CN110187670B - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数值控制装置，其根据主轴与从动轴之间的转矩差来校正机械位置误差，该数值控制装置取得按照移动指令移动的主轴与从动轴的、移动后的转矩差，通过基于从该取得的转矩差除去因机械应变而产生的转矩差而得的值的校正量来校正机械位置误差。并且，将该校正而得的机械位置误差与下次的移动指令相加。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及数值控制装置，特别是涉及对进给轴同步控制中的机械位置进行校正的数值控制装置。
背景技术
如图1所示，有一种在使用了圆形等进给轴同步的机床中校正机械位置的数值控制装置。例如在日本特开2003-263228号公报中记载了如下同步控制：在分别通过伺服电动机来同步驱动多个推进轴，使与推进轴螺合的可动部移动的驱动控制装置中，抑制多个推进轴间因机械的刚性不同而产生的振动，提升该位置精度与响应性。
以往的数值控制装置根据滚珠丝杠的节距数据对主轴与从动轴设定节距误差而校正机械位置。在同步控制轴中，在主轴与从动轴的节距不匹配的情况等，由于主-从动间的位置偏差，因此例如产生电动机电流不稳定这样的问题。因此以往如图2所示，通过激光测定器等测定实际的机械位置误差，进行节距误差校正等，来修正机械位置。
但是，为了进行节距误差校正而测定节距的作业、通过激光测定器等来测定实际的机械位置误差的作业需要较多的时间。此外，若能够正确地设定主轴、从动轴各自的节距则很好，但是由于从动轴依赖于主轴因此难以进行节距的设定。像日本特开2003-263228号公报那样有进行使用了转矩差的机械位置校正的技术，但是无法进行考虑了机械应变的准确的机械位置校正。这里所谓机械应变表示部件的制造(铸造)时产生的机械位置的偏差。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种校正进给轴同步控制中的机械位置的数值控制装置。
本发明涉及的数值控制装置根据主轴-从动轴之间的转矩差△T来校正机械位置误差，该数值控制装置具有：移动指令部，其按照移动指令使所述主轴及所述从动轴移动；转矩差取得部，其取得所述移动后的所述转矩差△T；以及机械位置误差校正部，其通过基于从所述转矩差△T除去由机械应变产生的转矩差Tm而得的值的校正量来校正机械位置误差。并且，所述移动指令部将从所述机械位置误差校正部反馈的所述校正量与下次的所述移动指令相加。
所述数值控制装置还可以具有：校正量计算部，其用于计算所述转矩差Tm。并且，也可以是，所述移动指令部使所述主轴及所述从动轴移动至多个观测点，所述转矩差取得部分别在所述多个观测点测定所述转矩差△T，所述校正量计算部将分别在所述多个观测点测定出的所述转矩差△T的平均设为所述转矩差Tm。
根据本发明，能够提供一种校正进给轴同步控制中的机械位置的数值控制装置。
附图说明
图1是表示进行以往的机械位置误差校正的数值控制装置的例子的图。
图2是表示以往的机械位置误差校正方法的一例的图。
图3是说明数值控制装置涉及的机械位置误差校正方法的图。
图4是说明数值控制装置涉及的机械位置误差校正方法的图。
图5是说明数值控制装置涉及的机械位置误差校正方法的图。
图6是说明数值控制装置涉及的机械位置误差校正方法的图。
图7是表示数值控制装置的动作的流程图。
图8是表示数值控制装置的动作的流程图。
图9是说明校正量的计算方法的图。
图10是说明数值控制装置涉及的机械位置误差校正方法的图。
图11是数值控制装置的硬件结构图。
图12是表示数值控制装置的功能结构的框图。
具体实施方式
对本发明的实施方式有关的数值控制装置1的结构进行说明。
图11是本发明的实施方式有关的数值控制装置1的主要部分的概略硬件结构图。
数值控制装置1具有的CPU11是整体控制数值控制装置1的处理器，经由总线20读出存储于非易失性存储器14的程序，按照程序来对数值控制装置1整体进行控制。
非易失性存储器14构成为如下存储器：例如通过电池(未图示)而被备份等，即使数值控制装置1的电源断开也能够保持存储状态。存储于非易失性存储器14的程序、数据可以在利用时在易失性存储器13中展开。在易失性存储器13中除了从非易失性存储器14展开的程序、数据之外，还存储有临时的计算数据或显示数据、经由输入装置输入的数据等。
显示器/MDI单元70是具有显示器或键盘等的数据输入输出装置。从显示器/MDI单元70的键盘输入的指令或数据经由接口15传输给CPU11。此外，从CPU11输出的显示数据经由接口15显示于显示器/MDI单元70的显示器。
伺服控制器80进行驱动主轴和从动轴的伺服电动机的控制。从CPU11输出的伺服电动机驱动指令经由接口16传递至伺服控制器80。伺服控制器80经由接口16将伺服电动机的负载等信息传递给CPU11。
图12是表示本发明的实施方式有关的数值控制装置1的概略功能结构的框图。
数值控制装置1具有：移动指令部101，其使主轴和从动轴移动；转矩差取得部102，其取得主轴与从动轴之间的转矩差；校正量计算部103，其根据从多个观测点取得的转矩差来确定由机械应变而产生的转矩差，计算适当的校正量；以及机械位置误差校正部104，其根据校正量来校正机械位置误差。
使用图3或图5、图10，对本实施方式有关的数值控制装置1涉及的成为机械位置误差校正的基本的想法进行说明。数值控制装置1具有数据取得模式与校正模式这两个模式。
在数据取得模式中，数值控制装置1如图10所示在多个观测点1、2、…、n测定图3所示那样的主-从动轴间的转矩差△T＝TM-(-TS)。这里，TM是主轴的转矩值，TS是从动轴的转矩值。另外，各观测点处的转矩差△T包含节距误差、工件负载导致的扭歪和热位移导致的机械位置偏差而产生的成分、和因机械固有的机械应变而产生的成分的双方。
在校正模式中，数值控制装置1通过对移动指令反馈基于转矩差△T的校正值，来进行向最佳的机械位置的校正。即，数值控制装置1在使主轴和从动轴动作时，进行基于转矩差△T的机械位置校正。如图4所示，因动作位置(设为观测点A)的主-从动轴间的位置偏差等，而在主-从动轴间产生转矩差△T。能够通过将该转矩差△T用作校正值(即以不施加对电动机的负载(对电动机的负载＝0)的方式进行校正)，进行同步控制。
另外，数值控制装置1能够根据当初在数据取得模式中统一取得的各观测点处的转矩差△T来进行机械位置校正，但是之后每次进行动作都进行转矩差△T的取得、校正值的计算及反馈，由此，能够穿插因随时变化而产生的热位移等的影响来实时地实施更精密的机械位置校正。
但是，像这样只对没有产生转矩差△T的位置进行校正，无法达成最佳的同步控制。这是因为在转矩差△T中还包含因机械应变而产生的转矩负载Tm。即如图5所示，若简单地将转矩差△T作为校正值来进行机械位置校正，则以Tm的量过度进行校正，导致加工点从理想的校正位置偏离。另外，在使用激光测定器等进行机械位置校正的情况下，以没有机械应变的方式进行定位，因此，不会产生该问题。在使用了转矩差的机械位置校正中为了消除特有的该问题，需要进行处理使得校正值不包含Tm。
因此，数值控制装置1在数据取得模式中，在多个观测点测定了转矩差△T之后，通过计算求出在这些观测点稳定施加的转矩差，将此看作是因机械应变而产生的转矩差Tm。具体来说，如图6所示，在多个观测点1、2、…、n，取得主-从动轴间的转矩差△T1、△T2、…、△Tn。然后，求出这些转矩差的平均值Tm。即，通过以下的数学式(1)求出Tm。
Tm＝(△T1+△T2+…+△Tn)/n···(1)
并且，数值控制装置1不对因机械应变而产生的转矩差Tm进行校正，而使用从转矩差△T除去Tm而得的校正值来进行机械位置校正。由此，在给与了为了修正机械应变所需的转矩差Tm的状态下直接维持机械，只校正节距误差、工件负载导致的扭歪和热位移导致的机械位置偏差，能够将加工点放置于理想的位置。
使用图7和图8，对数值控制装置1的动作追加时序列来进行说明。
图7是表示数据取得模式中的数值控制装置1的动作的流程图。典型来说，数值控制装置1在开始加工前进行数据取得模式下的动作，取得在多个观测点处静态产生的转矩差，即取得在没有受到工件负载或热位移的影响的状态下的、主要由节距误差或机械应变等引起的转矩差。此外，数值控制装置1计算在各观测点处稳定产生的转矩差Tm，确定因机械应变而产生的转矩差成分。
步骤S101：移动指令部101对主轴和从动轴的伺服电动机输出到达规定的观测点为止的移动指令。
步骤S102：根据步骤S101的移动指令驱动主轴及从动轴的伺服电动机，使机械移动至观测点。
步骤S103：转矩差取得部102取得主轴-从动轴间的转矩差△T。
步骤S104：如果对所有观测点(设为n个)进行了步骤S101至步骤S103的处理，则向步骤S105转移。其他情况下，返回到步骤S101，对下一观测点重复同样的处理。
步骤S105：校正量计算部103通过将切入/切出运动插入到旋削加工中而求出在n个观测点分别取得的转矩差△T的平均值Tm。Tm是在所有观测点稳定产生的转矩差，大致称为因机械应变引起而产生的转矩差。
步骤S106：校正量计算部103对每一观测点计算校正量，保存于在易失性存储器13等中设置的规定的存储区域。校正量能够根据从各观测点处静态产生的转矩差△T除去因机械应变而产生的转矩差Tm而得的转矩差来进行计算。若将观测点1、2、…、n的转矩差设为△T1、△T2、…、△Tn，则根据△T1-Tm、△T2-Tm、…、△Tn-Tm来决定观测点1、2、…、n处的校正量。
另外，以下使用图9对基于转矩差的校正量的计算方法进行说明。
校正量计算部103首先通过转矩T[Nm]求出因机械位置的偏差而产生的负载F[N]。接着，计算因负载F[N]产生的机械应变△L[m]。该机械应变△L[m]成为校正量。
通过下述数学式(2)求出转矩T[Nm]与负载F[N]的关系。此外，通过下述数学式(3)求出负载F[N]与应力的关系。并且，应力与机械应变△L[m]的对应关系预先给定为应力-应变曲线。
T＝[(F×Pb/2π×η)+(μ0×F0×Pb/2π)]/Sf/i···(2)
F＝应力×mg(sinθ+μcosθ)···(3)
这里，m是工作台与工件的重量，Pb是滚珠丝杠的导程，i是减速比，F0是滚珠丝杠的预压载荷，μ是滑动面的摩擦系数，μ0是预压螺母的内部摩擦系数，Sf是安全率，θ是滚珠丝杠的倾斜角。
图8是表示校正模式中的数值控制装置1的动作的流程图。数值控制装置1在加工过程中进行校正模式下的动作，还考虑动态产生的转矩差，即允工件负载或热位移的影响而产生的转矩差，进行实时的校正。另外，此时不对因机械应变而产生的转矩差Tm进行校正。
步骤S201：移动指令部101对主轴和从动轴的伺服电动机输出到达规定观测点为止的移动指令。
步骤S202：机械位置误差校正部104参照规定的存储区域来确认是否存在校正信息。所谓校正信息是图7的流程的步骤S106所保存的各观测点的校正量(以下，称为初始校正量)，或者后述的校正信息反馈值。当存在校正信息时，向步骤S203转移之后，进行步骤S204的处理。当不存在校正信息时，进入步骤S204。
步骤S203：当存在校正信息反馈值时，机械位置误差校正部104将校正信息反馈值与移动指令相加。当不存在校正信息反馈值时，将移动目的地的观测到处的初始校正量与移动指令相加。
步骤S204：根据步骤S201的移动指令、或者通过步骤S203校正而得的移动指令来驱动主轴和从动轴的伺服电动机，使机械移动至观测点。
步骤S205：转矩差取得部102取得主轴-从动轴间的转矩差△T。
步骤S206：机械位置误差校正部104判定通过步骤S205取得的转矩差△T是否超过预先设定的校正阈值。当超过校正阈值时，向步骤S207转移。当没有超过时，结束该处理。
步骤S207：机械位置误差校正部104根据从转矩差△T除去源自机械应变的转矩差Tm而得的校正量(△T-Tm)来校正机械位置。
步骤S208：机械位置误差校正部104将步骤S207所使用的校正量作为校正信息反馈值保存于规定的存储区域。
这里保存的校正信息反馈值在下一移动指令的执行时，在步骤S203的处理中被使用。由此，数值控制装置1考虑前次的校正量来执行移动指令，因此，能够减少产生的机械位置误差。在重复执行移动指令时，追从热位移等动态产生的机械位置误差而继续进行校正。
根据本实施方式，数值控制装置1计算在数据取得模式中，在多个观测点稳定产生的转矩差Tm。由此能够确定因机械应变而产生的转矩差。并且在执行移动指令时，根据从实际取得的转矩差△T除去源自机械应变的转矩差Tm而得的校正量(△T-Tm)来校正机械位置误差，因此，能够进行排除了机械应变的影响的适当的校正。
此外，根据本实施方式，数值控制装置1将前次的校正量作为校正信息反馈值进行反馈，考虑直到前次为止的校正量来执行移动指令，因此，能够进行追从于热位移等动态产生的机械位置误差的细致且有效的校正。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够通过增加适当的变更而以各种方式来实施。例如，在本实施方式中，在数据取得模式中在多个观测点取得转矩差△T，计算它们的平均，而求出Tm。但是本发明并不限定于此，也可以通过其他方法来求出因机械应变而产生的转矩差Tm。例如，还可以在利用以往使用的激光测定器来修正机械位置的状态下取得转矩差△T，将其用作Tm。

Claims (2)

1.一种数值控制装置，其根据主轴-从动轴之间的转矩差△T来校正机械位置误差，其特征在于，
所述数值控制装置具有：
移动指令部，其按照移动指令使所述主轴及所述从动轴移动；
转矩差取得部，其取得所述移动后的所述转矩差△T；
校正量计算部，其求出所述转矩差△T中所包含的、由机械应变产生的转矩差Tm，并基于所求出的转矩差Tm计算校正量；
机械位置误差校正部，其通过基于从所述转矩差△T除去由所述机械应变产生的转矩差Tm而得的值的校正量来校正机械位置误差，
所述移动指令部将从所述机械位置误差校正部反馈的所述校正量与下次的所述移动指令相加。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
所述移动指令部使所述主轴及所述从动轴移动至多个观测点，
所述转矩差取得部分别在所述多个观测点测定所述转矩差△T，
所述校正量计算部将分别在所述多个观测点测定出的所述转矩差△T的平均设为所述转矩差Tm。
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