專利名稱:尾架控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種尾架控制裝置,該裝置通過控制在前后方向上驅(qū)動尾架 的具有彈簧構(gòu)件的驅(qū)動系統(tǒng)的伺服電動機來支撐待加工物體,以使連接到尾 架上的尾架頂尖與待加工物體的中心孔接觸。
背景技術(shù):
通常,將待加工物體支撐在數(shù)控機床上的尾架的驅(qū)動主要是由液壓驅(qū)動。 然而,近年來,使用了由伺服電動機驅(qū)動并且控制的電動尾架。
使用電動尾架的一個原因是,利用伺服電動機通過控制驅(qū)動扭矩能夠自 由地控制待加工物體的支撐推力。還存在其它原因,諸如非運行時間,諸如 通過控制支撐推力能夠減小在高復合低產(chǎn)量(high-mix low-volume)的工件 的裝配過程中的推力變化,以及通過去除液壓單元能夠減少設(shè)備的能量消耗。
圖2示出了由伺服電動機驅(qū)動并且控制的電動尾架的機構(gòu)的示例。在該 機構(gòu)中,連接到伺服電動機9上的進給螺桿106隨著伺服電動機9的驅(qū)動而 旋轉(zhuǎn)。隨著該旋轉(zhuǎn),驅(qū)動并且控制穿過(thread)并且連接到進給螺桿106 上的尾架102。結(jié)果,連到尾架102上的尾架頂尖101與待加工物體100的 中心孔配合,并且待加工物體100被支撐。為了甚至在切斷電動機的電源之 后還保持用于支撐待加工物體的支撐推力,彈簧104典型地設(shè)置在尾架頂尖 101的后側(cè)。
在該機構(gòu)中,基于支撐推力來計算產(chǎn)生可靠地支撐待加工物體所需的推 力(支撐推力)所需的伺服電動機的驅(qū)動扭矩(扭矩極限值Tm)。傳動機構(gòu) 存在于驅(qū)動系統(tǒng)中?;诖耍?一般地,考慮到傳動機構(gòu)的傳動效率以及從支 撐推力中減去由于驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩損耗,來計算極限扭矩值。換句話說,在 現(xiàn)有技術(shù)中,基于支撐推力和驅(qū)動系統(tǒng)的傳動效率,來計算產(chǎn)生支撐推力所需的伺服電動機的扭矩極限值Tm。接下來,將結(jié)合圖7的方框圖來描述現(xiàn) 有技術(shù)。
將在尾架推力設(shè)定單元1中預(yù)先設(shè)定的尾架支撐推力Fa輸入到扭矩指令 轉(zhuǎn)換單元3。還將諸如在尾架參數(shù)設(shè)定單元2中設(shè)定的驅(qū)動系統(tǒng)的變速比、 尾架滑動面阻力、進給螺桿軸容納單元的摩擦扭矩以及滾珠絲杠的效率的指 示驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩損耗的尾架參數(shù)N輸入到扭矩指令轉(zhuǎn)換單元3。扭矩指令 轉(zhuǎn)換單元3基于支撐推力Fa和傳動參數(shù)N來計算作為扭矩極限值Tm的產(chǎn) 生支撐推力Fa所需的伺服電動機的扭矩值。
尾架指令單元5通過手動操作或者通過加工程序(二者均未示出)來產(chǎn) 生尾架指令,并且激活尾架控制單元6。被激活的尾架控制單元6基于從尾 架速度設(shè)定單元4輸出的諸如尾架移動速度Vs的參數(shù),通過伺服控制單元7 和功率放大單元10來控制伺服電動機11的扭矩。伺服控制單元7響應(yīng)于來 自尾架控制單元6的指令來計算指令扭矩值Tr,并且將指令扭矩值輸出到功 率放大單元10。功率放大單元10將與指令扭矩值Tr相對應(yīng)的功率供給到伺 服電動機11。此時,尾架控制單元6將由扭矩指令轉(zhuǎn)換單元3轉(zhuǎn)換的扭矩極 限值Tm存儲在扭矩指令值存儲單元8中,并且將扭矩極限值Tm傳送到伺 服控制單元7。伺服控制單元7以上限為扭矩極限值Tm執(zhí)行對伺服電動機 11的扭矩極限控制。
上述結(jié)構(gòu)中,驅(qū)動并且控制驅(qū)動尾架的伺服電動機ll,并且待加工物體 由設(shè)置在尾架上的與待加工物體的中心孔配合的尾架頂尖來支撐。當指令扭 矩值Tr (伺服電動機的輸出扭矩值)達到極限扭矩值Tm時,伺服控制單元 7停止進給尾架。該過程中,以預(yù)定的支撐推力來支撐待加工物體。
根據(jù)以上所述的現(xiàn)有技術(shù),除預(yù)先設(shè)定的尾架支撐推力Fa以外,還考慮 到諸如尾架滑動面、進給螺桿軸容納單元的摩擦扭矩以及滾珠絲杠的效率的 參數(shù),來計算伺服電動機ll的極限扭矩值Tm。由于該結(jié)構(gòu),能夠以預(yù)定的 支撐推力Fa來支撐待加工物體。然而,在待加工物體的支撐中,在從驅(qū)動扭 矩Tr達到扭矩極限值Tm時停止尾架的進給操作的時間到尾架實際停止的時 間的過程中,由于慣性力而產(chǎn)生了微小的移動距離,并且導致了過剩推力。 另外,在彈簧機構(gòu)內(nèi)置到驅(qū)動系統(tǒng)中的尾架中,在尾架被停止之前,彈簧被 壓縮了移動距離,并且過剩推力將施加到待加工物體上。另外,存在如下問題當尾架移動速度變化時,尾架停止之前的移動距離也變化,并且支撐推 力發(fā)生變化。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方案,提供了一種尾架控制裝置,該裝置通過驅(qū)動并
且控制在前后方向上驅(qū)動尾架的具有彈簧構(gòu)件的驅(qū)動系統(tǒng)的伺服電動機來支
撐待加工物體,以使連接到尾架上的尾架頂尖與待加工物體的中心孔接觸,
所述尾架控制裝置包括極限扭矩值計算單元以及伺服控制單元,極限扭矩計 算單元計算作為極限扭矩值的支撐待加工物體所需的伺服電動機的驅(qū)動扭矩
值;伺服控制單元驅(qū)動并且控制伺服電動機以試圖使尾架以預(yù)先設(shè)定的尾架 移動速度移動,直到伺服電動機的輸出扭矩值達到極限扭矩值,其中,極限 扭矩值計算單元包括計算作為支撐推力的支撐所述待加工物體所需的所述尾 架的推力的單元;過剩推力計算單元,其計算作為過剩推力的在以尾架移動 速度移動的架頂尖與待加工物體的接觸和尾架頂尖的停止之間的過程中由 于彈簧構(gòu)件的壓縮引起的彈性恢復力所導致的過剩推力;以及通過從支撐推 力中減去過剩推力來計算極限扭矩值的單元。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方案,優(yōu)選的是尾架控制裝置進一步包括實際速度 檢測單元,實際速度檢測單元檢測作為實際速度的在伺服電動機的輸出扭矩 值達到極限扭矩值時尾架的速度,其中,當檢測到實際速度時,極限扭矩值 計算單元在用實際速度代替設(shè)定的移動速度的同時重新計算極限扭矩值,并 且當重新計算出極限扭矩值時,所述伺服控制單元基于重新計算出的極限扭 矩值來驅(qū)動并且控制伺服電動機。
根據(jù)本發(fā)明的各種方案,預(yù)先計算出在尾架停止之前由于移動引起彈簧 的壓縮所導致的對待加工物體的過剩推力,并且將其從指令推力中減去,以 校正指令推力。由于該結(jié)構(gòu),即使當尾架移動速度變化時,支撐推力也沒有 發(fā)生變動,因此能夠消除加工過程中由于不足的推力而引起的工件的突起以 及由于過剩推動而引起的工件的變形,并且能夠提供一種非常安全的尾架控 制裝置。
將結(jié)合附圖來詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例,其中
圖1為本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的尾架控制裝置的方框圖;圖2為受控制的尾架的結(jié)構(gòu)示意圖3為示出了本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中的尾架控制裝置的控制流程的 流程圖4為根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的尾架控制裝置的方框圖; 圖5為示出了本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的尾架控制裝置的控制流程的流 程圖6為示出了驅(qū)動扭矩Tr和尾架移動速度Vs的變化的曲線圖;以及 圖7為現(xiàn)有技術(shù)的尾架控制裝置的方框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將結(jié)合圖1和圖3來描述本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例。圖1為根據(jù)本 發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的尾架控制裝置的方框圖。圖3為示出了由尾架控制 裝置控制的流程的流程圖。尾架控制裝置中與現(xiàn)有技術(shù)相同的元件將不進行 詳細地描述。
與現(xiàn)有技術(shù)類似,本實施例的尾架控制裝置控制如圖2所示的具有帶有 內(nèi)置彈簧104的驅(qū)動系統(tǒng)的尾架。當通過手動操作或者通過加工程序(二者 均未示出)執(zhí)行尾架指令時,經(jīng)由尾架指令單元5來激活尾架控制單元6 (SIO)。被激活的尾架控制單元6驅(qū)動并且控制過剩推力計算單元33以及 極限扭矩值計算單元30 (其包括推力指令值校正單元31、扭矩指令轉(zhuǎn)換單元 32,以及過剩推力計算單元33),以指示計算極限扭矩值Tm。
現(xiàn)在將詳細地描述極限扭矩值Tm的計算流程。在該情況下,首先,過 剩推力計算單元33計算過剩推力Fs (S20)。過剩推力Fs為當尾架的移動速 度為Vs時由彈簧的彈力或慣性力所引起的推力?;谠谖布軈?shù)設(shè)定單元2 中設(shè)定的尾架參數(shù)N (包括進給螺桿效率//、轉(zhuǎn)動慣量I、彈簧常數(shù)k、進給 螺桿螺距/、尾架重量w,以及加速度g)以及在尾架速度設(shè)定單元4中設(shè)定 的尾架移動速度Vs,來計算過剩推力Fs。更具體地,當彈簧104內(nèi)置于尾 架頂尖101的后方時,通過下列公式1來計算過剩推力Fs。
在公式1中,k表示彈簧常數(shù),x表示彈簧的壓縮量,I表示轉(zhuǎn)動慣量, w表示尾架重量,/表示進給螺桿的螺距,g表示加速度,而w表示電動機的角速度。其中,當電動機的轉(zhuǎn)數(shù)為N (W = Ks//)時,用"=2;^/60來計算 角速度^。如上所述,公式1為用于彈簧104內(nèi)置于尾架頂尖101的后方的 情況下的公式,還可以根據(jù)彈簧104的放置位置,利用不同于公式l的適當 公式來計算過剩力Fs。對于過剩力Fs的計算,使用下列公式2中所示的轉(zhuǎn) 動能量Er、動能Em以及彈性能量Es的關(guān)系式。在公式2中,v表示電動機 的轉(zhuǎn)速(v = Ks)。 £廠=/<z>2 / 2 £m = vvv2 / & = b:2 / 2
£"五附=& (2)
將過剩推力計算單元33中計算出的過剩推力Fs輸入到推力指令值校正 單元31。另外,還將尾架推力設(shè)定單元1中設(shè)定的尾架支撐推力Fa輸入到 推力指令值校正單元31。這里,通過下列公式3來計算并且設(shè)定尾架支撐推 力Fa。在公式3中,/7表示進給螺桿效率、T表示電動機扭矩,而/表示螺 桿螺距。
Fa = 27T7777/ (3)
推力指令值校正單元31從輸入的尾架支撐推力Fa中減去過剩推力Fs 并且計算校正后推力Fml (S30)。將計算出的校正后推力Fml輸入到扭矩指 令轉(zhuǎn)換單元32。除校正后推力Fml以外,還將在尾架參數(shù)設(shè)定單元2中設(shè) 定的尾架參數(shù)N輸入到扭矩指令轉(zhuǎn)換單元32。扭矩指令轉(zhuǎn)換單元32基于輸 入的校正后推力Fml和輸入的尾架參數(shù)N來計算用于獲得尾架支撐推力Fa 所需的伺服電動機的扭矩,即極限扭矩值Tm (S40)。更具體地,扭矩指令 轉(zhuǎn)換單元計算作為極限扭矩值Tm的驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩損耗的值,該值是從校 正后推力Fml中減去的、基于尾架參數(shù)N來計算的值。通過尾架控制單元6 將計算出的極限扭矩值Tm存儲在扭矩指令值存儲器8中。當極限扭矩值Tm 被存儲在扭矩指令值存儲器8中時,伺服控制單元7開始將驅(qū)動扭矩Tr傳送 到功率放大單元IO,并且開始尾架支撐操作,即尾架的移動操作(S50)。然 后,監(jiān)視驅(qū)動扭矩Tr是否已經(jīng)達到極限扭矩值Tm (S60)。當驅(qū)動扭矩Tr 達到扭矩極限值Tm時,判定出已經(jīng)達到了能夠支撐待加工物體的狀態(tài)(即, 產(chǎn)生了支撐推力),并且停止尾架的驅(qū)動。從以上描述可以看出,本實施例中的極限扭矩值Tm是考慮了基于諸如 彈簧常數(shù)k和尾架的移動速度Vs而計算出的過剩推力Fs (參考公式1)的 值。因此,即使當尾架移動速度變化或者彈簧被壓縮時,也能夠減小支撐推 力的變動。結(jié)果,能夠防止在加工過程中由于推力不足而引起的工件的突起 以及由于過量推動而引起的工件的變形,并且能夠提供一種十分安全的尾架 控制裝置。
接下來,將描述本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例。圖4為根據(jù)第二優(yōu)選實施例 的尾架控制裝置的方框圖。圖5為示出了尾架控制裝置的控制流程的流程圖。 圖6為示出了在第二優(yōu)選實施例中驅(qū)動扭矩Tr和尾架移動速度Vs的變化的 圖。與第一優(yōu)選實施例中相同的那些元件將不進行詳細地描述。
第二優(yōu)選實施例與第一優(yōu)選實施例的顯著不同之處在于設(shè)置了驅(qū)動扭 矩檢測單元19和速度檢測單元34,驅(qū)動扭矩檢測單元19檢測每刻輸出的扭 矩指令值Tr并且將其輸出到尾架控制單元6,速度檢測單元34檢測尾架的 移動速度Vs。另外,第二優(yōu)選實施例與第一優(yōu)選實施例的不同之處還在于 基于檢測到的驅(qū)動扭矩Tr和檢測到的移動速度Vs,按照需要重新計算極限 扭矩值Tm?,F(xiàn)在將結(jié)合圖5和圖6來描述尾架控制單元6的控制,特別是 與極限扭矩值Tm的重新計算有關(guān)的控制。
在第二優(yōu)選實施例中,也與第一優(yōu)選實施例類似,首先,在與待加工物 體接觸之前,基于諸如尾架移動速度的各種參數(shù),即第一尾架移動速度Vsl 和彈簧常數(shù)k,來計算第一過剩推力Fsl (S20)。然后,基于第一過剩推力 Fsl、尾架參數(shù)N、尾架支撐推力Fa等等來計算第一極限扭矩值Tml (S30、 S40)。 一旦第一極限扭矩值Tm被計算出來,則伺服控制單元7驅(qū)動并且控 制伺服電動機11,直到驅(qū)動扭矩Tr達到極限扭矩值Tml。
圖6示出了在該過程中的驅(qū)動扭矩Tr和尾架移動速度Vs的變化。在圖 6中,時間tl表示當尾架頂尖101與待加工物體IOO接觸時的時間。從圖6 清楚地看出,當尾架頂尖101與待加工物體IOO接觸時,驅(qū)動扭矩Tr逐漸增 加而尾架移動速度Vs逐漸減小。換句話說,在時間tl之后,尾架移動速度 Vs變得小于或者等于用于計算極限扭矩值Tml的第一尾架移動速度Vsl。 當速度Vs變化時,作用于尾架上的慣性力也變化。而且,當慣性力變化時, 由慣性力等等所引起的過剩推力Fs以及支撐待加工物體所需的極限扭矩值 Tm也變化??紤]到這點,在本實施例中,當驅(qū)動扭矩Tr達到第一次計算出的第一極 限扭矩值Tml時,基于該點處的移動速度,即第二移動速度Vs2(Vs2<Vsl) 再次計算極限扭矩值Tm。
更具體地,在尾架的移動控制開始(S50)之后,尾架控制單元6監(jiān)視 驅(qū)動扭矩Tr是否已經(jīng)達到第一極限扭矩值Tml (S60)。當驅(qū)動扭矩Tr達到 第一極限扭矩值Tml時,尾架控制單元6指示基于由速度檢測單元34在該 點處,即圖6中的時間t2,檢測到的第二尾架移動速度Vs2來計算第二過剩 推力Fs2(S70、 S80)。當計算出第二過剩推力Fs2時,然后基于第二過剩推 力Fs2、尾架參數(shù)N、尾架支撐推力Fa等等來計算第二極限扭矩值Tm2 (SIOO)。當計算出第二極限扭矩值Tm2時,在電動機扭矩的極限值中重新 設(shè)定第二極限扭矩值Tm2,并且繼續(xù)尾架的移動操作(SllO)。在該過程之 后,尾架控制單元6監(jiān)視驅(qū)動扭矩Tr是否達到第二極限扭矩值Tm2 (S120)。 當驅(qū)動扭矩Tr達到第二極限扭矩值Tm2時(在圖6中的時間t4時),能夠 判定出獲得了用于支撐待加工物體的足夠的推力。因此,在該情況下,尾架 控制單元6控制伺服控制單元7等等,以停止尾架的移動操作。這樣,完成
了待加工物體的支撐操作。
從以上描述清楚地看出,在第二優(yōu)選實施例中,還考慮了由于尾架頂尖 101與待加工物體100的接觸而引起的移動速度Vs的變化,并且適當?shù)刂匦?計算了極限扭矩值Tm。結(jié)果,能夠獲得更精確的極限扭矩值Tm,并且能夠 更可靠地支撐待加工物體。在本實施例中,極限扭矩值Tm僅計算了兩次(即, Tml和Tm2),但是本發(fā)明不局限于這種構(gòu)造,而是可以選擇地計算極限扭 矩值Tm更多次。例如,在步驟S120中,當驅(qū)動扭矩T達到第二極限扭矩 值Tm2時,可以基于該點處的移動速度Vs3來重新計算第三極限扭矩值 Tm3。
權(quán)利要求
1、一種尾架控制裝置,其通過驅(qū)動并且控制在前后方向上驅(qū)動尾架的具有彈簧構(gòu)件的驅(qū)動系統(tǒng)的伺服電動機來支撐待加工物體,以使連接到所述尾架上的尾架頂尖與所述待加工物體的中心孔接觸,所述尾架控制裝置包括極限扭矩值計算單元,其計算作為極限扭矩值的支撐所述待加工物體所需的所述伺服電動機的驅(qū)動扭矩值;伺服控制單元,其驅(qū)動并且控制所述伺服電動機以試圖使所述尾架以預(yù)先設(shè)定的尾架移動速度移動,直到所述伺服電動機的輸出扭矩值達到所述極限扭矩值,其中所述極限扭矩值計算單元包括計算作為支撐推力的支撐所述待加工物體所需的所述尾架的推力的單元;過剩推力計算單元,其計算作為過剩推力的在以所述尾架移動速度移動的所述尾架頂尖與所述待加工物體的接觸和所述尾架頂尖的停止之間的期間內(nèi)由于所述彈簧構(gòu)件的壓縮引起的彈性恢復力所導致的過剩推力;以及通過從所述支撐推力中減去所述過剩推力來計算所述極限扭矩值的單元。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾架控制裝置,進一步包括 實際速度檢測單元,其檢測作為實際速度的在所述伺服電動機的輸出扭矩值達到所述極限扭矩值時所述尾架的速度,其中當檢測到所述實際速度時,所述極限扭矩值計算單元在用所述實際速度 代替所述設(shè)定的移動速度的同時重新計算所述極限扭矩值,并且當重新計算出所述極限扭矩值時,所述伺服控制單元基于重新計算出的 極限扭矩值來驅(qū)動并且控制所述伺服電動機。
全文摘要
本發(fā)明公開一種尾架控制裝置,其通過驅(qū)動并且控制在前后方向上驅(qū)動尾架的具有彈簧構(gòu)件的驅(qū)動系統(tǒng)的伺服電動機來支撐待加工物體,以使連接到尾架上的尾架頂尖與待加工物體的中心孔接觸。尾架控制裝置包括極限扭矩值計算單元以及伺服控制單元,極限扭矩計算值單元計算作為極限扭矩值(Tm)的支撐待加工物體所需的伺服電動機的驅(qū)動扭矩值;伺服控制單元驅(qū)動并且控制伺服電動機以試圖使尾架以預(yù)先設(shè)定的尾架移動速度(Vs)移動,直到伺服電動機的輸出扭矩值(Tr)達到極限扭矩值(Tm)。通過從支撐待加工物體所需的支撐推力(Fa)中減去基于尾架移動速度(Vs)計算出的過剩推力Fs來計算極限扭矩值(Tm)。
文檔編號B23B23/00GK101502885SQ20091000626
公開日2009年8月12日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者丹羽和久, 市川義一, 西本卓史 申請人:大隈株式會社