具有切换压力控制和位置控制的功能的数值控制装置.pdf

本发明提供一种数值控制装置，其具有从压力控制向位置控制切换的功能，由数值控制部和伺服控制部组成。在压力控制中，在伺服控制部中设定与控制轴的当前实际速度对应的伺服位置偏差量，另外，在从压力控制切换到位置控制后，遵照预先设定的加减速时间常数，向数值控制部的加减速处理部输出减速停止所需要的脉冲。加减速处理部向所述伺服控制部输出每一分配周期的移动量。

1.  一种具有从压力控制向位置控制的切换功能的数值控制装置，其特征在于，
具有：
伺服控制部，其通过来自外部的指示或者根据切换条件自动地切换压力控制和位置控制来进行动作；
伺服位置偏差量设定单元，其在所述伺服控制部进行压力控制的过程中，在所述伺服控制部中设定与控制轴的当前实际速度对应的伺服位置偏差量；和
脉冲输出单元，其在所述伺服控制部从压力控制切换到位置控制后，遵照预先设定的加减速时间常数向加减速处理部输出减速停止所需要的脉冲，
所述加减速处理部向所述伺服控制部输出每一分配周期的移动量。

2.  一种具有从压力控制向位置控制的切换功能的数值控制装置，其特征在于，
具有：
伺服控制部，其根据切换条件自动地切换压力控制和位置控制来进行动作；
伺服位置偏差量设定单元，其在所述伺服控制部进行压力控制的过程中，在所述伺服控制部中设定与控制轴的当前实际速度对应的伺服位置偏差量；
脉冲输出单元，其在所述伺服控制部从压力控制切换到位置控制后，遵照预先设定的加减速时间常数向加减速处理部输出减速停止所需要的脉冲；
中断单元，其根据来自外部的指令临时中断从所述压力控制向位置控制的切换；和
伺服位置偏差量设定单元，其通过所述中断单元进行中断，而在压力控制的过程中在所述伺服控制部中设定与控制轴的轴速度对应的伺服位置偏差，
所述加减速处理部向所述伺服控制部输出每一分配周期的移动量。

具有切换压力控制和位置控制的功能的数值控制装置
技术领域
本发明涉及能够切换执行压力控制和位置控制的数值控制装置。
背景技术
在冲压机中，在通过冲压轴把钣金插入金属模中时，为了防止在钣金上急剧施加压力、缓和施加在钣金上的压力的变化，而进行模具缓冲控制。进行该模具缓冲控制的模具缓冲装置使用油压或者气压进行压力的控制。在冲压机的冲压轴上设置的上模(top die)下降并与钣金(工件)碰撞后，模具缓冲装置进行压力控制。在使用油压或者气压的模具缓冲控制中，因为从提供控制信号到响应会发生时间延迟，所以一般难以实现不在钣金上施加由于冲压开始时的冲击而产生的冲击压力的控制。
已经公知能够切换控制对象(由电动机驱动的可动部)的压力控制和位置控制来进行控制的数值控制装置。例如在特开平10-202327号公报中公开了：在用下模(bottom die)和固定在冲压轴上的上模夹持钣金(工件)并加压来加工钣金的冲压机中，在用所述上模和下模夹持钣金(工件)的压力控制中使用了模具缓冲装置。
上述专利文献中公开的模具缓冲装置由数值控制装置控制，切换缓冲行程(cushion stroke)的位置控制和基于电流转矩控制的压力控制。该模具缓冲装置与缓冲垫接触的接触点，通过检测驱动该缓冲垫的伺服电动机的电流值的变化而求出。因此，在该模具缓冲装置中存在从位置控制向压力控制的切换延迟、不能减轻缓冲垫接触时的冲击的问题。
另外，在特开2006-122944号公报中公开了：在冲压机的模具缓冲控制装置中，在从压力控制向位置控制切换时，输出消除在构成伺服控制部的位置环路控制部中存储的指令位置与检测位置的差(位置偏差)的指令。
在上述专利文献中公开的模具缓冲控制装置中，通过来自外部信号等的指令进行从压力控制向位置控制的切换，在进行该切换时，为了不发生由切换引起的急剧加速而导致的冲击，输出消除在伺服控制部中累积的位置偏差的指令。但是，当在轴移动过程中进行从压力控制向位置控制的切换时，在压力控制下动作时的速度指令、和在位置控制下动作时的速度指令的值变得不连续，其结果如图12以及图13所示，在从压力控制向位置控制的切换时在模具缓冲中发生机械冲击。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种数值控制装置，其具有切换压力控制和位置控制的功能，使得从压力控制向位置控制的切换时速度指令值不会不连续，能够防止发生切换时的机械冲击。
本发明的具有从压力控制向位置控制的切换功能的数值控制装置的第一形态，具有：伺服控制部，其通过来自外部的指示或者根据切换条件自动地切换压力控制和位置控制来进行动作；伺服位置偏差量设定单元，其在所述伺服控制部进行压力控制的过程中，在所述伺服控制部中设定与控制轴的当前实际速度对应的伺服位置偏差量；和脉冲输出单元，其在所述伺服控制部从压力控制切换到位置控制后，遵照预先设定的加减速时间常数向加减速处理部输出减速停止所需要的脉冲。并且，所述加减速处理部向所述伺服控制部输出每一分配周期的移动量。
本发明的具有从压力控制向位置控制的切换功能的数值控制装置的第二形态，具有：伺服控制部，其根据切换条件自动地切换压力控制和位置控制来进行动作；伺服位置偏差量设定单元，其在所述伺服控制部进行压力控制的过程中，在所述伺服控制部中设定与控制轴的当前实际速度对应的伺服位置偏差量；脉冲输出单元，其在所述伺服控制部从压力控制切换到位置控制后，遵照预先设定的加减速时间常数向加减速处理部输出减速停止所需要的脉冲；中断单元，其根据来自外部的指令临时中断所述从压力控制向位置控制的切换；和伺服位置偏差量设定单元，其通过所述中断单元进行中断，而在压力控制的过程中在所述伺服控制部中设定与控制轴的轴速度对应的伺服位置偏差。并且，所述加减速处理部向所述伺服控制部输出每一分配周期的移动量。
本发明的数值控制装置，通过具有以上的结构，能够消除从压力控制向位置控制切换时的机械冲击。
附图说明
根据参照附图对以下实施例的说明，可以明了本发明的上述以及其他目的以及特征。附图中：
图1是表示进行压力控制的数值控制装置的图；
图2是表示用数值控制装置控制冲压机中的模具缓冲装置的概要图；
图3是表示本发明的数值控制装置的一个实施方式的功能框图；
图4是表示图3的数值控制装置的NC部执行的第一处理的流程图；
图5是表示图3的数值控制装置的NC部执行的第二处理的流程图；
图6是表示在图3的数值控制装置不执行在图5的流程图中表示的处理的情况下，其伺服控制部输出的速度指令(特别是从压力控制切换到位置控制后的速度指令)的图；
图7是表示在图3的数值控制装置不执行在图5的流程图中表示的处理的情况下，其伺服控制部输出的速度指令的图；
图8是说明图3的数值控制装置执行在图5的流程图中表示的处理，其NC控制部的加减速处理部向伺服控制部传送逐渐减速的脉冲(与通过伺服控制部的速度指令值给出的三角形的面积相当的数量的脉冲)的图(特别是从压力控制切换到位置控制后的速度指令)；
图9是说明图3的数值控制装置执行在图5的流程图中表示的处理，通过其NC控制部的加减速处理部向伺服控制部传送逐渐减速的脉冲，能够平滑地实施从压力控制切换到位置控制后的停止动作的图；
图10是说明在控制模具缓冲装置的数值控制装置执行在图5的流程图中表示的处理的情况下的、模具缓冲装置的模具缓冲垫位置以及模具缓冲垫速度随经过时间的推移的图；
图11是图3的数值控制装置执行的模具缓冲程序的一例；
图12是表示现有技术的模具缓冲动作控制中的经过时间和速度指令的关系的图；和
图13是说明现有技术的模具缓冲动作控制中的模具缓冲垫位置以及模具缓冲垫速度的时间推移的图。
具体实施方式
图1表示进行压力控制的数值控制装置5。该数值控制装置5取得来自安装在控制对象上的压力传感器4的压力反馈值、和来自检测驱动控制对象的模具缓冲用伺服电动机8的旋转位置的位置检测器9的位置反馈值，根据这些反馈值驱动控制伺服电动机8。这里，数值控制装置5如参照图3在后面所述那样，由数值控制(NC)部10和伺服控制部20组成。
图2是通过本发明的数值控制装置5的一个实施方式说明控制冲压机中的模具缓冲装置的图。该数值控制装置5如图2所示，进行驱动模具缓冲装置的模具缓冲部件6的模具缓冲用伺服电动机8的驱动控制。
这里，说明图2表示的冲压机中的冲压加工动作的概略。在被定位的模具缓冲垫(die cushion)上放置了钣金(工件)3的状态下，上模(冲压轴)1下降。
(1)在用冲压轴控制的上模1接触钣金(工件)3的时刻，从位置控制切换到压力控制。
(2)进行压力控制，以便在上模1到下止点前以一定的压力把持钣金(工件)3。
(3)即使上模1从下止点上升，为了再将钣金(工件)3把持一会儿而继续进行压力控制。
(4)若上模1通过预先决定的位置P，则模具缓冲部件6停止压力控制下的对钣金(工件)3的把持。即，停止压力控制，返回位置控制。然后模具缓冲部件6停止。
(5)然后，模具缓冲部件6在位置控制下移动到待机位置。
图2表示的模具缓冲的数值控制装置5中的伺服控制部20(参照图3)如下进行压力控制和位置控制的切换(以下把该切换称为“切换方式1”)。
(a)在当前处于位置控制的状态的情况下，如果来自压力传感器4的压力反馈的值超过通过程序指令决定的希望的压力，则向压力控制切换。
(b)在当前处于压力控制的状态的情况下，如果用输入信号指示的压力控制/位置控制选择信号被切换到“位置控制”，则向位置控制切换。
为了使用该切换方式1来实现模具缓冲的动作，只要在上述(1)的压力控制开始时，把压力控制/位置控制选择信号选择为“压力控制”一方，在上述(4)的上模1通过位置P的时刻，把压力控制/位置控制选择信号选择为“位置控制”一方即可。此外，通过使用位置传感器7监视上模1的位置，可知上模1是否到达位置P。
当模具缓冲动作在上述(4)的阶段从“压力控制”切换到“位置控制”时，在压力控制下动作时的速度指令值、和根据位置控制时的伺服位置偏差量和位置环路增益而求出的速度指令值之间没有连续性时，对模具缓冲部件6发生机械冲击(参照图12、图13)。
因此，在模具缓冲动作中，在“压力控制”中，通过执行在图4的流程图中表示的动作，使在从压力控制切换到位置控制的时刻的、基于压力控制的速度指令值和基于位置控制的速度指令值之间保持连续性。另外，在从压力控制切换到位置控制的时刻，通过执行在图5的流程图中表示的动作，在成为位置控制后直到减速停止为止，能够没有机械冲击地进行动作。
另外，代替上述切换方式1，图2表示的模具缓冲的数值控制装置5的伺服控制部20(参照图3)也可以进行如下所示的压力控制和位置控制的切换(以下把该方式称为“切换方式2”)。
(a’)采用在由位置控制算出的速度指令值和由压力控制算出的速度指令值中的较小的速度指令值，来进行模具缓冲动作。
(b’)在上述(a’)中，通过来自外部输入的信号临时停止伺服控制部20的从压力控制向位置控制的切换的判断，能够使其保持压力控制。
在切换方式1和切换方式2中，本发明的从压力控制向位置控制的切换以下几点不同。
(A)在切换方式1中，当在压力控制中把压力控制/位置控制选择信号切换到位置控制时，伺服控制部立即成为位置控制。另一方面，
(B)在切换方式2中，因为仅通过信号临时停止向位置控制的切换的判断，所以即使解除该停止，根据状况有时也不能立即从压力控制向位置控制切换。
即使有这样的不同，当把上述(A)的“使用压力控制/位置控制选择信号向位置控制的切换”置换为上述(B)的“使用外部信号进行的、向位置控制的切换的判断的停止的解除”时，切换方式1和切换方式2也产生同样的结果。其理由是，在进行“向位置控制的切换的判断的停止的解除”的时刻，
(i)在立即从压力控制切换到位置控制的情况下，切换方式1和切换方式2实质上没有不同，另一方面，
(ii)在不立即从压力控制切换到位置控制的情况下，因为切换方式2的上述(a’)成为从压力控制向位置控制的切换条件，所以在从压力控制向位置控制切换时保持了速度指令的连续性。
另外，在从压力控制向位置控制切换的时刻，通过执行图5的流程图中表示的动作，在成为位置控制后直到减速停止为止，也能够没有机械冲击地动作。
下面使用图3更详细地说明图1的数值控制装置5。
图3是表示本发明的一个实施方式的具有切换压力控制和位置控制的功能的数值控制装置5的功能框图。
数值控制装置5由数值控制(NC)部10和伺服控制部20组成。在NC部10中，程序解析处理部12顺次读出NC程序11的各块的指令，将其解析并变换为执行数据，存储在块处理部13中。
用位置/压力指令分配处理部14从块处理部13中读出每块的执行数据，执行位置指令中的移动量的分配处理、和根据指令在加减速处理部14a中执行加减速处理，把每一分配周期的移动量作为位置指令向伺服控制部20输出。另外，位置/压力指令分配处理部14在每一分配周期向伺服电动机8输出压力指令值。
块结束判断处理部14b判断是否向伺服控制部20传送了当前正执行的1个块的指令中的位置指令的全部移动量，如果判断为位置指令的移动量已全部传送，则向块处理部13发送表示当前正执行的块中的指令的执行已结束的块结束通知信号Se。块处理部13接收该块结束通知信号Se，向位置/压力指令分配处理部14传送下一块的指令的执行数据。然后，执行下一块。
伺服位置偏差量设定部15，在伺服控制部20正执行压力控制时，在伺服控制部20中设定与控制轴的当前实际速度对应的伺服位置偏差量。脉冲输出部16遵照预先设定的加减速时间常数，向加减速处理部14a输出减速停止所需要的脉冲数。伺服位置偏差量设定部15以及脉冲输出部16，通过执行在图4以及图5的流程图中表示的算法，计算伺服位置偏差量以及脉冲数。
伺服控制部20具有错误计数器21a、位置增益Kp部22、选择器23、速度控制部24、电流控制部25、比较器21b以及力增益(force gain)部26。此外，上述错误计数器21a构成位置环路控制部，上述比较器21b构成压力控制部。
根据由NC部10指示的位置指令、和来自在伺服电动机上设置的位置/速度检测器(未图示)的位置反馈F1，用错误计数器21a计算位置偏差。在该位置偏差上乘以位置增益Kp，求出基于位置控制的速度指令A。
另一方面，根据由NC部10输出的压力指令、和来自压力传感器4的压力反馈F2，用比较器21b计算压力偏差。在该压力偏差上乘以力增益Kf，求出基于压力控制的速度指令B。
向选择器23输入从NC部10输出的压力指令、从顺序控制部30输出的压力控制/位置控制选择信号S2、和从压力传感器4输出的压力反馈F2。根据这些输入信号，选择器23选择速度指令A或者速度指令B的某一方。另外，该选择器23向NC部10的位置/压力指令分配处理部14输出压力控制/位置控制选择结果信号S1。
来自在伺服电动机上设置的位置/速度检测器的位置反馈F1，除错误计数器21a外，也向NC部10输入，用于计算控制轴的实际速度。在从位置/速度检测器输入控制轴的位置信息时，通过对该位置信息进行微分，可以得到控制轴的速度信息。
此外，虽然省略了图示，不过速度控制部24以及电流控制部25和通常的伺服控制同样地，分别执行基于速度反馈以及电流反馈的控制。
首先，使用图4的流程图说明图3的NC部10执行的第一处理。
判断来自顺序控制部30的压力控制/位置控制选择信号S2是否指示了选择“压力控制”(步骤S100)。在选择了压力控制的情况下，判断伺服控制部20是否在压力控制中(步骤S101)。另一方面，在不选择压力控制的情况下，结束该处理。
当在步骤S101判断出伺服控制部20在压力控制中时，计算与当前作为处理对象的控制轴的实际速度相应的位置偏差量(ERROR_v)(步骤S102)。该位置偏差量ERROR_v通过下式求出。
ERROR_v＝V/L
式中，V是控制轴的当前的实际速度，L是位置环路增益。
另一方面，当在步骤S101判断出伺服控制部20不在压力控制中时，结束该处理。
当在步骤S102中算出位置偏差量(ERROR_v)时，接着计算要向伺服控制部20输出的脉冲数(PULSE)(步骤S103)。该脉冲数(PULSE)通过下式求出。
PULSE＝ERROR_v-ERROR
式中，ERROR是当前在伺服控制部20的错误计数器21a中累积的位置偏差量。
当在步骤S103中算出脉冲数(PULSE)时，向伺服控制部20指示该脉冲数(PULSE)(步骤S104)。然后，对flag设置1(步骤S105)。该flag是用于向NC部10执行的第二处理(在图5的流程图中表示)通知已执行从步骤S102到步骤S104的处理的标志。
然后，在步骤S105中设置标志flag后，结束该第一处理。
在每一控制周期，重复图4的流程图中表示的第一处理，其间，在步骤S100和步骤S101的判断都成为“是”的结果的状态下，在图3的伺服控制部20(的错误计数器21a)中，始终累积与当前作为处理对象的控制轴的实际速度相应的伺服位置偏差量。该意味着，在该状态下，在位置控制动作时，根据伺服位置偏差量和环路增益算出的速度指令值与控制轴的实际速度大体一致。因此，在该状态下，在任何时候从压力控制向位置控制切换，都不会失去速度指令值的连续性。
下面使用图5的流程图说明图3的NC部10执行的第二处理。
图3表示的伺服控制部20判断是否已从压力控制切换到位置控制(步骤S200)，在已切换的情况下向步骤S201转移，在未切换的情况下结束该处理。
当在步骤S200中伺服控制部20判断出已从压力控制切换到位置控制时，接着判断标志(flag)是否是1(步骤S201)。在标志(flag)是1时向步骤S202转移，在标志(flag)不是1时结束该处理。
当在图4的流程图中表示的处理的步骤S105中已把标志(flag)设置为1时，在步骤S201中判断出标志(flag)是1。然后，计算为了从控制轴的实际速度减速所需要的脉冲数，向NC部10的加减速处理部14a传送算出的脉冲数(步骤S202)。然后将标志(flag)恢复为0(步骤S203)，结束该处理。
从当前作为处理对象的控制轴的实际速度减速所需要的脉冲数的计算，根据减速的形式而不同。例如，在指定了从当前速度进行直线形的减速动作，在经过规定时间后停止的减速形式的情况下，可以用下面的计算式计算需要的脉冲数。
减速所需要的脉冲数＝0.5×f×t
式中，f是控制轴的当前实际速度，t是从当前到停止的经过时间。
这里，使用图6～图10说明图5的流程图表示的处理的模具缓冲动作的效果。在这些图中，图6以及图7表示未执行图5的流程图表示的处理的情况，图8、图9以及图10表示执行了图5的流程图表示的处理的情况。
(不执行图5的处理的情况)
图6表示在从压力控制切换到位置控制后，进行基于位置环路增益(图3的Kp)的停止动作。如图7所示，速度变化变得连续，但是在控制轴的实际速度大时，通过急速减速而停止，发生机械冲击。
(执行图5的处理的情况)
图8表示在从压力控制切换到位置控制的时刻，向NC部10的加减速处理部传送与图8表示的三角形的面积相当的数量的脉冲(在图8中表示为“加减速处理部输出的脉冲”)，其结果，加减速处理部14a向伺服控制部20传送逐渐减速的脉冲输出。由此，如图9所示，能够进行平缓的减速，能够平滑地进行从压力控制切换到位置控制后的停止动作。其结果，能够防止在模具缓冲中发生机械冲击。当比较图10(执行图5的处理的本发明的情况)中表示的模具缓冲垫的速度、和图13(不执行图5的处理的现有技术的情况)中表示的模具缓冲垫的速度时，能够容易地理解在本发明的数值控制装置中，在从压力控制向位置控制切换的时刻不产生急剧的速度变化。此外，图10以及图13中从(1)到(5)，与为了说明在图2中表示的冲压机中的模具缓冲动作的概略而使用的上述的(1)到(5)一致。
下面，以本发明的数值控制装置5执行的程序的一例为基础，说明从压力控制向位置控制的切换动作。
图11是本发明的数值控制装置5执行的模具缓冲程序的一例。
在图11的程序中，“O0001”是程序号码，“N1～N5”是顺序号，“G100”是压力指令，“X0”是把作为压力控制对象的轴指定为X轴的指令，“Q□□”是压力指令值，“G101”是执行图4以及图5中表示的算法的动作的指令。“G04”是表示暂停(dwell)的指令，是以编程的时间或者决定的时间延迟下一块的执行的模式。然后，“P□□□”是指示暂停时间的指令值。“G90”是绝对指令，是将块内的坐标值作为绝对量来提供的指令。“G01”是直线插补的指令，是表示控制轴的直线移动的指令。“X□□”表示坐标值。“F□□”是进给速度。“M30”是程序结尾的指令。
用数值控制装置5执行程序O0001。此外，假定作为独立信号而输入的压力控制/位置控制选择信号S2选择了“压力控制”。在图2的例子中，能够根据位置传感器7的输出信号的有无来进行判断。
当数值控制装置5的NC部10执行块N1时，向伺服控制部20发送压力指令值。用“X0”把作为压力控制对象的轴指定为X轴。压力指令值是“Q100”。“100”意味着100兆帕斯卡。
在块N2中，一旦根据代码“G101”的指令而成为压力控制后，直到返回位置控制的期间，继续执行。在模具缓冲中的动作的情况下，在执行该块N2的过程中，上模1下降并与模具缓冲装置碰撞，由此压力上升。然后，当超过在块N1中指示的压力指令Q100的指令值时，伺服控制部20从位置控制切换到压力控制，在返回位置控制前重复执行图4表示的处理。
上模1维持原状态下降到下止点，模具缓冲部件6也一边把持钣金(工件)3一边在压力控制下下降。当上模1通过下止点，并通过规定的位置时，作为信号而输入的压力控制/位置控制选择信号S2选择“位置控制”。当该选择信号被传送给伺服控制部20时，伺服控制部20成为位置控制。其结果，NC部10执行图5表示的处理。
顺序号N3的块N3是从减速停止后等待1000毫秒的命令。当块N2结束，用NC部10的加减速处理部14a开始减速时，把持钣金(工件)3的模具缓冲部件6从上模1离开，不发生机械冲击地减速停止。然后，在模具缓冲部件6停止1000毫秒(1秒)后开始块N4的执行，模具缓冲部件6以由“F”指示的速度1000mm/分移动到作为待机位置的X100。然后，通过“M30”的指令，程序“O0001”结束。