CN112008485A - 数值控制装置以及机床 - Google Patents

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Abstract

本发明提供数值控制装置以及机床。该数值控制装置能够容易地抑制任意一个加工系统的工具摆动对其他加工系统的加工产生的不良影响。本公开一个方式的数值控制装置具备分别使工具作用于工件而进行加工的多个加工系统，根据加工程序控制机床，该机床在至少一个上述加工系统中能够进行使上述工具相对于上述工件的相对速度周期性地发生变化的工具摆动，该数值控制装置具备：条件变更部，其在通过任意一个上述加工系统新开始加工时，在其他上述加工系统进行上述工具摆动的有无与上述新开始的加工不同的加工的情况下，根据从上述加工程序导出的条件来变更上述新开始的加工或上述工具摆动的有无不同的加工的条件。

Description

数值控制装置以及机床
技术领域
本发明涉及数值控制装置以及机床。
背景技术
具有使工具相对于作为加工对象的工件进行相对旋转的主轴以及使工具相对于工件在平行于主轴的旋转轴的方向上进行相对移动的进给轴，使用使主轴及进给轴协同动作并通过工具对工件进行切削加工的例如车床那样的机床。这样的机床一般由数值控制装置控制主轴、进给轴以及其他驱动轴。
在车床等机床中，通常工具的刀尖会连续切削工件表面的材料，因此根据工件材质，被切削的材料会变成细长的碎屑(切削粉)，有可能会缠绕在工具上而阻碍工件的加工。对此，例如如专利文献1所记载那样，已知使用数值控制装置，以预定的振动次数使工具相对于工件进行往复移动的进行工具摆动的摆动切削。在摆动切削中，工具通过工具摆动而定期地使工具脱离工件，因此碎屑以固定长度被切断。
另外，例如专利文献2所记载那样，能够使多个工具同时作用于一个工件来提高加工效率的机床、或能够通过使工具分别作用于多个工件来同时进行多个加工的机床，即具备多个使工具作用于工件的加工系统的机床也被实用化。
专利文献1：日本特开2011-248473号公报
专利文献2：日本特开平1-150909号公报
发明内容
在专利文献2中，提出使用等待指令和相对指令来生成程序，上述等待指令在检测指定的系统内的动作后开始程序内所设定的动作，上述相对指令指定包含进行相对动作的可动轴的系统，进一步具有修正该相对动作量的命令。这样，能够防止一个系统的加工动作干扰其他系统的加工动作，但是生成这样的程序的方法要求操作员具有高度的熟练度。
特别是在具有能够进行摆动切削的多个加工系统的机床中，由于一个加工系统的摆动而引起的振动有可能会降低其他加工系统中的加工精度。在要求加工精度的情况下，进行使工具不摆动的非摆动切削，但如果在附近的加工系统中进行摆动切削，则担心由于工具摆动引起的振动而进行非摆动切削的加工系统中的加工精度有可能变得不充分。因此，希望能够容易地抑制任意一个加工系统的工具摆动对其他加工系统的加工产生不良影响的数值控制装置和机床。
本公开一个方式的数值控制装置具备使工具分别作用于工件而进行加工的多个加工系统，并按照加工程序控制机床，该机床在至少一个上述加工系统中能够进行使上述工具相对于上述工件的相对速度周期性地发生变化的工具摆动，该数值控制装置具备：条件变更部，其在通过任意一个上述加工系统新开始加工时，在其他上述加工系统进行上述工具摆动的有无与上述新开始的加工不同的加工的情况下，根据从上述加工程序导出的条件来变更上述新开始的加工或上述工具摆动的有无不同的加工的条件。
本公开的数值控制装置能够容易地抑制任意一个加工系统的工具摆动对其他加工系统的加工产生的不良影响。
附图说明
图1是表示本公开的一个实施方式的机床的结构的示意图。
图2是表示图1的机床的加工的一例的时序图。
图3是表示本公开的其他实施方式的机床的结构的示意图。
图4是表示本公开的另一实施方式的机床的结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本公开的实施方式。图1是表示本公开的一个实施方式的机床100的结构的示意图。
机床100具备分别使工具T作用于工件W并进行切削加工的第一加工系统S1和第二加工系统S2、控制第一加工系统S1和第二加工系统S2的数值控制装置1。该机床100是使用不同的工具T将作为加工对象的两个工件W分别进行切削加工的所谓的平行2主轴车床。机床100在第一加工系统S1及第二加工系统S2中，可以进行通过进行使工具T相对于工件W的相对速度周期性地变化的工具摆动来切断碎屑的摆动切削、以及不进行工具摆动而使工具T相对于工件W的相对速度保持为固定的非摆动切削。
另外，一般在对工件W进行切削加工的情况下，为了排除碎屑缠绕而成为故障的危险性，通过进行工具摆动的摆动切削将碎屑切短是有效的。然而，当进行摆动切削时，有可能由于工具摆动而使机床100振动，从而加工精度降低。因此，在能够容许由工具摆动造成的振动所引起的加工误差的情况下，选择摆动切削，假设仅在要求高加工精度到无法容许由工具摆动造成的振动所引起的加工误差的情况下，选择非摆动切削。
第一加工系统S1以及第二加工系统S2分别具有使工具T相对于工件W进行相对旋转(在本实施方式中旋转工件W)的主轴Ac、使工具T相对于工件W在与主轴Ac的旋转轴平行的方向上进行相对移动(在本实施方式中移动工具T)的进给轴Az以及使工具T相对于工件W在主轴Ac的直径方向上进行相对移动(在本实施方式中移动工具T)的切入轴Ax这3个控制轴。在第一加工系统S1和第二加工系统S2中，通过对进给轴Az的驱动速度进行工具摆动来实现摆动切削。另外，第一加工系统S1和第二加工系统S2可以分别具有检测振动的振动传感器D。
数值控制装置1根据加工程序控制机床100，即第一加工系统S1和第二加工系统S2。该数值控制装置1本身是本公开的数值控制装置的一个实施方式。
数值控制装置1具备：程序解析部2，其解析加工程序并导出第一加工系统S1以及第二加工系统S2的加工条件；条件变更部3，其将程序解析部2导出的第一加工系统S1以及第二加工系统S2的加工条件进行变更；第一加工控制部4，其按照程序解析部2导出的条件或通过条件变更部变更后的条件来控制第一加工系统S1；以及第二加工控制部5，其按照程序解析部2导出的条件或通过条件变更部变更后的条件来控制第二加工系统S2。
数值控制装置1可以通过使具有CPU、存储器等的计算机装置执行适当的控制程序来实现。另外，数值控制装置1的各构成要素可以在功能上被区分，也可以不在物理结构和程序结构中能够明确地区分。
程序解析部2解析加工程序，计算确定第一加工系统S1以及第二加工系统S2的各个主轴Ac、进给轴Az以及切入轴Ax的每个时间的目标值的加工条件。作为程序解析部2计算出的加工条件，包含主轴Ac的转速、不包含进给轴Az的摆动成分的基本进给速度、进给轴Az的周期性变化的摆动成分的振幅及频率、切入轴Ax的切入速度、加工开始时刻等。
条件变更部3在通过第一加工系统S1以及第二加工系统S2中任意一个新开始切削加工时，在另一个加工系统进行有无工具摆动与新开始的加工不同的加工时，根据从加工程序导出的条件来变更新开始的加工或工具摆动的有无不同的加工条件。即，条件变更部3在第一加工系统S1以及第二加工系统S2中的一方进行摆动切削，另一方进行非摆动切削的情况下，通过变更任意一个加工条件，抑制由工具摆动产生的振动引起的非摆动切削的加工精度的降低。
条件变更部3构成为具有在新开始的加工进行工具摆动时变更加工条件的第一变更部31、在新开始的加工没有进行工具摆动时变更加工条件的第二变更部32。
第一变更部31具有：第一等待部311，其将新开始的伴随工具摆动的摆动切削的开始延迟到未进行工具摆动的非摆动切削结束后，即变更加工开始时刻；或者第一摆动调整部312，其变更工具摆动的幅度和频率中的至少一个以便降低新开始的摆动切削的由工具摆动造成的振动。
第一等待部311优选在一方加工系统中进行的非摆动切削结束时，不隔时间地在另一方加工系统中开始摆动切削。这是因为如果不开始摆动切削，则不会担心对已经进行的非摆动切削产生不良影响，不存在应该在非摆动切削结束后空出时间的理由。
非摆动切削的结束可以根据从数值控制装置1的第一加工控制部4对第一加工系统S1输入的指令信号或者从第二加工控制部5对第二加工系统S2输入的伺服指令信号来判断，也可以根据从第一加工系统S1或第二加工系统S2到数值控制装置1的伺服反馈信号来判断，还可以根据分别设置在第一加工系统S1和第二加工系统S2中并检测在第一加工系统S1和第二加工系统S2中的加工状态的传感器的检测值来判断。
第一摆动调整部312通过减小工具摆动的频率相对于主轴Ac的转速的倍率以及工具摆动的振幅相对于主轴Ac每旋转一次的工具T的进给量的倍率的至少任意一个，来降低通过工具摆动产生的机床100的振动。第一摆动调整部312构成为根据工具摆动的振幅以及频率来预测由工具摆动产生的振动的大小。工具摆动的振幅及频率与产生的振动的大小之间的关系依赖于机床100的结构的部分较大，所以能够经验性地定义相关关系。当预期的振动的大小超过预定阈值时，第一摆动调整部312将上述工具摆动的频率的倍率以及振幅的倍率减小一定量，再次预测所产生的振动的大小。这样，第一摆动调整部312确定能够将由工具摆动产生的振动的大小降低到预定的阈值以下的加工条件，并指示变更为控制新进行摆动切削的加工系统的第一加工控制部4或第二加工系统S2的加工条件。
但是，在摆动切削中，如果工具T描绘在工件W的表面上的轨迹没有与主轴Ac的1周交叉1次以上，则无法切断碎屑，因此第一摆动调整部312进行的振动的降低是有限度的。因此，第一变更部31构成为，首先确认能否通过第一摆动调整部312充分降低产生的振动，在通过第一摆动调整部312能够充分降低产生的振动的情况下，即使在其他加工系统中进行非摆动切削，也能够在第一摆动调整部312决定的条件下开始摆动切削，并且在通过第一摆动调整部312不能充分降低产生的振动时，通过第一等待部311将条件变更为在其他加工系统中进行的非摆动切削结束后开始摆动切削。
第二变更部32具有：第一等待部321，其变更新开始的非摆动切削的加工开始时刻以便将新开始的非摆动切削的开始延迟到进行工具摆动的摆动切削结束后；以及第二摆动调整部322，其变更已经进行的摆动切削的工具摆动的幅度和频率中的至少任意一个以便降低由已经进行的摆动切削的工具摆动产生的振动。
第二等待部321优选在一个加工系统中进行的摆动切削结束时，等待摆动切削造成的振动充分衰减后，在另一个加工系统中开始非摆动切削。
关于摆动切削的结束，可以根据从数值控制装置1的第一加工控制部4输入到第一加工系统S1的指令信号或者从第二加工控制部5输入到第二加工系统S2的伺服指令信号来判断，也可以根据从第一加工系统S1或第二加工系统S2对数值控制装置1的伺服反馈信号来判断，还可以根据分别设置在第一加工系统S1和第二加工系统S2中并检测第一加工系统S1以及第二加工系统S2中的加工状态的传感器的检测值来判断。
另外，关于摆动切削造成的振动的衰减，可以在经过了根据结束的摆动切削的条件计算出的时间时，判断为振动已衰减，也可以在经过了预先决定的一定时间时判断为振动已衰减，还可以通过振动传感器D进行确认。在通过振动传感器D确认振动的衰减的情况下，如果摆动切削未结束，则振动不会衰减，所以也可以不确认摆动切削的结束而只确认振动的衰减。另外，振动的衰减可以根据设置在新开始非摆动切削的加工系统中的振动传感器D的检测值来判断，在振动传感器D的检测精度较低的情况下，也可以根据设置在进行结束了的摆动切削的加工系统中的振动传感器D的检测值来判断。在根据设置在进行结束了的摆动切削的加工系统中的振动传感器D的检测值来判断的情况下，由于机床100的结构，振动的传导可能不对称，因此可以将在第一加工系统S1中新开始摆动切削时的第二加工系统S2的振动传感器D的检测值的阈值和在第二加工系统S2中新开始非摆动切削时的第一加工系统S1的振动传感器D的检测值的阈值设定为不同的值。
第二摆动调整部322通过减小工具摆动的频率相对于主轴Ac的转速的倍率以及工具摆动的振幅相对于主轴Ac每旋转一次的工具T的进给量的倍率的至少任意一个，降低工具摆动产生的机床100的振动。与第一摆动调整部312同样地，第二摆动调整部322预测在每次变更加工条件(工具摆动的频率和频率)时产生的振动的大小，确定能够将工具摆动产生的振动的大小降低到预定的阈值以下的加工条件后，指示变更为控制进行已经进行的摆动切削的加工系统的第一加工控制部4或第二加工系统S2的加工条件。
第二变更部32也和第一变更部31同样地，首先确认能否通过第二摆动调整部322充分降低产生的振动，在通过第二摆动调整部322能够充分降低产生的振动的情况下，将已经进行的摆动切削的加工条件变更为第二摆动调整部322决定的条件，在通过第二摆动调整部322不能够充分降低产生的振动的情况下，通过第二等待部321将条件变更为在其他加工系统中进行的摆动切削结束后开始非摆动切削。
第一加工控制部4存储程序解析部2从加工程序导出的加工条件，并按照该加工条件控制第一加工系统S1的动作。另外，能够通过条件变更部3改写第一加工控制部4所存储的加工条件。
与第一加工控制部4同样地，第二加工控制部5存储程序解析部2从加工程序导出的加工条件，并按照该加工条件控制第二加工系统S2的动作。另外，能够通过条件变更部3改写第二加工控制部5所存储的加工条件。
接着，说明机床100的第一加工系统S1以及第二加工系统S2中的切削加工的进程。图2是机床100中的切削加工的时序图。图2的上侧表示通过程序解析部2从不考虑摆动切削造成的振动的影响而生成的加工程序导出的加工定时的一个例子，图2的下侧表示通过条件变更部3变更上段条件后的加工定时。
在该例子中，在第一加工系统S1中，按照该顺序进行工具T对第一加工开始位置的定位、第一摆动切削、工具T对第二加工开始位置的定位、第二摆动切削以及使工具T原点恢复的第三定位。另一方面，在第二加工系统S2中，按照该顺序进行工具T对加工开始位置的定位、非摆动切削以及使工具T原点恢复的第二定位。
在由程序解析部2导出的条件下，在第一加工系统S1中进行摆动切削时，在第二加工系统S2中开始非摆动切削，在第二加工系统S2中进行非摆动切削时，在第一加工系统S1中开始第二摆动切削。如果在这样的条件(定时)下进行两个加工系统S1和S2的加工，则由于在第一加工系统S1中进行的第一和第二摆动切削而产生的振动，在第二加工系统S2中进行的非摆动切削的加工精度有可能降低。
因此，条件变更部3追加使第二加工系统S2的非摆动切削的开始延迟到第一加工系统S1的摆动切削结束并振动衰减为止的等待，并且，追加使第一加工系统S1的第二摆动切削的开始延迟到第二加工系统S2的非摆动切削结束的等待。可以适当防止由第一加工系统S1的摆动切削引起的振动使第二加工系统S2中的非摆动切削的精度下降的情况。
这样，数值控制装置1中，条件变更部3自动地插入适当的等待时间或变更加工条件，所以操作员不会担心第一加工系统S1的切削加工和第二加工系统S2的切削加工之间的相互影响而能够生成加工程序。另外，在操作员在加工程序中记述等待指令的情况下，由于计算适当的等待时间很复杂，所以有可能指定比需要更长的时间，但是条件变更部3通过插入等待时间，能够确保加工精度的同时，能够在必要最小限的时间内进行切削加工。
以上说明了本公开的数值控制装置和机床的实施方式，但是本公开的数值控制装置和机床不限于上述实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只是列举了本公开产生的最优的效果，本公开的数值控制装置及机床的效果不限于本实施方式所记载的效果。
本公开的机床也可以如图3所示的机床100A那样，具备使多个工具T同时作用于单一的工件W的多个加工系统S1、S2以及控制这些加工系统S1、S2的数值控制装置1。即，本公开的数值控制装置所控制的多个加工系统可以使分别不同的工具作用于单一的工件。
本公开的机床可以是如具备图4所例示的3个加工系统S1、S2、S3的机床100B那样具备3个以上的加工系统。此时，本公开的数值控制装置的条件变更部只确认新开始加工的加工系统附近的振动容易传播的一部分加工系统的状态，变更新开始加工的加工系统或在确认中进行工具摆动的有无不同的加工的加工系统的条件。
本公开的机床可以是使多个旋转工具作用于工件来进行切削加工的多轴加工中心，也可以是使多个研磨工具或工件周期性地速度变化的多轴研磨装置，也可以是使多个工件和电极(工具)之间的距离发生变化的多轴放电加工装置。因此，本公开的数值控制装置可以应用于这种多样的机床的控制。
条件变更部可以只具有第一变更部和第二变更部中的任意一个。例如，在没有从后面开始摆动切削和非摆动切削中任意一个的情况下等，不需要第一变更部或第二变更部。
第一变更部可以只具有第一等待部和第一摆动调整部中任意一方，第二变更部可以只具有第二等待部和第二摆动调整部中任意一方。
第二变更部可以不等待工具摆动造成的振动的衰减而开始非摆动切削。根据装置结构，振动的衰减率大，即使在摆动切削结束后立即开始非摆动切削也没有问题。
符号说明
1：数值控制装置、2：程序解析部、3：条件变更部、4：第一加工控制部、5：第二加工控制部、31：第一变更部、32：第二变更部、100：机床、311：第一等待部、312：第一摆动调整部、321：第二等待部、322：第二摆动调整部、D：振动传感器、S1：第一加工系统、S2：第二加工系统、T：工具、W：工件。

Claims (6)

1.一种数值控制装置，其具备使工具分别作用于工件而进行加工的多个加工系统，并根据加工程序控制机床，该机床在至少一个上述加工系统中能够进行使上述工具相对于上述工件的相对速度周期性地发生变化的工具摆动，其特征在于，
该数值控制装置具备：条件变更部，其在通过任意一个上述加工系统新开始加工时，在其他上述加工系统进行上述工具摆动的有无与上述新开始的加工不同的加工的情况下，根据从上述加工程序导出的条件来变更上述新开始的加工或上述工具摆动的有无不同的加工的条件。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
在上述新开始的加工进行上述工具摆动时，上述条件变更部变更上述新开始的加工条件，以便将上述新开始的加工的开始延迟到不进行上述工具摆动的加工结束后，或者降低上述新开始的加工的由上述工具摆动造成的振动。
3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
上述条件变更部还具备：第二变更部，其在上述新开始的加工不进行上述工具摆动时，变更上述新开始的加工的条件以便将上述新开始的加工的开始延迟到进行上述工具摆动的加工结束后，或者变更进行上述工具摆动的加工的条件以便降低进行上述工具摆动的加工的由上述工具摆动造成的振动。
4.根据权利要求3所述的数值控制装置，其特征在于，
上述第二变更部变更上述新开始的加工或进行上述工具摆动的加工的条件，以便在进行上述工具摆动的加工结束后由上述工具摆动造成的振动进一步衰减之后，开始不进行上述工具摆动的加工。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的数值控制装置，其特征在于，
上述条件变更部根据分别设置在上述加工系统中的传感器的检测值，来判断上述新开始加工的上述加工系统外的上述加工系统进行的加工状态。
6.一种机床，其特征在于，
该机床具备：
权利要求1～5中任意一项所述的数值控制装置；以及
多个加工系统，其由上述数值控制装置控制，使工具作用于工件而进行加工。
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