-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageregeleinrichtung für eine Zugspindel – d. h. einen angetriebenen Körper mit einem Tisch, einem Schlitten und einem Spindelkopf – für eine Werkzeugmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verbesserung einer Lageregeleinrichtung, die eine vollständig geschlossene Regelung zum Regeln einer Beziehung zwischen einer Lage eines angetriebenen Körpers und eines Lagesollwerts auf der Basis eines Abweichungsbetrags einer Vorschubeinrichtung durchführt.
-
Aus der
US 6 515 442 B1 und der
DE 10 2004 043 906 A1 ist bekannt, zur Regelung der Lage einer Maschinenvorschubwelle einen Drehmomentkorrekturwert für den antreibenden Motor zu verwenden.
-
Eine Lageregeleinrichtung umfasst einen an einem bewegbaren Teil einer Werkzeugmaschine vorgesehenen Linearmaßstab zum Erfassen der Lage eines angetriebenen Körpers. Die Lageregeleinrichtung kann eine vollständig geschlossene Regelung durchführen, die einen Abweichungsbetrag einer Vorschubeinrichtung auf der Basis eines Vergleichs zwischen der erfassten Lage des angetriebenen Körpers und eines Sollwerts wiedergibt bzw. verarbeitet. In einer derartigen Lageregeleinrichtung ist eine Reduzierung eines Lagefehlers erforderlich.
-
Ein Lagefehler oder eine Regelabweichung kann zum Beispiel in einer Übergangsfunktion oder Übertragungsfunktion durch Erhöhen einer Geschwindigkeitsschleifenverstärkung oder einer Lageschleifenverstärkung unterdrückt werden, sodass ein angetriebener Körper als Antwort auf das Auftreten einer unvorhersehbaren Belastungsänderung oder Störung, wie eine plötzliche Änderung in einem Gleitwiderstand eines bewegbaren Teils oder eine Änderung in einer Schneidbelastung, genau geregelt werden kann.
-
Ein angetriebener Mechanismus ist jedoch nicht frei von Alterungsverschleiß, wie Abnutzung von Teilen und Spiel von Teilen. Beim kontinuierlichen Betreiben eines Zugspindelmechanismus tritt auf Grund eines Temperaturanstiegs eine Ausdehnung der Kugelumlaufspindel auf, und die Spannung der Kugelumlaufspindel sinkt. Folglich unterliegt der Zugspindelmechanismus einer Reduktion in der Steifigkeit und verursacht niederfrequente Vibrationen.
-
5 veranschaulicht ein herkömmliches vollständig geschlossenes Regelsystem. Ein Linearmaßstab 11 erfasst einen Lageerfassungswert PI eines angetriebenen Körpers 12. Ein Subtraktor 2 berechnet eine Abweichung zwischen einem Lagersollwert Pc und einem Lagerückmeldungswert (d. h. der vom Linearmaßstab 11 gesandte erfasste Wert PI). Ein Geschwindigkeitssollwertberechnungsabschnitt berechnet eine Proportionalkonstante Kp auf der Basis der Lageabweichung und gibt einen Geschwindigkeitssollwert Vc aus.
-
Ein an einem Motor 10 angebrachter Lagedetektor 9 erfasst einen Lageerfassungswert Pm. Ein Differentiator 14 differenziert den Lageerfassungswert Pm und gibt einen Motorgeschwindigkeitserfassungswert Vm aus. Ein Subtraktor 4 erhält eine Abweichung zwischen dem Geschwindigkeitssollwert Vc und dem Motorgeschwindigkeitserfassungswert Vm und gibt die erhaltene Abweichung als eine Geschwindigkeitsabweichung aus.
-
Ein Proportionalrechner 5 für die Geschwindigkeitsabweichung gibt eine Proportionalkomponente für die Geschwindigkeitsabweichung auf der Basis der Geschwindigkeitsabweichung und einer Geschwindigkeitsschleifenproportionalverstärkung Pv aus. Ein Integralrechner 6 für die Geschwindigkeitsabweichung gibt eine Integralkomponente für die Geschwindigkeitsabweichung auf der Basis der Geschwindigkeitsabweichung und einer integralen Verstärkung Iv einer Geschwindigkeitsschleife aus. Ein Addierer 7 addiert die Proportionalkomponente für die Geschwindigkeitsabweichung und die Integralkomponente für die Geschwindigkeitsabweichung und gibt einen Drehmomentsollwert Tc aus. Der Drehmomentsollwert Tc wird an einen integrierten Filter- und Stromregelabschnitt 8 gesandt.
-
Zur Vereinfachung der Erklärung wird nun vorausgesetzt, dass die Übertragungseigenschaft von dem Geschwindigkeitssollwert Vc zum Motorgeschwindigkeitserfassungswert Vm 1 beträgt. Gemäß einem angenommenen Modell sind die Lage des angetriebenen Körpers PI und die Motorlage Pm durch eine Feder mit einem Federkoeffizienten Kb verbunden, weist der angetriebene Körper ein Gewicht M auf und wird ein Gleitmoment F auf den angetriebenen Körper ausgeübt bzw. in diesem erzeugt.
-
6 zeigt ein Blockdiagramm, welches das in 5 dargestellte vollständig geschlossene Regelsystem veranschaulicht. Eine Übertragungsfunktion des gesamten Regelsystems kann durch die folgende Formel 1 ausgedrückt werden, in welcher S einen Laplace-Operator darstellt. Pc(S)/PI(S) = Kp·Kb/(MS3 + FS2 + Kb·S + Kp·Kb) (Formel 1)
-
9 veranschaulicht Verstärkungseigenschaften des gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem eine Beziehung Kp << (Kb/M)1/2 in der Formel 1 erfüllt ist.
-
Jüngste Entwicklungen hinsichtlich verschiedener Filtertechniken und/oder Vibrationsdämpfungsregelungen und fortschrittlicher Geschwindigkeitsschleifen ermöglichen das Einstellen von höheren Lage- und Geschwindigkeitsschleifenverstärkungen.
-
Ein Antriebsmechanismus ist jedoch nicht frei von Alterungsverschleiß, wie z. B. Abnutzung von Teilen und Spiel von Teilen. Beim kontinuierlichen Betreiben eines Zugspindelmechanismus tritt auf Grund eines Temperaturanstiegs eine Ausdehnung der Kugelumlaufspindel auf, und die Spannung der Kugelumlaufspindel verschlechtert sich. Folglich unterliegt der Zugspindelmechanismus einer Steifigkeitsreduktion.
-
10 veranschaulicht durch die Formel 1 ausgedrückte Verstärkungseigenschaften des gesamten Regelsystems in einer derartigen Situation. Da die Lageschleifenverstärkung auf einen höheren Grad eingestellt ist, wird ein Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen Selbsterregung bei einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 kleiner. Ein angetriebener Körper kann niederfrequente Vibrationen verursachen. Zum Lösen dieser Nachteile gibt es bekannte Techniken.
-
7 veranschaulicht ein anderes bekanntes vollständig geschlossenes Regelsystem. In 7 sind Elemente, die den in 5 offenbarten ähneln, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und sind nachstehend nicht beschrieben. Das in 7 dargestellte Regelsystem umfasst einen Lageerfassungswertrechenabschnitt 20, der den Lageerfassungswert PI des angetriebenen Körpers und den Motorlageerfassungswert Pm empfängt und einen durch die folgende Formel 2 ausgedrückten Lagerückmeldungswert Pd ausgibt. In der Formel 2 stellt Tp eine Zeitkonstante einer Verzögerungsschaltung 17 erster Ordnung dar und stellt S einen Laplace-Operator dar. Pd = Pm + (PI – Pm)/(1 + Tp·S) (Formel 2)
-
In der Formel 2 stellt (1 + Tp·S) eine Verzögerung erster Ordnung dar. Die in 7 dargestellte Verzögerungsschaltung 17 erster Ordnung berechnet einen zweiten Term in der Formel 2.
-
In 11 veranschaulicht eine gepunktete Linie Verstärkungseigenschaften des in 7 dargestellten gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem eine Beziehung Tp >> (Kb/M)1/2 in der Formel 2 erfüllt ist. Ein großer Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen Selbsterregung kann bei einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 erhalten werden.
-
Außerdem veranschaulicht in 11 eine durchgezogene Linie Verstärkungseigenschaften des gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem die Steifigkeit eines Zugspindelmechanismus verschlechtert ist. Folglich kann das Regelsystem von 7 das vorstehend erwähnte Problem (d. h. niederfrequente Vibration), die im herkömmlichen in 5 dargestellten Beispiel auftreten, lösen.
-
In 11 veranschaulicht eine Strichpunktlinie die in 10 dargestellten Verstärkungseigenschaften.
-
8 veranschaulicht ein anderes bekanntes vollständig geschlossenes Regelsystem, das einen Geschwindigkeitserfassungswertrechner 25 umfasst. In 8 sind Elemente, die den in 5 offenbarten ähneln, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nachstehend nicht beschrieben.
-
Ein Differentiator 21 differenziert den Lageerfassungswert PI des angetriebenen Körpers und gibt einen Geschwindigkeitserfassungswert VI des angetriebenen Körpers aus. Der Geschwindigkeitserfassungswertrechenabschnitt 25 gibt einen durch die folgende Formel 3 ausgedrückten Geschwindigkeitsrückmeldungswert Vd auf der Basis des Geschwindigkeitserfassungswerts VI des angetriebenen Körpers und des Motorgeschwindigkeitserfassungswerts Vm aus. In der Formel 3 stellt Tv eine Zeitkonstante einer Verzögerungsschaltung 23 erster Ordnung dar und stellt S einen Laplace-Operator dar. Vd = Vm + (VI – Vm)/(1 + Tv·S) (Formel 3)
-
In der Formel 3 stellt (1 + TvS) eine Verzögerungsschaltung erster Ordnung dar. Die in 8 dargestellte Verzögerungsschaltung 23 erster Ordnung berechnet einen zweiten Term der Formel 3.
-
In 11 veranschaulicht die gepunktete Linie Verstärkungseigenschaften des in 8 dargestellten gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem eine Beziehung Tv >> (Kb/M)1/2 in der Formel 3 erfüllt ist. Ein großer Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen Selbsterregung kann bei einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 erhalten werden.
-
Außerdem veranschaulicht die durchgezogene Linie von 11 Verstärkungseigenschaften des gesamten Regelsystems in einem Zustand, in welchem die Steifigkeit eines Zugspindelmechanismus verschlechtert ist. Folglich kann das Regelsystem von 8 das vorstehend erwähnte Problem (d. h. niederfrequente Vibration), das im in 5 dargestellten bekannten Beispiel auftritt, lösen.
-
Aufgrund des mechanischen Alterungsverschleißes verschlechtert sich in den in 7 und 8 dargestellten bekannten Systemen allmählich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus. Ein übermäßig schweres Werkstück kann an einem angetriebenen Körper in einem Bearbeitungszentrum von großem Maßstab befestigt werden. In derartigen Fällen wird der Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen Selbsterregung an einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 kleiner, und es können niederfrequente Vibrationen auftreten. Außerdem kann eine fehlerhafte Maschine in einer Situation kontinuierlich angetrieben werden, in welcher die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus auf Grund eines mechanischen Versagens verschlechtert ist. Auch können die Teile (z. B. ein Führungslager) durch ein Auftreten niederfrequenter Vibrationen eines Zugspindelmechanismus beschädigt werden.
-
Der Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lageregeleinrichtung, die eine vollständig geschlossene Regelung einer Lage eines angetriebenen Körpers, der durch einen Motor angetriebenen wird, durchführt, mit: einem Motorlagedetektor; einem Lagedetektor für den angetriebenen Körper, der zum Erfassen der Lage des angetriebenen Körpers konfiguriert ist; einem Subtraktor, der zum Berechnen eines Abweichungsbetrags, der eine Differenz zwischen einem vom Motorlagedetektor erhaltenen Lageerfassungswert und einen vom Lagedetektor für den angetriebenen Körper erhaltenen Lageerfassungswert darstellt, konfiguriert ist; und einem Abweichungsdetektor, der zum Ändern einer Proportionalkonstante eines Geschwindigkeitssollwertberechners auf der Basis des Abweichungsbetrags konfiguriert ist.
-
Der Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lageregeleinrichtung, die eine vollständig geschlossene Regelung zum Regeln einer Lage eines angetriebenen Körpers, der durch einen Motor angetriebenen wird, durchgeführt, mit: einem Motorlagedetektor; einem Lagedetektor für den angetriebenen Körper, der zum Erfassen der Lage des angetriebenen Körpers konfiguriert ist; einem Subtraktor, der zum Berechnen eines Abweichungsbetrags, der eine Differenz zwischen einem vom Motorlagedetektor erhaltenen Lageerfassungswert und einem vom Lagedetektor für den angetriebenen Körper erhaltenen Lageerfassungswert darstellt, konfiguriert ist; einem Lageerfassungswertrechner, der zum Addieren eines Ausgangs einer Verzögerungsschaltung erster Ordnung, die den Abweichungsbetrag eingibt bzw. erhält, zum vom Motorlagedetektor erhaltenen Lageerfassungswert und zum Ausgeben eines Lagerückmeldungswerts konfiguriert ist; und einem Abweichungsdetektor, der zum Ändern einer Zeitkonstante der Verzögerungsschaltung erster Ordnung des Lageerfassungswertrechners auf der Basis des Abweichungsbetrags konfiguriert ist. In diesem Zusammenhang kann der Lageerfassungswertrechner auch als Lageerfassungswertrechenabschnitt bezeichnet werden, welcher den Lageerfassungswertrechner aufweist.
-
Der Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lageregeleinrichtung, die eine vollständig geschlossene Regelung einer Lage eines angetriebenen Körpers, der durch einen Motor angetriebenen wird, durchgeführt, mit: einem Motorlagedetektor; einem Lagedetektor für den angetriebenen Körper, der zum Erfassen der Lage des angetriebenen Körpers konfiguriert ist; einem Subtraktor, der zum Berechnen eines Abweichungsbetrags, der eine Differenz zwischen einem vom Motorlagedetektor erhaltenen Lageerfassungswert und einem vom Lagedetektor für den angetriebenen Körper erhaltenen Lageerfassungswert darstellt, konfiguriert ist; einem Geschwindigkeitserfassungswertrechner, der zum Addieren eines Ausgangs von der Verzögerungsschaltung erster Ordnung zum Motorgeschwindigkeitserfassungswert und zum Ausgeben eines Geschwindigkeitsrückmeldungswerts konfiguriert ist, wobei die Verzögerungsschaltung erster Ordnung eine Differenz zwischen einem von einem Motorlageerfassungswert erhaltenen Motorgeschwindigkeitserfassungswert, und einem von einem Lageerfassungswert des angetriebenen Körpers erhaltenen Geschwindigkeitserfassungswert des angetriebenen Körpers eingibt bzw. erhält; und einem Abweichungsdetektor, der zum Ändern einer Zeitkonstante einer Verzögerungsschaltung erster Ordnung des Geschwindigkeitserfassungswertrechners auf der Basis des Abweichungsbetrags konfiguriert ist. In diesem Zusammenhang kann der Geschwindigkeitserfassungswertrechner auch als Geschwindigkeitserfassungswertrechenabschnitt bezeichnet werden, welcher den Geschwindigkeitserfassungswertrechner aufweist.
-
Außerdem ist es erwünscht, dass die Lageregeleinrichtung ferner einen Abweichungsdetektor aufweist, der zum Bestimmen dessen, ob der Abweichungsbetrag einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt, und zum Anzeigen eines Zustands des Abweichungsbetrags, wenn der Abweichungsbetrag den Grenzwert übersteigt, konfiguriert ist.
-
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum weiteren Erklären und Beschreiben der Prinzipien der Erfindung, wobei:
-
1 ein vollständig geschlossenes Regelsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
2 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel eines Abweichungsdetektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
3 ein vollständig geschlossenes Regelsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
4 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel für einen Abweichungsdetektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
5 ein herkömmliches vollständig geschlossenes Regelsystem veranschaulicht;
-
6 ein Blockdiagramm ist, das ein herkömmliches vollständig geschlossenes Regelsystem veranschaulicht;
-
7 ein herkömmliches vollständig geschlossenes Regelsystem veranschaulicht;
-
8 ein herkömmliches vollständig geschlossenes Regelsystem veranschaulicht;
-
9 ein Diagramm ist, das Verstärkungseigenschaften gemäß dem herkömmlichen vollständig geschlossenen Regelsystem veranschaulicht;
-
10 ein Diagramm ist, das Verstärkungseigenschaften gemäß dem herkömmlichen vollständig geschlossenen Regelsystem veranschaulicht;
-
11 ein Diagramm ist, das die Verstärkungseigenschaften gemäß dem herkömmlichen vollständig geschlossenen Regelsystem veranschaulicht;
-
12 ein Diagramm ist, das Verstärkungseigenschaften gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
-
13 ein Diagramm ist, das Verstärkungseigenschaften gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben. In den bevorzugten Ausführungsformen sind Elemente, die denjenigen, die in 7 offenbart sind, ähneln, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nachstehend nicht beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein vollständig geschlossenes Regelsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Ein Subtraktor 15 berechnet einen Abweichungsbetrag Ps, der eine Differenz zwischen einem durch einen Linearmaßstab 11 erfassten Lageerfassungswert PI eines angetriebenen Körpers 12 und einem von an einen Motor 10 angebrachten Lagedetektor 9 erhaltenen Lageerfassungswert Pm darstellt. Ein Abweichungsdetektor 16 empfängt den Abweichungsbetrag Ps vom Subtraktor 15. Der Abweichungsdetektor 16 kann eine Proportionalkonstante Kp des Geschwindigkeitssollwertberechnungsabschnitts 3 auf der Basis des erfassten Abweichungsbetrags Ps ändern. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Abweichungsdetektor 16 eine Zeitkonstante Tp einer Verzögerungsschaltung 17 erster Ordnung auf der Basis des erfassten Abweichungsbetrags Ps ändern.
-
2 veranschaulicht eine Anordnung des Abweichungsdetektors 16, der die Proportionalkonstante Kp und die Zeitkonstante Tp ändern kann. Der Abweichungsdetektor 16 gibt einen Koeffizienten K (0 ≤ K ≤ 1) auf der Basis des Abweichungsbetrags Ps mit Bezug auf ein Diagramm bzw. eine Tabelle 161 aus. Ein Multiplikator 162 multipliziert den Koeffizienten K mit einem anfänglichen Wert Kp0 der Proportionalkonstante des Geschwindigkeitssollwertberechnungsabschnitts 3 und gibt eine variable Proportionalkonstante Kp des Geschwindigkeitssollwertberechnungsabschnitts 3 aus.
-
Zur Vereinfachung der Erklärung wird nun vorausgesetzt, dass eine Übertragungseigenschaft vom Geschwindigkeitssollwert Vc zum Motorgeschwindigkeitserfassungswert Vm 1 beträgt. Gemäß einem angenommenen Modell sind die Lage des angetriebenen Körpers PI und die Motorlage Pm durch eine Feder mit einem Federkoeffizienten Kp verbunden, weist der angetriebene Körper ein Gewicht M auf und wird auf den angetriebenen Körper ein Gleitmoment F ausgeübt. In diesem Modell kann eine Übertragungsfunktion des gesamten Regelsystems durch die folgende Formel 4 ausgedrückt. werden, in welcher S einen Laplace-Operator darstellt. Pc(S)/PI(S) = Kp0·K·Kb/(MS3 + FS2 + Kb·S – Kp0·K·Kb) (Formel 4)
-
Gemäß dem in 1 dargestellten Beispiel wird der Abweichungsbetrag Ps größer und ein Lageproportionalberechnungskoeffizient Kp kleiner, wenn sich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus verschlechtert. 12 veranschaulicht Verzögerungsmerkmale des gesamten Regelsystems, ausgedrückt durch die Formel 4 in dieser Situation. Deshalb wird der Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen Selbsterregung bei einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 größer und der angetriebene Körper verursacht keine niederfrequenten Vibrationen.
-
Weiterhin gibt, wie in 2 dargestellt, der Abweichungsdetektor 16 einen Zeitkonstantenkoeffizienten Kt auf der Basis des erfassten Abweichungsbetrags Ps mit Bezug auf ein Diagramm bzw. eine Tabelle 163 aus. Ein Multiplikator 164 multipliziert den Koeffizienten Kt mit einem anfänglichen Wert Tp0 der Zeitkonstante und gibt eine in der Verzögerungsschaltung 17 erster Ordnung verwendete variable Zeitkonstante Tp aus. Wird der Abweichungsbetrag Ps größer, so wird die Zeitkonstante Tp größer. Der in 1 dargestellte Lageerfassungswertrechenabschnitt bzw. Lagedetektorrechenabschnitt 20 gibt einen durch die folgende Formel 5 ausgedrückten Lagerückmeldungswert Pd aus.
-
In der Formel 5 stellt Tp0 einen anfänglichen Wert einer Zeitkonstante dar und stellt S einen Laplace-Operator dar. Die in der Verzögerungsschaltung 17 erster Ordnung verwendete Zeitkonstante Tp ist Tp = Tp0·Kt, und der Lagerückmeldungswert Pd kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden. Pd = Pm + (PI – Pm)/(1 + Tp0·Kt·S) (Formel 5)
-
In diesem Fall wird, falls sich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus verschlechtert, der Abweichungsbetrag Ps größer, und demzufolge wird die in der Verzögerungsschaltung 17 erster Ordnung verwendete Zeitkonstante Tp ein größerer Wert. Infolgedessen können Verstärkungseigenschaften durch eine in 13 dargestellte durchgezogene Linie ausgedrückt werden. Der Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen Selbsterregung bei der mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 wird größer. Der angetriebene Körper verursacht keine niederfrequenten Vibrationen. In 13 veranschaulicht eine Strichpunktlinie die in 10 dargestellten Verstärkungseigenschaften.
-
3 veranschaulicht ein vollständig geschlossenes Regelsystem gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 3 sind Elemente, die denjenigen, die in 8 offenbart sind, ähneln, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nachstehend nicht beschrieben.
-
Ein Abweichungsdetektor 16 erhält einen Zeitkonstantenkoeffizienten Kt auf der Basis eines erfassten Abweichungsbetrags Ps. Dann multipliziert der Abweichungsdetektor 16 den Zeitkonstantenkoeffizienten Kt mit einem anfänglichen Wert Tv0 der Zeitkonstante zum Erzeugen einer in einer Verzögerungsschaltung 23 erster Ordnung verwendeten variablen Zeitkonstante Tv.
-
Wird der Abweichungsbetrag Ps größer, wird die Zeitkonstante Tv größer. Ein in 3 dargestellter Geschwindigkeitserfassungswertrechenabschnitt 25 gibt einen durch die folgende Formel 6 ausgedrückten Geschwindigkeitsrückmeldungswert Pd aus. In der Formel 6 stellt Tv0 einen anfänglichen Wert der Zeitkonstante dar und stellt S einen Laplace-Operator dar. In der Formel 5 stellt Tp0 einen anfänglichen Wert einer Zeitkonstante dar und stellt S einen Laplace-Operator dar. Die in der Verzögerungsschaltung 23 erster Ordnung verwendete Zeitkonstante Tv ist Tv = Tv0·Kt, und ein Geschwindigkeitsrückmeldungswert Vd kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden. Vd = Vm + (VI – Vm)/(1 + Tv0·Kt·S) (Formel 6)
-
Gemäß dem in 3 dargestellten Beispiel wird, falls sich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus verschlechtert, der Abweichungsbetrag Ps größer, und eine in der Verzögerungsschaltung 23 erster Ordnung verwendete Zeitkonstante Tv wird ein größerer Wert. Infolgedessen können die Verstärkungseigenschaften des in 3 dargestellten gesamten Regelsystems durch eine durchgezogene Linie in 13 ausgedrückt werden. Der Sicherheitsabstand der Verstärkung gegen Selbsterregung bei einer mechanischen Resonanzfrequenz (Kb/M)1/2 wird größer, und demzufolge verursacht der angetriebene Körper keine niederfrequneten Vibrationen.
-
4 veranschaulicht eine Anordnung des Abweichungsdetektors 16 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Abweichungsdetektor 16 umfasst einen Differenzialverstärker 166, der einen nicht normalen Zustand der Maschine erfassen kann, wenn der Abweichungsbetrag PS einen vorbestimmten Grenzwert Psref 165 übersteigt. Des Weiteren umfasst der Abweichungsdetektor 16 eine Warnanzeigeeinheit 167, die einen nicht normalen Zustand der Maschine anzeigen kann.
-
Demgemäß kann, wenn der Abweichungsbetrag PS auf Grund einer Reduzierung der Steifigkeit größer wird, der Abweichungsdetektor 16 eine Warnung erzeugen und veranlassen, dass der Bediener die Zugspindel anhält. Folglich kann die vorliegende Ausführungsform eine fehlerhafte Maschine davor bewahren, dass sie fortlaufend bzw. weiter angetrieben wird, und demzufolge eine Beschädigung von Teilen des Zugspindelmechanismus verhindern.
-
Wie vorstehend beschrieben wird ein Abweichungsbetrag, der eine Differenz zwischen einer Lage des angetriebenen Körpers und einer Motorlage darstellt, größer, wenn sich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus verschlechtert. In der Lageregeleinrichtung der vorliegenden Erfindung kann der Abweichungsdetektor die Proportionalkonstante Kp des Lagerechners oder die Zeitkonstante Tp der Verzögerungsschaltung erster Ordnung im Lageerfassungswertrechenabschnitt in Abhängigkeit von einem Anstieg des Abweichungsbetrags ändern.
-
Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Abweichungsdetektor die Zeitkonstante Tv der Verzögerungsschaltung erster Ordnung im Geschwindigkeitserfassungswertrechenabschnitt ändern. Infolgedessen kann die Lageregeleinrichtung der vorliegenden Erfindung die Lage eines angetriebenen Körpers regeln, während sie in einer Situation, in welcher der Abweichungsbetrag ansteigt, niederfrequente Vibrationen unterdrückt.
-
Weiterhin kann die Lageregeleinrichtung der vorliegenden Erfindung ohne Berücksichtigung der Reduktion in der Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus eine höhere Lageschleifenverstärkung Kp einstellen.
-
Weiterhin verschlechtert sich auf Grund von Alterungsverschleiß allmählich die Steifigkeit eines Zugspindelantriebsmechanismus. Ein übermäßig schweres Werkstück kann an einem angetriebenen Körper in einem Bearbeitungszentrum von großem Maßstab befestigt werden. In diesen Fällen wird der Abweichungsbetrag größer. Der Abweichungsdetektor der vorliegenden Erfindung kann den Zustand erfassen und die Maschine vor Beschädigung bewahren.
-
Die Erfindung kann folgendermaßen zusammengefasst werden: Ein Abweichungsbetrag Ps, der eine Differenz zwischen einem Lageerfassungswert PI eines angetriebenen Körpers und einen Lageerfassungswert Pm eines Motors darstellt, wird erfasst. Eine Lagerechnerproportionalkonstante Kp, eine Zeitkonstante Tp einer Verzögerungsschaltung erster Ordnung, die den Abweichungswert Ps eingibt, und eine Zeitkonstante Tv einer Verzögerungsschaltung erster Ordnung, die eine Differenz zwischen einem Geschwindigkeitserfassungswert VI des angetriebenen Körpers und einem Lageerfassungswert Vm des Motors eingibt, werden auf der Basis des Abweichungsbetrags Ps geändert.