CN106997193B - 机床的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床的控制装置以及控制方法。主轴控制部具有：初始动作控制部，其使主轴从起动位置以最大能力进行加速；最大加速度检测部，其检测主轴的最大加速度；剩余旋转量检测部，其对主轴的剩余旋转量进行检测；当前速度检测部，其对主轴的当前速度进行检测；减速动作控制部，其在加速之后，使主轴减速而达到中间速度；定位动作控制部，其在达到中间速度之后，使主轴减速而达到目标位置；磁通量预测部，其预测中间速度时的现实的电动机磁通量；以及减速度决定部，其根据最大加速度、电动机磁通量指令值以及电动机磁通量，决定定位用的减速度。

Description

机床的控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及控制主轴与进给轴的同步运转的机床的控制装置。本发明还涉及控制主轴与进给轴的同步运转的机床的控制方法。

背景技术

在通过主轴与进给轴的同步运转来进行攻丝加工的机床中，各种用于提升加工精度或缩短周期时间的结构被提出。例如日本专利第2629729号公报(JP2629729B)公开了如下螺纹加工装置：在进给轴跟随主轴的旋转进行动作的同时进行攻丝加工，基于主轴的转速、旋转加速度以及螺距来运算针对进给轴的进给指令值，并且按照主轴实际的旋转位置来校正进给指令值，由此，提升了攻丝加工的精度。此外，日本专利第3553741号公报(JP3553741B)公开了如下主轴电动机加减速控制方法：所述方法是为了攻丝加工而进行主轴与进给轴的同步控制的数值控制装置的主轴电动机加减速控制方法，数值控制装置制作出对应于主轴的输出特性的加减速指令，利用该加减速指令来控制主轴，从而提升主轴的响应性，作为结果能够缩短周期时间。

发明内容

在通过主轴与进给轴的同步运转来进行攻丝加工的机床中，周期时间一般取决于主轴具有的加速能力。优选的是，数值控制装置不进行为了制作出对应于主轴的输出特性的加减速指令所需的参数的设定或调整等、要求高度先进技术的预备作业，而通过更简单的结构，进行使主轴的加速能力最大限度地发挥的控制从而能够缩短周期时间，并且主轴能够准确地到达目标位置。

本发明的一方式是控制主轴与进给轴的同步运转的机床的控制装置，其特征在于，所述控制装置具有：数值控制部，其根据攻丝加工程序制作主轴指令以及进给轴指令；主轴控制部，其按照主轴指令控制主轴的旋转动作；旋转检测部，其检测主轴的旋转位置；以及进给轴控制部，其按照进给轴指令根据旋转位置来控制进给轴的进给动作，数值控制部具有：主轴指令输出部，其从攻丝加工程序取得从起动位置到目标位置期间的主轴的总旋转量和最高转速，将总旋转量和最高转速作为主轴指令输送至主轴控制部，主轴控制部具有：初始动作控制部，其通过将最高转速设为目标值的速度控制使主轴从起动位置以最大能力进行加速旋转；最大加速度检测部，其在利用最大能力的加速旋转过程中根据旋转位置来检测主轴的最大加速度；剩余旋转量检测部，其根据总旋转量与旋转位置，对从当前位置到目标位置为止的主轴的剩余旋转量进行检测；当前速度检测部，其根据旋转位置对主轴的当前速度进行检测；减速动作控制部，其在利用最大能力的加速旋转之后，通过速度控制使主轴以最大能力进行减速旋转而达到预先设定的中间速度；定位动作控制部，其在主轴达到中间速度之后，通过位置控制使主轴进行减速旋转而到达目标位置；磁通量预测部，其从用于使主轴达到中间速度的电动机磁通量指令值，预测中间速度时的现实的电动机磁通量；以及减速度决定部，其根据最大加速度、电动机磁通量指令值以及电动机磁通量，决定位置控制涉及的减速旋转过程中的减速度，定位动作控制部根据剩余旋转量、当前速度以及减速度来执行位置控制。

本发明的其他方式是控制主轴与进给轴的同步运转的机床的控制方法，其特征在于，所述控制方法具有以下步骤：控制装置从攻丝加工程序取得从起动位置到目标位置期间的主轴的总旋转量和最高转速；控制装置通过将最高转速设为目标值的速度控制，使主轴从起动位置以最大能力进行加速旋转的步骤；控制装置在利用最大能力的加速旋转过程中根据主轴的旋转位置反馈值来检测主轴的最大加速度的步骤；控制装置根据总旋转量和旋转位置反馈值对从当前位置到目标位置为止的主轴的剩余旋转量进行检测的步骤；控制装置根据旋转位置反馈值来检测主轴的当前速度的步骤；控制装置在利用最大能力的加速旋转之后，通过速度控制使主轴以最大能力进行减速旋转从而达到预先设定的中间速度的步骤；控制装置在主轴达到中间速度之后，通过位置控制使主轴进行减速旋转从而到达目标位置的步骤；控制装置基于用于使主轴达到中间速度的电动机磁通量指令值，预测中间速度时的现实的电动机磁通量的步骤；以及控制装置根据最大加速度、电动机磁通量指令值以及电动机磁通量，决定位置控制涉及的减速旋转过程中的减速度的步骤，使主轴达到目标位置的步骤包括：根据剩余旋转量、当前速度以及减速度来执行位置控制的步骤。

根据一方式涉及的控制装置，构成为：在使主轴进行从起动位置到目标位置为止的旋转动作时，数值控制部只将主轴的总旋转量与最高转速作为主轴指令通知给主轴控制部，主轴控制部按照该主轴指令以最高转速为目标使主轴以最大限度使用了允许电流的最大输出进行加速旋转来执行旋转动作，并且根据依次检测的主轴的剩余旋转量以及当前速度，在使主轴以最大或者适当的减速度进行减速旋转的同时继续执行到目标位置为止的旋转动作从而到达目标位置，因此，不需要针对数值控制部进行用于制作对应于主轴的输出特性的加减速指令的参数的设定或调整等，能够以更简单的结构，进行使主轴的加速能力最大限度发挥的加减速控制，从而能够缩短攻丝加工的周期时间。并且，由于预测使主轴从最高速度以最大能力进行减速旋转而达到中间速度时的、中间速度时的现实的电动机磁通量，并且使用预测出的电动机磁通量来决定通过位置控制使主轴从中间速度减速旋转至目标位置期间的减速度，因此即使在主轴从最高速度达到中间速度时的主轴电动机的现实的电动机磁通量是电动机磁通量指令值以下，主轴也能够从中间速度以适当的减速度进行减速旋转，从而准确地到达目标位置。

根据其他方式的控制方法，能够获得与上述的控制装置的效果相同的效果。

附图说明

通过与附图相关的以下的实施方式的说明，能够进一步明确本发明的目的、特征以及优点。这些附图中，

图1是表示机床控制装置的一实施方式的结构的功能框图，

图2是表示机床控制方法的一实施方式的结构的流程图，

图3是表示图2的实施方式中的主轴的动作的一例的图，以及

图4是表示图2的实施方式中的主轴的动作的其他示例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在所有附图中，对于对应的结构要素标注共同的参照符号。

图1通过功能框图来表示一实施方式涉及的机床的控制装置10的结构。关于控制装置10，其在通过主轴12与进给轴14的同步运转来进行攻丝加工的机床(例如车床、钻床、加工中心等)中，控制如下的同步运转(所谓的主从同步方式)：考虑由攻丝加工程序P指定的螺距，使进给轴14以跟随主轴12的旋转动作的方式进行动作。主轴12是设定于主轴电动机12M的控制轴，所述主轴电动机使把持工件或工具的把持部以加工所需的速度进行旋转运动。进给轴14是设定于伺服电动机(未图示)的控制轴，所述伺服电动机使支承工件或工具的支承部以加工所需的速度进行进给运动。例如在车床中，能够相对于通过主轴12而旋转的工件，通过进给轴14对工具进行直线进给，或者能够相对于工具，通过进给轴14来对通过主轴12而旋转的工件进行直线进给。此外，在钻床中，能够相对于工件，通过进给轴14来对通过主轴12而旋转的工具进行直线进给，或者能够相对于通过主轴12而旋转的工具，通过进给轴14对工件进行直线进给。无论在何种情况下，通过使动作过程中的加减速转矩相对有裕量的进给轴14以跟随动作过程中的加减速转矩相对没有裕量的主轴12的方式进行动作，由此，能够降低同步误差而使加工精度提升。另外，在本发明中，机床的结构没有特别限定。

控制装置10具有：数值控制部16，其根据攻丝加工程序P制作出主轴指令CS以及进给轴指令CF；主轴控制部18，其按照主轴指令CS来控制主轴12的旋转动作；旋转检测部20，其检测主轴12的旋转位置；以及进给轴控制部22，其按照进给轴指令CF，根据旋转检测部20检测出的旋转位置来控制进给轴14的进给动作。数值控制部16具有：程序解释部24，其对攻丝加工程序P进行解释；主轴指令输出部26，其按照程序解释部24的解释制作主轴指令CS，将主轴指令CS输送给主轴控制部18；以及进给轴指令输出部28，其按照程序解释部24的解释制作进给轴指令CF，将进给轴指令CF输送给进给轴控制部22。数值控制部16能够具有众所周知的CNC装置的硬件结构。

主轴指令输出部26在开始攻丝加工之前，从程序解释部24解释而得的攻丝加工程序P的指令值取得从起动位置(旋转位置)到目标位置(旋转位置)期间的主轴12的总旋转量S0与最高转速V0，将这些总旋转量S0与最高转速V0作为主轴指令CS输送给主轴控制部18。例如，在攻丝加工程序P包含将主轴12的最高转速(在该示例中为每一分钟的最大转数)V0设为3000rev/min、对螺距为1.25mm、螺纹深度为30mm的内螺纹进行加工的指令的情况下，由于从作为起动位置的加工开始位置到作为目标位置的目标螺纹深度期间的主轴12的总旋转量S0为30÷1.25＝24(rev)，因此主轴指令输出部26将V0＝3000(rev/min)与S0＝24(rev)通知给主轴控制部18。这样，主轴指令CS不包含用于使主轴12旋转运动至目标位置(目标螺纹深度)的位置指令或加减速指令。

主轴控制部18使用旋转检测部20检测出的主轴12的旋转位置FBS(即反馈值)，通过一般的反馈控制来控制主轴12的旋转动作。进给轴控制部22除了进给轴14的进给位置的反馈值之外，还使用主轴12的旋转位置FBS，通过反馈控制来控制进给轴14的跟随主轴12的动作的进给动作。另外，旋转检测部20能够从对主轴电动机12M的动作位置进行检测的编码器等位置检测器(未图示)的输出取得旋转位置FBS。

主轴控制部18具有：初始动作控制部30，其通过将从主轴指令输出部26输送的最高转速V0设为目标值的速度控制，使主轴12从起动位置以最大能力进行加速旋转；最大加速度检测部32，其在利用最大能力的加速旋转过程中根据旋转位置FBS来检测主轴12的最大加速度A0(单位例如是rev/min²)；剩余旋转量检测部34，其根据从主轴指令输出部26输送的总旋转量S0与旋转位置FBS，对从当前位置(旋转位置)到目标位置的主轴12的剩余旋转量Sr进行检测；当前速度检测部36，其根据旋转位置FBS对主轴12的当前速度Vc进行检测；减速动作控制部38，其在利用最大能力的加速旋转之后，通过速度控制使主轴12以最大能力进行减速旋转，而达到预先设定的中间速度Vb；定位动作控制部40，其在主轴12达到中间速度Vb之后，通过位置控制使主轴12进行减速旋转而达到目标位置；磁通量预测部42，其基于用于使主轴12达到中间速度Vb的电动机磁通量指令值Φmax，预测中间速度Vb时的现实的电动机磁通量Φvb；以及减速度决定部44，其根据最大加速度A0、电动机磁通量指令值Φmax以及电动机磁通量Φvb，决定位置控制涉及的减速旋转过程中的减速度(即负加速度)Adec。定位动作控制部40根据剩余旋转量Sr、当前速度Vc以及减速度Adec来执行位置控制，使主轴12在目标位置停止。

中间速度Vb作为自起动开始至中间速度Vb能够以恒定转矩进行加速(即恒定加速度)的转速(即主轴电动机12M的基底速度)，而预先设定给主轴12，且例如能够作为一个控制用参数而存储于控制装置10的存储器(未图示)中。因此，在控制装置10中，前提是：攻丝加工程序P所记述的最高转速V0是比作为主轴电动机12M的基底速度的中间速度Vb高的速度。在主轴电动机是感应电动机的情况下，由于在超过基底速度的速度区域内使主轴电动机进行动作的电压不足，因此在以超过基底速度的速度使主轴电动机旋转时，一般进行使主轴电动机的磁通量从基底速度时的最大值以与速度的增加成反比的方式缓缓减少的控制(所谓的磁场减弱控制)，由此使电压恒定化从而达成指令速度。即使在控制装置10中，在主轴12自起动开始以最高转速V0作为目标值而进行加速旋转期间，初始动作控制部30在超过中间速度Vb的速度区域中进行磁场减弱控制。

在控制装置10中，主轴12在达到最高转速V0、或者剩余旋转量Sr达到总旋转量S0的1/2的位置的时间点，从加速旋转转换到减速旋转。在主轴12从加速旋转的最高速度开始减速时，减速动作控制部38在达到中间速度Vb为止的速度区域内进行使主轴电动机12M的磁通量将中间速度(基底速度)Vb时的最大值作为目标值而以与速度的减少成反比的方式缓缓增加的控制。这里，主轴电动机(感应电动机)12M的磁通量与励磁电流Id和互感M的积成正比，但是实际产生的磁通量表现为具有时间常数τ(sec)的一次延迟的响应特性。从主轴12的起动时(励磁电流Id＝0、磁通量Φ＝0)起连续流过恒定的励磁电流Id情况下的t(sec)时间后的现实的磁通量Φ(t)，可以使用时间常数τ(sec)而通过以下的数学式1来表示。

Φ(t)＝M×Id×(1-exp(-t/τ))…数学式1

在减速动作控制部38进行使主轴电动机12M的磁通量缓缓增加的控制的期间，现实的磁通量随着上述的一次延迟的响应特性而增加。另外，时间常数τ作为主轴电动机12M的特性值而被预先设定给主轴12，例如能够作为一个控制用参数而存储于控制装置10的存储器(未图示)中。

在控制装置10中，在定位动作控制部40使主轴12从中间速度Vb进行减速旋转而达到目标位置期间，从周期时间缩短的观点出发，考虑使主轴12以与最大加速度检测部32检测出的最大加速度A0相当的最大减速度进行减速旋转。该情况下，定位动作控制部40对通过剩余旋转量检测部34以及当前速度检测部36依次检测出的剩余旋转量Sr以及当前速度Vc进行监视，计算出将主轴12从当前速度Vc(＝Vb)以最大减速度进行减速时Sr＝0的(即达到目标位置的)位置，在主轴12到达该位置时开始位置控制即可。但是，主轴12从最高速度进行减速而达到中间速度Vb时的、主轴电动机12M现实的磁通量根据上述的一次延迟的响应特性，而具有比初始动作控制部30以最大加速度A0使主轴12达到中间速度Vb时的磁通量(最大值)小的趋势。在主轴电动机12M现实的磁通量没有达到最大值的状态下，若开始相当于最大加速度A0的最大减速度下的主轴12的减速旋转，则主轴12实际上不能产生最大减速度，想定利用最大减速度的减速旋转而开始了位置控制的结果为，有时主轴12会临时超过目标位置。

因此，在控制装置10中，考虑到主轴电动机12M的磁通量的上述的一次延迟的响应特性，根据减速动作控制部38使主轴12从最高速度进行减速旋转而达到中间速度Vb时的、从速度指令获得的中间速度Vb时的电动机磁通量指令值Φmax(即磁通量Φ的最大值)，磁通量预测部42预测中间速度Vb时的现实的电动机磁通量Φvb(Φvb≤Φmax)。主轴12达到中间速度Vb之后，定位动作控制部40根据预测出的电动机磁通量Φvb使用减速度决定部44决定出的减速度Adec，计算出将主轴12从当前速度Vc(＝Vb)以减速度Adec进行了减速时剩余旋转量Sr＝0的(即到达目标位置的)位置，在主轴12到达该位置时开始位置控制。根据该结构，即使主轴12从最高速度减速而达到中间速度Vb时的、主轴电动机12M的现实的电动机磁通量Φvb在电动机磁通量指令值Φmax以下，主轴12也能够从中间速度Vb以适当的减速度Adec进行减速旋转，从而能够准确地到达目标位置。对于电动机磁通量Φvb的预测方法以及减速度Adec的决定方法在后面进行进一步详细叙述。

控制装置10在使用了机床的攻丝加工中，能够对用于通过工具将工件的螺纹底孔切削到目标螺纹深度的主轴12的旋转动作(在本申请中称为切削动作)进行控制。此外控制装置10在使用了机床的攻丝加工中，能够对用于在将工件的螺纹底孔切削加工到目标螺纹深度之后从工件中拔出工具的主轴12的旋转动作(在本申请中称为返回动作)进行控制。在切削动作的控制中，“起动位置”相当于攻丝加工的“加工开始位置”，“目标位置”相当于攻丝加工的“目标螺纹深度”。此外在返回动作的控制中，“起动位置”相当于攻丝加工的“目标螺纹深度”，“目标位置”相当于攻丝加工的“返回结束位置”。

图2表示控制装置10执行的机床控制方法的一实施方式。此外图3以及图4表示通过图2的控制方法实现的主轴12的动作的两个不同示例。该实施方式涉及的控制方法能够对攻丝加工中的主轴12的切削动作与返回动作双方进行控制。另外在以下的说明中，为了帮助理解，作为与切削动作的控制相关的用语使用了“总旋转量”、“最高转速”、“加速旋转”、“剩余旋转量”、“当前速度”、“减速旋转”、“中间速度”以及“减速度”，而与返回动作的控制相关，作为分别对应的实质相同意义的用语使用了“总返回旋转量”、“最高返回转速”、“加速逆旋转”、“剩余返回旋转量”、“逆旋转的当前速度”、“减速逆旋转”、“中间返回速度”以及“逆旋转的减速度”。

首先，将图2的流程图与图1一起进行参照，对控制装置10执行的主轴12的切削动作控制方法进行说明。在步骤S1中，数值控制部16(主轴指令输出部26)从程序解释部24解释而得的攻丝加工程序P的指令值取得自加工开始位置(起动位置)至目标螺纹深度(目标位置)期间的主轴12的总旋转量S0与最高转速V0，将总旋转量S0与最高转速V0指令给主轴控制部18。在步骤S2中，主轴控制部18(初始动作控制部30、最大加速度检测部32、剩余旋转量检测部34)通过将最高转速V0设为目标速度的速度控制，使主轴12从加工开始位置(速度零)以最大限度利用了驱动源的允许电流的最大能力进行加速旋转来执行切削动作，检测该期间的最大加速度A0，并且依次检测加速旋转中的自当前位置起的剩余旋转量Sr。关于检测出的剩余旋转量Sr，其每当被检测出时由主轴控制部18通知给数值控制部16。

接下来，在步骤S3中，主轴控制部18(当前速度检测部36)在进行最大能力的加速旋转过程中依次检测当前速度Vc，每当测出时，判断当前速度Vc是否达到最高转速V0。在Vc没有达到V0的情况下，在步骤S4中，主轴控制部18(减速动作控制部38)判断剩余旋转量Sr是否是总旋转量S0的1/2以下。在Sr是S0的1/2以下时，在步骤S5中，主轴控制部18(减速动作控制部38)使主轴12以最大限度利用了驱动源的允许电流的最大能力减速旋转至中间速度Vb而持续执行切削动作。在Sr不是S0的1/2以下时返回到步骤S3。

这里，参照图3，通过速度-时间曲线(时间轴上侧的曲线)示出了在当前速度Vc达到最高转速V0之前剩余旋转量Sr为总旋转量S0的1/2的情况下(步骤3S以及S4的判断都为是的情况下)的、主轴12的切削动作的一例。步骤S2中的主轴12的最大能力的加速旋转在图3的时间T1以及T2被执行，在时间T1(从加工开始位置处的起动至达到中间速度Vb为止的时间)的恒定加速度的期间检测出最大加速度A0。若主轴12的转速超过中间速度Vb，则根据主轴电动机12M的特性，主轴12的加速度从最大加速度A0渐减。在剩余旋转量Sr为总旋转量S0的1/2的(即自加工开始的旋转量为总旋转量S0的1/2的)时间点A(步骤S4的判断为是的时间点)，主轴12的动作从加速旋转变化为减速旋转，在时间T3，执行步骤S5中的主轴12的最大能力的减速旋转。

在时间T3(步骤S5)中，主轴控制部18(减速动作控制部38)通过将中间速度Vb设为目标值的速度控制使主轴12从点A(最高速度)进行减速旋转，但是在该期间，根据主轴电动机12M的特性，主轴12的减速度渐增。最大能力的减速旋转过程中，主轴控制部18(剩余旋转量检测部34、当前速度检测部36)也依次检测自主轴12的当前位置起的剩余旋转量Sr以及当前速度Vc。这样，在时间T1～T3中，主轴控制部18对主轴12进行速度控制(通过虚线来例示阶梯状的速度指令)。

再次参照图2，在步骤S6中，主轴控制部18(磁通量预测部42)根据减速动作控制部38使主轴12从点A(图3)进行减速旋转而达到中间速度Vb用的电动机磁通量指令值Φmax，通过以下的数学式2来预测中间速度Vb时的现实的电动机磁通量Φvb。

Φvb＝Φa+(Φmax-Φa)×(1-exp(-T2/τ))…数学式2

这里，Φa是主轴12到达点A时(即速度控制中减速旋转的开始时)的主轴电动机12M的现实的磁通量，是通过所述的数学式1估计出来的。主轴控制部18(磁通量预测部42)能够构成为可按照数学式1随时估计使主轴12进行旋转动作的主轴电动机12M的动作过程中的磁通量Φ，由此能够取得Φa。或者，也能够通过实验等预先求出Φa，例如作为一个控制用参数存储于控制装置10的存储器(未图示)中。此外，T2是相当于图3的时间T2的加速时间。为了预测中间速度Vb时的电动机磁通量Φvb，需要相当于图3的时间T3的减速时间，但是由于在步骤S6的时间点中T3未知，因此想定为T3＝T2，在数学式2中使用T2。

并且，在步骤S6中，主轴控制部18(减速度决定部44)根据由数学式2预测出的电动机磁通量Φvb、主轴控制部18(最大加速度检测部32)检测出的最大加速度A0、以及电动机磁通量指令值Φmax，通过以下的数学式3来决定主轴控制部18(定位动作控制部40)通过位置控制使主轴12进行减速旋转期间的适当的减速度Adec。

Adec＝A0×Φvb/Φmax…数学式3

另外，主轴控制部18能够同时并行处理步骤S5以及步骤S6。

接下来，在步骤S7中，主轴控制部18(定位动作控制部40)监视依次检测出的剩余旋转量Sr与当前速度Vc，将时间点B(图3)的位置作为从Sr＝0的点观察到的剩余旋转量Sr(负值)的绝对值通过以下的数学式求出，所述时间点B是使主轴12从当前速度Vc(在以下的说明中为每一秒的旋转数(单位是rev/sec))以在步骤S6中决定的减速度Adec(rev/sec²)进行减速时预测出Sr＝0且Vc＝0的(即达到目标螺纹深度的)时间点。

公式：Vc²＝2×Adec×|Sr|，

因此，|Sr|＝Vc²/(2×Adec)

在该实施方式中，为了容易进行从点B到目标螺纹深度的位置控制的运算，而以将主轴12从点B以恒定的减速度Adec进行减速为前提。因此，在点B，主轴12的当前速度Vc达到中间速度Vb。即，点B的位置|Sr|能够通过以下的数学式4求出。

|Sr|＝Vb²/(2×Adec)…数学式4

此外，在该实施方式中，使主轴12的加速所需的转矩(以下，称为加速转矩)与减速所需的转矩(以下，称为减速转矩)彼此相等。一般，由于主轴12的旋转过程中产生机械结构上的负载(阻力)，加速转矩比减速转矩大，因此在加速转矩与减速转矩相等的情况下，若以相同的速度变化进行比较，则利用最大能力的加速时间比利用最大能力的减速时间长。因此，实际上主轴12在从点A减速之后在比时间T2短的时间内达到中间速度Vb，此时的位置|Sr|是

|Sr|＞Vc²/(2×Adec)，

之后通过以中间速度Vb旋转极少时间，由此达到

|Sr|＝Vb²/(2×Adec)

的点B。

因此，主轴控制部18(定位动作控制部40)判断主轴12的剩余旋转量Sr的绝对值|Sr|是否满足|Sr|＝Vb²/(2×Adec)(数学式4)(即，主轴12的旋转位置是否到达点B)(步骤S7)。在满足了数学式4的情况下，在步骤S8，主轴控制部18(定位动作控制部40)制作出用于使主轴12以减速度Adec进行减速旋转而到达Sr＝0的点(即目标螺纹深度)的指令，通过该指令来对主轴12进行位置控制。在没有满足数学式4的情况下，反复进行步骤S7的判断直到满足数学式4。主轴12按照来自主轴控制部18(定位动作控制部40)的指令，从点B向目标螺纹深度以减速度Adec进行减速旋转来执行切削动作，在Sr＝0的时间点达到目标螺纹深度而停止。这样，在从点B到达目标螺纹深度为止的时间T4(图3)中，主轴控制部18对主轴12进行位置控制(通过虚线例示从位置指令求出的横定加速度状的设定指令)。

在步骤S3中，在判断为当前速度Vc达到了最高转速V0的情况下，在步骤S9，主轴控制部18将达到最高转速V0时的主轴12的、自加工开始位置起的旋转量(即旋转位置FBS)保存为加速时旋转量Sa。然后，在步骤S10，主轴控制部18判断剩余旋转量Sr是否为加速时旋转量Sa以下。在Sr为Sa以下的情况下，向步骤S5前进，接下来执行步骤S6～步骤S8，进行到目标螺纹深度为止的切削动作。在Sr不在Sa以下的情况下，反复进行步骤S10的判断直到Sr在Sa以下。

这里，参照图4，通过速度-时间曲线(时间轴上侧的曲线)表示在剩余旋转量Sr为总旋转量S0的1/2之前当前速度Vc达到最高转速V0时(步骤S3的判断为否时)的、主轴12的切削动作的一例。如图4所示，在时间T1以及T2执行步骤S2中的主轴12的利用最大能力的加速旋转，在时间T1(从加工开始位置处的起动直至达到中间速度Vb的时间)的恒定加速度期间检测出最大加速度A0。若主轴12的转速超过中间速度Vb，则根据主轴电动机12M的特性，主轴12的加速度从最大加速度A0渐减。主轴12的当前速度Vc在剩余旋转量Sr为总旋转量S0的1/2之前达到最高转速V0，然后，在时间T5主轴12以恒定速度V0(加速度零)进行旋转来继续切削动作。在剩余旋转量Sr等于加速时旋转量Sa的时间点A(步骤S10的判断为是的时间点)，主轴12的动作从加速旋转变化为减速旋转。接下来，在时间T3(步骤S5)，执行主轴12的利用最大能力的减速旋转(速度控制)，在时间T4(步骤S8)，执行主轴12的利用适当减速度Adec的减速旋转(位置控制)。然后在Sr＝0的时间点，主轴12达到目标螺纹深度而停止。在时间T1、T2、T3以及T4，主轴12与图3所示的动作同样地进行动作。

在图3以及图4中的任意一动作例中，在主轴控制部18控制主轴12的从加工开始位置到目标螺纹深度的旋转动作(切削动作)期间，进给轴控制部22(图1)使用主轴12的旋转位置FBS，将进给轴14控制成跟随主轴12的动作来进行进给动作。在主轴控制部18执行步骤S1～步骤S10的处理期间，数值控制部16对从主轴控制部18通知的剩余旋转量Sr进行监视，在剩余旋转量Sr为第一规定值(接近零的极小值)以下时，判断为攻丝加工达到了目标螺纹深度。

如上所述，控制装置10构成为：在使主轴12进行从加工开始位置(起动位置)到目标螺纹深度(目标位置)的切削动作(旋转动作)时，数值控制部16只将主轴12的总旋转量S0与最高转速V0作为主轴指令CS通知给主轴控制部18，主轴控制部18按照该主轴指令CS以最高转速V0为目标使主轴12以最大限度使用了允许电流的最大输出进行加速旋转来执行切削动作，并且根据依次检测的主轴12的剩余旋转量Sr以及当前速度Vc，一边使主轴12以最大或者适当的减速度进行减速旋转一边继续执行到目标螺纹深度的切削动作从而达到目标螺纹深度。因此，根据控制装置10，不需要针对数值控制部16进行用于制作对应于主轴12的输出特性的加减速指令的参数的设定或调整等，能够以更简单的结构，进行使主轴12的加速能力得以最大限度发挥的加减速控制，从而能够缩短攻丝加工的周期时间。

并且，在控制装置10中具有如下结构：主轴控制部18预测使主轴12从最高速度以最大能力进行减速旋转而达到中间速度Vb时的、中间速度Vb时的现实的电动机磁通量Φvb，并且使用预测出的电动机磁通量Φvb来决定通过位置控制使主轴12从中间速度Vb减速旋转到目标螺纹深度期间的减速度Adec。因此，即使主轴12从最高速度达到中间速度Vb时的主轴电动机12M的现实的电动机磁通量Φvb是电动机磁通量指令值Φmax以下，主轴12也能够从中间速度Vb以适当的减速度Adec进行减速旋转，从而能够准确地达到目标螺纹深度。

在图1以及图2所示的实施方式中，控制装置10在进行主轴12的所述的返回动作时，能够进行与从加工开始位置到目标螺纹深度的上述的切削动作控制同样的控制。图3以及图4除了上述的主轴12的切削动作，还通过速度-时间曲线(时间轴下侧的曲线)来表示对应于同一切削动作的主轴12的返回动作的一个例子。以下，参照图1～图4，对控制装置10执行的主轴12的返回动作控制方法进行说明。

数值控制部16(主轴指令输出部26)在判断为攻丝加工达到了目标螺纹深度之后，在步骤S1中，从程序解释部24解释而得的攻丝加工程序P的指令值取得从目标螺纹深度(起动位置)到返回结束位置(目标位置)期间的主轴12的总返回旋转量S0与最高返回转速V0，并将这些总返回旋转量S0与最高返回转速V0作为主轴指令CS输送至主轴控制部18。返回动作的主轴指令CS也不包含用于使主轴12旋转运动至返回结束位置的位置指令或加减速指令。另外，返回结束位置也可以与加工开始位置相同，也可以与加工开始位置不同。在返回结束位置与加工开始位置相同时，总返回旋转量S0与切削时的总旋转量S0相等，但是最高返回转速V0未必与切削时的最高转速V0一致。此外，在总返回旋转量S0以及最高返回转速V0与切削时的总旋转量S0以及最高转速V0相同的情况下，返回动作表现出与切削动作实质上相同的速度-时间曲线，但是在总返回旋转量S0以及最高返回转速V0与切削时的总旋转量S0以及最高转速V0不同的情况下，返回动作未必表现出与切削动作相同的速度-时间曲线。

接下来，在步骤S2中，主轴控制部18(初始动作控制部30、最大加速度检测部32、剩余旋转量检测部34)进行以下的处理。初始动作控制部30通过将最高返回转速V0设为目标速度的速度控制，使主轴12从目标螺纹深度(速度零)以最大限度利用了驱动源的允许电流的最大能力进行加速逆旋转来执行返回动作。最大加速度检测部32在自目标螺纹深度起的利用最大能力的加速逆旋转中根据旋转位置FBS来检测主轴12的逆旋转的最大加速度A0。剩余旋转量检测部34根据总返回旋转量S0与旋转位置FBS，依次检测加速逆旋转中的自当前位置起的主轴12的剩余旋转量Sr。检测出的剩余旋转量Sr在每当被测出时由主轴控制部18通知给数值控制部16。

接下来，在步骤S3中，主轴控制部18(当前速度检测部36)在利用最大能力的加速逆旋转中根据旋转位置FBS来依次检测逆旋转的当前速度Vc，每当测出时判断当前速度Vc是否达到最高返回转速V0。在Vc没有达到V0的情况下，在步骤S4中，主轴控制部18(减速动作控制部38)判断剩余返回旋转量Sr是否为总返回旋转量S0的1/2以下。在Sr为S0的1/2以下的情况下，在步骤S5，主轴控制部18(减速动作控制部38)以最大限度地利用了驱动源的允许电流的最大能力使主轴12减速逆旋转至中间返回速度Vd来继续执行返回动作。在Sr不是S0的1/2以下的情况下返回到步骤S3。

参照图3，通过速度-时间曲线(时间轴下侧的曲线)示出了在逆旋转的当前速度Vc达到最高返回转速V0之前剩余返回旋转量Sr为总返回旋转量S0的1/2的情况下(步骤S3以及S4的判断都为是的情况下)的、主轴12的返回动作的一例。步骤S2中的主轴12的最大能力的加速逆旋转在图3的时间T6以及T7被执行，在时间T6(从目标螺纹深度处的起动至达到中间返回速度Vb为止的时间)的恒定加速度期间检测出逆旋转的最大加速度A0。若主轴12的转速超过中间返回速度Vb，则根据主轴电动机12M的特性，主轴12的加速度从最大加速度A0渐减。在剩余返回旋转量Sr为总返回旋转量S0的1/2(即自返回开始起的旋转量为总返回旋转量S0的1/2)的时间点C(步骤S4的判断为是的时间点)，主轴12的动作从加速逆旋转变化为减速逆旋转，在时间T8执行步骤S5中的主轴12的最大能力的减速逆旋转。

在时间T8(步骤S5)，主轴控制部18(减速动作控制部38)通过将中间返回速度Vb设为目标值的速度控制使主轴12从点C(最高速度)进行减速逆旋转，但是在该期间，根据主轴电动机12M的特性，主轴12的逆旋转的减速度渐增。在利用最大能力的减速逆旋转过程中，主轴控制部18(剩余旋转量检测部34、当前速度检测部36)也依次检测主轴12自当前位置起的剩余返回旋转量Sr以及逆旋转的当前速度Vc。这样，在时间T6～T8，主轴控制部18对主轴12进行速度控制(通过虚线例示阶梯状的速度指令)。

再次参照图2，在步骤S6，主轴控制部18(磁通量预测部42)根据减速动作控制部38使主轴12从点C(图3)进行减速逆旋转而达到中间返回速度Vb用的电动机磁通量指令值Φmax，通过所述的数学式2来预测中间返回速度Vb时的现实的电动机磁通量Φvb。并且，在步骤S6，主轴控制部18(减速度决定部44)根据通过数学式2预测出的电动机磁通量Φvb、主轴控制部18(最大加速度检测部32)检测出的逆旋转的最大加速度A0、以及电动机磁通量指令值Φmax，通过所述的数学式3来决定主轴控制部18(定位动作控制部40)通过位置控制使主轴12减速逆旋转期间的适当的逆旋转的减速度Adec。

接下来，在步骤S7，主轴控制部18(定位动作控制部40)监视依次检测出的剩余返回旋转量Sr与逆旋转的当前速度Vc，将时间点D(图3)的位置作为从Sr＝0的点观察到的剩余返回旋转量Sr(负值)的绝对值通过所述的数学式4求出，所述时间点D是从逆旋转的当前速度Vc(rev/sec)以步骤S6中决定的逆旋转的减速度Adec(rev/sec²)进行减速时预测出Sr＝0且Vc＝0的(即到达返回结束位置的)的时间点。然后，主轴控制部18(定位动作控制部40)判断主轴12的剩余返回旋转量Sr的绝对值|Sr|是否满足|Sr|＝Vb²/(2×Adec)(数学式4)(即主轴12的旋转位置是否到达点D)。在满足了数学式4的情况下，在步骤S8，主轴控制部18(定位动作控制部40)制作出用于使主轴12以减速度Adec减速旋转而到达Sr＝0的点(即返回结束位置)的指令，通过该指令来对主轴12进行位置控制。在没有满足数学式4的情况下，反复进行步骤S7的判断直到满足数学式4。主轴12按照来自主轴控制部18(定位动作控制部40)的指令，从点D向返回结束位置以减速度Adec进行减速旋转来执行返回动作，在Sr＝0的时间点到达返回结束位置而停止。这样，在从点D到达返回结束位置为止的时间T9(图3)，主轴控制部18对主轴12进行位置控制(通过虚线例示从位置指令求出的恒定加速度状的速度指令)。

在步骤S3，在判断为当前速度Vc达到了最高返回转速V0的情况下，在步骤S9，主轴控制部18将达到最高返回转速V0时的主轴12的、自目标螺纹深度起的旋转量(即旋转位置FBS)保存为返回动作的加速时旋转量Sa。然后，在步骤S10，主轴控制部18判断返回剩余旋转量Sr是否为加速时旋转量Sa以下。在Sr为Sa以下的情况下，向步骤S5前进，接下来执行步骤S6～步骤S8，进行到返回结束位置为止的返回动作。在Sr不是Sa以下的情况下，反复进行步骤S10的判断直到Sr为Sa以下。

这里，参照图4，通过速度-时间曲线(时间轴下侧的曲线)表示在剩余返回旋转量Sr为总返回旋转量S0的1/2之前逆旋转的当前速度Vc达到最高返回转速V0时(步骤S3的判断为否时)的、主轴12的返回动作的一例。如图4所示，在时间T6以及T7执行步骤S2中的主轴12的最大能力的加速逆旋转，在时间T6(从目标螺纹深度处的起动至达到中间返回速度Vb为止的时间)的恒定加速度期间检测出逆旋转的最大加速度A0。若主轴12的转速超过中间返回速度Vb，则根据主轴电动机12M的特性，主轴12的加速度从最大加速度A0渐减。主轴12的当前速度Vc在剩余返回旋转量Sr为总返回旋转量S0的1/2之前达到最高返回转速V0，然后，在时间T10主轴12以恒定速度V0(加速度零)逆旋转来继续返回动作。在剩余返回旋转量Sr等于加速时旋转量Sa的时间点C(步骤S10的判断为是的时间点)，主轴12的动作从加速逆旋转变化为减速逆旋转。接下来，在时间T8(步骤S5)，执行主轴12的最大能力的减速逆旋转(速度控制)，在时间T9(步骤S8)，执行以适当的减速度Adec进行的主轴12的减速逆旋转(位置控制)。然后在Sr＝0的时间点，主轴12达到返回结束位置而停止。在时间T6、T7、T8以及T9，主轴12与图3所示的动作同样地进行动作。

在图3以及图4的任意一动作例中，在主轴控制部18控制主轴12的从目标螺纹深度到返回结束位置的逆旋转动作(返回动作)的期间，进给轴控制部22(图1)使用主轴12的旋转位置FBS，将进给轴14控制成跟随主轴12的动作来进行逆进给动作。在主轴控制部18执行步骤S1～步骤S10的处理的期间，数值控制部16对从主轴控制部18通知的剩余返回旋转量Sr进行监视，在剩余返回旋转量Sr为第二规定值(接近零的极小值)以下时，判断为返回动作结束、工具被从工件中拔出。

如上所述，控制装置10构成为：在使主轴12进行从目标螺纹深度(起动位置)到返回结束位置(目标位置)的返回动作(旋转动作)时，数值控制部16只将主轴12的总返回旋转量S0与最高返回转速V0作为主轴指令CS通知给主轴控制部18，主轴控制部18按照该主轴指令CS以最高返回转速V0为目标使主轴12以最大限度使用了允许电流的最大输出进行加速逆旋转来执行返回动作，并且根据依次检测的主轴12的剩余返回旋转量Sr以及当前速度Vc，在使主轴12以最大或者适当的减速度进行减速逆旋转同时继续执行到返回结束位置为止的返回动作从而到达返回结束位置。因此根据控制装置10，不需要针对数值控制部16进行用于制作对应于主轴12的输出特性的加减速指令的参数的设定或调整等，能够以更简单的结构，进行使主轴12的加速能力得以最大限度地发挥的加减速控制，从而能够缩短攻丝加工的周期时间。

并且，在控制装置10中具有如下结构：主轴控制部18预测出使主轴12从最高返回速度以最大能力进行减速逆旋转而达到中间返回速度Vb时的、中间返回速度Vb时的现实的电动机磁通量Φvb，并且使用预测出的电动机磁通量Φvb来决定通过位置控制使主轴12从中间返回速度Vb减速逆旋转到返回结束位置期间的逆旋转的减速度Adec。因此，即使主轴12从最高返回速度达到中间返回速度Vb时的主轴电动机12M的现实的电动机磁通量Φvb是电动机磁通量指令值Φmax以下，主轴12也能够从中间返回速度Vb以适当的减速度Adec来减速旋转，从而能够准确地到达返回结束位置。

上述的控制装置10的结构能够作为控制主轴12与进给轴14的同步运转的机床的控制方法进行记述。该控制方法具有以下步骤：控制装置10从攻丝加工程序P取得从起动位置到目标位置期间的主轴12的总旋转量S0与最高转速V0的步骤；控制装置10通过将最高转速V0设为目标值的速度控制使主轴12从起动位置以最大能力进行加速旋转的步骤；控制装置10在利用最大能力的加速旋转过程中根据主轴12的旋转位置反馈值FBS来检测主轴12的最大加速度A0的步骤；控制装置10根据总旋转量S0与旋转位置反馈值FBS，对从当前位置到目标位置的主轴12的剩余旋转量Sr进行检测的步骤；控制装置10根据旋转位置反馈值FBS检测主轴12的当前速度Vc的步骤；控制装置10在利用最大能力的加速旋转之后，通过速度控制使主轴12以最大能力进行减速旋转而达到预先设定的中间速度Vb的步骤；控制装置10在主轴12达到中间速度Vb之后，通过位置控制使主轴12进行减速旋转从而达到目标位置的步骤；控制装置10基于用于使主轴12达到中间速度Vb的电动机磁通量指令值Φmax预测中间速度Vb时的现实的电动机磁通量Φvb的步骤；以及控制装置10根据最大加速度A0、电动机磁通量指令值Φmax以及电动机磁通量Φvb，决定位置控制中的减速旋转过程中的减速度Adec的步骤，使主轴12达到目标位置的步骤包括根据剩余旋转量Sr、当前速度Vc以及减速度Adec执行位置控制的步骤。

根据上述控制方法，获得与所述的控制装置10的效果相同的效果。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本领域技术人员能够理解，在不脱离后述的权利要求书所公开的范围的情况下能够进行各种各样的修正以及变更。

Claims (8)

1.一种控制装置，其用于控制主轴与进给轴的同步运转的机床，其特征在于，所述控制装置具有：

数值控制部，其根据攻丝加工程序制作主轴指令以及进给轴指令；

主轴控制部，其按照所述主轴指令控制所述主轴的旋转动作；

旋转检测部，其检测所述主轴的旋转位置；以及

进给轴控制部，其按照所述进给轴指令根据所述旋转位置来控制所述进给轴的进给动作，

所述数值控制部具有：主轴指令输出部，其从所述攻丝加工程序取得从起动位置到目标位置期间的所述主轴的总旋转量和最高转速，将该总旋转量和该最高转速作为所述主轴指令发送至所述主轴控制部，

所述主轴控制部具有：

初始动作控制部，其通过将所述最高转速设为目标值的速度控制，使所述主轴从所述起动位置以最大能力进行加速旋转；

最大加速度检测部，其在利用所述最大能力的加速旋转过程中根据所述旋转位置来检测所述主轴的最大加速度；

剩余旋转量检测部，其根据所述总旋转量和所述旋转位置，对从当前位置到所述目标位置为止的所述主轴的剩余旋转量进行检测；

当前速度检测部，其根据所述旋转位置对所述主轴的当前速度进行检测；

减速动作控制部，其在利用所述最大能力的加速旋转之后，通过速度控制使所述主轴以最大能力进行减速旋转而达到预先设定的中间速度；

定位动作控制部，其在所述主轴达到所述中间速度之后，通过位置控制使所述主轴进行减速旋转而到达所述目标位置；

磁通量预测部，其基于用于使所述主轴达到所述中间速度的电动机磁通量指令值，预测所述中间速度时的现实的电动机磁通量；以及

减速度决定部，其根据所述最大加速度、所述电动机磁通量指令值以及所述电动机磁通量，决定所述位置控制涉及的减速旋转过程中的减速度，

所述定位动作控制部根据所述剩余旋转量、所述当前速度以及所述减速度来执行上述位置控制。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述磁通量预测部随时估计使所述主轴进行旋转动作的主轴电动机的动作过程中的磁通量，并基于所述电动机磁通量指令值以及所述速度控制涉及的所述减速旋转的开始时估计出的该磁通量，预测所述中间速度时的所述电动机磁通量。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述起动位置相当于攻丝加工的加工开始位置，所述目标位置相当于攻丝加工的目标螺纹深度。

4.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述起动位置相当于攻丝加工的目标螺纹深度，所述目标位置相当于攻丝加工的返回结束位置。

5.一种控制方法，其用于控制主轴与进给轴的同步运转的机床，其特征在于，所述控制方法具有以下步骤：

控制装置从攻丝加工程序取得从起动位置到目标位置期间的所述主轴的总旋转量和最高转速；

控制装置通过将所述最高转速设为目标值的速度控制，使所述主轴从所述起动位置以最大能力进行加速旋转的步骤；

控制装置在利用所述最大能力的加速旋转过程中根据所述主轴的旋转位置反馈值来检测所述主轴的最大加速度的步骤；

控制装置根据所述总旋转量和所述旋转位置反馈值，对从当前位置到所述目标位置为止的所述主轴的剩余旋转量进行检测的步骤；

控制装置根据所述旋转位置反馈值来检测所述主轴的当前速度的步骤；

控制装置在利用所述最大能力的加速旋转之后，通过速度控制使所述主轴以最大能力进行减速旋转，从而达到预先设定的中间速度的步骤；

控制装置在所述主轴达到所述中间速度之后，通过位置控制使所述主轴进行减速旋转从而到达所述目标位置的步骤；

控制装置基于用于使所述主轴达到所述中间速度的电动机磁通量指令值，预测所述中间速度时的现实的电动机磁通量的步骤；以及

控制装置根据所述最大加速度、所述电动机磁通量指令值以及所述电动机磁通量，决定所述位置控制涉及的减速旋转过程中的减速度的步骤，

使所述主轴达到所述目标位置的步骤包括：根据所述剩余旋转量、所述当前速度以及所述减速度来执行所述位置控制的步骤。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

预测所述电动机磁通量的步骤包括：随时估计使所述主轴进行旋转动作的主轴电动机的动作过程中的磁通量的步骤，

基于所述电动机磁通量指令值、所述速度控制涉及的所述减速旋转的开始时估计出的该磁通量，预测所述中间速度时的所述电动机磁通量。

7.根据权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于，

所述起动位置相当于攻丝加工的加工开始位置，所述目标位置相当于攻丝加工的目标螺纹深度。

8.根据权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于，

所述起动位置相当于攻丝加工的目标螺纹深度，所述目标位置相当于攻丝加工的返回结束位置。