CN212302285U - 多轴驱动断屑控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多轴驱动断屑控制系统，包括：驱动器，该驱动器包括：命令接收单元，其与上位机连接，用以接收加工命令、至少一加工条件及至少一机台性能；断屑单元，其与该命令接收单元连接，接收由该命令接收单元所传送的该加工条件及该机台性能；以及路径规划单元，其分别与该断屑单元和该命令接收单元连接；以及多个摆动轴，所述多个摆动轴与该驱动器连接且该驱动器同时控制所述多个摆动轴以对工件进行断屑加工制程。相较于现有技术，本实用新型通过采用内设命令接收单元、断屑单元和路径规划单元的多合一驱动器，同时控制多个摆动轴对工件进行断屑加工制程，提升了断屑操作便利性，可精确控制断屑加工质量。

Description

多轴驱动断屑控制系统

技术领域

本实用新型涉及数字控制技术领域，特别是关于一种多轴驱动断屑控制系统。

背景技术

在机床的切削加工制程中，其切屑会缠绕在刀具或工件上，导致刮伤工件或是损坏刀具。因此使用者会根据实际加工情况开启机床的断屑加工功能，如此一来可避免产生过长的切屑影响加工质量。一般而言，使用者可借由机床的数字控制装置来调整加工制程中的相关参数。数字控制装置与多合一驱动器连接，多合一驱动器根据数字控制装置传来的控制命令用以驱动马达以控制刀具或工件的动作。其中，多合一驱动器会根据马达编码器得知加工过程中刀具或工件的位置，并将位置数据传给数字控制装置。当用户开启断屑功能时，数字控制装置通过多合一驱动器控制刀具或工件用以断屑，然而由于数字控制装置无法实时得知刀具或工件的位置，因此无法精确地控制断屑的质量。

实用新型内容

为了改善上述问题，本实用新型主要的目的在于提供一种多轴驱动断屑控制系统，使用该断屑控制系统可提升断屑加工制程的操作便利性和断屑加工精度。

根据上述目的，本实用新型揭露一种多轴驱动断屑控制系统，包括：

一驱动器，包括：

一命令接收单元，其与上位机连接，用以接收一加工命令、至少一加工条件及至少一机台性能；

一断屑单元，其与该命令接收单元连接，接收由该命令接收单元所传送的该加工条件及该机台性能；以及

一路径规划单元，其分别与该断屑单元和该命令接收单元连接；以及

多个摆动轴，所述多个摆动轴与该驱动器连接且该驱动器同时控制所述多个摆动轴以对一工件进行一断屑加工制程。

在本实用新型的较佳实施例中，其中该驱动器还包括一记忆单元，其与该命令接收单元连接，用以接收并储存由使用者所输入的加工条件与至少一机台性能。

在本实用新型的较佳实施例中，所述多个摆动轴的部分或全部与一摆动单元连接，该摆动单元包括一主轴和/或一进给轴。

在本实用新型的较佳实施例中，该摆动单元为进给轴，该进给轴对应三个该摆动轴并且该进给轴于x、y和z轴中至少其中一轴摆动设置。

在本实用新型的较佳实施例中，该摆动单元为主轴，该主轴对应三个该摆动轴，并且该主轴于a、b和c轴中至少其中一轴摆动设置。

在本实用新型的较佳实施例中，该摆动单元包括进给轴与主轴，该进给轴对应三个该摆动轴并且该进给轴于x、y和z轴中至少其中一轴摆动设置，该主轴对应另外三个摆动轴并且该主轴于a、b和c轴中至少其中一轴摆动设置。

在本实用新型的较佳实施例中，所述多个摆动轴由多个马达分别控制。

由于采用上述技术方案，本实用新型达到以下技术效果：通过命令接收单元，使用者无须于断屑加工制程中自行设定摆动振幅与摆动频率，提升了操作便利性。通过多合一驱动器计算出摆动移动命令后输出给马达用以控制多个摆动轴，可以精确控制断屑加工质量。本实用新型的驱动器还可根据马达编码器的回授值进行断屑加工制程补偿，缩短一般断屑加工制程中利用数字控制装置进行补偿的反应时间并可更有效地提升断屑加工精度。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的多轴驱动断屑控制系统工作原理的步骤流程图。

图2是根据本实用新型一种实施例的多轴驱动断屑控制系统的方框示意图。

附图中：

1：多轴驱动断屑控制系统；

2：上位机；

3：驱动器；30：命令接收单元；32：断屑单元；34：路径规划单元；

41、42…4n：摆动轴。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型，下面将结合实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所做的等效变化与修饰前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

首先请参考图1。在说明图1的同时也一并配合图2来说明，其中图1是根据本实用新型所揭露的技术，表示多轴驱动断屑控制系统工作原理的步骤流程图以及图2是表示多轴驱动断屑控制系统的结构示意图。

在图2中，多轴驱动断屑控制系统1至少包含：上位机2、驱动器3及多个摆动轴41、42…4n，其中n是正整数，代表摆动轴的数量。上位机2可以是加工机台(未在图中表示)控制器、桌面计算机、笔记本电脑、智能型手机或远程服务器等装置，且上位机2与驱动器3通过有线或无线方式连接。驱动器3至少包括有命令接收单元30、断屑单元32以及路径规划单元34。其中：命令接收单元30与上位机2连接，用以接收加工命令、至少一加工条件及至少一机台性能；断屑单元 32与该命令接收单元30连接，接收由该命令接收单元30所传送的该加工条件及该机台性能；路径规划单元34分别与该断屑单元32和该命令接收单元30连接；以及多个摆动轴41、42…4n(n为正整数)，与该驱动器连接且该驱动器同时控制各该摆动轴以对一工件进行一断屑加工制程。

本实施例中，多轴驱动断屑控制单元还包括摆动单元，摆动单元与多个摆动轴对应设置。在断屑加工制程中，摆动单元(未在图中表示)可于多个摆动轴41、 42…4n摆动以进行断屑，其中摆动单元包括主轴(未在图中表示)和/或进给轴(未在图中表示)。值得注意的是，摆动单元的选择可由上位机2传给驱动器3，也可设定于驱动器3的记忆单元中。在一实施例中，当摆动单元为进给轴(依照实际加工流程对应于刀具或工件)时，进给轴可于x、y和z轴(对应于多个摆动轴41、42 与43)中至少其中一轴摆动。其中，进给轴可依照实际加工流程于x、y和z轴中至少其中一轴摆动用以断屑，例如当加工流程为直线断屑时，进给轴可于x、y或z 轴中任一轴摆动用以断屑；另一方面，当加工流程为斜线或圆弧时，进给轴可于x、y或z轴中任两轴摆动用以断屑。

在另一实施例中，当摆动单元为主轴(依照实际加工流程对应于刀具或工件) 时，主轴可于a、b和c轴(对应于多个摆动轴41、42与43)中至少其中一轴摆动。其中，主轴可依照实际加工流程于a、b和c轴中至少其中一轴摆动用以断屑，例如当加工流程为直线断屑时，主轴可于a、b或c轴中任一轴摆动用以断屑；另一方面，当加工流程为斜线或圆弧时，主轴可于a、b或c轴中任两轴摆动用以断屑。

在又一实施例中，当摆动单元为进给轴与主轴(依照实际加工流程对应于刀具或工件)时，进给轴可于x、y或z轴中任一轴摆动，且主轴可于a、b或c轴中任一轴摆动用以断屑。

另一方面，驱动器3分别与上位机2及多个摆动轴41、42…4n连接，且多个摆动轴41、42…4n可由多个马达(未在图中表示)分别控制。在一实施例中，驱动器3为多合一驱动器，连接至多个马达以同时控制多个摆动轴41、42…4n 以进行断屑加工制程。驱动器3接收由上位机2传来的加工命令、加工条件和/ 或机台性能，其中，加工命令为工件加工态样；加工条件包含了主轴的转速、进给轴的进给速度与工件特征(例如工件的形状、工件的尺寸和/或材料特性)；以及机台性能至少包括速度回路增益、速度回路积分时间常数和/或位置回路增益。

以下结合图1对本实用新型多轴驱动断屑控制系统的工作流程进行详细说明。

请参考图1，多轴驱动断屑控制系统的工作流程步骤包含:步骤S52:在加工区间开启断屑加工制程。于此步骤中，使用者依照实际加工制程需求于上位机 2开启断屑加工功能。步骤S54：接收加工命令、至少一个加工条件及至少一个机台性能。于此步骤中，驱动器3中的命令接收单元30接收由上位机2传来的加工命令、加工条件及机台性能，而加工命令、加工条件及机台性能的定义将在以下详细说明。值得注意的是，机台性能可由上位机2获得，也可内建于驱动器3的记忆单元(未在图中表示，如内存)中。接着步骤S56：根据加工命令与加工条件计算移动命令。于此步骤中，命令接收单元30根据上位机2所传来的加工命令与加工条件计算出移动命令。加工机台对工件(未在图中表示)执行加工制程前，需经由上位机2的加工命令得知工件的加工态样，如切削孔径大小或深度等。步骤S58：根据至少一个加工条件及至少一个机台性能计算摆动振幅与摆动频率。于此步骤中，由断屑单元32依据上位机2传来的加工条件及机台性能计算出摆动振幅与摆动频率。机台性能可视为加工机台刚性，主要包括速度回路增益、速度回路积分时间常数和/或位置回路增益等信息。步骤S60：根据移动命令、摆动振幅与摆动频率计算摆动移动命令。于此步骤是利用命令接收单元30将移动命令传送至路径规划单元34，摆动振幅与摆动频率是由断屑单元32传送至路径规划单元34，再由路径规划单元34根据移动命令、摆动振幅与摆动频率来计算出摆动移动命令。最后步骤S62：根据摆动移动命令同时控制多个摆动轴以对工件进行断屑加工制程。于此步骤，驱动器3可以依据步骤S60由路径规划单元34计算得到的摆动移动命令分配至各个摆动轴41、 42…4n，并且来控制每一个摆动轴41、42…4n对工件(未在图中表示)进行断屑加工制程。

在本实用新型的实施例中，使用者经由上位机2将断屑加工制程的需求传给驱动器3。驱动器3的命令接收单元30接收上位机2传来的加工命令、加工条件和/或机台性能后，命令接收单元30根据加工命令与加工条件中的主轴转速与进给轴的进给速度计算出移动命令，并将此移动命令传送至路径规划单元 34。另外，命令接收单元30接收加工条件中的主轴转速、进给轴的进给速度、工件的工件特征及机台性能后将其传送至断屑单元32，断屑单元32根据上述信息计算出摆动振幅及摆动频率。其中，摆动振幅是由断屑单元32根据主轴转速、进给轴的进给速度、机台性能中的速度回路增益以及速度回路积分常数来计算得到。另一方面，摆动频率是断屑单元32根据主轴转速、进给轴的进给速度、工件特征及机台性能中的速度回路增益以及速度回路积分常数计算得到。值得注意的是，加工条件中的工件特征为工件在断屑加工制程中每一阶段的工件特征。

于本实用新型的另一实施例中，断屑单元32可以根据主轴转速、进给轴的进给速度、速度回路增益、速度回路积分时间常数与位置回路增益来计算第一摆动振幅以及根据主轴转速、进给轴的进给速度、工件特征、速度回路增益、速度回路积分时间常数与位置回路增益计算以得到第一摆动频率。值得注意的是，断屑单元32将机台性能中的位置回路增益也纳入考虑用以计算第一摆动振幅与第一摆动频率实为一种优化方式，可提升断屑加工制程的稳定性与精准度。

断屑单元32将上述计算求得的摆动振幅以及摆动频率(另一实施例中为第一摆动振幅及第一摆动频率)传送至路径规划单元34，路径规划单元34根据由命令接收单元30所传送的移动命令以及由断屑单元32所传送的摆动振幅以及摆动频率计算摆动移动命令，使得驱动器3可以根据摆动移动命令驱动各摆动轴41、42…4n，来控制每一个摆动轴41、42…4n对工件(未在图中表示)进行断屑加工制程。在此要说明的是，驱动器3可以分别控制各个摆动轴41、42…4n，但是不限制各个摆动轴是否同动，同时也不会限定是哪一个摆动轴来执行断屑的加工制程，也就是说，在断屑加工制程中，使用者可以由加工机台所有的移动轴中来选择摆动轴41、42…4n以对工件进行断屑加工制程。举例来说，当加工机台的三个线性轴(x、y及z轴)与三个旋转轴(a、b及c轴)共6个轴皆可作动时，使用者可由上述6个轴中依照实际加工需求选择其中几个轴作为摆动轴 41、42…4n。

于本实用新型的实施例中，断屑单元32主要根据机台性能来设定摆动频率参考区间(也可根据使用者设定)，且断屑单元32将摆动频率参考区间与先前计算得到的摆动频率来进行比较，当摆动频率未包含在摆动频率参考区间内，断屑单元32会重新计算另一个包含在摆动频率参考区间中的摆动频率。举例来说，当断屑单元32计算出的摆动频率(以摆动频率f1称之)小于摆动频率参考区间的最小值(以摆动频率fA称之)或大于摆动频率参考区间的最大值(以摆动频率fB称之)时(即摆动频率f1未落入摆动频率参考区间)，断屑单元32不会直接将计算出的摆动频率f1输出至路径规划单元34，而是根据摆动频率fA与摆动频率fB计算出包含于摆动频率参考区间的另一个摆动频率(以摆动频率f2称之)，后续断屑单元32会将摆动频率f2输出至路径规划单元34。

另一方面，断屑单元32主要根据机台性能来设定摆动振幅参考区间(也可根据使用者设定)，且断屑单元32将先前所计算得到的摆动振幅与摆动振幅参考区间进行比较，当摆动振幅未包含在摆动振幅参考区间内(即摆动振幅未落入摆动振幅参考区间)，断屑单元32会重新计算另一个包含在摆动振幅参考区间中的摆动振幅。举例来说，当断屑单元32计算出的摆动振幅(以摆动振幅h1称之)小于摆动振幅参考区间的最小值(以摆动振幅hA称之)或大于摆动振幅参考区间的最大值(以摆动振幅hB称之)时(即摆动振幅h1未落入摆动振幅参考区间)，断屑单元32不会直接将计算出的摆动振幅h1输出至路径规划单元34，而是根据摆动振幅hA与摆动振幅hB计算出包含于摆动振幅参考区间的另一个摆动振幅(以摆动振幅h2称之)，后续断屑单元32会将摆动振幅h2输出至路径规划单元34。

路径规划单元34根据接命令接收单元30传来的移动命令与断屑单元32 传来的摆动频率与摆动振幅计算出摆动移动命令。驱动器3根据路径规划单元 34计算出的摆动移动命令以控制每一个摆动轴41、42…4n对工件(未在图中表示)进行断屑加工制程。

在本实用新型的实施例中，驱动器3更包含记忆单元(未在图中表示)，用以储存加工条件、机台性能、摆动频率参考区间、摆动振幅参考区间以及公差区间。此外，记忆单元中还储存有共振频率区间，当断屑单元32计算出的摆动频率(以摆动频率f3称之)包含在默认于驱动器3内的共振频率区间时(即摆动频率f3落入共振频率区间)，则表示摆动轴41、42…4n在进行断屑加工制程的过程所产生的振动频率会与机台产生共振，这会造成断屑加工制程无法顺利进行，也容易让机台以及相关零件因共振而造成损坏。此时，断屑单元32不会直接将计算出的摆动频率f3输出至路径规划单元34，而是避开共振频率区间中的所有频率重新计算出摆动频率f4，后续断屑单元32会将摆动频率f4输出至路径规划单元34。

在本实用新型的一实施例中，在对工件进行断屑加工制程的过程中会产生断屑量。当各个摆动轴41、42…4n依据摆动移动命令来对工件进行断屑加工制程时，所产生的断屑量若包含在公差区间内，则表示断屑单元32计算出的摆动频率与摆动振幅可稳定断屑。若是断屑量没有包含在公差区间内，使用者可依照实际加工情况来决定断屑单元32是否需重新计算摆动频率与摆动振幅，使得在不同的单位时间进行的断屑加工制程所产生的断屑量都应该包含在公差区间内。在本实用新型的实施例中，断屑量可以是重量或是体积。举例来说，工件在断屑加工制程中的第一时间会产生第一断屑量，在第二时间会产生第二断屑量，当第一断屑量与第二断屑量的重量或体积皆包含于公差区间内时，代表目前机台的断屑效果稳定。

在一实施例中，随着工件的加工时间不同，摆动频率与摆动振幅也会随之调整。以工件为安装于主轴的棒材，且摆动单元为安装于进给轴的刀具为例，在断屑加工制程中，刀具会由棒材的外径表面往棒材圆心的方向进行加工。刀具在第三时间(例如棒材直径50mm)时，会根据第三摆动振幅与第三摆动频率对棒材进行断屑加工制程；刀具在第四时间(例如棒材直径40mm)时，会根据第四摆动振幅与第四摆动频率对棒材进行断屑加工制程。其中第三摆动振幅大于第四摆动振幅，第三摆动频率小于第四摆动频率，且刀具在第三时间时所移动的第三加工距离小于在第四时间时所移动的第四加工距离。

另外，本实用新型对于摆动轴在对工件进行断屑加工制程进行补偿。主要是利用路径规划单元34来接收各个摆动轴41、42…4n对工件进行断屑加工制程时的回授值，其中此回授值是由马达编码器(未在图中表示)所产生。接着，路径规划单元34根据此回授值与先前由断屑单元32依据摆动振幅及摆动频率所计算得到的摆动移动命令进行比较，以得到回授移动命令；紧接着，路径规划单元34依据回授移动命令、在下一个单位时间，依据加工命令、加工条件和/或机台性能所计算得到的移动命令、摆动振幅及摆动频率来计算出摆动回授移动命令，要说明的是，在下一个单位时间所得到的移动命令所产生的时间点晚于先前所述的使用者透过上位机2于驱动器3的命令接收单元30输入加工命令、加工条件及机台性能，命令接收单元30根据加工命令计算出的移动命令的时间点。最后，驱动器3依据此摆动回授移动命令来控制至少一个摆动轴或是多个摆动轴来对工件进行断屑加工制程补偿。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施方式，并非用以限定本实用新型的保护范围；同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本实用新型所揭露概念下所完成之等效改变或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多轴驱动断屑控制系统，其特征在于，包括：

一驱动器，该驱动器包括：

一命令接收单元，其与上位机连接，用以接收一加工命令、至少一加工条件及至少一机台性能；

一断屑单元，其与该命令接收单元连接，接收由该命令接收单元所传送的该加工条件及该机台性能；以及

一路径规划单元，其分别与该断屑单元和该命令接收单元连接；以及

多个摆动轴，所述多个摆动轴与该驱动器连接且该驱动器同时控制所述多个摆动轴以对一工件进行一断屑加工制程。

2.根据权利要求1所述的多轴驱动断屑控制系统，其特征在于，其中该驱动器还包括一记忆单元，其与该命令接收单元连接，用以接收并储存由使用者所输入的加工条件与至少一机台性能。

3.根据权利要求1所述的多轴驱动断屑控制系统，其特征在于，所述多个摆动轴的部分或全部与一摆动单元连接，该摆动单元包括一主轴和/或一进给轴。

4.根据权利要求3所述的多轴驱动断屑控制系统，其特征在于，该摆动单元为进给轴，该进给轴对应三个该摆动轴并且该进给轴于x、y和z轴中至少其中一轴摆动设置。

5.根据权利要求3所述的多轴驱动断屑控制系统，其特征在于，该摆动单元为主轴，该主轴对应三个该摆动轴，并且该主轴于a、b和c轴中至少其中一轴摆动设置。

6.根据权利要求3所述的多轴驱动断屑控制系统，其特征在于，该摆动单元包括进给轴与主轴，该进给轴对应三个该摆动轴并且该进给轴于x、y和z轴中至少其中一轴摆动设置，该主轴对应另外三个摆动轴并且该主轴于a、b和c轴中至少其中一轴摆动设置。

7.根据权利要求1所述的多轴驱动断屑控制系统，其特征在于，所述多个摆动轴由多个马达分别控制。

8.根据权利要求1所述的多轴驱动断屑控制系统，其特征在于，所述上位机为加工机台控制器、桌面计算机、笔记本电脑、智能型手机或远程服务器，且该上位机与该驱动器通过有线或无线方式连接。

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