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CN111694322B - 产业用机械的数值控制系统 - Google Patents

产业用机械的数值控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种产业用机械的数值控制系统，例如在由CNC的指令部对在机床的进给轴上使用的伺服电动机等电动机的转矩进行了限制的情况下，不会在其停止时产生冲过，能够防止机械的干涉。产业用机械的数值控制系统(A)具备指令部(1)和控制部(4)，该控制部(4)根据来自指令部(1)的指令来控制产业用机械(2)的电动机(3)的驱动，并且接受来自指令部(1)的终点位置的指令，或者不接受来自指令部(1)的终点位置的指令，来进行位置控制，其中，控制部(4)具备在进行了电动机(3)的转矩限制的情况下，仅在减速时解除转矩限制的减速时转矩限制解除部(8)。

Description

产业用机械的数值控制系统
技术领域
本发明涉及一种产业用机械的数值控制系统。
背景技术
众所周知，在机械工作领域，应用CNC(计算机数值控制：Computerized NumericalControl)技术，利用计算机对工具的移动量、移动速度等进行数值控制，由此使同一加工顺序的重复、复杂形状的加工等高度自动化。
另一方面，CNC具有对作为进给轴使用的伺服电动机的转矩进行限制的功能，通过该功能在加工程序的测试运转、手动运转时限制转矩，能够将在由不预期的动作导致机械发生了干涉的情况下的损害抑制到最小。另外，通过碰撞式参照点设定等功能，即使是在有意地将机械向止动器推压的情况等，也会通过转矩限制将碰撞时的冲击抑制得较小。
例如，在专利文献1中记载了对机床的X轴电动机设置转矩限制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-176375号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，例如图8、图9所示，当对工作台(table)100的进给轴的伺服电动机的转矩进行限制使能够输出的转矩变小时，有时加减速时所需要的转矩不足。因此，加速度变小，或者达到所指示的速度为止需要的移动距离变长，或者减速距离变长，从而不在指令位置停止而冲过(overshoot)，有可能导致对工作台100的其它部件等的干涉。
在此，图3的左侧上图是以速度与时间的关系示出无转矩限制的电动机(工作台100)的运动的图，图3的左侧下图是以速度与时间的关系示出有转矩限制而发生了冲过时的电动机(工作台100)的运动的图。图3左侧下图的符号S1部分的面积表示冲过的距离，符号S2部分的面积表示返回了冲过的量的距离。另外，到减速开始前为止的符号S3部分的面积(移动距离)与图3的左侧上图的无转矩限制的到减速开始前为止的符号S4部分的面积(移动距离)相同。
顺便提及，使用伺服电动机来进行位置控制，因此在过度通过了指令位置的情况下进行返回到指令位置的控制。
另外，在由CNC对伺服电动机的转矩进行限制的情况下，还存在根据转矩的限制值的大小而无法按照指令进行加速、减速的事例。即，存在达到转矩的限制值而无法按照指令进行加速或减速的事例。在这种事例中，指令位置与实际位置的偏差(位置偏差)变大从而产生误差过大的警报。因此，在进行了转矩限制的情况下，存在以下不良：不得不采取使工作台100的进给速度变慢、或者使位置偏差的容许值变大等应对，来防止因误差过大而引起的警报的产生。
用于解决问题的方案
本公开的产业用机械的数值控制系统的一个方式具备指令部和控制部，该控制部根据来自所述指令部的指令来控制产业用机械的电动机的驱动，并且接受来自所述指令部的终点位置的指令，或者不接受来自所述指令部的终点位置的指令，来进行位置控制，在该产业用机械的数值控制系统中，所述控制部构成为具备减速时转矩限制解除部，在进行了所述电动机的转矩限制的情况下，该减速时转矩限制解除部仅在减速时解除转矩限制。
另外，本公开的产业用机械的数值控制系统的其它方式具备指令部和控制部，该控制部根据来自所述指令部的指令来控制产业用机械的电动机的驱动，并且接受来自所述指令部的终点位置的指令来进行位置控制，在该产业用机械的数值控制系统中，所述控制部构成为具备：加减速时间常数计算部，在进行了所述电动机的转矩限制的情况下，该加减速时间常数计算部求出以在转矩限制之后能够输出的可输出转矩进行加减速来确保位置控制功能的加减速的时间常数；以及时间常数设定部，在进行了所述电动机的转矩限制的情况下，该时间常数设定部在驱动所述电动机之前自动设定由所述加减速时间常数计算部求出的所述加减速的时间常数。
发明的效果
根据本公开的上述方式，例如，在由CNC的指令部对在机床的进给轴上使用的伺服电动机等电动机的转矩进行了限制的情况下，不会在其停止时产生冲过，能够防止机械的干涉。
附图说明
图1是示出第一方式的产业用机械的数值控制系统的框图。
图2是示出使用了第一方式的产业用机械的数值控制系统的控制方法的流程图。
图3是用于说明使用第一方式的产业用机械的数值控制系统来防止冲过的图。
图4是示出第二方式的产业用机械的数值控制系统的框图。
图5是示出使用了第二方式的产业用机械的数值控制系统的控制方法的流程图。
图6是用于说明使用第二方式的产业用机械的数值控制系统来防止冲过的图。
图7是示出使用第二方式的产业用机械的数值控制系统使减速开始提前所得到的冲击降低效果的图。
图8是示出由冲过导致发生干涉的状况的图。
图9是用于说明由转矩限制导致冲过产生的图。
附图标记说明
1：CNC(指令部)；2：机床；3：驱动部(电动机)；4：控制部；5：电动机转矩限制设定部；6：加减速运算部；7：减速检测部；8：减速时转矩限制解除部；10：可输出转矩计算部；11：加减速时间常数计算部；12：时间常数设定部；A：产业用机械的数值控制系统(机床的控制系统)。
具体实施方式
以下，参照图1至图3来说明第一实施方式所涉及的产业用机械的数值控制系统。
在此，在本实施方式中，将产业用机械设为机床来进行说明。
但是，本发明所涉及的产业用机械当然也可以是机器人、PLC(ProgrammableLogic Controller：可编程逻辑控制器)、搬运机、测量器、试验装置、压力机、压入器、印刷机、压铸机(Diecasting machine)、注塑成型机、食品机械、包装机、焊接机、清洗机、涂装机、组装装置、安装机、木工机械、密封装置或切割机等其它产业用机械。
如图1所示，本实施方式的机床的控制系统A具备作为指令部的CNC 1和基于CNC 1的指令对机床2的驱动部3进行控制的控制部4。
此外，在本实施方式中，构成为CNC 1兼具控制部4，驱动部3例如被设为驱动工作台100的进给轴的伺服电动机等电动机。在将控制部4与CNC 1相独立地设置的情况下，例如作为控制部4，能够列举出伺服放大器等。
另一方面，如图1所示，本实施方式的机床的控制系统A的控制部4具备：电动机转矩限制设定部5，其用于设定电动机3的转矩限制；加减速运算部6，其求出电动机3的加减速度进而求出工作台100的加减速度；减速检测部7，其检测电动机3的减速状态进而检测工作台100的减速状态；以及减速时转矩限制解除部8，在进行了电动机3的转矩限制的情况下，减速时转矩限制解除部8仅在减速时解除转矩限制。
而且，在通过本实施方式的机床的控制系统A控制机床2的驱动部3时，如图2所示，当基于来自CNC 1的指令开始循环时(步骤1)，进行NC程序的解析(进展的确认)(步骤2)，确认程序是否已结束(步骤3)。
在程序未结束的情况下，进行插补(步骤4)，由加减速运算部6进行电动机的加减速度的运算(步骤5)。
另外，根据加减速运算部6的计算结果，减速检测部7确认电动机的减速是否已开始(步骤6)，在未检测出减速的情况下，保持使由电动机转矩限制设定部5设定的转矩限制有效的状态(步骤7)，进行电动机3的控制(继续：步骤8)。
在减速检测部7检测出电动机3的减速的情况下，减速时转矩限制解除部8解除由电动机转矩限制设定部5设定的转矩限制(步骤9)。然后，在减速时，以解除了转矩限制的状态进行电动机控制(步骤8)。
本实施方式的机床的控制系统A在通过程序指示终点位置来进行位置控制(快速进给、切削进给)的情况下，或者在不指示终点位置而进行位置控制(手动运转)的情况下，如上述那样检测电动机3的减速并且减速时转矩限制解除部8解除由电动机转矩限制设定部5设定的转矩限制。
由此，在本实施方式的机床的控制系统A中，如图3的右下图所示，仅在减速时解除转矩限制，从而能够输出100％的转矩，如与图3的右上图的无转矩限制的情况相同，能够在减速时输出100％的转矩。因此，能够不发生冲过地在指令位置停止。
因此，根据本实施方式的机床的控制系统A，在由CNC 1的指令部自动或手动地对在机床2的进给轴上使用的伺服电动机等电动机3的转矩进行了限制的情况下，不会在停止时产生冲过，能够可靠地防止机械的干涉。
以上，说明了产业用机械的数值控制系统的第一实施方式，但是本发明不限于上述的一个实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行适当的变更。
接着，参照图4至图7，来说明第二实施方式所涉及的产业用机械的数值控制系统。
在此，在本实施方式中，也与第一实施方式同样，不会发生冲过，可靠地防止机械的干涉，将产业用机械设为机床来进行说明。因此，在本实施方式中，对于与第一实施方式同样的结构标记相同的附图标记，省略其详细说明。
如图4所示，本实施方式的机床的控制系统A与第一实施方式同样，具备作为指令部的CNC 1和基于CNC 1的指令来对机床2的驱动部3进行控制的控制部4。
另一方面，如图4所示，本实施方式的机床的控制系统A的控制部4具备：电动机转矩限制设定部5，其用于设定电动机3的转矩限制；可输出转矩计算部10，其求出电动机3的可输出转矩值；加减速时间常数计算部11，其求出加减速时间常数；时间常数设定部12，其设定由加减速时间常数计算部11求出的加减速时间常数；以及加减速运算部6，其求出电动机3的加减速度进而求出工作台100的加减速度。
在此，在选定所要使用的伺服电动机时，通过下述的式(1)、式(2)，求出最需要的转矩(加速转矩)Ta、成为最需要的转矩Ta时的速度(换言之，是加速转矩Ta开始减小时的电动机的旋转速度)Vr。
[数式1]
[数式2]
Vm是快速进给时的电动机的旋转速度，ta是加速时间，JM是转子惯性力矩，JL是负荷惯性力矩，ks是位置环增益，η是机械效率，e是自然对数的底数。
而且，其中，ta的加速时间是时间常数，如果在转矩限制之后能够输出的转矩Ta是确定的，则能够使用式(1)、式(2)来求出时间常数。
据此，在通过本实施方式的机床的控制系统A控制机床2的驱动部3时，与第一实施方式同样，如图5所示，当基于来自CNC 1的指令开始循环时(步骤1)，进行NC程序的解析(进展的确认)(步骤2)，确认程序是否已结束(步骤3)。
另外，在程序未结束的情况下，进行插补(步骤4)，由加减速运算部6进行电动机的加减速度的运算(步骤5)，进行电动机3的控制(继续：步骤8)。
另一方面，在进行完插补(步骤4)的阶段，由电动机转矩限制设定部5设定转矩限制，并确认是否有效(步骤10)。
在转矩限制为有效的情况下，可输出转矩计算部10根据所设定的转矩限制值来计算电动机3的可输出转矩(Ta)(步骤11)。
另外，加减速时间常数计算部11根据计算出的可输出转矩(Ta)来求出最优的时间常数(ta)(步骤12)。
然后，时间常数设定部12重新设定并变更由加减速时间常数计算部11求出的时间常数(ta)(步骤13)，加减速运算部6基于该时间常数(ta)进行加减速运算(步骤5)，来控制电动机3(步骤8)。
本实施方式的机床的控制系统A在通过程序指示终点位置来进行位置控制(快速进给、切削进给)的情况下，能够使时间常数(ta)增大，以能够在转矩限制之后能够输出的转矩内进行加减速。
即，如图6的右下图所示，在本实施方式的机床的控制系统A中，在使进给轴移动之前使时间常数(ta)增大，自动地进行最优设定，由此按照时间序列从近前起开始减速，在限制转矩内能够不产生冲过地进行减速、停止。另外，由于能够按照指令进行加减速，因此位置偏差不会变大。
因此，根据本实施方式的机床的控制系统A，在由CNC 1的指令部自动地对在机床2的进给轴上使用的伺服电动机等电动机3的转矩进行了限制的情况下，不会在其停止时产生冲过，能够可靠地防止机械的干涉。
另外，在本实施方式的机床的控制系统A中，在限制转矩内能够按照指令进行加减速，不会使位置偏差变大，因此能够不需要进行使进给速度减慢或使位置偏差的容许值增大等避免产生误差过大警报的应对。
并且，如图7所示，在本实施方式的机床的控制系统A中，在自动运转中在减速过程中有意地将机械2向止动器等推压的情况下，相比于以往而言提前开始减速，因此能够使推压时的速度比以往慢。
以上，说明了产业用机械的数值控制系统的第二实施方式，但是本发明不限于上述的一个实施方式，包括第一实施方式的变更例，能够在不脱离其主旨的范围内进行适当的变更。

Claims (2)

1.一种产业用机械的数值控制系统，具备指令部和控制部，该控制部根据来自所述指令部的指令来控制产业用机械的电动机的驱动，并且接受来自所述指令部的终点位置的指令，或者不接受来自所述指令部的终点位置的指令，来进行位置控制，其中，
所述控制部具备：
加减速运算部，其求出所述电动机的加减速度；以及
减速时转矩限制解除部，在进行了所述电动机的转矩限制且根据所述加减速运算部的计算结果确认到所述电动机的减速的情况下，该减速时转矩限制解除部解除转矩限制，其中，所述减速时转矩限制解除部仅在减速时解除转矩限制。
2.一种产业用机械的数值控制系统，具备指令部和控制部，该控制部根据来自所述指令部的指令来控制产业用机械的电动机的驱动，并且接受来自所述指令部的终点位置的指令来进行位置控制，其中，
所述控制部具备：
电动机转矩限制设定部，其用于对所述电动机设定转矩限制；
可输出转矩计算部，其在所述电动机转矩限制设定部设定了所述电动机的转矩限制的情况下，根据所述电动机转矩限制设定部设定的转矩限制值来计算在转矩限制之后所述电动机能够输出的可输出转矩；
加减速时间常数计算部，在进行了所述电动机的转矩限制的情况下，该加减速时间常数计算部求出以所述可输出转矩进行加减速来确保位置控制功能由此在限制转矩内能够不产生冲过地进行减速的加减速的时间常数；以及
时间常数设定部，在进行了所述电动机的转矩限制的情况下，该时间常数设定部在驱动所述电动机之前自动设定由所述加减速时间常数计算部求出的所述加减速的时间常数。
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