CN109129176A - 控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制装置，特别涉及具有与主轴的转速对应的摇摆动作功能的控制装置。一种控制装置，其进行根据驱动主轴的主轴电动机的旋转来使由电动机驱动的轴进行摇摆动作的高精度振荡控制。该控制装置根据预先设定的基准速度、主轴电动机的基准主轴转速以及实际主轴转速来决定摇摆动作的基准速度，进而根据该决定好的摇摆动作的基准速度来计算每个控制周期的摇摆动作的速度。并且相对于用于控制控制装置所输出的每个控制周期的电动机的位置的指令，相加该计算出的每个控制周期的摇摆动作的速度。

Description

控制装置
技术领域
本发明涉及一种控制装置，特别涉及具有与主轴的转速对应的摇摆动作功能的控制装置。
背景技术
作为轴控制的方法之一，具有在任意区域中使轴呈正弦波状摇摆的高精度振荡控制控制(例如，日本特开2011-248473号公报等)。作为高精度振荡控制的例子，如果考虑在时刻t＝0与从相位θ＝0旋转的主轴的旋转相对应地使Z轴以与主轴相同周期且相同相位进行摇摆动作的情况，则在将Z轴的摇摆动作的上方向的摇摆区域境界即端点作为上死点ZU，将下方向的摇摆区域境界即端点作为下死点ZL，将上死点ZU和下死点ZL之间的Z轴最大速度作为基准速度FB时，通过以下数学式(1)所示的速度来控制预定时刻t的Z轴的移动速度，由此能够实现与主轴的旋转对应的Z轴的摇摆动作。在高精度振荡控制中，上述的上死点ZU、下死点ZL、基准速度FB等各个参数配合该目的由用户进行设定。
作为使用了高精度振荡控制的加工的例子，如日本特开平09-160619号公报和日本特开2002-182714号公报所公开那样，列举有使用了砂轮的曲轴的磨削加工(图3)。在这种加工方法中，例如在将曲轴的轴颈作为旋转轴来磨削销钉部等时，需要根据由加工程序等进行指令的主轴的转速使砂轮头相对于工件前进后退并进行磨削，对该砂轮头的移动控制使用高精度振荡控制。
另外，作为使用了高精度振荡控制的加工的其他例子，如日本特开2017-056515号公报所公开的那样，列举为了将碎屑细化而使刀具摇摆地进行移动的加工(图4)。在这种加工方法中，生成对由加工程序等进行指令的主轴的转速所对应的摇摆频率下的摇摆动作进行指令的摇摆指令，并以摇摆指令与刀具的切削进给速度相加后得到的速度来使刀具移动。
在高精度振荡控制中，由于需要用户如上述那样设定并决定振荡的周期，因此在使振荡的周期变化时需要用户重新设定参数。然而，在进行与主轴的旋转对应的振荡动作时，当主轴的旋转周期不恒定时，高精度振荡控制会产生同步误差，加工不能顺利进行。
例如，在图3所示的曲轴的磨削加工中，在磨削砂轮和磨削面始终接触的振荡周期中进行设定并进行加工时，在主轴的转速由于干扰等原因而产生了一瞬的变化时，如图5所示，在磨削砂轮的位置与磨削面的位置之间产生相位的偏移，并且磨削砂轮与磨削面会产生冲突。
另外，在如图4所示的由于振荡而将碎屑细化的情况下，由于需要根据主轴的转速设定振荡的周期，所以例如即使在车削加工圆锥形的工件时也必须将主轴的转速设为恒定。然而，当在车削加工圆锥形的工件时将主轴的转速设为恒定的情况下，工件与刀具的在工件圆周方向上的相对速度在刀具位于工件的外径大的位置时以及刀具位于工件的外径小的位置时发生变化，因此会产生无法使工件加工面的质量保持恒定的问题。对此，如图6所示，如果为了将工件加工面的指令保持恒定而控制为使工件的圆周速度为恒定(即在刀具与工件的在工件圆周方向上的相对速度为大致恒定)，则主轴的转速根据刀具相对于工件的位置而发生变化，但是如上述那样振荡的周期将由于用户所设定的值而成为恒定，因此会产生碎屑细化不太好的位置。
发明内容
因此本发明的目的为，提供一种能够对应进行基于高精度振荡控制的加工时的主轴的转速变化的控制装置。
在本发明中，通过对控制装置设置以下功能来解决上述问题，即在高精度振荡控制中，为了能够对应主轴的旋转周期的变化，生成基于主轴的实际转速来使基准速度变化的振荡指令。
本发明的控制装置进行根据驱动主轴的主轴电动机的旋转来使由电动机驱动的轴进行摇摆动作的高精度振荡控制，该控制装置具备：位置指令部，其输出用于控制每个控制周期的上述电动机的位置的指令；振荡基准速度决定部，其根据预先设定为参数的基准速度、上述主轴电动机的基准主轴转速、从上述主轴电动机反馈的该主轴电动机的实际主轴转速，来决定上述摇摆动作的基准速度；振荡指令计算部，其根据预先设定的摇摆动作所涉及的设定值、上述振荡基准速度决定部所决定的摇摆动作的基准速度来计算每个控制周期的摇摆动作的速度；以及加法器，其相对于上述位置指令部所输出的用于控制位置的指令，相加上述振荡指令计算部计算出的每个控制周期的摇摆动作的速度。
通过本发明，即使在进行高精度振荡控制时主轴的转速发生变化，振荡指令的基准速度也会跟着主轴的转速变化而发生变化，因此能够进行相对于主轴的转速不会产生振荡周期和相位的偏移的加工。
附图说明
图1是表示一个实施方式的控制装置与通过该控制装置进行驱动控制的加工机的主要部件的概略硬件结构图。
图2是一个实施方式的控制装置的概略功能框图。
图3说明现有技术的曲轴的磨削加工的图。
图4是说明现有技术的将碎屑细化加工的图。
图5是说明现有技术的曲轴的磨削加工的课题的图。
图6是说明现有技术的将碎屑细化加工的课题的图。
具体实施方式
以下表示用于实现本发明的控制装置的结构例。但是，本发明的控制装置的结构不限于下述的例子，如果能够实现本发明的目的，则可以采用任意结构。
图1是表示一个实施方式的控制装置与通过该控制装置进行驱动控制的加工机的主要部件的概略硬件结构图。
本实施方式的控制装置1所具备的CPU11是整体控制控制装置1的处理器。CPU11经由总线20读出存储在ROM12中的系统/程序，并按照该读出的系统/程序来控制控制装置1整体。RAM13中存储暂时的计算数据和显示数据以及由操作员经由后述的显示器/MDI单元70输入的各种数据等。
非易失性存储器14例如构成为通过未图示的电池进行备份等，即使控制装置1的电源被切断也能保持存储状态的存储器。该非易失性存储器14中除了存储经由接口15读入的加工程序和经由后述的显示器/MDI单元70输入的加工程序，还存储包括用于加工的刀具的切削条件推荐值的刀具数据等。进一步地，该非易失性存储器14中存储用于运行加工程序的加工程序运行处理用程序等，但是这些程序在执行时被扩展到RAM13。
另外，在ROM12中预先写入用于执行加工程序的生成以及编辑所需要的编辑模式的处理等的各种系统/程序(包括摇摆动作功能的系统/程序)。
接口15是用于将控制装置1与适配器等外部设备72连接的接口。从外部设备72侧读入加工程序和各种参数等。另外，能够将在控制装置1内编辑的加工程序经由外部设备72存储于外部存储单元。可编程机器控制器(PMC)16通过内置在控制装置1中的时序程序将信号经由I/O单元17输出给加工机的周围装置(例如类似用于刀具更换的机器人手这样的制动器)并进行控制。另外，接收加工机的主体所配备的操作盘的各种开关等的信号，在进行所需要的信号处理后传输给CPU11。
显示器/MDI单元70是具备了显示器、键盘等的手动数据输入装置，接口18接收来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据并传输给CPU11。接口19与具备了手动驱动各轴时所使用的手动脉冲发生器等的操作盘71连接。
用于控制加工机所具备的轴的轴控制电路30接收来自CPU11的轴的移动指令量，并将轴的指令输出给伺服放大器40。伺服放大器40接收该指令，并驱动使加工机所具备的轴进行移动的伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置有位置/速度检测器，并将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈给轴控制电路30，进行位置/速度的反馈控制。另外，在图1的硬件结构图中仅一个一个地表示了轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50，但会准备成为控制对象的加工机实际具备的轴的数量。
主轴控制电路60接收对加工机的主轴旋转指令，将主轴速度信号输出给主轴放大器61。主轴放大器61接收该主轴速度信号，以所指令的转速来使加工机的主轴电动机62旋转，并驱动刀具。
位置编码器63与主轴电动机62耦合，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，通过CPU11读取该反馈脉冲。
图2是表示在将用于实现本发明的摇摆动作功能的系统/程序安装到图1所示的数值控制装置1时的、本发明一个实施方式的数值控制装置的主要部件的概略功能框图。
由图1所示的控制装置1所具备的CPU11执行摇摆动作能的系统/程序来控制控制装置1的各部的动作，由此实现图2所示的各个功能块。本实施方式的控制装置1具备：位置指令部100、主轴控制部110、振荡基准速度决定部120、振荡指令计算部130、伺服控制部140。
位置指令部100根据从非易失性存储器14读出的加工程序中读出的位置指令、由控制装置1的上位控制装置所指令的位置指令等，来输出用于控制每个控制周期的伺服电动机50的位置的指令。位置指令部100可以计算用于根据位置指令来控制每个控制周期的伺服电动机50的位置的指令(每个控制周期的伺服电动机50的移动量)并进行输出。
主轴控制部110根据从非易失性存储器14读出的加工程序中读出的位置指令、由控制装置1的上位控制装置所指令的主轴指令等，来控制主轴电动机62的转速。主轴控制部110可以根据主轴指令来控制每个控制周期的主轴电动机62的转速。
振荡基准速度决定部120根据在预先设置于非易失性存储器14等存储器的振荡设定区域中所设定的振荡所涉及的设定值、针对主轴电动机62的指令值、从主轴电动机62反馈的值，来决定振荡的基准速度FB(在上死点与下死点之间进行摇摆动作的轴的最大速度)。振荡基准速度决定部120使用设定于振荡设定区域的振荡所涉及的基准速度的设定值FP、基于主轴电动机所涉及的指令的主轴的转速即基准主轴转速S、从主轴电动机62反馈的实际的主轴转速即实际主轴转速Sr，根据以下的数学式(2)来计算基准速度FB。
振荡指令计算部130根据由振荡基准速度决定部120决定的基准速度FB、在预先设置于非易失性存储器14等存储器的振荡设定区域中所设定的振荡相关的设定值，来计算每个控制周期的摇摆动作的速度(每个控制周期的摇摆动作相对应的移动量)。虽然振荡指令计算部130进行的每个控制周期的摇摆动作的速度的计算是通过与应用本发明的高精度振荡控制的对象所对应的计算方法来进行计算的，但是在将振荡基准速度决定部120所决定的值用于进行该计算时所使用的基准速度FB的这方面与现有技术不同。振荡指令计算部130所计算出的每个控制周期的摇摆动作的速度通过加法器150与用于控制从位置指令部100输出的每个控制周期的伺服电动机50的位置的指令相加。
然后，伺服控制部140根据来自加法器150的输出来控制伺服电动机50。
在具备上述结构的控制装置1中，在进行高精度振荡控制时，由于振荡的基准速度FB根据从主轴电动机62反馈的主轴转速的变动而发生变化，因此与现有技术相比能够进行与主轴的选择相对应的更高精度的摇摆动作。
例如，如果将本发明应用于图3所示的曲轴的磨削加工，由此使实际主轴转速Sr与指令值一致，则将设定为参数的基准速度FP作为基准速度FB来进行摇摆动作的控制，如果由于干扰等实际主轴转速Sr有变化，则将修正了基准速度FP的值作为基准速度FB来进行摇摆动作的控制。
另外，在图4以及图6所示的振荡进行的碎屑细化中加工圆锥形的工件时使用将外围速度设为恒定的外围速度恒定控制的情况下，如果应用本发明，根据外围速度恒定控制使实际主轴转速上升，则该摇摆动作的基准速度FB也上升，因此能够逐次地变更适用于碎屑细化的振荡周期。
进一步地，通过应用本发明，也能够应对加工中作业人员变更了主轴转速的超驰值时的情况、由于某个状况而停止了主轴的旋转的情况等。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不仅限于上述实施方式的例子，还能够通过增加适当的变更以各种方式进行实施。
例如，在上述实施方式中作为控制装置1将一般的控制装置作为例子进行了说明，但是也能够在更小规模的伺服控制装置内搭载本发明的功能。

Claims (1)

1.一种控制装置，其进行根据驱动主轴的主轴电动机的旋转来使由电动机驱动的轴进行摇摆动作的高精度振荡控制，其特征在于，
该控制装置具备：
位置指令部，其输出用于控制每个控制周期的上述电动机的位置的指令；
振荡基准速度决定部，其根据预先设定为参数的基准速度、上述主轴电动机的基准主轴转速、从上述主轴电动机反馈的该主轴电动机的实际主轴转速，来决定上述摇摆动作的基准速度；
振荡指令计算部，其根据预先设定的摇摆动作所涉及的设定值、上述振荡基准速度决定部所决定的摇摆动作的基准速度，来计算每个控制周期的摇摆动作的速度；以及
加法器，其相对于上述位置指令部所输出的用于控制位置的指令，相加上述振荡指令计算部计算出的每个控制周期的摇摆动作的速度。
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