DE3811183C2

DE3811183C2 - Gewindeschneidmaschine

Info

Publication number: DE3811183C2
Application number: DE3811183A
Authority: DE
Inventors: Koichi Asakura; Makoto Demura; Takenori Matsumoto
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2008-04-01
Also published as: KR880010854A; KR930001093B1; US4879660A; DE3811183A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gewindeschneidmaschine (einschließlich einer typi schen Innengewindeschneidmaschine, welche selbst beim Hochgeschwindigkeits- Gewindeschneiden präzise arbeiten kann) gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8 und wie sie aus DE 36 21 676 A1 bekannt ist.

Nach dem Stand der Technik wurde das Gewindeschneiden in einer Gewindeschneidmaschine, welche mit einer numerischen Steuereinrichtung (NC) versehen ist, so durchgeführt, daß ein Gewindeschneidwerkzeug (oder Innengewindeschneidwerkzeug), beispielsweise ein Gewindebohrer, zugeführt und gedreht wurde in Übereinstimmung mit der Steigung des herzustellenden Ge windes auf der Grundlage von Befehlen von der NC-Vorrichtung. Ein Vorschubmotor für den Vorschub des Gewindeschneidwerk zeugs und ein Spindelmotor für dessen Drehung wurden unab hängig voneinander durch Servosysteme gesteuert, es wurden daher beide Motoren ohne gegenseitige Beziehung gesteuert. Die Diskrepanz zwischen dem Vorschub und der Drehung des Werkzeugs, die durch eine Drehung in Gegenrichtung des Spindel motors hervorgerufen werden kann, wird durch die mechanische Ausdehnung und Zusammenziehung eines Überlaufbohrers kompen siert, welcher zwischen dem Innengewindeschneidwerkzeug und der Spindel angeordnet ist. Bei einem solchen Steuerverfahren treten beispielsweise derartige Probleme auf, daß die Bear beitungsgeschwindigkeit beim Gewindeschneiden durch die Lei stung des verwendeten Überlaufbohrers begrenzt ist, und daß die Genauigkeit des beim Gewindeschneiden hergestellten Ge windes durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des Überlauf bohrers verringert wird.

Zur Überwindung dieser Probleme oder Nachteile ist nach dem Stand der Technik beispiels weise in der JP-56-33249 A (≘ EP-0025652 B1) vorgeschlagen worden, den aktuellen Betrag der Drehung der Spindel festzustellen und den Vorschubmotor in Übereinstimmung mit dem festgestellten Betrag der Drehung anzutreiben, und gemäß der JP 60-155319, den aktuellen Vorschubbetrag, also die Vorschubrate, der Spindel festzustellen und den Drehmotor in Ü bereinstimmung mit dem festgestellten Betrag des Vorschubs anzutreiben. Diese bekannten Veröffentlichungen beschreiben daher Steuereinrichtungen, bei welchen der Vorschubmotor und der Drehmotor in synchroner Betriebsweise angetrieben werden, und durch die Steuer einrichtung kann eine hohe synchrone Genauigkeit zwischen dem Vorschubmotor und dem Drehmotor erreicht werden, so dass das Gewindeschneiden gewöhnlich ohne Verwendung eines Überlaufbohrers erfolgen kann.

Bei der aus der eingangs erwähnten DE 36 21 676 A1 bekannten Gewindeschneidmaschine, von der die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche ausgehen, wird die Drehung der Spindel auf der Grundlage der Zustellgröße eines Werkzeughalters gesteuert. Hierfür wird die Zustellgröße des Werkzeughalters als Solldaten (Eingabedaten) verwendet. Weil der vorgegebene Wert verwendet wird, kann keine korrekte Drehstellungssteuerung der Spindel ausgeführt werden, und zwar insbesondere in der Beginnphase der Zustellung. Dementsprechend kann eine Folgesteuerungs-Zeitverzögerung beobachtet werden.

In jüngster Zeit bestehen jedoch starke Bestrebungen, die Bearbeitungszeit zu verringern und in einigen Fällen den Vorgang des Gewindeschneidens mit einer hohen Bearbeitungs geschwindigkeit durchzuführen, die im wesentlichen gleich der maximalen Bearbeitungsge schwindigkeit der Innengewindeschneidmaschine ist. In einem derartigen Fall beobachtet man jedoch bei konventionellen Maschinen eine Nachlaufzeit beim Antrieb des Drehmotors in Übereinstimmung mit dem Betrag des Vorschubs des Vorschubmotors, da der Befehl für den Drehmotor abgegeben wird, nachdem die aktuelle Verschiebung der Vorschubwelle festgestellt wurde. Dies stellt eine Begrenzung der Verbesserung der Genauigkeit beim Ge windeschneiden dar. Insbesondere beim Gewindeschneiden mit verhältnismäßig geringer Gewindetiefe oder beim schrittweisen Arbeiten des Werkzeugs mit verhältnismäßig geringer Schrittweite wird die aktuelle Bearbeitung oft unter einer Übergangsbedingung ausgeführt, bevor die Zufuhr- und Drehgeschwindigkeit einen konstanten Wert annimmt. Dadurch ent steht ein beachtliches Problem, welches infolge der Nachlaufzeitverzögerung Bearbeitungs fehler hervorruft.

Aufgabe der Erfindung ist es, die aus der DE 36 21 676 A1 bekannte Gewindeschneidma schine so zu verbessern, dass die Nachlaufzeitverzögerung vermindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 8 jeweils ge löst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung einer verbesserten Gewindeschneidmaschine, bei welcher die gegenseitige Nachlaufcharakteristik zwischen einer Vorschubwelle und einer Spindel der Gewindeschneidma schine verbessert ist, um die Gewindeschneidbearbeitung mit hoher Genauigkeit selbst beim Hochgeschwindigkeits-Gewinde schneiden mit einer Geschwindigkeit nahe der Betriebsgrenze einer Innengewindeschneidmaschine durchzuführen.

In vorteilhafter Weise wird gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung die Spindelumdrehung auf der Grundlage einer herrschenden Zustellabweichung des Spindelkopfes geregelt. Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird die Zustellgröße des Spindelkopfes auf der Grundlage der herrschenden Drehstellungsabweichung der Spindel geregelt. Grundsätzlich wird entsprechend der Erfindung in beiden Fällen der Befehlswert an sich für die geeignete Regelung korrigiert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gewindeschneidma schine erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer fünften Ausführungsform

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer sechsten Ausführungsform

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer siebten Ausführungsform

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer achten Ausführungsform.

In den Zeichnungen der schematischen Diagramme, die bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, bildet ein Maschinenkörper 1 einer Gewinde schneidmaschine eine vertikale Innengewindeschneidmaschine mit einem Werkstück- Stützgestell 2, eine sich vertikal von einem Ende des Werkstück-Stützgestells 2 erstrecken den Säule 3, einem in Gewindeeingriff mit einer kugelgelagerten Gewindespindel 6 stehen den Gleitstück 4, und einem von dem Gleitstück 4 gehalterten Spindelkopf 5. Die kugelgela gerte Gewindespindel 6 wird durch einen Vorschubmotor 7 gedreht, der im allgemeinen ei nen Wechselstromservomotor umfaßt, um das Gleitstück 4 in vertikaler Richtung zu bewe gen. Ein Drehgeschwindigkeitsnachweis-Tachometergenerator (TG₁) 8 und ein Drehlage nachweisimpulsgenerator (Impulsgenerator) (PG₁) sind betriebsmäßig mit dem Vorschub motor 7 verbunden. Der Impulsgenerator (PG₁) 9 stellt die Vorschublage des Spindelkopfs 5 fest.

Eine zur Drehung von dem Spindelkopf 5 gehaltene Spindel 11 wird durch einen Spindel motor 12 angetrieben, der im allgemeinen einen Wechselstromservomotor umfaßt. Mit dem Spindelmotor 12 sind betriebsmäßig ein Drehgeschwindigkeitsnachweis- Tachometergenerator (TG₂) 13 und ein Drehlagennachweis-Impulsgenerator (PG₂) 14 ver bunden. Der Impulsgenerator (PG₂) (Detektor, Drehstellungsdetektor) 14 dient als Nach weisvorrichtung, um die Drehlage der Spindel 11 festzustellen.

Ein Gewindeschneidwerkzeug 15 ist direkt an dem unteren Endabschnitt der Spindel 11 an gebracht, ohne irgendeine Überlaufeinrichtung, um eine Gewindeschneidbearbeitung in ei nem Loch 16 durchzuführen, welches in einem Werkstück 17 ausgebildet ist, das auf dem Werkstück-Stützgestell 2 montiert ist.

Nachstehend werden die jeweiligen Ausführungsformen unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, und zunächst wird unter Bezug auf Fig. 1, welche die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, eine Steuerschaltung für ein Vor schubsystem (nachstehend als Z-Achsensystem bezeichnet) zur vertikalen Bewegung des Spindelkopfs 5 beschrieben.

Die von einer Eingabeeinheit 21 gelieferten Daten werden einer arithmetischen Verarbeitung in einer arithmetischen Einheit 22 unterworfen, um einen Vorschubbefehlsimpuls (Zustellbe fehl) Z zu erzeugen. Der Vorschubbefehlsimpuls Z wird einem Vorschubabweichungszähler 23 in Form eines Impulszuges in Reaktion auf die Vorschubgeschwindigkeit zugeführt. In Reaktion auf den Drehwinkel des Vorschubmotors 7 wird ein Impuls dem Abweichungszähler 23 von dem Impulsgenerator (PG₁) 9 als ein Lagerrückkopplungsimpuls zugeführt. Der Ab weichungszähler 23 berechnet die Abweichung E(Z) = Z - z, wobei Z den Vorschubbefehlsim puls und z die Vorschublage des Spindelkopfes 5 bezeichnen, welche durch den Impulsge nerator (PG₁) nachgewiesen wird. Die derart berechnete Abweichung E(Z) wird einem Vor schubservoverstärker 24 als ein Befehl zugeführt, welcher die Geschwindigkeit repräsentiert. An den Vorschubservoverstärker 24 wird zusätzlich ein Signal v(z) von dem Tachometerge nerator (TG₁) 8 als ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal gegeben, welches der aktuel len Geschwindigkeit entspricht, wodurch ein Geschwindigkeitsregelschleifenschaltkreis zum Antrieb des Vorschubmotors 7 gebildet wird. Eine Steuerschaltung für das voranstehend beschriebene Vorschubsystem weist im wesentlichen den Aufbau auf, wie er für ein übliches Vorschubsteuersystem verwendet wird.

Eine Steuerschaltung für ein Drehsystem (S-Achsensystem) zum Steuern der Drehung der Spindel 11 arbeitet wie nachstehend angegeben.

In dem Drehsystem wird der Drehbefehl S nach Verarbeitung und Steuerung in Überein stimmung mit der Vorschubabweichung E(Z), die von dem Vorschubabweichungszähler 23 geführt wird, bereitgestellt, jedoch nicht mit den Daten von der Eingabeeinheit 21.

Die Vorschubabweichung E(Z) vom Vorschubabweichungszähler 23 wird auch noch an eine Drehbefehls-Arithmetikeinheit 25 gegeben, in welcher die Vorschubabweichung E(Z) mit dem L/P-fachen multipliziert wird, und der Drehbefehl (S = E(Z) L/P); der der Vorschubabwei chung E(Z) entspricht, wird in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P beim Gewinde schneiden und der Voreilung der kugelgelagerten Gewindespindel 6 berechnet, welche vorher von der Eingabeeinheit 21 durch die Arithmetikeinheit 22 an die Drehbefehls- Arithmetikeinheit 25 gegeben werden. Der derart erhaltene Drehbefehl S wird über einen Addierer 26 an einen Drehservoverstärker 27 gegeben. Es wird angenommen, dass der Drehbefehl (Drehstellbefehl) S der Abweichung E(Z) entspricht, also dem an den Vorschub servoverstärker 24 gegebenen Geschwindigkeitsbefehl, so dass der Drehbefehl S als eine Vorhersage für die Bewegung des Spindelkopfs 5 angesehen werden kann.

Der Addierer 26 dient zur Korrektur des Drehbefehls S auf folgende Weise. Der von dem Impulsgenerator (PG₂) 14, der die Drehlage s der Spindel 11 feststellt, zugeführte Impuls wird einem Drehabweichungszähler 28 zugeführt, und der Impuls, der von dem Impulsgene rator (PG₁) 9 zugeführt wird, der den Vorschubbetrag (also die Vorschubrate) z nachweist, wird einer Drehkorrektur-Arithmetikeinheit 29 eingegeben. In der Drehkorrektur- Arithmetikeinheit 29 wird der Vorschubbetrag z mit dem Wert L/P multipliziert in Überein stimmung mit der voranstehend angegebenen Gewindesteigung P und der Gewindevorei lung L, und es wird dadurch ein Drehkorrekturwert r(z) entsprechend dem Vorschubbetrag z berechnet und dann an den Drehabweichungszähler 28 ausgegeben, in welchem die Dreh abweichung E(s) zwischen der Drehlage s der Spindel 11 und dem Drehkorrekturwert r(z) berechnet wird, und der resultierende Wert wird an den Addierer 26 angelegt. Der Addierer 26 korrigiert den Drehbefehl S von der Drehbefehls-Arithmetikeinheit 25 in Übereinstimmung mit der Drehabweichung E(s) und gibt den derart korrigierten Drehbefehl S(E) = S + E(s) an den Drehservoverstärker 27 ab.

Ein von dem Tachometergenerator (TG₂) 13 erzeugtes geschwindigkeitsabhängiges Signal v(s) wird an den weiteren Eingang des Drehservoverstärkers 27 als Geschwindigkeitsrück kopplungssignal gegeben, wodurch die Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung bereitge stellt wird. Daher wird der Spindelmotor 12 in Übereinstimmung mit dem korrigierten Dreh befehl S(E) angetrieben.

Die hierin beschriebene Steuerschaltungseinrichtung implementiert digitale arithmetische Operationen. Die Arithmetikeinheit 22, die Abweichungszähler 23 und 28, die Drehbefehls- Arithmetikeinheit 25, die Drehkorrektur-Arithmetikeinheit 29 und der Addierer 26 werden sämtlich durch Mikrocomputer realisiert, welche die internen Betriebsverarbeitungen ausfüh ren.

Der Vorschubmotor 7 wird in Reaktion auf die Daten angetrieben, welche die Gewindestei gung, den Vorschubhub (also die Gewindetiefe) und die von der Eingangseinheit 21 einge gebene Vorschubgeschwindigkeit anzeigen, und der Spindelmotor 12 wird dann so angetrie ben, dass er der Drehung des Vorschubmotors 7 folgt und mit diesem synchron läuft, wo durch die Gewindeschneidbearbeitung durchgeführt wird.

Gemäß der auf der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie voranste hend beschrieben wurde, basierenden Gewindeschneidbearbeitung kann, da der Spindel motor 12 synchron auf der Grundlage der Vorschubabweichung E(Z) angetrieben wird, die Übergangs-Nachlaufzeitverzögerung im Vergleich mit dem konventionellen System. in wel chem der Spindelmotor 12 synchron auf der Grundlage des Vorschubbetrags z angetrieben wird, bemerkenswert reduziert werden. Beispielsweise zeigte ein Versuch, bei welchem eine Gewindeschneidbearbeitung (Durchmesser: 6 mm (M6), Steigung: 1,0 (P1,0) und Gewinde tiefe: 12 mm) durchgeführt wurde mit einer Hochgeschwindigkeitsumdrehung der Spindel von 3000 Umdrehungen pro Minute, die Tatsache, dass der Vorschubfehler in der Gewinde vorschubrichtung (Z-Achse) auf der Grundlage der Drehlage des Gewindes auf etwa 25% des bei dem konventionellen System erhältlichen Werts reduziert werden konnte.

Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Zunächst wird eine Steuerschaltungseinrichtung eines Drehsystems (S-Achsensystem) zur Ausführung der Drehsteuerung der Spindel 11 beschrieben.

Von einer Eingabeeinheit 21 gelieferte Daten werden einer arithmetischen Verarbeitung in einer Arithmetikeinheit 22 unterworfen, um einen Drehbefehl S bereitzustellen. Der derart berechnete Drehbefehl S wird an einen Drehabweichungszähler (Drehabweichungsberech nungseinrichtung) 123 gegeben, in Form eines der Drehgeschwindigkeit entsprechenden Impulszuges. Ein dem Drehwinkel (Drehlage S) des Spindelmotors 12 entsprechender Im puls wird von dem Impulsgenerator (PG₂) 14 in den Drehabweichungszähler 123 als Lage rückkopplungsimpuls eingegeben. Der Drehabweichungszähler 123 berechnet die Drehab weichung E(S) = S - s zwischen dem Drehbefehl S und der Drehlage s der Spindel 11, die durch den Impulsgenerator (PG₂) 14 festgestellt wird. Die derart berechnete Drehabwei chung E(S) wird dann als Geschwindigkeitsbefehl an einen Drehservoverstärker 124 ange legt. Ein Signal v(s), welches der aktuellen Geschwindigkeit entspricht, wird dem Drehservoverstärker 124 als ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal von dem Tachometergenerator (TG₂) 13 eingegeben, wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet wird, welche so den Spindelmotor 12 antreibt. Die Steuerschaltung für das voranstehende Dreh system (S-Achsensystem) weist im wesentlichen denselben Aufbau auf wie ein für ein übli ches Drehsteuersystem verwendetes System.

Nachstehend wird eine Steuerschaltung für ein Vorschubsystem (Z-Achsensystem) zur verti kalen Bewegung des Spindelkopfs 5 beschrieben.

In dem Vorschubsystem wird der Vorschubbefehl (Zustellbefehl) Z nach Verarbeitung und Steuerung in Übereinstimmung mit der Drehabweichung E(S) bereitgestellt, welche von dem Drehabweichungszähler 123 zugeführt wird, jedoch nicht mit den Daten von der Eingabeein heit 21.

Die Drehabweichung E(S) von dem Drehabweichungszähler 123 wird einer Vorschubbe fehls-Arithmetikeinheit 125 zugeführt, in welcher die Drehabweichung E(S)mit dem Wert P/L multipliziert und der Vorschubbefehl Z = E(S).P/L, welcher der Drehabweichung E(S) ent spricht, berechnet wird in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Voreilung L der kugelgelagerten Gewindespindel 6 für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher von der Eingabeeinheit 21 durch die Arithmetikeinheit 22 in die Vorschubbefehls- Arithmetikeinheit 125 eingegeben wurde. Der derart erhaltene Vorschubbefehl Z wird als der Drehabweichung E(S), also dem an den Drehservoverstärker 124 gelieferten Geschwindig keitsbefehl, entsprechender Wert aufgefasst, so dass der Vorschubbefehl Z als eine Vorher sage der Drehung der Spindel 11 angesehen werden kann.

Ein Addierer 126 dient zur Korrektur des Vorschubbefehls Z auf die folgende Weise. Der von dem Impulsgenerator (PG₁) 9, welcher die Vorschublage z des Spindelkopfes 5 feststellt, zugeführte Impuls wird an einen Vorschubabweichungszähler 128 gegeben, und der Impuls von dem Impulsgenerator (PG₂) 14, der den Betrag der Drehung S feststellt, wird einer Vor schubkorrektur-Arithmetikeinheit 129 eingegeben. In der Vorschubkorrektur-Arithmetikeinheit 129 wird der Drehbetrag s mit dem Wert P/L multipliziert, in Übereinstimmung mit der voran stehenden Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L. Der so berechnete Vorschub korrekturwert (Zustellkorrekturwert) r(s), welcher dem Betrag der Drehung entspricht, wird dann an den Vorschubabweichungszähler 128 ausgegeben. Der Vorschubabweichungs zähler 128 dient zur Berechnung der Vorschubabweichung E(z) zwischen dem Vorschubkorrekturwert r(s) und der Vorschublage z des Spindelkopfes 5, und die derart berechnete Vor schubabweichung E(z) wird dann an den Addierer 126 angelegt. Der Addierer 126 korrigiert den Vorschubbefehl Z von der Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 125 in Übereinstimmung mit der Vorschubabweichung E(Z) und legt den korrigierten Vorschubbefehl (Zustellbefehl) R(Z) = Z + E(Z), an den Vorschubservoverstärker 127 an.

Als Geschwindigkeitsrückkopplungssignal wird dem Vorschubservoverstärker 127 ein Signal v(z) in Reaktion auf die Geschwindigkeit vor dem Tachometergenerator (TG₁) 8 zugeführt, wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet wird, welche so den Vor schubmotor 7 in Reaktion auf die korrigierten Vorschubbefehle R(Z) antreibt.

Die voranstehend beschriebene Steuerschaltungseinrichtung implementiert digitale arithme tische Operationen. Die Arithmetikeinheit 22, die Abweichungszähler 123 und 128, die Vor schubbefehls-Arithmetikeinheit 125, die Vorschubkorrektur-Arithmetikeinheit 129 und der Addierer 126 werden sämtlich durch Mikrocomputer realisiert, welche die internen Operati onsverarbeitungen ausführen.

Der Spindelmotor 12 wird in Reaktion auf die Daten angetrieben, welche die Gewindestei gung, den Vorschubhub (also die Gewindetiefe) und die Drehgeschwindigkeit anzeigen, wel che von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden, und dann wird der Vorschubmotor 7 so angetrieben, daß er dem Spindelmotor 12 folgt und synchron mit diesem läuft, wodurch der art die Gewindeschneidbearbeitung durchgeführt wird.

Gemäß der Gewindeschneidbearbeitung auf der Grundlage der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wie sie voranstehend beschrieben wurde, kann infolge des synchronen An triebs des Vorschubmotors 7 auf der Grundlage der Drehabweichung E(S) die Übergangs nachlaufzeitverzögerung bemerkenswert verringert werden, verglichen mit dem konventio nellen System, in welchem der Vorschubmotor 7 synchron auf der Grundlage des Betrages s der Drehung angetrieben wird. Bei einem Versuch zur Gewindeschneidbearbeitung (Durch messer: 6 mm (M6), Steigung: 1,0 (P1,0) und Gewindetiefe: 12 mm) unter Hochgeschwin digkeitsdrehung von 3000 Umdrehungen pro Minute zeigte sich die Tatsache, dass der Vor schubfehler in der Gewindevorschubrichtung (Z-Achse) auf der Grundlage der Drehlage des Gewindes auf etwa 20% verringert werden konnte, verglichen mit dem konventionellen System.

Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf Fig. 3 be schrieben.

Zunächst wird eine Steuerschaltungseinrichtung eines Vorschubsystems (Z-Achsensystem) zur vertikalen Bewegung des Spindelkopfs 5 beschrieben.

Die von einer Eingabeeinheit 21 gelieferten Daten werden einer arithmetischen Bearbeitung in einer Arithmetikeinheit 22 unterworfen, um den Vorschubbefehl Z bereitzustellen. Der der art berechnete Befehl Z wird einem Vorschubabweichungszähler 223 in Form eines der Vor schubgeschwindigkeit entsprechenden Impulszuges zugeführt. Ein dem Drehwinkel Z des Vorschubmotors 7 entsprechender Impuls wird dem Vorschubabweichungszähler 223 von dem Impulsgenerator (PG₁) 9 als Lagerückkopplungsimpuls eingegeben. Der Drehabwei chungszähler 223 berechnet die Abweichung E(Z) = Z - z zwischen dem Vorschubbefehl Z und der Vorschublage des Spindelkopfes 5, welche von dem Impulsgenerator (PG₁) 9 festgestellt wird. Die derart berechnete Vorschubabweichung E(Z) wird als ein Geschwindigkeitsbefehl E(Z) an einen Vorschubservoverstärker 224 gegeben. Ein der aktuellen Geschwindigkeit entsprechendes Signal v(Z) wird dem Vorschubservoverstärker 224 als ein Vorschubrück kopplungssignal von dem Tachometergenerator (TG₁) 8 eingegeben, wodurch eine Ge schwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet wird, welche so den Vorschubmotor 7 an treibt. Die Steuerschaltung für das beschriebene Vorschubsystem (Z-Achsensystem) ist im wesentlichen dieselbe wie eine Schaltung, wie sie für eine übliche Vorschubsteuerung ver wendet wird.

Als nächstes wird eine Steuerschaltung für ein Drehsystem (S-Achsensystem) zur Durchfüh rung der Drehsteuerung der Spindel 11 in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In diesem Drehsystem wird der Drehbefehl S nach Verarbeitung und Steuerung in Übereinstimmung mit dem Vorschubbefehl Z bereitgestellt, jedoch nicht mit den Daten von der Eingabeeinheit 21.

Der Vorschubbefehl Z von der Arithmetikeinheit 22 wird in eine Beschleunigungs- Arithmetikeinheit 225 eingegeben, in welcher die Vorschubbeschleunigung, also A(Z) = dΔZ/dt, berechnet wird auf der Grundlage des Vorschubbefehlsbetrages ΔZ pro Ein heitszeit. Die derart berechnete Vorschubbeschleunigung A(Z) wird an einen Addierer 226 angelegt, in welchen der Vorschubrückkopplungsimpuls von dem Impulsgenerator (PG₁) 9 eingegeben wird. Der Addierer 226 dient zum Addieren des aktuellen Vorschubbetrages z pro Einheitszeit zur Beschleunigung A(Z) des Vorschubbefehls Z, und der resultierende Wert wird an eine Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 gegeben. Da der Vorschubbetrag Δz pro Einheitszeit ein Wert ist, welcher der aktuellen Vorschubgeschwindigkeit v(z) entspricht, wird die Ausgangsgröße des Addierers 226 ausgedrückt als (Δz + dΔZ/dt) auf der Grundlage der Addition der Vorschubgeschwindigkeit und der Beschleunigung.

Die Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 berechnet den Drehbefehl (S₁ = L/P.(Δz + dΔZ/dt), durch Multiplizieren des Ausgangswerts des Addierers 226 mit dem Wert L/P in Überein stimmung mit der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L der kugelgelagerten Ge windespindel 6 für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher durch die Arithmetikein heit 22 von der Eingabeeinheit 21 eingegeben wurden. Die Beschleunigungs- Arithmetikeinheit 225, der Addierer 226 und die Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 bilden eine Drehbefehls-Arithmetikeinrichtung.

Da der von der Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 ausgegebene Drehbefehl S₁ einem Wert entspricht, welcher durch die Addition der Vorschubgeschwindigkeit zur Beschleunigung er halten wurde, wird der Drehbefehl S₁ ein Befehl, welcher die vorhergesagte Bewegung oder Verschiebung des Spindelkopfes 5 einschließt. Der Drehbefehl S₁ wird an einen Servo verstärker 229 durch einen Addierer 228 angelegt, in welchem die Korrektur des Drehbefehls S₁ auf die folgende Weise durchgeführt wird. Ein Impuls von dem Impulsgenerator (PG₂) 14, welcher die Drehlage der Spindel 11 feststellt, wird einem Drehabweichungszähler 230 ein gegeben, und ein Impuls von dem Impulsgenerator (PG₁) 9, welcher den Vorschubbetrag z feststellt, wird einer Drehkorrektur-Arithmetikeinheit 231 eingegeben, in welcher der Vor schubbetrag z auf der Grundlage der voranstehend angegebenen Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung mit dem Wert L/P multipliziert wird, und der dem Vorschubbetrag z entsprechende Drehkorrekturwert, r(z) = L/P.z, wird berechnet und an den Drehabweichungs zähler 230 angelegt. Der Drehabweichungszähler 230 dient zur Berechnung der Drehabwei chung E(s) zwischen dem Drehkorrekturwert r(z) und der Drehlage s der Spindel 11. Die derart berechnete Drehabweichung E(s) wird an den Addierer 228 angelegt. Der Addierer 228 dient zur Korrektur des Drehbefehls S₁ von der Drehbefehls-Arithmetikeinheit 227 in Übereinstimmung mit der Drehabweichung E(s), und der korrigierte Drehbefehl S₁(E) = S₁ + E(s) (auch als korrigierter Drehstellbefehl bezeichnet), wird an den Drehservo verstärker 229 ausgegeben. Dem Drehservoverstärker 229 wird als ein Geschwindigkeits rückkopplungssignal ein Signal v(s) in Reaktion auf die Geschwindigkeit von dem Tachome tergenerator (TG₂) 13 zugeführt, wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet wird, welche derart den Spindelmotor 12 in Übereinstimmung mit dem korrigierten Drehbefehl S₁(E) antreibt.

Die Steuerschaltungseinrichtung in der beschriebenen dritten Ausführungsform implemen tiert die digitalen arithmetischen Operationen. Die Arithmetikeinheit 22, die Abweichungs zähler 223 und 230, die Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 225, der Addierer 226, die Dreh befehls-Arithmetikeinheit 227, die Drehkorrektur-Arithmetikeinheit 231 und der Addierer 228 werden sämtlich durch Mikrocomputer realisiert, welche die internen Betriebsverarbeitungen durchführen.

Der Vorschubmotor 7 wird durch die Daten angetrieben, welche die Gewindesteigung, den Gewindehub (also die Gewindetiefe) und die Vorschubgeschwindigkeit anzeigen, welche von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden, und dann wird der Spindelmotor 12 so angetrie ben, daß er dem Vorschubmotor 7 folgt und synchron mit diesem läuft, wodurch derart die Gewindeschneidbearbeitung durchgeführt wird.

Bei der voranstehenden dritten Ausführungsform wird die Vorschubbeschleunigung auf der Grundlage des Vorschubbefehls Z erhalten, und der Drehbefehl wird durch die erhaltene Beschleunigung A(Z) berechnet, es kann jedoch bei einer modifizierten Ausführungsform die Vorschubbeschleunigung von dem anderen Wert erhalten werden.

Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch das in Fig. 4 dargestellte Blockschaltbild repräsentiert, bei welchem die Vorschubbeschleunigung nicht in Überein stimmung mit dem Vorschubbefehl Z berechnet wird, sondern in Übereinstimmung mit den aktuellen Vorschubbeträgen des Spindelkopfes 5 berechnet wird.

In Fig. 4 sind entsprechende Bezugszahlen den Elementen oder Einheiten zugeordnet, welche den in Fig. 3 dargestellten entsprechen, und deren Erläuterung ist hier weggelas sen. Anders als das System gemäß Fig. 3 umfaßt das in Fig. 4 dargestellte System insbe sondere die Verbindungsanordnung zwischen der Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 235, dem Addierer 236 und der Drehbefehls-Arithmetikeinheit 237, welche sämtlich eine Drehbe fehls-Arithmetikeinheit darstellen.

Der Vorschubrückkopplungsimpuls von dem Impulsgenerator (PG₁) 9 wird der Beschleuni gungs-Arithmetikeinheit 235 und dem Addierer 236 eingegeben. Die Beschleunigungs- Arithmetikeinheit 235 dient zur Berechnung der Vorschubbeschleunigung, A(z) = dΔz/dt, aus dem aktuellen Betrag Δz des Vorschubs pro Einheitszeit, und die derart berechnete Be schleunigung A(z) wird dem Addierer 236 zugeführt. Der Addierer 236 dient zum Addieren der eingegebenen Beschleunigung A(z) zum Vorschubbetrag z pro Einheitszeit von dem Impulsgenerator (PG₁) 9, und der resultierende Wert wird an die Drehbefehls- Arithmetikeinheit 237 abgegeben. Der Ausgang des Addierers 236 ist die Summe der Additi on der Vorschubgeschwindigkeit und der Beschleunigung, wodurch die Summe gegeben ist durch (Δz + dz/dt). Die Drehbefehls-Arithmetikeinheit 237 multipliziert den Ausgangswert des Addierers 326 mit dem Wert L/P in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher von der Eingabeein heit 21 erhalten wurden, und dann zur Berechnung des Drehbefehls S₂ = L/P(Δz + dΔz/dt), welcher dann an den Addierer 228 gegeben wird.

Der Drehbefehl 52 wird durch den Addierer 228 korrigiert, um den korrigierten Drehbefehl S₂ = S₂ + E(s), zu erhalten, so daß der Drehservoverstärker 229 angetrieben wird, wodurch der Spindelmotor 12 so gesteuert wird, wie im Zusammenhang mit der voranstehend angegebe nen dritten Ausführungsform geschildert wurde.

Die fünfte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch das in Fig. 5 dargestellte Blockschaltbild repräsentiert, bei welchem die Vorschubbeschleunigung nach Verarbeitung und Steuerung in Übereinstimmung mit der Vorschubabweichung E(Z) von dem Vorschubabweichungszähler 223 bereitgestellt wird, welche der Vorschubbefehl zum Servoverstärker 224 ist, jedoch nicht mit dem Betrag z des Vorschubs, welcher von dem Im pulsgenerator (PG₁) 9 festgestellt wird.

In Fig. 5 sind Elemente oder Einheiten, welche solchen aus Fig. 3 entsprechen, mit glei chen Bezugsziffern bezeichnet, und auf ihre Beschreibung wird hier verzichtet.

Anders als das in Fig. 3 dargestellte System umfaßt das System gemäß Fig. 5 in genauer Weise die Verbindungsanordnung zwischen einer Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 245, einem Addierer 246 und einer Drehbefehls-Arithmetikeinheit 247, welche sämtlich eine Drehbefehls-Arithmetikeinrichtung bilden.

Die Vorschubabweichung E(Z) von dem Vorschubabweichungszähler 223 wird in die Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 245 und den Addierer 246 eingegeben. Die Beschleuni gungs-Arithmetikeinheit 245 dient zur Berechnung der Beschleunigung, A(E) = dE(Z)/dt der Vorschubabweichung E(Z) und dann zur Ausgabe der derart berechneten Beschleunigung an den Addierer 246, und der Addierer 246 dient zum Addieren der Beschleunigung A(E) zur Vorschubabweichung E(Z) und nachfolgenden Ausgabe des resultierenden Wertes an die Drehbefehls-Arithmetikeinheit 247, wobei das Ausgangssignal des Addierers 246 ausge drückt wird durch E(Z) + dE(Z)/dt als die Summe des Geschwindigkeitsbefehls und dessen Beschleunigung an den Vorschubservoverstärker 224. Die Drehbefehls-Arithmetikeinheit 247 multipliziert den Ausgang von dem Addierer 246 mit dem Wert L/P in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher von der Eingabeeinheit 21 eingegeben wurden, und dann zur Berechnung des Drehbefehls S₃ = L/P(E(Z) + dE(Z)/dt).

Der berechnete Drehbefehl S₃ wird dann an den Addierer 228 gegeben, in welchem der Drehbefehl S₃ korrigiert wird zu einem korrigierten Drehbefehl S₃(E) = S₃ + E(s). Entsprechend dem korrigierten Drehbefehl S₃(E) wird der Drehservoverstärker 229 angetrieben, und der Spindelmotor 12 wird wie voranstehend unter Bezug auf die dritte Ausführungsform be schrieben gesteuert.

Gemäß der dritten bis fünften Ausführungsform, wie sie voranstehend beschrieben wurden, wird der Drehbefehl durch die Vorschubgeschwindigkeit und die Beschleunigung berechnet, und der Spindelmotor 12 wird synchron durch den berechneten Befehl angetrieben, so daß die Übergangsnachlaufzeitverzögerung bemerkenswert verringert werden kann, verglichen mit einem konventionellen System, bei welchem der Spindelmotor 12 nur in Übereinstim mung mit dem aktuellen Betrag z des Vorschubs des Spindelkopfs 5 angetrieben wird.

Beispielsweise zeigte sich in einem Versuch, bei welchem eine Gewindeschneidbearbeitung (Durchmesser: 6 mm (M6), Steigung: 1,0 (P1,0) und Gewindetiefe: 12 mm) durchgeführt wurde bei einer Hochgeschwindigkeitsdrehung der Spindel von 3000 Umdrehungen pro Mi nute, die Tatsache, daß der Vorschubfehler, also der Steigungsfehler, in der Gewindevor schubrichtung (Z-Achse) auf der Grundlage der Drehlage des Gewindes auf etwa 50% bei der dritten Ausführungsform verringert werden konnte, bei welcher die Vorschubbeschleuni gung auf der Grundlage des Vorschubbefehls Z berechnet wird, im Vergleich zum Stei gungsfehler bei dem konventionellen System.

Der Steigungsfehler konnte ebenfalls auf etwa 55% bei der vierten Ausführungsform ge senkt werden, bei welcher die Vorschubbeschleunigung auf der Grundlage des nachgewie senen aktuellen Vorschubbetrages z des Spindelkopfes 5 berechnet wird, im Vergleich mit dem Steigungsfehler bei dem konventionellen System.

Der Steigungsfehler konnte weiterhin auf etwa 12% bei der fünften Ausführungsform verrin gert werden, bei welcher die Vorschubbeschleunigung auf der Grundlage der Vorschubab weichung E(Z) berechnet wird, im Vergleich zum Steigungsfehler bei dem konventionellen System. Bei der fünften Ausführungsform kann sich, zusätzlich zur Verringerung des Absolutwerts des Steigungsfehlers, der Steigungsfehler stetig ändern, wodurch das bessere Er gebnis erzielt wird, mehr als durch den tatsächlichen Versuchswert deutlich wird, um die stark verbesserte Gewindeschneidbearbeitung durchzuführen. Der Grund für ein derart bes seres Ergebnis liegt vermutlich an dem geringeren Effekt der äußeren Störung, da der Vor schubbetrag z des Spindelkopfes 5 nicht direkt bestimmt wird, sondern indirekt als Vor schubabweichung E(Z) bestimmt wird.

Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf das Block schaltbild gemäß Fig. 6 erläutert, und nachstehend wird zunächst eine Steuerschaltung für ein Drehsystem (S-Achsensystem) zur Durchführung der Drehsteuerung der Spindel 11 er läutert.

Ein Drehbefehl S wird in der Arithmetikeinheit 22 auf der Grundlage der Daten berechnet, welche von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden. Der derart berechnete Drehbefehl S wird dann in Reaktion auf die Drehgeschwindigkeit als ein Impulszug an einen Drehabwei chungszähler 323 angelegt. Ein Impuls in Reaktion auf den Drehwinkel des Spindelmotors 12 wird als ein Lagerückkopplungsimpuls in den Drehabweichungszähler 323 von dem Im pulsgenerator (PG₂) 14 gegeben, und dann dient der Drehabweichungszähler 323 zur Be rechnung der Abweichung E(s) = S - s zwischen dem Drehbefehl S und der Drehlage der Spin del 11, welche durch den Impulsgenerator (PG₂) 14 bestimmt wird, und zur Ausgabe der derart berechneten Drehabweichung E(s) an einen Drehservoverstärker 324 als Geschwin digkeitsbefehl. In den Drehservoverstärker 324 wird von dem Tachometergenerator (TG₂) 13 ein Signal v(s) in Übereinstimmung mit der aktuellen Geschwindigkeit als ein Geschwindig keitsrückkopplungssignal eingegeben, wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschal tung gebildet wird, die so den Spindelmotor 12 antreibt. Die Steuerschaltung des beschrie benen Drehsystems (S-Achsensystem) ist im wesentlichen dieselbe wie die für eine übliche Vorschubkontrolle verwendete Schaltungsanordnung.

Nachstehend wird eine Steuerschaltung für ein Vorschubsystem (Z-Achsensystem) zur verti kalen Bewegung des Spindelkopfes 5 in Übereinstimmung mit der sechsten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem Vorschubsystem werden die von einer Eingabeeinheit 21 gelieferten Daten einer arithmetischen Verarbeitung in einer Arith metikeinheit 22 unterworfen, um den Drehbefehl S bereitzustellen.

Der Drehbefehl S von der Arithmetikeinheit 22 wird in eine Beschleunigungs- Arithmetikeinheit 325 eingegeben, in welcher die Beschleunigung A(S) = dΔS/dt auf der Grundlage des Drehbefehlbetrags Δs pro Einheitszeit berechnet wird, und die berechnete Beschleunigung A(S) wird dann einem Addierer 326 zugeführt, welchem unabhängig ein Vor schubrückkopplungsimpuls zugeleitet wird. Der Addierer 326 dient zur Addition des aktuellen Drehbetrags s pro Einheitszeit zur Beschleunigung A(S) des Drehbefehls S, und dann zur Ausgabe des Resultates dieser Addition an eine Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327. Der Drehbetrag Δs pro Einheitszeit entspricht der aktuellen Drehgeschwindigkeit v(s), so daß der Ausgang des Addierers 326 die Summe der Addition der Drehgeschwindigkeit und der Be schleunigung darstellt, also (Δs + dΔS/dt).

Die Vorschubbefehls-Betriebseinheit 327 dient zur Berechnung des Vorschubbefehls Z₁ = P/L(Δs + dΔS/dt) durch eine Multiplikation des Ausgangs des Addierers 326 mit dem Wert P/L in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L der Gewin despindel 6 für den Gewindeschneidvorgang, welche vorher über die Arithmetikeinheit 22 von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden. Die Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 325, der Addierer 326 und die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327 bilden eine Vorschubbe fehls-Arithmetikeinrichtung.

Der von der Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327 ausgegebene Vorschubbefehl Z ist ein Wert, welcher der Summe der Addition der Drehgeschwindigkeit und der Beschleunigung entspricht, und daher stellt der Wert den Vorschubbefehl einschließlich einer vorhergesagten Drehung der Spindel 11 dar. Dann wird der Vorschubbefehl Z von der Vorschubbefehls- Arithmetikeinheit 327 durch einen Addierer 328 in einen Vorschubservoverstärker 329 gege ben, in welchem die Korrektur des Vorschubbefehls Z₁ auf die folgende Weise durchgeführt wird.

Ein Impuls von dem den Betrag des Vorschubs des Spindelkopfes 5 feststellenden Impuls generator (PG₁) 9 wird in den Vorschubabweichungszähler 330 gegeben, und ein von dem die Drehlage der Spindel 11 feststellenden Impulsgenerator (PG₂) 14 abgegebener Impuls wird in eine Vorschubkorrektur-Arithmetikeinheit 331 eingegeben, in welcher der Drehbetrag s mit einem Wert P/L multipliziert wird, in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung um den Vorschubkorrekturbe trag r(s) = P/L.s zu berechnen. Der derart berechnete Vorschubkorrekturbetrag r(s) wird dann an den Vorschubabweichungszähler 330 angelegt, welcher dann zur Berechnung der Vor schubabweichung E(z) zwischen dem Vorschubkorrekturwert r(s) und dem Vorschubbetrag z des Spindelkopfes 5 dient und zur Ausgabe der erhaltenen Vorschubabweichung E(z) an den Addierer 328. Der Addierer 328 dient zum Korrigieren des Vorschubbefehls Z₁ von der Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327 in Übereinstimmung mit der Vorschubabweichung E(z), und des korrigierten Vorschubbefehls (Zustellbefehl) R(Z₁) = Z₁ + E(z), welcher dann an den Vorschubservoverstärker 329 angelegt wird.

In den Vorschubservoverstärker 329 wird ein Signal V(z) als ein Geschwindigkeitsrückkopp lungssignal eingegeben, in Reaktion auf die Geschwindigkeit von dem Tachometergenerator (TG₁) 8, wodurch eine Geschwindigkeitsregelschleifenschaltung gebildet wird, welche so den Vorschubmotor 7 in Übereinstimmung mit dem korrigierten Vorschubbefehl R(Z) antreibt.

Die Steuerschaltungseinrichtung in der beschriebenen sechsten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung implementiert die digitalen arithmetischen Operationen, und die Arithme tikeinheit 22, die Abweichungszähler 323 und 330, die Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 325, der Addierer 326, die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 327, die Vorschubkorrektur- Arithmetikeinheit 321 und der Addierer 328 werden sämtlich durch Mikrocomputer zur Aus führung der internen Operationsverarbeitung realisiert.

Der Spindelmotor 12 wird in Reaktion auf die Daten angetrieben, welche die Gewindestei gung P, den Vorschubhub (also die Gewindetiefe) und die Drehgeschwindigkeit angeben, welche von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden, und der Vorschubmotor 7 wird dann so angetrieben, daß er dem Spindelmotor 12 folgt und mit ihm synchron läuft, wodurch der Gewindeschneidvorgang durchgeführt wird.

Bei der voranstehend beschriebenen sechsten Ausführungsform wird der Vorschubbefehl in Übereinstimmung mit der Drehbeschleunigung A(S) berechnet auf der Grundlage des Dreh befehls S, jedoch kann gemäß einer Modifikation der Drehbeschleunigung von dem anderen Wert berechnet werden.

Die siebte Ausführungsform wird durch das in Fig. 7 dargestellte Blockschaltbild repräsen tiert, bei welchem die Drehbeschleunigung nicht in Übereinstimmung mit dem Drehbefehl berechnet wird, sondern in Übereinstimmung mit dem aktuellen Betrag s der Drehung der Spindel 11 berechnet wird, welcher durch den Impulsgenerator (PG₂) 14 bestimmt wird.

In Fig. 7 sind gleiche Bezugsziffern Elementen oder Einheiten zugeordnet, die den in Fig. 6 dargestellten entsprechen, und auf deren Erläuterung wird daher verzichtet. Anders als das in Fig. 6 dargestellte System umfaßt das System gemäß Fig. 7 insbesondere die Verbin dungsanordnung zwischen der Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 335, dem Addierer 336 und der Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 337, die sämtlich eine Vorschubbefehls- Arithmetikeinrichtung darstellen.

Der Drehrückkopplungsimpuls von dem Impulsgenerator (PG₂) 14 wird in die Beschleuni gungs-Arithmetikeinheit 335 und den Addierer 336 eingegeben. Die Beschleunigungs- Arithmetikeinheit 335 dient zur Berechnung der Drehbeschleunigung A(s) = dΔS/dt aus dem aktuellen Betrag Δs der Drehung pro Einheitszeit, und die derart berechnete Beschleunigung A(s) wird dem Addierer 336 zugeführt. Der Addierer 336 dient zum Addieren der Beschleuni gung A(s) zum Betrag s der Drehung pro Einheitszeit von dem Impulsgenerator (PG₂) 14, und der sich ergebende Wert wird von diesem an die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 337 ausgegeben. Der Ausgang des Addierers 336 ist die Summe der Addition der Rotationsge schwindigkeit und der Beschleunigung, welche ausgedrückt wird durch (Δs + d.Δs/dt). Die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 337 dient zum Multiplizieren des Ausgangswerts des Ad dierers 336 mit dem Wert P/L in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Ge windevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden, und dann zur Berechnung des Vorschubbefehls Z₂ = P/L.(Δs + dΔs/dt), der dann an den Addierer 328 angelegt wird.

Der Vorschubbefehl Z₂ wird in dem Addierer 328 korrigiert, um den korrigierten Vorschub befehl (Zustellbefehl) R(Z₂) = Z₂ + E(z) zu erhalten, und der Vorschubservoverstärker 329 wird in Übereinstimmung mit dem korrigierten Vorschubbefehl R(Z₂) angetrieben. Der Vorschub motor 7 wird dann so gesteuert, wie unter Bezug auf die voranstehende sechste Ausfüh rungsform geschildert wurde.

Die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch das Blockschaltbild in Fig. 8 dargestellt.

Gemäß dieser Ausführungsform wird die Beschleunigung der Drehung auf der Grundlage der Drehabweichung E(S) des Drehabweichungszählers 323 berechnet, welche den Ge schwindigkeitsbefehl für den Drehsenroverstärker 324 darstellt, aber wird nicht auf der Grundlage des Betrags s der Drehung selbst berechnet, welcher durch den Impulsgenerator (PG₂) 14 bestimmt wird.

In Fig. 8 sind gleiche Bezugsziffern den Elementen oder Einheiten zugeordnet, die denen von Fig. 6 entsprechen, und auf ihre Erläuterung wird daher verzichtet. Anders als das in Fig. 6 dargestellte System umfaßt das System gemäß Fig. 8 insbesondere die Verbindungsan ordnung zwischen einer Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 345, einem Addierer 346 und einer Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 347, die sämtlich eine Vorschubbefehls- Betriebseinrichtung bilden.

Die Vorschubabweichung E(S) wird in die Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 345 und den Addierer 346 von dem Drehabweichungszähler 323 eingegeben. Die Beschleunigungs- Arithmetikeinheit 345 berechnet die Beschleunigung A(E) = dE(S)/dt der Drehabweichung E(S). Die derart berechnete Beschleunigung A(E) wird an den Addierer 346 angelegt, in wel chem die Beschleunigung A(E) und die Drehabweichung E(S) addiert und das sich ergeben de Ergebnis an die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 347 angelegt wird. Der Ausgang des Addierers 346, also (E(S) + dE(S)/dt) ist somit die Summe der Addition des Geschwindigkeits befehls zum Drehservoverstärker 324 und dessen Beschleunigung (berechnet in der Beschleunigungs-Arithmetikeinheit 345). Die Vorschubbefehls-Arithmetikeinheit 347 dient zum Multiplizieren des Ausgangs des Addierers 346 mit dem Wert P/L, in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung P und der Gewindevoreilung L für die Gewindeschneidbearbeitung, welche vorher von der Eingabeeinheit 21 eingegeben werden, und dann zur Berechnung des Vorschubbefehls Z₃ = P/L.(E(S) + dE(S)/dt), der dann an den Addierer 328 angelegt wird.

Der Vorschubbefehl Z₃ wird in dem Addierer 328 korrigiert, um den korrigierten Vorschub befehl (Zustellbefehl) R(Z₃) = Z₃ + E(z) zu erhalten. Der Vorschubservomotor 329 wird in Über einstimmung mit dem korrigierten Vorschubbefehl R(Z₃) angetrieben, und dann wird der Vor schubmotor 7 so gesteuert, wie unter Bezug auf die voranstehend beschriebene sechste Ausführungsform geschildert wurde.

Bei der sechsten bis achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Dreh geschwindigkeit und die Beschleunigung berechnet, und dann wird der Vorschubbefehl aus dem sich hieraus ergebenden Wert berechnet, um den Vorschubmotor 7 auf synchrone Wei se anzutreiben und derart die Übergangsnachlaufzeitverzögerung im Vergleich mit dem kon ventionellen System bemerkenswert zu verringern, bei welchem der synchrone Antrieb des Spindelmotors 12 nur in Übereinstimmung mit dem aktuellen Betrag s der Drehung der Spin del 11 durchgeführt wird.

Beispielsweise zeigte ein Versuch, bei dem eine Gewindeschneidbearbeitung (Durchmesser: 6 mm (M6), Steigung: 1,0 (P1,0) und Gewindetiefe: 12 mm) durchgeführt wurde bei einer Hochgeschwindigkeitsdrehung der Spindel von 3000 Umdrehungen pro Minute, die Tatsa che, daß der Vorschubfehler, also der Steigungsfehler, in der Gewindevorschubrichtung (Z- Achse) auf der Basis der Drehlage des Gewindes auf etwa 55% in Übereinstimmung mit der sechsten Ausführungsform verringert werden konnte, bei welcher die Drehbeschleunigung auf der Grundlage des Drehbefehls berechnet wird, im Vergleich zum Steigungsfehler bei dem konventionellen System.

Der Steigungsfehler konnte ebenfalls auf etwa 58% bei der siebten Ausführungsform verrin gert werden, bei welcher die Drehbeschleunigung auf der Grundlage des nachgewiesenen Betrags s der aktuellen Drehung der Spindel 11 berechnet wird, im Vergleich zum Stei gungsfehler bei dem konventionellen System.

Der Steigungsfehler konnte weiter auf etwa 20% bei der achten Ausführungsform verringert werden, bei welcher die Drehbeschleunigung auf der Grundlage der Drehabweichung E(S) bestätigt wird, im Vergleich zum Steigungsfehler bei dem konventionellen System.

Bei der achten Ausführungsform kann, zusätzlich zu der bemerkenswerten Verringerung des Absolutwerts des Steigungsfehlers, sich der Steigungsfehler stetig ändern, wodurch das her vorragende Ergebnis erzielt wird, welches über den aktuellen Versuchswert hinausgeht, um die erheblich verbesserte Gewindeschneidbearbeitung durchzuführen. Es wird angenom men, dass der Grund für ein derart hervorragendes Ergebnis auf dem geringeren Effekt einer äußeren Störung beruht, da der Betrag s der Drehung der Spindel 11 nicht direkt nachge wiesen wird, sondern indirekt als die Abweichung E(S) bestimmt wird.

Daher können gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Nachlaufeigenschaften und die Leistungen der Spindel und der Vorschubspindel bemer kenswert verbessert werden, und die Gewindeschneidbearbeitung kann mit hoher Genauig keit und Verläßlichkeit durchgeführt werden.

Claims

1. Gewindeschneidmaschine, enthaltend:
eine Spindel (11) zum Halten eines Gewindeschneidwerkzeugs (15);
einen Spindelkopf (5) zum Halten der Spindel (11);
einen Spindelmotor (12) zum Drehen der Spindel (11);
einen Zustellmotor (7) zum Zustellen des Spindelkopfes (5) in Richtung auf ein Werkstück (17) und von diesem weg;
einen Detektor (14) zum Ermitteln einer Drehstellung (s) der Spindel (11);
einen Zustellpositionsdetektor (9) zum Ermitteln einer Zustellistposition (z) des Spindelkopfes (5), wobei das Gewindeschneidwerkzeug (15) unter synchronem Betrieb von Spindelmotor (12) und Zustellmotor (7) angetrieben ist;
eine Einrichtung (23; 223) zum Berechnen einer Zustellabweichung (E(Z)) zwi schen einem Zustellsollwert (Z) und der von dem Zustellpositionsdetektor (9) er mittelten (Spindelkopf-)Zustellistposition (z);
eine mit der Zustellabweichungsberechnungseinrichtung (23; 223) verbundene Einrichtung (Vorschubservoverstärker) (24; 224) zum Betreiben des Zustellmotors (7) in Übereinstimmung mit der berechneten Zustellabweichung (E(Z)), und
eine Einrichtung (Drehservoverstärker) (27; 229) zum Betreiben des Spindelmo tors (12),
gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (25; 227; 237; 247) zum Berechnen eines Drehstellbefehls (S; S1; S2; S3) aus einer zu erzeugenden Gewindesteigung (P);
eine mit dem Zustellpositionsdetektor (9) verbundene Einrichtung (29; 231) zum Berechnen eines Spindelumdrehungskorrekturwertes (r(z)) aus der ermittelten Zustellistposition (z) und unter Berücksichtigung der Gewindesteigung (P);
eine mit der Einrichtung (29; 231) zur Berechnung des Spindelumdrehungskor rekturwertes (r(z)) und dem Spindeldrehstellungsdetektor (14) verbundene Ein richtung (28; 230) zum Berechnen einer Drehstellungsabweichung (E(s)) zwi schen dem Spindelumdrehungskorrekturwert (r(z)) und der Drehstellung (s) der Spindel (11), und
eine mit der Drehstellungsabweichungsberechnungseinrichtung (28, 230) ver bundene Einrichtung (26; 228) zum Korrigieren des Drehstellbefehls (S), um ei nen korrigierten Drehstellbefehl (S(E); S1(E); S2(E); S3(E)) aus der Drehstel lungsabweichung (E(S)) und dem Drehstellbefehl (S; S₁; S₂, S₃) zu erhalten, wo bei die Einrichtung (27; 229) mit der Korrektureinrichtung (26; 228) verbunden ist, um mit dem korrigierten Drehstellbefehl (S(E); S1(E); S2(E); S3(E)) den Spin delmotor (12) zu betreiben (Fig. 1, 3, 4, 5).

2. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (25) zum Berechnen des Drehstellbefehls (S) mit der Zustellab weichungsberechnungseinrichtung (23) verbunden ist, um den Drehstellbefehl (S) aus der Zustellabweichung (E(Z)) zu berechnen (Fig. 1).

3. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (227; 237; 247) zum Berechnen des Drehstellbefehls (S1; S2; S3) weiterhin eine Einrichtung (225, 226; 235, 236; 245, 246) zum Berechnen der Zu stellgeschwindigkeit und -beschleunigung des Spindelmotors (12) enthält (Fig. 3 bis 5).

4. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (227; 237; 247) zum Berechnen des Drehstellbefehls (S1; S2; S3) den Drehstellbefehl (S1; S2; S3) aus der ermittelten Zustellgeschwindigkeit und -beschleunigung des Zustellmotors (7) berechnet.

5. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (225) dazu dient, eine Zustellbeschleuni gung des Spindelmotors (12) aus dem Zustellbefehl (Z) zu berechnen (Fig. 3).

6. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (235) dazu dient, eine Zustellbeschleuni gung des Spindelmotors (12) aus der ermittelten Zustellgröße (z) des Spindel kopfes (5) zu berechnen (Fig. 4).

7. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (245) dazu dient, eine Zustellbeschleuni gung des Spindelmotors (12) aus der Zustellabweichung (E(Z)) zu berechnen (Fig. 5).

8. Gewindeschneidmaschine, enthaltend:
eine Spindel (11) zum Halten eines Gewindeschneidwerkzeugs (15);
einen Spindelkopf (5) zum Halten der Spindel (11);
einen Spindelmotor (12) zum Drehen der Spindel (11);
einen Zustellmotor (7) zum Zustellen des Spindelkopfes (5) in Richtung auf ein Werkstück (17) und von diesem weg;
einen Detektor (14) zum Ermitteln einer Drehstellung (s) der Spindel (11);
einen Zustellpositionsdetektor (9) zum Ermitteln einer Zustellistposition (z) des Spindelkopfes (5), wobei der Gewindeschneidvorgang unter synchronem Betrieb von Spindelmotor (12) und Zustellmotor (7) ausgeführt wird;
eine Einrichtung (123; 323) zum Berechnen einer Drehabweichung (E(S)) zwi schen einem Drehstellbefehl (S) und der vom Detektor (14) ermittelten Drehstel lung (s) der Spindel (11);
eine Einrichtung (124; 324) zum Betreiben des Spindelmotors (12) durch die er mittelte Drehabweichung (E(S)), wobei diese Einrichtung (124; 324) wirkungs mäßig mit der Drehabweichungsberechnungseinrichtung (123; 323) verbunden ist; und
eine Einrichtung (127; 329) zum Betreiben des Zustellmotors (7),
gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (125; 327; 337; 347) zur Berechnung eines Zustellbefehls (Z; Z1; Z2; Z3) aus einer vorgegebenen Gewindesteigung (P);
eine mit dem Drehstellungsdetektor (14) verbundene Einrichtung (129; 331) zum Berechnen eines Zustellkorrekturwertes (r(s)) aus der ermittelten Drehstellung (s) der Spindel (11) und unter Berücksichtigung der Gewindesteigung (P);
eine mit der Zustellkorrekturberechnungseinheit (129; 331) und dem Zustellpositi onsdetektor (9) verbundene Einrichtung (128; 330) zum Berechnen einer Zustell abweichung (E(z)) aus dem Zustellkorrekturwert (r(s)) und der Zustellistposition (z) des Spindelkopfes (5);
eine mit der Zustellabweichungsberechnungseinrichtung (128; 330) verbundene Einrichtung (126; 328) zum Korrigieren des Zustellbefehls (Z; Z1; Z2; Z3) zur Erzielung eines korrigierten Zustellbefehls (R(Z); R(Z1); R(Z2); R(Z3)) aus der Zustellabweichung (E(z));
wobei die Einrichtung (127; 329) mit der Korrektureinrichtung (126; 328) verbun den ist, um mit dem korrigierten Zustellbefehl (R(Z); R(Z1); R(Z2); R(Z3)) den Zustellmotor (7) zu betreiben (Fig. 2, 6, 7, 8).

9. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (125) zum Berechnen des Zustellbefehls (Z) mit der Drehabwei chungsberechnungseinrichtung (123) verbunden ist, um den Zustellbefehl (Z) aus der Drehabweichung (E(S)) zu berechnen (Fig. 2).

10. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (327; 337; 347) zum Berechnen des Zustellbefehls (Z1; Z2; Z3) weiterhin eine Einrichtung (325, 326; 335, 336; 345, 346) zum Berechnen einer Drehgeschwindigkeit und -beschleunigung des Zustellmotors (9) enthält (Fig. 6 bis 8).

11. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (327; 337; 347) zum Berechnen des Zustellbefehls (Z1; Z2; Z3) den Zustellbefehl (Z₁; Z₂; Z₃) aus der ermittelten Zustellgeschwindigkeit und -be schleunigung des Spindelmotors (12) berechnet (Fig. 6 und 7).

12. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (325) dazu dient, eine Drehbeschleuni gung (A(S)) des Zustellmotors (9) aus dem Drehbefehl (S) zu berechnen (Fig. 6).

13. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (335) dazu dient, eine Drehbeschleuni gung (A(S)) des Zustellmotors (9) aus der ermittelten Drehstellung (s) der Spindel (11) zu berechnen (Fig. 7).

14. Gewindeschneidmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigungs-Arithmetikeinheit (345) dazu dient, eine Drehbeschleuni gung (A(S)) des Zustellmotors (9) aus der Drehstellungsabweichung (E(S)) zu berechnen (Fig. 8).