專利名稱：數(shù)字控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制加工工具的數(shù)字控制器，其使工件和加工該工件的工具同步，特別是涉及一種適合于精加工齒輪的數(shù)字控制器。
背景技術(shù)：
在同步控制加工中，其中當(dāng)工件和工具被同步控制時，采用齒輪加工的工具對工件進(jìn)行加工。當(dāng)在同步控制過程中切削深度改變時，其執(zhí)行如下在工具軸和工件軸的相位調(diào)節(jié)完成后，該工具軸和工件軸相互靠近(逼近動作)。在逼近動作完成后，通過手工操作或者PC(可編程控制器可編程控制器)將切削深度提供給工件軸，使得該工具軸的相位和工件軸的相位根據(jù)該給定的切削深度而移動。此外，實際加工轉(zhuǎn)到下一階段(下次切削)完全依賴于加工時間，而不管實際加工量。
通常，在相位調(diào)節(jié)完成后，用于使該工具軸和工件軸相互靠近的指令(逼近指令)由外部給定，并且，在該工件軸靠近工具軸在一加工距離后(也就是，逼近動作完成)，切削深度作為外部指令而給定。這樣會費時間。
當(dāng)由手工操作給定切削深度時，操作者需要在每個加工階段都手工地給出切削深度。這使得加工時間變長，同時，不精確的人工操作或者類似操作可能產(chǎn)生誤差。
此外，不能準(zhǔn)確地判斷齒輪加工的完成。因此，對當(dāng)前的加工是否完成的判斷，依賴于該加工是否持續(xù)一段預(yù)定的時間。這意味著，在加工實際完成后無用的加工仍在繼續(xù)，這同樣使得加工時間變長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種數(shù)字控制器，其通過同時執(zhí)行逼近動作和相位調(diào)節(jié)動作縮短加工時間，同時也通過精確判斷加工的完成而縮短加工時間。
本發(fā)明的數(shù)字控制器，其用于根據(jù)加工程序控制其上安裝有粗加工齒輪工件的工件軸和其上安裝有用于精加工工件的切削工具的工具軸，以采用該切削工具執(zhí)行該工件的精加工。該數(shù)字控制器包括同步控制裝置，其用于對工具軸和工件軸的同步旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制；相位調(diào)節(jié)控制裝置，其用于在該工具軸和工件軸的同步旋轉(zhuǎn)中調(diào)節(jié)工具軸和工件軸的旋轉(zhuǎn)相位；逼近控制裝置，其用于根據(jù)一個所指定的動作量或者一個所指定的相對位置控制逼近動作，該逼近動作移動工件軸和工具軸，使它們相互靠近以獲得進(jìn)行精加工的相對位置；啟動裝置，其用于啟動所述的相位調(diào)節(jié)控制裝置和所述的逼近控制裝置以同時執(zhí)行相位調(diào)節(jié)和逼近動作；暫停裝置，當(dāng)逼近動作進(jìn)行到接近極限距離之前而相位調(diào)節(jié)沒有完成時，其用以暫停逼近動作，在該極限距離內(nèi)，工件和切割工具相互之間沒有干擾；在相位調(diào)節(jié)完成時繼續(xù)該逼近動作的裝置；移動設(shè)備，其用于在逼近動作完成后，將該工具軸的旋轉(zhuǎn)相位相對于工件軸的旋轉(zhuǎn)相位移動一相位移動量，以提供精加工切削深度，該相位移動量是在加工程序中指定的。
該數(shù)字控制器進(jìn)一步包括探測設(shè)備，用于探測在精加工過程中作用在工具軸和工件軸上的切削量；以及終止設(shè)備，用于當(dāng)探測到的切削量變成等于或者小于一預(yù)定值時，終止精加工。
由于上述構(gòu)造，該相位調(diào)節(jié)和逼近動作同時和并行執(zhí)行，因此減少了加工時間。此外，由于自動探測加工的完成，消除不經(jīng)濟(jì)的、無用的加工時間，因此減少了加工時間。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的數(shù)字控制器的框圖；圖2是顯示該實施例中齒輪加工的一例圖；圖3是解釋相位移動量的示意圖；圖4解釋逼近量和接近極限距離的示意圖；圖5是本實施例中表示同步控制加工過程的流程圖；圖6是表示本實施例中同步控制加工過程的流程圖的順序部分。
具體實施例方式
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的數(shù)字控制器的相關(guān)部件的框圖。CPU11是一處理器，其總體上控制該數(shù)字控制器10。該CPU11通過總線19讀取儲存在ROM12中的系統(tǒng)程序，并根據(jù)該系統(tǒng)程序總體上控制該數(shù)字控制器10。在RAM中儲存有臨時的計算數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)以及操作者采用顯示/人工數(shù)據(jù)輸入單元20輸入的各種數(shù)據(jù)。該顯示/人工數(shù)據(jù)輸入單元20包括一諸如CRT顯示器和液晶顯示器的顯示器以及一諸如鍵盤的人工輸入裝置。CMOS存儲器14是由電池(圖未示)備份的非易失性存儲器，以保持儲存的數(shù)據(jù)，即使在提供到數(shù)字控制器10上的電源關(guān)閉時。在該CMOS存儲器14中儲存有通過界面15讀取的加工程序，以及采用該顯示/人工數(shù)據(jù)輸入單元20輸入的加工程序，等等。
通過該界面15，外部設(shè)備可以連接至該數(shù)字控制器10。PC(可編程控制器可編程控制器)16其根據(jù)儲存在數(shù)字控制器10中的序列程序，通過I/O單元17發(fā)送信號到用于加工工具的輔助設(shè)備上，以控制加工工具。該PC同時接收來自數(shù)字控制器所控制的加工工具主體上所提供的操作面板上的各種開關(guān)及其類似物的信號。該PC對這些信號進(jìn)行必要的信號處理，并將它們發(fā)送到CPU11。
本實施例具有用于饋送軸的伺服電動機(jī)50，51，52，以在彼此垂直的X軸方向，Y軸方向以及Z軸方向上移動工件，以及伺服電動機(jī)53用于工件軸，以旋轉(zhuǎn)該工件。用于驅(qū)動控制這些伺服電動機(jī)的軸控制電路30至33中每一個其接收來自CPU11的、與它關(guān)聯(lián)的軸的動作量指令，并饋送與它關(guān)聯(lián)的軸的指令到伺服放大器40至43中的一個與它關(guān)聯(lián)的伺服放大器。接收到該指令后，伺服放大器40-43中的每一個伺服放大器控制與軸關(guān)聯(lián)的伺服電動機(jī)50-53中與它關(guān)聯(lián)一個伺服電動機(jī)。本發(fā)明中值得注意的是，該用于驅(qū)動工件軸旋轉(zhuǎn)的軸控制電路33具有一當(dāng)前位置儲存計數(shù)器，該當(dāng)前位置儲存計數(shù)器儲存工件軸的旋轉(zhuǎn)位置。該當(dāng)前位置儲存計數(shù)器收集指令的動作量，當(dāng)收集的動作量達(dá)到相應(yīng)于工件軸的旋轉(zhuǎn)值時，其重新設(shè)置為“0”。當(dāng)工件軸位于初始位置時，該當(dāng)前位置儲存計數(shù)器預(yù)先重新設(shè)置，這叫做初始-重新設(shè)置。該伺服電動機(jī)50至53中每一個伺服電動機(jī)包括一位置-速度探測器，該位置-速度探測器將位置反饋信號和速度反饋信號饋送到軸控制電路30至33中與它關(guān)聯(lián)的一個軸控制電路上，以執(zhí)行位置-速度反饋控制。在圖1中省略了該位置-速度反饋。
轉(zhuǎn)軸控制電路60接收轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)指令，并發(fā)送轉(zhuǎn)軸速度信號到轉(zhuǎn)軸放大器61。接收該轉(zhuǎn)軸速度信號后，轉(zhuǎn)軸放大器61使轉(zhuǎn)軸電動機(jī)62以該轉(zhuǎn)軸速度信號給定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。位置編碼器63將一反饋脈沖反饋到與轉(zhuǎn)軸電動機(jī)62轉(zhuǎn)動同步的轉(zhuǎn)軸控制電路60，以執(zhí)行速度控制。同驅(qū)動控制工件軸的軸控制電路33一樣，轉(zhuǎn)軸控制電路60具有一當(dāng)前位置儲存計數(shù)器，以儲存轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)位置。當(dāng)轉(zhuǎn)軸位于初始位置時，該當(dāng)前位置儲存計數(shù)器重新設(shè)置為“0”，這叫做初始-重新設(shè)置。在位置控制模式下，當(dāng)每次轉(zhuǎn)軸的指令的動作量達(dá)到相應(yīng)于轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)值時，該當(dāng)前位置儲存計數(shù)器重新設(shè)置為“0”。因此，轉(zhuǎn)軸的當(dāng)前位置儲存在該計數(shù)器中。
圖2給出本發(fā)明中的一個例子，其中一粗加工的齒輪被精加工。在該實施例中，轉(zhuǎn)軸是一工具軸。用于齒輪精加工的工具2固定在該工具軸上，其由轉(zhuǎn)軸電動機(jī)62驅(qū)動。由伺服電動機(jī)53驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸是工件軸。工件1固定在工件軸上。工件1被粗加工并具有齒輪的形狀。通過調(diào)節(jié)該工具軸和工件軸的相位，工件(粗加工齒輪)1可以固定在該切削工具的齒隙中。通過移動相位，切削深度被確定，同時工件與該工具的配合方式也被改變。然后，通過同時旋轉(zhuǎn)工具軸和工件軸加工工件1。在圖2中，標(biāo)號53a表示位置/速度探測器，用于探測旋轉(zhuǎn)位置和伺服電動機(jī)53的旋轉(zhuǎn)速度，以探測工件軸的旋轉(zhuǎn)位置和速度。
圖3和圖4說明了有關(guān)本發(fā)明的相位移動量Fs，逼近量AP，以及接近極限距離Lt。
如圖4所示，該逼近量AP是一動作量，該動作量要求來使工具軸和工件軸處于執(zhí)行常規(guī)加工的位置關(guān)系。在圖4中，當(dāng)工件1通過根據(jù)逼近量AP執(zhí)行逼近動作而移動時，或者換句話說，當(dāng)逼近動作完成時，工件1，也就是粗加工齒輪裝配在工具2的齒隙中。假定R1是粗加工齒輪即工件1齒的圓周連接邊緣的半徑，R2是工具2齒的圓周連接邊緣的半徑，以及H是工件1齒的高度。當(dāng)該逼近動作完成時，工具軸和工件軸之間的距離為(R1+R2-H)。
該接近極限距離Lt是動作量界限，其確保工件1和工具2之間不發(fā)生干涉。換句話說，該接近極限距離Lt是逼近動作的距離，該距離為當(dāng)逼近動作進(jìn)行到工件齒的邊緣剛好和工具齒的邊緣相互接觸之前的距離，如圖4所示。因此，當(dāng)逼近動作進(jìn)行到該接近極限距離Lt時，工具軸和工件軸之間的距離為(R1+R2)。
該相位移動量Fs給出加工切削深度。特別地，該相位移動量Fs是一個與切削深度相關(guān)的量，通過該量，工件1根據(jù)該位置關(guān)系相對于工具2旋轉(zhuǎn)。在該位置關(guān)系中，工件軸和工具軸的相位被調(diào)節(jié)，即，工件1的齒裝配在工件2的齒隙中。換句話說，該相位移動量Fs是一個量，通過該量，工件1的相位相對于工具2的相位移動。圖3是說明該相位移動量Fs的示意圖。圖3顯示一個位置關(guān)系，其為工件1相對于工具2根據(jù)該相位被調(diào)節(jié)的位置關(guān)系移動相位移動量Fs之后的位置關(guān)系。實際上，在工件1相對工具2移動相位移動量Fs的狀況下，工件1的齒裝配在工具2的齒隙中。
圖5和圖6是顯示齒輪精加工處理的流程圖。
數(shù)字控制器10的處理器11從一加工程序中讀取一信息塊，并判斷在信息塊中的指令是否是一個同步啟動指令(步驟100)。如果不是，處理器11則不執(zhí)行如圖5和圖6中所示的過程，而根據(jù)該信息塊中的指令執(zhí)行未示出的其他過程。
如果該指令是一個同步啟動指令，處理器11則讀取該同步啟動指令所給出的逼近量Ap，相位移動量Fs以及接近極限量Lt。值得注意的是，在同步啟動指令給出之前，工件軸(工件1)位于與工具軸(工具)相關(guān)的預(yù)定位置關(guān)系，如圖4所示。
該轉(zhuǎn)軸切換到位置控制模式，一動作指令給到用于工件軸的軸控制電路33，以使工件軸的旋轉(zhuǎn)速度等于轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度(工具軸)。用于工件軸的伺服電動機(jī)53被驅(qū)動，并且啟動同步控制(步驟101)。
然后，獲得機(jī)械位置，即工具軸(轉(zhuǎn)軸的軸)的旋轉(zhuǎn)位置。從當(dāng)前位置儲存計數(shù)器中讀取旋轉(zhuǎn)位置，也就是指令工具軸(轉(zhuǎn)軸的軸)的機(jī)械位置。此外，從用于儲存位置偏移的誤差寄存器中讀取工具軸的位置偏移。該位置偏移為該指令位置和在位置環(huán)控制中的實際位置之差。進(jìn)一步，從加速/減速控制部分讀取工具指令延時，即工具軸相對于指令位置的因加速/減速控制等引起延遲。通過從讀取的當(dāng)前機(jī)械位置中減去工具軸位置偏移和工具軸指令延遲，可以獲得工具軸(轉(zhuǎn)軸的軸)的實際機(jī)械位置，即工具軸的實際旋轉(zhuǎn)位置(步驟102)。
同樣地，從當(dāng)前位置儲存計數(shù)器中讀取工件軸的當(dāng)前機(jī)械位置，該當(dāng)前位置儲存計數(shù)器儲存所指令為工件軸(伺服軸)的指定的機(jī)械位置(旋轉(zhuǎn)位置)。此外，從儲存工件軸的位置偏移的誤差寄存器中讀取工件軸的位置偏移，并從加速/減速控制部分中讀取工件軸指令延遲，該工件軸指令延遲是由于加速/減速控制或者類似控制引起的。通過從當(dāng)前機(jī)械位置中減去工件軸位置偏移和工件軸指令延遲，可以獲得工件軸(伺服軸)的實際機(jī)械位置，即工件軸的實際旋轉(zhuǎn)位置(步驟103)。
通過從這樣獲得的工具軸的機(jī)械位置減去這樣獲得的工件軸的機(jī)械位置，從而獲得工具軸和工件軸之間的相位差(步驟104)。
然后，啟動工件軸和工具軸的相位調(diào)節(jié)動作，并啟動逼近動作(步驟105)。在相位調(diào)節(jié)動作中，動作量提供給用于工件軸的軸控制電路33，該動作量比工具軸(轉(zhuǎn)軸)的給定動作量小于或者大于相應(yīng)于相位差的量。因此，用于工件軸的伺服電動機(jī)53被驅(qū)動而獲得工件軸和工具軸的相位調(diào)節(jié)。在逼近動作中，驅(qū)動伺服電動機(jī)50-52，以使工件1(工件軸)根據(jù)步驟100中讀取的逼近量Ap而移動，其中，該驅(qū)動伺服電動機(jī)50-52用于在X軸方向，Y軸方向和Z軸方向上移動工件1(工件軸)。
然后，判斷逼近動作是否進(jìn)行到步驟100中讀取的接近極限距離Lt(步驟106)。該逼近動作和相位調(diào)節(jié)動作繼續(xù)進(jìn)行，直到逼近動作進(jìn)行到接近極限距離Lt。
當(dāng)逼近動作進(jìn)行到接近極限距離Lt時，判斷相位調(diào)節(jié)是否已經(jīng)完成(步驟107)。換句話說，就是判斷工件軸是否相對工具軸移動(旋轉(zhuǎn))了所獲得的相應(yīng)于相位差(圖中104)的量。如果相位調(diào)節(jié)已經(jīng)完成，則執(zhí)行步驟111。如果相位調(diào)節(jié)沒有完成，則中斷逼近動作(步驟108)。這是因為如果繼續(xù)進(jìn)行逼近動作，將使工件軸和工具軸通過超過該接近極限距離Lt而相互更接近，則工件1和工具2之間相互干擾。中斷逼近動作直至相位調(diào)節(jié)完成時(步驟109)。
在相位調(diào)節(jié)完成后，重新啟動逼近動作(步驟110)。直到逼近動作完成才執(zhí)行下一步驟(步驟111)。由于調(diào)節(jié)工件軸和工具軸相位，工件1和工具2嚙合，也就是工件1的齒裝配在工具2的齒隙中。當(dāng)逼近動作完成后，工件軸按照步驟100中讀取的相位移動量而旋轉(zhuǎn)，因此，工件1的相位相對工具2的相位移動。據(jù)此提供了切削深度，工具2根據(jù)該切削深度在工件1上執(zhí)行齒輪精加工(步驟112)。
在齒輪精加工過程中，處理器11探測作用于工具軸和工件軸上的切削量(步驟113)，并判斷該切削量是否等于或者小于一預(yù)定值(步驟114)。該切削量可以通過探測流經(jīng)用于驅(qū)動該工具軸的轉(zhuǎn)軸電動機(jī)62的驅(qū)動電流而探測到，或者通過探測流經(jīng)用于驅(qū)動工件軸的伺服電動機(jī)53的驅(qū)動電流而探測到。可選擇的，該切削量可以采用已知的擾動估計觀察器來估計，該擾動估計觀察器固定在轉(zhuǎn)軸控制電路60或者軸控制電路33中。
當(dāng)工具2加工工件1的時候，該切削量處于某一水平或者更高水平。然而，當(dāng)在工件1上的齒輪加工完成的時候，該切削量不再施加在工具2和工件1上，因此施加在工具軸和工件軸的量(驅(qū)動電流值或者估計擾動值)為某一值或者更低。通過發(fā)現(xiàn)該量為某一值或者更低，加工的完成可以自動探測到，中止在工件1上的齒輪精加工。
如上所述，在本實施例中，逼近動作和相位調(diào)節(jié)動作同時啟動且同時執(zhí)行。當(dāng)逼近動作進(jìn)行到該接近極限距離Lt時，如果相位調(diào)節(jié)沒有完成，則逼近動作直到相位調(diào)節(jié)完成才中斷。其中，超過該接近極限距離Lt時，工具和工件將相互干涉。當(dāng)逼近動作進(jìn)行到該接近極限距離Lt時，如果相位調(diào)節(jié)已經(jīng)完成，則逼近動作將繼續(xù)進(jìn)行而不會中斷。當(dāng)相位調(diào)節(jié)和逼近動作都已完成，則給出相位移動量以給出切削深度，并開始加工。一直監(jiān)視切削量直至精加工完成。加工的完成可以通過發(fā)現(xiàn)被監(jiān)控的切削量變成某一值或者更低而自動探測到。
由于逼近動作和相位調(diào)節(jié)動作同時執(zhí)行，則加工時間將減少。此外，由于加工的完成可以自動探測，則可以更精確地判斷加工的完成，并消除在加工完成后的不經(jīng)濟(jì)的動作，因此可以減少加工時間。
雖然以上描述的實施例是齒輪加工的一個例子，但是本發(fā)明可以提供到不同于該齒輪加工的同時執(zhí)行逼近動作和相位調(diào)節(jié)動作以減少加工時間的同步控制加工上。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字控制器，其用于根據(jù)加工程序控制其上安裝粗加工齒輪工件的工件軸和其上安裝用于對該工件進(jìn)行精加工的切割工具的工具軸，以采用該切削工具執(zhí)行該工件的精加工，所述數(shù)字控制器包括同步控制裝置，其用于對工具軸和工件軸的同步旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制；相位調(diào)節(jié)控制裝置，其用于在該工具軸和工件軸的同步旋轉(zhuǎn)中調(diào)節(jié)工具軸和工件軸的旋轉(zhuǎn)相位；逼近控制裝置，其用于根據(jù)一個所指定的動作量或者一個所指定的相對位置控制逼近動作，該逼近動作移動工件軸和工具軸，使它們相互靠近以獲得進(jìn)行精加工的相對位置；啟動裝置，其用于啟動所述的相位調(diào)節(jié)控制裝置和所述的逼近控制裝置以同時執(zhí)行相位調(diào)節(jié)和逼近動作；暫停裝置，當(dāng)逼近動作進(jìn)行到接近極限距離之前而相位調(diào)節(jié)沒有完成時，其用以暫停逼近動作，在該極限距離內(nèi)，工件和切割工具相互之間沒有干擾；在相位調(diào)節(jié)完成時繼續(xù)該逼近動作的裝置；移動設(shè)備，其用于在逼近動作完成后，將該工具軸的旋轉(zhuǎn)相位相對于工件軸的旋轉(zhuǎn)相位移動一相位移動量，以提供精加工切削深度，該相位移動量是在加工程序中指定的。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制器，其進(jìn)一步包括探測設(shè)備，用于探測在精加工過程中作用在工具軸和工件軸上的切削量；以及終止設(shè)備，用于當(dāng)探測到的切削量變成等于或者小于一預(yù)定值時，終止精加工。
全文摘要
一種數(shù)字控制器，其經(jīng)過粗加工成齒輪形狀的工件和工具同步旋轉(zhuǎn)，確保該工件和工具不相互干擾地接近極限距離Lt，使二者為一位置關(guān)系以執(zhí)行常規(guī)的齒輪加工(條件是該工件與工具相嚙合)的逼近量Ap，以及相應(yīng)于切削深度的相位移動量被作為指令而給定。在逼近動作的同時，執(zhí)行相位調(diào)節(jié)動作。當(dāng)逼近動作進(jìn)行到接近極限距離Lt時，如果相位調(diào)節(jié)完成，則逼近動作將繼續(xù)進(jìn)行而不中斷。否則，逼近動作中斷，并在相位調(diào)節(jié)完成后重新啟動。在逼近動作完成后，執(zhí)行相位移動以給出一切削深度并執(zhí)行加工。當(dāng)切削量變成某一值或者更小，則判斷該加工完成。由于逼近動作和相位調(diào)節(jié)同時執(zhí)行且可以自動判斷加工的完成，因此可以減少加工時間。
文檔編號B23F23/12GK1603989SQ20041008114
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月3日
發(fā)明者遠(yuǎn)藤貴彥, 山室幸二 申請人:發(fā)那科株式會社