CN105629887B - 控制具有切削条件变更功能的机床的控制装置 - Google Patents

控制具有切削条件变更功能的机床的控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制具有切削条件变更功能的机床的控制装置，如果变更用于加工工件的加工程序中的工具转速或进给速度，则根据该变更后的转速或进给速度也能计算出切削负荷的变化量，在判定为这些变更后的工具转速、进给速度、切削负荷中的至少一个分别在预先设定的上限值和下限值的范围内的情况下，执行加工程序。

Description

控制具有切削条件变更功能的机床的控制装置
技术领域
本发明涉及一种控制机床的控制装置，特别涉及控制具有自动变更切削条件的功能的机床的控制装置。
背景技术
使用机床对工件实施切削加工时，为了根据状况变更切削条件，有时会修正加工程序内的工具旋转速度、切削进给速度。不过，在复杂的加工程序中，工具旋转速度和切削进给速度实际大多在多个地方被个别指定，手动修正其全部是非常费时的。另外，判断变更后的切削条件是否合适、包括切削负荷在内是否收于适当的范围内是非常花费时间的操作。
作为与切削条件的自动变更相关的现有技术文献，例如列举了日本特开2000-84794号公报、日本特开2007-94458号公报。
在普通的机床中，通过旋转式开关等来变更切削进给速度的倍率设定，由此能够针对通过加工程序设定的速度而变更实际加工时的切削进给速度。关于工具的旋转速度也同样。
不过，这样的设定几乎一律适用于加工程序全体。在无论如何也要对每个工具适用变更的情况下，操作者在机床的显示器前等待，需要每次通过手动来变更倍率设定。
另一方面，在实施切削条件的自动变更的日本特开2000-84794号公报中，对于以向最佳的切削条件的自动变更为前提，在合适的范围内的切削条件的故意自动变更没有进行规定。例如，不能够对应“在现有切削条件下并不是特别有问题，不过为了延长工具的寿命要稍微下降切削条件”的请求。
另外，日本特开2007-94458号公报虽然满足上述请求，但不能够判断变更后的切削条件是否合适。另外，是仅针对切削进给速度的技术，主轴的旋转速度以及实际的切削负荷所对应的切削条件不能够变更。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种控制装置，其控制具有自动变更切削条件功能的机床。
本发明涉及依照加工程序对工件进行加工的机床的控制装置，该控制装置具备：工具切削条件设定部，其设定用于加工的工具转速、进给速度、切削负荷各自的上限值和下限值；变更条件设定部，其设定在上述加工程序中变更工具的转速以及进给速度中的至少一个的范围和条件；负荷计算部，其根据加工程序变更前的切削条件和上述变更后的加工程序切削条件的变化量来计算切削时的负荷；以及判定部，其判定上述变更后的进给速度、转速以及计算出的切削负荷的至少一个是否在上述工具切削条件设定部所设定的转速、进给速度以及切削负荷各自的上限值和下限值的范围内。
控制装置，在通过上述判定部判定为通过上述变更条件设定部变更的工具的进给速度或转速以及通过上述负荷计算部计算出的切削负荷是在上述工具切削条件设定部所设定的转速、进给速度以及切削负荷的上限值和下限值的范围内的情况下，执行上述加工程序。
控制装置还可以具有用于显示上述判定部的判定结果的显示部。
通过本发明能够提供一种控制装置，其控制具有自动变更切削条件功能的机床。
附图说明
通过参照附图说明以下的实施例，能够明确本发明的上述以及其他目的、特征。
图1是表示指定使用任意的工具(工具1)的切削条件范围的例子的图。
图2是表示加工程序的例子的概略图。
图3是表示没有针对加工程序整体自动变更切削条件的例子的图。
图4是表示针对加工程序整体适用切削条件的自动变更的例子的图。
图5是表示仅对加工程序内的指定场所适用切削条件自动变更的例子的图。
图6是表示在加工程序内适用多个设定的条件的一例的图。
图7是表示在加工程序内适用多个设定的条件的其他例子的图。
图8是表示步骤2～步骤6的流程图。
图9是控制本发明的具有切削条件变更功能的机床的控制装置的功能框图。
具体实施方式
本发明中，采用下表1所示的步骤1～步骤6，使机床具有自动变更切削条件的功能。表1表示本发明的切削条件的自动变更的实施步骤。
[表1]
步骤1：切削条件的实施研究(实施担当：操作者或生产线管理者)。
步骤2：每个工具的切削条件的上限值和下限值的输入(实施担当：操作者或生产线管理者)。
步骤3：切削条件的自动变更条件设定(实施担当：操作者或生产线管理者)。
步骤4：加工程序的启动(实施担当：操作者或生产线管理者、或机床的外部装置)。
步骤5：按照被切削了的内容，对执行中的加工程序适用切削条件的变更(包括进行了变更后的切削条件是否在所设定的条件内的判断处理)(实施担当：机床(自动地实施))。
步骤6：加工程序的停止(实施担当：机床(自动地实施))。
表示上述表1的各个步骤的详细例子。
<步骤1>可否变更切削条件。
操作者或者生产线管理者判断是否对现状的加工程序实施切削条件的变更。
<步骤2>输入每个工具的切削条件的上限值和下限值。
操作者或者生产线管理者对在对象的切削加工所使用的工具输入每个工具的切削条件的上限值和下限值。机床需要具备这些数值的输入单元、存储所输入的数值的单元。
关于输入单元，具备手动或自动输入例如表2那样的内容的单元。表2是表示每个工具的切削条件的条件值和下限值的输入项目例子的表。代替表2，也可以是通过图1那样的多边形图式地显示和指定切削条件范围的单元。图1是表示任意的工具(工具1)的切削条件范围指定的例子的图。
[表2]
进而，作为输入的条件的例子，提示了在加工程序内具体指定的“工具转速”以及“进给速度”，不过代替这些，也可以是例如“工具旋转的圆周速度”、“每一把工具刀的进刀量”等。这时候，具备以下单元，即在机床内部进行适当换算，决定切削条件的范围作为“工具转速”和“进给速度”。
另外，这些条件的输入可以是基于手动的输入，也可以在机床内部预先设置数据库，设置如果指定工具的模型编号或管理编号则自动输入切削条件范围的单元。
进而，各个工具上限值和下限值会根据进行切削的材质、加工的种类(粗加工或精加工)而不同。因此能够设定多个每个工具的上限值和下限值，使得能够根据材质进行变更。
另外，除了工具转速和进给速度之外，对于切削时的负荷也设定上限值和下限值。仅仅上限值也没有问题，不过在工具完全破损/脱落而不与加工物接触的情况下，预测到切削时的负荷显著减少。因此，如果设置下限值，则能够某种程度推定例如工具的完全破损/脱落。
对于切削时的负荷计算例如考虑使用以下的手段。
手段1：基于主轴转速以及切削进给速度的变化量的自动计算。
在合适的条件范围内，如果提高主轴转速则切削负荷成反比地减少。另一方面，如果提高切削进给速度则切削负荷成比例增加。因此，能够根据工具转速和切削进给速度的变化量，通过自动计算来推定切削负荷的变化量/变化率。
手段2：切削时在工具旋转用电动机(＝主轴电动机)以及进给轴用电动机流过的电流的变化。
一般在切削条件上升或产生了工具/刀具的缺口和磨损的情况下，工具旋转和轴进给在切削时所需动力都有增加的倾向。切削时发出需要的力，因此在工具旋转用电动机和进给轴用电动机流过的电流增加。因此，例如将“电动机的额定电流”或“在没有工具缺口的状态下实施了切削时的电动机电流”存储为基准值，以该基准值为基础，判断切削时的电流变化了多少，由此推定切削时的负荷。如果切削时的电流比基准值大，则表示负荷增大。相反如果切削时的电流比基准值小，则表示负荷减少。
另外，可以通过追加电流传感器来实施电动机的电流值的测定，也可以通过与主轴电动机的控制装置或与进给轴电动机的控制装置之间的通信来读出电流值。在一般的机床中，后者能够在没有追加装置情况下实施，因此认为是优选。
手段3：切削时工具旋转用(＝主轴电动机)以及进给轴用电动机的消耗电力的变化。
和上述的手段2几乎相同，不过代替电动机的电流而使用消耗电力。即，作为一例将“电动机的额定消耗电力”或“在没有工具缺口的状态下实施了切削时的消耗电力”存储为基准值，通过判断切削时消耗电力发生了多少变化来推定切削时的负荷。消耗电力的测定单元也依据手段2。
手段4：切削时产生的声音的声压级和频率特定的变化。
一般在切削条件上升或产生了工具/刀具的缺口和磨损的情况下，随着负荷的增加加工时所产生的声音的声压级增加。另外，随着这些，频率特性也大多发生变化。
作为一例，将“在没有工具的缺口/磨损的状态下实施了切削时的声音的音量和频率特性”存储为基准值，将切削时的声压级或频率特性与基准值的这些进行比较，推定切削时的负荷。可以只通过声压级的变化推定切削时的负荷，不过如果配合频率特性来调查变化，则在“声压级没有变化，但频率特性发生了变化”的情况下，能够推定针对切削有某些变化要因。
测定单元考虑麦克风等设置。另外，在控制装置内部需要用于实施声音的声压级和频率特性分析的运算处理、存储和比较的处理单元。
手段5：切削时产生的机械振动的等级和振动频率特定的变化。
代替上述单元4所使用的声音，使用机械振动。即，作为一例将“在没有工具的缺口/磨损的状态下实施了切削时的机械的振动级别和频率特性”存储为基准值，将切削时的机械振动的级别或频率特性与基准值进行比较。频率特性用作辅助的判断材料，最好通过振动的级别变化来实施主要的判断。测定单元考虑振动计等的设置。
切削时的负荷计算不限定于上述的实施了上述手段1～手段5的情况。不过，考虑到上述手段4和手段5即使是加工条件以外的要素，变化量也被左右，因此不能单独使用它们，而最好与手段1到手段3的任意一个组合使用。
另外，手段1的情况下，能够判断切削实施前加工负荷是否在适当的范围内，即不需要进行试加工。另一方面，在手段2～手段5的情况下，作为实用上的问题，无论如何也需要试加工(＝测试加工)。
<步骤3>设定切削条件的自动变更条件。
针对由现状的加工程序所设定的切削条件，操作者或生产线管理者考虑怎样进行自动变更，实施设定。机床需要具备这些设定的输入单元和存储单元。表3和表4表示设定内容的例子。表3是每个工具的切削条件变更内容的输入项目例1。表4是每个工具的切削条件变更内容的输入项目例2。
[表3]
A、切削条件自动变更功能(条件1的设定)。
A1：适用范围的设定(选择下述(1)～(3)中的任意一个)。
(1)适用于加工程序整体
(2)仅适用于加工程序的指定范围
(3)不适用
A2：工具转速(选择下述(1)～(3)中的任意一个，不过，选择(2)或(3)的情况下，输入○、□的值)。
(1)不变更
(2)○％增加
(3)□％减少
A3：切削进给速度(选择下述(1)～(3)中的任意一个，不过，选择(2)或(3)的情况下，输入○、□的值)。
(1)不变更
(2)○％增加
(3)□％减少
B、切削条件自动变更功能(条件2的设定)。
B1：适用范围的设定(选择下述(1)～(3)中的任意一个)。
(1)适用于加工程序整体
(2)仅适用于加工程序的指定范围
(3)不适用
B2：工具转速(选择下述(1)～(3)中的任意一个，不过，选择(2)或(3)的情况下，输入○、□的值)。
(1)不变更
(2)○％增加
(3)□％减少
B3：切削进给速度(选择下述(1)～(3)中的任意一个，不过，选择(2)或(3)的情况下，输入○、□的值)
(1)不变更；
(2)○％增加；
(3)□％减少。
C、……
：
：
[表4]
A、切削条件自动变更功能(条件1的设定)。
A1：适用范围的设定(选择下述(1)～(3)中的任意一个)。
(1)适用于加工程序整体
(2)仅适用于加工程序的指定范围
(3)不适用
A2：工具转速(选择下述(1)～(3)中的任意一个，不过，选择(2)或(3)的情况下，输入○、□的值)。
(1)不变更
(2)○min-1增加
(3)□min-1减少
A3：切削进给速度(选择下述(1)～(3)中的任意一个，不过，选择(2)或(3)的情况下，输入○、□的值)。
(1)不变更
(2)○min-1增加
(3)□min-1减少
B、切削条件自动变更功能(条件2的设定)。
B1：适用范围的设定(选择下述(1)～(3)中的任意一个)。
(1)适用于加工程序整体
(2)仅适用于加工程序的指定范围
(3)不适用
B2：工具转速(选择下述(1)～(3)中的任意一个，不过，选择(2)或(3)的情况下，输入○、□的值)。
(1)不变更；
(2)○min-1增加；
(3)□min-1减少。
B3：切削进给速度(选择下述(1)～(3)中的任意一个，不过，选择(2)或(3)的情况下，输入○、□的值)。
(1)不变更
(2)○min-1增加
(3)□min-1减少
C、……
：
：
这些输入形式、输入内容、输入单元与步骤2的情况相同，不进行特别限定。
以下是对上述表3和表4的“适用范围的设定”的补充说明，表示其适用的一例。图2的框图表示加工程序的概要。在通过“适用范围的设定”选择了“不适用(3)”的情况下，即使设定了工具转速、切削进给速度等变更条件，也不适用变更(参照图3)。
另一方面，当在“适用范围的设定”中选择了“(1)适用于加工程序整体”时，针对加工程序整体适用工具转速、切削进给速度等变更条件(参照图4)。
进而，另外具备当在“适用范围的设定”中选择了“(2)仅适用于加工程序的指定范围”时，向加工程序追加用于指定范围的程序代码等、或指定适用的范围的单元，由此只对指定范围适用工具转速、切削进给速度等变更条件(参照图5)。
另外，通过设定多个条件，对所设定的条件各自的适用范围进行设定，能够如图6和图7那样进行切削条件的复杂变更。不过，在各个条件之间指定了重复或矛盾的条件时，最好在机床侧设置用于传达该意思的单元或优先任何一方进行适用的功能。根据情况也可以设置能够选择设定实施哪个处理的单元。
在图5～图7中，成为对每个工具实施了不同的切削条件的变更的例子，不过如果变更放入程序代码的位置，则即使是相同工具进行的加工，也能够使有无切削条件变更的适用以及进行变更的条件内容发生变化。由此，作为一例以下的情况成为可能。
(I)在针对2个不同方向或位置用相同工具进行切削的情况下，仅对第2个加工适用切削条件的变更。
(II)在使用相同的工具实施粗加工和精加工的情况下，在粗加工中直接通过当初的加工程序实施切削，而精加工是变更切削条件而实施切削。
另外，在图3～图7所示的适用例以及其他所有的情况中，当变更后的切削条件从适当的切削条件范围偏离时，最好具有以下任意的功能。
(a)暂时停止加工程序，传达该意思；
(b)中止加工条件的变更，以通过原来的加工程序指定的条件进行切削；
(c)在适当的范围内自动修正切削条件，进行切削。
根据情况可以设置能够设定实施上述(a)～(c)中的哪个处理的单元。另外，在实施(c)的处理的情况下，例如按照以下的情况(1)～情况(4)的步骤进行自动修正。
情况(1)：工具转速、切削进给速度中的至少一个比合适的范围大的情况
＝>自动修正为适当范围内的最大值。不过，再次自动确认在实际切削前切削负荷是否在适当的范围内。
情况(2)：工具转速、切削进给速度中的至少一个比适当的范围小的情况
＝>自动修正为适当范围内的最小值。不过，再次自动确认在实际切削前切削负荷是否在适当的范围内。
情况(3)：切削负荷比适当的范围大的情况
＝>自动实施工具转速的增加、切削进给速度削减中的任意一个或双方。再次自动确认修正后的值是否在适当的范围内。
情况(4)：切削负荷比适当的范围小的情况
＝>自动实施工具转速的削减、切削进给速度增加中的任意一个或双方。再次自动确认修正后的值是否在适当的范围内。
<步骤4>加工程序的启动。
通过操作者或生产线管理的执行处理、或者来自机床外部的输入信号，由机床启动加工程序。不过，在搭载有如上述步骤4所提示的“在各个条件之间指定了重复或矛盾的条件时，传达该意思”、或“在变更后的切削条件从适当的切削条件的范围偏离的情况下，暂时停止加工程序，传达该意思”的功能的情况下，可以在启动加工程序之前进行传达。
<步骤5>依照设定的内容，对执行中的加工程序适用切削条件的变更。
机床通过预定的条件对原来的加工程序适用切削条件的变更并实施切削。
<步骤6>加工程序的停止。
通过加工程序内的指令代码，机床结束并停止加工程序。可以根据加工程序的指令代码，自动地转移到下一个零件的切削加工。
图8是表示步骤2～步骤6的流程图。该步骤2～步骤6不限定于该图8的流程图所示的内容。特别是可以在加工程序启动前实施图8的流程图中用虚线包围的部分。以下，按照各个步骤说明该流程图所示的处理。
[步骤sa01]进行切削条件自动变更功能的设定、切削条件的上限值和下限值的输入(步骤2和步骤3)。
[步骤sa02]启动加工程序。
[步骤sa03]判断切削条件自动变更功能的设定是有效还是无效，如果是有效，则转到步骤sa04，如果是无效，则转到步骤sa12。
[步骤sa04]判断在加工程序内是否有切削条件自动变更功能的可适用范围，如果有可适用范围，在转到步骤sa05，如果没有，则转到步骤sa06。
[步骤sa05]判断变更后的切削条件是否是在适当的范围内，如果是在适当的范围内，则转到步骤sa09，如果是在范围外，则转到步骤sa06。
[步骤sa06]确认不能够适用切削条件自动变更功能的情况的设定，在自动修正切削条件的情况下，转到步骤sa07，在加工程序执行中止的情况下，转到步骤sa08，在直接执行加工程序的情况下，则转到步骤sa12。
[步骤sa07]自动修正切削条件，转到步骤sa05。
[步骤sa08]中止加工程序的执行并且通知执行中止。
[步骤sa09]判断加工程序内的切削条件自动变更的适用范围是程序整体还是只是指定范围，如果适用范围只是指定范围的情况下，转到步骤sa10，如果是程序整体的情况下，则转到步骤sa11。
[步骤sa10]在加工程序的指定范围内适用切削条件的变更并执行，结束加工程序。
[步骤sa11]对加工程序的整体适用切削条件的变更并执行，结束加工程序。
[步骤sa12]直接执行加工程序，结束加工程序。
图9是表示本发明的控制具有切削条件变更功能的机床的控制装置的图。
通过控制装置10控制机床，按照加工程序对工件进行加工。该控制装置10具备：工具切削条件设定部11，其设定用于加工的工具的转速、进给速度、切削负荷各自的上限值和下限值；变更条件设定部12，其设定在上述加工程序中变更工具的转速以及进给速度中的至少一个的范围和变更条件；负荷计算部13，其根据加工程序变更前的切削条件和变更后的加工程序的切削条件的变化量来计算切削时的负荷；判定部14，其判定上述变更后的进给速度、转速以及计算出的切削负荷的至少一个是否在上述工具切削条件设定部所设定的转速、进给速度以及切削负荷的各自的上限值和下限值的范围内；加工程序执行部15，其在通过该判定部14判定为通过上述变更后的进给速度或转速以及计算出的切削负荷是在上述工具切削条件设定部所设定的转速、进给速度以及切削负荷的上限值和下限值的范围内的情况下，执行上述加工程序；以及显示部16，其显示判定部14的判定结果。
通过本发明能够提供一种控制装置，其控制具有自动变更切削条件的功能的机床。具体地说，通过本发明，操作者或生产线的管理者能够解决以下的请求/问题。
(1)在循环时间有富余的情况下，在适当的范围内降低切削条件，减少对切削工具的负荷并延长工具的持有(工具的长寿命化)。
(2)在切削条件还有富余的情况下，在适当的范围内提高切削条件，缩短循环时间。
(3)针对上述(1)或(2)的请求/问题，简单地进行加工程序的微调整，并将变更后的切削条件保持在适当的范围内。

Claims (2)

1.一种机床的控制装置，按照加工程序对工件进行加工，其特征在于，
该机床的控制装置具备：
工具切削条件设定单元，其设定用于加工的工具的转速、进给速度、切削负荷各自的上限值和下限值；
变更条件设定单元，其设定用于在上述加工程序中变更工具的转速以及进给速度中的至少一个的范围和条件；
负荷计算单元，其根据加工程序变更前的切削条件和上述变更后的加工程序切削条件的变化量来计算切削时的负荷；以及
判定单元，其判定上述变更后的进给速度、转速以及计算出的切削负荷中的至少一个是否在上述工具切削条件设定单元所设定的转速、进给速度以及切削负荷各自的上限值和下限值的范围内，
上述机床的控制装置在通过上述判定单元判定为上述变更后的进给速度或转速以及计算出的切削负荷是在上述工具切削条件设定单元所设定的转速、进给速度以及切削负荷的上限值和下限值的范围内的情况下，执行上述加工程序。
2.根据权利要求1所述的机床的控制装置，其特征在于，
上述机床的控制装置具有用于显示上述判定单元的判定结果的显示单元。
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