螺紋切削的制造方法
【專利摘要】通過轉(zhuǎn)動(dòng)主軸和移動(dòng)進(jìn)給軸切削螺紋的螺紋切削機(jī)，包括：主軸速度計(jì)算部分，所述主軸速度計(jì)算部分根據(jù)每個(gè)螺紋切削過程的主軸旋轉(zhuǎn)速度指令計(jì)算并輸出所述主軸的旋轉(zhuǎn)速度；和加速/減速時(shí)間計(jì)算部分，所述加速/減速時(shí)間計(jì)算部分計(jì)算并輸出每個(gè)螺紋切削過程的所述進(jìn)給軸的加速/減速延遲時(shí)間，從而使得對(duì)于所有螺紋切削過程，進(jìn)給軸的加速/減速延遲時(shí)間與主軸的旋轉(zhuǎn)速度的乘積是相同的。
【專利說明】螺紋切削機(jī)
[0001]優(yōu)先權(quán)信息
本申請(qǐng)要求2012年10月I日提交的，申請(qǐng)?zhí)枮?012-219460的日本專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過參考引入此處。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及螺紋切削機(jī)，用于通過轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，并相對(duì)于用于切削的軸向供給該主軸，來切削螺紋。
【背景技術(shù)】
[0003]在以下專利文件I和2中公開了在螺紋切削過程中，抑制震顫的已知方法。這些方法通過在螺紋切削過程中改變主軸的旋轉(zhuǎn)速度，抑制震顫。
[0004]在專利文件I公開的技術(shù)中，在主軸位置計(jì)算主軸位置和進(jìn)給軸位置之間的相對(duì)相位誤差，且補(bǔ)償該相對(duì)于主軸位置的相對(duì)相位誤差，以提供偽主軸位置，基于該偽主軸位置，計(jì)算所述進(jìn)給軸的運(yùn)動(dòng)。
[0005]在專利文件2公開的技術(shù)中，主軸和進(jìn)給軸的時(shí)間常數(shù)、加速/減速類型、位置環(huán)路增益(positional loop gain)是相同的，以消除相對(duì)于該主軸的旋轉(zhuǎn)速度的改變,該主軸和該進(jìn)給軸之間的相位誤差。
[0006]專利文件
專利文件 I JP 2004-209558 A 專利文件 2 JP 2012-56066 A
專利文件I和2中公開的方法都是用于改變?cè)撝鬏S的旋轉(zhuǎn)速度的技術(shù)。在這種情況下，也需要改變改進(jìn)給軸的速度，以提供恒定的螺距。
[0007]但是在專利文件I公開的方法中，該進(jìn)給軸的加速/減速時(shí)間不改變，從而根據(jù)該進(jìn)給軸的速度，該進(jìn)給軸的加速/減速延遲量發(fā)生改變。
[0008]在專利文件2中公開的方法中，根據(jù)該主軸的旋轉(zhuǎn)速度，可應(yīng)用多級(jí)加速/減速，加速/減速時(shí)間在更高的速度范圍會(huì)更長。因此，如專利文件I中公開的方法，該進(jìn)給軸的加速/減速延遲量還是會(huì)根據(jù)該進(jìn)給軸的速度改變，該延遲量的變化比專利文件I中的更大。
[0009]如果該進(jìn)給軸的加速/減速延遲的量根據(jù)如上所述的進(jìn)給軸的速度改變，那么螺紋切削方向改變部分，例如螺紋切削的連接部分的切削量將增加。因此，由于不可預(yù)料的大的切削負(fù)荷，存在損壞工具的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供螺紋切削機(jī)，即使主軸的旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生改變時(shí)，該螺紋切削機(jī)仍能夠保持恒定的切削量。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，通過轉(zhuǎn)動(dòng)主軸和移動(dòng)進(jìn)給軸來切削螺紋的螺紋切削機(jī)包括主軸速度計(jì)算部分，該主軸速度計(jì)算部分根據(jù)用于每一螺紋切削過程(thread cutting pass)的主軸旋轉(zhuǎn)速度指令，計(jì)算和輸出該主軸的旋轉(zhuǎn)速度；加速/減速時(shí)間計(jì)算部分，該加速/減速時(shí)間計(jì)算部分計(jì)算和輸出用于每個(gè)螺紋切削過程的該進(jìn)給軸的加速/減速延遲時(shí)間，從而使得對(duì)于所有螺紋切削過程，進(jìn)給軸的加速/減速延遲時(shí)間與主軸的旋轉(zhuǎn)速度的乘積是相同的。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，所有的螺紋切削過程可以設(shè)置相同的加速/減速延遲量，d，即使主軸的旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生改變，從而可保持恒定的切削量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]基于以下附圖，將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的螺紋切削機(jī)的結(jié)構(gòu)的框圖；
圖2中的上圖為螺紋切削過程的示意圖，圖2中的下圖為每一切削過程的主軸旋轉(zhuǎn)速度的例子的示意圖；
圖3為直螺紋和錐螺紋之間的連接部分處的路徑的示意圖；
圖4為加速/減速延遲量的示意圖；
圖5為當(dāng)設(shè)置相同的加速/減速延遲量時(shí)，路徑的示意圖；
圖6為當(dāng)設(shè)置不同的加速/減速延遲量時(shí)，路徑的示意圖；
圖7為展示螺紋切削機(jī)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]首先，描述傳統(tǒng)技術(shù)。圖7為傳統(tǒng)的螺紋切削機(jī)的框圖。在這種螺紋切削機(jī)中，力口工程序分析器I分析加工程序(未顯示)。當(dāng)在加工程序時(shí)，接收螺紋切削指令，螺紋切削控制器2將用于主軸旋轉(zhuǎn)速度的當(dāng)前有效的指令S輸出至主軸速度計(jì)算部分11?；谟糜谠撝鬏S的旋轉(zhuǎn)速度的指令S的輸入，該主軸速度計(jì)算部分11計(jì)算每個(gè)螺紋切削過程的主軸的旋轉(zhuǎn)速度，并將其輸出至主軸速度控制器12。該主軸速度控制器12控制主軸13，以使其在該輸入的主軸的旋轉(zhuǎn)速度下轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，該主軸速度計(jì)算部分11基于以下等式I和2計(jì)算高旋轉(zhuǎn)速度SH和低旋轉(zhuǎn)速度SL，并為每個(gè)螺紋切削過程改變?cè)撝鬏S的旋轉(zhuǎn)速度至高旋轉(zhuǎn)速度或低旋轉(zhuǎn)速度，以抑制震顫。
[0015]SH=S+0.5xS 等式 I SL=S-0.5xS 等式 2
圖2為螺紋切削過程以及每個(gè)過程中主軸的旋轉(zhuǎn)速度的示意圖。為了切削螺紋，工具相對(duì)于加工件移動(dòng)，如圖2的上部所示，而加工件轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)周期的螺紋切削操作以從操作a進(jìn)行至操作b、c和d的順序進(jìn)行，其中由實(shí)線表示的部分b展示了根據(jù)螺紋切削指令的操作，并變成螺紋切削過程。圖2展示了通過進(jìn)行六次螺紋切削而切削螺紋的例子。如圖2的下部展示的，該主軸速度計(jì)算部分11假定奇數(shù)螺紋切削過程中的該主軸的旋轉(zhuǎn)速度為低旋轉(zhuǎn)速度SL，偶數(shù)螺紋切削過程中的該主軸的旋轉(zhuǎn)速度為高旋轉(zhuǎn)速度SH。
[0016]隨后，該螺紋切削控制器2根據(jù)螺紋切削指令、螺紋螺距指令等中包含的螺紋模式，和從主軸速度檢測(cè)器14中獲得的當(dāng)前的主軸旋轉(zhuǎn)速度，計(jì)算進(jìn)給軸速度。Z軸位置控制器3通過創(chuàng)建Z軸位置指令來控制Z軸，以便根據(jù)螺紋模式、螺紋螺距、進(jìn)給軸速度等，與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步地、以預(yù)定螺紋螺距切削螺紋。X軸位置控制器8創(chuàng)造X軸的位置指令，該X軸為螺紋切削軸。該位置受控的X和Z軸的位置指令通過X軸加速/減速控制器9和Z軸加速/減速控制器4用于加速/減速控制，以控制X軸10和Z軸5。已設(shè)置好、并存儲(chǔ)于加速/減速時(shí)間存儲(chǔ)器6中的加速/減速時(shí)間輸送至X軸加速/減速控制器9和Z軸加速/減速控制器4。
[0017]如上所述，在螺紋切削過程中，通過改變?cè)撝鬏S的旋轉(zhuǎn)速度抑制震顫。
[0018]接下來，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1為展示本發(fā)明的實(shí)施例的螺紋切削機(jī)的結(jié)構(gòu)的框圖。該螺紋切削機(jī)的特征在于包括加速/減速計(jì)算部分7。
[0019]在該螺紋切削機(jī)中，與傳統(tǒng)技術(shù)類似地進(jìn)行該主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。具體地，該加工程序分析器I分析加工程序(未示出)。當(dāng)接收螺紋切削指令時(shí)，該螺紋切削控制器2將該主軸的旋轉(zhuǎn)速度的當(dāng)前的有效指令S輸出至主軸速度計(jì)算部分11?；谠撝鬏S的旋轉(zhuǎn)速度的指令S的輸入，該主軸速度計(jì)算部分11為每個(gè)螺紋切削過程計(jì)算該主軸的旋轉(zhuǎn)速度，并將其輸出至該主軸速度控制器12。該主軸速度控制器12控制該主軸13，以使其在該輸入的主軸的旋轉(zhuǎn)速度下轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，該主軸速度計(jì)算部分11根據(jù)以上等式I和2計(jì)算高旋轉(zhuǎn)速度SH和低旋轉(zhuǎn)速度SL，并為每個(gè)螺紋切削過程將主軸的旋轉(zhuǎn)速度改變?yōu)楦咝D(zhuǎn)速度或低旋轉(zhuǎn)速度，以抑制震顫。
[0020]在該實(shí)施例中，該主軸速度計(jì)算部分11計(jì)算的該主軸的旋轉(zhuǎn)速度還被輸送至加速/減速時(shí)間計(jì)算部分7。當(dāng)給定每個(gè)螺紋切削過程的進(jìn)給軸的加速/減速延遲恒定量時(shí)，該加速/減速時(shí)間計(jì)算部分7根據(jù)該主軸的輸入旋轉(zhuǎn)速度和已經(jīng)設(shè)定并存儲(chǔ)于該加速/減速存儲(chǔ)器6內(nèi)的加速/減速時(shí)間TO計(jì)算加速/減速時(shí)間T，并將該時(shí)間T輸送至該X軸加速/減速控制器9和Z軸加速/減速控制器4。
[0021]隨后的操作與傳統(tǒng)技術(shù)類似。具體地，該螺紋切削控制器2根據(jù)該螺紋切削指令、螺紋螺距指令等中包含的螺紋模式，以及從主軸速度檢測(cè)器14所獲得的當(dāng)前的主軸旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算進(jìn)給軸的速度。Z軸位置控制器3通過創(chuàng)建Z軸位置指令來控制Z軸，用于根據(jù)螺紋模式、螺紋螺距、進(jìn)給軸速度等，與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步地、以預(yù)定螺紋螺距切削螺紋。該X軸位置控制器8創(chuàng)建X軸的位置指令，該X軸為螺紋切削軸。該位置控制X和Z軸的位置指令通過X軸加速/減速控制器9和Z軸加速/減速控制器4用于加速/減速控制，以控制X軸10和Z軸5。
[0022]為了解釋該加速/減速時(shí)間計(jì)算部分7中的計(jì)算處理，下面描述進(jìn)給軸路徑所在部分，例如螺紋切削的連接部分，在該部分螺紋切削方向發(fā)生改變。
[0023]圖3為位于直螺紋和錐螺紋連接部分的螺紋切削路徑的示意圖。圖3為該連接部分的放大視圖，展示了直螺紋切削在Z軸方向開始，并在點(diǎn)A改變至錐螺紋切削的情況下的指令路徑和實(shí)際路徑。在圖3中，該指令路徑由實(shí)線表示，該實(shí)際路徑由虛線表示。
[0024]如圖3所示，該指示路徑由實(shí)線指示，但是實(shí)際路徑由虛線表示，因?yàn)閺闹噶畹陌l(fā)出至該進(jìn)給軸的實(shí)際操作的開始，存在加速/減速，從而發(fā)生加速/減速延遲。
[0025]在如圖所示的例子中，d表示加速/減速的延遲量，在點(diǎn)A前距離d處，在X軸的操作開始，以得到如圖虛線所示的實(shí)際路徑。因此，通常已知方向改變部分為部分圓形的。
[0026]接下來,將解釋加速/減速延遲量。圖4為加速/減速延遲量的示意圖。當(dāng)在某個(gè)時(shí)間發(fā)出進(jìn)給軸速度V指令時(shí)，該進(jìn)給軸實(shí)際上在經(jīng)過加速/減速時(shí)間T的時(shí)候到達(dá)進(jìn)給軸速度V。在這種情況下，加速/減速延遲量d等于圖中陰影線所表示的區(qū)域，可通過以下等式3表示:
d=VxT/2 等式 3
接下來，將解釋由于加速/減速延遲量的不同導(dǎo)致的方向改變部分的不同路徑。圖5為當(dāng)設(shè)置相同的加速/減速延遲量時(shí)，路徑的示意圖。如圖5所示，如果每個(gè)螺紋切削過程的加速/減速延遲量d相同，那么在方向改變部分的切削量也相同。
[0027]圖6為當(dāng)設(shè)置不同的加速/減速延遲量時(shí),路徑的示意圖。在如圖6所示的例子中，奇數(shù)次加速/減速延遲量用dL表示,偶數(shù)次加速/減速延遲量用dH表示，dL < dH。在這種情況下，在方向改變部分的切削量不同，如圖6所示。
[0028]因此，為了在該方向改變部分提供相同的切削量，所有螺紋過程的加速/減速延
遲量需要相同。
[0029]因?yàn)?，通過上面等式3設(shè)定加速/減速延遲量，以下等式4足以使得全部螺紋切削過程的加速/減速延遲量相同:
VlxTl=V2xT2= ... =VlriXTlri=VnXTn 等式 4
其中Yn代表第η個(gè)螺紋切削過程的進(jìn)給軸速度，Tn代表第η個(gè)螺紋切削過程的加速/減速時(shí)間。
[0030]當(dāng)將上述等式應(yīng)用至螺紋切削時(shí)，S和V之間呈比例關(guān)系，這是因?yàn)樵诼菁y切削過程中恒定的螺距是必要的，其中該主軸在第η個(gè)螺紋切削時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度為Sn。這通過以下等式5表不:
Vn=CxSn 等式 5
其中c代表螺紋螺距確定的常數(shù)。當(dāng)將上述等式5應(yīng)用至上述等式4中時(shí)，得到等式
6:
SlxTl=S2xT2= ... =SlriXTlri=SnXTn 等式 6
具體地，計(jì)算該加速/減速時(shí)間，以滿足加速/減速時(shí)間計(jì)算部分7中的上述等式6，以保持恒定的加速/減速延遲量。換句話說，通過控制加速/減速時(shí)間保持恒定的加速/減速延遲量，從而使得對(duì)于所有的螺紋切削過程而言，主軸的旋轉(zhuǎn)速度與所述加速/減速時(shí)間的乘積是相同的。
[0031]在該實(shí)施例中，足以滿足以下等式7，因?yàn)橥ㄟ^交替改變?cè)摳咝D(zhuǎn)速度SH和該低旋轉(zhuǎn)速度SL進(jìn)行螺紋切削:
SHxTH=SLxTL 等式 7
例如，如果將加速/減速時(shí)間TO應(yīng)用至高旋轉(zhuǎn)速度SH和低旋轉(zhuǎn)速度SL的螺紋切削，并通過以下等式8和9計(jì)算該加速/減速時(shí)間TH和加速/減速時(shí)間TL:
TH=TO 等式8
TL= (SH/SL) xTO 等式 9
如上所述，該主軸的旋轉(zhuǎn)速度在螺紋切削過程中改變，以抑制震顫。此時(shí)，計(jì)算并根據(jù)上述等式6改變?cè)撨M(jìn)給軸的加速/減速時(shí)間，以保持該進(jìn)給軸的加速/減速延遲量恒定，從而可以在螺紋切削方向改變部分，例如螺紋切削的連接部分保持恒定的切削量，克服未預(yù)期的切削負(fù)載的增加的問題。
[0032]在本實(shí)施例中，在該高旋轉(zhuǎn)速度SH和低旋轉(zhuǎn)速度SL之間交替地選擇該主軸的旋轉(zhuǎn)速度，但是可以采用任何模式，例如高速/指令速度/低速模式，在螺紋切削前借助倍率(override)改變主軸的旋轉(zhuǎn)速度,等等,只要該主軸的旋轉(zhuǎn)速度在該螺紋切削過程沒有改變。
【權(quán)利要求】
1.通過轉(zhuǎn)動(dòng)主軸和移動(dòng)進(jìn)給軸來切削螺紋的螺紋切削機(jī)，包括: 主軸速度計(jì)算部分，該主軸速度計(jì)算部分基于針對(duì)每個(gè)螺紋切削過程的主軸旋轉(zhuǎn)速度指令來計(jì)算并輸出所述主軸的旋轉(zhuǎn)速度；和 加速/減速時(shí)間計(jì)算部分，該加速/減速時(shí)間計(jì)算部分計(jì)算并輸出用于每個(gè)螺紋切削過程的、所述進(jìn)給軸的加速/減速延遲時(shí)間，從而使得對(duì)于所有的螺紋切削過程而言，進(jìn)給軸的加速/減速延遲時(shí)間與主軸的旋轉(zhuǎn)速度的乘積是相同的。
【文檔編號(hào)】G05B19/18GK103707128SQ201310453631
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月1日
【發(fā)明者】上野茂樹 申請(qǐng)人:大隈株式會(huì)社