CN104678883A - 具备降低制动落下量的功能的伺服控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供伺服控制装置，其具备降低机床或工业机械等机械所具有的重力轴在制动时的落下量的功能。上述伺服控制装置构成为对伺服马达进行控制，所述伺服马达驱动机械所具有的重力轴，该伺服控制装置具备：制动信号输出部，其构成为能够对用于保持(停止)重力轴的机械制动器输出制动工作信号以及制动解除信号；转矩指令生成部，其生成用于伺服马达的位置控制的转矩指令值；以及转矩限制值生成部，其生成用于限制该转矩指令值的转矩限制值，转矩限制值生成部在制动信号输出部输出制动工作信号后，使该转矩限制值从大于与重力相当的转矩的第一值连续地减少至小于与重力相当的转矩的第二值。

Description

具备降低制动落下量的功能的伺服控制装置
技术领域
本发明涉及伺服控制装置，其具备降低重力轴制动时的落下量的功能。
背景技术
在由伺服马达驱动机床或工业机械的进给轴等的构成中，在被伺服马达驱动的轴是外力作用特别是重力作用的轴(以下称为重力轴)的情况下，若切断对该伺服马达的动力而使重力轴处于非控制状态，则该重力轴将因重力而落下。
作为与重力轴的落下相关联的技术，例如在日本特开2003－131701号公报中记载有如下的伺服马达控制装置，其构成为，在被伺服马达驱动的机械处于紧急停止时或停电时，输出使该机械的重力轴上升仅规定量的指令，并且输出由制动装置对该重力轴施加制动的指令。
另外，在日本特开2010－215369号公报中记载有如下的伺服控制系统，在起重机车辆等回转式工作机械中，在由电动机通过多个齿轮驱动负载轴的情况下，为了降低因齿轮彼此的齿隙而引起的影响，而在该电动机减速时或反转时，在经过规定时间为止的期间限制该电动机的输出转矩，所述规定时间与一方的齿轮移动与齿隙宽度相当的距离时所需的时间相当。
日本特开2003－131701号公报所记载的发明的主要目的是，防止在对重力轴施加制动时该重力轴落下。但是，在日本特开2003－131701号公报中，在制动时从利用马达的控制的停止向利用机械制动器的停止切换时，预先使重力轴上升比重力轴的落下量大的量后进行机械制动工作。因此，在日本特开2003－131701号公报中，重力轴的落下量自身并没有降低。
另一方面，日本特开2010－215369号公报所记载的发明的目的在于抑制由齿隙引起的振动、噪音、机械寿命下降，并不是实现使重力轴的落下量降低的方案。另外在日本特开2010－215369号公报中，虽然记载了在经过第二齿轮仅移动与齿隙宽度相当的距离时所需的时间之前限制电动机转矩的内容，但是并没有提及将该转矩具体地限制在怎样的值。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供伺服控制装置，其具备降低机床或工业机械等机械所具有的重力轴在制动时的落下量的功能。
为了达成上述目的，本发明提供一种伺服控制装置，对驱动机床或工业机械的重力轴的伺服马达进行控制，上述伺服控制装置的特征在于，具备：制动信号输出部，构成为能够对用于保持上述重力轴的具有齿隙的机械制动器输出制动工作信号以及制动解除信号；转矩指令生成部，生成用于上述伺服马达的位置控制的转矩指令值；以及转矩限制值生成部，生成用于限制上述转矩指令生成部生成了的转矩指令值的转矩限制值，上述转矩限制值生成部，在上述制动信号输出部输出了制动工作信号后，使上述转矩限制值从大于与重力相当的转矩的第一值连续地减少至小于与重力相当的转矩的第二值。
在优选的实施方式中，上述转矩限制值生成部，在从上述制动信号输出部输出制动工作信号开始待机到上述机械制动器进行工作之后，使上述转矩限制值减少。
在优选的实施方式中，上述第二值为零。
在优选的实施方式中，上述第一值为上述转矩限制值即将开始减少之前的转矩指令值。
附图说明
通过参照附图对以下优选的实施方式进行说明将会使本发明的上述或其他的目的、特征以及优点更明确。
图1是表示本发明可适用的重力轴以及机械制动器的概要构造的图。
图2a～2d是说明在图1的机械制动器的齿隙部分的重力轴以及摩擦片的变动的图。
图3是表示与图2a～2d的动作相关联，使用以往的伺服控制装置的情况下的伺服马达的转矩及重力轴的速度以及位置的时间变化的图表。
图4是与包含重力轴的机械的概要构成一起表示本发明的伺服控制装置的概要构成的方块图。
图5是表示使用本发明的伺服控制装置的情况下的伺服马达的转矩及重力轴的速度以及位置的时间变化的图表。
具体实施方式
图1是表示本发明可适用的具有齿隙的一般的机械(机械式)制动器的概要构造的图。机械制动器2具有能够与轴(旋转轴)4一体地旋转的摩擦片6和构成为可与摩擦片6接触或分离的制动片8，所述轴4是机床或工业机械的进给轴等的被未图示的伺服马达驱动的轴，通过制动片8将摩擦片6夹住，使规定的保持力作用在摩擦片6上。另一方面，如虚线10所包围的放大部分所示，因为轴4与摩擦片6通过例如凹凸构造相互卡合，所以若摩擦片6停止，则轴4也停止。但是，在轴4与摩擦片6之间(如图示例那样的凹凸构造)在构造上存在规定的齿隙12。另外，除了轴4与摩擦片6之间的齿隙12之外，也有在制动片8与制动片8的固定件(未图示)之间存在齿隙的情况。
图2a～2d对图1的机械制动器2的齿隙部分处的轴4以及摩擦片6的以往的变动进行说明，图3是表示图2a～2d的动作的伺服马达的转矩及轴的速度以及位置的时间变化的图表。轴4是受重力作用的重力轴，在进行其停止动作时，从利用伺服马达的转矩的停止(利用伺服控制的停止)切换为利用机械制动器2的停止。具体来说，首先如图2a以及图3的(a)部所示，在驱动轴4的伺服马达因伺服控制而停止时，轴4通过伺服马达的保持转矩而被保持在固定位置，另一方面，摩擦片6位于齿隙12内的自由位置。在此，若使机械制动器2工作(制动片8将摩擦片6夹住)，则摩擦片6锁定在该位置(齿隙内的自由的位置)(图2b以及图3的(b)部)。
接下来，为了将使轴4停止的单元从伺服马达切换为机械制动器2，若切断对伺服马达的动力(使伺服控制停止)，则伺服马达的转矩不连续地变为0，由于重力，轴4在齿隙12内向下方加速，落下齿隙宽度以内的距离(图3的L1)(图2c以及图3的(c)部)。
在此，例如图2c所示，由于轴4的凸部14与摩擦片6的齿隙端(肩部)16碰撞，存在摩擦片6相对于制动片8向下方滑动(例如进一步落下图3的L2)的情况，由此轴4也进一步向下方落下。通过这样的变动，如图2d以及图3的(d)部所示，在制动时重力轴随着较大的落下量而停止，成为使包含该重力轴的机床或工业机械的精度变差的主要原因。
因此，本发明的伺服控制装置具有如图4所示那样的结构。伺服控制装置20构成为对伺服马达24进行控制，所述伺服马达24驱动机床或工业机械等机械22所具有的进给轴等受重力作用的重力轴4，该伺服控制装置具备：制动信号输出部26，其构成为能够对用于保持(停止)重力轴4的机械制动器2输出使制动器2工作的制动工作信号以及解除制动器2的制动解除信号；转矩指令生成部28，其生成用于伺服马达24的位置控制的转矩指令值；以及转矩限制值生成部30，其生成用于限制转矩指令生成部28生成了的转矩指令值的转矩限制值，转矩限制值生成部30在制动信号输出部26输出了制动工作信号后，使该转矩限制值从大于与重力相当的转矩的第一值连续地减少至小于与重力相当的转矩的第二值。
接下来，参照与图3类似的图5对本发明的伺服控制装置20的作用进行说明。如使用图2a～2d进行说明的那样，轴4是受到重力作用的重力轴，在进行其停止动作时，从利用伺服马达的转矩的停止(利用伺服控制的停止)切换为利用机械制动器2的停止。具体来说，首先如图2a以及图5的(a)部所示，在通过伺服控制使驱动轴4的伺服马达24停止时，轴4通过伺服马达24的保持转矩被保持在固定位置，另一方面，摩擦片6位于齿隙12内的自由的位置。在此，当通过来自伺服控制装置20的制动信号输出部26的制动工作信号使机械制动器2工作(制动片8将摩擦片6夹住)后，则摩擦片6锁定在该位置(齿隙内的自由的位置)(图2b以及图5的(b)部)。
接下来，在将使轴4停止的单元从伺服马达24切换为机械制动器2时，在本发明中，并不是阻断伺服马达24的动力(使伺服控制停止)，而是伺服控制装置20的转矩限制值生成部30使用于限制伺服马达24的转矩指令值的转矩限制值，从大于与作用于轴4的重力相当的转矩的第一值，连续地减少(单调递减)至小于与该重力相当的转矩的第二值。
在图5的例子中，与第一值相当的转矩是即使制动器2没有工作也能够通过与重力相当的转矩使轴4不落下的转矩(保持转矩)，若使转矩限制值从该第一值逐渐地减少，则当转矩限制值低于与重力相当的转矩的瞬间(图5中表述为“开始落下”)轴4开始落下。但是，在本发明中，因为伺服马达24的转矩在其后也逐渐地减少，所以如以往(图3的(c)部)那样轴4的落下速度不急剧地上升，轴4以比较低的速度在齿隙12内移动(图5的(c1)部)。
因此，在本发明中，不会产生向图2d所示那样的摩擦片6的落下(滑脱)，能够维持图2c所示的状态。即、在本发明中，因为重力轴4的落下速度(加速度)相比于以往大幅地降低，所以即使重力轴4与摩擦片6接触，摩擦片6也不会受到如相对于制动片8滑脱那样的冲击，因此重力轴的落下量被限定在与齿隙宽度相当的距离以内(L1)(图5的(c2)部)。因此，根据本发明，能够抑制制动时伴随重力轴的落下而产生的振动或噪音，并且能够提高包含该重力轴的机床或工业机械的动作精度。
此外在本发明中，虽然对将转矩限制值从第一值减少至第二值为止的时间(即从图5的“转矩限制值开始减少”到“伺服控制停止”为止的时间)没有特别的限定，但优选50ms～500ms(毫秒)。
转矩限制值生成部30并不是在制动信号输出部26刚刚输出制动工作信号之后使转矩限制值减少，而是如图5的(b)部所示，优选在经过从机械制动器2接收工作信号开始到实际进行工作为止的时间后、即从制动信号输出部26输出制动工作信号开始待机到机械制动器2进行工作为止后，使转矩限制值减少。由此，能够更可靠地降低重力轴的落下量。
如图5的(c2)部所示，小于与重力相当的转矩的第二值也可以为零。由此，能够可靠地防止伺服马达24的转矩不连续地变化。但是，在齿隙内的重力轴4的移动(落下)结束后(图5的(c2)部)，也可以在第二值变为零之前使伺服控制停止。
另外，虽然第一值只要是大于与重力相当的转矩的值，可以是任何值，但是也可以是转矩限制值即将开始减少之前的转矩指令值(图5的例子中为保持转矩)。由此，能够使重力轴4的变动更平滑。
根据本发明，通过使制动时的重力轴的落下速度降低，能够抑制因该重力轴与机械制动器的碰撞而产生的振动或噪音，并且能够使该重力轴的落下量降低，使包含该重力轴的机床或工业机械的动作精度提高。

Claims (4)

1.一种伺服控制装置(20)，对驱动机床或工业机械(22)的重力轴(4)的伺服马达(24)进行控制，上述伺服控制装置(20)的特征在于，具备：
制动信号输出部(26)，构成为能够对用于保持上述重力轴的具有齿隙的机械制动器(2)输出制动工作信号以及制动解除信号；
转矩指令生成部(28)，生成用于上述伺服马达的位置控制的转矩指令值；以及
转矩限制值生成部(30)，生成用于限制上述转矩指令生成部生成了的转矩指令值的转矩限制值，
上述转矩限制值生成部，在上述制动信号输出部输出了制动工作信号后，使上述转矩限制值从大于与重力相当的转矩的第一值连续地减少至小于与重力相当的转矩的第二值。
2.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，
上述转矩限制值生成部(30)，在从上述制动信号输出部(26)输出制动工作信号开始待机到上述机械制动器(2)进行工作之后，使上述转矩限制值减少。
3.根据权利要求1或2所述的伺服控制装置，其特征在于，
上述第二值为零。
4.根据权利要求1～3任一项所述的伺服控制装置，其特征在于，
上述第一值为上述转矩限制值即将开始减少之前的转矩指令值。
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