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CN115315327A - 机床的控制装置、控制系统以及控制方法 - Google Patents

机床的控制装置、控制系统以及控制方法 Download PDF

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CN115315327A
CN115315327A CN202180023539.7A CN202180023539A CN115315327A CN 115315327 A CN115315327 A CN 115315327A CN 202180023539 A CN202180023539 A CN 202180023539A CN 115315327 A CN115315327 A CN 115315327A
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Abstract

在具有多个刀具的多边形加工装置中，缩短相位对准所需的时间。在多边形加工的相位对准中，计算相位对准前的工件轴与工具轴的相位(RCURRENT)和能够加工的相位指令值(RNEW(n))，一边考虑相位对准的方法、最大转速等的限制，一边计算新的相位指令值(R’NEW)。通过使相位与新的相位指令值(R’NEW)对准，能够缩短相位对准所需的时间。

Description

机床的控制装置、控制系统以及控制方法
技术领域
本发明涉及对多边形加工进行控制的控制装置、控制系统以及控制方法，所述多边形加工通过具有多个刀具的工具来进行。
背景技术
以往，存在通过使工具与工件以固定的比率旋转而将工件的外周面加工成多边形(polygon)的多边形加工。在多边形加工中，调整刀具的数量、工具轴与工件轴的旋转比，将工件的表面加工成多边形形状。例如，在安装于工具轴的刀具的数量为2根，工件轴与工具轴的旋转比为1：2的情况下，在工件轴旋转1圈的期间，工具轴旋转2圈，2根刀具分别切削2处，合计切削4处，工件的外周面为4边形。在安装于工具轴的工具的数量为3根，工件轴与工具轴的旋转比为1：2的情况下，工件的外周面为6边形。
在进行多边形加工的机床中，为了进行准确的切削，有时进行工件轴与工具轴的相位对准(phase-aligned)。例如，在对工件进行了粗加工之后改变转速来进行精加工，或以在工件侧面的特定位置形成多边形的顶点的方式进行加工，或在使工件与工具暂时分离之后从其他位置进行再加工的情况下，需要使工件轴与工具轴以成为固定的相位(相对的角度)的方式旋转(例如，在工件轴为0度时，工具轴也必定以成为90度的方式旋转)。
列举一例，如图11A所示，在将工件的两端加工成六边形的情况下，需要进行一端侧的加工面与另一端侧的加工面的位置对准。在工件轴与工具轴的相位偏离的情况下，如图11B所示，加工面偏离。在需要相位对准的情况下，如图11C所示，在使工件轴与工具轴的相位对准之后开始加工。
在专利文献1中记载了“仅通过使主轴停止在主轴原点等预先决定的预定的定点的位置，就能够简单地进行需要相对于工件W的外周面相互使预定的位置关系对准的多边形加工”。
专利文献1：日本特开2014-188660号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所记载的技术是通过使工具在预定的位置停止而使多次加工的相位同步的技术。但是，在专利文献1的技术中，需要使工具暂时停止。
在使工件轴与工具轴旋转的状态下进行相位对准的情况下，通过使工件轴或工具轴加速或减速来使相位移位。此时，在相位对准前后的相位差较大的情况下，如图9A以及图9B所示，使相位移位的量变多，相位对准所花费的时间变长。
在具有多个刀具的多边形加工装置中，期望缩短相位对准所需的时间的技术。
用于解决课题的手段
本公开的一方式的控制机床的控制装置，该机床具有使具备多个刀具的工具旋转的第一轴和使工件旋转的第二轴，并使第一轴和第二轴同时旋转来进行多边形加工，控制装置具备：加工设定存储部，其存储刀具的数量；当前相位计算部，其计算相位对准前的旋转的第一轴和第二轴的相位；可加工相位计算部，其计算由加工程序指定的相位以及使第一轴的角度从由加工程序指定的相位偏移了多个刀具的间隔时的相位；最佳相位计算部，其从由可加工相位计算部计算出的多个相位中，求出将相位对准为止所花费的时间最短的相位；以及相位对准控制部，其以第一轴和第二轴旋转为与由最佳相位计算部计算出的相位对准的方式进行控制。
本公开的一方式的控制机床的控制系统，该机床具有使具备多个刀具的工具旋转的第一轴和使工件旋转的第二轴，并使第一轴和第二轴同时旋转来进行多边形加工，控制系统具备：加工设定存储部，其存储所述刀具的数量；当前相位计算部，其计算相位对准前的旋转的第一轴和第二轴的相位；可加工相位计算部，其计算由加工程序指定的相位以及使第一轴的角度从由加工程序指定的相位偏移了多个刀具的间隔时的相位；最佳相位计算部，其从由可加工相位计算部计算出的多个相位中，求出将相位对准为止所花费的时间最短的相位；以及相位对准控制部，其以第一轴和第二轴旋转为与由最佳相位计算部计算出的相位对准的方式进行控制。
本公开的一方式的控制机床的控制方法，该机床具有使具备多个刀具的工具旋转的第一轴和使工件旋转的第二轴，并使第一轴和第二轴同时旋转来进行多边形加工，控制方法进行如下控制：存储刀具的数量；根据第一轴的当前位置、第二轴的当前位置以及由加工程序指令的旋转比，计算第一轴和第二轴的相位对准前的相位；根据由加工程序指定的旋转比、由加工程序指定的相位指令值以及刀具的数量，计算多个能够加工的相位；根据相位对准前的相位与能够进行加工的相位之差，计算使第一轴和第二轴的相位发生变化所需的时间最短的最佳相位；以及以最佳相位为基准，进行第一轴和所述第二轴的相位对准。
发明效果
根据本发明的一方式，在具有多个刀具的多边形加工装置中，能够缩短相位对准所花费的时间。
附图说明
图1是本公开中的数值控制装置的硬件结构图。
图2是本公开中的数值控制装置的框图。
图3是使工具轴暂时减速而进行了相位对准时的图。
图4是使工件轴暂时加速而进行了相位对准时的图。
图5是表示本公开的多边形加工的相位对准的图。
图6是表示工件的当前位置X、工具的当前位置Y、工具数量T的关系的图。
图7是对本公开的相位对准方法进行说明的流程图。
图8是对新的相位指令值R’NEW的计算过程进行说明的流程图。
图9A是对以往的相位对准进行说明的图。
图9B是对以往的相位对准进行说明的图。
图10A是对本公开的相位对准进行说明的图。
图10B是对本公开的相位对准进行说明的图。
图10C是对本公开的相位对准进行说明的图。
图11A是对多边形加工中的相位对准的必要性进行说明的图。
图11B是对多边形加工中的相位对准的必要性进行说明的图。
图11C是对多边形加工中的相位对准的必要性进行说明的图。
具体实施方式
以下，表示将本公开的控制装置安装于数值控制装置100的一实施方式。
图1是一实施方式的数值控制装置100的硬件结构图。
本实施方式的数值控制装置100所具备的CPU111是整体控制数值控制装置100的处理器。CPU111经由总线120读出存储在ROM112中的系统程序，并按照该系统程序控制数值控制装置100的整体。在RAM113中临时存储临时的计算数据、显示数据、操作员经由输入部30输入的各种数据等。
非易失性存储器114例如由利用未图示的电池进行备份的存储器、SSD(SolidState Drive：固态硬盘)等构成。即使数值控制装置100的电源断开，非易失性存储器114也保持存储状态。将经由接口115从外部设备72读入的程序、经由输入部30输入的程序存储在非易失性存储器114中。另外，将从数值控制装置100的各部、机床等取得的各种数据(例如，从机床取得的设定参数等)存储在非易失性存储器114中。存储在非易失性存储器114中的程序、各种数据也可以在执行时/利用时在RAM113中展开。另外，将公知的解析程序等各种系统程序预先写入到ROM112中。
接口115是用于连接数值控制装置100与适配器等外部设备72的接口。从外部设备72侧读入程序、各种参数等。另外，在数值控制装置100内编辑而得的程序、各种参数等能够经由外部设备72存储在外部存储单元中。PLC(可编程逻辑控制器)116通过内置于数值控制装置100的序列程序，在与机床、机器人、安装于该机床、该机器人的传感器等那样的装置间经由I/O单元117进行信号的输入输出来进行控制。
将读入到存储器上的各数据、作为执行程序等的结果而得的数据等经由接口118输出并显示于显示部70。另外，由MDI、操作盘、触摸面板等构成的输入部30经由接口119将基于作业者的操作的指令、数据等转发给CPU111。
用于控制机床的各轴的轴控制电路130接受来自CPU111的轴的移动指令，并将轴的指令输出到伺服放大器140。伺服放大器140接受该指令，驱动使机床所具备的轴移动的伺服电动机150。轴的伺服电动机150内置有位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈给轴控制电路130，进行位置/速度的反馈控制。此外，在图1的硬件结构图中仅示出了一个轴控制电路130、伺服放大器140、伺服电动机150，但实际上准备了与成为控制对象的机床所具有的轴的数量对应的个数。在后述的功能框图(图2)中，表示存在工件轴用和工具轴用的至少2个伺服电动机的例子。
主轴控制电路160接受使机床的主轴旋转的主轴旋转指令，向主轴放大器161输出主轴速度信号。主轴放大器161接受该主轴速度信号，使主轴的主轴电动机162以指令的旋转速度旋转。主轴电动机162与位置编码器163结合，位置编码器163与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲。所输出的反馈脉冲由CPU111读取。
图2是作为本公开的一实施方式的数值控制装置100的框图。数值控制装置100具备当前相位计算部11、可加工相位计算部12、最佳相位计算部13、程序解析部41、相位对准控制部20、轴控制部30、加工设定存储部40、加工中数据存储部50以及加工程序存储部42。
数值控制装置100与进行多边形加工的机床连接。进行多边形加工的机床具有作为第一轴的工具轴和作为第二轴的工件轴，在工件轴安装有工件，在工具轴安装有工具。在工具轴和工件轴安装有伺服电动机150，伺服放大器140按照来自相位对准控制部20的指令进行伺服电动机150的相位对准。
加工设定存储部40中存储有安装于工具轴的刀具的数量T。
程序解析部41从加工程序中提取工件与工具的旋转比P：Q、相位指令值R(角度)。相位指令值R是用于指定工具轴与工件轴的相位差的指令。
加工中数据存储部50中存储有工件轴及工具轴的加工中的位置(角度)。从伺服放大器140反馈工件轴与工具轴的位置。
当前相位计算部11根据存储在加工中数据存储部50中的工件轴的当前位置X、工具轴的当前位置Y、从程序解析部41输出的旋转比，计算相位对准前的工件轴和工具轴的相位RCURRENT。
可加工相位计算部12根据存储在加工设定存储部40中的刀具的数量T、从程序解析部41输出的旋转比以及相位指令值，计算满足能够加工的条件的工件轴与工具轴的相位差。满足该条件的相位差是与刀具的数量相同的数。
最佳相位计算部13一边考虑工件轴与工具轴是否能够分别加速或减速，一边计算使工件轴与工具轴的相位变化到满足能够加工的条件的相位差时的变化量。最佳相位计算部13根据使相位变化时的变化量为最小的相位差来决定新的相位指令值。
相位对准控制部20根据存储在加工中数据存储部50中的工件轴的当前位置X、工具轴的当前位置Y、最佳相位计算部13计算出的新的相位指令值，将工件轴和工具轴的移动量输出到轴控制部30。
轴控制部30将轴的移动指令输出到工具轴和工件轴。伺服电动机150按照轴的移动指令来控制工具轴和工件轴。将工具轴和工件轴的位置信息X、Y反馈给数值控制装置100。
在本公开的多边形加工中，计算新的相位指令值，以该相位指令值进行多边形加工。以使相位变化时的变化量为最小的相位指令值进行相位对准，由此，能够缩短相位对准所需的时间。
以下，一边与以往的多边形加工的相位对准进行比较，一边对本公开的多边形加工的相位对准进行说明。
[现有的相位对准]
图3、4示出了在以往的多边形加工中进行了相位对准时的工具轴的时间变化。图3是使工具轴减速而进行了相位对准时的图。图4是使工件轴加速而进行了相位对准时的图。在这些图中，实线示出了实际的工具轴的角度。虚线示出了根据旋转比、相位指令值、工件轴的实际的角度计算出的相位对准时的工具轴的角度。
以往，通过使工件轴与工具轴中的至少一方从所指令的旋转速度开始加速或减速，而使工件轴和工具轴的相位与由相位指令值决定的相位对准。
[本公开的相位对准的概要]
图5示出了本公开的多边形加工的相位对准。在本公开的多边形加工中，计算满足能够加工的条件的工件轴与工具轴的相位差。图5的3种虚线示出了与由加工程序指令的相位指令值的相位一致时的工具轴的角度、从该角度起将角度偏离刀具的间隔时的工具轴的角度。在该图5中，将刀具的数量设为3根。
在图5的例子中，使实际的工具轴暂时减速，与从与通过加工程序指令的相位指令值的相位一致时的工具轴的角度偏离240度时的相位对准。通过选择成为相位的变化量变少的相位的相位指令值，能够缩短相位对准所需的时间。
[本公开的相位对准的说明]
对本公开的相位对准进行具体说明。作为前提，将旋转比P：Q定义为在工件轴旋转P圈的期间工具轴旋转Q圈。另外，指定旋转比P：Q、相位指令值R，在相位一致的状态下，若将工件轴的当前位置设为X，将工具轴的当前位置设为Y，则工件轴和工具轴以所指定的旋转速度旋转，以使X和Y始终满足以下的数学式1。
[数式1]
Figure BDA0003858789610000071
在上述的公式中，任意的角度A与对A加上360的整数倍的数值而得的角度相等。
进行相位对准之前的工件轴与工具轴满足旋转比P：Q，并且以所指令的旋转速度旋转。
在以下的说明中，轴的原点(零点)为附图最上部的箭头所指的位置。轴上的位置每旋转1圈(超过360°)就被舍入为零。
在本公开的位置对准中，首先，计算相位对准前的工件轴和工具轴的相位RCURRENT。
在将工件轴的当前位置设为X，将工具轴的当前位置设为Y的情况下，根据旋转比P：Q，上述的相位RCURRENT能够通过数学式22以如下方式进行计算。
[数式2]
Figure BDA0003858789610000072
在存在多根刀具的情况下，当使工具以刀具的间隔旋转时，仅更换刀具的顺序，刀具所在的位置没有变化。因此，即使在工具轴从相位一致的状态错开刀具的间隔的状态下进行加工，也成为与相位一致的状态相同的加工结果。在将刀具的数量设为T的情况下，成为由相位指令值指定的加工结果的相位根据数学式1，以如下方式表示。
[数式3]
Figure BDA0003858789610000081
根据上述数学式3，能够将数学式1的相位指令值R如以下的数学式4所示那样置换为相位指令值RNEW(n)。
[数式4]
Figure BDA0003858789610000082
根据在数学式4中求出的可加工的相位指令值RNEW(n)中的、在数学式2中求出的相位对准前的工件轴与工具轴的相位RCURRENT，计算进行相位对准时的相位的变化量最少的新的相位指令值R’NEW，并在相位对准控制部20中使用。
关于相位的变化量，例如，在能够自由地控制工件轴与工具轴的情况下，相位对准前与相位对准后的相位指令值之差最小时最少。另外，在只能够使工具轴暂时减速而使相位变化的情况下，能够仅使相位RCURRENT向减少的方向变化。因此，在上述方向上最近的相位指令值能够使相位的变化量最少。
[本公开的相位对准的计算例]
使用实际的数值对本公开的相位对准进行说明。加工设定存储部40存储刀具的数量T＝3。在加工程序中，设为旋转比1：2，相位指令值R＝60进行指令。设相位对准开始前的工件轴的当前位置X＝90，工具轴的当前位置Y＝330。图6示出了工件的当前位置X、工具的当前位置Y、工具数量T的关系。
如图6所示，工件的当前位置X是从工件轴的原点(附图最上部的箭头所指的位置)逆时针旋转90°的位置。工具的当前位置Y是从工具轴的原点逆时针旋转330°的位置。
通过将工件的当前位置X、工具的当前位置Y、旋转比1：2代入到数学式2而以如下方式计算出相位对准前的工件轴和工具轴的相位RCURRENT。
[数式5]
Figure BDA0003858789610000091
若将工件的当前位置X、工具的当前位置Y、旋转比1：2、相位指令值R代入到数学式(4)，则可加工的相位指令值RNEW(n)能够以如下方式进行计算。RNEW(n)的值存在刀具的数量。
[数式6]
Figure BDA0003858789610000092
考虑相位对准的方法、工件轴和工具轴的最大转速等的限制来求出相位的变化量，但在没有这些限制的情况下，最接近RCURRENT的RNEW(n)的值成为新的相位指令值R’NEW。相位对准控制部20使用新的相位指令值R’NEW进行相位对准。
接着，参照图7，对本公开的数值控制装置100的相位对准方法进行说明。在开始加工程序之前，设定刀具的数量。在此，设刀具的数量T＝3(步骤S1)。
接着，开始加工程序(步骤S2)。程序解析部41解析加工程序，首先，开始工件旋转轴的旋转(步骤S3)。并且，程序解析部41解析以工件与工具的旋转比P：Q＝1：2、相位指令值R＝60开始多边形加工的指令(步骤S4)。轴控制部30按照加工程序的指令，使工件轴与工具轴旋转。
当工件轴与工具轴达到多边形加工的指定速度时(步骤S5)，开始计算新的相位指令值R’NEW(步骤S6)。
当决定新的相位指令值R’NEW时，使工具轴或工件轴暂时减速或加速，使相位与新的相位指令值R’NEW对准(步骤S7)。当相位对准完成时，进行多边形加工的切削(步骤S8)。
参照图8，对步骤S6的新的相位指令值R’NEW的计算过程进行说明。在新的相位指令值的计算中，取得工件轴的当前位置X和工具轴的当前位置Y(步骤S11)，计算相位对准前的工件轴和工具轴的相位RCURRENT(步骤S12)。然后，可加工相位计算部12使用刀具的数量T来计算可加工的相位指令值RNEW(n)(步骤S13)。RNEW(n)为刀具的数量T个。最佳相位计算部13一边考虑相位对准的方法、工件轴和工具轴的最大旋转速度等的限制，一边选择使相位变化时的变化量为最小的新的相位指令值R’NEW(步骤S14)。
图9A和图9B示出了以往的相位对准，图10A～图10C示出了本公开的相位对准。图9A和图9B、以及图10A～图10C均示出了工件轴0度、工具轴195度时的相位的变化量。以往，以加工时指令的相位(相位指令值R)为基准进行相位对准。因此，在上述条件下，如图10A所示，相位指令值为90度。
在多边形加工中，由于具有多个刀具，因此即使以使工具轴的角度错开刀具的间隔的相位进行相位对准也没有问题，因此，适当的相位是刀具的数量。
在本公开中，如图10B所示，从多个相位中选择适当的相位，使相位对准所花费的时间最短(相位的变化量最少)。在图10C的例子中，通过将相位指令值从90度变更为210度，相位的变化量变少。
如以上说明的那样，本公开的数值控制装置100在多边形加工的相位对准中，计算相位对准前的工件轴与工具轴的相位RCURRENT、可加工的相位指令值RNEW(n)，一边考虑相位对准的方法、最大转速等的限制，一边计算新的相位指令值R’NEW。工具轴或工件轴的变化量变短，相位对准所需的时间变短。
符号说明
100 数值控制装置
111 CPU
11 当前相位计算部
12 可加工相位计算部
13 最佳相位计算部
20 相位对准控制部
30 轴控制部
40 加工设定存储部
41 程序解析部
42 加工程序存储部
50 加工中数据存储部。

Claims (6)

1.一种控制机床的控制装置，该机床具有使具备多个刀具的工具旋转的第一轴和使工件旋转的第二轴，并使所述第一轴和第二轴同时旋转来进行多边形加工，其特征在于，
所述控制装置具备：
加工设定存储部，其存储所述刀具的数量；
当前相位计算部，其计算相位对准前的旋转的所述第一轴和第二轴的相位；
可加工相位计算部，其计算由加工程序指定的相位以及使所述第一轴的角度从由所述加工程序指定的相位偏移了多个所述刀具的间隔时的相位；
最佳相位计算部，其从由所述可加工相位计算部计算出的多个相位中，求出将相位对准为止所花费的时间最短的相位；以及
相位对准控制部，其以所述第一轴和第二轴旋转为与由所述最佳相位计算部计算出的相位对准的方式进行控制。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述当前相位计算部根据所述第一轴的当前位置、第二轴的当前位置以及由所述加工程序指令的旋转比，计算所述第一轴和第二轴的相位对准前的相位。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述可加工相位计算部根据由所述加工程序指定的旋转比、由所述加工程序指定的相位指令值以及所述刀具的数量，计算多个能够加工的相位。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，
所述最佳相位计算部根据所述相位对准前的相位与能够进行所述加工的相位之差，计算使所述第一轴和第二轴的相位发生变化所需的时间最短的最佳相位。
5.一种控制机床的控制系统，该机床具有使具备多个刀具的工具旋转的第一轴和使工件旋转的第二轴，并使所述第一轴和第二轴同时旋转来进行多边形加工，其特征在于，
所述控制系统具备：
加工设定存储部，其存储所述刀具的数量；
当前相位计算部，其计算相位对准前的旋转的所述第一轴和第二轴的相位；
可加工相位计算部，其计算由加工程序指定的相位以及使所述第一轴的角度从由所述加工程序指定的相位偏移了多个所述刀具的间隔时的相位；
最佳相位计算部，其从由所述可加工相位计算部计算出的多个相位中，求出将相位对准为止所花费的时间最短的相位；以及
相位对准控制部，其以所述第一轴和第二轴旋转为与由所述最佳相位计算部计算出的相位对准的方式进行控制。
6.一种控制机床的控制方法，该机床具有使具备多个刀具的工具旋转的第一轴和使工件旋转的第二轴，并使所述第一轴和第二轴同时旋转来进行多边形加工，其特征在于，所述控制方法进行如下控制：
存储所述刀具的数量；
根据所述第一轴的当前位置、第二轴的当前位置以及由所述加工程序指令的旋转比，计算所述第一轴和第二轴的相位对准前的相位；
根据由所述加工程序指定的旋转比、由所述加工程序指定的相位指令值以及所述刀具的数量，计算多个能够加工的相位；
根据所述相位对准前的相位与能够进行所述加工的相位之差，计算使所述第一轴和第二轴的相位发生变化所需的时间最短的最佳相位；以及
以所述最佳相位为基准，进行所述第一轴和所述第二轴的相位对准。
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