机床的控制装置以及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制主轴和进给轴的同步运转的机床的控制装置。本发明还涉及一种控制主轴和进给轴的同步运转的机床的控制方法。
【背景技术】
[0002]在通过主轴和进给轴的同步运转进行攻丝加工的机床中，提出了用于提高加工精度或缩短周期时间的各种结构。例如，在日本专利第2629729号公报(JP2629729B)中公开了如下的螺纹加工装置:一种进给轴追随主轴的旋转地进行动作的同时进行攻丝加工的螺纹加工装置，根据主轴的转速以及旋转加速度和螺距来运算针对进给轴的进给指令值，并且按照主轴的实际的旋转位置对进给指令值进行校正，由此提高攻丝加工的精度。此外，在日本专利第3553741号公报(JP3553741B)中公开了如下的主轴电动机加减速控制方法??是一种为了攻丝加工进行主轴和进给轴的同步控制的数值控制装置的主轴电动机加减速控制方法，数值控制装置生成与主轴的输出特性对应的加减速指令，并根据该加减速指令控制主轴，由此提高主轴的应答性，结果能够缩短周期时间。
【发明内容】
[0003]在通过主轴和进给轴的同步运转进行攻丝加工的机床中，一般依赖于主轴所具有的加速能力来决定周期时间。希望不用进行为了数值控制装置生成与主轴的输出特性对应的加减速指令而需要的参数设定或调整等要求高级技术的准备作业，而是以更简单的结构进行最大限度地发挥主轴加速能力的控制来缩短周期时间。
[0004]本发明的一方式是一种机床的控制装置，其控制主轴和进给轴的同步运转，其中，所述控制装置具备:数值控制部，其基于攻丝加工程序生成主轴指令和进给轴指令；主轴控制部，其按照所述主轴指令控制所述主轴的旋转动作；旋转检测部，其检测所述主轴的旋转位置；以及进给轴控制部，其按照所述进给轴指令，基于所述旋转位置控制所述进给轴的进给动作，所述数值控制部具备:主轴指令输出部，其从所述攻丝加工程序取得从加工开始位置达到目标螺纹深度期间的所述主轴的总旋转量和最高转速，并将该总旋转量和该最高转速作为所述主轴指令发送给所述主轴控制部，所述主轴控制部具备:初始动作控制部，其以所述最高转速为目标值使所述主轴从所述加工开始位置向所述目标螺纹深度以最大能力进行加速旋转；最大加速度检测部，其在所述最大能力的加速旋转中基于所述旋转位置检测最大加速度；剩余旋转量检测部，其基于所述总旋转量和所述旋转位置，检测从当前位置至达到所述目标螺纹深度为止的所述主轴的剩余旋转量；当前速度检测部，其基于所述旋转位置检测所述主轴的当前速度；以及定位动作控制部，其在所述最大能力的加速旋转后，基于所述最大加速度、所述剩余旋转量以及所述当前速度，使所述主轴以最大能力进行减速旋转而达到所述目标螺纹深度。
[0005]本发明的另一方式是一种机床的控制方法，其控制主轴和进给轴的同步运转，其中，控制装置从攻丝加工程序取得从加工开始位置达到目标螺纹深度期间的所述主轴的总旋转量和最高转速；所述控制装置以所述最高转速为目标值使所述主轴从所述加工开始位置向所述目标螺纹深度以最大能力进行加速旋转；在所述最大能力的加速旋转中，所述控制装置基于所述主轴的旋转位置反馈值检测最大加速度；所述控制装置基于所述总旋转量和所述旋转位置反馈值，检测从当前位置至达到所述目标螺纹深度为止的所述主轴的剩余旋转量；所述控制装置基于所述旋转位置反馈值检测所述主轴的当前速度；在所述最大能力的加速旋转后，所述控制装置基于所述最大加速度、所述剩余旋转量以及所述当前速度，使所述主轴以最大能力进行减速旋转而达到所述目标螺纹深度。
[0006]根据一方式的控制装置，使主轴进行从加工开始位置到目标螺纹深度为止的切削动作时，数值控制部对主轴控制部仅通知主轴的总旋转量和最高转速作为主轴指令，主轴控制部按照该主轴指令以最高转速为目标使主轴以最大限度地使用了容许电流而得的最大输出进行加速来执行切削动作，并且基于此期间的最大加速度和逐次检测出的主轴的剩余旋转量和当前速度，使主轴以最大减速度进行减速的同时在最短时间内继续执行到目标螺纹深度的切削动作来达到目标螺纹深度，因此，无需对数值控制部进行用于生成与主轴的输出特性对应的加减速指令的参数的设定或调整等，就能以更简单的结构进行最大限度地发挥主轴的加速能力的加减速控制，来缩短攻丝加工的周期时间。
[0007]根据其他方式的控制方法，也能够实现与上述的控制装置的效果相同的效果。
【附图说明】
[0008]通过与附图相关的以下的实施方式的说明，使本发明的目的、特征以及优点变得更加明确。
[0009]图1是表示机床控制装置的一实施方式的结构的功能框图。
[0010]图2表示作为机床控制方法的一实施方式的攻丝加工的切削动作控制方法的流程图。
[0011]图3是表示图2的实施方式中的主轴动作的一例的图。
[0012]图4是表示图2的实施方式中的主轴动作的其他例子的图。
[0013]图5是表示图2的实施方式中的主轴动作的又一其他例子的图。
[0014]图6是表示图2的实施方式中的主轴动作的又一其他例子的图。
[0015]图7表示作为机床控制方法的一实施方式的攻丝加工的返回动作控制方法的流程图。
[0016]图8是表示图1的控制装置的变形例的结构的功能框图。
[0017]图9是表示图1的控制装置的其他变形例的结构的功能框图。
[0018]图10表示作为机床控制方法的其他实施方式的攻丝加工的切削和返回动作控制方法的流程图。
[0019]图11是表示图10的实施方式中的主轴动作的一例的图。
[0020]图12是表示图10的实施方式中的主轴动作的其他例子的图。
【具体实施方式】
[0021]以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。在所有附图中向对应的构成要素赋予共同的参考符号。
[0022]在图1中，通过功能模块表示一实施方式的机床的控制装置10的结构。控制装置10是在通过主轴12和进给轴14的同步运转进行攻丝加工的机床(例如，车床、钻孔机、加工中心等)中，一边考虑进给轴14通过攻丝加工程序P而被指定的螺距，一边控制进给轴14以追随主轴12的旋转动作的方式动作的同步运转的装置。虽未进行图示，但主轴12是被设定在使把持工件或工具的把持部以加工所需要的速度进行旋转运动的主轴电动机等驱动装置上的控制轴。虽未进行图示，但进给轴14是被设定在使把持工件或工具的把持部以加工所需要的速度进行进给运动的伺服电动机等驱动装置上的控制轴。例如，在车床中，相对于通过主轴12旋转的工件使工具通过进给轴14进行直线进给，或使通过主轴12旋转的工件相对于工具通过进给轴14进行直线进给。此外，在钻孔机中，使通过主轴12旋转的工具相对于工件通过进给轴14进行直线进给，或相对于通过主轴12旋转的工具使工件通过进给轴14进行直线进给。不论哪种情况，在动作中的加减速转矩中比较有富余的进给轴14以追随在动作中的加减速转矩中比较没有富余的主轴12的方式动作，由此能够减少同步误差而提高加工精度。另外，在本发明中并不对机床的结构进行特别限定。
[0023]控制装置10具备:基于攻丝加工程序P生成主轴指令CS和进给轴指令CF的数值控制部16、按照主轴指令CS控制主轴12的旋转动作的主轴控制部18、检测主轴12的旋转位置的旋转检测部20、按照进给轴指令CF根据由旋转检测部20检测出的旋转位置控制进给轴14的进给动作的进给轴控制部22。数值控制部16具备:解析攻丝加工程序P的程序解析部24、按照程序解析部24的解析生成主轴指令CS并向主轴控制部18发送主轴指令CS的主轴指令输出部26、按照程序解析部24的解析生成进给轴指令CF并向进给轴控制部22发送进给轴指令CF的进给轴指令输出部28。数值控制部16可以具有公知的CNC装置的硬件结构。
[0024]主轴指令输出部26在开始攻丝加工前，根据由程序解析部24进行解析而得到的攻丝加工程序P的指令值取得从加工开始位置(旋转位置)达到目标螺纹深度(旋转位置)期间的主轴12的总旋转量SO和最高转速W，并将这些总旋转量SO和最高转速VO作为主轴指令CS发送给主轴控制部18。例如，在攻丝加工程序P包含以主轴12的最高转速VO为3000/min来加工螺距1.25mm、螺纹深度30mm的母螺纹的指令的情况下，从加工开始位置达到目标螺纹深度期间的主轴12的总旋转量SO是30 + 1.25 = 24 (rev)，因此主轴指令输出部26向主轴控制部18通知VO = 3000 (min'')和SO = 24 (rev)。这样，主轴指令CS不包含用于使主轴12旋转运动至目标螺纹深度的位置指令或加减速指令。
[0025]主轴控制部18使用由旋转检测部20检测出的主轴12的旋转位置(反馈值。以下称为旋转位置FBS。)，通过一般的反馈控制对主轴12的旋转动作进行控制。进给轴控制部22除了使用进给轴14的进给位置的反馈值外，还使用主轴12的旋转位置FBS，通过反馈控制来控制追随主轴12的动作的进给轴14的进给动作。另外，旋转检测部20可以根据检测主轴12的驱动装置的动作位置的编码器等位置检测器(未图示)的输出，取得旋转位置FBS0
[0026]主轴控制部18具备:初始动作控制部30，其以从主轴指令输出部26发送的最高转速V0(min_ 为目标值，使主轴12从加工开始位置向目标螺纹深度以最大能力进行加速旋转；最大加速度检测部32，其在最大能力的加速旋转中基于旋转位置FBS检测出最大加速度AOOnirTVs);剩余旋转量检测部34，其基于从主轴指令输出部26发送的总旋转量SO (rev)和旋转位置FBS，检测出从当前位置(旋转位置)达到目标螺纹深度为止的主轴12的剩余旋转量Sr (rev);当前速度检测部36，其基于旋转位置FBS检测出主轴12的当前速度Vc(min_1);以及定位动作控制部38，其以最大能力的加速旋转后，基于最大加速度A0、剩余旋转量Sr以及当前速度Vc，使主轴12以最大能力进行减速旋转并达到目标螺纹深度。在一实施方式中，定位动作控制部38使主轴12以最大能力进行减速旋转，并且在目标螺纹深度停止。
[0027]图2表示作为控制装置10执行的机床控制方法的一实施方式的攻丝加工中的主轴12的切削动作控制方法。以下，对照并参照图2示例的攻丝加工控制流程，来说明控制装置10的结构的细节。首先，在步骤SI，数值控制部16 (主轴指令输出部26)向主轴控制部18指示主轴12的总旋转量SO和最高转速V0。在步骤S2，主轴控制部18 (初始动作控制部30、最大加速度检测部32、剩余旋转量检测部34)从加工开始位置开始以最高转速VO为目标速度，使主轴12以最大限度地利用了驱动源的容许电流的最大能力进行加速旋转来执行攻丝加工，检测出此期间的最大加速度A0，并且逐次检测出从当前位置开始的剩余旋转量Sr。主轴控制部18将每次检测出的剩