进行3维加工时，还可以把内分点K表示为与一对进给轴15、16正交的Y轴方向位置的函数。
移动轨迹显示装置10的位置数据运算部(数据运算部)13的功能为根据在位置数据存储部11中存储的各进给轴15、16上的位置数据Xm、Xs以及在系数数据存储部12中存储的内分点K来计算被切削材料6的位置控制对象点A(图2)的位置数据。在把位置控制对象点A的内分点作为K、把第一进给轴15上的工件台5的位置数据作为Xm、把第二进给轴16上的工件台5的位置数据作为Xs时，位于第一进给轴15和第二进给轴16之间的被切削材料6的位置控制对象点A的位置数据Xk可以根据(1-k)×Xm+k×Xs的公式来计算(参照图2)。例如，在K为0的情况下位置控制对象点A的位置数据Xk等于Xm，在K为1的情况下位置控制对象点A的位置数据Xk等于Xs，在K为0.5的情况下位置控制对象点A的位置数据Xk作为Xm和Xs的算术平均值来计算。
移动轨迹显示装置10的轨迹显示部14是作为用于根据通过位置数据运算部13算出的位置数据来描绘位置控制对象点A的移动轨迹的CRT或者液晶显示器来发挥功能的部分，在本实施形态中使用在控制器1内具备的CRT或者液晶显示器。移动轨迹根据内分点K进行变化，例如，如2维切削时那样在内分点K一定时画为直线，在如3维切削那样内分点K进行变化时作为圆形、椭圆形或波形等曲线来描绘。在图3中，描绘出圆形的移动轨迹，位置控制对象点A的移动轨迹在第一进给轴的移动轨迹和第二进给轴的移动轨迹之间进行描绘。在轨迹显示部14上显示的移动轨迹相当于被切削材料6的加工轮廓，所以通过移动轨迹能够评价加工产品的加工效果或者尺寸形状。
下面根据图4以及图5来说明本发明的移动轨迹显示装置的变形例。图4所示的移动轨迹显示装置10A是以个人计算机30的图像显示部来代用不包含在控制器1中的构成部分的轨迹显示部14的装置。通过该变形例，可以在与控制驱动源的控制器1连接的外部显示装置中显示移动轨迹，所以能够减轻图像处理所需要的控制器1的负担，能够避免在控制器1内的处理数据的冲突。图5所示的移动轨迹显示装置是用相当于个人计算机30的部分来代用作为不包含在控制器1中的构成部分的系数数据存储部12、位置数据运算部13、轨迹显示部14的装置。根据该变形例，可避免受到取得数据的通道数的限制，同时能够进一步减轻控制驱动源的控制器1的负担。
此外，本发明不限于上述实施形态，可以采用各种变形来实施。在本实施形态中，显示可整体支持在工件台上的被切削的位置控制对象点的移动轨迹，但是在级联结构的一对进给轴被设置在切削工具的固定的刀架侧时，也可以把切削工具的切削刃位置作为位置控制对象点，显示其移动轨迹。另外，具有一对进给轴的级联结构，即使是具备于电动压力机或者注塑成形机的可动部上，也可以如本实施形态那样地显示位置控制对象点的移动轨迹。

Claims (6)

1.一种移动轨迹显示装置(10)，其中，通过级联结构的一对进给轴(15，16)在该进给轴方向上可移动地两端支持的移动体(6)，在以规定的比率来内分所述一对进给轴(15，16)之间的轴间距离的点处具有位置控制对象点(A)，所述移动轨迹显示装置描绘该位置控制对象点(A)的移动轨迹，其特征在于，具有：
数据存储部(11)，其在同步驱动所述一对进给轴(15，16)时，对在各进给轴(15，16)上检测到的所述移动体(6)的位置数据进行存储；
数据运算部(13)，其根据在该数据存储部(11)中存储的所述各进给轴(15，16)上的所述位置数据来计算所述位置控制对象点(A)的位置数据；和
轨迹显示部(14)，其根据由该数据运算部(13)算出的所述位置数据，来描绘所述位置控制对象点(A)的移动轨迹。
2.根据权利要求1所述的移动轨迹显示装置(10)，其中，
设所述位置控制对象点(A)位于所述轴间距离的内分点K，
设第一进给轴(15)上的所述移动体(6)的位置数据为Xm，
设第二进给轴(16)上的所述移动体(6)的位置数据为Xs，
根据公式(1-k)×Xm+k×Xs来计算所述位置控制对象点(A)的所述位置数据。
3.根据权利要求1或者2所述的移动轨迹显示装置(10)，其中，
所述一对进给轴(15，16)是主侧的第一进给轴(15)和从动侧的第二进给轴(16)，所述位置控制对象点(A)能够以与所述第一进给轴(15)以及所述第二进给轴(16)正交的第三进给轴方向进行移动，并将所述移动轨迹描绘为曲线。
4.根据权利要求1或者2所述的移动轨迹显示装置(10)，其中，
所述轨迹显示部(14)是对所述一对进给轴(15，16)的驱动源(18，19)进行控制的控制器(1)的显示部。
5.根据权利要求1或者2所述的移动轨迹显示装置(10)，其中，
所述轨迹显示部(14)是与控制所述一对进给轴(15，16)的驱动源(18，19)的控制器(1)进行连接的外部显示装置。
6.根据权利要求1或者2所述的移动轨迹显示装置，其中，
与控制所述一对进给轴(15，16)的驱动源(18，19)的控制器(1)进行连接的个人计算机(30)作为所述数据运算部来作用，与该个人计算机(30)进行连接的显示装置作为所述轨迹显示部(14)来作用。
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