CN107690603A - 一种数控机床及主轴电机的转速调整方法 - Google Patents

Abstract

一种数控机床(10)及主轴电机(11)的转速调整方法，包括：检测主轴电机(11)的实际转速值；计算实际转速值与用户预先设置的目标转速值之间的转速误差；判断转速误差是否在预设的误差允许范围内；若超出误差允许范围，则根据转速误差对转速控制值进行调整；利用调整后的转速控制值调整输出至主轴电机(11)的主轴驱动器(13)的驱动电压，以实现对主轴电机(11)转速的调整。通过上述方式，其调整方法的精度系数高使得主轴电机(11)的速度更加稳定，从而提高加工质量；该调整方法简单、节约调试时间且应用范围广。

Description

一种数控机床及主轴电机的转速调整方法

技术领域

本发明实施例涉及数控领域，特别是涉及一种数控机床及主轴电机的转速调整方法。

背景技术

在数控机床的加工过程中，由于工艺的要求，主轴电机需要根据用户设定的转速进行转动，进而始终保持一个恒定的转速进行加工。如果主轴电机的转速有偏差或者不稳定，都会影响加工零件的质量。

目前，通用的主轴电机的转速调整方法是：由数控系统根据用户设定的主轴转速向主轴驱动器提供输出电压。如果主轴电机的实际转速与用户设定的转速存在偏差，则通过调整主轴驱动器的参数来进行调整，而数控系统提供给主轴驱动器的输出电压则不再改变。

显然，上述方法需要花费很长的时间进行调试才能得到一组合适的主轴驱动器参数。同时，由于主轴电机的转速偏差并不是恒定的，也不是严格线性的。因此，在大部分情况下，通过调整主轴驱动器参数的方式只能使得主轴电机在某一个转速范围内的转速偏差满足要求，但无法保证在主轴电机的整个转速范围内满足要求。另外，由于每个主轴驱动器和主轴电机的性能不尽相同，即便同一批型号的机床也无法使用同一组参数，需要为每台机床单独调试，导致大量人力和物力的浪费。

发明内容

本发明实施例提供一种数控机床及主轴电机的转速调整方法，以解决现有技术的主轴电机的转速调整精度差以及调试复杂度高等问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种主轴电机的转速调整方法，该方法包括：检测主轴电机的实际转速值；计算所述实际转速值与用户预先设置的目标转速值之间的转速误差；判断所述转速误差是否在预设的误差允许范围内；若所述转速误差超出所述误差允许范围，则根据所述转速误差对转速控制值进行调整；利用调整后的所述转速控制值调整输出至所述主轴电机的主轴驱动器的驱动电压，以实现对所述主轴电机转速的调整。

其中，根据所述转速误差对转速控制值进行调整的步骤包括：通过以下公式调整所述转速控制值：

S_new＝S_old+S_err×pid；

在上述公式中，S_old为调整前的所述转速控制值，S_new为调整后的所述转速控制值，所述S_err为所述转速误差，所述pid为调整比例系数。

其中，调整比例系数为大于0且小于1的小数。

其中，根据所述转速误差对转速控制值进行调整的步骤之前，进一步包括：根据用户指令设置所述调整比例系数。

其中，根据所述转速误差对转速控制值进行调整的步骤之后，进一步包括：判断根据所述转速误差调整后的所述转速控制值是否在预设的调整允许范围内；若超出所述调整允许范围，则将所述转速控制值进一步调整到所述调整允许范围内。

其中，所述调整允许范围由所述目标转速值分别与最大调整比例系数和最小调整比例系数的乘积所定义。

其中，若超出所述调整允许范围，则将所述转速控制值进一步调整到所述调整允许范围内的步骤包括：若所述转速控制值大于所述目标转速值与最大调整比例系数的乘积，则将所述转速控制值调整成所述目标转速值与最大调整比例系数的乘积；若所述转速控制值小于所述目标转速值与最小调整比例系数的乘积，则将所述转速控制值调整成所述目标转速值与最小调整比例系数的乘积。

其中，最大调整比例系数大于1，所述最小调整比例系数小于1。

其中，最大调整比例系数为115％，所述最小调整比例系数为85％。

其中，利用调整后的所述转速控制值调整输出至所述主轴电机的主轴驱动器的驱动电压的步骤包括：通过以下公式调整输出至所述主轴电机的主轴驱动器的驱动电压：

V＝(S_new/S_max)×V_max；

在上述公式中，V为调整后的驱动电压，S_new为调整后的所述转速控制值，S_max为所述主轴电机的最大转速值，所述V_max为所述最大转速值所对应的最大驱动电压。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种数控机床，该数控机床包括主轴电机、速度检测装置、主轴驱动器以及数控系统，其中，所述速度检测装置用于检测所述主轴电机的实际转速值；所述数控系统用于计算所述实际转速值与用户预先设置的目标转速值之间的转速误差，并判断所述转速误差是否在预设的误差允许范围内，若超出所述误差允许范围，则所述数控系统进一步根据所述转速误差对转速控制值进行调整，并利用调整后的所述转速控制值调整输出至所述主轴驱动器的驱动电压，以实现对所述主轴电机转速的调整。

其中，数控系统通过以下公式调整所述转速控制值：

S_new＝S_old+S_err×pid；

在上述公式中，S_old为调整前的所述转速控制值，S_new为调整后的所述转速控制值，所述S_err为所述转速误差，所述pid为调整比例系数。

其中，调整比例系数为大于0且小于1的小数。

其中，在根据所述转速误差对转速控制值进行调整之前，所述数控系统根据用户指令设置所述调整比例系数。

其中，数控系统进一步判断根据所述转速误差调整后的所述转速控制值是否在预设的调整允许范围内，若超出所述调整允许范围，则所述数控系统将所述转速控制值进一步调整到所述调整允许范围内。

其中，所述调整允许范围由所述目标转速值分别与最大调整比例系数和最小调整比例系数的乘积所定义。

其中，若所述转速控制值大于所述目标转速值与最大调整比例系数的乘积，则所述数控系统将所述转速控制值调整成所述目标转速值与最大调整比例系数的乘积；若所述转速控制值小于所述目标转速值与最小调整比例系数的乘积，则所述数控系统将所述转速控制值调整成所述目标转速值与最小调整比例系数的乘积。

其中，最大调整比例系数大于1，所述最小调整比例系数小于1。

其中，最大调整比例系数为115％，所述最小调整比例系数为85％。

其中，数控系统通过以下公式调整输出至所述主轴电机的主轴驱动器的驱动电压：

V＝(S_new/S_max)×V_max；

在上述公式中，V为调整后的驱动电压，S_new为调整后的所述转速控制值，S_max为所述主轴电机的最大转速值，所述V_max为所述最大转速值所对应的最大驱动电压。

本发明实施例的有益效果是：在本发明提供的数控机床以及主轴电机的转速调整方法中，根据主轴电机的实际转速与用户设定的目标转速之间的差异来调整数控系统提供给主轴驱动器的输出电压，其调整方法的精度系数高使得主轴电机的速度更加稳定，从而提高加工质量；该调整方法简单、节约调试时间且应用范围广。

附图说明

图1是根据本发明主轴电机的转速调整方法第一实施方式的流程示意图；

图2是根据本发明主轴电机的转速调整方法第二实施方式的流程示意图；

图3是根据本发明数控机床第一实施例的示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1是根据本发明主轴电机的转速调整方法第一实施方式的流程示意图。在本实施例中，根据主轴电机的实际转速与用户设定的目标转速之间的差异来调整数控系统提供给主轴驱动器的输出电压。具体来说，本实施例的标定方法包括以下步骤：

步骤S11：检测主轴电机的实际转速值。

在实际应用中，主轴电机启动后开始旋转，待主轴电机的速度稳定后，即待主轴电机进行匀速旋转，开始检测并获取主轴电机的实际转速值，其中，主轴电机的实际速度值为S_cur。

步骤S12：计算实际转速值与用户预先设置的目标转速值之间的转速误差。

设定用户预先设置的目标转速值为S_target，则实际转速值S_cur与用户预先设置的目标转速值S_target之间的转速误差为S_err＝S_target—S_cur。

步骤S13：判断转速误差是否在预设的误差允许范围内；若转速误差在误差允许范围内，则返回步骤11：检测主轴电机的实际转速值。

若转速误差超出误差允许范围，则进行步骤S14：根据转速误差对转速控制值进行调整。

步骤S15：利用调整后的转速控制值调整输出至主轴电机的主轴驱动器的驱动电压，以实现对主轴电机转速的调整。然后回到步骤S11，在匀速旋转过程中，实时检测并获取主轴电机的实际转速值。

本发明提供的主轴电机的转速调整方法中，根据主轴电机的实际转速与用户设定的目标转速之间的差异来调整数控系统提供给主轴驱动器的输出电压，该方法通过调整主轴驱动器的电压而非直接调整主轴电机的转速，其调整方法的精度系数高使得主轴电机的速度更加稳定，从而提高加工质量；该调整方法简单、节约调试时间且应用范围广。

本实施例中，步骤14具体为：通过以下公式调整转速控制值：

S_new＝S_old+S_err×pid；

在上述公式中，S_old为调整前的转速控制值，S_new为调整后的转速控制值，S_err为转速误差，pid为调整比例系数，且调整比例系数pid为大于0且小于1的小数。其中，调整前的转速控制值可以是上一调整周期的转速控制值，或者是上上调整周期的转速控制值，即转速误差是在预设的误差允许范围内的实际转速值或者调整后的实际转速值，具体由用户设定，一般情况下，以上一调整周期的转速控制值为参考。其中，第一调整周期的转速控制值是主轴电机启动后主轴电机进行匀速旋转的第一实际转速值或者目标转速值，具体来说，第一实际转速值S_cur1与用户预先设置的目标转速值S_target之间的转速误差在误差允许范围内，则输出第一实际转速值S_cur1；若超出误差允许范围，则输出目标转速值S_target。第一实际转速值S_cur1或者目标转速值S_target为后期的转速控制值提供上一调整周期的转速控制值。后期的转速控制值参见上述公式进行调整。

其中，步骤14之前还可以包括：根据用户指令设置调整比例系数。

具体的，步骤14中的调整比例系数可以根据用户指令设置调整，该调整比例系数pid可以由用户自定义设定，也可以通过主轴电机的系统设定具体值，供用户选择。其中，调整比例系数pid的值越小，主轴电机的速度调整时间越长，但调整后的主轴电机的速度越稳定；调整比例系数pid的值越大，主轴电机的速度调整时间越短，但调整后的主轴电机的速度不稳定，且容易出现超调现象。因此，调整比例系数pid可以进一步为大于0且小于0.85的小数。

如图2所示，图2是根据本发明主轴电机的转速调整方法第二实施方式的流程示意图。在本实施例中，根据主轴电机的实际转速与用户设定的目标转速之间的差异和将转速差异调整到允许范围内从而调整数控系统提供给主轴驱动器的输出电压。具体来说，本实施例的标定方法包括以下步骤：

步骤S21-S24与第一实施例的步骤S11-S14基本一致，在此不再赘述。本实施例与第一实施例的区别之处在于，本实施例进一步包括以下步骤：

步骤S25：判断根据转速误差调整后的转速控制值是否在预设的调整允许范围内；若在调整允许范围，则进行步骤S27。

若超出调整允许范围，则进行步骤S26：将转速控制值进一步调整到调整允许范围内。

步骤S27：利用调整后的转速控制值调整输出至主轴电机的主轴驱动器的驱动电压。

其中，步骤S25具体为：

判断根据转速误差调整后的转速控制值是否处于由目标转速值分别与最大调整比例系数和最小调整比例系数的乘积所定义的调整允许范围内。即调整允许范围由目标转速值分别与最大调整比例系数和最小调整比例系数的乘积所定义。

本实施例中，根据转速误差调整后的转速控制值S_new与目标转速值S_target与最大调整比例系数的乘积、目标转速值S_target与最小调整比例系数的乘积进行比较，其中，调整后的转速控制值允许范围内为不大于转速控制值S_new与目标转速值S_target与最大调整比例系数的乘积，且不小于目标转速值S_target与最小调整比例系数的乘积。

最大调整比例系数的数值大于最小调整比例系数的数值。具体的，最大调整比例系数是大于1且小于2的小数；最小调整比例系数为大于0且小于1的小数。

其中，步骤S26具体为：

若转速控制值S_new大于目标转速值S_target与最大调整比例系数的乘积，则将转速控制值S_new调整成目标转速值S_target与最大调整比例系数的乘积；若转速控制值S_new小于目标转速值S_target与最小调整比例系数的乘积，则将转速控制值S_new调整成目标转速值S_target与最小调整比例系数的乘积。

因此，转速控制值S_new有额定的限定范围，最大值为目标转速值S_target与最大调整比例系数的乘积；最小值为目标转速值S_target与最小调整比例系数的乘积。目标转速值S_target最初由用户设定；其中，最大调整比例系数大于1，最小调整比例系数小于1；进一步的，最大调整比例系数为115％，最小调整比例系数为85％；更进一步的，最大调整比例系数为125％，最小调整比例系数为75％。

其中，步骤S27具体为：

通过以下公式调整输出至主轴电机的主轴驱动器的驱动电压：

V＝(S_new/S_max)×V_max；

在上述公式中，V为调整后的驱动电压，S_new为调整后的转速控制值，S_max为主轴电机的最大转速值，V_max为最大转速值所对应的最大驱动电压。

本实施例所提供的调整方法具有效率高和易使用的特点，用户只需要设定目标转速值S_target、调整比例系数pid、最大调整比例系数以及最小调整比例系数等一些参数信息，其他由数控系统自动完成，完全不需要用户参与，从而缩短了机床的调试时间，且该比例系数适用范围很广，一般情况下，大多数机床都可以使用同一个调整比例系数。该调整方法在主轴电机工作中，当主轴电机的实际速度与用户设定的目标转速值有误差时，可以反复进行速度调整过程，直到主轴电机停转。

本发明提供的主轴电机的转速调整方法中，是根据主轴电机的实际转速与用户设定的目标转速之间的差异以及将转速差异进一步调整到允许范围内从而调整数控系统提供给主轴驱动器的输出电压，进一步提高调整方法的精度系数，使得主轴电机的速度进一步稳定。

如图3所示，图3是根据本发明数控机床第一实施例的示意框图。本实施例的数控机床10的各个模块可分别执行上述方法实施例中的对应步骤，具体来说，本实施例的数控机床10包括包括主轴电机11、速度检测装置12、主轴驱动器13以及数控系统14。

其中，速度检测装置12用于检测主轴电机11的实际转速值，数控系统14用于计算速度检测装置12获得的实际转速值与用户预先设置的目标转速值之间的转速误差，并判断转速误差是否在预设的误差允许范围内，若超出误差允许范围，则数控系统14进一步根据转速误差对转速控制值进行调整，并利用调整后的转速控制值调整输出至主轴驱动器13的驱动电压，主轴驱动器13驱动主轴电机11进行运转。

本发明通过数控系统14实现主轴电机11速度的自动调整，在整个生产加工过程中，主轴电机11的速度能够自始至终与用户设定值保持一致。数控系统14具备上述调整方法后，即使机床安装的主轴电机11性能不佳，数控系统14也能自动调整，使得加工时主轴电机11的速度适中于用户预先设定的目标速度，不会太偏离于用户预先设定的目标速度。因此，数控机床10不再严重依赖于主轴电机11的性能，从而提高了数控机床10的应用范围。

上述数控机床10的各个模块可分别执行上述方法实施例中对应步骤，故在此不对各模块进行赘述，详细请参阅以上对应步骤的说明。

综上所述，本领域技术人员容易理解，本发明提供的主轴电机的转速调整方法中，根据主轴电机的实际转速与用户设定的目标转速之间的差异来调整数控系统提供给主轴驱动器的输出电压，该方法通过调整主轴驱动器的电压而非直接调整主轴电机的转速，其调整方法的精度系数高使得主轴电机的速度更加稳定，从而提高加工质量；该调整方法简单、节约调试时间且应用范围广。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (20)

1.一种主轴电机的转速调整方法，其特征在于，所述方法包括：

检测主轴电机的实际转速值；

计算所述实际转速值与用户预先设置的目标转速值之间的转速误差；

判断所述转速误差是否在预设的误差允许范围内；

若所述转速误差超出所述误差允许范围，则根据所述转速误差对转速控制值进行调整；

利用调整后的所述转速控制值调整输出至所述主轴电机的主轴驱动器的驱动电压，以实现对所述主轴电机转速的调整。

2.根据权利要求1所述的主轴电机的转速调整方法方法，其特征在于，所述根据所述转速误差对转速控制值进行调整的步骤包括：

通过以下公式调整所述转速控制值：

S_new＝S_old+S_err×pid；

其中，S_old为调整前的所述转速控制值，S_new为调整后的所述转速控制值，所述S_err为所述转速误差，所述pid为调整比例系数。

3.根据权利要求2所述的主轴电机的转速调整方法，其特征在于，所述调整比例系数为大于0且小于1的小数。

4.根据权利要求2所述的主轴电机的转速调整方法，其特征在于，所述根据所述转速误差对转速控制值进行调整的步骤之前，进一步包括：

根据用户指令设置所述调整比例系数。

5.根据权利要求2所述的主轴电机的转速调整方法，其特征在于，所述根据所述转速误差对转速控制值进行调整的步骤之后，进一步包括：

判断根据所述转速误差调整后的所述转速控制值是否在预设的调整允许范围内；

若超出所述调整允许范围，则将所述转速控制值进一步调整到所述调整允许范围内。

6.根据权利要求5所述的主轴电机的转速调整方法，其特征在于，所述调整允许范围由所述目标转速值分别与最大调整比例系数和最小调整比例系数的乘积所定义。

7.根据权利要求6所述的主轴电机的转速调整方法，其特征在于，所述若超出所述调整允许范围，则将所述转速控制值进一步调整到所述调整允许范围内的步骤包括：

若所述转速控制值大于所述目标转速值与最大调整比例系数的乘积，则将所述转速控制值调整成所述目标转速值与最大调整比例系数的乘积；

若所述转速控制值小于所述目标转速值与最小调整比例系数的乘积，则将所述转速控制值调整成所述目标转速值与最小调整比例系数的乘积。

8.根据权利要求7所述的主轴电机的转速调整方法，其特征在于，所述最大调整比例系数大于1，所述最小调整比例系数小于1。

9.根据权利要求8所述的主轴电机的转速调整方法，其特征在于，所述最大调整比例系数为115％，所述最小调整比例系数为85％。

10.根据权利要求1至9任一项所述的主轴电机的转速调整方法，其特征在于，所述利用调整后的所述转速控制值调整输出至所述主轴电机的主轴驱动器的驱动电压的步骤包括：

通过以下公式调整输出至所述主轴电机的主轴驱动器的驱动电压：

V＝(S_new/S_max)×V_max

其中，V为调整后的驱动电压，S_new为调整后的所述转速控制值，S_max为所述主轴电机的最大转速值，所述V_max为所述最大转速值所对应的最大驱动电压。

11.一种数控机床，其特征在于，所述数控机床包括主轴电机、速度检测装置、主轴驱动器以及数控系统，其中，

所述速度检测装置用于检测所述主轴电机的实际转速值；

所述数控系统用于计算所述实际转速值与用户预先设置的目标转速值之间的转速误差，并判断所述转速误差是否在预设的误差允许范围内，若超出所述误差允许范围，则所述数控系统进一步根据所述转速误差对转速控制值进行调整，并利用调整后的所述转速控制值调整输出至所述主轴驱动器的驱动电压，以实现对所述主轴电机转速的调整。

12.根据权利要求11所述的数控机床，其特征在于，所述数控系统通过以下公式调整所述转速控制值：

S_new＝S_old+S_err×pid；

其中，S_old为调整前的所述转速控制值，S_new为调整后的所述转速控制值，所述S_err为所述转速误差，所述pid为调整比例系数。

13.根据权利要求12所述的数控机床，其特征在于，所述调整比例系数为大于0且小于1的小数。

14.根据权利要求12所述的数控机床，其特征在于，在根据所述转速误差对转速控制值进行调整之前，所述数控系统根据用户指令设置所述调整比例系数。

15.根据权利要求11所述的数控机床，其特征在于，所述数控系统进一步判断根据所述转速误差调整后的所述转速控制值是否在预设的调整允许范围内，若超出所述调整允许范围，则所述数控系统将所述转速控制值进一步调整到所述调整允许范围内。

16.根据权利要求15所述的数控机床，其特征在于，所述调整允许范围由所述目标转速值分别与最大调整比例系数和最小调整比例系数的乘积所定义。

17.根据权利要求16所述的数控机床，其特征在于，若所述转速控制值大于所述目标转速值与最大调整比例系数的乘积，则所述数控系统将所述转速控制值调整成所述目标转速值与最大调整比例系数的乘积；

若所述转速控制值小于所述目标转速值与最小调整比例系数的乘积，则所述数控系统将所述转速控制值调整成所述目标转速值与最小调整比例系数的乘积。

18.根据权利要求17所述的数控机床，其特征在于，所述最大调整比例系数大于1，所述最小调整比例系数小于1。

19.根据权利要求18所述的数控机床，其特征在于，所述最大调整比例系数为115％，所述最小调整比例系数为85％。

20.根据权利要求11所述的数控机床，其特征在于，所述数控系统通过以下公式调整输出至所述主轴电机的主轴驱动器的驱动电压：

V＝(S_new/S_max)×V_max

其中，V为调整后的驱动电压，S_new为调整后的所述转速控制值，S_max为所述主轴电机的最大转速值，所述V_max为所述最大转速值所对应的最大驱动电压。