數(shù)控裝置和摩擦補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種數(shù)控裝置和摩擦補(bǔ)償方法，能高精度地估算出移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩，并能修正象限突起。數(shù)控裝置包括摩擦補(bǔ)償器。摩擦補(bǔ)償器對(duì)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)、工作臺(tái)的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行估算。摩擦補(bǔ)償器包括第一摩擦特性估算部、第二摩擦特性估算部、第三摩擦特性估算部、斯特里貝克特性估算部。第一～第三摩擦特性估算部對(duì)因庫侖摩擦而產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。斯特里貝克特性估算部對(duì)根據(jù)工作臺(tái)的進(jìn)給速度而變化的摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。因此，摩擦補(bǔ)償器除了能估算因庫侖摩擦而產(chǎn)生的摩擦力的變動(dòng)以外，還能估算因工作臺(tái)的速度變化而產(chǎn)生的摩擦力的變動(dòng)。
【專利說明】數(shù)控裝置和摩擦補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)控裝置和摩擦補(bǔ)償方法。

【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控裝置為進(jìn)行移動(dòng)體的兩軸圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)而對(duì)馬達(dá)進(jìn)行控制。移動(dòng)體在馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)時(shí)無法立刻進(jìn)行反轉(zhuǎn)。其原因在于在進(jìn)給機(jī)構(gòu)上產(chǎn)生的摩擦的影響。在進(jìn)行圓弧切削而使象限改變時(shí)(移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí))，移動(dòng)體的實(shí)際移動(dòng)軌跡會(huì)偏離到指令軌跡的外側(cè)。移動(dòng)軌跡偏離到外側(cè)的現(xiàn)象形成象限突起，其會(huì)對(duì)加工精度帶來不良影響。象限突起是在進(jìn)給軸的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)隨著摩擦力的急劇變化而產(chǎn)生的。本 申請(qǐng)人:為了求出摩擦轉(zhuǎn)矩與變位之間的關(guān)系，使用如圖1所示的試驗(yàn)裝置，在進(jìn)給速度為5mm/min、指令半徑為0.2mm的低速條件下進(jìn)行了試驗(yàn)。在低速條件下可以忽略粘性摩擦和慣性力。因此，馬達(dá)轉(zhuǎn)矩與包含在機(jī)構(gòu)上產(chǎn)生的所有摩擦的總摩擦轉(zhuǎn)矩相等。
[0003]圖12、圖13用實(shí)線表示測(cè)定出的工作臺(tái)的變位量與馬達(dá)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。圖12表示X軸上的結(jié)果，圖13表示Y軸上的結(jié)果。在各圖中，摩擦轉(zhuǎn)矩在移動(dòng)方向剛反轉(zhuǎn)后均表現(xiàn)出非線性彈簧特性，描繪出遲滯曲線。由于本試驗(yàn)裝置采用了偏移預(yù)緊方式的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(滾珠絲杠軸和滾珠螺母)，因此，摩擦力的變化呈現(xiàn)出兩個(gè)階段。伺服馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩?zé)o法追隨反轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力的變化。因此產(chǎn)生了象限突起。
[0004]例如，在日本專利特許公開2012年108892號(hào)公報(bào)中公開了一種估算摩擦力以對(duì)象限突起進(jìn)行修正的數(shù)控裝置及摩擦補(bǔ)償方法。數(shù)控裝置包括第一摩擦估算部和第二摩擦估算部。第一摩擦估算部對(duì)移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后增加的第一個(gè)波峰的摩擦力進(jìn)行估算。第二摩擦估算部對(duì)移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后移動(dòng)了規(guī)定量后增加的第二個(gè)波峰的摩擦力進(jìn)行估算。
[0005]本 申請(qǐng)人:為了能比上述技術(shù)更高精度地估算出象限突起的發(fā)生主要原因即摩擦力的變化，根據(jù)圖12、圖13，如下進(jìn)行了建模。
[0006].(tanh (x/a^ -1) sgn (xr )
[0007].f2=fc2 (tanh (x/a2)-1) sgn (x，)
[0008].f3=fc3 (tanh ((x_b)/a3)-1) sgn (X，)
[0009]其中，若X < b,則 f = fcl + fc2,若 X ≥ b,則 f = fcl + fc2 + fc3
[0010]在上述式中，?.ε1、?；2、?；3為庫侖摩擦轉(zhuǎn)矩(Nm)，X為從反轉(zhuǎn)位置開始的工作臺(tái)變位(m) ,a^a^ag為確定移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后摩擦轉(zhuǎn)矩的上升的常數(shù)(m), b為從移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)位置到摩擦力朝第二階段變化的開始點(diǎn)為止的距離(m)。摩擦力的變化能通過將三個(gè)函數(shù)f\、f2、f3組合起來進(jìn)行表達(dá)。函數(shù)表示剛反轉(zhuǎn)后的急劇上升，f2表示平穩(wěn)地增加，f3表示第二個(gè)波峰。各參數(shù)可通過以與圖12、圖13的各測(cè)定值對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行曲線擬合加以確定(identify)。圖12、圖13用虛線表示以確定的值為基準(zhǔn)描繪出的摩擦模型的曲線。此外，驗(yàn)證了圖12、圖13能再現(xiàn)象限突起的主要原因即反轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力的變動(dòng)。
[0011]摩擦補(bǔ)償器使用上述摩擦模型來抵消摩擦力的變動(dòng)，從而抑制象限突起。摩擦補(bǔ)償器通過摩擦模型來求出進(jìn)給機(jī)構(gòu)的摩擦力f。，并對(duì)伺服系統(tǒng)的響應(yīng)延遲進(jìn)行補(bǔ)償，且轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩信號(hào)，然后輸出補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩。數(shù)控裝置將補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩加到伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩指令上，以修正象限突起。
[0012]本 申請(qǐng)人:將上述補(bǔ)償器安裝到數(shù)控裝置上，對(duì)以兩種進(jìn)給速度做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力的變化進(jìn)行了試驗(yàn)。圖14是以0.316m/min的進(jìn)給速度進(jìn)行試驗(yàn)而得到的結(jié)果，圖15是以3.16m/min的進(jìn)給速度進(jìn)行試驗(yàn)而得到的結(jié)果。在兩種速度下均能一定程度地抑制象限突起，但在圖15中，依然殘留有突起狀的誤差。其原因是，除了庫侖摩擦以外，很可能還有反轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力變化的影響。即，數(shù)控裝置僅對(duì)反轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的因庫侖摩擦產(chǎn)生的變化進(jìn)行抵消，并不能充分修正象限突起。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)控裝置和摩擦補(bǔ)償方法，能高精度地估算出移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩，并能修正象限突起。
[0014]技術(shù)方案I的數(shù)控裝置包括:進(jìn)給機(jī)構(gòu)，該進(jìn)給機(jī)構(gòu)具有滾珠絲杠軸和套設(shè)于該滾珠絲杠軸的滾珠螺母，并使固定于該滾珠螺母的移動(dòng)體移動(dòng)；馬達(dá)，該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)上述滾珠絲杠軸旋轉(zhuǎn)；位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)，該位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)基于上述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)量對(duì)利用上述馬達(dá)移動(dòng)后的上述移動(dòng)體的位置進(jìn)行檢測(cè)；速度生成部，該速度生成部生成速度指令，以使上述位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的上述移動(dòng)體的位置與控制部生成的位置指令一致；速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，該速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)上述馬達(dá)的速度進(jìn)行檢測(cè)；轉(zhuǎn)矩生成部，該轉(zhuǎn)矩生成部生成轉(zhuǎn)矩指令，以使上述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度與上述速度生成部生成的速度指令一致；摩擦估算部，該摩擦估算部對(duì)上述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；以及修正部，該修正部基于上述摩擦估算部估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩，對(duì)上述轉(zhuǎn)矩指令進(jìn)行修正，其特征是，上述摩擦估算部包括:第一摩擦估算部，該第一摩擦估算部對(duì)根據(jù)上述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后上述移動(dòng)體的移動(dòng)量而增加的、因上述進(jìn)給機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；第二摩擦估算部，該第二摩擦估算部在上述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后，上述移動(dòng)體移動(dòng)了規(guī)定量以后，對(duì)根據(jù)上述移動(dòng)體的移動(dòng)量而增加的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；以及第三摩擦估算部，該第三摩擦估算部對(duì)與上述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后上述移動(dòng)體的移動(dòng)速度相關(guān)的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算，上述摩擦估算部將由上述第一摩擦估算部、上述第二摩擦估算部、上述第三摩擦估算部分別估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩加在一起。摩擦力的象限突起在移動(dòng)體反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生。摩擦力除了反轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的因庫侖摩擦而產(chǎn)生的變化以外，還受到了與移動(dòng)體的速度相關(guān)的摩擦的影響。反轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的庫侖摩擦根據(jù)移動(dòng)體的移動(dòng)量而變化。第一摩擦估算部和第二摩擦估算部對(duì)根據(jù)移動(dòng)體的移動(dòng)量而變化的摩擦力進(jìn)行估算。第三摩擦估算部對(duì)與移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后移動(dòng)體的移動(dòng)速度相關(guān)的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。摩擦估算部在第一摩擦估算部和第二摩擦估算部估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩上，還加上第三摩擦估算部估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩。因此，數(shù)控裝置能抑制因移動(dòng)體的速度變化而產(chǎn)生的摩擦力的變動(dòng)。因此，與以往相比，數(shù)控裝置能進(jìn)一步抑制象限關(guān)起。
[0015]技術(shù)方案2的數(shù)控裝置的特征是，除了技術(shù)方案I所記載的發(fā)明的結(jié)構(gòu)以外，上述第三摩擦估算部基于用斯特里貝克曲線示出上述移動(dòng)體的速度與上述摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的斯特里貝克信息，對(duì)與上述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度對(duì)應(yīng)的上述摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。移動(dòng)體的速度與摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系能用斯特里貝克曲線來反映。通過使用斯特里貝克曲線的信息即斯特里貝克信息，第三摩擦估算部能估算出與移動(dòng)體的速度對(duì)應(yīng)的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩。
[0016]技術(shù)方案3的數(shù)控裝置的特征是，除了技術(shù)方案2所記載的發(fā)明的結(jié)構(gòu)以外，上述第三摩擦估算部?jī)H在上述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度的絕對(duì)值增加的情況下，使用上述斯特里貝克信息，對(duì)與上述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度對(duì)應(yīng)的上述摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。僅在移動(dòng)體一邊加速一邊移動(dòng)的情況下，第三摩擦估算部使用斯特里貝克信息，對(duì)與速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度對(duì)應(yīng)的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。因此，第三摩擦估算部能良好地估算出與速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度對(duì)應(yīng)的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩。
[0017]技術(shù)方案4的摩擦補(bǔ)償方法由數(shù)控裝置執(zhí)行，該數(shù)控裝置包括:進(jìn)給機(jī)構(gòu)，該進(jìn)給機(jī)構(gòu)具有滾珠絲杠軸和套設(shè)于該滾珠絲杠軸的滾珠螺母，并使固定于該滾珠螺母的移動(dòng)體移動(dòng)；馬達(dá)，該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)上述滾珠絲杠軸旋轉(zhuǎn)；速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，該速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)上述馬達(dá)的速度進(jìn)行檢測(cè)；以及位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)，該位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)基于上述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)量對(duì)利用上述馬達(dá)移動(dòng)后的上述移動(dòng)體的位置進(jìn)行檢測(cè)，該摩擦補(bǔ)償方法包括；速度生成工序，在該速度生成工序中生成速度指令，以使上述位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的上述移動(dòng)體的位置與控制部生成的位置指令一致；轉(zhuǎn)矩生成工序，在該轉(zhuǎn)矩生成工序中生成轉(zhuǎn)矩指令，以使上述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度與在上述速度生成工序中生成的速度指令一致；摩擦估算工序，在該摩擦估算工序中對(duì)上述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；以及修正工序，在該修正工序中基于在上述摩擦估算工序中估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩，對(duì)上述轉(zhuǎn)矩指令進(jìn)行修正，其特征是，上述摩擦估算工序包括:第一摩擦估算工序，在該第一摩擦估算工序中，對(duì)根據(jù)上述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后上述移動(dòng)體的移動(dòng)量而增加的、因上述進(jìn)給機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；第二摩擦估算工序，在該第二摩擦估算工序中，在上述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后，上述移動(dòng)體移動(dòng)了規(guī)定量以后，對(duì)根據(jù)上述移動(dòng)體的移動(dòng)量而增加的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；以及第三摩擦估算工序，在該第三摩擦估算工序中，對(duì)與上述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后上述移動(dòng)體的移動(dòng)速度相關(guān)的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算，在上述摩擦估算工序中，將通過上述第一摩擦估算工序、上述第二摩擦估算工序、上述第三摩擦估算工序分別估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩加在一起。因此，數(shù)控裝置通過執(zhí)行本發(fā)明的方法，能獲得技術(shù)方案I記載的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是表示工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20的結(jié)構(gòu)的一部分的圖。
[0019]圖2是表示數(shù)控裝置40和工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20的一部分結(jié)構(gòu)的圖。
[0020]圖3是表示進(jìn)給速度與馬達(dá)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的圖。
[0021]圖4是將圖3中的進(jìn)給速度換算成對(duì)數(shù)時(shí)的圖。
[0022]圖5是摩擦補(bǔ)償器13的框圖。
[0023]圖6是對(duì)在無補(bǔ)償?shù)那闆r下和有補(bǔ)償?shù)那闆r下以0.316m/min的進(jìn)給速度做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)與指令位置之間的誤差進(jìn)行比較的圖。
[0024]圖7是對(duì)在無補(bǔ)償?shù)那闆r下和有補(bǔ)償?shù)那闆r下以3.16m/min的進(jìn)給速度做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)與指令位置之間的誤差進(jìn)行比較的圖。
[0025]圖8是表示將斯特里貝克補(bǔ)償應(yīng)用于加速時(shí)和減速時(shí)與指令位置之間的誤差的圖(進(jìn)給速度=316mm/min)。
[0026]圖9是表示將斯特里貝克補(bǔ)償僅應(yīng)用于加速時(shí)與指令位置之間的誤差的圖(進(jìn)給速度=316mm/min)。
[0027]圖10是表示將斯特里貝克補(bǔ)償應(yīng)用于加速時(shí)和減速時(shí)與指令位置之間的誤差的圖(進(jìn)給速度=3162mm/min)。
[0028]圖11是表示將斯特里貝克補(bǔ)償僅應(yīng)用于加速時(shí)與指令位置之間的誤差的圖(進(jìn)給速度=3162mm/min)。
[0029]圖12是表示現(xiàn)有技術(shù)中X軸方向的工作臺(tái)變位量與摩擦轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的圖。
[0030]圖13是表示現(xiàn)有技術(shù)中Y軸方向的工作臺(tái)變位量與摩擦轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的圖。
[0031]圖14是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中在無補(bǔ)償?shù)那闆r下和有補(bǔ)償?shù)那闆r下以0.316m/min的進(jìn)給速度做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)與指令位置之間的誤差進(jìn)行比較的圖。
[0032]圖15是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中在無補(bǔ)償?shù)那闆r下和有補(bǔ)償?shù)那闆r下以3.16m/min的進(jìn)給速度做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)與指令位置之間的誤差進(jìn)行比較的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]參照附圖對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1所示的數(shù)控裝置40為本發(fā)明的一實(shí)施方式。數(shù)控裝置40按照加工程序所指令的路徑，對(duì)機(jī)床的軸移動(dòng)進(jìn)行控制，以對(duì)固定于工作臺(tái)3的加工物進(jìn)行切削。
[0034]參照?qǐng)D1對(duì)工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20進(jìn)行說明。工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20設(shè)置于機(jī)床(未圖示)，將工作臺(tái)3支撐成能在X軸方向和Y軸方向上移動(dòng)。工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20包括基座1、中間工作臺(tái)50、工作臺(tái)3。基座I呈長(zhǎng)方體狀，在其上表面設(shè)有一對(duì)直線引導(dǎo)件6A。一對(duì)直線引導(dǎo)件6A在Y軸方向上對(duì)中間工作臺(tái)50進(jìn)行引導(dǎo)。滾珠絲杠軸4A和滾珠螺母(未圖示)配置在一對(duì)直線引導(dǎo)件6A之間。中間工作臺(tái)50的下部固定于滾珠螺母。中間工作臺(tái)50在其上部設(shè)有一對(duì)直線引導(dǎo)件6B。直線引導(dǎo)件6B在與Y軸方向正交的X軸方向上對(duì)工作臺(tái)3進(jìn)行引導(dǎo)。滾珠絲杠軸4B和滾珠螺母5 (參照?qǐng)D2)配置在一對(duì)直線引導(dǎo)件6B之間。
[0035]如圖2所示，工作臺(tái)3在其下部包括塊體51。塊體51在直線引導(dǎo)件6B的導(dǎo)軌上滑動(dòng)。一對(duì)軸支撐部7對(duì)滾珠絲杠軸4B的兩端部進(jìn)行支撐。一對(duì)軸支撐部7固定于中間工作臺(tái)50的上表面。軸支撐部7在其內(nèi)部設(shè)有軸承8。中間工作臺(tái)50在其下端設(shè)有塊體(未圖示)。塊體在直線引導(dǎo)件6A的導(dǎo)軌上滑動(dòng)。一對(duì)軸支撐部(未圖示)對(duì)滾珠絲杠軸4A的兩端部進(jìn)行支撐。一對(duì)軸支撐部固定于基座I。軸支撐部在其內(nèi)部設(shè)有軸承(未圖示)O
[0036]如圖1所示，基座I在其上表面固定有馬達(dá)2A。馬達(dá)2A的軸與滾珠絲杠軸4A通過連接零件(圖示外)而連接。馬達(dá)2A在其軸部周圍設(shè)有油密封件(圖示外)。如圖2所示，中間工作臺(tái)50在其上表面固定有馬達(dá)2B。馬達(dá)2B的軸與滾珠絲杠軸4B通過連接零件9而連接。馬達(dá)2B在其軸部周圍具有油密封件52。工作臺(tái)3在其兩端設(shè)有固定罩53。密封構(gòu)件55固定于可動(dòng)罩54的與工作臺(tái)側(cè)端部相反一側(cè)的端部。密封構(gòu)件55由橡膠形成。密封構(gòu)件55防止切屑等從固定罩53與可動(dòng)罩54之間進(jìn)入。
[0037]如圖1所示，數(shù)控裝置40分別與馬達(dá)2A、2B。在使馬達(dá)2A驅(qū)動(dòng)時(shí)，滾珠絲杠軸4A旋轉(zhuǎn)，滾珠螺母在Y軸方向上移動(dòng)。固定于滾珠螺母的中間工作臺(tái)50被直線引導(dǎo)件6A引導(dǎo)而在Y軸方向上移動(dòng)。在使馬達(dá)2B驅(qū)動(dòng)時(shí)，滾珠絲杠軸4B旋轉(zhuǎn)，滾珠螺母5在X軸方向上移動(dòng)。固定于滾珠螺母5的工作臺(tái)3被直線引導(dǎo)件6B引導(dǎo)而在X軸方向上移動(dòng)。滾珠絲杠軸4A、4B和各滾珠螺母5分別將馬達(dá)2A、2B的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作臺(tái)3在X軸方向和Y軸方向上的直進(jìn)運(yùn)動(dòng)。因此，在馬達(dá)2A、2B的驅(qū)動(dòng)下，工作臺(tái)3能在X軸方向和Y軸方向上移動(dòng)。數(shù)控裝置40對(duì)馬達(dá)2A、2B進(jìn)行控制，以對(duì)工作臺(tái)3的位置、速度和加速度進(jìn)行控制。
[0038]如圖2所示，旋轉(zhuǎn)編碼器60分別安裝于馬達(dá)2A、2B。圖2中沒有圖示出馬達(dá)2A、馬達(dá)2A側(cè)的旋轉(zhuǎn)編碼器60。各旋轉(zhuǎn)編碼器60對(duì)馬達(dá)2A、2B的位置進(jìn)行檢測(cè)。數(shù)控裝置40基于馬達(dá)2A、2B的位置、滾珠絲杠軸4A、4B的節(jié)距(螺紋牙的間隔)來計(jì)算出工作臺(tái)3的位置。
[0039]參照?qǐng)D2，對(duì)數(shù)控裝置40的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。數(shù)控裝置40包括上位控制部10、位置控制器11、速度控制器12、摩擦補(bǔ)償器13、加法器14、電流控制增幅器15、微分器16。上位控制部10將位置指令信號(hào)輸出到位置控制器11。各旋轉(zhuǎn)編碼器60將馬達(dá)2A、2B的位置檢測(cè)信號(hào)輸出到位置控制器11。位置控制器11以使位置指令信號(hào)與位置檢測(cè)信號(hào)一致的方式生成速度指令信號(hào)，并將其輸出到速度控制器12。微分器16將位置檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為速度檢測(cè)信號(hào)，并將其輸出到速度控制器12。
[0040]速度控制器12以速度指令信號(hào)與速度檢測(cè)信號(hào)一致的方式生成轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)，并將其輸出到加法器14。摩擦補(bǔ)償器13基于來自上位控制部10的位置指令信號(hào)，估算馬達(dá)2A、2B的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的摩擦力，并生成摩擦補(bǔ)償信號(hào)，然后將其輸出到加法器14。摩擦補(bǔ)償信號(hào)是對(duì)馬達(dá)2A、2B的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男盘?hào)。加法器14對(duì)來自速度控制器12的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)和來自摩擦補(bǔ)償器13的摩擦補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算。加法器14將經(jīng)摩擦補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)輸出到電流控制增幅器15。電流控制增幅器15作為轉(zhuǎn)矩控制器起作用。電流控制增幅器15對(duì)馬達(dá)2A、2B的電流進(jìn)行控制，以產(chǎn)生盡可能忠實(shí)于經(jīng)摩擦補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)的轉(zhuǎn)矩。位置控制器11、速度控制器12、加法器14、電流控制增幅器15、微分器16為眾所周知的結(jié)構(gòu)。因此，下面以摩擦補(bǔ)償?shù)脑砗头椒橹行膶?duì)與本申請(qǐng)發(fā)明直接關(guān)聯(lián)的摩擦補(bǔ)償器13進(jìn)行說明。
[0041]下面對(duì)在工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20上產(chǎn)生的摩擦力的原因進(jìn)行說明。工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20至少具有分別因第一摩擦源和第二摩擦源而產(chǎn)生的摩擦力。因第一摩擦源而產(chǎn)生的摩擦力例如有直線引導(dǎo)件6A、6B對(duì)塊體51的預(yù)緊，滾珠絲杠軸4A、4B對(duì)滾珠螺母5的預(yù)緊，軸承8的預(yù)緊等。預(yù)緊越高，則工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20所需的剛性越高，且摩擦力也越大。因第二摩擦源而產(chǎn)生的摩擦力例如有油密封件52、可動(dòng)罩54的密封件的滑動(dòng)阻力。密封性提高時(shí)，摩擦力變大。如上所述，摩擦力在工作臺(tái)3的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)急劇變化。工作臺(tái)3的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)是馬達(dá)2A、2B的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)、滾珠絲杠軸4A、4B的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)的時(shí)候。例如，數(shù)控裝置40有時(shí)會(huì)使用正交的兩個(gè)軸(X軸和Y軸)進(jìn)行上述圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，以進(jìn)行圓弧切削。由于工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20采用偏移預(yù)緊方式的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，因此，如圖12、圖13所示，摩擦力的變化表現(xiàn)為兩個(gè)階段。摩擦力的變化因庫侖摩擦而產(chǎn)生。相對(duì)于反轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力的變化，馬達(dá)2A、2B輸出的轉(zhuǎn)矩?zé)o法追隨，從而產(chǎn)生象限突起。
[0042]下面對(duì)因庫侖摩擦而產(chǎn)生的摩擦力的建模進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，基于圖12、圖13的線圖，如下式所示對(duì)因庫侖摩擦而產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行建模。
[0043](tanh (x/a)-1) sgn (X，) (I)
[0044]f2=fc2 (tanh (x/a2)-1) sgn (X，) (2)
[0045]f3=fc3 (tanh ((x_b)/a3)-1) sgn (X，) (3)
[0046]其中，若X < b,則 f = fcl + fc2,若 X ≥ b,則 f = fcl + fc2 + fc3
[0047]在上述式中，fc1,fc2、fc3為庫侖摩擦轉(zhuǎn)矩(Nm)，X為從反轉(zhuǎn)位置開始的工作臺(tái)變位(m) ,a^a^ag為確定移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后摩擦轉(zhuǎn)矩的上升的常數(shù)(m), b為從移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)位置到摩擦力朝第二階段變化的開始點(diǎn)為止的距離(m)。X’是X的微分值。因庫侖摩擦力而產(chǎn)生的摩擦力的變化能通過將三個(gè)函數(shù)f\、f2、f3組合起來進(jìn)行表達(dá)。表示剛反轉(zhuǎn)后的急劇上升，f2表示平穩(wěn)地增加，f3表示第二個(gè)波峰。各參數(shù)可通過以與圖12的各測(cè)定值對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行曲線擬合加以確定。
[0048]下面對(duì)摩擦力的速度依賴性進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，除了庫侖摩擦以外，作為移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力的變化的主要原因，還能考慮到摩擦力的速度依賴性，為了確認(rèn)摩擦力的速度依賴性，進(jìn)行工作臺(tái)3的等速運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)進(jìn)給速度與馬達(dá)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果如圖3所示。菱形的標(biāo)記表示X軸的結(jié)果，正方形的標(biāo)記表示Y軸的結(jié)果。圖3示出，進(jìn)給速度與馬達(dá)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系在X軸和Y軸上均為斯特里貝克曲線。由于象限突起在移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)位置處產(chǎn)生，因此，能推測(cè)出受到了斯特里貝克曲線的影響。圖4是對(duì)圖3的結(jié)果將橫軸的進(jìn)給速度換算成對(duì)數(shù)后的結(jié)果。圖4明確地示出，在X軸和Y軸上均因進(jìn)給速度的差異而導(dǎo)致摩擦力大幅變化。因此，移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力變動(dòng)的主要原因除了庫侖摩擦以外，還能推測(cè)出存在斯特里貝克曲線的影響。
[0049]下面說明斯特里貝克曲線的建模。為了對(duì)圖4所示的曲線進(jìn)行建模，在本實(shí)施方式中，將進(jìn)給速度v(mm/min)的補(bǔ)償量(Nm)設(shè)為Fn(V)。例如，針對(duì)圖4的測(cè)定結(jié)果，在從較慢的進(jìn)給速度開始從第I號(hào)依次編到第N號(hào)為止時(shí)，在本實(shí)施方式中，將滿足Xn < I V I的最大速度(mm/min)設(shè)為xn(在不存在滿足左述條件的η的情況下，η=1),將該最大速度時(shí)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩(Nm)設(shè)為yn。斯特里貝克曲線的建模如下式所示。如將會(huì)在后面說明的那樣，下述式(4)、式(5)最好僅應(yīng)用于加速時(shí)。
[0050][V ≥ O 時(shí)]
[0051 ] Fn O) = [ (yn+1-yn) / (χη+ι-χη) ] (ν-χη) +yn- [yrxi (y2-yi) / (χ2-χι) ] (4)
[0052][v < 0 時(shí)]
[0053]Fn (V) = [ (yn+「yn) / (xn+「xn) ] (v+xn) -yn+ [m (Y2-Y1) / (X2-X1) ] (5)
[0054]上述式(4)、式(5)中，關(guān)于某個(gè)速度v，根據(jù)滿足xn < I V1 I的最大速度Xn和此時(shí)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩In以及Xn < Xn+1時(shí)的速度Xn+1和此時(shí)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩yn+1，利用線性插值來計(jì)算出因斯特里貝克特性而產(chǎn)生的摩擦力。式(4)、式(5)和在試驗(yàn)中確定的各參數(shù)的信息作為斯特里貝克信息而被后述的斯特里貝克特性估算部30所利用。
[0055]本實(shí)施方式的摩擦補(bǔ)償器13除了式⑴~式(3)以外，還一并使用式(4)、式(5)，從而對(duì)工作臺(tái)3的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力的變化進(jìn)行估算。式(I)~式(3)是因庫侖摩擦而產(chǎn)生的摩擦力的模型公式。式(4)、式(5)是斯特里貝克曲線的模型公式。
[0056]參照?qǐng)D5對(duì)基于上述理論的摩擦補(bǔ)償器13的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。摩擦補(bǔ)償器13至少包括實(shí)際位置估算部21、微分器22、符號(hào)反轉(zhuǎn)檢測(cè)部23、積分器24、第一摩擦特性估算部26、第二摩擦特性估算部27、第三摩擦特性估算部28、微分器29、斯特里貝克特性估算部30、加法器31、響應(yīng)延遲補(bǔ)償部32。第一摩擦特性估算部26~第三摩擦特性估算部28、斯特里貝克特性估算部30內(nèi)置有絕對(duì)值計(jì)算部和極性計(jì)算部。絕對(duì)值計(jì)算部求出輸入的信號(hào)的絕對(duì)值。極性計(jì)算部求出輸入的信號(hào)經(jīng)時(shí)間微分后的信號(hào)的極性。上位控制部10(參照?qǐng)D2)將位置指令信號(hào)輸入到實(shí)際位置估算部21。實(shí)際位置估算部21使用進(jìn)行工作臺(tái)3的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的伺服控制系統(tǒng)的模型。實(shí)際位置估算部21對(duì)與位置指令信號(hào)對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)3的實(shí)際位置進(jìn)行估算并生成實(shí)際位置信號(hào)。實(shí)際位置估算部21例如可以由一階滯后元件等構(gòu)成。微分器22與實(shí)際位置估算部21連接。微分器22對(duì)實(shí)際位置信號(hào)進(jìn)行微分，并將進(jìn)行微分后的信號(hào)作為速度信號(hào)輸出。符號(hào)反轉(zhuǎn)檢測(cè)部23及積分器24與微分器22連接。符號(hào)反轉(zhuǎn)檢測(cè)部23對(duì)速度信號(hào)的符號(hào)的反轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測(cè)。符號(hào)反轉(zhuǎn)檢測(cè)部23輸出復(fù)位信號(hào)。積分器24對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行積分，以復(fù)原實(shí)際位置信號(hào)。積分器24根據(jù)符號(hào)反轉(zhuǎn)檢測(cè)部23輸出的各復(fù)位信號(hào)，使積分值復(fù)位為零。積分器24生成來自工作臺(tái)3的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)位置的變位信號(hào)。第一摩擦特性估算部26、第二摩擦特性估算部27及第三摩擦特性估算部28與積分器24連接。斯特里貝克特性估算部30經(jīng)由微分器29與積分器24連接。第一摩擦特性估算部26使用式(I)來求出摩擦轉(zhuǎn)矩(N.m)。摩擦轉(zhuǎn)矩在工作臺(tái)3的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后急劇增加。第二摩擦特性估算部27使用式(2)來求出摩擦轉(zhuǎn)矩&0.!!!)。摩擦轉(zhuǎn)矩f2在工作臺(tái)3反轉(zhuǎn)后平穩(wěn)地增加。第三摩擦特性估算部28使用式(3)來求出摩擦轉(zhuǎn)矩f3(N*m)。摩擦轉(zhuǎn)矩&在工作臺(tái)3的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后，在移動(dòng)了規(guī)定量^后增加。斯特里貝克特性估算部30使用式(4)、式(5)來求出摩擦轉(zhuǎn)矩f4(N -m)。摩擦轉(zhuǎn)矩f4在工作臺(tái)3反轉(zhuǎn)后根據(jù)工作臺(tái)3的進(jìn)給速度而增減。f4根據(jù)速度的加減速而輸入上述Fn(V)或Ft(V)。加法器31分別與第一摩擦特性估算部26、第二摩擦特性估算部27、第三摩擦特性估算部28、斯特里貝克特性估算部30連接。加法器31對(duì)f\、f2、f3、f4進(jìn)行加法運(yùn)算。響應(yīng)延遲補(bǔ)償部32與加法器31的輸出端連接。響應(yīng)延遲補(bǔ)償部32由傳遞函數(shù)的反函數(shù)構(gòu)成。傳遞函數(shù)是對(duì)從轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)到馬達(dá)2A、2B實(shí)際輸出的轉(zhuǎn)矩為止的特性進(jìn)行建模而得到的函數(shù)。轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)輸入到電流控制增幅器15 (參照?qǐng)D2)。響應(yīng)延遲補(bǔ)償部32對(duì)估算出的摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行乘法運(yùn)算，從而生成摩擦補(bǔ)償信號(hào)。
[0057]將上述摩擦補(bǔ)償器13安裝于數(shù)控裝置40并進(jìn)行了圓周運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)。圖6、圖7示出了試驗(yàn)結(jié)果。圖6是以0.316m/min的進(jìn)給速度進(jìn)行試驗(yàn)而得到的結(jié)果，圖7是以3.16m/min的進(jìn)給速度進(jìn)行試驗(yàn)而得到的結(jié)果。圖6、圖7分別能確認(rèn)出在反轉(zhuǎn)之前發(fā)生了凹下和突起。該現(xiàn)象是引入斯特里貝克特性估算部30之前(參照?qǐng)D14、圖15)無法確認(rèn)的現(xiàn)象。其原因可以推測(cè)為，斯特里貝克特性估算部30并不區(qū)分加速和減速而是輸出相同的補(bǔ)償值，但在工作臺(tái)機(jī)構(gòu)20中，摩擦力的速度依賴性在加速時(shí)和減速時(shí)表現(xiàn)出不同的變化。在本實(shí)施方式中，加速時(shí)是指速度的絕對(duì)值增加的現(xiàn)象，減速時(shí)是指速度的絕對(duì)值減小的現(xiàn)象。
[0058]與僅應(yīng)用第一摩擦補(bǔ)償器26~第三摩擦補(bǔ)償器28的情形相比，在應(yīng)用對(duì)斯特里貝克特性進(jìn)行了考慮的摩擦補(bǔ)償器13的情形下，能抑制象限突起的第一個(gè)波峰。即便使用對(duì)斯特里貝克特性進(jìn)行了考慮的摩擦補(bǔ)償器13，也基本無法抑制象限突起的第二個(gè)波峰。其理由可以推測(cè)為，因等速運(yùn)動(dòng)而獲得的摩擦力的速度依賴性與加速及減速時(shí)的摩擦力的速度依賴性不同。
[0059]在本實(shí)施方式中，關(guān)于摩擦補(bǔ)償器13，進(jìn)行了通過將斯特里貝克特性估算部30進(jìn)行的補(bǔ)償分為加速時(shí)和減速時(shí)來判斷象限突起的抑制效果的試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，設(shè)定以下的條件I?4，并對(duì)工作臺(tái)3做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)與指令位置之間的誤差進(jìn)行了調(diào)查。條件I?4的試驗(yàn)條件如下所示。在以下的說明中，將斯特里貝克特性估算部30使用數(shù)學(xué)式(4)、(5)進(jìn)行的補(bǔ)償稱為斯特里貝克補(bǔ)償。
[0060][條件I]
[0061].將斯特里貝克補(bǔ)償應(yīng)用于加速時(shí)和減速時(shí)。
[0062].進(jìn)給速度=316mm/min
[0063].指令半徑=1 Omm
[0064][條件2]
[0065].將斯特里貝克補(bǔ)償僅應(yīng)用于加速時(shí)。
[0066].進(jìn)給速度=316mm/min
[0067].指令半徑=1 Omm
[0068][條件3]
[0069].將斯特里貝克補(bǔ)償應(yīng)用于加速時(shí)和減速時(shí)。
[0070].進(jìn)給速度=3162mm/min
[0071].指令半徑=1 Omm
[0072][條件4]
[0073].將斯特里貝克補(bǔ)償僅應(yīng)用于加速時(shí)。
[0074].進(jìn)給速度=3162mm/min
[0075].指令半徑=1mm
[0076]在條件I?4的試驗(yàn)中，除了應(yīng)用斯特里貝克補(bǔ)償?shù)那樾我酝?，作為比較對(duì)象，還對(duì)完全沒有進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那樾蜗?、沒有應(yīng)用斯特里貝克補(bǔ)償而進(jìn)行了摩擦補(bǔ)償?shù)那樾蜗屡c指令位置之間的誤差分別進(jìn)行了調(diào)查。圖8?圖11示出了各情形下的試驗(yàn)結(jié)果。線圖A表示無補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，線圖B表示僅應(yīng)用了第一摩擦特性估算部26?第三摩擦特性估算部28后的結(jié)果，線圖C表示除了第一摩擦特性估算部26?第三摩擦特性估算部28以外，還應(yīng)用了斯特里貝克補(bǔ)償后的結(jié)果。
[0077]參照?qǐng)D8、圖9，對(duì)條件1、2的結(jié)果進(jìn)行說明。條件I是在加速時(shí)和減速時(shí)均應(yīng)用了斯特里貝克補(bǔ)償。如圖8所示，在線圖A中，象限突起在反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生。在線圖B中，盡管與線圖A相比，象限突起變小了，但卻依然殘留有象限突起。在線圖C中，與線圖B相比，象限突起進(jìn)一步減小了，但象限突起在反轉(zhuǎn)前發(fā)生。在條件2中，如圖9所示，在條件I的線圖C中產(chǎn)生的突起消失了。在線圖C中，線圖A的象限突起比線圖B更小了。
[0078]參照?qǐng)D10、圖11，對(duì)條件3、4的結(jié)果進(jìn)行說明。相對(duì)于條件1、2，條件3、4的進(jìn)給速度變成了高速。條件3是在加速時(shí)和減速時(shí)均應(yīng)用了斯特里貝克補(bǔ)償。如圖10所示，在線圖A中，在反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生了較大的象限突起。在線圖B中，盡管與線圖A相比，象限突起變小了，但卻依然殘留有象限突起。在線圖C中，與線圖B相比，象限突起進(jìn)一步減小了，但與條件I同樣地，在反轉(zhuǎn)前發(fā)生了突起。在條件4中，如圖11所示，與條件2同樣地，在條件3的線圖C中產(chǎn)生的突起消失了。在線圖C中，線圖A的象限突起比線圖B更小了。
[0079]以上結(jié)果驗(yàn)證了，摩擦補(bǔ)償器13通過僅在加速時(shí)應(yīng)用斯特里貝克補(bǔ)償而在減速時(shí)不應(yīng)用斯特里貝克補(bǔ)償，能高精度地估算出在工作臺(tái)3的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩，且能有效地修正象限突起。根據(jù)上述結(jié)果，較為理想的是，上述斯特里貝克特性估算部30在加速時(shí)使用上述式(4)、式(5)，在減速時(shí)使用以下的式(6)、式(7)。t為采樣周期。
[0080](減速時(shí))
[0081][V ≥ O 時(shí)]
[0082]Ft (V) = (FwZvt^1)Vt (6)
[0083][V < O 時(shí)]
[0084]Ft (V) =- (Fh/Vh) vt (7)
[0085]在以上的說明中，工作臺(tái)3相當(dāng)于本發(fā)明的移動(dòng)體，旋轉(zhuǎn)編碼器60相當(dāng)于本發(fā)明的位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)，上位控制部10相當(dāng)于本發(fā)明的控制部，位置控制器11相當(dāng)于本發(fā)明的速度生成部，微分器16相當(dāng)于本發(fā)明的速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，速度控制器12相當(dāng)于本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩生成部，摩擦補(bǔ)償器13相當(dāng)于本發(fā)明的摩擦估算部，加法器14相當(dāng)于本發(fā)明的修正部，第一摩擦特性估算部26和第二摩擦特性估算部27相當(dāng)于本發(fā)明的第一摩擦估算部，第三摩擦特性估算部28相當(dāng)于本發(fā)明的第二摩擦估算部，斯特里貝克特性估算部30相當(dāng)于本發(fā)明的第三摩擦估算部。
[0086]如以上說明所述，本實(shí)施方式的數(shù)控裝置40包括摩擦補(bǔ)償器13。摩擦補(bǔ)償器13對(duì)馬達(dá)2A、2B的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)、工作臺(tái)3的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行估算。摩擦補(bǔ)償器13包括第一摩擦特性估算部26、第二摩擦特性估算部27、第三摩擦特性估算部28、斯特里貝克特性估算部30。第一摩擦特性估算部26~第三摩擦特性估算部28對(duì)因庫侖摩擦而產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。斯特里貝克特性估算部30對(duì)根據(jù)工作臺(tái)3的進(jìn)給速度而變化的摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。因此，數(shù)控裝置40除了能抑制因庫侖摩擦而產(chǎn)生的摩擦力的變動(dòng)以外，還能抑制因工作臺(tái)3的速度變化而產(chǎn)生的摩擦力的變動(dòng)。因此，與以往相比，數(shù)控裝置40能進(jìn)一步抑制象限突起。
[0087]在上述實(shí)施方式中，斯特里貝克特性估算部30基于斯特里貝克信息，對(duì)與通過旋轉(zhuǎn)編碼器60和微分器16檢測(cè)出的速度相對(duì)應(yīng)的摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。斯特里貝克信息是通過斯特里貝克曲線表示工作臺(tái)3的進(jìn)給速度與摩擦轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的信息。因此，數(shù)控裝置40還能抑制因工作臺(tái)3的速度變化而產(chǎn)生的摩擦力的變動(dòng)。
[0088]在上述實(shí)施方式中，斯特里貝克特性估算部30僅在工作臺(tái)3的進(jìn)給速度的絕對(duì)值增加的情況下，使用斯特里貝克信息，對(duì)與進(jìn)給速度對(duì)應(yīng)的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。因此，數(shù)控裝置40能良好地抑制因工作臺(tái)3的速度變化而產(chǎn)生的摩擦力的變動(dòng)。
[0089]本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，可進(jìn)行各種變形。上述實(shí)施方式將工作臺(tái)3作為移動(dòng)體。但移動(dòng)體也可以是對(duì)抓著工具的主軸進(jìn)行支撐的機(jī)構(gòu)。工作臺(tái)是固定的。機(jī)構(gòu)也可以由主軸頭和立柱構(gòu)成。主軸頭將主軸支撐成能旋轉(zhuǎn)。立柱將主軸頭支撐成能朝上下或前后移動(dòng)。
[0090]在上述實(shí)施方式中，使用上述式(I)~式(3)來估算因庫侖摩擦而產(chǎn)生的摩擦力的變化，但也可以使用其它式子進(jìn)行估算。摩擦補(bǔ)償器13使用三個(gè)摩擦特性估算部26~28，對(duì)因庫侖摩擦而產(chǎn)生的摩擦力的變化進(jìn)行估算，但也可以使用三個(gè)以上的摩擦特性估算部。
[0091]在上述實(shí)施方式中，使用了偏移預(yù)緊方式的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。但本發(fā)明在雙螺母預(yù)緊方式的進(jìn)給機(jī)構(gòu)中也能獲得同樣的效果。雙螺母預(yù)緊方式的進(jìn)給機(jī)構(gòu)具有與偏移預(yù)緊方式同樣的摩擦特性。雙螺母預(yù)緊方式的進(jìn)給機(jī)構(gòu)由一對(duì)螺母和墊片構(gòu)成。摩擦補(bǔ)償器13在使用其它施壓方式(加大鋼球預(yù)緊等)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)中也能獲得同樣的效果。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)控裝置(40)，包括:進(jìn)給機(jī)構(gòu)(20)，該進(jìn)給機(jī)構(gòu)具有滾珠絲杠軸(4A、4B)和套設(shè)于該滾珠絲杠軸的滾珠螺母(5)，并使固定于該滾珠螺母的移動(dòng)體(3)移動(dòng)；馬達(dá)(2A、2B)，該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述滾珠絲杠軸旋轉(zhuǎn)；位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)(60)，該位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)基于所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)量對(duì)利用所述馬達(dá)移動(dòng)后的所述移動(dòng)體的位置進(jìn)行檢測(cè)；速度生成部(11)，該速度生成部生成速度指令，以使所述位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的位置與控制部生成的位置指令一致；速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)(16)，該速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)所述馬達(dá)的速度進(jìn)行檢測(cè)；轉(zhuǎn)矩生成部(12)，該轉(zhuǎn)矩生成部生成轉(zhuǎn)矩指令，以使所述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度與所述速度生成部生成的速度指令一致；摩擦估算部(13)，該摩擦估算部對(duì)所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；以及修正部(14)，該修正部基于所述摩擦估算部估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩，對(duì)所述轉(zhuǎn)矩指令進(jìn)行修正，其特征在于， 所述摩擦估算部包括: 第一摩擦估算部(26、27)，該第一摩擦估算部對(duì)根據(jù)所述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后所述移動(dòng)體的移動(dòng)量而增加的、因所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算； 第二摩擦估算部(28)，該第二摩擦估算部在所述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后，所述移動(dòng)體移動(dòng)了規(guī)定量以后，對(duì)根據(jù)所述移動(dòng)體的移動(dòng)量而增加的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；以及 第三摩擦估算部(30)，該第三摩擦估算部對(duì)與所述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后所述移動(dòng)體的移動(dòng)速度相關(guān)的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算， 所述摩擦估算部將由所述第一摩擦估算部、所述第二摩擦估算部、所述第三摩擦估算部分別估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩加在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控裝置，其特征在于， 所述第三摩擦估算部基于用斯特里貝克曲線示出所述移動(dòng)體的速度與所述摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的斯特里貝克信息，對(duì)與所述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度對(duì)應(yīng)的所述摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)控裝置，其特征在于， 所述第三摩擦估算部?jī)H在所述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度的絕對(duì)值增加的情況下，使用所述斯特里貝克信息，對(duì)與所述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度對(duì)應(yīng)的所述摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算。
4.一種摩擦補(bǔ)償方法，其由數(shù)控裝置執(zhí)行，該數(shù)控裝置包括:進(jìn)給機(jī)構(gòu)，該進(jìn)給機(jī)構(gòu)具有滾珠絲杠軸和套設(shè)于該滾珠絲杠軸的滾珠螺母，并使固定于該滾珠螺母的移動(dòng)體移動(dòng)；馬達(dá)，該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述滾珠絲杠軸旋轉(zhuǎn)；速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，該速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)所述馬達(dá)的速度進(jìn)行檢測(cè)；以及位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)，該位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)基于所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)量對(duì)利用所述馬達(dá)移動(dòng)后的所述移動(dòng)體的位置進(jìn)行檢測(cè)，該摩擦補(bǔ)償方法包括；速度生成工序，在該速度生成工序中生成速度指令，以使所述位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的位置與控制部生成的位置指令一致；轉(zhuǎn)矩生成工序，在該轉(zhuǎn)矩生成工序中生成轉(zhuǎn)矩指令，以使所述速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的速度與在所述速度生成工序中生成的速度指令一致；摩擦估算工序，在該摩擦估算工序中對(duì)所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；以及修正工序，在該修正工序中，基于在所述摩擦估算工序中估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩，對(duì)所述轉(zhuǎn)矩指令進(jìn)行修正，其特征在于，所述摩擦估算工序包括: 第一摩擦估算工序，在該第一摩擦估算工序中，對(duì)根據(jù)所述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后所述移動(dòng)體的移動(dòng)量而增加的、因所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；第二摩擦估算工序，在該第二摩擦估算工序中，在所述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后，所述移動(dòng)體移動(dòng)了規(guī)定量以后，對(duì)根據(jù)所述移動(dòng)體的移動(dòng)量而增加的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算；以及 第三摩擦估算工序，在該第三摩擦估算工序中，對(duì)與所述移動(dòng)體的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后所述移動(dòng)體的移動(dòng)速度相關(guān)的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算， 在所述摩擦估算工序中，將通過所述第一摩擦估算工序、所述第二摩擦估算工序、所述第三摩擦估算工序分 別估算出的摩擦力或摩擦轉(zhuǎn)矩加在一起。
【文檔編號(hào)】G05B19/404GK104049567SQ201310728009
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】寺田弦, 小島輝久 申請(qǐng)人:兄弟工業(yè)株式會(huì)社