CN103707128B - 螺纹切削机 - Google Patents

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Abstract

通过转动主轴和移动进给轴切削螺纹的螺纹切削机，包括：主轴速度计算部分，所述主轴速度计算部分根据每个螺纹切削过程的主轴旋转速度指令计算并输出所述主轴的旋转速度；和加速/减速时间计算部分，所述加速/减速时间计算部分计算并输出每个螺纹切削过程的所述进给轴的加速/减速延迟时间，从而使得对于所有螺纹切削过程，进给轴的加速/减速延迟时间与主轴的旋转速度的乘积是相同的。

Description

螺纹切削机
优先权信息
本申请要求2012年10月1日提交的，申请号为2012-219460的日本专利申请的优先权，其全部内容通过参考引入此处。
技术领域
本发明涉及螺纹切削机，用于通过转动主轴，并相对于用于切削的轴向供给该主轴，来切削螺纹。
背景技术
在以下专利文件1和2中公开了在螺纹切削过程中，抑制震颤的已知方法。这些方法通过在螺纹切削过程中改变主轴的旋转速度，抑制震颤。
在专利文件1公开的技术中，在主轴位置计算主轴位置和进给轴位置之间的相对相位误差，且补偿该相对于主轴位置的相对相位误差，以提供伪主轴位置，基于该伪主轴位置，计算所述进给轴的运动。
在专利文件2公开的技术中，主轴和进给轴的时间常数、加速/减速类型、位置环路增益(positional loop gain)是相同的，以消除相对于该主轴的旋转速度的改变，该主轴和该进给轴之间的相位误差。
专利文件
专利文件1：JP 2004-209558 A
专利文件2：JP 2012-56066 A
专利文件1和2中公开的方法都是用于改变该主轴的旋转速度的技术。在这种情况下，也需要改变改进给轴的速度，以提供恒定的螺距。
但是在专利文件1公开的方法中，该进给轴的加速/减速时间不改变，从而根据该进给轴的速度，该进给轴的加速/减速延迟量发生改变。
在专利文件2中公开的方法中，根据该主轴的旋转速度，可应用多级加速/减速，加速/减速时间在更高的速度范围会更长。因此，如专利文件1中公开的方法，该进给轴的加速/减速延迟量还是会根据该进给轴的速度改变，该延迟量的变化比专利文件1中的更大。
如果该进给轴的加速/减速延迟的量根据如上所述的进给轴的速度改变，那么螺纹切削方向改变部分，例如螺纹切削的连接部分的切削量将增加。因此，由于不可预料的大的切削负荷，存在损坏工具的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供螺纹切削机，即使主轴的旋转速度发生改变时，该螺纹切削机仍能够保持恒定的切削量。
根据本发明，通过转动主轴和移动进给轴来切削螺纹的螺纹切削机包括主轴速度计算部分，该主轴速度计算部分根据用于每一螺纹切削过程（thread cutting pass）的主轴旋转速度指令，计算和输出该主轴的旋转速度；加速/减速时间计算部分，该加速/减速时间计算部分计算和输出用于每个螺纹切削过程的该进给轴的加速/减速延迟时间，从而使得对于所有螺纹切削过程，进给轴的加速/减速延迟时间与主轴的旋转速度的乘积是相同的。
根据本发明，所有的螺纹切削过程可以设置相同的加速/减速延迟量，d，即使主轴的旋转速度发生改变，从而可保持恒定的切削量。
附图说明
基于以下附图，将详细描述本发明的优选实施例，其中：
图1为本发明实施例的螺纹切削机的结构的框图；
图2中的上图为螺纹切削过程的示意图，图2中的下图为每一切削过程的主轴旋转速度的例子的示意图；
图3为直螺纹和锥螺纹之间的连接部分处的路径的示意图；
图4为加速/减速延迟量的示意图；
图5为当设置相同的加速/减速延迟量时，路径的示意图；
图6为当设置不同的加速/减速延迟量时，路径的示意图；
图7为展示螺纹切削机的传统结构的框图。
具体实施方式
首先，描述传统技术。图7为传统的螺纹切削机的框图。在这种螺纹切削机中，加工程序分析器1分析加工程序（未显示）。当在加工程序时，接收螺纹切削指令，螺纹切削控制器2将用于主轴旋转速度的当前有效的指令S输出至主轴速度计算部分11。基于用于该主轴的旋转速度的指令S的输入，该主轴速度计算部分11计算每个螺纹切削过程的主轴的旋转速度，并将其输出至主轴速度控制器12。该主轴速度控制器12控制主轴13，以使其在该输入的主轴的旋转速度下转动。例如，该主轴速度计算部分11基于以下等式1和2计算高旋转速度SH和低旋转速度SL，并为每个螺纹切削过程改变该主轴的旋转速度至高旋转速度或低旋转速度，以抑制震颤。
SH=S+0.5xS 等式1
SL=S-0.5xS 等式2
图2为螺纹切削过程以及每个过程中主轴的旋转速度的示意图。为了切削螺纹，工具相对于加工件移动，如图2的上部所示，而加工件转动。一个周期的螺纹切削操作以从操作a进行至操作b、c和d的顺序进行，其中由实线表示的部分b展示了根据螺纹切削指令的操作，并变成螺纹切削过程。图2展示了通过进行六次螺纹切削而切削螺纹的例子。如图2的下部展示的，该主轴速度计算部分11假定奇数螺纹切削过程中的该主轴的旋转速度为低旋转速度SL，偶数螺纹切削过程中的该主轴的旋转速度为高旋转速度SH。
随后，该螺纹切削控制器2根据螺纹切削指令、螺纹螺距指令等中包含的螺纹模式，和从主轴速度检测器14中获得的当前的主轴旋转速度，计算进给轴速度。Z轴位置控制器3通过创建Z轴位置指令来控制Z轴，以便根据螺纹模式、螺纹螺距、进给轴速度等，与主轴转动同步地、以预定螺纹螺距切削螺纹。X轴位置控制器8创造X轴的位置指令，该X轴为螺纹切削轴。该位置受控的X和Z轴的位置指令通过X轴加速/减速控制器9和Z轴加速/减速控制器4用于加速/减速控制，以控制X轴10和Z轴5。已设置好、并存储于加速/减速时间存储器6中的加速/减速时间输送至X轴加速/减速控制器9和Z轴加速/减速控制器4。
如上所述，在螺纹切削过程中，通过改变该主轴的旋转速度抑制震颤。
接下来，将描述本发明的实施例。图1为展示本发明的实施例的螺纹切削机的结构的框图。该螺纹切削机的特征在于包括加速/减速计算部分7。
在该螺纹切削机中，与传统技术类似地进行该主轴的转动控制。具体地，该加工程序分析器1分析加工程序（未示出）。当接收螺纹切削指令时，该螺纹切削控制器2将该主轴的旋转速度的当前的有效指令S输出至主轴速度计算部分11。基于该主轴的旋转速度的指令S的输入，该主轴速度计算部分11为每个螺纹切削过程计算该主轴的旋转速度，并将其输出至该主轴速度控制器12。该主轴速度控制器12控制该主轴13，以使其在该输入的主轴的旋转速度下转动。例如，该主轴速度计算部分11根据以上等式1和2计算高旋转速度SH和低旋转速度SL，并为每个螺纹切削过程将主轴的旋转速度改变为高旋转速度或低旋转速度，以抑制震颤。
在该实施例中，该主轴速度计算部分11计算的该主轴的旋转速度还被输送至加速/减速时间计算部分7。当给定每个螺纹切削过程的进给轴的加速/减速延迟恒定量时，该加速/减速时间计算部分7根据该主轴的输入旋转速度和已经设定并存储于该加速/减速存储器6内的加速/减速时间T0计算加速/减速时间T，并将该时间T输送至该X轴加速/减速控制器9和Z轴加速/减速控制器4。
随后的操作与传统技术类似。具体地，该螺纹切削控制器2根据该螺纹切削指令、螺纹螺距指令等中包含的螺纹模式，以及从主轴速度检测器14所获得的当前的主轴旋转速度计算进给轴的速度。Z轴位置控制器3通过创建Z轴位置指令来控制Z轴，用于根据螺纹模式、螺纹螺距、进给轴速度等，与主轴转动同步地、以预定螺纹螺距切削螺纹。该X轴位置控制器8创建X轴的位置指令，该X轴为螺纹切削轴。该位置控制X和Z轴的位置指令通过X轴加速/减速控制器9和Z轴加速/减速控制器4用于加速/减速控制，以控制X轴10和Z轴5。
为了解释该加速/减速时间计算部分7中的计算处理，下面描述进给轴路径所在部分，例如螺纹切削的连接部分，在该部分螺纹切削方向发生改变。
图3为位于直螺纹和锥螺纹连接部分的螺纹切削路径的示意图。图3为该连接部分的放大视图，展示了直螺纹切削在Z轴方向开始，并在点A改变至锥螺纹切削的情况下的指令路径和实际路径。在图3中，该指令路径由实线表示，该实际路径由虚线表示。
如图3所示，该指示路径由实线指示，但是实际路径由虚线表示，因为从指令的发出至该进给轴的实际操作的开始，存在加速/减速，从而发生加速/减速延迟。
在如图所示的例子中，d表示加速/减速的延迟量，在点A前距离d处，在X轴的操作开始，以得到如图虚线所示的实际路径。因此，通常已知方向改变部分为部分圆形的。
接下来，将解释加速/减速延迟量。图4为加速/减速延迟量的示意图。当在某个时间发出进给轴速度V指令时，该进给轴实际上在经过加速/减速时间T的时候到达进给轴速度V。在这种情况下，加速/减速延迟量d等于图中阴影线所表示的区域，可通过以下等式3表示：
d=VxT/2 等式 3
接下来，将解释由于加速/减速延迟量的不同导致的方向改变部分的不同路径。图5为当设置相同的加速/减速延迟量时，路径的示意图。如图5所示，如果每个螺纹切削过程的加速/减速延迟量d相同，那么在方向改变部分的切削量也相同。
图6为当设置不同的加速/减速延迟量时，路径的示意图。在如图6所示的例子中，奇数次加速/减速延迟量用dL表示，偶数次加速/减速延迟量用dH表示，dL < dH。在这种情况下，在方向改变部分的切削量不同，如图6所示。
因此，为了在该方向改变部分提供相同的切削量，所有螺纹过程的加速/减速延迟量需要相同。
因为，通过上面等式3设定加速/减速延迟量，以下等式4足以使得全部螺纹切削过程的加速/减速延迟量相同：
V1xT1=V2xT2=・・・ =Vn-1xTn-1=VnxTn 等式 4
其中V n代表第n个螺纹切削过程的进给轴速度，Tn代表第n个螺纹切削过程的加速/减速时间。
当将上述等式应用至螺纹切削时，S和V之间呈比例关系，这是因为在螺纹切削过程中恒定的螺距是必要的，其中该主轴在第n个螺纹切削时的旋转速度为Sn。这通过以下等式5表示：
Vn=cxSn 等式 5
其中c代表螺纹螺距确定的常数。当将上述等式5应用至上述等式4中时，得到等式6：
S1xT1=S2xT2=・・・=Sn-1xTn-1=SnxTn 等式 6
具体地，计算该加速/减速时间，以满足加速/减速时间计算部分7中的上述等式6，以保持恒定的加速/减速延迟量。换句话说，通过控制加速/减速时间保持恒定的加速/减速延迟量，从而使得对于所有的螺纹切削过程而言，主轴的旋转速度与所述加速/减速时间的乘积是相同的。
在该实施例中，足以满足以下等式7，因为通过交替改变该高旋转速度SH和该低旋转速度SL进行螺纹切削：
SHxTH=SLxTL 等式 7
例如，如果将加速/减速时间T0应用至高旋转速度SH和低旋转速度SL的螺纹切削，并通过以下等式8和9计算该加速/减速时间TH和加速/减速时间TL：
TH=T0 等式 8
TL=(SH/SL)xT0 等式 9
如上所述，该主轴的旋转速度在螺纹切削过程中改变，以抑制震颤。此时，计算并根据上述等式6改变该进给轴的加速/减速时间，以保持该进给轴的加速/减速延迟量恒定，从而可以在螺纹切削方向改变部分，例如螺纹切削的连接部分保持恒定的切削量，克服未预期的切削负载的增加的问题。
在本实施例中，在该高旋转速度SH和低旋转速度SL之间交替地选择该主轴的旋转速度，但是可以采用任何模式，例如高速/指令速度/低速模式，在螺纹切削前借助倍率（override）改变主轴的旋转速度，等等，只要该主轴的旋转速度在该螺纹切削过程没有改变。

Claims (1)

1. 通过转动主轴和移动进给轴来切削螺纹的螺纹切削机，包括：
主轴速度计算部分，该主轴速度计算部分基于针对每个螺纹切削过程的主轴旋转速度指令来计算并输出所述主轴的旋转速度；和
加速/减速时间计算部分，该加速/减速时间计算部分计算并输出用于每个螺纹切削过程的、所述进给轴的加速/减速延迟时间，从而使得对于所有的螺纹切削过程而言，进给轴的加速/减速延迟时间与主轴的旋转速度的乘积是相同的。
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