CN105911961B

CN105911961B - 进行抑制位置偏差过大的速度控制的数值控制装置

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Publication number: CN105911961B
Application number: CN201610094149.XA
Authority: CN
Inventors: 小野武德
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2019-04-12
Anticipated expiration: 2036-02-19
Also published as: US10061294B2; JP6100816B2; CN105911961A; US20160246284A1; JP2016152019A; DE102016001642A1; DE102016001642B4

Abstract

本发明提供一种进行抑制位置偏差过大的速度控制的数值控制装置，数值控制装置根据分析加工程序而生成的指令数据，设定实际使用于伺服控制的参数。根据该设定的参数和预先指定的允许位置偏差量，计算出位置偏差不超过该允许位置偏差量的进给速度。而且，在由指令数据指令的进给速度比该计算出的进给速度大的情况下，用上述计算出的进给速度锁定由该指令数据指令的进给速度。

Description

进行抑制位置偏差过大的速度控制的数值控制装置

技术领域

本发明涉及一种数值控制装置，特别是进行抑制位置偏差过大的速度控制的数值控制装置。

背景技术

在机械的加工过程中，通常在来自控制该机械的数值控制装置的位置指令与伺服电机的实际位置之间产生差，将该差称为位置偏差量。当该位置偏差量超过预先指定的允许位置偏差量时，数值控制装置产生位置偏差过大警报，判断为伺服电机处于异常状态而切断伺服电机的励磁，由此，不进行加减速而使伺服电机停止。

此时产生以下问题：随着伺服电机的紧急停止而对机械产生冲击、在重力轴的情况下直到制动器工作之前的期间有落下的危险性、如果是在加工过程中则对加工物和刀具带来影响、对于修复作业和确定原因等需要时间而加工费时等问题。此外，关于允许位置偏差量，将操作员用以下式(1)求出的值设定给数值控制装置。

ERR＝V×(1-α)/PG······(1)

在此，ERR为允许位置偏差量，V为进给速度，PG为伺服位置增益，α为前馈系数。

通常，关于该允许位置偏差量ERR，有时将伺服位置增益PG和前馈系数α作为固定值，根据最快的快进速度的1.2倍左右的进给速度来进行计算设定，或者有时还能够通过其他途径设定给切削用。

然而，实际上有时伺服位置增益PG和前馈系数α根据切削进给时、快进时、主轴与伺服电机同步时等使伺服电机进行动作的各用途(移动指令等)而切换使用。在日本特开平2004-321000号公报和日本特开平04-293107号公报中公开了用于避免产生该位置偏差过大警报时这样问题的现有技术。

在日本特开平2004-321000号公报中公开了以下伺服电机控制技术：制作位置指令、速度指令等与它们的反馈之间的偏差，用规定的电流限制值锁定基于该偏差的电流指令。

另一方面，在日本特开平04-293107号公报中公开了以下技术：仅在进给电机的负载过大时，根据实际位置偏差量、理论位置偏差量以及伺服回路增益计算出速度适当值，根据该速度适当值锁定速度。

如上所述，在以往技术中，在作为伺服电机的反馈的实际位置偏差量超过预先指定的允许位置偏差量的情况下产生警报，或者用不超过允许位置偏差量的速度进行锁定，或者作为伺服控制而制作位置指令和速度指令等与它们的反馈之间的偏差并用规定的电流限制值锁定电流指令。

允许位置偏差量使用上述式(1)根据速度、伺服回路增益、前馈系数而被求出，但是这些速度、回路增益、前馈系数根据移动指令等而发生变化，因此有时根据移动指令等变更这些速度、回路增益、前馈系数。另外，如切削进给和快进那样，在伺服回路增益、前馈系数不同的移动指令重叠的情况下，在重叠过程中有时切换伺服回路增益、前馈系数。

另外，在使用于冲床等的功能中，在一个移动指令的移动过程中，有时由于位置不同而伺服回路增益发生变化。在这种情况下存在如下问题：无法正确地检查相对于此时进给速度的允许位置偏差量，非正常地产生位置偏差过大警报。

除此以外，在上述日本特开平2004-321000号公报所记载的技术或日本特开平04-293107号公报所记载的技术中，均检查位置反馈和实际位置偏差量等反馈值，因此在检查时产生时滞，有时所反馈的位置偏差量超过要检查的位置偏差量。另外，需要根据所反馈的位置偏差量，变更为成为允许位置偏差量以下的电流指令或速度，因此存在无法以要控制的加减速进行动作这样的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种的数值控制装置，其在执行移动指令时即使伺服位置增益、前馈系数发生变化也能够以位置偏差不超过预先指定的允许位置偏差量的进给速度以下的速度执行移动指令。

本发明的数值控制装置，其根据加工程序来控制机械，该数值控制装置具备：程序分析部，其分析上述加工程序来生成指令数据；参数设定部，其根据上述指令数据来设定实际使用于伺服控制的参数；以及速度控制部，其根据上述设定的参数和预先指定的允许位置偏差量，计算出位置偏差不超过该允许位置偏差量的进给速度，在由上述指令数据指令的进给速度比该计算出的进给速度大的情况下，用上述计算出的进给速度锁定由上述指令数据指令的进给速度。

上述参数至少包含伺服位置增益和前馈系数。

在将ERR设为允许位置偏差量、将PG设为伺服位置增益、将α设为前馈系数时，上述速度控制部计算出位置偏差不超过上述允许位置偏差量的进给速度V作为满足以下式的最大速度：

V≤ERR×PG/(1-α)。

根据本发明的数值控制装置，在执行移动指令时，即使实际使用的伺服位置增益、前馈系数发生变化，也能够以位置偏差不超过预先指定的允许位置偏差量的进给速度以下的速度执行移动指令，能够事先抑制位置偏差量过大警报的产生。另外，能够执行按照所设定的加减速值的移动指令。

附图说明

本发明的上述和其它目的以及特征根据参照附图的以下实施例的说明会变得更清楚。在这些图中：

图1是本发明的第一实施方式的数值控制装置的功能框图。

图2是表示在图1的数值控制装置上执行的处理流程的流程图。

图3是本发明的第二实施方式的数值控制装置的功能框图。

图4是表示在图3的数值控制装置上执行的处理流程的流程图。

具体实施方式

在本发明中，在执行移动指令时，根据在该移动指令中实际使用的伺服位置增益、在该移动指令中实际使用的前馈系数以及预先指定的允许位置偏差量，求出位置偏差不超过预先指定的允许位置偏差量的进给速度。而且，在移动指令的指令速度比位置偏差不超过该允许位置偏差量的进给速度大的情况下，以位置偏差不超过预先指定的允许位置偏差量的进给速度锁定指令速度来执行移动指令。另外，在执行加减速之前锁定该指令速度，由此能够根据所设定的加减速进行动作。

首先，使用图1和图2说明本发明的第一实施方式的数值控制装置。

如图1所示，本实施方式的数值控制装置1具备程序分析部11、参数设定部12、速度控制部13、插补部14、加减速部15以及伺服控制部16。

程序分析部11从存储于存储器(未图示)的加工程序21读取指令块并进行分析，生成并输出指令数据。

参数设定部12根据程序分析部11所输出的指令数据，判断是否需要根据由该指令数据指令的移动指令变更伺服回路增益PG、前馈系数α，在需要变更的情况下，变更伺服回路增益PG和前馈系数α。

速度控制部13根据参数设定部12所设定的在由指令数据指令的移动指令中实际使用的回路增益(伺服位置增益)PG、前馈系数α以及预先指定的允许位置偏差量ERR，使用以下式(2)计算出位置偏差不超过允许位置偏差量的速度V。

V≤ERR×PG/(1-α)······(2)

然后，速度控制部13将计算出的速度V与由指令数据指令的移动指令的指令速度进行比较，在指令速度大于速度V的情况下，将由指令数据指令的移动指令的进给速度变更(锁定)为V。

插补部14根据由指令数据指令的移动指令以及由速度控制部13确定的速度，生成在插补周期对指令路径上的点进行插补计算得到的数据。

加减速部15根据由插补部14输出的插补数据，进行加减速处理并计算出每个插补周期的各驱动轴的速度，将计算出的速度数据输出到伺服控制部16。

然后，伺服控制部16根据加减速部15的输出、由参数设定部12设定的伺服回路增益PG、前馈系数α等各参数，控制伺服电机2。

图2是表示在图1的数值控制装置1上在该数值控制装置1的每个控制周期执行的处理流程的流程图。以下，说明各步骤。

·[步骤SA01]程序分析部11从加工程序21读取指令块并进行分析，生成指令数据。

·[步骤SA02]参数设定部12根据在步骤SA01中生成的指令数据，判断是否需要根据由该指令数据指令的移动指令变更伺服回路增益PG。在需要变更回路增益PG的情况下，进入到步骤SA03，在不需要变更的情况下，将回路增益PG设定给伺服控制部16而进入到步骤SA04。

·[步骤SA03]参数设定部12将回路增益PG变更为在移动指令中使用的伺服回路增益，将该变更后的该回路增益PG设定给伺服控制部16。

·[步骤SA04]参数设定部12根据在步骤SA01中生成的指令数据，判断是否需要根据由该指令数据指令的移动指令变更前馈系数α。在需要变更前馈系数α的情况下，进入到步骤SA05，在不需要变更的情况下，将前馈系数α设定给伺服控制部16而进入到步骤SA06。

·[步骤SA05]参数设定部12将前馈系数α变更为在移动指令中使用的前馈系数而设定给伺服控制部16。

·[步骤SA06]速度控制部13获取预先指定的允许位置偏差量ERR而设定给伺服控制部16。

·[步骤SA07]速度控制部13判断在由指令数据指令的移动指令中使用的前馈系数α是否为1。在前馈系数α为1的情况下，进入到步骤SA10，否则，进入到步骤SA08。

·[步骤SA08]速度控制部13根据在步骤SA06中设定的允许位置偏差量ERR以及在由指令数据指令的移动指令中使用的回路增益PG、前馈系数α，使用上述式(2)式计算出成为允许位置偏差量以下的速度，将计算出的速度设为V。

·[步骤SA09]速度控制部13判断由指令数据指令的移动指令的指令速度是否小于在步骤SA08中计算出的速度V。在小于计算出的速度V的情况下，进入到步骤SA10，否则，进入到步骤SA11。

·[步骤SA10]速度控制部13将由指令数据指令的移动指令的指令速度确定为速度V。

·[步骤SA11]插补部14根据由指令数据指令的移动指令以及由速度控制部13确定的速度V，执行插补处理，制作插补数据。

·[步骤SA12]加减速部15根据在步骤SA11中制作的插补数据，执行加减速处理，将结果数据输出到伺服控制部16。

以上，说明了本发明的数值控制装置中的基本结构与处理流程。以下，示出本发明的数值控制装置中的更具体的实施方式。

使用图3和图4说明本发明的第二实施方式的数值控制装置。

本实施方式的数值控制装置1构成为进行插补前加减速和插补后加减速，代替第一实施方式(图1)的数值控制装置1的加减速部15，如图3所示，具备插补前加减速部17和插补后加减速部18。

构成该图3示出的数值控制装置1的各要素的功能除了插补部14、插补前加减速部17、插补后加减速部18以外，与图1示出的数值控制装置1中的对应要素的功能相同。

插补前加减速部17在有效地设定插补前加减速的情况下，根据由指令数据指令的移动指令以及由速度控制部13确定的速度，进行插补前加减速处理，将结果数据输出到插补部14。

插补部14在有效地设定插补前加减速的情况下，根据由插补前加减速部17输出的结果数据，生成以插补周期对指令路径上的点进行插补的数据，另一方面，在无效设定插补前加减速的情况下，根据由指令数据指令的移动指令以及由速度控制部13确定的速度，生成以插补周期对指令路径上的点进行插补的数据。

然后，插补后加减速部18在有效设定插补后加减速的情况下，根据由插补部14输出的插补数据，进行插补后加减速处理而计算出每个插补周期的各驱动轴的速度，将结果数据输出到伺服控制部16。此外，在无效设定插补后加减速的情况下，插补部14的输出被输出到伺服控制部16。

图4是表示在图3的数值控制装置1上按该数值控制装置1的每个控制周期执行的处理流程的流程图。此外，在进行该处理时，始终有效地设定插补后加减速处理。

该图4的流程图中的步骤SB01～步骤SB06中的处理与图2的流程图中的步骤SA01～步骤SA06中的处理相同，因此省略其说明。因此，以下，说明步骤SB07～步骤SB15。

·[步骤SB07]速度控制部13判断在由指令数据指令的移动指令中使用的前馈系数α是否为1。在前馈系数α为1的情况下，进入到步骤SB11，否则，进入到步骤SB08。

·[步骤SB08]速度控制部13根据在步骤SB06中设定的允许位置偏差量ERR以及在由指令数据指令的移动指令中使用的回路增益PG、前馈系数α，使用上述式(2)计算出成为允许位置偏差量以下的速度，将计算出的速度设为速度V。

·[步骤SB09]速度控制部13判断由指令数据指令的移动指令的指令速度是否小于在步骤SB08中计算出的速度V。在小于计算出的速度V的情况下，进入到步骤SB11，否则，进入到步骤SB10。

·[步骤SB10]速度控制部13将在步骤SB08中计算出的速度V确定为进给速度F。

·[步骤SB11]速度控制部13将由指令数据指令的移动指令的指令速度确定为进给速度F。

·[步骤SB12]判断是否有效设定插补前加减速。在有效设定的情况下，进入到步骤SB14，否则，进入到步骤SB13。

·[步骤SB13]插补部14根据由指令数据指令的移动指令以及由速度控制部13确定的速度，执行插补处理而生成插补数据，进入到步骤SB15。

·[步骤SB14]插补前加减速部17根据由指令数据指令的移动指令以及由速度控制部13确定的速度，执行插补前加减速处理，根据插补前加减速处理的结果数据，插补部14执行插补处理，生成插补数据。

·[步骤SB15]插补后加减速部18根据所生成的插补数据，执行插补后加减速处理，将结果数据输出到伺服控制部16。

说明本发明的第三实施方式的数值控制装置。

本实施方式的数值控制装置1执行如切削进给和快进那样伺服回路增益、前馈系数不同的移动指令重叠的控制。

在切削进给与快进移动指令重叠的情况下，在切削进给和快进切换中，一边通过重叠进行移动一边切换伺服回路增益、前馈系数。

在本实施方式的数值控制装置中，在进行重叠时在切换伺服回路增益、前馈系数的前后，也根据实际使用的伺服位置增益和前馈系数以及预先指定的允许位置偏差量，依次求出成为该允许位置偏差量以下的进给速度，在要输出的进给速度大于成为该允许位置偏差量以下的速度的情况下，将以上述允许位置偏差量以下的速度进行锁定的速度设为进给速度。然后，与上述第一实施方式的数值控制装置同样地，进行速度控制处理、加减速处理、插补处理。

这样，在本实施方式中，在切削进给与快进移动指令重叠的情况下，即使在一边通过重叠进行移动一边切换伺服回路增益、前馈系数，也依次计算出成为允许位置偏差量以下的速度，根据计算出的该速度来控制速度，因此，能够事先抑制位置偏差量过大警报的产生，另外，能够执行按照所设定的加减速值的移动指令。

说明本发明的第四实施方式的数值控制装置。

本实施方式的数值控制装置1在一个移动指令的移动过程中，执行由于此时的伺服电机的位置不同而伺服回路增益发生变化的控制，因此主要应用于冲床等的控制。

在本实施方式的数值控制装置中，根据由于实际使用的位置不同而发生变化的伺服回路增益、实际使用的前馈系数、预先指定的允许位置偏差量，依次求出成为该允许位置偏差量以下的进给速度，在要输出的进给速度大于成为该允许位置偏差量以下的速度的情况下，将以该允许位置偏差量以下的速度进行锁定的速度设为进给速度。然后，与第一实施方式的数值控制装置同样地进行速度控制处理、加减速处理、插补处理。

这样，在本实施方式中，如使用于冲床等的功能那样，在一个移动指令的移动过程中，即使由于此时的伺服电机的位置不同而伺服回路增益发生变化，也依次计算出成为允许位置偏差量以下的速度，根据计算出的该速度来控制速度，因此，能够事先抑制位置偏差量过大警报的产生，另外，能够执行按照所设定的加减速值的移动指令。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明并不局限于上述实施方式的示例，通过进行适当的变更，能够以各种方式来进行实施。

Claims

1.一种数值控制装置，其根据加工程序来控制机械，其特征在于，该数值控制装置具备：

程序分析部，其分析上述加工程序来生成指令数据；

参数设定部，其根据上述指令数据来设定实际使用于伺服控制的参数；

速度控制部，其根据上述参数和预先指定的允许位置偏差量，求出上述指令数据指令的进给速度，并且根据上述参数和基于实际使用于伺服控制的参数所计算的实际使用的允许位置偏差量，计算出不超过实际使用的允许位置偏差量的进给速度，在由上述指令数据指令的进给速度比该计算出的进给速度大的情况下，用上述计算出的进给速度锁定由上述指令数据指令的进给速度；

插补部，其在有效地设定插补前加减速的情况下，根据在插补前通过加减速处理而得到的结果数据，生成在插补周期对指令路径上的点进行插补计算得到的数据；而在无效设定插补前加减速的情况下，根据由指令数据指令的移动指令以及由速度控制部确定的速度，生成在插补周期对指令路径上的点进行插补计算得到的数据；

加减速部，其根据由插补部输出的插补数据，进行加减速处理并计算出每个插补周期的各驱动轴的速度，将计算出的速度数据输出到伺服控制部；以及

伺服控制部，其根据加减速部计算出的速度数据、由参数设定部设定的参数，控制伺服电机。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

上述参数至少包含伺服位置增益和前馈系数。

3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

设V为不超过实际使用的允许位置偏差量的进给速度、设ERR为允许位置偏差量、设PG为伺服位置增益、设α为前馈系数，

上述速度控制部计算出不超过实际使用的允许位置偏差量的进给速度V作为满足以下公式的最大速度：

求不超过实际使用的允许位置偏差量的进给速度的公式V≤ERR×PG/(1-α)。