CN102922059A - 攻螺纹加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在不能将进给轴的增益设定得太大的情况下，也能够降低主轴与进给轴的同步误差的攻螺纹加工装置。其具有主轴马达、旋转角度检测部、进给轴马达、位置检测部及移动指令生成部，使主轴马达与进给轴马达同步运转来进行攻螺纹加工动作，其特征在于，还具有：在攻螺纹加工时检测主轴的反转动作的主轴反转检测部（34）、以及在由主轴反转检测部（34）检测到主轴的反转动作时，生成提高进给轴的反转动作的追随性的反转修正量的反转修正量生成部（35），在由主轴反转检测部检测到反转动作时，将由反转修正量生成部（35）生成的反转修正量加到进给轴控制部（30）的速度控制循环的速度指令或速度控制循环的积分器（41）中。

Description

攻螺纹加工装置

技术领域

本发明涉及使主轴马达和进给轴马达同步运转来进行攻螺纹加工动作的攻螺纹加工装置。

背景技术

一般的攻螺纹加工装置包括螺纹加工工具和具有螺纹加工工具的能升降的主轴箱。螺纹加工工具利用主轴马达绕主轴旋转。另外，当进给轴被进给轴马达驱动时，则主轴箱沿进给轴升降。

在日本特许第2629729号公报中，进给轴追随主轴，基于主轴位置和螺距制成进给轴指令和修正值。另外，在日本特开平3－43012号公报中，公开了通过内插电路（指令同步）进行攻螺纹加工的方式。另外，在日本特开2003－181722号公报中，公开了储存同步误差，并使用所储存的同步误差对位置指令数据进行修正的技术。

再有，在日本特许第3097181号公报中，公开了如下技术：对根据主轴的旋转位置和进给偏差、以及进给马达的进给偏差计算出的进给加速度、加加速度进行计算，基于这些及螺距制成旋转指令值，以及从进给位置基于螺距制成旋转修正值，并基于利用旋转修正值修正了的旋转指令值来驱动主轴马达。

然而，在以进给轴追随主轴的方式进行螺纹加工动作的情况下，同步的精度随着进给轴的应答性而变化。虽然在能将进给轴的增益设定得极大的情况下不成为问题，但也有不能将进给轴的增益设定得太大的情况。在这种情况下，在主轴反转时进给轴的应答延迟，其结果，同步误差增大。另外，在日本特许第2629729号公报、日本特开平3－43012号公报、日本特开2003－181722号公报及日本特许第3097181号公报中，对在主轴反转时，降低同步误差这点并未公开。

发明内容

本发明就是鉴于这种情况提出的技术方案，其目的在于提供一种攻螺纹加工装置，该装置即使在不能将进给轴的增益设定得太大的情况下，也能够降低主轴与进给轴的同步误差。

为了达到上述目的，根据本发明的第一方案，提供一种攻螺纹加工装置，其具备：使螺纹加工工具绕主轴旋转的主轴马达；检测该主轴马达或主轴的旋转角度的旋转角度检测部；驱动安装有上述螺纹加工工具的进给轴的进给轴马达；检测该进给轴马达或上述进给轴的位置的位置检测部；生成上述主轴马达的移动指令值的移动指令值生成部；主轴控制部，该主轴控制部基于由该移动指令值生成部生成的上述移动指令值与由上述旋转角度检测部检测出的旋转角度检测值之间的位置偏差对上述主轴马达进行驱动；进给轴同步指令值生成部，该进给轴同步指令值生成部基于上述旋转角度检测值与上述螺纹加工工具的螺距，生成进给轴的移动指令值，以及进给轴控制部，该进给轴控制部基于由该进给轴同步指令值生成部生成的上述移动指令值与由上述位置检测部检测出的位置检测值之间的位置偏差对上述进给轴马达进行驱动，上述攻螺纹加工装置使上述主轴马达与上述进给轴马达同步运转来进行攻螺纹加工动作，其特征在于，还具有：主轴反转检测部，该主轴反转检测部在攻螺纹加工时检测上述主轴的反转动作；以及反转修正量生成部，该反转修正量生成部在由该主轴反转检测部检测到上述主轴的反转动作时，生成提高上述进给轴的反转动作的追随性的反转修正量，在由上述主轴反转检测部检测到反转动作时，将由上述反转修正量生成部生成的反转修正量与上述进给轴控制部的速度控制循环的速度指令进行加法运算，或者在上述速度控制循环的积分器中进行加法运算。

根据本发明的第二方案，在第一方案中，上述主轴反转动作检测部在预定的控制周期中，在所监视的上述主轴或上述主轴马达的实际移动量不为“0”且符号与上一次的实际移动量不同的情况下，检测为上述主轴进行了反转动作。

根据本发明的第三方案，在第一或第二方案中，上述反转修正量是在预定时间范围内加上预定的值。

根据本发明的第四方案，在第一或第二方案中，上述反转修正量的初始值基于上述进给轴马达刚要反转之前的转矩指令或上述积分器来计算，上述反转修正量与上述进给轴马达反转后的转矩指令、速度循环积分器、或者上述进给轴马达的移动距离相应地减小。

根据本发明的第五方案，在第一或第二方案中，上述反转修正量与主轴同进给轴马达的同步误差成比例。

根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征及优点以及其它目的、特征及优点将更加明确。

附图说明

图1是基于本发明的攻螺纹加工装置的略图。

图2是图1所示的攻螺纹加工装置的功能方框图。

图3是表示基于本发明的攻螺纹加工装置的动作的流程图。

图4A是放大表示速度控制部的第一放大图。

图4B是放大表示速度控制部的第二放大图。

图5是表示主轴速度、进给轴速度及反转修正量的时间图。

图6是放大表示速度控制部的第三放大图。

图7是未包含重力分量的转矩指令及反转修正量的时间图。

图8是进给轴的位置数据及反转修正量的时间图。

图9是同步误差及反转修正量的时间图。

图10A是表示明本发明的主轴速度与时间的关系的图。

图10B是表示未进行反转修正时的同步误差与时间之间的关系的图。

图10C是表示进行了反转修正时的同步误差与时间之间的关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中，对于相同的部件标上相同的参照符号。为了便于理解，对这些附图的比例进行了适当变更。

图1是基于本发明的攻螺纹加工装置的略图。如图1所示，攻螺纹加工装置1主要由攻螺纹机2和对攻螺纹机2的动作进行控制的CNC10构成。

攻螺纹机2包含具有滚珠丝杠6的底座3，该滚珠丝杠6用于滑块7进行升降。在滑块7上连接有主轴箱4，该主轴箱4在前端安装有螺纹加工工具5。如图所示，主轴马达21配置在主轴箱4的顶面，螺纹加工工具5利用主轴马达21绕主轴8旋转。

同样，进给轴马达31与滚珠丝杠6连接，当滚珠丝杠6由进给轴马达31驱动时，滑块7与主轴箱4一起沿滚珠丝杠6在上下方向进给。此外，这些主轴马达21及进给轴马达31相对于分别对其进行坐标管理的坐标系动作。

另外，在主轴马达21上安装有编码器22，用于以预定的控制周期检测主轴马达21的主轴8的旋转角度。同样，安装于进给轴马达31上的编码器32基于进给轴马达31的输出轴的旋转，以预定的控制周期检测滚珠丝杠6的主轴箱4的进给位置。因此，这些编码器22、32分别作为旋转角度检测部及进给位置检测部起作用。如图1所表明的，由编码器22、32检测的值供给至CNC10。

图2是图1所示的攻螺纹加工装置的功能方框图。CNC10是一种数字计算机，如图2所示，其主要包括：存储部11；生成主轴马达21的移动指令值CP1的移动指令生成部12；控制主轴马达21的主轴控制部20；以及控制进给轴马达31的进给轴控制部30。

存储部11是ROM及RAM的组合。在存储部11的ROM中，除了存储攻螺纹机2的工作程序外，还存螺纹加工工具5的螺距STP等。此外，螺距STP是指螺纹加工工具5的从一个螺纹牙到相邻的螺纹牙的距离。另外，在存储部11的RAM中，以生成指令值等为目的暂时存储各种数据。

如图2所示，主轴控制部20包括第一位置偏差生成部23和速度控制部24，该第一位置偏差生成部23从由移动指令生成部12生成的主轴马达21的移动指令值CP1，减去由编码器22检测出的旋转角度检测值DA而生成第一位置偏差△P1；该速度控制部24将位置增益乘以第一位置偏差△P1而生成速度指令，再根据该速度指令输出转矩指令。所生成的转矩指令通过伺服放大器25输出到主轴马达21，由此，使主轴马达21动作。

另外，进给轴控制部30包括同步指令值生成部33和主轴反转检测部34，该同步指令值生成部33基于旋转角度检测值DA和螺距STP生成进给轴同步指令值；该主轴反转检测部34用于检测主轴马达21和主轴8反转的情况。在本发明中，进给轴追随主轴8的反转动作而动作。再有，进给轴控制部30还包含生成反转修正量的反转修正量生成部35，该反转修正量用于提高进给轴的反转动作的追随性。

另外，进给轴控制部30包括第二位置偏差生成部36、速度控制部37及电流控制部38，该第二位置偏差生成部36通过从由同步指令值生成部33生成的同步指令值减去由编码器32检测出的进给位置检测值DP而生成第二位置偏差△P2；该速度控制部37将位置增益乘以第二位置偏差△P2而生成速度指令，并且根据该速度指令而生成进给轴马达31的转矩指令；该电流控制部38基于转矩指令控制进给轴马达31的电流。电流控制部38通过伺服放大器39控制进给轴马达31。

图3是表示基于本发明的攻螺纹加工装置的动作的流程图。以下，参照图3对攻螺纹加工装置的动作进行说明。

首先，在图3的步骤S100中判断主轴8是否进行了反转动作。该反转动作的检测由图2所示的主轴反转检测部34进行。以下，对反转动作的检测进行具体的说明。但是，也可以用与图3不同的方法检测反转动作。

编码器22在每个预定的控制周期检测主轴马达21或主轴8的旋转角度。在步骤S101中，基于向主轴反转检测部34依次供给的旋转角度检测值DA对主轴马达21或主轴8的速度Vm0进行带符号的计算。这时，可以使用在预定的控制周期检测出的最新的多个旋转角度检测值DA。将已算出的速度Vm0存储到存储部11中。

接着，在步骤S102中，判断速度Vm0是否为“0”。在速度Vm0为“0”的情况下，因主轴马达21或主轴8未反转而结束处理。

相对于此，在速度Vm0不为“0”的情况下，进到步骤S103。在步骤S103中，与速度Vm0相比计算一个控制周期以上之前的主轴马达21或主轴8的速度Vm1（≠0）。由于速度Vm1的计算与速度Vm0的计算大致相同而省略其说明。

然后，在步骤S104中，判断在速度Vm0与速度Vm1之间符号是否已变化。在符号已变化的情况下，则判断为主轴马达21或主轴8进行了反转动作，进到步骤S105。因此可知，在本发明中，能够容易而且正确地检测主轴8的反转动作。

在符号未变化的情况下，则判断为主轴马达21或主轴8未进行反转动作，在步骤S106中，将反转修正量设为“0”。相对于此，在步骤S105中，将反转修正量生成部35已生成的参数设定值设定为反转修正量。再次参照图2，由反转修正量生成部35生成的反转修正量供给到速度控制部37。

图4A是放大表示速度控制部的第一放大图。如图4A所示，速度控制部37包括积分器41和增益乘法部42。在图4A中，反转修正量只供给积分器41。

相对于此，在作为放大表示速度控制部的第二放大图的图4B中，反转修正量被供给到积分器41和增益乘法部42这两者。在图4B所示的情况下可知，能够通过增益乘法部42将反转修正量的效果迅速地反映到转矩指令中。

图5是表示主轴速度、进给轴速度及反转修正量的时间图。从图5可知，在时刻t1，是主轴速度从“0”变负之时，主轴反转检测部34在时刻t1判断为有反转动作。反转修正量生成部35生成的反转修正量Y1如图5所示为预定的大小，该反转修正量Y1在预定的持续时间范围内向速度控制部37供给。预定的持续时间可以是例如预定的一个控制周期量。

或者，也可以如图5的下方所示，反转修正量生成部35生成反转修正量Y2，该反转修正量Y2从其初始值随着时间的经过而降低。参照图9如后文所述，优选使反转修正量Y2与主轴马达21和进给轴马达31之间的同步误差相应地减少。另外，虽然在图5中反转修正量Y2从其初始值单调地减少，但反转修正量Y2也可以按指数函数减少。

图6是放大表示速度控制部的第三放大图。如图6所示，当通过将位置增益乘以第一位置偏差△P1而得到的速度指令被输入速度控制部37时，对反转修正量与速度指令进行加法运算并通过积分器41。另外，在图6中，速度指令也能以另外的途径通过增益乘法部42，并与来自积分器41的输出相加。由此，生成未包含进给轴马达31的重力分量的转矩指令（预定值）。然后，如图6所示，进给轴马达31的重力分量的转矩指令与之相加而生成转矩指令T。

图7是未包含重力分量的转矩指令及反转修正量的时间图。若刚要反转之前的转矩指令为T0=-A，则反转后的目标转矩指令=A。在此，将在每单位时间例如预定的每控制周期的转矩指令T设为Tn，将反转修正量设为Yn（n为自然数）。然后，反转修正量生成部35用下式（1）计算反转修正量Yn。

Yn=A-Tn               （1）

在这种情况下，与转矩的上升相应地，反转修正量下降。

另外，虽未图示，但进给轴马达31反转时的积分器41显示出与转矩指令T大致相同的举动。因此，也可以用与上述同样的方法根据积分器41的举动减小反转修正量。

再有，图8是进给轴的位置数据及反转修正量的时间图。反转时的进给轴的位置数据的变化如图8所示。另外，如上所述，转矩指令T的变化如图7所示。在此，若刚要反转之前的转矩指令为T0=-A，则由于反转后的目标转矩指令=A，因此反转量的初始值为2A。

在此，将每单位时间例如预定的每控制周期的进给轴的位置数据设为Pn，将反转修正量设为Yn（n为自然数）。并且，如图8所示，使停止反转修正量的追加动作的进给轴的位置数据为K。在这种情况下，反转修正量生成部35用下式（2）计算反转修正量Yn。

Yn=2A/K×（K–Pn）      （2）

在这种情况下，反转修正量与进给轴的位置数据相应地减小。

再有，图9是同步误差及反转修正量的时间图。在图9中，以与同步误差成比例的方式给出反转修正量。在将每单位时间例如预定的每控制周期的同步误差设为En、将反转修正量设为Yn（n为自然数）时，反转修正量生成部35用下式（3）计算反转修正量Yn。

Yn=C×En                （3）

在这种情况下，反转修正量与同步误差的量相应地减小。这样可知，在使每单位时间的反转修正量Yn变化的情况下，能进一步提高进给轴追随主轴的应答精度。

图10A是表示明本发明的主轴速度与时间的关系的图，图10B是表示未进行反转修正时的同步误差与时间之间的关系的图，图10C是表示进行了反转修正时的同步误差与时间之间的关系的图。将图10A与图10B比较可知，主轴工作时同步误差持续发生。特别是，在主轴的速度从“0”变为正值时，以及主轴的速度从“0”变为负值时，同步误差增大。

在本发明中，如上所述，将反转修正量追加到进给轴控制部30的速度控制部37中。因此，由图10A和图10C可知，在主轴的速度从“0”变为正值时，以及主轴的速度从“0”变为负值时的同步误差大幅度地减小。也就是说，通过导入本发明那样的反转修正量，在主轴反转时能够加速进给轴马达31的反转动作而大幅度地减小同步误差。其结果可知，在本发明中，即使在不能将进给轴的增益设定得太大的情况下，也能提高进给轴的应答精度。

本发明的效果如下。

在第一方案中，在检测到主轴的反转动作的情况下，就将反转修正量加到进给轴控制部的速度控制循环的速度指令或上述速度控制循环的积分器中。由此，由于进给轴马达的反转动作加速，因此能够降低同步误差，提高进给轴的应答精度。

在第二方案中，能够简单且准确地检测主轴的反转动作。

在第三方案中，能够进一步提高进给轴的应答精度。

虽然使用典型的实施方式说明了本发明，但若为本行业的从业人员应能理解，在不超出本发明的范围内，能够进行上述的变更及各种其它变更、省略及增加。

Claims (5)

1.一种攻螺纹加工装置（1），其具有：

使螺纹加工工具（5）绕主轴旋转的主轴马达（21）；

检测该主轴马达（21）或主轴的旋转角度的旋转角度检测部（22）；

驱动安装有上述螺纹加工工具（5）的进给轴的进给轴马达（31）；

检测该进给轴马达（31）或上述进给轴的位置的位置检测部（32）；

生成上述主轴马达（21）的移动指令值的移动指令值生成部（12）；

主轴控制部（20），该主轴控制部（20）基于由该移动指令值生成部（12）生成的上述移动指令值与由上述旋转角度检测部（22）检测出的旋转角度检测值之间的位置偏差，对上述主轴马达进行驱动；

进给轴同步指令值生成部（33），该进给轴同步指令值生成部（33）基于上述旋转角度检测值与上述螺纹加工工具（5）的螺距，生成进给轴的移动指令值；以及

进给轴控制部（30），该进给轴控制部（30）基于由该进给轴同步指令值生成部（33）生成的上述移动指令值与由上述位置检测部（32）检测出的位置检测值之间的位置偏差，对上述进给轴马达进行驱动，

上述攻螺纹加工装置（1）使上述主轴马达（21）与上述进给轴马达（31）同步运转来进行攻螺纹加工动作，其特征在于，还具有：

主轴反转动作检测部（34），该主轴反转动作检测部（34）在攻螺纹加工时检测上述主轴的反转动作；以及

反转修正量生成部（35），该反转修正量生成部（35）在由上述主轴反转动作检测部（34）检测到上述主轴的反转动作时，生成提高上述进给轴的反转动作的追随性的反转修正量，

在由上述主轴反转动作检测部（34）检测到反转动作时，将由上述反转修正量生成部（35）生成的反转修正量加到上述进给轴控制部（30）的速度控制循环的速度指令或者上述速度控制循环的积分器（41）中。

2.根据权利要求1所述的攻螺纹加工装置，其特征在于，

上述主轴反转动作检测部（34）在以下情况时检测为上述主轴进行了反转动作：在预定的控制周期中所监视的上述主轴或上述主轴马达（21）的实际移动量不为“0”且符号与上一次的实际移动量不同。

3.根据权利要求1或2所述的攻螺纹加工装置，其特征在于，

上述反转修正量是在预定时间范围内加上预定的值。

4.根据权利要求1或2所述的攻螺纹加工装置，其特征在于，

上述反转修正量的初始值基于上述进给轴马达刚要反转之前的转矩指令或上述积分器（41）来计算，上述反转修正量与上述进给轴马达（31）反转后的转矩指令、速度循环积分器、或者上述进给轴马达的移动距离相应地减小。

5.根据权利要求1或2所述的攻螺纹加工装置，其特征在于，

上述反转修正量与主轴和进给轴马达（31）的同步误差成比例。

Images