CN104380218A

CN104380218A - 数控装置

Info

Publication number: CN104380218A
Application number: CN201280073784.XA
Authority: CN
Inventors: 西胁健二; 荒田秀市; 佐藤智典
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: US9513619B2; WO2013183082A1; JP5152443B1; TW201351077A; CN104380218B; TWI489235B; JPWO2013183082A1; US20150081084A1

Abstract

为了无论攻丝刀具直径的大小如何，都可以高精度地以适当的加工时间进行攻丝加工，因而构成为具有：程序解析部(12)，其对读入的加工程序进行解析，提取攻丝加工的螺纹相关信息；斜率决定部(14)，其基于在程序解析部(12)中得到的螺纹相关信息，决定主轴或进给轴的移动速度的加速度；以及插补·加减速处理部(13)，其使用由斜率决定部(14)决定出的加速度而生成主轴以及进给轴的移动指令，并且斜率决定部(14)构成为，根据攻丝刀具直径，使主轴或者进给轴的加减速时的加速度可变。

Description

数控装置

技术领域

本发明涉及一种数控装置，特别是涉及一种以能够同步控制主轴位置和进给轴位置而进行攻丝加工的方式对工作机械进行控制的数控装置。

背景技术

目前，根据加工的高速·高精度化的要求，即使在攻丝加工中，也强烈要求实现其高速·高精度化。为了实现高速·高精度化，形成了在攻丝加工中使主轴与进给轴同步而进行加工的同步攻丝加工，作为用于该同步攻丝加工的高速化和精度提高的方式，提出了各种方案。

作为进行攻丝加工的数控装置的例子，公开了下述数控装置，即，根据螺距和圆周速度而决定加减速时间常数，能够防止主轴的高速旋转时的过冲、缩短低速旋转时的加工时间(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平7－112322号公报

发明内容

在如上所述的现有的数控装置中，在将圆周速度设定为相同值的情况下，当所指定的攻丝的螺距较小时，由于主轴的旋转变大，因此，将时间常数设定得较大，在螺距较大的情况下，将时间常数设定得较小。在上述现有技术的情况下，时间常数通过下述公式

T＝ＫＰＦ－－－－(1)而决定。

其中，K是依赖于主轴电动机的最高转速和最大时间常数的常数，P是螺距依赖系数，F是圆周速度，但如果对它们的形式进行变换，则最终的时间常数T成为下述公式

T＝kS----(2)，

时间常数T与主轴转速S成正比。此外，k是常数。即，意味着是单纯地进行斜率恒定加减速，斜率恒定加减速控制在日本特开昭63－123605号公报中进行了公开。

但是，在所述文献中，时间常数是由主轴的旋转速度S决定的，而不考虑攻丝加工时的切削负载等因素，如果利用所决定的时间常数进行攻丝加工，则形成过载，而无法进行高精度的加工。

通常，在进行攻丝加工时，在螺距较大即刀具直径较大的情况下，由于每旋转一周时的切削量较多，因此，承受较大的切削负载。已知在攻丝加工时的切削负载转矩受到攻丝的前角的大小、被切削材料、预孔直径的大小等各种因素的影响，但通常来说，切削转矩与攻丝外径的3次方成正比。

另外，在驱动部的电动机中，转矩的上限值已经确定，能够将从电动机的最大转矩中减去攻丝加工的切削转矩后的剩余转矩作为加减速时的转矩而进行使用。

因此，存在下述问题，即，在进行各种直径的攻丝加工的情况下，在攻丝直径较大的情况下，必须将加减速时的速度的斜率减小，如果以该斜率的设定进行攻丝直径较小的加工，则加工时间延长。

另外，存在下述问题，即，在通过攻丝直径较小的情况下的斜率的设定而进行攻丝直径较大的加工时，加工精度变差。

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种数控装置，该数控装置无论攻丝刀具直径的大小如何，都可以高精度地以适当的加工时间进行攻丝加工。

为了解决上述课题，本发明的数控装置是通过使主轴的移动以及进给轴的移动同步而进行攻丝加工的数控装置，该数控装置具有：程序解析部，其对读入的加工程序进行解析，提取攻丝加工的螺纹相关信息；斜率决定部，其基于在所述程序解析部中得到的螺纹相关信息，决定主轴以及进给轴的移动速度的加速度；以及插补·加减速处理部，其使用由所述斜率决定部决定出的加速度而生成主轴以及进给轴的移动指令，所述斜率决定部根据攻丝刀具直径，使主轴或者进给轴的加减速时的加速度可变。

另外，在本发明的数控装置中，所述螺纹相关信息是刀具编号、螺纹的公称型号以及螺距中的任意一项，所述斜率决定部基于所述刀具编号、螺纹的公称型号以及螺距中的任意一项，取得攻丝刀具直径。

另外，在本发明的数控装置中，所述斜率决定部基于攻丝刀具直径而求出切削负载转矩，根据从电动机的最大转矩中减去该求出的切削负载转矩而得到的转矩，决定加速度。

另外，本发明的数控装置具有：同步误差运算部，其基于从主轴驱动部以及进给轴驱动部得到的检测位置信息，运算攻丝加工时的同步误差；以及斜率调整部，如果由该同步误差运算部得到的同步误差比容许值大，则该斜率调整部将由所述斜率决定部计算出的加速度向减小的方向进行调整。

另外，本发明的数控装置具有：同步误差运算部，其基于从主轴驱动部以及进给轴驱动部得到的检测位置信息，运算攻丝加工时的同步误差；以及斜率调整部，如果由该同步误差运算部得到的同步误差比容许值小，则该斜率调整部将由所述斜率决定部计算出的加速度向增大的方向进行调整。

发明的效果

根据本发明，无论攻丝刀具直径的大小如何，都可以高精度地以适当的加工时间进行攻丝加工。

另外，根据本发明，由于进行加速度校正，因此，无论攻丝刀具直径的大小如何，都可以高精度地以更适当的加工时间进行攻丝加工。

另外，根据本发明，不是单纯地进行加速度校正，而是仅对能够高精度地以适当的加工时间进行攻丝加工的情况进行加速度校正，因此，能够高精度地以更适当的加工时间进行攻丝加工，而且通过进行加速度校正，从而可以消除加工精度的降低、加工时间的变长。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1中的数控系统的结构例的框图。

图2是表示在本发明的实施例1中的数控装置的存储部中保存的刀具形状信息例的图。

图3是表示在本发明的实施例1中的数控装置的存储部中保存的螺纹形状信息例的图。

图4是表示本发明的实施例1中的加工程序例的图。

图5是表示本发明的实施例1中的数控装置的动作的流程图。

图6是用于说明本发明的实施例1的效果的图。

图7是表示本发明的实施例2中的数控系统的结构例的框图。

具体实施方式

实施例1

下面，使用图1～图6，对本发明的实施例1进行说明。

图1是表示本发明的实施例1所涉及的数控系统的结构的框图，1表示数控装置，2表示驱动部。12是程序解析部，该程序解析部读出并解析加工程序11，并且，提取攻丝加工中的刀具编号、螺纹的公称型号(nominal designation)以及螺距等与螺纹相关的螺纹相关信息。

30是存储部，该存储部存储下述信息，即，在通过后面说明的斜率决定部14对主轴以及进给轴的加减速时的加速度进行决定时所需的螺纹信息、主轴电动机、进给轴电动机固有的信息等。螺纹信息是刀具形状信息、螺纹形状信息、切削负载信息。刀具形状信息如图2所示，是与刀具编号相对应的至少包含刀具直径的信息在内的刀具的形状、尺寸，例如，是指刀具直径、刀具长度、刀具的材质、种类、形状、刀具的磨损量、使用时间等。另外，螺纹形状信息如图3所示，是与螺纹的公称型号相对应的至少包含螺距的信息在内的螺纹的形状、尺寸，例如，是指螺距、螺纹的外径、内径、旋合长度、螺纹牙数、螺纹的公称型号等。另外，切削负载信息是用于决定与切削负载相关的系数的信息，例如，是指螺纹牙型半角、由被切削材料带来的切削阻力系数即相对被切削材料阻力、由攻丝形状和被切削材料决定的校正系数、由切屑带来的切削阻力系数等。

此外，图2所示的刀具形状信息利用(沿用)了作为数控装置来说必备的刀具管理功能的信息。另外，该刀具形状信息是通过所述刀具管理功能，从画面、加工程序输入的。

另外，图3所示的螺纹形状信息例示出米制粗牙螺纹(JISB0205)的标准螺纹的情况。

另外，14是斜率决定部，该斜率决定部基于在程序解析部12中得到的刀具编号、螺纹的公称型号等螺纹相关信息，参照在存储部30中存储的刀具直径(攻丝外径)等，决定主轴以及进给轴的加减速时的加速度。16是同步误差运算部，获得移动指令值与由检测器检测出的检测位置信息之间的差值的绝对值并将其作为同步误差，其中，该同步误差运算部基于由驱动部2的主轴电动机以及进给轴电动机中的检测器检测出的反馈信息(检测位置信息)而计算同步误差。15是斜率调整部，该斜率调整部基于在同步误差运算部16中计算出的同步误差、和在斜率决定部14中求出的加减速时的加速度，调整加减速时的加速度。13是插补·加减速处理部，该插补·加减速处理部使用由程序解析部12解析出的加工指令、和由斜率调整部15调整后的加减速时的加速度，生成主轴电动机以及进给轴电动机的移动指令。

17是主轴控制部，该主轴控制部接受由插补·加减速处理部13生成的移动指令，使电流流向由主轴电动机、检测器构成的主轴驱动部19，18是进给轴控制部，该进给轴控制部接受由插补·加减速处理部13生成的移动指令，使电流流向由进给轴电动机、检测器构成的进给轴驱动部20。

此外，数控装置1的硬件结构与由CPU、存储器等构成的普通的数控装置的硬件结构相同，另外，程序解析部12、插补·加减速处理部13、斜率决定部14、斜率调整部15以及同步误差运算部16通过软件构成。另外，驱动部2的硬件结构也与由CPU、存储器等构成的普通的驱动部的硬件结构相同。

101是在程序解析部12中解析出的加工指令。102是指在程序解析部12中得到的攻丝加工的刀具编号以及螺纹的公称型号、螺距等与螺纹相关的螺纹相关信息，103是指在斜率决定部14中决定出的加减速时的加速度。104是指在同步误差运算部16中计算的同步误差信息，105是指在斜率调整部15中调整后的加减速时的加速度。106是指在插补·加减速处理部13中生成的主轴电动机的移动指令，107是指在插补·加减速处理部13中生成的进给轴电动机的移动指令。108是指从主轴控制部17流向主轴驱动部19的电流，109是指从进给轴控制部18流向进给轴驱动部20的电流，110是指主轴驱动部19中的检测器的反馈位置·速度信息以及实际加工时的转矩信息，111是指进给轴驱动部20中的检测器的反馈位置·速度信息以及实际加工时的转矩信息，120是指螺纹信息。

实施例1所涉及的数控系统按照以上方式构成，如图5所示进行动作。

首先，在图5的步骤S1中，斜率决定部14决定与刀具直径(攻丝外径)相对应的加减速速度的斜率。具体地说，通过下述方式，斜率决定部14决定与刀具直径(攻丝外径)相对应的加减速速度的斜率。

即，例如，在读入如图4所示的包含攻丝加工指令(G84指令)的加工程序11的情况下，将该加工程序11在程序解析部12中进行解析，提取所使用的刀具编号(T2)。斜率决定部14基于提取出的刀具编号，从图2所示的刀具形状信息中得到刀具直径。例如，在刀具编号是T2的情况下，得到8mm的刀具直径。

此外，图4的加工程序是如下所述的程序。

即，T2用于指定刀具编号2，M6是将刀具更换至刀具编号2的指令，S3000是主轴的转速(3000rpm)的指令，G84是攻丝加工指令，X·Y·Z是攻丝加工位置(X0、Y0、Z-30)的指令，F是螺距(1.25)的指令。

另外，在加工程序11的攻丝指令时或者在其之前直接指定刀具直径的情况下，斜率决定部14无需参照图2所示的刀具形状信息即可得到刀具直径。

另外，如图2的刀具编号3所示，在刀具形状信息中未设定有刀具直径的情况下，程序解析部12通过图4的加工程序11而提取其螺距(F1.25)，斜率决定部14基于该提取出的螺距，通过图3所示的螺纹形状信息而得到螺纹外径(8mm)，将该外径视作刀具直径。

另外，在图4所示的加工程序11中，作为螺纹形状信息，在不指定螺距而指定了螺纹的公称型号的情况下(未图示，是在例如指定了螺纹的公称型号M8的情况下)，程序解析部12通过图4的加工程序11，提取其螺纹的公称型号(M8)，斜率决定部14基于该提取出的螺纹的公称型号，通过图3所示的螺纹形状信息而得到螺纹外径(8mm)，将该外径视作刀具直径。

另外，在图4所示的加工程序11中，在未指定螺纹的公称型号、螺距等螺纹形状信息的情况下，程序解析部12使用在加工程序11中指示出的主轴转速、进给速度等，通过计算而求出螺距，斜率决定部14基于该计算出的螺距，通过图3所示的螺纹形状信息而得到螺纹外径，将该外径视作刀具直径。

此外，例如如图3的螺距“1.0”处所示，斜率决定部14有时在根据提取出(或者计算出)的螺距，通过图3的螺纹形状信息而求出螺纹外径时，从同一螺距得到多个螺纹外径。虽然选择所得到的多个螺纹外径中的哪一个均可，但在本实施例中选择螺纹外径大的一方。其原因在于，通过将螺纹外径选择得较大，从而由斜率决定部14将切削负载计算得较大，因此，加减速速度的斜率变小，确保了精度。

另外，在图4所示的加工程序11中指定了螺纹的公称型号、螺距等螺纹形状信息的情况，以及虽然图4所示的加工程序11中未指定螺纹的公称型号、螺距等螺纹形状信息，但程序解析部12能够通过使用在加工程序11中指示出的主轴转速、进给速度等进行计算而求出螺距的情况等状况下，能够根据图3所示的螺纹形状信息得到螺纹外径(刀具直径)，因此，并非必须将图2所示的刀具形状信息存储至存储部30中。

如上所述，虽然未进行图示，但得到了刀具直径(攻丝外径)的斜率决定部14根据得到的刀具直径，通过用于求出与刀具直径相对应的主轴的加速度的表，得到主轴的加速度。

另外，在更准确地求出加速度的情况下，如以下所示，通过攻丝切削转矩得到主轴的加减速速度。

即，使用该得到的刀具直径(攻丝外径)、切削负载系数以及攻丝的预孔直径，通过下面的公式(3)进行攻丝加工时的切削转矩的计算。

Tq＝Kq×(D-Do)²×(D+2Do)----(3)

其中，Tq是切削转矩，Kq是切削负载系数，D是外径，Do是预孔直径。

切削负载系数是从存储部30读出的，另外，对于预孔直径，由于在攻丝指令的情况下事先进行了钻孔加工，因此，利用由程序解析部12得到的钻孔加工时的刀具形状信息，通过计算而得到该预孔直径。

此外，在无法得到钻孔加工的信息的情况下，使用在存储部30中存储的内螺纹的内径容许极限尺寸，或者，如果设定了旋合率，则能够通过下述公式进行计算。

Du＝Ｄ-Ku×P×H----(4)

其中，Du是预孔直径，D是外径，Ku是旋合率计算系数，P是螺距，H是旋合率。

并且，如上所述，得到了攻丝加工时的切削转矩Tq的斜率决定部14基于惯量等主轴电动机固有的信息，从主轴电动机的最大转矩中减去计算出的所述攻丝的切削转矩，利用剩余的转矩决定主轴的加速所能使用的加速度。此外，进给轴的加速度是因主轴的加速度而产生的，因此，针对进给轴以匹配于与主轴之间的同步比率的方式决定加速度。

如上述说明所示，在图5的步骤S1中，求出与刀具直径(攻丝外径)相对应的加减速速度的斜率。

将该决定出的加减速速度信息经由斜率调整部15向插补·加减速处理部13输出，插补·加减速处理部13基于该信息生成主轴电动机以及进给轴电动机的移动指令信息，并向主轴控制部17以及进给轴控制部18输出，其中，主轴电动机以及进给轴电动机受到规定的加减速控制。主轴电动机以及进给轴电动机基于主轴控制部17以及进给轴控制部18的输出，而受到规定的加减速控制。

在攻丝外径较大的情况下，切削负载转矩较大，因此，主轴电动机能够用于加减速的上限转矩减少，加减速的斜率变小。另一方面，在攻丝外径较小的情况下，切削负载转矩较小，因此，能够用于加减速的转矩增加，加减速的斜率变大。

图6是专利文献1等中的斜率恒定加减速控制时的加减速的速度波形与本发明的实施例1中的速度波形的对比图。

在使用201这种大直径的刀具进行攻丝加工的情况下，电动机不会发生过载的速度波形是203。在该大直径的攻丝加工时的斜率的设定下，在使用202这种小直径的刀具进行攻丝加工的情况下，以斜率恒定加减速进行加减速的情况如204所示，形成为与203相同斜率的速度波形。另一方面，在本发明的加减速方式的情况下，大直径刀具201的情况下的斜率与小直径刀具202的情况下的斜率不同，在小直径刀具202的情况下，切削负载转矩比利用大直径刀具201进行加工时的切削负载转矩小，能够将加减速时的加速度变大，因此，一边维持加工精度，一边使加工时间与现有的斜率恒定加减速方式相比得到缩短。

另外，当使用在斜率决定部14中计算出的斜率(加速度)而控制主轴电动机以及进给轴电动机时，在切削条件不同导致切削负载比计算出的值高(例如，由于每个刀具的直径波动、由加工带来的刀具磨损、切屑的堆积、切削油的蔓延方式等各种原因导致切削负载变高)的情况下，有时无法确保同步精度。相反地，在切削负载比计算出的值小的情况下，虽然能够确保加工精度并缩短加工时间，但有时加工时间会变长。

为了改善这种情况，斜率调整部15以及同步误差运算部16进行图5的步骤S2～步骤S5的动作，调整出最佳的加减速速度。

即，如果攻丝加工开始，则在步骤S1中，斜率决定部14通过螺纹信息求出加减速速度的斜率(加速度)，以该求出的加速度进行攻丝加工，但在进行了该攻丝加工的情况下，同步误差运算部16输入驱动部2的主轴电动机以及进给轴电动机的检测位置信息，进行同步误差是否处于设定的容许值以内的判定，将该结果向斜率调整部15输出(步骤S2)。在这里，同步误差运算部16计算主轴位置与进给轴位置的差，此时，返回的是主轴位置与进给轴位置的差的绝对值。另外，关于容许值，可以由使用者对容许误差的值进行设定。另外，在尚未设定容许误差的情况下，虽然没有将容许误差特别记载在表等中，但可以使用螺纹的标准尺寸容差等。

在步骤S2中，如果同步误差没有落入容许值，则转入步骤S4，斜率调整部15以减小加速度的方式进行斜率校正。

相反地，如果同步误差处于容许值以内，则转入步骤S3。在步骤S3中，为了缩短加工时间，进行是否能够进一步将加速度变大的判定。此外，该判定是通过下述方式进行的，即，由驱动部19、20取得实际加工时的转矩，将该取得的转矩与所述计算出的转矩相比较。如果实际加工时的转矩比所述计算出的转矩小而能够将加速度变大，则转入步骤S5，进行将加速度变大的校正。

在步骤S3中，在判断出不能将加速度进一步变大的情况下，即，在得出最佳的加减速速度的斜率的情况下，进行攻丝加工。针对每个攻丝指令或者攻丝孔重复该循环并进行计算，从而得到最佳的加速度。

如上所述，并不是单纯地进行加速度校正，如果仅对能够高精度地以适当的加工时间进行攻丝加工的情况进行加速度校正，则能够高精度地以更加适当的加工时间进行攻丝加工，而且通过进行加速度校正，从而消除加工精度的降低、加工时间的变长。

实施例2

此外，在实施例1中，对插补·加减速处理部13输出主轴电动机以及进给轴电动机的移动指令的情况进行了说明，但如图7所示，在插补·加减速处理部13仅输出主轴的移动指令，进给控制部18基于从主轴驱动部19的检测器输出的位置·速度反馈信息，决定流向进给驱动部20的电流值的主控·从属式数控系统中也能够应用本发明。

实施例3

另外，在实施例1中，对设置有如下斜率调整部15的情况进行了说明，该斜率调整部15构成为，如果由同步误差运算部16得到的同步误差比容许同步误差大，则判断是否能够将由斜率决定部14计算出的加速度向变小的方向进行调整，如果所述同步误差处于容许同步误差内，则判断是否能够将由斜率决定部14计算出的加速度向变大的方向进行调整，在能够将由斜率决定部14计算出的加速度向变大的方向进行调整的情况下，将由斜率决定部14计算出的加速度向变大的方向进行调整，并且，在不能够将由斜率决定部14计算出的加速度向变大的方向进行调整的情况下，保持由斜率决定部14计算出的加速度不变，但作为斜率调整部15也可以是下述结构，即，如果由同步误差运算部16得到的同步误差比容许值大，则将由斜率决定部14计算出的加速度向变小的方向进行调整，如果所述同步误差比容许值小，则将由斜率决定部14计算出的加速度向变大的方向进行调整。

即使按照上述方式构成，无论攻丝刀具直径的大小如何，也可以高精度地以更适当的加工时间进行攻丝加工。

工业实用性

本发明所涉及的数控装置适合于实施期望在维持加工精度的同时缩短加工时间的攻丝加工。

标号的说明

1数控装置，2电动机驱动部，11加工程序，12程序解析处理部，13插补·加减速处理部，14斜率决定部，15斜率调整部，16同步误差运算部，17进给轴控制部，18主轴控制部，19进给轴驱动部，20主轴驱动部，30存储部，101加工指令，102螺纹相关信息，103主轴以及进给轴的斜率信息(加减速时的加速度)，104同步误差信息，105调整后的主轴以及进给轴的斜率信息(加减速时的加速度)，106主轴电动机的移动指令信息，107进给轴的移动指令信息，108主轴的电流信息，109进给轴的电流信息，110主轴的位置·速度反馈信息，111进给轴的位置·速度反馈信息，120螺纹信息，201大直径刀具，202小直径刀具，203大直径刀具时的斜率恒定加减速速度波形，204小直径刀具时的斜率恒定加减速速度波形，205大直径刀具时的斜率可变速度波形，206小直径刀具时的斜率可变速度波形。

Claims

1.一种数控装置，其通过使主轴的移动以及进给轴的移动同步而进行攻丝加工，

该数控装置的特征在于，具有：

程序解析部，其对读入的加工程序进行解析，提取攻丝加工的螺纹相关信息；

斜率决定部，其基于在所述程序解析部中得到的螺纹相关信息，决定主轴以及进给轴的移动速度的加速度；以及

插补·加减速处理部，其使用由所述斜率决定部决定出的加速度而生成主轴以及进给轴的移动指令，

所述斜率决定部根据攻丝刀具直径，使主轴或者进给轴的加减速时的加速度可变。

2.根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于，

所述螺纹相关信息是刀具编号、螺纹的公称型号以及螺距中的任意一项，所述斜率决定部基于所述刀具编号、螺纹的公称型号以及螺距中的任意一项，取得攻丝刀具直径。

3.根据权利要求1或2所述的数控装置，其特征在于，

所述斜率决定部基于攻丝刀具直径而求出切削负载转矩，根据从电动机的最大转矩中减去该求出的切削负载转矩而得到的转矩，决定加速度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的数控装置，其中，具有：

同步误差运算部，其基于从主轴驱动部以及进给轴驱动部得到的检测位置信息，运算攻丝加工时的同步误差；以及

斜率调整部，如果由该同步误差运算部得到的同步误差比容许值大，则该斜率调整部将由所述斜率决定部计算出的加速度向减小的方向进行调整。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的数控装置，其中，具有：

斜率调整部，如果由该同步误差运算部得到的同步误差比容许值小，则该斜率调整部将由所述斜率决定部计算出的加速度向增大的方向进行调整。