DE102010063244A1

DE102010063244A1 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102010063244A1
Application number: DE102010063244A
Authority: DE
Inventors: Makoto Nara Fujishima; Hiroki Nara Nakahira
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2011-07-14
Also published as: JP2011145825A; JP5532306B2; CN102139461A; US20110169440A1; CN102139461B; US8629641B2

Abstract

Eine Werkzeugmaschine umfasst: eine Berechnungseinheit zum Berechnen der Zeitdauer, die eine Spindel bis zum Erreichen einer Zieldrehgeschwindigkeit bs zum Erreichen einer Zielposition benötigt; eine Vergleichseinheit, die die Zeitdauer bis zum Erreichen der Zieldrehgeschwindigkeit mit der Zeitdauer bis zum Erreichen der Zielposition vergleicht; und eine Antriebssteuereinheit, die den Antrieb der Spindel und den Antrieb des Spindelkopfs steuert. Wenn bestimmt wird, dass die Zeitdauer bis zum Erreichen der Zieldrehgeschwindigkeit länger als die Zeitdauer bis zum Erreichen der Zielposition ist, steuert die Antriebssteuereinheit den Antrieb des Spindelkopfs derart, dass die Zeitdauer, die der Spindelkopf bis zum Erreichen der Zielposition benötigt, länger als die berechnete Zeitdauer bis zum Erreichen der Zielposition und kürzer oder gleich der berechneten Zeitdauer bis zum Erreichen der Zieldrehgeschwindigkeit vorgesehen wird. Dementsprechend kann die Werkzeugmaschine den Spindelkopf als Steuerobjekt in einem Energiesparmodus antreiben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Werkzeugmaschinen und insbesondere eine Werkzeugmaschine, die in Übereinstimmung mit einem NC(Numerical Control)-Programm betrieben wird.
Es ist eine Werkzeugmaschine bekannt, die ein Steuerobjekt wie etwa eine Spindel drehend antreibt und ein weiteres Steuerobjekt wie etwa eine Vorschubstange in Übereinstimmung mit einem NC-Programm bewegt.
Das offengelegte japanische Patent Nr. 2000-317772 gibt ein Steuerverfahren für derartige Werkzeugmaschinen an, mit dem die Zykluszeit verkürzt werden kann. Dieses Verfahren steuert die Werkzeugmaschine derart, dass die Verarbeitung eines Werkstücks begonnen wird, nachdem bestätigt wurde, dass die Spindel eine Drehgeschwindigkeit erreicht hat, die durch einen Datenblock in einem NC-Programm angegeben wird. Das Steuerverfahren umfasst einen ersten Positionierungsschritt, einen zweiten Positionierungsschritt und einen Verarbeitungsschritt.
In dem ersten Positionierungsschritt wird die Spindel mit einem daran angebrachten Werkzeug drehend betätigt und wird die Vorschubstange betrieben, sodass das Werkzeug an einer Indexposition positioniert werden kann, um die Verarbeitungsstelle eines Werkstücks mit der Schneidrichtung auszurichten. Nachdem bestätigt wurde, dass die Bewegung der Vorschubstange in dem ersten Positionierungsabschnitt abgeschlossen wurde, wird das Werkzeug in dem zweiten Positionierungsschritt in der Schneidrichtung an der Verarbeitungsstartposition positioniert, ohne dass bestätigt wird, dass die Spindel die angegebene Drehgeschwindigkeit erreicht hat. Nach Abschluss des zweiten Positionierungsschrittes wird in dem Verarbeitungsschritt bestätigt, dass die Spindel die angegebene Drehgeschwindigkeit erreicht hat. Nachdem bestätigt wurde, dass die angeforderte Geschwindigkeit erreicht wurde, wird das Werkzeug für eine Verarbeitung in der Schneidrichtung zugeführt.
In dem Steuerverfahren des offengelegten japanischen Patents Nr. 2000-317772 wird die Bewegung der Spindel ausgeführt, bevor die Drehgeschwindigkeit der Spindel eine Zieldrehgeschwindigkeit erreicht, wobei mit dem Betrieb für die Verarbeitung fortgefahren wird, wenn während der Bewegung der Spindel bestätigt wird, dass die Drehgeschwindigkeit der Spindel die Zieldrehgeschwindigkeit erreicht hat.
In einem derartigen Steuerverfahren werden die Drehung der Spindel und die Bewegung der Spindel durch die Vorschubstange unabhängig voneinander ohne Bezug aufeinander ausgeführt. Insbesondere werden die Drehung der Spindel und die Bewegung der Spindel jeweils mit der maximalen Beschleunigung und/oder der maximalen Verlangsamung ausgeführt. Mit anderen Worten werden eine Drehung der Spindel und eine Bewegung der Spindel in einer möglichst kurzen Zeitdauer mit der maximalen Leistung ausgeführt.
Weil die Drehung und die Bewegung der Spindel unabhängig voneinander und ohne Bezug aufeinander durchgeführt werden, weicht die Zeitdauer, die die Spindel bis zum Erreichen der Zieldrehgeschwindigkeit benötigt, in den meisten Fällen von der Zeitdauer ab, die die Vorschubstange bis zum Erreichen der Zielposition benötigt. Das bedeutet, dass das den Zielzustand (die Zieldrehgeschwindigkeit oder die Zielposition) zuerst erreichende Steuerobjekt warten muss, bis das andere Steuerobjekt seinen Zielzustand erreicht.
In dem herkömmlichen Steuerverfahren ist jedes der Steuerobjekte derart vorgesehen, dass es den Zielzustand in einer möglichst kurzen Zeit mit der größten Leistung erreicht, wobei das zuerst den Zielzustand erreichende Steuerobjekt warten muss, bis das andere Steuerobjekt seinen Zielzustand erreicht. Deshalb wird in dem herkömmlichen Steuerverfahren unnötig Energie verbraucht.
Eine Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Steuerobjekt und ein zweites Steuerobjekt und treibt das erste Steuerobjekt und das zweite Steuerobjekt an. Die Werkzeugmaschine umfasst: eine Speichereinrichtung zum Speichern von ersten Informationen einschließlich einer maximalen Beschleunigung und Verlangsamung und/oder einer maximalen Geschwindigkeit für den Antrieb des ersten Steuerobjekts und von zweiten Informationen einschließlich einer maximalen Beschleunigung und Verlangsamung und/oder einer maximalen Geschwindigkeit für den Antrieb des zweiten Steuerobjekts; eine Berechnungseinheit zum Berechnen einer Zeitdauer, die das erste Steuerobjekt bis zum Erreichen eines ersten vorbestimmten Zustands benötigt, und einer Zeitdauer, die das zweite Steuerobjekt bis zum Erreichen eines zweiten vorbestimmten Zustands benötigt, auf der Basis der ersten und der zweiten Informationen; eine Vergleichseinheit zum Vergleichen der Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands mit der Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands; und eine Antriebssteuereinheit zum Steuern des Antriebs des ersten Steuerobjekts und des Antriebs des zweiten Steuerobjekts. Die Antriebssteuereinheit steuert den Antrieb des zweiten Steuerobjekts derart, dass wenn bestimmt wird, dass die Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands länger als die Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands ist, die Zeitdauer, die das zweite Steuerobjekt bis zum Erreichen des zweiten Zustands benötigt, länger als die berechnete Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands und kürzer oder gleich der berechneten Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands vorgesehen wird.
Vorzugsweise wird das erste Steuerobjekt entweder für eine Drehung oder für eine lineare Bewegung angetrieben. Vorzugesweise wird das zweite Steuerobjekt entweder für eine Drehung oder für eine lineare Bewegung angetrieben. Wenn bestimmt wird, dass die Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands länger als die Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands ist, steuert die Antriebssteuereinheit den Antrieb des zweiten Steuerobjekts derart, dass die Zeitdauer, die das zweite Steuerobjekt bis zum Erreichen des zweiten Zustands benötigt, gleich der berechneten Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands vorgesehen wird.
Vorzugsweise wird das erste Steuerobjekt für eine Drehung angetrieben. Vorzugsweise wird das zweite Steuerobjekt für eine lineare Bewegung angetrieben. Die Speichereinrichtung speichert weiterhin Drehgeschwindigkeitsinformationen für die Drehung des ersten Steuerobjekts und Bewegungspositionsinformationen für die lineare Bewegung des zweiten Steuerobjekts. Die Berechnungseinheit berechnet die Zeitdauer, die das erste Steuerobjekt bis zum Erreichen des ersten Zustands benötigt, und die Zeitdauer, die das zweite Steuerobjekt bis zum Erreichen des zweiten Zustands benötigt, auf der Basis der Drehgeschwindigkeitsinformationen und der Bewegungspositionsinformationen.
Die vorstehend genannten sowie andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Haupteinheit.
3 zeigt eine Hardware-Konfiguration einer Werkzeugmaschine.
4 zeigt ein Beispiel für ein NC-Programm.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die in der Werkzeugmaschine ausgeführte Steuerung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die in der Werkzeugmaschine ausgeführte Steuerung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für die in der Werkzeugmaschine ausgeführte Steuerung zeigt.
8 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel für die in der Werkzeugmaschine ausgeführte Steuerung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die in der Werkzeugmaschine ausgeführte Steuerung zeigt.
10 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die in der Werkzeugmaschine ausgeführte Steuerung zeigt.
11 ist ein Flussdiagramm zu den in einer Werkzeugmaschine ausgeführten Prozessen.
12 ist ein Diagramm, das die durch die Werkzeugmaschine ausgeführte Steuerung zeigt, wenn ein Befehl zum Antreiben eines Spindelkopfs und einer Spindel ausgeführt wird.
13 ist ein Diagramm, das die durch die Werkzeugmaschine ausgeführte Steuerung zeigt, wenn ein Befehl zum Antreiben eines ersten sich drehenden Körpers und eines zweiten sich drehenden Körpers ausgeführt wird.
Im Folgenden wird eine Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei werden einander entsprechende Komponenten durchgehend durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird.
Wie in der perspektivischen Ansicht von 1 gezeigt, umfasst eine Werkzeugmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Haupteinheit 5, einen Spritzschutz 10 und ein Bedienfeld 20. Die folgende Beschreibung nimmt auf einen Fall Bezug, in dem die Werkzeugmaschine 1 ein Vertikal-Bearbeitungszentrum ist.
Die Haupteinheit 5 ist eine Maschine zum Bearbeiten eines Werkstücks. Die Haupteinheit 5 umfasst einen Tisch 70, eine Spindel 80 und ein Werkzeug 81. Die Konfiguration der Haupteinheit 5 wird im Folgenden im Detail beschrieben (2).
Der Spritzschutz 10 umfasst eine Tür 11, die geöffnet und geschlossen werden kann. Die Tür 11 umfasst einen Griff 12 und ein Fenster 13. Der Spritzschutz 10 ist um die Haupteinheit 5 herum vorgesehen. Der Spritzschutz 10 dient dazu, den Benutzer zu schützen und ein Verspritzen von Spänen und Kühlmittel während eines an der Haupteinheit 5 ausgeführten Verarbeitungsprozesses zu verhindern und die Späne und das Kühlmittel zu sammeln. Der Benutzer kann die Tür 11 verschieben, indem er den Griff 12 hält. Der Benutzer kann die Verarbeitung eines Werkstücks in der Haupteinheit 5 durch das Fenster 12 hindurch visuell prüfen.
Das Bedienfeld 20 umfasst einen Monitor 21 und eine Bedieneinheit 22. Das Bedienfeld 20 nimmt über die Bedieneinheit 22 verschiedene Bedienungen von einem Benutzer an. Das Bedienfeld 20 steuert den Betrieb der Haupteinheit 5 in Übereinstimmung mit einer Vorgabe des Benutzers. Der Monitor 21 zeigt verschiedene Informationen wie etwa den Bearbeitungsstatus eines Werkstücks, ein NC-Programm usw. an. Die Bedieneinheit 22 umfasst einen Schlüssel und verschiedene Schalter.
Wie in der perspektivischen Ansicht von 2 gezeigt, umfasst die Haupteinheit 5 ein Bett 30, eine Säule 40, einen Spindelkopf 50, einen Sattel 60, eine Tabelle 70, eine Spindel 80 und ein Werkzeug 81.
Das Bett 30 ist eine Plattform, die eine Säule 40 und einen Sattel 60 hält. Die Säule 40 ist eine Plattform, die den Spindelkopf 50 hält. Die Säule 40 ist an dem Bett 30 fixiert. Der Spindelkopf 50 hält die Spindel 80 mittels eines Lagers und überträgt die Drehung eines Spindelmotors 304 (siehe 3) auf die Spindel 80. Der Spindelkopf 50 wird an der Vorderseite (auf der Seite des Sattels 60) der Spalte 40 gehalten und kann in der Richtung der Z-Achse gehoben werden.
Der Sattel 60 ist ein Plattform-Haltetisch 70. Der Sattel 60 kann sich in der Y-Richtung auf dem Bett 30 bewegen. Der Tisch 70 ist eine Plattform, an der ein Werkstück befestigt wird. Der Tisch 70 kann sich in der Richtung der X-Achse auf dem Sattel 60 bewegen.
Die Spindel 80 dreht sich um eine Drehachse parallel zu der Z-Achse und weist ein in der Richtung des Tisches 70 angebrachtes Werkzeug 81 auf. Der Tisch 81 dreht sich in Verbindung mit der Drehung der Spindel 80. In Übereinstimmung mit der Drehung des Werkzeugs 81 wird ein Werkstück (nicht gezeigt) an einem Tisch 70 verarbeitet. Die Spindel 80 bewegt sich in der Richtung der Z-Achse in Übereinstimmung mit der nach oben/nach unten gerichteten Bewegung des Spindelkopfs 50.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die Werkzeugmaschine 1 ein Bedienfeld 20, eine NC(Numerical Control)-Einrichtung 100, eine Verstärkergruppe 200, eine Motorgruppe 300, eine Steuerobjektgruppe 400 und einen Sensor 500.
Das Bedienfeld 20 umfasst wie bereits genannt einen Monitor 21 und eine Bedieneinheit 22.
Die Verstärkergruppe 200 umfasst einen X-Achsen-Servomotorverstärker 201, einen Y-Achsen-Servomotorverstärker 202, einen Z-Achsen-Servomotorverstärker 203 und einen Spindelmotorverstärker 204. Jeder der Verstärker 201 bis 204 verstärkt ein Steuersignal aus der NC-Steuereinrichtung 100 und sendet das verstärkte Signal zu einem entsprechenden Motor in der Motorgruppe 300.
Die Motorgruppe 300 umfasst einen X-Achsen-Servomotor 301, einen Y-Achsen-Servomotor 302, einen Z-Achsen-Servomotor 303 und einen Spindelmotor 304. Jeder der Motoren 301 und 304 wird auf der Basis eines Signals gedreht, das aus dem entsprechenden Verstärker 201 bis 204 gesendet wird.
Die Steuerobjektgruppe 400 umfasst die Steuerobjekte an der Werkzeugmaschine 1 wie etwa den Spindelkopf 50, den Sattel 60, den Tisch 70, die Spindel 80, eine automatische Werkzeugwechseleinheit (ATC-Einheit) 91 und einen Späneförderer 92. Die Steuerobjekte sind jedoch nicht auf die hier genannten Steuerobjekte beschränkt.
Der Tisch 70 ist mit dem X-Achsen-Servomotor 301 verbunden und wird in der X-Achsen-Richtung von 2 bewegt, wenn sich der X-Achsen-Servomotor 301 dreht. Der Sattel 60 ist mit dem Y-Achsen-Servomotor 302 verbunden und wird in der Y-Achsen-Richtung von 2 bewegt, wenn sich der Y-Achsen-Servomotor 302 dreht.
Der Spindelkopf 50 ist mit dem Z-Achsen-Servomotor 303 verbunden und wird in der Z-Achsen-Richtung von 2 bewegt, wenn sich der Z-Achsen-Servomotor 303 dreht. Die Spindel 80 ist mit dem Spindelmotor 304 verbunden und dreht sich, wenn sich der Spindelmotor 304 dreht.
Die ATC-Einheit 91 ist eine Einheit zum automatischen Tauschen von Werkzeugen. Der Späneförderer 92 ist eine Einrichtung zum Transportieren von während der Bearbeitung eines Werkstücks erzeugten Spänen. Die ATC-Einheit 91 und der Späneförderer 92 werden auf der Basis eines Steuersignals aus der NC-Steuereinrichtung betrieben.
Der Sensor 500 erfasst die Umdrehungen der Spindel 80 und sendet das Erfassungsergebnis zu der NC-Steuereinrichtung 100. Die NC-Steuereinrichtung 100 berechnet die Drehgeschwindigkeit der Spindel 80 aus der Drehzahl.
Die NC-Steuereinrichtung 100 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 101 und einen Speicher 102. Der Speicher 102 umfasst einen ROM 102a, einen RAM 102b und einen nicht-flüchtigen Halbleiterspeicher 102c wie etwa einen Flash-Speicher.
Die CPU 101 führt ein in dem Speicher 102 gespeichertes Programm aus. Der ROM 102a ist ein nicht-flüchtiges Speichermedium. Der RAM 102b speichert temporär verschiedene Programme sowie durch die Ausführung eines Programms in der CPU 101 erzeugte Daten und über das Bedienfeld eingegebene Daten. Der Halbleiterspeicher 102c speichert das NC-Programmpaket und das NC-Programm für die Verarbeitung eines Werkstücks (siehe 4). Das NC-Programm wird durch eine Vielzahl von Blockanordnungen gebildet und umfasst einen Code, der den Maschinenbetriebsmodus bestimmt, und einen Code, der eine zusätzlich zu dem Hauptbetrieb vorgesehene Nebenfunktion angibt. Die CPU 101 interpretiert das relevante NC-Programm für jeden Block. Jedes Steuerobjekt in der Steuerobjektgruppe 400 wird durch die CPU 101 auf der Basis eines durch eine Interpretation erzeugten Programmbefehls gesteuert.
Die in dem Speicher 102 zu speichernde Software für ein Programm oder ähnliches wird auf einer Speicherkarte oder einem anderen Speichermedium in der Form eines Programmprodukts bereitgestellt. Alternativ hierzu kann die Software auch als ein Programmprodukt bereitgestellt werden, das von einem Anbieter über das Internet heruntergeladen werden kann. Eine derartige Software wird aus dem Speichermedium durch ein Speicherkarten-Lesegerät bzw. ein entsprechend anderes Lesegerät ausgelesen oder aber über das Internet heruntergeladen und temporär in dem RAM 102b gespeichert. Die Software wird dann durch die CPU 101 aus dem RAM 102b gelesen und in einem Programmformat gespeichert, das von dem Halbleiterspeicher 102c aus ausgeführt werden kann. Die CPU 101 führt dieses Programm aus.
Die gezeigten Elemente der Werkzeugmaschine 1 sind typische Elemente. Deshalb kann gesagt werden, dass der wesentliche Teil der vorliegenden Erfindung in der Software liegt, die in dem Speicher 102, auf einer Speicherkarte oder einem anderen Speichermedium gespeichert ist oder über ein Netzwerk heruntergeladen werden kann.
Das Speichermedium kann eine DVD-ROM, eine CD-Rom, eine Diskette, eine Festplatte oder ein anderes Speichermedium sein, auf dem ein Programm gespeichert werden kann, wobei es sich etwa um ein Magnetband, eine Bandkassette, eine optische Platte (MO (magnetooptische Platte), eine MD (Mini-Disk), eine DVD (Digital Versatile Disk), eine optische Karte, einen Masken-ROM, einen EPROM (elektronisch programmierbaren ROM), einen EEPROM (elektronisch löschbaren und programmierbaren ROM) oder einen Halbleiterspeicher wie etwa ein Flash-ROM handeln kann. Das Aufzeichnungsmedium ist ein nicht-flüchtiges Medium, aus dem das relevante Programm durch einen Computer ausgelesen werden kann.
Unter einem Programm ist hier nicht nur ein Programm, das direkt durch eine CPU ausgeführt werden kann, sondern auch ein Programm in einem Quellcodeformat, ein komprimiertes Programm, ein verschlüsseltes Programm oder ähnliches zu verstehen.
4 zeigt ein Beispiel für ein NC-Programm. Wie in 4 gezeigt, umfasst das NC-Programm Befehle, die mit nummerierten Blöcken assoziiert sind. Ein mit einem nummerierten Block assoziierter Befehl ist für jeweils einen der weiter oben genannten Blöcke relevant. 4 zeigt zehn Befehle von Block Nr. 0001 bis Block Nr. 0010 als Teil eines NC-Programms Nr. 123.
Das NC-Programm Nr. 123 umfasst die im Folgenden erläuterten Befehlsinhalte. In Block Nr. 0001 werden der Tisch 70 und der Sattel 60 angetrieben (lineare Bewegung) und wird (X, Y, Z) = 100, 200, 0) als Indexposition gesetzt. Weiterhin wird in Block Nr. 0001 die Spindel 80 gedreht, bis die Drehgeschwindigkeit 10000 min –1 erreicht, während der Tisch 70 und der Sattel 60 angetrieben werden. In Block Nr. 0002 wird der Spindelkopf 50 bewegt und wird (X, Y, Z) = (100, 200, 60) als Prozessausgangsposition gesetzt.
In Block Nr. 0003 wird ein Werkstück einer Bohrverarbeitung unter Verwendung eines Bohrers (Werkzeug 81) mit einer Geschwindigkeit von 1000 mm/min bis zu der Position (X, Y, Z) = (100, 200, 75) unterworfen. Mit anderen Worten wird in Block Nr. 0003 der Spindelkopf 50 bewegt. In Block Nr. 0004 wird das Werkzeug 81 schnell zu der Position (X, Y, Z) (100, 200, 60) zurückgezogen. Mit anderen Worten wird in Block Nr. 0004 der Spindelkopf 50 schnell zurückgezogen.
Der p-te Befehl, der q-te Befehl und der r-te Befehl von oben in dem NC-Programm, das in dem Speicher 102 gespeichert ist (z. B. in dem NC-Programm Nr. 123), werden jeweils als „Befehl Cp”, „Befehl Cq” und „Befehl Cr” wiedergegeben. Dabei stehen p, q und r für beliebige natürliche Zahlen von 1 oder höher. Zum Beispiel wird der Befehl in Block Nr. 0001 als Befehl C1 ausgedrückt.
Im Folgenden wird die in der Werkzeugmaschine 1 ausgeführte Steuerung auf der Basis von drei spezifischen Beispielen beschrieben. Zuerst wird eine Steuerung für ein sich linear bewegendes Steuerobjekt (zum Beispiel den Spindelkopf 50) und ein sich drehendes Steuerobjekt (zum Beispiel die Spindel 80) beschrieben. Dann wird eine Steuerung für zwei sich linear bewegende Steuerobjekte (zum Beispiel den Spindelkopf 50 und den Tisch 70) beschrieben. Zuletzt wird eine Steuerung für zwei sich linear bewegende Steuerobjekte (zum Beispiel den Spindelkopf 50 und den Tisch 70) und ein sich drehendes Steuerobjekt (zum Beispiel die Spindel 80) beschrieben.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die in der Werkzeugmaschine 1 ausgeführte Steuerung zeigt. Insbesondere erläutert das Diagramm von 5 die Steuerung, die in der Werkzeugmaschine 1 während der Ausführung eines Befehls zum Antreiben des Spindelkopfs 50 und der Spindel 80 ausgeführt wird.
5(a) ist ein Vergleichsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa des Spindelkopfs 50 während der Bewegung des Spindelkopfs 50 zu einer durch den Befehl Cp definierten Zielposition zeigt. Insbesondere zeigt 5(a), wie der Spindelkopf 50 mit einer maximalen Beschleunigung bis zum Erreichen einer maximalen Bewegungsgeschwindigkeit beschleunigt wird und anschließend mit einer maximalen Verlangsamung gestoppt wird. Mit anderen Worten zeigt 5(a) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa für einen Spindelkopf 50, der innerhalb einer möglichst kurzen Zeit die Zielposition erreicht.
5(b) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t, bevor die Spindel 80 die durch den Befehl Cp definierte Zieldrehgeschwindigkeit erreicht, und der Drehgeschwindigkeit Vr der Spindel 80. Insbesondere zeigt 5(b), wie die Spindel 80 mit einer maximalen Beschleunigung bis zum Erreichen einer Zieldrehgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend mit der Zieldrehgeschwindigkeit gedreht wird.
Wie in 5(a) gezeigt, erreicht der Spindelkopf 50 die durch den Befehl Cp definierte Zielposition t1 Sekunden nach dem Antriebsstart. Wie in 5(b) gezeigt, erreicht die Spindel 80 die durch den Befehl Cp definierte Zieldrehzahl t2 Sekunden nach dem Antriebsstart (t2 > t1). Deshalb geht der Spindelkopf 50 an der Zielposition für t2 – t1 Sekunden in einen Wartezustand über.
Der Spindelkopf 50 erreicht die Zielposition dank einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer. Der Spindelkopf 50 muss dann warten, bis die Spindel 80 die Zieldrehzahl erreicht. Es wird also unnötige Energie für den Antrieb des Spindelkopfs 50 verbraucht, wenn eine derartige Steuerung durch die Werkzeugmaschine 1 ausgeführt wird.
Deshalb führt die Werkzeugmaschine 1 die in 5(c) gezeigte Steuerung aus. Und vorzugsweise führt die Werkzeugmaschine 1 die in 5(d) gezeigte Steuerung aus. Im Folgenden werden die Steuerungen von 5(c) und 5(d) im Detail erläutert.
5(c) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa des Spindelkopfs 50 während des Bewegung des Spindelkopfs 50 zu der durch den Befehl Cp definierten Zielposition. Insbesondere zeigt 5(c) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa für den Spindelkopf 50, der t3 Sekunden nach dem Antriebsstart die Zielposition erreicht (t1 < t3 < t2).
Wie in 5(c) gezeigt, setzt die Werkzeugmaschine 1 die Zeit für eine Beschleunigung mit der maximalen Beschleunigung und die Zeit für eine Verlangsamung mit einer maximalen Verlangsamung kürzer als die in 5(a) gezeigten Zeiten, sodass die Zeit, die der Spindelkopf 50 zum Erreichen der Zielposition benötigt, über die in 5(a) gezeigte Ankunftszeit t1 hinaus verschoben werden kann. Alternativ hierzu veranlasst die Werkzeugmaschine 1, dass der Spindelkopf 50 mit einer Beschleunigung, die kleiner als die maximale Beschleunigung ist, beschleunigt wird und mit einer Verlangsamung, die kleiner als die maximale Verlangsamung ist, verlangsamt wird (die Verlangsamung einen niedrigeren absoluten Wert aufweist, wenn die Verlangsamung als ein negativer Wert wiedergegeben wird), sodass die Ankunftszeit des Spindelkopfs 50 an der Zielposition über die Ankunftszeit t1 von 5(a) hinaus verschoben werden kann.
Wenn die Werkzeugmaschine 1 die Steuerung von 5(c) für den Spindelkopf 50 ausführt, erreicht der Spindelkopf 50 die Zielposition nicht mehr innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer mit einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung. Deshalb kann der Energieverbrauch im Vergleich zu 5(a) reduziert werden.
5(d) gibt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa des Spindelkopfs 50 während der Bewegung des Spindelkopfs 50 zu der durch den Befehl Cp definierten Zielposition wieder. Insbesondere zeigt 5(c) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa für den Spindelkopf 50, der die Zielposition t2 Sekunden nach dem Antriebsstart erreicht. Mit anderen Worten zeigt 5(d) einen Fall, in dem die Ankunftszeit des Spindelkopfs 50 an der Zielposition im Vergleich zu dem Fall von 5(c) verzögert ist, wobei die Ankunftszeit des Spindelkopfs 50 an der Zielposition gleich der Zeit t2 gesetzt ist, zu der die Spindel 80 die Zieldrehgeschwindigkeit erreicht.
Wenn die Werkzeugmaschine 1 die in 5(d) gezeigte Steuerung für den Spindelkopf 50 ausführt, erreicht der Spindelkopf 50 die Zielposition nicht mehr innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer mit einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung. Deshalb kann der Energieverbrauch im Vergleich zu 5(a) reduziert werden.
Weiterhin setzt die Werkzeugmaschine 1 unter der in 5(d) gezeigten Steuerung die Zeit für die Beschleunigung und die Verlangsamung kürzer oder den Wert für die Beschleunigung und die Verlangsamung niedriger als in der Steuerung von 5(c). Deshalb kann die Werkzeugmaschine unter der in 5(d) gezeigten Steuerung den Energieverbrauch im Vergleich zu der Steuerung von 5(c) weiter reduzieren.
6 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die in der Werkzeugmaschine 1 ausgeführte Steuerung zeigt. Insbesondere erläutert das Diagramm von 6 die Steuerung, die in der Werkzeugmaschine 1 während der Ausführung eines Befehls zum Antreiben des Spindelkopfs 50 und des Tisches 70 ausgeführt wird.
6(a) ist ein Vergleichsdiagramm und zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa des Spindelkopfs 50 während der Bewegung des Spindelkopfs 50 zu einer durch einen Befehl Cq definierten Zielposition. Insbesondere zeigt 6(a), wie der Spindelkopf 50 mit einer maximalen Beschleunigung bis zum Erreichen einer maximalen Bewegungsgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend mit einer maximalen Verlangsamung gestoppt wird. Mit anderen Worten zeigt 6(a) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa für einen Spindelkopf 50, der innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer die Zielposition erreicht.
6(b) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit und der Geschwindigkeit Vsb des Tischs 70, wenn sich der Tisch 70 zu der durch den Befehl Cq definierten Zielposition bewegt. Insbesondere zeigt 6(b), wie der Tisch 70 mit einer maximalen Beschleunigung bis zum Erreichen einer maximalen Bewegungsgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend mit einer maximalen Verlangsamung gestoppt wird. Mit anderen Worten zeigt 6(b) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsb des Tisches 70 für den Fall, dass der Tisch 70 die Zielposition innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer erreicht.
Wie in 6(a) gezeigt, erreicht der Spindelkopf 50 die durch den Befehl Cq definierte Zielposition t11 Sekunden nach dem Antriebsstart. Wie in 6(b) gezeigt, erreicht der Tisch 70 die durch den Befehl Cq definierte Zielposition t12 Sekunden nach dem Antriebsstart (t12 < t11). Deshalb geht der Tisch 70 an der Zielposition für t11 – t12 Sekunden in einen Wartezustand über.
Der Tisch 70 erreicht die Zielposition dank einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer. Der Tisch 70 muss dann warten, bis der Spindelkopf 50 die Zielposition erreicht. Es wird also unnötige Energie für den Antrieb des Tisches 70 verbraucht, wenn eine derartige Steuerung durch die Werkzeugmaschine 1 ausgeführt wird.
Deshalb führt die Werkzeugmaschine 1 die in 6(c) gezeigte Steuerung aus. Und vorzugsweise führt die Werkzeugmaschine 1 die in 6(d) gezeigte Steuerung aus. Im Folgenden werden die Steuerungen von 6(c) und 6(d) im Detail erläutert.
6(c) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsb des Tisches 70 während des Bewegung des Tisches 70 zu der durch den Befehl Cq definierten Zielposition. Insbesondere zeigt 6(c) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsb für den Tisch 70, der t13 Sekunden nach dem Antriebsstart die Zielposition erreicht (t12 < t13 < t11).
Wie in 6(c) gezeigt, setzt die Werkzeugmaschine 1 die Zeit für die Beschleunigung mit einer maximalen Beschleunigung und die Zeit für eine Verlangsamung mit einer maximalen Verlangsamung kürzer als die in 6(b) gezeigten Zeiten, sodass die Zeit, die der Tisch 70 zum Erreichen der Zielposition benötigt, über die in 6(b) gezeigte Ankunftszeit t12 hinaus verschoben werden kann. Alternativ hierzu veranlasst die Werkzeugmaschine 1, dass der Tisch 70 mit einer Beschleunigung, die kleiner als die maximale Beschleunigung ist, beschleunigt wird und mit einer Verlangsamung, die kleiner als die maximale Verlangsamung ist, verlangsamt wird (die Verlangsamung einen niedrigeren absoluten Wert aufweist, wenn die Verlangsamung als ein negativer Wert wiedergegeben wird), sodass die Ankunftszeit des Tisches 70 an der Zielposition über die Ankunftszeit t12 von 6(b) hinaus verschoben werden kann.
Wenn die Werkzeugmaschine 1 die Steuerung von 6(c) für den Tisch 70 ausführt, erreicht der Tisch 70 die Zielposition nicht mehr in einer möglichst kurzen Zeit mit einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung. Deshalb kann der Energieverbrauch im Vergleich zu 6(b) reduziert werden.
6(d) gibt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsb des Tisches 70 während der Bewegung des Tisches 70 zu der durch den Befehl Cq definierten Zielposition wieder. Insbesondere zeigt 6(d) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsb für den Tisch 70, der die Zielposition t11 Sekunden nach dem Antriebsstart erreicht. Mit anderen Worten zeigt 6(d) einen Fall, in dem die Ankunftszeit des Tisches 70 an der Zielposition im Vergleich zu dem Fall von 6(c) verzögert ist, wobei die Ankunftszeit des Tisches 70 an der Zielposition gleich der Zeit t11 gesetzt ist, zu der der Spindelkopf 50 die Zielposition erreicht.
Wenn die Werkzeugmaschine 1 die in 6(d) gezeigte Steuerung für den Tisch 70 ausführt, erreicht der Tisch 70 die Zielposition nicht mehr innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer mit einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung. Deshalb kann der Energieverbrauch im Vergleich zu 6(b) reduziert werden. Weiterhin setzt die Werkzeugmaschine 1 unter der in 6(d) gezeigten Steuerung die Zeit für die Beschleunigung und die Verlangsamung kürzer oder den Wert für die Beschleunigung und die Verlangsamung niedriger als in der Steuerung von 6(c). Deshalb kann die Werkzeugmaschine unter der in 6(d) gezeigten Steuerung den Energieverbrauch im Vergleich zu der Steuerung von 6(c) weiter reduzieren.
7 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für die in der Werkzeugmaschine 1 ausgeführte Steuerung zeigt. Insbesondere erläutert das Diagramm von 7 die Steuerung, die in der Werkzeugmaschine 1 während der Ausführung eines Befehls zum Antreiben des Spindelkopfs 50, des Tisches 70 und der Spindel 80 ausgeführt wird.
7(a) ist ein Vergleichsdiagramm und zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa des Spindelkopfs 50 während der Bewegung des Spindelkopfs 50 zu einer durch einen Befehl Cr definierten Zielposition. Insbesondere zeigt 7(a), wie der Spindelkopf 50 mit einer maximalen Beschleunigung bis zum Erreichen einer maximalen Bewegungsgeschwindigkeit beschleunigt wird und anschließend mit einer maximalen Verlangsamung gestoppt wird. Mit anderen Worten zeigt 7(a) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa für einen Spindelkopf 50, der innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer die Zielposition erreicht.
7(b) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit und der Geschwindigkeit Vsb des Tisches 70, wenn sich der Tisch 70 zu der durch den Befehl Cr definierten Zielposition bewegt. Insbesondere zeigt 7(b), wie der Tisch 70 mit einer maximalen Beschleunigung bis zum Erreichen einer maximalen Bewegungsgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend mit einer maximalen Verlangsamung gestoppt wird. Mit anderen Worten zeigt 7(b) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsb des Tisches 70 für den Fall, dass der Tisch 70 die Zielposition innerhalb einer möglichst kurzen Zeit erreicht.
7(c) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t, die die Spindel 80 bis zum Erreichen der durch den Befehl Cr definierten Zieldrehgeschwindigkeit benötigt, und der Drehgeschwindigkeit Vr der Spindel 80. Insbesondere zeigt 7(c), wie die Spindel 80 mit einer maximalen Beschleunigung zu der Zieldrehgeschwindigkeit bescheunigt wird und anschließend mit der Zieldrehgeschwindigkeit gedreht wird.
Wie in 7(a) gezeigt, erreicht der Spindelkopf 50 die durch den Befehl Cr definierte Zielposition t21 Sekunden nach dem Antriebsstart. Wie in 7(b) gezeigt, erreicht der Tisch 70 die durch den Befehl Cr definierte Zielposition t22 Sekunden nach dem Antriebsstart (t22 < t21). Und wie in 7(c) gezeigt, erreicht die Spindel 80 die durch den Befehl Cr definierte Zieldrehgeschwindigkeit t23 Sekunden nach dem Antriebsstart (T23 > t21). Deshalb geht der Spindelkopf 50 für t23 – t21 Sekunden in einen Wartezustand über. Und weiterhin geht der Tisch 70 an der Zielposition für t23 – t22 Sekunden in einen Wartezustand über.
Der Spindelkopf 50 und der Tisch 70 erreichen die Zielposition dank einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer. Der Spindelkopf 50 und der Tisch 70 müssen dann warten, bis die Spindel 80 die Zieldrehgeschwindigkeit erreicht. Es wird also unnötige Energie für den Antrieb des Spindelkopfs 50 und des Tisches 70 verbraucht, wenn eine derartige Steuerung durch die Werkzeugmaschine 1 ausgeführt wird. Die Werkzeugmaschine 1 führt deshalb vorzugsweise die in 7(d) und 7(e) gezeigte Steuerung aus.
7(d) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa des Spindelkopfs 50 während des Bewegung des Spindelkopfs 50 zu der durch den Befehl Cr definierten Zielposition. Insbesondere zeigt 7(d) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa für den Spindelkopf 50, der t23 Sekunden nach dem Antriebsstart die Zielposition erreicht. Mit anderen Worten zeigt 7(d) einen Fall, in dem die Ankunftszeit des Spindelkopfs 50 an der Zielposition gleich der Zeit t23 gesetzt ist, zu der die Spindel 80 die Zieldrehgeschwindigkeit erreicht.
Wenn die Werkzeugmaschine 1 die Steuerung von 7(d) für den Spindelkopf 50 ausführt, erreicht der Spindelkopf 50 die Zielposition nicht mehr innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer mit einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung. Deshalb kann der Energieverbrauch im Vergleich zu 7(a) reduziert werden.
7(e) gibt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsb des Tisches 70 während der Bewegung des Tisches 70 zu der durch den Befehl Cr definierten Zielposition wieder. Insbesondere zeigt 7(e) die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsb für den Tisch 70, der die Zielposition t23 Sekunden nach dem Antriebsstart erreicht. 7(e) gibt einen Fall wieder, in dem Ankunftszeit des Tisches 70 an der Zielposition gleich der Zeit t23 gesetzt ist, zu der die Spindel 80 die Zieldrehgeschwindigkeit erreicht.
Wenn die Werkzeugmaschine 1 die in 7(e) gezeigte Steuerung für den Tisch 70 ausführt, erreicht der Tisch 70 die Zielposition nicht mehr innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer mit einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung. Deshalb kann der Energieverbrauch im Vergleich zu 7(b) reduziert werden.
Die Werkzeugmaschine 1 kann den Antrieb des Spindelkopfs 50 derart steuern, dass die Bewegung des Spindelkopfs 50 zu der Zielposition in der Zeit zwischen t21 und t23 abgeschlossen wird. Weiterhin kann die Werkzeugmaschine 1 den Antrieb des Tisches 70 derart steuern, dass die Bewegung des Tisches 70 zu der Zielposition in der Zeit zwischen t22 und t23 abgeschlossen wird.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf drei spezifische Beispiele beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt ist. Weiterhin wurde für die Ausführungsform ein Fall beschrieben, in dem ein Befehl ausgeführt wird, um wie in 5 und 7 gezeigt die Drehzahl der Spindel 80 bis zum Erreichen einer Zieldrehgeschwindigkeit zu erhöhen. Eine ähnliche Steuerung kann jedoch auch auf den Fall angewendet werden, in dem ein Befehl ausgeführt wird, um die Drehzahl der Spindel 80 bis zum Erreichen einer Zieldrehgeschwindigkeit zu verlangsamen.
Im Folgenden wird eine spezifische Konfiguration der Werkzeugmaschine 1 zum Realisieren einer Steuerung einschließlich der beispielhaften Steuerung von 5–7 beschrieben. Insbesondere wird eine spezifische Konfiguration der Werkzeugmaschine 1 zum Realisieren einer Steuerung einschließlich der beispielhaften Steuerung von 5(d), 6(d), 7(d) und 7(e) beschrieben.
Wie in dem Funktionsblockdiagramm von 8 gezeigt, umfasst eine NC(Numerical Control)-Steuereinrichtung 100 eine Antriebssteuereinheit 110, eine Speichereinheit 120, eine Bewegungspositions-Berechnungseinheit 130, eine Drehgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 140, eine Zeitberechnungseinheit 150 und eine Vergleichseinheit 160. Die Antriebssteuereinheit 110 umfasst eine Positionssteuereinheit 111, eine Drehgeschwindigkeits-Steuereinheit 112 und eine Zusatzgeräte-Steuereinheit 113.
Die Einheiten 110, 130, 140, 150 und 160 in der NC-Steuereinrichtung 100 sind jeweils Funktionsblöcke. Jeder Funktionsblock wird durch die CPU 101 implementiert, die ein in dem Speicher 102 gespeichertes Programm ausführt. Jeder Funktionsblock kann aber auch durch eine entsprechende Hardware implementiert werden.
In der Speichereinrichtung 120 sind ein NC-Programm 121, X-Achsen-Daten 122, Y-Achsen-Daten 123, Z-Achsen-Daten 124 und Spindeldaten 125 gespeichert. In der Speichereinrichtung 120 sind weiterhin Positionsinformationen 126 und Drehgeschwindigkeitsinformationen 127 gespeichert. Die Speichereinrichtung 120 entspricht dem Speicher 102 von 3.
Die X-Achsen-Daten 122 enthalten Maximalbeschleunigungsinformationen 122a, die die maximale Beschleunigung des Tisches 70 angeben, Maximalverlangsamungs-Informationen 122b, die die maximale Verlangsamung des Tisches 70 angeben, und Maximalbewegungsgeschwindigkeits-Informationen 122c, die die maximale Bewegungsgeschwindigkeit des Tisches 70 angeben. Die Y-Achsen-Daten 123 enthalten Maximalbeschleunigungs-Informationen 123a, die die maximale Beschleunigung des Sattels 60 angeben, Maximalverlangsamungs-Informationen 123b, die die maximale Verlangsamung des Sattels 60 angeben, und Maximalbewegungsgeschwindigkeits-Informationen 123c, die die maximale Bewegungsgeschwindigkeit des Sattels 60 angeben. Die Z-Achsen-Daten 124 enthalten Maximalbeschleunigungs-Informationen 124a, die die maximale Beschleunigung des Spindelkopfs 50 angeben, Maximalverlangsamungs-Informationen 124b, die die maximale Verlangsamung des Spindelkopfs 50 angeben, und Maximalbewegungsgeschwindigkeits-Informationen 124c, die die maximale Bewegungsgeschwindigkeit des Spindelkopfs 50 angeben. Die Spindeldaten 125 enthalten Maximalbeschleunigungs-Informationen 125a, die die maximale Beschleunigung der Spindel 80 angeben, Maximalverlangsamungs-Informationen 125b, die die maximale Verlangsamung der Spindel 80 angeben, und Maximaldrehgeschwindigkeits-Informationen 125c, die die maximale Drehgeschwindigkeit der Spindel 80 angeben.
Die Antriebssteuereinheit 110 steuert den Antrieb jedes Steuerobjekts (siehe 3) in der Steuerobjektgruppe 400 auf der Basis des NC-Programms 121 und verschiedener in der Speichereinrichtung 120 gespeicherter Informationen.
Die Positionssteuereinheit 111 steuert die Positionen des Tisches 70, des Sattels 60 und des Spindelkopfs 50. Mit anderen Worten bewegt die Positionssteuereinheit 111 den Tisch 70, den Sattel 60 und den Spindelkopf 50 zu den durch die Befehle in dem NC-Programm definierten Zielpositionen. Die Positionssteuerung umfasst eine Geschwindigkeitssteuerung bis zu der Zielposition. Die Positionssteuereinheit 111 führt eine Geschwindigkeitssteuerung durch, indem sie die Beschleunigung und die Verlangsamung und die Zeiten für die Beschleunigung und die Verlangsamung steuert.
Die Drehgeschwindigkeits-Steuereinheit 112 steuert die Drehgeschwindigkeit der Spindel 80. Dazu steuert die Drehgeschwindigkeits-Steuereinheit 112 die Drehung der Spindel jeweils mit den durch die Befehle in dem NC-Programm definierten Zieldrehgeschwindigkeiten.
Die Zusatzgeräte-Steuereinheit 113 steuert den Antrieb der an der Haupteinheit 5 vorgesehenen Zusatzgeräte wie etwa der ATC-Einheit 91 und des Späneförderers 92 in Übereinstimmung mit dem in der Speichereinrichtung 120 gespeicherten NC-Programm 121.
Die Bewegungspositions-Berechnungseinheit 130 berechnet mit vorbestimmten Intervallen die Positionen des Tisches 70, des Sattels 60 und des Spindelkopfs 50 auf der Basis der Ausführung der in dem NC-Programm enthaltenen Befehle durch die Antriebssteuereinheit. Die Bewegungspositions-Berechnungseinheit 130 speichert die Informationen zu jeder berechneten Position als Positionsinformationen 126. Mit anderen Worten speichert die Bewegungspositions-Berechnungseinheit 130 die aktuellen Positionsinformationen für den Tisch, die aktuellen Positionsinformationen für den Sattel 60 und die aktuellen Positionsinformationen für den Spindelkopf 50 als Positionsinformationen 126. Die Antriebssteuereinheit 110 nimmt auf die Positionsinformationen 126 Bezug, wenn sie die Befehle zum Antreiben der Steuerobjektgruppe 400 ausführt.
Die Drehgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 140 erhält die Drehzahlen der Spindel 80 aus dem Sensor 500. Die Drehgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 140 berechnet die aktuelle Drehgeschwindigkeit der Spindel 80 aus der erhaltenen Drehzahl und aus im der Speichereinrichtung 120 gespeicherten Daten (nicht gezeigt), die eine Beziehung zwischen einer Drehzahl und einer Drehgeschwindigkeit angeben. Die Drehgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 140 speichert die berechnete Drehgeschwindigkeit der Spindel 80 als Drehgeschwindigkeitsinformationen 127 in der Speichereinrichtung 120.
Die Zeitberechnungseinheit 150 führt die im Folgenden beschriebene Operation aus, wenn zwei Komponenten aus der Gruppe, die den Tisch 70, den Sattel 60, den Spindelkopf 50 und die Spindel 80 umfasst, durch einen einzelnen Befehl angetrieben werden sollen.
Die Zeitberechnungseinheit 150 berechnet die Zeit, die ein erstes Steuerobjekt bis zum Erreichen eines vorbestimmten ersten Zustands benötigt, und die Zeit, die ein zweites Steuerobjekt bis zum Erreichen eines vorbestimmten zweiten Zustands benötigt, auf der Basis der in der Speichereinrichtung 120 gespeicherten Daten.
Wenn zum Beispiel das erste Steuerobjekt die Spindel 80 ist und das zweite Steuerobjekt der Spindelkopf 50 ist, berechnet die Zeitberechnungseinheit 150 die Zeit, die die Spindel 80 bis zum Erreichen der durch den entsprechenden Befehl definierten Zieldrehzahl benötigt, und die Zeit, die der Spindelkopf 50 bis zum Erreichen der durch den entsprechenden Befehl definierten Zielposition benötigt, jeweils auf der Basis der Spindeldaten 125 und der Z-Achsen-Daten 124. Insbesondere berechnet die Zeitberechnungseinheit 150 die Zeitdauer, die die Spindel 80 bis zum Erreichen der durch den entsprechenden Befehl definierten Zieldrehzahl benötigt, auf der Basis der Spindeldaten 125 und der Drehgeschwindigkeitsinformationen 127 und die Zeitdauer, die der Spindelkopf 150 bis zum Erreichen der durch den entsprechenden Befehl definierten Zielposition benötigt, auf der Basis der Z-Achsen-Daten 124 und der Positionsinformationen 126. Die Berechnungseinheit 150 sendet die berechneten Ankunftszeiten zu einer Vergleichseinheit 160.
Wenn drei oder mehr Komponenten aus der Gruppe, die den Tisch 70, den Sattel 60, den Spindelkopf 50 und die Spindel 80 umfasst, in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden sollen, berechnet die Zeitberechnungseinheit 150 die Ankunftszeiten in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Verfahren für jedes der drei oder mehr anzutreibenden Steuerobjekte. Auf die Berechnung folgend sendet die Zeitberechnungseinheit 150 die berechneten Ankunftszeiten zu der Vergleichseinheit 160.
Wenn zwei Komponenten aus der Gruppe, die den Tisch 70, den Sattel 60, den Spindelkopf 50 und die Spindel 80 umfasst, in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden sollen, vergleicht die Vergleichseinheit 160 die Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands mit der Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands. Wenn zum Beispiel das erste Steuerobjekt die Spindel 80 ist und das zweite Steuerobjekt der Spindelkopf 50 ist, wird die Zeitdauer, die die Spindel 80 bis zum Erreichen der durch den entsprechenden Befehl definierten Zieldrehzahl benötigt, mit der Zeitdauer, die der Spindelkopf 50 bis zum Erreichen der durch den entsprechenden Befehl definierten Zielposition benötigt, verglichen. Die Vergleichseinheit 160 sendet das Vergleichsergebnis und die durch die Zeitberechnungseinheit 150 berechneten Ankunftszeiten zu der Antriebssteuereinheit 110.
Wenn drei oder mehr Komponenten aus der Gruppe, die den Tisch 70, den Sattel 60, den Spindelkopf 50 und die Spindel 80 umfasst, in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden sollen, vergleich tdie Berechnungseinheit 150 die für die drei oder mehr anzutreibenden Steuerobjekte berechneten Ankunftszeiten miteinander. Auf den Vergleich folgend sendet die Vergleichseinheit 160 die berechneten Ankunftszeiten zu der Antriebssteuereinheit 110.
Wenn zwei Komponenten aus der Gruppe, die den Tisch 70, den Sattel 60, den Spindelkopf 50 und die Spindel 80 umfasst, in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden sollen und bestimmt wird, dass die Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands länger ist als die Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands, steuert die Antriebssteuereinheit 110 den Antrieb des zweiten Steuerobjekts derart, dass die Ankunftszeit des zweiten Steuerobjekts an dem zweiten Zustand gleich der oben genannten berechnete Ankunftszeit an dem ersten Zustand ist.
Wenn zum Beispiel das erste Steuerobjekt die Spindel 80 ist und das zweite Steuerobjekt der Spindelkopf 50 ist und bestimmt wird, dass die Zeitdauer bis zum Erreichen der durch den Befehl definierten Zielgeschwindigkeit länger als die Zeitdauer der durch den Befehl definierten Zielposition ist, steuert die Antriebssteuereinheit den Antrieb des Spindelkopfs 50 derart, dass die Ankunftszeit des Spindelkopfs 50 an der Zielposition gleich der berechneten Ankunftszeit an der Zieldrehgeschwindigkeit ist (siehe 5(d)).
Mit anderen Worten steuert die Antriebssteuereinheit 110 den Antrieb eines entsprechenden Steuerobjekts derart, dass das Steuerobjekt bei der Zieldrehgeschwindigkeit und der Zielposition zu dem späteren Zeitpunkt der berechneten Ankunftszeit an der Zieldrehgeschwindigkeit und der berechneten Ankunftszeit an der Zielposition ankommt.
Die vorstehende Ausführungsform wurde mit Bezug auf eine Konfiguration beschrieben, in der die Antriebssteuereinheit 110 eine derartige Steuerung durchführt, dass die Ankunftszeit an der Zieldrehgeschwindigkeit und die Ankunftszeit an der Zielposition wie in 5(d) gezeigt gleich sind. Die zwei Ankunftszeiten müssen jedoch wie in 5(c) gezeigt nicht unbedingt gleich sein. In diesem Fall ist die Antriebssteuereinheit 110 wie im Folgenden beschrieben konfiguriert.
Wenn zwei Komponenten aus der Gruppe, die den Tisch 70, den Sattel 60, den Spindelkopf 50 und die Spindel 80 umfasst, in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden sollen, und bestimmt wird, dass die Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands länger ist als die Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands, steuert die Antriebssteuereinheit 110 den Antrieb des zweiten Steuerobjekts derart, dass die Zeitdauer, die das zweite Steuerobjekt bis zum Erreichen des zweiten Zustands benötigt, länger ist als die berechnete Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands und kürzer oder gleich der berechneten Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands.
Wenn zum Beispiel das erste Steuerobjekt die Spindel 80 ist und das zweite Steuerobjekt der Spindelkopf 50 ist und bestimmt wird, dass die Zeitdauer bis zum Erreichen der durch den Befehl definierten Zieldrehgeschwindigkeit länger ist als die Zeitdauer bis zum Erreichen der durch den Befehl definierten Zielposition, steuert die Antriebssteuereinheit 110 den Antrieb des Spindelkopfs 50 derart, dass die Zeitdauer, die der Spindelkopf 50 bis zum Erreichen der Zielposition benötigt, länger ist als die berechnete Zeitdauer bis zum Erreichen der Zielposition und kürzer oder gleich der berechneten Zeitdauer bis zum Erreichen der Zieldrehgeschwindigkeit.
Die vorstehende Ausführungsform wurde auf der Basis davon beschrieben, dass die Spindel 80 und der Spindelkopf 50 als erstes und zweites Steuerobjekt in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden sollen. Es können aber auch andere Kombinationen von jeweils zwei Steuerobjekten in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden, wie etwa die Spindel 80 und der Tisch 70, die Spindel 80 und der Sattel 60, der Spindelkopf 50 und der Tisch 70, der Spindelkopf 50 und der Sattel 60 und der Tisch 70 und der Sattel 60.
Wenn drei oder mehr Komponenten aus der Gruppe, die den Tisch 70, den Sattel 60, den Spindelkopf 50 und die Spindel 80 umfasst, in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden sollen, führt die Antriebssteuereinheit 110 eine Steuerung aus, die der oben (7) für die zwei Komponenten beschriebenen ähnlich ist. Deshalb wird hier auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet.
Es können verschiedene Kombinationen von drei Steuerobjekten in Reaktion auf einen Befehl angetrieben werden: die Spindel 80, der Spindelkopf 50 und der Tisch 70; die Spindel 80, der Spindelkopf 50 und der Sattel 60; die Spindel 80, der Tisch 70 und der Sattel 60; oder der Spindelkopf 50, der Tisch 70 und der Sattel 60. Es können aber auch alle vier Steuerobjekte, d. h. die Spindel 80, der Spindelkopf 50, der Tisch 70 und der Sattel 60, gemeinsam in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden.
Dabei steuert die Antriebssteuereinheit 110 den Antrieb des entsprechenden Steuerobjekts derart, dass jedes Steuerobjekt die Zieldrehgeschwindigkeit und die Zielposition zu dem späteren Zeitpunkt der berechneten Ankunftszeit an der Zieldrehgeschwindigkeit oder der berechneten Ankunftszeit an der Zielposition erreicht.
Im Folgenden werden spezifische Beispiele für die Steuerung durch die Antriebssteuereinheit 110 ausführlicher als in dem vorstehend gegebenen Überblick erläutert. Die folgende Beschreibung nimmt auf eine Konfiguration Bezug, in der dafür gesorgt wird, dass die Ankunftszeiten zusammenfallen, indem die Beschleunigung und die Verlangsamung des Steuerobjekts verändert werden. Die folgende Beschreibung nimmt auf einen Fall Bezug, in dem der Spindelkopf 50 und die Spindel 80 in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die in der Werkzeugmaschine 1 ausgeführte Steuerung zeigt. Insbesondere erläutert das 9 eine durch die Werkzeugmaschine 1 ausgeführte Steuerung, wenn ein Befehl zum Antreiben des Spindelkopfs 50 und der Spindel 80 ausgeführt wird.
9(a) zeigt die Beziehung zwischen der Zeitdauer t, die die Spindel 80 bis zum Erreichen der durch den entsprechenden Befehl definierten Zieldrehgeschwindigkeit benötigt, und der Drehgeschwindigkeit Vr. Insbesondere zeigt 9(a), wie die Spindel mit der maximalen Beschleunigung bis zu der Zieldrehgeschwindigkeit V51 beschleunigt wird und anschließend mit der Zieldrehgeschwindigkeit V51 gedreht wird.
Wie in 9(a) gezeigt, erreicht die Spindel 80 die Zieldrehgeschwindigkeit V51 t32 Sekunden nach dem durch den Befehl veranlassten Antriebsstart. Die Drehgeschwindigkeit der Spindel liegt unmittelbar vor der Ausführung des Befehls bei V50. Die Drehgeschwindigkeit von V50 der Spindel 80 wird in den Drehgeschwindigkeitsinformationen 127 in der Speichereinrichtung 120 gespeichert.
9(b) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa des Spindelkopfs 50, wenn sich der Spindelkopf 50 zu einer durch den Befehl definierten Zielposition bewegt. In 9(b) wird das Vergleichsbeispiel durch die Strichlinie angegeben. Die Strichlinie zeigt, wie der Spindelkopf 50 mit der maximalen Beschleunigung zu der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit V11 beschleunigt wird und dann mit einer maximalen Verlangsamung gestoppt wird. In diesem Fall erreicht der Spindelkopf aufgrund des Berechnungsergebnisses der Zeitberechnungseinheit 150 die Zielposition t31 Sekunden (t31 < t32) nach dem Antriebsstart.
Dementsprechend verändert die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigung und die Verlangsamung des Spindelkopfs 50. Die durch eine durchgezogene Linie wiedergegebene Kurve zeigt einen Fall, in dem die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigung und die Verlangsamung des Spindelkopfs 50 verändert. Insbesondere setzt die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigung des Spindelkopfs 50 niedriger als die maximale Beschleunigung und die Verlangsamung des Spindelkopfs 50 langsamer als die maximale Verlangsamung. 9(b) zeigt ein Beispiel, in dem die Antriebssteuereinheit 110 die maximale Geschwindigkeit des Spindelkopfs 50 auf eine Geschwindigkeit V12 setzt, die niedriger als die maximale Bewegungsgeschwindigkeit V11 ist.
Die Antriebssteuereinheit 110 setzt zum Beispiel die Beschleunigung, Verlangsamung, die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit für eine Ankunftszeit t32 an der Zielposition auf der Basis der Maximalbeschleunigungs-Informationen 124a, der Maximalverlangsamungs-Informationen 124b und der Maximalbewegungsgeschwindigkeits-Informationen 124c. Insbesondere setzt die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigung, Verlangsamung, Beschleunigungszeit und Verlangsamungszeit auf der Basis des in der Speichereinrichtung 120 gespeicherten NC-Programms.
Es können viele verschiedene Kombinationen von Beschleunigung, Verlangsamung, Beschleunigungszeit und Verlangsamungszeit gewählt werden, um eine Ankunft an der Zielposition zu der Ankunftszeit t32 sicherzustellen. Zum Beispiel kann die Antriebssteuereinheit 110 konfiguriert sein, um die Beschleunigung und Verlangsamung nur um eine vorbestimmte Rate niedriger als maximale Beschleunigung und Verlangsamung zu setzen und die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit nicht zu verändern. Es können verschiedenste Kombinationen aus Beschleunigung, Verlangsamung, Beschleunigungszeit und Verlangsamungszeit gewählt werden.
10 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für eine durch die Werkzeugmaschine 1 ausgeführte Steuerung zeigt. Insbesondere wird in 10 eine Steuerung gezeigt, die durch die Werkzeugmaschine 1 ausgeführt wird, wenn wie in 9 ein einzelner Befehl für den Antrieb des Spindelkopfs 50 und der Spindel 80 ausgeführt wird.
10(a) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa des Spindelkopfs 50, wenn sich der Spindelkopf 50 zu einer durch den entsprechenden Befehl definierten Zielposition bewegt. Insbesondere zeigt 10(a), wie der Spindelkopf 50 mit der maximalen Beschleunigung zu der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit V11 beschleunigt wird und anschließend mit einer maximalen Verlangsamung gestoppt wird. Wie in 10(a) gezeigt, erreicht der Spindelkopf 50 die Zielposition t41 Sekunden nach dem durch den Befehl veranlassten Antriebsstart.
10(b) zeigt die Beziehung zwischen der Zeitdauer t, die die Spindel 80 bis zum Erreichen der durch den Befehl definierten Zieldrehgeschwindigkeit benötigt, und der Drehgeschwindigkeit V4 der Spindel 80. In 10(b) wird ein Vergleichsbeispiel durch die Strichlinie angegeben. Die Strichlinie zeigt, wie die Spindel 80 von der Drehung mit der Drehgeschwindigkeit V50 mit der maximalen Beschleunigung zu der Zieldrehgeschwindigkeit V51 beschleunigt wird und sich dann kontinuierlich mit der Zieldrehgeschwindigkeit V51 dreht. In diesem Fall erreicht die Spindel 80 aufgrund des Berechnungsergebnisses der Zeitberechnungseinheit 150 die Zieldrehgeschwindigkeit V51 t42 Sekunden (t42 < t41) nach dem durch den Befehl veranlassten Antriebsstart.
Dementsprechend verändert die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigung der Spindel 80. Die durch die durchgezogene Linie wiedergegebene Kurve gibt einen Fall wieder, in dem die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigung der Spindel 80 verändert. Insbesondere setzt die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigung der Spindel 80 niedriger als die maximale Beschleunigung.
Die Antriebssteuereinheit 110 setzt die Beschleunigung und die Beschleunigungszeit für ein Erreichen der Zieldrehgeschwindigkeit V51 zu der Ankunftszeit t41 auf der Basis der Maximalbeschleunigungsinformationen 125a und der Maximaldrehgeschwindigkeitsinforationen 125c. Insbesondere führt die Antriebssteuereinheit 110 das Setzen der Beschleunigung und der Beschleunigungszeit auf der Basis des in der Speichereinrichtung 120 gespeicherten NC-Programms durch. Die Kombination aus der Beschleunigung und der Beschleunigungszeit für ein Erreichen der Zieldrehgeschwindigkeit V51 zu der Ankunftszeit t41 wird in einer Eins-zu-eins-Ensprechung bestimmt, wenn die Beschleunigung konstant ist.
9 und 10 nehmen auf einen Fall Bezug, in dem die Werkzeugmaschine 1 den Spindelkopf 50 und die Spindel 80 in Reaktion auf einen Befehl antreiben. Bei einer anderen Kombination von Steuerobjekten als dem Spindelkopf 50 und der Spindel 80 wird eine ähnliche Steuerung wie für die Kombination des Spindelkopfs 50 und der Spindel 80 ausgeführt. Die Werkzeugmaschine 1 steuert den Antrieb des entsprechenden Steuerobjekts derart, dass jedes Steuerobjekt die Zieldrehgeschwindigkeit und die Zielposition zu dem späteren Zeitpunkt der berechneten Zeitdauer bis zum Erreichen der Zieldrehgeschwindigkeit oder der berechneten Zeitdauer bis zum Erreichen der Zielposition erreicht.
11 ist ein Flussdiagramm zu der in der Werkzeugmaschine 1 ausgeführten Verarbeitung. Im Folgenden werden sich linear bewegende Steuerobjekte wie etwa der Spindelkopf 50, der Sattel 60 und der Tisch 70 als „bewegliche Körper” bezeichnet.
In Schritt S2 in 11 setzt die Werkzeugmaschine 1 eine zuvor in der Speichereinrichtung 120 gespeicherte Variable i (nicht gezeigt) auf 1, wobei i eine natürliche Zahl von 1 oder größer ist. In Schritt S4 liest die Werkzeugmaschine 1 den i-ten Befehl aus dem NC-Programm 121 in der Speichereinrichtung 120 aus. In Schritt S6 bestimmt die Werkzeugmaschine 1, ob eine Beschreibung mit einer Angabe zu der Drehgeschwindigkeit der Spindel 80 in dem ausgelesenen i-ten Befehl enthalten ist.
Wenn die Werkzeugmaschine 1 bestimmt, dass eine Beschreibung mit einer Angabe zu der Drehgeschwindigkeit der Spindel 80 enthalten ist (JA in Schritt S6), schreitet die Steuerung zu Schritt S8 fort, in dem bestimmt wird, ob eine Beschreibung mit einer Angabe zu der Position wenigstens eines beweglichen Körpers in dem ausgelesenen i-ten Befehl vorhanden ist. Wenn die Werkzeugmaschine 1 bestimmt, dass eine Beschreibung mit einer Angabe zu der Position für wenigstens einen beweglichen Körper vorhanden ist (JA in Schritt S8), schreitet die Steuerung zu S10 fort, um eine Ankunftszeit A (S) an der Zieldrehgeschwindigkeit für die Spindel 80 zu berechnen, wenn die Beschleunigung mit der maximalen Beschleunigung erfolgt und die Verlangsamung mit der maximalen Verlangsamung erfolgt.
In Schritt S12 erhält die Werkzeugmaschine 1 eine Ankunftszeit Bj(s) an der Zielposition, wobei j eine natürliche Zahl von 1 oder größer ist, für jeden beweglichen Körper, der sich zu der Zielposition in dem i-ten Befehl bewegen soll, wenn die Beschleunigung mit der maximalen Beschleunigung erfolgt und die Verlangsamung mit der maximalen Verlangsamung erfolgt. Wenn nur ein beweglicher Körper vorhanden ist, der sich zu der Zielposition bewegen soll, erhält die Werkzeugmaschine 1 die Ankunftszeit B1(s). Wenn zwei bewegliche Körper vorhanden sind, die sich zu der Zielposition bewegen sollen, erhält die Werkzeugmaschine 1 zwei Ankunftszeiten (B1(s) und B2(s)). Wenn drei bewegliche Körper vorhanden sind, die sich zu der Zielposition bewegen sollen, erhält die Werkzeugmaschine 1 drei Ankunftszeiten (B1(s), B2(s) und B3(s)).
In Schritt S14 berechnet die Werkzeugmaschine 1 die Beschleunigung und/oder Verlangsamung jedes Steuerobjekts derart, dass die Spindel 80 und jedes bewegliche Objekt, das sich zu der Zielposition bewegen soll, die Zieldrehgeschwindigkeit und die Zielposition zu der Ankunftszeit A(s) und Bj(s) mit dem größten Wert erreichen. Die Werkzeugmaschine 1 berechnet ggf. auch die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit. In Schritt S16 setzt die Werkzeugmaschine 1 die Beschleunigung und/oder Verlangsamung des Steuerobjekts auf die berechnete Beschleunigung und/oder Verlangsamung.
In Schritt S18 führt die Werkzeugmaschine 1 den i-ten Befehl aus. In Schritt S20 bestimmt die Werkzeugmaschine 1, ob ein nächster Befehl vorhanden ist oder nicht. Wenn die Werkzeugmaschine 1 bestimmt, dass ein nächster Befehl vorhanden ist (JA in Schritt S20), schreitet die Steuerung zu Schritt S30 fort, um den Wert von i um 1 zu erhöhen. Die Werkzeugmaschine 1 kehrt nach dem Prozess von Schritt S30 zu dem Prozess von Schritt S4 zurück. Wenn die Werkzeugmaschine 1 bestimmt, dass kein nächster Befehl vorhanden ist (NEIN in Schritt S20), wird der Prozess beendet.
Wenn die Werkzeugmaschine 1 bestimmt, dass keine Beschreibung mit einer Angabe zu der Drehgeschwindigkeit der Spindel 80 vorhanden ist (NEIN in Schritt S6), schreitet die Steuerung zu Schritt S22 fort, um zu bestimmen, ob eine Beschreibung mit einer Angebe zu der Position für ein oder zwei bewegliche Objekte in dem ausgelesenen i-ten Befehl vorhanden ist. Wenn die Werkzeugmaschine 1 bestimmt, dass eine Beschreibung mit einer Angabe zu der Position für zwei oder mehr bewegliche Objekte vorhanden ist (JA in Schritt S22), schreitet die Steuerung zu Schritt S24 fort, um die Ankunftszeit Bj(s) an der Zielposition für jeden beweglichen Körper zu erhalten, der sich gemäß dem i-ten Befehl zu der Zielposition bewegen soll, wenn die Beschleunigung mit der maximalen Beschleunigung erfolgt und die Verlangsamung mit der maximalen Verlangsamung erfolgt. Wenn die Werkzeugmaschine 1 bestimmt, dass keine Beschreibung mit einer Angabe zu der Position für ein oder mehrere bewegliche Objekte vorhanden ist (NEIN in Schritt S22), schreitet die Steuerung zu Schritt S18 fort.
In Schritt S26 berechnet die Werkzeugmaschine 1 die Beschleunigung und/oder Verlangsamung jedes beweglichen Körpers derart, dass jeder bewegliche Körper, der sich zu der Zielposition bewegen soll, die Zielposition zu der Ankunftszeit Bj(s) mit dem größten Wert erreicht. Weiterhin berechnet die Werkzeugmaschine 1 ggf. auch die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit. In Schritt S28 setzt die Werkzeugmaschine 1 die Beschleunigung und/oder Verlangsamung jedes beweglichen Körpers auf die berechnete Beschleunigung und/oder Verlangsamung.
Die Werkzeugmaschine 1 kann unter Verwendung des Prozesses von 11 ein Steuerobjekt in einem Energiesparmodus antreiben.
Im Folgenden wird eine Konfiguration beschrieben, in der die Antriebssteuereinheit 110 dafür sorgt, dass die Ankunftszeit an der Zielposition und die Ankunftszeit an der Zieldrehgeschwindigkeit zusammenfallen, indem sie die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit des Spindelkopfs 50 verändert, wenn der Spindelkopf 50 und die Spindel 80 in Reaktion auf einen einzelnen Befehl angetrieben werden. Mit anderen Worten verwendet die Antriebssteuereinheit 110 eine Konfiguration, in der nur die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit verändert werden, und also nicht wie in 9 gezeigt die Beschleunigung, die Verlangsamung, die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit verändert werden.
12 ist ein Diagramm, das die durch die Werkzeugmaschine 1 ausgeführte Steuerung zeigt, wenn ein einzelner Befehl zum Antreiben des Spindelkopfs 50 und der Spindel 80 ausgeführt wird. Insbesondere zeigt 12 eine Konfiguration, in der die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit des Spindelkopf 50 modifiziert werden, ohne die Beschleunigung und die Verlangsamung des Spindelkopfs 50 zu verändern.
12(a) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t, die die Spindel 80 bis zum Erreichen der durch den Befehl definierten Zieldrehgeschwindigkeit benötigt, und der Drehgeschwindigkeit Vr der Spindel 80. Insbesondere zeigt 12(a), wie die Spindel 80 mit der maximalen Beschleunigung zu der Zieldrehgeschwindigkeit V51 beschleunigt wird und anschließend mit der Zieldrehgeschwindigkeit V51 gedreht wird. Wie in 12(a) gezeigt, erreicht die Spindel 80 die Zieldrehgeschwindigkeit V51 t32 Sekunden nach dem durch den Befehl veranlassten Antriebsstart. Die Drehgeschwindigkeit der Spindel 80 unmittelbar vor der Ausführung des Befehls liegt bei V50.
12(b) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t und der Geschwindigkeit Vsa des Spindelkopfs 50, wenn der Spindelkopf 50 zu der durch den Befehl definierten Zielposition bewegt wird. 12(b) zeigt ein Vergleichsbeispiel, wobei die durch die durchgezogene Linie wiedergegebene Kurve zeigt, wie der Spindelkopf 50 mit der maximalen Beschleunigung zu der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit V11 beschleunigt wird und anschließend mit einer maximalen Verlangsamung gestoppt wird. In diesem Fall erreicht der Spindelkopf 50 aufgrund der Berechnung der Zeitberechnungseinheit 150 die Zielposition t31 Sekunden nach dem Antriebsstart (t31 < t32).
Dementsprechend modifiziert die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit des Spindelkopfs 50. Die durch die durchgezogene Linie wiedergegebene Kurve gibt einen Fall wieder, in dem die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit des Spindelkopfs 50 verändert. Insbesondere setzt die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit des Spindelkopfs 50 auf einen Wert, der niedriger als die durch die durchgezogene Linie wiedergegebene Beschleunigungszeit und Verlangsamungszeit ist.
Die Antriebssteuereinheit 110 setzt die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit für eine Ankunft an der Zielposition zur Ankunftszeit t32 auf der Basis der Maximalbeschleunigungsinformationen 124a, der Maximalverlangsamungsinformationen 124b und der Maximalbewegungsgeschwindigkeitsinformationen 124c. Insbesondere setzt die Antriebssteuereinheit 110 die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit auf der Basis des in der Speichereinrichtung 120 gespeicherten NC-Programms. Und insbesondere erhält die Antriebssteuereinheit 110 durch eine Berechnung die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit, die für eine vorbestimmte Bewegungsdistanz mit einer konstanten Beschleunigung und einer konstanten Verlangsamung innerhalb einer Zeitdauer von t32 Sekunden erforderlich sind.
Die vorstehende Beschreibung nimmt auf das Beispiel einer Kombination aus der Spindel 80 und dem Spindelkopf 50 Bezug, wobei aber auch eine Kombination aus der Spindel 80 und einem anderen beweglichen Körper wie etwa dem Sattel 60 oder dem Tisch 70 gewählt werden kann.
Die vorstehende Beschreibung nimmt auf eine Konfiguration Bezug, in der die Steuerung der Antriebssteuereinheit 110 auf einen drehbaren Körper, der drehend angetrieben wird (Spindel 80), und einen beweglichen Körper (ein sich linear bewegendes Steuerobjekt (Spindelkopf 50, Sattel 60, Tisch 70)) oder aber auf einen beweglichen Körper und einen anderen beweglichen Körper angewendet wird. Im Folgenden wird die Steuerung der Antriebssteuereinheit 110 mit Bezug auf eine Konfiguration beschrieben, in der die Steuerung nur auf drehbare Körper, die drehend angetrieben werden, angewendet wird.
Die Steuerung kann zum Beispiel auf die Spindel 80 und einen ATC-Arm 91 (nicht gezeigt) angewendet werden, die beide drehbare Körper sind. Ein ATC-Arm greift ein Werkzeug und dreht sich um eine Drehachse.
13 zeigt eine in der Werkzeugmaschine 1 ausgeführte Steuerung, wenn ein einzelner Befehl zum Antreiben eines ersten drehbaren Körpers und eines zweiten drehbaren Körpers ausgeführt wird.
13(a) entspricht einem Vergleichsbeispiel und zeigt, die Beziehung zwischen der Zeit t, die der erste drehbare Körper bis zum Erreichen einer durch den entsprechenden Befehl definierten Zieldrehgeschwindigkeit V81 benötigt, und einer Drehgeschwindigkeit Vsd des ersten drehbaren Körpers. Insbesondere zeigt 13(a), wie der erste drehbare Körper mit einer maximalen Beschleunigung zu der Zieldrehgeschwindigkeit V81 beschleunigt wird und anschließend mit der Zieldrehgeschwindigkeit V81 gedreht wird. Wie in 13(a) gezeigt, erreicht der erste drehbare Körper die Zieldrehgeschwindigkeit V81 t51 Sekunden nach dem durch den Befehl veranlassten Antriebsstart.
13(b) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t, die der zweite drehbare Körper bis zum Erreichen der durch den entsprechenden Befehl definierten Zieldrehgeschwindigkeit V91 benötigt, und einer Drehgeschwindigkeit Vse des zweiten drehbaren Körpers. Insbesondere zeigt 13(b), wie der zweite drehbare Körper mit der maximalen Beschleunigung zu der Zieldrehgeschwindigkeit V91 beschleunigt wird und anschließend mit der Zieldrehgeschwindigkeit V91 gedreht wird. Wie in 13(b) gezeigt, erreicht der zweite drehbare Körper die Zieldrehgeschwindigkeit V91 t52 Sekunden nach dem durch den Befehl veranlassten Antriebsstart (t52 > t51).
13(c) zeigt die Beziehung zwischen der Zeit t, die der erste drehbare Körper bis zum Erreichen der Zieldrehgeschwindigkeit V81 benötigt, und der Drehgeschwindigkeit Vsd des ersten drehbaren Körpers, wenn die Antriebssteuereinheit 110 die oben beschriebene Steuerung ausführt. Wie in 13(c) gezeigt, veranlasst die Werkzeugmaschine 1, dass die Drehgeschwindigkeit Vsd des ersten drehbaren Körpers t52 Sekunden nach dem Antriebsstart des ersten drehbaren Körpers bei der Zieldrehgeschwindigkeit V81 ankommt.
Die Werkzeugmaschine 1 führt die Steuerung von 13(c) aus, damit der erste drehbare Körper die Zieldrehgeschwindigkeit V81 nicht in einer möglichst kurzen Zeitdauer erreicht. Auf diese Weise kann die Werkzeugmaschine 1 den Energieverbrauch im Vergleich zu 13(a) reduzieren.
Die Steuerung kann auch auf ein Gerät angewendet werden, das ein Werkstück bearbeitet, indem es ein Werkstück und ein Werkzeug dreht, wobei es sich zum Beispiel um ein Gerät handeln kann, das eine Bearbeitung unter Verwendung eines Druckwerkzeugs ausführt. Weiterhin kann die Steuerung auf eine Drehbank angewendet werden. Zum Beispiel kann die Steuerung für einen Revolver, der sich linear bewegt, und ein Futter, das ein Werkstück sichert und sich zusammen mit dem Werkstück dreht, angewendet werden.
Die Werkzeugmaschine 1 berechnet die Positionen der beweglichen Körper (Tisch 70, Sattel 60, Spindelkopf 50) auf der Basis der Ausführung der Befehle in dem NC-Programm mit einem konstanten Zeitintervall. Die Berechnung der Positionen kann aber auch durch eine Berechnung auf der Basis der in den Befehlen des NC-Programms enthaltenen Koordinatenwerte erfolgen. Alternativ hierzu können die Positionen unter Verwendung einer linearen Skala berechnet werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf ein bestimmtes Verfahren zum Erhalten der aktuellen Positionen der beweglichen Körper beschränkt.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von verschiedenen Ausführungsformen im Detail beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Der Erfindungsumfang wird durch die folgenden Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-317772 [0003, 0005]

Claims

Werkzeugmaschine (1), die ein erstes Steuerobjekt und ein zweites Steuerobjekt enthält und das erste Steuerobjekt und das zweite Steuerobjekt antreibt, wobei die Werkzeugmaschine umfasst: eine Speichereinrichtung (120) zum Speichern von ersten Informationen einschließlich einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung und/oder einer maximalen Geschwindigkeit für den Antrieb des ersten Steuerobjekts und von zweiten Informationen einschließlich einer maximalen Beschleunigung und einer maximalen Verlangsamung und/oder einer maximalen Geschwindigkeit für den Antrieb des zweiten Steuerobjekts, eine Berechnungseinheit (150), die konfiguriert ist, um eine Zeitdauer, die das erste Steuerobjekt bis zum Erreichen eines vorbestimmten ersten Zustands benötigt, und eine Zeitdauer, die das zweite Steuerobjekt bis zum Erreichen eines vorbestimmten zweiten Zustands benötigt, auf der Basis der ersten Informationen und der zweiten Informationen zu berechnen, eine Vergleichseinheit (160), die konfiguriert ist, um die Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands mit der Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands zu vergleichen, und eine Antriebssteuereinheit (110), die konfiguriert ist, um den Antrieb des ersten Steuerobjekts und den Antrieb des zweiten Steuerobjekts zu steuern, wobei die Antriebssteuereinheit (110) den Antrieb des zweiten Steuerobjekts derart steuert, dass, wenn bestimmt wird, dass die Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands länger als die Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands ist, die Zeitdauer, die das zweite Steuerobjekt bis zum Erreichen des zweiten Zustands benötigt, länger als die berechnete Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands und kürzer oder gleich der berechneten Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands vorgesehen wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: das erste Steuerobjekt entweder für eine Drehung oder für eine lineare Bewegung angetrieben wird, und das zweite Steuerobjekt entweder für eine Drehung oder für eine lineare Bewegung angetrieben wird, wobei die Antriebssteuereinheit (110) den Antrieb des zweiten Steuerobjekts derart steuert, dass, wenn bestimmt wird, dass die Zeitdauer bis zum Erreichen des ersten Zustands länger als die Zeitdauer bis zum Erreichen des zweiten Zustands ist, die Zeitdauer, die das zweite Steuerobjekt bis zum Erreichen des zweiten Zustands benötigt, gleich der berechneten Zeitdauer zum Erreichen des ersten Zustands vorgesehen wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: das erste Steuerobjekt für eine Drehung angetrieben wird, das zweite Steuerobjekt für eine lineare Bewegung angetrieben wird, die Speichereinrichtung (120) weiterhin Drehgeschwindigkeitsinformationen für die Drehung des ersten Steuerobjekts und Bewegungspositionsinformationen für die lineare Bewegung des zweiten Steuerobjekts speichert, und die Berechnungseinheit (150) die Zeitdauer, die das erste Steuerobjekt bis zum Erreichen des ersten Zustands benötigt, und die Zeitdauer, die das zweite Steuerobjekt bis zum Erreichen des zweiten Zustands benötigt, auf der Basis der Drehgeschwindigkeitsinformationen und der Bewegungspositionsinformationen berechnet.