CN104834269B

CN104834269B - 数值控制装置

Info

Publication number: CN104834269B
Application number: CN201510072854.5A
Authority: CN
Inventors: 吉田航瑛; 小川修二
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2017-06-23
Anticipated expiration: 2035-02-11
Also published as: DE102015001509A1; US20150227129A1; DE102015001509B4; JP2015150628A; JP5860072B2; CN104834269A; US9869989B2

Abstract

本发明提供一种数值控制装置。该数值控制装置对机床进行控制，所述机床使刀具与工件的旋转同步地移动来进行攻螺纹，所述数值控制装置具有对攻螺纹过程中的切入量的变化量的大小进行预先设定的切入量变化量设定部。所述切入量变化量设定部根据预先设定的变化量，在攻螺纹过程中周期性地变更切入量。

Description

数值控制装置

技术领域

本发明涉及对机床进行控制的数值控制装置，特别地，涉及具备抑制攻螺纹过程中发生振动的功能的数值控制装置。

背景技术

一般地，在攻螺纹中发生振动即刀具尖端点的振动等时，产生加工面的劣化、刀具缺损等问题。对于攻螺纹中的振动的问题，已知能够通过变更攻螺纹中的主轴速度来抑制振动的技术。

一般地，在变更攻螺纹中的主轴速度时，存在主轴位置与进给轴位置之间的关系中有相位误差的课题，但是，公知在日本专利公开2004-209558号公报中记载的、解决该相位误差的问题而无相位误差地在攻螺纹过程中变更主轴速度的装置。该装置中需要与位置控制对应的检测器、主轴电动机。此外，其他还公知具有抑制振动效果的刀具(参照日本专利公开2001-096403号公报)。

通过背景技术中说明的现有技术，也能够应对攻螺纹中的振动。但是，日本专利公开2004-209558号公报依赖于检测器、主轴电动机。此外，日本专利公开2001-096403号公报依赖于刀具

发明内容

因此，本发明的目的在于，鉴于上述现有技术的问题点，提供一种数值控制装置，其控制进行攻螺纹的机床，该数值控制装置具备能够不依赖于检测器和主轴电动机、刀具地进行振动的抑制的，抑制攻螺纹中发生振动的功能。

在本发明的若干实施方式中，通过在攻螺纹执行过程中发生了振动时以恒定量变更切入量，或者通过使切入量从最初起进行周期性变化的同时进行攻螺纹，来抑制振动。

并且，本发明的数值控制装置对机床进行控制，所述机床使工件绕旋转轴旋转，使刀具与该绕旋转轴的旋转同步地在该旋转轴方向上移动，并进行对该工件的攻螺纹，所述数值控制装置具有对攻螺纹过程中切入量的变化量的大小进行预先设定的切入量变化量设定部，在攻螺纹过程中通过所述切入量变化量设定部进行了切入量变更的指示的情况下，根据所设定的变化量变更切入量并持续进行攻螺纹，在执行了所述切入量被变更后的攻螺纹之后，将变更了切入量的所述旋转轴方向的位置附近即从上次攻螺纹的开始点偏移了导程整数倍的旋转轴方向的位置设为开始点，使所述刀具从预定位置起在旋转轴方向上以预定值以上加速从而移动到所述开始点，并从所述开始点以变更前的切入量来执行攻螺纹。

本发明的数值控制装置对机床进行控制，所述机床使刀具与工件的旋转同步地移动来进行攻螺纹，所述数值控制装置具有对攻螺纹过程中的切入量的变化量的大小和周期进行预先设定的切入量变化量设定部，所述切入量变化量设定部根据预先设定的变化量，在攻螺纹过程中周期性地变更切入量。

本发明通过具有上述结构，能够提供一种数值控制装置，其对进行攻螺纹的机床进行控制，该数值控制装置具备能够不依赖于检测器和主轴电动机、刀具地进行振动的抑制的，抑制攻螺纹过程中发生振动的功能。

附图说明

本发明上述的以及其他的目的和特征，从参照附图的以下实施例的说明而变得明确。这些附图中：

图1是说明本发明的攻螺纹加工装置的图。

图2是表示攻螺纹过程中的切入量变化的图。

图3是表示改变了切入量的区间的加工路径的图。

图4是表示实施例的状况设定的图。

图5是攻螺纹的切入量变更动作的实施方式。

图6是改变了切入量的区间的加工的实施方式。

图7是表示切入量变化时攻螺纹的再执行的处理的流程图。

图8是表示重叠了X轴方向的周期性动作的攻螺纹动作的图。

图9是重叠了X轴方向的周期性动作的攻螺纹的实施例。

图10是重叠了周期性动作后的切入深度恒定的攻螺纹的实施例。

图11是重叠了X轴方向的周期性动作的攻螺纹的流程图的例子。

具体实施方式

图1是说明本发明一实施方式的攻螺纹加工装置的图。CPU 11是对数值控制装置10进行整体控制的处理器。CPU 11将ROM 12中存储的系统程序经由总线20读出，并按照该系统程序来控制数值控制装置整体。RAM 13中存储有暂时的计算数据、显示数据以及操作者经由显示器/MDI单元70输入的各种数据。SRAM存储器14被构成为即使数值控制装置10的电源被切断也保持存储状态的非易失性存储器。SRAM存储器14内存储有经由接口15读入的加工程序、经由显示器/MDI单元70输入的加工程序等。此外，16是PMC、17是I/O单元、18、19是接口。

各轴的轴控制电路30、32接收来自CPU 11的各轴的移动指令，并将各轴的指令输出到伺服放大器40、42。伺服放大器40、42接收该指令来驱动各轴的伺服电动机50、52。各轴的伺服电动机50、52内置位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号向轴控制电路30、32反馈，进行位置/速度的反馈控制。此外，图1中省略了位置/速度反馈。

伺服电动机50、52驱动机床的X、Y、Z轴。主轴控制电路60从CPU 11接收主轴旋转数指令S，并接收来自检测主轴电动机(SM)的主轴位置的主轴位置检测器63的主轴位置反馈信号。然后，主轴控制电路60向主轴放大器61输出主轴速度信号。

主轴放大器61接收主轴速度信号，以所指示的旋转速度来旋转驱动主轴电动机(SM)62。

CPU 11对加工程序进行解析，并经由轴控制电路30、32来驱动控制X轴、Z轴的各电动机50、52。基于由所述加工程序所指示的主轴旋转数指令S、来自主轴位置检测器63的主轴位置反馈信号，经由主轴控制电路60对主轴电动机(SM)62进行旋转控制。如果通过以主轴位置为主导，以进给轴(X轴、Z轴)为从属来进行控制，使主轴以预定旋转数动作来进行攻螺纹，则能够将主轴速度和Z轴的相对速度保持为恒定关系地进行动作，因此能够进行加工精度高的攻螺纹。

<实施方式1>

说明实施方式1。

图2是表示攻螺纹过程中的切入量变化的图。图3是表示改变了切入量的区间的加工路径的图。符号T表示刀具，符号W表示工件。

本实施方式中，在如图2的动作1那样，以某切入量进行攻螺纹的过程中，当信号进入了数值控制装置10时，如图2的动作2那样，使刀具向X轴方向移动，使切入量变化。之后，如图2的动作3那样，以变化后的切入量来继续攻螺纹。一般地，切入量减少时则切削力减小。此外，是否发生振动依赖于切削力。因此，期待通过切入量减小的变更来抑制振动。

为了抑制振动所需要的切入量的变化量，根据要使用的设备和刀具、工件的材质和形状、主轴旋转数而变化，因此，对于切入量的变化量(图2中的△d)，能够通过参数、指令而任意地设定。

切入量的变更通过从操作盘71的按钮、传感器等向数值控制装置10的信号的输入来指示。在操作者按压了操作盘71的按钮时，如果将切入量变更的指示输入到数值控制装置10，则操作者能够在任意时刻执行刀具T向工件W的切入量变更。此外，如果从未图示的麦克风等传感器进行信号输入，则能够使检测出振动时的切入量的变更自动化。

在如图2的动作3这样继续了攻螺纹后，如图3这样，在数值控制装置10的内部生成并执行在使切入量减小了的区间中再次进行攻螺纹的动作。通过该一连串的动作将原本想要除去的部分切去，由此能够加工为想要实现的形状。这时的切入量小于发生了振动时的切入量，因此，能够抑制振动的发生。

图3中，动作1是退刀动作，动作2是直到第2次攻螺纹开始点为止的移动，动作3是在Z轴方向上进行加速的同时使刀具靠近前次加工出的螺纹槽的动作，动作4是以前次的攻螺纹的切入深度来进行攻螺纹的动作。对于这些一连串动作，需要注意以下(a)～(d)来设计动作。

(a)退刀动作的终点位于不干扰工件的位置

(b)将Z轴方向的加速的距离设置为足够大

(c)沿着在第1次加工中形成的螺纹槽进行加工(不存在与第1次攻螺纹的相位偏差)

(d)要不存在切削残留。

此外，由于适合作为(a)的退刀动作的移动量X_retract的值依赖于工件W的形状，因此，用户能够通过参数、指令来设定任意的值。此外，对于Z轴方向的开始点坐标(Z_restart)，考虑了(b)～(d)而在数值控制装置内部中以如下那样进行计算。

Z_restart＝(从Z_{first_start}偏离了导程的整数倍的位置中的、大于Z’_restart而更靠近Z’_restart的位置)。

此外，Z_restart对应于“变更了切入量的旋转轴方向的位置附近”。

Z’_restart＝Z_{change_start}+D_margin+D_accel

这里，各变量的含义如下。

Z_{first_start}：第一次攻螺纹的开始点(执行第一次攻螺纹时，在数值控制装置的内部中保存)。

Z_{change_start}：在第一次攻螺纹中变更了切入量的位置的Z轴坐标(在变更切入量时，在数值控制装置的内部中保存)。

D_margin：动作4的开始点与变更了切入量的Z轴坐标的差(用户利用参数和指令而任意地设定)。

D_accel：Z轴方向的加速所需要的距离(用户利用参数和指令而任意地设定)，此外，D_accel对应于的“能够进行充分加速的位置”。

这里，将动作3的开始位置设为从第一次攻螺纹的开始点偏离导程的整数倍的位置的理由是，使不存在与第一次攻螺纹的相位误差。此外，使动作4的开始点从Z_{change_start}偏离D_margin的理由是，在不偏离而勉强从Z_{change_start}开始切削的情况下，由于检测和控制、机械性误差等导致可能发生切削残留。考虑到对于D_margin应该设定的值根据设备的不同而不同，因此，用户任意地进行设定。此外，考虑到对于D_accel应该设定的值也根据设备的不同而不同，因此，用户任意地进行设定。

以上的振动应对动作能够不依赖于检测器(主轴位置检测器63)、主轴电动机(主轴电动机(SM)62)、刀具T而实施，因此能够适用于较广泛的设备。此外，切入量的变化、第二次攻螺纹的动作在装置的内部生成，因此，操作者能够根据参数、指令在仅设定若干移动量的状态下实施加工，并能够减少操作者负担而容易实施。

实施方式1中包含的实施例

在想要进行图4所示的路径的攻螺纹时，考虑在Z＝15.0[mm]的位置发生了振动的情况。设攻螺纹的导程是1[mm]。设工件W的半径是5.0[mm]。这里，假设根据工件W的径和第一次切入的深度来求出第一次攻螺纹的切入量为5.0[mm]-4.8[mm]＝0.2[mm]。此外，在原本要经过的预定路径中，设攻螺纹的螺纹修牙顶之后的Z轴坐标为Z＝10.0[mm]。这里考虑了在机床中安装有按钮，将用于在按压该按钮时开始变更切入量的动作的信号输入到数值控制装置10。

此外，设用户通过参数等而预先设定了△d＝0.05[mm]、D_margin＝0.5[mm]、D_accel＝1.0[mm]、X_retract＝7.0[mm]。该例中的动作如下。

(1)当感觉到振动的操作者按压按钮时，向数值控制装置10输入信号，如图5那样，切入量从0.20[mm]变更为0.15[mm]。这里，通过使切入量减少到0.15[mm]，切削力变化，振动现象不再发生。此外，在变更切入量时，如下这样来计算第二次攻螺纹动作的开始点的Z轴方向的坐标Z_restart。此外，该计算包含在实施方式1中。

Z’_restart＝Z_{change_start}+D_margin+D_accel＝15[mm]+0.5[mm]+1.0[mm]＝16.5[mm]

Z_restart＝(从Z_{first_start}(20[mm])偏离了导程(1mm)的整数倍的位置中的、大于Z’_restart(16.5[mm])且更靠近Z’_restart(17.0[mm])的位置)＝17[mm]。

(2)切入量变化后，以切入量0.15[mm]来继续进行攻螺纹。在以切入量0.15[mm]进行了攻螺纹后，进行螺纹修牙顶动作。

(3)如图6的<1>的退刀动作那样，进行X轴方向的退刀动作直到X_retract＝7.0[mm]的位置。

(4)如图6的<2>那样，进行移动直到第二次攻螺纹动作的开始点。

(5)如图6的<3>、<4>那样，以<1>中计算出Z_retract＝17[mm]为开始点，再次进行攻螺纹、螺纹修牙顶动作。这时的切入量小于原本的切入量(0.05[mm])，因此希望能够抑制振动。在该时间点，将原本攻螺纹中预定切去的0.2[mm]的厚度切去。

(6)同样地，如果还执行以后的攻螺纹，则能够实现可除去振动影响的加工。

在以后的攻螺纹中发生了振动的情况下，按照与(1)～(5)同样的步骤来进行避免了振动的加工。

以上动作处理的流程图的例子如图7。通过部分1、2，实现了上述(1)的切入量变化和第二次攻螺纹动作的开始点的计算。

此外，通过部分1、3，实现了上述(2)的第二次攻螺纹动作的生成、执行。

以下，按照各步骤进行说明。

[步骤sa01]将攻螺纹的开始点的X轴坐标X_{first_start}、Z轴坐标Z_{first_start}以及所指示的导程，保存在数据存储部中。

[步骤sa02]开始攻螺纹动作。

[步骤sa03]判定攻螺纹/螺纹修牙顶动作是否结束，在结束的情况下(是)转移到步骤sa07，在未结束的情况下(否)转移到步骤sa04。

[步骤sa04]判断是否输入了信号，在输入了信号的情况下(是)转移到步骤sa05，在未输入信号的情况下(否)返回到步骤sa03。

[步骤sa05]根据以下来计算第二次攻螺纹的开始点Z_restart，并保存到数据存储部中。

·攻螺纹开始前在数据存储部中保存的攻螺纹的开始点Z_{first_start}和所指示的导程的值、

·预先通过参数设定、指令等而保存在数据存储部中的D_margin、D_accel的值、

·输入了信号时的Z轴坐标Z_{change_start}

[步骤sa06]变更攻螺纹的切入量，返回到步骤sa03。

[步骤sa07]判断攻螺纹过程中是否存在切入量的变化，在有变化的情况下(是)转移到步骤sa08，在无变化的情况下(否)结束攻螺纹处理，或者执行下一个指令(退刀动作等)。

[步骤sa08]执行退刀动作，直到数据存储部中保存的X_retract的位置为止。

[步骤sa09]进行移动，直到第二次攻螺纹的开始点Z_restart为止。

[步骤sa10]使用数据存储部中保存的X_{first_start}、Z_{first_start}、Z_restart、D_margin、D_accel来生成并执行第二次攻螺纹动作(直到螺纹修牙顶)，结束攻螺纹处理，或者执行下一指令(退刀动作等)。

<实施方式2>

关于实施方式2

X轴方向的切削力影响攻螺纹过程中振动现象的发生。因此，通过如图8那样，预先在原本的切削路径中施加X轴方向的周期性动作，能够期待X轴方向的切削力变化，而抑制振动。

作为施加的周期性动作的例子，如图8那样，考虑了以原本攻螺纹的切入深度为下限的正弦波。将进行该正弦波的动作时的X轴的切入深度X以公式表示如下。

X＝X₀+A₁(1-sin(2π×Z/A₂))

这里，

X₀：原本的攻螺纹的切入深度

A₁：振幅

A₂：周期

Z：刀具T的Z轴坐标。

通过以原本的攻螺纹的切入深度为下限，来防止比原本攻螺纹更深的切入。此外，在上式中使切入量依赖于Z轴移动而变化，然而可以如下式那样依赖于时间经过，或者依赖于抓住工件的主轴的旋转。

以下为随着时间经过而使切入量变化时的式子。

X＝X₀+A₁(1-sin(2π×t/A₃))

其中，

X₀：原本的攻螺纹的切入深度

A₁：振幅

A₃：周期

t：经过时间

以下为随着主轴旋转而使切入量变化时的式子。

X＝X₀+A₁(1-sin(2π×S/A₄))

X₀：原本的攻螺纹的切入深度

A₁：振幅

A₄：周期

S：主轴的旋转角度

对于有抑制振动效果的周期性动作的周期、振幅，根据要使用的设备和刀具、工件的材质和形状、主轴旋转数而变化，因此，能够通过参数、指令来调整振幅A₁、周期A₂、周期A₃、周期A₄。对于切入量的变化量的大小、周期，能够通过使用数值控制装置10的显示器/MDI单元70输入来进行预先设定。此外，对于周期性动作的有效/无效，可以通过信号、指令等进行任意切换。

在进行了施加了周期性动作的攻螺纹后，通过进行原本切入深度恒定的攻螺纹，能够加工为原本想要加工的形状。在此时的攻螺纹中，由于变动了前次的切入深度，导致切入量周期性变动，因此随之的切削力变化能够抑制振动。

实施方式2中包含的实施例

作为例子，考虑了深度从X＝5.0[mm]到X＝4.8[mm]的切去0.2[mm]的情况。通常，在刀具尖端为X＝4.8[mm]的状态下将刀具尖端向Z轴方向进给。

这时，说明适用了本功能时的动作。此外，关于周期性动作，以预先通过参数或指令设定为振幅A₁＝0.01[mm]、周期A₂＝0.05[mm]的方式来设定。

第一次，如图9那样，一边在X轴方向上进行周期性动作一边向Z轴进给。相比于以恒定切入量进行攻螺纹的情况，X轴方向的切削力改变，期待能够抑制振动。

第二次，如图10那样，以刀具尖端的X轴坐标X＝4.8[mm]在固定的状态下进行通常的攻螺纹。

在第一次攻螺纹时切削后的螺纹槽的深度以X＝4.82[mm]～X＝4.80[mm]进行周期性变化，因此，第二次攻螺纹时的切入量以0.00[mm]～0.02[mm]周期性变化。通过该切入量的变化，切削力变化，希望抑制振动。

为了实现这些动作，将攻螺纹的动作修正为图11的流程图所示。将数据存储部中保存的周期性动作的有效/无效信息，在攻螺纹过程中进行检验，在有效的情况下执行施加周期性动作的处理。这样，能够实现改善攻螺纹的动作，进而能够通过用户使第一次攻螺纹的周期性动作有效，使第二次攻螺纹的周期性动作无效地进行执行。以下，按照各步骤进行说明。

[步骤sb01]判定攻螺纹是否结束，在结束的情况下(是)结束处理，在未结束的情况下(否)转移到步骤sb02。

[步骤sb02]判断是否输入了信号，在输入了信号的情况下(是)转移到步骤sb03，在未输入信号的情况下(否)返回到步骤sb01。

[步骤sb03]基于数据存储部中保存的周期、振幅的信息来生成X轴方向的周期性动作，施加到攻螺纹动作中，返回到步骤sb01。

Claims

1.一种数值控制装置，其对机床进行控制，所述机床使工件绕旋转轴旋转，使刀具与该绕旋转轴的旋转同步地在该旋转轴方向上移动，并进行对该工件的攻螺纹，

所述数值控制装置的特征在于，

具有对攻螺纹过程中切入量的变化量的大小进行预先设定的切入量变化量设定部，

在攻螺纹过程中通过所述切入量变化量设定部进行了切入量变更的指示的情况下，根据所设定的变化量变更切入量并持续进行攻螺纹，在执行了所述切入量被变更后的攻螺纹之后，将变更了切入量的所述旋转轴方向的位置附近即从上次攻螺纹的开始点偏移了导程整数倍的旋转轴方向的位置且能够充分进行加速的位置设为开始点，以变更前的切入量来执行攻螺纹。

2.一种数值控制装置，其对机床进行控制，所述机床使刀具与工件的旋转同步地移动来进行攻螺纹，所述数值控制装置的特征在于，

具有对攻螺纹过程中的切入量的变化量的大小和周期进行预先设定的单元；以及根据预先设定的变化量，在攻螺纹过程中周期性地变更切入量的单元，

在进行了所述周期性地变更切入量后的攻螺纹之后，进行原本切入深度恒定的攻螺纹。