TW201333650A - 數值控制裝置 - Google Patents

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Koji Terada
Masakazu Sagasaki
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Abstract

一種數值控制裝置，係具備：同時同步攻螺紋指令處理手段(16)，解析同時同步攻螺紋指令；螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段(21)，係對主組件及次組件的S1軸、S2軸的加減速時間常數進行比較，而選擇較長者之時間常數；開孔軸(X1)加減速處理手段(22)，依據由螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段(21)所選擇之主軸時間常數、及所指令之主軸旋轉數，來計算X軸的加減速移動量並予以移動至所指令之位置；以及螺紋攻主軸同步處理手段(55)，由開孔軸(X1)加減速處理手段所輸出之開孔軸的移動量及間距進行計算，而將螺紋攻主軸同步於開孔軸之同步攻螺紋內插處理手段23、及螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段所輸出之螺紋攻主軸旋轉量複製至同步側作為同步資料。

Description

數值控制裝置
本發明係關於一種藉由數值控制(Numerical Control，於下述有簡稱為NC之情形)裝置控制之數值控制車床之工件(work)的加工技術。詳言之，係關於一種偏心加工，係在車床加工中，於垂直於XZ平面且與X軸方向垂直相交之平面上，在自X座標軸朝Y軸方向離開之位置進行開孔等加工者。
以往，就一個複合加工車床之型式而言，係有具有與X(作業半徑方向)Z(作業軸方向)平面垂直、作為附加軸之Y軸，以在自X座標軸朝Y軸方向離開之位置進行開孔等加工者。
再者，就一個與該者不同形式者而言，該者係具有：抓持工件並進行旋轉位置控制之C軸；以朝該C軸中心方向接離之方式進行位置控制之X軸、同樣地朝C軸的軸線方向移動之Z軸；以及由前述X軸及Z軸所驅動，且與前述C軸的軸線呈垂直地可朝任意角度旋轉之回轉台(turret)軸(H軸)。就如此之車床而言，係除了一般的對工件圓柱表面之旋削加工以外，亦可依據在工件的圓周方向實際上不存在之虛擬Y軸來進行平面加工。此加工由於將圓形剖面的一部份直線地切下而成為類似D字形之剖面，故係稱為D切割(cut)。
再者，若將前述D切割加工對工件的表背二面予以施 行，則成為以將圓形剖面的兩側予以切下之方式進行加工之二重(double)D切割(由於加工過之工件的剖面係成為如扳手(spanner)的開口部，故亦稱為扳手切割)。此係若於藉由以往之機械對同一個工件施行二次前述D切割，則可加工成相同形狀。
為了藉由前述後者之形式之機械實現前述D切割加工，係設想朝抓持於C軸之工件的半徑方向自中心離開有任意距離之平面，對C軸中心方向使H軸上之旋轉工具朝向C軸中心方向，而對自C軸中心離開之位置係以工具朝向該方向之方式使H軸旋轉，並以垂直於此工具之方式使C軸旋轉。此時由於自連結C軸中心與H軸中心之線朝Y軸方向離開之位置係成為加工點，故加工面與工具前端係分離。因此，必須算出此距離，並使H軸中心朝C軸中心方向(X軸方向)移動。藉由自設想於C軸的工件的圓周上之面的一端開始連續進行至另一端為止，而使虛擬Y軸上之速度成為指令速度之方式施行如此之一連串的控制，係可實現所期望之加工。X軸係以前述之方式依據工具前端(加工點)至工件中心之距離進行位置控制。
專利文獻1係揭示有為了實現前述加工，而藉由機械進行C軸旋動及工具(回轉台軸)的旋轉之同步控制之內容，而於專利文獻2中係揭示有進行類似前述之動作，以來自全伺服(servo)控制之構成作為一個組件(set)，而將六個此組件予以合併之機械的構成及動作方法。在此等文獻中係說明有各機械之構造及各部的動作，係可藉由此等 控制進行所謂D切割、或於D切割面的平面進行開孔等。
再者，於專利文獻3雖圖示有類似前述D切割之加工內容，惟係屬於由X、Z、主軸/C軸、固定角度推斷旋轉台所構成之機械，故未能進行Y軸控制。因此，在工件外徑部進行開孔時，孔之方向係全部朝向工件中心，而無法進行D切割面或扳手切割面之垂直於平面之開孔。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特公平3-033441號公報(關聯記載：第8頁第16欄第32行至第9頁第17欄第28行，第9頁第18欄第18行至第10頁第19欄第29行，圖式第3圖、第4圖)
專利文獻2：日本特開2000-218422號公報(關聯記載：第5頁第7欄第25行至同欄第34行、第10頁第18欄第25行至第11頁第19欄第32行，圖式第7圖至第11圖)
專利文獻3：日本特開昭60-044239號公報(關聯記載：第5頁第4欄至第6頁第2欄第17行，第10圖之外徑點加工的線形狀(1e))
第7圖所示之以往的一組XZHC軸及同步螺紋攻(tap)主軸S軸所構成之機械構成中，係以抓持工件之C軸為中心而以可朝X軸方向移動之方式配置有可朝X軸方向的圓 周方向(工件的半徑方向)旋轉之回轉台軸(H軸)，H軸係可旋轉控制為任意的角度。所謂此種機械即便未存在有Y軸作為實際之軸，亦可以如同存在有Y軸之方式進行控制，亦即可進行虛擬Y軸控制。
藉由此構成係使H軸及C軸同步並旋轉相同角度，再者係使H軸朝X軸方向，藉由使旋轉工具同步於前述旋轉而接離來進行D切割加工，或在自工件中心離開之位置設想有平面，而朝垂直於該平面之方向進行切削或開孔等加工動作。
藉由如前述之構成之機械對所加工之D切割面進行例如同步攻螺紋(tapping)加工，係必須進行C軸、H軸、X軸的協調之X軸方向進給、以工具前進方向相對於Y軸成為垂直之方式維持角度之C軸及H軸之同步旋轉、以及使屬於旋轉工具用主軸之S軸的螺紋攻工具配合螺紋螺距及進給速度進行旋轉之同步旋轉控制。
以往，就由XZHC軸及同步螺紋攻主軸S軸所構成之一組構成之機械而言，係藉由與一般的同步螺紋攻同樣的控制可進行同步攻螺紋加工，惟在對經過扳手切割之兩面同時進行二個同步攻螺紋加工時，如第1圖所示，係必須將具有H2、X2、S2軸之工具台對於已存在之前述工具台(具有H1、X1、S1軸之工具台)，隔介工件予以追加在點對稱之位置。並且，由於Z軸係在工具及工件之間位於相對的關係，故Z軸雖可設置在工具台側或工件保持側之任一方，惟一般而言係設置於工具台側。
然而，即便以此方式單純地追加工具台，若無法取得二個工具台的動作之同步及二個工具台上之二個旋轉工具用主軸之同步，則亦無法進行適切的同步攻螺紋加工。
再者，使二個螺紋攻工具以相同速度模式(pattern)朝工具軸方向驅動，且朝圓周方向旋轉驅動時，由於在同一名稱之軸亦有可能使用不同規格之馬達(motor)而使加減速模式及加減速時間常數不同，故必須使此等一致。並且，對同步螺紋攻主軸而言若不特別注意，則會有螺紋崩毀之情事。
本發明係為了解決前述課題而完成者，目的在於提供一種數值控制裝置，係對於使工件旋轉之一個C1轉軸點對稱地配置有由X1軸、H1軸及S1軸所構成之主組件(main set)、及由X2軸、H2軸及S2軸所構成之次組件(sub set)之機械進行控制，藉此可以較佳精度同時對工件的直徑方向兩面進行同步攻螺紋加工。
本發明之數值控制裝置係為對於對一個C1軸而點對稱地配置有由X1軸、H1軸及S1軸所構成之主組件、及由X2軸、H2軸及S2軸所構成之次組件之機械進行控制者，係具備：螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段，係對前述主組件及次組件各自的S1軸、S2軸的加減速時間常數進行比較，而選擇較長者之時間常數；開孔軸(X1)加減速處理手段，依據由前述螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段所選擇之主軸時間常數、及所指令之主軸旋轉數來進 行X1軸的加減速移動量之計算、及加減速處理；螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段，由前述開孔軸(X1)加減速處理手段所輸出之X1軸移動量來計算螺紋攻主軸的旋轉量；以及螺紋攻主軸(S2)同步處理手段，將前述螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段所計算之螺紋攻主軸旋轉量複製至同步側作為同步資料(data)；且藉由主組件側之X1軸、H1軸、S1軸之驅動資料來驅動次組件側之X2軸、H2軸、S2軸，藉此以對C1軸所抓持之工件的直徑方向兩面同時進行同步攻螺紋加工之方式，對前述機械進行控制。
再者，本發明之數值控制裝置係為對於對一個C1軸而點對稱地配置有由X1軸、H1軸及S1軸所構成之主組件、及由X2軸、H2軸及S2軸所構成之次組件之機械進行控制者，係具備：同時同步攻螺紋指令處理手段，重新設定同時驅動複數個工具主軸進行同步攻螺紋加工之同時同步攻螺紋指令，並對前述同時同步攻螺紋指令進行解析處理；螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段，係對前述主組件及次組件各自的S1軸、S2軸的加減速時間常數進行比較，而選擇較長者之時間常數；開孔軸(X1)加減速處理手段，依據由前述螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段所選擇之主軸時間常數、及所指令之主軸旋轉數來進行X軸的加減速移動量之計算、及加減速處理；螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段，由前述開孔軸(X1)加減速處理手段所輸出之X軸移動量來計算螺紋攻主軸的旋轉量；以及 螺紋攻主軸(S2)同步處理手段，將前述螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段所計算之螺紋攻主軸旋轉量複製至同步側作為同步資料；且藉由主組件側之X1軸、H1軸的驅動資料驅動次組件側之X2軸、H2軸，並對於S1軸、S2軸則依據同時同步攻螺紋指令中所指定之基準/同步指定且藉由基準所指定之S軸驅動資料來驅動同步側S軸，藉此以對C1軸所抓持之工件的直徑方向兩面同時進行同步攻螺紋加工之方式，對前述機械進行控制。
依據本發明，可藉由兩組件各自的旋轉工具驅動部的伺服馬達不產生振動之最大轉矩(torque)來進行自然且確實的同時同步攻螺紋加工控制。因此，可藉由以往的大約一半的時間完成對工件兩面之同時同步攻螺紋加工，故有所謂生產力約成為二倍之在產業上顯著的效果。
再者，依據本發明，可選擇兩組件中以任一個主軸作為基準，且可藉由兩組件各自的旋轉工具驅動部的伺服馬達不產生振動之最大轉矩(torque)來進行自然且確實的同時同步攻螺紋加工控制。因此，可藉由以往的大約一半的時間完成對工件兩面之同時同步攻螺紋加工，故有所謂生產力約成為二倍之在產業上顯著的效果。
實施例1
於下述係使用第1圖至第7圖針對本發明實施例1進行說明。
第1圖係顯示本發明實施例1之對於對工件進行位置控制並使其旋轉之一個C1軸點對稱地配置有由X1軸、Z1軸、第一旋轉台軸(H1軸)及S1軸所構成之主組件、及由X2軸、Z2軸、第2旋轉台軸(H2軸)及S2軸所構成之次組件之機械進行控制，而在施加於工件之扳手切割的兩面(背面表面)同時地進行同步攻螺紋加工之動作例及程式(program)例者。在此，首先在兩面同時挖開攻螺紋之準備孔，藉著兩面同時地進行攻螺紋加工，惟加工程式係僅顯示關於攻螺紋加工之部分。並且，攻螺紋加工係使用以同步螺紋攻主軸卡盤抓持螺紋攻鑽頭(tap bit)(螺紋攻工具)，且使螺紋攻之旋轉與進給同步並藉由NC裝置進行切入控制之同步攻螺紋或硬式攻螺紋(rigid tap)者，而並非僅使主軸旋轉而藉由螺紋攻之推進力自動地切入之浮動攻螺紋(floating tap)之方法。
再者，Z軸之動作方向係垂直於XY平面及H軸、C軸的動作面之方向，且由於並未影響本發明實施例1之基本的動作，故雖例舉軸名惟係省略關於動作等之說明。
為了對於該一個C1軸點對稱地配置有由X1軸、Z1軸、第一旋轉台軸(H1軸)及S1軸所構成之主組件、及由X2軸、Z2軸、第二旋轉台軸(H2軸)及S2軸所構成之次組件之機械，在設置有相同數量之驅動部時，若對二組之XZHS軸賦予相同之指令，例如將主要組之移動量直接賦予相對向配置之另外一組，則只有在工具及工具安裝完全相同，且工具修正量亦相同時(將尺寸規格相同之二個工具，同樣地安 裝於二個旋轉台時)，才可在進行過扳手切割之兩面之點對稱之位置同時進行開孔及攻螺紋加工之動作。於實際上之同時同步攻螺紋中，在同步攻螺紋主軸用馬達之規格不同或負荷不同時，係設定有適合於各者之加減速參數，惟在同時進行同步攻螺紋時，此等參數亦必須統一為最適合者。
因此，必須計算二組之XHZS軸各自之移動量，選擇加減速等之參數並重新設定，並包含移動開始的時序(timing)在內使該二組完全的同步來予以動作。
本發明之實施例1係以前述之方法對前述新構成之機械進行控制，藉此例如使用虛擬Y軸控制利用屬於成為基準之C1軸、X1軸、Z1軸、旋轉台軸之H1軸及同步螺紋攻主軸S1軸之組件(作為主組件)對表面(工件之一預定面)進行同步攻螺紋加工，並同步於前述主組件來驅動H2軸，且利用X2軸、Z2軸、H2軸、S2軸之組件(作為次組件)而對背面(在工件的直徑方向上之對於前述表面為相反側之面)同時進行同步攻螺紋加工，藉此可進行同時同步攻螺紋加工者。
再者，於第1圖雖例舉有各系統之程式例，惟依據其中之被附加程序(sequence)號碼N101至N103之區塊的內容，使基準軸與同步軸進行相同動作來同時地進行同步攻螺紋加工，而成為可對表背同時地進行同步攻螺紋加工。在此係以抓持工件之C1軸為中心相對向配置主組件及次組件之旋轉台軸。
再者，藉由此機械進行同時同步攻螺紋加工時雖需要 虛擬Y軸加工(控制)，惟需要對螺紋攻工具進行工具交換，來將使工件旋轉之軸切換至C軸控制模式(mode)，以作為虛擬Y軸加工之事前準備。
如第1圖所示，在藉由第1圖所示之機械同時地進行同步攻螺紋加工時，首先係使工具方向與虛擬平面X軸方向平行(按每個各系統指令G0Xx1H0C0；)。依據此指令將工具前端(中心)定位於自C1軸中心朝X軸方向離開x1之位置，而H軸及C軸係定位於0度(第1圖之(1)之狀態)。
關於主、子兩組件係於執行過前述定位之狀態下，藉由主組件(系統1 $1)的加工程式進行指令虛擬Y軸內插模式指令(在此例如係設為M121)來確立虛擬Y軸內插模式。接著，為了藉由兩個系統同時地進行同步虛擬Y軸加工，係賦予虛擬Y軸同步指令(在此例如係設為M131)。再者，賦予使主組件與次組件(系統2 $2)進行同步約定之指令(例如使用「！」指令，而對主組件指令「！2」、對次組件指令「！1」，則主組件及次組件係進行同步約定)(第1圖之(2)之狀態)。
接著，在對加工開始位置(虛擬Y軸之座標值)進行定位指令時，係以使工具刀刃中心定位於設定於工件端面的座標系統上之虛擬Y軸位置之方式計算C軸的角度，且使C軸及H軸旋轉並且H軸中心係在X軸上移動。再者，在指令D切割面上的距離C軸中心偏心量時，如第2圖(a)所示，以工具前端一致於虛擬Y軸上的Xp1位置之方式移動工具中心(於第1圖中之(3)之狀態)。並且，就第1圖之程 式例而言，G00 X50 Y50指令係相當於前述各指令。接著讀取同時同步攻螺紋指令(G84 X10.F1.S1=S2 S100.,R2)的X座標值，使螺紋攻鑽頭移動至屬於終點(螺紋孔底)位置之Xu1(第1圖之程式例中之X10)，且同時一面使主軸旋轉每個X軸的控制單位時間的移動量所對應之角度，一面執行攻螺紋加工。如第2圖(b)所示在到達孔底p2(=Xu1)時，接著使工具主軸逆旋轉來一面使螺紋攻鑽頭逆旋轉一面拔出，而在回到p1之位置時完成同步攻螺紋加工(第1圖之(4)之狀態)。接著(就第1圖之程式而言係指令G00 X50 Y0)使工具退出至工件與工具不會干涉之位置，並使工具方向與虛擬平面X軸方向一致(第1圖之(5)之狀態)。並且指令虛擬Y軸同步取消(cancel)指令(同樣地在此係例如為M130)，並且指令虛擬Y軸內插模式取消(例如M120)來結束虛擬Y軸控制模式(第1圖之(6)之狀態)。最後(就第1圖之程式例而言係指令G00 X100)，使搭載螺紋攻鑽頭之旋轉台回復至初始位置。
以上述之方式藉由對主組件(系統1)之1同步攻螺紋加工工序的加工程式，雖可對表背兩面同時進行同步攻螺紋加工，惟能進行此控制者僅限於如前述之將各項尺寸相同之工具同樣地安裝於主組件及次組件各者的旋轉台軸之情形。在同時同步攻螺紋加工中，次組件係使用於主組件所計算之控制/驅動資料。再者，此等係進行從虛擬軸至實際軸之座標變換，而使在主組件側所計算之X1軸資料輸入至X2軸、H1軸資料輸入至H2軸及C1軸，而在將S1軸 資料與Z1軸進行同步化處理之後輸入至S2軸，藉此主組件、次組件及C1軸係可進行同時同步攻螺紋加工之動作。
在加工程式中指定加工終點位置(孔底位置)時，係同樣地求取p2，並在虛擬XY平面上對連結p1及p2之線進行直線內插。再者，最終係將該移動量變換為X軸、H軸(旋轉軸)及C軸(旋轉軸)之實際軸位置並輸出至各軸之伺服控制部，而驅動伺服馬達。藉此，係協調並進行旋轉台的實際軸X軸方向之上下移動及C軸所抓持之工件的旋轉，以及旋轉台軸朝C軸方向之位置控制。結果，在離開工件中心達指定距離之位置，係可在與半徑方向垂直之面垂直地進行開孔及螺紋攻進給等移動控制。
並且，第2圖所示之虛擬Y軸之偏心孔之孔的開始點及底位置雖位於連結H軸中心及工具前端中心之直線上，惟在第2圖(a)之狀態下僅單純地使H軸往C軸中心方向平行移動係無法形成第2圖(b)之形態，而會在至底位置為止發生偏移而剖面形成長孔，而無法正確地加工。因此，在虛擬Y軸之偏心位置朝深度方向進行切入時，係不僅H軸之朝C軸方向的位置控制，亦必須因應H軸C軸間的距離使H軸及C軸的旋轉角度變化。
第3圖係實施例1之NC裝置用以進行同時同步攻螺紋加工之流程圖之一例。
於Step1讀取加工程式，在Step2解讀有關虛擬Y軸之程式命令，並執行預定的處理程式。就關於虛擬Y軸之命令而言係為將虛擬Y軸內插模式開啟/關閉(ON/ OFF)，而就此實施例而言，係將M121/M120適用於其。藉由此M121係可在虛擬XY軸進行內插計算，且使選擇作為一般車床之XZ平面之加工、及可進行使用虛擬Y軸之控制之加工之切換處理部予以運作。再者，M121/M120雖採用輸出至外部，且藉由PLC(Programmable Logic Controller，可程式邏輯控制器)而再度輸入至NC裝置作為外部輸入訊號之方法，惟亦可以設為在NC裝置內部進行切換之方式施行。
再者，就別的命令而言，係有用以藉由虛擬Y軸進行二個旋轉台軸的同期控制之M131(虛擬Y軸同步開啟/關閉)。藉由指定該M131，係解釋H2軸由H1軸之資料所驅動，並由M130所取消，而成為各自獨立並驅動。
再者，在Step1所讀取之加工程式中的同步攻螺紋指令G84係附有定向(orient)指令之同步攻螺紋，由所謂G84XxFpSs，R2；之格式(format)所指令，Fp係間距、Ss係主軸旋轉數、“，R2”係顯示定向後開始進行同步攻螺紋之標準的命令，惟藉由追加所謂S2=S1、或S1=S2之標準的命令所未具備之指定，係可指定以存在有二個之S1、S2之同步螺紋攻主軸之何者為基準進行同步攻螺紋。
在Step3中係比較二個同步螺紋攻主軸S1、S2之例如第5圖所示之多段加減速的各段的同步攻螺紋切換主軸旋轉速度、及同步攻螺紋加減速時間常數，選定加速度平緩之最適當的同時同步攻螺紋加減速時間常數、同時同步攻螺紋切換主軸旋轉速度，並儲存於同時同步攻螺紋最適當 多段加減速選定記憶體的各段。於同步螺紋攻主軸係為了使加減速時間為最短以提高加工效率，而常適用第6圖所示之多段加減速控制，惟此係屬於可藉由最大轉矩進行驅動控制之方法，於各個軸係設定有參數。
於Step4係自在Step3設定於同時同步攻螺紋最適當多段加減速選定記憶體之各段的同時同步攻螺紋時間常數、同時同步攻螺紋切換主軸旋轉速度中，搜尋加減速中之主軸旋轉速度成為同時同步攻螺紋切換主軸旋轉速度以下且成為同時同步攻螺紋切換主軸旋轉速度以上之段，並依據設定於該段之同時同步攻螺紋時間常數及該段之主軸旋轉範圍來計算加減速移動量(旋轉角度)。求取由前述所算出之加減速移動量(旋轉角度)及間隔所決定之X1軸的加速度移動量，並以停止於指令位置(孔底位置)之方式進行加減速處理。
於Step5係將於Step4經過加減速處理之X1軸移動量(FdT)變換為每個同一控制單位時間之S1軸旋轉角度(FdT)。
於Step6係將虛擬座標系統的X1軸座標值予以座標變換為X1、H1、C1的實際軸座標值，並依據與前次的控制時間單位的實際軸座標值之差來算出實際軸X1、H1、C1的移動量(FdT)。
於Step7係複製(copy)於前述Step5所變換之同步螺紋攻實際軸用之S1軸旋轉角度(FdT)並設為S2軸的同步移動量。
再者，複製於前述Step6所變換之X1、H1的實際軸移動量(FdT)，並設為同步側旋轉台之X2軸、H2軸的同步移動量。
就本實施例而言，雖進行將主組件指定於基準側、將次組件指定於同步側之控制，惟在使二個同步螺紋攻主軸S1、S2的基準/同步相反時，只要在同時同步螺紋攻指令中指令“S2=S1”，則S2軸係設定為基準側、S1軸係設定為同步側，且計算作為S2軸用之S2軸旋轉角度(FdT)係複製作為S1軸用，並設為S1軸的同步移動量。
於Step8係將藉由前述處理而對同步螺紋攻主軸S1、S2、同步攻螺紋開孔軸進行座標變換後之實際軸X1、H1、C1、及同步側的同步攻螺紋開孔軸的實際軸X2、H2用實際軸移動量(FdT)輸出至伺服控制部。
依據上述之處理係可實現虛擬Y軸控制的複合車床之同時同步攻螺紋加工，惟更詳細之內容係使用第4圖予以後述。
並且，就表背同時同步攻螺紋加工的加工程式而言，各個側之動作係相同，故指令程式係僅對第一系統進行指令，而第二系統之軸係利用第一系統之指令。實際的同時同步攻螺紋加工之其他動作的開始與結束等時間性的關係，係藉由使用同步約定指令(第1圖加工程式例中所示之「！○」指令)等予以控制。
第4圖係為顯示實施例1之NC裝置的構成之一例之方塊(block)圖。
1係NC裝置、2係輸入操作部、3係輸入控制部、4係記憶體、5係參數記憶部、6係加工程式儲存部、7係共用區域(area)、8係畫面顯示資料記憶部、9係畫面處理部、10係顯示部。11係解析處理部、12係機械控制訊號處理部、13係PLC、14係虛擬Y軸內插模式訊號處理手段、15係虛擬Y軸同步訊號處理手段、16係同時同步螺紋攻指令處理手段、17係內插處理部、18係X1/Y1/C1軸內插手段、19係X2/Y2軸內插處理手段、20係同時同步攻螺紋內插處理手段、21係螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段、22係開孔軸(X1)加減速處理手段、23係螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段、24係軸資料輸出部。31至37係分別為X1、X2、H1、H2、C1、S1、S2軸之伺服控制部、41至47係分別為X1、X2、H1、H2、C1、S1、S2軸的伺服馬達。再者，51係虛擬Y軸控制處理部、52係虛擬Y軸控制切換處理部、53係基準旋轉台虛擬Y軸座標變換處理手段、54係同步側旋轉台同步處理手段(X2、H2)、55係螺紋攻主軸(S2)同步處理手段。
接著針對動作進行說明。NC裝置1係由輸入控制部3檢測操作員(operator)所操作之輸入操作部2的開關(switch)訊號變化等，並存取記憶體4內的參數記憶部5、加工程式儲存部6、共用區域7、畫面顯示資料區域8等各處，並賦予將記憶內容予以變更之寫入或讀取等訊號。藉由畫面處理部9讀出儲存於畫面顯示資料區域8之預定位址(address)之各種顯示資料，並於顯示部10上之預定的 位置進行資料之顯示。
參數記憶部5所記憶之參數係包含有第5圖所示之同步螺紋攻主軸用加減速時間常數參數、及決定NC裝置的規格或進行機械控制所需之條件資料。加工程式係以NC機械可解讀之格式，而記述並儲存有加工程式至少對一個工件進行加工所需之機械的動作內容及刀刃的移動路徑等。共用區域7係記憶有加工程式的解析及在控制中系統控制機械動作所需之暫時性的資料等。再者，畫面顯示資料區域8係儲存有由輸入操作部2所指定之操作員所需之現在位置資訊、主軸旋轉資訊、NC裝置的控制模式、各種選擇訊號的輸出狀態等各種資料。
解析處理部11係依由前面開始之順序，依序讀出前述加工程式儲存部6所記憶之加工程式內所指定之程式，且依據按每個各種NC指令所指定之處理手續，而參照參數5一面將處理中的資料等暫時記憶於共用區域7一面執行程式解析。
機械控制訊號處理部12係自解析處理部11讀出輸出至記憶體4之關於機械周圍裝置的控制之資訊，且輸出至PLC13而將控制資訊賦予至階梯型(ladder)電路，並自未圖式之外部輸入輸出訊號I/F將各種開啟/關閉等控制訊號輸出至機械側。再者，將自PLC13輸入至NC的各種處理部之控制用之訊號、及自機械側輸入之外部訊號予以寫入至記憶體4內之共用區域7，並使該等作用於NC裝置的控制，而以正常進行NC裝置及機械的控制之方式運作。
虛擬Y軸內插模式訊號處理手段14係於例如在因應自NC裝置的外部輸入之選擇訊號來切換虛擬Y軸內插模式的開啟/關閉時，係接收輸入至機械控制訊號處理部12之外部訊號，並設定(set)或重設(reset)預定的參數。該切換控制亦可藉由加工程式中的命令而在NC裝置內部進行處理。本發明中係使用藉由補助指令(M121及M120)變換為開啟/關閉訊號並輸入至NC裝置之方法。
虛擬Y軸同步訊號處理手段15係例如為了在虛擬Y軸內插模式中藉由二個系統(旋轉台1、旋轉台2)同時地同步來進行虛擬Y軸加工，而在因應自NC裝置的外部輸入之選擇訊號來切換虛擬Y軸同步開啟/關閉時，係接收輸入至機械控制訊號處理部12之外部訊號，並設定或重設預定的參數。為了藉由二個系統同時地同步進行虛擬Y軸加工，雖賦予虛擬Y軸同步指令，惟在此係與虛擬Y軸內插模式同樣地使用藉由補助指令(M131及M130)變換為開啟/關閉訊號並輸入至NC裝置之方法。
存在於解析處理部11內之同時同步攻螺紋指令處理手段16係解讀自以往以來即存在之使用二個系統的旋轉台軸，用以對工件的直徑方向的兩面同時進行同步攻螺紋加工之同時同步攻螺紋命令。就最為簡單地施行同時同步攻螺紋加工而言，僅需至少如第2圖a所示，將相同之螺紋攻鑽頭相等地安裝於以C軸為中心相對向配置之二個旋轉台軸的同步螺紋攻主軸，且藉由基準側的系統之內插求取自工件中心至二個旋轉台軸之位置(X軸)及旋轉台軸的 旋轉，而藉由使用成為基準側之X、H軸的驅動資料來同步驅動同步側X、H軸。使工件旋轉之C軸亦可使用屬於基準軸之H軸的驅動資料來進行同步驅動而實現同時同步控制之動作。
內插處理部17係由X1/Y1/C1軸內插處理手段18、X2/Y2軸內插處理手段19、及同時同步攻螺紋內插處理手段20所構成。同時同步攻螺紋內插處理手段20係由螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段21、開孔軸(X1)加減速處理手段22、攻螺紋主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段23所構成。
於此，於本發明實施例1的說明中，針對屬於工件長度方向之Z軸由於與虛擬Y軸控制加工係無直接的關聯，故省略關於Z軸之圖式記載及動作說明。再者，到執行同時同步攻螺紋加工為止雖需要使工具移動至加工開始點之程式，惟在此係如第2圖a所示，係作為對於指令位置進行工具補正之工具中心係定位於p1者來進行說明。
在作為一般的車床之加工控制中係使用內插處理部17內之未圖式之X1、Z1、C1軸及X2、Z2軸之內插處理手段，而在自加工程式可求得之相對移動量上進行直線或圓弧等內插處理，且將該等之輸出資料輸出至軸資料輸出部24，並輸入至各軸的伺服控制部31至37，俾依據該伺服控制部31至37所輸出之驅動電力來旋轉驅動伺服馬達41至47。藉此，係驅動屬於控制對象機械之車床之XZ軸、主軸、C軸、同步螺紋攻主軸等而可進行所期望之加工。
在虛擬Y軸控制時，虛擬Y軸控制切換處理部52係因應自外部輸入之虛擬Y軸內插模式訊號而動作，並將前述內插處理部17的內插計算結果切換為虛擬Y軸控制處理部51可使用者。虛擬Y軸控制處理部51係由基準側旋轉台虛擬Y軸座標變換處理手段53、同步側旋轉台同步處理手段(X2、H2)54、及螺紋攻主軸(S2)同步處理手段55所構成。
螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段21係對於二個同步螺紋攻主軸S1、S2之例如依據第5圖所示之主軸旋轉速度及加減速時間常數參數，來比較在S1、S2的相同之軸旋轉速度上之加減速時間常數，並將較長者(較緩和者)之值儲存於例如同時同步攻螺紋最適當多段加減速選定記憶體(參數記憶部5)的預定場所。為了在同步攻螺紋主軸使加減速時間為最短而提高加工效率，係大多應用多段加減速控制。此係為例如第6圖所示，藉由各自逐漸變緩和之一定斜率的直線加減速分為複數次進行，藉此可藉由最大轉矩進行驅動控制者。為了可對應於此，各同步螺紋攻主軸係如第5圖所示，就同步攻螺紋用而言，同步攻螺紋加減速時間常數及同步攻螺紋切換主軸旋轉速度上可以預定段數份設定為多段加減速控制用。就第5圖之例而言雖為三段多段加減速設定，惟並非限定多段加減速的段數者。就本處理而言，在多段加減速時，係比較S1、S2軸於相同主軸旋轉速度之加減速時間常數，而將較長之值及加減速時間常數切換時之主軸旋轉速度儲存於前述同時同步攻螺紋最適當多段加減速選定記憶體(參數記憶部5)的對應 段。再者，第5圖及第6圖中，例如第5圖之同時同步攻螺紋加減速常數1係對應於第6圖之t1，再者，第5圖之同時同步攻螺紋加減速時間常數2係對應於第6圖之t2，例如第5圖之同時同步攻螺紋切換主軸旋轉速度1係對應於第6圖之s1，第5圖之同時同步攻螺紋切換主軸旋轉速度2係對應於第6圖之s2。
開孔軸(X1)加減速手段22係依據藉由前述螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段21，而設定於最適當多段加減速選定記憶體之各段的同時同步攻螺紋時間常數、同時同步攻螺紋切換主軸旋轉速度，來搜尋按每個控制單位時間於加減速中的主軸旋轉速度成為同時同步攻螺紋切換主軸旋轉速度以下且成為同時同步攻螺紋主軸切換主軸旋轉速度以上之段，並依據設定於該段之同時同步攻螺紋時間常數及該段之主軸旋轉範圍來計算加減速移動量(旋轉角度)。例如於第6圖時，係計算在0至s1之主軸旋轉速度區域之加減速移動量=s1/t1、在s1至s2的主軸旋轉速度區域之加減速移動量=(s2-s1)/t2。求取由前述所算出之加減速移動量(旋轉角度)及間隔所決定之X1軸的加速度移動量，並以停止於指令位置(孔底位置)之方式進行加減速處理。
螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段23係依據由前述開孔軸(X1)加減速手段22所輸出之，經過X1軸加減速處理之每個控制單位時間的移動量(FdT)，並藉由下述(式1)計算在此移動量(FdT)之移動中應旋轉之同步螺紋 攻主軸的移動量(旋轉角度)。
旋轉角度(r/dT)=X1移動量(mm/dT)÷螺紋間距(mm/r)………(式1)
基準側旋轉台虛擬Y軸座標變換處理手段53係將由前述開孔軸(X1)加減速處理手段22所輸出之虛擬座標系統X1軸的移動量(FdT)，加上前次X1軸之X1軸的虛擬座標系統的座標值來算出本次X1軸的虛擬座標系統的座標值。接著對虛擬座標系統的X1軸的座標值進行座標變換來變換為X1軸、H1軸(旋轉軸)及C1軸(旋轉軸)的實際軸位置。藉由依據前述所計算之實際軸位置計算與前述控制單位時間的實際軸位置之差，而將X1軸、H1軸、C1軸的實際軸移動量(FdT)輸出至軸資料輸出部24。
同步側旋轉台同步處理手段(X2、H2)55係將由前述基準側旋轉台虛擬Y軸座標變換處理手段53所輸出之X1軸的實際軸移動量(FdT)複製至次組件側的X2軸，並輸出至軸資料輸出部24。再者，同樣地將H1軸的實際軸移動量(FdT)複製至次組件側H2軸，並輸出至軸資料輸出部24。藉此係同步於主組件且次組件側亦直線移動於第2圖之虛擬座標系統上的連結同步攻螺紋開始位置Xp1與孔底位置Xp2之線上。
螺紋攻主軸(S2)同步處理手段55係將藉由前述螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段23而作為基準側所變換之S1軸旋轉角度(FdT)複製至S2軸，並輸出至軸資料輸出部24。
對虛擬座標系統的X1軸及螺紋攻主軸S1軸進行同步控制，且將虛擬座標系統的X1軸變換為實際軸X1、H1、C1，係可在於主組件側無Y軸之機械中在朝Y軸方向偏心之位置進行同步攻螺紋加工。再者，藉由對於主組件側同步控制次組件側的X2軸、H2軸、S2軸，而可使用具有二系統的旋轉台之虛擬Y軸控制機來對經扳手切割之兩面同時地進行同步攻螺紋加工，惟前述構成僅為一例，係可有各種變形。
就前述說明而言，係針對使用多段加減速者進行說明，惟對於一段直線加減速及指數加減速亦為相同。然而，不論對於何種情形，X軸、H軸、C軸皆必須對所有的時間常數及伺服回應增益(gain)預先設定相同值。
(產業上之可利用性)
本發明之數值控制裝置係適用於對於對一個C1軸而點對稱地配置有由X1軸、Z1軸、第一旋轉台軸(H1軸)及S1軸所構成之主組件、及由X2軸、Z2軸、第二旋轉台軸(H2軸)及S2軸所構成之次組件之機械進行數值控制，並進行同步攻螺紋加工。
2‧‧‧輸入操作部
3‧‧‧輸入控制部
4‧‧‧記憶體
5‧‧‧參數
6‧‧‧加工程式
7‧‧‧共用區域
8‧‧‧畫面顯示資料
9‧‧‧畫面處理部
10‧‧‧顯示部
11‧‧‧解析處理部
12‧‧‧機械控制訊號處理部
13‧‧‧PLC
14‧‧‧虛擬Y軸內插模式訊號處理手段
15‧‧‧虛擬Y軸同步訊號處理手段
16‧‧‧同時同步攻螺紋指令處理手段
17‧‧‧內插處理部
18‧‧‧X1/Y1/C1軸內插處理手段
19‧‧‧X2/Y2軸內插處理手段
20‧‧‧同時同步螺紋攻內插處理手段
21‧‧‧螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段
22‧‧‧開孔軸(X1)加減速處理手段
23‧‧‧螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段
24‧‧‧軸資料輸出部
31‧‧‧X1軸伺服控制部
32‧‧‧H1軸伺服控制部
33‧‧‧C軸伺服控制部
34‧‧‧X2軸伺服控制部
35‧‧‧H2軸伺服控制部
36‧‧‧S1軸伺服控制部
37‧‧‧S2軸伺服控制部
41至47‧‧‧伺服馬達
51‧‧‧虛擬Y軸控制處理部
52‧‧‧虛擬Y軸控制切換處理部
53‧‧‧基準側旋轉台虛擬Y軸座標變換處理手段
54‧‧‧同步旋轉台同步處理手段(X2、H2)
55‧‧‧螺紋攻主軸(S2)同步處理手段
第1圖係為顯示本發明實施例1之藉由虛擬Y軸控制之同時同步攻螺紋加工之動作例及加工程式例之示意圖。
第2圖(a)及第2圖(b)係為本發明實施例1之藉由虛擬Y軸控制之同時同步攻螺紋動作之詳細說明圖。
第3圖係為本發明實施例1之藉由虛擬Y軸控制之同 時同步攻螺紋控制之流程圖。
第4圖係為顯示本發明實施例1之數值控制裝置的一構成例之方塊圖。
第5圖係為顯示本發明實施例1之同步螺紋攻主軸用加減速參數之一例之示意圖。
第6圖係為顯示一般的斜率一定多段加減速模式之一例之示意圖。
第7圖係為顯示進行虛擬Y軸控制之機械的基本構成例之示意圖。
2‧‧‧輸入操作部
3‧‧‧輸入控制部
4‧‧‧記憶體
5‧‧‧參數
6‧‧‧加工程式
7‧‧‧共用區域
8‧‧‧畫面顯示資料
9‧‧‧畫面處理部
10‧‧‧顯示部
11‧‧‧解析處理部
12‧‧‧機械控制訊號處理部
13‧‧‧PLC
14‧‧‧虛擬Y軸內插模式訊號處理手段
15‧‧‧虛擬Y軸同步訊號處理手段
16‧‧‧同時同步攻螺紋指令處理手段
17‧‧‧內插處理部
18‧‧‧X1/Y1/C1軸內插處理手段
19‧‧‧X2/Y2軸內插處理手段
20‧‧‧同時同步螺紋攻內插處理手段
21‧‧‧螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段
22‧‧‧開孔軸(X1)加減速處理手段
23‧‧‧螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段
24‧‧‧軸資料輸出部
31‧‧‧X1軸伺服控制部
32‧‧‧H1軸伺服控制部
33‧‧‧C軸伺服控制部
34‧‧‧X2軸伺服控制部
35‧‧‧H2軸伺服控制部
36‧‧‧S1軸伺服控制部
37‧‧‧S2軸伺服控制部
41至47‧‧‧伺服馬達
51‧‧‧虛擬Y軸控制處理部
52‧‧‧虛擬Y軸控制切換處理部
53‧‧‧基準側旋轉台虛擬Y軸座標變換處理手段
54‧‧‧同步旋轉台同步處理手段(X2、H2)
55‧‧‧螺紋攻主軸(S2)同步處理手段

Claims (2)

  1. 一種數值控制裝置，係為對於對一個C1軸相對向配置有由X1軸、H1軸及S1軸所構成之主組件、及由X2軸、H2軸及S2軸所構成之次組件之機械進行控制者，係具備：螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段，係對前述主組件及次組件各自的S1軸、S2軸的加減速時間常數進行比較，而選擇較長者之時間常數；開孔軸(X1)加減速處理手段，依據由前述螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段所選擇之主軸時間常數、及所指令之主軸旋轉數來進行X1軸的加減速移動量之計算、及加減速處理；螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段，由前述開孔軸(X1)加減速處理手段所輸出之X軸移動資料來計算螺紋攻主軸的旋轉量；以及螺紋攻主軸(S2)同步處理手段，將前述螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段所計算之螺紋攻主軸旋轉量複製至同步側作為同步資料；且藉由虛擬座標系統的X軸之指令進行座標變換，並藉由主組件側之X1軸、H1軸、C1軸之驅動資料來驅動次組件側之X2軸、H2軸、S2軸，藉此以對C1軸所抓持之工件的兩面同時進行同步攻螺紋加工之方式，對前述機械進行控制。
  2. 一種數值控制裝置，係為對於對一個C1軸相對向配置 有由X1軸、H1軸及S1軸所構成之主組件、及由X2軸、H2軸及S2軸所構成之次組件之機械進行控制者，係具備：同時同步攻螺紋指令處理手段，重新設定同時驅動複數個工具主軸以進行同步攻螺紋加工之同時同步攻螺紋指令，並對前述同時同步攻螺紋指令進行解析處理；螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段，係對前述主組件及次組件各自的S1軸、S2軸的加減速時間常數進行比較，而選擇較長者之時間常數；開孔軸(X1)加減速處理手段，依據由前述螺紋攻主軸(S1、S2)時間常數選擇手段所選擇之主軸時間常數、及所指令之主軸旋轉數來進行X1軸的加減速移動量之計算、及加減速處理；螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段，由前述開孔軸(X1)加減速處理手段所輸出之X軸移動資料來計算螺紋攻主軸的旋轉量；以及螺紋攻主軸(S2)同步處理手段，將前述螺紋攻主軸(S1)至開孔軸(X1)同步處理手段所計算之螺紋攻主軸旋轉量複製至同步側作為同步資料；且藉由虛擬座標系統的X軸的指令進行座標變換，並藉由主組件側之X1軸、H1軸、C1軸的驅動資料驅動次組件側之X2軸、H2軸、S2軸，藉此以對C1軸所抓持之工件的兩面同時進行同步攻螺紋加工之方式，對前述 機械進行控制。
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