專利名稱：一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的u軸控制單元及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)，尤其指其U軸控制單元及方法。
背景技術(shù)：
為向市場提供一種節(jié)省空間、生產(chǎn)效率高、性能好的立式加工中心，由日本池貝株式會社研發(fā)的立式加工中心(型號為TVU4)，針對一般加工中心的加工能力的不足，采用了U軸刀具技術(shù)，使TVU4在NC(數(shù)字控制系統(tǒng))控制下刀頭可作徑向加工，實現(xiàn)其他加工中心不可能完成的車削加工。U軸技術(shù)使該加工中心的性能得到極大的提高。
針對U軸的機械結(jié)構(gòu)特點與該立式加工中心(TVU4)的加工工藝要求，在配套的開放式架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)(SE300)基礎(chǔ)上提供一種U軸控制功能，是本申請人一直致力研究的內(nèi)容之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的U軸控制單元及方法，通過該U軸控制單元或控制方法，使得U軸刀具旋轉(zhuǎn)的同時，刀頭可沿著刀架端面作徑向運動，并達(dá)到預(yù)定的控制精度。
本發(fā)明所提供的一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的U軸控制單元，其特征在于它包括運動速度控制單元和運動位置控制單元，其中運動速度控制單元，包括第一乘法器和與之相連的第一加法器，用于將主軸的當(dāng)前運動速度值Vs與主軸與U軸之間的傳動比K通過第一乘法器相乘，獲得一U軸實時跟蹤主軸運動的速度指令V1u，并將該速度指令V1u與來自于加工程序的U軸當(dāng)前速度指令V2u通過第一加法器相加，輸出一當(dāng)前U軸的最終運動速度值Vu；運動位置控制單元，包括依次相連的第二加法器、第三加法器、第三乘法器和第四加法器，以及分別與第二加法器相連的除法器、第二乘法器，用于將三個數(shù)值，即主軸的當(dāng)前運動速度值Vs、該值Vs與為補償基于速度U軸運動誤差的自適應(yīng)系數(shù)Kadap通過第二乘法器相乘獲得的值、該值Vs與為U軸的速度環(huán)增益參數(shù)Kv通過除法器相除獲得的值，通過第二加法器相加獲得和值，該和值再與主軸的當(dāng)前運動位置值Ps相加，所獲得的值與主軸與U軸之間的傳動比K通過第三乘法器相乘獲得積值，該積值與來自于加工程序的U軸當(dāng)前位置指令P2u通過第四加法器相加，獲得當(dāng)前U軸的最終位置指令。
本發(fā)明還提供的一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的U軸控制方法，包括一)運動速度控制步驟將主軸的當(dāng)前運動速度值Vs與主軸與U軸之間的傳動比K相乘，獲得一U軸實時跟蹤主軸運動的速度指令V1u，并將該速度指令V1u與來自于加工程序的U軸當(dāng)前速度指令V2u相加，輸出一當(dāng)前U軸的最終運動速度值Vu；二)運動位置控制步驟將三個數(shù)值相加，所述三個數(shù)值即主軸的當(dāng)前運動速度值Vs、該值Vs與為補償基于速度U軸運動誤差的自適應(yīng)系數(shù)Kadap相乘獲得的值、該值Vs與為U軸的速度環(huán)增益參數(shù)Kv相除獲得的值，獲得和值，該和值再與主軸的當(dāng)前運動位置值Ps相加，所獲得的值與主軸與U軸之間的傳動比K相乘獲得積值，該積值與來自于加工程序的U軸當(dāng)前位置指令P2u相加，獲得當(dāng)前U軸的最終位置指令。
由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明解決了采用U軸刀具的加工中心所配套的開放式架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)(SE300)的U軸控制技術(shù)問題，使得U軸刀具旋轉(zhuǎn)的同時，刀頭可沿著刀架端面作徑向運動，并達(dá)到預(yù)定的控制精度。另外，將U軸的這種機械結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)推廣到其他類似機床機械設(shè)備中去，可大大提高原設(shè)備的技術(shù)能級，具有良好的發(fā)展與應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的U軸控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖，其中Vs，Ps分別為主軸的當(dāng)前運動速度和運動位置；V1u，P1u分別為U軸實時跟蹤主軸運動的速度指令和位置指令；V2u，P2u分別為來自于加工程序的U軸當(dāng)前速度指令和位置指令；Vu，Pu分別為當(dāng)前U軸的最終運動速度和位置指令；Kv為U軸的速度環(huán)增益參數(shù)；
Kadap為補償基于速度U軸運動誤差的自適應(yīng)系數(shù)；K為主軸與U軸之間的傳動比。
圖2是已有立式加工中心中的U軸的機械結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖2，立式加工中心中的U軸機械結(jié)構(gòu)，其運動原理為U軸位于U軸刀具1內(nèi)，而U軸刀具1安裝到主軸2里面，主軸2的旋轉(zhuǎn)將帶動U軸刀具1以同樣的速度跟隨主軸2轉(zhuǎn)動，主軸2與U軸桿3(U軸馬達(dá)帶動)的轉(zhuǎn)動速度差將引起U軸的運動。在當(dāng)前NC程序段中沒有U軸運動指令時，要確保U軸當(dāng)前的位置不變，則必須實時控制U軸馬達(dá)5的運動，使U軸桿3隨時保持與主軸同步的旋轉(zhuǎn)運動。
本發(fā)明之一，一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的U軸控制單元。
參見圖1，該U軸控制單元包括運動速度控制單元和運動位置控制單元，其中運動速度控制單元，包括第一乘法器11和與之相連的第一加法器12，用于將主軸的當(dāng)前運動速度值Vs與主軸與U軸之間的傳動比K通過第一乘法器11相乘，獲得一U軸實時跟蹤主軸運動的速度指令V1u，并將該速度指令V1u與來自于加工程序的U軸當(dāng)前速度指令V2u通過第一加法器12相加，輸出一當(dāng)前U軸的最終運動速度值Vu；運動位置控制單元，包括依次相連的第二加法器23、第三加法器24、第三乘法器25和第四加法器26，以及分別與第二加法器23相連的除法器21、第二乘法器22，用于將三個數(shù)值，即主軸的當(dāng)前運動速度值Vs、該值Vs與為補償基于速度U軸運動誤差的自適應(yīng)系數(shù)Kadap通過第二乘法器22相乘獲得的值、該值Vs與為U軸的速度環(huán)增益參數(shù)Kv通過除法器21相除獲得的值，通過第二加法器23相加獲得和值，該和值再與主軸的當(dāng)前運動位置值Ps相加，所獲得的值與主軸與U軸之間的傳動比K通過第三乘法器25相乘獲得積值，該積值與來自于加工程序的U軸當(dāng)前位置指令P2u通過第四加法器26相加，獲得當(dāng)前U軸的最終位置指令。
本發(fā)明之二，一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的U軸控制方法。該方法包括
一)運動速度控制步驟將主軸的當(dāng)前運動速度值Vs與主軸與U軸之間的傳動比K相乘，獲得一U軸實時跟蹤主軸運動的速度指令V1u，并將該速度指令V1u與來自于加工程序的U軸當(dāng)前速度指令V2u相加，輸出一當(dāng)前U軸的最終運動速度值Vu；二)運動位置控制步驟將三個數(shù)值相加，所述三個數(shù)值即主軸的當(dāng)前運動速度值Vs、該值Vs與為補償基于速度U軸運動誤差的自適應(yīng)系數(shù)Kadap相乘獲得的值、該值Vs與為U軸的速度環(huán)增益參數(shù)Kv相除獲得的值，獲得和值，該和值再與主軸的當(dāng)前運動位置值Ps相加，所獲得的值與主軸與U軸之間的傳動比K相乘獲得積值，該積值與來自于加工程序的U軸當(dāng)前位置指令P2u相加，獲得當(dāng)前U軸的最終位置指令。
本發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)實時讀取主軸的轉(zhuǎn)速信號，在沒有U軸位置指令的時候，U軸伺服電機必須達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速以使得U軸桿能和主軸的旋轉(zhuǎn)保持同步；在U軸需要移動的情況下，則必須使U軸電機以相對較快或較慢的速度旋轉(zhuǎn)以確保U軸桿相對于主軸有一定的轉(zhuǎn)差率。
伺服馬達(dá)與U軸桿之間以齒輪傳動，齒數(shù)比為3∶1。U軸杠與U軸之間通過斜齒輪對與渦輪蝸桿副傳動，U軸杠旋轉(zhuǎn)一周，U軸移動0.8毫米。
另外，由于U軸沒有限位開關(guān)，通常情況下U軸安全性由軟限位確保，一旦出現(xiàn)意外軟限位不起作用時，則U軸電機過載產(chǎn)生報警輸出，從而使系統(tǒng)緊停生效。
需要說明的是以上僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的U軸控制單元，其特征在于它包括運動速度控制單元和運動位置控制單元，其中運動速度控制單元，包括第一乘法器(11)和與之相連的第一加法器(12)，用于將主軸的當(dāng)前運動速度值(Vs)與主軸與U軸之間的傳動比(K)通過第一乘法器(11)相乘，獲得一U軸實時跟蹤主軸運動的速度指令(V1u)，并將該速度指令(V1u)與來自于加工程序的U軸當(dāng)前速度指令(V2u)通過第一加法器(12)相加，輸出一當(dāng)前U軸的最終運動速度值(Vu)；運動位置控制單元，包括依次相連的第二加法器(23)、第三加法器(24)、第三乘法器(25)和第四加法器(26)，以及分別與第二加法器(23)相連的除法器(21)、第二乘法器(22)，用于將三個數(shù)值，即主軸的當(dāng)前運動速度值(Vs)、該值(Vs)與為補償基于速度U軸運動誤差的自適應(yīng)系數(shù)(Kadap)通過第二乘法器(22)相乘獲得的值、該值(Vs)與為U軸的速度環(huán)增益參數(shù)(Kv)通過除法器(21)相除獲得的值，通過第二加法器(23)相加獲得和值，該和值再與主軸的當(dāng)前運動位置值(Ps)相加，所獲得的值與主軸與U軸之間的傳動比(K)通過第三乘法器(25)相乘獲得積值，該積值與來自于加工程序的U軸當(dāng)前位置指令(P2u)通過第四加法器(26)相加，獲得當(dāng)前U軸的最終位置指令。
2.一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的U軸控制方法，包括一)運動速度控制步驟將主軸的當(dāng)前運動速度值(Vs)與主軸與U軸之間的傳動比(K)相乘，獲得一U軸實時跟蹤主軸運動的速度指令(V1u)，并將該速度指令(V1u)與來自于加工程序的U軸當(dāng)前速度指令(V2u)相加，輸出一當(dāng)前U軸的最終運動速度值(Vu)；二)運動位置控制步驟將三個數(shù)值相加，所述三個數(shù)值即主軸的當(dāng)前運動速度值(Vs)、該值(Vs)與為補償基于速度U軸運動誤差的自適應(yīng)系數(shù)(Kadap)相乘獲得的值、該值(Vs)與為U軸的速度環(huán)增益參數(shù)(Kv)相除獲得的值，獲得和值，該和值再與主軸的當(dāng)前運動位置值(Ps)相加，所獲得的值與主軸與U軸之間的傳動比(K)相乘獲得積值，該積值與來自于加工程序的U軸當(dāng)前位置指令(P2u)相加，獲得當(dāng)前U軸的最終位置指令。
全文摘要
一種立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)的U軸控制單元及方法，其方法包括一)運動速度控制步驟將主軸的當(dāng)前運動速度值(Vs)與傳動比(K)相乘，獲得一速度指令(V1u)，并將該速度指令(V1u)與U軸當(dāng)前速度指令(V2u)相加，輸出一當(dāng)前U軸的最終運動速度值(Vu)；運動位置控制步驟將三個數(shù)值相加獲得和值與主軸的當(dāng)前運動位置值(Ps)相加，所獲得的值與傳動比(K)相乘獲得積值，該積值與U軸當(dāng)前位置指令(P2u)相加，獲得當(dāng)前U軸的最終位置指令。本發(fā)明解決了采用U軸刀具的加工中心所配套的開放式架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)(SE300)的U軸控制技術(shù)問題，使得U軸刀具旋轉(zhuǎn)的同時，刀頭可沿著刀架端面作徑向運動，并達(dá)到預(yù)定的控制精度。本發(fā)明具有良好的發(fā)展與應(yīng)用前景。
文檔編號B23Q15/14GK1868667SQ20061002812
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月26日
發(fā)明者徐志明, 楊家榮, 程松, 周吉, 董瑞剛 申請人:上海電氣集團(tuán)股份有限公司