CN108021102A - 攻牙刀具的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种攻牙刀具的控制方法，用以控制夹持该刀具的一转轴的转速，包括根据该刀具的加工条件建立一专家数据库，其中该专家数据库包含该转轴的一最大容许转矩值、操作中的转轴的转矩、以及比较该转轴的转矩与该最大容许转矩值，其中当该转轴的转矩大于该最大容许转矩值时，则使该转轴的加减速模式处于一S曲线模式。

Description

攻牙刀具的控制方法

技术领域

本发明涉及一种攻牙刀具的控制方法，特别涉及一种可调整转轴的加减速模式的攻牙刀具控制方法。

背景技术

近代工业经常藉由工具机的攻牙系统进行加工，普遍使用的攻牙系统多半着重于追求最小的误差或是最小的加工时间。在已知的攻牙系统中，操作人员需决定转轴的转速和加速度，使得转轴移动时间相对于预设的转轴旋转量为最小，以缩短整个攻牙过程中所需的时间。

然而，当欲准确地调整转轴的转速和加速度等相关参数时，往往需要依赖有经验且对于攻牙系统熟练的操作者，对于一般的操作人员而言是困难且复杂的工作。此外，在攻牙过程中，也容易因为转轴的转矩过大而导致刀具损耗甚至是断刀。

发明内容

为了克服前述已知的问题，本发明提供了一种攻牙刀具控制方法，用以控制该刀具的一转轴的转速，包括：根据该刀具的一加工条件建立一专家数据库，其中该专家数据库包含该转轴的一最大容许转矩值；取得操作中的该转轴的转矩；比较该转轴的该转矩与该专家数据库中的该最大容许转矩值，其中当该转轴的该转矩大于该最大容许转矩值时，则使该转轴的加减速模式处于一S曲线模式。

附图说明

图1A为一梯形模式的转速对时间关系图。

图1B为一S曲线模式的转速对时间关系图。

图2为本发明一实施例的攻牙刀具控制方法的示意图。

图3A为本发明另一实施例的攻牙刀具控制方法的示意图。

图3B表示由梯形模式切换到S曲线模式的转速对时间关系图。

【符号说明】

攻牙刀具控制方法100、200

步骤S11-S14、S21-S27、S261、S262、S271、S272

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

首先请参阅图1A、1B，其中图1A为一梯形模式(trapezoidal mode)的转速对时间关系图，图1B则为一S曲线模式(S-curve mode)的转速对时间关系图。前述梯形模式以及S曲线模式分别为一种加减速模式，用以控制转轴在加速或减速期间的加速度。如图1A所示，梯形模式是一种加速度在加速或减速期间为定值的加减速模式，当一般攻牙机以梯形模式进行加工时，例如加工一直径为1mm以下的螺孔时，由于加速以及减速过程较快且加速度不变，因此攻牙过程时间可缩短，但也往往容易发生攻牙刀具耗损或是断刀的情况。如图1B所示，S曲线模式为一种加速度在加速或减速期间包含一指数函数的加减速模式，由于S曲线模式的加速以及减速较平缓且运算精度高，因此若将转轴加减速模式保持在S曲线模式下，则攻牙过程时间虽较长，但也较不易产生断刀的风险。

接着请参阅图2，该图表示本发明一实施例的攻牙刀具控制方法100，用以控制攻牙刀具的转轴的转速，以减少刀具耗损并可避免断刀的情形发生。如图2所示，本实施例的攻牙刀具控制方法100开始于步骤S11。在步骤S11中，可先根据刀具的加工条件(processing conditions)建立一专家数据库，其中该专家数据库至少包含有刀具的转轴的最大容许转矩值Tmax(maximum permissible torque)或自订容许值等预设参数，前述刀具的加工条件则例如刀具直径、材质以及被加工件的材质等。

接着，如步骤S12所示，可根据前述加工条件预先计算在不同转速命令下，在攻牙期间内转轴所需的旋转量、加速距离及减速距离等运动信息，其中旋转量为刀具起始点到孔底的距离与螺距的比值。然后，在步骤S13中，可藉由一测量单元取得操作中的该刀具的转轴的转矩T；举例而言，前述测量单元可通过以太网控制自动化技术(EtherCAT)以即时地监控并将刀具的前述转轴信息，例如转轴驱动马达的电流值，传送至一计算机装置进行转换与分析。

最后，在步骤S14中，可藉由一速度曲线调制单元(例如一处理器)比较转轴的转矩T与专家数据库中的最大容许转矩值Tmax，其中当转轴的转矩T大于最大容许转矩值Tmax时，或是自订的一容许值时，可藉由前述速度曲线调制单元强制使得转轴的加减速模式处于一S曲线模式，以执行一较平滑的加减速曲线，并有效地抑制转轴的振动量。如此一来，不仅可提升攻牙过程中转轴的稳定度及整体效率，同时可有效降低刀具耗损或断刀的情形发生。

再请参阅图3A，该图为本发明另一实施例的攻牙刀具控制方法200的示意图。如图3A所示，本实施例的攻牙刀具控制方法200开始于步骤S21，根据刀具的加工条件(例如刀具直径、材质以及被加工件的材质等)建立一专家数据库，其中该专家数据库至少包含刀具的转轴的最大容许转矩值Tmax、驱动马达的最大容许驱动电流值Imax、最大容许转矩变化量dTmax、最大容许转速值Vmax以及最大容许急跳度(Jerk)值Jmax等预设参数，或针对以上各值的自订容许值或容许量。接着，在步骤S22中，可根据刀具的加工条件预先计算在不同转速命令下，在攻牙期间内转轴所需的旋转量、加速距离及减速距离等运动信息。

然后，在步骤S23中，可藉由一测量单元取得转轴的转矩T、驱动电流值I、转矩变化量dT、转速V及急跳度值J等数据，其中前述测量单元可通过以太网控制自动化技术(EtherCAT)以即时地监控并将刀具之前述转轴信息传送至一计算机装置进行处理。在步骤S24中，可通过一速度曲线调制单元(例如一处理器)接受来自专家数据库以及测量单元的数据，并分别比较前述转轴的转矩T与最大容许转矩值Tmax、驱动电流值I与最大容许驱动电流值Imax、转矩变化量dT与最大容许转矩变化量dTmax、转速V与最大容许转速值Vmax，及急跳度值J与最大容许急跳度值Jmax的数值大小关系。

如步骤S25所示，通过前述速度曲线调制单元可分别判断操作中的攻牙刀具的转轴转矩T、驱动电流值I、转矩变化量dT、转速V及急跳度值J是否分别大于最大容许转矩值Tmax、最大容许驱动电流值Imax、最大容许转矩变化量dTmax、最大容许转速值Vmax以及最大容许急跳度值Jmax，若T>Tmax、I>Imax、dT>dTmax、V>Vmax或J>Jmax的其中任何一种情况成立时，则执行步骤S26。

在步骤S26中，可判断操作中的刀具的转轴的加减速模式是否处于梯形模式，若转轴的加减速模式已处于梯形模式，则强制将转轴的加减速模式切换至S曲线模式(步骤S261)；反之，若转轴的加减速模式不是处于梯形模式而是处于S曲线模式，则继续维持转轴的加减速模式在S曲线模式(步骤S262)，藉此可确保刀具不致于在操作过程中断裂或损坏。

另一方面，当T≦Tmax、I≦Imax、dT≦dTmax、V≦Vmax，或J≦Jmax时，意即前述步骤S25的不等式皆不成立时的情况则执行步骤S27。在步骤S27中，可判断操作中的刀具的转轴加减速模式是否处于S曲线模式，若转轴的加减速模式是处于S曲线模式，则强制切换转轴的加减速模式至梯形模式(步骤S271)；反之，若转轴的加减速模式不是处于S曲线模式，则维持转轴的加减速模式在梯形模式(步骤S272)，藉此可使刀具在操作过程中维持转速稳定且可有效降低断刀风险。

在进行完步骤S261、步骤S262、步骤S271或步骤S272之后，在一预设期间内会回到步骤S23并开始再次进行以下步骤(如图3A所示)。如此一来，可在攻牙过程中即时监控并自动地调整刀具的加减速模式，当刀具的转轴处于梯形模式时可快速地加工，但在刀具有损耗或断刀风险时，则可即时地调整转轴加减速模式至S曲线模式，以避免因刀具损坏必须更换而导致生产效率下降及增加制造成本等问题。

如图3B所示，假设初始的转轴加减速模式为梯形模式，则当转轴的转速V大于最大容许转速值Vmax时，可藉由前述控制方法将转轴的加减速模式自动切换为S曲线模式，以避免刀具耗损或断刀，然而在S曲线模式下仍可通过测量并即时监控转轴的转矩T、驱动电流值I、转矩变化量dT、转速V或急跳度值J等参数，而在攻牙过程中再度回复到梯形模式，以同时兼顾生产效率与刀具损坏的风险。

综上所陈，本发明提供一种攻牙刀具的控制方法，用以控制刀具的一转轴的转速，其主要包括根据刀具的加工条件建立一专家数据库，该专家数据库包含刀具转轴的至少一种状态参数的最大容许值，接着可在操作过程中即时取得转轴的状态参数，并比较转轴的前述状态参数与相对应的最大容许值。举例而言，当该转轴的转矩大于最大容许转矩值或自订容许值时，可强制使该转轴的加减速模式处于一S曲线模式(S-curve mode)，以确保刀具不致于在操作过程中断裂或损坏。

虽然本发明以前述的实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (10)

1.一种攻牙刀具的控制方法，用以控制夹持该刀具的转轴的转速，包括：

根据该刀具的加工条件建立专家数据库，其中该专家数据库包含该转轴的最大容许转矩值；

取得操作中的该转轴的转矩；以及

比较该转轴的该转矩与该专家数据库中的该最大容许转矩值，其中当该转轴的该转矩大于该最大容许转矩值时，则使该转轴的加减速模式处于一S曲线模式(S-curve mode)，且该S曲线模式为一种加速度在加速或减速期间包含一指数函数的加减速模式。

2.如权利要求1所述的攻牙刀具的控制方法，其中该加减速模式用以控制该转轴在加速或减速期间的加速度，其中该方法还包括：

根据该刀具的加工条件计算在不同转速命令下，该刀具的该转轴所需的旋转量、加速距离及减速距离。

3.如权利要求1所述的攻牙刀具的控制方法，其中该专家数据库还包含该转轴的最大容许驱动电流值，且该方法还包括：

取得操作中的该转轴的驱动电流值；以及

比较该转轴的该驱动电流值与该专家数据库中的该最大容许驱动电流值，当该转轴的该驱动电流值大于该最大容许驱动电流值时，则使该转轴的加减速模式处于该S曲线模式。

4.如权利要求1所述的攻牙刀具的控制方法，其中该专家数据库还包含该转轴的最大容许转矩变化量，且该方法还包括：

取得操作中的该转轴的该转矩变化量；以及

比较该转轴的该转矩变化量与该专家数据库中的该最大容许转矩变化量，当该转轴的该转矩变化量大于该最大容许转矩变化量，则使该转轴的加减速模式处于该S曲线模式。

5.如权利要求1所述的攻牙刀具的控制方法，其中该专家数据库还包含该转轴的最大容许转速值，且该方法还包括：

取得操作中的该转轴的转速；以及

比较该转轴的转速与该专家数据库中的该最大容许转速值，当该转轴的转速大于该最大容许转速值，则使该转轴的加减速模式处于该S曲线模式。

6.如权利要求1所述的攻牙刀具的控制方法，其中该专家数据库还包含该转轴的最大容许急跳度值，且该方法还包括：

比较该转轴的急跳度值与该专家数据库中的该最大容许急跳度值，当该转轴的急跳度值大于该最大容许急跳度值，则使该转轴的加减速模式处于该S曲线模式。

7.如权利要求1所述的攻牙刀具的控制方法，其中该方法还包括：

当该转轴的转矩大于该最大容许转矩值时，判断该转轴的加减速模式，若该转轴的加减速模式处于该S曲线模式，则维持该转轴的加减速模式在该S曲线模式。

8.如权利要求1所述的攻牙刀具的控制方法，其中该方法还包括：

当该转轴的转矩大于该最大容许转矩值时，判断该转轴的加减速模式，若该转轴的加减速模式处于梯形模式，则切换该转轴的加减速模式为该S曲线模式，其中该梯形模式为一种加速度在加速或减速期间为定值的加减速模式。

9.如权利要求1所述的攻牙刀具的控制方法，其中当该转轴的转矩小于该最大容许转矩值时，判断该转轴的加减速模式，若该转轴的加减速模式处于梯形模式，则维持该转轴的加减速模式在该梯形模式，其中该梯形模式为一种加速度在加速或减速期间为定值的加减速模式。

10.如权利要求1所述的攻牙刀具的控制方法，其中当该转轴的转矩小于该最大容许转矩值时，判断该转轴的加减速模式，若该转轴的加减速模式处于该S曲线模式，则切换该转轴的加减速模式为一梯形模式，且该梯形模式为一种加速度在加速或减速期间为定值的加减速模式。