CN110362033A - 机床的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机床的控制装置，不依赖于螺纹切削的加工方法而能够切碎碎屑。该机床的控制装置具备：摇摆条件计算部，其根据来自对工件进行车削加工的刀具的上次的加工路径的向工件的直径方向的进刀量以及向工件的圆周方向的错位量，计算能够切碎由于车削加工而产生的碎屑的摇摆振幅以及摇摆方向；摇摆指令生成部，其根据摇摆条件计算部计算出的摇摆振幅以及摇摆方向，生成使工件和刀具相对摇摆的摇摆指令；以及加法器，其将为了进行上述工件的车削加工而使工件和刀具相对移动的移动指令与摇摆指令相加。

Description

机床的控制装置
技术领域
本发明涉及一种进行螺纹加工的机床的控制装置。特别涉及一种在切削螺纹时能够有效地进行碎屑的切碎的机床的控制装置。
背景技术
通过各种方法来执行螺纹加工。例如，使用具备了多个轴的机床来协调多个轴地进行螺纹加工的情况较多。这种螺纹加工通过螺旋状地车削加工圆柱状的工件表面来实现。在圆柱状的工件的表面重复该车削加工，从而最终形成图4那样的充分深的螺纹沟10，作为整体而完成螺纹12的加工。
图5表示车削加工过程中的状态。如图5中的P所示，通过以切削刀具16在工件14上的预定轨迹10a(螺纹沟10的位置)上多次切削，来进行针对工件14的螺纹沟10的切削。图5是刚刚开始切削的状态，螺纹沟10还是较浅的状态。通过多次重复切削形成较深的螺纹沟10(参照图4)并完成最终的螺纹12。另外，如图5所示，轨迹10a也存在于工件14的背面，为了容易理解背面的轨迹10a，用虚线来表示。另外，图5中，根据其性质，为了方便而用与螺纹沟10相同的线来表示轨迹10a。
图5中，工件14被安装在主轴18上并进行旋转。如用包围主轴18的圆形的箭头C所示那样进行旋转。这里将用箭头C表示的旋转坐标轴称为C轴。即，C轴是表示围绕主轴的角度的角度坐标。
切削刀具16在旋转中的工件14的表面的轨迹10a上进行移动时，切削加工螺纹沟10。因此，切削刀具16与工件14的C轴方向的旋转同步，并且需要沿着工件14的长度方向的坐标轴即Z轴(参照图5)进行移动。箭头Z表示Z坐标轴(以下称为Z轴)的方向。
通过这种Z轴方向切削刀具16的移动，所谓螺旋状的螺纹沟10被切削而形成螺纹12。如果切削刀具16的Z轴方向的移动较快，则螺纹10描绘更陡峭的螺旋，当切削刀具16的Z轴方向的移动较慢时，螺纹10描绘更加平缓的螺旋。
如上所述，多次进行切削，最初形成较浅的螺纹沟10，每次重复切割多次时，形成更深的螺纹沟10。即，控制切削刀具16按照各切削的次数慢慢地在与工件14的表面垂直的方向的X坐标轴(参照图5)方向进行移动，慢慢地在较深的位置对工件14进行切削。箭头X表示X坐标轴(以下称为X轴)的方向。通过这样的控制，最终完成图4所示的螺纹12。
即使在这样的螺纹加工中，也需要适当地进行碎屑的切碎处理。为此提出了各种的技术。例如，专利文献1公开了一种技术，在通过多次进刀加工进行螺纹加工的装置中，针对驱动轴的移动重叠振动，在各个进刀加工中错开振动相位偏移量。根据该装置，按照每个切口适当地调整振动的相位，从而能够切碎因振动造成的碎屑。
另外，专利文献2中公开以下装置，该装置具备：使得在工件的直径方向往返振动的单元；以及振动设定单元，其设定伴随着往返振动的各个进刀加工时的振动模式，使得在预定的进刀加工时的切削加工部分中部分地包括其他进刀加工造成的切削完毕的部分。记载了通过这样的直径方向的摇摆来切碎切削中的碎屑。
专利文献
专利文献1：日本专利第5851670号公报
专利文献2：国际公开第2016/056526号
发明内容
在此，图6表示现有的通过向直径方向的摇摆进行螺纹加工的情况。图6是图5的切削刀具16前端部的A部的放大图。图6中，C轴为相对于图大致面向垂直方向的坐标轴。X轴、Z轴是与图5相同的方向。如图6所示，切削刀具16按照X轴的速度指令进行沿着X轴的往返运动。这是向直径方向的摇摆，图6表示了其摇摆方向19。
如上所述，在螺纹加工中，切削刀具16通过对工件14多次进行切削，而慢慢加深螺纹沟。例如在图6中，表示第一路径的切削加工的切削刀具16的轨迹20。在该例子中，使用角刀那样的尖端形状的切削刀具16，轨迹20成为大致具有直角的截面的轨迹20(参照图6)。另外，如图6所示，该接下来的第二路径的轨迹22位于X轴方向更深的部位。这样，按照每个路径更深地进行切削加工，从而形成螺纹沟10。
另外，向X轴方向的摇摆19由进刀和退刀组成。进刀是切削刀具16向接近工件14的方向摇摆，退刀是切削刀具16向离开工件14的方向摇摆。尤其是通过进刀，螺纹沟10被切削到预定的深度。
图7表示从图6的箭头D方向观察到的图。C轴是旋转坐标轴，因此准确地说是成为描绘圆弧的坐标轴，但是在图6的狭小范围中，如图7所示那样能够近似地作为直线的坐标进行表示。如图7所示，在现有技术中，当切削刀具16向加工方向(C轴方向)移动时，如上述那样施加X轴方向(工件14的直径方向)的摇摆动作。随着切削加工的进行，切削刀具16的轨迹移动到工件14的更深的位置，因此与第一路径的轨迹20相比，第二路径的轨迹22位于更深的位置。这里，在X轴上将接近作为工件14的旋转中心的主轴的中心的一方表现为更“深”，在X轴上将离开工件14的中心并更接近表面的一方表现为更“浅”。此时，设定第二路径的轨迹22的摇摆的相位，使得在该进刀加工(第二路径)时被切削加工的部分中部分地包括通过其他进刀加工(第一路径的切削加工)而切削完毕的部分。在该部分中，如图7所示会产生空转J，从而能够切碎碎屑。
图8表示从图7的箭头E观察到的图。与图7同样，C轴近似地表示为直线的坐标。图8中，第一路径的轨迹20通过相距切削刀具16的刀刃宽度K1的量的2条山脊来表示，是所谓的切口。如至此所说明的那样，施加了X轴方向的摇摆，所以是与图7等同样进行振动的形状。第二路径的轨迹22通过相距切削刀具16的刀刃宽度K2的量的2条山脊来表示。刀刃宽度K2比刀刃宽度K1宽是因为第二路径的切削加工在更深的位置进行切削加工。该第二路径的轨迹22也会由于X轴方向的摇摆而形成与图7等同样进行振动的形状。
如上所述，设定第二路径的轨迹22的摇摆的相位，使得在该进刀加工(第二路径)时被切削加工的部分中部分地包括通过其他的进刀加工(第一路径的切削加工)而切削完毕的部分。因此，如图8所示在该部分中会产生空转J，从而能够切碎碎屑。另外，图8中，描绘切削刀具16所跟踪的加工路径24，从工件14的表面观察时(从X轴方向观察时)，关于该加工路径24，第一路径和第二路径都是相同的线。这是因为第一路径和第二路径只是深度(X轴方向的位置)不同，Z轴上的位置和C轴上的位置是同样的。
但是，在只将这种直径方向的摇摆加到螺纹加工中的现有技术中，根据加工方法不同而碎屑的切碎变得困难。上述图6～图8说明的例子是通过径向进给(Radial Infeed)(直角进刀)进行的螺纹加工方法，但是例如在侧向进给(Flank Infeed)(单刃进刀)的加工方法中，会有只在直径方向的摇摆中碎屑的切碎变得困难的情况。以下，使用图9～图11说明其理由。
图9表示将说明了径向进给的动作的图6置换为适用于侧向进给的情况的例子。图9的切削加工的第一路径的轨迹20和第二路径的轨迹22在该位置向Z轴方向偏离这一点与图6不同。即，在侧向进给中，第一路径和第二路径的加工路径不仅是X轴方向的值(即深度)不同，Z轴方向的值也不同。对此在上述现有技术中，摇摆只是工件14的直径方向(即X轴方向)。图9中，表示第一路径的摇摆方向19和第二路径的摇摆方向19b，但是哪一个都是X轴方向的摇摆。图10表示从箭头F观察图9的图。该图10是与上述图7对应的图。换言之，将侧向进给适用于图7的图是图10。图10中，表示代替空转J而没有空转的J1这点与图7不同。该J1在X轴方向看起来是在空转，但是在第一路径和第二路径的加工路径与纸面正交的方向(Z轴方向)相互错开所以没有空转，而结果为无法切碎碎屑。
另外，图11表示从图10的箭头G观察到的图。图11是将侧向进给适用于上述图8的图。图11中也与图8相同，第一路径的轨迹20通过相距切削刀具16的刀刃宽度K1的量的2条山脊来表示。第一路径的轨迹20被施加了X轴方向的摇摆，因此切削宽度根据切削的深度而不同。因此，第一路径的轨迹20也是进行振动的形状。第二路径的轨迹22通过相距切削刀具16的刀刃宽度K2的量的2条山脊来表示，是与第一路径的轨迹20同样进行振动的形状的轨迹。这里，刀刃宽度K2比刀刃宽度K1宽是因为第二路径的切削加工在更深的位置进行切削加工。并且，如该图11所示，在侧向进给的加工方法中，第一路径的加工路径和第二路径的加工路径不仅在X轴方向错开在Z轴方向也错开，因此如果是径向进给，则有时空转的部分成为没有空转的J1的结果而无法切碎碎屑。
本发明鉴于上述内容而提出的，其目的为提供一种不依赖于螺纹切削的加工方法而能够切碎碎屑的机床的控制装置。
(1)本发明为一种机床的控制装置(例如后述的控制装置100)，通过对工件(例如后述的工件214)进行车削加工来执行螺纹加工，该机床的控制装置具备：摇摆条件计算部(例如后述的摇摆条件计算部102)，其根据来自对上述工件进行车削加工的刀具(例如后述的切削刀具16、216)的上次的加工路径的向上述工件的直径方向的进刀量(例如后述的进刀量L1)以及向上述工件的圆周方向的错位量(例如后述的错位量L2)，计算能够切碎由于上述车削加工而产生的碎屑的摇摆振幅以及摇摆方向；摇摆指令生成部(例如后述的摇摆指令生成部104)，其根据上述摇摆条件计算部计算出的上述摇摆振幅以及上述摇摆方向，生成使上述工件和上述刀具相对摇摆的摇摆指令；以及加法器(例如后述的第二加法器110)，其将为了进行上述工具的车削加工而使上述工件和上述刀具相对移动的移动指令与上述摇摆指令相加。
(2)上述摇摆条件计算部计算上述摇摆振幅以及上述摇摆方向，使得在使上述工件和上述刀具相对摇摆的车削加工中部分地包括上述上次的加工路径的车削完毕的部分。
(3)上述摇摆指令生成部在最后的加工路径中不输出上述摇摆指令。
根据本发明，能够提供一种不依赖于螺纹切削的加工方法而能够切碎碎屑的机床的控制装置。
附图说明
图1是本实施方式的机床的控制装置的结构框图。
图2是表示本实施方式的使用了径向进给以外的加工方法(侧向进给)时的动作例的说明图。
图3是表示本实施方式的使用了径向进给以外的加工方法(侧向进给)时的动作例的其它的说明图。
图4是通过螺纹加工生成的螺纹的外观图。
图5是表示为了生成螺纹而执行螺纹加工过程中的情形的说明图。
图6是图5的A部的放大图，是X轴方向的摇摆即工件与切削刀具之间的相对摇摆，并且是包括工件的直径方向的摇摆时的螺纹加工的说明图。
图7是从图6的箭头D观察到的图，是包括工件的直径方向的摇摆时的螺纹加工的说明图。
图8是从图7的箭头E观察到的图，是包括工件的直径方向的摇摆时的螺纹加工的说明图。
图9是图5的A部的放大图，是表示在包括工件的直径方向的摇摆时并且在适用侧向进给时的螺纹加工的动作的说明图。
图10是从图9的箭头F观察时的、表示包括工件的直径方向的摇摆时且在适用了侧向进给时的螺纹加工的动作的说明图。
图11是从图10的箭头G观察到的图，表示包括工件的直径方向的摇摆时且适用了侧向进给的螺纹加工的动作的说明图。
附图标记的说明
10、10a：螺纹沟；12：螺纹；14、214：工件；16、216：切削刀具；18：主轴；19：摇摆方向；20、220：第一路径的刀具轨迹；22、222：第二路径的刀具轨迹；100：控制装置；102：摇摆条件计算部；104：摇摆指令生成部；106：第一加法器；110：第二加法器；112：控制部；120：电动机；224a：第一路径的加工路径；224b：第二路径的加工路径；C：C轴；J、J2：空转；J1：无法空转的部分；K1、K2：刀刃宽度；L1：进刀量；L2：错位量；X：X轴；Z：Z轴。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的一个实施方式。
图1表示本实施方式的机床的控制装置100的结构框图。该控制装置100从上位的各种控制装置接收移动指令等，输出用于驱动机床的电动机120的驱动指令，来控制机床。
如图1所示，控制装置100具备摇摆条件计算部102、摇摆指令生成部104、第一加法器106、第二加法器110以及控制部112。控制装置100可以是所谓的伺服控制装置。控制装置100的上述的各个结构可以由记述其动作的程序、执行该程序的CPU构成。另外，通过计算机构成控制装置100，并且该计算机的CPU执行记述了控制装置100的各个结构的功能的程序，从而可以实现各个结构。
摇摆条件计算部102从外部输入加工程序，基于该加工程序至少计算摇摆振幅和摇摆方向。在本实施方式中，根据所输入的加工程序的内容将这次的加工路径与上次的加工路径进行比较，求出从上次的加工路径向工件的直径方向(X轴方向)的进刀量、从上次的加工路径向工件的圆周方向(Z轴方向)的错位量。并且，根据这些来计算能够切碎由于车削加工而产生的碎屑的摇摆振幅和摇摆方向。
更具体地说，摇摆条件计算部102根据从上次的加工路径向工件的直径方向(X轴方向)的进刀量、从上次的加工路径向工件的圆周方向(Z轴方向)的错位量来计算摇摆振幅以及摇摆方向，使得部分地包括上次加工路径的车削完毕的部分。
在本实施方式中，具备这样的摇摆条件计算部102，从而通过加工路径的比较来计算摇摆振幅和摇摆方向。这样，能够可靠地切碎由于车削加工而产生的碎屑。其结果为，与只简单地在X轴方向(工件的直径方向)控制摇摆的现有技术相比，能够实现可灵活地对应各种加工方法的摇摆。
加工程序是记述针对该工件214进行的车削加工的动作的程序，因此如果检查该加工程序，则能够获知切削加工时的各个加工路径的位置关系。因此，摇摆条件计算部102如上述那样比较这次的加工路径和上次的加工路径，能够获知对工件的直径方向(X轴方向)的进刀量、对工件的圆周方向(Z轴方向)的错位量。加工程序可以通过各种接口提供给摇摆条件计算部102。图1中，记载了从控制装置100的外部接受供给，但是加工程序也可以被存储在控制装置100的内部。
摇摆条件计算部102能够由记述了这种动作的程序、执行该程序的CPU以及输入加工程序的输入接口构成。另外，如上所述，当将加工程序存储在控制装置100内时，则并不需要输入接口。
摇摆指令生成部104生成在对工件214例如进行螺纹加工时与各轴的移动指令重叠的摇摆指令。摇摆指令生成部104根据由摇摆条件计算部102计算出的摇摆振幅和摇摆方向，生成指令这种摇摆的摇摆指令。
另外，摇摆指令生成部104关于摇摆频率(或周期)，可以从未图示的外部输入并生成摇摆指令，也可以预先被内部保存在摇摆指令生成部104中。例如，摇摆频率(或者周期)可以作为主轴旋转数量的常数倍。另外，摇摆例如也可以通过正弦波进行，但是如果是周期的信号，则可以是三角波等。这些摇摆条件可以经由预定的输入接口来输入。例如操作人员可以通过键盘和鼠标来输入，也可以从其他计算机经由预定的通信接口来输入摇摆条件。
该摇摆指令生成部104也能够由记述了摇摆指令生成部104的动作的程序、执行该程序的CPU构成。另外，也可以包括输入摇摆条件的预定接口。
第一加法器106输入从上述上位的控制装置提供的移动指令。该移动指令是被分配给自身装置(控制装置100)的移动指令。第一加法器106从该移动指令减去从机床的电动机120发送来的位置反馈值，并输出减法运算后的移动信号。这样，能够进行所谓的反馈控制。第一加法器106也能够由记述了该动作的程序和执行该程序的CPU构成。
第二加法器110将第一加法器106计算出的结果与摇摆指令相加，输出最终的移动信号。这样，能够在移动指令上加上摇摆。第二加法器110也能够由记述了该动作的程序和执行该程序的CPU构成。
控制部112输入由第二加法器110加上了摇摆指令后的移动指令。然后，控制部112根据该加法运算后的移动指令的位置以及偏差生成用于驱动电动机120的驱动指令。控制部112也能够由记述了该动作的程序和执行该程序的CPU构成。该驱动指令虽然被提供给机床的电动机120，但是为输出给驱动机床的各轴的电动机120的指令。
本实施方式的控制装置100的特征之一为，为了切碎螺纹加工时的碎屑，根据螺纹加工方法使工件314和切削刀具216相对摇摆。由于是相对的摇摆，因此工件214也可以停止而切削刀具216运动，也可以切削刀具216停止而工件214运动。另外，双方也可以同时运动。以下以对切削刀具216施加摇摆的情况为主进行说明，但是也可以构成为工件214侧进行摇摆。在现有技术中，只进行了工件214的直径方向的摇摆，但是根据本实施方式，根据加工方向控制摇摆的振幅和方向，所以能够可靠地进行碎屑的切碎。
图2表示本实施方式的螺纹加工的情况。图2是从与表示现有技术的图9同样的方向观察工件214的图，与图9同样，是放大了图5的A部的图。与图9同样，在图2中也表示采用了侧向进给的加工方法的情况。
在该加工方法(侧向进给)中，第一路径的切削加工后，作为角刀的切削刀具216以使其刀刃前端的一面滑行的方式进行移动(不是边移动边切削)。即，一般在Z轴方向错开一边将切削刀具216配置在更深的位置，在配置后进行第二路径的切削加工(参照图2)。
本实施方式的特征为，根据第一路径的刀具轨迹220、第二路径的刀具轨迹222来求出摇摆振幅、摇摆方向。现有技术(参照图9)中，不管加工方法如何，始终只是X轴方向(工件214的直径方向)的摇摆，但是在本实施方式中，根据第一路径的刀具轨迹220、第二路径的刀具轨迹222来求出摇摆振幅、摇摆方向，所以能够根据所适用的加工方法使机床进行能够可靠地切碎碎屑的将摇摆方向和摇摆振幅设为条件的摇摆切削。
例如，如果根据图2的例子，比较第一路径的刀具轨迹220和第二路径的刀具轨迹222，第二路径的刀具轨迹222在X轴方向(直径方向)中切削进刀量L1的较深的位置，在Z轴方向(圆周方向)切削错开了错位量L2的位置。这里，错位量L2由向量来表示，不仅能够取得正的值也能够取得负的值。这样，根据错位量L2能够判断将摇摆方向设为+Z轴方向还是设为-Z轴方向。
因此，本实施方式的摇摆条件计算部102根据这些进刀量L1和错位量L2来计算摇摆振幅和摇摆方向。例如，根据进刀量L1和错位量L2来判明第一路径的刀具轨迹220与第二路径的刀具轨迹222之间的距离，所以考虑将摇摆振幅与其距离成正比地进行计算。另外，根据进刀量L1和错位量L2来判明从第一路径的刀具轨迹220相对于第二路径的刀具轨迹222的方向，所以考虑使该方向与摇摆方向一致。例如通过这样，摇摆条件计算部102能够计算第二路径的切削加工的摇摆振幅和摇摆方向。其结果，如图2的摇摆方向219所示，能够以也在Z轴方向摇摆的方式来计算摇摆振幅和摇摆方向。
从图2的箭头H观察到的图与现有技术的图7相同。另外，图3表示从图2的箭头I观察到的图。该图3是与图11同样适用了侧向进给的例子，但是不同点在于在第二路径的切削加工中施加了图2所示的倾斜的摇摆。
图3中，首先，第一路径的刀具轨迹220和图11的第一路径的刀具轨迹20相同。另外，图3的第一路径的加工路径224a也与图11的加工路径24a相同。图3的第二路径的刀具轨迹222与图11的第二路径的刀具轨迹22不同，更接近第一路径的刀具轨迹220。这是因为如图2所示，在该例子中在第二路径的刀具轨迹222上施加了倾斜方向的摇摆。其结果，如图3所示，在J2部产生空转，能够切碎碎屑。在本实施方式中，一边这样地切碎碎屑一边进刀，之后，进行螺纹加工。这样，由于施加了倾斜的摇摆，因此第二路径的加工路径224b与图11的加工路径24b不同，而形成振动的轨迹，但是附图为了说明的方便而夸张地进行描绘，而实际上几乎成为直线。
根据本实施方式，摇摆条件计算部102根据上次的加工路径(第一路径的刀具轨迹)和这次的加工路径(第二路径的刀具轨迹)，求出从上次的加工路径向X轴方向的进刀量和Z轴的错位量，并根据这些来计算摇摆振幅和摇摆方向。其结果，即使是适用各种加工方法的情况下，也能够在加工路径上可靠地设置空转的部分，所以能够可靠地进行碎屑的切碎。换言之，能够不依赖于螺纹加工方法来实现能够切碎碎屑的控制装置100。因此，根据本实施方式，根据径向进给(直角进刀)、侧向进给(单刀进刀)、交替进给(交错进刀)等任意一种螺纹加工方法都能够切碎碎屑。
以上，详细说明了本发明的一个实施方式，但是不过是表示实施本发明时的具体例，本发明的技术范围不限定于上述实施方式。本发明在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更，这些也全部包括在本发明的技术范围内。
在上述实施方式中，说明了对切削刀具216的移动指令施加了摇摆指令的例子，但是也包括施加到工件214侧的情况。另外，也可以是施加到其他轴上的情况。
另外，在上述实施方式中，作为切削刀具216说明了角刀的例子，但是也可以是其他形状的切削刀具。
进一步，在上述实施方式中，说明了伴随螺纹加工的摇摆的切削加工的例子，但是也可以最后执行不伴随摇摆的切削加工。不伴随摇摆进行成品处理，更加提高加工精度。因此，摇摆指令生成部104能够在最后的切削加工中不输出摇摆指令。另外，摇摆指令生成部104也可在最后的切削加工中输出值为0的摇摆指令。这里，值为0表示不摇摆。

Claims (3)

1.一种机床的控制装置，通过对工件进行车削加工来执行螺纹加工，其特征在于，
该机床的控制装置具备：
摇摆条件计算部，其根据来自对上述工件进行车削加工的刀具的上次的加工路径的向上述工件的直径方向的进刀量以及向上述工件的圆周方向的错位量，计算能够切碎由于上述车削加工而产生的碎屑的摇摆振幅以及摇摆方向；
摇摆指令生成部，其根据上述摇摆条件计算部计算出的上述摇摆振幅以及上述摇摆方向，生成使上述工件和上述刀具相对摇摆的摇摆指令；以及
加法器，其将为了进行上述工件的车削加工而使上述工件和上述刀具相对移动的移动指令与上述摇摆指令相加。
2.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其特征在于，
上述摇摆条件计算部以在使上述工件和上述刀具相对摇摆的车削加工中部分地包括上述上次的加工路径的车削完毕的部分的方式来计算上述摇摆振幅以及上述摇摆方向。
3.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其特征在于，
上述摇摆指令生成部在最后的加工路径中不输出上述摇摆指令。
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