CN116157219A - 机床的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床的控制装置，能够生成所要求的任意的指令形状的移动指令，并且能够抑制空切削时的峰值位置的偏移。机床一边使工具与工件相对摆动一边进行加工，该机床的控制装置(1)具备：摆动条件设定部(11)，其设定摆动条件；摆动相位分割部(12)，其将摆动相位分割为多个区间；重叠指令计算部(13)，其针对分割后的每个区间基于摆动条件计算作为移动指令的重叠指令；以及位置速度控制部(17)，其基于重叠指令使工具与工件相对摆动。

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

以往，作为开孔加工或车削加工等的切屑对策，有时应用摆动切削。例如，提出了以下技术：设定从加工方向向反加工方向的变化点，生成通过该变化点的移动指令，使得通过工具相对于工件的往复移动，在工具向反加工方向返回时返回到与预先设定的工具的进给量对应的预定位置(例如，参照专利文献1)。根据该技术，能够进行与工具的进给量对应的摆动切削。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-17249号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，为了实现摆动切削，例如已知如下方法：生成对位置指令重叠了正弦波状的摆动指令的移动指令(也称为重叠指令)，基于该移动指令使工具与工件相对摆动。然而，由于该移动指令中还包含位置指令等，因此移动指令的峰值位置偏离摆动指令的峰值位置，因此导致摆动切削的空切削时的峰值位置的偏移。若空切削时的峰值位置偏移，则加工面的表面粗糙度恶化，因此期望一种能够抑制空切削时的峰值位置的偏移的技术。

另外，与移动指令的峰值位置的偏移不同，机床的实际位置有时因各种影响而偏离指令位置。因此，期望一种能够生成所要求的任意的指令形状的移动指令的技术。

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，机床一边使工具与工件相对摆动一边进行加工，该控制装置具备：摆动条件设定部，其设定摆动条件；摆动相位分割部，其将摆动相位分割为多个区间；移动指令计算部，其按照分割后的每个区间基于所述摆动条件计算移动指令；以及控制部，其基于所述移动指令使所述工具与所述工件相对摆动。

发明效果

根据本公开的一个方式，能够提供一种机床的控制装置，其能够生成所要求的任意的指令形状的移动指令，并且能够抑制空切削时的峰值位置的偏移。

附图说明

图1表示本公开的一实施方式的机床的控制装置的结构。

图2表示以往的摆动切削中的重叠指令及摆动指令的各峰值位置。

图3表示以往的摆动切削中的重叠指令的峰值位置的偏移。

图4表示在本公开的一个实施方式的摆动切削中，将1个摆动量的摆动相位分割成2个区间，按每个区间计算出的重叠指令。

图5表示本公开的一实施方式的摆动切削中的重叠指令的峰值位置。

图6表示在本公开的一个实施方式的摆动切削中，将1个摆动量的摆动相位分割为5个区间，按每个区间计算出的重叠指令。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本公开的一实施方式。

图1表示本公开的一实施方式的机床的控制装置1的结构。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具备摆动条件设定部11、摆动相位分割部12、重叠指令计算部13、第一加法器14、学习控制部15、第二加法器16以及位置速度控制部17。

在本实施方式的机床的控制装置1中，由未图示的位置指令生成部基于加工条件生成针对电动机30的位置指令。如图1所示，将生成的位置指令输入到伺服控制装置10的重叠指令计算部13。

摆动条件设定部11设定摆动条件。具体而言，摆动条件设定部11设定摆动振幅或摆动振幅倍率、摆动频率或摆动频率倍率。将由这些摆动振幅或摆动振幅倍率以及摆动频率或摆动频率倍率构成的摆动条件输入到重叠指令计算部13。

摆动相位分割部12将摆动相位分割为多个区间。例如，摆动相位分割部12将1个摆动量的摆动相位分割为多个区间。关于由该摆动相位分割部12进行的摆动相位的分割，在后面详细叙述。

重叠指令计算部13至少基于摆动条件和位置指令，计算作为移动指令的重叠指令。具体而言，重叠指令计算部13根据摆动振幅倍率和摆动频率倍率这样的摆动条件以及与加工条件相应的位置指令，直接求出对位置指令加上了摆动指令后的重叠指令。或者，重叠指令计算部13根据摆动振幅和摆动频率这样的摆动条件以及位置指令，直接求出重叠指令。如后者那样，只要是在摆动条件中直接设定摆动振幅和摆动频率的形状，则能够不使用加工条件地计算重叠指令，在该情况下，也能够应用于摆动轴已停止的情况等。

另外，在本实施方式的重叠指令计算部13中特征为，针对由摆动相位分割部12分割出的每个区间，基于摆动条件计算作为移动指令的重叠指令。关于针对该分割后的每个区间计算重叠指令这一点，在后面详细叙述。

另外，图1所示的例子表示位置的维度的结构，重叠指令计算部13基于位置指令计算重叠指令。但是，并不限于此，如果是速度的维度的结构，重叠指令计算部13也可以基于速度指令来计算重叠指令。

第一加法器14计算重叠指令的偏差。具体而言，第一加法器14计算基于由进给轴的电动机30的编码器进行的位置检测而得到的位置反馈与重叠指令的差值即位置偏差。

学习控制部15基于位置偏差计算重叠指令的修正量，由第二加法器16对重叠指令加上计算出的修正量，由此修正重叠指令。该学习控制部15具有存储器，在摆动的1个周期或多个周期内将摆动相位与修正量关联起来存储在存储器中，在能够补偿与电动机30的响应性相应的摆动动作的相位延迟的定时读出存储器中存储的重叠指令，作为修正量输出到第二加法器16。在存储器中存储的摆动相位中不存在输出修正量的摆动相位的情况下，可以根据摆动相位接近的修正量来计算要输出的修正量。一般而言，摆动频率越高，相对于重叠指令的偏差越大，因此通过该学习控制部15的修正，能够提高针对周期性的重叠指令的追随性。

位置速度控制部17基于加上修正量后的重叠指令，生成用于驱动进给轴的电动机30的转矩指令，根据所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，参照图2和图3详细说明由摆动相位分割部12进行的摆动相位的分割以及由重叠指令计算部13进行的分割后的每个区间的重叠指令的计算。

在此，图2表示以往的摆动切削中的重叠指令以及摆动指令的各峰值位置。图3表示以往的摆动切削中的重叠指令的峰值位置的偏移。

在图2中，从上段开始依次分别表示位置指令、摆动指令、重叠指令(移动指令)。在图2中，横轴表示时间(毫秒)，纵轴表示位置(mm)。图2中的上段所示的位置指令是没有摆动时的直线状的位置指令，是以恒定速度使工具移动的位置指令。图2中的中段所示的摆动指令是以往一般的正弦波状的摆动指令，但除了这样的正弦波状的摆动指令以外，还可以举出例如余弦波状的摆动指令等。图2中的下段所示的重叠指令是通过对上段所示的直线状的位置指令重叠(加上)中段所示的正弦波状的摆动指令而计算出的重叠指令。

如图2所示，可知下段所示的作为移动指令的重叠指令的峰值位置与中段所示的摆动指令的峰值位置不一致，两者产生偏移。这是因为重叠指令是通过对位置指令加上摆动指令而计算出的。

另外，图2中的下段所示的重叠指令由以下的数式(1)表示。即，通过将以下的数式(1)中的第一项所表示的位置指令与第二项所表示的摆动指令相加来计算重叠指令。

[数式1]

在上述数式(1)中，Y表示作为移动指令的重叠指令，F表示每个旋转进给量(mm/旋转)，S表示主轴转速(分钟^-1)，I表示摆动频率倍率(倍)，K表示摆动振幅倍率(倍)。

在此，速度指令Y’通过对作为移动指令的重叠指令Y进行微分来计算。具体而言，速度指令Y’由以下的数式(2)表示。

[数式2]

重叠指令的峰值位置是速度成为0时。因此，从上述数式(2)导出以下的数式(3)。

[数式3]

1-πKIsinθ＝0

在此，使α由以下的数式(4)表示。

[数式4]

于是，在θ＝α、π﹣α时成为峰值，由此可知重叠指令与摆动指令的峰值位置偏移α。这样，根据表示重叠指令的数式，可知重叠指令的峰值位置偏离摆动指令的峰值位置。

如上所述，图3表示以往的摆动切削中的重叠指令的峰值位置的偏移，表示图2的重叠指令的连续的各路径。在图3中，横轴表示主轴相位(°)，纵轴表示位置(mm)。通常，在摆动频率倍率为n.5倍(n为1以上的整数)时，如果是摆动指令那样，峰值位置在波峰和波谷一致。图3所示的重叠指令是摆动频率倍率为1.5倍时的重叠指令。在摆动频率倍率为1.5倍的情况下，通常产生空切削的是主轴相位为0°、120°、240°时。

如图3所示，可知由于上述的重叠指令的峰值位置相对于摆动指令的峰值位置的偏移，在连续的重叠指令的各路径重叠的空切削(空摆)部，波峰和波谷的位置偏移，峰值位置产生偏移。若像这样在空切削部的峰值位置产生偏移，则空切削成为在进给方向上长的横长，结果有时对加工面的表面粗糙度产生不良影响。

因此，在本实施方式中，通过摆动相位分割部12将摆动相位分割为多个，并且通过重叠指令计算部13计算分割后的每个区间的重叠指令，由此使空切削部的波峰和波谷的位置一致，抑制波峰位置的偏移。由此，能够抑制空切削成为在进给方向上长的横长，能够减轻加工面的表面粗糙度的恶化。

举出具体例来说明本实施方式的摆动切削的重叠指令。

图4表示在本公开的一个实施方式的摆动切削中，将1个摆动量的摆动相位分割成2个区间，针对每个区间计算出的重叠指令。在图4中，横轴表示摆动相位(°)，纵轴表示位置(mm)。图4所示的重叠指令是摆动频率倍率为1.5倍时的重叠指令。该重叠指令是由摆动相位分割部12以峰值位置为界将1个摆动量分割为前往移动和返回移动这2个区间，并由重叠指令计算部13针对分割后的2个区间分别计算正弦波状的重叠指令而得到的。

图5表示本公开的一实施方式的摆动切削中的重叠指令的峰值位置。具体而言，表示图4的重叠指令的连续的各路径。在图5中，横轴表示主轴相位(°)，纵轴表示位置(mm)。如图5所示，通过将摆动相位分割成多个区间，按每个区间计算重叠指令，指令上重叠指令的峰值位置的偏移消失，峰值位置一致。因此，还能够抑制空切削成为横长的情况，能够减轻加工面的表面粗糙度的恶化。

在图4及图5所示的例子中，用相同的正弦波计算各区间的重叠指令，但并不限于此。即，重叠指令计算部13可以构成为对每个分割后的区间计算直线状、曲线状或者正弦波状的重叠指令，也可以构成为对每个区间计算任意形状的重叠指令。另外，分割的区间的宽度并不限于恒定的宽度，也可以以任意的宽度进行设定。即，可以通过不同宽度的区间的组合进行分割。

图6表示在本公开的一实施方式的摆动切削中，将1个摆动量的摆动相位分割为5个区间，对每个区间计算出的重叠指令。在图6中，横轴表示摆动相位(°)，纵轴表示位置(mm)。图6所示的重叠指令是摆动频率倍率为1.5倍时的重叠指令。该重叠指令是将1个摆动量分割为5个等间隔的区间，交替地计算正弦波状的重叠指令和直线状的重叠指令的指令。

在本实施方式的摆动切削中，将摆动相位分割为多个区间并对每个区间计算重叠指令，将计算出的各重叠指令连接起来作为移动指令，因此例如在上述的图4和图5所示的重叠指令的例子中，有时在分割后的2个区间之间(摆动相位180°)指令形状会有很大的变化。因此，电动机30难以追随，存在实际位置的峰值位置与指令偏移的情况。在这样的情况下，如图6所示的重叠指令那样，将1个摆动量分割为5个区间，在各区间设为任意的指令形状(正弦波状、直线状)，由此能够计算出区间之间的指令形状的变化小的重叠指令。

另外，本实施方式的重叠指令计算部13可以构成为使连续的指令的开始点与结束点一致来计算重叠指令，使得分割后的每个区间的重叠指令彼此平滑地连接。由此，能够更可靠地将分割后的每个区间的重叠指令彼此平滑地连接，能够更可靠地抑制重叠指令的峰值位置的偏移。

另外，本实施方式的机床的控制装置1可以还具备滤波器部，该滤波器部进行滤波处理，使得作为移动指令的重叠指令的变化变得平滑。具体而言，例如可以在图1中的重叠指令计算部13与第一加法器14之间配置滤波器部。作为滤波器，例如能够使用对指令的变化量进行钳位，使得指令的斜率不超过阈值，能够仅去除急剧变化的部分的滤波器。由此，重叠指令变得更平滑，对重叠指令的追随性进一步提高。

另外，本实施方式的机床的控制装置1可以还具备前馈部，该前馈部重叠作为移动指令的重叠指令的前馈。具体而言，例如可以配置前馈部，使得向图1中的位置速度控制部17输入重叠指令的前馈值。在本实施方式中，在各区间之间重叠指令有可能产生大的变化，但是通过重叠重叠指令的前馈，能够使变化更平滑，能够进一步提高针对重叠指令的追随性。并且，能够计算出考虑到机床的响应性和干扰的任意形状的重叠指令。

根据本实施方式，起到以下的效果。

在本实施方式中，设置有：摆动条件设定部11，其设定摆动条件；摆动相位分割部12，其将摆动相位分割为多个区间；重叠指令计算部13，其针对分割后的每个区间基于摆动条件计算作为移动指令的重叠指令；以及位置速度控制部17，其基于重叠指令使工具与工件相对摆动。

根据本实施方式，将摆动相位分割为多个区间，针对各个区间计算作为移动指令的重叠指令，因此能够针对所要求的任意的摆动条件，计算出重叠指令的峰值位置成为预定相位那样的指令形状的重叠指令(移动指令)。此外，通过对每个区间计算重叠指令，能够抑制重叠指令的峰值位置的偏移，因此能够抑制空切削成为横长，能够减轻加工面的表面粗糙度的恶化。

此外，本公开并不限于上述方式，能够达成本公开的目的的范围内的变形、改良包含在本公开中。

附图标记的说明

1机床的控制装置

10伺服控制装置

11摆动条件设定部

12摆动相位分割部

13重叠指令计算部(移动指令计算部)

14第一加法器

15学习控制部

16第二加法器

17位置速度控制部(控制部)

30电动机。

Claims (6)

1.一种机床的控制装置，该机床一边使工具和工件相对摆动一边进行加工，其特征在于，

所述控制装置具备：

摆动条件设定部，其设定摆动条件；

摆动相位分割部，其将摆动相位分割为多个区间；

移动指令计算部，其对分割后的每个区间基于所述摆动条件计算移动指令；以及

控制部，其基于所述移动指令使所述工具与所述工件相对摆动。

2.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其特征在于，

所述移动指令计算部针对分割后的每个区间计算直线状、曲线状或正弦波状的移动指令。

3.根据权利要求1或2所述的机床的控制装置，其特征在于，

所述移动指令计算部计算所述移动指令，使得分割后的每个区间的所述移动指令彼此平滑地连接。

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，

所述控制装置还具备滤波器部，该滤波器部进行滤波处理使得所述移动指令的变化变得平滑。

5.根据权利要求1至4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前馈部，该前馈部重叠所述移动指令的前馈。

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，

所述控制装置还具备学习控制部，该学习控制部基于所述移动指令计算所述移动指令的修正量，通过对所述移动指令加上计算出的修正量来修正所述移动指令。

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