進給軸反轉時的補正方法
2023-10-08 15:00:39
專利名稱：進給軸反轉時的補正方法
技術領域：
本發明涉及補正在數值控制工作機械的進給軸的移動方向反轉時產生的象限突起的補正方法。
背景技術：
工作機械包含一個及一個以上的直動軸以及/或者旋轉進給軸(以下,有時將這些直動軸以及旋轉進給軸只稱為「進給軸」)，用於驅動這些進給軸的電機用數值控制裝置控制。在工作機械中根據工件的加工處理內容安裝不同的工具，另外用於將工件安裝在工作機械上的卡具也根據工件使用。在這樣的工作機械中，通過讓設置工件的作業臺或者工具在相互垂直的二個方向上移動，進行讓工件例如沿著圓弧形軌跡移動的作業。在進行這種加工的情況下，有時發生在讓與一方的進給軸有關的伺服電機動作的同時，讓與另一方的進給軸有關的伺服電機瞬間停止後再動作的情況。因而，另一方的伺服電機的輸出軸從動摩擦狀態經過靜摩擦狀態再次變成動摩擦狀態。進而，在伺服電機的反轉時受到伺服電機的傳動系統中的齒隙和彈性變形的影響。因此，在另一方伺服電機的動作中產生應答延遲，該應答延遲作為象限突起P出現在實測值中。因而，當例如沿著圓弧切削加工工件的情況下，在工件與象限突起P對應的切削位置上發生過度切削等的問題。為了解決這種問題，在專利文獻I中，對於位置指令追加補正指令，由此進行抑制象限突起的動作。專利文獻1:專利第2875646號公報在此，補正指令的追加理想的是在反轉之前進行。這是因為在滾珠絲槓驅動的進給軸等的情況下，因看做彈性要素的機械系統的一部分發生運動損失，為了補償它需要先於指令而動作的緣故。在專利文獻I中，以反轉時為基準在控制周期的範圍中在反轉之前追加象限突起的補正指令。但是，控制周期因為一般是數毫秒單位，所以追加補正指令的時刻和反轉時的間隙最多數毫秒。但是，大多數情況下希望補正指令的追加在反轉之前數十毫秒進行。因而，在專利文獻I中儘管提早了補正指令的追加的時間，但該提早的時間不能說充分。因而，在以往的技術中，即使追加了補正指令，還是引起了象限突起依然殘存的情況。
發明內容
本發明就是鑑於這種情況而提出的，其目的在於提供一種能夠高精度地補正象限突起的象限突起補正方法。為了實現上述目的如果採用第I發明，本發明提供一種象限突起補正方法，補正在數值控制工作機械的進給軸的移動方向反轉時產生的象限突起，其特徵在於:從上述數值控制工作機械的NC程序中，從當前的位置指令到規定時間後的位置指令為止針對每一規定的控制周期在存儲部中存儲應該指示給上述伺服電機的位置指令，根據所存儲的上述位置指令計算反轉補正指令，基於通過上述伺服電機的動作或者對上述伺服電機的指令所得到的信息，計算從上述伺服電機的反轉時刻開始提前將上述反轉補正指令附加在上述伺服電機的速度指令或者扭矩指令上的時刻的提前時間，在比上述伺服電機的反轉時刻還只提前了上述提前時間的時刻，將上述反轉補正指令附加在上述伺服電機的速度指令或者扭矩指令上來補正象限突起。 如果採用第2發明，則在第I發明中，通過上述伺服電機的動作或者對上述伺服電機的指令所得到的信息是從存儲在上述存儲部中的多個上述位置指令求得的加速度。如果採用第3發明，則在第I發明中，通過上述伺服電機的動作所得到的信息是上述位置指令和上述伺服電機的實際位置之間的位置偏差。如果採用第4發明，則在第I至第3發明之一中，進而，根據上述伺服電機的扭矩指令和實際扭矩之間的扭矩偏差，以及上述伺服電機的電流指令和實際電流之間的電流偏差的至少一方調節上述提前時間。在第I發明中，根據通過伺服電機的動作或者給伺服電機的指令得到的信息，計算從伺服電機的反轉時刻開始提前的提前時間，在考慮到提前時間的時刻，追加補正指令。提前時間因為不管數值控制工作機械的控制周期如何都能夠決定，所以能夠充分提前設定進行補正指令的追加的時間。因此，能夠高精度地補正象限突起，能夠謀求工件的加工面的品質的提聞。在第2發明中，因為利用從存儲在存儲部中的多個位置指令求得的加速度，所以不需要新的特別的信息，能夠簡單地求提前時間。而且，優選預先求加速度的平方根和提前時間之間的關係，根據該關係決定提如時間。在第3發明中，因為使用從位置指令和伺服電機的實際位置得到的位置偏差，所以能夠求充分考慮到運動損失影響的提前時間。在第4發明中，使用扭矩偏差以及/或者電流偏差調節提前時間。因而，能夠求解考慮到扭矩偏差以及/或者電流偏差的更正確的提如時間。
圖1是本發明的數值控制工作機械的概略圖。圖2是本發明的控制數值控制工作機械的伺服控制部的構成方框線圖。圖3是用於說明補正象限突起的補正方法的流程圖。圖4是表示加速度的平方根和提前時間的關係的圖。圖5a是表示加速度和提前時間的映像的圖。圖5b是表示位置偏差和提前時間的映像的圖。圖5c是表不扭矩偏差和提如時間的映像的圖。圖5d是表示電流偏差和提前時間的映像的圖。圖6是表不速度指令和時間的關係的圖。符號說明10:數值控制工作機械；14:臺；16:立柱；20:主軸；22:工具；24:進給絲槓；26:螺母；28:Z軸導軌；36:X軸導軌；40:數值控制部；42:NC程序；44:程序讀取解釋部；46:已解釋程序存儲部；48:程序執行指令部；50:分配控制部；52:伺服控制部；54:進給軸電機驅動部；60:位置控制部；62:減法器；64:速度控制部；72:扭矩檢測部；74:電流檢測部；90:緩衝器(存儲部)；92:反轉補正提前時間計算部；94:反轉補正計算部。
具體實施例方式以下參照
本發明的實施方式。在以下的附圖中在相同的部件上標註同樣的參照符號。為了容易理解，這些附圖可以適宜地縮放。圖1是本發明的數值控制工作機械的概略圖。在圖1中，數值控制工作機械10是所謂的臥式加工中心，具備設置在工廠等的地板上的底座12。在底座12的上面在水平的Z軸方向(圖1中左右方向)上延伸設置Z軸導軌28，在Z軸導軌28上通過工件用夾具G安裝用於固定工件W的臺14且滑動自如。圖1表示在臺14上固定可以在B軸方向上旋轉進給的NC轉臺，在其上裝載工件W的例子，但不通過NC轉臺也可以在臺14上直接裝載工件I在底座12的上面進一步X軸導軌36與Z軸正交，並且在水平方向的X軸方向上(與圖1的紙面垂直方向)上延伸設置，在X軸導軌36上安裝立柱16且滑動自如。在立柱16中在與工件W相對的前面，在與X軸以及Z軸正交的Y軸方向(在圖1中是上下方向)上延伸設置Y軸導軌34，在Y軸導軌34上安裝旋轉自如地支撐主軸20的主軸頭18且可以滑動自如。在底座12內在臺14的下側上在Z軸方向上延伸設置Z軸進給絲槓24，在臺14的下面固定旋擰在Z軸進給絲槓24上的螺母26。在Z軸進給絲槓24的一端上連結Z軸進給伺服電機Mz,通過驅動Z軸進給伺服電機Mz讓Z軸進給絲槓24轉動，臺14沿著Z軸導軌28移動。同樣在底座12內在立柱16的下側上將X軸進給絲槓(未圖示)在X軸方向上延伸設置，在立柱16的下面固定旋擰在上述X軸進給絲槓上的螺母(未圖示)。在上述X軸進給絲槓的一端上連結X軸進給伺服電機Mx，通過驅動X軸進給伺服電機Mx讓上述X軸進給絲槓轉動，由此立柱16沿著X軸導軌36移動。進而，在立柱16內在Y軸方向上延伸設置Y軸進給絲槓32，在主軸頭18的背面上固定旋擰在Y軸進給絲槓32上的螺母30。在Y軸進給絲槓32的上端連結Y軸進給伺服電機My，通過驅動Y軸進給伺服電機My讓上述Y軸進給絲槓32轉動，由此主軸頭18沿著Y軸導軌34移動。在主軸20的前端上安裝工具22，例如立銑刀。一邊讓工具22轉動一邊讓主軸16、主軸頭18、臺14各自在X軸、Y軸、Z軸方向上動作，由此將固定在臺14上的工件W切削加工成所希望的形狀。當固定NC轉臺的情況下，數值控制工作機械10可以認為是進一步具有B軸的4軸數值控制工作機械。數值控制工作機械10具備控制在立柱16、主軸頭18、臺14的X軸、Y軸、Z軸方向上移動的X軸、Y軸、Z軸進給伺服電機Mx、My、Mz的數值控制部40。當具有NC轉臺的情況下，具備B軸進給伺服電機(未圖示)。數值控制部40包含:讀取NC程序42並解釋它的程序讀取解釋部44 ;暫時存儲被解釋的程序的已解釋程序存儲部46 ;從已解釋程序存儲部46中適宜地提出程序發出執行程序數據的程序執行指令部48 ;根據來自程序執行指令部48的執行程序數據向X軸、Y軸、Z軸的各自發出位置指令值、速度指令值、扭矩指令值的分配控制部50 ;根據來自分配控制部50的位置指令值、速度指令值、扭矩指令值以及以後說明的反饋信號向進給軸電機驅動部54發出扭矩指令值或者電流指令值的伺服控制52。而且，對於B軸也一樣，分配控制部50向B軸發出位置指令值、角速度指令值、角加速度指令值等。進給軸電機驅動部54根據來自伺服控制部52的扭矩指令值或者電流指令值輸出電流驅動X軸、Y軸、Z軸各自的進給軸電機(伺服電機)Mx、My、Mz。進而，在本實施方式中，設置補正從伺服控制部52向進給軸電機驅動部54的扭矩指令值或者電流指令值的計算控制部56。計算控制部56起到進行以後說明的模式化處理、控制參數的計算等的各種處理的效果。圖2是控制本發明的數值控制工作機械的伺服控制部的構成塊線圖。在以下的說明中只對與臺14有關的Z軸的進給控制進行說明，但要理解X軸、Y軸以及B軸的進給控制也大致一樣。如圖2所示，伺服控制部52包含:對來自位置.速度.加速度指令分配控制部50的位置指令值、速度指令值、加速度指令值，和來自附在臺14上的數字直線標尺等的位置檢測器SP的位置反饋信號進行比較的減法器58 ;放大來自減法器58的輸出的位置控制部60 ；比較位置控制部60的輸出值和來自設置在進給軸電機Mz上的脈衝編碼器PC的速度反饋信號的減法器62 ;放大減法器62的輸出的速度控制部64。從圖2可知，從分配控制部50提供的每一控制周期的位置指令暫時存儲在緩衝器90中，順序輸入到減法器58。圖2所示的緩衝器90具有Dl D50的50列，在各列中儲存單一的位置指令。現在的位置指令是列D50內的位置指令，列Dl D49內的位置指令是將來的位置指令。從圖2可知，在下一控制周期中，在列Dl D49的位置指令分別移動到列D2 D50的同時，將列D50內的位置指令輸入到減法器58。而後，將新的位置指令存儲在列Dl中。在每一控制周期，例如每一毫秒進行這樣的處理，將位置指令順序輸入到減法器58。進而，伺服控制部52包含計算將反轉補正指令輸入到減法器62的提前時間Ta的反轉補正提前時間計算部92 ;計算與進給軸的齒隙有關的反轉補正指令值Ca的反轉補正計算部94。在此，所謂提前時間Ta是指從伺服電機的反轉時開始提前將反轉補正指令輸入到減法器62的時刻的時間。而且，在反轉補正提前時間計算部92以及反轉補正計算部94上假設適宜地輸入緩衝器90的至少一個位置指令。進而，從圖2可知，用扭矩檢測部72檢測到的進給軸電機M的扭矩、用電流檢測部74檢測到的流過進給軸M的電流輸入到反轉補正提前時間計算部92中。圖3是用於說明補正象限突起的補正方法的流程圖。以下，參照圖2以及圖3說明在本發明的象限突起P的補正。首先，在步驟Sll中，在每一控制周期將來自分配控制部50的位置指令存儲在緩衝器90中。如上所述因為緩衝器90包含多個列Dl D50，所以如果將最新的位置指令存儲在列Dl中，則存儲在列Dl D49中的位置指令移動到列D2 列D50。而後,列D50的位置指令作為現在的位置指令使用。以下，在步驟S12中，反轉補正計算部94使用緩衝器90的位置指令，計算用於補正象限突起P的反轉補正指令Ca。而且，使用其他的方法也可以製成反轉補正指令Ca。其後，在步驟S13中，反轉補正提前時間計算部92使用通過進給軸電機M的動作或者給進給軸電機M的指令得到的信息計算提前時間Ta。在此，通過進給軸電機M的動作或者對進給軸電機的指令得到的信息例如是進給軸電機M的的加速度。加速度根據儲存在緩衝器90中的連續的至少3個位置指令計算。另外，從設置在進給軸電機M上未圖示的加速度檢測器中也可以檢測進給軸電機M的加速度。圖4是加速度的平方根和提前時間Ta的關係的圖，加速度的平方根和提前時間Ta呈圖示的指數函數的關係。假設這種關係通過實驗等預先求得。在本發明中，從圖示的函數中求與進給軸電機M的加速度的平方根對應的提前時間Ta。或者，也可以根據該圖5a所示那樣預先求得的加速度和提前時間的映像決定提前時間Ta。最後，在步驟S14中，根據在緩衝器90中的位置指令的值求進給軸電機M反轉的反轉時刻。反轉時刻是在位置指令的符號切換時，在圖2中是從列D2向列Dl的切換時間。因而，在列Dl的位置指令作為實際的位置指令使用的時刻進給軸電機M反轉。這種反轉時刻可以使用包含當前的位置指令的列D50和包含反轉時的位置指令的Dl之間的規定的控制周期的數量來計算。而後，在只以提前時間Ta提前反轉時刻的時刻，在減法器62上附加反轉補正指令Ca。圖6是表示速度指令和時間的關係的圖。在圖6中，在發出與列Dl對應的位置指令時是進給軸電機M的反轉時。而後，在圖6中表示反轉補正指令CaO、Ca。另一方的反轉補正指令CaO是在控制周期的範圍內在列D50的位置指令之前輸入的指令，提前時間TaO過短只能局部消除象限突起P。與此相反，圖6所示的本發明的反轉補正指令Ca只以提前時間Ta提前輸入。提前時間Ta因為比提前時間TaO充分長，所以可以用反轉補正指令Ca充分提前補正速度指令，其結果，能夠大致全部消除象限突起P。而且，在參照圖2等說明的實施方式中，雖然在速度指令中追加反轉補正指令Ca,但同樣也可以將另外製作的反轉補正指令Ca追加到扭矩指令中。這樣，在本發明中，根據通過伺服電機的動作得到的信息，例如加速度計算提前時間Ta，在考慮到提前時間Ta的時刻追加`反轉補正指令Ca。而後，提前時間Ta因為不依賴於數值控制工作機械10的控制周期而確定，所以能夠製作比控制周期還長許多的提前時間Ta，例如能夠製作控制周期的數十倍長度的提前時間Ta。因而，可以充分提前設定進行補正指令的追加的時期。因而，在本發明中，能夠高精度地補正象限突起P，其結果，可以提高工件W的加工面的品位。另外，圖5b是表示位置偏差和提前時間的映像的與圖5a同樣的圖。在此，圖5b中的位置偏差AP是用位置檢測器Sp檢測的進給軸電機M的位置和從分配控制部50輸出的位置指令之間的偏差。在本發明中，也可以將該位置偏差AP作為通過伺服電機的動作得到的信息來使用。S卩，從位置偏差AP中使用圖5b的映像來確定提前時間Tb，代替提前時間Ta使用提前時間Tb。這樣從位置偏差AP中求得的提前時間Tb在排除運動損失(lost motion)的影響方面是足夠的值。因而，可以知道能夠求解到更適宜的提前時間Tb，其結果，進一步高精度補正象限突起P，進一步提高工件W的加工面的品質。另外，圖5c是表示扭矩偏差和提前時間的映像的圖。也可以計算來自分配控制部50的扭矩指令和用扭矩檢測部72檢測的實際的扭矩之間的扭矩偏差△ I根據扭矩偏差A T從預先確定的映像中求提前時間Tc。另外，圖5d是電流偏差和提前時間的映像的圖。也可以計算來自分配控制部50的電流指令和用電流指令檢測部74檢測的實際電流之間的電流偏差A I，根據電流偏差A I從預先確定的映像中求提前時間Td。這些提前時間Tc、Td也可以代替提前時間Ta使用。或者，也可以計算這些提前時間Tc、Td中的至少一方和提前時間Ta的平均值，將該平均值作為新的提前時間使用。在這種情況下，可以知道能夠求解到考慮了扭矩偏差△ T以及/或者電流偏差Al的、更正確的提前時間。而且，使用其他的方法也可以用提前時間Tc、Td的至少一方調節提前時間Ta。這種情況下也包含在 本發明的範圍中。
權利要求
1.一種象限突起補正方法，補正在數值控制工作機械的進給軸的移動方向反轉時產生的象限突起，其特徵在於: 從上述數值控制工作機械的NC程序中，從當前的位置指令到規定時間後的位置指令為止針對每一規定的控制周期在存儲部中存儲應該指示給上述伺服電機的位置指令， 根據所存儲的上述位置指令計算反轉補正指令， 基於通過上述伺服電機的動作或者對上述伺服電機的指令所得到的信息，計算從上述伺服電機的反轉時刻開始提前將上述反轉補正指令附加在上述伺服電機的速度指令或者扭矩指令上的時刻的提前時間， 在比上述伺服電機的反轉時刻還只提前了上述提前時間的時刻，將上述反轉補正指令附加在上述伺服電機的速度指令或者扭矩指令上來補正象限突起。
2.根據權利要求1所述的象限突起補正方法，其特徵在於:通過上述伺服電機的動作或者對上述伺服電機的指令所得到的信息是從存儲在上述存儲部中的多個上述位置指令求得的加速度。
3.根據權利要求1所述的象限突起補正方法，其特徵在於:通過上述伺服電機的動作所得到的信息是上述位置指令和上述伺服電機的實際位置之間的位置偏差。
4.根據權利要求1至3的任意一項所述的象限突起補正方法，其特徵在於:進而，根據上述伺服電機的扭矩指令和實際扭矩之間的扭矩偏差，以及上述伺服電機的電流指令和實際電流之間的電流偏差的至少一方調節上述提前時間。
全文摘要
補正在數值控制工作機械的進給軸反轉時產生的象限突起的象限突起補正方法，從上述數值控制工作機械的NC程序中，從當前的位置指令到規定時間後的位置指令為止針對每一規定的控制周期在存儲部中存儲應該指示給上述伺服電機的位置指令，根據所存儲的上述位置指令計算反轉補正指令，基於通過上述伺服電機的動作或者對上述伺服電機的指令所得到的信息，計算從上述伺服電機的反轉時刻開始提前將上述反轉補正指令附加在上述伺服電機的速度指令或者扭矩指令上的時刻的提前時間，在比上述伺服電機的反轉時刻還只提前了上述提前時間的時刻，將上述反轉補正指令附加在上述伺服電機的速度指令或者扭矩指令上來補正象限突起。由此，能夠提供可以高精度地補正象限突起的象限突起補正方法。
文檔編號G05B19/404GK103154839SQ20118004988
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月26日 優先權日2010年10月27日
發明者川名啟, 森規雄, 尾田光成 申請人:株式會社牧野銑床製作所