TW201817520A - 攻牙刀具之控制方法 - Google Patents

Abstract

一種攻牙刀具之控制方法，用以控制夾持該刀具之一轉軸的轉速，包括根據該刀具之加工條件建立一專家資料庫，其中該專家資料庫包含該轉軸之一最大容許轉矩值、操作中之轉軸之轉矩、以及比較該轉軸之轉矩與該最大容許轉矩值，其中當該轉軸之轉矩大於該最大容許轉矩值時，則使該轉軸之加減速模式處於一S曲線模式。

Description

攻牙刀具之控制方法

本發明係有關於一種攻牙刀具之控制方法，特別係關於一種可調整轉軸的加減速模式之攻牙刀具控制方法。

近代工業經常藉由工具機的攻牙系統進行加工，普遍使用的攻牙系統多半著重於追求最小的誤差或是最小的加工時間。在習知的攻牙系統中，操作人員需決定轉軸的轉速和加速度，使得轉軸移動時間相對於預設的轉軸旋轉量為最小，以縮短整個攻牙過程中所需的時間。

然而，當欲準確地調整轉軸的轉速和加速度等相關參數時，往往需要依賴有經驗且對於攻牙系統熟練的操作者，對於一般的操作人員而言是困難且複雜的工作。此外，在攻牙過程中，也容易因為轉軸之轉矩過大而導致刀具損耗甚至是斷刀。

為了克服前述習知的問題，本發明提供了一種攻牙刀具控制方法，用以控制該刀具之一轉軸的轉速，包括：根據該刀具之一加工條件建立一專家資料庫，其中該專家資料庫包含該轉軸之一最大容許轉矩值；取得操作中之該轉軸之轉矩；比較該 轉軸之該轉矩與該專家資料庫中之該最大容許轉矩值，其中當該轉軸之該轉矩大於該最大容許轉矩值時，則使該轉軸之加減速模式處於一S曲線模式。

100、200‧‧‧攻牙刀具控制方法

S11-S14、S21-S27、S261、S262、S271、S272‧‧‧步驟

第1A圖為一梯形模式之轉速對時間關係圖。

第1B圖為一S曲線模式之轉速對時間關係圖。

第2圖為本發明一實施例之攻牙刀具控制方法的示意圖。

第3A圖為本發明另一實施例之攻牙刀具控制方法的示意圖。

第3B圖表示由梯形模式切換到S曲線模式的轉速對時間關係圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

首先請參閱第1A、1B圖，其中第1A圖為一梯形模式(trapezoidal mode)之轉速對時間關係圖，第1B圖則為一S曲線模式(S-curve mode)之轉速對時間關係圖。前述梯形模式以及S曲線模式分別為一種加減速模式，用以控制轉軸於加速或減速期間之加速度。如第1A圖所示，梯形模式係一種加速度於加速或減速期間為定值的加減速模式，當一般攻牙機以梯形模式進行加工時，例如加工一直徑為1mm以下的螺孔時，由於加速以及減速過程較 快且加速度不變，因此攻牙過程時間可縮短，但也往往容易發生攻牙刀具耗損或是斷刀的情況。如第1B圖所示，S曲線模式為一種加速度於加速或減速期間包含一指數函數的加減速模式，由於S曲線模式的加速以及減速較平緩且運算精度高，因此若將轉軸加減速模式保持在S曲線模式下，則攻牙過程時間雖較長，但也較不易產生斷刀的風險。

接著請參閱第2圖，該圖表示本發明一實施例之攻牙刀具控制方法100，用以控制攻牙刀具之轉軸的轉速，以減少刀具耗損並可避免斷刀的情形發生。如第2圖所示，本實施例之攻牙刀具控制方法100開始於步驟S11。在步驟S11中，可先根據刀具之加工條件(processing conditions)建立一專家資料庫，其中該專家資料庫至少包含有刀具之轉軸的最大容許轉矩值Tmax(maximum permissible torque)或自訂容許值等預設參數，前述刀具的加工條件則例如刀具直徑、材質以及被加工件的材質等。

接著，如步驟S12所示，可根據前述加工條件預先計算在不同轉速命令下，於攻牙期間內轉軸所需的旋轉量、加速距離及減速距離等運動資訊，其中旋轉量為刀具起始點到孔底的距離與螺距之比值。然後，在步驟S13中，可藉由一量測單元取得操作中之該刀具的轉軸之轉矩T；舉例而言，前述量測單元可透過乙太網控制自動化技術(EtherCAT)以即時地監控並將刀具之前述轉軸資訊，例如轉軸驅動馬達之電流值，傳送至一電腦裝置進行轉換與分析。

最後，在步驟S14中，可藉由一速度曲線調變單元(例如一處理器)比較轉軸之轉矩T與專家資料庫中之最大容許轉矩值 Tmax，其中當轉軸之轉矩T大於最大容許轉矩值Tmax時，或是自訂之一容許值時，可藉由前述速度曲線調變單元強制使得轉軸之加減速模式處於一S曲線模式，以執行一較平滑的加減速曲線，並有效地抑制轉軸的振動量。如此一來，不僅可提升攻牙過程中轉軸的穩定度及整體效率，同時可有效降低刀具耗損或斷刀的情形發生。

再請參閱第3A圖，該圖為本發明另一實施例之攻牙刀具控制方法200的示意圖。如第3A圖所示，本實施例之攻牙刀具控制方法200開始於步驟S21，根據刀具之加工條件(例如刀具直徑、材質以及被加工件的材質等)建立一專家資料庫，其中該專家資料庫至少包含刀具之轉軸之最大容許轉矩值Tmax、驅動馬達之最大容許驅動電流值Imax、最大容許轉矩變化量dTmax、最大容許轉速值Vmax以及最大容許急跳度(Jerk)值Jmax等預設參數，或針對以上各值之自訂容許值或容許量。接著，在步驟S22中，可根據刀具之加工條件預先計算在不同轉速命令下，於攻牙期間內轉軸所需的旋轉量、加速距離及減速距離等運動資訊。

然後，在步驟S23中，可藉由一量測單元取得轉軸之轉矩T、驅動電流值I、轉矩變化量dT、轉速V及急跳度值J等資料，其中前述量測單元可透過乙太網控制自動化技術(EtherCAT)以即時地監控並將刀具之前述轉軸資訊傳送至一電腦裝置進行處理。在步驟S24中，可透過一速度曲線調變單元(例如一處理器)接受來自專家資料庫以及量測單元的資料，並分別比較前述轉軸之轉矩T與最大容許轉矩值Tmax、驅動電流值I與最大容許驅動電流值Imax、轉矩變化量dT與最大容許轉矩變化量dTmax、轉速V與最 大容許轉速值Vmax，及急跳度值J與最大容許急跳度值Jmax的數值大小關係。

如步驟S25所示，透過前述速度曲線調變單元可分別判斷操作中之攻牙刀具的轉軸轉矩T、驅動電流值I、轉矩變化量dT、轉速V及急跳度值J是否分別大於最大容許轉矩值Tmax、最大容許驅動電流值Imax、最大容許轉矩變化量dTmax、最大容許轉速值Vmax以及最大容許急跳度值Jmax，若T>Tmax、I>Imax、dT>dTmax、V>Vmax或J>Jmax之其中任何一種情況成立時，則執行步驟S26。

在步驟S26中，可判斷操作中之刀具之轉軸的加減速模式是否處於梯形模式，若轉軸之加減速模式已處於梯形模式，則強制將轉軸之加減速模式切換至S曲線模式(步驟S261)；反之，若轉軸之加減速模式不是處於梯形模式而是處於S曲線模式，則繼續維持轉軸之加減速模式於S曲線模式(步驟S262)，藉此可確保刀具不致於在操作過程中斷裂或損壞。

另一方面，當T≦Tmax、I≦Imax、dT≦dTmax、V≦Vmax，或J≦Jmax時，意即前述步驟S25之不等式皆不成立時的情況則執行步驟S27。在步驟S27中，可判斷操作中之刀具的轉軸加減速模式是否處於S曲線模式，若轉軸之加減速模式是處於S曲線模式，則強制切換轉軸之加減速模式至梯形模式(步驟S271)；反之，若轉軸之加減速模式不是處於S曲線模式，則維持轉軸之加減速模式於梯形模式(步驟S272)，藉此可使刀具在操作過程中維持轉速穩定且可有效降低斷刀風險。

在進行完步驟S261、步驟S262、步驟S271或步驟S272 之後，於一預設期間內會回到步驟S23並開始再次進行以下步驟(如第3A圖所示)。如此一來，可在攻牙過程中即時監控並自動地調整刀具之加減速模式，當刀具之轉軸處於梯形模式時可快速地加工，但在刀具有損耗或斷刀風險時，則可即時地調整轉軸加減速模式至S曲線模式，以避免因刀具損壞必須更換而導致生產效率下降及增加製造成本等問題。

如第3B圖所示，假設初始的轉軸加減速模式為梯形模式，則當轉軸之轉速V大於最大容許轉速值Vmax時，可藉由前述控制方法將轉軸之加減速模式自動切換為S曲線模式，以避免刀具耗損或斷刀，惟在S曲線模式下仍可透過量測並即時監控轉軸的轉矩T、驅動電流值I、轉矩變化量dT、轉速V或急跳度值J等參數，而於攻牙過程中再度回復到梯形模式，以同時兼顧生產效率與刀具損壞的風險。

綜上所陳，本發明提供一種攻牙刀具之控制方法，用以控制刀具之一轉軸的轉速，其主要包括根據刀具之加工條件建立一專家資料庫，該專家資料庫包含刀具轉軸之至少一種狀態參數的最大容許值，接著可於操作過程中即時取得轉軸的狀態參數，並比較轉軸之前述狀態參數與相對應的最大容許值。舉例而言，當該轉軸之轉矩大於最大容許轉矩值或自訂容許值時，可強制使該轉軸之加減速模式處於一S曲線模式(S-curve mode)，以確保刀具不致於在操作過程中斷裂或損壞。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發 明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種攻牙刀具之控制方法，用以控制該刀具之一轉軸的轉速，包括：根據該刀具之一加工條件建立一專家資料庫，其中該專家資料庫包含該轉軸之一最大容許轉矩值；取得操作中之該轉軸之轉矩；以及比較該轉軸之該轉矩與該專家資料庫中之該最大容許轉矩值，其中當該轉軸之該轉矩大於該最大容許轉矩值時，則使該轉軸之加減速模式處於一S曲線模式(S-curve mode)。
2. 如申請專利範圍第1項所述的攻牙刀具之控制方法，其中該加減速模式用以控制該轉軸於加速或減速期間之加速度，其中該方法更包括：根據該刀具的加工條件計算在不同轉速命令下，該刀具之該轉軸所需的旋轉量、加速距離及減速距離。
3. 如申請專利範圍第1項所述的攻牙刀具之控制方法，其中該專家資料庫更包含該轉軸之一最大容許驅動電流值，且該方法更包括：取得操作中之該轉軸之驅動電流值；以及比較該轉軸之該驅動電流值與該專家資料庫中之該最大容許驅動電流值，當該轉軸之該驅動電流值大於該最大容許驅動電流值時，則使該轉軸之加減速模式處於該S曲線模式，其中該S曲線模式為一種加速度於加速或減速期間包含一指數函數的加減速模 式。
4. 如申請專利範圍第1項所述的攻牙刀具之控制方法，其中該專家資料庫更包含該轉軸之一最大容許轉矩變化量，且該方法更包括：取得操作中之該轉軸之該轉矩變化量；以及比較該轉軸之該轉矩變化量與該專家資料庫中之該最大容許轉矩變化量，當該轉軸之該轉矩變化量大於該最大容許轉矩變化量，則使該轉軸之加減速模式處於該S曲線模式，其中該S曲線模式為一種加速度於加速或減速期間包含一指數函數的加減速模式。
5. 如申請專利範圍第1項所述的攻牙刀具之控制方法，其中該專家資料庫更包含該轉軸之一最大容許轉速值，且該方法更包括：取得操作中之該轉軸之轉速；以及比較該轉軸之轉速與該專家資料庫中之該最大容許轉速值，當該轉軸之轉速大於該最大容許轉速值，則使該轉軸之加減速模式處於該S曲線模式，其中該S曲線模式為一種加速度於加速或減速期間包含一指數函數的加減速模式。
6. 如申請專利範圍第1項所述的攻牙刀具之控制方法，其中該專家資料庫更包含該轉軸之一最大容許急跳度值，且該方法更包括：比較該轉軸之急跳度值與該專家資料庫中之該最大容許急跳度值，當該轉軸之急跳度值大於該最大容許急跳度值，則使該轉軸 之加減速模式處於該S曲線模式，其中該S曲線模式為一種加速度於加速或減速期間包含一指數函數的加減速模式。
7. 如申請專利範圍第1項所述的攻牙刀具之控制方法，其中該方法更包括：當該轉軸之轉矩大於該最大容許轉矩值時，判斷該轉軸之加減速模式，若該轉軸之加減速模式處於該S曲線模式，則維持該轉軸之加減速模式於該S曲線模式，其中該S曲線模式為一種加速度於加速或減速期間包含一指數函數的加減速模式。
8. 如申請專利範圍第1項所述的攻牙刀具之控制方法，其中該方法更包括：當該轉軸之轉矩大於該最大容許轉矩值時，判斷該轉軸之加減速模式，若該轉軸之加減速模式處於一梯形模式，則切換該轉軸之加減速模式為該S曲線模式，其中該梯形模式為一種加速度於加速或減速期間為定值的加減速模式，且該S曲線模式為一種加速度於加速或減速期間包含一指數函數的加減速模式。
9. 如申請專利範圍第1項所述的攻牙刀具之控制方法，其中當該轉軸之轉矩小於該最大容許轉矩值時，判斷該轉軸之加減速模式，若該轉軸之加減速模式處於一梯形模式，則維持該轉軸之加減速模式於該梯形模式，其中該梯形模式為一種加速度於加速或減速期間為定值的加減速模式。
10. 如申請專利範圍第1項所述的攻牙刀具之控制方法，其中當該轉軸之轉矩小於該最大容許轉矩值時，判斷該轉軸之加減速模 式，若該轉軸之加減速模式處於該S曲線模式，則切換該轉軸之加減速模式為一梯形模式，其中該S曲線模式為一種加速度於加速或減速期間包含一指數函數的加減速模式，且該梯形模式為一種加速度於加速或減速期間為定值的加減速模式。