CN115104074A - 机床的控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够在抑制机床振动的同时，可靠地切碎切屑的机床的控制装置。一种机床的控制装置(1)，该机床使工具与工件相对摆动来进行加工，控制装置(1)具备：摆动指令生成部(13)，其根据加工条件计算摆动振幅以及摆动频率，生成摆动指令；以及位置速度控制部(17)，其基于通过对位置指令或位置偏差重叠由摆动指令生成部(13)生成的摆动指令而生成的重叠指令，使工具与工件相对摆动，摆动指令生成部(13)在加工中变更摆动振幅以及摆动频率中的至少一个。

Description

机床的控制装置
技术领域
本发明涉及机床的控制装置。
背景技术
目前，在开孔加工或车削加工等中，在切割开始时负载容易变动，难以通过切断器将切屑切碎，因此有时应用摆动切削。例如在专利文献1中记载了一边使切削工具与工件相对摆动一边进行切削加工，由此能够切碎切屑。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-56515号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，为了在切割开始时可靠地切碎切屑，需要增大摆动振幅，但在加工稳定后，如果仍以原来的摆动振幅继续加工，则机床会产生大的振动。机床的振动会对加工精度造成不良影响，因此是应该解决的重要课题。
因此，在使工具与工件相对地摆动来进行加工的机床的控制装置中，期望能够在抑制机床振动的同时可靠地切碎切屑。
用于解决课题的手段
本公开的一个方式是一种机床的控制装置，该机床使工具与工件相对摆动来进行加工，该机床的控制装置具备：摆动指令生成部，其根据加工条件计算摆动振幅以及摆动频率，生成摆动指令；以及控制部，其基于通过对位置指令或位置偏差重叠由所述摆动指令生成部生成的摆动指令而生成的重叠指令，使所述工具与所述工件相对摆动，所述摆动指令生成部在加工过程中变更所述摆动振幅以及所述摆动频率中的至少一个。
发明效果
根据本公开，能够提供一种机床的控制装置，其通过在加工过程中变更为与该加工相匹配的摆动条件(摆动振幅、摆动频率)，能够在抑制机床振动的同时可靠地切碎切屑。
附图说明
图1是本公开的一实施方式的机床的控制装置的功能框图。
图2是表示实施例1的开孔加工中的摆动条件的变更的图。
图3是表示实施例2的开孔加工中的摆动条件的变更的图。
图4是表示实施例3的开孔加工中的摆动条件的变更的图。
图5是表示实施例4的开孔加工中的摆动条件的变更的图。
图6是表示实施例5的车削加工中的摆动条件的变更的图。
图7是表示实施例6的车削加工中的摆动条件的变更的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是本公开的一实施方式的机床的控制装置1的功能框图。如图1所示，本实施方式的机床的控制装置1构成为包含伺服控制装置10，对用于驱动进给轴的电动机30进行驱动控制。
如图1所示，本实施方式的机床的控制装置1具备加法器11、累积器12、摆动指令生成部13、加法器14、学习控制器15、加法器16以及位置速度控制部17。
本实施方式的机床的控制装置1通过加工程序生成电动机30的驱动指令。如图1所示，将生成的驱动指令(位置指令)输入到后述的伺服控制装置10的加法器11。
另外，例如，通过未图示的CAM系统对同样未图示的CAD系统生成的加工形状设定工具信息、工具的动作信息等来生成本实施方式的机床的控制装置1的加工程序。
加法器11计算位置偏差。具体而言，加法器11计算通过进给轴的电动机30的编码器的位置检测而得到的位置反馈与位置指令之间的差即位置偏差。
累积器12计算位置偏差的累计值。具体而言，累积器12通过对上述加法器11计算出的位置偏差进行累计，计算位置偏差的累计值。
摆动指令生成部13根据加工条件计算摆动振幅和摆动频率，生成摆动指令。即，摆动指令生成部13根据加工条件计算由摆动振幅和摆动频率组成的摆动条件，并基于计算出的摆动条件生成摆动指令。
另外，本实施方式的摆动指令生成部13的特征为在加工过程中变更构成摆动条件的摆动振幅以及摆动频率中的至少一个。在此，若将摆动振幅倍率设为K(倍)，将进给速度设为F(mm/转)，则摆动振幅K’(mm)由K’＝F×K表示，同样地，若将摆动频率倍率设为I(倍)，将主轴转速设为S(分钟-1)，则摆动频率I’(Hz)由I’＝S/60×I表示。因此，本实施方式的摆动振幅及摆动频率的变更中也包含摆动振幅倍率及摆动频率倍率的变更。
这样，在本实施方式中，通过在加工过程中变更为与该加工匹配的摆动条件，能够抑制机床的振动，并且能够可靠地切碎切屑。在本实施方式的加工过程中，不仅包含切入开始后的切削过程，还包含切入前的切削进给时。另外，在摆动条件的变更中例如还包含使摆动条件持续地变化的情况、中途停止摆动动作即使摆动振幅为零的情况。
更具体而言，本实施方式的摆动指令生成部13基于加工位置、从切削进给开始起的经过时间或者加工方向的移动量，来变更摆动振幅以及摆动频率中的至少一个。例如，可以在成为预定的加工位置、预定的从切削进给开始起的经过时间或预定的加工方向的移动量之后，立即开始摆动条件的变更，也可以在经过预定时间后开始摆动条件的变更。另外，例如也可以与加工位置、从切削进给开始起的经过时间或者加工方向的移动量的各变化对应地使摆动条件变化。
或者，本实施方式的摆动指令生成部13基于主轴负载、主轴速度、主轴速度偏差、主轴速度变动、进给轴负载、进给轴速度、进给轴速度偏差以及进给轴速度变动中的至少一个，来变更摆动振幅以及摆动频率中的至少一个。例如，可以在成为预定的主轴负载、预定的主轴速度、预定的主轴速度偏差、预定的主轴速度变动、预定的进给轴负载、预定的进给轴速度、预定的进给轴速度偏差以及预定的进给轴速度变动之后，立即开始摆动条件的变更，也可以在经过预定时间后开始摆动条件的变更。另外，例如也可以与主轴负载、主轴速度、主轴速度偏差、主轴速度变动、进给轴负载、进给轴速度、进给轴速度偏差以及进给轴速度变动的各变化对应地使摆动条件变化。
作为具体的摆动条件的变更方式，可以按时间常数进行变更，也可以在特定的摆动相位时例如阶段性地切换来进行变更。作为特定的摆动相位，例如可举出0°和90°。另外，摆动指令生成部13可以将摆动振幅和摆动频率中的至少一个变更为更小的值，也可以相反地变更为更大的值。关于该摆动指令生成部13进行的加工过程中的摆动条件的变更，存在各种方式，因此在后面举出具体例进行详细叙述。
加法器14生成重叠指令。具体而言，加法器14对累积器12计算出的位置偏差的累计值重叠由摆动指令生成部13生成的摆动指令，由此生成重叠指令。加法器14也可以构成为对位置指令加上由摆动指令生成部13生成的摆动指令。
学习控制器15基于位置偏差计算重叠指令的修正量，并通过加法器16对重叠指令加上计算出的修正量，由此修正重叠指令。该学习控制器15具有存储器，将能够定义某个周期的电动机30的理想位置与实际位置的偏差存储在存储器中，按照每个周期读出存储器中存储的偏差，由此计算用于使偏差接近0的修正量。本实施方式的重叠指令由于包含摆动指令而容易产生位置偏差，通过该学习控制器15的修正，提高对于周期性的摆动指令的追随性。
位置速度控制部17基于重叠指令，生成用于驱动进给轴的电动机30的转矩指令，根据生成的转矩指令来控制电动机30。由此，一边使工具与工件相对摆动一边进行加工。
接着，举出具体例并参照图2～图7对摆动指令生成部13进行的加过程中的摆动条件的变更进行详细说明。
在图2～图7所示的各实施例中，分别示出了变更摆动振幅(包含摆动振幅倍率)或摆动频率(包含摆动频率倍率)的例子，但也可以代替摆动振幅而变更摆动频率，也可以代替摆动频率而变更摆动振幅。或者，也可以变更摆动振幅和摆动频率两者。另外，在各实施例中，摆动条件的变更可以按时间常数进行变更，也可以阶段性地进行切换。
并且，在后述的各实施例中，只要能够切碎切屑，则可以减小至不产生空气切割(空振)且不后退的摆动振幅。另外，也可以在加工过程中停止摆动动作(即，使摆动振幅为零)，切换为基于断屑槽的切屑切碎。在实际应用中，随着加工的进展而减小摆动振幅或摆动频率，但并不限于此，也能够增大摆动振幅或摆动频率。
图2表示实施例1的开孔加工中的摆动条件的变更。实施例1是将本实施方式应用于开孔加工的例子，是基于加工位置来变更摆动振幅的例子。作为加工位置，使用Z轴位置，即从Z轴的基准位置即R点开始的移动量。但是，也可以代替加工位置而基于从切削进给开始起的经过时间、加工方向的移动量来变更摆动振幅。
如图2所示，在本实施例1中，在Z轴位置从R点朝向孔底移动的过程中，在从R点向离开预定距离的方向移动的过程中，使摆动振幅变化为更小的值。由此，能够在抑制机床振动的同时切碎切屑。另外，此时，按时间常数使摆动振幅变化，使得不会因加工过程中的摆动振幅的变化而产生冲击。因此，摆动振幅缓慢地逐渐变化，因此能够降低由摆动振幅的急剧变化所引起的冲击，能够提高加工精度。
另外，作为本实施例的变形例，也可以在特定的摆动相位时变更摆动条件。具体而言，例如也可以在摆动相位0°或90°时，切换摆动振幅来对其进行变更。由此，也能够降低由摆动振幅的急剧变化引起的冲击，能够提高加工精度。
图3表示实施例2的开孔加工中的摆动条件的变更。实施例2是将本实施方式应用于开孔加工的例子，是基于主轴负载来变更摆动振幅的例子。如图3所示，若开始了加工，则主轴负载在急剧增大而迎来峰值后，逐渐降低而收敛为预定值。因为在主轴负载收敛于预定值的时间点判断为加工进入了稳定状态，因此在该时间点按时间常数变更摆动振幅。由此，能够得到与实施例1同样的效果。另外，如本实施例2那样，可以在将摆动振幅暂时变更为小的值之后，在经过预定时间后此次变更为大的值。
作为本实施例的变形例，除了主轴负载以外，还可以基于主轴速度、主轴速度偏差来变更摆动条件，也可以基于主轴速度变动来变更摆动条件。或者，也可以构成为基于进给轴的负载、速度、速度偏差以及速度变动中的至少一个来变更摆动条件。
图4表示实施例3的开孔加工中的摆动条件的变更。实施例3是将本实施方式应用于开孔加工的例子，是基于主轴速度来变更摆动振幅的例子。如图4所示，若开始了加工，则主轴速度在暂时降低后，逐渐上升而收敛于预定值。因为在主轴速度收敛于预定值的时间点判断为加工进入了稳定状态，因此在该时间点按时间常数变更摆动振幅。由此，能够得到与实施例1、2相同的效果。
图5表示实施例4的开孔加工中的摆动条件的变更。实施例4是将本实施方式应用于开孔加工的例子，是基于主轴速度偏差来变更摆动振幅的例子。如图5所示，若开始了加工，则主轴速度偏差在反复增减而不稳定后，收敛于原来的预定值。因为在主轴速度偏差收敛于预定值的时间点判断为加工进入了稳定状态，因此在该时间点按时间常数变更摆动振幅。由此，能够得到与实施例1～3同样的效果。
图6表示实施例5的车削加工中的摆动条件的变更。实施例5是将本实施方式应用于车削加工的例子，是基于加工方向的移动量来变更摆动振幅的例子。如图6所示，当开始了加工时，加工方向的移动量随着时间的经过而变大，在从加工开始起经过预定时间而加工进入了稳定状态的时间点，将摆动振幅切换为更小的值。由此，能够在抑制机床振动的同时切碎切屑。
图7表示实施例6的车削加工中的摆动条件的变更。实施例6是将本实施方式应用于车削加工的例子，是基于加工方向的移动量来变更摆动频率的例子。如图7所示，当开始了加工时，加工方向的移动量随着时间的经过而变大，在从加工开始起经过预定时间而加工进入了稳定状态的时间点，按时间常数变更摆动频率。由此，能够在抑制机床振动的同时切碎切屑。另外，能够降低由摆动频率的急剧变化引起的冲击，能够提高加工精度。
根据本实施方式，起到以下的效果。
在本实施方式中，具备：摆动指令生成部13，其根据加工条件计算摆动振幅和摆动频率，生成摆动指令；以及位置速度控制部17，其根据对位置指令或位置偏差重叠由摆动指令生成部13生成的摆动指令而生成的重叠指令，使工具与工件相对摆动，摆动指令生成部13在加工中变更摆动振幅和摆动频率中的至少一个。
目前，由于在切削开始时负载大，因此为了可靠地切碎切屑而将摆动振幅设定得大，因此机床产生振动，根据该结构，通过在加工中将摆动振幅等变更为适当的值，能够抑制机床振动的产生。因此，根据该结构，能够在抑制机床振动的同时切碎切屑，能够提高加工精度。
另外，在本实施方式中，摆动指令生成部13基于加工位置、从切削进给开始起的经过时间或加工方向的移动量，变更摆动振幅和摆动频率中的至少一个。
根据该结构，通过基于加工位置、从切削进给开始起的经过时间或加工方向的移动量来变更摆动条件，能够在加工稳定后变更摆动条件，能够在更适当的定时变更摆动条件。
另外，在本实施方式中，摆动指令生成部13基于主轴负载、主轴速度、主轴速度偏差、主轴速度变动、进给轴负载、进给轴速度、进给轴速度偏差以及进给轴速度变动中的至少一个，变更摆动振幅以及摆动频率中的至少一个。
根据该结构，通过基于主轴负载、主轴速度、主轴速度偏差、主轴速度变动、进给轴负载、进给轴速度、进给轴速度偏差以及进给轴速度变动中的至少一个来变更摆动条件，能够在加工稳定后变更摆动条件，能够在更适当的定时变更摆动条件。
另外，在本实施方式中，摆动指令生成部13构成为按时间常数来变更摆动振幅和摆动频率中的至少一个。
根据该结构，通过按时间常数变更摆动条件，能够减少由摆动条件的变更引起的冲击，能够提高加工精度。
另外，在本实施方式中，摆动指令生成部13构成为在特定的摆动相位时变更摆动振幅和摆动频率中的至少一个。
根据该结构，在特定的摆动相位时，例如在摆动相位0°或90°时变更摆动条件，由此能够减少摆动条件的变更而引起的冲击，能够提高加工精度。
另外，在本实施方式中，摆动指令生成部13构成为将摆动振幅以及摆动频率中的至少一个变更为更小的值。
目前，由于在切削开始时负载大，因此为了可靠地切碎切屑而将摆动振幅设定得大，因此机床产生振动，但是根据该结构，通过在加工中将摆动振幅等变更为小的值，能够更可靠地抑制机床振动的产生。因此，能够在更可靠地抑制机床振动的同时切碎切屑，能够提高加工精度。
另外，在本实施方式中，构成为还具备学习控制器15，该学习控制器15基于位置偏差计算重叠指令的修正量，并将计算出的修正量与重叠指令相加来修正重叠指令。
根据该结构，本实施方式的重叠指令由于包含摆动指令而容易产生位置偏差，通过修正重叠指令，能够提高针对周期性的摆动指令的追随性。
本发明并不限于上述实施方式，在能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良也包含在本发明中。
附图标记说明
1 机床的控制装置
10 伺服控制装置
11 加法器
12 累积器
13 摆动指令生成部
14 加法器
15 学习控制器(学习控制部)
16 加法器(学习控制部)
17 位置速度控制部(控制部)
30 电动机。

Claims (7)

1.一种机床的控制装置，该机床使工具与工件相对摆动来进行加工，其特征在于，
所述控制装置具备：
摆动指令生成部，其根据加工条件计算摆动振幅以及摆动频率，生成摆动指令；以及
控制部，其基于通过对位置指令或位置偏差重叠由所述摆动指令生成部生成的摆动指令而生成的重叠指令，使所述工具与所述工件相对摆动，
所述摆动指令生成部在加工过程中变更所述摆动振幅以及所述摆动频率中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其特征在于，
所述摆动指令生成部基于加工位置、从切削进给开始起的经过时间或者加工方向的移动量，变更所述摆动振幅以及所述摆动频率中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其特征在于，
所述摆动指令生成部基于主轴负载、主轴速度、主轴速度偏差、主轴速度变动、进给轴负载、进给轴速度、进给轴速度偏差以及进给轴速度变动中的至少一个，变更所述摆动振幅以及所述摆动频率中的至少一个。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的机床的控制装置，其特征在于，
所述摆动指令生成部按时间常数变更所述摆动振幅以及所述摆动频率中的至少一个。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的机床的控制装置，其特征在于，
所述摆动指令生成部在特定的摆动相位时变更所述摆动振幅及所述摆动频率中的至少一个。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的机床的控制装置，其特征在于，
所述摆动指令生成部将所述摆动振幅以及所述摆动频率中的至少一个变更为更小的值。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的机床的控制装置，其特征在于，
所述控制装置还具备学习控制部，该学习控制部基于所述位置偏差来计算所述重叠指令的修正量，通过对所述重叠指令加上所计算出的修正量来修正所述重叠指令。
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