CN109884982A - 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，其控制加工机对工件加工面进行刚性攻丝加工。该数值控制装置根据主轴旋转与将攻丝方向设为多个进给轴内的之一的工件坐标系的各轴的移动之间的第一允许同步误差、以及加工面的倾斜角，决定主轴与上述进给轴的第二允许同步误差，根据所决定的第二允许同步误差来监视主轴与进给轴的同步误差。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，特别是涉及一种具有根据加工面的倾斜来变更与主轴之间的允许同步误差的阈值的功能的数值控制装置。
背景技术
存在一种在将螺孔进行加工的情况下，使进给轴(攻丝轴)对刀具的移动与主轴对刀具的旋转同步地进行切削的刚性攻丝加工(例如日本特开2015-201968号公报等)。在刚性攻丝加工中，作为攻丝轴而使用三个直线进给轴(X轴、Y轴、Z轴)中的任一个，但是在该情况下，在垂直地对倾斜的加工面进行刚性攻丝加工的情况下，使工件坐标系倾斜而在与加工面正交的轴方向上进行攻丝。例如图4所例示，在对工件2的各面中与机器坐标系的XY平面平行的面A进行刚性攻丝加工时，通过Z轴使刀具3进行移动而进行加工。
与此相对，如图5所例示，在对工件2的各面中与机器坐标系的轴不平行的面B进行刚性攻丝加工的情况下，使工件坐标系X’Y’Z’相对于机器坐标系倾斜，使刀具3沿Z’轴进行移动(在机器坐标系中通过X轴、Y轴以及Z轴使刀具移动)而进行加工。
在刚性攻丝加工中，当各轴间的同步产生误差时，有可能招致刀具的损坏、螺纹被压碎等。因此，在刚性攻丝加工中进行攻丝动作时，除了攻丝轴之间的允许移动误差量以外，还预先决定主轴与攻丝轴的各轴之间的允许同步误差量，在各轴间的同步误差超出可允许的误差量的情况下，产生报警等而停止加工。
在对相对于机器坐标系的轴倾斜的工件面进行刚性攻丝加工的情况下，如图5所示，通过机器坐标系中的三个基本轴的合成动作来实现在攻丝动作中刀具的移动。另一方面，上述允许同步误差量在现有技术中被定义为机器坐标系中可允许的误差。因此，在要加工的工件面相对于机器坐标系的轴并不倾斜的情况下，使用所确定的允许同步误差量将X轴、Y轴、Z轴对主轴的误差与所设定的允许同步误差阈值(Xerr、Yerr、Zerr)进行比较判断，由此能够判断要加工的螺孔是否保持期望精度，但是存在以下问题：在加工的工件面相对于机器坐标系的轴倾斜的情况下，分别一律地设定主轴与各轴的允许同步误差阈值，当根据机器坐标系来判断允许同步误差阈值时，在对倾斜面进行加工时无法正确地判断是否保持期望的精度。
例如考虑对图5示出的倾斜面即面B进行的刚性攻丝加工。在图5中，工件坐标系X’Y’Z’是与工件的倾斜面(面B)一致地相对于机器坐标系倾斜的坐标系，X’轴与Y轴为平行，Z’轴与Z轴所形成的角度为60°。在该情况下，仅通过X轴与Z轴的动作合成来决定作为攻丝轴的Z’轴方向的动作。在此，当设定为(Xerr、Yerr、Zerr)＝(300、300、500)时，如图4所示，在对面A进行加工的情况下，Z轴成为攻丝轴，在主轴与Z轴的同步误差并未超过500的情况下，该加工将被允许，能够确认获得期望的精度。然而，如图5所示，在对面B进行加工的情况下，Z’轴成为攻丝轴，Z轴相对于Z’方向的移动距离的成分比率相较于Z轴为攻丝轴的情况更小，因此当直接设定对Z轴设定的同步误差时，无法确认是否能够以期望的精度进行加工。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种即使在加工面上产生倾斜的情况下也能够进行保持了期望的精度的刚性攻丝加工的数值控制装置。
本发明的数值控制装置通过设置以下功能来解决上述问题：在对倾斜面进行刚性攻丝加工时时，根据各移动轴相对于攻丝方向的移动距离的成分比率，自动地变更与主轴之间的允许同步误差的阈值。
本发明的一个方式的数值控制装置控制具备使刀具旋转的主轴以及使该刀具相对于工件相对移动的至少两个直线轴的进给轴的加工机，其中，该数值控制装置在相对于上述加工机的机器坐标系的至少任意一个轴倾斜的加工面上，使上述刀具在与该加工面垂直正对的攻丝方向上进行移动来进行刚性攻丝加工。而且，该数值控制装置具备：参数存储部，其存储预先设定的、上述主轴的旋转与将上述攻丝方向设为至少任意一个轴的工件坐标系的各轴的移动之间的允许同步误差即第一允许同步误差；预处理部，其获取上述加工面的倾斜角；允许同步误差决定部，其根据上述第一允许同步误差和上述倾斜角，决定上述主轴与上述进给轴的允许同步误差即第二允许同步误差；以及同步误差监视部，其根据上述第二允许同步误差来监视上述主轴与上述进给轴的同步误差。
根据本发明，在对倾斜面进行刚性攻丝加工时，根据各移动轴相对于攻丝方向的移动距离的成分比率，自动地变更与主轴之间的允许同步误差的阈值，由此能够确认在加工过程中是否满足期望精度。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的数值控制装置以及通过该数值控制装置进行驱动控制的加工机的主要部分的概要硬件结构图。
图2是图1示出的数值控制装置的概要功能框图。
图3是说明允许同步误差的计算方法的图。
图4是说明基于现有技术的刚性攻丝加工的图。
图5是说明针对相对于机器坐标系倾斜的加工面进行刚性攻丝加工的图。
具体实施方式
图1是表示一个实施方式的数值控制装置以及通过该数值控制装置进行驱动控制的加工机的主要部分的概要硬件结构图。
本实施方式的数值控制装置1所具备的CPU 11为整体地控制数值控制装置1的处理器。CPU 11经由总线20读取存储于ROM 12的系统和程序，按照该系统和程序来控制数值控制装置1整体。在RAM 13中存储有临时计算数据、显示数据以及操作员经由后述的显示器/MDI单元70输入的各种数据等。
非易失性存储器14例如使用未图示的电池进行备份等，构成为即使数值控制装置1的电源被断开也保持存储状态的存储器。在非易失性存储器14中除了存储经由接口15读取到的NC程序、经由后述的显示器/MDI单元70输入的NC程序以外，还存储有包含允许同步误差等的加工条件的数据等。存储于非易失性存储器14的程序等也可以在使用时加载到RAM 13。另外，在ROM12中预先写入了用于制作和编辑NC程序所需的编辑模式的处理、用于执行其它所需的处理的各种系统和程序(包含用于允许同步误差变更功能的系统和程序)。
接口15为用于连接数值控制装置1与连接器等外部机器72的接口。从外部机器72侧读入NC程序、各种参数等。另外，在数值控制装置1内编辑的NC程序能够经由外部机器72存储到外部存储单元(未图示)。可编程机床控制器(PMC)16按照内置于数值控制装置1的序列和程序，将信号经由I/O单元17输出到加工机的外围装置(例如换刀用机器手这种执行器)并进行控制。另外，PMC 16接收配置于加工机主体的操作盘的各种开关等的信号，在进行所需的信号处理之后传送到CPU 11。
显示器/MDI单元70为具备显示器、键盘等的手动数据输入装置，接口18接收来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据并传送到CPU 11。接口19与操作盘71相连接，该操作盘71具备在以手动方式驱动各轴时使用的手动脉冲产生器等。
用于控制加工机所具备的轴的轴控制电路30接收来自CPU 11的轴的移动指令量，将轴指令输出到伺服放大器40。伺服放大器40接收该指令，对使加工机所具备的轴移动的伺服电动机50进行驱动。轴的伺服电动机50内置位置和速度检测器，将来自该位置和速度检测器的位置和速度反馈信号反馈至轴控制电路30，进行位置和速度的反馈控制。此外，在图1的硬件结构图中并未逐一示出轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50，但是，实际上仅准备了成为控制对象的各系统的加工机所具备的进给轴的数量。例如在能够对工件的倾斜面进行加工的刚性攻丝加工机的情况下，作为进给轴除了存在使工件与刀具相对地进行移动的直线轴(至少两个轴)以外，还存在用于使刀具相对于成为进行刚性攻丝加工的对象的工件的倾斜面垂直正对的旋转轴，因此仅相应地准备轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50。
主轴控制电路60接收针对制造机器的主轴旋转指令，将主轴速度信号输出到主轴放大器61。主轴放大器61接收该主轴速度信号，以所指令的转速使制造机器的主轴电动机62进行旋转，从而驱动刀具。位置编码器63与主轴电动机62相连接，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，由CPU 11读取该反馈脉冲。
图2是表示将用于实现本发明的干扰避免功能的系统和程序安装于图1示出的数值控制装置1的情况下的、本发明的一个实施方式的数值控制装置的主要部分的概要功能框图。
图1示出的数值控制装置1所具备的CPU 11执行用于实现加工机的控制功能和允许同步误差变更功能的系统和程序，对数值控制装置1各部的动作进行控制，由此实现图2示出的各功能块。本实施方式的数值控制装置1具备指令解析部100、预处理部110、伺服控制部120、主轴控制部130、允许同步误差决定部140以及同步误差监视部150，另外，在非易失性存储器14上确保用于存储由作业员设定的主轴与进给轴的允许同步误差的参数存储部210。将存储于参数存储部210的各进给轴的允许同步误差设定为工件坐标系中的允许同步误差。也可以是，预先由作业员经由显示器/MDI单元70等来设定存储于参数存储部210的各进给轴的允许同步误差。
指令解析部100读取存储于非易失性存储器14的NC程序200所包含的指令块，并对读取出的指令块进行解析，制作用于驱动成为控制对象的进给轴(由伺服电动机50进行驱动)和主轴(由主轴电动机62进行驱动)的指令数据。
预处理部110根据由指令解析部100制作的指令数据来进行公知的插值处理、加减速处理，将进行过处理的数据输出到伺服控制部120、主轴控制部130。另外，预处理部110在目前进行的进给轴和主轴的控制用于倾斜面上的刚性攻丝加工的情况下，根据旋转轴的倾斜等来求出工件坐标系X’Y’Z’相对于机器坐标系XYZ的倾斜角，将求出的倾斜角输出到允许同步误差决定部140。此外，预处理部110求出倾斜角的方法除了基于旋转轴的倾斜的方法以外，例如还可以考虑定义基准面并将相对于该基准面的倾斜设为倾斜角的方法等各种方法，但是如果是能够唯一地确定工件倾斜面的朝向的倾斜角的定义方法则也可以采用任何方法。
伺服控制部120和主轴控制部130根据从预处理部110接收的数据来分别控制对成为控制对象的轴进行驱动的伺服电动机50、主轴电动机62。另外，伺服控制部120和主轴控制部130将从伺服电动机50、主轴电动机62反馈的各电动机的位置输出到同步误差监视部150。此外，虽然在图2中省略图示，但是伺服控制部120和伺服电动机50仅存在成为控制对象的进给轴的数量。
允许同步误差决定部140根据预先设定于参数存储部210的主轴与进给轴(在本实施方式中X轴、Y轴、Z轴这三轴)的允许同步误差以及从预处理部110接收到的工件坐标系X’Y’Z’相对于机器坐标系XYZ的倾斜角，决定实际在机器坐标系中使用的允许同步误差，将在所决定的机器坐标系中使用的允许同步误差输出到同步误差监视部150。
使用图3说明基于允许同步误差决定部140的在机器坐标系中使用的允许同步误差的计算方法的一例。
在图3中例示了机器坐标系XYZ以及相对于机器坐标系倾斜的工件坐标系X’Y’Z’。在图3中，工件坐标系被定义为使机器坐标系绕Z轴仅旋转工件坐标系旋转角α并绕旋转后的Y轴(Y’轴)仅旋转工件坐标系旋转角β。另外，将Z’轴设为攻丝轴。此时，在将攻丝轴的移动矢量设为矢量p的情况下，能够用以下数学式(1)表示对倾斜面进行攻丝动作时的各轴的变化量。
在此，根据数学式(1)可知各进给轴相对于对倾斜面进行攻丝加工时的攻丝方向的移动距离的成分比率，因此当将与攻丝方向的主轴之间的同步误差设为Et并以Et为基准而根据各进给轴的成分比率对机器坐标系的各轴分配允许同步误差时，能够用以下数学式(2)表示各主轴与各进给轴的允许同步误差(Xerr、Yerr、Zerr)。
(Xerr，Yerr，Zerr)＝Et(sinβcosα，sinβsinα，cosβ)……(2)
而且，当将各进给轴相对于攻丝方向的移动距离的成分比率为100％时(与X轴平行的方向的攻丝、与Y轴平行的方向的攻丝、与Z轴平行的方向的攻丝)的主轴与各进给轴的允许同步误差分别设为Ex、Ey、Ez时，能够用以下数学式(3)表示考虑了各进给轴的成分比率的允许同步误差。
(Xerr，Yerr，Zerr)＝(Exsinβcosα，Eysinβsinα，Ezcosβ)……(3)
此外，数学式(2)、数学式(3)根据旋转中心的轴而改变，分别存在六种变化。例如当将工件坐标系被设为使机器坐标系绕Z轴仅旋转工件坐标系旋转角α，并绕旋转后的X轴(X’轴)仅旋转工件坐标系旋转角β的情况下(与X轴平行的方向的攻丝、与Y轴平行的方向的攻丝、与Z轴平行的方向的攻丝)的主轴与各进给轴的允许同步误差分别设为Ex、Ey、Ez时，能够用以下数学式(4)表示考虑了各进给轴的成分比率的允许同步误差。
(Xerr，Yerr，Zerr)＝(Exsinβsina,Eysinβcosα,Ezcosβ)……(4)
例如在对图5所例示的倾斜面B进行刚性攻丝加工的情况下，在预先将允许同步误差设定为(Ex、Ey、Ez)＝(300、300、500)而将工件坐标系设为使机器坐标系绕Z轴仅旋转工件坐标系旋转角α＝90°并绕旋转后的X轴(X’轴)仅旋转工件坐标系旋转角β＝60°的情况下，根据数学式(4)考虑了各轴的成分比率的允许同步误差成为(Xerr、Yerr、Zerr)＝(260、0、250)。
同步误差监视部150监视从伺服控制部120和主轴控制部130分别获取的主轴和各进给轴的位置，并监视主轴与各进给轴之间的同步误差是否在由允许同步误差决定部140决定的允许同步误差内。同步误差监视部150在主轴与各进给轴之间的同步误差超过允许同步误差的情况下，产生报警等。数值控制装置1在检测出产生报警的情况下，也可以将其意思显示在显示器/MDI单元70中，并使NC程序200停止执行(刚性攻丝加工)。此外，同步误差监视部150也可以不将允许同步误差为0的进给轴设为同步误差监视对象，或者预先设定最低允许同步误差并针对该进给轴进行同步误差是否在最低允许同步误差以内的监视。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明并不限定于上述实施方式的示例，通过施加适当的变更能够以各种方式来实施。

Claims (1)

1.一种数值控制装置，其控制加工机，该加工机具备使刀具旋转的主轴以及使该刀具相对于工件相对移动的至少两个直线轴的进给轴，其特征在于，
该数值控制装置在相对于上述加工机的机器坐标系的至少任意一个轴倾斜的加工面上，使上述刀具在与该加工面垂直正对的攻丝方向上进行移动来进行刚性攻丝加工，该数值控制装置具备：
参数存储部，其存储预先设定的、上述主轴的旋转与将上述攻丝方向设为至少任意一个轴的工件坐标系的各轴的移动之间的允许同步误差即第一允许同步误差；
预处理部，其获取上述加工面的倾斜角；
允许同步误差决定部，其根据上述第一允许同步误差和上述倾斜角，决定上述主轴与上述进给轴的允许同步误差即第二允许同步误差；以及
同步误差监视部，其根据上述第二允许同步误差来监视上述主轴与上述进给轴的同步误差。
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