CN115599045A - 刚性攻丝时主轴与进给z轴同步的控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法、装置及系统，涉及数控机床技术领域，控制方法包括：确定主轴的第一目标速度‑第一延迟时间的第一映射关系，以及进给Z轴的第二目标速度‑第二延迟时间的第二映射关系；确定主轴的第一目标速度和进给Z轴的第二目标速度；根据第一目标速度与第一映射关系确定第一延迟时间，根据第二目标速度与第二映射关系确定第二延迟时间；根据第一延迟时间和第二延迟时间确定主轴与进给Z轴的相对延迟时间；向主轴发出第一目标速度后，延迟相对延迟时间后向进给Z轴发出第二目标速度。本发明实现了主轴与进给Z轴的同步，提高了刚性攻丝的精度和加工效率。

Description

刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法、装置及系统。

背景技术

刚性攻丝是在数控机床上把丝锥安装到主轴上，通过主轴与进给Z轴之间的配合定位到加工坐标上，然后把丝锥旋转进入工件中预先加工好的孔中，到达孔的底部后暂停一段时间，然后反向旋转，退出工件，以使工件的孔中产生内螺纹。

由于主轴的延迟时间比进给Z轴的延迟时间长，相关技术中，通过控制进给Z轴跟随主轴运动，以减少因主轴与进给Z轴运动不同步而带来的加工误差。但这种控制方式将会造成主轴与进给Z轴之间运动的完全不同步，攻丝后的螺纹误差较大，也容易产生刀具断裂，损坏工件等情况。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提出了一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法、装置及系统。

本发明第一方面提出了一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，所述控制方法包括：

确定所述主轴的第一目标速度-第一延迟时间的第一映射关系，以及所述进给Z轴的第二目标速度-第二延迟时间的第二映射关系；

确定所述主轴的第一目标速度和所述进给Z轴的第二目标速度；

根据所述第一目标速度与所述第一映射关系确定所述第一延迟时间，根据所述第二目标速度与所述第二映射关系确定所述第二延迟时间；

根据所述第一延迟时间和所述第二延迟时间确定所述主轴与所述进给Z轴的相对延迟时间；

向主轴发出第一目标速度后，延迟相对延迟时间后向进给Z轴发出第二目标速度。

进一步可选地，所述确定所述主轴的第一目标速度-第一延迟时间的第一映射关系，以及所述进给Z轴的第二目标速度-第二延迟时间的第二映射关系，包括：

通过所述主轴和所述进给Z轴的自主学习，确定不同主轴最大速度所对应的第一映射关系，以及不同进给Z轴最大速度所对应的第二映射关系；

确定所述主轴的最大速度和所述进给Z轴的最大速度；

根据所述主轴的最大速度确定所述第一映射关系，根据所述进给Z轴的最大速度确定所述第二映射关系。

进一步可选地，所述确定所述主轴的最大速度和所述进给Z轴的最大速度，包括：

获取预存的所述主轴的最大速度、攻丝的特性参数；

根据所述主轴的最大速度、所述特性参数确定所述进给Z轴的最大速度。

进一步可选地，所述特性参数包括攻丝的螺距。

进一步可选地，所述进给Z轴的最大速度是关于所述主轴的最大速度与所述螺距的函数；和/或，

所述进给Z轴的最大速度满足：Vz＝Vs×M；

其中：Vz为所述进给Z轴的最大速度，Vs为所述主轴的最大速度，M为攻丝的螺距。

进一步可选地，所述确定所述主轴的第一目标速度和所述进给Z轴的第二目标速度，包括：

获取预存的所述主轴的第一目标速度；

根据所述第一目标速度、所述主轴的最大速度、所述进给Z轴的最大速度确定所述进给Z轴的第二目标速度。

进一步可选地，所述根据所述第一目标速度、所述主轴的最大速度、所述进给Z轴的最大速度确定所述进给Z轴的第二目标速度，包括：

确定所述主轴的最大速度与所述进给Z轴的最大速度的速度比；

根据所述第一目标速度与所述速度比确定所述进给Z轴的第二目标速度。

进一步可选地，所述速度比满足：k＝Vs/Vz；其中，Vs为所述主轴的最大速度，Vz为所述进给Z轴的最大速度，k为速度比；

所述第二目标速度＝第一目标速度/nk,其中，n为系数，n大于0。

进一步可选地，所述相对延迟时间为所述第一延迟时间与所述第二延迟时间之差。

本发明第二方面提出了一种控制装置，其包括一个或多个处理器以及存储有程序指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述一个或多个处理器执行所述程序指令时，所述一个或多个处理器用于实现本发明第一方面所提出的控制方法。

本发明第三方面提出了一种数控系统，其采用本发明第二方面所提出的控制方法，或包括本发明第三方面所提出的控制装置。

本发明的技术方案可以包括以下有益效果：本发明通过确定主轴的延迟时间和进给Z轴的延迟时间来确定主轴和进给Z轴的相对延迟时间，并在想主轴发出目标速度后延迟相对延迟时间后再向进给Z轴发出目标速度，以实现主轴与进给Z轴的同步，提高了刚性攻丝的精度和加工效率，同时提高了工件的合格率，减少了刀具的断裂。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图。

图3是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图。

图4是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图。

图5是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图。

图6是根据一示例性实施例示出的速度-时间曲线图。

图7是根据一示例性实施例示出的速度-时间曲线图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的.本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

相关技术中，通过控制进给Z轴跟随主轴运动，以减少因主轴与进给Z轴运动不同步而带来的加工误差。并通过在主轴旋转运动时获取攻丝反馈的特性参数来计算进给Z轴运动的距离或角度，例如，根据反馈的攻丝的螺纹的螺距，主轴每旋转一圈，进给Z轴相应运动一个螺距的长度。由于主轴提前运动，获取的反馈数据具有很大的延迟性，同时在驱动进给Z轴运动时，进给Z轴在负载下作用下也会出现实际运动的延迟，在多重延迟因素的影响下，容易造成主轴与进给Z轴之间运动的完全不同步，攻丝后的螺纹误差较大，同时也容易产生刀具断裂，损坏工件等情况。

为了解决以上技术问题，本实施例提出了一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，本实施例的控制方法包括：

确定主轴的第一目标速度-第一延迟时间的第一映射关系，以及进给Z轴的第二目标速度-第二延迟时间的第二映射关系；

确定主轴的第一目标速度和进给Z轴的第二目标速度；

根据第一目标速度与第一映射关系确定第一延迟时间，根据第二目标速度与第二映射关系确定第二延迟时间；

根据第一延迟时间和第二延迟时间确定主轴与进给Z轴的相对延迟时间；

控制主轴以第一目标速度运动，延迟相对延迟时间后控制进给Z轴以第二目标速度运动。

本实施例通过确定主轴的延迟时间和进给Z轴的延迟时间来确定主轴和进给Z轴的相对延迟时间，并在想主轴发出目标速度后延迟相对延迟时间后再向进给Z轴发出目标速度，以实现主轴与进给Z轴的同步，提高了刚性攻丝的精度和加工效率，同时提高了工件的合格率，减少了刀具的断裂。

图1是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图，参考图1，本实施例的控制方法包括如下步骤：

S11，确定主轴的第一目标速度-第一延迟时间的第一映射关系，以及进给Z轴的第二目标速度-第二延迟时间的第二映射关系；

S12，确定主轴的第一目标速度和进给Z轴的第二目标速度；

S13，根据第一目标速度与第一映射关系确定第一延迟时间，根据第二目标速度与第二映射关系确定第二延迟时间；

S14，根据第一延迟时间和第二延迟时间确定主轴与进给Z轴的相对延迟时间；

S15，向主轴发出第一目标速度后，延迟相对延迟时间后向进给Z轴发出第二目标速度。

本实施例中，主轴的第一目标速度与主轴的第一延迟时间之间存在对应关系，不同主轴的第一目标速度分别对应不同的第一延迟时间，通过确定主轴的第一目标速度-第一延迟时间的第一映射关系后，在主轴的第一目标速度已知的情况下，根据第一映射关系即可确定与第一目标速度对应的第一延迟时间。同理，进给Z轴的第二目标速度与进给Z轴的第二延迟时间之间也存在对应关系，不同进给Z轴的第二目标速度分别对应不同的第二延迟时间，通过确定进给Z轴的第二目标速度-第二延迟时间的第二映射关系后，在进给Z轴的第二目标速度已知的情况下，根据第二映射关系即可确定与第二目标速度对应的第二延迟时间。本实施例的第一映射关系和第二映射关系可以是系统中预先存储的，也可以是通过主轴和进给Z轴自主学习来获得的。在确定主轴的第一延迟时间以及进给Z轴的第二延迟时间后，即可确定主轴和进给Z轴的相对延迟时间，在一示例中，相对延迟时间为相对延迟时间为第一延迟时间与第二延迟时间之差。

本实施例根据主轴与进给Z轴的初始延迟时间的大小决定主轴和进给Z轴的运动先后顺序。一般情况下，主轴的初始延迟时间相对较大，因此主轴需先动。当刚性攻丝过程中，主轴按照第一目标速度运动，通过第一映射关系查询到主轴的第一延迟时间，根据进给Z轴的第二目标速度，查询到进给Z轴的第二延迟时间，为保证第一延迟时间和第二延迟时间的一致性，让二者的延迟时间处于同一个时间点上，参考图6的速度-时间曲线，让第一延迟时间和第二延迟时间的起始位置处于主轴和进给Z轴的同步延迟线的同一时间点，其中，主轴和进给Z轴的同步延迟线是通过在数控机床上进行攻丝测试得到的。Td1为主轴的第一延迟时间，Td2为进给Z轴的第二延迟时间，根据第一延迟时间Td1和第二延迟时间Td2可以得到相对延迟时间Te，进而可以得到在对主轴发出第一目标速度后，延迟相对延迟时间后向进给Z轴发出第二目标速度，然后进行下一周期的计算，对主轴和进给Z轴的运动过程中进行动态调节，从而实现主轴与进给Z轴的同步运动。

图2是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图，参考图2，本实施例中，确定主轴的第一目标速度-第一延迟时间的第一映射关系，以及进给Z轴的第二目标速度-第二延迟时间的第二映射关系包括如下步骤：

S21,通过主轴和进给Z轴的自主学习，确定不同主轴最大速度所对应的第一映射关系，以及不同进给Z轴最大速度所对应的第二映射关系；

S22,确定主轴的最大速度和进给Z轴的最大速度；

S23,根据主轴的最大速度确定第一映射关系，根据进给Z轴的最大速度确定第二映射关系。

本实施例中，数控系统在发送目标速度给控制对象后，控制对象将速度反馈给控制系统，控制系统发送目标速度后与接收到控制对象反馈的速度之间存在一个时间差Td，目标速度Vt、时间差Td与反馈速度的变化趋势参考图5所示的速度-时间曲线。时间差Td与控制对象的加速度、最大速度、控制对象的目标速度Vt有关。通常情况下，加速度是固定的，在不同的最大速度下，可以得到目标速度Vt与时间差Td之间不同的映射关系，即在不同的最大速度下，每一个Vt数据对应了一个Td数据。在数控系统的机床运动的情况下，通过自主学习可以得到多组不同最大速度下的Vt和Td数组。

同样通过主轴和进给Z轴的自主学习可以得到不同主轴的最大速度对应的第一目标速度-第一延迟时间的第一映射关系，以及不同进给Z轴的最大速度对应的第二目标速度-第二延迟时间的第二映射关系。在进入刚性攻丝模式之前，主轴和进给Z轴先进行自主学习，得到多组与不同主轴最大速度对应的第一映射关系，以及多组不同进给Z轴最大速度对应的第二映射关系，进入刚性攻丝模式后，通过确定的主轴的最大速度和进给Z轴的最大速度，即可确定与主轴最大速度所对应的第一映射关系，与进给Z轴的最大速度对应的第二映射关系。

需要说明的是，由于数控系统中存储的不同主轴最大速度和不同进给Z轴的最大速度的数据是离散的，因此第一映射关系的数据组和第二映射关系的数据组也是有限的，若没有找到与确定的主轴最大速度正好对应的第一映射关系，则通过查询分析找到与主轴最大速度最靠近的第一映射关系。同样，若没有找到与确定的进给Z轴最大速度正好对应的第二映射关系，则通过查询分析找到与确定的进给Z轴最接近的第二映射关系。

图3是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图，参考图3，确定主轴的最大速度和进给Z轴的最大速度包括如下步骤：

S31,获取预存的主轴的最大速度、攻丝的特性参数；

S32,根据主轴的最大速度、特性参数确定进给Z轴的最大速度。

本实施例中，数控系统中会预存主轴的最大速度，在进入刚性攻丝模式之前，直接获取预存的主轴最大速度即可。同时还需要获取攻丝的特性参数，攻丝的特性参数可以是攻丝的长度和/或攻丝的螺距。在获取攻丝的特性参数后，根据主轴的最大速度和攻丝的特性参数即可确定进给Z轴的最大速度。在一示例中，进给Z轴的最大速度是关于主轴的最大速度与螺距的函数，示例性的，进给Z轴的最大速度满足：Vz＝Vs×M，其中Vz为进给Z轴的最大速度，Vs为主轴的最大速度，M为攻丝的螺距。在确定主轴最大速度和进给Z轴的最大速度后即可确定与主轴最大速度对应的第一映射关系，与进给Z轴最大速度对应的第二映射关系。

图4是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图，参考图4，本实施例中，确定主轴的第一目标速度和进给Z轴的第二目标速度包括如下步骤：

S41,获取预存的主轴的第一目标速度；

S42,根据第一目标速度、主轴的最大速度、进给Z轴的最大速度确定进给Z轴的第二目标速度。

本实施例中，数控系统中会预存主轴的第一目标速度，在进入刚性攻丝之前，直接获取预存的主轴的第一目标速度即可。由于进给Z轴的第二目标速度与主轴的第一目标速度、主轴的最大速度和进给Z轴的最大速度均相关，因此，在确定主轴的第一目标速度、主轴的最大速度、进给Z轴的最大速度后即可确定进给Z轴的第二目标速度。

图5是根据一示例性实施例示出的控制方法的流程图，参考图5，本实施例中，根据第一目标速度、主轴的最大速度、进给Z轴的最大速度确定进给Z轴的第二目标速度包括如下步骤：

S51,确定主轴的最大速度与进给Z轴的最大速度的速度比；

S52,根据第一目标速度与速度比确定进给Z轴的第二目标速度。

本实施例中，由于主轴的最大速度与进给Z轴的最大速度之间的比例关系，以及主轴的第一目标速度和进给Z轴的第二目标速度之间的比例关系是相关联的，因此，在确定主轴的最大速度与进给Z轴的最大速度的速度比后，根据第一目标速度与速度比即可确定进给Z轴的第二目标速度。在一示例中，k＝Vs/Vz,其中，Vs为主轴的最大速度，Vz为进给Z轴的最大速度，k为速度比；第二目标速度＝第一目标速度/nk,其中，n为系数，n大于0，示例性的，n＝1。

本实施例还出了一种控制装置，其包括一个或多个处理器以及存储有程序指令的非暂时性计算机可读存储介质，当一个或多个处理器执行程序指令时，一个或多个处理器用于实现本上述实施例所提出的控制方法。

本实施例提出了一种数控系统，其采用上述实施例所提出的控制方法，或包括上述实施例所提出的控制装置。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方案后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型.用途或者适应性变化，这些变型.用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方案后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型.用途或者适应性变化，这些变型.用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

确定所述主轴的第一目标速度-第一延迟时间的第一映射关系，以及所述进给Z轴的第二目标速度-第二延迟时间的第二映射关系；

确定所述主轴的第一目标速度和所述进给Z轴的第二目标速度；

根据所述第一目标速度与所述第一映射关系确定所述第一延迟时间，根据所述第二目标速度与所述第二映射关系确定所述第二延迟时间；

根据所述第一延迟时间和所述第二延迟时间确定所述主轴与所述进给Z轴的相对延迟时间；

向主轴发出第一目标速度后，延迟相对延迟时间后向进给Z轴发出第二目标速度。

2.根据权利要求1所述的一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，其特征在于，所述确定所述主轴的第一目标速度-第一延迟时间的第一映射关系，以及所述进给Z轴的第二目标速度-第二延迟时间的第二映射关系，包括：

通过所述主轴和所述进给Z轴的自主学习，确定不同主轴最大速度所对应的第一映射关系，以及不同进给Z轴最大速度所对应的第二映射关系；

确定所述主轴的最大速度和所述进给Z轴的最大速度；

根据所述主轴的最大速度确定所述第一映射关系，根据所述进给Z轴的最大速度确定所述第二映射关系。

3.根据权利要求2所述的一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，其特征在于，所述确定所述主轴的最大速度和所述进给Z轴的最大速度，包括：

获取预存的所述主轴的最大速度、攻丝的特性参数；

根据所述主轴的最大速度、所述特性参数确定所述进给Z轴的最大速度。

4.根据权利要求3所述的一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，其特征在于，所述特性参数包括攻丝的螺距。

5.根据权利要求4所述的一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，其特征在于，

所述进给Z轴的最大速度是关于所述主轴的最大速度与所述螺距的函数；和/或，

所述进给Z轴的最大速度满足：Vz＝Vs×M；

其中：Vz为所述进给Z轴的最大速度，Vs为所述主轴的最大速度，M为攻丝的螺距。

6.根据权利要求3所述的一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，其特征在于，所述确定所述主轴的第一目标速度和所述进给Z轴的第二目标速度，包括：

获取预存的所述主轴的第一目标速度；

根据所述第一目标速度、所述主轴的最大速度、所述进给Z轴的最大速度确定所述进给Z轴的第二目标速度。

7.根据权利要求6所述的一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一目标速度、所述主轴的最大速度、所述进给Z轴的最大速度确定所述进给Z轴的第二目标速度，包括：

确定所述主轴的最大速度与所述进给Z轴的最大速度的速度比；

根据所述第一目标速度与所述速度比确定所述进给Z轴的第二目标速度。

8.根据权利要求7所述的一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，其特征在于，

所述速度比满足：k＝Vs/Vz；其中，Vs为所述主轴的最大速度，Vz为所述进给Z轴的最大速度，k为速度比；

所述第二目标速度＝第一目标速度/nk；其中，n为系数，n大于0。

9.根据权利要求1所述的一种刚性攻丝时主轴与进给Z轴同步的控制方法，其特征在于，所述相对延迟时间为所述第一延迟时间与所述第二延迟时间之差。

10.一种控制装置，其特征在于，其包括一个或多个处理器以及存储有程序指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述一个或多个处理器执行所述程序指令时，所述一个或多个处理器用于实现权利要求1-9任意一项所述的控制方法。

11.一种数控系统，其特征在于，其采用权利要求1-9中任一项所述的控制方法，或包括权利要求10所述的控制装置。

Images