攻螺紋加工裝置的製作方法

2023-07-22 04:04:31

專利名稱：攻螺紋加工裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及使主軸馬達和進給軸馬達同步運轉來進行攻螺紋加工動作的攻螺紋
加工裝置。
背景技術：
一般的攻螺紋加工裝置包括螺紋加工工具和具有螺紋加工工具的能升降的主軸箱。螺紋加工工具利用主軸馬達繞主軸旋轉。另外，當進給軸被進給軸馬達驅動時，則主軸箱沿進給軸升降。在日本特許第2629729號公報中，進給軸追隨主軸，基於主軸位置和螺距製成進給軸指令和修正值。另外，在日本特開平3 - 43012號公報中，公開了通過內插電路(指令同步)進行攻螺紋加工的方式。另外，在日本特開2003 - 181722號公報中，公開了儲存同步誤差，並使用所儲存的同步誤差對位置指令數據進行修正的技術。再有，在日本特許第3097181號公報中，公開了如下技術對根據主軸的旋轉位置和進給偏差、以及進給馬達的進給偏差計算出的進給加速度、加加速度進行計算，基於這些及螺距製成旋轉指令值，以及從進給位置基於螺距製成旋轉修正值，並基於利用旋轉修正值修正了的旋轉指令值來驅動主軸馬達。然而，在以進給軸追隨主軸的方式進行螺紋加工動作的情況下，同步的精度隨著進給軸的應答性而變化。雖然在能將進給軸的增益設定得極大的情況下不成為問題，但也有不能將進給軸的增益設定得太大的情況。在這種情況下，在主軸反轉時進給軸的應答延遲，其結果，同步誤差增大。另外，在日本特許第2629729號公報、日本特開平3 — 43012號公報、日本特開2003 - 181722號公報及日本特許第3097181號公報中，對在主軸反轉時，降低同步誤差這點並未公開。

發明內容
本發明就是鑑於這種情況提出的技術方案，其目的在於提供一種攻螺紋加工裝置，該裝置即使在不能將進給軸的增益設定得太大的情況下，也能夠降低主軸與進給軸的同步誤差。為了達到上述目的，根據本發明的第一方案，提供一種攻螺紋加工裝置，其具備使螺紋加工工具繞主軸旋轉的主軸馬達；檢測該主軸馬達或主軸的旋轉角度的旋轉角度檢測部；驅動安裝有上述螺紋加工工具的進給軸的進給軸馬達；檢測該進給軸馬達或上述進給軸的位置的位置檢測部；生成上述主軸馬達的移動指令值的移動指令值生成部；主軸控制部，該主軸控制部基於由該移動指令值生成部生成的上述移動指令值與由上述旋轉角度檢測部檢測出的旋轉角度檢測值之間的位置偏差對上述主軸馬達進行驅動；進給軸同步指令值生成部，該進給軸同步指令值生成部基於上述旋轉角度檢測值與上述螺紋加工工具的螺距，生成進給軸的移動指令值，以及進給軸控制部，該進給軸控制部基於由該進給軸同步指令值生成部生成的上述移動指令值與由上述位置檢測部檢測出的位置檢測值之間的位置偏差對上述進給軸馬達進行驅動，上述攻螺紋加工裝置使上述主軸馬達與上述進給軸馬達同步運轉來進行攻螺紋加工動作，其特徵在於，還具有主軸反轉檢測部，該主軸反轉檢測部在攻螺紋加工時檢測上述主軸的反轉動作；以及反轉修正量生成部，該反轉修正量生成部在由該主軸反轉檢測部檢測到上述主軸的反轉動作時，生成提高上述進給軸的反轉動作的追隨性的反轉修正量，在由上述主軸反轉檢測部檢測到反轉動作時，將由上述反轉修正量生成部生成的反轉修正量與上述進給軸控制部的速度控制循環的速度指令進行加法運算，或者在上述速度控制循環的積分器中進行加法運算。根據本發明的第二方案，在第一方案中，上述主軸反轉動作檢測部在預定的控制周期中，在所監視的上述主軸或上述主軸馬達的實際移動量不為「O」且符號與上一次的實際移動量不同的情況下，檢測為上述主軸進行了反轉動作。根據本發明的第三方案，在第一或第二方案中，上述反轉修正量是在預定時間範圍內加上預定的值。
根據本發明的第四方案，在第一或第二方案中，上述反轉修正量的初始值基於上述進給軸馬達剛要反轉之前的轉矩指令或上述積分器來計算，上述反轉修正量與上述進給軸馬達反轉後的轉矩指令、速度循環積分器、或者上述進給軸馬達的移動距離相應地減小。根據本發明的第五方案，在第一或第二方案中，上述反轉修正量與主軸同進給軸馬達的同步誤差成比例。根據附圖所示的本發明的典型的實施方式的詳細說明，本發明的這些目的、特徵及優點以及其它目的、特徵及優點將更加明確。


圖I是基於本發明的攻螺紋加工裝置的略圖。圖2是圖I所示的攻螺紋加工裝置的功能方框圖。圖3是表示基於本發明的攻螺紋加工裝置的動作的流程圖。圖4A是放大表示速度控制部的第一放大圖。圖4B是放大表示速度控制部的第二放大圖。圖5是表示主軸速度、進給軸速度及反轉修正量的時間圖。圖6是放大表示速度控制部的第三放大圖。圖7是未包含重力分量的轉矩指令及反轉修正量的時間圖。圖8是進給軸的位置數據及反轉修正量的時間圖。圖9是同步誤差及反轉修正量的時間圖。圖IOA是表示明本發明的主軸速度與時間的關係的圖。圖IOB是表示未進行反轉修正時的同步誤差與時間之間的關係的圖。圖IOC是表示進行了反轉修正時的同步誤差與時間之間的關係的圖。
具體實施例方式以下，參照

本發明的實施方式。在以下的附圖中，對於相同的部件標上相同的參照符號。為了便於理解，對這些附圖的比例進行了適當變更。圖I是基於本發明的攻螺紋加工裝置的略圖。如圖I所示，攻螺紋加工裝置I主要由攻螺紋機2和對攻螺紋機2的動作進行控制的CNClO構成。攻螺紋機2包含具有滾珠絲槓6的底座3，該滾珠絲槓6用於滑塊7進行升降。在滑塊7上連接有主軸箱4，該主軸箱4在前端安裝有螺紋加工工具5。如圖所示，主軸馬達21配置在主軸箱4的頂面，螺紋加工工具5利用主軸馬達21繞主軸8旋轉。同樣，進給軸馬達31與滾珠絲槓6連接，當滾珠絲槓6由進給軸馬達31驅動時，滑塊7與主軸箱4 一起沿滾珠絲槓6在上下方向進給。此外，這些主軸馬達21及進給軸馬達31相對於分別對其進行坐標管理的坐標系動作。另外，在主軸馬達21上安裝有編碼器22，用於以預定的控制周期檢測主軸馬達21的主軸8的旋轉角度。同樣，安裝於進給軸馬達31上的編碼器32基於進給軸馬達31的輸出軸的旋轉，以預定的控制周期檢測滾珠絲槓6的主軸箱4的進給位置。因此，這些編碼器22、32分別作為旋轉角度檢測部及進給位置檢測部起作用。如圖I所表明的，由編碼器22、32檢測的值供給至CNClO。 圖2是圖I所示的攻螺紋加工裝置的功能方框圖。CNClO是一種數字計算機，如圖2所示，其主要包括存儲部11 ;生成主軸馬達21的移動指令值CPl的移動指令生成部12 ；控制主軸馬達21的主軸控制部20 ;以及控制進給軸馬達31的進給軸控制部30。存儲部11是ROM及RAM的組合。在存儲部11的ROM中，除了存儲攻螺紋機2的工作程序外，還存螺紋加工工具5的螺距STP等。此外，螺距STP是指螺紋加工工具5的從一個螺紋牙到相鄰的螺紋牙的距離。另外，在存儲部11的RAM中，以生成指令值等為目的暫時存儲各種數據。如圖2所示，主軸控制部20包括第一位置偏差生成部23和速度控制部24，該第一位置偏差生成部23從由移動指令生成部12生成的主軸馬達21的移動指令值CP1，減去由編碼器22檢測出的旋轉角度檢測值DA而生成第一位置偏差Λ Pl ;該速度控制部24將位置增益乘以第一位置偏差Λ Pl而生成速度指令，再根據該速度指令輸出轉矩指令。所生成的轉矩指令通過伺服放大器25輸出到主軸馬達21，由此，使主軸馬達21動作。另外，進給軸控制部30包括同步指令值生成部33和主軸反轉檢測部34，該同步指令值生成部33基於旋轉角度檢測值DA和螺距STP生成進給軸同步指令值；該主軸反轉檢測部34用於檢測主軸馬達21和主軸8反轉的情況。在本發明中，進給軸追隨主軸8的反轉動作而動作。再有，進給軸控制部30還包含生成反轉修正量的反轉修正量生成部35,該反轉修正量用於提高進給軸的反轉動作的追隨性。另外，進給軸控制部30包括第二位置偏差生成部36、速度控制部37及電流控制部38，該第二位置偏差生成部36通過從由同步指令值生成部33生成的同步指令值減去由編碼器32檢測出的進給位置檢測值DP而生成第二位置偏差Λ Ρ2 ;該速度控制部37將位置增益乘以第二位置偏差Λ Ρ2而生成速度指令，並且根據該速度指令而生成進給軸馬達31的轉矩指令；該電流控制部38基於轉矩指令控制進給軸馬達31的電流。電流控制部38通過伺服放大器39控制進給軸馬達31。圖3是表示基於本發明的攻螺紋加工裝置的動作的流程圖。以下，參照圖3對攻螺紋加工裝置的動作進行說明。首先，在圖3的步驟SlOO中判斷主軸8是否進行了反轉動作。該反轉動作的檢測由圖2所示的主軸反轉檢測部34進行。以下，對反轉動作的檢測進行具體的說明。但是，也可以用與圖3不同的方法檢測反轉動作。編碼器22在每個預定的控制周期檢測主軸馬達21或主軸8的旋轉角度。在步驟SlOl中，基於向主軸反轉檢測部34依次供給的旋轉角度檢測值DA對主軸馬達21或主軸8的速度VmO進行帶符號的計算。這時，可以使用在預定的控制周期檢測出的最新的多個旋轉角度檢測值DA。將已算出的速度VmO存儲到存儲部11中。接著，在步驟S102中，判斷速度VmO是否為「O」。在速度VmO為「O」的情況下，因
主軸馬達21或主軸8未反轉而結束處理。相對於此，在速度VmO不為「O」的情況下，進到步驟S103。在步驟S103中，與速度VmO相比計算一個控制周期以上之前的主軸馬達21或主軸8的速度Vml (古O)。由於速度Vml的計算與速度VmO的計算大致相同而省略其說明。然後，在步驟S104中，判斷在速度VmO與速度Vml之間符號是否已變化。在符號已變化的情況下，則判斷為主軸馬達21或主軸8進行了反轉動作，進到步驟S105。因此可知，在本發明中，能夠容易而且正確地檢測主軸8的反轉動作。在符號未變化的情況下，則判斷為主軸馬達21或主軸8未進行反轉動作，在步驟S106中，將反轉修正量設為「O」。相對於此，在步驟S105中，將反轉修正量生成部35已生成的參數設定值設定為反轉修正量。再次參照圖2，由反轉修正量生成部35生成的反轉修正量供給到速度控制部37。圖4A是放大表示速度控制部的第一放大圖。如圖4A所示,速度控制部37包括積分器41和增益乘法部42。在圖4A中，反轉修正量只供給積分器41。相對於此，在作為放大表示速度控制部的第二放大圖的圖4B中，反轉修正量被供·給到積分器41和增益乘法部42這兩者。在圖4B所示的情況下可知，能夠通過增益乘法部42將反轉修正量的效果迅速地反映到轉矩指令中。圖5是表示主軸速度、進給軸速度及反轉修正量的時間圖。從圖5可知，在時刻tl，是主軸速度從「O」變負之時，主軸反轉檢測部34在時刻tl判斷為有反轉動作。反轉修正量生成部35生成的反轉修正量Yl如圖5所示為預定的大小,該反轉修正量Yl在預定的持續時間範圍內向速度控制部37供給。預定的持續時間可以是例如預定的一個控制周期量。或者，也可以如圖5的下方所示，反轉修正量生成部35生成反轉修正量Y2,該反轉修正量Y2從其初始值隨著時間的經過而降低。參照圖9如後文所述，優選使反轉修正量Y2與主軸馬達21和進給軸馬達31之間的同步誤差相應地減少。另外，雖然在圖5中反轉修正量Y2從其初始值單調地減少，但反轉修正量Y2也可以按指數函數減少。圖6是放大表示速度控制部的第三放大圖。如圖6所示，當通過將位置增益乘以第一位置偏差Λ Pl而得到的速度指令被輸入速度控制部37時，對反轉修正量與速度指令進行加法運算並通過積分器41。另外，在圖6中，速度指令也能以另外的途徑通過增益乘法部42，並與來自積分器41的輸出相加。由此，生成未包含進給軸馬達31的重力分量的轉矩指令(預定值)。然後，如圖6所示，進給軸馬達31的重力分量的轉矩指令與之相加而生成轉矩指令T。圖7是未包含重力分量的轉矩指令及反轉修正量的時間圖。若剛要反轉之前的轉矩指令為TO=-A,則反轉後的目標轉矩指令=Α。在此，將在每單位時間例如預定的每控制周期的轉矩指令T設為Tn，將反轉修正量設為Yn (η為自然數)。然後，反轉修正量生成部35用下式(I)計算反轉修正量Υη。Yn=A-Tn(I)在這種情況下，與轉矩的上升相應地，反轉修正量下降。另外，雖未圖示，但進給軸馬達31反轉時的積分器41顯示出與轉矩指令T大致相同的舉動。因此，也可以用與上述同樣的方法根據積分器41的舉動減小反轉修正量。再有，圖8是進給軸的位置數據及反轉修正量的時間圖。反轉時的進給軸的位置數據的變化如圖8所示。另外，如上所述，轉矩指令T的變化如圖7所示。在此，若剛要反轉之前的轉矩指令為TO=-A,則由於反轉後的目標轉矩指令=A,因此反轉量的初始值為2Α。在此，將每單位時間例如預定的每控制周期的進給軸的位置數據設為Ρη，將反轉 修正量設為Yn (η為自然數)。並且,如圖8所示,使停止反轉修正量的追加動作的進給軸的位置數據為K。在這種情況下，反轉修正量生成部35用下式(2)計算反轉修正量Υη。Yn=2A/KX (K-Pn)(2)在這種情況下，反轉修正量與進給軸的位置數據相應地減小。再有，圖9是同步誤差及反轉修正量的時間圖。在圖9中，以與同步誤差成比例的方式給出反轉修正量。在將每單位時間例如預定的每控制周期的同步誤差設為Εη、將反轉修正量設為Yn (η為自然數)時，反轉修正量生成部35用下式(3)計算反轉修正量Yn。Yn=CXEn(3)在這種情況下，反轉修正量與同步誤差的量相應地減小。這樣可知，在使每單位時間的反轉修正量Yn變化的情況下，能進一步提高進給軸追隨主軸的應答精度。圖IOA是表示明本發明的主軸速度與時間的關係的圖，圖IOB是表示未進行反轉修正時的同步誤差與時間之間的關係的圖，圖IOC是表示進行了反轉修正時的同步誤差與時間之間的關係的圖。將圖IOA與圖IOB比較可知，主軸工作時同步誤差持續發生。特別是，在主軸的速度從「O」變為正值時，以及主軸的速度從「O」變為負值時，同步誤差增大。在本發明中，如上所述，將反轉修正量追加到進給軸控制部30的速度控制部37中。因此，由圖IOA和圖IOC可知，在主軸的速度從「O」變為正值時，以及主軸的速度從「O」變為負值時的同步誤差大幅度地減小。也就是說，通過導入本發明那樣的反轉修正量，在主軸反轉時能夠加速進給軸馬達31的反轉動作而大幅度地減小同步誤差。其結果可知，在本發明中，即使在不能將進給軸的增益設定得太大的情況下，也能提高進給軸的應答精度。本發明的效果如下。在第一方案中，在檢測到主軸的反轉動作的情況下，就將反轉修正量加到進給軸控制部的速度控制循環的速度指令或上述速度控制循環的積分器中。由此，由於進給軸馬達的反轉動作加速，因此能夠降低同步誤差，提高進給軸的應答精度。在第二方案中，能夠簡單且準確地檢測主軸的反轉動作。在第三方案中，能夠進一步提高進給軸的應答精度。雖然使用典型的實施方式說明了本發明，但若為本行業的從業人員應能理解，在不超出本發明的範圍內，能夠進行上述的變更及各種其它變更、省略及增加。
權利要求
1.一種攻螺紋加工裝置(I)，其具有 使螺紋加工工具(5)繞主軸旋轉的主軸馬達(21)； 檢測該主軸馬達(21)或主軸的旋轉角度的旋轉角度檢測部(22)； 驅動安裝有上述螺紋加工工具(5)的進給軸的進給軸馬達(31)； 檢測該進給軸馬達(31)或上述進給軸的位置的位置檢測部(32)； 生成上述主軸馬達(21)的移動指令值的移動指令值生成部(12)； 主軸控制部(20)，該主軸控制部(20)基於由該移動指令值生成部(12)生成的上述移動指令值與由上述旋轉角度檢測部(22)檢測出的旋轉角度檢測值之間的位置偏差，對上述主軸馬達進行驅動； 進給軸同步指令值生成部(33),該進給軸同步指令值生成部(33)基於上述旋轉角度檢測值與上述螺紋加工工具(5)的螺距，生成進給軸的移動指令值；以及 進給軸控制部(30)，該進給軸控制部(30)基於由該進給軸同步指令值生成部(33)生成的上述移動指令值與由上述位置檢測部(32)檢測出的位置檢測值之間的位置偏差，對上述進給軸馬達進行驅動， 上述攻螺紋加工裝置(I)使上述主軸馬達(21)與上述進給軸馬達(31)同步運轉來進行攻螺紋加工動作，其特徵在於，還具有 主軸反轉動作檢測部(34)，該主軸反轉動作檢測部(34)在攻螺紋加工時檢測上述主軸的反轉動作；以及 反轉修正量生成部(35),該反轉修正量生成部(35)在由上述主軸反轉動作檢測部(34)檢測到上述主軸的反轉動作時,生成提高上述進給軸的反轉動作的追隨性的反轉修正量， 在由上述主軸反轉動作檢測部(34)檢測到反轉動作時,將由上述反轉修正量生成部(35)生成的反轉修正量加到上述進給軸控制部(30)的速度控制循環的速度指令或者上述速度控制循環的積分器(41)中。
2.根據權利要求I所述的攻螺紋加工裝置，其特徵在於， 上述主軸反轉動作檢測部(34)在以下情況時檢測為上述主軸進行了反轉動作在預定的控制周期中所監視的上述主軸或上述主軸馬達(21)的實際移動量不為「O」且符號與上一次的實際移動量不同。
3.根據權利要求I或2所述的攻螺紋加工裝置，其特徵在於， 上述反轉修正量是在預定時間範圍內加上預定的值。
4.根據權利要求I或2所述的攻螺紋加工裝置，其特徵在於， 上述反轉修正量的初始值基於上述進給軸馬達剛要反轉之前的轉矩指令或上述積分器(41)來計算，上述反轉修正量與上述進給軸馬達(31)反轉後的轉矩指令、速度循環積分器、或者上述進給軸馬達的移動距離相應地減小。
5.根據權利要求I或2所述的攻螺紋加工裝置，其特徵在於， 上述反轉修正量與主軸和進給軸馬達(31)的同步誤差成比例。
全文摘要
本發明提供一種即使在不能將進給軸的增益設定得太大的情況下，也能夠降低主軸與進給軸的同步誤差的攻螺紋加工裝置。其具有主軸馬達、旋轉角度檢測部、進給軸馬達、位置檢測部及移動指令生成部，使主軸馬達與進給軸馬達同步運轉來進行攻螺紋加工動作，其特徵在於，還具有在攻螺紋加工時檢測主軸的反轉動作的主軸反轉檢測部(34)、以及在由主軸反轉檢測部(34)檢測到主軸的反轉動作時，生成提高進給軸的反轉動作的追隨性的反轉修正量的反轉修正量生成部(35)，在由主軸反轉檢測部檢測到反轉動作時，將由反轉修正量生成部(35)生成的反轉修正量加到進給軸控制部(30)的速度控制循環的速度指令或速度控制循環的積分器(41)中。
文檔編號B23G1/16GK102922059SQ20121027978
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月7日 優先權日2011年8月8日
發明者高山賢一, 置田肇 申請人:發那科株式會社