CN112130524A - 数值控制装置、程序记录介质以及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数值控制装置、程序记录介质以及控制方法，其能够防止切削速度变得过大。本公开一个方式的数值控制装置具备：基准速度计算部，其计算遵从加工程序的上述主轴的转速即主轴速度以及遵从上述加工程序的上述进给轴的移动速度即进给速度；摆动指令计算部，其根据上述主轴速度、上述进给速度以及预先设定的摆动频率倍率，计算出对上述进给轴的指令重叠的周期性的变动成分即摆动指令；设定取得部，其取得上述摆动指令的频率的上限值；以及调整部，其调整上述摆动指令的频率，或者调整上述主轴速度以及上述摆动频率倍率中的至少任意一个，以便使上述摆动指令的频率不超过上述上限值。
Description
技术领域
本发明涉及数值控制装置、程序记录介质以及控制方法。
背景技术
目前，使用一种例如车床那样的机床，该车床具有使切削工具或作为加工对象的工件旋转的主轴以及使切削工具相对于工件进行相对移动的进给轴，使主轴以及进给轴协同动作并通过切削工具对工件进行切削加工。这种机床大多是通过数值控制装置来控制主轴、进给轴以及其他驱动轴。
另外，在车床等机床上，通常切削工具的刀尖会连续刮取工件表面的材料，因此根据工件的材质，被刮取的材料会变成细长的切削屑(切屑)，有可能会缠绕在切削工具上从而阻碍工件的加工。与此相对，例如如专利文献1所述，已知以下一种技术，使用数值控制装置，进行以预定的振动次数使切削工具相对于工件进行往复移动的摆动切削。在摆动切削中，通过使切削工具进行往复移动，切削工具会定期离开工件，因此切削屑会以一定长度被切断。
专利文献1：日本特开2018-94690号公报
发明内容
如上所述，在进行使切削工具进行往复移动的摆动切削时，切削工具的摆动周期根据主轴的旋转周期来确定，并且切削工具的摆动振幅根据切削工具的进给速度来确定。摆动切削中的切削速度成为基于主轴旋转的圆周速度、工具的进给速度和用于摆动切削的往复移动速度重叠后得到的速度。具体地，切削速度的最大值V[mm/s]使用工具的进给速度v1[mm/s]、工件W的直径L[mm]、主轴速度f1[rev/s]、每次旋转进给量F[mm/rev]、摆动频率f2[Hz]以及适当设定的常数即摆动振幅倍率k1表示为V＝v1+π·L·f1+(k1·F)/2·2π·f2。
即，可知切削速度V根据摆动频率f 2而发生变化。
一般来说，根据切削工具以及工件的材质等各种条件来限制能够进行适当切削的切削速度的范围。如果切削速度过大，可能会产生由于颤振的发生造成的工件加工面粗糙、机床的驱动机构的过负荷或疲劳、切削工具的异常损耗等各种故障。因此，希望一种通过抑制摆动频率能够防止切削速度变得过大的技术。
本公开的一个方式的数值控制装置控制机床，该机床具有使切削工具或作为加工对象的工件旋转的主轴以及使上述切削工具相对于上述工件进行相对移动的进给轴，并使上述主轴以及上述进给轴协同动作，通过上述切削工具对上述工件进行切削加工，该数值控制装置具备：基准速度计算部，其计算遵从加工程序的上述主轴的转速即主轴速度以及遵从上述加工程序的上述进给轴的移动速度即进给速度；摆动指令计算部，其根据上述主轴速度、上述进给速度以及预先设定的摆动频率倍率，计算出对上述进给轴的指令重叠的周期性的变动成分即摆动指令；设定取得部，其取得上述摆动指令的频率的上限值；以及调整部，其调整上述摆动指令的频率，或者调整上述主轴速度以及上述摆动频率倍率中的至少任意一个，以便使上述摆动指令的频率不超过上述上限值。
本公开的另一方式的程序记录介质非临时性地存储控制机床的控制程序，该机床具有使切削工具或作为加工对象的工件旋转的主轴以及使上述切削工具相对于上述工件进行相对移动的进给轴，并使上述主轴以及上述进给轴协同动作，通过上述切削工具对上述工件进行切削加工，上述控制程序具备：基准速度计算控制部，其计算遵从加工程序的上述主轴的转速即主轴速度以及遵从上述加工程序的上述进给轴的移动速度即进给速度；摆动指令计算控制部，其根据上述主轴速度、上述进给速度以及预先设定的摆动频率倍率，计算出对上述进给轴的指令重叠的周期性的变动成分即摆动指令；设定取得控制部，其取得上述摆动指令的频率的上限值；以及调整控制部，其调整上述摆动指令的频率，或者调整上述主轴速度以及上述摆动频率倍率中的至少任意一个，以便使上述摆动指令的频率不超过上述上限值。
本公开的又一方式的控制方法控制机床，该机床具有使切削工具或作为加工对象的工件旋转的主轴以及使上述切削工具相对于上述工件进行相对移动的进给轴，并使上述主轴以及上述进给轴协同动作，通过上述切削工具对上述工件进行切削加工，该方法具备以下工序：计算遵从加工程序的上述主轴的转速即主轴速度以及遵从上述加工程序的上述进给轴的移动速度即进给速度的工序；根据上述主轴速度、上述进给速度以及预先设定的摆动频率倍率，计算出对上述进给轴的指令重叠的周期性的变动成分即摆动指令的工序；取得上述摆动指令的频率的上限值的工序；以及调整上述摆动指令的频率，或者调整上述主轴速度以及上述摆动频率倍率中的至少任意一个，以便使上述摆动指令的频率不超过上述上限值的工序。
根据本公开的数值控制装置、程序记录介质以及控制方法，能够防止切削速度变得过大。
附图说明
图1是表示具备本公开一个实施方式的数值控制装置的机床的结构的框图。
图2是表示图1的机床进行加工时的工件表面的切削工具的轨迹的图。
图3是表示图1的机床的摆动切削的控制顺序的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本公开的实施方式。图1是表示具备本公开一个实施方式的数值控制装置1的机床100的结构的框图。
机床100是使用切削工具T对作为加工对象的工件W进行切削加工的NC车床。机床100具有使切削工具T或工件W旋转(在本实施方式中旋转工件W)的主轴Ac、使切削工具T相对于工件W在与主轴Ac的旋转轴平行的方向上相对移动(在本实施方式中移动切削工具T)的进给轴Az以及使切削工具T相对于工件W在主轴Ac的直径方向上相对移动(在本实施方式中移动切削工具T)的切入轴Ax这3个控制轴。因此，机床100具有驱动这些控制轴Ac、Az、Ax的驱动电动机(主轴电动机Mc、进给轴电动机Mz以及切入轴电动机Mx)以及对各个驱动电动机Mc、Mz、Mx施加驱动电流的伺服放大器(主轴放大器Sc、进给轴放大器Sz以及切入轴放大器Sx)。
数值控制装置1控制机床100，以便使主轴Ac、进给轴Az以及切入轴Ax协同动作，通过切削工具T对工件W进行切削加工。数值控制装置1具备程序存储部11、数据存储部12、设定取得部13、基准速度计算部14、摆动指令计算部15、调整部16、驱动输出部17以及输入装置18。
数值控制装置1是实施本公开的控制方法的装置。另外，数值控制装置1例如可以通过使具有CPU、存储器等的计算机装置读入本公开的控制程序来实现。本公开的控制程序可以被记录在非临时记录介质中来提供。数值控制装置1的各结构部在功能上被区分，也可以不用在物理结构以及用于实现数值控制装置1的控制程序的结构中进行明确区分。
程序存储部11存储从外部输入的加工程序。加工程序例如通过G代码等来记述。数值控制装置1根据加工程序来控制机床100的控制轴Ac、Az、Ax，从而将机床W加工为期望的形状。
数据存储部12存储工件W的加工所需要的一般信息。作为存储在数据存储部12中的信息，例如可以包含定义了多个工件W的材质和多个切削工具T的种类的每个组合中的摆动频率f2[Hz]的上限值(f2limit[Hz])的表等。
设定取得部13参照程序存储部11和数据存储部12的信息，取得所使用的切削工具T以及工件W的组合中的摆动频率的上限值f2 limit。另外，设定取得部13参照程序存储部11以及数据存储部12的信息，取得在后述的摆动指令计算部15中使用的参数的初始值、通过调整部16调整的参数的优先顺序等。
基准速度计算部14计算按照加工程序的主轴Ac的转速即主轴速度(f1[rev/s])以及按照加工程序的进给轴Az的移动速度即进给速度(v1[mm/s])。更详细地说，基准速度计算部14计算在没有根据加工程序中记述的工件W的加工形状进行摆动控制的情况下成为最适合的主轴速度f1以及进给速度v1。
摆动指令计算部15根据基准速度计算部14计算出的主轴速度f1以及进给速度v1、设定取得部13取得的参数，计算相对于进给速度v1重叠的周期性变动成分即摆动指令(vo(t)[m])。具体而言，摆动指令计算部15将摆动指令vo(t)计算为振幅为摆动振幅r[mm]、频率为摆动频率f2的正弦波状的指令。
通过将预先设定的摆动振幅倍率k1乘上进给速度v1除以主轴速度f1后得到的值来计算摆动振幅r。即，r＝(k1·v1/f1)/2表示。另外，通过将预先设定的摆动频率倍率k2乘以主轴速度f1来计算摆动频率f2。即，摆动频率f2表示为f2＝k2·f1。
此外，切削速度是工具的进给速度(v1)、工件W的圆周速度(π×L×f1)以及工具的摆动速度(r×2π×f2)之和(L是工件的直径[mm])。即，切削速度的最大值V[mm/s]表示为V＝v1+π·L·f1+r·2π·f2。或者，可以使用主轴速度f1和摆动频率倍率k2表示为V＝v1+π·L·f1+r·2π·k2·f1。
将切削工具T的进给轴Az方向的位置表示为进给速度v1的积分值以及摆动指令vo(t)的合计。如果将此表示为针对主轴Ac的旋转角度的变化，则如图2所示，主轴Ac的第n次旋转时的切削工具T的轨迹和主轴Ac的第n+1次旋转时的切削工具T的轨迹在摆动频率倍率k2是0.5的奇数倍时，相位相差180°。因此，第n次旋转时切削工具T的进给方向位置为最大的工件W的圆周方向位置与第n+1次旋转时切削工具T的进给方向位置为最小的工件W的圆周方向位置一致。
在主轴Ac的第n次旋转时的切削工具T的轨迹与主轴Ac的第n+1次旋转时的切削工具T的轨迹重叠的区间，成为切削工具T在进给轴Az方向上从工件W分离的状态。由切削工具T刮取工件W的材料形成的切屑的生成在切削工具T从工件W分离的瞬间结束。也就是说，在每次切削工具T的轨迹与上次的轨迹重合时，切屑会被切断。
调整部16进行调整，使得摆动指令计算部15计算出的摆动频率f2成为不超过设定取得部13所取得的上限值f2limit的值。调整可以调整摆动频率f2，也可以调整主轴速度f1以及摆动频率倍率k2中至少任意一个。即，在摆动指令计算部15计算出的摆动频率f2超过上限值f2limit的情况下，调整部16变更摆动频率f2，或者变更主轴速度f1以及进给速度v1的至少一方，使基准速度计算部14以及摆动指令计算部15重新进行计算。
调整部16可以只调整主轴速度f1和摆动频率倍率k2中任意一个，也可以调整两个。在调整主轴速度f1和摆动频率倍率k2双方的情况下，调整部16构成为调整主轴速度f1和摆动频率倍率k2的调整量的比率、或者调整主轴速度f1和摆动频率倍率k2以便使主轴速度f1和摆动频率倍率k2的调整量相对于摆动频率f2的变化量的贡献度固定，也可以构成为在主轴速度f1和摆动频率倍率k2的一方进行大致调整，在另一方进行微调整，还可以构成为仅在主轴速度f1和摆动频率倍率k2的一方的调整量达到预定的上限时调整另一方。
选择调整主轴速度f1和摆动频率倍率k2中的哪一个、主轴速度f1和摆动频率倍率k2的调整量的比率、优先顺序等，既可以构成为在加工程序中指定并由设定取得部13取得，也可以构成为操作员能够经由输入装置18输入。这样，在摆动频率f2的调整中使主轴速度f1和摆动频率倍率k2的调整量的比率变化，从而可以根据各个加工(工件W的材质和加工形状、切削工具的种类等条件)例如使针对加工精度、加工时间等的影响极小化。特别是，根据加工程序使主轴速度f1和摆动频率倍率k2的调整量的比率发生变化，由此能够确切地优化每个加工。另外，根据操作员的输入，选择主轴速度f1和摆动频率倍率k2中的一个，或使主轴速度f1和摆动频率倍率k2的调整量的比率发生变化，由此即使在使用没有记述这样的参数的加工程序的情况下，也可以优化加工。
主轴速度f1和摆动频率倍率k2的调整量的比率变化不仅直接指定主轴速度f1和摆动频率倍率k2的调整量的比率，例如还设定主轴速度f1和摆动频率倍率k2的调整量的上限(包括将一方设为不可调整的情况)，或通过指定主轴速度f1和进给速度v1的调整量相对于摆动频率f2的变化量的贡献度来实现。
驱动输出部17向主轴放大器Sc、进给轴放大器Sz、切入轴放大器Sx输入指令信号，使得工件W和切削工具T以调整后的主轴速度f1和摆动指令vo(t)以及进给速度v1相对移动。
输入装置18只要是用户能够输入即可，例如可以是具有键盘、触摸面板、开关等的结构，也可以是用于与用户使用的终端或上位控制装置进行通信的接口等。
从以上说明中可知，实现数值控制装置1的本公开一个实施方式的控制程序具备：基准速度计算控制部，其实现计算遵从加工程序的主轴Ac的转速即主轴速度f1以及遵从加工程序的进给轴的移动速度即进给速度v1的基准速度计算部14；摆动指令计算控制部，其实现根据主轴速度f1、进给速度v1以及预先设定的摆动频率倍率k2来计算相对于进给速度v1重叠的周期性速度变动成分即摆动指令vo(t)的摆动指令计算部15；设定取得控制部，其实现取得摆动频率f2的上限值f2limit的设定取得部13；以及调整控制部，其实现调整摆动频率f2或者调整主轴速度f1以及摆动频率倍率k2中至少任意一个的调整部16以便使摆动频率f2不超过上限值f2limit。
另外，数值控制装置1实施的本公开的一个实施方式的控制方法如图3所示具备以下工序：取得摆动频率f2的上限值f2limit的工序(步骤S1：上限值取得工序)、计算遵从加工程序的主轴速度f1和进给速度v1的工序(步骤S2：基准速度计算工序)、根据主轴速度f1、进给速度v1以及预先设定的摆动频率倍率k2计算摆动指令vo(t)的工序(步骤S3：摆动指令计算工序)、调整主轴速度f1和摆动频率倍率k2中至少任意一个使得摆动频率f2不超过上限值f2limit的工序(步骤S4：调整工序)以及存储主轴速度f1和摆动指令vo(t)的工序(步骤S5：存储工序)。
步骤S4的调整工序可以构成为具有以下工序：确认摆动频率f2是否超过上限值f2limit的工序(步骤S41：摆动频率确认工序)、在步骤S41的确认工序中判断为摆动频率f2超过了上限值f2limit的情况下，确认摆动频率倍率k2是否超过了预先设定的下限值k2limit(步骤S42：摆动频率倍率确认工序)、在判断为摆动频率倍率k2超过了下限值k2limit的情况下，将摆动频率倍率k2变更为较小的值的工序(步骤S43：摆动倍率变更工序)、在判断为摆动频率倍率k2没有超过下限值k2limit的情况下，将主轴速度f1变更为较小的值的工序(步骤S44：主轴速度变更工序)。
在图3的控制方法中，在摆动频率确认工序中摆动频率f2在上限值f2limit以下时，进入步骤S5的存储工序，存储主轴速度f1以及摆动指令vo(t)。另一方面，在摆动频率确认工序中摆动频率f2超过了上限值f2limit，且在摆动倍率变更工序中调整摆动频率f2或者在主轴速度变更工序中变更了主轴速度f1的情况下，返回到步骤S3的摆动指令计算工序并重新进行计算。
在图3的控制方法中，在调整工序中，为了最终使机床100进行加工时的摆动频率f2不超过上限值f2limit，优先调节摆动频率倍率k2，在摆动频率倍率k2达到下限值k2limit后调节主轴速度f1。通过优先调节摆动频率倍率k2，抑制主轴速度f1的降低，并抑制加工效率的降低。
数值控制装置1、实现数值控制装置1的控制程序、数值控制装置1实施的控制方法在机床100中进行摆动切削时，通过将摆动频率f2抑制在上限值f2limit以下，能够抑制周期性的变动成分并防止切削速度变得过大。
以上对本公开的实施方式进行了说明，但是本公开不限于上述实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只不过是列举了本公开产生的最佳效果，本发明的效果不限于本实施方式中所记载的内容。
作为例子，本公开的数值控制装置、控制程序以及控制方法可以只调整主轴速度以及摆动频率倍率的一方，也可以同时调整主轴速度以及摆动频率倍率，可以优先调整主轴速度，并在主轴速度的调整达到了限度的情况下调整摆动频率倍率。
在本公开的数值控制装置、控制程序以及控制方法中，调整部也可以调整直接摆动指令的频率。作为例子，调整部也可以构成为在从摆动指令计算部输入的摆动指令的频率超过上限值的情况下，将摆动指令的频率修正为上限值并输出。
在本公开的数值控制装置、控制程序以及控制方法中，摆动指令的波形不限于正弦波状，例如可以是锯齿波、三角波、梯形波、矩形波等周期性变动的波形。
本公开的数值控制装置、控制程序以及控制方法不限于车床，例如也可以适用于钻床等的控制。
符号说明
1：数值控制装置、13：设定取得部、14：基准速度计算部、15：摆动指令计算部、16：调整部、17：驱动输出部、100：机床、Ac：主轴、Az：进给轴、T：切削工具、W：工件。
Claims (4)
1.一种数值控制装置，其对机床进行控制，该机床具有使切削工具或作为加工对象的工件旋转的主轴以及使上述切削工具相对于上述工件进行相对移动的进给轴，并使上述主轴以及上述进给轴协同动作，通过上述切削工具对上述工件进行切削加工，其特征在于，该数值控制装置具备：
基准速度计算部，其计算遵从加工程序的上述主轴的转速即主轴速度以及遵从上述加工程序的上述进给轴的移动速度即进给速度；
摆动指令计算部，其根据上述主轴速度、上述进给速度以及预先设定的摆动频率倍率，计算出对上述进给轴的指令重叠的周期性的变动成分即摆动指令；
设定取得部，其取得上述摆动指令的频率的上限值；以及
调整部，其调整上述摆动指令的频率，或者调整上述主轴速度以及上述摆动频率倍率中的至少任意一个，以便使上述摆动指令的频率不超过上述上限值。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述调整部根据上述加工程序或操作员的输入，选择上述主轴速度以及上述摆动频率倍率中的一方并进行调整。
3.一种程序记录介质，其非临时性地存储控制机床的控制程序，该机床具有使切削工具或作为加工对象的工件旋转的主轴以及使上述切削工具相对于上述工件进行相对移动的进给轴，并使上述主轴以及上述进给轴协同动作，通过上述切削工具对上述工件进行切削加工，其特征在于，
上述控制程序具备：
基准速度计算控制部，其计算遵从加工程序的上述主轴的转速即主轴速度以及遵从上述加工程序的上述进给轴的移动速度即进给速度；
摆动指令计算控制部，其根据上述主轴速度、上述进给速度以及预先设定的摆动频率倍率，计算出对上述进给轴的指令重叠的周期性的变动成分即摆动指令；
设定取得控制部，其取得上述摆动指令的频率的上限值；以及
调整控制部，其调整上述摆动指令的频率，或者调整上述主轴速度以及上述摆动频率倍率中的至少任意一个，以便使上述摆动指令的频率不超过上述上限值。
4.一种控制方法，其对机床进行控制，该机床具有使切削工具或作为加工对象的工件旋转的主轴以及使上述切削工具相对于上述工件进行相对移动的进给轴，并使上述主轴以及上述进给轴协同动作，通过上述切削工具对上述工件进行切削加工，其特征在于，该控制方法具备以下工序：
计算遵从加工程序的上述主轴的转速即主轴速度以及遵从上述加工程序的上述进给轴的移动速度即进给速度的工序；
根据上述主轴速度、上述进给速度以及预先设定的摆动频率倍率，计算出对上述进给轴的指令重叠的周期性的变动成分即摆动指令的工序；
取得上述摆动指令的频率的上限值的工序；以及
调整上述摆动指令的频率，或者调整上述主轴速度以及上述摆动频率倍率中的至少任意一个，以便使上述摆动指令的频率不超过上述上限值的工序。
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