CN103154839B

CN103154839B - 进给轴反转时的补正方法

Info

Publication number: CN103154839B
Application number: CN201180049883.XA
Authority: CN
Inventors: 川名启; 森规雄; 尾田光成
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: EP2634656A1; JP5111589B2; CN103154839A; US20130173046A1; WO2012057231A1; EP2634656A4; US9588509B2; EP2634656B1; JP2012093989A

Abstract

补正在数值控制工作机械的进给轴反转时产生的象限突起的象限突起补正方法，从上述数值控制工作机械的NC程序中，从当前的位置指令到规定时间后的位置指令为止针对每一规定的控制周期在存储部中存储应该指示给上述伺服电机的位置指令，根据所存储的上述位置指令计算反转补正指令，基于通过上述伺服电机的动作或者对上述伺服电机的指令所得到的信息，计算从上述伺服电机的反转时刻开始提前将上述反转补正指令附加在上述伺服电机的速度指令或者扭矩指令上的时刻的提前时间，在比上述伺服电机的反转时刻还只提前了上述提前时间的时刻，将上述反转补正指令附加在上述伺服电机的速度指令或者扭矩指令上来补正象限突起。由此，能够提供可以高精度地补正象限突起的象限突起补正方法。

Description

进给轴反转时的补正方法

技术领域

本发明涉及补正在数值控制工作机械的进给轴的移动方向反转时产生的象限突起的补正方法。

背景技术

工作机械包含一个及一个以上的直动轴以及/或者旋转进给轴（以下，有时将这些直动轴以及旋转进给轴只称为“进给轴”），用于驱动这些进给轴的电机用数值控制装置控制。在工作机械中根据工件的加工处理内容安装不同的工具，另外用于将工件安装在工作机械上的卡具也根据工件使用。

在这样的工作机械中，通过让设置工件的作业台或者工具在相互垂直的二个方向上移动，进行让工件例如沿着圆弧形轨迹移动的作业。在进行这种加工的情况下，有时发生在让与一方的进给轴有关的伺服电机动作的同时，让与另一方的进给轴有关的伺服电机瞬间停止后再动作的情况。

因而，另一方的伺服电机的输出轴从动摩擦状态经过静摩擦状态再次变成动摩擦状态。进而，在伺服电机的反转时受到伺服电机的传动系统中的齿隙和弹性变形的影响。因此，在另一方伺服电机的动作中产生应答延迟，该应答延迟作为象限突起P出现在实测值中。因而，当例如沿着圆弧切削加工工件的情况下，在工件与象限突起P对应的切削位置上发生过度切削等的问题。

为了解决这种问题，在专利文献1中，对于位置指令追加补正指令，由此进行抑制象限突起的动作。

专利文献1：专利第2875646号公报

在此，补正指令的追加理想的是在反转之前进行。这是因为在滚珠丝杠驱动的进给轴等的情况下，因看做弹性要素的机械系统的一部分发生运动损失，为了补偿它需要先于指令而动作的缘故。

在专利文献1中，以反转时为基准在控制周期的范围中在反转之前追加象限突起的补正指令。但是，控制周期因为一般是数毫秒单位，所以追加补正指令的时刻和反转时的间隙最多数毫秒。但是，大多数情况下希望补正指令的追加在反转之前数十毫秒进行。因而，在专利文献1中尽管提早了补正指令的追加的时间，但该提早的时间不能说充分。因而，在以往的技术中，即使追加了补正指令，还是引起了象限突起依然残存的情况。

发明内容

本发明就是鉴于这种情况而提出的，其目的在于提供一种能够高精度地补正象限突起的象限突起补正方法。

为了实现上述目的如果采用第1发明，本发明提供一种象限突起补正方法，补正在数值控制工作机械的进给轴的移动方向反转时产生的象限突起，其特征在于：从上述数值控制工作机械的NC程序中，从当前的位置指令到规定时间后的位置指令为止针对每一规定的控制周期在存储部中存储应该指示给上述伺服电机的位置指令，根据所存储的上述位置指令计算反转补正指令，基于通过上述伺服电机的动作或者对上述伺服电机的指令所得到的信息，计算从上述伺服电机的反转时刻开始提前将上述反转补正指令附加在上述伺服电机的速度指令或者扭矩指令上的时刻的提前时间，在比上述伺服电机的反转时刻还只提前了上述提前时间的时刻，将上述反转补正指令附加在上述伺服电机的速度指令或者扭矩指令上来补正象限突起。

如果采用第2发明，则在第1发明中，通过上述伺服电机的动作或者对上述伺服电机的指令所得到的信息是从存储在上述存储部中的多个上述位置指令求得的加速度。

如果采用第3发明，则在第1发明中，通过上述伺服电机的动作所得到的信息是上述位置指令和上述伺服电机的实际位置之间的位置偏差。

如果采用第4发明，则在第1至第3发明之一中，进而，根据上述伺服电机的扭矩指令和实际扭矩之间的扭矩偏差，以及上述伺服电机的电流指令和实际电流之间的电流偏差的至少一方调节上述提前时间。

在第1发明中，根据通过伺服电机的动作或者给伺服电机的指令得到的信息，计算从伺服电机的反转时刻开始提前的提前时间，在考虑到提前时间的时刻，追加补正指令。提前时间因为不管数值控制工作机械的控制周期如何都能够决定，所以能够充分提前设定进行补正指令的追加的时间。因此，能够高精度地补正象限突起，能够谋求工件的加工面的品质的提高。

在第2发明中，因为利用从存储在存储部中的多个位置指令求得的加速度，所以不需要新的特别的信息，能够简单地求提前时间。而且，优选预先求加速度的平方根和提前时间之间的关系，根据该关系决定提前时间。

在第3发明中，因为使用从位置指令和伺服电机的实际位置得到的位置偏差，所以能够求充分考虑到运动损失影响的提前时间。

在第4发明中，使用扭矩偏差以及/或者电流偏差调节提前时间。因而，能够求解考虑到扭矩偏差以及/或者电流偏差的更正确的提前时间。

附图说明

图1是本发明的数值控制工作机械的概略图。

图2是本发明的控制数值控制工作机械的伺服控制部的构成方框线图。

图3是用于说明补正象限突起的补正方法的流程图。

图4是表示加速度的平方根和提前时间的关系的图。

图5a是表示加速度和提前时间的映像的图。

图5b是表示位置偏差和提前时间的映像的图。

图5c是表示扭矩偏差和提前时间的映像的图。

图5d是表示电流偏差和提前时间的映像的图。

图6是表示速度指令和时间的关系的图。

符号说明

10：数值控制工作机械；14：台；16：立柱；20：主轴；22：工具；24：进给丝杠；26：螺母；28：Z轴导轨；36：X轴导轨；40：数值控制部；42：NC程序；44：程序读取解释部；46：已解释程序存储部；48：程序执行指令部；50：分配控制部；52：伺服控制部；54：进给轴电机驱动部；60：位置控制部；62：减法器；64：速度控制部；72：扭矩检测部；74：电流检测部；90：缓冲器（存储部）；92：反转补正提前时间计算部；94：反转补正计算部。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中在相同的部件上标注同样的参照符号。为了容易理解，这些附图可以适宜地缩放。

图1是本发明的数值控制工作机械的概略图。在图1中，数值控制工作机械10是所谓的卧式加工中心，具备设置在工厂等的地板上的底座12。在底座12的上面在水平的Z轴方向（图1中左右方向）上延伸设置Z轴导轨28，在Z轴导轨28上通过工件用夹具G安装用于固定工件W的台14且滑动自如。图1表示在台14上固定可以在B轴方向上旋转进给的NC转台，在其上装载工件W的例子，但不通过NC转台也可以在台14上直接装载工件W。

在底座12的上面进一步X轴导轨36与Z轴正交，并且在水平方向的X轴方向上（与图1的纸面垂直方向）上延伸设置，在X轴导轨36上安装立柱16且滑动自如。在立柱16中在与工件W相对的前面，在与X轴以及Z轴正交的Y轴方向（在图1中是上下方向）上延伸设置Y轴导轨34，在Y轴导轨34上安装旋转自如地支撑主轴20的主轴头18且可以滑动自如。

在底座12内在台14的下侧上在Z轴方向上延伸设置Z轴进给丝杠24，在台14的下面固定旋拧在Z轴进给丝杠24上的螺母26。在Z轴进给丝杠24的一端上连结Z轴进给伺服电机Mz，通过驱动Z轴进给伺服电机Mz让Z轴进给丝杠24转动，台14沿着Z轴导轨28移动。同样在底座12内在立柱16的下侧上将X轴进给丝杠（未图示）在X轴方向上延伸设置，在立柱16的下面固定旋拧在上述X轴进给丝杠上的螺母（未图示）。

在上述X轴进给丝杠的一端上连结X轴进给伺服电机Mx，通过驱动X轴进给伺服电机Mx让上述X轴进给丝杠转动，由此立柱16沿着X轴导轨36移动。进而，在立柱16内在Y轴方向上延伸设置Y轴进给丝杠32，在主轴头18的背面上固定旋拧在Y轴进给丝杠32上的螺母30。在Y轴进给丝杠32的上端连结Y轴进给伺服电机My，通过驱动Y轴进给伺服电机My让上述Y轴进给丝杠32转动，由此主轴头18沿着Y轴导轨34移动。

在主轴20的前端上安装工具22，例如立铣刀。一边让工具22转动一边让主轴16、主轴头18、台14各自在X轴、Y轴、Z轴方向上动作，由此将固定在台14上的工件W切削加工成所希望的形状。当固定NC转台的情况下，数值控制工作机械10可以认为是进一步具有B轴的4轴数值控制工作机械。

数值控制工作机械10具备控制在立柱16、主轴头18、台14的X轴、Y轴、Z轴方向上移动的X轴、Y轴、Z轴进给伺服电机Mx、My、Mz的数值控制部40。当具有NC转台的情况下，具备B轴进给伺服电机（未图示）。

数值控制部40包含：读取NC程序42并解释它的程序读取解释部44；暂时存储被解释的程序的已解释程序存储部46；从已解释程序存储部46中适宜地提出程序发出执行程序数据的程序执行指令部48；根据来自程序执行指令部48的执行程序数据向X轴、Y轴、Z轴的各自发出位置指令值、速度指令值、扭矩指令值的分配控制部50；根据来自分配控制部50的位置指令值、速度指令值、扭矩指令值以及以后说明的反馈信号向进给轴电机驱动部54发出扭矩指令值或者电流指令值的伺服控制52。而且，对于B轴也一样，分配控制部50向B轴发出位置指令值、角速度指令值、角加速度指令值等。

进给轴电机驱动部54根据来自伺服控制部52的扭矩指令值或者电流指令值输出电流驱动X轴、Y轴、Z轴各自的进给轴电机（伺服电机）Mx、My、Mz。进而，在本实施方式中，设置补正从伺服控制部52向进给轴电机驱动部54的扭矩指令值或者电流指令值的计算控制部56。计算控制部56起到进行以后说明的模式化处理、控制参数的计算等的各种处理的效果。

图2是控制本发明的数值控制工作机械的伺服控制部的构成块线图。在以下的说明中只对与台14有关的Z轴的进给控制进行说明，但要理解X轴、Y轴以及B轴的进给控制也大致一样。

如图2所示，伺服控制部52包含：对来自位置·速度·加速度指令分配控制部50的位置指令值、速度指令值、加速度指令值，和来自附在台14上的数字直线标尺等的位置检测器SP的位置反馈信号进行比较的减法器58；放大来自减法器58的输出的位置控制部60；比较位置控制部60的输出值和来自设置在进给轴电机Mz上的脉冲编码器PC的速度反馈信号的减法器62；放大减法器62的输出的速度控制部64。

从图2可知，从分配控制部50提供的每一控制周期的位置指令暂时存储在缓冲器90中，顺序输入到减法器58。图2所示的缓冲器90具有D1～D50的50列，在各列中储存单一的位置指令。现在的位置指令是列D50内的位置指令，列D1～D49内的位置指令是将来的位置指令。从图2可知，在下一控制周期中，在列D1～D49的位置指令分别移动到列D2～D50的同时，将列D50内的位置指令输入到减法器58。而后，将新的位置指令存储在列D1中。在每一控制周期，例如每一毫秒进行这样的处理，将位置指令顺序输入到减法器58。

进而，伺服控制部52包含计算将反转补正指令输入到减法器62的提前时间Ta的反转补正提前时间计算部92；计算与进给轴的齿隙有关的反转补正指令值Ca的反转补正计算部94。在此，所谓提前时间Ta是指从伺服电机的反转时开始提前将反转补正指令输入到减法器62的时刻的时间。而且，在反转补正提前时间计算部92以及反转补正计算部94上假设适宜地输入缓冲器90的至少一个位置指令。进而，从图2可知，用扭矩检测部72检测到的进给轴电机M的扭矩、用电流检测部74检测到的流过进给轴M的电流输入到反转补正提前时间计算部92中。

图3是用于说明补正象限突起的补正方法的流程图。以下，参照图2以及图3说明在本发明的象限突起P的补正。首先，在步骤S11中，在每一控制周期将来自分配控制部50的位置指令存储在缓冲器90中。如上所述因为缓冲器90包含多个列D1～D50，所以如果将最新的位置指令存储在列D1中，则存储在列D1～D49中的位置指令移动到列D2～列D50。而后，列D50的位置指令作为现在的位置指令使用。

以下，在步骤S12中，反转补正计算部94使用缓冲器90的位置指令，计算用于补正象限突起P的反转补正指令Ca。而且，使用其他的方法也可以制成反转补正指令Ca。

其后，在步骤S13中，反转补正提前时间计算部92使用通过进给轴电机M的动作或者给进给轴电机M的指令得到的信息计算提前时间Ta。在此，通过进给轴电机M的动作或者对进给轴电机的指令得到的信息例如是进给轴电机M的的加速度。加速度根据储存在缓冲器90中的连续的至少3个位置指令计算。另外，从设置在进给轴电机M上未图示的加速度检测器中也可以检测进给轴电机M的加速度。

图4是加速度的平方根和提前时间Ta的关系的图，加速度的平方根和提前时间Ta呈图示的指数函数的关系。假设这种关系通过实验等预先求得。在本发明中，从图示的函数中求与进给轴电机M的加速度的平方根对应的提前时间Ta。或者，也可以根据该图5a所示那样预先求得的加速度和提前时间的映像决定提前时间Ta。

最后，在步骤S14中，根据在缓冲器90中的位置指令的值求进给轴电机M反转的反转时刻。反转时刻是在位置指令的符号切换时，在图2中是从列D2向列D1的切换时间。因而，在列D1的位置指令作为实际的位置指令使用的时刻进给轴电机M反转。这种反转时刻可以使用包含当前的位置指令的列D50和包含反转时的位置指令的D1之间的规定的控制周期的数量来计算。

而后，在只以提前时间Ta提前反转时刻的时刻，在减法器62上附加反转补正指令Ca。图6是表示速度指令和时间的关系的图。在图6中，在发出与列D1对应的位置指令时是进给轴电机M的反转时。而后，在图6中表示反转补正指令Ca0、Ca。另一方的反转补正指令Ca0是在控制周期的范围内在列D50的位置指令之前输入的指令，提前时间Ta0过短只能局部消除象限突起P。

与此相反，图6所示的本发明的反转补正指令Ca只以提前时间Ta提前输入。提前时间Ta因为比提前时间Ta0充分长，所以可以用反转补正指令Ca充分提前补正速度指令，其结果，能够大致全部消除象限突起P。而且，在参照图2等说明的实施方式中，虽然在速度指令中追加反转补正指令Ca，但同样也可以将另外制作的反转补正指令Ca追加到扭矩指令中。

这样，在本发明中，根据通过伺服电机的动作得到的信息，例如加速度计算提前时间Ta，在考虑到提前时间Ta的时刻追加反转补正指令Ca。而后，提前时间Ta因为不依赖于数值控制工作机械10的控制周期而确定，所以能够制作比控制周期还长许多的提前时间Ta，例如能够制作控制周期的数十倍长度的提前时间Ta。因而，可以充分提前设定进行补正指令的追加的时期。因而，在本发明中，能够高精度地补正象限突起P，其结果，可以提高工件W的加工面的品位。

另外，图5b是表示位置偏差和提前时间的映像的与图5a同样的图。在此，图5b中的位置偏差ΔP是用位置检测器Sp检测的进给轴电机M的位置和从分配控制部50输出的位置指令之间的偏差。在本发明中，也可以将该位置偏差ΔP作为通过伺服电机的动作得到的信息来使用。

即，从位置偏差ΔP中使用图5b的映像来确定提前时间Tb，代替提前时间Ta使用提前时间Tb。这样从位置偏差ΔP中求得的提前时间Tb在排除运动损失（lost motion）的影响方面是足够的值。因而，可以知道能够求解到更适宜的提前时间Tb，其结果，进一步高精度补正象限突起P，进一步提高工件W的加工面的品质。

另外，图5c是表示扭矩偏差和提前时间的映像的图。也可以计算来自分配控制部50的扭矩指令和用扭矩检测部72检测的实际的扭矩之间的扭矩偏差Δτ，根据扭矩偏差Δτ从预先确定的映像中求提前时间Tc。另外，图5d是电流偏差和提前时间的映像的图。也可以计算来自分配控制部50的电流指令和用电流指令检测部74检测的实际电流之间的电流偏差ΔI，根据电流偏差ΔI从预先确定的映像中求提前时间Td。

这些提前时间Tc、Td也可以代替提前时间Ta使用。或者，也可以计算这些提前时间Tc、Td中的至少一方和提前时间Ta的平均值，将该平均值作为新的提前时间使用。在这种情况下，可以知道能够求解到考虑了扭矩偏差Δτ以及/或者电流偏差ΔI的、更正确的提前时间。而且，使用其他的方法也可以用提前时间Tc、Td的至少一方调节提前时间Ta。这种情况下也包含在本发明的范围中。

Claims

1.一种象限突起补正方法，补正在数值控制工作机械的进给轴的移动方向反转时产生的象限突起，其特征在于：

从上述数值控制工作机械的NC程序中，从当前的位置指令到规定时间后的位置指令为止，针对每一规定的控制周期在存储部中存储应该指示给上述进给轴的伺服电机的位置指令，

根据所存储的上述位置指令计算反转补正指令，

预先求出加速度、位置偏差、扭矩偏差以及电流偏差中的某一个和提前时间之间的关系，上述加速度是从存储在上述存储部中的位置指令求得的，上述位置偏差是上述位置指令和上述伺服电机的实际位置之间的位置偏差，上述扭矩偏差是上述伺服电机的扭矩指令和实际扭矩之间的扭矩偏差，上述电流偏差是上述伺服电机的电流指令和实际电流之间的电流偏差，上述提前时间是从上述伺服电机的反转时刻开始，提前了将上述反转补正指令附加在上述伺服电机的速度指令或者扭矩指令上的时刻的提前时间，

在实际的上述进给轴的移动时，根据预先求出的上述关系，计算与从存储在上述存储部中的位置指令求得的加速度、上述位置指令和上述伺服电机的实际位置之间的位置偏差、上述伺服电机的扭矩指令和实际扭矩之间的扭矩偏差、以及上述伺服电机的电流指令和实际电流之间的电流偏差中的某一个对应的上述提前时间，

在比上述伺服电机的反转时刻还只提前了上述提前时间的时刻，将上述反转补正指令附加在上述伺服电机的速度指令或者扭矩指令上来补正象限突起。