机床的进给轴控制方法及进给轴控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机床的进给轴控制方法及进给轴控制装置，该机床由具有位置反馈环和速度反馈环的控制电路对机床的进给轴驱动用的伺服马达进行控制。
【背景技术】
[0002]以往，由在位置反馈环的内侧设置速度反馈环而串联结合的控制电路控制进给轴驱动用的伺服马达的方法已被众所周知(例如参照专利文献I)。在此专利文献I记载的控制方法中，为了应付起因于加工时的负荷变动的伺服控制部的滞后，从由工件形状等的加工数据、加工程序指令的加工条件及位置指令等预测运算加工负荷，将进行了预测运算的加工负荷作为预测负荷指令，在被伺服放大器输出的加速度指令上加上预测负荷指令进行输出。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本专利第3454616号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]但是，在作用在进给轴上的干扰中，存在不能预测的情况。因此，在如上述的日本专利第3454616号公报记载的控制方法的那样预测运算加工负荷而对加速度指令进行加法运算的方式中，不能应对不能预测的干扰。
[0008]为了解决课题的手段
[0009]本发明的一个方式是一种机床的进给轴控制方法，其在具有输入位置指令的位置控制部的位置反馈环的内侧设置具有速度控制部的速度反馈环而形成串联结合，与从上述速度控制部输出的转矩指令相应地控制进给轴驱动用的伺服马达，其特征在于，从上述转矩指令减去在上述速度反馈环的输出上乘以第一增益的第一状态反馈信号和在上述位置反馈环的输出上乘以第二增益的第二状态反馈信号，将减法运算后的转矩指令输出给包含上述伺服马达在内的控制对象。
[0010]本发明的另一个方式是一种机床的进给轴控制装置，其在具有输入位置指令的位置控制部的位置反馈环的内侧设置具有速度控制部的速度反馈环而形成串联结合，与从上述速度控制部输出的转矩指令相应地控制进给轴驱动用的伺服马达，其特征在于，具有:在上述速度反馈环的输出上乘以第一增益的第一乘法运算部；在上述位置反馈环的输出上乘以第二增益的第二乘法运算部；和从上述转矩指令减去上述第一乘法运算部的输出和上述第二乘法运算部的输出，将减法运算后的转矩指令向包含上述伺服马达在内的控制对象输出的输出部。
[0011]发明的效果
[0012]根据本发明，由于将在反馈环的输出上乘以了增益的状态反馈信号从转矩指令减去后向控制对象输出，所以控制系统变得稳定，能增大反馈增益。因此，能提高对各种各样的干扰的抑制力。
【附图说明】
[0013]图1是表示本发明的实施方式的机床的进给轴控制装置的硬件结构的框图。
[0014]图2是表示本发明的实施方式的进给轴控制装置的结构的框线图。
[0015]图3是表示本实施方式的比较例的框线图。
[0016]图4是表示使用图3的框线图进行正圆加工的情况下的工具的移动轨迹的一例的图。
[0017]图5是表示增大图3的框线图的增益进行正圆加工的情况下的工具的移动轨迹的一例的图。
[0018]图6是表示向图3的框线图追加状态反馈环进行正圆加工的情况下的工具的移动轨迹的一例的图。
[0019]图7是表示使用图2的框线图进行正圆加工的情况下的工具的移动轨迹的一例的图。
[0020]图8是表示图2的框线图的具体的适用例的框线图。
[0021 ] 图9是表不图8的变形例的图。
[0022]图10是表不图8的另一变形例的图。
【具体实施方式】
[0023]为了实施发明的方式
[0024]以下，参照图1?图10对本发明的机床的进给轴控制装置的一实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施方式的机床的进给轴控制装置的硬件结构的框图。机床是多工序自动数字控制机床等具有由伺服马达驱动的进给轴的NC机床，进给轴控制装置构成数值控制装置的一部分。
[0025]如图1所示，施加于数值控制装置的NC加工程序I，经读取解释部2向插补部3输入。插补部3输出对各进给轴(例如X轴)的驱动用伺服马达的位置指令qr。从插补部3输出的位置指令qr (马达旋转位置指令)，经加法器4输入给位置控制部5。位置控制部5生成速度指令ω r (马达旋转速度指令)，速度指令ω r经加法器6输入给速度控制部7。速度控制部7生成转矩指令τ，转矩指令τ经加法器8输入给伺服放大器9。伺服放大器9，以产生与被输入了的转矩指令τ平衡的转矩的方式向伺服马达10供给控制电流。伺服马达10由此供给的电流旋转，驱动进给轴11。
[0026]伺服马达10，内置检测马达旋转量的旋转编码器。位置检测器12基于来自旋转编码器的信号检测马达旋转位置，向加法器4反馈位置信号q。加法器4，从位置指令qr减去位置信号q，向位置控制部5输出。速度检测器13微分来自旋转编码器的信号，检测马达旋转速度，向加法器6反馈速度信号ω。
[0027]从插补部3输出的位置指令qr也被输入给位置前馈控制部15。位置前馈控制部15，将与速度有关的前馈指令(速度前馈指令)向速度前馈控制部14和加法器6输出。加法器6，在速度指令ωΓ上加上速度前馈指令并且减去速度信号ω，向速度控制部7输出。速度前馈控制部14，将与转矩有关的前馈指令(转矩前馈指令)向加法器8输出。加法器8，在转矩指令τ上加上转矩前馈指令，向伺服放大器9输出。
[0028]图2是表示本发明的实施方式的进给轴控制装置的结构的框线图。图2是将图1改写成框线图的图，包含与位置及速度有关的反馈环20Α、与位置及速度有关的前馈环20Β、与位置及速度有关的状态反馈环20C。另外，图2是将进给轴控制装置的结构进行了一般化的抽象的框线图，至于更具体的框线图后述(图8?图10)。
[0029]首先，对反馈环20Α进行说明。反馈环20Α是在位置反馈环的内侧设置了速度反馈环的两层反馈环，形成串联结合。具体地讲，首先，位置指令qr经加法器21输入给位置反馈环的补偿器也就是位置补偿器22。位置补偿器22是由Cp表示的S的函数。位置补偿器22，对被输入了的位置指令和位置反馈环之差乘以增益(Cp)，生成速度指令ωΓ。
[0030]从位置补偿器22输出的速度指令ω r，经加法器23输入给速度反馈环的补偿器也就是速度补偿器24。速度补偿器24是由Cv表示的S的函数。速度补偿器24，在被输入了的速度指令和速度反馈环之差上乘以增益(Cv)，生成转矩指令τ。从速度补偿器24输出的转矩指令τ，经加法器25成为转矩指令τ 1，进而经加法器26成为转矩指令τ 2。
[0031]转矩指令τ 2，输入给速度反馈环的控制对象也就是速度控制对象27。速度控制对象27由^进行了模型化。速度控制对象27，输出作为马达旋转速度的检测值的速度信号ω。此速度信号ω，输入给位置反馈环的控制对象也就是位置控制对象28，并且反馈给加法器23。位置控制对象28由Pp进行了模型化。位置控制对象28，输出作为马达旋转位置的检测值的位置信号q。此位置信号q，被反馈给加法器21。
[0032]在机床中，起因于切削负荷等而存在作为不确定因素的干扰作用。在图2中，经加法器25和加法器26之间的加法器29对转矩指令τ I附加干扰。为了提高对此干扰d的抑制力，需要增大反馈环的补偿器22、24的增益。但是，在反馈控制系统中存在滞后，如果过分地增大增益则振荡。因此，在不能充分地增大增益而干扰d起作用的情况下，存在着在位置指令qr和实际位置q之间产生大的误差的危险。
[0033]考虑这一点，在本实施方式中，在控制电路中追加状态反馈环20C，由在控制对象27、28的输出上乘以增益的状态反馈修正转矩指令。即，从速度控制对象27输出的速度信号ω输入给速度增益设定器30。速度增益设定器30，将与速度有关的状态反馈增益匕(速度增益)乘以速度信号ω，生成转矩指令。从位置控制对象28输出的位置信号q输入给位置增益设定器31。位置增益设定器31，将与位置有关的状态反馈增益kp(位置增益)乘以位置信号q，生成转矩指令。
[003