DE102017010539B4

DE102017010539B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine, um einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse zu steuern

Info

Publication number: DE102017010539B4
Application number: DE102017010539.1A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Tajima; Yuuki Morita; Tadashi Okita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: US10359761B2; CN108073140A; JP6374469B2; JP2018079537A; DE102017010539A1; US20180136630A1; CN108073140B

Abstract

Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine, die dazu eingerichtet ist, einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse (12) und einer Vorschubachse (14) zu steuern, wobei die Steuervorrichtung umfasst:
- einen numerischen Steuerabschnitt (16), der dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Gewindeschneidprogramm (P) einen Spindelachsenbefehl (CS) und einen Vorschubachsenbefehl (CF) zu erstellen,
- einen Spindelachsensteuerabschnitt (18), der dazu eingerichtet ist, gemäß dem Spindelachsenbefehl (CS) eine Drehbewegung der Spindelachse (12) zu steuern,
- einen Dreherfassungsabschnitt (20), der dazu eingerichtet ist, eine Drehposition (FBS) der Spindelachse (12) zu erfassen, und
- einen Vorschubachsensteuerabschnitt (22), der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition (FBS) gemäß dem Vorschubachsenbefehl (CF) eine Vorschubbewegung der Vorschubachse (14) zu steuern,
- wobei der numerische Steuerabschnitt (16) umfasst:
- einen Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt (26), der dazu eingerichtet ist, aus dem Gewindeschneidprogramm (P) einen Gesamtdrehbetrag (S0; S0') und eine maximale Drehzahl (V0; V0') der Spindelachse (12) während einer Zeitspanne zu erhalten, in der die Spindelachse von einer Startposition bis zu einer Zielposition arbeitet, und den Gesamtdrehbetrag (S0; S0') und die maximale Drehzahl (V0; V0') als Spindelachsenbefehl (CS) an den Spindelachsensteuerabschnitt (18) zu senden,
- wobei der Spindelachsensteuerabschnitt (18) umfasst:
- einen Anfangsbewegungssteuerabschnitt (30), der dazu eingerichtet ist, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die maximale Drehzahl (V0; V0') als Zielwert festgelegt ist, die Spindelachse (12) zu veranlassen, unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms einer Antriebsquelle von der Startposition aus eine beschleunigte Drehung mit maximaler Leistung durchzuführen,
- einen Maximalbeschleunigungserfassungsabschnitt (32), der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition (FBS) eine maximale Beschleunigung (A0; A0') der Spindelachse (12) während der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung zu erfassen,
- einen Restdrehbetragserfassungsabschnitt (34), der dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Gesamtdrehbetrag (S0; S0') und der Drehposition (FBS) einen Restdrehbetrag (Sr; Sr') der Spindelachse (12) während einer Zeitspanne zu erfassen, in der die Spindelachse von einer aktuellen Position bis zur Zielposition arbeitet,
- einen Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt (36), der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition (FBS) eine aktuelle Drehzahl (Vc; Vc') der Spindelachse (12) zu erfassen,
- einen Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt (38), der dazu eingerichtet ist, nach der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung basierend auf dem Restdrehbetrag (Sr; Sr') und der aktuellen Drehzahl (Vc; Vc') eine Geschwindigkeitssteuerung auszuführen, um die Spindelachse (12) zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um eine vorgegebene Zwischendrehzahl (Vb; Vb') zu erreichen, und
- einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt (40), der dazu eingerichtet ist, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht hat, basierend auf der maximalen Beschleunigung (A0; A0'), dem Restdrehbetrag (Sr; Sr') und der aktuellen Drehzahl (Vc, Vc') eine Positionssteuerung auszuführen, um die Spindelachse (12) zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um die Zielposition zu erreichen,
- wobei der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt (38) dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des Restdrehbetrags (Sr; Sr') und der aktuellen Drehzahl (Vc; Vc') einen Geschwindigkeitsbefehl (Cv; Cv') für die Geschwindigkeitssteuerung sukzessive zu aktualisieren und die Spindelachse (12) durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl (Cv; Cv') zu veranlassen, die verzögerte Drehung durchzuführen, so dass der Restdrehbetrag (Sr; Sr') in einem Moment, in dem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht, gleich einem Positionierungsdrehbetrag (Spos; Spos') der Spindelachse (12) wird, der erforderlich ist, damit die Spindelachse unter der Positionssteuerung die Zielposition erreicht, und
- wobei der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt (40) umfasst:
- einen Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt (42), der dazu eingerichtet ist, einen ersten Geschwindigkeitsbefehl (Cpvl) für die Positionssteuerung zu berechnen, wobei der erste Geschwindigkeitsbefehl während einer Zeitspanne, mit Ausnahme einer vorgegebenen Beschleunigungsvariationszeit (t1) kurz nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht hat und kurz bevor die Spindelachse (12) die Zielposition erreicht, die Spindelachse (12) veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer maximalen Verzögerung (A0; A0') durchzuführen, die der maximalen Beschleunigung (A0; A0') entspricht, und während der Beschleunigungsvariationszeit (t1) die Spindelachse veranlasst (12), die verzögerte Drehung mit einer variablen Verzögerung (A1) durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung (A0; A0') ist und mit einer vorgegebenen Rate variiert, - einen Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt (44), der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Geschwindigkeitsbefehl (Cpv2) für die Positionssteuerung zu berechnen, wobei der zweite Geschwindigkeitsbefehl, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht hat, die Spindelachse (12) veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer konstanten Verzögerung (Acons) durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung (A0; A0') ist, und
- einen Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt (46), der dazu eingerichtet ist, während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse (12) mit der Zwischendrehzahl (Vb; Vb') arbeitet, um die Zielposition zu erreichen, einen eine niedrigere Drehzahl erreichenden Geschwindigkeitsbefehl zu wählen, der entweder der erste Geschwindigkeitsbefehl (Cpvl) oder der zweite Geschwindigkeitsbefehl (Cpv2) ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine, um einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse zu steuern. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine, um einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse zu steuern.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Für eine Werkzeugmaschine, die dazu fähig ist, durch einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse (oder Hauptachse) und einer Vorschubachse einen Gewindeschneidvorgang durchzuführen, wurden verschiedene Arten von Konfigurationen zum Verbessern der Bearbeitungsgenauigkeit und zum Verkürzen der Zykluszeit vorgeschlagen. Das japanische Patent Nr. 2629729 ( JP 2 629 729 B2 ) beispielsweise offenbart eine Gewindeformvorrichtung, die durch Betreiben einer Vorschubachse derart, dass sie der Drehung einer Spindelachse folgt, einen Gewindeschneidvorgang durchführt, wobei ein Vorschubbefehlswert für die Vorschubachse basierend auf der Drehzahl und Drehbeschleunigung der Spindelachse und einem Gewindegang berechnet wird, und der Vorschubbefehlswert gemäß der tatsächlichen Drehposition der Spindelachse korrigiert wird, um die Gewindeschneidgenauigkeit zu verbessern. Das japanische Patent Nr. 3553741 ( JP 3 553 741 B2 ) hingegen offenbart ein Verfahren zum Steuern einer Beschleunigung und Verzögerung eines Spindelmotors, das durch eine numerische Steuereinheit ausgeführt wird, welche eine Synchronisationssteuerung einer Spindelachse und einer Vorschubachse für einen Gewindeschneidvorgang durchführt, wobei die numerische Steuereinheit in Übereinstimmung mit den Leistungseigenschaften der Spindelachse einen Beschleunigungs-/Verzögerungsbefehl erstellt und die Spindelachse basierend auf dem Beschleunigungs-/Verzögerungsbefehl steuert, um das Ansprechverhalten der Spindelachse zu verbessern, um dadurch die Zykluszeit zu verkürzen.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2016-078223 ( JP 2016 - 78 223 A ) beschreibt eine Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine, die eine Konfiguration zum Steuern eines synchronisierten Betriebs einer Spindelachse und einer Vorschubachse aufweist, wobei ein numerischer Steuerabschnitt basierend auf einem Gewindeschneidprogramm einen Spindelachsenbefehl an den Spindelachsensteuerabschnitt sendet, der Spindelachsenbefehl einen Gesamtdrehbetrag und eine maximale Drehzahl der Spindelachse während einer Zeitspanne umfasst, in der die Spindelachse von einer Startposition bis zu einer Zielposition arbeitet, und ein Spindelachsensteuerabschnitt die Spindelachse veranlasst, gemäß dem Spindelachsenbefehl automatisch eine beschleunigte und verzögerte Drehung mit maximaler Leistung durchzuführen, um einen Gewindeschneidvorgang auszuführen.
DE 10 2016 003 513 A1 betrifft einen Controller zum Steuern einer synchronisierten Betätigung von Spindel- und Vorschubachsen. Eine Spindelachsen-Steuereinheit umfasst eine Einheit zum Bewirken, dass eine Spindelachse eine beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität von einer Prozessstartposition aus ausführt; Partien zum jeweiligen Detektieren einer maximalen Beschleunigung, eines Restdrehbetrags und einer aktuellen Geschwindigkeit der Spindelachse; eine Einheit zum Bewirken, dass die Spindelachse eine verzögerte Drehung bei maximaler Kapazität ausführt, um nach der beschleunigten Drehung eine Zielgewindetiefe zu erreichen; und eine Einheit zum Ausführen einer Drehmomentbegrenzung während der beschleunigten Drehung der Spindelachse, so dass eine Drehmomentführungsgröße, die geringer als eine maximale Drehmomentführungsgröße ist, zu Beginn der Beschleunigung an die Spindelachse gegeben wird, und anschließend die Drehmomentführungsgröße allmählich erhöht wird, so dass die maximale Drehmomentführungsgröße an die Spindelachse gegeben wird, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Bei einer Werkzeugmaschine, die dazu fähig ist, durch einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse einen Gewindeschneidvorgang durchzuführen, wird die Zykluszeit im Allgemeinen abhängig vom Beschleunigungsvermögen der Spindelachse bestimmt. Bei einer Konfiguration, bei der die Zykluszeit durch Steuern der Spindelachse verkürzt wird, um deren Beschleunigungsvermögen zu maximieren, ist es wünschenswert während der Drehbewegung der Spindelachse mechanische oder strukturelle Erschütterungen zu verringern, die aufgrund der Beschleunigungsänderung an der Spindelachse verursacht werden können, und einen Synchronisationsfehler zu reduzieren, der aufgrund der Beschleunigungsänderung zwischen der Spindelachse und der Vorschubachse verursacht werden kann.
Ein Aspekt der Erfindung sieht eine Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine vor, die dazu eingerichtet ist, einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse zu steuern, wobei die Steuervorrichtung einen numerischen Steuerabschnitt, der dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Gewindeschneidprogramm einen Spindelachsenbefehl und einen Vorschubachsenbefehl zu erstellen, einen Spindelachsensteuerabschnitt, der dazu eingerichtet ist, gemäß dem Spindelachsenbefehl eine Drehbewegung der Spindelachse zu steuern, einen Dreherfassungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, eine Drehposition der Spindelachse zu erfassen, und einen Vorschubachsensteuerabschnitt umfasst, der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition gemäß dem Vorschubachsenbefehl eine Vorschubbewegung der Vorschubachse zu steuern, wobei der numerische Steuerabschnitt einen Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt umfasst, der dazu eingerichtet ist, aus dem Gewindeschneidprogramm einen Gesamtdrehbetrag und eine maximale Drehzahl der Spindelachse während einer Zeitspanne zu erhalten, in der die Spindelachse von einer Startposition bis zu einer Zielposition arbeitet, und den Gesamtdrehbetrag und die maximale Drehzahl als Spindelachsenbefehl an den Spindelachsensteuerabschnitt zu senden, wobei der Spindelachsensteuerabschnitt einen Anfangsbewegungssteuerabschnitt, der dazu eingerichtet ist, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die maximale Drehzahl als Zielwert festgelegt ist, die Spindelachse zu veranlassen, unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms einer Antriebsquelle von der Startposition aus eine beschleunigte Drehung mit maximaler Leistung durchzuführen, einen Maximalbeschleunigungserfassungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition eine maximale Beschleunigung der Spindelachse während der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung zu erfassen, einen Restdrehbetragserfassungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Gesamtdrehbetrag und der Drehposition einen Restdrehbetrag der Spindelachse während einer Zeitspanne zu erfassen, in der die Spindelachse von einer aktuellen Position bis zur Zielposition arbeitet, einen Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition eine aktuelle Drehzahl der Spindelachse zu erfassen, einen Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt, der dazu eingerichtet ist, nach der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung basierend auf dem Restdrehbetrag und der aktuellen Drehzahl eine Geschwindigkeitssteuerung auszuführen, um die Spindelachse zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um eine vorgegebene Zwischendrehzahl zu erreichen, und einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt, der dazu eingerichtet ist, nachdem die Spindelachse die Zwischendrehzahl erreicht hat, basierend auf der maximalen Beschleunigung, dem Restdrehbetrag und der aktuellen Drehzahl eine Positionssteuerung auszuführen, um die Spindelachse zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um die Zielposition zu erreichen. Der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt ist dazu eingerichtet, unter Verwendung des Restdrehbetrags und der aktuellen Drehzahl einen Geschwindigkeitsbefehl für die Geschwindigkeitssteuerung sukzessive zu aktualisieren und die Spindelachse durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl zu veranlassen, die verzögerte Drehung durchzuführen, so dass der Restdrehbetrag in einem Moment, in dem die Spindelachse die Zwischendrehzahl erreicht, gleich einem Positionierungsdrehbetrag der Spindelachse wird, der erforderlich ist, damit die Spindelachse unter der Positionssteuerung die Zielposition erreicht. Der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt umfasst einen Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, einen ersten Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung zu berechnen, wobei der erste Geschwindigkeitsbefehl während einer Zeitspanne, mit Ausnahme einer vorgegebenen Beschleunigungsvariationszeit kurz nachdem die Spindelachse die Zwischendrehzahl erreicht hat und kurz bevor die Spindelachse die Zielposition erreicht, die Spindelachse veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer maximalen Verzögerung durchzuführen, die der maximalen Beschleunigung entspricht, und während der Beschleunigungsvariationszeit die Spindelachse veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer variablen Verzögerung durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung ist und mit einer vorgegebenen Rate variiert, einen Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Geschwindigkeitsbefehl für die Positionssteuerung zu berechnen, wobei der zweite Geschwindigkeitsbefehl, nachdem die Spindelachse die Zwischendrehzahl erreicht hat, die Spindelachse veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer konstanten Verzögerung durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung ist, und einen Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt, der dazu eingerichtet ist, während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse mit der Zwischendrehzahl arbeitet, um die Zielposition zu erreichen, einen eine niedrigere Drehzahl erreichenden Geschwindigkeitsbefehl zu wählen, der entweder der erste Geschwindigkeitsbefehl oder der zweite Geschwindigkeitsbefehl ist.
Ein anderer Aspekt der Erfindung sieht ein Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine vor, das dazu eingerichtet ist, einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse zu steuern, wobei das Verfahren die durch eine Steuervorrichtung ausgeführten Schritte umfasst: Erhalten, aus einem Gewindeschneidprogramm, eines Gesamtdrehbetrags und einer maximalen Drehzahl der Spindelachse während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse von einer Startposition bis zu einer Zielposition arbeitet, Veranlassen der Spindelachse durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die maximale Drehzahl als Zielwert festgelegt ist, unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms einer Antriebsquelle von der Startposition aus eine beschleunigte Drehung mit maximaler Leistung durchzuführen, Erfassen einer maximalen Beschleunigung der Spindelachse während der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung basierend auf einer Drehpositionsrückkopplung der Spindelachse, Erfassen eines Restdrehbetrags der Spindelachse während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse von einer aktuellen Position bis zur Zielposition arbeitet, basierend auf dem Gesamtdrehbetrag und der Drehpositionsrückkopplung, Erfassen einer aktuellen Drehzahl der Spindelachse basierend auf der Drehpositionsrückkopplung, Ausführen einer Geschwindigkeitssteuerung nach der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung basierend auf dem Restbetrag und der aktuellen Drehzahl, um die Spindelachse zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um eine vorgegebene Zwischendrehzahl zu erreichen, und Ausführen einer Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse die Zwischendrehzahl erreicht hat, basierend auf der maximalen Beschleunigung, dem Restdrehbetrag und der aktuellen Drehzahl, um die Spindelachse zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um die Zielposition zu erreichen. Der Schritt zum Erreichen der vorgegebenen Zwischendrehzahl umfasst ein sukzessives Aktualisieren eines Geschwindigkeitsbefehls für die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung des Restdrehbetrags und der aktuellen Drehzahl und das Veranlassen der Spindelachse durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl, die verzögerte Drehung durchzuführen, so dass der Restdrehbetrag in einem Moment, in dem die Spindelachse die Zwischendrehzahl erreicht, gleich einem Positionierungsdrehbetrag der Spindelachse wird, der erforderlich ist, damit die Spindelachse unter der Positionssteuerung die Zielposition erreicht. Der Schritt zum Erreichen der Zielposition umfasst das Berechnen eines ersten Geschwindigkeitsbefehls für die Positionssteuerung, wobei der erste Geschwindigkeitsbefehl die Spindelachse veranlasst, während einer Zeitspanne, mit Ausnahme einer vorgegebenen Beschleunigungsvariationszeit kurz nachdem die Spindelachse die Zwischendrehzahl erreicht hat oder kurz bevor die Spindelachse die Zielposition erreicht, die verzögerte Drehung mit einer maximalen Verzögerung durchzuführen, die der maximalen Beschleunigung entspricht, und das Veranlassen der Spindel, während der Beschleunigungsvariationszeit die verzögerte Drehung mit einer variablen Verzögerung durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung ist und mit einer vorgegebenen Rate variiert; Berechnen eines zweiten Geschwindigkeitsbefehls für die Positionssteuerung, wobei der zweite Geschwindigkeitsbefehl die Spindelachse veranlasst, nachdem die Spindelachse die Zwischendrehzahl erreicht hat, die verzögerte Drehung mit einer konstanten Verzögerung durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung ist, und Wählen eines eine niedrigere Drehzahl erreichenden Geschwindigkeitsbefehls, der entweder der erste Geschwindigkeitsbefehl oder der zweite Geschwindigkeitsbefehl ist, während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse mit der Zwischendrehzahl arbeitet, um die Zielposition zu erreichen.
Die Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt hat eine Konfiguration, bei der, wenn die Spindelachse die Drehbewegung von der Startposition bis zur Zielposition durchführt, der numerische Steuerabschnitt nur den Gesamtdrehbetrag und die maximale Drehzahl der Spindelachse als Spindelachsenbefehl für den Spindelachsensteuerabschnitt anweist, und der Spindelachsensteuerabschnitt gemäß dem Spindelachsenbefehl die Drehbewegung durch Beschleunigen der Spindelachse mit der maximalen Leistung unter Verwendung des maximal zulässigen Stroms mit der maximalen Drehzahl als Ziel durchführt und basierend auf der während der maximalen beschleunigten Drehung erfassten maximalen Beschleunigung sowie dem sequentiell erfassten Restdrehbetrag und der aktuellen Drehzahl der Spindelachse die Drehbewegung kontinuierlich bis zur Zielposition durchführt und gleichzeitig die Spindelachse mit einer optimalen Verzögerung verzögert, damit die Spindelachse die Zielposition erreicht. Demgemäß ist es nicht länger nötig, eine Parametereinstellung oder -anpassung, etc. vorzunehmen, die erforderlich ist, damit der numerische Steuerabschnitt in Übereinstimmung mit den Leistungseigenschaften der Spindelachse Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehle erstellt, und es ist möglich, mit einer einfachen Konfiguration die Zykluszeit eines Gewindeschneidvorgangs durch Ausführen einer Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung zu verkürzen, um das Beschleunigungsvermögen der Spindelachse zu maximieren. Ferner ist die Steuervorrichtung so konfiguriert, dass der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt während der verzögerten Drehung der Spindelachse durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl die Geschwindigkeitssteuerung für die Spindelachse ausführt, um eine Änderung der Verzögerung kurz vor einem Steuerschaltpunkt zu unterbinden, an dem die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung umgeschaltet wird, und der Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt des Positionierungsbewegungssteuerabschnitts während der zwischen dem Steuerschaltpunkt und der Zielposition ausgeführten Positionssteuerung den Geschwindigkeitsbefehl auswählt, der eine niedrigere Drehzahl erreicht, entweder den durch den Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt berechneten ersten Geschwindigkeitsbefehl oder den durch den Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt berechneten zweiten Geschwindigkeitsbefehl, um sowohl eine Änderung der Verzögerung, die verursacht wird, wenn die Steuerung am Steuerschaltpunkt umgeschaltet wird, als auch Erschütterungen zu unterbinden, die verursacht werden, wenn die Spindelachse in der Zielposition gestoppt wird.
Folglich ist es gemäß der vorliegenden Steuervorrichtung möglich, während der verzögerten Drehung der Spindelachse mechanische oder strukturelle Erschütterungen zu verringern, die aufgrund der Beschleunigungsänderung an der Spindelachse verursacht werden können, und einen Synchronisationsfehler zu reduzieren, der aufgrund der Beschleunigungsänderung zwischen der Spindelachse und der Vorschubachse verursacht werden kann.
Durch das Steuerverfahren gemäß dem anderen Aspekt können Effekte erzielt werden, die denjenigen entsprechen, die durch die vorstehend beschriebene Steuervorrichtung erreicht werden.
Figurenliste
Die Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genauer hervor. Es zeigt:

1 ein Funktionsblockdiagramm, das eine Konfiguration einer Ausführungsform einer Werkzeugmaschinensteuervorrichtung darstellt;
2 ein Flussdiagramm, das ein Schneidbewegungssteuerverfahren für einen Gewindeschneidvorgang veranschaulicht, welches eine Ausführungsform eines Werkzeugmaschinensteuerverfahrens darstellt;
3 ein Flussdiagramm, das eine Positionssteuerroutine bei der Ausführungsform von 2 veranschaulicht;
4 ein Flussdiagramm, das ein Rückholbewegungssteuerverfahren für einen Gewindeschneidvorgang veranschaulicht, welches eine Ausführungsform eines Werkzeugmaschinensteuerverfahrens darstellt;
5 ein Diagramm, das ein Beispiel für die Bewegung einer Spindelachse veranschaulicht, die bei der Ausführungsform gemäß den 1-4 erreicht wird;
6 ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Bewegung einer Spindelachse veranschaulicht, die bei der Ausführungsform gemäß den 1-4 erreicht wird;
7A eine Darstellung, die zwei Arten von Geschwindigkeitsbefehlen bei einer Positionssteuerung veranschaulicht, die bei der Ausführungsform gemäß den 1-4 ausgeführt wird;
7B eine Darstellung, die einen resultierenden Geschwindigkeitsbefehl bei einer Positionssteuerung veranschaulicht, die bei der Ausführungsform gemäß den 1-4 ausgeführt wird;
8A eine vergrößerte Darstellung eines Teils der in 5 oder 6 dargestellten Bewegung einer Spindelachse, der keinem Geschwindigkeitsbefehlsauswahlvorgang unterzogen wird; und
8B eine vergrößerte Darstellung eines Teils der in 5 oder 6 dargestellten Bewegung einer Spindelachse, der einem Geschwindigkeitsbefehlsauswahlvorgang unterzogen wurde.

Genaue Beschreibung
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind entsprechende Komponenten durchgehend durch gemeinsame Bezugszeichen angegeben.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung 10 zum Steuern (d.h. einer Steuervorrichtung 10) einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform darstellt. Die Steuervorrichtung 10 hat eine Konfiguration zum Steuern eines synchronisierten Betriebs (eine sogenannte Master-Slave-Synchronisation) einer Spindelachse 12 und einer Vorschubachse 14 in einer Werkzeugmaschine (z.B. einer Drehmaschine, einer Bohrmaschine, eines Bearbeitungszentrums, etc.), die dazu fähig ist, durch den synchronisierten Betrieb, bei dem die Vorschubachse 14 so arbeitet, dass sie der Drehbewegung der Spindelachse 12 folgt, unter Berücksichtigung eines durch ein Gewindeschneidprogramm P angegeben Gewindegangs einen Gewindeschneidvorgang durchzuführen. Die Spindelachse 12 ist eine Steuerachse, die für einen Spindelmotor (nicht gezeigt) bereitgestellt ist, der eine Halteeinheit zum Halten eines Werkstücks oder eines Werkzeugs mit einer zur Bearbeitung nötigen Drehzahl dreht. Die Vorschubachse 14 ist eine Steuerachse, die für einen Servomotor (nicht gezeigt) bereitgestellt ist, der eine Trageinheit zum Tragen eines Werkstücks oder eines Werkzeugs mit einer zur Bearbeitung nötigen Geschwindigkeit zustellt. Bei einer Drehmaschine beispielsweise kann das Werkzeug relativ zu dem durch die Spindelachse 12 gedrehten Werkstück durch die Vorschubachse 14 linear zugestellt werden oder alternativ das durch die Spindelachse 12 gedrehte Werkstück relativ zum Werkzeug durch die Vorschubachse 14 linear zugestellt werden. Bei einer Bohrmaschine hingegen kann das durch die Spindelachse 12 gedrehte Werkzeug relativ zum Werkstück durch die Vorschubachse 14 linear zugestellt werden oder alternativ das Werkstück relativ zu dem durch die Spindelachse 12 gedrehten Werkzeug durch die Vorschubachse 14 linear zugestellt werden. In jedem der Fälle arbeitet die Vorschubachse 14, die während des Betriebs hinsichtlich des Beschleunigung-/Verzögerungsmoments eine relativ große Spanne hat, derart, dass sie der Spindelachse 12 folgt, die während des Betriebs hinsichtlich des Beschleunigungs-/Verzögerungsmoments eine relativ kleinere Spanne hat, wodurch es möglich ist, einen Synchronisationsfehler zu reduzieren und eine Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Offenbarung die Konfiguration der Werkzeugmaschine nicht speziell eingeschränkt ist.
Die Steuervorrichtung 10 umfasst einen numerischen Steuerabschnitt 16, der dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Gewindeschneidprogramm P einen Spindelachsenbefehl CS und einen Vorschubachsenbefehl CF zu erstellen, einen Spindelachsensteuerabschnitt 18, der dazu eingerichtet ist, gemäß dem Spindelachsenbefehl CS eine Drehbewegung der Spindelachse 12 zu steuern, einen Dreherfassungsabschnitt 20, der dazu eingerichtet ist, eine Drehposition der Spindelachse 12 zu erfassen, und einen Vorschubachsensteuerabschnitt 22, der dazu eingerichtet ist, basierend auf der durch den Dreherfassungsabschnitt 20 erfassten Drehposition gemäß dem Vorschubachsenbefehl CF eine Vorschubbewegung der Vorschubachse 14 zu steuern. Der numerische Steuerabschnitt 16 umfasst einen Programminterpretationsabschnitt 24, der dazu eingerichtet ist, das Gewindeschneidprogramm P zu interpretieren, einen Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26, der dazu eingerichtet ist, gemäß der Interpretation des Programminterpretationsabschnitts 24 den Spindelachsenbefehl CS zu erstellen und den Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18 zu senden, und einen Vorschubachsenbefehlsausgabeabschnitt 28, der dazu eingerichtet ist, gemäß der Interpretation des Programminterpretationsabschnitts 24 den Vorschubachsenbefehl CF zu erstellen und den Vorschubachsenbefehl CF an den Vorschubachsensteuerabschnitt 22 zu senden. Der numerische Steuerabschnitt 16 kann eine Hardwarekonfiguration einer herkömmlichen CNC-Einheit aufweisen.
Vor dem Starten eines Gewindeschneidvorgangs erhält der Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26 anhand eines Befehlswerts, der in dem durch den Programminterpretationsabschnitt 24 interpretierten Gewindeschneidprogramm P bereitgestellt ist, einen Gesamtdrehbetrag S0 und eine maximale Drehzahl VO der Spindelachse 12 während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse von einer Startposition (einer Drehposition) bis zu einer Zielposition (einer Drehposition) arbeitet, und sendet den Gesamtdrehbetrag S0 und die maximale Drehzahl VO als Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18. Wenn das Gewindeschneidprogramm P beispielsweise Instruktionen zum Bearbeiten eines Innengewindes mit einem Gewindegang von 1,25 mm und einer Gewindetiefe von 30 mm umfasst, wobei die maximale Drehzahl (bei diesem Beispiel maximale Umdrehungen pro Minute) V0 der Spindelachse 12 auf 3000 U/min festgelegt ist, wird der Gesamtdrehbetrag S0 der Spindelachse 12 von einer Vorgangsstartposition als Startposition bis zu einer Zielgewindetiefe als Zielposition als 30÷1,25=24 (U) berechnet. Demgemäß meldet der Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26 dem Spindelachsensteuerabschnitt 18 VO = 3000 (U/min) und S0 = 24 (U). Somit umfasst der Spindelachsenbefehl CS keinen Positionsbefehl (oder Bewegungsbefehl) und/oder Beschleunigungs-/Verzögerungsbefehl, der die Spindelachse 12 veranlasst, bis zu einer Zielposition (oder Zielgewindetiefe) eine Drehbewegung durchzuführen.
Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 steuert die Drehbewegung der Spindelachse 12 durch eine herkömmliche Rückkopplungsregelung unter Verwendung einer durch den Dreherfassungsabschnitt 20 erfassten Drehposition FBS (d.h. ein Rückkopplungswert) der Spindelachse 12. Der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 steuert die Vorschubbewegung der Vorschubachse 14, die der Bewegung der Spindelachse 12 folgt, durch eine Rückkopplungsregelung unter Verwendung der Drehposition FBS der Spindelachse 12 zusätzlich zu dem Rückkopplungswert der Vorschubposition der Vorschubachse 14. Der Dreherfassungsabschnitt 20 kann die Drehposition FBS anhand der Ausgabe eines Positionsdetektors (nicht gezeigt), wie etwa eines Encoders, etc., erhalten, um die Betriebsposition der Spindelachse 12 oder des Spindelmotors zu erfassen.
Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 umfasst einen Anfangsbewegungssteuerabschnitt 30, der dazu eingerichtet ist, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die vom Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26 gesendete maximale Drehzahl V0 als Zielwert festgelegt ist, die Spindelachse 12 zu veranlassen, unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms einer Antriebsquelle von der Startposition aus eine beschleunigte Drehung mit maximaler Leistung durchzuführen, einen Maximalbeschleunigungserfassungsabschnitt 32, der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition FBS eine maximale Beschleunigung A0 (die Einheit lässt sich z.B. als U/min² angeben) der Spindelachse 12 während der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung zu erfassen, einen Restdrehbetragserfassungsabschnitt 34, der dazu eingerichtet ist, basierend auf dem vom Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26 gesendeten Gesamtdrehbetrag S0 und der Drehposition FBS einen Restdrehbetrag Sr der Spindelachse 12 während einer Zeitspanne zu erfassen, in der die Spindelachse von einer aktuellen Position (eine Drehposition) bis zur Zielposition arbeitet, einen Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt 36, der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition FBS eine Ist-Drehzahl oder aktuelle Drehzahl Vc der Spindelachse 12 zu erfassen, einen Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38, der dazu eingerichtet ist, nach der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung basierend auf dem Restdrehbetrag Sr und der aktuellen Drehzahl Vc eine Geschwindigkeitssteuerung auszuführen, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um eine vorgegebene Zwischendrehzahl Vb zu erreichen, und einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40, der dazu eingerichtet ist, nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb erreicht hat, basierend auf der maximalen Beschleunigung A0, dem Restdrehbetrag Sr und der aktuellen Drehzahl Vc, eine Positionssteuerung auszuführen, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um die Zielposition zu erreichen.
Die Zwischendrehzahl Vb wird vorab für die Spindelachse 12 als Drehzahl (z.B. eine Grunddrehzahl des Spindelmotors) bestimmt, durch die ab dem Start des Betriebs bis zur Zwischendrehzahl Vb eine Beschleunigung mit einem konstanten Drehmoment (d.h. eine konstante Beschleunigung) durchgeführt werden kann, und kann als einer von mehreren Steuerparametern in einem Speicher (nicht gezeigt) der Steuervorrichtung 10 gespeichert werden. In der Praxis kann die Zwischendrehzahl Vb einen beliebigen Wert annehmen, der kleiner oder gleich der Grunddrehzahl des Spindelmotors ist (oder einer Drehzahl, die unter Berücksichtigung eines Untersetzungsverhältnisses, sofern vorhanden, zwischen dem Spindelmotor und der Spindelachse 12 bestimmt wird).
Die Spindelachse 12 geht in einem Moment, in dem die Spindelachse die maximale Drehzahl V0 oder eine Position erreicht, in der der Restdrehbetrag Sr gleich der Hälfte des Gesamtdrehbetrags S0 ist, von der durch den Anfangsbewegungssteuerabschnitt 30 gesteuerten beschleunigten Drehung zu der durch den Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 gesteuerten verzögerten Drehung über. In einem Drehzahlbereich der Spindelachse 12 von der maximalen Drehzahl der beschleunigten Drehung bis zur Zwischendrehzahl Vb führt der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 die Geschwindigkeitssteuerung aus, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, die verzögerte Drehung mit einer optimalen Verzögerung durchzuführen, die sowohl die Verkürzung der Zykluszeit als auch die Verringerung von Erschütterungen der Spindelachse 12 oder eines Synchronisationsfehlers zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 berücksichtigt. In einem Drehzahlbereich der Spindelachse 12 von der Zwischendrehzahl Vb bis zur Zielposition hingegen führt der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 die Positionssteuerung aus, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, die verzögerte Drehung mit einer optimalen Verzögerung durchzuführen, die sowohl die Verkürzung der Zykluszeit als auch die Verringerung von Erschütterungen der Spindelachse 12 oder eines Synchronisationsfehlers zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 berücksichtigt. Zu diesem Zweck überwacht der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 den Restdrehbetrag Sr und die aktuelle Drehzahl Vc, die durch den Restdrehbetragserfassungsabschnitt 34 bzw. den Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt 36 sequentiell erfasst werden, und berechnet eine Position (nachstehend als Steuerschaltpunkt bezeichnet), an der erwartet wird, dass „Sr“ gleich null wird (d.h. die Spindelachse erreicht die Zielposition), wenn die Spindelachse 12 von der aktuellen Drehzahl Vc (=Vb) mit der optimalen Verzögerung verzögert wird, und startet die Positionssteuerung in einem Moment, in dem die Spindelachse 12 den Steuerschaltpunkt erreicht.
Unter Berücksichtigung der Verkürzung der Zykluszeit ist es dem Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 möglich, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die Zwischendrehzahl Vb als Zielwert festgelegt ist (d.h. ein Befehlswert), die Spindelachse 12 zu veranlassen, unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms einer Antriebsquelle die verzögerte Drehung mit maximaler Leistung durchzuführen. Während der verzögerten Drehung mit maximaler Leistung wird die Verzögerung der Spindelachse 12 aufgrund der Eigenschaften des Spindelmotors allmählich erhöht und die Spindelachse 12 erreicht die Zwischendrehzahl Vb, bevor der Steuerschaltpunkt erreicht wird (d.h. eine Position, in der eine durch den Spindelachsensteuerabschnitt 18 ausgeführte Steuerstrategie von der Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung umgeschaltet wird), und dreht danach für eine sehr kurze Zeit mit der konstanten Zwischendrehzahl Vb, um den Steuerschaltpunkt zu erreichen. Bei dieser Konfiguration wird die Verzögerung kurz vor dem Steuerschaltpunkt geändert. Im Gegensatz dazu hat die vorliegende Ausführungsform eine Konfiguration, bei der der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des Restdrehbetrags Sr und der aktuellen Drehzahl Vc einen Geschwindigkeitsbefehl Cv für die Geschwindigkeitssteuerung sukzessive zu aktualisieren, und die Spindelachse 12 durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv zu veranlassen, die verzögerte Drehung durchzuführen, so dass der Restdrehbetrag S1 in einem Moment, in dem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb erreicht, gleich einem Positionierungsdrehbetrag Spos der Spindelachse 12 wird, der erforderlich ist, damit die Spindelachse unter der durch den Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 ausgeführten Positionssteuerung die Zielposition erreicht (weitere Details der verzögerten Drehung durch die Geschwindigkeitssteuerung sind nachstehend beschrieben). Aufgrund der vorstehenden Konfiguration des Verzögerungsbewegungssteuerabschnitts 38 unterbindet die vorliegende Ausführungsform eine Verzögerungsänderung direkt vor dem Steuerschaltpunkt.
Unter Berücksichtigung der Verkürzung der Zykluszeit ist es dem Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 auch möglich, die die Spindelachse 12 zu veranlassen, die verzögerte Drehung mit einer maximalen Verzögerung A0 (negativer Wert), die der durch den Maximalbeschleunigungserfassungsabschnitt 32 erfassten maximalen Beschleunigung A0 entspricht, vom Steuerschaltpunkt aus durchzuführen, um den Punkt Sr=0 (d.h. die Zielposition) zu erreichen. Bei dieser Konfiguration kann beispielsweise in einem Moment, in dem die Spindelachse 12 ihre Bewegung umkehrt und nach dem Erreichen einer Zielgewindetiefe eine Rückholbewegung startet, wie nachstehend beschrieben, das Stoppen oder die Umkehrung der Spindelachse 12 Erschütterungen verursachen. Im Gegensatz dazu hat die vorliegende Ausführungsform eine Konfiguration, bei der der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 einen Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 42 umfasst, der dazu eingerichtet ist, einen ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl für die Positionssteuerung zu berechnen, wobei der erste Geschwindigkeitsbefehl während einer Zeitspanne, mit Ausnahme einer vorgegebenen Beschleunigungszeit t1 kurz nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb erreicht hat und kurz bevor die Spindelachse 12 die Zielposition erreicht, die Spindelachse 12 veranlasst, die verzögerte Drehung mit der maximalen Verzögerung A0 durchzuführen, und während der Beschleunigungsvariationszeit t1 die Spindelachse 12 veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer variablen Verzögerung A1 durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung A0 ist und mit einer vorgegebenen Rate variiert. Der Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 42 erzeugt den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl zum Ausführen einer sogenannten glockenförmigen Verzögerung, bei der die Beschleunigungsvariationszeit t1, hauptsächlich im Hinblick auf eine einfache Berechnung des ersten Geschwindigkeitsbefehls Cpvl (und somit eine Verringerung der Verarbeitungszeit oder Datenkapazität), nicht nur direkt bevor die Spindelachse 12 die Zielposition erreicht, sondern auch direkt nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb erreicht hat, bereitgestellt wird.
Wenn die Konfiguration, bei der der Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 42 des Positionierungsbewegungssteuerabschnitts 40 den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl zum Ausführen der glockenförmigen Verzögerung generiert, zusätzlich zu der vorstehend genannten Konfiguration verwendet wird, bei der der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 die Spindelachse 12 durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv veranlasst, die verzögerte Drehung durchzuführen, kann am Steuerschaltpunkt, an dem die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung umgeschaltet wird, eine Änderung der Verzögerung verursacht werden. Um dieses Problem anzugehen, hat die vorliegende Ausführungsform eine Konfiguration, bei der der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 ferner einen Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 44, der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 für die Positionssteuerung zu berechnen, wobei der zweite Geschwindigkeitsbefehl, nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb erreicht hat, die Spindelachse 12 veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer konstanten Verzögerung Acons durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung A0 ist, und einen Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt 46 umfasst, der dazu eingerichtet ist, während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse 12 mit der Zwischendrehzahl Vb arbeitet, um die Zielposition zu erreichen, einen eine niedrigere Drehzahl erreichenden Geschwindigkeitsbefehl zu wählen, der entweder der erste Geschwindigkeitsbefehl Cpvl oder der zweite Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 ist (weitere Details der verzögerten Drehung durch die Positionssteuerung sind nachstehend beschrieben). Aufgrund der vorstehenden Konfiguration des Positionierungsbewegungssteuerabschnitts 40 unterbindet die vorliegende Ausführungsform sowohl eine am Steuerschaltpunkt verursachte Änderung der Verzögerung als auch beim Stoppen oder Umkehren der Spindelachse verursachte Erschütterungen.
Die Steuervorrichtung 10 ist dazu fähig, bei einem Gewindeschneidvorgang unter Verwendung eine Werkzeugmaschine eine Drehbewegung der Spindelachse 12 zum Schneiden eines Pilotlochs eines Werkstücks mit einem Werkzeug bis zu einer Zielgewindetiefe zu steuern (in dieser Anmeldung als Schneidbewegung bezeichnet). Die Steuervorrichtung 10 ist auch dazu fähig, bei einem Gewindeschneidvorgang unter Verwendung einer Werkzeugmaschine nach dem Schneiden eines Pilotlochs des Werkstücks bis zu einer Zielgewindetiefe eine Drehbewegung der Spindelachse 12 zum Herausziehen eines Werkzeugs aus einem Werkstück zu steuern (in dieser Anmeldung als Rückholbewegung bezeichnet). Bei der Steuerung der Schneidbewegung entspricht die „Startposition“ einer „Vorgangsstartposition“ des Gewindeschneidvorgangs und die „Zielposition“ entspricht einer „Zielgewindetiefe“ des Gewindeschneidvorgangs. Bei der Steuerung der Rückholbewegung entspricht die „Startposition“ einer „Zielgewindetiefe“ des Gewindeschneidvorgangs und die „Zielposition“ entspricht einer „Rückholabschlussposition“ des Gewindeschneidvorgangs.
Die 2 bis 4 stellen die erste Ausführungsform eines durch die Steuervorrichtung 10 ausgeführten Verfahrens zum Steuern einer Werkzeugmaschine dar. Die 5 und 6 stellen zwei unterschiedliche Beispiele für durch das Steuerverfahren der 2-4 erreichte Bewegungen der Spindelachse 12 dar. Das Steuerverfahren gemäß der dargestellten Ausführungsform kann sowohl die Schneidbewegung (2) als auch die Rückholbewegung (4) der Spindelachse 12 im Gewindeschneidvorgang steuern. Zum besseren Verständnis verwendet die folgende Beschreibung die Begriffe „Gesamtdrehbetrag“, „maximale Drehzahl“, „beschleunigte Drehung“, „Restdrehbetrag“, „aktuelle Drehzahl“, „verzögerte Drehung“, „Zwischendrehzahl“, „Verzögerung“ und „Positionierungsdrehbetrag“ in Bezug auf die Steuerung der Schneidbewegung und verwendet gleichzeitig die jeweils entsprechenden im Wesentlichen synonymen Begriffe „Gesamtrückholdrehbetrag“, „maximale Rückholdrehzahl“, „beschleunigte Umkehrdrehung“, „Restrückholdrehbetrag“, „aktuelle Drehzahl der Umkehrdrehung“, „verzögerte Umkehrdrehung“, „Zwischenrückholdrehzahl“, „Verzögerung der Umkehrdrehung“ und „Positionierungsrückholdrehbetrag“ in Bezug auf die Steuerung der Rückholbewegung.
Zunächst wird nachstehend ein durch die Steuervorrichtung 10 ausgeführtes Verfahren zum Steuern der Schneidbewegung der Spindelachse 12 unter Bezugnahme auf ein in den 2 und 3 dargestelltes Flussdiagramm und 1 beschrieben. In Schritt S1 erhält der numerische Steuerabschnitt 16 (der Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26) anhand eines Befehlswerts, der in dem durch den Programminterpretationsabschnitt 24 interpretierten Gewindeschneidprogramm P bereitgestellt ist, den Gesamtdrehbetrag S0 und die maximale Drehzahl V0 der Spindelachse 12 während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse von der Vorgangsstartposition (oder Startposition) bis zur Zielgewindetiefe (oder Zielposition) arbeitet, und weist den Gesamtdrehbetrag S0 und die maximale Drehzahl V0 für den Spindelachsensteuerabschnitt 18 an. In Schritt S2 veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Anfangsbewegungssteuerabschnitt 30, der Maximalbeschleunigungserfassungsabschnitt 32 und der Restdrehbetragserfassungsabschnitt 34) durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die maximale Drehzahl VO als Zieldrehzahl festgelegt ist, die Spindelachse 12, unter Verwendung des maximal zulässigen Stroms der Antriebsquelle von der Vorgangsstartposition (d.h. Drehzahl null) aus die beschleunigte Drehung mit maximaler Leistung durchzuführen, um die Schneidbewegung durchzuführen, erfasst die maximale Beschleunigung A0 während der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung und erfasst sequentiell den Restdrehbetrag Sr anhand der aktuellen Position während der beschleunigten Drehung. Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 meldet den erfassten Restdrehbetrag Sr immer dann dem numerischen Steuerabschnitt 16, wenn dieser erfasst wird.
Als Nächstes erfasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt 36) in Schritt S3 sequentiell die aktuelle Drehzahl Vc während der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung und bestimmt immer dann, wenn diese erfasst wird, ob die aktuelle Drehzahl Vc die maximale Drehzahl VO erreicht hat. Wenn „Vc“ „VO“ noch nicht erreicht hat, bestimmt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38) in Schritt S4, ob der Restdrehbetrag Sr gleich oder kleiner als die Hälfte des Gesamtdrehbetrags S0 ist. Wenn „Sr“ gleich oder kleiner als die Hälfte von „S0“ ist, veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38) in Schritt S5 die Spindelachse 12, die verzögerte Drehung bis zur Zwischendrehzahl Vb auszuführen, um die Schneidbewegung kontinuierlich durchzuführen. Wenn „Sr“ nicht gleich oder kleiner als die Hälfte von „S0“ ist, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt S3 zurück.
Bezug nehmend auf 5 wird nun ein Beispiel für die Schneidbewegung der Spindelachse 12, wenn der Restdrehbetrag Sr die Hälfte des Gesamtdrehbetrags S0 erreicht, bevor die aktuelle Drehzahl Vc die maximale Drehzahl V0 erreicht (d.h. wenn das Bestimmungsergebnis in den Schritte S3 und S4 jeweils JA lautet), durch eine Drehzahl-Zeit-Kurve (die Kurve über einer Zeitachse) dargestellt. In Schritt S2 wird die beschleunigte Drehung mit maximaler Leistung der Spindelachse 12 während der in 5 dargestellten Zeitspannen T1 und T2 durchgeführt und die maximale Beschleunigung A0 während der konstanten Beschleunigung in der Zeitspanne T1 erfasst (d.h. einer Zeitspanne ab einem Punkt, zu dem die Spindelachse in der Vorgangsstartposition startet, bis zu einem Punkt, zu dem die Spindelachse die Zwischendrehzahl Vb erreicht). Wenn die Drehzahl der Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb übersteigt (in diesem Beispiel die Grunddrehzahl des Spindelmotors), fällt die Beschleunigung der Spindelachse 12 aufgrund der Eigenschaften des Spindelmotors allmählich von der maximalen Beschleunigung AO ab. Zu einem Zeitpunkt A, zu dem der Restdrehbetrag Sr die Hälfte des Gesamtdrehbetrags S0 erreicht (d.h. wenn der Drehbetrag ab dem Start der Bearbeitung die Hälfte des Gesamtdrehbetrags S0 erreicht) (oder wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 JA lautet), ändert sich die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Drehung in die verzögerte Drehung und die Spindelachse 12 führt in Schritt S5 die verzögerte Drehung in der Zeitspanne T3 durch. In den Zeitspannen T1, T2 und T3 führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 eine Geschwindigkeitssteuerung für die Spindelachse 12 aus (ein Geschwindigkeitsbefehl in diesen Zeitspannen ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt).
Während der Zeitspanne T3 (Schritt S5) erfasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Restdrehbetragserfassungsabschnitt 34 und der Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt 36) außerdem sequentiell den Restdrehbetrag Sr anhand der aktuellen Position und die aktuelle Drehzahl Vc der Spindelachse 12. In der Zeitspanne T3 (Schritt S5) führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Geschwindigkeitssteuerung aus, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, die verzögerte Drehung ab dem Punkt A (oder einer maximalen Drehzahl) bis zur Zwischendrehzahl Vb durchzuführen, und aktualisiert in der Zwischenzeit sukzessive einen Geschwindigkeitsbefehl Cv für die verzögerte Drehung unter Verwendung des Restdrehbetrags Sr und der aktuellen Drehzahl Vc (der Geschwindigkeitsbefehl Cv ist in 5 durch eine gestrichelte Linie dargestellt). Genauer gesagt aktualisiert der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 sukzessive den Geschwindigkeitsbefehl Cv und veranlasst die Spindelachse 12 durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv, die verzögerte Drehung durchzuführen, so dass der Restdrehbetrag Sr der Spindelachse 12 in einem Moment, in dem die Spindelachse 12 die vorgegebene Zwischendrehzahl Vb erreicht, gleich einem Positionierungsdrehbetrag Spos der Spindelachse 12 wird, der erforderlich ist, damit die Spindelachse unter der durch den Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 ausführten Positionssteuerung die Zielgewindetiefe erreicht.
Der Positionierungsdrehbetrag Spos entspricht einer Position zu einem Zeitpunkt B (5), zu dem erwartet wird, dass der Restdrehbetrag Sr gleich null wird und die aktuelle Drehzahl Vc gleich null wird (d.h. die Spindelachse erreicht die Zielgewindetiefe), wenn der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Beschleunigungsvariationszeit t1 (sec) die Spindelachse 12 von der aktuellen Drehzahl Vc (nachstehend als Drehzahl pro Sekunde beschrieben (deren Einheit als U/sec angegeben wird)) mit der maximalen Verzögerung A0 (negativer Wert) verzögert, die der in Schritt S2 erfassten maximalen Beschleunigung A0 (U/sec²) entspricht. Der Positionierungsdrehbetrag Spos wird, vom Punkt Sr=0 aus gesehen, als absoluter Wert des Restdrehbetrags Sr (negativer Wert) durch die folgende Gleichung bestimmt: $| Sr | = {Vc}^{2} / (2 \times | A 0 |) + Vc \times τ / 2= Spos$
Wie bereits beschrieben, wird angenommen, dass die aktuelle Drehzahl Vc der Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb zum Punkt B erreicht. Daher können die Position |Sr| von Punkt B und der Positionierungsdrehbetrag Spos durch die folgende Gleichung 1 bestimmt werden: $| Sr | = {Vb}^{2} / (2 \times | A 0 |) + Vc \times τ / 2= Spos$
In diesem Zusammenhang ist „τ“ in Gleichung 1 eine Zeitkonstante, die eine Änderung der Verzögerung der Spindelachse 12 während der Beschleunigungsvariationszeit t1 darstellt. Die Beschleunigungsvariationszeit t1 und die Zeitkonstante τ können basierend auf einer experimentellen Regel durch einen Systementwickler festgelegt und als einer von mehreren Steuerparametern in einem Speicher (nicht gezeigt) der Steuereinrichtung 10 gespeichert werden.
Wenn der Restdrehbetrag Sr in einem Moment, in dem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb erreicht, gleich dem Positionierungsdrehbetrag Spos der Spindelachse 12 ist, wird die Beziehung zwischen dem Restdrehbetrag (d.h. der aktuellen Position) Sr, der aktuellen Drehzahl Vc (U/sec) und der aktuellen Verzögerung Ac (U/sec²) der Spindelachse 12 während der Zeitspanne T3 durch die folgende Gleichung dargestellt: $| Ac | = ({Vc}^{2} - {Vb}^{2}) / (2 \times (Sr - Spos))$
auf Basis einer Formel: ${Vc}^{2} - {Vb}^{2} = 2 \times | Ac | \times (Sr - Spos)$
In der Zeitspanne T3 (Schritt S5) überwacht der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38) ständig den Restdrehbetrag Sr und die aktuelle Drehzahl Vc der Spindelachse 12 und bestimmt einen neuen oder aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv durch Subtrahieren eines Werts, der durch Multiplizieren der vorstehend genannten aktuellen Verzögerung Ac mit einem Geschwindigkeitsbefehlsaktualisierungszyklus Tct1 (sec) (d.h. einem Zyklus zum Erstellen des Geschwindigkeitsbefehls und Melden desselben an die Spindelachse 12 durch den Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38) erhalten wird, von der aktuellen Drehzahl Vc (d.h. dem letzten Geschwindigkeitsbefehl Cv). Der Geschwindigkeitsbefehl Cv wird durch die folgende Gleichung 2 dargestellt: $Cv = Vc - Ac \times Tct1$
Gemäß der Gleichung 2 aktualisiert der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 sukzessive den Geschwindigkeitsbefehl Cv im Geschwindigkeitsbefehlsaktualisierungszyklus Tct1. Die Spindelachse 12 führt die verzögerte Drehung durch und erhöht gleichzeitig gemäß dem sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv allmählich die Verzögerung Ac während des Betriebs ab dem Punkt A bis zum Punkt B und erreicht den Punkt B in einem Moment, in dem sie auf die Zwischendrehzahl Vb verzögert wird (5).
Bezug nehmend wieder auf 2, bestimmt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt S6, ob der absolute Wert |Sr| des Restdrehbetrags Sr der Spindelachse 12 die Gleichung 1 erfüllt: |Sr|=Vb²/(2x|A0|)+Vbxτ/2 (d.h. ob die Drehposition der Spindelachse 12 den Punkt B erreicht hat). Wenn die Gleichung 1 erfüllt wird, erstellt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt S7 einen Bewegungsbefehl, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, die verzögerte Drehung mit der optimalen Verzögerung durchzuführen und den Punkt Sr=0 (d.h. die Zielgewindetiefe) zu erreichen, und führt unter Verwendung des erstellen Bewegungsbefehls eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 aus. Wenn die Gleichung 1 nicht erfüllt wird, wird die Bestimmung in Schritt S6 wiederholt, bis die Gleichung 1 erfüllt wird. Die Spindelachse 12 führt durch Durchführen der verzögerten Drehung mit der optimalen Verzögerung gemäß dem Bewegungsbefehl vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 (dem Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) die Schneidbewegung vom Punkt B zur Zielgewindetiefe durch und erreicht die Zielgewindetiefe und stoppt dort, wenn Sr gleich null wird. Auf diese Weise führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in der Zeitspanne T4 (5), in der die Spindelachse vom Punkt B aus arbeitet, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 aus (ein anhand des Bewegungsbefehls erhaltener Geschwindigkeitsbefehl ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt).
Bei der Positionssteuerung in Schritt S7 führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) eine in 3 gezeigte Positionssteuerroutine aus. Zunächst berechnet der Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 42 in Schritt Q1 den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl für die Positionssteuerung, wobei der erste Geschwindigkeitsbefehl während der Beschleunigungsvariationszeit t1 kurz nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb erreicht hat und kurz bevor die Spindelachse 12 die Zielgewindetiefe (d.h. die Zielposition) erreicht, die Spindelachse 12 veranlasst, die verzögerte Drehung mit der vorstehend genannten variablen Verzögerung A1 durchzuführen, und während einer Zeitspanne, mit Ausnahme der Beschleunigungsvariationszeit T1, die Spindelachse 12 veranlasst, die verzögerte Drehung mit der maximalen Verzögerung A0 durchzuführen. Dann berechnet der Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 44 in Schritt Q2 den zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 für die Positionssteuerung, wobei der zweite Geschwindigkeitsbefehl, nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb erreicht hat, die Spindelachse 12 veranlasst, die verzögerte Drehung mit der vorstehend genannten konstanten Verzögerung Acons durchzuführen.
7A stellt beispielhafte Geschwindigkeitsbefehle während der durch den Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 ausgeführten Positionssteuerung dar, d.h. eine Kurve (eine strichpunktierte Linie) des ersten Geschwindigkeitsbefehls Cpvl und eine Kurve (eine doppelt strichpunktierte Linie) des zweiten Geschwindigkeitsbefehls Cpv2. Wie dargestellt, berechnet der Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 42, unter der Voraussetzung, dass sich die Verzögerung der Spindelachse 12 am Punkt B in dem Zustand null (oder auf der Zwischendrehzahl Vb) befindet, den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpv1, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, sich in der Beschleunigungsvariationszeit t1 direkt nach dem Punkt B mit der variablen Verzögerung A1 zu bewegen, die im Laufe der Zeit allmählich von null auf die maximale Verzögerung A0 ansteigt, sich danach mit der maximalen Verzögerung A0 zu bewegen, sich dann in der Beschleunigungsvariationszeit t1 direkt vor der Zielgewindetiefe mit der variablen Verzögerung A1 zu bewegen, die im Laufe der Zeit allmählich von der maximalen Verzögerung A0 auf null abfällt, und schließlich in der Zielgewindetiefe zu stoppen.
Der Wert ΔCpv1(n) des Geschwindigkeitsbefehls pro Zeiteinheit in der Beschleunigungsvariationszeit t1 (Zeitkonstante τ) wird durch die folgende Gleichung 3 dargestellt: $Δ Cpv1 (n) = Vb - n (n + 1) / 2 \times A0/ τ$
Der Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 44 berechnet den zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, vom Punkt B mit der konstanten Verzögerung Acons zu verzögern und schließlich in der Zielgewindetiefe zu stoppen, und zwar in einer Zeitspanne, die gleich einer Zeitspanne ist, die erforderlich ist, damit sich die Spindelachse 12 gemäß dem ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl vom Punkt B bis zur Zielgewindetiefe bewegt. Der zweite Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 wird durch die folgende Gleichung 4 dargestellt: $Cpv2 = Vb - Acons \times Tct1$
Wie dargestellt, kann die durch den zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 erreichte konstante Verzögerung Acons kleiner als eine konstante Verzögerung festgelegt werden, durch die die Spindelachse 12 die Zielgewindetiefe in einer Zeitspanne erreicht, der gleich einer Zeitspanne ist, der im Falle des ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl erforderlich ist. Wenn die konstante Verzögerung, durch die die Spindelachse 12 die Zielgewindetiefe in einer Zeitspanne erreicht, die gleich einer Zeitspanne ist, die im Falle des ersten Geschwindigkeitsbefehls Cpvl erforderlich ist, als Acons(Grund) angegeben wird, kann die durch den zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 erreichte konstante Verzögerung Acons durch die folgende Gleichung 5 dargestellt werden: $A0/2 \leq Acons \leq Acons (Grund)$
Somit kann eine Größe der konstanten Verzögerung Acons größer oder gleich der Hälfte einer Größe der maximalen Verzögerung A0 festgelegt werden und es kann beispielsweise Acons=A0/2 verwendet werden. Wenn die konstante Verzögerung Acons kleiner als die Hälfte der maximalen Verzögerung A0 wird, können nachstehend genannte Effekte beim Unterbinden einer Beschleunigungsänderung am Punkt B verringert werden. Die konstante Verzögerung Acons kann basierend auf einer experimentellen Regel durch einen Systementwickler innerhalb eines durch die Gleichung 5 dargestellten Bereichs festgelegt und als einer von mehreren Steuerparametern in einem Speicher (nicht gezeigt) der Steuervorrichtung 10 gespeichert werden.
Bezug nehmend wieder auf 3 vergleicht der Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt 46 in Schritt Q3 ständig den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl und den zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse 12 mit der Zwischendrehzahl Vb arbeitet, um die Zielposition zu erreichen. Wenn der erste Geschwindigkeitsbefehl Cpv1 kleiner oder gleich dem zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 ist, wählt der Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt 46 in Schritt Q4 den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl und berechnet und bestimmt in Schritt Q5 basierend auf dem ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl einen Drehmomentbefehl. Wenn der erste Geschwindigkeitsbefehl Cpvl bei dem Vergleich in Schritt Q3 größer als der zweite Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 ist, wählt der Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt 46 in Schritt Q6 den zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 und berechnet und bestimmt in Schritt Q5 basierend auf dem zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 einen Drehmomentbefehl. Der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 weist den durch den Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt 46 bestimmten Drehmomentbefehl ständig für die Spindelachse 12 an.
Nachdem der Drehmomentbefehl festgelegt worden ist, bestimmt der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 in Schritt Q7 basierend auf dem sequentiell erfassten Restdrehbetrag Sr, ob die Spindelachse 12 die Zielposition (oder Zielgewindetiefe) erreicht hat. Wenn die Spindelachse 12 die Zielgewindetiefe erreicht hat, wird die Positionssteuerroutine beendet. Wenn die Spindelachse 12 die Zielgewindetiefe nicht erreicht hat, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt Q1 zurück und die Positionssteuerroutine wird wiederholt.
7B stellt einen beispielhaften Geschwindigkeitsbefehl während der durch den Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 ausgeführten Positionssteuerung dar, d.h. eine Kurve eines Geschwindigkeitsbefehls Cpv, der durch einen durch den Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt 46 ausgeführten Auswahlvorgang (Schritte Q3, Q4 und Q5) erhalten wird. Wie dargestellt, wird der zweite Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 in der Zeitspanne T4-1 direkt nach dem Punkt B gewählt, in der der erste Geschwindigkeitsbefehl Cpvl größer als der zweite Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 ist (siehe 7A), und die Spindelachse 12 führt die verzögerte Drehung mit der konstanten Verzögerung Acons von der Zwischendrehzahl Vb durch und setzt die Schneidbewegung fort. In der Zeitspanne T4-1 wird die Spindelachse nicht durch den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl gesteuert, um sich in der Beschleunigungsvariationszeit t1 direkt nach dem Punkt B mit der variablen Verzögerung A1 zu bewegen. Folglich ist es möglich, eine Änderung der Verzögerung zu unterbinden, die am Punkt B verursacht wird, an dem die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung umgeschaltet wird (siehe 7B).
Da die durch den zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 erreichte konstante Verzögerung Acons kleiner als die maximale Verzögerung A0 ist, wird ein Größenverhältnis zwischen dem ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl und dem zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 während der verzögerten Drehung mit der konstanten Verzögerung Acons umgekehrt. Dann wird in der Zeitspanne T4-2, in der der erste Geschwindigkeitsbefehl Cpvl kleiner als der zweite Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 wird (siehe 7A), der erste Geschwindigkeitsbefehl Cpvl gewählt und die Spindelachse 12 führt die verzögerte Drehung mit der maximalen Verzögerung A0 durch, die größer oder gleich der konstanten Verzögerung Acons ist, führt danach während der Beschleunigungsvariationszeit t1 direkt vor der Zielgewindetiefe die verzögerte Drehung mit der variablen Verzögerung A1 durch und setzt die Schneidbewegung fort. In der Zeitspanne T4-2 wird die Spindelachse durch den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl gesteuert, um sich in der Beschleunigungsvariationszeit t1 direkt vor der Zielgewindetiefe mit der variablen Verzögerung A1 zu bewegen. Folglich ist es möglich, Erschütterungen zu unterbinden, die verursacht werden, wenn die Spindelachse 12 gestoppt wird oder die Bewegung der Spindelachse 12 in der Zielgewindetiefe von der Schneidbewegung in die Rückholbewegung umgekehrt wird (siehe 7B).
Die 8A und 8B zeigen vergrößert einen Bereich um den Punkt B in der Drehzahl-Zeit-Kurve von 5 und stellen gemäß einem Beispiel eine Drehzahl-Zeit-Kurve (dünne Linie) und eine Drehzahl-Beschleunigungs-Kurve (dicke Linie) während einer beliebigen Zeitspanne dar. 8A zeigt eine Konfiguration, bei der die Spindelachse 12 ab dem Punkt B die verzögerte Drehung ausschließlich gemäß dem ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl ohne Ausführung der Schritte Q2 bis Q4 und Q6 in der vorstehend genannten Positionssteuerroutine durchführt. 8B hingegen zeigt eine Konfiguration, bei der die Spindelachse 12 ab dem Punkt B die verzögerte Drehung gemäß dem Geschwindigkeitsbefehl, der eine niedrigere Drehzahl erreicht, entweder dem ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl oder dem zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2, unter Ausführung der vorstehend genannten Positionssteuerroutine (Schritte Q1 bis Q7) durchführt. Bei dem in 8A gezeigten Beispiel ändert sich eine in etwa konstante Beschleunigung (oder Verzögerung) der Spindelachse 12 während der Geschwindigkeitssteuerung direkt nach dem Punkt B, bei dem die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung umgeschaltet wird, erheblich auf einen Spitzenwert.
Bei dem in 8B gezeigten Beispiel hingegen, verzögert die Spindelachse 12 infolge der Ausführung der Auswahl des Geschwindigkeitsbefehls nach dem Punkt B in der vorstehend beschriebenen Weise während der Zeitspanne T4-1 direkt nach dem Punkt B mit der konstanten Verzögerung Acons. Demgemäß führt die Spindelachse 12 eine relativ gleichmäßige verzögerte Drehung durch, wobei eine Beschleunigungsänderung vor und nach dem Punkt B unterbunden wird. Folglich können mechanische oder strukturelle Erschütterungen, die aufgrund der Beschleunigungsänderung an der Spindelachse 12 verursacht werden können, verringert werden und ein Synchronisationsfehler, der aufgrund der Beschleunigungsänderung zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 verursacht werden kann, wird reduziert.
Bezug nehmend wieder auf 2 speichert der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S8 einen Drehbetrag (d.h. eine Drehposition FBS) der Spindelachse 12 von der Vorgangsstartposition in einem Moment, in dem die Spindelachse die maximale Drehzahl VO erreicht, als Beschleunigungsdrehbetrag Sa, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt 36) in Schritt S3 bestimmt, dass die aktuelle Drehzahl Vc die maximale Drehzahl VO erreicht hat. Dann bestimmt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S9, ob der Restdrehbetrag Sr gleich oder kleiner als der Beschleunigungsdrehbetrag Sa ist. Wenn „Sr“ gleich oder kleiner als „Sa“ ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S5 über und führt anschließend die Schritte S6 und S7 aus, um die Schneidbewegung bis zur Zielgewindetiefe durchzuführen. Wenn „Sr“ nicht gleich oder kleiner als „Sa“ ist, wird die Bestimmung in Schritt S9 wiederholt, bis „Sr“ gleich oder kleiner als „Sa“ wird.
Bezug nehmend auf 6 wird nun ein Beispiel der Schneidbewegung der Spindelachse 12, wenn die aktuelle Drehzahl Vc die maximale Drehzahl VO erreicht, bevor der Restdrehbetrag Sr die Hälfte des Gesamtdrehbetrags S0 erreicht (d.h. wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S3 NEIN lautet), durch eine Drehzahl-Zeit-Kurve (die Kurve über einer Zeitachse) dargestellt. Wie in 6 gezeigt, wird in Schritt S2 die beschleunigte Drehung der Spindelachse 12 mit maximaler Leistung während der Zeitspannen T1 und T2 durchgeführt und die maximale Beschleunigung A0 während der konstanten Beschleunigung in der Zeitspanne T1 erfasst (d.h. einer Zeitspanne ab einem Punkt, zu dem die Spindelachse in der Vorgangsstartposition startet, bis zu einem Punkt, zu dem die Spindelachse die Zwischendrehzahl Vb erreicht). Wenn die Drehzahl der Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb (bei diesem Beispiel die Grunddrehzahl des Spindelmotors) übersteigt, fällt die Beschleunigung der Spindelachse 12 aufgrund der Eigenschaften des Spindelmotors allmählich von der maximalen Beschleunigung A0 ab. Die aktuelle Drehzahl Vc der Spindelachse 12 erreicht die maximale Drehzahl VO, bevor der Restdrehbetrag Sr die Hälfte des Gesamtdrehbetrags S0 erreicht. Danach dreht die Spindelachse 12 während der Zeitspanne T5 mit der konstanten Drehzahl VO (d.h. null Beschleunigung), um die Schneidbewegung fortzusetzen. Zu einem Zeitpunkt A, zu dem der Restdrehbetrag Sr gleich dem Beschleunigungsdrehbetrag Sa wird (d.h. wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S9 JA lautet), ändert sich die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Drehung in die verzögerte Drehung. Dann führt die Spindelachse 12 in der Zeitspanne T3 (Schritt S5) die vorstehend genannte verzögerte Drehung durch und erhöht gleichzeitig allmählich die Verzögerung Ac (durch die Geschwindigkeitssteuerung), wobei die Spindelachse 12 in der Zeitspanne T4 (Schritt S7) gemäß der in 3 gezeigten Positionssteuerroutine die verzögerte Drehung mit der optimalen Verzögerung durchführt. Die Spindelachse 12 erreicht die Zielgewindetiefe und stoppt dort, wenn „Sr“ gleich null wird. In den Zeitspannen T1, T2, T3 und T4 arbeitet die Spindelachse 12 auf gleiche Weise wie bei der in 5 gezeigten Bewegung.
Bei den in den 5 und 6 gezeigten Bewegungsbeispielen führt der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 (1) während einer Zeitspanne, in der der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Drehbewegung (oder Schneidbewegung) der Spindelachse 12 von der Vorgangsstartposition bis zur Zielgewindetiefe steuert, eine Rückkopplungsregelung für die Vorschubachse 14 aus, um die Vorschubachse zu veranlassen, unter Verwendung der Drehposition FBS der Spindelachse 12 eine Vorschubbewegung durchzuführen und gleichzeitig der Bewegung der Spindelachse 12 zu folgen. Während einer Zeitspanne, in der der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Vorgänge von Schritt S1 bis Schritt S9 ausführt, überwacht der numerische Steuerabschnitt 16 den vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 gemeldeten Restdrehbetrag Sr und bestimmt, dass der Gewindeschneidvorgang die Zielgewindetiefe erreicht hat, wenn der Restdrehbetrag Sr gleich oder kleiner als ein erster vorgegebener Wert wird (ein sehr kleiner Wert von nahe null).
Wie vorstehend beschrieben, hat die Steuervorrichtung 10 eine Konfiguration, bei der, wenn die Spindelachse 12 die Schneidbewegung (Drehbewegung) von der Vorgangsstartposition (Startposition) bis zur Zielgewindetiefe (Zielposition) durchführt, der numerische Steuerabschnitt 16 nur den Gesamtdrehbetrag S0 und die maximale Drehzahl V0 der Spindelachse 12 als Spindelachsenbefehl CS für den Spindelachsensteuerabschnitt 18 anweist und der Spindelachsensteuerabschnitt 18 gemäß dem Spindelachsenbefehl CS die Schneidbewegung durch Beschleunigen der Spindelachse 12 mit der maximalen Leistung unter Verwendung des maximal zulässigen Stroms mit der maximalen Drehzahl V0 als Ziel durchführt, und basierend auf der während der maximalen beschleunigten Drehung erfassten maximalen Beschleunigung A0 sowie dem sequentiell erfassten Restdrehbetrag Sr und der sequentiell erfassten aktuellen Drehzahl Vc der Spindelachse 12 kontinuierlich die Schneidbewegung bis zur Zielgewindetiefe durchführt und gleichzeitig die Spindelachse 12 mit der optimalen Verzögerung verzögert, damit die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht. Daher ist es gemäß der Steuervorrichtung 10 nicht länger nötig, eine Parametereinstellung oder -anpassung etc. vorzunehmen, die erforderlich ist, damit der numerische Steuerabschnitt 16 in Übereinstimmung mit den Leistungseigenschaften der Spindelachse 12 Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehle erstellt, und es ist möglich, mit einer einfachen Konfiguration die Zykluszeit des Gewindeschneidvorgangs durch Ausführen einer Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung zu verkürzen, um das Beschleunigungsvermögen der Spindelachse 12 zu maximieren.
Ferner ist die Steuervorrichtung 10 so konfiguriert, dass der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 während der verzögerten Drehung der Spindelachse 12 die Geschwindigkeitssteuerung für die Spindelachse 12 durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv ausführt, um eine Änderung der Verzögerung kurz vor dem Punkt B zu unterbinden, an dem die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung umgeschaltet wird, und der Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt 46 des Positionierungsbewegungssteuerabschnitts 40 während der zwischen dem Punkt B und der Zielgewindetiefe ausgeführten Positionsteuerung den Geschwindigkeitsbefehl auswählt, der die niedrigere Geschwindigkeit erreicht, entweder den durch den Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 42 berechneten ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl für die glockenförmige Verzögerung oder den durch den Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 44 berechneten zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 für die konstante Verzögerung, um sowohl eine Änderung der Verzögerung, die verursacht wird, wenn die Steuerung am Punkt B umgeschaltet wird, als auch Erschütterungen zu unterbinden, die verursacht werden, wenn die Spindelachse gestoppt oder die Bewegung der Spindelachse in der Zielgewindetiefe umgekehrt wird. Folglich ist es gemäß der Steuervorrichtung 10 möglich, während der verzögerten Drehung der Spindelachse 12 mechanische oder strukturelle Erschütterungen zu verringern, die aufgrund der Beschleunigungsänderung an der Spindelachse 12 verursacht werden können, und einen Synchronisationsfehler zu reduzieren, der aufgrund der Beschleunigungsänderung zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 verursacht werden kann.
Die in 1 gezeigte Steuervorrichtung 10 ist dazu fähig, in Bezug auf die vorstehend genannte Rückholbewegung der Spindelachse 12 eine Steuerstrategie auszuführen, die der vorstehend genannten Steuerstrategie für die Schneidbewegung von der Vorgangsstartposition bis zur Zielgewindetiefe entspricht. Die 5 und 6 stellen, zusätzlich zur Schneidbewegung, durch eine Drehzahl-Zeit-Kurve (die Kurve unter einer Zeitachse) ein Beispiel für die Rückholbewegung der Spindelachse 12 dar, die der vorstehend genannten Schneidbewegung der Spindelachse 12 entspricht. Unter Bezugnahme auf ein in 4 gezeigtes Flussdiagramm ist nachstehend, in Verbindung mit den 1, 3, 5 und 6, ein durch die Steuervorrichtung 10 ausgeführtes Verfahren zum Steuern der Rückholbewegung der Spindelachse 12 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass, zum besseren Verständnis, in der folgenden Erläuterung Bezugszeichen oder Symbole mit einem Strich (') versehen sind, der einem entsprechenden Bezugszeichen oder Symbol hinzugefügt wird, das in der Erläuterung des Schneidbewegungssteuerverfahrens verwendet wird.
Nachdem im Schneidbewegungssteuerungsablauf von 2 bestimmt worden ist, dass der Gewindeschneidvorgang die Zielgewindetiefe erreicht hat, erhält der numerische Steuerabschnitt 16 (der Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26) in Schritt S10 anhand eines Befehlswerts, der in dem durch den Programminterpretationsabschnitt 24 interpretierten Gewindeschneidprogramm P bereitgestellt ist, einen Gesamtrückholdrehbetrag S0' und eine maximale Rückholdrehzahl V0' der Spindelachse 12 während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse von der Zielgewindetiefe (oder Startposition) bis zur Rückholabschlussposition (oder Zielposition) arbeitet, und sendet den Gesamtrückholdrehbetrag S0' und die maximale Rückholdrehzahl V0' als Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18. Der Spindelachsenbefehl CS für die Rückholbewegung umfasst ebenfalls keinen Positionsbefehl (oder Bewegungsbefehl) und/oder Beschleunigungs-/Verzögerungsbefehl, der die Spindelachse 12 veranlasst, eine Drehbewegung bis zur Rückholabschlussposition durchzuführen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Rückholabschlussposition der Vorgangsstartposition entsprechen oder sich von der Vorgangsstartposition unterscheiden kann. Wenn die Rückholabschlussposition mit der Vorgangsstartposition übereinstimmt, ist der Gesamtrückholdrehbetrag S0' gleich dem Gesamtdrehbetrag S0 bei der Schneidbewegung, die maximale Rückholdrehzahl V0' ist jedoch nicht immer gleich der maximalen Drehzahl VO bei der Schneidbewegung. Wenn der Gesamtrückholdrehbetrag S0' und die maximale Rückholdrehzahl V0' gleich dem Gesamtdrehbetrag S0 und der maximalen Drehzahl VO bei der Schneidbewegung sind, wird die Rückholbewegung auch durch die im Wesentlichen gleiche Drehzahl-Zeit-Kurve wie bei der Schneidbewegung dargestellt, wenn sich jedoch der Gesamtrückholdrehbetrag S0' und die maximale Rückholdrehzahl V0' von dem Gesamtdrehbetrag S0 und der maximalen Drehzahl VO bei der Schneidbewegung unterscheiden, wird die Rückholbewegung nicht immer durch die gleiche Drehzahl-Zeit-Kurve wie bei der Schneidbewegung dargestellt.
Als Nächstes führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Anfangsbewegungssteuerabschnitt 30, der Maximalbeschleunigungserfassungsabschnitt 32 und der Restdrehbetragserfassungsabschnitt 34) in Schritt S11 die folgenden Vorgänge aus. Der Anfangsbewegungssteuerabschnitt 30 veranlasst durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die maximale Rückholdrehzahl V0' als Zielwert festgelegt ist, die Spindelachse 12, unter Verwendung des maximal zulässigen Stroms der Antriebsquelle von der Zielgewindetiefe (d.h. Drehzahl null) aus eine beschleunigte Umkehrdrehung mit maximaler Leistung durchzuführen, um die Rückholbewegung durchzuführen. Der Maximalbeschleunigungserfassungsabschnitt 32 erfasst basierend auf der Drehposition FBS eine maximale Beschleunigung AO' der Umkehrdrehung der Spindelachse 12 während der beschleunigten Umkehrdrehung mit maximaler Leistung von der Zielgewindetiefe. Der Restdrehbetragserfassungsabschnitt 34 erfasst basierend auf dem Gesamtrückholdrehbetrag S0' und der Drehposition FBS sequentiell einen Restrückholdrehbetrag Sr' der Spindelachse 12 anhand einer aktuellen Position während der beschleunigten Umkehrdrehung. Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 meldet den erfassten Restrückholdrehbetrag Sr' immer dann dem numerischen Steuerabschnitt 16, wenn dieser erfasst wird.
Als Nächstes erfasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt 36) in Schritt S12 basierend auf der Drehposition FBS sequentiell eine aktuelle Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung der Spindelachse 12 während der beschleunigten Umkehrdrehung mit maximaler Leistung und bestimmt immer dann, wenn diese erfasst wird, ob die aktuelle Drehzahl Vc' die maximale Rückholdrehzahl V0' erreicht hat. Wenn „Vc'‟ „V0'‟ nicht erreicht hat, bestimmt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38) in Schritt S13, ob der Restrückholdrehbetrag Sr' gleich oder kleiner als die Hälfte des Gesamtrückholdrehbetrags S0' ist. Wenn „Sr'‟ gleich oder kleiner als die Hälfte von „S0'‟ ist, veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38) in Schritt S14 die Spindelachse 12, eine verzögerte Umkehrdrehung bis zur Zwischenrückholdrehzahl Vb' durchzuführen, um die Rückholbewegung kontinuierlich durchzuführen. Wenn „Sr'‟ nicht gleich oder kleiner als die Hälfte von „S0'‟ ist, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt S12 zurück.
Bezug nehmend auf 5 wird nun ein Beispiel für die Rückholbewegung der Spindelachse 12, wenn der Restrückholdrehbetrag Sr' die Hälfte des Gesamtrückholdrehbetrags S0' erreicht, bevor die aktuelle Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung die maximale Rückholdrehzahl V0' erreicht (d.h. wenn das Bestimmungsergebnis in den Schritten S12 und S13 jeweils JA lautet), durch eine Drehzahl-Zeit-Kurve (die Kurve unter einer Zeitachse) dargestellt. In Schritt S11 wird die beschleunigte Umkehrdrehung mit maximaler Leistung der Spindelachse 12 während der in 5 gezeigten Zeitspannen T6 und T7 durchgeführt und die maximale Beschleunigung AO' der Umkehrdrehung während der konstanten Beschleunigung in der Zeitspanne T6 erfasst (d.h. eine Zeitspanne ab einem Punkt, zu dem die Spindelachse in der Zielgewindetiefe startet, bis zu einem Punkt, zu dem die Spindelachse die Zwischenrückholdrehzahl Vb' erreicht). Wenn die Drehzahl der Spindelachse 12 die Zwischenrückholdrehzahl Vb' übersteigt (bei diesem Beispiel die Grunddrehzahl des Spindelmotors) fällt die Beschleunigung der Spindelachse 12 aufgrund der Eigenschaften des Spindelmotors allmählich von der maximalen Beschleunigung A0' ab. Zu einem Zeitpunkt C, zu dem der Restrückholdrehbetrag Sr' die Hälfte des Gesamtrückholdrehbetrags S0' erreicht (d.h. wenn der Drehbetrag ab dem Start der Rückholung die Hälfte des Gesamtrückholdrehbetrags S0' erreicht) (oder wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S13 JA lautet), ändert sich die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Umkehrdrehung in die verzögerte Umkehrdrehung und die Spindelachse 12 führt in Schritt S14 die verzögerte Umkehrdrehung in der Zeitspanne T8 durch. In den Zeitspannen T6, T7 und T8 führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 eine Geschwindigkeitssteuerung für die Spindelachse 12 aus (ein Geschwindigkeitsbefehl in diesen Zeitspannen ist durch eine gestrichelte Line dargestellt).
Während der Zeitspanne T8 (Schritt S14) erfasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Restdrehbetragserfassungsabschnitt 34 und der Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt 36) außerdem sequentiell den Restrückholdrehbetrag Sr' anhand der aktuellen Position und die aktuelle Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung der Spindelachse 12. In der Zeitspanne T8 (Schritt S14) führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Geschwindigkeitssteuerung aus, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, die verzögerte Umkehrdrehung ab dem Punkt C (oder einer maximalen Drehzahl der Umkehrdrehung) bis zur Zwischenrückholdrehzahl Vb' durchzuführen, und aktualisiert in der Zwischenzeit sukzessive einen Geschwindigkeitsbefehl Cv' für die verzögerte Umkehrdrehung unter Verwendung des Restrückholdrehbetrags Sr' und der aktuellen Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung (der Geschwindigkeitsbefehl Cv' ist in 5 durch eine gestrichelte Linie dargestellt). Genauer gesagt aktualisiert der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 sukzessive den Geschwindigkeitsbefehl Cv' und veranlasst die Spindelachse 12 durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv', die verzögerte Umkehrdrehung durchzuführen, so dass der Restrückholdrehbetrag Sr' der Spindelachse 12 in einem Moment, in dem die Spindelachse 12 die vorgegebene Zwischenrückholdrehzahl Vb' erreicht, gleich einem Positionierungsrückholdrehbetrag Spos' der Spindelachse 12 wird, der erforderlich ist, damit die Spindelachse unter der durch den Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 ausgeführten Positionssteuerung in der Rückholabschlussposition stoppt.
Der Positionierungsrückholdrehbetrag Spos' entspricht einer Position zu einem Zeitpunkt D (5), zu dem erwartet wird, dass der Restrückholdrehbetrag Sr' gleich null wird und die aktuelle Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung gleich null wird (d.h. die Spindelachse erreicht die Rückholabschlussposition), wenn der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Beschleunigungsvariationszeit t1 (sec) die Spindelachse 12 von der aktuellen Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung (nachstehend als Drehzahl pro Sekunde beschrieben (deren Einheit als U/sec angegeben wird)) mit der maximalen Verzögerung AO' der Umkehrdrehung (negativer Wert) verzögert, die der in Schritt S11 erfassten maximalen Beschleunigung AO' der Umkehrdrehung (U/sec²) entspricht. Der Positionierungsrückholdrehbetrag Spos' wird analog zu dem vorstehend genannten Positionierungsdrehbetrag Spos durch die folgende Gleichung 6 bestimmt: $Spos' = {Vb'}^{2} / (2 \times |A0'|) + Vb'x τ /2 = | Sr' |$
Wenn der Restrückholdrehbetrag Sr' in einem Moment, in dem die Spindelachse 12 die Zwischenrückholdrehzahl Vb' erreicht, gleich dem Positionierungsrückholdrehbetrag Spos' der Spindelachse 12 ist, wird die Beziehung zwischen dem Restrückholdrehbetrag (d.h. der aktuellen Position) Sr', der aktuellen Drehzahl Vc' (U/sec) und der aktuellen Verzögerung Ac' (U/sec²) der Spindelachse 12 während der Zeitspanne T8 durch die folgende Gleichung dargestellt: $| Ac' | = ({Vc'}^{2} - {Vb'}^{2}) / (2 \times (Sr' - Spos'))$
auf Basis einer Formel: ${Vc'}^{2} - {Vb'}^{2} = 2 \times | Ac' | \times (Sr' - Spos')$
In der Zeitspanne T8 (Schritt S14) überwacht der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38) ständig den Restrückholdrehbetrag Sr' und die aktuelle Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung der Spindelachse 12 und bestimmt einen neuen oder aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv' durch Subtrahieren eines Werts, der durch Multiplizieren der vorstehend genannten aktuellen Verzögerung Ac' mit einem Geschwindigkeitsbefehlsaktualisierungszyklus Tct1 (sec) erhalten wird, von der aktuellen Drehzahl Vc' (d.h. dem letzten Geschwindigkeitsbefehl Cv'). Der Geschwindigkeitsbefehl Cv' wird durch die folgende Gleichung 7 dargestellt: $Cv' = Vc' - Ac' \times Tct1$
Gemäß der Gleichung 7 aktualisiert der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 sukzessive den Geschwindigkeitsbefehl Cv' im Geschwindigkeitsbefehlsaktualisierungszyklus Tct1. Die Spindelachse 12 führt die verzögerte Umkehrdrehung durch und erhöht gleichzeitig gemäß dem sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv' allmählich die Verzögerung Ac' während des Betriebs ab dem Punkt C bis zum Punkt D und erreicht den Punkt D in einem Moment, in dem sie auf die Zwischenrückholdrehzahl Vb' verzögert wird (5).
Bezug nehmend wieder auf 4 bestimmt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt S15, ob der absolute Wert |Sr'l des Restrückholdrehbetrags Sr' der Spindelachse 12 die Gleichung 6 erfüllt:

|Sr'|=Vb'²/(2x|A0'|)+Vb'xτ/2 (d.h. ob die Drehposition der Spindelachse 12 den Punkt D erreicht hat. Wenn die Gleichung 6 erfüllt wird, erstellt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt S16 einen Bewegungsbefehl, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, die verzögerte Umkehrdrehung mit der optimalen Verzögerung durchzuführen und am Punkt Sr'=0 (d.h. der Rückholabschlussposition) zu stoppen, und führt unter Verwendung des erstellten Bewegungsbefehls eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 aus. Wenn die Gleichung 6 nicht erfüllt wird, wird die Bestimmung in Schritt S15 wiederholt, bis die Gleichung 6 erfüllt wird. Die Spindelachse 12 führt durch Durchführen der verzögerten Umkehrdrehung mit der optimalen Verzögerung gemäß dem Bewegungsbefehl vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 (dem Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) die Rückholbewegung vom Punkt D zur Rückholabschlussposition durch und erreicht die Rückholabschlussposition und stoppt dort, wenn Sr' gleich null wird. Auf diese Weise führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in der Zeitspanne T9 (5), in der die Spindelachse vom Punkt D aus arbeitet, um die Rückholabschlussposition zu erreichen, eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 aus (ein anhand des Bewegungsbefehls erhaltener Geschwindigkeitsbefehl ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt).

Bei der Positionssteuerung in Schritt S16 führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) eine in 3 gezeigte Positionssteuerroutine in zur vorstehend genannten Positionssteuerung von Schritt 7 analoger Weise aus. Zusammenfassend berechnet der Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 42 den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl und der Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 44 berechnet den zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 in den Schritten Q1 und Q2. Als Nächstes vergleicht der Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt 46 des Positionierungsbewegungssteuerabschnitts 40 den ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl und den zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2, wählt den Geschwindigkeitsbefehl aus, der die niedrigere Drehzahl erreicht, entweder den ersten oder den zweiten Geschwindigkeitsbefehl, und berechnet und bestimmt basierend auf dem gewählten ersten oder zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv1, Cpv2 einen Drehmomentbefehl in den Schritten Q3 bis Q6. Als Nächstes bestimmt der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 in Schritt Q7 basierend auf dem sequentiell erfassten Restrückholdrehbetrag Sr', ob die Spindelachse 12 die Zielposition (oder Rückholabschlussposition) erreicht hat. Wenn die Spindelachse 12 die Rückholabschlussposition erreicht hat, wird die Positionssteuerroutine beendet. Wenn die Spindelachse 12 die Rückholabschlussposition nicht erreicht hat, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt Q1 zurück und die Positionssteuerroutine wird wiederholt. Gemäß der Ausführung der vorstehenden Positionssteuerroutine ist es möglich, bei der Rückholbewegung eine Änderung der Verzögerung, die am Punkt D verursacht wird, an dem die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung umgeschaltet wird, und Erschütterungen zu unterbinden, die verursacht werden, wenn die Spindelachse 12 in der Rückholabschlussposition gestoppt wird, was einen Effekt darstellt, der demjenigen entspricht, der mit der unter Bezugnahme auf die 7A und 7B erläuterten Schneidbewegung erzielt wird.
Bezug nehmend wieder auf 4 speichert der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S17 einen Drehbetrag (d.h. eine Drehposition FBS) der Spindelachse 12 von der Zielgewindetiefe in einem Moment, in dem die Spindelachse die maximale Rückholdrehzahl V0' erreicht, als Beschleunigungsdrehbetrag Sa' der Rückholbewegung, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt 36) in Schritt S12 bestimmt, dass die aktuelle Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung die maximale Rückholdrehzahl V0' erreicht hat. Dann bestimmt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S18, ob der Restrückholdrehbetrag Sr' gleich oder kleiner als der Beschleunigungsdrehbetrag Sa' ist. Wenn „Sr'‟ gleich oder kleiner als „Sa'‟ ist, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S14 über und führt anschließend die Schritte S15 und S16 aus, um die Rückholbewegung bis zur Rückholabschlussposition durchzuführen. Wenn „Sr'‟ nicht gleich oder kleiner als „Sa'‟ ist, wird die Bestimmung in Schritt S18 wiederholt, bis „Sr'‟ gleich oder kleiner „Sa'‟ wird.
Bezug nehmend auf 6 wird nun ein Beispiel der Rückholbewegung der Spindelachse 12, wenn die aktuelle Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung die maximale Rückholdrehzahl V0' erreicht, bevor der Restrückholdrehbetrag Sr' die Hälfte des Gesamtrückholdrehbetrags S0' erreicht (d.h. wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S12 NEIN lautet), durch eine Drehzahl-Zeit-Kurve (die Kurve unter einer Zeitachse) dargestellt. Wie in 6 gezeigt, wird in Schritt S11 die beschleunigte Umkehrdrehung der Spindelachse 12 mit maximaler Leistung während der Zeitspannen T6 und T7 durchgeführt und die maximale Beschleunigung AO' der Umkehrdrehung während einer konstanten Beschleunigung in der Zeitspanne T6 erfasst (d.h. einer Zeitspanne ab einem Punkt, zu dem die Spindelachse in der Zielgewindetiefe startet, bis zu einem Punkt, zu dem die Spindelachse die Zwischenrückholdrehzahl Vb' erreicht). Wenn die Drehzahl der Spindelachse 12 die Zwischenrückholdrehzahl Vb' (bei diesem Beispiel die Grunddrehzahl des Spindelmotors) übersteigt, fällt die Beschleunigung der Spindelachse 12 aufgrund der Eigenschaften des Spindelmotors allmählich von der maximalen Beschleunigung AO' ab. Die aktuelle Drehzahl Vc' der Spindelachse 12 erreicht die maximale Rückholdrehzahl V0', bevor der Restrückholdrehbetrag Sr' die Hälfte des Gesamtrückholdrehbetrags S0' erreicht, wobei die Spindelachse 12 danach während der Zeitspanne T10 mit der konstanten Drehzahl V0' (d.h. null Beschleunigung) umgekehrt dreht, um die Rückholbewegung fortzusetzen. Zu einem Zeitpunkt C, zu dem der Restrückholdrehbetrag Sr' gleich dem Beschleunigungsdrehbetrag Sa' wird (d.h. wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S18 JA lautet), ändert sich die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Umkehrdrehung in die verzögerte Umkehrdrehung. Dann führt die Spindelachse 12 in der Zeitspanne T8 (Schritt S14) die vorstehend genannte verzögerte Umkehrdrehung durch und erhöht gleichzeitig allmählich die Verzögerung Ac' (durch die Geschwindigkeitssteuerung), wobei die Spindelachse 12 in der Zeitspanne T9 (Schritt S16) gemäß der in 3 gezeigten Positionssteuerroutine die verzögerte Umkehrdrehung mit der optimalen Verzögerung durchführt. Die Spindelachse 12 erreicht die Rückholabschlussposition und stoppt dort, wenn „Sr'‟ gleich null wird. In den Zeitspannen T6, T7, T8 und T9 arbeitet die Spindelachse 12 auf die gleiche Weise wie bei der in 5 gezeigten Bewegung.
Bei den in den 5 und 6 gezeigten Bewegungsbeispielen führt der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 (1) während einer Zeitspanne, in der der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Umkehrdrehbewegung (oder Rückholbewegung) der Spindelachse 12 von der Zielgewindetiefe bis zur Rückholabschlussposition steuert, eine Rückkopplungsregelung für die Vorschubachse 14 aus, um die Vorschubachse zu veranlassen, unter Verwendung der Drehposition FBS der Spindelachse 12 eine umkehrte Vorschubbewegung durchzuführen und gleichzeitig der Bewegung der Spindelachse 12 zu folgen. Während einer Zeitspanne, in der der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Vorgänge von Schritt S10 bis Schritt S18 ausführt, überwacht der numerische Steuerabschnitt 16 den vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 gemeldeten Restrückholdrehbetrag Sr' und bestimmt, dass die Rückholbewegung abgeschlossen ist und das Werkzeug aus dem Werkstück herausgezogen wurde, wenn der Restrückholdrehbetrag Sr' gleich oder kleiner als ein zweiter vorgegebener Wert wird (ein sehr kleiner Wert von nahe null).
Wie vorstehend beschrieben, hat die Steuervorrichtung 10 eine Konfiguration, bei der, wenn die Spindelachse 12 die Rückholbewegung (Drehbewegung) von der Zielgewindetiefe (Startposition) bis zur Rückholabschlussposition (Zielposition) durchführt, der numerische Steuerabschnitt 16 nur den Gesamtrückholdrehbetrag S0' und die maximale Rückholdrehzahl V0' der Spindelachse 12 als Spindelachsenbefehl CS für den Spindelachsensteuerabschnitt 18 anweist und der Spindelachsensteuerabschnitt 18 gemäß dem Spindelachsenbefehl CS die Rückholbewegung durch umgekehrtes Beschleunigen der Spindelachse 12 mit der maximalen Leistung unter Verwendung des maximal zulässigen Stroms mit der maximalen Rückholdrehzahl V0' als Ziel durchführt, und basierend auf der während der maximalen beschleunigten Drehung erfassten maximalen Beschleunigung A0' sowie dem sequentiell erfassten Restrückholdrehbetrag Sr' und der sequentiell erfassten aktuellen Drehzahl Vc' der Spindelachse 12 kontinuierlich die Rückholbewegung bis zur Rückholabschlussposition durchführt und gleichzeitig die Spindelachse 12 mit der optimalen Verzögerung umgekehrt verzögert, damit die Spindelachse die Rückholabschlussposition erreicht. Daher ist es gemäß der Steuervorrichtung 10 nicht länger nötig, eine Parametereinstellung oder -anpassung etc. vorzunehmen, die erforderlich ist, damit der numerische Steuerabschnitt 16 in Übereinstimmung mit den Leistungseigenschaften der Spindelachse 12 Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehle erstellt, und es ist möglich, mit einer einfachen Konfiguration die Zykluszeit des Gewindeschneidvorgangs durch Ausführen einer Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung zu verkürzen, um das Beschleunigungsvermögen der Spindelachse 12 zu maximieren.
Ferner ist die Steuervorrichtung 10 so konfiguriert, dass der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt 38 während der verzögerten Umkehrdrehung der Spindelachse 12 die Geschwindigkeitssteuerung für die Spindelachse 12 durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv' ausführt, um eine Änderung der Verzögerung kurz vor dem Punkt D zu unterbinden, an dem die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung umgeschaltet wird, und der Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt 46 des Positionierungsbewegungssteuerabschnitts 40 während der zwischen dem Punkt D und der Rückholabschlussposition ausgeführten Positionssteuerung den Geschwindigkeitsbefehl auswählt, der die niedrigere Drehzahl erreicht, entweder den durch den Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 42 berechneten ersten Geschwindigkeitsbefehl Cpvl für die glockenförmige Verzögerung oder den durch den Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt 44 berechneten zweiten Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 für die konstante Verzögerung, um sowohl eine Änderung der Verzögerung, die verursacht wird, wenn die Steuerung am Punkt D umgeschaltet wird, als auch Erschütterungen zu unterbinden, die verursacht werden, wenn die Spindelachse in der Rückholabschlussposition gestoppt wird. Folglich ist es gemäß der Steuervorrichtung 10 möglich, während der verzögerten Umkehrdrehung der Spindelachse 12 mechanische oder strukturelle Erschütterungen zu verringern, die aufgrund der Beschleunigungsänderung an der Spindelachse 12 verursacht werden können, und einen Synchronisationsfehler zu reduzieren, der aufgrund der Beschleunigungsänderung zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 verursacht werden kann.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration der Steuervorrichtung 10 lässt sich als Werkzeugmaschinensteuerverfahren zum Steuern eines synchronisierten Betriebs der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 beschreiben. Das Steuerverfahren umfasst die durch die Steuervorrichtung 10 ausgeführten Schritte:

- Erhalten, aus einem Gewindeschneidprogramm P, eines Gesamtdrehbetrags S0 (oder eines Gesamtrückholdrehbetrags S0') und einer maximalen Drehzahl V0 (oder einer maximalen Rückholdrehzahl V0') der Spindelachse 12 während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse von einer Startposition bis zu einer Zielposition arbeitet,
- Veranlassen der Spindelachse 12 durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die maximale Drehzahl V0 (oder die maximale Rückholdrehzahl V0') als Zielwert festgelegt ist, unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms einer Antriebsquelle von der Startposition aus eine beschleunigte Drehung (oder eine beschleunigte Umkehrdrehung) mit maximaler Leistung durchzuführen,
- Erfassen einer maximalen Beschleunigung A0 (oder einer maximalen Beschleunigung A0' der Umkehrdrehung) der Spindelachse 12 während der beschleunigten Drehung (oder der beschleunigten Umkehrdrehung) mit maximaler Leistung basierend auf einer Drehpositionsrückkopplung FBS der Spindelachse 12,
- Erfassen eines Restdrehbetrags Sr (oder eines Restrückholdrehbetrags Sr') der Spindelachse 12 während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse von einer aktuellen Position bis zur Zielposition arbeitet, basierend auf dem Gesamtdrehbetrag S0 (oder dem Gesamtrückholdrehbetrag SO') und der Drehpositionsrückkopplung FBS;
- Erfassen einer aktuellen Drehzahl Vc (oder einer aktuellen Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung) der Spindelachse 12 basierend auf der Drehpositionsrückkopplung FBS,
- Ausführen einer Geschwindigkeitssteuerung nach der beschleunigten Drehung (oder der beschleunigten Umkehrdrehung) mit maximaler Leistung basierend auf dem Restdrehbetrag Sr (oder dem Restrückholdrehbetrag Sr') und der aktuellen Drehzahl Vc (oder der aktuellen Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung), um die Spindelachse 12 zu veranlassen, eine verzögerte Drehung (oder eine verzögerte Umkehrdrehung) durchzuführen, um eine vorgegebene Zwischendrehzahl Vb (oder eine vorgegebene Zwischenrückholdrehzahl Vb') zu erreichen, und
- Ausführen einer Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb (oder die Zwischenrückholdrehzahl Vb') erreicht hat, basierend auf der maximalen Beschleunigung A0 (oder der maximalen Beschleunigung AO' der Umkehrdrehung), dem Restdrehbetrag Sr (oder dem Restrückholdrehbetrag Sr') und der aktuellen Drehzahl Vc (oder aktuellen Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung), um die Spindelachse 12 zu veranlassen, eine verzögerte Drehung (oder eine verzögerte Umkehrdrehung) durchzuführen, um die Zielposition zu erreichen,
- wobei der Schritt zum Erreichen der vorgegebenen Zwischendrehzahl ein sukzessives Aktualisieren eines Geschwindigkeitsbefehls Cv (oder eines Geschwindigkeitsbefehls Cv') für die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung des Restdrehbetrags Sr (oder des Restrückholdrehbetrags Sr') und der aktuellen Drehzahl Vc (oder der aktuellen Drehzahl Vc' der Umkehrdrehung) und das Veranlassen der Spindelachse 12 durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv (oder den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv') umfasst, die verzögerte Drehung (oder die verzögerte Umkehrdrehung) durchzuführen, so dass der Restdrehbetrag Sr (oder der Restrückholdrehbetrag Sr') in einem Moment, in dem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb (oder die Zwischenrückholdrehzahl Vb') erreicht, gleich einem Positionierungsdrehbetrag Spos (oder einem Positionierungsrückholdrehbetrag Spos') der Spindelachse 12 wird, der erforderlich ist, damit die Spindelachse unter der Positionssteuerung die Zielposition erreicht, und
- wobei der Schritt zum Erreichen der Zielposition umfasst:
- Berechnen eines ersten Geschwindigkeitsbefehls Cpvl für die Positionssteuerung, wobei der erste Geschwindigkeitsbefehl während einer Zeitspanne, mit Ausnahme einer vorgegebenen Beschleunigungsvariationszeit t1 kurz nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb (oder die Zwischenrückholdrehzahl Vb') erreicht hat oder kurz bevor die Spindelachse 12 die Zielposition erreicht, die Spindelachse 12 veranlasst, die verzögerte Drehung (der die verzögerte Umkehrdrehung) mit einer maximalen Verzögerung A0 (oder einer maximalen Verzögerung A0' der Umkehrdrehung) durchzuführen, die der maximalen Beschleunigung A0 (oder der maximalen Beschleunigung A0' der Umkehrdrehung) entspricht, und Veranlassen der Spindelachse 12, während der Beschleunigungsvariationszeit t1 die verzögerte Drehung (oder die verzögerte Umkehrdrehung) mit einer variablen Verzögerung A1 durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung A0 (oder die maximale Verzögerung A0' der Umkehrdrehung) ist und mit einer vorgegebenen Rate variiert;
- Berechnen eines zweiten Geschwindigkeitsbefehls Cpv2 für die Positionssteuerung, wobei der zweite Geschwindigkeitsbefehl, nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehzahl Vb (oder die Zwischenrückholdrehzahl Vb') erreicht hat, die Spindelachse 12 veranlasst, die verzögerte Drehung (oder die verzögerte Umkehrdrehung) mit einer konstanten Verzögerung Acons durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung A0 (oder die maximale Verzögerung A0' der Umkehrdrehung) ist, und
- Wählen eines eine niedrigere Drehzahl erreichenden Geschwindigkeitsbefehls, der entweder der erste Geschwindigkeitsbefehl Cpvl oder der zweite Geschwindigkeitsbefehl Cpv2 ist, während einer Zeitspanne, in der Spindelachse 12 mit der Zwischendrehzahl Vb (der der Zwischenrückholdrehzahl Vb') arbeitet, um die Zielposition zu erreichen.

Gemäß den vorstehenden Steuerverfahren können Effekte erzielt werden, die denjenigen entsprechen, die durch die vorstehend genannte Steuervorrichtung 10 erreicht werden.
Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich für Fachleute auf dem Gebiet, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine, die dazu eingerichtet ist, einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse (12) und einer Vorschubachse (14) zu steuern, wobei die Steuervorrichtung umfasst: - einen numerischen Steuerabschnitt (16), der dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Gewindeschneidprogramm (P) einen Spindelachsenbefehl (CS) und einen Vorschubachsenbefehl (CF) zu erstellen, - einen Spindelachsensteuerabschnitt (18), der dazu eingerichtet ist, gemäß dem Spindelachsenbefehl (CS) eine Drehbewegung der Spindelachse (12) zu steuern, - einen Dreherfassungsabschnitt (20), der dazu eingerichtet ist, eine Drehposition (FBS) der Spindelachse (12) zu erfassen, und - einen Vorschubachsensteuerabschnitt (22), der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition (FBS) gemäß dem Vorschubachsenbefehl (CF) eine Vorschubbewegung der Vorschubachse (14) zu steuern, - wobei der numerische Steuerabschnitt (16) umfasst: - einen Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt (26), der dazu eingerichtet ist, aus dem Gewindeschneidprogramm (P) einen Gesamtdrehbetrag (S0; S0') und eine maximale Drehzahl (V0; V0') der Spindelachse (12) während einer Zeitspanne zu erhalten, in der die Spindelachse von einer Startposition bis zu einer Zielposition arbeitet, und den Gesamtdrehbetrag (S0; S0') und die maximale Drehzahl (V0; V0') als Spindelachsenbefehl (CS) an den Spindelachsensteuerabschnitt (18) zu senden, - wobei der Spindelachsensteuerabschnitt (18) umfasst: - einen Anfangsbewegungssteuerabschnitt (30), der dazu eingerichtet ist, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die maximale Drehzahl (V0; V0') als Zielwert festgelegt ist, die Spindelachse (12) zu veranlassen, unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms einer Antriebsquelle von der Startposition aus eine beschleunigte Drehung mit maximaler Leistung durchzuführen, - einen Maximalbeschleunigungserfassungsabschnitt (32), der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition (FBS) eine maximale Beschleunigung (A0; A0') der Spindelachse (12) während der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung zu erfassen, - einen Restdrehbetragserfassungsabschnitt (34), der dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Gesamtdrehbetrag (S0; S0') und der Drehposition (FBS) einen Restdrehbetrag (Sr; Sr') der Spindelachse (12) während einer Zeitspanne zu erfassen, in der die Spindelachse von einer aktuellen Position bis zur Zielposition arbeitet, - einen Ist-Drehzahlerfassungsabschnitt (36), der dazu eingerichtet ist, basierend auf der Drehposition (FBS) eine aktuelle Drehzahl (Vc; Vc') der Spindelachse (12) zu erfassen, - einen Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt (38), der dazu eingerichtet ist, nach der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung basierend auf dem Restdrehbetrag (Sr; Sr') und der aktuellen Drehzahl (Vc; Vc') eine Geschwindigkeitssteuerung auszuführen, um die Spindelachse (12) zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um eine vorgegebene Zwischendrehzahl (Vb; Vb') zu erreichen, und - einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt (40), der dazu eingerichtet ist, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht hat, basierend auf der maximalen Beschleunigung (A0; A0'), dem Restdrehbetrag (Sr; Sr') und der aktuellen Drehzahl (Vc, Vc') eine Positionssteuerung auszuführen, um die Spindelachse (12) zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um die Zielposition zu erreichen, - wobei der Verzögerungsbewegungssteuerabschnitt (38) dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des Restdrehbetrags (Sr; Sr') und der aktuellen Drehzahl (Vc; Vc') einen Geschwindigkeitsbefehl (Cv; Cv') für die Geschwindigkeitssteuerung sukzessive zu aktualisieren und die Spindelachse (12) durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl (Cv; Cv') zu veranlassen, die verzögerte Drehung durchzuführen, so dass der Restdrehbetrag (Sr; Sr') in einem Moment, in dem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht, gleich einem Positionierungsdrehbetrag (Spos; Spos') der Spindelachse (12) wird, der erforderlich ist, damit die Spindelachse unter der Positionssteuerung die Zielposition erreicht, und - wobei der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt (40) umfasst: - einen Erstgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt (42), der dazu eingerichtet ist, einen ersten Geschwindigkeitsbefehl (Cpvl) für die Positionssteuerung zu berechnen, wobei der erste Geschwindigkeitsbefehl während einer Zeitspanne, mit Ausnahme einer vorgegebenen Beschleunigungsvariationszeit (t1) kurz nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht hat und kurz bevor die Spindelachse (12) die Zielposition erreicht, die Spindelachse (12) veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer maximalen Verzögerung (A0; A0') durchzuführen, die der maximalen Beschleunigung (A0; A0') entspricht, und während der Beschleunigungsvariationszeit (t1) die Spindelachse veranlasst (12), die verzögerte Drehung mit einer variablen Verzögerung (A1) durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung (A0; A0') ist und mit einer vorgegebenen Rate variiert, - einen Zweitgeschwindigkeitsbefehlsberechnungsabschnitt (44), der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Geschwindigkeitsbefehl (Cpv2) für die Positionssteuerung zu berechnen, wobei der zweite Geschwindigkeitsbefehl, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht hat, die Spindelachse (12) veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer konstanten Verzögerung (Acons) durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung (A0; A0') ist, und - einen Geschwindigkeitsbefehlsauswahlabschnitt (46), der dazu eingerichtet ist, während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse (12) mit der Zwischendrehzahl (Vb; Vb') arbeitet, um die Zielposition zu erreichen, einen eine niedrigere Drehzahl erreichenden Geschwindigkeitsbefehl zu wählen, der entweder der erste Geschwindigkeitsbefehl (Cpvl) oder der zweite Geschwindigkeitsbefehl (Cpv2) ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Größe der konstanten Verzögerung (Acons) größer oder gleich der Hälfte einer Größe der maximalen Verzögerung (A0; A0') ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Startposition einer Vorgangsstartposition eines Gewindeschneidvorgangs entspricht und wobei die Zielposition einer Zielgewindetiefe des Gewindeschneidvorgangs entspricht.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Startposition einer Zielgewindetiefe eines Gewindeschneidvorgangs entspricht und wobei die Zielposition einer Rückholabschlussposition des Gewindeschneidvorgangs entspricht.
Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine, das dazu eingerichtet ist, einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse (12) und einer Vorschubachse (14) zu steuern, wobei das Verfahren die durch eine Steuervorrichtung (10) ausgeführten Schritte umfasst: - Erhalten, aus einem Gewindeschneidprogramm (P), eines Gesamtdrehbetrags (S0; SO') und einer maximalen Drehzahl (V0; V0') der Spindelachse (12) während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse von einer Startposition bis zu einer Zielposition arbeitet, - Veranlassen der Spindelachse (12) durch eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der die maximale Drehzahl (V0; V0') als Zielwert festgelegt ist, unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms einer Antriebsquelle von der Startposition aus eine beschleunigte Drehung mit maximaler Leistung durchzuführen, - Erfassen einer maximalen Beschleunigung (A0; A0') der Spindelachse (12) während der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung basierend auf einer Drehpositionsrückkopplung (FBS) der Spindelachse (12), - Erfassen eines Restdrehbetrags (Sr; Sr') der Spindelachse (12) während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse von einer aktuellen Position bis zur Zielposition arbeitet, basierend auf dem Gesamtdrehbetrag (S0; S0') und der Drehpositionsrückkopplung (FBS), - Erfassen einer aktuellen Drehzahl (Vc; Vc') der Spindelachse (12) basierend auf der Drehpositionsrückkopplung (FBS), - Ausführen einer Geschwindigkeitssteuerung nach der beschleunigten Drehung mit maximaler Leistung basierend auf dem Restbetrag (Sr; Sr') und der aktuellen Drehzahl (Vc; Vc'), um die Spindelachse (12) zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um eine vorgegebene Zwischendrehzahl (Vb; Vb') zu erreichen, und - Ausführen einer Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht hat, basierend auf der maximalen Beschleunigung (A0; A0'), dem Restdrehbetrag (Sr; Sr') und der aktuellen Drehzahl (Vc; Vc'), um die Spindelachse (12) zu veranlassen, eine verzögerte Drehung durchzuführen, um die Zielposition zu erreichen, - wobei der Schritt zum Erreichen der vorgegebenen Zwischendrehzahl (Vb; Vb') ein sukzessives Aktualisieren eines Geschwindigkeitsbefehls (Cv; Cv') für die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung des Restdrehbetrags (Sr; Sr') und der aktuellen Drehzahl (Vc; Vc') und das Veranlassen der Spindelachse (12) durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl (Cv; Cv') umfasst, die verzögerte Drehung durchzuführen, so dass der Restdrehbetrag (Sr; Sr') in einem Moment, in dem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht, gleich einem Positionierungsdrehbetrag (Spos; Spos') der Spindelachse (12) wird, der erforderlich ist, damit die Spindelachse unter der Positionssteuerung die Zielposition erreicht, und - wobei der Schritt zum Erreichen der Zielposition umfasst: - Berechnen eines ersten Geschwindigkeitsbefehls (Cpvl) für die Positionssteuerung, wobei der erste Geschwindigkeitsbefehl während einer Zeitspanne, mit Ausnahme einer vorgegebenen Beschleunigungsvariationszeit (t1) kurz nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht hat oder kurz bevor die Spindelachse (12) die Zielposition erreicht, die Spindelachse (12) veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer maximalen Verzögerung (A0; A0') durchzuführen, die der maximalen Beschleunigung (A0; A0') entspricht, und Veranlassen der Spindel (12), während der Beschleunigungsvariationszeit (t1) die verzögerte Drehung mit einer variablen Verzögerung (A1) durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung (A0; A0') ist und mit einer vorgegebenen Rate variiert; - Berechnen eines zweiten Geschwindigkeitsbefehls (Cpv2) für die Positionssteuerung, wobei der zweite Geschwindigkeitsbefehl, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehzahl (Vb; Vb') erreicht hat, die Spindelachse (!2) veranlasst, die verzögerte Drehung mit einer konstanten Verzögerung (Acons) durchzuführen, die kleiner als die maximale Verzögerung (A0; A0') ist, und - Wählen eines eine niedrigere Drehzahl erreichenden Geschwindigkeitsbefehls, der entweder der erste Geschwindigkeitsbefehl (Cpvl) oder der zweite Geschwindigkeitsbefehl (Cpv2) ist, während einer Zeitspanne, in der die Spindelachse (12) mit der Zwischendrehzahl (Vb; Vb') arbeitet, um die Zielposition zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Größe der konstanten Verzögerung (Acons) größer oder gleich der Hälfte einer Größe der maximalen Verzögerung (A0; A0') ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Startposition einer Vorgangsstartposition eines Gewindeschneidvorgangs entspricht und wobei die Zielposition einer Zielgewindetiefe des Gewindeschneidvorgangs entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Startposition einer Zielgewindetiefe eines Gewindeschneidvorgangs entspricht und wobei die Zielposition einer Rückholabschlussposition des Gewindeschneidvorgangs entspricht.