CN110170883B - 攻丝加工的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过主轴与进给轴的同步运行进行攻丝加工的机床控制装置。一种机床的控制装置，该控制装置具备：数值控制部，其根据攻丝加工程序生成主轴指令以及进给轴指令；主轴控制部，其按照主轴指令来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，数值控制部使不依赖于主轴加工时的最高旋转速度且比加工时的最高旋转速度更高速的返回时速度指令值作为返回动作的指令包含在主轴指令中。

Description

攻丝加工的控制装置
技术领域
本发明涉及一种通过主轴和进给轴的同步运行进行攻丝加工的机床控制装置。
背景技术
在通过主轴和进给轴的同步运行进行攻丝加工的机床中，谋求维持加工精度并缩短周期时间的情况。例如，在日本特开平04-093114号公报中记载了如下内容：“例如该攻丝通过主轴的转速2000rpm进行到预定的Z轴深度。并且，当内螺纹被切削后，如果将攻丝返回比率与该2000rpm相乘后得到的转速例如比率为200％的话，则使主轴以4000rpm逆旋转”。
发明内容
在进行攻丝加工的机床中，一般考虑对攻丝刀具的负荷等并将加工时的主轴的转速设定为比较低速。即使在考虑对攻丝刀具的负荷等并将加工时的主轴的转速设定为比较低速的情况下，也希望缩短攻丝加工整体的周期时间。
本公开的一个方式为控制主轴和进给轴的同步运行的机床的控制装置，该控制装置具备：数值控制部，其根据攻丝加工程序生成主轴指令以及进给轴指令；主轴控制部，其按照上述主轴指令来控制上述主轴的旋转动作；旋转检测部，其检测上述主轴的旋转位置；以及进给轴控制部，其按照上述进给轴指令，根据上述旋转位置来控制上述进给轴的进给动作，上述数值控制部使不依赖于上述主轴加工时的最高旋转速度且比上述加工时的上述最高旋转速度更高速的返回时速度指令值作为从目标螺丝深度返回加工开始位置的返回动作的指令包含在上述主轴指令中。
附图说明
通过说明与附图关联的以下实施方式能够更加明确本发明的目的、特征以及优点。在相同附图中：
图1是表示第一实施方式所涉及的机床控制装置的结构的功能框图。
图2是表示第一实施方式所涉及的攻丝加工控制动作的流程图。
图3是表示第一实施方式所涉及的攻丝加工控制动作的动作模式的图表。
图4是表示构成为能够反映基于攻丝加工程序的用户指定的返回时最高旋转速度的攻丝加工控制动作的流程图。
图5是表示第二实施方式所涉及的攻丝加工控制动作的流程图。
图6是表示主轴电动机的速度-加速度特性曲线的图表。
图7是表示第二实施方式所涉及的攻丝加工控制动作的动作模式的图表。
图8是表示第三实施方式所涉及的机床控制装置的结构的功能框图。
图9是表示第三实施方式所涉及的攻丝加工控制动作的流程图。
图10是表示第三实施方式所涉及的攻丝加工控制动作的动作模式的图表。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。对于所有附图所对应的结构要素标注共通的参照标记。为了容易理解，适当变更这些附图的比例尺。另外，附图所示的方式是用于实施本发明的一个例子，本发明不限于图示的方式。
第一实施方式
图1是表示第一实施方式所涉及的机床控制装置10的结构的功能框图。就控制装置10而言，在通过主轴12与进给轴14的同步运行进行攻丝加工的机床(例如车床、钻床、加工中心)中，进给轴14在考虑通过攻丝加工程序P指定的螺纹间距的同时，控制以跟踪主轴12的旋转动作的方式进行动作的同步运行。虽然未图示，但是主轴12是设置在以加工所需要的速度使工件和把持刀具的把持部进行旋转运动的伺服电动机等的驱动装置上的控制轴。虽然未图示，但是进给轴14是设置在以加工所需要的速度使工件和支承刀具的支承部进行进给运动的伺服电动机等的驱动装置上的控制轴。例如在车床中，相对于由主轴12旋转的工件使刀具通过进给轴14进行直线进给，或者相对于刀具使由主轴12旋转的工件通过进给轴14进行直线进给。另外，在钻床中，相对于工件使由主轴12旋转的刀具通过进给轴14进行直线进给，或者相对于由主轴12旋转的刀具使工件通过进给轴14进行直线进给。无论哪种情况下，对动作中的加减速转矩比较有余量的进给轴14以跟踪对动作中的加减速转矩中比较没有余量的主轴12的方式进行动作，由此能够降低同步误差并提高加工精度。另外，在本实施方式以及后述的各实施方式中，机床的结构没有被特别限定。
控制装置10具备：数值控制部16，其根据攻丝加工程序P来生成主轴指令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，根据由旋转检测部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具备：程序解释部24，其解释攻丝加工程序P；主轴指令输出部26，其按照持续解释部24的解释生成主轴指令CS，并将主轴指令CS发送给主轴控制部18；以及进给轴指令输出部28，其按照持续解释部24的解释生成进给轴指令CF，并将进给轴指令CF发送给进给轴控制部22。数值控制部16能够具有公知的CNC装置的硬件结构。另外，关于控制装置10相关的上述基本结构的说明，即使在后述的其他实施方式中也同样被适用。
如以下详细说明那样，第一实施方式所涉及的控制装置10构成为，在攻丝加工的返回时，将不依赖于由攻丝加工程序指定的主轴加工时的速度指令的主轴电动机的无负荷时的容许最高旋转速度作为目标速度来控制主轴。
数值控制部10解释攻丝加工程序P，取得从加工开始位置(旋转位置)到目标螺纹深度(旋转位置)之间的主轴12的加工时最高旋转速度V0，并将该加工时最高旋转速度V0作为加工时的目标速度对主轴控制部18进行指令。另外，此时数值控制装置10从攻丝加工程序P中包括的攻丝加工动作条件(螺纹间距、螺纹深度等)中取得从加工开始位置到目标螺纹深度的主轴的总旋转量S0，并使该总旋转量S0包括在针对主轴控制部18的主轴指令CS中。作为一例，当攻丝加工程序P将主轴12的加工时最高旋转速度V0设为3000/min，包括加工螺纹间距1.25mm、螺纹深度30mm的内螺纹的指令时，从加工开始位置到目标螺纹深度之间的主轴12的总旋转量S0为30÷1.25＝24(rev)，所以主轴指令输出部使主轴指令CS包括V0＝3000(min-1)和S0＝24(rev)。
主轴控制部18使用由主轴检测部20检测出的主轴12的旋转位置(反馈值。以下记为“旋转位置FBS”)，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除了使用进给轴14的进给位置的反馈值，还使用主轴12的旋转位置FBS，通过反馈控制来控制跟踪主轴12的动作的进给轴14的进给动作。另外旋转检测部20能够根据检测主轴12的驱动装置的动作位置的编码器等的位置检测器(未图示)的输出来取得旋转位置FBS。
如图1所示，数值控制部16具有存储部25。存储部25中存储主轴电动机的无负荷时的容许最高转速即主轴的返回时最高旋转速度Vr。数值控制部16将返回时最高旋转速度Vr作为用于从目标螺纹深度拔出刀具的返回动作时的主轴目标速度来对主轴控制部18进行指令。这里需要注意所指令的返回时最高旋转速度Vr是不依赖于加工动作时(切削动作时)的主轴速度指令的主轴电动机的无负荷时的容许最高旋转速度的情况。
图2是表示第一实施方式所涉及的攻丝加工控制动作的流程图。在控制装置10的控制下执行图2的攻丝加工控制动作。如果开始攻丝加工控制动作，则数值控制部16解释攻丝加工程序P并取得加工时最高旋转速度V0和总旋转量S0，并将这些值指令给主轴控制部18(步骤S1)。接收了加工时最高旋转速度V0和总旋转量S0的主轴控制部18将加工时最高旋转速度V0作为目标速度开始加工动作(步骤S2)。这里，图3表示由主轴控制部18按照V0、S0执行主轴控制时的动作模式(主轴旋转速度的推移)的例子。图3中，纵轴表示主轴旋转速度，横轴表示时间。在从t0到t3的加工时的动作中，主轴控制部18使主轴电动机向着加工时最高旋转速度V0以固定的加速度A0进行加速。加工时最高旋转速度V0考虑对切削动作的刀具的负荷等并被设定为比较低的值，因此典型地理解为如图3所示，主轴旋转速度在加工开始后的比较短的时间到达加工时最高速度V0，平坦部分(转速固定的部分)为比较长的动作模式。
在时间t1中如果转速达到V0，则主轴控制部18在维持V0并且以绝对值与加速时相同的减速度(-A0)使主轴12从V0减速时计算达到总旋转量S0的时间t2。另外，图3的动作模式的t0-t3间的台形状部分的面积与总旋转量S0对应。因此，主轴控制部18能够决定减速开始的时间t2，使得图3的动作模式的t0-t3间的台形状部分的面积与总旋转量S0相等。主轴控制部18使主轴12以绝对值与加速时相同的减速度(-A0)从时间t2减速，在时间t3中达到目标螺纹深度(总旋转量S0)。
另外，作为加工时的加速度A0，能够采用根据主轴电动机的速度-加速度特性曲线来决定的方法和使用从攻丝加工程序等输入给数值控制部16的值的方法等各种方法。在第一实施方式中，关于加工时的加速度A0的指定可以使用任意的方法。
主轴控制部18在控制从主轴12的加工开始位置到目标螺纹深度为止的旋转动作期间，进给轴控制部22使用主轴12的旋转位置FBS以使进给轴14跟踪主轴12的动作的方式进行控制并进行进给动作。
在步骤S3中如果加工时的动作结束，则数值控制部16将存储在存储部25中的返回时最高旋转速度Vr指令给主轴控制部18(步骤S4)。从数值控制部16接收到返回时最高旋转速度Vr的主轴控制部18将返回时最高旋转速度Vr作为目标速度并开始主轴的返回动作(步骤S5)。图3的动作模式的时间t3～t5的部分表示返回时的动作。主轴控制部18使主轴12向着返回时最高旋转速度Vr例如以与加工时的加速度(A0)相同的加速度进行逆旋转，在主轴12的旋转量达到总旋转量S0的一半的时刻(时间t4)，使主轴电动机以与加速时相同的绝对值的减速度(-A0)进行减速。由此，在时间t5主轴返回到加工开始时的位置。如果主轴返回到加工开始位置，则本加工控制动作结束(步骤S6)。另外，在图3例示的返回动作中，t3到t5的三角形状的动作模式的面积与总旋转量S0对应。因此，主轴控制部18能够决定减速开始的时间t4，使得图3的动作模式的t3-t5间的三角形状部分的面积变得与总旋转量S0相等。
在图3的返回时的动作中，进行将返回时最高旋转速度Vr作为目标速度进行加速的控制，所以典型地如图3所示，以主轴旋转速度到达返回时最高旋转速度Vr之前的速度转为减速，并能够以到达总旋转量的三角形的动作模式进行控制。通过以这样的三角形的动作模式实现控制，能够避免速度成为固定的动作(即台形的动作模式)的情况，并在加速度固定的情况下使主轴12从目标螺纹深度的位置到动作开始位置为止以最快水平返回。即，在所加工的攻丝轨迹拔出刀具并将返回动作的速度提高到最大限，能够将攻丝加工的整体周期时间高速化。
在主轴控制部18控制从主轴12的目标螺纹深度到加工开始位置为止的旋转动作期间，进给轴控制部22使用主轴12的旋转位置FBS以使进给轴14跟踪主轴12的动作的方式进行控制并进行进给动作。
鉴于刀具的惯性和刚性，会有通过攻丝加工程序P由用户指定比较低速的主轴返回时最高旋转速度的情况。这种情况下，也可以构成为以能够反映通过攻丝加工程序P进行用户指定的比较低速的返回时最高旋转速度(以下记为返回时最高旋转速度Vr’)的方式进行控制。图4是表示作为图2的攻丝加工控制动作的变形例，在攻丝加工程序P中由用户指定了比较低速的返回时最高旋转速度Vr’时，能够反映用户指定的返回时最高旋转速度Vr’的控制的流程图。在图4的攻丝加工控制动作中，在与图2的攻丝加工控制动作的步骤相同的步骤中使用相同的标记来省略其说明。
在图4的攻丝加工控制动作中，作为加工时的动作进行与第一实施方式(图2)的攻丝加工控制动作的步骤S1～S3相同的控制。如果主轴12到达目标螺纹深度并结束加工时动作(步骤S3)，则数值控制部16判定是否通过攻丝加工程序P指定了返回时最高旋转速度Vr’(步骤S11)。在通过攻丝加工程序P指定了返回时最高旋转速度Vr’时(S11：是)，数值控制部16判定存储在存储部25中的返回时最高旋转速度Vr是否比通过攻丝加工程序P指定的返回时最高旋转速度Vr’更大(步骤S12)。当没有通过攻丝加工程序P指定返回时最高旋转速度Vr’时(S11：否)，数值控制部16将返回时最高旋转速度Vr指令给主轴控制部18(步骤S4)。
当返回时最高旋转速度Vr比通过攻丝加工程序P指定的返回时最高旋转速度Vr’更大时(S12：是)，攻丝加工程序P指定比主轴电动机的无负荷时的容许最高旋转速度低的速度作为返回时的目标速度。此时，数值控制部16将基于攻丝加工程序P的返回时最高旋转速度Vr’指令给主轴控制部18(步骤S13)。如果从数值控制部16接收返回时最高旋转速度Vr’，则主轴控制部18将返回时最高旋转速度Vr’作为目标速度来控制返回动作(步骤S14)。另外，在步骤S14的返回动作的控制相当于将在图2的步骤S5的返回动作时的目标速度即Vr置换为Vr’的动作，基本控制是相同的。
另一方面，当返回时最高旋转速度Vr在通过加工程序指定的返回时最高旋转速度Vr’以下时(S12：否)，数值控制部16将返回时最高旋转速度Vr指令给主轴控制部18(步骤S4)。如果接收到返回时最高旋转速度Vr，则主轴控制部18将返回时最高旋转速度Vr作为目标速度来控制返回动作(步骤S5)。此时的动作控制与图2的步骤S5的返回动作时的动作相同。如果主轴12返回到加工开始位置，则本攻丝加工控制动作结束(步骤S6)。
在主轴控制部18控制主轴12的加工时以及返回时的旋转动作期间，进给轴控制部22使用主轴12的旋转位置FBS以跟踪主轴12的动作的方式控制进给轴14并进行进给动作。
根据图4的攻丝加工控制动作，在由用户指定了比较低速的返回时最高旋转速度Vr’时，能够反映该情况并执行返回动作，并且在没有用户指定时能够得到上述图2的攻丝加工控制动作的效果。
第二实施方式
图5是表示第二实施方式所涉及的攻丝加工控制动作的流程图。另外，图5的攻丝加工控制动作通过具有图1所示的硬件结构的控制装置10来执行。在图5的攻丝加工控制动作中在与图2的攻丝加工控制动作的步骤相同的步骤中使用相同的标记并省略其说明。
在图5的攻丝加工控制动作中，作为加工时的动作进行与第一实施方式(图2)的攻丝加工控制动作的步骤S1～S3相同的控制。在主轴到达目标螺纹深度并结束加工时动作时(步骤S3)，数值控制部16如以下所说明的那样计算返回时速度vc以及加速度ac，将这些值vc、ac作为速度指令、加速度指令并对主轴控制部18进行指令(步骤S4a)。另外，决定返回时速度vc为返回时最高旋转速度Vr以下。
图6表示主轴电动机的速度-加速度特性曲线。图6中，横轴、纵轴分别表示主轴电动机的速度、加速度。另外，表示图6的速度-加速度特性曲线的数据可以预先存储在数值控制部16的存储部25内，或者由用户对数值控制装置10进行输入。在以固定加速度控制返回时动作时，如图7所示那样，没有产生固定速度区间的动作(三角形的动作模式)为最快动作。将图7的动作模式的最高旋转速度设为vc，将加速度设为ac。另外，作为攻丝加工动作条件，将根据目标螺纹深度×螺纹间距求出的返回时的主轴12的总旋转量设为S0。此时，在图7的最快速度中，以下的关系式成立。另外，在下述关系式中，t是从速度0的状态到达速度vc为止的时间(从速度vc返回速度0为止的时间)，S0是主轴的总旋转量。
(1/2)act2＝S0/2……(1)
act＝vc……(2)
根据上述公式(1)、(2)，ac、vc、S0的关系为以下。
vc 2/ac＝S0……(3)
数值控制部16根据图6的速度-加速度特性曲线来决定满足上述公式(3)的速度vc、加速度ac。但是，将vc≤Vr作为条件。例如，将图6的速度-加速度特性曲线上的点Pc决定为满足上述公式(3)的速度vc、加速度ac。
通过上述控制将返回时最高旋转速度Vr作为目标速度，能够实现加速度固定时的最快的返回动作(步骤S5a)。另外，由此能够最大限度地将攻丝加工的整体周期时间高速化。
在主轴控制部18控制主轴12的加工时以及返回时的旋转动作期间，进给轴控制部22使用主轴12的旋转位置FBS以跟踪主轴12的动作的方式来控制进给轴14并进行进给动作。
第三实施方式
图8是表示第三实施方式的控制装置10a的结构的功能框图。图8中，对与图1实施方式的控制装置相同的结构要素标注相同的标记，并省略其说明。
在本实施方式中，主轴指令输出部26a在攻丝加工开始之前，根据程序解释部24所解释的攻丝加工程序P的指令值取得从加工开始位置(旋转位置)到目标螺纹深度(旋转位置)之间的主轴12的总旋转量S0和最高旋转速度V0，将这些总旋转量S0和最高旋转速度V0作为主轴指令CS发送给主轴控制部18a。例如，与第一实施方式的情况同样，攻丝加工程序P将主轴12的最高旋转速度V0设为3000/min，包括加工螺纹间距1.25mm和螺纹深度30mm的内螺纹的指令时，主轴指令输出部26a将V0＝3000(min-1)和S0＝24(rev)通知给主轴控制部18a。
主轴控制部18a使用由旋转检测部20检测出的主轴12的旋转位置FBS，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除了使用进给轴14的进给位置的反馈值，还使用主轴12的旋转位置FBS，通过反馈控制来控制跟踪主轴12的动作的进给轴14的进给动作。
主轴控制部18a具备：初始动作控制部30，其将从主轴指令输出部26a发送的最高旋转速度V0(min-1)作为目标值，使主轴12从加工开始位置向目标螺纹深度以最大能力加速旋转；最大加速度检测部32，其在以最大能力的加速旋转中根据旋转位置FBS来检测最大加速度A0(min-1/s)；剩余旋转量检测部34，其根据从主轴指令输出部26a发送来的总旋转量S0(rev)和旋转位置FBS，检测从当前位置(旋转位置)到目标螺纹深度为止的主轴12的剩余旋转量Sr(rev)；当前速度检测部36，其根据旋转位置FBS来检测主轴12的当前速度Vc(min-1)；以及定位动作控制部38，其在以最大能力的加速旋转后，根据最大加速度A0、剩余旋转量Sr以及当前速度Vc，使主轴12以最大能力减速旋转并到达目标螺纹深度。在本实施方式中，定位动作控制部38构成为使主轴12以最大能力减速旋转并且在目标螺纹深度停止。
图9是表示第三实施方式所涉及的攻丝加工控制动作的流程图。另外，通过具有图8所示的硬件结构的控制装置10a来执行图9的攻丝加工控制动作。
在步骤S101，数值控制部16a对主轴控制部18a指令主轴12的总旋转量S0和加工时最高旋转速度V0。在步骤S102，主轴控制部18a(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)将加工时最高旋转速度V0作为目标速度使主轴12从加工开始位置以最大限度使用了驱动源(主轴电动机)的容许电流的最大能力来加速旋转并执行攻丝加工。期间，主轴控制部18a检测最大加速度A0，并且逐次检测从当前位置起的剩余旋转量Sr(步骤S103)。检测出的剩余旋转量Sr在每次被检测出时，由主轴控制部18a通知数值控制部16a。
在步骤S104，主轴控制部108a使用最大加速度A0、剩余旋转量Sr来进行到目标螺纹深度为止的位置控制。以下，说明典型的位置控制的动作例。主轴控制部108a(当前速度检测部36)在以最大能力的加速旋转中逐次检测当前速度Vc，每次检测时，判断当前速度Vc是否没有到达最高旋转速度V0。当Vc没有到达V0时，主轴控制部18a判断剩余旋转量Sr是否为总旋转量S0的1/2以下。在当前速度Vc到达最高旋转速度V0之前Sr成为S0的1/2以下时，主轴控制部108a使主轴12以最大限度使用了驱动源的容许电流的最大能力来减速旋转并继续执行攻丝加工。
这里如果参照图10，则作为典型的动作例，通过速度-时间曲线示出在当前速度Vc到达最高旋转速度V0之前剩余旋转量Sr为总旋转量S0的1/2以下时的主轴12的动作。图10中，Vb作为从开始运动到速度Vb为止能够以固定转矩加速(即固定加速度)的转速(例如伺服电动机的基础速度)被预先设定在主轴12中，例如能够作为控制用参数的一个存储在控制装置10a的存储部25中。
步骤S102的主轴12的最大能力的加速旋转在图10的时间T1以及T2来执行，在时间T1的固定加速度期间检测最大加速度A0。如果主轴12的转速超过Vb，则主轴12的加速度由于伺服电动机的特性而从最大加速度A0逐渐减少(参照图6)。在剩余旋转量Sr成为总旋转量S0的1/2(即从加工开始的旋转量为总旋转量S0的1/2)的时间点A，主轴12的动作从加速旋转变为减速旋转，在时间T3，执行主轴12以最大能力的减速旋转。在时间T3，将速度Vb作为目标值使主轴12从点A开始减速旋转，但是期间例如由于伺服电动机的特性，主轴12的减速度逐渐增加。在以最大能力的减速旋转中，主轴控制部18a(剩余旋转量检测部34、当前速度检测部36)逐次检测从主轴12的当前位置起的剩余旋转量Sr以及当前速度Vc。
接着，主轴控制部18a(定位动作控制部38)监视被逐次检测出的剩余旋转量Sr(rev)和当前速度(min-1)，通过以下公式求出从当前速度Vc(min-1)以与最大加速度A0(min-1/s)对应的最大减速度A0(负的值)减速时预测到Sr＝0(即到达目标螺纹深度)的情况的时间点B(图10)的位置作为从Sr＝0的点看到的剩余旋转量Sr(负的值)的绝对值。
根据公式：(Vc/60)2＝2×|A0|/60×|Sr|
|Sr|＝Vc2/|A0|/120
这里，在本实施方式中，将使主轴12从点B以固定的最大减速度A0进行减速的情况作为前提。因此在点B，主轴12的当前速度Vc为到达Vb的速度。即点B的位置|Sr|能够被作为
|Sr|＝Vb2/|A0|/120
来求出。
另外，在本实施方式中，主轴12的加速所需要的转矩(以下加速转矩)和减速所需要的转矩(以下减速转矩)相互相等。一般，主轴12的旋转中会产生机器结构上的负荷(电阻)，加速转矩变得比减速转矩大，所以当加速转矩和减速转矩相等时，如果以相同速度变化进行比较的话，以最大能力的加速时间变得比以最大能力的减速时间要长。因此，实际上主轴12在从点A减速后以比时间T2更短的时间到达速度Vb，此时的位置|Sr|为
|Sr|＞Vc2/|A0|/120，
之后，以固定速度Vb仅旋转极少时间，从而到达
|Sr|＝Vb2/|A0|/120的点B(图10)。
如果再次参照图10，则在步骤S104中，主轴控制部18a(定位动作控制部38)判断主轴12的当前位置的剩余旋转量的绝对值|Sr|是否满足|S r|＝Vb2/|A0|/120(即主轴12的旋转位置是否到达了点B)。当满足|Sr|＝Vb2/|A0|/120时，主轴控制部18a(定位动作控制部38)生成用于使主轴12以最大减速度A0减速旋转并到达Sr＝0的点(即目标螺纹深度)的指令(在一个实施方式中，用于在目标螺纹深度停止的指令)，并通过该指令来位置控制主轴12。当没有满足|Sr|＝Vb2/|A0|/120时，重复判断直到满足该等式为止。主轴12按照来自主轴控制部18a(定位动作控制部38)的指令，以最大减速度A0从点B向目标螺纹深度减速旋转并执行攻丝加工，在Sr＝0的时间点到达目标螺纹深度(在一个实施方式中，在目标螺纹深度停止)(步骤S105)。这样，在从点B到达目标螺纹深度为止的时间T4，主轴控制部18对主轴12进行位置控制。
在主轴控制部18控制主轴12从加工开始位置到目标螺纹深度为止的旋转动作的期间，进给轴控制部22使用主轴12的旋转位置FBS以跟踪主轴12的动作的方式控制进给轴14并进行进给动作。数值控制部16a在主轴控制部18控制从加工开始位置到目标螺纹深度为止的旋转动作的期间，监视从主轴控制部18通知的剩余旋转量Sr，并且在剩余旋转量Sr为第一预定值(接近零的极小值)以下时，判断为攻丝加工到达了目标螺纹深度。
在攻丝加工到达了目标螺纹深度后，在步骤S106～S110执行返回动作。在步骤S106，数值控制部16a根据由程序解释部24所解释的攻丝加工程序P的指令值取得从目标螺纹深度到返回结束位置之间的主轴12的总旋转量S0’。并且，数值控制部16a将总旋转量S0’和存储在存储部25中的返回时最高旋转速度Vr作为主轴指令CS发送给主轴控制部18a。另外，返回结束位置可以和加工开始位置相同，也可以和加工开始位置不同。当返回结束位置和加工开始位置相同时，总旋转量S0’与切削时的总旋转量S0相等。
在步骤S107，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)进行以下控制。初始动作控制部30将返回时最高旋转速度Vr作为目标速度使主轴12从目标螺纹深度向返回结束位置以最大限度使用了驱动源的容许电流的最大能力来加速逆旋转并执行返回动作。最大加速度检测部32在以最大能力的加速逆旋转中根据旋转位置FBS检测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’和旋转位置FBS逐次检测从当前位置到返回结束位置为止的主轴12的剩余返回旋转量Sr’(步骤S108)。检测出的剩余返回旋转量Sr’在每次被检测出时，由主轴控制部18a通知数值控制部16a。
在步骤S109，主轴控制部108a使用最大加速度A0、剩余旋转量Sr来进行到加工开始位置为止的位置控制。这里，作为典型动作的一例，进行以下的位置控制。主轴控制部108a(当前速度检测部36)在以最大能力的加速逆旋转中根据旋转位置FBS逐次检测逆旋转的当前速度Vc’，每次检测时，判断当前速度Vc’是否没有到达返回时最高旋转速度Vr。当Vc’没有到达Vr时，主轴控制部18a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。在当前速度Vc’到达返回时最高旋转速度Vr之前Sr’成为S0’的1/2以下时，主轴控制部18a使主轴12以最大限度使用了驱动源的容许电流的最大能力来减速逆旋转并继续执行返回动作。
另外，在步骤S109，主轴控制部18a(定位动作控制部38)判断主轴12的当前位置的剩余返回旋转量Sr’的绝对值|Sr’|是否满足|Sr’|＝V b2/|A0’|/120。当满足|Sr’|＝Vb2/|A0’|/120时，主轴控制部18a(定位动作控制部38)生成用于使主轴12以最大减速度A0’减速逆旋转并在Sr’＝0的点(即返回结束位置)停止的指令，并通过该指令位置控制主轴12。当没有满足|Sr’|＝Vb2/|A0’|/120时，重复判断直到满足该等式为止。主轴12按照来自主轴控制部18a(定位动作控制部38)的指令，以最大减速度A0’向返回结束位置减速逆旋转并执行返回动作，在Sr’＝0的时间点停止(步骤S110)。
在主轴控制部18控制主轴12从目标螺纹深度到返回结束位置为止的逆旋转动作期间，进给轴控制部22使用主轴12的旋转位置FBS以使进给轴14跟踪主轴12的动作的方式进行控制并进行逆进给动作。数值控制部16a在主轴控制部18控制从目标螺纹深度到返回结束位置为止的逆旋转动作的期间，监视从主轴控制部18通知的剩余返回旋转量Sr’，并且在剩余旋转量Sr’为第二预定值(接近零的极小值)以下时，判断为结束返回动作并且刀具从工件上拔出。
可以通过与图10所示的加工动作同样的速度-时间曲线来表示上述主轴12的返回动作。如图10所示，在到达目标螺纹深度的瞬间，主轴12的当前速度Vc为零，但是进一步主轴12按照主轴控制部18a(定位动作控制部38)的指令，维持最大减速度A0并产生逆旋转的加速度A0，通过使当前速度Vc(负的值)逐渐增加的加速逆旋转，经过时间T7来开展从目标螺纹深度向点C的返回动作。
能够任意设定主轴12的点C的位置。例如如图10所示，能够将与在切削动作中以最大减速度A0开始减速旋转的点B相同的位置设为点C。此时的点C成为从目标螺纹深度仅逆旋转了相当于|Sr|＝Vb2/|A0|/120的旋转量的位置。根据该结构，如图10所示，能够通过除了速度标记相反以外而实质相同的速度-时间曲线来表示从加工开始经过点B到达目标螺纹深度为止的主轴12的切削动作(时间T1～T4)、从目标螺纹深度经过点C到达返回结束位置为止的主轴12的返回动作(时间T7～T10)。即，主轴12在时间T7，与以时间T1的固定最大加速度A0进行加速旋转相同地，以固定的加速度A0进行加速逆旋转。
在图10所示的例子中，主轴12在到达预定的旋转位置(点C)后，逆旋转的当前速度超过Vb(负的值)，因此在以最大能力的加速逆旋转中，例如通过伺服电动机的特性，主轴12的逆旋转的加速度从A0逐渐减少(时间T8)。在剩余返回旋转量Sr’成为总返回旋转量S0’的1/2(即来自目标螺纹深度的旋转量为总旋转量S0’的1/2)的时间点D，主轴12的动作从加速逆旋转变为减速逆旋转，在时间T9，主轴12执行以最大能力的减速逆旋转。
接着，主轴控制部18a(定位动作控制部38)判断主轴12的当前位置的剩余返回旋转量Sr’的绝对值|Sr’|是否满足|Sr’|＝Vb2/|A0’|/120(即主轴12的旋转为止是否到达了点E(图10))。当满足|Sr’|＝Vb2/|A0’|/120时，主轴控制部18a(定位动作控制部38)生成用于使主轴12以最大减速度A0’(与时间T7的逆旋转加速度A0对应的值)减速逆旋转并在Sr’＝0的点(即返回结束位置)停止的指令，并通过该指令控制控制主轴12。主轴12按照来自主轴控制部18a(定位动作控制部38)的指令，以最大减速度A0’向返回结束位置减速逆旋转并执行返回动作，在Sr’＝0的时间点停止。
根据上述实施方式，能够将返回动作时主轴电动机的无负荷时的容许最高旋转速度即返回时最高旋转速度Vr作为目标速度来控制主轴12。因此，能够以最快动作执行主轴的返回动作。另外，由此能够将攻丝加工的整体周期时间最大限度地高速化。
以上，说明了本发明的实施方式，但是本领域技术人员能够理解可以不脱离后述的权利要求书的公开范围来进行各种修正以及变更。
在上述实施方式中，成为将主轴电动机的无负荷时容许最高旋转速度应用为返回时最高旋转速度Vr的结构，但是作为该返回时最高旋转速度Vr，可以不依赖于主轴加工时的做高转速并且使用比加工时的最高旋转速度更高速的值，从而使返回动作高速化。
另外，为了解决本公开的课题能够提供以下各种方式及其效果。另外，以下方式的说明文括号内的编号与本公开附图的参照标记对应。
例如，本公开的第一方式为控制主轴(12)与进给轴(14)的同步运行的机床控制装置(10)，其具备：数值控制部(16)，其根据攻丝加工程序(P)生成主轴指令以及进给轴指令；主轴控制部(18)，其按照上述主轴指令来控制上述主轴(12)的旋转动作；旋转检测部(20)，其检测上述主轴(12)的旋转位置；以及进给轴控制部(22)，其按照上述进给轴指令，根据上述旋转位置来控制上述进给轴(14)的进给动作，上述数值控制部(16)使不依赖于上述主轴(12)加工时的最高旋转速度且比上述加工时的上述最高旋转速度更高速的返回时速度指令作为从目标螺纹深度返回加工开始位置的返回动作的指令包括在上述主轴指令中。
根据上述第一方式，能够不依赖加工时主轴的最高旋转速度而高速地执行主轴的返回动作。
另外，本公开的第二方式为上述第一方式的控制装置(10)，还具备存储驱动上述主轴的驱动源的无负荷时的容许最高旋转速度的存储部(25)，上述数值控制部使存储在上述存储部(25)中的上述驱动源的无负荷时的上述容许最高旋转速度作为上述返回时速度指令值包含在上述主轴指令中。
另外，本公开的第三方式为上述第二方式的控制装置(10)，上述数值控制部(16)判定是否通过上述攻丝加工程序(P)来指定上述主轴(12)的返回时最高旋转速度，在通过上述攻丝加工程序(P)指定上述主轴(12)的上述返回时最高旋转速度时，并且当通过上述攻丝加工程序(P)指定的上述返回时最高旋转速度比上述驱动源的无负荷时的上述容许最高旋转速度低时，使通过上述攻丝加工程序(P)指定的上述返回时最高旋转速度作为上述返回时速度指令值而包含在上述主轴指令中。
另外，本公开的第四方式为上述第一方式的控制装置(10)，上述数值控制部(16)根据攻丝加工动作条件以及驱动上述主轴的驱动源的速度-加速度特性来求出在加速度固定时上述返回动成为最快的上述主轴的返回时速度和返回时加速度，使上述返回时速度作为上述返回时速度指令值包含在上述主轴指令中，并且使上述返回时加速度包含在上述主轴指令中。
另外，本公开的第五方式为上述第二方式的控制装置(10)，上述数值控制部(16)根据上述攻丝加工程序(P)取得从上述加工开始位置到上述目标螺纹深度之间的上述主轴(12)的总旋转量和加工时最高旋转速度，并且将该总旋转量和该加工时最高旋转速度作为加工动作的上述主轴指令发送给上述主轴控制部(18a)，上述主轴控制部(18a)具备：初始动作控制部(30)，其将上述加工时最高旋转速度作为目标速度，使上述主轴(12)从上述加工开始位置向上述目标螺纹深度以最大限度使用了上述驱动源的容许电流的最大能力加速旋转；最大加速度检测部(32)，其在以上述最大能力的加速旋转中根据上述旋转位置来检测最大加速度；剩余旋转量检测部(34)，其根据上述总旋转量和上述旋转位置，检测从当前位置到上述目标螺纹深度为止的上述主轴的剩余旋转量；当前速度检测部(36)，其根据上述旋转位置来检测上述主轴(12)的当前速度；以及定位动作控制部(38)，其在以上述最大能力的加速旋转后，根据上述最大加速度、上述剩余旋转量、以及上述当前速度，使上述主轴(12)以最大能力减速旋转并到达上述目标螺纹深度，在上述返回动作中，上述初始动作控制部(30)将上述驱动源的无负荷时的上述容许最高旋转速度作为目标速度，使上述主轴(12)从上述目标螺纹深度向上述加工开始位置以最大限度使用了上述驱动源的容许电流的最大能力加速逆旋转，上述最大加速度检测部(32)在以上述最大能力的加速逆旋转中根据上述旋转位置来检测上述最大加速度，上述剩余旋转量检测部(34)根据上述总旋转量和上述旋转位置，检测从当前位置返回上述加工开始位置为止的上述主轴(12)的剩余旋转量，上述定位动作控制部(38)在以上述最大能力的加速逆旋转后，根据上述最大加速度、上述剩余旋转量、以及上述当前速度，使上述主轴(12)以最大能力减速逆旋转并到达上述加工开始位置。

Claims (3)

1.一种控制装置，其是控制主轴与进给轴的同步运行的机床的控制装置，其特征在于，
该控制装置具备：
数值控制部，其根据攻丝加工程序生成主轴指令以及进给轴指令；
主轴控制部，其按照上述主轴指令来控制上述主轴的旋转动作；
旋转检测部，其检测上述主轴的旋转位置；以及
进给轴控制部，其按照上述进给轴指令，根据上述旋转位置来控制上述进给轴的进给动作，
上述数值控制部为了使不依赖于上述主轴加工时的最高旋转速度且比上述加工时的上述最高旋转速度更高速的返回时速度指令值作为从目标螺纹深度返回加工开始位置的返回动作的指令而包含在上述主轴指令中，根据攻丝加工动作条件以及驱动上述主轴的驱动源的速度-加速度特性来求出在加速度恒定时上述返回动作成为最快速的上述主轴的返回时速度和返回时加速度，使上述返回时速度作为上述返回时速度指令值而包含在上述主轴指令中，并且使上述返回时加速度包含在上述主轴指令中。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
上述速度-加速度特性预先存储在上述数值控制部的存储部内或由用户输入。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
上述数值控制部根据上述攻丝加工程序取得从上述加工开始位置到上述目标螺纹深度之间的上述主轴的总旋转量和加工时最高旋转速度，并且将该总旋转量和该加工时最高旋转速度作为加工动作的上述主轴指令发送给上述主轴控制部，
上述主轴控制部具备：
初始动作控制部，其将上述加工时最高旋转速度作为目标速度，使上述主轴从上述加工开始位置向上述目标螺纹深度以最大限度使用了上述驱动源的容许电流的最大能力加速旋转；
最大加速度检测部，其在以上述最大能力的加速旋转中根据上述旋转位置来检测最大加速度；
剩余旋转量检测部，其根据上述总旋转量和上述旋转位置，检测从当前位置到上述目标螺纹深度为止的上述主轴的剩余旋转量；
当前速度检测部，其根据上述旋转位置来检测上述主轴的当前速度；以及
定位动作控制部，其在以上述最大能力的加速旋转后，根据上述最大加速度、上述剩余旋转量、以及上述当前速度，使上述主轴以最大能力来减速旋转并到达上述目标螺纹深度，
在上述返回动作中，
上述初始动作控制部将上述返回时速度作为目标速度，使上述主轴从上述目标螺纹深度向上述加工开始位置以最大限度使用了上述驱动源的容许电流的最大能力的上述返回时加速度加速逆旋转，
上述最大加速度检测部在以上述最大能力的加速逆旋转中根据上述旋转位置来检测上述最大加速度，
上述剩余旋转量检测部根据上述总旋转量和上述旋转位置，检测从当前位置返回到上述加工开始位置为止的上述主轴的剩余旋转量，
在以上述最大能力的加速逆旋转后，上述定位动作控制部根据上述最大加速度和上述剩余旋转量和上述当前速度，使上述主轴以最大能力减速逆旋转并到达上述加工开始位置。
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