CN115315666A - 机床的控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种机床的控制装置，能够可靠地降低使齿轮啮合时的噪音，并且能够得到期望的加工质量。对具有至少一个齿表面的工件(W)进行加工的机床的控制装置(10)，具备：加工条件输入部(15)，其能够输入包含工件(W)的规格、工具(T)的规格、进给速度、主轴转速以及齿数中的至少一个的加工条件；表面图案计算部(16)，其基于加工条件，计算基于在加工表面产生的伤痕的间隔而规定的表面图案；摆动指令生成部(17)，其基于表面图案，生成成为具有伤痕的间隔成为不等间隔的部分的表面图案的摆动指令；以及位置速度控制部(14)，其基于由摆动指令生成部(17)生成的摆动指令，使工件(W)与工具(T)相对地摆动而进行加工。

Description

机床的控制装置

技术领域

本发明涉及机床的控制装置。

背景技术

在机械加工中，通过加工而产生的细微伤痕的集合体作为结果而形成加工面。例如在齿轮加工中，其细微伤痕的间隔通常为等间隔。然而，在使具有等间隔的伤痕的齿轮啮合的情况下，产生周期性的声音，导致驱动时的噪音。

因此，公开了以伤痕的间隔变得不规则的方式动态地改变进给速度的技术(例如，参照专利文献1)。根据该技术，能够降低使齿轮啮合时的噪音。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4824947号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1中，未公开用于使伤痕的间隔不规则的具体方法。因此，存在由于再现性困难而无法得到噪音降低效果的情况，且存在加工质量不稳定的可能性。

因此，期望能够可靠地降低使齿轮啮合时的噪音，并且能够得到期望的加工质量的机床的控制装置。

用于解决课题的手段

本公开的一个方式是一种对具有至少一个齿表面的工件进行加工的机床的控制装置，具备：加工条件输入部，其能够输入包含工件的规格、工具的规格、进给速度、主轴转速以及齿数中的至少一个的加工条件；表面图案计算部，其基于由所述加工条件输入部输入的加工条件，计算基于在加工表面产生的伤痕的间隔而规定的表面图案；摆动指令生成部，其基于由所述表面图案计算部计算出的表面图案，生成成为具有所述伤痕的间隔成为不等间隔的部分的表面图案的摆动指令；以及控制部，其基于由所述摆动指令生成部生成的摆动指令，使所述工件与所述工具相对地摆动而进行加工。

发明效果

根据本公开，能够提供一种能够可靠地降低使齿轮啮合时的噪音，并且能够得到所希望的加工质量的机床的控制装置。

附图说明

图1是表示本公开的一实施方式的机床的轴结构的图。

图2是本公开的一实施方式的机床的控制装置的功能框图。

图3是表示利用本公开的一实施方式的机床的控制装置进行的齿轮加工的原理的图。

图4是表示加工正齿轮的例子的图。

图5是表示加工斜齿轮的例子的图。

图6是表示本公开的一实施方式的机床的控制装置10的处理的步骤的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本公开的一个实施方式。

图1是表示本公开的一实施方式的机床的轴结构的图。本实施方式的机床对具有至少一个齿表面的工件进行加工，例如是图1所示的齿轮加工机1。作为齿轮加工机1，可以举出能够磨削齿轮的齿轮磨床或者能够切削齿轮的磨床(滚刀盘？)等。

如图1所示，本实施方式的机床的轴结构由相对于圆柱状的工件W为径向(工件径向)的进给轴即X轴、为切线方向(工件切线方向)的进给轴即Y轴、为轴向(工件轴向)的进给轴即Z轴、为绕X轴的旋转轴即A轴(工具倾斜轴)、为绕Y轴的旋转轴即B轴(工具旋转轴)、为绕Z轴的旋转轴即C轴(工件旋转轴)构成。为了向各轴方向的移动、绕各轴的旋转，在各轴设置有包含电动机的移动、旋转机构(未图示)。在该齿轮加工机1中，通过工件轴2使工件W进行C轴旋转，并且利用工具轴3使工具T进行B轴旋转，使工件W与工具T在各轴方向上相对地移动并进行磨削或切削加工。

图2是本公开的一实施方式的机床的控制装置10的功能框图。本实施方式的机床的控制装置10控制使工具T与工件W相对旋转的主轴的电动机，并且控制使工具T与工件W一边相对地摆动一边移动的进给轴的电动机30，从而执行磨削加工或切削加工。本实施方式的机床的控制装置10例如由具有CPU、存储器等的计算机构成。

如图2所示，本实施方式的机床的控制装置10具备加法器11、累加器12、加法器13、位置速度控制部14、加工条件输入部15、表面图案计算部16、摆动指令生成部17以及显示部18。

加法器11计算位置偏差。具体而言，加法器11计算基于进给轴的电动机30的编码器的位置检测的位置反馈与来自未图示的数值控制装置等的进给轴的位置指令之间的差分即位置偏差。

累加器12计算位置偏差的累加值。具体而言，累加器12通过对由所述加法器11计算出的位置偏差进行累加，计算位置偏差的累加值。

加法器13生成重叠指令。具体而言，加法器13对由所述累加器12计算出的位置偏差的累加值加上(重叠)由后述的摆动指令生成部17生成的摆动指令，由此生成重叠指令。或者，加法器13也可以将由摆动指令生成部17生成的摆动指令与移动指令(位置指令)相加。

更详细而言，加法器13将由后述的摆动指令生成部17生成的摆动指令与至少一个轴的位置指令或位置偏差(累加值)重叠。作为重叠摆动指令的轴，是与加工相关的机床的轴中的至少一个，具体而言，是从进给轴即X轴、Y轴、Z轴3个轴、工具旋转轴即B轴以及工件旋转轴即C轴共计5轴中选择的至少一个。若对工具倾斜轴即A轴重叠摆动指令，则工件W与工具T的槽彼此的啮合自身有可能变化，因此优选对除了A轴以外的其他5轴重叠摆动指令。

另外，在本实施方式中，也可以具备学习控制部(未图示)，该学习控制部基于所述位置偏差计算重叠指令的修正量，并将计算出的修正量与重叠指令相加，由此修正重叠指令。该学习控制部具有存储器，将能够定义某个周期的电动机30的理想位置与实际位置的偏差存储在存储器中，按照每个周期读出存储器中存储的偏差，由此计算用于使偏差接近0的修正量，将计算出的修正量重叠在重叠指令上进行修正。本实施方式的重叠指令虽然因包含摆动指令而容易产生位置偏差，但是通过该学习控制部的修正，提高对于周期性的摆动指令的追随性。

位置速度控制部14基于由所述加法器13生成的重叠指令，生成针对驱动进给轴的电动机30的转矩指令，根据生成的转矩指令控制电动机30。由此，一边使工件W和工具T相对地摆动一边进行齿轮加工。

另外，位置速度控制部14也可以对多个轴进行同步控制，以使工件W与工具T的相对的摆动的方向成为沿着齿痕(齿面)的方向。对此在后面详细叙述。

加工条件输入部15能够输入包含工件W的规格、工具T的规格、进给速度、主轴转速以及齿数中的至少一个的加工条件。在此，作为工件W的规格，例如可举出工件W的直径、工件W的材质等，作为工具T的规格，例如在砂轮的情况下可以举出条数等，在切削刃的情况下可以列举刃数等。齿数是齿轮的齿数。

表面图案计算部16基于由加工条件输入部15输入的加工条件，计算基于在加工表面产生的伤痕的间隔而规定的表面图案。在加工表面产生的伤痕是指在工具T与工件W接触时形成的划痕，通过该伤痕的间隔来规定表面图案。该伤痕的间隔根据由加工条件输入部15输入的加工条件来决定，该间隔恒定。即，在根据所输入的加工条件而加工的工件W的加工表面形成等间隔的伤痕。关于表面图案的计算方法，在后面详述。

摆动指令生成部17基于由表面图案计算部16计算出的表面图案，生成成为具有伤痕的间隔为不等间隔的部分的表面图案的摆动指令。具体而言，生成成为具有伤痕的间隔为不等间隔的部分的表面图案那样的摆动频率或摆动频率倍率的摆动指令。更详细而言，生成与成为等间隔的伤痕的主要原因的频率不同的摆动频率或摆动频率倍率的摆动指令。关于摆动振幅或摆动振幅倍率，没有特别限制，根据摆动频率或摆动频率倍率而生成。另外，具有伤痕的间隔为不等间隔的部分的表面图案不需要全部的伤痕的间隔为不等间隔，只要有一部分伤痕的间隔为不等间隔的部分即可。

在此，图3是表示本实施方式的机床的控制装置10的齿轮加工的原理的图。在图3中，与后述的图4同样地，示出了加工正齿轮的例子。工件W1通过工件轴2进行C轴旋转，并且工具T通过工具轴3进行B轴旋转，工件W1和工具T在Z轴方向(图3的上下方向)上相对地移动而进行磨削或切削加工。

在图3中，针对现有技术与本实施方式的齿轮加工分别示出了沿着齿痕的区域的放大图。如图3所示，在基于现有技术的位置指令的齿轮加工中，各路径中的工件W1与工具T的接触点CT的间隔，换言之伤痕的间隔恒定，全部为等间隔。与此相对，在本实施方式的基于重叠指令的齿轮加工中，各路径中的工件W1与工具T的接触点CT的间隔，即伤痕的间隔为不等。

这样，通过将伤痕的间隔设为不等间隔，使齿轮彼此啮合时产生的噪音的频谱的峰值降低、分散，其结果是噪音降低。另外，通过重叠摆动指令，使伤痕的间隔错开而成为不等间隔，因此能够使伤痕的间隔设为期望的规则的不等间隔。

另外，摆动指令生成部17还可以基于由用户输入的具有伤痕的间隔为不等间隔的部分的目标表面图案，生成成为具有伤痕的间隔为不等间隔的部分的表面图案的摆动指令。由此，能够更可靠地得到用户期望的不等间隔的表面图案。

返回图2，显示部18能够显示由加工条件输入部15输入的加工条件、由用户输入的目标表面图案的图像、目标表面图案的参数、由表面图案计算部16算出的表面图案的图像、以及基于重叠指令加工时的表面图案的图像中的至少一个。由此，用户能够通过显示部18的显示，在视觉上确认加工条件、不等间隔的目标表面图案图像、参数、计算出的等间隔的表面图案图像、基于重叠指令进行加工时的不等间隔的表面图案图像。

接着，参照图4详细说明由表面图案计算部16进行的表面图案(伤痕的间隔)的计算方法和将伤痕的间隔设为不等间隔的方法。在此，图4是表示加工正齿轮的例子的图。在图4中，F表示加工方向，工件W1和工具T在工件W1的工件轴方向即Z轴方向(图4的上下方向)上相对地移动。

在图4中，示出着眼于工件W1的某一个齿痕时的本次路径中的工具接触点CT。若设磨削/切削速度为V[mm/min]、工件旋转速度为S[rpm]，则该本次路径的工具接触点CT与下次路径中的工具接触点CT的间隔d[mm]由以下的式(1)表示。即，相邻的工具接触点CT彼此的间隔d，换言之伤痕的间隔d由磨削/切削速度V和工件旋转速度S来决定，是恒定的。

[数学式1]

因此，在本实施方式中，为了使伤痕的间隔d不等间隔，如以下的式(2)所示那样重叠摆动指令Vo。

[数学式2]

在此，例如，若假设摆动指令Vo为正弦波V(t)＝Asin(ωt)，工件W从加工开始时到第n旋转为止的所需时间设为t(n)，则伤痕的间隔d的变化量Δd由以下的式(3)表示。

[数学式3]

可知工件W从加工开始时到第n旋转为止的所需时间t(n)根据工件转速来求出，因此根据所述式(3)，能够通过A、ω来控制Δd。这意味着能够通过摆动指令Vo来控制伤痕的间隔d。用于使伤痕的间隔d为不等间隔的ω是从与工件转速不同步的频率组选择的。这是因为，在与工件转速同步的频率组(也包含工件转速的整数倍)中，从所述的式(3)可知，cos分量成为0，Δd成为0，因此无法使伤痕的间隔d为不等间隔。

此外，在所述的说明中，以Z轴方向的摆动为例进行了说明，但其他的轴向的摆动也能够同样地进行说明。

接着，参照图5详细说明通过位置速度控制部14同步控制多个轴使得工件W与工具T的相对摆动的方向成为沿着齿痕(齿面)的方向(Z轴方向)的结构。在此，图5是表示加工斜齿轮的例子的图。

在图5中，示出着眼于工件W2的某一个齿痕时的本次路径中的工具接触点CT。如图5所示，工件W2的齿痕相对于工件旋转轴(Z轴方向)倾斜。为了加工这种斜齿轮(螺旋齿轮：helical gear)，需要使工具T不仅在Z轴方向上动作，还在Y轴方向上动作。即，如果仅使Z轴方向摆动，则加工形状变形，因此为了防止该情况，需要使多个轴摆动。因此，在加工这种斜齿轮的情况下，优选通过位置速度控制部14同步控制多个轴并使其摆动。

接着，参照图6对本实施方式的机床的控制装置10的处理的顺序进行说明。在此，图6是表示本实施方式的机床的控制装置10的处理的步骤的流程图。

首先，在步骤S1中，用户通过加工条件输入部15输入加工条件。在输入后，转移到步骤S2。

在步骤S2中，基于在步骤S1中输入的加工条件，由表面图案计算部16计算基于在加工表面产生的伤痕的间隔而规定的表面图案。具体而言，通过所述的式(1)，计算伤痕的间隔。在计算后，转移到步骤S3。

在步骤S3中，基于在步骤S2中计算出的表面图案，生成摆动指令。具体而言，通过所述的式(2)及(3)，生成成为所希望的表面图案(伤痕的间隔)的摆动指令Vo。在生成后，转移到步骤S4。

在步骤S4中，通过将在步骤S3中生成的摆动指令与位置指令或位置偏差重叠，生成重叠指令。在生成后，转移到步骤S5。

在步骤S5中，基于在步骤S4中生成的重叠指令，对电动机30进行位置速度控制，结束本处理。

根据本实施方式，达到以下的效果。

在本实施方式中，设置有：加工条件输入部15，其能够输入包含工件W的规格、工具T的规格、进给速度、主轴转速以及齿数中的至少一个的加工条件；表面图案计算部16，其基于由加工条件输入部15输入的加工条件，计算基于在加工表面产生的伤痕的间隔而规定的表面图案；摆动指令生成部17，其基于由表面图案计算部16计算出的表面图案，生成成为具有伤痕的间隔为不等间隔的部分的表面图案的摆动指令；以及位置速度控制部14，其基于由摆动指令生成部17生成的摆动指令，使工件W和工具T相对地摆动而进行加工。

由此，能够使在加工表面产生的伤痕的间隔为不等间隔，因此能够降低并分散使齿轮彼此啮合时产生的噪音的频谱的峰值，其结果是，能够抑制周期性的声音的产生，能够降低噪音。另外，通过重叠摆动指令，能够使伤痕的间隔错开而成为不等间隔，因此能够使伤痕的间隔为期望的规则的不等间隔，而且能够再现性良好地得到期望的加工质量。

另外，在本实施方式中，设置了将摆动指令与使工件W和工具T相对移动的移动指令或位置偏差重叠的加法器13。

由此，能够更可靠地得到所述的效果。

另外，在本实施方式中，还构成为基于由用户输入的具有伤痕的间隔为不等间隔的部分的目标表面图案，生成成为具有伤痕的间隔为不等间隔的部分的表面图案的摆动指令。

由此，能够可靠地降低使齿轮啮合时的噪音，并且能够得到用户期望的加工质量。

另外，在本实施方式中，成为将重叠摆动指令的轴设为进给轴、工具旋转轴以及工件旋转轴中的至少一个轴的结构。

由此，通过对从进给轴即X轴、Y轴、Z轴这3个轴、工具旋转轴即B轴以及工件旋转轴即C轴共计5个轴中选择的至少一个轴重叠摆动指令，能够避免如在对工具倾斜轴即A轴重叠摆动指令的情况那样工件W与工具T的槽彼此的啮合自身发生变化。

另外，在本实施方式中，构成为对多个轴进行同步控制以使工件W与工具T的相对的摆动方向成为沿着齿痕的方向。

由此，例如在对齿痕相对于工件旋转轴(Z轴方向)倾斜的斜齿轮进行加工的情况下，不仅在Z轴方向上摆动动作，而且在Y轴方向上也进行摆动动作，由此能够防止在仅使Z轴方向摆动时加工形状变形。

另外，在本实施方式中，构成为还设置学习控制部，该学习控制部基于位置偏差计算重叠指令的修正量，并通过将计算出的修正量与重叠指令相加来修正重叠指令。

由此，提高对于周期性的摆动指令的追随性，其结果能够更可靠地发挥所述的效果，并且能够进一步提高加工质量。

另外，在本实施方式中，构成为还设置显示部18，该显示部18能够显示由加工条件输入部15输入的加工条件、由用户输入的目标表面图案的图像、目标表面图案的参数、由表面图案计算部16计算出的表面图案的图像以及基于重叠指令进行加工时的表面图案的图像中的至少一个。

由此，用户能够通过显示部18的显示，在视觉上确认加工条件、不等间隔的目标表面图案图像和参数、计算出的等间隔的表面图案图像、基于重叠指令进行加工时的不等间隔的表面图案图像。

另外，本发明并不限定于所述实施方式，在能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良也包含在本发明中。

附图标记的说明

1 齿轮加工机(机床)

2 工件轴

3 工具轴

10 机床的控制装置

11 加法器

12 累加器

13 加法器

14 位置速度控制部(控制部)

15 加工条件输入部 16表面图案计算部 17摆动指令生成部 18显示部 30电动机CT 工具接触点T 工具W工件。

Claims (7)

1.一种机床的控制装置，该机床对具有至少一个齿表面的工件进行加工，其特征在于，

该机床的控制装置具备：

加工条件输入部，其能够输入包含所述工件的规格、工具的规格、进给速度、主轴转速以及齿数中的至少一个的加工条件；

表面图案计算部，其基于由所述加工条件输入部输入的加工条件，计算基于在加工表面产生的伤痕的间隔而规定的表面图案；

摆动指令生成部，其基于由所述表面图案计算部计算出的表面图案，生成成为具有所述伤痕的间隔成为不等间隔的部分的表面图案的摆动指令；以及

控制部，其基于由所述摆动指令生成部生成的摆动指令，使所述工件与所述工具相对地摆动而进行加工。

2.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其特征在于，

该机床的控制装置还具备加法器，该加法器将所述摆动指令与使所述工件和所述工具相对移动的移动指令或位置偏差重叠来生成重叠指令。

3.根据权利要求2所述的机床的控制装置，其特征在于，

该机床的控制装置还具备学习控制部，该学习控制部基于位置偏差来计算所述重叠指令的修正量，并将计算出的修正量与所述重叠指令相加来修正所述重叠指令。

4.根据权利要求2或3所述的机床的控制装置，其特征在于，

重叠所述摆动指令的轴是进给轴、工具旋转轴以及工件旋转轴中的至少一个轴。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的机床的控制装置，其特征在于，

该机床的控制装置还具备显示部，该显示部能够显示由所述加工条件输入部输入的加工条件、由用户输入的目标表面图案的图像、所述目标表面图案的参数、由所述表面图案计算部计算出的表面图案的图像以及基于所述重叠指令进行加工时的表面图案的图像中的至少一个。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机床的控制装置，其特征在于，

所述摆动指令生成部还基于由用户输入的具有所述伤痕的间隔为不等间隔的部分的目标表面图案，生成成为具有所述伤痕的间隔成为不等间隔的部分的表面图案的摆动指令。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的机床的控制装置，其特征在于，

所述控制部对多个轴进行同步控制，以使所述工件与所述工具的相对摆动的方向成为沿着齿痕的方向。

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