一种立式加工中心数控系统的U轴控制单元及方法技术方案

一种立式加工中心数控系统的Ｕ轴控制单元及方法，其方法包括：一）运动速度控制步骤：将主轴的当前运动速度值（Ｖｓ）与传动比（Ｋ）相乘，获得一速度指令（Ｖ１ｕ），并将该速度指令（Ｖ１ｕ）与Ｕ轴当前速度指令（Ｖ２ｕ）相加，输出一当前Ｕ轴的最终运动速度值（Ｖｕ）；运动位置控制步骤：将三个数值相加获得和值与主轴的当前运动位置值（Ｐｓ）相加，所获得的值与传动比（Ｋ）相乘获得积值，该积值与Ｕ轴当前位置指令（Ｐ２ｕ）相加，获得当前Ｕ轴的最终位置指令。本发明专利技术解决了采用Ｕ轴刀具的加工中心所配套的开放式架构的数控系统（ＳＥ３００）的Ｕ轴控制技术问题，使得Ｕ轴刀具旋转的同时，刀头可沿着刀架端面作径向运动，并达到预定的控制精度。本发明专利技术具有良好的发展与应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种立式加工中心数控系统，尤其指其U轴控制单元及方法。
技术介绍
为向市场提供一种节省空间、生产效率高、性能好的立式加工中心，由日本池贝株式会社研发的立式加工中心(型号为TVU4)，针对一般加工中心的加工能力的不足，采用了U轴刀具技术，使TVU4在NC(数字控制系统)控制下刀头可作径向加工，实现其他加工中心不可能完成的车削加工。U轴技术使该加工中心的性能得到极大的提高。针对U轴的机械结构特点与该立式加工中心(TVU4)的加工工艺要求，在配套的开放式架构的数控系统(SE300)基础上提供一种U轴控制功能，是本申请人一直致力研究的内容之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种立式加工中心数控系统的U轴控制单元及方法，通过该U轴控制单元或控制方法，使得U轴刀具旋转的同时，刀头可沿着刀架端面作径向运动，并达到预定的控制精度。本专利技术所提供的一种立式加工中心数控系统的U轴控制单元，其特征在于它包括运动速度控制单元和运动位置控制单元，其中运动速度控制单元，包括第一乘法器和与之相连的第一加法器，用于将主轴的当前运动速度值Vs与主轴与U轴之间的传动比K通过第一乘法器相乘，获得一U轴实时跟踪主轴运动的速度指令V1u，并将该速度指令V1u与来自于加工程序的U轴当前速度指令V2u通过第一加法器相加，输出一当前U轴的最终运动速度值Vu；运动位置控制单元，包括依次相连的第二加法器、第三加法器、第三乘法器和第四加法器，以及分别与第二加法器相连的除法器、第二乘法器，用于将三个数值，即主轴的当前运动速度值Vs、该值Vs与为补偿基于速度U轴运动误差的自适应系数Kadap通过第二乘法器相乘获得的值、该值Vs与为U轴的速度环增益参数Kv通过除法器相除获得的值，通过第二加法器相加获得和值，该和值再与主轴的当前运动位置值Ps相加，所获得的值与主轴与U轴之间的传动比K通过第三乘法器相乘获得积值，该积值与来自于加工程序的U轴当前位置指令P2u通过第四加法器相加，获得当前U轴的最终位置指令。本专利技术还提供的一种立式加工中心数控系统的U轴控制方法，包括一)运动速度控制步骤将主轴的当前运动速度值Vs与主轴与U轴之间的传动比K相乘，获得一U轴实时跟踪主轴运动的速度指令V1u，并将该速度指令V1u与来自于加工程序的U轴当前速度指令V2u相加，输出一当前U轴的最终运动速度值Vu；二)运动位置控制步骤将三个数值相加，所述三个数值即主轴的当前运动速度值Vs、该值Vs与为补偿基于速度U轴运动误差的自适应系数Kadap相乘获得的值、该值Vs与为U轴的速度环增益参数Kv相除获得的值，获得和值，该和值再与主轴的当前运动位置值Ps相加，所获得的值与主轴与U轴之间的传动比K相乘获得积值，该积值与来自于加工程序的U轴当前位置指令P2u相加，获得当前U轴的最终位置指令。由于采用了上述的技术解决方案，本专利技术解决了采用U轴刀具的加工中心所配套的开放式架构的数控系统(SE300)的U轴控制技术问题，使得U轴刀具旋转的同时，刀头可沿着刀架端面作径向运动，并达到预定的控制精度。另外，将U轴的这种机械结构与控制技术推广到其他类似机床机械设备中去，可大大提高原设备的技术能级，具有良好的发展与应用前景。附图说明图1是本专利技术立式加工中心数控系统的U轴控制单元的结构示意图，其中Vs，Ps分别为主轴的当前运动速度和运动位置；V1u，P1u分别为U轴实时跟踪主轴运动的速度指令和位置指令；V2u，P2u分别为来自于加工程序的U轴当前速度指令和位置指令；Vu，Pu分别为当前U轴的最终运动速度和位置指令；Kv为U轴的速度环增益参数； Kadap为补偿基于速度U轴运动误差的自适应系数；K为主轴与U轴之间的传动比。图2是已有立式加工中心中的U轴的机械结构示意图。具体实施例方式参见图2，立式加工中心中的U轴机械结构，其运动原理为U轴位于U轴刀具1内，而U轴刀具1安装到主轴2里面，主轴2的旋转将带动U轴刀具1以同样的速度跟随主轴2转动，主轴2与U轴杆3(U轴马达带动)的转动速度差将引起U轴的运动。在当前NC程序段中没有U轴运动指令时，要确保U轴当前的位置不变，则必须实时控制U轴马达5的运动，使U轴杆3随时保持与主轴同步的旋转运动。本专利技术之一，一种立式加工中心数控系统的U轴控制单元。参见图1，该U轴控制单元包括运动速度控制单元和运动位置控制单元，其中运动速度控制单元，包括第一乘法器11和与之相连的第一加法器12，用于将主轴的当前运动速度值Vs与主轴与U轴之间的传动比K通过第一乘法器11相乘，获得一U轴实时跟踪主轴运动的速度指令V1u，并将该速度指令V1u与来自于加工程序的U轴当前速度指令V2u通过第一加法器12相加，输出一当前U轴的最终运动速度值Vu；运动位置控制单元，包括依次相连的第二加法器23、第三加法器24、第三乘法器25和第四加法器26，以及分别与第二加法器23相连的除法器21、第二乘法器22，用于将三个数值，即主轴的当前运动速度值Vs、该值Vs与为补偿基于速度U轴运动误差的自适应系数Kadap通过第二乘法器22相乘获得的值、该值Vs与为U轴的速度环增益参数Kv通过除法器21相除获得的值，通过第二加法器23相加获得和值，该和值再与主轴的当前运动位置值Ps相加，所获得的值与主轴与U轴之间的传动比K通过第三乘法器25相乘获得积值，该积值与来自于加工程序的U轴当前位置指令P2u通过第四加法器26相加，获得当前U轴的最终位置指令。本专利技术之二，一种立式加工中心数控系统的U轴控制方法。该方法包括 一)运动速度控制步骤将主轴的当前运动速度值Vs与主轴与U轴之间的传动比K相乘，获得一U轴实时跟踪主轴运动的速度指令V1u，并将该速度指令V1u与来自于加工程序的U轴当前速度指令V2u相加，输出一当前U轴的最终运动速度值Vu；二)运动位置控制步骤将三个数值相加，所述三个数值即主轴的当前运动速度值Vs、该值Vs与为补偿基于速度U轴运动误差的自适应系数Kadap相乘获得的值、该值Vs与为U轴的速度环增益参数Kv相除获得的值，获得和值，该和值再与主轴的当前运动位置值Ps相加，所获得的值与主轴与U轴之间的传动比K相乘获得积值，该积值与来自于加工程序的U轴当前位置指令P2u相加，获得当前U轴的最终位置指令。本专利技术数控系统实时读取主轴的转速信号，在没有U轴位置指令的时候，U轴伺服电机必须达到一定的转速以使得U轴杆能和主轴的旋转保持同步；在U轴需要移动的情况下，则必须使U轴电机以相对较快或较慢的速度旋转以确保U轴杆相对于主轴有一定的转差率。伺服马达与U轴杆之间以齿轮传动，齿数比为3∶1。U轴杠与U轴之间通过斜齿轮对与涡轮蜗杆副传动，U轴杠旋转一周，U轴移动0.8毫米。另外，由于U轴没有限位开关，通常情况下U轴安全性由软限位确保，一旦出现意外软限位不起作用时，则U轴电机过载产生报警输出，从而使系统紧停生效。需要说明的是以上仅用以说明而非限制本专利技术的技术方案，尽管参照上述实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本专利技术进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。权利要求1.一种立式加工中心数控系统的U轴控制单元，其特征在于它包括运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立式加工中心数控系统的Ｕ轴控制单元，其特征在于：它包括运动速度控制单元和运动位置控制单元，其中：运动速度控制单元，包括第一乘法器（１１）和与之相连的第一加法器（１２），用于将主轴的当前运动速度值（Ｖｓ）与主轴与Ｕ轴之间的传动比（Ｋ）通过第一乘法器（１１）相乘，获得一Ｕ轴实时跟踪主轴运动的速度指令（Ｖ１ｕ），并将该速度指令（Ｖ１ｕ）与来自于加工程序的Ｕ轴当前速度指令（Ｖ２ｕ）通过第一加法器（１２）相加，输出一当前Ｕ轴的最终运动速度值（Ｖｕ）；运动位置控制单元，包括依次相连的第二加法器（２３）、第三加法器（２４）、第三乘法器（２５）和第四加法器（２６），以及分别与第二加法器（２３）相连的除法器（２１）、第二乘法器（２２），用于将三个数值，即主轴的当前运动速度值（Ｖｓ）、该值（Ｖｓ）与为补偿基于速度Ｕ轴运动误差的自适应系数（Ｋａｄａｐ）通过第二乘法器（２２）相乘获得的值、该值（Ｖｓ）与为Ｕ轴的速度环增益参数（Ｋｖ）通过除法器（２１）相除获得的值，通过第二加法器（２３）相加获得和值，该和值再与主轴的当前运动位置值（Ｐｓ）相加，所获得的值与主轴与Ｕ轴之间的传动比（Ｋ）通过第三乘法器（２５）相乘获得积值，该积值与来自于加工程序的Ｕ轴当前位置指令（Ｐ２ｕ）通过第四加法器（２６）相加，获得当前Ｕ轴的最终位置指令。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志明，杨家荣，程松，周吉，董瑞刚，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]