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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bearbeitungsgerät für eine nicht-kreisförmige Form wie eine NC-Drehmaschine oder eine NC-Schleifmaschine, die ein drehendes Werkstück dreht und schneidet oder schleift, um einen Fertigungsgegenstand mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt herzustellen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Als ein Beispiel für ein herkömmliches Bearbeitungsgerät für eine nicht-kreisförmige Form ist die in
JP H05-173 619 A beschriebene Konfiguration bekannt, welche die Funktion der Korrektur eines Bearbeitungsfehlers aufweist. Der Arbeitsablauf eines herkömmlichen Bearbeitungsgeräts für eine nicht-kreisförmige Form wird hier beispielhaft anhand der in
JP H05-173 619 A beschriebenen Maschinenkonfiguration beschrieben.
7 ist ein Blockdiagramm des Geräts,
8 ist ein Maschinenkonfigurationsdiagramm (allgemeines Frontdiagramm) von diesem herkömmlichen Bearbeitungsgerät für eine nicht-kreisförmige Form.
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Wie in 8 dargestellt, wird ein Werkstück 1 durch einen Spindelmotor 3 mit einer bestimmten Drehzahl gedreht und der Drehwinkel durch einen Spindelencoder 4 erfasst. Ein Werkzeug 7 ist an einem Schneidwerkzeugschlitten 8 angebracht, der durch einen X-Achsenmotor 10 geradlinig angetrieben wird, um sich mit der Drehung des X-Achsenmotors 10 in radialer Richtung (X-Achsenrichtung) des Werkstücks 1 hin und her zu bewegen, und der Bewegungsabstand wird durch einen X-Achsenlinearmaßstab 12 erfasst. Zusätzlich wird der Schneidwerkzeugschlitten 8 durch Antreiben des X-Achsenmotors 10, der durch eine Steuerung mit der Drehung des Werkstücks 1 auf der Basis des vom Spindelencoder 4 erfassten Werts synchronisiert wird, vorwärts und rückwärts bewegt und das Werkstück 1 gedreht und durch das auf dem Schneidwerkzeugschlitten 8 angebrachte Werkzeug 7 geschnitten. Des Weiteren ist zum Bewirken dessen, dass sich das Werkzeug 7 in die Längsrichtung des Werkstücks 1 (Z-Achsenrichtung, Richtung rechtwinklig zur Seite) bewegt, ein in X-Achse beweglicher
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Abschnitt 9, umfassend den Schneidwerkzeugschlitten 8 und einen Mittelschlitten, derart strukturiert, dass er sich durch die kombinierte Verwendung eines Z-Achsenmotors 13 und eines in Bezug auf die X-Achse unbeweglichen Sattels 11 in eine rechtwinklige Richtung über einem Bett 14 bewegen kann.
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7 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuerung oder Regelung, die Bewegungsbefehle des Werkzeugs 7 synchron mit dem durch den Spindelencoder 4 erfassten Winkel erzeugt, und die Steuerinhalte werden unter Bezugnahme auf dieses Diagramm beschrieben. Zuerst wird bewirkt, dass sich das Werkstück 1 durch den Spindelmotor 3 mit einer gewünschten Drehzahl dreht. Der Spindelencoder 4 erfasst den Drehwinkel des Werkstücks 1 und überträgt ein Zweiphasensinussignal an eine Spindelencoderschnittstelle 24, und die Spindelencoderschnittstelle 24 gibt den Drehwinkel θ des Werkstücks 1 aus. Eine Zielposition f (θ) des Werkzeugs 7 oder ein Wert, der sich der Zielposition f (θ) annähert, wird zuvor als Befehlsposition c (θ) in einem Datenspeicher für die Befehlsposition 21 gespeichert, und eine Datenleseeinheit für die Befehlsposition 22 liest die Befehlsposition c (θ) je nach Drehwinkel θ des Werkstücks 1 aus dem Datenspeicher für die Befehlsposition 21 aus und steuert ein X-Achsenservosystem 23. Zusätzlich bewirkt eine Datenschreibeinheit für die erfasste Position 26, dass die durch den X-Achsenlinearmaßstab 12 erfasste Position a (θ) des Werkzeugs 7 in einem Datenspeicher für die erfasste Position 25 in Bezug auf eine Drehung des Werkstücks 1 gespeichert wird; d.h. ein Bereich in dem θ 0° bis 360° beträgt. Die Zielposition f (θ) des Werkzeugs 7 wird zuvor in einem Datenspeicher für die Zielposition 27 gespeichert, und eine Datenkorrektureinheit für die Befehlsposition 20 bewirkt die Speicherung im Datenspeicher für die Befehlsposition 21 von einer korrigierten Befehlsposition cc (θ), in welcher die Befehlsposition c (θ) durch den nachstehenden Ausdruck 1 auf der Basis der Differenz zwischen der aus dem Datenspeicher für die Zielposition 27 gelesenen Zielposition f (θ) und der aus dem Datenspeicher für die erfasste Position 25 gelesenen erfassten Position a (θ) korrigiert wurde. cc(θ) = c(θ) + (f(θ + Δθ) – a(θ + Δθ)) Ausdruck 1
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Zusätzlich liest die Datenleseeinheit für die Befehlsposition 22 aus dem Datenspeicher für die Befehlsposition 21 die korrigierte Befehlsposition cc (θ) je nach Drehwinkel θ des Werkstücks 1, die von der Spindelencoderschnittstelle 24 gelesen wurde, und steuert das X-Achsenservosystem 23. Zusätzlich bewirkt die Datenschreibeinheit für erfasste Position 26, dass die durch den X-Achsenlinearmaßstab 12 erfasste Position a (θ) im Datenspeicher für die erfasste Position 25 in Bezug auf eine Drehung des Werkstücks 1 gespeichert wird; d.h. ein Bereich, in dem θ 0° bis 360° beträgt. Zusätzlich bestimmt die Datenkorrektureinheit für die Befehlsposition 20, ob die Abweichung zwischen der aus dem Datenspeicher für die erfasste Position 25 gelesenen erfassten Position a (θ) und der aus dem Datenspeicher für die Zielposition 27 gelesenen Zielposition f (θ) gleich oder größer ist als ein bestimmter Wert oder nicht. Wenn die Abweichung gleich oder größer als der bestimmte Wert ist, beendet die Datenkorrektureinheit für die Befehlsposition 20 die gesamte Verarbeitung. Andererseits, wenn die Abweichung nicht gleich oder größer ist als der bestimmte Wert, ersetzt die Datenkorrektureinheit für die Befehlsposition 20 die Befehlsposition c (θ) durch die korrigierte Befehlsposition cc (θ) und wiederholt den vorstehend erwähnten Vorgang.
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Im Übrigen führt das vorstehend erwähnte herkömmliche Bearbeitungsgerät für eine nicht-kreisförmige Form die Steuerung unter der Annahme durch, dass die Ausgabe des X-Achsenlinearmaßstabs 12 in 8 gleich dem relativen Bewegungsabstand zwischen dem Werkstück 1 und dem Werkzeug 7 ist. Wird jedoch das Werkzeug 7 mit hoher Beschleunigung an der X-Achse hin und her bewegt oder ist das Gewicht des Werkzeugs 7 und des beweglichen Teils 9 der X-Achse schwer, erhält der bewegliche X-Achsenabschnitt 9 eine Beschleunigungs-/Verzögerungsreaktionskraft und schwingt der Sattel 11, welcher der unbewegliche Teil an der X-Achse ist, periodisch in die entgegengesetzte Richtung. Im Hinblick auf die gesamte Maschine bewegt sich die Schwerpunktposition der Maschine nicht durch eine Drehung der Spindel; deshalb nehmen die sich aus der X-Achsenreaktion ergebende Taumelbewegung des Sattels 11 und die Taumelbewegung, wo das Werkstück 1 über dem Bett 14 periodisch schwingt, im Wesentlichen entgegengesetzte Phasen ein und erreicht die Änderung im relativen Abstand zwischen den beiden manchmal mehrere Mikrometer. Aus diesem Grund entstand ein Problem dahingehend, dass, wenn der Ausgabewert des X-Achsenlinearmaßstabs 12 gesteuert wird, um mit der Zielposition überein zu stimmen, das Werkstück auf Grund der Schwingung der gesamten Maschine, die sich aus der Beschleunigungs-/Verzögerungsreaktionskraft des beweglichen Abschnitts der X-Achse 9 ergibt, nicht wie vorgesehen zu seiner gewünschten äußeren Form bearbeitet werden kann.
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US 5 396 434 A beschreibt als nächstliegender Stand der Technik ein Bearbeitungsgerät für eine nicht-kreisförmige Form mit einem Werkzeugbewegungsmechanismus, der einen beweglichen Abschnitt und einen unbeweglichen Abschnitt aufweist, und mit einem Erfassungsmittel für die Werkzeugposition, das eine Bewegung des Werkzeugs, die sich aus dem Werkzeugbewegungsmechanismus ergibt, erfasst.
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US 6 241 435 B1 beschreibt ein Verfahren zum automatischen Minimieren einer unerwünschten Bewegung eines Werkstücks während eines Bearbeitungsvorgangs. Während der Bearbeitung wird eine unerwünschte Bewegung des Werkstücks in einer Halterungsstruktur erfasst.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGDas
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Problem wird mit einem Bearbeitungsgerät nach Anspruch 1 gelöst. Zum Lösen dieses Problems stellt die vorliegende Erfindung ein Bearbeitungsgerät füreine nicht-kreisförmige Form bereit, welche die Bewegung eines mit der Drehung eines Werkstücks synchronisierten Werkzeugs steuert, um eine nicht-kreisförmige Form zu bearbeiten, wobei das Gerät aufweist: einen Werkzeugbewegungsmechanismus, der bewirkt, dass sich das Werkzeug geradlinig bewegt, wobei der Werkzeugbewegungsmechanismus mit einem beweglichen Abschnitt, der sich bewegen kann, und einem unbeweglichen Abschnitt, der sich nicht bewegen kann, eingerichtet ist; ein erstes Erfassungsmittel, das eine Verschiebung des unbeweglichen Abschnitts in eine vorbestimmte Vektorrichtung erfasst, die bewirkt, dass sich der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ändert; ein zweites Erfassungsmittel, das eine Verschiebung des durch ein Halteglied gehaltenen Werkstücks in eine vorbestimmte Vektorrichtung ermittelt, die bewirkt, dass sich der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ändert; ein Berechnungsmittel für eine relative Verschiebung, das aus der Verschiebung des unbeweglichen Abschnitts und der Verschiebung des Werkstücks, die erfasst wurden, eine Verschiebung zwischen dem unbeweglichen Abschnitt und dem Werkstück als relative Verschiebung berechnet; ein Erfassungsmittel für die Werkzeugposition, das eine Bewegung des Werkzeugs, die sich aus dem Werkzeugbewegungsmechanismus ergibt, erfasst; und ein Mittel, das die tatsächliche Position des Werkzeugs im Hinblick auf das Werkstück aus der Bewegung des Werkzeugs und der relativen Verschiebung berechnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist jedes des ersten Erfassungsmittels und des zweiten Erfassungsmittels einen Beschleunigungssensor, der eine Beschleunigung in der vorbestimmten Vektorrichtung des unbeweglichen Abschnitts oder des Werkstücks erfasst, eine Berechnungseinheit für die Verschiebung, welche die Verschiebung in die vorbestimmte Vektorrichtung des unbeweglichen Abschnitts durch doppeltes Integrieren eines Ausgabewerts des Beschleunigungssensors bestimmt, und eine Versatzmesseinheit, die einen im Ausgabewert des Beschleunigungssensors umfassten Versatzwert periodisch berechnet und den in die Berechnungseinheit für die Verschiebung eingegebenen Ausgabewert des Beschleunigungssensors auf der Basis des berechneten Versatzwerts korrigiert, auf.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist das Bearbeitungsgerät für eine nicht-kreisförmige Form ein Korrekturmittel, welches das erste Erfassungsmittel und das zweite Erfassungsmittel korrigiert, wobei das Korrekturmittel einen Positionssensor für die Korrekturverwendung aufweist, der eine Änderung im relativen Abstand zwischen dem Beschleunigungssensor des ersten Erfassungsmittels und dem Beschleunigungssensor des zweiten Erfassungsmittels misst, ein Korrekturbefehlerzeugungsmittel, das einen Korrekturbefehl erzeugt, der den Werkzeugbewegungsmechanismus antreibt und bewirkt, dass sich das Werkzeug mit einer Frequenz und einem Amplitudenabstand, die zuvor bestimmt wurden, hin und her bewegt, eine Messeinheit für die synchronisierte Schwingung, die aus den Ausgabewerten vom Korrekturverwendungspositionssensor und den Beschleunigungssensoren, die erhalten werden, wenn sich das Werkzeug bewegt hat, die vorbestimmte Frequenzkomponente oder eine Komponente n-ter Ordnung einer Harmonischen als eine Korrekturverwendungskomponente extrahiert und die Amplitude und relative Phasendifferenz von jeder Korrekturverwendungskomponente misst, und einen Konfigurationsabschnitt für die Frequenzcharakteristik, der Verstärkungsfehler und Phasenfehler pro Frequenz der Beschleunigungssensoren auf der Basis eines Vergleichs zwischen der von der Ausgabe des Positionssensor für die Korrekturverwendung erhaltenen Korrekturverwendungskomponente und der von den Beschleunigungssensoren erhaltenen Korrekturverwendungskomponente bestimmt, auf.
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Erfindungsgemäß werden die Verschiebung des unbeweglichen Abschnitts und die Verschiebung des Werkstücks erfasst und wird auf der Basis dieser zwei erfassten Verschiebungen die Verschiebung zwischen dem unbeweglichen Abschnitt und dem Werkstück als relative Verschiebung erfasst. Zusätzlich wird die Position des Werkzeugs unter Betrachtung der erhaltenen relativen Verschiebung berechnet, sodass eine genauere Werkzeugposition erhalten werden kann. Infolgedessen kann die Bearbeitungsgenauigkeit im Vergleich mit derjenigen, die herkömmlich erhalten wird, weiter verbessert werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bearbeitungsgeräts sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3 enthalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Maschinenkonfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer Ausführungsform darstellt;
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2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel einer Ausführungsform darstellt;
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3 ist ein Maschinenkonfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer anderen Ausführungsform darstellt;
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4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer anderen Ausführungsform darstellt;
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5 ist ein Maschinenkonfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer anderen Ausführungsform darstellt;
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6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer anderen Ausführungsform darstellt;
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7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichem Geräts darstellt; und
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8 ist ein Maschinenkonfigurationsdiagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen Geräts darstellt;
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass in allen der folgenden Ausführungsformen eine Beschreibung unter der Annahme angegeben wird, dass ein Drehmotor zur Bewegung entlang einer X-Achse verwendet wird, sich jedoch selbst dann, wenn ein Linearmotor verwendet wird, keine Differenz im Hinblick auf die Steuerung ergibt, und deshalb die vorliegende Erfindung in einem derartigen Fall angewandt werden kann.
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Ausführungsform 1
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1 und 2 zeigen eine allgemeine Maschinenkonfiguration und ein Konfigurationsblockdiagramm der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. In 1 und 2 sind die gleichen Bezugsnummern Teilen zugeordnet, welche die gleichen Funktionen wie diejenigen in 7 und 8 aufweisen. Des Weiteren werden in der folgenden Beschreibung hauptsächlich nur die Punkte des Unterschieds mit dem herkömmlichen Gerät beschrieben.
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1 ist ein Diagramm, das eine Maschinenkonfiguration darstellt. Ein erster Beschleunigungssensor 6, der eine Beschleunigungskomponente parallel zu einer Linie erfasst, die das entfernte Ende eines Werkzeugs 7 und die Mitte eines Werkstücks 1 verbindet, ist an einer dem Werkstück 1 zugewandten Endfläche eines Sattels 11 angeordnet, und ein beweglicher Abschnitt der X-Achse 9, der bewirkt, dass sich das Werkzeug 7 bewegt, ist auf dem Sattel 11 platziert. Hier wirkt der Sattel 11 als ein unbeweglicher Abschnitt eines Bewegungsmechanismus, der bewirkt, dass sich das Werkzeug 7 geradlinig bewegt, und wirkt der erste Beschleunigungssensor 6 als Teil eines ersten Erfassungsmittels, das die Verschiebung des unbeweglichen Abschnitts erfasst. Des Weiteren ist ein zweiter Beschleunigungssensor 15, der eine Beschleunigungskomponente parallel zu einer Linie, die das entfernte Ende des Werkzeugs 7 mit der Mitte des Werkstücks 1 verbindet, erfasst, einem Spindellager 5 einer Spindel zugefügt, die bewirkt, dass sich das Werkstück 1 dreht. Hier ist das Spindellager 5 ein Glied, das sich in der Nähe des Werkstücks 1 befindet, und wenn das Werkstück 1 auf Grund von Schwingung oder dergleichen verschoben wird, kann es als ein Glied gedacht sein, das in Verbindung mit dem Werkstück 1 verschoben wird. Folglich kann die durch den am Spindellager 5 angebrachten zweiten Beschleunigungssensor 15 erfasste Beschleunigung als die Beschleunigung des Werkstücks 1 betrachtet werden. Zusätzlich wirkt der zweite Beschleunigungssensor 15 als Teil eines zweiten Erfassungsmittels, das die Verschiebung des Werkstücks 1 erfasst.
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2 ist ein Steuerblockdiagramm. Zusätzlich zum ersten und zweiten Beschleunigungssensor 6 und 15 gehören zu den Elementen, die in Bezug auf das in 7 dargestellte herkömmliche Bearbeitungsgerät für eine nicht-kreisförmige Form zugefügt sind, eine Berechnungseinheit für die relative Verschiebung 38, welche die relative Verschiebung zwischen dem Werkstück 1 und dem Sattel 11 aus den Ausgaben von beiden Sensoren 6 und 15 berechnet, und eine Addierschaltung 37, welche die durch die Berechnungseinheit für die relative Verschiebung 38 berechnete Verschiebung zur Ausgabe des X-Achsenlinearmaßstabs 12 addiert. Die Ausgabe a (θ) der Addierschaltung 37 wird zur Datenschreibeinheit für die erfasste Position 26 gesandt. Als nächstes werden Elemente innerhalb der Berechnungseinheit für die relative Verschiebung 38 beschrieben.
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Die Ausgabe einer später zu beschreibenden ersten Versatzmesseinheit 30 wird durch einen Subtraktor 32 von der Ausgabe des ersten Beschleunigungssensors 6 subtrahiert und in eine erste Berechnungseinheit für die Verschiebung 28 eingegeben. Die erste Berechnungseinheit für die Verschiebung 28 integriert die Eingabe zum Bestimmen der Geschwindigkeit des Sattels 11, an dem der erste Beschleunigungssensor 6 angebracht ist, und integriert des Weiteren die Geschwindigkeit, um dadurch die Position (Verschiebung) zu bestimmen. Die durch diese doppelte Integration bestimmte Position des Beschleunigungssensors 6 weist Verstärkungsfehler und Phasenfehler des Beschleunigungssensors 6 auf. Deshalb werden die Amplitude und Phase durch eine erste Korrektureinheit für den Verstärkungs-/Phasenfehler 34 korrigiert und in einen Subtraktor 36 eingegeben. Der korrigierte Wert der durch die erste Korrektureinheit für den Verstärkungs-/Phasenfehler 34 durchgeführten Korrektur ist ein Wert, der durch ein später beschriebenes Korrekturverfahren erfasst und zuvor gespeichert ist. Im vorstehenden Fluss kann gesagt werden, dass der Ausgabewert von der ersten Korrektureinheit für den Verstärkungs-/Phasenfehler 34 ein Wert ist, der die Verschiebung des Sattels 11 darstellt. Mit anderen Worten kann gesagt werden, dass der erste Beschleunigungssensor 6, die erste Berechnungseinheit für die Verschiebung 28, die erste Versatzmesseinheit 30 und die erste Korrektureinheit für die Verstärkung/Phase 34 als das erste Erfassungsmittel wirken, das eine Verschiebung des unbeweglichen Abschnitts des Bewegungsmechanismus erfasst.
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Im Übrigen ist die Ausgabe der ersten Berechnungseinheit für die Verschiebung 28 eine, in der eine periodische Schwingung gemessen wird, in welcher sich die X-Achse synchron mit der Drehung des Werkstücks 1 hin und her bewegt, wodurch der gleiche Wert solange wiederholt wird, wie der Drehwinkel des Werkstücks 1 der gleiche ist. Die erste Versatzmesseinheit 30 erhöht/verringert den Versatzwert derart, dass der durch die Berechnungseinheit für die Verschiebung 28 ausgegebene Wert vor und nach dem Drehen der gleiche wird, den die Spindelencoderschnittstelle 24 ausgibt. Um die Funktion der ersten Versatzmesseinheit 30 detaillierter zu beschreiben, ändert sich gewöhnlich der Spannungswert, der von einem Beschleunigungssensor ausgegeben wird, schrittweise und tritt ein Gesamtversatz auf. Die erste Versatzmesseinheit 30 bestimmt aus dem in einer N. Drehung des Werkstücks 1 erhalten Ausgabewert des ersten Beschleunigungssensors 6 den vom ersten Beschleunigungssensor 6 in dieser N. Drehung umfassten Versatzwert. Zusätzlich meldet die erste Versatzmesseinheit 30 den berechneten Versatzwert der N. Drehung zurück (meldet negativ zurück) und entfernt den Versatz aus dem in der N + 1. Drehung erhaltenen Ausgabewert des ersten Beschleunigungssensors 6.
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Die Verschiebung des Werkstücks 1 wird auch durch einen ähnlichen Fluss berechnet. Das heißt, die Ausgabe vom zweiten Beschleunigungssensor 15 wird in eine zweite Berechnungseinheit für die Verschiebung 29 eingegeben, nachdem die Ausgabe einer zweiten Versatzmesseinheit 31 durch einen Subtraktor 33 davon subtrahiert wurde. Die zweite Berechnungseinheit für die Verschiebung 29 bestimmt die Verschiebung des Werkstücks 1 durch doppeltes Integrieren des Eingabewerts. Eine vorbestimmte Korrektur wird der durch eine zweite Korrektureinheit für die Verstärkung/Phase 35 erhaltenen Verschiebung beigesteuert, und die korrigierte Verschiebung wird als endgültige Verschiebung des Werkstücks 1 ausgegeben. Des Weiteren wird die durch die zweite Berechnungseinheit für die Verschiebung 29 berechnete Verschiebung auch in die zweite Versatzmesseinheit 31 eingegeben und wird der im Ausgabewert des zweiten Beschleunigungssensors 15 umfasste Versatzwert berechnet.
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Die Ausgabe (Verschiebung des Werkstücks 1) von der zweiten Korrektureinheit für die Verstärkung/Phase 35 wird durch den Subtraktor 36 von der Ausgabe (Verschiebung des Sattels 11) der ersten Korrektureinheit für die Verstärkung/Phase 34 subtrahiert. Der Wert nach dieser Subtraktion wird zur relativen Verschiebung, welche die relative Verschiebung zwischen dem Sattel 11 (und deshalb des Werkzeugs 7) und dem Werkstück 1 darstellt. Es kann gesagt werden, dass diese relative Verschiebung ein Wert ist, der die relative Verschiebung des Werkzeugs 7 darstellt, die sich aus der im gesamten Bearbeitungsgerät auftreten Schwingung oder Maschinenbiegung ergibt. Eine genauere Position des Werkzeugs 7 kann durch Zufügen der sich aus der Schwingung oder dergleichen ergebenden Verschiebung des Werkzeugs 7 zum Ausgabewert vom X-Achsenlinearmaßstab 12 erfasst werden. Zusätzlich führt das Bearbeitungsgerät auf der Basis der genauen Werkzeugposition eine lernende Steuerung oder Regelung in der gleichen Weise durch wie in einem herkömmlichen Bearbeitungsgerät.
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Wie es aus der vorstehenden erfindungsgemäßen Beschreibung klar ist, addiert aufgrund der Bereitstellung der zwei Beschleunigungssensoren, wenn bewirkt wurde, dass sich das Werkzeug in die X-Achsenrichtung hin und her bewegt, das Bearbeitungsgerät die Änderung im relativen Abstand, die zwischen dem in X-Achse unbeweglichen Abschnitt und dem Werkstück auftritt, zur Positionsrückmeldung des Werkzeugs und lernt, sodass selbst dann, wenn die Bewegungsbeschleunigung des Werkzeugs schnell ist oder wenn das Werkzeuggewicht schwerer als normal ist, das Bearbeitungsgerät die äußere Form des Werkstücks genauer bearbeiten kann, ohne durch die Dimensionsänderungen, die sich aus der periodischen Biegeschwingung von jedem Abschnitt der Maschine ergeben, beeinflusst zu werden. Des Weiteren ist, da ein Beschleunigungssensor am in X-Achse unbeweglichen Abschnitt und nicht am in die X-Achse beweglichen Abschnitt befestigt ist, die Beschleunigung des X-Achsenbefehlsteils am Beschleunigungssensor nicht überlagert, und selbst dann, wenn der Beschleunigungssensor keinen breiten dynamischen Bereich aufweist, kann er genaue Positionsänderungen erfassen.
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Ausführungsform 2
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Als Nächstes wird die Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. In 3 und 4 sind die gleichen Bezugsnummern Teilen zugeordnet, welche die gleichen Funktionen aufweisen, wie diejenigen in 1 und 2, die gleiche Elemente betreffen. Zusätzlich werden in der folgenden Beschreibung die Punkte des Unterschieds zur Ausführungsform 1 prinzipiell beschrieben. In der Maschinenkonfiguration der in 3 dargestellten vorliegenden Ausführungsform ist zum Erhöhen des Werkzeugbewegungsabstands in die X-Achsenrichtung ohne Zunahme der belasteten trägen Masse des X-Achsenmotors 10, der bewirkt, dass sich das Werkzeug 7 bewegt, der Werkzeugbewegungsmechanismus (konfiguriert durch den X-Achsenmotor 10, den in X-Achse beweglichen Abschnitt 9, einem Mittelschlitten 16 usw.) des Weiteren konfiguriert, um durch einen zweiten Bewegungsmechanismus (konfiguriert durch einen XM-Spindelmotor, einer XM-Kugelrollspindel usw.) in die X-Achsenrichtung beweglich zu sein. Insbesondere befindet sich der Mittelschlitten 16, bei dem es sich um ein unbewegliches Teil des Bewegungsmechanismus handelt, in einem Schraubeingriff mit einer XM-Kugelrollspindel 17, die sich durch einen XM-Spindelmotor 18 selbst dreht. Aus diesem Grund ist der Mittelschlitten 16 und deshalb der gesamte Bewegungsmechanismus des Werkzeugs 7 so konfiguriert, dass er als Antwort auf den Antrieb des XM-Spindelmotors 18 in die X-Achsenrichtung beweglich ist. In dieser Maschinenkonfiguration arbeitet der zweite Bewegungsmechanismus, um zu bewirken, dass sich der Versatzbetrag des Werkzeugbewegungshubs in die X-Achsenrichtung ändert, wenn sich die Z-Achsenkoordinate des Sattels 11 auf Grund des Antriebs des Z-Achsenmotors 13 ändert, und innerhalb einer Drehung des Werkstücks 1 ist es üblich, dass der gleiche Befehlswert angewandt wird.
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In diesem Maschinenkonfigurationsbeispiel ist der erste Beschleunigungssensor 6 derart angeordnet, um die Beschleunigungskomponente in eine Richtung parallel (X-Achsenrichtung zu einer Linie, die das entfernte Ende des Werkzeugs 7 und die Mitte des Werkstücks 1 verbindet) zur dem Werkstück 1 zugewandten Endfläche des Mittelschlittens 16 zu erfassen, wobei der Mittelschlitten 16 ein unbeweglicher Abschnitt des Werkzeugbewegungsmechanismus ist. Im Steuerblock von 4 ist der Punkt des Unterschieds von 2, dass ein Subtraktor 39 verwendet wird, um die Ausgabe eines XM-Spindelencoders 19 von der Ausgabe der ersten Berechnungseinheit für die Verschiebung 28 zu subtrahieren, wobei die Ausgabe des Subtraktors 39 in die erste Korrektureinheit für die Verstärkung/Phase 34 und die erste Versatzmesseinheit 30 eingegeben wird, und dass eine Addierschaltung 40 verwendet wird, um den Wert des XM-Spindelencoders 19 zur erfassten Position a (θ) zu addieren. In der Maschinenkonfiguration von 3 schwingen, wenn sich der in die X-Achse bewegliche Abschnitt 9 mit hoher Beschleunigung hin- und herbewegt, der Mittelschlitten 16, der Sattel 11 und das Bett 14 nicht nur periodisch hin und her, sondern ist die geschwindigkeitsgesteuerte Antwort des XM-Spindelmotors 18 in Bezug auf die Reaktionskraft, die auf die XM-Kugelrollspindel 17 aufgebracht wird, verzögert und werden um einen winzigen Winkel gedreht. Der Drehwinkel des XM-Spindelmotors 18 wird durch den XM-Spindelencoder 19 erfasst und zu einem a (θ) addiert und wird auch von der Ausgabe der ersten Berechnungseinheit für die Verschiebung 28 subtrahiert, um dadurch die Größe der erfassten Verschiebung vom ersten Beschleunigungssensor 6 zu steuern und um des Weiteren die Wirkung des Versatzfehlers und des Verstärkungsfehlers des ersten Beschleunigungssensors 6 zu reduzieren. Man beachte, dass in diesem System die XM-Spindel gewöhnlich während einer Drehung der Spindel gestoppt wird und die Bearbeitung, die sich aus der X-Achse ergibt, durchgeführt wird, jedoch kann durch die Durchführung der vorstehend beschriebenen Addition und Subtraktion das Bearbeitungsgerät eine Korrektur mit hoher Genauigkeit durchführen ohne durch den Versatzfehler und Verstärkungsfehler des ersten Beschleunigungssensors 6 beeinträchtigt zu werden, sogar wenn der Betrieb der XM-Spindel überlagert ist.
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Ausführungsform 3
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Als Nächstes wird die Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben. Die Ausführungsform 3 ist die gleiche wie Ausführungsform 1, die eine Funktion des Korrigierens von Verstärkungs- und Phasenfehler des ersten Beschleunigungssensors 6 und des zweiten Beschleunigungssensors 15 einschließt; deshalb wird nachstehend nur die Korrektur der Beschleunigungssensoren beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das ein Maschinenkonfigurationsbeispiel darstellt, wenn eine Korrektur durchgeführt wird. Während der Korrektur der Beschleunigungssensoren wird ein vorbestimmter Positionssensor für die Korrekturverwendung 50 verwendet. Dieser Positionssensor für die Korrekturverwendung 50 ist ein Sensor, der gewöhnlich bei der Doppelkugelstangenmessung verwendet wird, die bei der Bewertung der Genauigkeit des Bewegungsablaufs von Werkzeugmaschinen verwendet wird, und ist ein stangenähnlicher Abstandssensor, in welchem Metallkugeln an beiden Enden angebracht sind. Der Positionssensor für die Korrekturverwendung 50 ist an seiner Spindelseite durch einen Sitz, der durch ein Spannfutter geklemmt ist, und an seiner Schneidwerkzeugseite durch einen Magneten und einen Sitz an einer am Sattel 11 angebrachten Spannvorrichtung gestützt. Die Korrektursequenz, die den Positionssensor für die Korrekturverwendung 50 verwendet, wird mit Bezug auf das Steuerblockdiagramm von 6 beschrieben.
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Eine Einheit zum Erzeugen des Korrekturverwendungsbefehls 60 bringt einen sinusförmigen Positionsbefehl mit einer Frequenz ω bei einer konstanten Amplitude auf das X-Achsenservosystem 23 auf, um zu bewirken, dass sich der X-Achsenmotor 10 dreht und bewirkt, dass sich der in X-Achse bewegliche Abschnitt 9 bewegt, wodurch bewirkt wird, dass die Maschine schwingt. Die Amplitude ist zu diesem Zeitpunkt ausgewählt, um zuvor so groß wie möglich pro Frequenz innerhalb des Hubs des Werkzeugbewegungsmechanismus und in einem Bereich, in welchem das Drehmoment des X-Achsenmotors 10 nicht gesättigt ist, zu sein. Wie für die Ausgabe des Positionssensors für die Korrekturverwendung 50 wird die erfasste Position zu einer Erfassungseinheit für das synchronisierte Signal 62 über eine Sensorschnittstelle für die Korrekturverwendung 61 gesandt. Die Erfassungseinheit für das synchronisierte Signal 62 extrahiert einen erfassten Positionswert Xd(ω) von der Frequenzkomponente, welche mit der von der Einheit zum Erzeugen des Korrekturverwendungsbefehls 60 gesandten Frequenz ω übereinstimmt. Xd(ω) kann als nachstehender Ausdruck 2 ausgedrückt werden. Man beachte, dass im Ausdruck 2 D und β Konstanten von vorbestimmten Werten sind und t der Drehwinkel ist. Xd(ω) = D × Sin(ωt + β) Ausdruck 2
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Wie für die Ausgaben der ersten Berechnungseinheit für die Verschiebung 28 und der zweiten Berechnungseinheit für die Verschiebung 29, die aus den Ausgaben des ersten Beschleunigungssensors 6 und des zweiten Beschleunigungssensors 15 berechnet wurden, werden nur die Komponenten der Frequenz ω durch die Erfassungseinheiten für das synchronisierte Signal 63 und 64 ähnlich abgerufen und werden zu x1(ω) und x2(ω). x1(ω) und x2(ω) sind durch die nachstehenden Ausdrücke 3 und 4 ausgedrückt. In den Ausdrücken 3 und 4 sind A’, B’ und α Konstanten mit vorbestimmten Werten. x1(ω) = A’ × Sin(ωt) Ausdruck 3 x2(ω) = B’ × Sin(ωt + α) Ausdruck 4
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Hier sind x1(ω) und x2(ω) Ausdrücke, die im Sattel bzw. im Spindellager auftretende Schwingung darstellen. Jedoch sind sowohl x1(ω) als auch x2(ω) Ausdrücke, die von den Erfassungsergebnissen der Beschleunigungssensoren 6 und 15 vor der Korrektur abgeleitet sind. Folglich ist ein Fehler in den Amplitudenwerten A’ und B’ in x1(ω) und x2(ω) umfasst. Andererseits, wenn A’ bzw. B’ die genauen Amplitudenwerte der Schwingungen x1(ω) und x2(ω) des Sattels und des Spindellagers, die keinen Fehler umfassen, darstellen, dann kann der vorstehend erwähnte Xd(ω) durch den nachstehenden Ausdruck 5 ausgedrückt werden. Xd(ω) = A × Sin (ωt) – B × Sin(ωt + α) Ausdruck 5
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Wenn die genauen Amplitudenwerte A und B durch D, α und β aus der Beziehung von Ausdruck 5 und Ausdruck 2 ausgedrückt werden, werden sie zu nachstehendem Ausdruck 6 und Ausdruck 7. A = D × Sin (β – α) ÷ Sin (α) Ausdruck 6 B = D × Sin (β) ÷ Sin (α) Ausdruck 7
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Von den im Ausdruck 6 und Ausdruck 7 umfassten mehreren Konstanten wird die Amplitude D von Xd(ω) durch Eingeben von Xd(ω) in einen Amplitudendetektor 65 erhalten. Des Weiteren wird die Phase β von Xd(ω) durch Eingeben von x1(ω) und x2(ω) in einen Phasendifferenzdetektor 66 unter Verwendung von x1(ω) als Bezug erhalten. Außerdem wird die Phase α von Xd(ω) durch Eingeben von x1(ω) und x2(ω) in einen Phasendetektor 68 unter Verwendung von x1(ω) als Bezug erhalten. Zusätzlich werden die Amplituden A und B von X1(ω) und X2(ω), die keine Fehler umfassen, durch Eingeben von D, β und α in Berechnungsblöcke 70 und 71, die dem vorstehenden Ausdruck 6 und Ausdruck 7 entsprechen, erhalten. Wie für die Verstärkungsfehler A’ und B’ werden die Verhältnisse zwischen den Ausgaben der Amplitudendetektoren 67 und 69 und A und B durch einen Analogteiler berechnet und werden die Verstärkungsfehler A’ und B’ in eine erste Verstärkungsfehlertabelle 75 und eine zweite Verstärkungsfehlertabelle 77 pro Frequenz ω eingegeben. Endet die Registrierung in den Verstärkungsfehlertabellen in Bezug auf die erste Frequenz ω, dann gibt die Einheit zum Erzeugen des Korrekturverwendungsbefehls 60 die nächste zuvor registrierte Frequenz aus und werden die zuvor bestimmten Verstärkungsfehler pro Frequenz sequentiell in den Verstärkungsfehlertabellen gespeichert. Die Tabellen, für welche die Messung endete, werden zu der ersten Korrektureinheit für die Verstärkung/Phase 34 und der zweiten Korrektureinheit für die Verstärkung/Phase 35 von 2 gesandt und bei der Korrektur der Verschiebung verwendet.
