CN108762196A - 台尾机构的伺服驱动、运动控制方法、系统、终端及数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种台尾机构的伺服驱动、运动控制方法、系统、终端及数控机床，运动控制终端根据伺服电机的输出力矩信息确定台尾机构伺服终端的工作模式为转速模式或力矩模式，并根据所述工作模式发送对应的控制指令至所述台尾机构伺服终端，以供所述台尾机构伺服终端根据所述控制指令控制伺服电机执行对应的操作，从而实现台尾机构的进给、预紧和回退动作。本发明的台尾机构的伺服驱动、运动控制方法、系统、终端及数控机床能够在台尾顶紧过程中实时调整顶紧力和台尾移动速度，从而保证了工件的生产质量，提升了工件的生产效率。

Description

台尾机构的伺服驱动、运动控制方法、系统、终端及数控机床

技术领域

本发明涉及数控机床的技术领域，特别是涉及一种台尾机构的伺服驱动、运动控制方法、系统、终端及数控机床。

背景技术

机床(machine tool)是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。机床的种类非常多，例如：通用机床有：车床，刨床，铣床，冲床，磨床，电火花成型机床，线切割机床，钻床，镗床，滚齿机，旋铆机，折弯机等；专用机床有：专门做螺纹的搓丝机，镦锻机，专门磨曲轴的曲轴磨等。

数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床是一种应用较为广泛的金属加工设备，主要用于回转件的加工，常见的是加工盘类零件和轴类零件。对于加工比较长的轴类零件，仅仅使用卡盘卡住其中一端加工是很难满足加工要求的，多数情况下采取一卡一顶的装夹方式，所以对于数控机床来说，必须要配置一个稳定、高效的台尾。

现有技术中，台尾机构通常采用液压驱动，通过液压力使台尾顶尖对工件进行顶紧。但是，液压力作用响应时间长，台尾移动速度慢，导致工件的生产效率不高，同时液压力波动较大，难以保证工件加工质量的一致性。

另外，对于伺服驱动的台尾机构，在进给过程中运行在转矩控制模式下。为了避免台尾顶尖对工件产生较大的机械冲击，台尾机构的移动速度被限定在一个较低的速度上，导致工件的加工节拍难以进一步提高；而台尾顶紧工件后，台尾对工件的顶紧力也无法根据工件的剩余直径进行实时调整，导致难以加工长径比较大的细长类工件。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种台尾机构的伺服驱动、运动控制方法、系统、终端及数控机床，能够在台尾顶紧过程中实时调整顶紧力和台尾移动速度，从而保证了工件的生产质量，提升了工件的生产效率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种台尾机构的伺服驱动方法，包括以下步骤：获取伺服电机的输出力矩信息和台尾绝对位置信息并发送至运动控制终端；当处于转速模式时，基于运动控制终端的转速控制指令，控制伺服电机的电机转速；当处于力矩模式时，基于所述运动控制终端的力矩控制指令，控制所述伺服电机的输出力矩。

于本发明一实施例中，还包括当所述转速控制指令为阶跃转速指令时，对所述转速控制指令进行平滑处理。

于本发明一实施例中，所述平滑处理为根据预设的S曲线时间、斜坡加速时间和斜坡减速时间对所述转速控制指令进行S曲线处理和斜坡处理。

于本发明一实施例中，还包括当所述力矩控制指令的力矩变化时，对所述力矩控制指令进行平滑处理。

于本发明一实施例中，所述平滑处理为根据预设的斜坡加速时间和斜坡减速时间对所述力矩控制指令进行斜坡处理。

对应地，本发明提供一种台尾机构的伺服驱动系统，包括获取发送模块、转速控制模块和力矩控制模块；

所述获取发送模块用于获取伺服电机的输出力矩信息和台尾绝对位置信息并发送至运动控制终端；

所述转速控制模块用于当处于转速模式时，基于运动控制终端的转速控制指令，控制伺服电机的电机转速；

所述力矩控制模块用于当处于力矩模式时，基于所述运动控制终端的力矩控制指令，控制所述伺服电机的输出力矩。

本发明提供一种台尾机构伺服驱动终端，包括处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述台尾机构伺服驱动终端执行上述的台尾机构的伺服驱动方法。

另外，本发明提供一种台尾机构的运动控制方法，包括以下步骤：

接收台尾机构伺服终端发送来的输出力矩信息和台尾绝对位置信息；

根据所述输出力矩信息判定所述台尾机构伺服驱动终端的工作模式；

当所述工作模式为转速模式时，根据台尾绝对位置信息发送转速控制指令至所述台尾机构伺服终端；

当所述工作模式为力矩模式时，根据台尾绝对位置信息发送力矩控制指令至所述台尾机构伺服终端。

于本发明一实施例中，当所述台尾机构执行进给动作时，所述工作模式为转速模式；当所述输出力矩信息大于模式切换预设阈值时，所述工作模式为力矩模式；当所述台尾机构执行回退动作时，所述工作模式为转速模式。

于本发明一实施例中，所述力矩控制指令根据所述工件的加工进度实时调整所述台尾机构的预紧力。

于本发明一实施例中，在台尾机构进给过程中，当所述台尾绝对位置信息经过预设的预紧缓冲点之后，所述转速控制指令由第一速度切换为第二速度，所述第一速度大于所述第二速度。

于本发明一实施例中，在台尾机构回退过程中，当所述台尾绝对位置信息经过预设的停车缓冲点之后，所述转速控制指令由第三速度切换为第四速度，所述第三速度大于第四速度。

对应地，本发明提供一种台尾机构的运动控制系统，包括接收模块、判定模块、转速控制模块和力矩控制模块；

所述接收模块用于接收台尾机构伺服终端发送来的输出力矩信息和台尾绝对位置信息；

所述判定模块用于根据所述输出力矩信息判定所述台尾机构伺服驱动终端的工作模式；

所述转速控制模块用于当所述工作模式为转速模式时，根据台尾绝对位置信息发送转速控制指令至所述台尾机构伺服终端；

所述力矩控制模块用于当所述工作模式为力矩模式时，根据台尾绝对位置信息发送力矩控制指令至所述台尾机构伺服终端。

本发明提供一种运动控制终端，包括处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述运动控制终端执行上述的台尾机构的运动控制方法。

本发明提供一种台尾机构的伺服驱动系统，包括上述的台尾机构伺服终端、上述的运动控制终端和伺服电机；所述伺服电机用于在所述运动控制终端的控制下驱动台尾机构执行进给、顶紧和回退动作。

于本发明一实施例中，所述台尾机构伺服终端和所述运动控制终端通过实时通信总线进行交互。

最后，本发明提供一种数控机床，包括：

台尾机构；

上述的台尾机构的伺服驱动系统。

如上所述，本发明的台尾机构的伺服驱动、运动控制方法、系统、终端及数控机床，具有以下有益效果：

(1)能够在移动过程中根据行程位置实时调整台尾移动速度，从而缩短节拍时间，提高工件的加工效率，且避免了台尾顶尖对工件的冲击；

(2)能够在台尾顶紧过程中，根据工件剩余材料的顶紧力耐受强度实时进行顶紧力的调整，从而提高工件的加工质量；

(3)解决了台尾机构加工长径较大的细长类工件时，加工效率不高，良品率低的问题。

附图说明

图1显示为本发明的台尾机构的伺服驱动方法于一实施例中的流程图；

图2显示为本发明的转速控制指令于一实施例中的平滑处理示意图；

图3显示为本发明的力矩控制指令于一实施例中的平滑处理示意图；

图4显示为本发明的台尾机构的伺服驱动系统于一实施例中的结构示意图；

图5显示为本发明的台尾机构伺服驱动终端于一实施例中的结构示意图；

图6显示为本发明的台尾机构的运动控制方法于一实施例中的流程图；

图7显示为本发明的台尾机构于一实施例中的工作状态示意图；

图8显示为本发明的台尾机构在一个加工循环中的沿进给方向的运动示意图；

图9显示为本发明的台尾机构在一个加工循环中的沿回退方向的运动示意图；

图10显示为本发明的台尾机构的运动控制系统于一实施例中的结构示意图；

图11显示为本发明的运动控制终端于一实施例中的结构示意图；

图12显示为本发明的台尾机构的伺服驱动系统于另一实施例中的结构示意图；

图13显示为本发明的数控机床于一实施例中的结构示意图。

元件标号说明

41 获取发送模块

42 转速控制模块

43 力矩控制模块

51 处理器

52 存储器

101 接收模块

102 判定模块

103 转速控制模块

104 力矩控制模块

111 处理器

112 存储器

121 台尾机构伺服终端

122 运动控制终端

123 伺服电机

131 台尾机构

132 台尾机构的伺服驱动系统

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的台尾机构的伺服驱动、运动控制方法、系统、终端及数控机床能够在台尾顶紧过程中实时调整顶紧力和台尾移动速度，减小台尾顶尖对工件的冲击，减小力矩切换过程中台尾预紧力的抖动，从而保证了工件的生产质量，提升了工件的生产效率。

如图1所示，于一实施例中，本发明的台尾机构的伺服驱动方法包括以下步骤：

步骤S11、获取伺服电机的输出力矩信息和台尾绝对位置信息并发送至运动控制终端。

在本发明中，通过台尾机构伺服终端和运动控制终端来实现台尾机构的伺服驱动。其中，台尾机构伺服终端与运动控制终端通过实时通信总线进行数据和指令交互。

具体地，台尾机构伺服终端通过对伺服电机三相电流的实时采样进行计算，得到伺服电机反馈的实时输出力矩；通过对伺服电机编码器位置信息的实时采样计算，得到伺服电机的实时转速信息；通过对台尾运动位移进行监测，得到台尾绝对位置信息；然后将所述伺服电机的输出力矩信息和所述台尾绝对位置信息发送至所述运动控制终端。

步骤S12、当处于转速模式时，基于运动控制终端的转速控制指令，控制伺服电机的电机转速。

具体地，所述运动控制终端根据所述伺服电机的输出力矩信息来确定所述台尾机构伺服终端处于转速模式还是力矩模式，并将转速模式控制指令或力矩模式控制指令发送至所述台尾机构伺服终端。当处于转速模式时，所述台尾机构伺服终端根据接收到的转速模式控制指令，在转速模式和力矩模式之间进行切换。当状态切换完成之后，所述台尾机构伺服终端将当前模式生效信息发送至所述运动控制终端，所述运动控制终端发送转速控制指令至所述台尾机构伺服终端，以通过伺服电机控制台尾的运动速度。

于本发明一实施例中，当所述转速控制指令为阶跃转速指令时，为了实时平滑地切换台尾移动速度，还包括对所述转速控制指令进行平滑处理。优选地，所述平滑处理为根据预设的S曲线时间、斜坡加速时间和斜坡减速时间对所述转速控制指令进行S曲线处理和斜坡处理，从而实现高进给速度与低接近速度间的平滑切换。具体地，如图2所示，实时台尾机构伺服终端根据预设的S曲线时间、斜坡加速时间和斜坡减速时间对粗线表示的阶跃转速控制指令进行平滑处理，得到细线表示的平滑后的转速控制指令，从而减小台尾在速度切换过程中对机械传动系统的冲击，避免台尾在由高速进给速度切换到低速接近速度时出现抖动。因此，可通过提高台尾进给速度缩短加工时间，提高加工效率，通过降低接近速度来减小台尾顶尖对工件的冲击。

步骤S13、当处于力矩模式时，基于所述运动控制终端的力矩控制指令，控制所述伺服电机的输出力矩。

具体地，所述运动控制终端根据所述伺服电机的输出力矩信息来确定所述台尾机构伺服终端处于转速模式还是力矩模式，并将转速模式控制指令或力矩模式控制指令发送至所述台尾机构伺服终端。当处于力矩模式时，所述台尾机构伺服终端根据接收到的力矩模式控制指令，在转速模式和力矩模式之间进行切换。当状态切换完成之后，所述台尾机构伺服终端将当前模式生效信息发送至所述运动控制终端，所述运动控制终端发送力矩控制指令至所述台尾机构伺服终端，以通过伺服电机控制台尾的顶紧力矩。

其中，在台尾顶紧工件后的加工过程中，随着加工程序的执行，工件的剩余直径逐渐减小，工件对顶紧力的承受能力越来越弱。而在加工起始阶段，台尾又需要输出较大的顶紧力，防止工件毛坯在加工过程中出现晃动。因此，若在加工过程中台尾始终维持相同的顶紧力，可能导致加工工件良品率较低，特别是在加工长径比较大的细长类工件时，台尾顶紧力的精确调整起到关键作用。因此，在本发明中，所示运动控制终端能够根据工件加工程序的执行进度来实时地调整台尾的顶紧力。为了平滑地实现力矩的变化，于本发明一实施例中，还包括当所述力矩控制指令的力矩变化时，对所述力矩控制指令进行平滑处理。优选地，所述平滑处理为根据预设的斜坡加速时间和斜坡减速时间对所述力矩控制指令进行斜坡处理。具体地，如图3所示，根据预设的力矩的变化率，得到斜坡加速时间和斜坡减速时间，并根据所述斜坡加速时间和所述斜坡减速时间对粗线表示的力矩进行平滑，得到细线表示的平滑后的力矩，从而减小台尾力矩切换时出现的预紧力抖动，进而提高工件加工质量的一致性。

因此，本发明的台尾机构伺服终端能够在运动控制终端的控制下控制台尾的实时运动速度和顶紧力矩，从而满足不同工件的加工需求。

如图4所示，于一实施例中，本发明的台尾机构的伺服驱动系统包括获取发送模块41、转速控制模块42和力矩控制模块43。

所述获取发送模块41用于获取伺服电机的输出力矩信息和台尾绝对位置信息并发送至运动控制终端。

所述转速控制模块42与所述获取发送模块41相连，用于当处于转速模式时，基于运动控制终端的转速控制指令，控制伺服电机的电机转速。

所述力矩控制模块43与所述获取发送模块41相连，用于当处于力矩模式时，基于所述运动控制终端的力矩控制指令，控制所述伺服电机的输出力矩。

需要说明的是，获取发送模块41、转速控制模块42和力矩控制模块43的结构和原理与上述台尾机构的伺服驱动方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。

需要说明的是，应理解以上系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digitalsingnalprocessor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

如图5所示，于一实施例中，本发明的台尾机构伺服驱动终端包括处理器51及存储器52。

所述存储器52用于存储计算机程序。

所述存储器52包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所述处理器51与所述存储器52相连，用于执行所述存储器52存储的计算机程序，以使所述台尾机构伺服驱动终端执行上述的台尾机构的伺服驱动方法。

优选地，所述处理器51可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

如图6所示，于一实施例中，本发明的台尾机构的运动控制方法包括以下步骤：

步骤S61、接收台尾机构伺服终端发送来的输出力矩信息和台尾绝对位置信息。

具体地，运动控制终端通过实时通信总线与台尾机构伺服终端进行通信，实时接收台尾机构伺服终端发送来的输出力矩信息和台尾绝对位置信息。

步骤S62、根据所述输出力矩信息判定所述台尾机构伺服驱动终端的工作模式。

具体地，所述运动控制终端根据接收到的所述输出力矩信息来确定所述台尾机构伺服终端的工作模式。所述工作模式包括转速模式和力矩模式两种。

其中，所述台尾机构伺服终端在工作过程中包括进给、预紧和回退三个工作状态。如图7所示，当台尾向所述工件移动时，处于进给状态；当所述台尾顶尖与所述工件相接触后，处于预紧状态；当所述台尾远离所述工件移向初始位置时，处于回退状态。于本发明一实施例中，当所述台尾机构执行进给动作时，所述运动控制终端首先控制所述台尾机构伺服终端处于转速模式，以使所述台尾机构伺服终端按照可调的速度驱动所述台尾向工件移动。当台尾顶紧工件后，伺服电机的输出力矩将增大，当所述输出力矩信息大于模式切换预设阈值时，所述运动控制终端控制所述台尾机构伺服终端处于力矩模式，以将可调的预紧力施加在工件上。当台尾对工件的加工操作完成之后，所述台尾需执行回退动作，所述运动控制终端控制所述台尾机构伺服终端处于转速模式，以使所述台尾机构伺服终端由力矩模式切换为转速模式，并通过可调的速度驱动所述台尾。

步骤S63、当所述工作模式为转速模式时，根据台尾绝对位置信息发送转速控制指令至所述台尾机构伺服终端。

具体地，所述运动控制终端在接收到所述台尾机构伺服终端发送来的转速模式生效信息时，根据所述台尾绝对位置信息来发送转速控制指令至所述台尾机构伺服终端，以通过伺服电机控制台尾的转速。于本发明一实施例中，所述运动控制器在台尾至工件的路径上设置有预紧缓冲点和停车缓冲点。其中，所述预紧缓冲点设置在接近待加工工件端部的位置。当台尾进给移动过预紧缓冲点后，所述运动控制器控制所述台尾由较高的快移速度切换为较低的接近速度，从而减小对工件产生的冲击。所述停车缓冲点设置在远离待加工工件端部的位置。当台尾回退过停车缓冲点后，台尾将由回退状态切换到停车静止状态，即从较快的速度切换至较慢的速度，直至台尾停止。

步骤S64、当所述工作模式为力矩模式时，根据台尾绝对位置信息发送力矩控制指令至所述台尾机构伺服终端。

具体地，所述运动控制终端在接收到所述台尾机构伺服终端发送来的力矩模式生效信息时，根据所述台尾绝对位置信息来发送转速控制指令至所述台尾机构伺服终端，以通过伺服电机控制台尾的预紧力。于本发明一实施例中，所述力矩控制指令根据所述工件的加工进度实时调整所述台尾机构的预紧力。

如图8和图9所示，其中的阴影部分表示伺服电机的输出力矩。加减速过程中，由于台尾机构伺服终端的平滑处理功能，伺服电机的输出力矩根据台尾机构伺服终端预设的加减速曲线进行相应的变化；台尾顶尖顶紧工件端部后，伺服电机的输出力矩按所述运动控制终端给定的实时力矩控制指令进行相应的变化。其中，由于作用力和移动方向的变化，所述输出力矩的大小和方向也随之发生变化，具体体现在所述阴影部分的大小和方向。

如图10所示，于一实施例中，本发明的台尾机构的运动控制系统包括接收模块101、判定模块102、转速控制模块103和力矩控制模块104。

所述接收模块101用于接收台尾机构伺服终端发送来的输出力矩信息和台尾绝对位置信息。

所述判定模块102与所述接收模块101相连，用于根据所述输出力矩信息判定所述台尾机构伺服驱动终端的工作模式。

所述转速控制模块103与所述判定模块102相连，用于当所述工作模式为转速模式时，根据台尾绝对位置信息发送转速控制指令至所述台尾机构伺服终端。

所述力矩控制模块104与所述判定模块102相连，用于当所述工作模式为力矩模式时，根据台尾绝对位置信息发送力矩控制指令至所述台尾机构伺服终端。

需要说明的是，上述接收模块101、判定模块102、转速控制模块103和力矩控制模块104的结构和原理与上述台尾机构的伺服驱动方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。

需要说明的是，应理解以上系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digitalsingnalprocessor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

如图11所示，于一实施例中，本发明的运动控制终端包括处理器111及存储器112。

所述存储器112用于存储计算机程序。

所述存储器112包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所述处理器111与所述存储器112相连，用于执行所述存储器112存储的计算机程序，以使所述运动控制终端执行上述的台尾机构的运动控制方法。

优选地，所述处理器51可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

如图12所示，于一实施例中，本发明的台尾机构的伺服驱动系统包括上述的台尾机构伺服终端121、上述的运动控制终端122和伺服电机123；所述伺服电机123与所述运动控制终端122相连，用于在所述运动控制终端122的控制下通过台尾机械传动机构驱动台尾机构执行进给、顶紧和回退动作。

于本发明一实施例中，所述台尾机构伺服终端121和所述运动控制终端122通过实时通信总线进行交互，从而保证所述台尾机构伺服控制的实时性和有效性。

下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的台尾机构的伺服驱动系统的工作流程。

首先，运动控制终端需设定预紧缓冲点，设定过程如下:台尾机构伺服终端上电使能后，工作于转速模式；运动控制器发送点动速度指令(低速)给台尾机构伺服终端，台尾机构伺服终端带动伺服电机转动，使得台尾慢移至希望设定的预紧缓冲点位置；用户点击预紧缓冲点设定按钮，运动控制终端保存当前电机编码器反馈的绝对位置为台尾预紧缓冲点。

需要说明的时，若用户未设定台尾预紧缓冲点，运动控制终端则禁止执行台尾预紧操作。台尾预紧缓冲点设定后，运动控制终端可执行台尾预紧操作。

运动控制终端执行台尾预紧操作时，先发送“快移速度指令”给台尾机构伺服终端，台尾机构伺服终端对运动控制终端的快移速度指令进行平滑处理后，控制台尾快速移动；当台尾移动过“预紧缓冲点”后，运动控制终端发送“接近速度指令”给台尾机构伺服终端；台尾机构伺服终端对运动控制终端的接近速度指令进行平滑处理后，控制台尾平稳地切换到较低的接近转速，缓慢接近待加工工件。

当台尾顶尖顶住工件端部后，伺服电机输出力矩增大，台尾机构伺服终端反馈伺服电机的输出力矩给运动控制终端。当伺服电机的输出力矩值超过模式切换力矩阀值后，运动控制终端控制台尾机构伺服终端切换至力矩模式，并根据运动控制终端给定的力矩控制指令控制伺服电机输出相应的力矩。

随着加工程序的执行，工件的剩余直径越来越小，运动控制终端可根据加工程序的进度，实时调整台尾的顶紧力，台尾机构伺服终端根据运动控制终端发送的力矩控制指令控制伺服电机输出相应的力矩，并通过台尾机构伺服终端的力矩平滑作用减小力矩切换过程中台尾预紧力的抖动，从而避免了台尾顶尖对工件的冲击，保证了工件质量的一致性。

当工件加工完成之后，台尾需回退至初始位置。首先，运动控制终端控制台尾机构伺服终端切换至速度控制模式，并发送反向回退速度指令给台尾台尾机构伺服终端；台尾机构伺服终端驱动伺服电机控制台尾执行回退动作。

当台尾回退至停车缓冲点后，运动控制终端发送停车指令给台尾机构伺服终端；台尾机构伺服终端通过转速平滑功能，根据预设的S曲线时间、斜坡加速时间及斜坡减速时间，生成平滑的转速指令曲线。台尾机构伺服终端按平滑后的转速指令曲线控制台尾的停车减速动作，进而使台尾快速平稳地完成停车动作。

如图13所示，于一实施例中，本发明的数控机床包括台尾机构131和上述的台尾机构的伺服驱动系统132。通过所述台尾机构的伺服驱动系统132，所述台尾机构131能够实现稳定、有效的进给、预紧和回退动作，从而在提高工件的生产效率的同时，保证了工件的加工质量。

综上所述，本发明的台尾机构的伺服驱动、运动控制方法、系统、终端及数控机床能够在移动过程中根据行程位置实时调整台尾移动速度，从而缩短节拍时间，提高工件的加工效率，且避免了台尾顶尖对工件的冲击；能够在台尾顶紧过程中，根据工件剩余材料的顶紧力耐受强度实时进行顶紧力的调整，从而提高工件的加工质量；解决了台尾机构加工长径较大的细长类工件时，加工效率不高，良品率低的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种台尾机构的伺服驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：

获取伺服电机的输出力矩信息和台尾绝对位置信息并发送至运动控制终端；

当处于转速模式时，基于运动控制终端的转速控制指令，控制伺服电机的电机转速；

当处于力矩模式时，基于所述运动控制终端的力矩控制指令，控制所述伺服电机的输出力矩。

2.根据权利要求1所述的台尾机构的伺服驱动方法，其特征在于：还包括当所述转速控制指令为阶跃转速指令时，对所述转速控制指令进行平滑处理。

3.根据权利要求3所述的台尾机构的伺服驱动方法，其特征在于：所述平滑处理为根据预设的S曲线时间、斜坡加速时间和斜坡减速时间对所述转速控制指令进行S曲线处理和斜坡处理。

4.根据权利要求1所述的台尾机构的伺服驱动方法，其特征在于：还包括当所述力矩控制指令的力矩变化时，对所述力矩控制指令进行平滑处理。

5.根据权利要求4所述的台尾机构的伺服驱动方法，其特征在于：所述平滑处理为根据预设的斜坡加速时间和斜坡减速时间对所述力矩控制指令进行斜坡处理。

6.一种台尾机构的伺服驱动系统，其特征在于：包括获取发送模块、转速控制模块和力矩控制模块；

所述获取发送模块用于获取伺服电机的输出力矩信息和台尾绝对位置信息并发送至运动控制终端；

所述转速控制模块用于当处于转速模式时，基于运动控制终端的转速控制指令，控制伺服电机的电机转速；

所述力矩控制模块用于当处于力矩模式时，基于所述运动控制终端的力矩控制指令，控制所述伺服电机的输出力矩。

7.一种台尾机构伺服驱动终端，其特征在于，包括处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述台尾机构伺服驱动终端执行权利要求1至5中任一项所述的台尾机构的伺服驱动方法。

8.一种台尾机构的运动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

接收台尾机构伺服终端发送来的输出力矩信息和台尾绝对位置信息；

根据所述输出力矩信息判定所述台尾机构伺服驱动终端的工作模式；

当所述工作模式为转速模式时，根据台尾绝对位置信息发送转速控制指令至所述台尾机构伺服终端；

当所述工作模式为力矩模式时，根据台尾绝对位置信息发送力矩控制指令至所述台尾机构伺服终端。

9.根据权利要求8所述的台尾机构的运动控制方法，其特征在于：当所述台尾机构执行进给动作时，所述工作模式为转速模式；当所述输出力矩信息大于模式切换预设阈值时，所述工作模式为力矩模式；当所述台尾机构执行回退动作时，所述工作模式为转速模式。

10.根据权利要求8所述的台尾机构的运动控制方法，其特征在于：所述力矩控制指令根据所述工件的加工进度实时调整所述台尾机构的预紧力。

11.根据权利要求8所述的台尾机构的运动控制方法，其特征在于：在台尾机构进给过程中，当所述台尾绝对位置信息经过预设的预紧缓冲点之后，所述转速控制指令由第一速度切换为第二速度，所述第一速度大于所述第二速度。

12.根据权利要求8所述的台尾机构的运动控制方法，其特征在于：在台尾机构回退过程中，当所述台尾绝对位置信息经过预设的停车缓冲点之后，所述转速控制指令由第三速度切换为第四速度，所述第三速度大于第四速度。

13.一种台尾机构的运动控制系统，其特征在于：包括接收模块、判定模块、转速控制模块和力矩控制模块；

所述接收模块用于接收台尾机构伺服终端发送来的输出力矩信息和台尾绝对位置信息；

所述判定模块用于根据所述输出力矩信息判定所述台尾机构伺服驱动终端的工作模式；

所述转速控制模块用于当所述工作模式为转速模式时，根据台尾绝对位置信息发送转速控制指令至所述台尾机构伺服终端；

所述力矩控制模块用于当所述工作模式为力矩模式时，根据台尾绝对位置信息发送力矩控制指令至所述台尾机构伺服终端。

14.一种运动控制终端，其特征在于，包括处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述运动控制终端执行权利要求8至12中任一项所述的台尾机构的运动控制方法。

15.一种台尾机构的伺服驱动系统，其特征在于：包括权利要求7所述的台尾机构伺服终端、权利要求14所述的运动控制终端和伺服电机；

所述伺服电机用于在所述运动控制终端的控制下驱动台尾机构执行进给、顶紧和回退动作。

16.根据权利要求15所述的台尾机构的伺服驱动系统，其特征在于：所述台尾机构伺服终端和所述运动控制终端通过实时通信总线进行交互。

17.一种数控机床，其特征在于：包括：

台尾机构；

权利要求15或16所述的台尾机构的伺服驱动系统。