CN103894685A - 攻丝控制装置和攻丝控制方法 - Google Patents

Abstract

攻丝控制装置和攻丝控制方法。本发明涉及一种攻丝控制装置包括：主轴马达驱动部件、进给轴马达驱动部件和运算部件。上述主轴马达驱动部件对使丝锥旋转的主轴马达进行驱动。上述进给轴马达驱动部件对使上述丝锥向沿着轴的进给方向和与上述进给方向相反的返回方向移动的进给轴马达进行驱动。上述运算部件基于上述主轴马达的最高转速和上述丝锥的沿着上述轴的方向的螺距，根据基于上述进给轴马达的上述丝锥的移动方向，使上述主轴马达的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算。然后，基于由上述运算部件运算出的结果，进行攻丝加工。

Description

攻丝控制装置和攻丝控制方法

技术领域

本发明公开的实施方式涉及攻丝控制装置和攻丝控制方法。

背景技术

目前，已知使主轴的转速与进给轴的移动速度同步地进行攻丝加工的攻丝控制。而且，作为精度良好地进行攻丝加工的方法，已知采用将攻丝加工时的主轴马达的转矩固定为主轴的最高转速的转矩值的定转矩控制的方法（例如参照日本特开平7-251325号公报）。

然而，在现有的攻丝控制中，尽管在比最高转速低的转速时主轴马达的转矩具有余量，但是执行的控制未充分利用该余量，所以在提高主轴马达的输出性能的利用效率方面具有进一步改善的余地。

本发明鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够提高主轴马达的输出性能的利用效率的攻丝控制装置和攻丝控制方法。

发明内容

本发明的一实施方式涉及的攻丝控制装置包括：主轴马达驱动部件、进给轴马达驱动部件和运算部件。所述主轴马达驱动部件对使丝锥旋转的主轴马达进行驱动。所述进给轴马达驱动部件对使所述丝锥向沿着轴的进给方向和与所述进给方向相反的返回方向移动的进给轴马达进行驱动。所述运算部件基于所述主轴马达的最高转速和所述丝锥的沿着所述轴的方向的螺距，根据基于所述进给轴马达的所述丝锥的移动方向，使上述主轴马达的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算。然后，基于由所述运算部件运算出的结果，进行攻丝加工。

根据本发明的一种形态，能够提高主轴马达的输出性能的利用效率。

附图说明

以下，对照附图阅读下述发明的详细说明，能够容易地对本发明进行更为完整的认识，并理解与其相关的优点。

图1是表示实施方式涉及的攻丝控制装置的结构的框图。

图2A和图2B是表示在实施方式涉及的攻丝控制装置中应用的主轴转矩曲线的一种形态的示意图。

图3是表示对返回方向上的主轴马达的转速和丝锥的移动时间进行计算的方法的一例的示意图。

图4是表示在实施方式的变形例涉及的攻丝控制装置中应用的主轴转矩曲线的一种形态的示意图。

图5是表示由实施方式涉及的攻丝控制装置执行的处理步骤的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本申请公开的攻丝控制装置和攻丝控制方法的实施方式进行详细说明。此外，本发明并非由以下所示的实施方式限定。

首先，用图1说明实施方式的攻丝控制装置的概要结构。图1是表示实施方式涉及的攻丝控制装置10的概要结构的框图。

如图1所示，实施方式的攻丝控制装置10包括主轴马达驱动部件11、进给轴马达驱动部件12、输入部件13、运算部件16、存储部件17和控制部件18。此外，攻丝控制装置10对主轴马达14和进给轴马达15进行控制。此外，在图1中极其示意性地仅表示说明所需要的结构要素。

主轴马达驱动部件11基于来自控制部件18的控制信号和来自主轴马达14的反馈信号，对主轴马达14进行加速、减速驱动，使丝锥旋转。主轴马达14例如由适于赋予稳定的旋转转矩的感应马达等构成。

进给轴马达驱动部件12基于来自控制部件18的控制信号和来自进给轴马达15的反馈信号，对进给轴马达15进行加速、减速驱动，使丝锥在沿着进给轴的方向上移动。进给轴马达15例如由适于对位置和速度进行高精度控制的伺服马达等构成。

此外，对于基于由进给轴马达驱动部件12进行加速、减速驱动的进给轴马达15的丝锥的移动方向，在需要区分的情况下，按以下方式称呼。即，将使丝锥靠近加工对象物（工件）的方向称为“进给方向”，将使丝锥远离加工对象物（工件）的方向、即与进给方向相反的方向称为“返回方向”。

输入部件13被输入在攻丝控制装置10中开始攻丝加工所需要的信息。作为输入到输入部件13的信息，例如包含丝锥的螺距和主轴马达14的最高转速的数据。

在运算部件16中，基于输入到输入部件13的数据，对指令值进行运算。作为由运算部件16进行运算的指令值，包含主轴马达14的转速、主轴马达14的各转速的转矩值和基于进给轴马达15的丝锥的移动速度。

此外，在由运算部件16进行各指令值的运算时，也可以参照预先保存在存储部件17中的关联数组及程序等信息，其中，存储部件17包括存储有处理程序的ROM（Read Only Memory，只读存储器）和临时存储数据的RAM（Random Access Memory，随机存储器）。此外，也可以将由运算部件16进行运算所得到的结果存储在存储部件17中。

这里，在运算部件16中，根据丝锥的移动方向使得主轴马达14的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算。关于这一点，以下用图2A进行说明。

图2A是表示在实施方式涉及的攻丝控制装置中应用的主轴马达转矩－转速特性的一种形态的示意图。在图2A中，横轴表示图1所示的主轴马达14的转速N，纵轴表示主轴马达14的转矩T。此外，NB和NM是主轴马达14的基底转速和最高转速，TB是主轴马达14的额定转矩。

图2A的线21例示主轴马达14的性能曲线。在主轴马达14的转速N为基底转速NB以下的区域中，主轴马达14的转矩T是根据主轴马达14的性能而确定的额定转矩TB，是固定的。也就是说，基底转速NB是作为使得主轴马达14能够以额定转矩TB连续运行的上限的转速。

另一方面，当主轴马达14的转速N超过基底转速NB时，主轴马达14的转矩T无法维持额定转矩TB，逐渐衰减。此外，主轴马达14的各转速N的转矩值及将它们图形化后得到的主轴马达14的性能曲线，能够通过模拟或实机试验等求得。

此外，图2A的线22a图示了作为在通过进给轴马达15使丝锥在进给方向上移动的情况下由运算部件16对主轴马达14的各转速N的转矩T进行运算所得到的结果的曲线（以下，称为“主轴转矩曲线”或简称为“转矩曲线”）。此外，运算部件16不仅关于进给方向，而且关于返回方向对主轴转矩曲线进行运算，这一点在后文中说明。此外，转矩TM是输入到图1所示的输入部件13的攻丝控制装置10的最高转速NM时的主轴马达14的性能曲线21上的转矩值。

在主轴马达14的转速N超过基底转速NB的区域中，执行使得固定为最高转速NM时的转矩T2的定转矩控制。由此，攻丝控制装置10在超过基底转速NB的较高转速区域中，也能够实施稳定的攻丝加工。此外，运算部件16预见安全余量，将转矩T2设定为比线21上的最高转速NM时的转矩TM低若干的数值。

与此相对，以比基底转速NB低的转速N进行攻丝加工的情况下，切换为比转矩T2高的转矩T1，执行定转矩控制。由此，攻丝控制装置10即使在需要较大的转矩的低转速时，也能够实施稳定的攻丝加工。

另一方面，图2A的线23a作为主轴转矩曲线图示了在通过进给轴马达15使丝锥在返回方向上移动的情况下由运算部件16对主轴马达14的各转速N的转矩T进行运算所得到的结果。

在线23a上、主轴马达14的转速N超过基底转速NB的区域中，执行与线22a同样的固定为最高转速NM时的转矩T2的定转矩控制。由此，攻丝控制装置10能够使丝锥在返回方向上也与进给方向同样地旋转和移动。

与此相对，在主轴马达14的转速N比基底转速NB低的情况下，攻丝控制装置10切换为比转矩T1还高的转矩T3，执行定转矩控制。由此，能够在与进给方向相比不需要高精度的攻丝加工的返回方向上迅速地实施丝锥的移动。因此，与使返回方向的转矩曲线与进给方向的转矩曲线相同的情况相比，能够有助于缩短加工时间。此外，运算部件16预见安全余量，将线23a上的转矩T3设定为比线21上的额定转矩TB低若干的数值。

这样，在图1所示的运算部件16中，基于输入到输入部件13中的主轴马达14的最高转速和丝锥的沿着进给轴的方向的螺距，根据丝锥的移动方向使得主轴马达14的各转速的转矩值的一部分或全部不同地进行运算。

此时，在运算部件16以将主轴马达14的各转速的转矩值作为如图2A和图2B例示那样的主轴转矩曲线生成的方式进行运算的情况下，以使得主轴转矩曲线在“进给方向”和“返回方向”上不同的方式生成。而且，由运算部件16运算出的结果，根据需要保存在存储部件17中。

在控制部件18中，使由主轴马达14产生的丝锥的旋转与由进给轴马达15产生的丝锥的沿着轴向的移动同步。此外，在控制部件18中，基于由运算部件16得到的指令值和临时保存在存储部件17中的由运算部件16得到的运算结果，分别对主轴马达驱动部件11和进给轴马达驱动部件12输出用于适当控制主轴马达14和进给轴马达15的控制信号。

在上述实施方式中，作为输入到图1所示的输入部件13中的信息，还可以包含关于攻丝加工所要求的精度的信息。如后所述，若攻丝加工的要求精度不同，则进给方向上的主轴马达的各转速的转矩值中的至少一部分不同。因此，用图2A和图2B，对这一点进行说明。

图2B是表示在实施方式涉及的攻丝控制装置中应用的主轴马达转矩-转速特性的一种形态的示意图，其例示了攻丝加工的要求精度比图2A高的情况。为了易于说明，由线21表示的主轴马达14的性能曲线与图2A相同。

图2B所示的转矩值T13、T14，分别与图2A所示的转矩值T2、T3相同。也就是说，丝锥向返回方向移动的情况下的转矩值，在图2A和图2B中没有差异，图2B的线23b与图2A的线23a大致相同。这是由于在与进给方向相比不需要高精度的攻丝加工的返回方向上迅速地实施丝锥的移动。

另一方面，图2B所示的转矩值T11、T12均比图2A所示的转矩值T1、T2低。也就是说，以使得表示图2B中进给方向的转矩T的变动的线22b比表示图2A中进给方向的转矩T的变动的线22a低的方式进行运算。

如上所述，使由主轴马达14产生的旋转与由进给轴马达15产生的丝锥的移动同步。此外，当主轴马达14的转矩T较小时，由于主轴马达14的旋转缓慢加速、减速，所以与主轴马达14的转矩T较大的情况相比，由主轴马达14产生的旋转与由进给轴马达15产生的丝锥的移动容易同步。因此，若将主轴马达14的进给方向的转矩T设定得较低，则与进给轴马达15一侧的联动变得容易，从而能够更高精度地实施攻丝加工。

因此，若采用能够根据攻丝加工的要求精度变更主轴马达14的各转速N的转矩值的结构，则容易对攻丝加工的精度进行设定和变更。此外，图2B所示的转矩值T12、T13表示不同的数值，但也可以是相同的数值。

然而，在运算部件16中，也能够基于使丝锥向进给方向移动时的主轴马达14的转速和丝锥的移动时间，对使丝锥向返回方向移动时的主轴马达14的转速和丝锥的移动时间进行运算。以下，用图3对这一点进行说明。

图3是表示基于进给方向上的主轴马达14的转速N和丝锥的移动时间的推移，对返回方向上的主轴马达14的转速N和丝锥的移动时间进行计算的方法的一例的图。

在图3中，横轴表示丝锥的移动时间t，纵轴表示图1所示的主轴马达14的转速N。此外，纵轴以进给方向上的主轴马达14的旋转方向为正，以返回方向上的主轴马达14的旋转方向为负进行表示。

在表示进给方向的线32a上，从时刻t1起主轴马达14的转速N逐渐上升，在时刻t2到达进给方向的最高转速Na。在将转速N以最高转速Na维持到时刻t3之后，使主轴马达14的转速N逐渐下降，在时刻t4结束进给方向的攻丝加工。从时刻t4到时刻t5，是用于将丝锥的移动从进给方向切换为返回方向的时间。在切换结束后，从时刻t5起开始丝锥向返回方向的移动，在时刻t6到达返回方向的最高转速Nb，然后，使转速逐渐下降，并且在时刻t7结束一系列的攻丝控制。

由于丝锥的移动距离在进给方向和返回方向上相同，所以由表示进给方向的线32a和转速N为0时的横轴围成的区域的面积，与由表示返回方向的线33a和转速N为0时的横轴围成的区域的面积相等。这里，若以使得返回方向的最高转速Nb为进给方向的最高转速Na以上的方式，由运算部件16对返回方向上的主轴马达14的转速N和丝锥的移动时间t进行运算，则除了线33a之外，能够得到例如33b、33c等多个候选。

例如存在返回方向的最高转速和加工结束时刻等制约条件时，运算部件16基于表示进给方向的线，算出唯一的表示返回方向的线，或者算出几个候选。在算出唯一的表示返回方向的线的情况下根据该线，而在算出几个候选的情况下根据从这些候选中选择出的线，由控制部件18对返回方向上的主轴马达14的转速N和丝锥的移动进行控制。

此外，图3的线33a表示选择了使返回方向的最高转速Nb在设想的候选中为最大，但是几乎没有维持最高转速Nb而是使转速N降低直到加工结束为止的返回方向的丝锥的旋转、移动控制的情况。

此外，在用图2A、图2B说明的实施方式中，运算部件16在主轴马达14的转速N超过基底转速NB的区域中，使主轴马达14的各转速N的转矩值固定地进行运算，但是也可以使转矩值多级变化。

接着，对用图2B说明的实施方式的变形例进行说明。图4是表示在实施方式的变形例涉及的攻丝控制装置中应用的主轴马达转矩-转速特性的一种形态的示意图。为了易于说明，由线21表示的主轴马达14的性能曲线和在主轴马达14的转速N为基底转速NB以下的区域中的主轴马达14的各转速N的转矩值与图2B相同。

对表示丝锥向进给方向移动的情况下的转矩曲线的线22c进行说明。在主轴马达14的转速N为基底转速NB以下的区域中，以使转矩T固定为转矩值T21地进行运算。而且，当主轴马达14的转速N超过基底转速NB时，将转矩T切换为比转矩值T21低的转矩值T22，直到转速N1为止以成为固定值的方式进行运算。然后，进而当主轴马达14的转速N超过转速N1时，将转矩T切换为比转矩值T22还低的转矩值T23，直到最高转速NM为止以成为固定值的方式进行运算。

这样，若以在超过基底转速NB的区域中，也阶段性地对丝锥向进给方向移动时的主轴马达14的各转速N的转矩值进行切换以便根据主轴马达14的转速N的变化使转矩T不同的方式进行运算，则能够维持在主轴马达14的转速N为基底转速NB以下的区域中的攻丝加工的精度不变，在超过基底转速NB的区域中迅速地执行攻丝加工和丝锥的移动。

接着，对表示丝锥向返回方向移动时的转矩曲线的线23c进行说明。在主轴马达14的转速N从最高转速NM起至N2为止，使转矩T固定为最高转速NM时的转矩值T24地进行运算。而且，当主轴马达14的转速N为N2以下时，将转矩T切换为比转矩值T24高的转矩值T25，直到基底转速NB为止以成为固定值的方式进行运算。然后，进而当主轴马达14的转速N为基底转速NB以下时，将转矩T切换为比转矩值T25还高的转矩值T26，以成为固定值的方式进行运算。

这样，若以在超过基底转速NB的区域中，也阶段性地对丝锥向返回方向移动时的主轴马达14的各转速N的转矩值进行切换以便根据主轴马达14的转速N的变化使转矩T不同的方式进行运算，则不仅在基底转速NB以下的区域中，而且在超过基底转速NB的区域中也能够迅速地执行攻丝加工和丝锥的移动。因此，有助于缩短攻丝加工的时间。

此外，在图4所示的变形例中，以使得线22c所示的进给方向上的主轴马达14的各转速N的转矩T按基底转速NB和转速N1两个阶段切换的方式进行运算，但是不限定于此，也可以以根据转速N的变化按多个阶段切换的方式进行运算。

此外，在图4所示的变形例中，以使得线23c所示的返回方向上的主轴马达14的各转速N的转矩T按基底转速NB和转速N2两个阶段切换的方式进行运算，但是不限定于此，也可以以根据转速N的变化按多个阶段切换的方式进行运算。

进而，在图4所示的变形例中，以使得线22c、线23c所示的进给方向和返回方向上的主轴马达14的各转速N的转矩T均按两个阶段切换的方式进行运算，但是不限定于此，也可以以使得在进给方向和返回方向上转矩T的切换级数不同的方式进行运算。

此时，也可以以使得返回方向上的转矩T的切换级数比进给方向上的转矩T的切换级数多的方式进行运算。若以使得转矩T的切换级数在返回方向上比进给方向上多的方式进行运算，则维持进给方向的攻丝加工精度不变，在返回方向上提高主轴马达14的输出性能的利用效率，从而有助于缩短丝锥的移动时间。

接着，用图5对由攻丝控制装置10执行的处理的步骤进行说明。图5是表示由实施方式涉及的攻丝控制装置10执行的处理步骤的流程图。

如图5所示，首先，对输入部件13输入主轴马达14的最高转速和丝锥的螺距（步骤S101）。该输入既可以直接输入数值，也可以从预先设定的多个候选中选择。此外，也可以能够输入或选择攻丝加工的要求精度。

接着，在运算部件16中，对主轴马达14的转速N和丝锥向沿着轴向的方向的移动速度进行运算（步骤S102）。基于输入到输入部件13中的主轴马达14的最高转速及丝锥的螺距和攻丝加工的处理程序，唯一地运算该指令值。

进而，在运算部件16中，根据丝锥的移动方向使得通过进给轴马达15使丝锥移动的加工区间中的主轴马达14的各转速N的转矩值的一部分或全部不同地进行运算（步骤S103）。此时，在以将主轴马达14的各转速N的转矩值作为主轴转矩曲线生成的方式进行运算的情况下，以使得主轴转矩曲线在“进给方向”和“返回方向”上不同的方式生成。

然后，在控制部件18中，对主轴马达驱动部件11和进给轴马达驱动部件12进行控制，使丝锥的由主轴马达14产生的旋转与由进给轴马达15产生的移动分别在进给方向和移动方向上同步，并基于在步骤S102、S103中运算出的各指令值来控制攻丝加工（步骤S104）。由此，主轴马达14和进给轴马达15相互联合的一系列的攻丝控制结束。

如上所述，实施方式涉及的攻丝控制装置包括主轴马达驱动部件、进给轴马达驱动部件和运算部件。上述主轴马达驱动部件对使丝锥旋转的主轴马达进行驱动。上述进给轴马达驱动部件对使上述丝锥向沿着轴的进给方向和与上述进给方向相反的返回方向移动的进给轴马达进行驱动。上述运算部件根据基于上述进给轴马达的上述丝锥的移动方向，使主轴马达的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算。然后，基于由上述运算部件运算出的结果，进行攻丝加工。

因此，根据实施方式涉及的攻丝控制装置，能够提高主轴马达的输出性能的利用效率。

此外，在上述实施方式中，列举了分别各具备一个主轴马达和进给轴马达的双轴控制的攻丝控制装置的情况的例子，但是不限定于控制的轴和马达的数量。

此外，在上述实施方式中，列举了将感应马达作为主轴马达、将伺服马达作为进给轴马达的例子，但是不限定于上述组合。

此外，在用图5说明的实施方式中，在对主轴马达的转速和丝锥的移动速度进行运算（步骤S102）之后，对主轴马达的各转速的转矩值进行运算（步骤S103），但是不限定于该顺序，也可以变换步骤S102和步骤S103的顺序，或者也可以同时进行。

此外，在用图5说明的上述实施方式中，与移动方向无关地一同对主轴马达的各转速的转矩值进行运算（步骤S103），但是也可以作为单独的步骤按进给方向和返回方向分别进行。

Claims (10)

1.一种攻丝控制装置，其特征在于包括：

主轴马达驱动部件，其对使丝锥旋转的主轴马达进行驱动；

进给轴马达驱动部件，其对使所述丝锥向沿着轴的进给方向和与所述进给方向相反的返回方向移动的进给轴马达进行驱动；以及

运算部件，其基于所述主轴马达的最高转速和所述丝锥的沿着所述轴的方向的螺距，根据基于所述进给轴马达的所述丝锥的移动方向，使所述主轴马达的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算，

所述攻丝控制装置基于由所述运算部件运算出的结果，进行攻丝加工。

2.如权利要求1所述的攻丝控制装置，其特征在于：

所述运算部件在所述主轴马达的转速为基底转速以下的区域中，以使得在所述丝锥向所述返回方向移动时的所述主轴马达的各转速的转矩值，大于在所述丝锥向所述进给方向移动时的所述主轴马达的各转速的转矩值的方式进行运算。

3.如权利要求1所述的攻丝控制装置，其特征在于：

所述运算部件按攻丝加工的要求精度，对在使所述丝锥向所述进给方向移动时的所述主轴马达的各转速的转矩值进行运算。

4.如权利要求2所述的攻丝控制装置，其特征在于：

所述运算部件按攻丝加工的要求精度，对在使所述丝锥向所述进给方向移动时的所述主轴马达的各转速的转矩值进行运算。

5.如权利要求2所述的攻丝控制装置，其特征在于：

在所述主轴马达的转速超过基底转速的区域中，使得在使所述丝锥向所述进给方向移动时的所述主轴马达的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算。

6.如权利要求4所述的攻丝控制装置，其特征在于：

在所述主轴马达的转速超过基底转速的区域中，使得在使所述丝锥向所述进给方向移动时的所述主轴马达的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算。

7.如权利要求2所述的攻丝控制装置，其特征在于：

在所述主轴马达的转速超过基底转速的区域中，使得在使所述丝锥向所述返回方向移动时的所述主轴马达的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算。

8.如权利要求4所述的攻丝控制装置，其特征在于：

在所述主轴马达的转速超过基底转速的区域中，使得在使所述丝锥向所述返回方向移动时的所述主轴马达的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算。

9.如权利要求1～8中任一项所述的攻丝控制装置，其特征在于：

所述运算部件基于在使所述丝锥向所述进给方向移动时的所述主轴马达的转速和所述丝锥的移动时间，对在使所述丝锥向所述返回方向移动时的所述主轴马达的转速和所述丝锥的移动时间进行运算。

10.一种攻丝控制方法，其特征在于包括：

对使丝锥旋转的主轴马达进行驱动；

对使所述丝锥向沿着轴的进给方向和与所述进给方向相反的返回方向移动的进给轴马达进行驱动；以及

基于所述主轴马达的最高转速和所述丝锥的沿着所述轴的方向的螺距，根据基于所述进给轴马达的所述丝锥的移动方向，使所述主轴马达的各转速的转矩值的一部分不同地进行运算，

基于由所述运算部件运算出的结果，进行攻丝加工。

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