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PRIORITÄTSANGABE
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-231114 , eingereicht am 18. Oktober 2012, die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Dämpfung von Ratterschwingungen, welche beim Bearbeiten mit einer Werkzeugmaschine erzeugt werden, durch Änderung der Drehzahl der Drehwelle, und auf eine Werkzeugmaschine.
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Ähnliches Gebiet
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Wenn Schneidarbeiten von einer Werkzeugmaschine durchgeführt werden, werden gelegentlich sogenannte ”Ratterschwingungen” erzeugt, wenn das Werkzeug oder das Werkstück eine geringe Festigkeit haben. Die Erzeugung von Ratterschwingungen verursacht ein Problem wie etwa den Bruch des Werkzeugs oder die Verminderung der Oberflächengenauigkeit des Werkstücks. Diese Ratterschwingungen werden aufgrund von Schwankungen in der Verschnittdicke des Werkstücks und einer Zunahme von Schwingungen wegen der Erzeugung einer Phasenverzögerung zwischen Wellenbewegungen (Schwingungen), die auf der bearbeiteten Oberfläche vor einer Drehung ausgelöst werden, und Schwingungen aufgrund des momentanen Schneidens erzeugt. Als Methode zum Dämpfen von Ratterschwingungen wurden Maßnahmen in der Patentreferenz 1 und der Patentreferenz 2 vorgeschlagen. Die Maßnahmen, die in der Patentreferenz 1 und in der Patentreferenz 2 beschrieben werden, variieren die Drehzahl der Drehwelle, um die Kraft, die dem Werkzeug zugeführt wird, unregelmäßig zu machen, um so die Ratterschwingungen zu dämpfen. Die Patentreferenzen 1 und 2 offenbaren eine Vorrichtung, die Ratterschwingungen dämpft, indem eine veränderliche Amplitude und eine veränderliche Periode eingestellt werden, um die Drehzahl der Drehwelle zu variieren.
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ZITIERLISTE
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Patentreferenzen
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- Patentreferenz 1: JP 49-105277 A
- Patentreferenz 2: JP 61-3522 U
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ZUSAMMENFASSUNG
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Technisches Problem
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Die Verfahren, die in der Patentreferenz 1 und in der Patentreferenz 2 beschrieben werden, erfordern jedoch, dass zwei Werte für eine veränderliche Amplitude und eine veränderliche Periode eingestellt werden, um die Drehzahl zu variieren. Um die Ratterschwingungen zu dämpfen, ist die Wirkung bekanntlich groß, wenn die veränderliche Periode kurz eingestellt wird mit einer veränderlichen Amplitude mit einem festgelegten Wert oder höher. Die Ratterschwingungen dämpfende Wirkung ist nämlich bekanntlich groß, wenn die Drehwelle sehr schnell beschleunigt und gebremst wird. Wenn die Drehwelle jedoch wiederholt übermäßig beschleunigt und gebremst wird, steigt die Leistungsaufnahme des Motors und es besteht die Möglichkeit, dass der Motor heiß läuft und beschädigt wird.
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Dementsprechend wird ein Verfahren zum Ausführen der ursprünglich beabsichtigten Bearbeitung, nachdem ein Grenzwert für die Drehzahl aus der maximalen Leistungsaufnahme des Motors und dem Trägheitsmoment des Rotationskörpers gefunden wurde, erwogen. Um dies zu tun, ist es notwendig, einen geeigneten Vorgang auszuführen, um das Trägheitsmoment zu bestimmen und es von einem NC-Gerät, das die Werkzeugmaschine überwacht, aufzeichnen zu lassen. Wenn das gleiche Werkstück bearbeitet wird, ist es nicht notwendig, das Trägheitsmoment zu aktualisieren, aber wenn ein anderes Werkstück bearbeitet wird, ist es notwendig, den geeigneten Vorgang auszuführen, um nochmals das Trägheitsmoment zu bestimmen, oder der Bediener muss das zuvor bestimmte Trägheitsmoment in das NC-Gerät eingeben und so die Zahl der Arbeitsschritte vergrößern. Wenn das gleiche Werkstück mit einer anderen Werkzeugmaschine bearbeitet wird, ist die gleiche Zahl an Arbeitsschritten nötig, und das Verfahren ist nicht vernünftig.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Probleme verwirklicht, und ein Vorteil der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Dämpfen von Ratterschwingungen ohne Beschädigung des Motors bereitzustellen, in dem ohne Umstände eine Grenze für die Variation der Drehzahl berechnet werden kann, ohne jedes Mal das Trägheitsmoment des Werkstücks zu bestimmen, und eine Werkzeugmaschine zu bereitzustellen.
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Lösung des Problems
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Das Ratterschwingungen dämpfende Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Ratterschwingungen dämpfendes Verfahren, das Ratterschwingungen einer Werkzeugmaschine, die Schneidarbeiten durch Drehen eines Rotationskörpers, der ein Werkstück oder ein Werkzeug einschließt, gemäß einem Bearbeitungsprogramm, das in einer Speichereinheit gespeichert ist, dämpft und umfasst: einen Erfassungsschritt, der das Trägheitsmoment des Rotationskörpers erfasst; einen Aufzeichnungsschritt, der den Wert des erfassten Trägheitsmoments im Bearbeitungsprogramm aufzeichnet, und einen Berechnungsschritt, der die veränderliche Amplitude und die veränderliche Periode aus dem Wert für das Trägheitsmoment, aufgezeichnet im Bearbeitungsprogramm, und der maximalen Leistungsaufnahme eines Motors zur Drehung des Rotationskörper berechnet, wenn die Drehzahl des Rotationskörpers variiert wird, um die Ratterschwingungen zu dämpfen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Wert, der erhalten wird, wenn das zuvor gespeicherte Trägheitsmoment des rotierenden Teils der Werkzeugmaschine vom erfassten Trägheitsmoment des Rotationskörpers subtrahiert wird, in das Bearbeitungsprogramm als Wert des Trägheitsmoment aufgezeichnet. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird, wenn von dem Bearbeitungsprogramm angewiesen wird, das Werkstück in einer Vielzahl von Arbeitsschritten zu bearbeiten, das Trägheitsmoment des Rotationskörpers für den jeweiligen Arbeitsschritt im Erfassungsschritt erfasst; und wird der Wert des Trägheitsmoment des Rotationskörpers, der für den jeweiligen Arbeitsschritt erfasst wurde, im Aufzeichnungsschritt für den jeweiligen Schritt im Bearbeitungsprogramm gespeichert.
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Die Werkzeugmaschine gemäß einem anderen Gesichtspunkt dieser Erfindung ist eine Werkzeugmaschine zur Durchführung von Schneidarbeiten, indem ein Rotationskörper, der ein Werkstück oder ein Werkzeug umfasst, gemäß einem Bearbeitungsprogramm, das in einer Speichereinheit gespeichert ist, gedreht wird. Das Bearbeitungsprogramm umfasst eine Trägheitsmoment-Erfassungseinheit, um das Trägheitsmoment des Rotationkörpers zu erfassen; eine Aufzeichnungseinheit, um das erfasste Trägheitsmoment im Bearbeitungsprogramm aufzuzeichnen, wenn das Trägheitsmoment von der Erfassungseinheit des Trägheitsmoments erfasst wurde, und eine Berechnungseinheit, um die veränderliche Amplitude und die veränderliche Periode aus dem Trägheitsmoment, aufgezeichnet im Bearbeitungsprogramm, und der maximalen Leistungsaufnahme eines Motors zur Drehung des Rotationskörper zu berechnen, wenn die Drehzahl des Rotationskörpers variiert wird, um die Ratterschwingungen zu dämpfen.
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Auswirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, da das einmal bestimmte Trägheitsmoment im Bearbeitungsprogramm aufgezeichnet wird, nicht notwendig, den gleichen Vorgang, um das Trägheitsmoment zu bestimmen, durchzuführen, wenn das gleiche Werkstück bearbeitet wird, und ohne Weiteres kann eine Grenze für die Variation der Drehzahl berechnet werden, um Ratterschwingungen ohne Beschädigung des Motors zu dämpfen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung werden ausführlich mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, worin:
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1 eine schematische strukturelle Ansicht einer NC-Drehmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine erklärende Ansicht ist, die ein Beispiel für die Fluktuationen der Drehzahl der Drehwelle zeigt;
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3 ein Flussdiagramm des Ratterschwingungen dämpfenden Verfahrens ist; und
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4 eine erklärende Ansicht ist, die einen Teil des Bearbeitungsprogramms zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische strukturelle Ansicht einer NC-Drehmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Spindelstock 7 stützt axial und drehbar eine Hauptwelle 1, welche ein Werkstück 4 mittels eines Spannfutters 2 und einer Sperre 3 aufnimmt. Ein Rotationskörper bestehend aus der Hauptwelle 1, einem Rotor 6b, dem Spannfutter 2, der Sperre 3 und dem Werkstück 4 wird von einem Motor 6, der einen Stator 6a befestigt am Spindelstock 7 und den Rotor 6b befestigt an der Hauptwelle 1 umfasst, zum Drehen gebracht. Ein Codierer 5 zum Ermitteln der Drehzahl der Hauptwelle 1 ist am Spindelstock 7 befestigt. Eine Drehwellensteuerung 8 ist mit dem Motor 6 und dem Codierer 5 verbunden und ein NC-Gerät 9 weist die Drehzahl an die Drehwellensteuerung 8 an. Die Drehwellensteuerung 8 hält die Überwachung der Drehzahl der Hauptwelle 1, die mit dem Codierer 5 ermittelt wird, aufrecht und passt den Eingangsstrom, der an den Motor 6 zum Drehen des Rotationskörpers angelegt ist, an die Drehzahl, die vom NC-Gerät angewiesen ist, an.
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Das NC-Gerät 9 ist mit einer Speichereinheit 11 zur Speicherung eines Bearbeitungsprogramms und dergleichen und mit einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 10 für Ausgaben auf einen Bildschirm oder dergleichen und für Eingaben durch eine Tastatur oder dergleichen verbunden. Das NC-Gerät 9 führt Schneidarbeiten durch, indem ein nicht gezeigtes Werkzeug in Richtung der Drehwelle und/oder in radialer Richtung an das Werkstück 4 bewegt wird, während sich die Hauptwelle gemäß dem Bearbeitungsprogramm, das in der Speichereinheit 11 gespeichert ist, dreht. Zusätzlich bekommt das NC-Gerät 9 von der Eingabe-/Ausgabeeinheit 10 die Drehzahl, eine veränderliche Amplitude und eine veränderliche Periode für die Hauptwelle 1 als Eingabe. Auf diese Weise kann mittels des NC-Gerätes 9 und der Drehwellensteuerung 8 die Drehzahl der Hauptwelle 1 zur vorgesehenen veränderlichen Amplitude und veränderlichen Periode variiert werden, wie aus 2 ersichtlich ist.
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Das Trägheitsmoment kann aus dem elektrischen Strom, der dem Stator 6a zugeführt wird, und der Änderung der Drehzahl des Rotationskörpers bestimmt werden. Wenn z. B. eine Anweisung für die Drehzahl vom NC-Gerät 9 zur Drehwellensteuerung 8 ausgegeben wird, den Rotationskörper mit einer bestimmten Drehzahl zu drehen, beschleunigt der Rotationskörper allmählich vom angehaltenen Zustand bis zur angewiesenen Drehzahl. Zu diesem Zeitpunkt werden das Trägheitsmoment J und die Drehbeschleunigung α des Rotationskörpers durch den Ausdruck 1 in Bezug auf das Drehmoment T des Motors 6 ausgedrückt. T = J × α (1)
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Das Drehmoment T kann durch den Ausdruck 2 in Bezug auf den Eingangsstrom I und die Drehmomentkonstante k, die vom Motor abhängt, ausgedrückt werden. T = k × I (2)
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Hierbei kann die Drehbeschleunigung α aus dem Betrag der Änderung der Drehzahl, die vom Codierer 5 ermittelt wurde, berechnet werden und der Eingangsstrom I, der von der Drehwellensteuerung 8 bereitgestellt wird, ist gut bekannt. Somit kann das Trägheitsmoment J durch den Ausdruck 1 und den Ausdruck 2 berechnet werden. Diese Berechnung wird von dem NC-Gerät 9 durchgeführt und das bestimmte Trägheitsmoment wird im Bearbeitungsprogramm des NC-Gerätes 9 aufgezeichnet. Der Codierer 5 und das NC-Gerät 9, das das Trägheitsmoment berechnet, dienen als Erfassungseinheiten zur Erfassung des Trägheitsmoments des Rotationskörpers.
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Das Ratterschwingungen dämpfende Verfahren, das für die NC-Drehmaschine dieser Ausführungsform verwendet wird, wird mit Verweis auf das Flussdiagramm in 3 beschrieben. In Schritt S1 wird ein Bearbeitungsprogramm für ein Werkstück aus der Speichereinheit 11 in das NC-Gerät 9 eingelesen. In Schritt S2 wird beurteilt, ob das Trägheitsmoment J im Bearbeitungsprogramm als Ganzes aufgezeichnet wird, wobei, wenn es nicht aufgezeichnet wird, der Ablauf zu Schritt S3 fortschreitet, und wenn es aufgezeichnet wird, der Ablauf zu Schritt S5 fortschreitet. Im Schritt S3 wird das Trägheitsmoment des Rotationskörpers mit einem bekannten Verfahren gemessen. Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren wurde z. B. ein Verfahren, das das Trägheitsmoment aus dem Eingangsstrom, der an den Motor 6 angelegt ist, wenn der Rotationskörper beschleunigt oder gebremst wird, und der Änderung der Drehzahl zu diesem Zeitpunkt, vorgeschlagen.
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In Schritt S4 zeichnet das NC-Gerät 9, das als Mittel zum Aufzeichnen dient, das Trägheitsmoment, das in Schritt S3 bestimmt wurde, im Bearbeitungsprogramm innerhalb des NC-Gerätes 9 auf. Ein Beispiel des aufgezeichneten Bearbeitungsprogramms ist in 4 gezeigt. Wenn das Trägheitsmoment, das im Schritt S3 bestimmt wurde, z. B. 0.5 kg × m2 ist, dann wird der numerische Wert ”0.5” anschließend im Variablennamen INA des Trägheitsmoments am Kopf des Bearbeitungsprogramms aufgezeichnet. Im Schritt S5 bestimmt das NC-Gerät 9, das als Berechnungsmittel dient, aus Ausdruck 3 eine begrenzte veränderliche Amplitude und eine veränderliche Periode, wenn die Drehzahl variiert wird, aus dem Trägheitsmoment, aufgezeichnet im Programm, und der maximalen Leistungsaufnahme des Motors 6, die zuvor in der Speichereinheit 11 gespeichert wurde. In Ausdruck 3 ist Q eine mit der Drehzahl veränderliche Amplitude [%], R eine mit der Drehzahl veränderliche Periode [sec], S die Drehzahl der Hauptwelle [min–1] und P die maximale Leistungsaufnahme des Motors. Q = 4500 × P × R/(π2 × S2 × J) (3)
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Da der Zusammenhang zwischen der veränderlichen Amplitude und der veränderlichen Periode, der hier erhalten wurde, ein einfacher Ausdruck ist, kann er als Kurve dargestellt werden oder ein stellvertretender Wert kann als numerischer Wert auf der Eingabe-/Ausgabeeinheit in Schritt S6 angezeigt werden.
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Im Schritt S4 wurde das Trägheitsmoment im Bearbeitungsprogramm innerhalb des NC-Gerätes 9 aufgezeichnet. Durch Speichern des Bearbeitungsprogramms wird das Bearbeitungsprogramm, in dem das Trägheitsmoment aufgezeichnet wurde, in der Speichereinheit 11 gespeichert. Von diesem Moment an kann das Bearbeitungsprogramm, in dem das Trägheitsmoment aufgezeichnet wurde, eingelesen werden.
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Da das einmal bestimmte Trägheitsmoment mit der oben erwähnten Methode im Bearbeitungsprogramm aufgezeichnet werden kann, ist es nicht notwendig, den gleichen Vorgang, um das Trägheitsmoment zu bestimmen, durchzuführen, wenn das gleiche Werkstück bearbeitet wird, wobei ohne Weiteres eine Grenze für die Variation der Drehzahl berechnet werden kann. Deshalb können die Ratterschwingungen ohne Beschädigung des Motors gedämpft werden.
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Im Schritt S4 wurde das Trägheitsmoment des Rotationskörpers aufgezeichnet, es kann aber das Trägheitsmoment, das erhalten wird, wenn das Trägheitsmoment eines sich drehenden Teils der Werkzeugmaschine abgezogen wird, aufgezeichnet werden. Das heißt die Hauptwelle 1, die zur NC-Drehmaschine gehört, und das Trägheitsmoment des Rotors 6b werden vorher in der Speichereinheit 11 gespeichert und der gespeicherte Wert kann von dem gemessenen Trägheitsmoment des Rotationskörpers abgezogen werden, um das Ergebnis aufzuzeichnen. So kann bei Verwendung einer anderen NC-Drehmaschine zum Bearbeiten das Trägheitsmoment, das im Bearbeitungsprogramm aufgezeichnet ist, einfach zu der Hauptwelle, die zur NC-Drehmaschine gehört, und dem Trägheitsmoment des Rotors addiert werden, um das Trägheitsmoment des Rotationskörpers zu bestimmen. Deshalb kann beim Umzug zum Standort einer anderen NC-Drehmaschine und bei Gebrauch des Werkstücks und des Bearbeitungsprogramms als Gruppe der Vorgang zum Bestimmen des Trägheitsmoments ausgelassen werden und die Ratterschwingungen können vernünftig und allgemeingültig gedämpft werden.
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Oben wurde das Verfahren zum Messen des Trägheitsmoments im Anfangszustand vor der Bearbeitung beschrieben, aber es ist auch möglich, das Trägheitsmoment in jedem Arbeitsschritt zu messen, um das Ergebnis im Bearbeitungsprogramm aufzuzeichnen. Da das Werkstück durch die Bearbeitung reduziert wird, nimmt das Trägheitsmoment ab. Deshalb wird das Trägheitsmoment z. B. in den einzelnen Bearbeitungsschritten wie ein grober Bearbeitungsschritt für die äußere Form und ein abschließender Bearbeitungsschritt für eine Bohrung gemessen und am Programmstopp zwischen den Bearbeitungsschritten aufgezeichnet. So kann das für jeden Arbeitsschritt geeignete Trägheitsmoment erhalten werden. Der erhaltene Wert kann verwendet werden, um die veränderliche Amplitude und die veränderliche Periode, die für die Drehzahl in jedem Arbeitsschritt optimal ist, zu berechnen.
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Oben wurde ein Beispiel für die NC-Drehmaschine zur Durchführung von Schneidarbeiten, wenn sich das Werkstück dreht, beschrieben, die vorliegende Erfindung kann jedoch auch für andere Werkzeugmaschinen wie ein Bearbeitungszentrum, das die Schneidarbeiten durch Drehen des Werkzeugs durchführt, angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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