CN104656475A - 在非常停止时保护刀具和被加工物的电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的电动机控制装置具备：停止原因检测部，其检测电动机非常停止的停止原因；停止指令生成部，其生成使刀具沿着指令轨迹停止的停止指令；避让指令生成部，其生成使刀具和被加工物相对地移动使得避免刀具和被加工物之间的干扰的避让指令。电动机控制装置构成在通过停止原因检测部检测出停止原因时，使得机床依照通过重叠上述避让指令和上述停止指令所得的重叠指令而动作。

Description

在非常停止时保护刀具和被加工物的电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制对机床的可动轴进行驱动的电动机的电动机控制装置。

背景技术

图9是表示机床的刀具T和通过机床进行加工的工件W的概要图。刀具T被安装在3轴立式自动换刀数控机床的主轴S上，用于加工工件W。机床具有能够沿着X轴、Y轴以及Z轴相互独立地进行移动的可动轴。例如，在沿着工件W的表面W1对机床进行轮廓控制的情况下，主轴S在被X轴和Y轴划定的水平面中移动，同时主轴S沿着Z轴在垂直上下方向移动。这样，刀具T一边沿着工件W的表面W1移动，一边连续进行工件W的加工。

在工件W的加工中发生停电而切断了向机床的电源供给的情况下，通常制动器装置工作，阻止因重力造成的刀具T的垂直向下方向的移动。但是，在从发生停电后到制动器装置工作而刀具T停止为止的期间，刀具T从指令轨迹偏离而朝向工件W移动，作为其结果有时会使工件W损伤。或者，也有时刀具T从非预期的角度接触工件W从而刀具T损伤。因此，提出了一种控制装置，其执行在机床停止之前使刀具T从工件W脱离的避让动作。

在日本JP-A-2003-131701中，公开了一种伺服控制装置，其构成为在被伺服电动机驱动的机械中，在非常停止时向伺服电动机赋予使可动轴上升制动器装置的齿隙量以上的规定量那样的动作指令。该技术的目的在于：在因制动器装置的齿隙而可动轴下降时，防止可动轴与工件等周围的物体的冲撞和干扰。

另外，在日本JP-A-2008-204365中，公开了以下的机床，其在由于停电等而切断电源切断时，使水平方向和垂直方向的各控制轴的移动体减速停止，使刀具避让到安全的位置。

但是，在JP-A-2003-131701所公开的伺服控制装置中，只是使可动轴避让而简单地上升，因此不一定能始终保护加工面。另外，在日本JP-A-2008-204365所公开的伺服电动机控制装置中，在使刀具暂时减速停止后使刀具从被加工物脱离，因此在到机床停止为止的期间被加工物有可能受到损伤。

因此，要求一种在停电等非常时不会使刀具和被加工物损伤而停止机床的动作的电动机驱动装置。

发明内容

根据本申请的第一个发明，提供一种电动机控制装置，其控制对机床进行驱动的电动机，该电动机控制装置构成为具备：停止原因检测部，其检测上述电动机非常停止的停止原因；停止指令生成部，其生成使刀具沿着指令轨迹停止的停止指令；避让指令生成部，其生成使刀具和被加工物相对地移动使得避免刀具和被加工物之间的干扰的避让指令，其中，在通过上述停止原因检测部检测出上述停止原因时，上述机床依照通过重叠上述避让指令和上述停止指令而得到的重叠指令而动作。

根据本申请的第二个发明，在第一个发明的电动机控制装置中，根据预先确定的避让量和避让时间来调整上述避让指令。

根据本申请的第三个发明，在第二个发明的电动机控制装置中，通过具有根据上述避让量和上述避让时间而确定的截止频率的低通滤波器来调整上述避让指令。

根据本申请的第四发明，在第二个发明的电动机控制装置中，调整上述避让指令使得刀具依照将上述避让量除以上述避让时间所得到的一定的速度移动。

根据本发明的第五个发明，在第一个～第四个中的任意一个发明的电动机控制装置中，构成为能够相互切换通过上述避让指令生成部而生成上述避让指令的有效状态和不生成上述避让指令的无效状态。

根据本发明的第六个发明，在第一个～第五个中的任意一个发明的电动机控制装置中，根据上述刀具和上述被加工物的位置关系来确定通过上述避让指令而指定的刀具的避让动作的方向。

参照附图所示的本发明的示例的实施方式的详细说明，能够进一步了解这些以及其他本发明的目的、特征和优点。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的电动机控制装置的功能框图。

图2是说明依照本发明的一个实施方式生成的避让指令和停止指令的图。

图3是说明依照本发明的一个实施方式生成的避让指令和停止指令的图。

图4A是表示依照本发明的一个实施方式生成的避让指令的例子的图。

图4B是表示依照本发明的一个实施方式生成的避让指令的例子的图。

图4C是表示依照本发明的一个实施方式生成的避让指令的例子的图。

图5是表示依照本发明的一个实施方式执行的处理的流程的流程图。

图6是表示本发明的第二实施方式的电动机控制装置的功能框图。

图7A是表示刀具和被加工物的位置关系的例子的图。

图7B是表示刀具和被加工物的位置关系的例子的图。

图8是表示依照本发明的第二实施方式执行的处理的流程的流程图。

图9是表示机床的刀具和被加工物的概要图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。为了有助于本发明的理解，针对图示的实施方式的构成要素，适当地变更它们的比例尺。

图1是表示本发明的第一实施方式的电动机控制装置10的功能框图。电动机控制装置10构成为与具备位置指令生成部12的上位控制装置14协作地控制电动机M的动作。在电动机M中附加有编码器E，使得能够取得与电动机M的动作状况有关的信息、例如电动机M的旋转位置和转速等。如图示那样，电动机控制装置10具备位置控制部16、速度控制部18、电流控制部20、伺服放大器22、放大器电源24、停止原因检测部30、停止指令生成部32、避让指令生成部34、低通滤波器36。

上位控制装置14和电动机控制装置10具有公知的硬件结构，包括能够存储程序的ROM、依照程序执行各种运算处理的CPU、暂时存储运算结果的RAM、输入单元(例如鼠标和键盘)、显示单元(例如液晶显示器)、用于与外部设备和电动机M等收发信号的接口。

上位控制装置14具备：位置指令生成部12，其依照预先确定的加工程序，生成对电动机M的位置指令。根据加工程序、刀具的进给速度等加工条件以及其他各种参数，通过公知的形式生成位置指令。

位置控制部16根据从位置指令生成部12生成的位置指令和从编码器E输出的电动机M的位置反馈之间的位置偏差量，生成速度指令。速度控制部18根据从位置控制部16输出的速度指令和从编码器E输出的电动机M的速度反馈之间的速度偏差量，生成转矩指令。电流控制部20生成与从速度控制部18输出的转矩指令对应的电流指令。另外，根据从电流控制部20输出的电流指令，经由伺服放大器22向电动机M供给驱动电动机M的电流。位置指令生成部12、位置控制部16、速度控制部18、电流控制部20以及伺服放大器22的结构和作用是公知的，因此在本说明书中省略更详细的说明。

电动机M例如可以在参照图9如上述那样的3轴立式自动换刀数控机床中使用，但并不限于此，在公知的任意类型的机床中，能够用于驱动机床的可动轴。另外，为了简化说明，在本说明书中，主要说明刀具通过电动机M而移动的类型的机床，但本技术领域的技术人员知道还能够将本发明同样地应用于被加工物通过电动机M而移动的类型的机床、以及刀具和被加工物都通过电动机M而移动的类型的机床。即，应该注意只要是能够使刀具和被加工物相互相对地移动的结构，则刀具和被加工物的任意一个都可以是可动体。

放大器电源24经由向机床的控制***供给电力的主电源26向伺服放大器22供给电力。放大器电源24也可以具备电容器等蓄电单元。在放大器电源24具备蓄电单元的情况下，可以构成为在切断来自主电源26的电力供给时，能够向电动机控制装置10供给执行后述的刀具T的避让动作所需要的电力。

停止原因检测部30构成为检测应该使机床非常停止的停止原因。构成为例如在发生了停电的情况下，停止原因检测部30能够检测出来自主电源26的电力供给被切断的情况。本发明也能够应用于与停电以外的停止原因响应地使机床非常停止的情况。因此，停止原因除了停电以外，例如也可以包含错误信号的检出、操作者对非常停止按键的操作等。

停止指令生成部32在通过停止原因检测部30检测出停止原因的发生时生成停止指令。所生成的停止指令被输出到上位控制装置14。上位控制装置14将停止指令作为位置指令输出到加法器28。生成停止指令使得电动机M沿着例如依照加工程序指定的指令轨迹以固定的减速度停止。即，根据通过停止指令生成部32生成的停止指令，一边使刀具依照预定的指令轨迹移动，一边使刀具的移动速度逐渐降低。

避让指令生成部34在通过停止原因检测部30检测出停止原因的发生时生成避让指令。避让指令经由低通滤波器36输入到加法器28。即，在检测出停止原因的情况下，分别向加法器28输入停止指令和避让指令。加法器28产生作用使得将通过重叠停止指令和避让指令而得到的重叠指令作为位置指令输出到位置控制部16。

避让指令使刀具在从被加工物(例如工件)脱离的方向上移动预定的避让量。图2和图3是说明避让指令和停止指令的图。图2的横轴表示刀具的X轴位置，纵轴表示刀具的Z轴位置。图2的实线表示实际轨迹，虚线表示指令轨迹。此外，为了简化说明，不考虑Y轴位置，但应该理解以下对X轴位置的说明也同样适用于Y轴位置。

如上述那样，如果发生了停电，则通过避让指令生成部34向位置指令附加避让指令使得刀具从被加工物脱离。由此，在没有发生停电的情况下，实际轨迹上的刀具的Z轴位置变得比刀具应该通过的指令轨迹大(即刀具向从被加工物脱离的方向移动)。

在图3中，横轴表示时间，纵轴表示刀具的Z轴位置和X轴位置。图3的实线表示刀具的Z轴位置，虚线表示刀具的X轴位置。为了简化说明，在图3中，绘图为指令轨迹中的刀具的X轴位置和Z轴位置相互一致。如果发生了停电，则作为赋予停止指令的结果，刀具在X轴方向上一边减速一边停止。与此相对，作为在停止指令以外还赋予避让指令的结果，刀具在Z轴方向上在比指令轨迹大的Z轴位置(即在刀具从被加工物脱离的位置)停止。

同样为了简化说明，说明Z轴方向与避让方向一致的情况，但本发明并不限于这样的特定的形式。即，根据检测出停止原因的时刻的刀具和被加工物的位置关系来确定避让方向。因此，避让方向并不限于上述那样的沿着Z轴的方向，而能够沿着任意的方向来确定。避让方向例如可以是相对工件的加工面垂直的方向。

能够通过各种方法决定避让方向。例如能够依照基于刀具长度和刀具姿势、被加工物的形状信息、或指令轨迹的信息，求出刀具和被加工物的位置关系。或者，也可以利用视觉传感器检测刀具和被加工物的位置关系，根据检测出的信息决定避让方向。

低通滤波器36通过除去包含在避让指令中的高频成分来缓和电动机的避让动作的上升阶段的急剧变化。例如根据预先确定的避让量和避让时间，计算低通滤波器36的截止频率。图4A是表示依照本发明的一个实施方式生成的避让指令的例子的图，图4A所示的避让指令通过经过低通滤波器36，而缓和上升的急剧变化。在该情况下，根据预先确定的避让量Z1和时间常数t1生成避让量逐渐增大那样的避让指令，使得灵活地进行电动机M的避让动作。避让量Z2表示与时间常数t1对应的避让量。

低通滤波器36例如可以是用以下的公式表示的一次的低通滤波器。

y(n)＝x(n)+(1-K)×y(n-1)

在此，“y(n)”表示从滤波器的输出，“x(n)”表示向滤波器的输入，“K”表示滤波系数。

另外，如果设上升时间常数为t1，则下式成立。

t1＝Ts/(lnK)

在此，“Ts”表示采样时间，“lnK”表示“K”的自然对数。

图4B是表示依照另外其他的实施方式生成的避让指令的例子的图。在该情况下，也根据预先确定的避让量Z1和避让时间t2来缓和避让指令的上升阶段的急剧变化。具体地说，在图4B的例子中，依照将预先确定的避让量Z1除以避让时间t2所得的一定的避让速度，生成避让指令。

图4C是表示依照另外其他的实施方式生成的避让指令的例子的图。在该实施方式中，不使用上述那样的低通滤波器，步进状地将避让指令输入到加法器28。此外，可以依照图4A～图4C所示的例子的任意一个生成避让指令，也可以采用依照其他公知的方法缓和了上升的急剧变化的避让指令。

接着，参照图5说明电动机控制装置10的动作。图5是表示依照本发明的一个实施方式而执行的处理的流程的流程图。

在电动机的驱动控制中，如上述那样，依照加工程序，通过上位控制装置14的位置指令生成部12生成位置指令(步骤S11)。在通常的动作时(即不存在停止原因的状态)，电动机控制装置10依照根据加工程序输入的位置指令，依次地生成速度指令、转矩指令以及电流指令后，驱动电动机。具体地说，在步骤S12中没有检测出停止原因的情况下，前进到步骤S14，执行希望的加工处理。另外，到对工件的加工处理完成为止重复进行步骤S11～S14。

另一方面，在步骤S12中检测出停止原因的情况下，前进到步骤S13。在步骤S13中，通过停止指令生成部32生成停止指令，并且通过避让指令生成部34生成避让指令。然后，将重叠停止指令和避让指令所得的重叠指令作为位置指令输入到电动机控制装置10(步骤S13)。然后，前进到步骤S14，依照该重叠指令驱动电动机，刀具沿着指令轨迹一边减速一边移动，并且进行避让使得从被加工物脱离。此外，在停止原因是停电的情况下，可以利用与主电源26不同的预备电源(未图示)来执行步骤S13和后续的步骤S14的避让动作和停止动作。或者，也可以如上述那样通过内置在放大器电源24中的蓄电单元执行避让动作和停止动作。

如上述那样，通过赋予使刀具在刀具从被加工物脱离的方向上避让的避让指令，能够防止刀具与被加工物干扰乃至冲撞而刀具或被加工物损伤。另外，与此同时，相对于被加工物的加工面，使刀具依照指令轨迹一边移动一边停止，因此不会损害加工面的质量。由此，在停止原因消除时，例如在电源复原时，能够恢复到之前的加工位置而迅速地再开始加工处理。特别在短时间地重复停电和通电的情况下特别有利。

接着，说明与上述实施方式不同的本发明的其他实施方式。在以下的说明中，对于与已经说明的内容重复的事项适当地省略说明。另外，对相同或对应的构成要素使用相同的参照符号。

图6是表示本发明的第二实施方式的电动机控制装置10’的功能框图。除了参照图1上述的第一实施方式的电动机控制装置10的构成要素以外，本实施方式的电动机控制装置10’还具备避让动作启动开关38。

避让动作启动开关38用于相互切换使电动机进行避让动作的功能为有效的有效状态和将该功能设为无效的无效状态。即，在构成为使刀具在预先确定的方向上避让的机床中，有时会不希望使其进行避让动作。

图7A和图7B是表示刀具T和工件W(被加工物)之间的位置关系的例子的图。在图7A所示的状态下，通过使主轴S在Z轴方向上上升，使得刀具T与工件W不干扰地从工件W脱离。与此相对，可知如果在图7B所示的状态下，使主轴S在Z轴方向上上升，则刀具T与工件W的加工面W2接触。

如与图7B关联地说明的那样，在由于避让动作有可能引起刀具T和工件W之间的干扰的情况下，避让动作启动开关38切换为关断，避免避让动作。在不执行避让动作的情况下，电动机依照通过停止指令生成部32生成的停止指令停止，但不执行Z轴方向的避让动作。或者，也可以代替使电动机沿着指令轨迹减速的停止指令，而简单地使电动机及时迅速地停止。

通过各种形式决定是否应该将避让动作设为有效。例如，可以构成为电动机控制装置10’根据刀具T和工件W的形状信息或位置姿势信息，自动地切换避让动作启动开关38的开关。或者，例如也可以构成为使得能够接收用于根据通过视觉传感器得到的检测信息而使避让动作启动开关38关断的外部信号。另外，也可以使得能够由操作者手动地将避让动作启动开关38关断。另外，还可以在加工程序内预先组装应该将避让动作设为无效的信息，使得在执行至少一部分加工时能够将避让动作启动开关38设定为关断。

另外，也有时由于安全上的理由而不应该将避让动作设为无效。例如在操作员错误地进入到加工区域的情况等下，必须使机床立即停止。在这样的情况下，不执行刀具的避让动作和沿着指令轨迹的减速动作而使机床能够迅速地停止。

图8是表示依照本发明的第二实施方式执行的处理的流程的流程图。步骤S21、S22、S25、以及S26的处理与参照图5说明的第一实施方式的步骤S11～S14相同，因此在此省略说明。

在本实施方式中，在步骤S23中，判定避让动作是否有效。在判定为避让动作不是有效的情况下，避让动作启动开关38切换为关断。因此，即使检测出停电(步骤S22中的判定结果是肯定的情况)，也不执行避让动作。即，在该情况下，代替避让指令和停止指令的重叠指令，而将停止指令置换为位置指令(步骤S24)。然后，电动机依照停止指令停止(步骤S26)。

根据本实施方式，根据需要切换避让动作的有效和无效，因此能够根据情况进行适当的电动机的控制。

发明效果

根据具备上述结构的电动机控制装置，在使刀具沿着指令轨迹停止的同时，使得刀具进行避让而从被加工物脱离。即，通过没有迟滞地执行避让动作来防止刀具和被加工物之间的干扰。另外，沿着指令轨迹进行与避让动作同时执行的刀具的停止动作，因此能够防止被加工物的加工面由于刀具而受到损伤。

以上，说明了本发明的各种实施方式和变形例子，但本技术领域的技术人员明白通过其他实施方式和变形例子也能够起到本发明希望的作用效果。特别地，既能够不脱离本发明的范围地删除乃至置换上述的实施方式和变形例子的构成要素，也能够进一步附加公知的单元。另外，本技术领域的技术人员明白通过任意地组合在本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征，也能够实施本发明。

Claims (6)

1.一种电动机控制装置(10、10’)，其控制对机床进行驱动的电动机(M)，该电动机控制装置(10、10’)的特征在于，具备：

停止原因检测部(30)，其检测上述电动机(M)非常停止的停止原因；

停止指令生成部(32)，其生成使刀具(T)沿着指令轨迹停止的停止指令；

避让指令生成部(34)，其生成使刀具(T)和被加工物(W)相对地移动使得避免刀具(T)和被加工物(W)之间的干扰的避让指令，其中

在通过上述停止原因检测部(30)检测出上述停止原因时，上述机床依照通过重叠上述避让指令和上述停止指令所得的重叠指令而动作。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置(10、10’)，其特征在于，

根据预先确定的避让量(Z1)和避让时间来调整上述避让指令。

3.根据权利要求2所述的电动机控制装置(10、10’)，其特征在于，

通过具有根据上述避让量(Z1)和上述避让时间而确定的截止频率的低通滤波器(36)来调整上述避让指令。

4.根据权利要求2所述的电动机控制装置(10、10’)，其特征在于，

调整上述避让指令使得刀具(T)依照将上述避让量(Z1)除以上述避让时间(t2)所得到的一定的速度移动。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电动机控制装置(10、10’)，其特征在于，

构成为能够相互切换通过上述避让指令生成部(34)生成上述避让指令的有效状态和不生成上述避让指令的无效状态。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的电动机控制装置(10、10’)，其特征在于，

根据上述刀具(T)和上述被加工物(W)的位置关系来确定通过上述避让指令指定的刀具(T)的避让动作的方向。