同步控制多个电动机的电动机控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种同步控制多个电动机的电动机控制装置。电动机控制装置（1）具备：整流器（11），其将交流电源（3）侧的交流转换为直流；第1逆变器（12-A），其将整流器（11）的直流链路中的直流转换为用于驱动第1电动机（A）的交流电力；第2逆变器（12-B），其将直流链路中的直流转换为用于驱动第2电动机（B）的交流；停电检测单元（13），其检测交流电源（3）侧的停电；以及指令生成单元（14），其在非停电时，生成针对第1逆变器（12-A）和第2逆变器（12-B）的驱动指令，在停电时，在生成针对第1逆变器（12-A）的驱动指令的同时，使用根据驱动指令驱动的第1电动机（A）的位置反馈信息，来生成针对第2逆变器（12-B）的驱动指令。
【专利说明】同步控制多个电动机的电动机控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及同步控制至少两个电动机的电动机控制装置，特别地，涉及在机床中，对驱动刀具的刀具轴用电动机和驱动工件的工件轴用电动机进行同步控制的电动机控制
>J-U ρ?α装直。
【背景技术】
[0002]在机床中，针对机床的每个驱动轴具有电动机,并通过电动机控制装置对这些电动机进行驱动控制。这样的机床中的电动机控制装置，具备:整流器，其对由三相交流输入电源的某交流电源侧供给的交流电力进行整流，输出直流电力；以及逆变器，其连接至整流器的直流侧的直流链路，并将直流链路中的直流电力与作为电动机的牵引电力或再生电力的交流电力进行相互电力转换，该电动机控制装置对连接至设置于每个驱动轴的逆变器的交流侧的电动机的速度、转矩、或转子的位置进行控制。在齿轮加工机、凸轮加工机等机床中，通过使驱动刀具的刀具轴用电动机、和驱动工件的工件轴用电动机的两个旋转轴同步地进行驱动，利用刀具来加工工件。图7是说明齿轮加工机的刀具轴和工件轴的图。作为齿轮加工机的驱动轴，有对磨具、切削刀具等刀具进行驱动的刀具轴，和对工件进行驱动的工件轴。
[0003]作为对刀具轴用电动机和工件轴用电动机进行同步控制的电动机控制方式，大体上区分为NC指令同步方式和主从同步控制方式两种。对于各控制方式，作为一例，以同步控制两个电动机的情况为例，以下参照图8和图9进行说明。
[0004]图8是例示了基于NC指令同步方式的电动机控制装置的结构的框图。同步控制电动机A和电动机B的电动机控制装置101，由逆变器51-Α和逆变器51-Β以及数值控制装置50构成，其中，为了将交流的驱动电力分别供给至电动机A和电动机B而分别设置了逆变器51-Α和逆变器51-Β ;数值控制装置50对逆变器51-Α和逆变器51-Β进行控制，以便将使电动机A和电动机B进行所期望动作的驱动电力输出至逆变器51-Α和逆变器51-Β。逆变器51-Α和逆变器51-Β，通过设置于内部的半导体开关元件的开关动作，将所输入的直流电力转换为交流电力。此外，在图8中，关于将从交流电源供给的交流电力转换为直流电力，并供给至逆变器51-Α和逆变器51-Β的整流器，省略了图示。
[0005]如图8所示，在数值控制装置50中设置有驱动指令生成单元61，在NC指令同步方式中，对电动机A和电动机B进行同步控制的驱动指令由驱动指令生成单元61生成，被输出至逆变器51-Α和逆变器51-Β两者。为了使电动机A和电动机B以预先设定的同步比进行同步动作，将由驱动指令生成单元61生成的驱动指令的一方乘以该同步比。由驱动指令生成单元61生成的驱动指令，经由分别设置于数值控制装置50与逆变器51-Α和51-Β之间的通信电路62-Α和通信电路62-Β，被分别传送至各逆变器内的驱动指令接收单元63-Α和驱动指令接收单元63-Β。控制部64-Α和控制部64-Β，基于接收的驱动指令，以及电动机A和电动机B的驱动的结果生成的位置信息，即反馈脉冲(以下，称为“位置反馈信息”)，分别进行控制，以使逆变器51-Α和51-Β输出用于驱动电动机A和电动机B的交流电力。这样，在NC指令同步方式中，将由数值控制装置的驱动指令生成单元61所生成的驱动指令，输出至逆变器51-A和逆变器51-B两者，并同步控制电动机A和电动机B。
[0006]图9是例示了基于主从同步方式的电动机控制装置的结构的框图。同步控制电动机A和电动机B的电动机控制装置102，由逆变器71-A和逆变器71-B以及数值控制装置70构成，其中，为了分别将交流的驱动电力供给至电动机A和电动机B而分别设置了逆变器71-A和逆变器71-B ;数值控制装置70对逆变器71-A和逆变器71-B进行控制，以便将使电动机A和电动机B进行所期望动作的驱动电力输出至逆变器71-A和逆变器71-B。逆变器71-A和逆变器71-B，通过设置于内部的半导体开关元件的开关动作，将所输入的直流电力转换为交流电力。在图9所示的例中,将电动机A驱动的轴作为主轴,将电动机B驱动的轴作为从动轴。此外，在图9中，关于将从交流电源供给的交流电力转换为直流电力，并供给至逆变器71-A和逆变器71-B的整流器，省略了图示。
[0007]如图9所示，在数值控制装置70中设置有驱动指令生成单元81，在主从同步方式中，驱动指令由驱动指令生成单元81生成，并被输出至逆变器71-A和逆变器71-B中的一方(在图示的例中为逆变器71-A)。由驱动指令生成单元81生成的驱动指令，经由设置于数值控制装置70与逆变器71-A之间的通信线路82-1，被传送至逆变器71-A内的驱动指令接收单元83。逆变器71-A中的控制部84-A，基于接收的驱动指令以及电动机A的驱动的结果所生成的位置反馈信息进行控制，以使逆变器71-A输出用于驱动电动机A的交流电力。此外，电动机A的驱动的结果所生成的位置反馈信息，经由设置于逆变器71-A和逆变器71-B之间的通信线路82-2，被转发至逆变器71-B。所转发的电动机A的位置反馈信息(反馈脉冲)乘以预定的同步比，生成了与驱动主轴的电动机A的反馈脉冲成比例的驱动指令。逆变器71-B内的控制部84-B，按照基于这样的电动机A的位置反馈信息的驱动指令进行控制，以使逆变器71-B输出用于驱动电动机B的交流电力。这样，在主从同步方式中，关于驱动主轴的电动机(在图示的例中为电动机A)，基于由数值控制装置70的驱动指令生成单元81生成的驱动指令进行驱动；另一方面，关于驱动从动轴的电动机(在图示的例中为电动机B)，基于与驱动主轴的电动机的位置反馈信息成比例的驱动指令进行驱动，由此实现了电动机A和电动机B的同步控制。
[0008]在机床中，根据机床的适用情况来适当地区分使用NC指令同步方式和主从同步方式。例如，在切削加工时的外部干扰频率低的情况下，能够采用主从同步方式来提高同步控制的精度，但是，另一方面，在切削加工时的外部干扰频率高的情况下，采用主从同步方式时,主轴的振动导致从动轴振动,无法维持稳定的切削加工。因此在切削加工时的外部干扰频率高的情况下采用NC指令同步方式。
[0009]例如，在齿轮加工机中，在电动机控制装置的交流电源侧发生了停电时，驱动轴与工件轴啮合地进行同步的情况下，由于发生停电，导致电动机控制装置陷入不能控制的状态时，驱动轴与工件轴之间的同步关系可能被破坏，刀具、工件或机床本体本身可能会破损。为了避免这样的事态，需要在发生停电时，也维持驱动轴与工件轴的同步关系的状态，进行刀具轴和工件轴中的一方的轴从另一方的轴退避的动作。因此，为了确保用于发生停电时的轴退避动作的备用电源，一般设置大容量的无停电电源装置、电容器等，但是大容量的备用电源存在成本高、占据空间也大的缺点。
[0010]因此，为了谋求备用电源的低成本化和省空间化，提供了一种控制方法，即在发生停电时，利用因刀具轴或工件轴的电动机的减速而生成的再生能量，以直流链路中的直流电压的形式确保用于轴退避动作的驱动电压，在发生停电后也暂时使刀具轴和工件轴同步驱动，同时进行轴退避动作。在这样的利用在电动机减速时发生的再生能量的控制方法中，需要监视直流链路的直流电压，并进行电动机的减速控制或加速控制，以使该直流电压在预定的范围内。
[0011]例如，如日本特开平8-227307号公报中记载的那样提供了一种技术，其中，在基于主从同步方式的电动机控制装置中，在检测出交流电源侧停电时，向刀具轴赋予减速指令，并利用在其减速时生成的再生能量，将用于驱动电动机的控制电压确保为直流链路中的直流电压，在一边维持刀具轴与工件轴的同步关系一边进行驱动的同时，进行使刀具轴与工件轴分离的轴退避动作。根据该技术，利用主轴的放大器(逆变器)来监视直流链路中的直流电压，当对主轴电动机进行减速控制时，从动轴电动机基于主轴电动机的反馈信息进行随动，因此能够一边维持主轴与从动轴的同步关系一边进行减速控制，并且能够进行使刀具轴与工件轴分离的轴退避动作。
[0012]在机床中，根据机床的适用情况来适当区分使用NC指令同步方式和主从同步方式的情况正如已经说明的那样。根据机床的使用方法，针对2轴同步的方法，也存在想要采用NC指令同步方式而不是主从方式的情况。例如，在切削加工时的外部干扰的频率高时，通常，根据上述理由采用NC指令同步方式。然而，在NC指令同步方式的情况下，难以实现使用电动机减速时的再生能源的同步驱动以及轴退避动作。其理由如下。
[0013]在NC指令同步方式中，数值控制装置对于刀具轴和工件轴两者赋予同步了的驱动指令来进行控制。这里，在想要实现使用了电动机减速时的再生能源的上述轴退避动作的情况下，在数值控制装置侧监视直流链路中的直流电压，并根据其监视结果来赋予针对驱动轴和工件轴的减速或加速指令，进行使直流链路中的直流电压位于某个预定范围的控制。然而，关于直流链路中的直流电压的信息，通常在放大器(逆变器)侧取得，因此需要将取得的关于直流链路中的直流电压的信息从放大器传送至数值控制装置侧，并且，需要进行在数值控制装置侧基于所传送来的信息来生成对于刀具轴和工件轴的减速或加速指令，输出至放大器侧的处理。在这样的一系列的处理中，包括了关于直流链路中的直流电压的信息的传送处理、指令生成处理、以及指令输出处理的处理，并在取得了关于直流链路中的直流电压的信息之后直到进行与其对应的指令输出处理，需要时间。也就是说，直到根据检测出的电压来输出指令的期间，存在时间上的延迟。在交流电源侧未发生停电的通常的控制状态下，系统整体的消耗能量为一定程度大的电动机控制装置的情况下，当交流电源侧发生停电时，直流链路中的直流电压急速地下降，或者当电动机减速时的再生能量过大时，直流链路中的直流电压急速地超过允许电压水平。因此，在上述延迟存在的NC指令同步方式的情况下，难以实现使用上述电动机的减速能量的同步驱动以及轴退避动作，不得不使用大容量的备用电源。
【发明内容】
[0014]本发明的目的在于，鉴于上述问题，提供一种在同步控制至少2个电动机的机床中，能够在交流电源侧发生停电时执行轴退避动作的低成本省空间的电动机控制装置。
[0015]为了实现上述目的，同步控制至少2个电动机的电动机控制装置，具备:整流器，其将由交流电源侧供给的交流电力转换为直流电力后输出；第I逆变器，其连接至整流器的直流侧的直流链路，并基于接收的指令，对直流链路中的直流电力进行转换，输出用于驱动第I电动机的交流电力；第2逆变器，其连接至直流链路，并基于接收的指令，对直流链路中的直流电力进行转换，输出用于驱动第2电动机的交流电力；停电检测单元，其检测整流器的交流电源侧有无停电；指令生成单元，其在停电检测单元未检测停电时，生成针对第I逆变器和第2逆变器两者的用于同步控制第I电动机和第2电动机的NC指令同步用驱动指令，在停电检测单元检测出停电时，在生成对于第I逆变器的主导用驱动指令的同时，使用根据主导用驱动指令驱动的第I电动机的位置反馈信息，生成针对第2逆变器的用于同步控制第I电动机和第2电动机的从动用驱动指令。
[0016]上述指令生成单元具有:直流电压维持指令生成单元，其生成用于控制第I逆变器的直流电压维持指令作为上述主导用驱动指令，以便将直流链路的电压维持在预定的范围内，该直流电压维持指令生成单元可以设置在第I逆变器内。
[0017]上述指令生成单元具有生成NC指令同步用驱动指令的驱动指令生成单元，该驱动指令生成单元设置在对第I电动机和第2电动机的动作进行统一控制的数值控制装置内，可以使用在停电检测单元检测出停电时的位置反馈信息，在第2逆变器内生成针对第2逆变器的、用于同步控制第I电动机和第2电动机的从动用驱动指令。
[0018]此外，电动机控制装置可以具备:将驱动指令生成单元和第I逆变器可通信地连接的第I通信单元、以及将驱动指令生成单元和第2逆变器可通信地连接的第2通信单元，这种情况下，当停电检测单元未检测停电时，由驱动指令生成单元生成的NC指令同步用驱动指令分别经由第I通信单元和第2通信单元被传送至第I逆变器和第2逆变器。
[0019]此外，电动机控制装置还可以具备将第I逆变器和第2逆变器之间可通信地连接的第3通信单元，这种情况下，当停电检测单元检测出停电时，从第I电动机输送至第I逆变器的位置反馈信息，经由第3通信单元被输送至第2逆变器。
[0020]此外，或者，电动机控制装置还可以具备将来自第I电动机的位置反馈信息分支地分配至第I逆变器和第2逆变器的分支单元。
[0021]此外，第I电动机和第2电动机中的任意一方可以是对机床的刀具轴进行旋转驱动的刀具轴用电动机，另一方是对机床的工件轴进行旋转驱动的工件轴用电动机。
[0022]此外，电动机控制装置具备:第3逆变器，其连接至直流链路，并基于接收的指令，对直流链路中的直流电力进行转换，输出用于驱动刀具移动轴用电动机的交流电力，其中该刀具移动轴用电动机控制刀具轴与工件轴之间的距离，上述指令生成单元可以具有:退避指令生成单元，其生成针对第3逆变器的用于驱动刀具移动轴用电动机的退避指令，以便在停电检测单元检测出停电时，使刀具轴和工件轴中的一方从另一方退避。
[0023]刀具轴可以是对齿轮加工机或凸轮加工机中的刀具进行驱动的轴。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]通过参照以下附图，得以更清楚地理解本发明。
[0025]图1是电动机控制装置的功能框图。
[0026]图2是表示第I实施例的电动机控制装置的具体结构的框图。
[0027]图3是表示图2所示的电动机控制装置的动作流程的流程图。
[0028]图4是表示图2所示的电动机控制装置的动作的时序图。
[0029]图5是表示第2实施例的电动机控制装置的具体结构的框图。
[0030]图6是表示图5所示的电动机控制装置的动作流程的流程图。
[0031]图7是说明齿轮加工机的刀具轴和工件轴的图。
[0032]图8是例示了基于NC指令同步方式的电动机控制装置的结构的框图。
[0033]图9是例示了基于主从同步方式的电动机控制装置的结构的框图。
【具体实施方式】
[0034]以下，参照附图来说明同步控制多个电动机的电动机控制装置。但是，应该理解本发明并不限制于附图或以下说明的实施方式。
[0035]图1是电动机控制装置的功能框图。以下，在不同附图中，附带了相同参照符号的结构要素意味着是具有相同功能的结构要素。这里，说明对两个电动机A和B进行同步控制的电动机控制装置I的各功能。在第I电动机A和第2电动机B中，任意一方是对机床的刀具轴进行旋转驱动的刀具轴用电动机，另一方是对机床的工件轴进行旋转驱动的工件轴用电动机。此外，刀具轴是对齿轮加工机或凸轮加工机中的刀具进行驱动的轴。例如，在齿轮加工机的情况下，对磨具、切削刀具等刀具进行驱动的刀具轴和对工件进行驱动的工件轴成为驱动轴。此外，通过电动机控制装置I控制的电动机的个数可以为2个以上。
[0036]对第I电动机A和第2电动机B进行同步控制的电动机控制装置1，具备整流器
11、第I逆变器12-A、第2逆变器12-B、停电检测单元13，以及指令生成单元14。
[0037]整流器11对由三相交流电源3 (以下，简单称为“交流电源”)侧供给的交流电力进行整流，并将直流电力输出至整流器11的直流侧即直流链路。所使用的整流器11的实施方式不受特别地限制，例如有带有120度通电再生功能的三相全波整流电路、或PWM控制方式的整流电路等。
[0038]整流器11与第I逆变器12-A以及第2逆变器12_B，经由直流链路而连接。第I逆变器12-A和第2逆变器12-B构成为例如PWM逆变器等这样的、在内部具有开关元件的转换电路。这里，由于作为例子列举了利用电动机控制装置I来同步控制第I电动机A和第2电动机B的情况，因此，对于进行驱动的第I电动机A和第2电动机B分别设置了第I逆变器12-A和第2逆变器12-B。
[0039]第I逆变器12-A根据从指令生成单元14接收的指令，使内部的开关元件进行开关动作，并将由直流链路侧供给的直流电力转换为用于驱动第I电动机A的所期望电压和所期望频率的三相交流电力。第I电动机A根据供给的电压可变和频率可变的三相交流电力来进行动作。此外，在第I电动机A的制动时，再生电力发生，但是根据从指令生成单元14接收的指令，将在第I电动机A中发生的再生电力即交流电力转换为直流电力来返回至直流链路。这样，第I逆变器12-A，是根据接收的指令，将直流链路中的直流电力以及第I电动机A的牵弓I电力或再生电力即交流电力，进行相互电力转换的装置。
[0040]同样地，第2逆变器12-B根据从指令生成单元14接收的指令，使内部的开关元件进行开关动作，并将由直流链路侧供给的直流电力转换为用于驱动第2电动机B的所期望电压和所期望频率的三相交流电力。第2电动机B根据供给的电压可变和频率可变的三相交流电力来进行动作。此外，在第2电动机B的制动时，根据从指令生成单元14接收的指令，将在第2电动机B中发生的再生电力即交流电力转换为直流电力来返回至直流链路。这样，第2逆变器12-B也是根据接收的指令，将直流链路中的直流电力以及第2电动机B的牵引电力或再生电力即交流电力，进行相互电力转换的装置。
[0041]停电检测单元13检测整流器11的交流电源3侧有无停电。在图示的例子中，使用交流电源3的交流电压来检测整流器11的交流电源3侧有无停电，但是也可以使用整流器11的直流侧即直流链路的直流电压来检测整流器11的交流电源侧有无停电。在停电检测单元13中生成的停电检测信号被发送至指令生成单元14。
[0042]指令生成单元14具备驱动指令生成单元21和直流电压维持指令生成单元22。
[0043]在停电检测单元13不检测停电时，驱动指令生成单元21针对用于同步控制第I电动机A和第2电动机B的第I逆变器12-A和第2逆变器12-B两者，生成NC指令同步用驱动指令。
[0044]在通过停电检测单元13检测出未停电时，通过该NC指令同步用驱动指令，来控制第I逆变器12-A和第2逆变器12-B的电力转换动作。
[0045]另一方面，在停电检测单元13检测出停电时，通过由直流电压维持指令生成单元22生成的、用于将作为主导用驱动指令的直流链路的电压维持在预定范围内的直流电压维持指令，来控制所述第I逆变器12-A的电力转换动作。通过作为主导用驱动指令的直流电压维持指令驱动第I电动机A，但是在该驱动指令下被驱动的第I电动机A的位置反馈信息，被用于生成对第2逆变器12-B的从动用驱动指令，该第2逆变器12-B用于同步控制第I电动机A和第2电动机B。在第2逆变器12-B中生成从动用驱动指令。
[0046]接着，说明上述第I逆变器12-A、第2逆变器12_B、停电检测单元13、以及指令生成单元14的具体实施例。如上述，在电动机控制装置I中进行同步控制的第I电动机A和第2电动机B中的任意一方是对机床的刀具轴进行旋转驱动的刀具轴用电动机,另一方是对机床的工件轴进行旋转驱动的工件轴用电动机，但是，在此作为一例，说明了以第I电动机A作为刀具轴用电动机，以第2电动机B作为工件轴用电动机的情况。
[0047]图2是表示第I实施例的电动机控制装置的具体结构的框图。
[0048]在第I实施例中，停电检测单元13设置在整流器11内的控制部中。参照符号11-1表示设置于整流器11内的开关元件的电桥电路构成的交流直流转换电路11-1。
[0049]在输出用于驱动刀具轴用电动机A的交流电力的刀具轴用逆变器12-A内，除了由开关元件的电桥电路构成的直流交流转换电路(未图示)之外，还设置有直流电压维持指令生成单元22、切换开关SW2以及通信部43。切换开关SW2通过停电的有无来切换刀具轴用逆变器12-A的电力转换动作，关于该动作，后面进行说明。通信部43作为使刀具轴用逆变器12-A与工件轴用逆变器12-B之间可通信地进行连接的通信单元而发挥作用，是将刀具轴用逆变器12-A内的控制部与工件轴用逆变器12-B内的控制部相连结的通信线路，可以有线也可以无线。
[0050]在输出用于驱动工件轴用电动机B的交流电力的工件轴用逆变器12-B内，除了由开关元件的电桥电路构成的直流交流转换电路(未图示)之外，还设置有切换开关SW3。切换开关SW3通过停电的有无来切换工件轴用逆变器12-B的电力转换动作，关于该动作，后面进行说明。
[0051]设置有刀具移动轴用电动机C，其在停电检测单元13检测出停电时，对用于使刀具轴和工件轴中的一方从另一方退避的刀具移动轴进行驱动。刀具移动轴用逆变器12-C连接至直流链路，并根据接收的指令，转换直流链路中的直流电力，并输出用于驱动刀具移动轴用电动机C的交流电力，其中该刀具移动轴用电动机C用于控制刀具轴和工件轴之间的距离。
[0052]在对刀具轴用电动机12-A和工件轴用电动机12-B的动作进行统一控制的数值控制装置31内，设置有驱动指令生成单元21、刀具移动轴用驱动指令生成单元23、切换开关Sffl以及退避指令生成单元24。切换开关SWl作为生成刀具移动轴用逆变器12-C的电力转换动作的指令的单元，通过停电的有无，来切换刀具移动轴用驱动指令生成单元23和退避指令生成单元24。刀具移动轴用驱动指令生成单元23生成对刀具移动轴用逆变器12-C进行控制的指令，以便在非停电时(即正常时)，刀具移动轴用电动机C进行使刀具轴与工件轴接近的动作，以便能够进行加工处理。退避指令生成单元24生成对刀具移动轴用逆变器12-C进行控制的指令，以便在发生停电时，刀具移动轴用电动机C进行用于使刀具轴与工件轴中的一方从另一方退避的动作。
[0053]在数值控制装置31内的驱动指令生成单元21与刀具轴用逆转换器12-A之间，设置有使它们能够互相进行通信地连接的通信线路41 ;并在数值控制装置31内的驱动指令生成单元21与工件轴用逆转换器12-B之间，设置有使它们能够互相进行通信地连接的通信电路42。通信线路41和42可以有线，也可以无线。
[0054]接着,参照图3和图4,来说明图2中表示的电动机控制装置的动作。图3是表示图2所示的电动机控制装置的动作流程的流程图。此外，图4是表示图2所示的电动机控制装置的动作的时序图。
[0055]在非停电时(即正常时)，根据机床中的加工内容，数值控制装置31内的驱动指令生成单元21生成的用于刀具轴的NC指令同步用驱动指令，经由通信线路41被输出至刀具轴用逆变器12-A。此外，将驱动指令生成单元21生成的用于刀具轴的NC指令同步用驱动指令乘以预先设定的同步比而得的用于工件轴的NC指令同步用驱动指令，经由通信线路42被输出至工件轴用逆变器12-B。根据这些NC指令同步用驱动指令，在刀具轴中，刀具轴用电动机12-A利用刀具轴用逆变器12-A输出的交流电力进行动作(步骤S100);在工件轴中，工件轴用电动机12-B利用工件轴用逆变器12-B输出的交流电力进行动作(步骤S200)。这样，在非停电时(即正常时)，由于刀具轴用电动机12-A和工件轴用电动机12-B同时根据驱动指令生成单元21生成的NC指令同步用驱动指令来进行动作，因此在刀具轴用电动机12-A与工件轴用电动机12-B之间实现了 NC指令同步。此外，刀具移动轴用驱动指令生成单元23生成的刀具移动轴用驱动指令被输出至刀具移动轴用逆变器12-C，以便能够进行预定的加工处理。按照该刀具移动轴用驱动指令，在刀具移动轴中，刀具移动轴用电动机12-C利用刀具移动轴用逆变器12-C输出的交流电力进行动作(步骤S300)。
[0056]在步骤S101、S201和S301中，数值控制装置31基于接收的来自停电检测单元13的停电检测信号(图4)，判定在整流器11的交流电源侧是否发生了停电。停电检测信号被输出至数值控制部31内的切换开关SW1、刀具轴用逆变器12-A内的切换开关SW2以及工件轴用逆变器12-B内的切换开关SW3。当基于停电检测信号，判定为在交流电源侧发生了停电时，开关SW1、开关SW2和开关SW3从“非停电”侧切换至“停电”侧，且各轴按照下述进行动作。这里，发生停电时的各轴的电动机，通过将直流链路中的直流电力转换而得的交流电力来驱动。
[0057]首先，说明发生停电时的刀具轴的动作。
[0058]在步骤S102中，设置于刀具轴用逆变器12-A内的直流电压维持指令生成单元22，判定直流链路中的直流电压是否为预定的电压维持范围的下限值以下。在下限值以下时，前进至步骤S104 ;在不是这种情况时，前进至步骤S103。
[0059]在步骤S102中，在判定为直流链路中直流电压为预定的电压维持范围的下限值以下时，在步骤S104中，直流电压维持指令生成单元22生成作为主导用驱动指令的直流电压维持指令，该主导用驱动指令用于进行控制以使刀具轴用逆变器12-A输出用于使刀具轴用电动机A进行再生动作的交流电力。通过作为主导用驱动指令的该直流电压维持指令，刀具轴用逆变器12-A使刀具轴用电动机A进行减速动作地对设置于内部的开关元件的开关动作进行控制，并将刀具轴用电动机A中再生的交流电力转换为直流电力后返回至直流链路。通过该再生动作，直流链路中的直流电压上升(图4)。在步骤S104之后，前进至步骤 S106。
[0060]在步骤S102中，在未判定出直流链路中直流电压为预定的电压维持范围的下限值以下时，在步骤S103中，直流电压维持指令生成单元22判定直流链路中的直流电压是否为预定的电压维持范围的上限值以上。在上限值以上时，前进至步骤S105 ;在不是这种情况时，前进至步骤S106。
[0061]在步骤S103中，在判定为直流链路中直流电压为预定的电压维持范围的上限值以上时，在步骤S105中，直流电压维持指令生成单元22生成直流电压维持指令，该直流电压维持指令用于进行控制以使刀具轴用逆变器12-A输出用于使刀具轴用电动机A进行牵引动作的交流电力。通过该直流电压维持指令，刀具轴用逆变器12-A使刀具轴用电动机A进行加速动作或恒定速度维持动作地控制设置于内部的开关元件的开关动作，并将直流链路中的直流电力转换为交流电力，输出至刀具轴用电动机A。由此，刀具轴用电动机A进行加速或维持恒定速度，直流链路中的直流电力被消耗，直流电压下降(图4)。在步骤S105之后，前进至步骤S106。
[0062]在步骤S106中，在刀具轴用电动机A中生成位置反馈信息(反馈脉冲)(图4)，在步骤S107中，在刀具轴用电动机A中生成的位置反馈信息经由通信部43而从刀具轴用逆变器12-A转发至工件轴用逆变器12-B。之后，返回至步骤S102。以后，反复地执行步骤S102至S107的处理，并控制刀具轴的电动机速度，以使直流链路中的直流电压位于预定的电压维持范围内(图4)。
[0063]接着，说明发生停电时的工件轴的动作。
[0064]在步骤S202中，工件轴用逆变器12-B经由通信部43从刀具轴用逆变器12_A接收位置反馈信息。然后，在步骤S203中，在工件轴用逆变器12-B内的控制部中，将所转发的刀具轴用电动机A的位置反馈信息乘以预定的同步比，生成与刀具轴用电动机A的反馈脉冲成比例的从动用驱动指令。工件轴逆变器12-B按照基于这样的电动机A的位置反馈信息的从动用驱动指令，输出用于驱动工件轴用电动机B的交流电力。由此，工件轴用电动机B进行动作。工件轴用电动机B,如上述,基于使用刀具轴用电动机A的位置反馈信息而生成的从动用驱动指令进行同步动作，因此，实现了刀具轴为主轴、工件轴为从动轴的主从同步。
[0065]接着，说明发生停电时的刀具移动轴的动作。
[0066]在步骤S302中，数值控制装置31内的退避指令生成单元24，为了使刀具移动轴用电动机C在发生停电时进行用于使刀具轴与工件轴中的一方从另一方退避的动作而生成用于控制刀具移动轴用逆变器12-C的退避指令，并将其输出至刀具移动轴用逆变器12-C。刀具移动轴用逆变器12-C基于该退避指令，来控制设置于内部的开关元件的开关动作，并将直流链路中的直流电力转换为交流电力后输出至刀具移动轴用电动机C。由此，刀具移动轴用电动机C使刀具移动轴进行动作，以使刀具轴与工件轴中的一方从另一方退避。用于该退避动作的刀具移动轴用电动机C，将直流链路中的直流电力作为能量源，使动作在其范围内完结。
[0067]如上所述，根据第I实施例，在交流电源侧的非停电时(即正常时)，基于NC指令同步方式来同步控制刀具轴用电动机A和工件轴用电动机B。此外，在交流电源侧发生停电时，基于主从同步方式来同步控制刀具轴用电动机A和工件轴用电动机B，并对于刀具移动轴用电动机C进行控制，以使刀具移动轴进行退避动作，并且进行使得用作发生停电时的能量源的直流链路中的直流电压位于预定的电压维持范围内的控制。通过该直流电压控制，发生停电时进行的轴退避动作，直流链路中的直流电压不会急速地下降，或者不会超过允许电压水平。
[0068]图5是表示第2实施例的电动机控制装置的具体结构的框图。此外，图6是表示图5所示的电动机控制装置的动作流程的流程图。在第2实施例中，使用设置于刀具轴用逆变器12-A的外部的分支电路44，来代替上述第I实施例中的刀具轴用逆变器12-A内的通信部43。
[0069]在图5中，分支电路44将来自刀具轴用电动机A的位置反馈信息分支地分配至刀具轴用逆变器12-A和工件轴用逆变器12-B。此外，关于除此以外的电路结构要素与图1和图2中表示的电路结构要素相同，因此对于相同的电路结构要素附带了相同的符号，并省略了对该电路结构要素的详细说明。
[0070]此外，在图6中，作为步骤S108来代替图3中的步骤S107，在刀具轴用电动机中生成的位置反馈信息，通过分支电路44被分支地分配至刀具轴用逆变器12-A和工件轴用逆变器12-B。此外，关于除此以外的处理与图3中所示的处理相同，因此对于相同处理附带了相同的符号，并省略了对该处理的详细说明。
[0071]此外，在上述第I实施例和第2实施例中，说明了设图1的第I电动机A为刀具轴用电动机、设图1的第2电动机B为工件轴用电动机的情况，但是也可以实现为设第I电动机A为工件用电动机、设第2电动机B为刀具轴用电动机。这种情况下，在基于交流电源侧的发生停电时的主从同步方式的同步控制中，工件轴用电动机对应主轴，刀具轴用电动机对应从动轴。
[0072]本发明能够适用于对至少两个电动机进行同步控制的电动机控制装置，特别地，能够适用于在机床中，对驱动刀具的刀具轴用电动机和驱动工件的工件轴用电动机进行同步控制的电动机控制装置。该电动机控制装置能够适用于对每个驱动轴具有电动机的机床，例如，能够将驱动轴作为对加工机中的刀具进行驱动的轴、作为对加工机中的工件进行驱动的轴。
[0073]根据本发明，在对至少两个电动机进行同步控制的机床中，在交流电源侧发生停电时，能够进行轴退避动作，并能够以低成本实现省空间的电动机控制装置。
[0074]一般，作为实现至少两个电动机的同步控制的方式，根据机床的适用情况来适当地区分使用NC指令同步方式和主从同步方式。例如，在切削加工时的外部干扰频率低的情况下，能够采用主从同步方式来提高同步控制的精度，但是，另一方面，在切削加工时的外部干扰频率高的情况下，采用主从同步方式时，主轴的振动导致从动轴振动,无法维持稳定的切削加工，因此采用NC指令同步方式。本发明特别适用于采用了应当与切削加工时的外部干扰频率高的情况对应的NC指令同步方式的机床。即，在交流电源侧发生了停电时，通过从NC指令同步方式转换为主从同步方式，能够实现以以往的NC指令同步方式不可能实现的、使利用在电动机减速时产生的再生能量的刀具轴和工件轴分离的轴退避动作，因此，不需要用于轴退避动作的大容量的后备电源，因此能够以低成本实现省空间的电动机控制装置。根据本发明，在交流电源侧发生停电时，基于主从同步方式来进行同步控制，并对于刀具移动轴用电动机C进行控制，以使刀具移动轴进行退避动作，并且控制使用作发生停电时的能量源的直流链路中的直流电压位于预定的电压维持范围内，因此，在发生停电时，直流链路中的直流电压不会急速地下降，或者不会超过允许电压水平。
【权利要求】
1.一种同步控制至少2个电动机的电动机控制装置(1)，其特征在于， 具备: 整流器(11)，其将由交流电源(3 )侧供给的交流电力转换为直流电力后输出； 第I逆变器(12-A)，其连接至所述整流器(11)的直流侧的直流链路，并基于接收的指令，对所述直流链路中的直流电力进行转换，输出用于驱动第I电动机(A)的交流电力； 第2逆变器(12-B)，其连接至所述直流链路，并基于接收的指令，对所述直流链路中的直流电力进行转换，输出用于驱动第2电动机(B)的交流电力； 停电检测单元(13)，其检测所述整流器(11)的交流电源(3)侧有无停电；以及指令生成单元(14),其在所述停电检测单元(13)未检测停电时,生成针对所述第I逆变器(12-A)和所述第2逆变器(12-B)两者的、用于同步控制第I电动机(A)和第2电动机(B)的NC指令同步用驱动指令，在所述停电检测单元(13)检测出停电时，在生成针对所述第I逆变器(12-A)的主导用驱动指令的同时，使用根据所述主导用驱动指令驱动的第I电动机(A)的位置反馈信息，生成针对所述第2逆变器(12-B)的、用于同步控制第I电动机(A)和第2电动机(B)的从动用驱动指令。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 所述指令生成单元(14)具有:直流电压维持指令生成单元(22)，其生成用于控制所述第I逆变器(12-A)的直流电压维持指令作为所述主导用驱动指令，以便将所述直流链路的电压维持在预定的范围 内， 所述直流电压维持指令生成单元(22)设置在所述第I逆变器(12-A)内。
3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 所述指令生成单元(14)具有生成所述NC指令同步用驱动指令的驱动指令生成单元(21)， 所述驱动指令生成单元(21)设置在对第I电动机(A)和第2电动机(B)的动作进行统一控制的数值控制装置(31)内， 使用在所述停电检测单元(13)检测出停电时的所述位置反馈信息，在所述第2逆变器(12-B)内生成针对所述第2逆变器(12-B)的、用于同步控制第I电动机(A)和第2电动机(B)的从动用驱动指令。
4.根据权利要求3所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 具备:将所述驱动指令生成单元(21)和所述第I逆变器(12-A)可通信地连接的第I通信单元(41);以及将所述驱动指令生成单元(21)和所述第2逆变器(12-B)可通信地连接的第2通信单元(42), 当所述停电检测单元(13)未检测停电时，由所述驱动指令生成单元(21)生成的NC指令同步用驱动指令分别经由所述第I通信单元(41)和所述第2通信单元(42)被传送至所述第I逆变器(12-A)和所述第2逆变器(12-B)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动机控制装置(1)，其特征在于， 具备:将所述第I逆变器(12-A)和所述第2逆变器(12-B)之间可通信地连接的第3通信单元(43)， 当所述停电检测单元(13)检测出停电时，从第I电动机(A)输送至所述第I逆变器(12-A)的所述位置反馈信息，经由所述第3通信单元(43)被输送至所述第2逆变器(12-B)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 具备:将来自第I电动机(A)的所述位置反馈信息分支地分配至所述第I逆变器(12-A)和所述第2逆变器(12-B )的分支单元(44 )。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 第I电动机(A)和第2电动机(B)中的任意一方是对机床的刀具轴进行旋转驱动的刀具轴用电动机，另一方是对所述机床的工件轴进行旋转驱动的工件轴用电动机。
8.根据权利要求7所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 具备:第3逆变器，其连接至所述直流链路，并基于接收的指令，对所述直流链路中的直流电力进行转换，输出用于驱动刀具移动轴用电动机的交流电力，其中所述刀具移动轴用电动机控制所述刀具轴与所述工件轴之间的距离， 所述指令生成单元(14)具有退避指令生成单元(24)，其生成针对所述第3逆变器的、用于驱动所述刀具移动轴用电动机的退避指令，以便在所述停电检测单元(13)检测出停电时，使所述刀具轴和所述工件轴中的一方从另一方退避。
9.根据权利要求7或8所述的电动机控制装置(I)，其特征在于， 所述刀具轴是对齿轮加工机或凸轮加工机中的刀具进行驱动的轴。
【文档编号】B23Q15/00GK104070412SQ201410123651
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2013年3月29日
【发明者】堤智久 申请人:发那科株式会社