实现机床的停电时保护的电动机控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种实现机床的停电时保护的电动机控制装置。具有驱动进给轴的进给轴电动机(2)和驱动主轴的主轴电动机(3)的机床的控制装置(1)具备：判定单元(31)，其判定进给轴电动机(2)的动作是否满足预定的判定条件；励磁指令单元(32)，其在判定单元(31)判定为满足预定的判定条件时，输出励磁电流指令，该励磁电流指令用于指令将比上位控制单元所指令的励磁电流大的励磁电流输出给主轴电动机(3)。
【专利说明】实现机床的停电时保护的电动机控制装置
【技术领域】
[0001〕 本发明涉及具有驱动进给轴的进给轴电动机和驱动主轴的主轴电动机的机床的控制装置，尤其涉及将从交流电源侧供给的交流转换成直流后输出，并转换成用于电动机的驱动的交流后向供给给进给轴电动机以及主轴电动机来进行驱动的机床的控制装置。
【背景技术】
[0002]在具有进给轴电动机和主轴电动机的机床中，将主轴电动机作为用于驱动安装有刀具(各种刀具)的主轴的驱动源来使用，将进给轴电动机作为用于驱动使主轴或加工对象即工件进行移动的进给轴的驱动源来使用。在这样的机床中，由于控制的容易性，一旦将从三相交流电源侧输入的交流电力转换成直流电力后再次转换为交流电力后，将该交流电力用于设置在每个驱动轴(主轴以及进给轴)上的电动机的驱动。
[0003]设置在机床上的控制装置，作为主电路具备正向转换器，其转换(整流)从三相交流电源侧供给的交流电力后输出直流电力；以及反向转换器，其与正向转换器的直流侧的IX:链路(直流链路)连接，使IX:链路的直流电力与电动机的驱动电力或再生电力即交流电力相互进行电力转换。通过控制装置将来自各反向转换器的交流输出控制成所希望的电压以及所希望的频率，分别控制与各反向转换器的交流侧连接的主轴电动机以及进给轴电动机的速度、扭矩或转子的位置。
[0004]对于反向转换器，根据节能化要求，由于将电动机减速时所产生的再生电力积蓄在设置在％链路上的蓄电装置中后作为电动机的驱动电力进行再利用，或再次返回到交流电源侧，因此能够更多地使用能够电源再生的电力。
[0005]另一方面，对于正向转换器，为了降低机床中的电动机控制装置的成本和占有空间，大多数情况下针对多个反向转换器只设置1个正向转换器。此外，与上述的反向转换器情况相同，对于正向转换器，也根据节能化要求，将在电动机减速时产生的再生能量用于能够返回到交流电源侧的电源再生可能的能量。
[0006]当在电动机控制装置的正向转换器的交流电源侧发生停电的情况下，在上述的电动机控制装置中无法继续进给轴电动机以及主轴电动机的正常运转。此时，由于进给轴的冲撞，电动机、驱动该电动机的电动机控制装置、与该电动机控制装置驱动的电动机连接的刀具、作为该刀具加工对象的工件、具有该电动机控制装置的生产线等有可能会产生破损或变形等任意的故障。
[0007]为了防止交流电源侧的停电发生而引起的进给轴的冲撞，需要使驱动进给轴的进给轴电动机的动作尽早停止。因此，在整流器的交流电源侧设置停电判定单元来监视是否在交流电源侧发生停电，当停电发生时，向进给轴电动机提供减速指令使其停止，通过避免上述障碍或将上述障碍限制到最小限度，来进行以下保护动作，即保护通过进给轴电动机而移动的主轴、以及与其连接的工具、或该工具的加工对象的工件等的保护动作。当将控制装置的计算机部的电源通过无停电电源装置⑴?3)等进行备份，即使在交流电源侧发生停电，该控制装置也能够对进给轴电动机用反相转换器指令非常时刻应取得的动作，并通过设置在正向转换器上的电容器内所积蓄的电荷而能够使进给轴电动机用反相转换器在暂时的期间进行动作，能够使进给轴电动机紧急停止。
[0008]日本特开平7-143780号公报中公开提出了一种方法，即作为在交流电源侧发生停电时使电动机紧急停止的装置，从电动机的减速途中积极产生逆向扭矩来实现电动机的提前停止。
[0009]然而，如果将例如在日本特开平7-143780号公报中所记载的与交流电源侧的停电的检测联动地赋予进给轴电动机减速指令后紧急停止的技术适用于具有将电动机减速时所产生的再生电力在交流电源侧进行再生的功能的电动机驱动装置，则发生停电时，再生电力能够够返回到交流电源侧，其结果，在正向转换器与反向转换器之间的％链路中的直流电压上升。尤其，当电动机的再生电力较大时这些情况非常显著。因此，通常，当在其直流侧的％链路中的直流电压过度上升时为了保护反向转换器本身反向变换器发出“过电压警报”，放弃控制。此时，不能进行类似从减速途中积极产生逆向扭矩来使电动机停止那样的紧急停止，其结果，产生从在交流电源侧发生停电到电动机停止为止需要花费时间的问题。例如如果在上述进给轴电动机的情况下发生这样的问题，则无法避免进给轴的冲撞。
[0010]此外，在根据进给轴电动机的特性或进给轴电动机驱动的进给轴所接收的摩擦的状况，使进给轴电动机减速时，有时也需要从进给轴电动机用反相转换器向进给轴电动机持续供给驱动电力。即，此时，即使是进给轴电动机的减速时刻，也不会在进给轴电动机产生再生电力，因此进给轴电动机用反相转换器不向IX:链路供给能量，相反进给轴电动机用反相转换器将IX:链路的直流电力转换成交流电力后供给给进给轴电动机。在这样的状况下，当在交流电源侧发生停电，提供上述的紧急停止用的的减速指令时，IX:链路的直流电压急速地降低。通常，反向转换器在其直流侧的％链路中的直流电压过于降低时发出由于无法供给驱动用电力而发出“低压警报”，并放弃控制。此时，无法进行类似从减速途中积极地产生逆向扭矩而使电动机停止那样的紧急停止，其结果产生从在交流电源侧发生停电后到电动机停止为止需要花费时间的问题。例如在上述的进给轴电动机的情况下产生这样的问题时则无法避免进给轴的冲撞。
[0011]为了避免这些问题，监视IX:链路中的直流电压，当该直流电压上升，将IX:链路中的直流电压上升原因的％链路中的直流电力的上升部分通过加速主轴电动机来消耗，从而抑制直流电压的上升，另一方面，当IX:链路中的直流电压下降，将IX:链路中的直流电压下降原因的％链路中的直流电力减少部分通过减速主轴电动机而产生的再生电力来进行补充，从而抑制％链路中的直流电力的降低。然而，当主轴电动机为感应电动机的情况下，在一般的轻负载时，为了抑制主轴电动机(感应电动机)的发热，弱化用于产生磁通量的励磁电流，但在弱化该励磁电流的状态且进给轴所具有的运动能量较大时，在交流电源侧发生停电，则无法立即将主轴电动机减速控制成最大输出。因此，在主轴电动机为感应电动机的情况下，在交流电源侧发生停电时，有可能无法控制IX:链路中的急速的直流电压的上升或下降。
【发明内容】
[0012]鉴于上述的问题点，本发明的目的是提供一种在具有驱动进给轴的进给轴电动机和驱动主轴的主轴电动机的机床中，在交流电源侧发生停电时能够确实地使进给轴电动机提前停止，并且在通常运转时能够抑制主轴电动机的发热的机床的控制装置。
[0013]为了实现上述的目的，具有驱动进给轴的进给轴电动机和驱动主轴的主轴电动机的机床的控制装置具备:判定单元，其判定进给轴电动机的动作是否满足预定的判定条件；励磁指令单元，其在所述判定单元判定为满足所述预定的判定条件时，输出励磁电流指令，该励磁电流指令用于指令将比上位控制单元所指令的励磁电流大的励磁电流输出给主轴电动机。
[0014]在此，所述预定的判定条件是进给轴在快进动作模式下移动、进给轴的速度在预定值以上或对于所有的进给轴的运动能量之和在预定值以上的条件中的至少一个。
[0015]此外，上述的机床的控制装置具备:正向转换器，其使交流电源侧的交流电力与交流侧的％链路的直流电力进行相互电力转换；进给轴电动机用反相转换器，其与所述IX:链路连接，使所述％链路的直流电力与进给轴电动机的驱动电力或再生电力即交流电力进行相互电力转换；主轴电动机用反相转换器，其与所述IX:链路连接，使所述IX:链路的直流电力与主轴电动机驱动电力或再生电力即交流电力进行相互电力转换；停电检测单元，其检测是否在正向转换器的交流电源侧发生停电；电压检测单元，其检测所述％链路中的直流电压值；进给轴电动机用减速指令单元，其在所述停电检测单元检测到停电时，输出用于控制进给轴电动机用反相转换器的相互电力转换的进给轴电动机减速指令以使进给轴电动机减速；主轴电动机用加减速指令单元，其在所述停电检测单元检测到停电时，根据所述电压检测单元检测到的直流电压值，输出用于控制主轴电动机用反相转换器的相互电力转换的主轴电动机加速指令或主轴电动机减速指令以使主轴电动机加速或减速；电源备份单元，其在所述停电检测单元检测到停电时，向控制所述进给轴电动机用反相转换器的相互电力转换的进给轴电动机用反向转换器控制部以及控制所述主轴电动机用反相转换器的相互电力转换的主轴电动机用反向转换器控制部供给驱动电力，在此，所述判定单元不论有无基于所述停电检测单元的停电的检测，判定进给轴电动机的动作是否满足所述预定的判定条件。
[0016]此外，当所述停电检测单元检测到停电的情况下，当所述电压检测单元检测到的直流电压值比预定的上限值大时，主轴电动机用加减速指令单元输出控制所述主轴电动机用反相转换器的相互电力转换的主轴电动机加速指令以使主轴电动机加速，而当所述电压检测单元检测到的直流电压值比小于预定的上限值的下限值小时，所述主轴电动机用加减速指令单元输出控制主轴电动机用反相转换器的相互电力转换的所述主轴电动机减速指令以使主轴电动机减速。
[0017]此外，机床的控制装置具备数值控制部，其输出对于进给轴以及主轴的动作指令，将判定单元以及励磁指令单元设置在所述数值控制部内。
[0018]此外，机床的控制装置具备:主轴电动机用反向转换器控制部，其控制所述主轴电动机用反相转换器的相互电力转换；以及数值控制部，其输出对进给轴以及主轴的动作指令，励磁指令单元设置在所述主轴电动机用反向转换器控制部内，判定单元设置在所述数值控制部内，将进给轴电动机的动作是否满足所述预定判定条件的判定结果通知给设置在所述主轴电动机用反向转换器控制部内的励磁指令单元。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]通过参照以下的附图，使对本发明的理解更加明确。
[0020]图1是表示第一实施例的机床的控制装置的框图。
[0021]图2是表示第一实施例的机床的控制装置的励磁电流指令的生成处理的流程图。
[0022]图3是表示第二实施例的机床的控制装置的框图。
[0023]图4是表示第二实施例的机床的控制装置的励磁电流指令的生成处理的流程图。
[0024]图5是表示第一以及第二实施例的机床的控制装置的进给轴电动机减速指令、主轴电动机加速指令以及主轴电动机减速指令的生成处理的流程图。
【具体实施方式】
[0025]以下，参照附图对实现机床的停电时保护的电动机控制装置进行说明。然而，要理解本发明并不局限于附图或以下说明的实施方式。
[0026]图1是表示第一实施例的机床的控制装置的框图。以下，除特别提及的情况外，在不同的附图中赋予相同参照符号的部分表示具有相同功能的结构要素。另外，图示的进给轴电动机2以及主轴电动机3的个数是一个例子，电动机的个数本身并不特别限定本发明。
[0027]根据第一实施例，具有驱动进给轴的进给轴电动机2和驱动主轴的主轴电动机3的机床的控制装置1具备:正向转换器11、进给轴电动机用反向转换器12、主轴电动机用反向转换器13、停电检测单元14、电压检测单元15、作为控制单元的数值控制部((10 16、电源备份单元17、作为通信单元的通信总线18、进给轴电动机用减速指令单元21、主轴电动机用加减速指令单元22、判定单元31以及励磁指令单元32。在第一实施例中，判定单元31以及励磁指令单元32设置在数值控制部16内。
[0028]正向转换器11、进给轴电动机用反向转换器12以及主轴电动机用反向转换器13经由％链路连接。此外，作为通信单元的通信总线18具有使设置在正向转换器11内的正向转换器控制部110、设置在进给轴电动机用反向转换器12内的进给轴电动机用反向转换器控制部120、设置在主轴电动机用反向转换器13内的主轴电动机用反向转换器控制部130以及数值控制部16相互通信可能地连接的功能。另外，在本实施例中，可以通过如通信总线18那样的有线方式来实现通信单元，作为其代替例，也可以通过使用电波或红外线的无线方式来实现通信单元。
[0029]正向转换器11是整流器，其能够在发电时整流通过商用三相交流电源4供给的交流电力后输出直流电力，再生时使通过电动机再生的再生能量经由％链路在交流电源侧进行再生。即，正向转换器11使商用三相交流电源侧的交流电压与直流侧的％链路中的直流电压进行相互电力转换。作为正向转换器11的例子，有120度通电型整流电路或？丽控制方式的整流电路等。
[0030]进给轴电动机用反向转换器12由例如？丽逆变器等那样在内部具有开关元件的转换电路(未图示)和控制这些的进给轴电动机用反向转换器控制部12(:构成。进给轴电动机用反向转换器12内的进给轴电动机用反向转换器控制部12(:根据经由通信总线18从数值控制部16接收的电动机驱动指令，使转换电路内部的开关元件进行开关动作，将从％链路侧供给的直流电力转换成具有用于驱动进给轴电动机2的所希望的电压以及所希望的频率的三相交流电力。进给轴电动机2根据所供给的电压可变以及频率可变的三相交流电力来动作。此外，进给轴电动机用反向转换器控制部12(:根据从数值控制部16经由通信总线18接收到的电动机驱动指令，使转换电路内部的开关元件进行开关动作，将在进给轴电动机2减速时产生的再生电力即交流电力转换成直流电力后返回到IX:链路。如上所述，进给轴电动机用反向转换器12使IX:链路中的直流电力与进给轴电动机2的驱动电力或再生电力即交流电力进行相互电力转换。
[0031]主轴电动机用反向转换器13例如由？丽逆变器等那样在内部具有开关元件的转换电路(未图示)和控制这些的主轴电动机用反向转换器控制部13(:构成。主轴电动机用反向转换器13内的主轴电动机用反向转换器控制部13(:根据从数值控制部16经由通信总线18接收到的电动机驱动指令，使转换电路内部的开关元件进行开关动作，将从0(:链路侧供给的直流电力转换成具有用于驱动主轴电动机3的所希望的电压以及所希望的频率的三相交流电力。主轴电动机3根据所供给的电压可变以及频率可变的三相交流电力来动作。此外，主轴电动机用反向转换器控制部13(:根据从数值控制部16经由通信总线18接收到的电动机驱动指令，使转换电路内部的开关元件进行开关动作，将在主轴电动机3减速时产生的再生电力即交流电力转换成直流电力后使其返回到IX:链路。这样，主轴电动机用反向转换器13使IX:链路中的直流电力与主轴电动机3的驱动电力或再生电力即交流电力进行相互电力转换。
[0032]将停电检测单元14例如设置在正向转换器控制部11(:内，检测是否在正向转换器11的交流电源侧发生停电。可以使用正向转换器11的交流电源侧的交流电压值、交流电流值或交流频率的变动通过公知的方法来实现基于停电检测单元14的是否发生停电的检测。正向转换器控制部IX将基于停电检测单元14的是否发生停电的检测结果经由通信总线18通知给进给轴电动机用反向转换器控制部120、主轴电动机用反向转换器控制部130以及数值控制部16。
[0033]电压检测单元15设置在数值控制部16内，检测IX:链路中的直流电压值。作为其代替例，可以将电压检测单元15设置在进给轴电动机用反向转换器12内或主轴电动机用反向转换器13内，此时，将检测到的％链路中的直流电压值经由通信总线18通知给数值控制部16即可。
[0034]数值控制部16为了使进给轴电动机2以及主轴电动机3以应用于该机床的所希望的旋转速度或旋转扭矩进行旋转或控制转子的位置，生成用于控制进给轴电动机用反向转换器12以及主轴电动机用反向转换器13的相互电力转换的电动机驱动指令，并将其输出。即，数值控制部16使用对进给轴电动机2以及主轴电动机3的旋转速度或转子的位置的反馈控制(根据情况还包括前馈控制)、进给轴电动机2以及主轴电动机3所具有的各种电动机常数、电动机惯性和电动机摩擦、以及进给轴电动机2所驱动的进给轴以及主轴电动机3所驱动的主轴的惯性或摩擦等的各参数，根据机床的动作程序，生成每个电动机的电动机驱动指令。将所生成的电动机驱动指令经由通信总线18通知给进给轴电动机用反向转换器控制部12(:以及主轴电动机用反向转换器控制部130。进给轴电动机用反向转换器控制部12(:以及主轴电动机用反向转换器控制部13(:根据接收的电动机驱动指令，分别使进给轴电动机用反向转换器12以及主轴电动机用反向转换器13的转换电路内部的开关元件进行开关动作，控制进给轴电动机用反向转换器12以及主轴电动机用反向转换器13的相互电力转换。这样，数值控制部16具有作为对进给轴电动机用反向转换器控制部12(:以及主轴电动机用反向转换器控制部13(:的上位控制单元的作用。
[0035]此外，在第一实施例中，数值控制部16具有进给轴电动机用减速指令单元21、主轴电动机用加减速指令单元22、判定单元31以及励磁指令单元32。
[0036]当经由通信总线18从停电检测单元14接收到表示在交流电源侧发生停电的通知时，数值控制部16内的进给轴电动机用减速指令单元21生成用于控制进给轴电动机用反向转换器12进行的相互电力转换的进给轴电动机减速指令，使得进给轴电动机2减速。将所生成的进给轴电动机减速指令经由通信总线18输出给进给轴电动机用反向转换器控制部120。进给轴电动机用反向转换器控制部12(:接收到进给轴电动机减速指令后，控制进给轴电动机用反向转换器12的转换电路内部的开关元件，使得进给轴电动机2产生减速扭矩。由此，进给轴电动机2减速后停止。
[0037]当经由通信总线18从停电检测单元14接收到表示在交流电源侧发生停电的通知时，数值控制部16内的主轴电动机用加减速指令单元22根据电压检测单元15所检测到的直流电压值，生成用于控制主轴电动机用反向转换器13进行的相互电力转换的主轴电动机加速指令或主轴电动机减速指令，使得主轴电动机3加速或减速。
[0038]更具体而言，当电压检测单元15检测到的直流电压值比预定的上限值大时，主轴电动机用加减速指令单元22生成用于控制主轴电动机用反向转换器13的相互电力转换的主轴电动机加速指令，使得主轴电动机3加速。此外，当电压检测单元15检测到的直流电压值比预定的下限值小时，主轴电动机用加减速指令单元22生成用于控制主轴电动机用反向转换器13的相互电力转换的主轴电动机减速指令，使得主轴电动机3减速。在此，上述预定的下限值是比上述预定的上限值小的值。将所生成的主轴电动机加速指令或主轴电动机减速指令经由通信总线18输出给主轴电动机用反向转换器控制部130。主轴电动机用反向转换器控制部13(:接收到主轴电动机减速指令后，使主轴电动机用反向转换器13的转换电路内部的开关元件进行开关动作，控制主轴电动机用反向转换器13进行的相互电力转换，使得主轴电动机3减速。由此，通过主轴电动机3的减速而产生的再生电力即交流电力，通过主轴电动机用反向转换器13转换成直流电力后返回到IX:链路，其结果为IX:链路中的直流电压值上升。此外，主轴电动机用反向转换器控制部13(:接收到主轴电动机加速指令后，使主轴电动机用反向转换器13的转换电路内部的开关元件进行开关动作，控制主轴电动机用反向转换器13进行的相互电力转换，使得主轴电动机3加速。由此，IX:链路中的直流电力通过主轴电动机用反向转换器13转换成交流电力后供给给主轴电动机3，其结果为IX:链路中的直流电压值下降。
[0039]另外，进一步作为变形例，当经由通信总线18通知的直流电压在上述预定的下限值以上且在上述预定的上限值以下时，对主轴电动机用加减速指令单元22生成用于控制主轴电动机用反向转换器13的相互电力转换的指令，使得保持当前的速度，也可以经由通信总线18输出给主轴电动机用反向转换器控制部130。此时，在直流电压没有上升、下降的期间，进行控制以保持主轴速度。
[0040]另外，在第一实施例以及上述变形例中，将进给轴电动机用减速指令单元21以及主轴电动机用加减速指令单元22设置在数值控制部16内，但作为该代替例，可以分别将进给轴电动机用减速指令单元21设置在进给轴电动机用反向转换器控制部12(:内，将主轴电动机用加减速指令单元22设置在主轴电动机用反向转换器控制部13(:内。此时，当经由通信总线18从停电检测单元14接收到表示在交流电源侧发生停电的通知时，进给轴电动机用反向转换器控制部12(:内的进给轴电动机用减速指令单元21生成用于控制进给轴电动机用反向转换器12进行的相互电力转换的进给轴电动机减速指令，使得进给轴电动机2减速，而当经由通信总线18从停电检测单元14接收到表示在交流电源侧发生停电的通知时，主轴电动机用反向转换器控制部13(:内的主轴电动机用加减速指令单元22根据电压检测单元15检测到的直流电压值，生成用于控制主轴电动机用反向转换器13进行的相互电力转换的主轴电动机加速指令或主轴电动机减速指令使得主轴电动机3加速或减速。
[0041]数值控制部16内的判定单元31判定进给轴电动机的动作是否满足预定的判定条件。在此，上述预定的判定条件是进给轴在快进动作模式下移动、进给轴的速度在预定值以上或对于所有的进给轴的运动能量之和在预定值以上条件中的至少一个。对判定条件的详细说明将与下面的励磁指令单元32 —同进行后述。
[0042]当判定单元31判定为满足上述预定条件中的至少一个时，数值控制部16内的励磁指令单元32将励磁电流指令经由通信总线18输出给主轴电动机用反向转换器控制部130，所述励磁电流指令是将比上位控制单元所指令的励磁电流大的励磁电流输出给主轴电动机3的指令。
[0043]在此，对在判定单元31的判定处理中使用的判定条件和励磁指令单元32的动作进行说明。当进给轴在快进动作模式下移动、进给轴的速度在预定值以上或对于所有的进给轴的运动能量之和在预定值以上中的至少一个条件成立，则励磁指令单元32按以下方式生成励磁电流指令。
[0044]作为在判定单元31的判定处理中使用的判定条件，按以下方式对使用“进给轴是否在快进动作模式下移动”的情况进行说明。当机床为切削加工机的情况下，在进行切削加工时，例如为了使安装在由主轴电动机3进行旋转驱动的主轴上的刀具相对于安装在进给轴上的工件位于适当的加工点，通过进给轴电动机2的旋转动作适当地进行调整后进行所希望的切削加工。另一方面，在进行非切削加工时，没有必要使刀具适当地位于工件的加工点的位置，例如为了准备下次的切削加工程序或取出加工后的工件，通过进给轴电动机2使进给轴快进地移动。另外，在本发明的说明书中，将在这样的非切削加工时进给轴快进地移动的模式称为“快进动作模式”。在快进动作模式下移动的进给轴所具有的运动能量比切削加工时的运动能量大，因此进给轴在快进动作模式下移动时在交流电源侧发生停电，则通过上述的进给轴电动机用减速单元21输出的进给轴电动机减速指令使进给轴电动机2急速地减速。其结果，在进给轴电动机2中产生较大的再生能量，该再生能量通过进给轴电动机用反向转换器12转换成直流电力后返回到IX:链路，但放置该状态则IX:链路中的直流电压值上升。此外，在快进动作模式(非切削时)中，安装在主轴上的刀具与安装在进给轴上的工件相互分离，因此与切削加工时相比主轴电动机3成为轻负载。根据现有技术，在那样的轻负载的动作中为了抑制感应电动机即主轴电动机3的发热而弱化励磁电流，当这期间在交流电源侧发生停电时，停电检测后即使为了使主轴电动机3进行急加速而提高励磁，到励磁提高为止也需要时间，其结果，无法及时消耗进给轴产生的再生能量，从而无法抑制IX:链路中的直流电压的上升。
[0045]对此，在第一实施例中，当判定单元31判定为进给轴在快进动作模式下移动时，不论是否发生停电，励磁指令单元32都会将励磁电流指令经由通信总线18输出给主轴电动机用反向转换器控制部130，其中所述励磁电流指令是将比上位控制单元(即上述的数值控制部16)所指令的励磁电流大的励磁电流输出给主轴电动机3的指令。通过比上位控制单元所指令的励磁电流大的励磁电流使主轴电动机3动作，主轴电动机3能够通过急加速快速消耗进给轴在快进动作模式下移动的情况下在交流电源侧发生停电时产生的再生能量。由此，进给轴在快进动作模式下移动的情况下即使在交流电源侧发生停电也能够抑制％链路中的直流电压值的上升。此外，机床在进行切削动作的期间一般进给轴的速度较慢，运动能量也不太大。在本发明中，进行切削动作是主轴根据负载使励磁进行变强或消弱的最佳化，进行发热降低。当使主轴电动机的励磁电流变大时，主轴电动机的发热量增加，但在机床的加工周期中快进动作等的发生频率并不那么多，增加的发热量也较少。因此，在交流电源侧发生停电时能够确实地提前停止进给轴电动机，并且在通常运转时(切削动作时)能够抑制主轴电动机的发热。
[0046]在快进动作模式(非削动作时)，为了无论何时在交流电源侧发生停电也能够对应，如上述那样判定单元31时常执行进给轴在快进动作模式下是否进行移动的判断处理。数值控制部16时常把握机床是否处于切削加工中或处于非切削加工中，从而设置在数值控制部16内的判定单元31根据与该控制模式相关的信息来判定“进给轴在快进动作模式下是否处于移动中”。
[0047]此外，作为在判定单元31的判定处理中使用的判定条件，按以下方式对使用“进给轴的速度是否在预定值以上”的情况进行说明。当进给轴在快进动作模式下移动时，进给轴的速度比切削加工时的速度快。因此，即使将“进给轴的速度是否在预定值以上”作为判定条件来使用，也能够得到与将上述的“进给轴是否在快进动作模式下移动”作为判定条件来使用的情况相同的效果。数值控制部16经由速度检测器时常控制进给轴的速度，因此，设置在数值控制部16内的判定单元31根据该速度信息来判断“进给轴的速度是否在预定值以上”。
[0048]此外，作为在判定单元31的判定处理中使用的判定条件，按以下方式对使用“对于所有的进给轴的运动能量之和是否在预定值以上”的情况进行说明。在进给轴整体的运动能量较大的情况下，当停电发生时用于使之急速停止时的再生能量也较大。如果预先知道各进给轴的负载惯性，则能够使用与速度和负载惯性相关的信息来计算各进给轴的运动能量，计算它们的总和。即，当将负载惯性设为I，将角速度设为则可以通过“评二(1/2) XIX 02”来表示运动能量I。因此，将“对于所有的进给轴的运动能量之和是否在预定值以上”作为判定条件来使用，停电所具备的情况是能够得到与上述的“进给轴是否在快进动作模式下移动”作为判定条件来使用的情况相同的效果。数值控制部16经由速度检测器时常控制进给轴的速度，因此，在数值控制部16使用该速度信息和进给轴的负载惯性来计算进给轴的运动能量的总和，设置在数值控制部16内的判定单元31根据与该运动能量相关的信息判断“对于所有的进给轴的运动能量之和是否在预定值以上”。
[0049]接下来，对电源备份单元17进行说明。
[0050]进给轴电动机用反向转换器控制部120、主轴电动机用反向转换器控制部130以及数值控制部16正常时从正向转换器11的三相商用交流电源4通过控制电源线路接收用于动作的电力供给。然而，在正向转换器11的交流电源侧发生停电时无法接收其电力供给，因此为了实现进给轴电动机用反向转换器控制部120、主轴电动机用反向转换器控制部130以及数值控制部16的上述动作，设置有电源备份单元17，其用于在停电检测单元14检测到停电时也能将用于驱动数值控制部16的电力供给给进给轴电动机用反向转换器控制部120、主轴电动机用反向转换器控制部13(:以及数值控制部16。电源备份单元17例如由存储通过整流交流电源侧的交流电力而得到的直流电力的电容器或蓄电装置而构成，时常通过适当的电压进行充电，当在交流电源侧的停电发生时经由上述的控制电流线路向进给轴电动机用反向转换器控制部120、主轴电动机用反向转换器控制部13(:以及数值控制部16供给电力。
[0051]图2是表示第一实施例的机床的控制装置的励磁电流指令的生成处理的流程图。
[0052]首先，在步骤3101，数值控制部16内的判定单元31判定进给轴电动机的动作是否满足预定的判定条件。在此，预定的判定条件是进给轴在快进动作模式下进行移动、进给轴的速度在预定值以上或对于所有的进给轴的运动能量之和在预定值以上条件中的至少一个。当在步骤3101中判定为满足预定的判定条件时，进入步骤3102。另外，当作为在判定单元31的判定处理中使用的判定条件而使用“对于所有的进给轴的运动能量之和是否在预定值以上”时，在执行步骤3101前，在数值控制部16内使用速度和负载惯性相关的信息计算进给轴的运动能量之和。
[0053]在步骤3102中，数值控制部16内的励磁指令单元32生成励磁电流指令，所述励磁电流指令是将比上位控制单元(即上述数值控制部16)所指令的励磁电流大的励磁电流输出给主轴电动机3的指令。
[0054]接下来，在步骤3103中，将由数值控制部16内的励磁指令单元32所生成的励磁电流指令经由通信总线18通知给主轴电动机用反向转换器控制部130。主轴电动机用反向转换器控制部13(:根据由励磁指令单元32生成的励磁电流指令，控制主机电动机用反相转换器13的相互电力转换，使得主轴电动机3以比上位控制单元所指令的励磁电流大的励磁电流进行动作。由此，进给轴在快进动作模式下进行移动时，通过主轴电动机3快速消耗在交流电源侧发生停电时产生的再生能量，从而抑制IX:链路中的直流电压值的上升。
[0055]图3是表示第二实施例的机床的控制装置的框图。在第二实施例中，将在上述的第一实施例中设置在数值控制部16内的励磁指令单元32替换成设置在主轴电动机用反向转换器控制部13(:内的单元。
[0056]即，根据第二实施例，设置在数值控制部16内的判定单元31判定进给轴电动机动作是否满足预定的判定条件，并将其判定结果经由通信总线18通知给设置在主轴电动机用反向转换器控制部13(:内的励磁指令单元32。当经由通信总线18从判定单元31接收到进给轴电动机的动作满足预定的判定条件的判定结果时，设置在反向转换器控制部13(:内的励磁指令单元32生成励磁电流指令，其中所述励磁电流指令是将比上位控制单元(即上述数值控制部16)所指令的励磁电流大的励磁电流输出给主轴电动机3的指令。主轴电动机用反向转换器控制部13(:根据由励磁指令单元32生成的励磁电流指令，控制主机电动机用反相转换器13的相互电力转换，从而使主轴电动机3以比上位控制单元所指令的励磁电流大的励磁电流进行动作。由此，与上述的第一实施例的情况相同，进给轴在快进动作模式下进行移动的情况下，通过主轴电动机3快速地消耗在交流电源侧发生停电时产生的再生能量，从而能够抑制％链路中的直流电压值的上升。另外，这些以外的电路结构要素和在判定单元31的判定处理中使用的判定条件与参照图1以及图2说明的第一实施例的情况相同，因此省略其详细的说明。
[0057]图4是表示第二实施例的机床的控制装置的励磁电流指令的生成处理的流程图。
[0058]首先，在步骤3201中，数值控制部16内的判定单元31判定进给轴电动机的动作是否满足预定的判定条件。在此，预定的判定条件是进给轴在快进动作模式下进行移动、进给轴的速度在预定值以上或对于所有的进给轴的运动能量之和在预定值以上的条件中的至少一个。当在步骤3201中判定为满足预定的判定条件时，进入步骤3202。另外，当作为用于判定单元31的判定处理的判定条件使用“对于所有的进给轴的运动能量之和是否在预定值以上”时，执行步骤3201前在数值控制部16内使用与速度和负载惯性相关的信息来计算进给轴的运动能量的之和。
[0059]在步骤3202中，将进给轴电动机的动作满足预定的判定条件的判断结果从数值控制部16内的判定单元31经由通信总线18通知给主轴电动机用反向转换器控制部13内的励磁指令单元32。
[0060]在步骤3203中，设置在反向转换器控制部130内的励磁指令单元32生成励磁电流指令，其中，所述励磁电流指令是将比上位控制单元(即上述的数值控制部16)所指令的励磁电流大的励磁电流输出给主轴电动机3的指令。主轴电动机用反向转换器控制部130根据通过励磁指令单元32生成的励磁电流指令，控制主机电动机用反相转换器13的相互电力转换，以使主轴电动机3以比上位控制单元所指令的励磁电流大的励磁电流来进行动作。由此，与上述的第一实施例相同，进给轴在快进动作模式下进行移动时，通过主轴电动机3快速消耗在交流电源侧发生停电时产生的再生能量，从而抑制IX:链路中的直流电压值的上升。
[0061]图5是表示第一以及第二实施例的机床的控制装置的进给轴电动机减速指令、主轴电动机加速指令以及主轴电动机减速指令的生成处理的流程图。
[0062]在步骤3301中，正向转换器11内的停电检测单元14检测是否在正向转换器11的交流电源侧发生停电。在步骤3301中，当停电检测单元14检测到停电发生时进入步骤3302。
[0063]在步骤3302中，停电检测单元14将在正向转换器11的交流电源侧发生停电的信息经由通信总线18通知给数值控制部16。
[0064]在步骤3303中，数值控制部16内的主轴电动机用加减速指令单元22判定经由通信总线18通知的％链路中的直流电压值是否比预定的上限值大。当经由通信总线18进行通知的％链路中的直流电压值在预定的上限值以下时进入步骤3305，当比上限值大时进入步骤3304。
[0065]在步骤3304中，数值控制部16内的主轴电动机用加减速指令单元22生成用于控制主轴电动机用反向转换器13的相互电力转换的主轴电动机加速指令，以使主轴电动机3进行加速。通过主轴电动机用加减速指令单元22生成的主轴电动机加速指令经由通信总线18输出给主轴电动机用反向转换器控制部130。当接收到主轴电动机加速指令，则主轴电动机用反向转换器控制部13(:使转换电路内部的开关元件进行开关动作，并转换成用于使主轴电动机3加速的所希望的电压以及所希望的频率的三相交流电力。主轴电动机3根据被供给的电压可变以及频率可变的三相交流电力进行加速。由此，能够使主轴电动机3更高速地旋转，并能够通过主轴电动机3消耗IX:链路中的直流电力。
[0066]另一方面，在步骤3305中，数值控制部16内的主轴电动机用加减速指令单元22判定经由通信总线18进行通知的％链路中的直流电压值是否比预定的下限值小。当经由通信总线18进行通知的IX:链路中的直流电压值比预定的下限值大时进入步骤3307，当在下限值以下时进入步骤3306。
[0067]在步骤3306中，数值控制部16内的主轴电动机用加减速指令单元22生成用于控制主轴电动机用反向转换器13的相互电力转换的主轴电动机减速指令，以使主轴电动机3减速。通过主轴电动机用加减速指令单元22生成的主轴电动机减速指令经由通信总线18输出给主轴电动机用反向转换器控制部130。当接收到主轴电动机减速指令时，主轴电动机用反向转换器控制部13(:使转换电路内部的开关元件进行开关动作，并转换成用于使主轴电动机3减速的所希望的电压以及所希望的频率的三相交流电力。主轴电动机3根据被供给的电压可变以及频率可变的三相交流电力进行减速。此时，在停电发生时％链路的直流电压值变得比预定的下限值小，因此使主轴电动机3减速，并根据再生能量维持IX:链路中的直流电压。
[0068]在步骤3307中，数值控制部16内的进给轴电动机用减速指令单元21生成用于控制进给轴电动机用反向转换器12的相互电力转换的进给轴电动机减速指令，以使进给轴电动机2减速。通过进给轴电动机用减速指令单元21生成的进给轴电动机减速指令经由通信总线18输出给进给轴电动机用反向转换器控制部120。当接收到进给轴电动机减速指令时，进给轴电动机用反向转换器控制部12(:使转换电路内部开关元件进行开关动作，并转换成用于使进给轴电动机2减速的所希望的电压以及所希望的频率的三相交流电力。进给轴电动机2根据所供给的电压可变以及频率可变的三相交流电力进行减速。
[0069]步骤3307的处理结束后返回到步骤3301的处理。即，通过反复执行步骤3301至3307的处理，数值控制部16输出进给轴电动机减速指令的同时，根据经由通信总线18进行通知的％链路的直流电压与上述预定的上限值以及上述预定的下限值的比较结果来输出主轴电动机减速指令或主轴电动机加速指令中的任意一个。
[0070]另外，可以交替地执行进给轴电动机用减速指令单元21进行的步骤3307的处理和主轴电动机用加减速指令单元22进行的步骤3303至3306的一系列的处理。
[0071]不论停电发生与否都执行参照图2以及图4而说明的励磁电流指令的生成处理，因此，当判定单元31判定为进给轴的动作满足预定的判定条件而由励磁指令单元32生成了励磁电流指令时，在交流电源侧发生停电，则执行参照图5进行说明的进给轴电动机减速指令、主轴电动机加速指令以及主轴电动机减速指令的生成处理。由此，在进给轴满足预定的判定条件的情况下，通过主轴电动机3能够快速消耗在交流电源侧发生停电时产生的再生能量，从而能够抑制IX:链路中的直流电压值的上升。
[0072]本发明能够应用于机床的控制装置，其具有驱动进给轴的进给轴电动机和驱动主轴的主轴电动机，将从交流电源侧供给的交流转换成直流后进行输出，再转换成用于电动机驱动的交流后供给给进给轴电动机以及主轴电动机，进行驱动。
[0073]根据本发明，在具有驱动进给轴的进给轴电动机和驱动主轴的主轴电动机的机床中，在交流电源侧发生停电时能够使进给轴电动机确实地提前停止，从而能够避免交流电源侧的停电发生时的进给轴的冲撞，并且能够抑制主轴电动机的发热。即，当进给轴的动作满足进给轴在快进动作模式下进行移动、进给轴的速度在预定值以上或对进给轴的所少有的运动能量之和在预定值以上中的至少一个条件来规定的判定条件时，进行指令使得将比上位控制单元(即上述的数值控制部)所指令的励磁电流大的励磁电流输出给主轴电动机，因此在满足上述预定的判定条件的情况下，即使在交流电源侧发生停电，也能够使进给轴电动机确实地提前停止的同时，在通常运转时能够抑制主轴电动机的发热。
【权利要求】
1.一种机床的控制装置(I)，其具有驱动进给轴的进给轴电动机(2)和驱动主轴的主轴电动机(3)，该机床的控制装置(I)的特征在于，具备: 判定单元(31)，其判定进给轴电动机(2)的动作是否满足预定的判定条件；以及励磁指令单元(32)，其在所述判定单元(31)判定为满足所述预定的判定条件时，输出励磁电流指令，该励磁电流指令用于指令将比上位控制单元所指令的励磁电流大的励磁电流输出给主轴电动机(3)。
2.根据权利要求1所述的机床的控制装置(I)，其特征在于， 所述预定的判定条件是进给轴在快进动作模式下移动、进给轴的速度在预定值以上或对于所有的进给轴的运动能量之和在预定值以上条件中的至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的机床的控制装置(I)，其特征在于，所述机床的控制装置(I)具备: 正向转换器(11)，其使交流电源侧的交流电力与直流侧的DC链路的直流电力进行相互电力转换； 进给轴电动机用反相转换器(12)，其与所述DC链路连接，使所述DC链路的直流电力与进给轴电动机(2)的驱动电力或再生电力即交流电力进行相互电力转换； 主轴电动机用反相转换器(13)，其与所述DC链路连接，使所述DC链路的直流电力与主轴电动机(3)的驱动电力或再生电力即交流电力进行相互电力转换； 停电检测单元(14)，其检测是否在所述正向转换器(11)的交流电源侧发生停电； 电压检测单元(15)，其检测所述DC链路中的直流电压值； 进给轴电动机用减速指令单元(21)，其在所述停电检测单元(14)检测到停电时，输出用于控制所述进给轴电动机用反相转换器(12)进行的相互电力转换的进给轴电动机减速指令以使进给轴电动机(2)减速； 主轴电动机用加减速指令单元(22)，其在所述停电检测单元(14)检测到停电时，根据所述电压检测单元(15)检测到的直流电压值，输出用于控制所述主轴电动机用反相转换器(13)进行的相互电力转换的主轴电动机加速指令或主轴电动机减速指令以使主轴电动机(3)加速或减速；以及 电源备份单元(17)，其在所述停电检测单元(14)检测到停电时，向控制所述进给轴电动机用反相转换器(12)的相互电力转换的进给轴电动机用反向转换器控制部(12C)以及控制所述主轴电动机用反相转换器(13)的相互电力转换的主轴电动机用反向转换器控制部(13C)供给驱动电力， 所述判定单元(31)不论有无所述停电检测单元(14)进行的停电的检测，判定进给轴电动机(2)的动作是否满足所述预定的判定条件。
4.根据权利要求3所述的机床的控制装置(I)，其特征在于， 当所述停电检测单元(14)检测到停电的情况下，当所述电压检测单元(15)检测到的直流电压值比预定的上限值大时，所述主轴电动机用加减速指令单元(22)输出控制所述主轴电动机用反相转换器(13)的相互电力转换的所述主轴电动机加速指令以使主轴电动机(3)加速，而当所述电压检测单元(15)检测到的直流电压值比小于上述预定的上限值的预定下限值小时，所述主轴电动机用加减速指令单元(22)输出控制所述主轴电动机用反相转换器(13)的相互电力转换的所述主轴电动机减速指令以使主轴电动机(3)减速。
5.根据权利要求1?4中的任意一项所述的机床的控制装置(I)，其特征在于， 所述机床的控制装置(I)具备数值控制部(16)，其输出对于进给轴以及主轴的动作指令， 将所述判定单元(31)以及所述励磁指令单元(32)设置在所述数值控制部(16)内。
6.根据权利要求3?5中的任意一项所述的机床的控制装置(I)，其特征在于， 所述机床的控制装置(I)具备: 主轴电动机用反向转换器控制部(13C)，其控制所述主轴电动机用反相转换器(13)的相互电力转换；以及 数值控制部(16)，其输出对于进给轴以及主轴的动作指令， 所述励磁指令单元(32)设置在所述主轴电动机用反向转换器控制部(13C)内，所述判定单元(31)设置在所述数值控制部(16)内，将进给轴电动机(2)的动作是否满足所述预定的判定条件的判定结果通知给设置在所述主轴电动机用反向转换器控制部(13C)内的所述励磁指令单元(32)。
【文档编号】H02P27/06GK104300871SQ201410337835
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2013年7月17日
【发明者】田岛大辅 申请人:发那科株式会社