平面磨床的制作方法

平面磨床的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种平面磨床。本发明的平面磨床(100)使用包含双向油压泵(24)的工作台移动机构(20)使X轴工作台(2)移动，该平面磨床(100)具备：控制装置(9)，将X轴工作台(2)的位置或速度作为控制目标对X轴工作台(2)的移动进行控制；主控制器(9A)，根据来自控制装置(9)的工作台位置指令或工作台速度指令对双向油压泵(24)进行控制；及推力补偿器(9B)，以抵消妨碍X轴工作台(2)的移动的力的方式对双向油压泵(24)进行控制。
【专利说明】平面磨床

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种平面磨床，更详细而言，涉及一种具备用于搭载被磨削物的移动工作台的平面磨床。

【背景技术】
[0002]以往，已知有使用包含双向油压泵及液压缸的闭式回路油压系统使移动工作台往复移动的电-液压转换式驱动装置(例如参考专利文献I)。
[0003]该装置基于检测移动工作台的进给速度的测速发电机的输出对驱动双向油压泵的电伺服马达的转速进行控制。通过该结构，无需如开式回路油压系统那样配置对工作油的流动进行控制的阀，就能够对移动工作台的进给速度进行控制，从而能够提高能量转换效率。
[0004]以往技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开昭62-184206号公报


【发明内容】

[0007]发明要解决的技术课题
[0008]然而，专利文献I的电-液压转换式驱动装置仅仅是基于移动工作台的指令速度对电伺服马达的转速进行控制的装置。因此，使活塞在液压缸内滑动时，无法防止由液压衬垫等活塞密封件与液压缸的内壁之间产生的摩擦力引起的可控性的恶化。其结果，使移动工作台开始移动时，移动工作台的移动变得不稳定。
[0009]鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够在开始进行移动工作台的移动时使移动工作台的移动变得稳定的平面磨床。
[0010]用于解决技术课题的手段
[0011]为了实现上述目的，本发明的实施例所涉及的平面磨床使用包含双向液压泵的闭式回路液压系统使移动工作台移动，该平面磨床具备:控制装置，将所述移动工作台的位置或速度作为控制目标对所述移动工作台的移动进行控制；主控制器，根据来自所述控制装置的工作台位置指令或工作台速度指令对所述双向液压泵进行控制；及副控制器，以抵消妨碍所述移动工作台的移动的力的方式对所述双向液压泵进行控制。
[0012]发明效果
[0013]通过上述机构，本发明可以提供一种能够使移动工作台开始移动时的移动变得稳定的平面磨床。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是本发明的实施例所涉及的平面磨床的侧视图。
[0015]图2是图1的平面磨床的俯视图。
[0016]图3是工作台移动机构的正剖视图。
[0017]图4是工作台移动机构的侧剖视图。
[0018]图5是表示工作台移动机构的结构例的概要图。
[0019]图6是表示补偿指令的值与摩擦力之间的关系图。
[0020]图7是表示平面磨床使X轴工作台移动时的控制流程图(其I)。
[0021]图8是表示主控制器的结构例的图(其I)。
[0022]图9是表示主控制器的结构例的图(其2)。
[0023]图10是表示主控制器的结构例的图(其3)。
[0024]图11是表示主控制器的结构例的图(其4)。
[0025]图12是表示X轴工作台的工作台位置、工作台速度、及工作台加速度的经时变化的图。
[0026]图13是表示推力补偿器的结构例的图(其I)。
[0027]图14是表示推力补偿器的结构例的图(其2)。
[0028]图15是表示平面磨床使X轴工作台移动时的控制流程图(其2)。
[0029]图16是表示基于双向油压泵的推力的经时变化、及X轴工作台的工作台速度的经时变化的图。

【具体实施方式】
[0030]以下，参考附图，对本发明的最佳实施方式进行说明。
[0031]图1是本发明的实施例所涉及的平面磨床100的侧视图，图2是其俯视图。平面磨床100主要包含主体底座1、X轴工作台2、横轴砂轮用支柱3、横轴砂轮头4、砂轮头旋转用马达5、砂轮头上下进给用马达6、砂轮头左右进给用马达7、工作台驱动用马达8及控制装置9。
[0032]主体底座I为将作为移动工作台的X轴工作台2支承为能够沿X轴方向往复移动的基座。具体而言，主体底座I在其上表面具有接纳从X轴工作台2的下表面突出的导轨的轨道槽1AL、1 AR。
[0033]X轴工作台2为在主体底座I上能够沿X轴方向滑动的移动工作台，在其上表面支承被磨削物(工件)W。
[0034]横轴砂轮用支柱3为将横轴砂轮头4支承为能够沿上下方向(Z轴方向)及左右方向(Y轴方向)移动的装置。
[0035]横轴砂轮头4为具有砂轮轴40的砂轮头。在本实施例中，在砂轮轴40的前端安装有砂轮轮体41。
[0036]砂轮头旋转用马达5为旋转横轴砂轮头4的砂轮轴40的马达，例如使用伺服马达。
[0037]砂轮头上下进给用马达6为驱动使横轴砂轮头4沿上下方向(Z轴方向)移动的砂轮头上下移动机构的马达。在本实施例中，砂轮头上下进给用马达6为用于旋转使横轴砂轮头4沿Z轴方向移动的滚珠丝杠机构中的滚珠丝杠轴或滚珠丝杠螺母的伺服马达。
[0038]砂轮头左右进给用马达7为驱动用于使横轴砂轮头4沿左右方向(Y轴方向)移动的砂轮头左右移动机构的马达。在本实施例中，砂轮头左右进给用马达7为用于旋转使横轴砂轮头4沿Y轴方向移动的滚珠丝杠机构中的滚珠丝杠轴或滚珠丝杠螺母的伺服马达。
[0039]另外，上下移动机构及左右移动机构可以为齿轮齿条副机构等其他机构。
[0040]工作台驱动用马达8为驱动用于使X轴工作台2沿X轴方向移动的工作台移动机构的马达。在本实施例中，工作台驱动用马达8为用于旋转构成闭式回路油压系统即工作台移动机构的双向油压泵的伺服马达。
[0041]控制装置9为对平面磨床100的动作进行控制的装置，例如为具备CPU、RAM、ROM等的计算机。
[0042]具体而言，控制装置9对工作台驱动用马达8进行控制而使X轴工作台2上的工件W向规定位置移动。并且，控制装置9对砂轮头上下进给用马达6及砂轮头左右进给用马达7进行控制而使横轴砂轮头4向规定位置移动。
[0043]其后，控制装置9对砂轮头旋转用马达5进行控制而使横轴砂轮头4开始旋转，且对工作台驱动用马达8进行控制而使X轴工作台2向+X方向移动，并使砂轮轮体41与工件W接触而开始第I次磨削加工。
[0044]若通过工作台驱动用马达8使X轴工作台2移动至+X方向的规定位置，即，若砂轮轮体41对工件W的第I次磨削加工结束，则控制装置9使X轴工作台2沿-X方向移动而返回到原位置。此时，控制装置9可以通过砂轮头上下进给用马达6使横轴砂轮头4上升。这是为了在使X轴工作台2返回到原状态时防止横轴砂轮头4与工件W接触。此时，控制装置9也可以使砂轮头旋转用马达5暂时停止。
[0045]其后，控制装置9通过砂轮头旋转用马达5使横轴砂轮头4旋转，通过砂轮头上下进给用马达6使横轴砂轮头4下降。而且，控制装置9对工作台驱动用马达8进行控制而使X轴工作台2沿+X方向移动，并使砂轮轮体41与工件W接触而开始第2次磨削加工。
[0046]控制装置9通过反复进行上述动作来执行工件W的磨削。另外，控制装置9也可以在使X轴工作台沿-X方向移动时使砂轮轮体41与工件W接触而进行磨削加工。
[0047]接着，参考图3?图5，对工作台移动机构20进行说明。另外，图3是从箭头III表示的方向观察图1及图2中的包含单点划线的垂直面的正剖视图，图4是从箭头IV表示的方向观察图2及图3中的包含双点划线的垂直面的侧剖视图。图5是表示工作台移动机构20的结构例的概要图。另外，在图5中，为清楚起见省略主体底座I的图示。
[0048]如图5所示，工作台移动机构20为使X轴工作台2沿X轴方向往复移动的机构，主要由包含缸体21、活塞22、第I轴23F、第2轴23B及双向油压泵24的闭式回路油压系统构成。
[0049]缸体21固定于X轴工作台2的下表面，与X轴工作台2 —同在主体底座I上沿X轴方向移动。并且，缸体21在内部具备压力室21S(参考图4)，活塞22以能够使活塞22相对于压力室21S的内壁相对滑动的方式容纳于压力室21S内。另外，如图4所示，压力室21S通过活塞22被分隔成第I压力室21SF和第2压力室21SB。
[0050]第I轴23F为一端固定于活塞22的+X侧的面且另一端固定于外部的静止物23Fa的圆筒部件。第2轴23B同样地为一端固定于活塞22的-X侧的面且另一端固定于外部的静止物23Ba的圆筒部件。另外，静止物23Fa、23Ba只要是使X轴工作台2移动时能够使活塞22、第I轴23F及第2轴23B保持静止状态的物体即可，例如可以为主体底座I。
[0051]活塞22为以能够在缸体21的压力室21S内相对于压力室21S的内壁相对移动的方式容纳于压力室21S内的圆板部件。并且，活塞22的+X侧的面连接于第I轴23F，-X侧的面连接于第2轴23B。
[0052]通过这种结构，缸体21能够与X轴工作台2 —同相对于主体底座I往复移动,而第I轴23F、第2轴23B及活塞22则配置成相对于主体底座I静止。
[0053]如图3所示，X轴工作台2具备从其下表面向-Z方向突出的2个V字型的导轨2BL、2BR。并且，X轴工作台2使用静压轴承机构、动压轴承机构、或它们的组合或其他轴承机构，以能够在主体底座I上沿X轴方向往复移动的方式支承于主体底座I。另外，导轨形状无需一定为V字型。
[0054]并且，通过由工作台驱动用马达8驱动的双向油压泵24来控制X轴工作台2的X轴方向的往复移动。具体而言，如图4及图5所示，当使X轴工作台2沿箭头AR表示的方向(-X方向)移动时，双向油压泵24的第2端口 24B所排出的工作油如虚线所示通过第2轴23B流入到缸体21的第2压力室21SB。另一方面，缸体21的第I压力室21SF内的工作油通过第I轴23F到达双向油压泵24的第I端口 24F。其结果，第2压力室21SB的体积增大’第I压力室21SF的体积减小，从而X轴工作台2沿-X方向移动。
[0055]虽然省略图示，但当使X轴工作台2沿+X方向移动时，双向油压泵24的第I端口24F所排出的工作油通过第I轴23F流入到缸体21的第I压力室21SF。另一方面，缸体21的第2压力室21SB内的工作油通过第2轴23B到达双向油压泵24的第2端口 24B。其结果，第I压力室21SF的体积增大，第2压力室21SB的体积减小，从而X轴工作台2沿+X方向移动。
[0056]如图5所示，双向油压泵24通过工作台驱动用马达8而被旋转驱动，从第I端口24F或第2端口 24B排出与工作台驱动用马达8的旋转方向及转速相对应的流量的工作油。
[0057]工作台驱动用马达8根据马达驱动器8A所供给的电流而被驱动。马达驱动器8A根据来自控制装置9的主控制器9A的马达转速指令或转矩指令和来自作为副控制器的推力补偿器9B的马达转速指令或转矩指令向工作台驱动用马达8供给电流。例如,马达驱动器8A可以根据来自主控制器9A的马达转速指令和来自推力补偿器9B的马达转速指令向工作台驱动用马达8供给电流，也可以根据来自主控制器9A的转矩指令和来自推力补偿器9B的转矩指令向工作台驱动用马达8供给电流。或者，马达驱动器8A可以根据来自主控制器9A的马达转速指令和来自推力补偿器9B的转矩指令向工作台驱动用马达8供给电流，也可以根据来自主控制器9A的转矩指令和来自推力补偿器9B的马达转速指令向工作台驱动用马达8供给电流。
[0058]主控制器9A对马达驱动器8A输出马达转速指令或转矩指令，以使缸体21得到用于使X轴工作台2移动的力。具体而言，主控制器9A例如对马达驱动器8A输出马达转速指令或转矩指令，以使缸体21得到具有与X轴工作台2的惯性力相同大小的朝向所希望的移动方向的力。另外，具有与X轴工作台2的惯性力相同大小的朝向所希望的移动方向的力为对X轴工作台2(包含工件W)的质量乘以X轴工作台2的加速度而得到的力。
[0059]并且，主控制器9A对双向油压泵24的转速进行控制。例如，主控制器9A基于来自控制装置9的各种指令值和来自各种传感器的各种传感器输出来生成马达转速指令或转矩指令。具体而言，各种指令值为根据操作人员的输入等由控制装置9生成的指令值，包含工作台位置指令、工作台速度指令、工作台加速度指令、工作台驱动用马达转速指令(马达速度指令)等值。并且，各种传感器输出包含位移传感器30、第I缸压传感器31F、第2缸压传感器3IB、旋转角传感器32等的输出。
[0060]位移传感器30为检测X轴工作台2的位移的位移传感器，例如检测X轴工作台2相对于规定的基准位置的直线位移，并对控制装置9输出检测结果。在本实施例中，例如使用线位移传感器作为位移传感器30。
[0061]第I缸压传感器31F为检测缸体21中的第I压力室21SF的压力的传感器，例如检测连接第I轴23F和双向油压泵24的第I端口 24F的管路内的工作油的压力，并对控制装置9输出检测结果。
[0062]同样，第2缸压传感器31B为检测缸体21中的第2压力室21SB的压力的传感器，例如检测连接第2轴23B和双向油压泵24的第2端口 24B的管路内的工作油的压力，并对控制装置9输出检测结果。
[0063]另外，第I缸压传感器31F、第2缸压传感器31B可以分别安装于第I压力室21SF、第2压力室21SB，也可以分别安装于第I轴23F、第2轴23B。
[0064]旋转角传感器32为检测工作台驱动用马达8的旋转的传感器，例如检测工作台驱动用马达8的旋转方向及旋转角度，并对控制装置9输出检测结果。在本实施例中，例如使用旋转变压器作为旋转角传感器32。
[0065]推力补偿器9B为补偿用于使X轴工作台2移动的推力中被妨碍X轴工作台2的移动的力抵消的力的功能要件。
[0066]具体而言，推力补偿器9B对马达驱动器8A输出马达转速指令或转矩指令，以使缸体21得到用于将妨碍X轴工作台2的移动的力中除去X轴工作台2的惯性力的力即移动阻力抵消的力(以下设为“预加荷载力”)。更具体而言，推力补偿器9B例如对马达驱动器8A输出马达转速指令或转矩指令，以使缸体21得到具有X轴工作台2的最大静止摩擦力的大小且朝向所希望的移动方向的预加荷载力。另外，移动阻力例如除摩擦力以外还包含基于平面磨床100的磨削反作用力等。
[0067]并且，推力补偿器9B基于来自控制装置9的各种指令值和来自各种传感器的各种传感器输出生成马达转速指令或转矩指令。具体而言，各种指令值为根据操作人员的输入等由控制装置9生成的指令值，至少包含补偿指令的值。并且，各种传感器输出包含位移传感器30、第I缸压传感器31F、第2缸压传感器31B、旋转角传感器32、转矩检测器(未图/In )等的输出。
[0068]补偿指令的值为由作为补偿值决定部的控制装置9决定的值，例如为表示预加荷载力的值。
[0069]具体而言，当控制装置9具备用于计量作为移动阻力的摩擦力的传感器时，可以基于该传感器的输出来决定补偿指令的值。并且，控制装置9可以预先备有将X轴工作台2的位置、速度、缸体21的压力室之间的差压等与对于摩擦力的补偿指令的值之间建立关联的参考表和函数。在该情况下，控制装置9根据工作台速度指令、或基于各种传感器输出而获取的工作台位置或工作台速度等，并使用参考表和函数来决定补偿指令的值。其结果，控制装置9能够更早产生预加荷载力，从而能够使X轴工作台2的移动顺畅。
[0070]并且，当控制装置9具备用于计量作为移动阻力的磨削反作用力的传感器时，可以基于该传感器的输出来决定补偿指令的值。并且，控制装置9可以预先备有将磨削深度、砂轮轴40的转速等磨削条件与对于磨削反作用力的补偿指令的值之间建立关联的参考表和函数。在该情况下，控制装置9从当前的磨削条件，使用参考表和函数来决定补偿指令的值。其结果，控制装置9能够更早产生预加荷载力，从而能够使X轴工作台2的移动顺畅。
[0071]图6是表示补偿指令的值与摩擦力之间的关系的图。图6中，横轴上表示X轴工作台2的移动速度(工作台速度)，纵轴上表示摩擦力。
[0072]如图6所示，X轴工作台2的摩擦力在工作台速度为O时成为最大静止摩擦力，当工作台速度为规定速度Vth以下时，摩擦力随着工作台速度的增加而减小，若工作台速度超过规定速度Vth，则摩擦力随着工作台速度的增加而增加。
[0073]控制装置9例如根据该摩擦力的变化，随着工作台速度的增加而改变补偿指令的值。并且，控制装置9也可以与工作台速度的变化无关地将最大静止摩擦力以下的恒定值(例如最大静止摩擦力的90% )作为补偿指令的值来采用。
[0074]并且，当工作台速度超过规定速度Vth时，控制装置9可以将补偿指令的值设为零。这是为了仅限于在工作台速度比较低、基于主控制器9A的控制比较不稳定时，执行基于推力补偿器9B的追加控制。并且，是为了在工作台速度比较高、基于主控制器9A的控制稳定时简化控制内容。
[0075]图7是表示平面磨床100使X轴工作台2移动时的控制流程图。如图7所示，主控制器9A从控制装置9获取包含工作台位置指令、工作台速度指令、工作台加速度指令、马达速度指令中的至少I个的各种指令值。并且，推力补偿器9B从控制装置9获取至少包含补偿指令的各种指令值。
[0076]而且，主控制器9A及推力补偿器9B根据需要获取各种传感器输出。主控制器9A所获取的各种传感器输出包含位移传感器30所输出的工作台位置信号、缸压传感器31F、31B所输出的缸压信号、旋转角传感器32所输出的马达旋转角度信号中的至少I个。例如，主控制器9A在基于工作台位置指令对X轴工作台2的移动进行控制时，获取位移传感器30所输出的工作台位置信号。并且，主控制器9A在基于马达速度指令对X轴工作台2的移动进行控制时，获取旋转角传感器32所输出的马达旋转角度信号。并且，推力补偿器9B例如在进行预加荷载力的反馈控制时，获取第I缸压传感器31F所输出的第I缸压信号、及第2缸压传感器31B所输出的第2缸压信号。在该情况下,推力补偿器9B基于缸体21的压力室之间的差压监控由工作台移动机构20实际产生的推力，并且决定对马达驱动器8A输出的马达转速指令或转矩指令的值。另外，推力补偿器9B也有不获取传感器输出的情况。
[0077]其后，主控制器9A及推力补偿器9B分别基于所获取的各种指令值及各种传感器输出生成马达转速指令或转矩指令，并对马达驱动器8A输出所生成的马达转速指令或转矩指令。
[0078]其后，马达驱动器8A根据来自主控制器9A及推力补偿器9B的马达转速指令或转矩指令对工作台驱动用马达8供给电流。
[0079]在此，对构成工作台移动机构20的闭式回路油压系统中的、从双向油压泵24所排出的工作油的流量Q至X轴工作台2的工作台速度V的传递函数v/Q进行说明。
[0080]当X轴工作台2的中心和活塞22的中心处于相同垂直线上时，传递函数v/Q由以下公式(I)表示。
[0081][公式I]


I
[0082]^ = ^——■." (I)
Q ?,2 ?* ■福
Ms +齒 +..........................................γ-
[0083]其中，s表示拉普拉斯算子，Acyl表示活塞22的受压面积，Vcyl表示压力室21S的容积，M表示X轴工作台2的质量，B表示X轴工作台2的粘性摩擦系数，Ktjil表示工作油的体积弹性模量。
[0084]流量Q与工作台驱动用马达8的马达转速ωπ成正比，因此若将每单位转速的排量设为WP，则从马达转速ωπ至工作台速度V的传递函数由以下公式⑵表示。
[0085][公式2]


2
Wm
[0086]^--.…_)
?Ms'm+24Hg
[0087]其中，ωη、(?分别表示X轴工作台2的固有振动频率、衰减系数，由以下公式(3)、
(4)表示。
[0088][公式3]
[0089]…(3)

I
[0090][公式4]
T""".--
[_] C?.......轉
[0092]并且，Khst为基于闭式回路油压系统增益，由以下公式(5)表示。
[0093][公式5]
[0094]Km-=--...(S)
%
[0095]另外，固有振动频率ωη是指当ζ ^ = O时X轴工作台2加减速时所产生的X轴工作台2的固有振动频率。并且，衰减系数ζη为表示X轴工作台2的振动的衰减性的系数，在ξη<1的情况下，表示(?值越接近I振动越在短时间内衰减。
[0096]并且，当进行X轴工作台2的速度及加速度的反馈时，从速度指令Vto至工作台速度V的传递函数基于上述公式(2)由以下公式(6)表示。
[0097][公式6]
響夏,2.厂 Γ^Οβ?-rr----------------------------------------------------------...................S............................................................................................................................................................................w—.........................Mmmmmmmmmm..* I O I
[_ ^ SMUAf1-AkM 卜尤 A,s.rk2 P+24X 则/m
[0099]其中，ω。、ζ。分别为进行X轴工作台2的速度及加速度的反馈时X轴工作台2的控制固有振动频率、控制衰减系数，由以下公式(7)、(8)表示。
[0100][公式7]
[0101]--ι: =*..(7}
[0102][公式8]
_3] ‘息丄賢*…?
[0104]另外，Kv、Ka分别为速度反馈增益、加速度反馈增益，由以下公式(9)、(10)表示。
[0105][公式9]

-1
[ ] K1 = ea^....................._
iV'
[0107][公式10]
[0108]—ZiJ...(Ii)

Kmr&n
[0109]上述关系意味着能够根据所希望的控制衰减系数ζ。的值来决定加速度反馈增益Ka,即，意味着通过调节加速度反馈增益Ka能够实现所希望的控制衰减系数ζ。的值。另外，
控制衰减系数的值优选例如选择0.7 ( = 1/λ/2 )?I U之间的值。
[0110]接着，参考图8，对主控制器9Α的结构例进行说明。
[0111]在图8的结构例中，主控制器9Α获取工作台位置指令及工作台速度指令和工作台位置信号，并对马达驱动器8Α输出马达转速指令或转矩指令。
[0112]具体而言，主控制器9Α首先根据比例控制规则从来自控制装置9的工作台位置指令所表示的值减去来自位移传感器30的工作台位置信号所表示的值PL，并乘以规定的增益Kp来推导出第I控制值VI。另外，主控制器9Α也可以利用比例积分控制规则来代替比例控制规则。具体而言，主控制器9Α也可以将从工作台位置指令所表示的值减去值PL而得出的值和将该减法运算得出的值的积分值除以规定的时间常数的值进行加法运算之后，乘以规定的增益Kp来推导出第I控制值VI。
[0113]其后，主控制器9Α将来自控制装置9的工作台速度指令所表示的值乘以速度前馈增益Kvff而得到的速度前馈值VFF和第I控制值Vl进行加法运算。而且，主控制器9Α从加法运算后的值(V1+VFF)减去速度反馈值VFB而推导出第2控制值V2，其中，该速度反馈值VFB为对工作台位置信号进行伪微分而得到的工作台速度信号所表示的值乘以速度反馈增益1而得到。
[0114]其后，主控制器9Α从第2控制值V2减去加速度反馈值AFB而推导出马达转速指令或转矩指令，其中，该加速度反馈值AFB为对工作台速度信号进行伪微分而得到的、即对工作台位置信号进行二阶伪微分而得到的工作台加速度信号所表示的值乘以加速度反馈增益Ka而得到。
[0115]另外，主控制器9Α也可以将来自控制装置9的工作台加速度指令所表示的值乘以加速度前馈增益Kaff而得出的加速度前馈值AFF (未图示)和第2控制值V2进行加法运算之后，减去加速度反馈值AFB而推导出马达转速指令或转矩指令。并且，主控制器9A也可以省略速度反馈值VFB的计算、及从第I控制值Vl和速度前馈值VFF的总计值减去速度反馈值VFB的运算。
[0116]如此，图8所示的主控制器9A在具有由公式(6)表示的传递函数的控制模型下调节加速度反馈增益Ka，由此能够实现所希望的控制衰减系数ζ。。其结果，具备图8所示的主控制器9Α的平面磨床100能够使X轴工作台2加速或减速时所产生的X轴工作台2的振动提早衰减。
[0117]接着，参考图9，对主控制器9Α的另一结构例进行说明。
[0118]在图9的结构例中，主控制器9Α从第I缸压传感器3IF及第2缸压传感器3IB获取第I缸压信号及第2缸压信号从而代替工作台位置信号，在这一点上与图8的情况不同。即，反馈从压力室之间的差压推导出的工作台加速度信号，在这一点上与反馈对工作台位置信号进行二阶微分而得到的工作台加速度信号的图8的控制不同。
[0119]并且，主控制器9Α无需基于工作台位置指令推导出第I控制值Vl而是基于速度前馈值VFF推导出马达转速指令或转矩指令，在这一点上与图8的控制不同。
[0120]具体而言，主控制器9Α首先从来自控制装置9的工作台速度指令所表示的值乘以速度前馈增益Kvff而得出的速度前馈值VFF减去加速度反馈值AFB而推导出马达转速指令或转矩指令。
[0121]另外，在图9所示的控制中，主控制器9Α基于第I缸压信号和第2缸压信号推导出加速度反馈值AFB。
[0122]具体而言，主控制器9Α推导出第I缸压信号与第2缸压信号之差，并对所推导出的值适用低通滤波器及高通滤波器。低通滤波器为用于去除该差所包含的噪声的功能要件，高通滤波器为用于去除该差中所包含的摩擦力的影响的功能要件。另外，适用低通滤波器及高通滤波器后的信号例如具有X轴工作台2的固有振动频率的三分之一?五倍左右的频率。
[0123]其后，主控制器9Α对差压信号乘以Aw/M而得到工作台加速度信号。即，主控制器9A基于运动方程式对差压信号所表示的值乘以活塞22的受压面积Act1而推导出基于双向油压泵24的驱动力，并将该驱动力除以X轴工作台2的质量M而推导出X轴工作台2的加速度。另外，基于公式(9)的速度反馈增益的决定、基于公式(10)的加速度反馈增益的决定、以及从差压信号推导出X轴工作台2的加速度时所使用的质量M有时根据工件W的质量而发生变化。在该情况下，可以将标称质量作为质量M的值来使用而不是实际质量。标称质量优选使用能够搭载于X轴工作台2的工件W的最大质量。
[0124]其后，主控制器9A对工作台加速度信号所表示的值乘以加速度反馈增益Ka而推导出加速度反馈值AFB。
[0125]另外，在图9所示的控制中，主控制器9A同样也可以将来自控制装置9的工作台加速度指令所表示的值乘以加速度前馈增益Kaff而得出的加速度前馈值AFF(未图示)和速度前馈值VFF进行加法运算之后，减去加速度反馈值AFB而推导出马达转速指令或转矩指令。
[0126]并且，图9所示的主控制器9A也可以从检测第I压力室21SF与第2压力室21SB之间的差压的差压传感器(未图示)获取差压信号，从而代替分别从第I缸压传感器31F及第2缸压传感器31B获取缸压信号。
[0127]如此，与图8所示的情况同样，图9所示的主控制器9A在具有由公式(6)表示的传递函数的控制模型下调节加速度反馈增益Ka，由此能够实现所希望的控制衰减系数ζ。。其结果，具备图9所示的主控制器9Α的平面磨床100能够使X轴工作台2加速或减速时所产生的X轴工作台2的振动提早衰减。
[0128]接着，参考图10，对主控制器9Α的又一结构例进行说明。
[0129]在图10的结构例中，主控制器9Α从测速发电机等工作台速度传感器(未图示)获取工作台速度信号，从而代替工作台位置信号，在这一点上与图8的情况不同。S卩，反馈对工作台速度信号进行一阶微分而得到的工作台加速度信号，在这一点上与反馈对工作台位置信号进行二阶微分而得到的工作台加速度信号的图8的控制不同。
[0130]并且，主控制器9Α无需基于工作台位置指令推导出第I控制值Vl而是基于速度前馈值VFF推导出马达转速指令或转矩指令，在这一点上与图8的控制不同。
[0131]具体而言，主控制器9Α首先推导出对来自控制装置9的工作台速度指令所表示的值乘以速度前馈增益Kvff而得出的速度前馈值VFF。
[0132]其后，主控制器9Α从速度前馈值VFF减去对工作台速度信号所表示的值乘以速度反馈增益Kv而得出的速度反馈值VFB从而推导出第2控制值V2。
[0133]其后，主控制器9Α从第2控制值V2减去加速度反馈值AFB而推导出马达转速指令或转矩指令，其中，该加速度反馈值AFB对工作台速度信号进行一阶伪微分而得到的工作台加速度信号所表示的值乘以加速度反馈增益Ka而得到。
[0134]另外，在图10所示的控制中，主控制器9Α同样也可以将来自控制装置9的工作台加速度指令所表示的值乘以加速度前馈增益Kaff而得出的值AFF(未图示)和第2控制值V2进行加法运算之后，减去加速度反馈值AFB而推导出马达转速指令或转矩指令。并且，主控制器9A也可以省略速度反馈值VFB的计算、及从速度前馈值VFF减去速度反馈值VFB的运算。
[0135]如此，与图8所示的情况同样，图10所示的主控制器9A在具有由公式(6)表示的传递函数的控制模型下调节加速度反馈增益Ka，由此能够实现所希望的控制衰减系数ζ。。其结果，具备图10所示的主控制器9Α的平面磨床100能够使X轴工作台2的加速或减速时所产生的X轴工作台2的振动提早衰减。
[0136]接着，参考图11，对主控制器9Α的又一结构例进行说明。
[0137]在图11的结构例中，主控制器9Α从工作台加速度传感器(未图示)获取工作台加速度信号从而代替工作台位置信号，在这一点上与图8的情况不同。即，反馈从工作台加速度传感器直接得到的工作台加速度信号，在这一点上与反馈对工作台位置信号进行二阶微分而得到的工作台加速度信号的图8的控制不同。
[0138]并且，主控制器9Α无需基于工作台位置指令推导出第I控制值Vl而是基于速度前馈值VFF推导出马达转速指令或转矩指令，在这一点上与图8的控制不同。
[0139]具体而言，主控制器9Α首先推导出对来自控制装置9的工作台速度指令所表示的值乘以速度前馈增益Kvff而得出的速度前馈值VFF。
[0140]其后，主控制器9Α从速度前馈值VFF减去加速度反馈值AFB而推导出马达转速指令或转矩指令。
[0141]另外，在图11所示的控制中，主控制器9A同样也可以将来自控制装置9的工作台加速度指令所表示的值乘以加速度前馈增益Kaff而得出的加速度前馈值AFF(未图示)和速度前馈值VFF进行加法运算之后，减去加速度反馈值AFB而推导出马达转速指令或转矩指令。
[0142]如此，与图8所示的情况同样，图11所示的主控制器9A在具有由公式(6)表示的传递函数的控制模型下调节加速度反馈增益Ka，由此能够实现所希望的控制衰减系数ζ。。其结果，具备图11的主控制器9Α的平面磨床100能够使X轴工作台2的加速或减速时所产生的X轴工作台2的振动提早衰减。
[0143]另外，在图8中，主控制器9Α可以省略工作台位置指令及工作台速度指令中的任一指令的获取。并且，主控制器9Α可以省略基于工作台位置、工作台速度及工作台加速度的一部分或全部的反馈控制，也可以省略基于工作台位置、工作台速度及工作台加速度的一部分或全部的前馈控制。
[0144]并且，图9?图11所示的主控制器9Α也可以推导出使实际的工作台位置的值与工作台位置指令所表示的值之差抵消或者使实际工作台速度的值与工作台速度指令所表示的值之差抵消的马达转速指令或转矩指令。例如，与图8的情况同样，图9?图11所示的主控制器9Α也可以将基于工作台位置指令所表示的值和工作台位置信号所表示的值PL计算的第I控制信号Vl加在速度前馈值VFF上。
[0145]接着，参考图12，对通过主控制器9Α控制的X轴工作台2的振动衰减特性进行说明。另外，图12是表示X轴工作台2的工作台位置、工作台速度、及工作台加速度的经时变化的图，图12中的上图表示未使用加速度反馈值AFB时的变化，图12中的下图表示使用加速度反馈值AFB时的变化。并且，工作台位置的经时变化在图12中的上图及图12中的下图中是相同的。
[0146]并且，图12中的阴影区域表示从工作台加速度的值低于规定值导致工作台速度稳定之后到工作台加速度的值再次成为规定值以上导致工作台速度发生变动为止的时间。相反，图12中的非阴影区域(白色区域)表示从工作台加速度的值成为规定值以上导致工作台速度开始发生变动之后到工作台加速度的值成为低于规定值导致工作台速度变稳定为止的时间。以下，将阴影区域称为工作台速度稳定期，将非阴影区域(白色区域)称为工作台速度变动期。
[0147]如图12所示，与未使用加速度反馈值AFB时的工作台速度变动期(图12中上图的白色区域)相比，使用加速度反馈值AFB时的工作台速度变动期(图12中下图的白色区域)较短。并且，与未使用加速度反馈值AFB时的工作台速度稳定期(图12中上图的阴影区域)相比，使用加速度反馈值AFB时的工作台速度稳定期(图12中下图的阴影区域)较长。这意味着X轴工作台2的I次行程中，能够利用于工件W的磨削的部分较长。并且，意味着能够进一步加大载置于X轴工作台2的工件W的X轴方向的容许最大长度。S卩，意味着磨削效率、能量转换效率及加工对象可容纳性均得到改善。
[0148]通过以上结构，具备主控制器9Α的平面磨床100能够使伴随X轴工作台2的加减速引起的X轴工作台2的振动提早衰减，从而能够提高磨削效率、能量转换效率及加工对象可容纳性。
[0149]并且，具备主控制器9A的平面磨床100的操作人员通过适当地调节加速度反馈增益Ka，能够缩短X轴工作台2的工作台速度的稳定时间。
[0150]并且，操作人员通过以使控制衰减系数ζ。的值接近I的方式调节加速度反馈增益Ka，能够减少或防止X轴工作台2的工作台速度超出速度指令的值的情况的发生。
[0151]接着，参考图13，对推力补偿器9B的结构例进行说明。
[0152]在图13的结构例中，推力补偿器9B从控制装置9获取补偿指令，并对马达驱动器8A输出马达转速指令或转矩指令。
[0153]具体而言，推力补偿器9B对来自控制装置9的补偿指令所表示的值Ftl乘以WP/Aeyl而得到转矩指令的值。另外，Wp为双向油压泵24的每单位旋转的排量，Act1为活塞22的受压面积。因此，FciAct1表示缸体21的压力室之间的差压DPtl, DPtlXWp表示基于双向油压泵24的转矩。
[0154]如此，推力补偿器9B在决定产生预加荷载力所需的差压DPtl之后，推导出产生该差压DPtl所需的转矩的值，并将推导出的值作为转矩指令的值向马达驱动器8A输出。
[0155]接着，参考图14，对推力补偿器9B的另一结构例进行说明。
[0156]在图14的结构例中，推力补偿器9B从控制装置9获取工作台加速度指令，且从第I缸压传感器31F及第2缸压传感器31B获取第I缸压信号及第2缸压信号，在这一点上与图13的情况不同。
[0157]具体而言,推力补偿器9B对工作台加速度指令的值乘以X轴工作台2的质量M而推导出X轴工作台2的惯性力。
[0158]并且，推力补偿器9B对第I缸压信号与第2缸压信号之差乘以活塞22的受压面积Aciyl而推导出基于双向油压泵24的推力。
[0159]其后，推力补偿器9B将补偿指令的值所表示的预加荷载力和X轴工作台2的惯性力进行加法运算。另外，当使X轴工作台2加速时，预加荷载力作为具有与X轴工作台2的惯性力相同符号的值而进行加法运算。即，当惯性力为正值时预加荷载力成为正值、当惯性力为负值时预加荷载力成为负值，从而进行加法运算。另一方面，当使X轴工作台2减速时，预加荷载力作为具有与X轴工作台2的惯性力相反符号的值而进行加法运算。即，当惯性力为负值时预加荷载力成为正值、当惯性力为正值时预加荷载力成为负值，从而进行加法运算。如此计算出的值表示妨碍X轴工作台2的移动的力。这是因为预加荷载力是与从妨碍X轴工作台2移动的力除去X轴工作台2的惯性力而得出的力即移动阻力相同大小的反方向的力。如此一来，推力补偿器9B能够排除移动阻力的影响，主控制器9A能够以使X轴工作台2按照各种指令值而加减速的方式对双向油压泵24进行控制。
[0160]其后，推力补偿器9B从如上计算出的妨碍X轴工作台2移动的力减去基于双向油压泵24的推力而推导出控制值V3。
[0161]其后，推力补偿器9B对控制值V3乘以规定的补偿增益Κ_ρ而推导出用于补偿被移动阻力抵消的推力的马达转速指令或转矩指令。
[0162]例如，当操作人员尚未输入X轴工作台2的移动指令而工作台加速度指令的值为零时，推力补偿器9Β将接下来欲移动X轴工作台2的方向设为预加荷载力的正方向，从该预加荷载力减去基于双向油压泵24的推力而推导出控制值V3。另外，当接下来欲移动X轴工作台2的方向未定时，也可以将前一次移动X轴工作台2的方向设为预加荷载力的正方向。这是因为，当对与X轴垂直的面进行磨削加工时，为实现所希望的磨削深度而重复多次每I次的磨削深度规定的磨削加工，因此存在X轴工作台2根据规定的磨削深度沿一方向断续移动的情况。
[0163]在此基础上，推力补偿器9B对控制值V3乘以规定的补偿增益Kramp而推导出用于补偿被移动阻力抵消的推力的马达转速指令或转矩指令。即，使基于双向油压泵24的推力成为预加荷载力。
[0164]如此，推力补偿器9B决定马达转速指令或转矩指令的值，以使缸体21的压力室之间的差压成为产生所希望的预加荷载力所需的差压，并对马达驱动器8A输出所决定的值。即，推力补偿器9B对马达驱动器8A输出基于缸体21的压力室之间的差压的反馈控制来决定的马达转速指令或转矩指令的值。
[0165]另外，推力补偿器9B也可以对位移传感器30所输出的工作台位置信号进行二阶微分而获取工作台加速度信号，从而代替从控制装置9获取工作台加速度指令。并且，可以对测速发电机等工作台速度传感器(未图示)所输出的工作台速度信号进行一阶微分而获取工作台加速度信号，也可以从加速度传感器(未图示)直接获取工作台加速度信号。
[0166]并且，推力补偿器9B也可以使用PI控制器来代替对补偿增益Kramp进行乘法运算的乘法运算器。
[0167]并且，在上述实施例中，马达驱动器8A接收主控制器9A和推力补偿器9B分别输出的马达转速指令或转矩指令。但是，本发明并不限定于此。例如，如图15所示，马达驱动器8A也可以接收主控制器9A所输出的马达转速指令的值与推力补偿器9B所输出的马达转速指令的值的总计值。或者，如图15所示，马达驱动器8A还可以接收主控制器9A所输出的转矩指令的值与推力补偿器9B所输出的转矩指令的值的总计值。
[0168]接着，参考图16，对基于推力补偿器9B的效果进行说明。另外，图16是表示基于双向油压泵24的推力的经时变化及X轴工作台2的工作台速度的经时变化的图。具体而言，F16A1表示未使用推力补偿器9B时的推力的经时变化，F16B1表示未使用推力补偿器9B时的工作台速度的经时变化。并且，F16A2表示使用推力补偿器9B时的推力的经时变化，F16B2表示使用推力补偿器9B时的工作台速度的经时变化。
[0169]在未使用推力补偿器9B时，如F16A1所示，基于双向油压泵24的推力在时刻tl开始上升。这是由于，例如，操作人员对控制装置9输入X轴工作台2的移动指令，主控制器9A开始对工作台驱动用马达8进行控制所致。另外，X轴工作台2的工作台速度保持零的状态。这是因为推力为最大静止摩擦力以下所致。
[0170]其后，若在时刻t2推力超过最大静止摩擦力，则X轴工作台2开始移动。X轴工作台2的工作台速度上升，超过工作台速度指令的值而过冲。这是因为，时刻tl与时刻t2之间的时间比较长，基于主控制器9A的马达转速指令或转矩指令的值的增加率过度增大所致。即，尽管主控制器9A使马达转速指令或转矩指令的值增大，但工作台速度保持零的时间仍旧比较长所致。另外，时刻tl与时刻t2之间的时间越长，该趋势越显著。
[0171]其后，推力急剧减小，甚至向反方向增大。这是因为，主控制器9A为了抵消过冲而使马达转速指令或转矩指令的值急剧减小所致。其结果，工作台速度变成低于工作台速度指令的值而下冲。
[0172]其后，推力急剧增大。这是因为，主控制器9A为了抵消下冲而使马达转速指令或转矩指令急剧增大所致。
[0173]如此，工作台速度反复这种过冲和下冲，并且在时刻t3收敛为工作台速度指令的值。另外，为了使附图清楚明了，F16B1示出过冲和下冲分别各发生I次的状态。
[0174]另一方面，当使用推力补偿器9B时，如F16A2所示，基于双向油压泵24的推力在时刻t0，即在操作人员向控制装置9输入X轴工作台2的移动指令之前就开始上升。而且，基于双向油压泵24的推力上升至补偿指令的值。这是由于，为了产生预加荷载力推力补偿器9B已开始对工作台驱动用马达8进行控制。另外，补偿指令的值决定为最大静止摩擦力以下。这是因为，若大于最大静止摩擦力，则X轴工作台2会在操作人员向控制装置9输入移动指令之前移动。因此，X轴工作台2的工作台速度保持零的状态，但X轴工作台2处于通过稍微施加推力即可移动的状态。
[0175]另外，推力补偿器9B基于X轴工作台2的当前位置、与磨削相关的各种信息等来推导出其后的X轴工作台2的移动方向。由此，推力补偿器9B能够在操作人员对控制装置9输入X轴工作台2的移动指令之前，产生朝向推定方向的预加荷载力。
[0176]其后，与F16A1的情况同样，基于双向油压泵24的推力在时刻tl开始上升。这是因为，操作人员向控制装置9输入了 X轴工作台2的移动指令所致。
[0177]其后，基于双向油压泵24的推力在时刻t2a超过最大静止摩擦力，X轴工作台2开始移动。与F16A1的情况相比，X轴工作台2的工作台速度比较缓慢地上升，不会发生过冲及下冲而在时刻t3a收敛为工作台速度指令的值。
[0178]与F16A1中的时刻tl与时刻t2之间的时间相比，时刻tl与时刻t2a之间的时间缩短时间D1，这是因为基于主控制器9A的马达转速指令或转矩指令的值的增加率没有过度变大。即，是因为，尽管主控制器9A使马达转速指令或转矩指令的值增大，但工作台速度保持零的状态的时间仍然较短。
[0179]其结果，在使用推力补偿器9B时，与未使用推力补偿器9B的情况相比，工作台速度变稳定为止的时间缩短了时间D2。
[0180]如此，若工作台速度的绝对值低于规定速度VTH，则推力补偿器9B补偿被移动阻力抵消的力。其结果，具备推力补偿器9B的平面磨床100能够使X轴工作台2提早且顺畅地开始移动。并且，能够抑制或防止刚开始X轴工作台2的移动之后产生的工作台速度的过冲及下冲。
[0181]以上，对本发明的优选实施例进行了详细说明，但本发明并不限于上述实施例，只要不脱离本发明范围则能够对上述实施例进行各种变形及替换。
[0182]例如，在上述实施例中，平面磨床100采用了横轴砂轮头4，但也可以采用纵轴砂轮头。并且，砂轮头也可以具备能够倾斜的轴。
[0183]并且，在上述实施例中，主控制器9A及推力补偿器9B对驱动平面磨床100的构成工作台移动机构的双向油压泵的工作台驱动用马达8进行控制。但是，本发明并不限定于此。例如，主控制器9A及推力补偿器9B也可以对搭载于施工机械、注射成型机、机床等且驱动构成使重量物移动的闭式回路油压系统的双向油压泵的马达进行控制。在该情况下，推力补偿器9B补偿马达所产生的力中被施工机械中的挖掘反作用力、机床中的切削反作用力等抵消的力。
[0184]并且，在上述实施例中，闭式回路油压系统使用工作油的压力(油压)。但是，本发明并不限定于此。闭式回路油压系统例如也可以使用水等压缩性较低的液体的压力(液压)来代替油压。
[0185]并且，在上述实施例中，主控制器9A经由马达驱动器8A及工作台驱动用马达8对双向油压泵24的转速进行控制。但是，本发明并不限定于此。主控制器9A例如也可以通过内燃机对双向油压泵24的转速进行控制，从而代替通过工作台驱动用马达8对双向油压泵24的转速进行控制。
[0186]并且，本申请主张基于2012年4月12日申请的日本专利申请2012-091326号的优先权，该日本专利申请的所有内容通过参考援用于本申请中。
[0187]符号说明
[0188]1-主体底座，认1^、认1?-轨道槽，21轴工作台，281^、281?-导轨，3-横轴砂轮用支柱，
4-横轴砂轮头，5-砂轮头旋转用马达，6-砂轮头上下进给用马达，7-砂轮头左右进给用马达，8-工作台驱动用马达，8A-马达驱动器，9-控制装置，9A-主控制器，20-工作台移动机构，21-缸体，21S-压力室，21SF-第I压力室，21SB-第2压力室，22-活塞，23F-第I轴，23B-第2轴，23Fa、23Ba-静止物，24-双向油压泵，24F-第I端口，24B-第2端口，30-位移传感器，31F、31B-缸压传感器，32-旋转角传感器，40-砂轮轴，41-砂轮轮体，100-平面磨床，W-工件。
【权利要求】
1.一种平面磨床，使用包含双向液压泵的闭式回路液压系统使移动工作台移动，所述平面磨床具备: 控制装置，将所述移动工作台的位置或速度作为控制目标对所述移动工作台的移动进行控制； 主控制器，根据来自所述控制装置的工作台位置指令或工作台速度指令对所述双向液压泵进行控制；及 副控制器，以抵消妨碍所述移动工作台的移动的力的方式对所述双向液压泵进行控制。
2.根据权利要求1所述的平面磨床，其中， 所述副控制器在表示用于将妨碍所述移动工作台的移动的力抵消的力的来自所述控制装置的指令值加上所述移动工作台的惯性力之后，据此决定用于对所述双向液压泵进行控制的指令值。
3.根据权利要求1所述的平面磨床，其中， 当所述移动工作台的移动速度为规定值以下时，所述副控制器以抵消妨碍所述移动工作台的移动的力的方式对所述双向液压泵进行控制。
4.根据权利要求1所述的平面磨床，其中， 所述副控制器对驱动所述双向液压泵的电动马达的转速或转矩进行控制，从而以抵消妨碍所述移动工作台的移动的力的方式对所述双向液压泵进行控制。
5.根据权利要求1所述的平面磨床，其中， 所述副控制器独立于基于所述主控制器对所述双向液压泵的转速进行的控制以抵消妨碍所述移动工作台的移动的力的方式对所述双向液压泵进行控制。
【文档编号】B24B7/02GK104169046SQ201380013040
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年1月29日 优先权日:2012年4月12日
【发明者】小木曾太郎 申请人:住友重机械工业株式会社