DE3811183C2 - Gewindeschneidmaschine - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gewindeschneidmaschine (einschließlich einer typi
schen Innengewindeschneidmaschine, welche selbst beim Hochgeschwindigkeits-
Gewindeschneiden präzise arbeiten kann) gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8
und wie sie aus DE 36 21 676 A1 bekannt ist.
Nach dem Stand der Technik wurde das Gewindeschneiden in
einer Gewindeschneidmaschine, welche mit einer numerischen
Steuereinrichtung (NC) versehen ist, so durchgeführt, daß
ein Gewindeschneidwerkzeug (oder Innengewindeschneidwerkzeug),
beispielsweise ein Gewindebohrer, zugeführt und gedreht wurde
in Übereinstimmung mit der Steigung des herzustellenden Ge
windes auf der Grundlage von Befehlen von der NC-Vorrichtung.
Ein Vorschubmotor für den Vorschub des Gewindeschneidwerk
zeugs und ein Spindelmotor für dessen Drehung wurden unab
hängig voneinander durch Servosysteme gesteuert, es wurden
daher beide Motoren ohne gegenseitige Beziehung gesteuert.
Die Diskrepanz zwischen dem Vorschub und der Drehung des
Werkzeugs, die durch eine Drehung in Gegenrichtung des Spindel
motors hervorgerufen werden kann, wird durch die mechanische
Ausdehnung und Zusammenziehung eines Überlaufbohrers kompen
siert, welcher zwischen dem Innengewindeschneidwerkzeug und
der Spindel angeordnet ist. Bei einem solchen Steuerverfahren
treten beispielsweise derartige Probleme auf, daß die Bear
beitungsgeschwindigkeit beim Gewindeschneiden durch die Lei
stung des verwendeten Überlaufbohrers begrenzt ist, und daß
die Genauigkeit des beim Gewindeschneiden hergestellten Ge
windes durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des Überlauf
bohrers verringert wird.
Zur Überwindung dieser Probleme oder Nachteile ist nach dem Stand der Technik beispiels
weise in der JP-56-33249 A (≘ EP-0025652 B1) vorgeschlagen worden, den aktuellen Betrag
der Drehung der Spindel festzustellen und den Vorschubmotor in Übereinstimmung mit dem
festgestellten Betrag der Drehung anzutreiben, und gemäß der JP 60-155319, den aktuellen
Vorschubbetrag, also die Vorschubrate, der Spindel festzustellen und den Drehmotor in Ü
bereinstimmung mit dem festgestellten Betrag des Vorschubs anzutreiben. Diese bekannten
Veröffentlichungen beschreiben daher Steuereinrichtungen, bei welchen der Vorschubmotor
und der Drehmotor in synchroner Betriebsweise angetrieben werden, und durch die Steuer
einrichtung kann eine hohe synchrone Genauigkeit zwischen dem Vorschubmotor und dem
Drehmotor erreicht werden, so dass das Gewindeschneiden gewöhnlich ohne Verwendung
eines Überlaufbohrers erfolgen kann.
Bei der aus der eingangs erwähnten DE 36 21 676 A1 bekannten Gewindeschneidmaschine,
von der die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche ausgehen, wird die Drehung der
Spindel auf der Grundlage der Zustellgröße eines Werkzeughalters gesteuert. Hierfür wird
die Zustellgröße des Werkzeughalters als Solldaten (Eingabedaten) verwendet. Weil der
vorgegebene Wert verwendet wird, kann keine korrekte Drehstellungssteuerung der Spindel
ausgeführt werden, und zwar insbesondere in der Beginnphase der Zustellung.
Dementsprechend kann eine Folgesteuerungs-Zeitverzögerung beobachtet werden.
In jüngster Zeit bestehen jedoch starke Bestrebungen, die Bearbeitungszeit zu verringern
und in einigen Fällen den Vorgang des Gewindeschneidens mit einer hohen Bearbeitungs
geschwindigkeit durchzuführen, die im wesentlichen gleich der maximalen Bearbeitungsge
schwindigkeit der Innengewindeschneidmaschine ist. In einem derartigen Fall beobachtet
man jedoch bei konventionellen Maschinen eine Nachlaufzeit beim Antrieb des Drehmotors
in Übereinstimmung mit dem Betrag des Vorschubs des Vorschubmotors, da der Befehl für
den Drehmotor abgegeben wird, nachdem die aktuelle Verschiebung der Vorschubwelle
festgestellt wurde. Dies stellt eine Begrenzung der Verbesserung der Genauigkeit beim Ge
windeschneiden dar. Insbesondere beim Gewindeschneiden mit verhältnismäßig geringer
Gewindetiefe oder beim schrittweisen Arbeiten des Werkzeugs mit verhältnismäßig geringer
Schrittweite wird die aktuelle Bearbeitung oft unter einer Übergangsbedingung ausgeführt,
bevor die Zufuhr- und Drehgeschwindigkeit einen konstanten Wert annimmt. Dadurch ent
steht ein beachtliches Problem, welches infolge der Nachlaufzeitverzögerung Bearbeitungs
fehler hervorruft.
Aufgabe der Erfindung ist es, die aus der DE 36 21 676 A1 bekannte Gewindeschneidma
schine so zu verbessern, dass die Nachlaufzeitverzögerung vermindert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 8 jeweils ge
löst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in
der Bereitstellung einer verbesserten Gewindeschneidmaschine,
bei welcher die gegenseitige Nachlaufcharakteristik zwischen
einer Vorschubwelle und einer Spindel der Gewindeschneidma
schine verbessert ist, um die Gewindeschneidbearbeitung mit
hoher Genauigkeit selbst beim Hochgeschwindigkeits-Gewinde
schneiden mit einer Geschwindigkeit nahe der Betriebsgrenze
einer Innengewindeschneidmaschine durchzuführen.
In vorteilhafter Weise wird gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung die
Spindelumdrehung auf der Grundlage einer herrschenden Zustellabweichung des
Spindelkopfes geregelt. Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird die
Zustellgröße des Spindelkopfes auf der Grundlage der herrschenden
Drehstellungsabweichung der Spindel geregelt. Grundsätzlich wird entsprechend der
Erfindung in beiden Fällen der Befehlswert an sich für die geeignete Regelung korrigiert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gewindeschneidma
schine erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile
ergeben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer fünften Ausführungsform
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer sechsten Ausführungsform
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer siebten Ausführungsform
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer achten Ausführungsform.
In den Zeichnungen der schematischen Diagramme, die bevorzugte Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, bildet ein Maschinenkörper 1 einer Gewinde
schneidmaschine eine vertikale Innengewindeschneidmaschine mit einem Werkstück-
Stützgestell 2, eine sich vertikal von einem Ende des Werkstück-Stützgestells 2 erstrecken
den Säule 3, einem in Gewindeeingriff mit einer kugelgelagerten Gewindespindel 6 stehen
den Gleitstück 4, und einem von dem Gleitstück 4 gehalterten Spindelkopf 5. Die kugelgela
gerte Gewindespindel 6 wird durch einen Vorschubmotor 7 gedreht, der im allgemeinen ei
nen Wechselstromservomotor umfaßt, um das Gleitstück 4 in vertikaler Richtung zu bewe
gen. Ein Drehgeschwindigkeitsnachweis-Tachometergenerator (TG1) 8 und ein Drehlage
nachweisimpulsgenerator (Impulsgenerator) (PG1) sind betriebsmäßig mit dem Vorschub
motor 7 verbunden. Der Impulsgenerator (PG1) 9 stellt die Vorschublage des Spindelkopfs 5
fest.
Eine zur Drehung von dem Spindelkopf 5 gehaltene Spindel 11 wird durch einen Spindel
motor 12 angetrieben, der im allgemeinen einen Wechselstromservomotor umfaßt. Mit dem
Spindelmotor 12 sind betriebsmäßig ein Drehgeschwindigkeitsnachweis-
Tachometergenerator (TG2) 13 und ein Drehlagennachweis-Impulsgenerator (PG2) 14 ver
bunden. Der Impulsgenerator (PG2) (Detektor, Drehstellungsdetektor) 14 dient als Nach
weisvorrichtung, um die Drehlage der Spindel 11 festzustellen.
Ein Gewindeschneidwerkzeug 15 ist direkt an dem unteren Endabschnitt der Spindel 11 an
gebracht, ohne irgendeine Überlaufeinrichtung, um eine Gewindeschneidbearbeitung in ei
nem Loch 16 durchzuführen, welches in einem Werkstück 17 ausgebildet ist, das auf dem
Werkstück-Stützgestell 2 montiert ist.
Nachstehend werden die jeweiligen Ausführungsformen unter Bezug auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben, und zunächst wird unter Bezug auf Fig. 1, welche die erste
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, eine Steuerschaltung für ein Vor
schubsystem (nachstehend als Z-Achsensystem bezeichnet) zur vertikalen Bewegung des
Spindelkopfs 5 beschrieben.
Die von einer Eingabeeinheit 21 gelieferten Daten werden einer arithmetischen Verarbeitung
in einer arithmetischen Einheit 22 unterworfen, um einen Vorschubbefehlsimpuls (Zustellbe
fehl) Z zu erzeugen. Der Vorschubbefehlsimpuls Z wird einem Vorschubabweichungszähler
23 in Form eines Impulszuges in Reaktion auf die Vorschubgeschwindigkeit zugeführt. In
Reaktion auf den Drehwinkel des Vorschubmotors 7 wird ein Impuls dem Abweichungszähler
23 von dem Impulsgenerator (PG1) 9 als ein Lagerrückkopplungsimpuls zugeführt. Der Ab
weichungszähler 23 berechnet die Abweichung E(Z) = Z - z, wobei Z den Vorschubbefehlsim
puls und z die Vorschublage des Spindelkopfes 5 bezeichnen, welche durch den Impulsge
nerator (PG1) nachgewiesen wird. Die derart berechnete Abweichung E(Z) wird einem Vor
schubservoverstärker 24 als ein Befehl zugeführt, welcher die Geschwindigkeit repräsentiert.
An den Vorschubservoverstärker 24 wird zusätzlich ein Signal v(z) von dem Tachometerge
nerator (TG1) 8 als ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal gegeben, welches der aktuel
len Geschwindigkeit entspricht, wodurch ein Geschwindigkeitsregelschleifenschaltkreis zum
Antrieb des Vorschubmotors 7 gebildet wird. Eine Steuerschaltung für das voranstehend
beschriebene Vorschubsystem weist im wesentlichen den Aufbau auf, wie er für ein übliches
Vorschubsteuersystem verwendet wird.
Eine Steuerschaltung für ein Drehsystem (S-Achsensystem) zum Steuern der Drehung der
Spindel 11 arbeitet wie nachstehend angegeben.
In dem Drehsystem wird der Drehbefehl S nach Verarbeitung und Steuerung in Überein
stimmung mit der Vorschubabweichung E(Z), die von dem Vorschubabweichungszähler 23
geführt wird, bereitgestellt, jedoch nicht mit den Daten von der Eingabeeinheit 21.
Die Vorschubabweichung E(Z) vom Vorschubabweichungszähler 23 wird auch noch an eine
Drehbefehls-Arithmetikeinheit 25 gegeben, in welcher die Vorschubabweichung E(Z) mit
dem L/P-fachen multipliziert wird, und der Drehbefehl (S = E(Z) L/P); der der Vorschubabwei
chung E(Z) entspricht, wird in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P beim Gewinde
schneiden und der Voreilung der kugelgelagerten Gewindespindel 6 berechnet, welche vorher
von der Eingabeeinheit 21 durch die Arithmetikeinheit 22 an die Drehbefehls-
Arithmetikeinheit 25 gegeben werden. Der derart erhaltene Drehbefehl S wird über einen
Addierer 26 an einen Drehservoverstärker 27 gegeben. Es wird angenommen, dass der
Drehbefehl (Drehstellbefehl) S der Abweichung E(Z) entspricht, also dem an den Vorschub
servoverstärker 24 gegebenen Geschwindigkeitsbefehl, so dass der Drehbefehl S als eine
Vorhersage für die Bewegung des Spindelkopfs 5 angesehen werden kann.
Der Addierer 26 dient zur Korrektur des Drehbefehls S auf folgende Weise. Der von dem
Impulsgenerator (PG2) 14, der die Drehlage s der Spindel 11 feststellt, zugeführte Impuls
wird einem Drehabweichungszähler 28 zugeführt, und der Impuls, der von dem Impulsgene
rator (PG1) 9 zugeführt wird, der den Vorschubbetrag (also die Vorschubrate) z nachweist,
wird einer Drehkorrektur-Arithmetikeinheit 29 eingegeben. In der Drehkorrektur-
Arithmetikeinheit 29 wird der Vorschubbetrag z mit dem Wert L/P multipliziert in Überein
stimmung mit der voranstehend angegebenen Gewindesteigung P und der Gewindevorei
lung L, und es wird dadurch ein Drehkorrekturwert r(z) entsprechend dem Vorschubbetrag z
berechnet und dann an den Drehabweichungszähler 28 ausgegeben, in welchem die Dreh
abweichung E(s) zwischen der Drehlage s der Spindel 11 und dem Drehkorrekturwert r(z)
berechnet wird, und der resultierende Wert wird an den Addierer 26 angelegt. Der Addierer
26 korrigiert den Drehbefehl S von der Drehbefehls-Arithmetikeinheit 25 in Übereinstimmung
mit der Drehabweichung E(s) und gibt den derart korrigierten Drehbefehl S(E) = S + E(s) an
den Drehservoverstärker 27 ab.
Ein von dem Tachometergenerator (TG2) 13 erzeugtes geschwindigkeitsabhängiges Signal
v(s) wird an den weiteren Eingang des Drehservoverstärkers 27 als Geschwindigkeitsrück
kopplungssignal gegeben, wodurch die Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung bereitge
stellt wird. Daher wird der Spindelmotor 12 in Übereinstimmung mit dem korrigierten Dreh
befehl S(E) angetrieben.
Die hierin beschriebene Steuerschaltungseinrichtung implementiert digitale arithmetische
Operationen. Die Arithmetikeinheit 22, die Abweichungszähler 23 und 28, die Drehbefehls-
Arithmetikeinheit 25, die Drehkorrektur-Arithmetikeinheit 29 und der Addierer 26 werden
sämtlich durch Mikrocomputer realisiert, welche die internen Betriebsverarbeitungen ausfüh
ren.
Der Vorschubmotor 7 wird in Reaktion auf die Daten angetrieben, welche die Gewindestei
gung, den Vorschubhub (also die Gewindetiefe) und die von der Eingangseinheit 21 einge
gebene Vorschubgeschwindigkeit anzeigen, und der Spindelmotor 12 wird dann so angetrie
ben, dass er der Drehung des Vorschubmotors 7 folgt und mit diesem synchron läuft, wo
durch die Gewindeschneidbearbeitung durchgeführt wird.
Gemäß der auf der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie voranste
hend beschrieben wurde, basierenden Gewindeschneidbearbeitung kann, da der Spindel
motor 12 synchron auf der Grundlage der Vorschubabweichung E(Z) angetrieben wird, die
Übergangs-Nachlaufzeitverzögerung im Vergleich mit dem konventionellen System. in wel
chem der Spindelmotor 12 synchron auf der Grundlage des Vorschubbetrags z angetrieben
wird, bemerkenswert reduziert werden. Beispielsweise zeigte ein Versuch, bei welchem eine
Gewindeschneidbearbeitung (Durchmesser: 6 mm (M6), Steigung: 1,0 (P1,0) und Gewinde
tiefe: 12 mm) durchgeführt wurde mit einer Hochgeschwindigkeitsumdrehung der Spindel
von 3000 Umdrehungen pro Minute, die Tatsache, dass der Vorschubfehler in der Gewinde
vorschubrichtung (Z-Achse) auf der Grundlage der Drehlage des Gewindes auf etwa 25%
des bei dem konventionellen System erhältlichen Werts reduziert werden konnte.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf
Fig. 2 beschrieben.
Zunächst wird eine Steuerschaltungseinrichtung eines Drehsystems (S-Achsensystem) zur
Ausführung der Drehsteuerung der Spindel 11 beschrieben.
Von einer Eingabeeinheit 21 gelieferte Daten werden einer arithmetischen Verarbeitung in
einer Arithmetikeinheit 22 unterworfen, um einen Drehbefehl S bereitzustellen. Der derart
berechnete Drehbefehl S wird an einen Drehabweichungszähler (Drehabweichungsberech
nungseinrichtung) 123 gegeben, in Form eines der Drehgeschwindigkeit entsprechenden
Impulszuges. Ein dem Drehwinkel (Drehlage S) des Spindelmotors 12 entsprechender Im
puls wird von dem Impulsgenerator (PG2) 14 in den Drehabweichungszähler 123 als Lage
rückkopplungsimpuls eingegeben. Der Drehabweichungszähler 123 berechnet die Drehab
weichung E(S) = S - s zwischen dem Drehbefehl S und der Drehlage s der Spindel 11, die
durch den Impulsgenerator (PG2) 14 festgestellt wird. Die derart berechnete Drehabwei
chung E(S) wird dann als Geschwindigkeitsbefehl an einen Drehservoverstärker 124 ange
legt. Ein Signal v(s), welches der aktuellen Geschwindigkeit entspricht, wird dem Drehservoverstärker
124 als ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal von dem Tachometergenerator
(TG2) 13 eingegeben, wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet wird,
welche so den Spindelmotor 12 antreibt. Die Steuerschaltung für das voranstehende Dreh
system (S-Achsensystem) weist im wesentlichen denselben Aufbau auf wie ein für ein übli
ches Drehsteuersystem verwendetes System.
Nachstehend wird eine Steuerschaltung für ein Vorschubsystem (Z-Achsensystem) zur verti
kalen Bewegung des Spindelkopfs 5 beschrieben.
In dem Vorschubsystem wird der Vorschubbefehl (Zustellbefehl) Z nach Verarbeitung und
Steuerung in Übereinstimmung mit der Drehabweichung E(S) bereitgestellt, welche von dem
Drehabweichungszähler 123 zugeführt wird, jedoch nicht mit den Daten von der Eingabeein
heit 21.
Die Drehabweichung E(S) von dem Drehabweichungszähler 123 wird einer Vorschubbe
fehls-Arithmetikeinheit 125 zugeführt, in welcher die Drehabweichung E(S)mit dem Wert P/L
multipliziert und der Vorschubbefehl Z = E(S).P/L, welcher der Drehabweichung E(S) ent
spricht, berechnet wird in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Voreilung L
der kugelgelagerten Gewindespindel 6 für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher
von der Eingabeeinheit 21 durch die Arithmetikeinheit 22 in die Vorschubbefehls-
Arithmetikeinheit 125 eingegeben wurde. Der derart erhaltene Vorschubbefehl Z wird als der
Drehabweichung E(S), also dem an den Drehservoverstärker 124 gelieferten Geschwindig
keitsbefehl, entsprechender Wert aufgefasst, so dass der Vorschubbefehl Z als eine Vorher
sage der Drehung der Spindel 11 angesehen werden kann.
Ein Addierer 126 dient zur Korrektur des Vorschubbefehls Z auf die folgende Weise. Der von
dem Impulsgenerator (PG1) 9, welcher die Vorschublage z des Spindelkopfes 5 feststellt,
zugeführte Impuls wird an einen Vorschubabweichungszähler 128 gegeben, und der Impuls
von dem Impulsgenerator (PG2) 14, der den Betrag der Drehung S feststellt, wird einer Vor
schubkorrektur-Arithmetikeinheit 129 eingegeben. In der Vorschubkorrektur-Arithmetikeinheit
129 wird der Drehbetrag s mit dem Wert P/L multipliziert, in Übereinstimmung mit der voran
stehenden Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L. Der so berechnete Vorschub
korrekturwert (Zustellkorrekturwert) r(s), welcher dem Betrag der Drehung entspricht, wird
dann an den Vorschubabweichungszähler 128 ausgegeben. Der Vorschubabweichungs
zähler 128 dient zur Berechnung der Vorschubabweichung E(z) zwischen dem Vorschubkorrekturwert
r(s) und der Vorschublage z des Spindelkopfes 5, und die derart berechnete Vor
schubabweichung E(z) wird dann an den Addierer 126 angelegt. Der Addierer 126 korrigiert
den Vorschubbefehl Z von der Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 125 in Übereinstimmung
mit der Vorschubabweichung E(Z) und legt den korrigierten Vorschubbefehl (Zustellbefehl)
R(Z) = Z + E(Z), an den Vorschubservoverstärker 127 an.
Als Geschwindigkeitsrückkopplungssignal wird dem Vorschubservoverstärker 127 ein Signal
v(z) in Reaktion auf die Geschwindigkeit vor dem Tachometergenerator (TG1) 8 zugeführt,
wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet wird, welche so den Vor
schubmotor 7 in Reaktion auf die korrigierten Vorschubbefehle R(Z) antreibt.
Die voranstehend beschriebene Steuerschaltungseinrichtung implementiert digitale arithme
tische Operationen. Die Arithmetikeinheit 22, die Abweichungszähler 123 und 128, die Vor
schubbefehls-Arithmetikeinheit 125, die Vorschubkorrektur-Arithmetikeinheit 129 und der
Addierer 126 werden sämtlich durch Mikrocomputer realisiert, welche die internen Operati
onsverarbeitungen ausführen.
Der Spindelmotor 12 wird in Reaktion auf die Daten angetrieben, welche die Gewindestei
gung, den Vorschubhub (also die Gewindetiefe) und die Drehgeschwindigkeit anzeigen, wel
che von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden, und dann wird der Vorschubmotor 7 so
angetrieben, daß er dem Spindelmotor 12 folgt und synchron mit diesem läuft, wodurch der
art die Gewindeschneidbearbeitung durchgeführt wird.
Gemäß der Gewindeschneidbearbeitung auf der Grundlage der zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wie sie voranstehend beschrieben wurde, kann infolge des synchronen An
triebs des Vorschubmotors 7 auf der Grundlage der Drehabweichung E(S) die Übergangs
nachlaufzeitverzögerung bemerkenswert verringert werden, verglichen mit dem konventio
nellen System, in welchem der Vorschubmotor 7 synchron auf der Grundlage des Betrages s
der Drehung angetrieben wird. Bei einem Versuch zur Gewindeschneidbearbeitung (Durch
messer: 6 mm (M6), Steigung: 1,0 (P1,0) und Gewindetiefe: 12 mm) unter Hochgeschwin
digkeitsdrehung von 3000 Umdrehungen pro Minute zeigte sich die Tatsache, dass der Vor
schubfehler in der Gewindevorschubrichtung (Z-Achse) auf der Grundlage der Drehlage des
Gewindes auf etwa 20% verringert werden konnte, verglichen mit dem konventionellen
System.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf Fig. 3 be
schrieben.
Zunächst wird eine Steuerschaltungseinrichtung eines Vorschubsystems (Z-Achsensystem)
zur vertikalen Bewegung des Spindelkopfs 5 beschrieben.
Die von einer Eingabeeinheit 21 gelieferten Daten werden einer arithmetischen Bearbeitung
in einer Arithmetikeinheit 22 unterworfen, um den Vorschubbefehl Z bereitzustellen. Der der
art berechnete Befehl Z wird einem Vorschubabweichungszähler 223 in Form eines der Vor
schubgeschwindigkeit entsprechenden Impulszuges zugeführt. Ein dem Drehwinkel Z des
Vorschubmotors 7 entsprechender Impuls wird dem Vorschubabweichungszähler 223 von
dem Impulsgenerator (PG1) 9 als Lagerückkopplungsimpuls eingegeben. Der Drehabwei
chungszähler 223 berechnet die Abweichung E(Z) = Z - z zwischen dem Vorschubbefehl Z und
der Vorschublage des Spindelkopfes 5, welche von dem Impulsgenerator (PG1) 9 festgestellt
wird. Die derart berechnete Vorschubabweichung E(Z) wird als ein Geschwindigkeitsbefehl
E(Z) an einen Vorschubservoverstärker 224 gegeben. Ein der aktuellen Geschwindigkeit
entsprechendes Signal v(Z) wird dem Vorschubservoverstärker 224 als ein Vorschubrück
kopplungssignal von dem Tachometergenerator (TG1) 8 eingegeben, wodurch eine Ge
schwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet wird, welche so den Vorschubmotor 7 an
treibt. Die Steuerschaltung für das beschriebene Vorschubsystem (Z-Achsensystem) ist im
wesentlichen dieselbe wie eine Schaltung, wie sie für eine übliche Vorschubsteuerung ver
wendet wird.
Als nächstes wird eine Steuerschaltung für ein Drehsystem (S-Achsensystem) zur Durchfüh
rung der Drehsteuerung der Spindel 11 in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In diesem Drehsystem wird der Drehbefehl S nach
Verarbeitung und Steuerung in Übereinstimmung mit dem Vorschubbefehl Z bereitgestellt,
jedoch nicht mit den Daten von der Eingabeeinheit 21.
Der Vorschubbefehl Z von der Arithmetikeinheit 22 wird in eine Beschleunigungs-
Arithmetikeinheit 225 eingegeben, in welcher die Vorschubbeschleunigung, also
A(Z) = dΔZ/dt, berechnet wird auf der Grundlage des Vorschubbefehlsbetrages ΔZ pro Ein
heitszeit. Die derart berechnete Vorschubbeschleunigung A(Z) wird an einen Addierer 226
angelegt, in welchen der Vorschubrückkopplungsimpuls von dem Impulsgenerator (PG1) 9
eingegeben wird. Der Addierer 226 dient zum Addieren des aktuellen Vorschubbetrages z
pro Einheitszeit zur Beschleunigung A(Z) des Vorschubbefehls Z, und der resultierende Wert
wird an eine Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 gegeben. Da der Vorschubbetrag Δz pro
Einheitszeit ein Wert ist, welcher der aktuellen Vorschubgeschwindigkeit v(z) entspricht, wird
die Ausgangsgröße des Addierers 226 ausgedrückt als (Δz + dΔZ/dt) auf der Grundlage der
Addition der Vorschubgeschwindigkeit und der Beschleunigung.
Die Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 berechnet den Drehbefehl (S1 = L/P.(Δz + dΔZ/dt),
durch Multiplizieren des Ausgangswerts des Addierers 226 mit dem Wert L/P in Überein
stimmung mit der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L der kugelgelagerten Ge
windespindel 6 für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher durch die Arithmetikein
heit 22 von der Eingabeeinheit 21 eingegeben wurden. Die Beschleunigungs-
Arithmetikeinheit 225, der Addierer 226 und die Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 bilden
eine Drehbefehls-Arithmetikeinrichtung.
Da der von der Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 ausgegebene Drehbefehl S1 einem Wert
entspricht, welcher durch die Addition der Vorschubgeschwindigkeit zur Beschleunigung er
halten wurde, wird der Drehbefehl S1 ein Befehl, welcher die vorhergesagte Bewegung oder
Verschiebung des Spindelkopfes 5 einschließt. Der Drehbefehl S1 wird an einen Servo
verstärker 229 durch einen Addierer 228 angelegt, in welchem die Korrektur des Drehbefehls
S1 auf die folgende Weise durchgeführt wird. Ein Impuls von dem Impulsgenerator (PG2) 14,
welcher die Drehlage der Spindel 11 feststellt, wird einem Drehabweichungszähler 230 ein
gegeben, und ein Impuls von dem Impulsgenerator (PG1) 9, welcher den Vorschubbetrag z
feststellt, wird einer Drehkorrektur-Arithmetikeinheit 231 eingegeben, in welcher der Vor
schubbetrag z auf der Grundlage der voranstehend angegebenen Gewindesteigung P und
der Gewindevoreilung mit dem Wert L/P multipliziert wird, und der dem Vorschubbetrag z
entsprechende Drehkorrekturwert, r(z) = L/P.z, wird berechnet und an den Drehabweichungs
zähler 230 angelegt. Der Drehabweichungszähler 230 dient zur Berechnung der Drehabwei
chung E(s) zwischen dem Drehkorrekturwert r(z) und der Drehlage s der Spindel 11. Die
derart berechnete Drehabweichung E(s) wird an den Addierer 228 angelegt. Der Addierer
228 dient zur Korrektur des Drehbefehls S1 von der Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 in
Übereinstimmung mit der Drehabweichung E(s), und der korrigierte Drehbefehl
S1(E) = S1 + E(s) (auch als korrigierter Drehstellbefehl bezeichnet), wird an den Drehservo
verstärker 229 ausgegeben. Dem Drehservoverstärker 229 wird als ein Geschwindigkeits
rückkopplungssignal ein Signal v(s) in Reaktion auf die Geschwindigkeit von dem Tachome
tergenerator (TG2) 13 zugeführt, wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet
wird, welche derart den Spindelmotor 12 in Übereinstimmung mit dem korrigierten
Drehbefehl S1(E) antreibt.
Die Steuerschaltungseinrichtung in der beschriebenen dritten Ausführungsform implemen
tiert die digitalen arithmetischen Operationen. Die Arithmetikeinheit 22, die Abweichungs
zähler 223 und 230, die Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 225, der Addierer 226, die Dreh
befehls-Arithmetikeinheit 227, die Drehkorrektur-Arithmetikeinheit 231 und der Addierer 228
werden sämtlich durch Mikrocomputer realisiert, welche die internen Betriebsverarbeitungen
durchführen.
Der Vorschubmotor 7 wird durch die Daten angetrieben, welche die Gewindesteigung, den
Gewindehub (also die Gewindetiefe) und die Vorschubgeschwindigkeit anzeigen, welche von
der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden, und dann wird der Spindelmotor 12 so angetrie
ben, daß er dem Vorschubmotor 7 folgt und synchron mit diesem läuft, wodurch derart die
Gewindeschneidbearbeitung durchgeführt wird.
Bei der voranstehenden dritten Ausführungsform wird die Vorschubbeschleunigung auf der
Grundlage des Vorschubbefehls Z erhalten, und der Drehbefehl wird durch die erhaltene
Beschleunigung A(Z) berechnet, es kann jedoch bei einer modifizierten Ausführungsform die
Vorschubbeschleunigung von dem anderen Wert erhalten werden.
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch das in Fig. 4 dargestellte
Blockschaltbild repräsentiert, bei welchem die Vorschubbeschleunigung nicht in Überein
stimmung mit dem Vorschubbefehl Z berechnet wird, sondern in Übereinstimmung mit den
aktuellen Vorschubbeträgen des Spindelkopfes 5 berechnet wird.
In Fig. 4 sind entsprechende Bezugszahlen den Elementen oder Einheiten zugeordnet,
welche den in Fig. 3 dargestellten entsprechen, und deren Erläuterung ist hier weggelas
sen. Anders als das System gemäß Fig. 3 umfaßt das in Fig. 4 dargestellte System insbe
sondere die Verbindungsanordnung zwischen der Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 235,
dem Addierer 236 und der Drehbefehls-Arithmetikeinheit 237, welche sämtlich eine Drehbe
fehls-Arithmetikeinheit darstellen.
Der Vorschubrückkopplungsimpuls von dem Impulsgenerator (PG1) 9 wird der Beschleuni
gungs-Arithmetikeinheit 235 und dem Addierer 236 eingegeben. Die Beschleunigungs-
Arithmetikeinheit 235 dient zur Berechnung der Vorschubbeschleunigung, A(z) = dΔz/dt, aus
dem aktuellen Betrag Δz des Vorschubs pro Einheitszeit, und die derart berechnete Be
schleunigung A(z) wird dem Addierer 236 zugeführt. Der Addierer 236 dient zum Addieren
der eingegebenen Beschleunigung A(z) zum Vorschubbetrag z pro Einheitszeit von dem
Impulsgenerator (PG1) 9, und der resultierende Wert wird an die Drehbefehls-
Arithmetikeinheit 237 abgegeben. Der Ausgang des Addierers 236 ist die Summe der Additi
on der Vorschubgeschwindigkeit und der Beschleunigung, wodurch die Summe gegeben ist
durch (Δz + dz/dt). Die Drehbefehls-Arithmetikeinheit 237 multipliziert den Ausgangswert des
Addierers 326 mit dem Wert L/P in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der
Gewindevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher von der Eingabeein
heit 21 erhalten wurden, und dann zur Berechnung des Drehbefehls S2 = L/P(Δz + dΔz/dt),
welcher dann an den Addierer 228 gegeben wird.
Der Drehbefehl 52 wird durch den Addierer 228 korrigiert, um den korrigierten Drehbefehl S2
= S2 + E(s), zu erhalten, so daß der Drehservoverstärker 229 angetrieben wird, wodurch der
Spindelmotor 12 so gesteuert wird, wie im Zusammenhang mit der voranstehend angegebe
nen dritten Ausführungsform geschildert wurde.
Die fünfte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch das in Fig. 5
dargestellte Blockschaltbild repräsentiert, bei welchem die Vorschubbeschleunigung nach
Verarbeitung und Steuerung in Übereinstimmung mit der Vorschubabweichung E(Z) von
dem Vorschubabweichungszähler 223 bereitgestellt wird, welche der Vorschubbefehl zum
Servoverstärker 224 ist, jedoch nicht mit dem Betrag z des Vorschubs, welcher von dem Im
pulsgenerator (PG1) 9 festgestellt wird.
In Fig. 5 sind Elemente oder Einheiten, welche solchen aus Fig. 3 entsprechen, mit glei
chen Bezugsziffern bezeichnet, und auf ihre Beschreibung wird hier verzichtet.
Anders als das in Fig. 3 dargestellte System umfaßt das System gemäß Fig. 5 in genauer
Weise die Verbindungsanordnung zwischen einer Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 245,
einem Addierer 246 und einer Drehbefehls-Arithmetikeinheit 247, welche sämtlich eine
Drehbefehls-Arithmetikeinrichtung bilden.
Die Vorschubabweichung E(Z) von dem Vorschubabweichungszähler 223 wird in die
Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 245 und den Addierer 246 eingegeben. Die Beschleuni
gungs-Arithmetikeinheit 245 dient zur Berechnung der Beschleunigung, A(E) = dE(Z)/dt der
Vorschubabweichung E(Z) und dann zur Ausgabe der derart berechneten Beschleunigung
an den Addierer 246, und der Addierer 246 dient zum Addieren der Beschleunigung A(E) zur
Vorschubabweichung E(Z) und nachfolgenden Ausgabe des resultierenden Wertes an die
Drehbefehls-Arithmetikeinheit 247, wobei das Ausgangssignal des Addierers 246 ausge
drückt wird durch E(Z) + dE(Z)/dt als die Summe des Geschwindigkeitsbefehls und dessen
Beschleunigung an den Vorschubservoverstärker 224. Die Drehbefehls-Arithmetikeinheit 247
multipliziert den Ausgang von dem Addierer 246 mit dem Wert L/P in Übereinstimmung mit
der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung,
welche vorher von der Eingabeeinheit 21 eingegeben wurden, und dann zur Berechnung des
Drehbefehls S3 = L/P(E(Z) + dE(Z)/dt).
Der berechnete Drehbefehl S3 wird dann an den Addierer 228 gegeben, in welchem der
Drehbefehl S3 korrigiert wird zu einem korrigierten Drehbefehl S3(E) = S3 + E(s). Entsprechend
dem korrigierten Drehbefehl S3(E) wird der Drehservoverstärker 229 angetrieben, und der
Spindelmotor 12 wird wie voranstehend unter Bezug auf die dritte Ausführungsform be
schrieben gesteuert.
Gemäß der dritten bis fünften Ausführungsform, wie sie voranstehend beschrieben wurden,
wird der Drehbefehl durch die Vorschubgeschwindigkeit und die Beschleunigung berechnet,
und der Spindelmotor 12 wird synchron durch den berechneten Befehl angetrieben, so daß
die Übergangsnachlaufzeitverzögerung bemerkenswert verringert werden kann, verglichen
mit einem konventionellen System, bei welchem der Spindelmotor 12 nur in Übereinstim
mung mit dem aktuellen Betrag z des Vorschubs des Spindelkopfs 5 angetrieben wird.
Beispielsweise zeigte sich in einem Versuch, bei welchem eine Gewindeschneidbearbeitung
(Durchmesser: 6 mm (M6), Steigung: 1,0 (P1,0) und Gewindetiefe: 12 mm) durchgeführt
wurde bei einer Hochgeschwindigkeitsdrehung der Spindel von 3000 Umdrehungen pro Mi
nute, die Tatsache, daß der Vorschubfehler, also der Steigungsfehler, in der Gewindevor
schubrichtung (Z-Achse) auf der Grundlage der Drehlage des Gewindes auf etwa 50% bei
der dritten Ausführungsform verringert werden konnte, bei welcher die Vorschubbeschleuni
gung auf der Grundlage des Vorschubbefehls Z berechnet wird, im Vergleich zum Stei
gungsfehler bei dem konventionellen System.
Der Steigungsfehler konnte ebenfalls auf etwa 55% bei der vierten Ausführungsform ge
senkt werden, bei welcher die Vorschubbeschleunigung auf der Grundlage des nachgewie
senen aktuellen Vorschubbetrages z des Spindelkopfes 5 berechnet wird, im Vergleich mit
dem Steigungsfehler bei dem konventionellen System.
Der Steigungsfehler konnte weiterhin auf etwa 12% bei der fünften Ausführungsform verrin
gert werden, bei welcher die Vorschubbeschleunigung auf der Grundlage der Vorschubab
weichung E(Z) berechnet wird, im Vergleich zum Steigungsfehler bei dem konventionellen
System. Bei der fünften Ausführungsform kann sich, zusätzlich zur Verringerung des Absolutwerts
des Steigungsfehlers, der Steigungsfehler stetig ändern, wodurch das bessere Er
gebnis erzielt wird, mehr als durch den tatsächlichen Versuchswert deutlich wird, um die
stark verbesserte Gewindeschneidbearbeitung durchzuführen. Der Grund für ein derart bes
seres Ergebnis liegt vermutlich an dem geringeren Effekt der äußeren Störung, da der Vor
schubbetrag z des Spindelkopfes 5 nicht direkt bestimmt wird, sondern indirekt als Vor
schubabweichung E(Z) bestimmt wird.
Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf das Block
schaltbild gemäß Fig. 6 erläutert, und nachstehend wird zunächst eine Steuerschaltung für
ein Drehsystem (S-Achsensystem) zur Durchführung der Drehsteuerung der Spindel 11 er
läutert.
Ein Drehbefehl S wird in der Arithmetikeinheit 22 auf der Grundlage der Daten berechnet,
welche von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden. Der derart berechnete Drehbefehl S
wird dann in Reaktion auf die Drehgeschwindigkeit als ein Impulszug an einen Drehabwei
chungszähler 323 angelegt. Ein Impuls in Reaktion auf den Drehwinkel des Spindelmotors
12 wird als ein Lagerückkopplungsimpuls in den Drehabweichungszähler 323 von dem Im
pulsgenerator (PG2) 14 gegeben, und dann dient der Drehabweichungszähler 323 zur Be
rechnung der Abweichung E(s) = S - s zwischen dem Drehbefehl S und der Drehlage der Spin
del 11, welche durch den Impulsgenerator (PG2) 14 bestimmt wird, und zur Ausgabe der
derart berechneten Drehabweichung E(s) an einen Drehservoverstärker 324 als Geschwin
digkeitsbefehl. In den Drehservoverstärker 324 wird von dem Tachometergenerator (TG2) 13
ein Signal v(s) in Übereinstimmung mit der aktuellen Geschwindigkeit als ein Geschwindig
keitsrückkopplungssignal eingegeben, wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschal
tung gebildet wird, die so den Spindelmotor 12 antreibt. Die Steuerschaltung des beschrie
benen Drehsystems (S-Achsensystem) ist im wesentlichen dieselbe wie die für eine übliche
Vorschubkontrolle verwendete Schaltungsanordnung.
Nachstehend wird eine Steuerschaltung für ein Vorschubsystem (Z-Achsensystem) zur verti
kalen Bewegung des Spindelkopfes 5 in Übereinstimmung mit der sechsten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem Vorschubsystem werden die von
einer Eingabeeinheit 21 gelieferten Daten einer arithmetischen Verarbeitung in einer Arith
metikeinheit 22 unterworfen, um den Drehbefehl S bereitzustellen.
Der Drehbefehl S von der Arithmetikeinheit 22 wird in eine Beschleunigungs-
Arithmetikeinheit 325 eingegeben, in welcher die Beschleunigung A(S) = dΔS/dt auf der
Grundlage des Drehbefehlbetrags Δs pro Einheitszeit berechnet wird, und die berechnete
Beschleunigung A(S) wird dann einem Addierer 326 zugeführt, welchem unabhängig ein Vor
schubrückkopplungsimpuls zugeleitet wird. Der Addierer 326 dient zur Addition des aktuellen
Drehbetrags s pro Einheitszeit zur Beschleunigung A(S) des Drehbefehls S, und dann zur
Ausgabe des Resultates dieser Addition an eine Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327. Der
Drehbetrag Δs pro Einheitszeit entspricht der aktuellen Drehgeschwindigkeit v(s), so daß der
Ausgang des Addierers 326 die Summe der Addition der Drehgeschwindigkeit und der Be
schleunigung darstellt, also (Δs + dΔS/dt).
Die Vorschubbefehls-Betriebseinheit 327 dient zur Berechnung des Vorschubbefehls Z1 =
P/L(Δs + dΔS/dt) durch eine Multiplikation des Ausgangs des Addierers 326 mit dem Wert
P/L in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L der Gewin
despindel 6 für den Gewindeschneidvorgang, welche vorher über die Arithmetikeinheit 22
von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden. Die Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 325,
der Addierer 326 und die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327 bilden eine Vorschubbe
fehls-Arithmetikeinrichtung.
Der von der Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327 ausgegebene Vorschubbefehl Z ist ein
Wert, welcher der Summe der Addition der Drehgeschwindigkeit und der Beschleunigung
entspricht, und daher stellt der Wert den Vorschubbefehl einschließlich einer vorhergesagten
Drehung der Spindel 11 dar. Dann wird der Vorschubbefehl Z von der Vorschubbefehls-
Arithmetikeinheit 327 durch einen Addierer 328 in einen Vorschubservoverstärker 329 gege
ben, in welchem die Korrektur des Vorschubbefehls Z1 auf die folgende Weise durchgeführt
wird.
Ein Impuls von dem den Betrag des Vorschubs des Spindelkopfes 5 feststellenden Impuls
generator (PG1) 9 wird in den Vorschubabweichungszähler 330 gegeben, und ein von dem
die Drehlage der Spindel 11 feststellenden Impulsgenerator (PG2) 14 abgegebener Impuls
wird in eine Vorschubkorrektur-Arithmetikeinheit 331 eingegeben, in welcher der Drehbetrag
s mit einem Wert P/L multipliziert wird, in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und
der Gewindevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung um den Vorschubkorrekturbe
trag r(s) = P/L.s zu berechnen. Der derart berechnete Vorschubkorrekturbetrag r(s) wird dann
an den Vorschubabweichungszähler 330 angelegt, welcher dann zur Berechnung der Vor
schubabweichung E(z) zwischen dem Vorschubkorrekturwert r(s) und dem Vorschubbetrag z
des Spindelkopfes 5 dient und zur Ausgabe der erhaltenen Vorschubabweichung E(z) an
den Addierer 328. Der Addierer 328 dient zum Korrigieren des Vorschubbefehls Z1 von der
Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327 in Übereinstimmung mit der Vorschubabweichung
E(z), und des korrigierten Vorschubbefehls (Zustellbefehl) R(Z1) = Z1 + E(z), welcher dann an
den Vorschubservoverstärker 329 angelegt wird.
In den Vorschubservoverstärker 329 wird ein Signal V(z) als ein Geschwindigkeitsrückkopp
lungssignal eingegeben, in Reaktion auf die Geschwindigkeit von dem Tachometergenerator
(TG1) 8, wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet wird, welche so den
Vorschubmotor 7 in Übereinstimmung mit dem korrigierten Vorschubbefehl R(Z) antreibt.
Die Steuerschaltungseinrichtung in der beschriebenen sechsten Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung implementiert die digitalen arithmetischen Operationen, und die Arithme
tikeinheit 22, die Abweichungszähler 323 und 330, die Beschleunigungs-Arithmetikeinheit
325, der Addierer 326, die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327, die Vorschubkorrektur-
Arithmetikeinheit 321 und der Addierer 328 werden sämtlich durch Mikrocomputer zur Aus
führung der internen Operationsverarbeitung realisiert.
Der Spindelmotor 12 wird in Reaktion auf die Daten angetrieben, welche die Gewindestei
gung P, den Vorschubhub (also die Gewindetiefe) und die Drehgeschwindigkeit angeben,
welche von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden, und der Vorschubmotor 7 wird dann
so angetrieben, daß er dem Spindelmotor 12 folgt und mit ihm synchron läuft, wodurch der
Gewindeschneidvorgang durchgeführt wird.
Bei der voranstehend beschriebenen sechsten Ausführungsform wird der Vorschubbefehl in
Übereinstimmung mit der Drehbeschleunigung A(S) berechnet auf der Grundlage des Dreh
befehls S, jedoch kann gemäß einer Modifikation der Drehbeschleunigung von dem anderen
Wert berechnet werden.
Die siebte Ausführungsform wird durch das in Fig. 7 dargestellte Blockschaltbild repräsen
tiert, bei welchem die Drehbeschleunigung nicht in Übereinstimmung mit dem Drehbefehl
berechnet wird, sondern in Übereinstimmung mit dem aktuellen Betrag s der Drehung der
Spindel 11 berechnet wird, welcher durch den Impulsgenerator (PG2) 14 bestimmt wird.
In Fig. 7 sind gleiche Bezugsziffern Elementen oder Einheiten zugeordnet, die den in Fig. 6
dargestellten entsprechen, und auf deren Erläuterung wird daher verzichtet. Anders als das
in Fig. 6 dargestellte System umfaßt das System gemäß Fig. 7 insbesondere die Verbin
dungsanordnung zwischen der Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 335, dem Addierer 336
und der Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 337, die sämtlich eine Vorschubbefehls-
Arithmetikeinrichtung darstellen.
Der Drehrückkopplungsimpuls von dem Impulsgenerator (PG2) 14 wird in die Beschleuni
gungs-Arithmetikeinheit 335 und den Addierer 336 eingegeben. Die Beschleunigungs-
Arithmetikeinheit 335 dient zur Berechnung der Drehbeschleunigung A(s) = dΔS/dt aus dem
aktuellen Betrag Δs der Drehung pro Einheitszeit, und die derart berechnete Beschleunigung
A(s) wird dem Addierer 336 zugeführt. Der Addierer 336 dient zum Addieren der Beschleuni
gung A(s) zum Betrag s der Drehung pro Einheitszeit von dem Impulsgenerator (PG2) 14,
und der sich ergebende Wert wird von diesem an die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 337
ausgegeben. Der Ausgang des Addierers 336 ist die Summe der Addition der Rotationsge
schwindigkeit und der Beschleunigung, welche ausgedrückt wird durch (Δs + d.Δs/dt). Die
Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 337 dient zum Multiplizieren des Ausgangswerts des Ad
dierers 336 mit dem Wert P/L in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Ge
windevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher von der Eingabeeinheit
21 eingegeben werden, und dann zur Berechnung des Vorschubbefehls
Z2 = P/L.(Δs + dΔs/dt), der dann an den Addierer 328 angelegt wird.
Der Vorschubbefehl Z2 wird in dem Addierer 328 korrigiert, um den korrigierten Vorschub
befehl (Zustellbefehl) R(Z2) = Z2 + E(z) zu erhalten, und der Vorschubservoverstärker 329 wird
in Übereinstimmung mit dem korrigierten Vorschubbefehl R(Z2) angetrieben. Der Vorschub
motor 7 wird dann so gesteuert, wie unter Bezug auf die voranstehende sechste Ausfüh
rungsform geschildert wurde.
Die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch das Blockschaltbild in Fig.
8 dargestellt.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Beschleunigung der Drehung auf der Grundlage
der Drehabweichung E(S) des Drehabweichungszählers 323 berechnet, welche den Ge
schwindigkeitsbefehl für den Drehsenroverstärker 324 darstellt, aber wird nicht auf der
Grundlage des Betrags s der Drehung selbst berechnet, welcher durch den Impulsgenerator
(PG2) 14 bestimmt wird.
In Fig. 8 sind gleiche Bezugsziffern den Elementen oder Einheiten zugeordnet, die denen
von Fig. 6 entsprechen, und auf ihre Erläuterung wird daher verzichtet. Anders als das in Fig.
6 dargestellte System umfaßt das System gemäß Fig. 8 insbesondere die Verbindungsan
ordnung zwischen einer Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 345, einem Addierer 346 und
einer Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 347, die sämtlich eine Vorschubbefehls-
Betriebseinrichtung bilden.
Die Vorschubabweichung E(S) wird in die Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 345 und den
Addierer 346 von dem Drehabweichungszähler 323 eingegeben. Die Beschleunigungs-
Arithmetikeinheit 345 berechnet die Beschleunigung A(E) = dE(S)/dt der Drehabweichung
E(S). Die derart berechnete Beschleunigung A(E) wird an den Addierer 346 angelegt, in wel
chem die Beschleunigung A(E) und die Drehabweichung E(S) addiert und das sich ergeben
de Ergebnis an die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 347 angelegt wird. Der Ausgang des
Addierers 346, also (E(S) + dE(S)/dt) ist somit die Summe der Addition des Geschwindigkeits
befehls zum Drehservoverstärker 324 und dessen Beschleunigung (berechnet in der
Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 345). Die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 347 dient
zum Multiplizieren des Ausgangs des Addierers 346 mit dem Wert P/L, in Übereinstimmung
mit der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung,
welche vorher von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden, und dann zur Berechnung des
Vorschubbefehls Z3 = P/L.(E(S) + dE(S)/dt), der dann an den Addierer 328 angelegt wird.
Der Vorschubbefehl Z3 wird in dem Addierer 328 korrigiert, um den korrigierten Vorschub
befehl (Zustellbefehl) R(Z3) = Z3 + E(z) zu erhalten. Der Vorschubservomotor 329 wird in Über
einstimmung mit dem korrigierten Vorschubbefehl R(Z3) angetrieben, und dann wird der Vor
schubmotor 7 so gesteuert, wie unter Bezug auf die voranstehend beschriebene sechste
Ausführungsform geschildert wurde.
Bei der sechsten bis achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Dreh
geschwindigkeit und die Beschleunigung berechnet, und dann wird der Vorschubbefehl aus
dem sich hieraus ergebenden Wert berechnet, um den Vorschubmotor 7 auf synchrone Wei
se anzutreiben und derart die Übergangsnachlaufzeitverzögerung im Vergleich mit dem kon
ventionellen System bemerkenswert zu verringern, bei welchem der synchrone Antrieb des
Spindelmotors 12 nur in Übereinstimmung mit dem aktuellen Betrag s der Drehung der Spin
del 11 durchgeführt wird.
Beispielsweise zeigte ein Versuch, bei dem eine Gewindeschneidbearbeitung (Durchmesser:
6 mm (M6), Steigung: 1,0 (P1,0) und Gewindetiefe: 12 mm) durchgeführt wurde bei einer
Hochgeschwindigkeitsdrehung der Spindel von 3000 Umdrehungen pro Minute, die Tatsa
che, daß der Vorschubfehler, also der Steigungsfehler, in der Gewindevorschubrichtung (Z-
Achse) auf der Basis der Drehlage des Gewindes auf etwa 55% in Übereinstimmung mit der
sechsten Ausführungsform verringert werden konnte, bei welcher die Drehbeschleunigung
auf der Grundlage des Drehbefehls berechnet wird, im Vergleich zum Steigungsfehler bei
dem konventionellen System.
Der Steigungsfehler konnte ebenfalls auf etwa 58% bei der siebten Ausführungsform verrin
gert werden, bei welcher die Drehbeschleunigung auf der Grundlage des nachgewiesenen
Betrags s der aktuellen Drehung der Spindel 11 berechnet wird, im Vergleich zum Stei
gungsfehler bei dem konventionellen System.
Der Steigungsfehler konnte weiter auf etwa 20% bei der achten Ausführungsform verringert
werden, bei welcher die Drehbeschleunigung auf der Grundlage der Drehabweichung E(S)
bestätigt wird, im Vergleich zum Steigungsfehler bei dem konventionellen System.
Bei der achten Ausführungsform kann, zusätzlich zu der bemerkenswerten Verringerung des
Absolutwerts des Steigungsfehlers, sich der Steigungsfehler stetig ändern, wodurch das her
vorragende Ergebnis erzielt wird, welches über den aktuellen Versuchswert hinausgeht, um
die erheblich verbesserte Gewindeschneidbearbeitung durchzuführen. Es wird angenom
men, dass der Grund für ein derart hervorragendes Ergebnis auf dem geringeren Effekt einer
äußeren Störung beruht, da der Betrag s der Drehung der Spindel 11 nicht direkt nachge
wiesen wird, sondern indirekt als die Abweichung E(S) bestimmt wird.
Daher können gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die
Nachlaufeigenschaften und die Leistungen der Spindel und der Vorschubspindel bemer
kenswert verbessert werden, und die Gewindeschneidbearbeitung kann mit hoher Genauig
keit und Verläßlichkeit durchgeführt werden.
Claims (14)
1. Gewindeschneidmaschine, enthaltend:
eine Spindel (11) zum Halten eines Gewindeschneidwerkzeugs (15);
einen Spindelkopf (5) zum Halten der Spindel (11);
einen Spindelmotor (12) zum Drehen der Spindel (11);
einen Zustellmotor (7) zum Zustellen des Spindelkopfes (5) in Richtung auf ein Werkstück (17) und von diesem weg;
einen Detektor (14) zum Ermitteln einer Drehstellung (s) der Spindel (11);
einen Zustellpositionsdetektor (9) zum Ermitteln einer Zustellistposition (z) des Spindelkopfes (5), wobei das Gewindeschneidwerkzeug (15) unter synchronem Betrieb von Spindelmotor (12) und Zustellmotor (7) angetrieben ist;
eine Einrichtung (23; 223) zum Berechnen einer Zustellabweichung (E(Z)) zwi schen einem Zustellsollwert (Z) und der von dem Zustellpositionsdetektor (9) er mittelten (Spindelkopf-)Zustellistposition (z);
eine mit der Zustellabweichungsberechnungseinrichtung (23; 223) verbundene Einrichtung (Vorschubservoverstärker) (24; 224) zum Betreiben des Zustellmotors (7) in Übereinstimmung mit der berechneten Zustellabweichung (E(Z)), und
eine Einrichtung (Drehservoverstärker) (27; 229) zum Betreiben des Spindelmo tors (12),
gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (25; 227; 237; 247) zum Berechnen eines Drehstellbefehls (S; S1; S2; S3) aus einer zu erzeugenden Gewindesteigung (P);
eine mit dem Zustellpositionsdetektor (9) verbundene Einrichtung (29; 231) zum Berechnen eines Spindelumdrehungskorrekturwertes (r(z)) aus der ermittelten Zustellistposition (z) und unter Berücksichtigung der Gewindesteigung (P);
eine mit der Einrichtung (29; 231) zur Berechnung des Spindelumdrehungskor rekturwertes (r(z)) und dem Spindeldrehstellungsdetektor (14) verbundene Ein richtung (28; 230) zum Berechnen einer Drehstellungsabweichung (E(s)) zwi schen dem Spindelumdrehungskorrekturwert (r(z)) und der Drehstellung (s) der Spindel (11), und
eine mit der Drehstellungsabweichungsberechnungseinrichtung (28, 230) ver bundene Einrichtung (26; 228) zum Korrigieren des Drehstellbefehls (S), um ei nen korrigierten Drehstellbefehl (S(E); S1(E); S2(E); S3(E)) aus der Drehstel lungsabweichung (E(S)) und dem Drehstellbefehl (S; S1; S2, S3) zu erhalten, wo bei die Einrichtung (27; 229) mit der Korrektureinrichtung (26; 228) verbunden ist, um mit dem korrigierten Drehstellbefehl (S(E); S1(E); S2(E); S3(E)) den Spin delmotor (12) zu betreiben (Fig. 1, 3, 4, 5).
eine Spindel (11) zum Halten eines Gewindeschneidwerkzeugs (15);
einen Spindelkopf (5) zum Halten der Spindel (11);
einen Spindelmotor (12) zum Drehen der Spindel (11);
einen Zustellmotor (7) zum Zustellen des Spindelkopfes (5) in Richtung auf ein Werkstück (17) und von diesem weg;
einen Detektor (14) zum Ermitteln einer Drehstellung (s) der Spindel (11);
einen Zustellpositionsdetektor (9) zum Ermitteln einer Zustellistposition (z) des Spindelkopfes (5), wobei das Gewindeschneidwerkzeug (15) unter synchronem Betrieb von Spindelmotor (12) und Zustellmotor (7) angetrieben ist;
eine Einrichtung (23; 223) zum Berechnen einer Zustellabweichung (E(Z)) zwi schen einem Zustellsollwert (Z) und der von dem Zustellpositionsdetektor (9) er mittelten (Spindelkopf-)Zustellistposition (z);
eine mit der Zustellabweichungsberechnungseinrichtung (23; 223) verbundene Einrichtung (Vorschubservoverstärker) (24; 224) zum Betreiben des Zustellmotors (7) in Übereinstimmung mit der berechneten Zustellabweichung (E(Z)), und
eine Einrichtung (Drehservoverstärker) (27; 229) zum Betreiben des Spindelmo tors (12),
gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (25; 227; 237; 247) zum Berechnen eines Drehstellbefehls (S; S1; S2; S3) aus einer zu erzeugenden Gewindesteigung (P);
eine mit dem Zustellpositionsdetektor (9) verbundene Einrichtung (29; 231) zum Berechnen eines Spindelumdrehungskorrekturwertes (r(z)) aus der ermittelten Zustellistposition (z) und unter Berücksichtigung der Gewindesteigung (P);
eine mit der Einrichtung (29; 231) zur Berechnung des Spindelumdrehungskor rekturwertes (r(z)) und dem Spindeldrehstellungsdetektor (14) verbundene Ein richtung (28; 230) zum Berechnen einer Drehstellungsabweichung (E(s)) zwi schen dem Spindelumdrehungskorrekturwert (r(z)) und der Drehstellung (s) der Spindel (11), und
eine mit der Drehstellungsabweichungsberechnungseinrichtung (28, 230) ver bundene Einrichtung (26; 228) zum Korrigieren des Drehstellbefehls (S), um ei nen korrigierten Drehstellbefehl (S(E); S1(E); S2(E); S3(E)) aus der Drehstel lungsabweichung (E(S)) und dem Drehstellbefehl (S; S1; S2, S3) zu erhalten, wo bei die Einrichtung (27; 229) mit der Korrektureinrichtung (26; 228) verbunden ist, um mit dem korrigierten Drehstellbefehl (S(E); S1(E); S2(E); S3(E)) den Spin delmotor (12) zu betreiben (Fig. 1, 3, 4, 5).
2. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (25) zum Berechnen des Drehstellbefehls (S) mit der Zustellab
weichungsberechnungseinrichtung (23) verbunden ist, um den Drehstellbefehl (S)
aus der Zustellabweichung (E(Z)) zu berechnen (Fig. 1).
3. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (227; 237; 247) zum Berechnen des Drehstellbefehls (S1; S2; S3)
weiterhin eine Einrichtung (225, 226; 235, 236; 245, 246) zum Berechnen der Zu
stellgeschwindigkeit und -beschleunigung des Spindelmotors (12) enthält (Fig. 3
bis 5).
4. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (227; 237; 247) zum Berechnen des Drehstellbefehls (S1; S2; S3)
den Drehstellbefehl (S1; S2; S3) aus der ermittelten Zustellgeschwindigkeit und
-beschleunigung des Zustellmotors (7) berechnet.
5. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (225) dazu dient, eine Zustellbeschleuni
gung des Spindelmotors (12) aus dem Zustellbefehl (Z) zu berechnen (Fig. 3).
6. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (235) dazu dient, eine Zustellbeschleuni
gung des Spindelmotors (12) aus der ermittelten Zustellgröße (z) des Spindel
kopfes (5) zu berechnen (Fig. 4).
7. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (245) dazu dient, eine Zustellbeschleuni
gung des Spindelmotors (12) aus der Zustellabweichung (E(Z)) zu berechnen
(Fig. 5).
8. Gewindeschneidmaschine, enthaltend:
eine Spindel (11) zum Halten eines Gewindeschneidwerkzeugs (15);
einen Spindelkopf (5) zum Halten der Spindel (11);
einen Spindelmotor (12) zum Drehen der Spindel (11);
einen Zustellmotor (7) zum Zustellen des Spindelkopfes (5) in Richtung auf ein Werkstück (17) und von diesem weg;
einen Detektor (14) zum Ermitteln einer Drehstellung (s) der Spindel (11);
einen Zustellpositionsdetektor (9) zum Ermitteln einer Zustellistposition (z) des Spindelkopfes (5), wobei der Gewindeschneidvorgang unter synchronem Betrieb von Spindelmotor (12) und Zustellmotor (7) ausgeführt wird;
eine Einrichtung (123; 323) zum Berechnen einer Drehabweichung (E(S)) zwi schen einem Drehstellbefehl (S) und der vom Detektor (14) ermittelten Drehstel lung (s) der Spindel (11);
eine Einrichtung (124; 324) zum Betreiben des Spindelmotors (12) durch die er mittelte Drehabweichung (E(S)), wobei diese Einrichtung (124; 324) wirkungs mäßig mit der Drehabweichungsberechnungseinrichtung (123; 323) verbunden ist; und
eine Einrichtung (127; 329) zum Betreiben des Zustellmotors (7),
gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (125; 327; 337; 347) zur Berechnung eines Zustellbefehls (Z; Z1; Z2; Z3) aus einer vorgegebenen Gewindesteigung (P);
eine mit dem Drehstellungsdetektor (14) verbundene Einrichtung (129; 331) zum Berechnen eines Zustellkorrekturwertes (r(s)) aus der ermittelten Drehstellung (s) der Spindel (11) und unter Berücksichtigung der Gewindesteigung (P);
eine mit der Zustellkorrekturberechnungseinheit (129; 331) und dem Zustellpositi onsdetektor (9) verbundene Einrichtung (128; 330) zum Berechnen einer Zustell abweichung (E(z)) aus dem Zustellkorrekturwert (r(s)) und der Zustellistposition (z) des Spindelkopfes (5);
eine mit der Zustellabweichungsberechnungseinrichtung (128; 330) verbundene Einrichtung (126; 328) zum Korrigieren des Zustellbefehls (Z; Z1; Z2; Z3) zur Erzielung eines korrigierten Zustellbefehls (R(Z); R(Z1); R(Z2); R(Z3)) aus der Zustellabweichung (E(z));
wobei die Einrichtung (127; 329) mit der Korrektureinrichtung (126; 328) verbun den ist, um mit dem korrigierten Zustellbefehl (R(Z); R(Z1); R(Z2); R(Z3)) den Zustellmotor (7) zu betreiben (Fig. 2, 6, 7, 8).
eine Spindel (11) zum Halten eines Gewindeschneidwerkzeugs (15);
einen Spindelkopf (5) zum Halten der Spindel (11);
einen Spindelmotor (12) zum Drehen der Spindel (11);
einen Zustellmotor (7) zum Zustellen des Spindelkopfes (5) in Richtung auf ein Werkstück (17) und von diesem weg;
einen Detektor (14) zum Ermitteln einer Drehstellung (s) der Spindel (11);
einen Zustellpositionsdetektor (9) zum Ermitteln einer Zustellistposition (z) des Spindelkopfes (5), wobei der Gewindeschneidvorgang unter synchronem Betrieb von Spindelmotor (12) und Zustellmotor (7) ausgeführt wird;
eine Einrichtung (123; 323) zum Berechnen einer Drehabweichung (E(S)) zwi schen einem Drehstellbefehl (S) und der vom Detektor (14) ermittelten Drehstel lung (s) der Spindel (11);
eine Einrichtung (124; 324) zum Betreiben des Spindelmotors (12) durch die er mittelte Drehabweichung (E(S)), wobei diese Einrichtung (124; 324) wirkungs mäßig mit der Drehabweichungsberechnungseinrichtung (123; 323) verbunden ist; und
eine Einrichtung (127; 329) zum Betreiben des Zustellmotors (7),
gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (125; 327; 337; 347) zur Berechnung eines Zustellbefehls (Z; Z1; Z2; Z3) aus einer vorgegebenen Gewindesteigung (P);
eine mit dem Drehstellungsdetektor (14) verbundene Einrichtung (129; 331) zum Berechnen eines Zustellkorrekturwertes (r(s)) aus der ermittelten Drehstellung (s) der Spindel (11) und unter Berücksichtigung der Gewindesteigung (P);
eine mit der Zustellkorrekturberechnungseinheit (129; 331) und dem Zustellpositi onsdetektor (9) verbundene Einrichtung (128; 330) zum Berechnen einer Zustell abweichung (E(z)) aus dem Zustellkorrekturwert (r(s)) und der Zustellistposition (z) des Spindelkopfes (5);
eine mit der Zustellabweichungsberechnungseinrichtung (128; 330) verbundene Einrichtung (126; 328) zum Korrigieren des Zustellbefehls (Z; Z1; Z2; Z3) zur Erzielung eines korrigierten Zustellbefehls (R(Z); R(Z1); R(Z2); R(Z3)) aus der Zustellabweichung (E(z));
wobei die Einrichtung (127; 329) mit der Korrektureinrichtung (126; 328) verbun den ist, um mit dem korrigierten Zustellbefehl (R(Z); R(Z1); R(Z2); R(Z3)) den Zustellmotor (7) zu betreiben (Fig. 2, 6, 7, 8).
9. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (125) zum Berechnen des Zustellbefehls (Z) mit der Drehabwei
chungsberechnungseinrichtung (123) verbunden ist, um den Zustellbefehl (Z) aus
der Drehabweichung (E(S)) zu berechnen (Fig. 2).
10. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (327; 337; 347) zum Berechnen des Zustellbefehls (Z1; Z2; Z3)
weiterhin eine Einrichtung (325, 326; 335, 336; 345, 346) zum Berechnen einer
Drehgeschwindigkeit und -beschleunigung des Zustellmotors (9) enthält (Fig. 6
bis 8).
11. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (327; 337; 347) zum Berechnen des Zustellbefehls (Z1; Z2; Z3)
den Zustellbefehl (Z1; Z2; Z3) aus der ermittelten Zustellgeschwindigkeit und -be
schleunigung des Spindelmotors (12) berechnet (Fig. 6 und 7).
12. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (325) dazu dient, eine Drehbeschleuni
gung (A(S)) des Zustellmotors (9) aus dem Drehbefehl (S) zu berechnen (Fig. 6).
13. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (335) dazu dient, eine Drehbeschleuni
gung (A(S)) des Zustellmotors (9) aus der ermittelten Drehstellung (s) der Spindel
(11) zu berechnen (Fig. 7).
14. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (345) dazu dient, eine Drehbeschleuni
gung (A(S)) des Zustellmotors (9) aus der Drehstellungsabweichung (E(S)) zu
berechnen (Fig. 8).
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