CN104678884B - 磨削倾斜面的伺服控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磨削倾斜面的伺服控制系统。伺服控制系统(10)具备：第一重复控制部(70a)，其根据摆动指令与第一伺服电动机(80a)的位置之间的第一位置偏差和基准角度，进行第一伺服电动机的重复控制；乘法运算部(23)，其将与被磨削材料的倾斜面的倾斜角对应的比例乘以摆动指令，计算乘法运算后摆动指令；第二重复控制部(70b)，其根据乘法运算后摆动指令与第二伺服电动机(80b)的位置之间的第二位置偏差和基准角度，进行第二伺服电动机的重复控制，其中，分别对第一位置偏差和第二位置偏差进行修正，根据修正后的第一位置偏差和第二位置偏差，对第一伺服电动机和第二伺服电动机进行驱动控制，由此磨削被磨削材料的倾斜面。

Description

磨削倾斜面的伺服控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于控制磨削倾斜面的机床的伺服电动机的伺服控制系统。

背景技术

一般，在平面磨床中，使水平配置的工件相对于固定的砂轮摆动，由此磨削工件的平面。或者，也有时通过使砂轮相对于固定的工件摆动来磨削工件。与平面磨床连接的数值控制装置控制使工件或砂轮摆动的摆动轴的电动机、相对于摆动轴向垂直方向送出工件或砂轮的进给轴的电动机。

图9是日本特开2011-194552号公报所公开那样的现有技术的工件和砂轮的简图。如图9所示，在磨削工件W的倾斜面的情况下，使工件W围绕倾斜轴倾斜。由此，能够与磨削平面的情况同样地用砂轮G磨削工件W的倾斜面。

另外，图10A是表示现有技术的进给轴的进给位置和摆动轴的位置之间的关系的图。如图10A所示，平面磨削的摆动轴的运动是从工件的一端到另一端往返移动的锯齿状。另外，如图10B所示，图10A的从点P到点Q的砂轮的移动速度大致固定。在这样的情况下，具有磨削时的磨削量固定的优点。

但是，在图9的结构中，除了摆动轴和进给轴以外，还需要倾斜轴。因此，包含摆动轴、进给轴、倾斜轴的磨床具有成为只为倾斜面等的平面磨削特殊化的结构的缺点。

另外，根据图10A可知，加减速时的转矩增大，因此在使砂轮沿着摆动轴高速动作方面存在限制。进而，移动速度特别在点P和点Q处急剧变化。因此，还存在以下问题，即如果使砂轮沿着摆动轴高速地动作，则在点P和点Q处的反转时产生下冲、过冲。在用圆筒磨床磨削圆锥或圆锥台形状的工件(未图示)的圆锥面的情况下，也存在这样的问题。

发明内容

本发明就是鉴于这样的情况而提出的，其目的在于：提供一种伺服控制系统，其能够不需要倾斜轴，以及在反转时不产生下冲、过冲地磨削倾斜面。

为了达到上述目的，根据第一形式，提供一种伺服控制系统，其在控制用砂轮磨削被磨削材料的倾斜面的机床的伺服电动机的伺服控制系统中，具备：第一伺服电动机，其使砂轮或被磨削材料中的一方沿着第一摆动轴摆动；第一位置检测部，其检测上述第一伺服电动机的位置；第一伺服电动机控制部，其控制上述第一伺服电动机；第二伺服电动机，其使上述砂轮或上述被磨削材料中的上述一方沿着与上述第一摆动轴垂直的第二摆动轴摆动；第二位置检测部，其检测上述第二伺服电动机的位置；第二伺服电动机控制部，其控制上述第二伺服电动机；基准角度计算部，其根据从加工条件得到的指令角速度和指令分配周期，计算基准角度；摆动指令计算部，其根据上述加工条件和上述基准角度，计算周期性的摆动指令；第一供给部，其向上述第一伺服电动机控制部供给上述基准角度和上述摆动指令；第一位置偏差计算部，其在每个上述采样周期中计算上述摆动指令与通过上述第一位置检测部检测出的上述第一伺服电动机的位置之间的第一位置偏差；第一重复控制部，其根据上述基准角度、上述摆动指令和上述第一位置偏差，进行上述第一伺服电动机的重复控制；乘法运算部，其将与上述被磨削材料的上述倾斜面的倾斜角对应的比例乘以上述摆动指令，计算乘法运算后摆动指令；第二供给部，其向上述第二伺服电动机控制部供给上述基准角度和上述乘法运算后摆动指令；第二位置偏差计算部，其在每个采样周期中计算上述乘法运算后摆动指令与通过上述第二位置检测部检测出的上述第二伺服电动机的位置之间的第二位置偏差；第二重复控制部，其根据上述基准角度、上述乘法运算后摆动指令和上述第二位置偏差，进行上述第二伺服电动机的重复控制，上述第一重复控制部和上述第二重复控制部分别对上述第一位置偏差和上述第二位置偏差进行修正，根据修正后的第一位置偏差和上述第二位置偏差，对上述第一伺服电动机和上述第二伺服电动机进行驱动控制，由此磨削上述被磨削材料的倾斜面。

根据第二形式，在第一形式中，上述第一重复控制部包括：第一时间角度变换部，其将在每个上述采样周期中取得的上述第一位置偏差变换为每个上述基准角度的偏差；第一修正量计算部，其根据每个上述基准角度的上述偏差，计算上述基准角度下的修正量；第一修正量存储部，其按照上述周期性地摆动的上述砂轮或上述被磨削材料的至少一个周期的量存储上述修正量；第一角度时间变换部，其将存储在上述第一修正量存储部中的上述修正量变换为每个上述采样周期的修正量；以及第一相位超前滤波器，其使通过上述第一角度时间变换部变换而得的变换后修正量的相位超前，上述第二重复控制部包括：第二时间角度变换部，其将在每个上述采样周期中取得的上述第二位置偏差变换为每个上述基准角度的偏差；第二修正量计算部，其根据每个上述基准角度的上述偏差计算上述基准角度下的修正量；第二修正量存储部，其按照上述周期性地摆动的上述砂轮或上述被磨削材料的至少一个周期的量存储上述修正量；第二角度时间变换部，其将存储在上述第二修正量存储部中的上述修正量变换为每个上述采样周期的修正量；以及第二相位超前滤波器，其使通过上述第二角度时间变换部变换而得的变换后修正量的相位超前。

根据第三形式，在第一形式中，上述摆动指令是正弦波状。

根据附图所示的本发明的典型实施方式的详细说明，能够进一步了解本发明的这些目的、特征和优点、以及其他目的、特征和优点。

附图说明

图1是本发明的伺服控制系统的框图。

图2是表示应用本发明的伺服控制系统的一个例子的图。

图3是表示图1所示的伺服控制系统的动作的流程图。

图4A是表示本发明的进给轴的进给位置和一个摆动轴的位置之间的关系的图。

图4B是表示从图4A所示的点P向点Q移动时的时间和速度的关系的图。

图5是图1所示的第一重复控制部的框图。

图6是图1所示的第二重复控制部的框图。

图7是说明重复控制的流程图。

图8是表示应用本发明的伺服控制系统的其他例子的图。

图9是现有技术的工件和砂轮的简图。

图10A是表示现有技术的进给轴的进给位置和摆动轴的位置之间的关系的图。

图10B是表示从图10A所示的点P向点Q移动时的时间和速度的关系的图。

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，对相同的部件附加相同的参照符号。为了容易理解，这些附图适当地变更了比例尺。

图1是本发明的伺服控制系统的框图。伺服控制系统10具备数值控制装置20、针对X方向摆动轴的第一伺服电动机80a、控制第一伺服电动机80a的第一伺服电动机控制部40a、针对Y方向摆动轴的第二伺服电动机80b、以及控制第二伺服电动机80b的第二伺服电动机控制部40b。

如图1所示，数值控制装置20计算位置指令Pc1、Pc2，分别输出到第一伺服电动机控制部40a和第二伺服电动机控制部40b。另外，第一伺服电动机80a和第二伺服电动机80b分别具备用于检测各电动机的旋转位置的位置检测器82a、82b。

另外，如图1所示，数值控制装置20具备：基准角度计算部21，其根据从加工条件得到的指令角速度和指令分配周期，计算基准角度；摆动指令计算部22，其根据加工条件和基准角度计算周期性的摆动指令。进而，数值控制装置20具备：乘法运算部23，其将与工件W的倾斜角β对应的比例乘以摆动指令来计算乘法运算后摆动指令。

图2是表示应用本发明的伺服控制系统的一个例子的图。如图2所示，伺服控制系统10被用于控制使用自转的砂轮G对固定的工件W的倾斜面进行加工的机床、工业机械。图2所示的工件W的倾斜面和水平面之间的倾斜角是角度β。

在图2中，通过第一伺服电动机80a使机床的砂轮G相对于工件W在X方向上摆动，并且通过第二伺服电动机80b使砂轮G相对于工件W在与该X方向垂直的Y方向上摆动。由此，能够磨削工件W的倾斜面。另外，如果向与X方向和Y方向垂直的Z方向送出砂轮G，则对倾斜面整体进行磨削。此外，也可以使工件W相对于固定的砂轮G摆动，由此磨削工件W的倾斜面。

在此，图3是表示图1所示的伺服控制系统的动作的流程图。以下，参照图1和图3说明本发明的伺服控制系统的动作。如图3所示，首先在步骤S1中，基准角度计算部21根据工件W的加工条件取得指令角速度ω和指令分配周期T。也可以由操作者使用键盘等输入部(未图示)输入这些指令角速度ω和指令分配周期T。然后，在步骤S2中，基准角度计算部21计算某时间t＝nT(n是自然数)，并且根据角速度ω计算每个指令分配周期的基准角度θ＝ωt。

接着，在步骤S3中，摆动指令计算部22根据加工条件和基准角度计算摆动指令。摆动指令计算部22所计算的摆动指令例如是摆动指令F(t)＝A·cos(ωt)。此外，如果使用正弦波，则也可以是其他摆动指令。在此，系数A是摆动指令F(t)的振幅，根据加工条件被自动确定。如图2所示，系数A例如是X方向上的工件W的长度。

接着，在步骤S4中，乘法运算部23将与倾斜面的倾斜角对应的比例、例如tanβ乘以由摆动指令计算部22计算出的摆动指令F(t)。由此，计算乘法运算后摆动指令F’(t)＝A·tanβ·cos(ωt)。

图4A是表示本发明的进给轴(Z方向)的进给位置和摆动轴的位置之间的关系的图。图4A的摆动轴例如是X方向摆动轴，但在Y方向摆动轴的情况下，也可以理解为大致相同。如图4A所示，摆动指令F(t)或乘法运算后摆动指令F’(t)是正弦波状，因此在高速摆动的情况下，伺服的响应性也提高。

另外，图4B是表示从图4A所示的点P向点Q移动时的时间和速度的关系的图。在本发明中采用正弦波状的摆动指令F(t)或乘法运算后摆动指令F’(t)，因此如图4B所示，在从点P移动到点Q时，移动速度比较平滑地变化。因此，加减速时的转矩减小。因此，在本发明中能够防止在摆动动作的反转时发生下冲、过冲。

接着，在步骤S5中，数值控制装置20根据摆动指令F(t)，在每个指令分配周期T中通过第一供给部24向第一伺服电动机控制部40a分配位置指令Pc1和基准角度ω。同样，在步骤S6中，数值控制装置20根据乘法运算后摆动指令F’(t)，在每个指令分配周期T中通过第二供给部25向第二伺服电动机控制部40b分配位置指令Pc2和基准角度ω。由此，第一伺服电动机控制部40a和第二伺服电动机控制部40b能够参照共通的基准角度θ＝ωt进行角度同步控制。

此外，在步骤S5、S6中，也可以分别直接向第一伺服电动机控制部40a和第二伺服电动机控制部40b供给摆动指令F(t)和乘法运算后摆动指令F’(t)。在该情况下，第一伺服电动机控制部40a和第二伺服电动机控制部40b根据摆动指令F(t)和乘法运算后摆动指令F’(t)分别计算每个指令分配周期的位置指令Pc1、Pc2。

接着，在步骤S7、S8中，第一位置检测器82a检测第一伺服电动机80a的输出轴的位置。如图1所示，其位置信息作为位置反馈Pf1反馈到第一伺服电动机控制部40a。第一伺服电动机控制部40a中的运算器41a从第一位置指令Pc1减去被第一位置检测器82a检测出的第一伺服电动机80a的第一位置反馈Pf1，求出第一位置偏差ε1。

接着，在步骤S9、S10中，第二位置检测器82b检测第二伺服电动机80b的输出轴的位置。其位置信息作为位置反馈Pf2反馈到第二伺服电动机控制部40b。第二伺服电动机控制部40b中的运算器41b从第二位置指令Pc2减去通过第二位置检测器82b检测出的第二伺服电动机80b的第二位置反馈Pf2，求出第二位置偏差ε2。此外，假定在每个采样周期进行步骤S7～S10。

然后，在步骤S11中，在第一伺服电动机控制部40a内的第一重复控制器70a中，根据基准角度ωt、摆动指令F(t)、第一位置偏差ε1进行重复控制。同样，在步骤S12中，在第二伺服电动机控制部40b内的第二重复控制器70b中，根据基准角度ωt、乘法运算后摆动指令F’(t)、第二位置偏差ε2进行重复控制。上述第一重复控制器70a和第二重复控制器70b被角度同步。

图5是图1所示的第一重复控制部的框图。如图5所示，第一重复控制器70a具备第一时间→角度变换部42a、第一加法器43a、第一频带限制滤波器44a、第一延迟存储器45a、第一角度→时间变换部46a以及第一相位超前滤波器47a。

图6是图1所示的第二重复控制部的框图。如图6所示，第二重复控制器70b具备第二时间→角度变换部42b、第二加法器43b、第二频带限制滤波器44b、第二延迟存储器45b、第二角度→时间变换部46b以及第二相位超前滤波器47b。

进而，图7是说明重复控制的流程图。图7所示的内容对于第一重复控制器70a和第二重复控制器70b共通。以下，一边参照图4～图7一边只说明第一重复控制器70a，但可以理解第二重复控制器70b也大致相同。

首先，在图7的步骤S21中，第一时间→角度变换部42a使用每个采样周期的第一位置偏差ε1和基准角度θ(＝ωt)，将位置偏差变换为每个预定角度的第一位置偏差ε1。加法器43a将通过时间→角度变换部42a求出的预定角度θ’(m)(m＝1、2、3……、mmax)下的第一位置偏差ε1和存储在延迟存储器45a中的对应的一个模式周期前的预定角度θ’(m)下的修正量相加。

接着，在步骤S22中，第一频带限制滤波器44a对加法器43a的输出进行滤波处理，求出修正量。然后，在步骤S23中，将各预定角度θ’(m)的修正量输出到存储基准角度的360度的量(一个周期的量)的第一延迟存储器45，将修正量存储在第一延迟存储器45中。

接着，在步骤S24中，第一角度→时间变换部46a从第一延迟存储器45a的各预定角度θ’(m)读出与基准角度θ(＝ωt)对应的修正量，将读出的修正量从以角度为基准的修正量变换为以时间为基准的修正量。通过第一角度→时间变换部46a变换为与时间对应的修正量后的修正量，通过第一相位超前滤波器47a补偿控制对象的相位延迟，输出到运算器48a(步骤S25)。然后，在步骤S26中，在运算器48a中，将来自第一重复控制器70a的修正量与第一位置偏差ε1相加。

在此，更具体地说明第一时间→角度变换部42a和第一角度→时间变换部46a。第一时间→角度变换部42a将在每个采样周期(每个位置、速度环处理周前之前)中求出的第一位置偏差ε1变换为基准角度θ’(m)下的第一位置偏差。

第一延迟存储器45a能够存储分割了重复指示的加工形状等动作的一个模式周期的每个预定角度的预定角度位置θ’(m)的修正量。如果将一个模式周期设为2π，将分割宽度设为d，则第一延迟存储器45a具备至少(2π/d)个存储器部。例如，如果设为(2π/D)＝q，则第一延迟存储器45a存储模式中的θ(0)＝0＝2π至角度θ(q-1)＝2π-d的各角度θ’(m)的修正量。

第一角度→时间变换部46a对每个采样周期，根据在该采样周期中求出的基准角度θ(n)，通过该基准角度前后的基准角度θ’(m)的修正量的插补处理，求出该采样时的修正量δ(n)。该修正量δ(n)表示该采样时的修正量，是以时间为基础的修正量。

然后，在图7的步骤S27中，使用修正后的偏差控制伺服电动机。具体地说，如图1所示，通过运算器48a将来自第一重复控制器70a的修正量加上第一位置偏差ε1，由此修正第一位置偏差ε1。然后，将位置增益Kp(49)乘以修正第一位置偏差ε1’而求出速度指令Vc1，进行所谓的位置环控制处理。

同样，通过运算器48b将来自第二重复控制器70b的修正量加上第二位置偏差ε2，由此修正第二位置偏差ε2。然后，将位置增益Kp(49)乘以修正第二位置偏差ε2’而求出速度指令Vc2，进行所谓的位置环控制处理。

然后，针对这些速度指令Vc1、Vc2，通过速度控制器(未图示)进行速度环控制处理，求出电流指令。根据该电流指令和从未图示的电流检测器反馈的电流反馈量，通过电流控制器(未图示)进行电流环控制处理。然后，经由电流放大器(未图示)分别对第一伺服电动机80a和第二伺服电动机80b进行驱动控制。

这样，在本发明中，对X方向摆动轴采用摆动指令F(t)，并且对Y方向摆动轴采用乘以与倾斜面的倾斜角β对应的比例所得的乘法运算后摆动指令F’(t)。这些摆动指令F(t)和乘法运算后摆动指令F’(t)使用共通的基准角度ωt，因此，砂轮G或工件W同步地摆动。另外，在本发明中，根据这样的摆动指令F(t)和乘法运算后摆动指令F’(t)的角度信息修正第一位置偏差ε1和第二位置偏差ε2，根据修正后的第一位置偏差ε1和第二位置偏差ε2，在X方向和Y方向上对砂轮或工件重复进行控制。

因此，在本发明中不需要倾斜轴就能够磨削倾斜面。因此，能够对具备相互垂直的2个摆动轴的现有的机床或工业机械应用本发明的伺服控制系统10，不需要倾斜轴就能够磨削倾斜面。

另外，在图2中，本发明的伺服控制系统10被应用于磨削平坦的倾斜面。但是，如图8所示，例如在磨削圆锥或圆锥台形状的工件W1的圆锥面S的情况下，也能够应用本发明的伺服控制系统10。

在该情况下，使圆锥或圆锥台形状的工件W1围绕其中心轴线O旋转，使砂轮G在工件W1的轴线方向(X方向)和半径方向(Y方向)上摆动。只要是本技术领域的技术人员，就应该理解这样的情况包含在本发明的范围内。

在第一个形式中，将与倾斜面的倾斜角对应的比例乘以另一个摆动轴的摆动指令，根据共通的基准角度使第一摆动轴和第二摆动轴同步。另外，根据摆动指令的角度信息修正位置偏差，根据修正后的位置偏差进行重复控制。其结果是不需要倾斜轴就能够磨削倾斜面。

在第二个形式中，依存于角度来制作修正量，由此能够跟踪角速度的变化。

在第三个形式中，将摆动指令设为正弦波状，因此加减速时的转矩减小。因此，在使得沿着摆动轴高速动作的情况下，伺服的响应性也提高。因此，能够防止在反转时产生下冲、过冲。

使用典型的实施方式说明了本发明，但只要是本技术领域的技术人员，就应该能够理解能够不从本发明的范围脱离地进行上述变更和各种其他变更、省略、追加。

Claims (3)

1.一种伺服控制系统，其特征在于，

在控制用砂轮磨削被磨削材料的倾斜面的机床的伺服电动机的伺服控制系统(10)中，具备：

第一伺服电动机(80a)，其使砂轮或被磨削材料中的一方沿着第一摆动轴摆动；

第一位置检测部(82a)，其检测上述第一伺服电动机的位置；

第一伺服电动机控制部(40a)，其控制上述第一伺服电动机；

第二伺服电动机(80b)，其使上述砂轮或上述被磨削材料中的上述一方沿着与上述第一摆动轴垂直的第二摆动轴摆动；

第二位置检测部(82b)，其检测上述第二伺服电动机的位置；

第二伺服电动机控制部(40b)，其控制上述第二伺服电动机；

基准角度计算部(21)，其根据从加工条件得到的指令角速度和指令分配周期，计算基准角度；

摆动指令计算部(22)，其根据上述加工条件和上述基准角度，计算周期性的摆动指令；

第一供给部(24)，其向上述第一伺服电动机控制部供给上述基准角度和上述摆动指令；

第一位置偏差计算部(41a)，其在每个采样周期中计算上述摆动指令与通过上述第一位置检测部检测出的上述第一伺服电动机的位置之间的第一位置偏差；

第一重复控制部(70a)，其根据上述基准角度、上述摆动指令和上述第一位置偏差，进行上述第一伺服电动机的重复控制；

乘法运算部(23)，其将与上述被磨削材料的上述倾斜面的倾斜角对应的比例乘以上述摆动指令，计算乘法运算后摆动指令；

第二供给部(25)，其向上述第二伺服电动机控制部供给上述基准角度和上述乘法运算后摆动指令；

第二位置偏差计算部(41b)，其在每个采样周期中计算上述乘法运算后摆动指令与通过上述第二位置检测部检测出的上述第二伺服电动机的位置之间的第二位置偏差；

第二重复控制部(70b)，其根据上述基准角度、上述乘法运算后摆动指令和上述第二位置偏差，进行上述第二伺服电动机的重复控制，

上述第一重复控制部和上述第二重复控制部分别对上述第一位置偏差和上述第二位置偏差进行修正，根据修正后的第一位置偏差和修正后的第二位置偏差，对上述第一伺服电动机和上述第二伺服电动机进行驱动控制，由此磨削上述被磨削材料的倾斜面。

2.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，

上述第一重复控制部包括：第一时间角度变换部(42a)，其将在每个上述采样周期中取得的上述第一位置偏差变换为每个上述基准角度下的第一位置偏差；

第一修正量计算部，其根据每个上述基准角度下的第一位置偏差，计算上述基准角度下的第一修正量；

第一修正量存储部，其按照上述周期性地摆动的上述砂轮或上述被磨削材料的至少一个周期的量存储上述第一修正量；

第一角度时间变换部(46a)，其将存储在上述第一修正量存储部中的上述第一修正量变换为每个上述采样周期的修正量；以及

第一相位超前滤波器(47a)，其使通过上述第一角度时间变换部变换而得的变换后修正量的相位超前，

上述第二重复控制部包括：

第二时间角度变换部(42b)，其将在每个上述采样周期中取得的上述第二位置偏差变换为每个上述基准角度下的第二位置偏差；

第二修正量计算部，其根据每个上述基准角度下的第二位置偏差计算上述基准角度下的第二修正量；

第二修正量存储部，其按照上述周期性地摆动的上述砂轮或上述被磨削材料的至少一个周期的量存储上述第二修正量；

第二角度时间变换部(46b)，其将存储在上述第二修正量存储部中的上述第二修正量变换为每个上述采样周期的修正量；以及

第二相位超前滤波器(47b)，其使通过上述第二角度时间变换部变换而得的变换后修正量的相位超前。

3.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，

上述摆动指令是正弦波状。