CN109426214A - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数值控制装置。该数值控制装置通过使包含摆动频率和摆动振幅的指定的摆动指令与位置指令叠加,来进行摆动切削。所述数值控制装置具有:位置指令生成部,其生成位置指令;摆动指令生成部,其生成摆动指令;位置速度控制部,其将位置指令与摆动指令相加来生成合成指令;以及电流控制部,其控制工具的移动或主轴的旋转。另外,摆动指令生成部具有:跟踪误差计算部,其取得以及计算主轴的实际角度和理想角度;频率重新计算部,其基于实际角度和理想角度重新计算摆动频率或主轴的转速。所述电流控制部按照重新计算出的摆动频率或主轴的转速来控制工具的移动或主轴的旋转。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置,特别涉及能够在维持切屑的切碎能力的同时进行摆动切削的数值控制装置。
背景技术
将通过使工具在切削方向上进行摆动来切碎切屑的加工方法称为摆动切削。
以往的数值控制装置通过对加工指令重叠以下的摆动指令来实现了摆动切削。
摆动指令=(K×F/2)×sin(2π×S/60×I×t)
在上式中,将K×F/2称为摆动振幅,将2π×S/60×I称为摆动频率。此外,F表示每旋转一周的进给量[mm/rev],S表示主轴转速[min-1],t表示时刻[sec],K表示摆动振幅倍率,I表示摆动频率倍率(每旋转一周的摆动数)。
当对于加工指令相加了摆动指令(正弦波)时,工具一边在进给方向反复地来回往复一边推进加工。此时,当第1旋转的工具路径与第2旋转的工具路径重复而产生打空时,产生切屑的切碎。图1表示频率倍率I=4.5(主轴每旋转1周,摆动4.5次)、振幅倍率K=1.05时的工具路径。
若着眼于工具位置,可知在第2旋转的工具路径中,每旋转一周相对于第1旋转的工具路径产生了4.5次左右的重复(在图中用虚线的圆表示)。因此,在该例子中,在第2旋转中将切屑切碎4.5次左右。
在日本特开2017-056515号公报中记载了如下内容:数值控制装置通过对加工指令相加摆动指令来进行摆动切削,由此使工具路径重复从而能够切碎切屑,上述摆动指令设定了工件每旋转1周偏移半周期这样的摆动频率和摆动振幅。
然而,即使如日本特开2017-056515号公报所记载的那样进行摆动切削,当在主轴的旋转与摆动动作(频率)之间产生跟踪误差时,有时无法顺利地切碎切屑。跟踪误差例如可能在主轴转速变动时产生。在图2中表示了在主轴转速递增的情况下可能产生的跟踪误差的一个例子。在图中示出了实际的工具路径和理想的工具路径(在主轴转速恒定的情况下设想的工具路径)。若主轴转速恒定,则通过利用日本特开2017-056515号公报记载的技术,在图中如虚线所示那样,在第1旋转的工具路径与第2旋转的工具路径之间产生重复,应该在该重复部位进行切屑的切碎。但是,在主轴转速逐渐增加,另一方面仍保持从前的频率继续进行摆动动作的情况下,摆动动作产生相对的延迟,在图中如实线所示那样,在第1旋转的工具路径与第2旋转的工具路径之间未产生重复,作为结果未进行切屑的切碎。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题点而做成的,其目的在于提供一种数值控制装置,其在主轴的旋转与摆动动作之间产生跟踪误差的情况下,也能够在维持切屑的切碎能力的同时进行摆动切削。
本发明的一实施方式的数值控制装置是通过使包含摆动频率以及摆动振幅的指定的摆动指令与位置指令重叠来进行摆动切削的数值控制装置,该数值控制装置具有:位置指令生成部,其生成所述位置指令;摆动指令生成部,其生成所述摆动指令;位置速度控制部,其将所述位置指令与所述摆动指令相加来生成合成指令;以及电流控制部,其控制工具的移动或主轴的旋转,所述摆动指令生成部具有:跟踪误差计算部,其取得以及计算所述主轴的实际角度和理想角度;以及频率重新计算部,其基于所述实际角度和所述理想角度重新计算所述摆动频率或所述主轴的转速,所述电流控制部按照重新计算出的所述摆动频率或所述主轴的转速来控制所述工具的移动或所述主轴的旋转。
在本发明的一实施方式的数值控制装置中,所述摆动指令生成部还具有振幅重新计算部,该振幅重新计算部重新计算所述摆动振幅,使得工具路径重复,所述电流控制部还按照重新计算出的所述摆动振幅来控制所述工具的移动。
根据本发明,能够提供一种数值控制装置,其在主轴的旋转与摆动动作之间产生跟踪误差的情况下,也能够在维持切屑的切碎能力的同时进行摆动切削。
附图说明
通过参照附图对以下的实施例进行说明,本发明的上述目的和特征以及其他的目的和特征变得清楚。在这些图中:
图1说明以往的摆动切削的原理。
图2说明在以往的摆动切削中由于跟踪误差而可能产生的问题。
图3是说明数值控制装置的结构的框图。
图4说明跟踪误差计算部、频率重新计算部的动作。
图5说明振幅重新计算部的动作。
图6说明实施例1的动作。
图7说明实施例2的动作。
具体实施方式
以下,使用附图来说明本发明的实施方式。
图3是从功能方面说明本发明的实施方式的数值控制装置100的框图。数值控制装置100具有:位置指令生成部110,其按照加工程序生成位置指令即工具的移动指令;摆动指令生成部120,其生成摆动指令;位置速度控制部130,其将位置指令与摆动指令相加来生成合成指令;电流控制部140,其进行电流控制,以便按照合成指令来驱动主轴电动机、伺服电动机。
以往的电流控制部典型的是仅控制使工具的位置移动的伺服电动机,但本实施方式的电流控制部140有时控制使主轴旋转的主轴电动机。另外,在以往的数值控制装置中,有时接受来自伺服电动机的位置反馈来进行位置偏差的修正,在本实施方式中,也能够同样地执行位置偏差的修正。
摆动指令生成部120具有:频率计算部121,其计算对于进行摆动切削恰当的摆动频率;振幅计算部122,其同样地计算摆动振幅;跟踪误差计算部123,其基于来自主轴电动机和伺服电动机的反馈计算跟踪误差;频率重新计算部124,其根据跟踪误差修正频率;以及振幅重新计算部125,其根据跟踪误差修正振幅。频率重新计算部124、振幅重新计算部125修正频率或振幅,使得即使产生跟踪误差也会产生工具路径的重复,因此,继续将切屑切碎。
使用图3和图4对数值控制装置100的动作进行说明。此外,在本实施方式中,主要说明与以往的摆动切削不同的处理,对于公知的处理,适当地省略或简化说明。
首先,位置指令生成部110解释加工程序来生成位置指令。摆动指令生成部120生成摆动指令。在此,频率计算部121和振幅计算部122例如按照日本特开2017-056515号公报中记载的公知技术来决定对于切碎切屑恰当的摆动频率和摆动振幅。位置速度控制部130将位置指令与摆动指令相加来生成合成指令。电流控制部140按照合成指令控制伺服电动机,使工具进行动作(进给和摆动)。
跟踪误差计算部123接受来自主轴电动机的位置(角度)反馈,检测主轴旋转了1周的情况(即,实际的旋转角(以下记作实际角度)成为360度的情况)。另外,跟踪误差计算部123接受来自伺服电动机的位置反馈和速度反馈,取得在主轴旋转了1周的时间点的工具的实际的位置(以下,记作实际位置)或实际的速度(以下,记作实际速度)。然后,跟踪误差计算部123计算与工具的实际位置或实际速度相对应的主轴的理想的角度(以下,记作理想角度)。
使用图4来进行说明。例如设为当前以I=2.5(主轴每旋转1周摆动2.5次)生成了摆动指令。在此,在主轴大约旋转了1周的时间点(实际角度=370度),取得了相当于图中的黑点的工具的实际位置。设为鉴于合成指令,将相当于该实际位置的主轴角度计算为340度。将该340度称为理想角度。如此,当在实际角度与理想角度之间存在差的情况下,产生跟踪误差。
频率重新计算部124基于主轴的实际角度和理想角度重新计算摆动频率。例如,通过下式重新计算摆动频率倍率I。
重新计算后的摆动频率倍率I=当前的摆动频率倍率I×(理想角度/实际角度)
例如,若当前的摆动频率倍率I是2.5、理想角度是340度,实际角度是370度,则将重新计算后的摆动频率倍率I计算为
2.5×340/370=2.297。
或者,也可以取代对于摆动频率倍率I的调整,而在维持摆动频率倍率I的状态下调整主轴转速S。例如,通过下式重新计算主轴转速S。
重新计算后的主轴转速S=当前的主轴转速S×(理想角度/实际角度)
例如,若当前的主轴转速S是200,理想角度是340度,实际角度是370度,则将重新计算后的主轴转速S计算为
200×340/370=183.78。
振幅重新计算部125在采用了重新计算后的频率时重新计算振幅,使得第1旋转的工具路径与第2旋转的工具路径重复。
使用图5来说明进行振幅的重新计算的意义。图中的实线表示具有重新计算后的频率的工具路径。由于跟踪误差而不重复的第1旋转的工具路径与第2旋转的工具路径通过频率的重新计算处理以某种程度相互接近,但还未达到重复。在这样的情况下,振幅计算部122例如如果像图示那样调整振幅,能够使第1旋转的工具路径与第2旋转的工具路径重复(在图中用虚线的圆来表示)。
此外,有时仅通过频率重新计算部124进行的频率的重新计算处理,第1旋转的工具路径与第2旋转的工具路径也会重复。例如,在摆动振幅相对于初始以某种程度变大时,有时仅凭频率的调整就足够。在这样的情况下,振幅重新计算部125无需进行振幅的重新计算。
振幅重新计算部125例如按照如下顺序重新计算摆动振幅倍率K。振幅重新计算部125将主轴旋转两周的工具路径始终存储在缓存器等中。振幅重新计算部125判定表示第1旋转的工具路径的曲线与表示第2旋转的工具路径的曲线是否有交点。在具有交点的情况下,不重新计算摆动振幅倍率K,继续使用从前的摆动振幅倍率K。在不具有交点的情况下,针对表示第2旋转的工具路径的曲线,进行使当前的摆动振幅倍率K增大(例如将当前的摆动振幅倍率K乘以预定的比1大的倍率)的修正,获得重新计算后的摆动振幅倍率K。由此,修正摆动振幅使其变大。振幅重新计算部125针对重新计算后的摆动振幅倍率K也反复执行上述的判定处理及其以后的处理直到具有交点为止。
此外,当在第1次的上述判定处理中判定为具有交点的情况下,也可以进行使当前的摆动振幅倍率K缩小的(例如将当前的摆动振幅倍率K乘以预定的比1小的倍率)修正。并且,通过反复执行修正和判定处理,获得具有交点的最小的摆动振幅倍率K。一般而言,振幅越大,伺服电动机的负荷越大,因此如果使用具有交点的最小的摆动振幅倍率K,能够将伺服电动机的负荷抑制成最小限度。
位置速度控制部130使包含重新计算出的摆动频率和摆动振幅的摆动指令与位置指令相加来生成合成指令。电流控制部140按照合成指令控制伺服电动机。
此外,在频率重新计算部124不是调整频率倍率I,而是调整了主轴转速S的情况下,位置速度控制部130使包含重新计算出的摆动振幅的摆动指令与位置指令相加来生成合成指令。电流控制部140按照合成指令控制伺服电动机。此外,电流控制部140按照重新计算出的主轴转速S控制主轴电动机。
根据本实施方式,摆动指令生成部120的跟踪误差计算部123计算主轴的实际角度和理想角度,频率重新计算部124和振幅重新计算部125重新计算频率和振幅。由此,即使主轴旋转速度变动从而产生了跟踪误差,也会自动地调整成第1旋转的工具路径与第2旋转的工具路径再次重复,无需由使用者进行的调整等。维持切屑的切碎能力。
<实施例1>
作为实施例1,对于将主轴倍率进行了变更时的数值控制装置100的特征性的动作进行说明。
例如,如图6所示,考虑在某个时间点主轴倍率从150%变更为100%的例子。当进行了减小主轴倍率的变更时,在刚刚变更后摆动动作变得比主轴的旋转快,有时无法顺利地切断切屑。在该情况下,如果频率计算部121的跟踪误差计算部123检测到跟踪误差,则频率重新计算部124进行重新计算摆动频率倍率I,修正摆动频率倍率I使其变小的处理。此外,在本实施例中,主轴转速通过倍率规定,因此,调整主轴转速S的处理是不恰当的。之后,振幅重新计算部125根据需要进行摆动振幅倍率K的重新计算。
如此,在本实施例中,追随主轴转速的降低而摆动频率也降低,因此,维持切屑的切碎能力。
<实施例2>
作为实施例2,说明同时进行圆周速度恒定控制和摆动切削时的数值控制装置100的特征性的动作。
例如,如图7所示,有时在进行锥形加工等情况下执行圆周速度恒定控制。圆周速度恒定控制是指为了使每单位时间的切削量恒定,调整主轴转速的控制。例如,工件的直径越小使主轴越快地旋转,由此无论直径的大小如何,能够将工具每单位时间加工的距离保持恒定。当利用圆周速度恒定控制进行使主轴转速逐渐增大的变更时,摆动动作无法跟踪主轴的旋转,有时无法顺利地切断切屑。在该情况下,如果频率计算部121的跟踪误差计算部123检测到跟踪误差,则频率重新计算部124进行重新计算摆动频率倍率I,修正摆动频率倍率I使其变大的修正处理。此外,在本实施例中,主轴转速由圆周速度恒定控制规定,因此,调整主轴转速S的处理是不恰当的。之后,振幅重新计算部125根据需要进行摆动振幅倍率K的重新计算。
如此,在本实施例中,追随主轴转速的上升而摆动频率也上升,因此,维持切屑的切碎能力。
以上,对本发明的实施方式进行了说明,但本发明并不只限定于上述的实施方式的例子,通过施加适当的变更,能够以各种方式实施。
例如,在上述的实施方式中,表示了如下例子:在产生了跟踪误差时,首先由频率重新计算部124重新计算摆动频率,接着由振幅重新计算部125重新计算摆动振幅。
然而,本发明并不限定于此,摆动频率和摆动振幅的调整顺序是任意的。例如,也可以首先由振幅重新计算部125重新计算摆动振幅,接着由频率重新计算部124重新计算摆动频率。此时,如果仅通过摆动振幅的调整使第1旋转的工具路径与第2旋转的工具路径重复,可以不必进行摆动频率的调整。
以上,对本发明的实施方式进行了说明,但本发明并不限定于上述的实施方式的例子,通过施加适当的变更,能够以其他的方式来实施。

Claims (2)

1.一种数值控制装置,其通过使包含摆动频率以及摆动振幅的指定的摆动指令与位置指令重叠来进行摆动切削,其特征在于,
该数值控制装置具有:
位置指令生成部,其生成所述位置指令;
摆动指令生成部,其生成所述摆动指令;
位置速度控制部,其将所述位置指令与所述摆动指令相加来生成合成指令;以及
电流控制部,其控制工具的移动或主轴的旋转,
所述摆动指令生成部具有:
跟踪误差计算部,其取得以及计算所述主轴的实际角度和理想角度;以及频率重新计算部,其基于所述实际角度和所述理想角度重新计算所述摆动频率或所述主轴的转速,
所述电流控制部按照重新计算出的所述摆动频率或所述主轴的转速来控制所述工具的移动或所述主轴的旋转。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置,其特征在于,
所述摆动指令生成部还具有振幅重新计算部,该振幅重新计算部重新计算所述摆动振幅,使得工具路径重复,
所述电流控制部还按照重新计算出的所述摆动振幅来控制所述工具的移动。
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