DE102016006525A1

DE102016006525A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine, um einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und Vorschubachse zu steuern

Info

Publication number: DE102016006525A1
Application number: DE102016006525.7A
Authority: DE
Inventors: Yuuki Morita; Daisuke Tajima; Tadashi Okita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2036-05-28
Also published as: US20160357171A1; CN106239257A; US10005165B2; JP6088581B2; CN106239257B; JP2017001103A; DE102016006525B4

Abstract

Eine Steuereinheit zum Steuern eines synchronisierten Betriebs von Spindel- und Vorschubachsen. Ein Spindelachsensteuerabschnitt beinhaltet einen Ausgangsbewegungssteuerabschnitt zum Veranlassen einer Spindelachse, eine beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität von einer Prozessausgangsposition durchzuführen; einen Abschnitt zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung der Spindelachse; einen Abschnitt zum Erkennen einer Drehresthöhe zum Erkennen einer Drehresthöhe der Spindelachse; einen Abschnitt zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit der Spindelachse; einen Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt zum Veranlassen der Spindelachse, eine entschleunigte Drehung bei schrittweise erhöhender Entschleunigung durchzuführen, um eine Zwischendrehgeschwindigkeit nach der beschleunigten Drehung zu erreichen; und einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt zum Veranlassen der Spindelachse, eine entschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität durchzuführen, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, nachdem die Zwischendrehgeschwindigkeit erreicht wurde.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine, um einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse zu steuern. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine, um einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse zu steuern.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Bei einer Werkzeugmaschine, die in der Lage ist, einen Gewindebohrprozess durch einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse (oder einer Hauptachse) und einer Vorschubachse durchzuführen, wurden diverse Arten von Konfigurationen zum Verbessern der Bearbeitungsgenauigkeit und zum Verringern der Zykluszeit vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart das japanische Patent Nr. 2629729 ( JP2629729B ) ein Gewindebildungsgerät, das einen Gewindebohrprozess durch Betreiben einer Vorschubachse durchführt, so dass diese der Drehung einer Spindelachse folgt, wobei ein Vorschubbefehlswert für die Vorschubachse auf Basis der Drehgeschwindigkeit und Drehbeschleunigung der Spindelachse und einer Gewindeteilung berechnet wird, und wobei der Vorschubbefehlswert gemäß der tatsächlichen Drehposition der Spindelachse korrigiert wird, um die Gewindebohrgenauigkeit zu verbessern. Das japanische Patent Nr. 3553741 ( JP3553741B1 ) hingegen offenbart ein Verfahren zum Steuern der Beschleunigung und Entschleunigung eines Spindelmotors, das von einer numerischen Steuereinheit durchgeführt wird, die eine Synchronisationssteuerung einer Spindelachse und einer Vorschubachse für einen Gewindebohrprozess durchführt, wobei die numerische Steuereinheit einen Beschleunigungs- und Entschleunigungsbefehl gemäß den Leistungscharakteristika der Spindelachse erzeugt und die Spindelachse auf Basis des Beschleunigungs- und Entschleunigungsbefehls steuert, um die Reaktion auf die Spindelachse zu verbessern, so dass die Zykluszeit verringert wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei einer Werkzeugmaschine, die in der Lage ist, einen Gewindebohrprozess durch einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse durchzuführen, wird die Zykluszeit im Allgemeinen je nach Beschleunigungskapazität der Spindelachse bestimmt. Es ist wünschenswert, die Zykluszeit durch Steuern der Spindelachse so zu verringern, dass die Beschleunigungskapazität davon mit einer einfachen Konfiguration maximiert wird, ohne dass eine Vorarbeit durchgeführt wird, die großes Fachwissen erfordert, z. B. Parametereinstellung oder -anpassung usw., die für die numerische Steuereinheit erforderlich ist, um Beschleunigungs- und Entschleunigungsbefehle gemäß den Ausgabecharakteristika der Spindelachse zu erzeugen.
Ein Aspekt der Erfindung stellt eine Steuereinheit einer Werkzeugmaschine bereit, die so konfiguriert ist, dass sie einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse steuert, wobei die Steuereinheit umfasst einen numerischen Steuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er einen Spindelachsenbefehl und einen Vorschubachsenbefehl auf Basis eines Gewindebohrprogramms erzeugt; einen Spindelachsensteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehbewegung der Spindelachse gemäß dem Spindelachsenbefehl steuert; einen Dreherkennungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehposition der Spindelachse erkennt; und einen Vorschubachsensteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubbewegung der Vorschubachse gemäß dem Vorschubachsenbefehl auf Basis der Drehposition der Spindelachse steuert. Der numerische Steuerabschnitt umfasst einen Spindelachsenbefehlausgabeabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er vom Gewindebohrprogramm eine Drehgesamthöhe bzw. -länge und eine maximale Drehgeschwindigkeit der Spindelachse während eines Zeitraums erhält, wenn die Spindelachse von einer Prozessausgangsposition in eine Zielgewindetiefe arbeitet, und dass er die Drehgesamthöhe und die maximale Drehgeschwindigkeit als Spindelachsenbefehl an den Spindelachsensteuerabschnitt sendet. Der Spindelachsensteuerabschnitt umfasst einen Ausgangsbewegungssteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse veranlasst, eine beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität von der Prozessausgangsposition durch eine Geschwindigkeitssteuerung durchzuführen, wobei die maximale Drehgeschwindigkeit als Zielwert festgelegt ist; einen Abschnitt zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung, der so konfiguriert ist, dass er eine maximale Beschleunigung der Spindelachse während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität auf Basis der Drehposition der Spindelachse erkennt; einen Abschnitt zum Erkennen einer Drehresthöhe bzw. -länge, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehresthöhe der Spindelachse während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position zur Zielgewindetiefe arbeitet, auf Basis der Drehgesamthöhe und der Drehposition der Spindelachse erkennt; einen Abschnitt zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit, der so konfiguriert ist, dass er eine aktuelle Geschwindigkeit der Spindelachse auf Basis der Drehposition der Spindelachse erkennt; einen Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse veranlasst, eine entschleunigte bzw. verlangsamte Drehung durchzuführen, so dass eine vorab festgelegte Zwischendrehgeschwindigkeit erreicht wird, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität; und einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse veranlasst, eine entschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, durchzuführen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse die Zwischendrehgeschwindigkeit erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung, der Drehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit. Der Beschleunigungsbewegungssteuerungsabschnitt ist so konfiguriert, dass er einen Geschwindigkeitsbefehl für die entschleunigte Drehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Drehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit sukzessive aktualisiert und die Spindelachse veranlasst, die entschleunigte Drehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl durchzuführen, so dass die Drehresthöhe in dem Augenblick, wenn die Spindelachse die Zwischendrehgeschwindigkeit erreicht, gleich einer Positionierungsdrehhöhe der Spindelachse wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht, unter der Positionssteuerung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt eine Steuereinheit einer Werkzeugmaschine bereit, die so konfiguriert ist, dass sie einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse steuert, wobei die Steuereinheit umfasst einen numerischen Steuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er einen Spindelachsenbefehl und einen Vorschubachsenbefehl auf Basis eines Gewindebohrprogramms erzeugt; einen Spindelachsensteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehbewegung der Spindelachse gemäß dem Spindelachsenbefehl steuert; einen Dreherkennungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehposition der Spindelachse erkennt; und einen Vorschubachsensteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubbewegung der Vorschubachse gemäß dem Vorschubachsenbefehl auf Basis der Drehposition steuert. Der numerische Steuerabschnitt umfasst einen Spindelachsenbefehlausgabeabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er vom Gewindebohrprogramm eine Rückdrehgesamthöhe und eine maximale Rückdrehgeschwindigkeit der Spindelachse während eines Zeitraums erhält, wenn die Spindelachse von einer Zielgewindetiefe zu einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, und dass er die Rückdrehgesamthöhe und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit als Spindelachsenbefehl an den Spindelachsensteuerabschnitt sendet. Der Spindelachsensteuerabschnitt umfasst einen Ausgangsbewegungssteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse veranlasst, eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der Zielgewindetiefe oder einer Ausgangsrückkehrsposition, in der die Spindelachse um eine vorab festgelegte Drehzahl von der Zielgewindetiefe zurückgekehrt ist, durch eine Geschwindigkeitssteuerung durchzuführen, wobei die maximale Rückdrehgeschwindigkeit als Zielwert festgelegt ist; einen Abschnitt zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung, der so konfiguriert ist, dass er eine maximale Beschleunigung einer Umkehrdrehung der Spindelachse während eines Zeitraums erkennt, wenn die Spindelachse die beschleunigte Umkehrdrehung von der Zielgewindetiefe durchführt; einen Abschnitt zum Erkennen einer Drehresthöhe, der so konfiguriert ist, dass er eine Rückdrehresthöhe der Spindelachse während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, auf Basis der Rückdrehgesamthöhe und der Drehposition erkennt; einen Abschnitt zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit, der so konfiguriert ist, dass er eine aktuelle Geschwindigkeit einer Umkehrdrehung der Spindelachse auf Basis der Drehposition erkennt; einen Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse veranlasst, eine entschleunigte Umkehrdrehung durchzuführen, so dass eine vorab festgelegte Zwischenrückdrehgeschwindigkeit erreicht wird, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach der beschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität; und einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse veranlasst, eine entschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität durchzuführen und in einer Fertigstellungsrückposition zu stoppen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung der Umkehrdrehung, der Rückdrehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit der Umkehrdrehung. Der Beschleunigungsbewegungssteuerungsabschnitt ist so konfiguriert, dass er einen Geschwindigkeitsbefehl für die entschleunigte Umkehrdrehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Rückdrehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit einer Umkehrdrehung sukzessive aktualisiert und die Spindelachse veranlasst, die entschleunigte Rückdrehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl durchzuführen, so dass die Rückdrehresthöhe in dem Augenblick, in dem die Spindelachse die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit erreicht, gleich einer Positionierungsrückdrehhöhe der Spindelachse wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse an der Fertigstellungsrückposition stoppt, unter der Positionssteuerung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine bereit, die so konfiguriert ist, dass sie einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse steuert, wobei das Verfahren die von einer Steuereinheit durchgeführten Schritte umfasst des Erhaltens einer Drehgesamthöhe und einer maximalen Drehgeschwindigkeit der Spindelachse während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer Prozessausgangsposition in eine Zielgewindetiefe arbeitet, von einem Gewindebohrprogramm; des Veranlassens der Spindelachse, eine beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität von der Prozessausgangsposition hin zur Zielgewindetiefe durchzuführen, wobei die maximale Drehgeschwindigkeit als Zielwert festgelegt ist; des Erkennens einer maximalen Beschleunigung während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität auf Basis eines Drehpositionsfeedbacks der Spindelachse; des Erkennens einer Drehresthöhe der Spindelachse während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position zur Zielgewindetiefe arbeitet, auf Basis der Drehgesamthöhe und des Drehpositionsfeedbacks; des Erkennens einer aktuellen Geschwindigkeit der Spindelachse auf Basis des Drehpositionsfeedbacks; und des Veranlassens der Spindelachse, eine entschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, nach der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität auf Basis der maximalen Beschleunigung, der Drehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit durchzuführen. Der Schritt des Veranlassens der Spindelachse, die Zwischendrehgeschwindigkeit zu erreichen, beinhaltet den Schritt des sukzessiven Aktualisierens eines Geschwindigkeitsbefehls für die entschleunigte Drehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Drehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit und des Veranlassens der Spindelachse, die entschleunigte Drehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl durchzuführen, so dass die Drehresthöhe in dem Augenblick, wenn die Spindelachse die Zwischendrehgeschwindigkeit erreicht, gleich einer Positionierungsdrehhöhe der Spindelachse wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht, unter der Positionssteuerung.
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine bereit, die so konfiguriert ist, dass sie einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse und einer Vorschubachse steuert, wobei das Verfahren die von einer Steuereinheit durchgeführten Schritte umfasst des Erhaltens einer Rückdrehgesamthöhe und einer maximalen Rückdrehgeschwindigkeit der Spindelachse während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer Zielgewindetiefe zu einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, von einem Gewindebohrprogramm; des Veranlassens der Spindelachse, eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der Zielgewindetiefe oder von einer Ausgangsrückkehrposition, in der die Spindelachse um eine vorab festgelegte Drehzahl von der Zielgewindetiefe rückgekhrt ist, durch eine Geschwindigkeitssteuerung durchzuführen, wobei die maximale Rückdrehgeschwindigkeit als Zielwert festgelegt ist; des Erkennens oder Erhaltens einer maximalen Beschleunigung einer Umkehrdrehung der Spindelachse während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse die beschleunigte Umkehrdrehung von der Zielgewindetiefe durchgeführt; des Erkennens einer Rückdrehresthöhe der Spindelachse während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, auf Basis der Rückdrehgesamthöhe und des Drehpositionsfeedbacks der Spindelachse; des Erkennens einer aktuellen Geschwindigkeit einer Umkehrdrehung der Spindelachse auf Basis des Drehpositionsfeedbacks; des Veranlassens der Spindelachse, eine entschleundigte Umkehrdehung durchzuführen, um eine vorab festgelegte Zwischenrückdrehgeschwindigkeit zu erreichen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach der beschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität; und des Veranlassens der Spindelachse, eine entschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität durchzuführen und in der Fertigstellungsrückposition zu stoppen, nachdem die Spindelachse die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit erreicht, auf Basis der maximalen Beschleunigung der Umkehrdrehung, der Rückdrehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit der Umkehrdrehung. Der Schritt des Veranlassens der Spindelachse, die Zwischendrehgeschwindigkeit zu erreichen, beinhaltet den Schritt des sukzessiven Aktualisierens eines Geschwindigkeitsbefehls für die entschleunigte Umkehrdrehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Rückdrehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit einer Umkehrdrehung und des Veranlassens der Spindelachse, die entschleunigte Umkehrdrehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl durchzuführen, so dass die Rückdrehresthöhe in dem Augenblick, wenn die Spindelachse die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit erreicht, gleich einer Positionierungsrückdrehhöhe der Spindelachse wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse in der Fertigstellungsrückposition stoppt, unter der Positionssteuerung.
Die Steuereinheit gemäß einem Aspekt weist eine Konfiguration auf, wobei dann, wenn die Spindelachse veranlasst wird, eine Schneidbewegung von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe durchzuführen, der numerische Steuerabschnitt nur die Drehgesamthöhe und die maximale Drehgeschwindigkeit der Spindelachse als Spindelachsenbefehl an den Spindelachsensteuerabschnitt anweist; und der Spindelachsensteuerabschnitt die Schneidbewegung gemäß dem Spindelachsenbefehl durch Beschleunigen der Spindelachse bei maximaler Leistung unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms unter Abzielen auf die maximale Drehgeschwindigkeit durchführt und auf Basis der maximalen Beschleunigung während des Beschleunigungsschritts und der Drehresthöhe und aktuellen Geschwindigkeit der Spindelachse die Schneidbewegung kontinuierlich bis zur Zielgewindetiefe in der kürzesten Zeit während eines Entschleunigens der Spindelachse bei maximaler Entschleunigung durchführt, um zu bewirken, dass die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht. Demgemäß ist es nicht mehr erforderlich, eine Parametereinstellung oder -anpassung usw. vorzunehmen, die für den numerischen Steuerabschnitt erforderlich ist, um Beschleunigungs- und Entschleunigungsbefehle gemäß den Leistungscharakteristika der Spindelachse zu erzeugen, und ist es möglich, die Zykluszeit eines Gewindebohrprozesses mit einer einfachen Konfiguration durch Durchführen einer Beschleunigungs- und Entschleunigungssteuerung zu verringern, um die Beschleunigungskapazität der Spindelachse zu maximieren. Des Weiteren weist die Steuereinheit eine Konfiguration auf, wobei, nachdem die Spindelachse die beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität durchgeführt hat, die Geschwindigkeitssteuerung so ausgeführt wird, dass der Geschwindigkeitsbefehl für die entschleunigte Drehung gemäß der Drehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit der Spindelachse sukzessive aktualisiert wird, und somit die Spindelachse veranlasst wird, die entschleunigte Drehung durchzuführen, so dass die Restdrehhöhe bei Erreichen der Zwischendrehgeschwindigkeit gleich der Positionierungsdrehhöhe wird. Demgemäß ist es möglich, die Geschwindigkeitssteuerung reibungslos auf die Positionssteuerung zu wechseln, um die Spindelachse bei maximaler Kapazität zu entschleunigen, ohne abzuwarten, und somit die Zykluszeit eines Gewindebohrprozesses weiter zu verringern und einen mechanischen oder strukturellen Schock zu verringern, der aufgrund einer akuten Änderung der Beschleunigung auf der Spindelachse verursacht werden kann, wenn die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung gewechselt wird.
Die Steuereinheit gemäß dem anderen Aspekt weist eine Konfiguration auf, wobei, wenn die Spindelachse veranlasst wird, eine Rückbewegung von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition durchzuführen, der numerische Steuerabschnitt nur die Rückdrehgesamthöhe und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit der Spindelachse als Spindelachsenbefehl an den Spindelachsensteuerabschnitt anweist; und der Spindelachsensteuerabschnitt die Rückbewegung gemäß dem Spindelachsenbefehl durch Beschleunigen der Spindelachse bei maximaler Leistung unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms unter Abzielen auf die maximale Rückdrehgeschwindigkeit durchführt und auf Basis der maximalen Beschleunigung während des Beschleunigungsschritts und der Rückdrehresthöhe und aktuellen Geschwindigkeit der Spindelachse die Rückbewegung kontinuierlich bis zur Fertigstellungsrückposition in der kürzesten Zeit während eines Entschleunigens der Spindelachse bei maximaler Entschleunigung durchführt, um zu bewirken, dass die Spindelachse in der Fertigstellungsrückposition stoppt. Demgemäß ist es nicht mehr erforderlich, eine Parametereinstellung oder -anpassung usw. vorzunehmen, die für den numerischen Steuerabschnitt erforderlich ist, um Beschleunigungs- und Entschleunigungsbefehle gemäß den Leistungscharakteristika der Spindelachse zu erzeugen, und ist es möglich, die Zykluszeit eines Gewindebohrprozesses mit einer einfachen Konfiguration durch Durchführen einer Beschleunigungs- und Entschleunigungssteuerung zu verringern, um die Beschleunigungskapazität der Spindelachse zu maximieren. Des Weiteren weist die Steuereinheit eine Konfiguration auf, wobei, nachdem die Spindelachse die beschleunigte Umkehrrehung bei maximaler Kapazität durchgeführt hat, die Geschwindigkeitssteuerung so ausgeführt wird, dass der Geschwindigkeitsbefehl für die entschleunigte Umkehrdrehung gemäß der Rückdrehresthöhe und der aktuellen Geschwindigkeit der Spindelachse sukzessive aktualisiert wird, und somit die Spindelachse veranlasst wird, die entschleunigte Umkehrdrehung durchzuführen, so dass die Rückdrehresthöhe bei Erreichen der Zwischenrückdrehgeschwindigkeit gleich der Positionierungsrückdrehhöhe wird. Demgemäß ist es möglich, die Geschwindigkeitssteuerung reibungslos auf die Positionssteuerung zu wechseln, um die Spindelachse bei maximaler Kapazität zu entschleunigen, ohne abzuwarten, und somit die Zykluszeit eines Gewindebohrprozesses weiter zu verringern und einen mechanischen oder strukturellen Schock zu verringern, der aufgrund einer akuten Änderung der Beschleunigung auf der Spindelachse verursacht werden kann, wenn die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung gewechselt wird. Beim Steuerverfahren gemäß dem weiteren Aspekt können Wirkungen erhalten werden, die jenen entsprechen, die mit der oben beschriebenen Steuereinheit erzielt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser hervor, in denen:
1 ein Funktionsblockschaubild ist, das eine Konfiguration einer Ausführungsform einer Werkzeugmaschinensteuereinheit zeigt;
2 ein Ablaufplan ist, der ein Schneidbewegungssteuerverfahren für einen Gewindebohrprozess zeigt, das eine Ausführungsform eines Werkzeugmaschinensteuerverfahrens ist;
3 ein Schaubild ist, das ein Beispiel für die Bewegung einer Spindelachse bei der Ausführungsform von 2 zeigt;
4 ein Schaubild ist, das ein weiteres Beispiel für die Bewegung der Spindelachse bei der Ausführungsform von 2 zeigt;
5 ein Ablaufplan ist, der ein Rückbewegungssteuerverfahren für einen Gewindebohrprozess zeigt, das eine Ausführungsform eines Werkzeugmaschinensteuerverfahrens ist;
6 ein Ablaufplan ist, der ein Schneid- und Rückbewegungssteuerverfahren für einen Gewindebohrprozess zeigt, das eine weitere Ausführungsform eines Werkzeugmaschinensteuerverfahrens ist;
7 ein Schaubild ist, das ein Beispiel für die Bewegung der Spindelachse bei der Ausführungsform von 6 zeigt;
8 ein Schaubild ist, das ein weiteres Beispiel für die Bewegung der Spindelachse bei der Ausführungsform von 6 zeigt;
9 ein Funktionsblockschaubild ist, das die Konfiguration eines modifizierten Beispiels der Steuereinheit von 1 zeigt; und
10 ein Funktionsblockschaubild ist, das die Konfiguration eines weiteren modifizierten Beispiels der Steuereinheit von 1 zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den gesamten Zeichnungen sind entsprechende Komponenten durch gemeinsame Bezugszeichen ausgewiesen.
1 ist ein Funktionsschaubild, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zum Steuern (d. h. eine Steuereinheit 10 einer) Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform zeigt. Die Steuereinheit 10 weist eine Konfiguration zum Steuern eines synchronisierten Betriebs (eine sogenannte Master-Slave-Synchronisation) einer Spindelachse 12 und einer Vorschubachse 14 in einer Werkzeugmaschine (z. B. einer Drehbank, einer Bohrmaschine, einem maschinellen Bearbeitungszentrum usw.) auf, die in der Lage ist, einen Gewindebohrprozess durch den synchronisierten Betrieb durchzuführen, wobei die Vorschubachse 14 so arbeitet, dass sie der Drehbewegung der Spindelachse 12 unter Berücksichtigung der Gewindesteigung folgt, die von einem Gewindebohrprogramm P ausgewiesen wird. Auch wenn dies nicht veranschaulicht ist, ist die Spindelachse 12 eine Steuerachse, die für eine Antriebseiheit bereitgestellt ist, z. B. einen Spindelmotor, die eine Halteeinheit zum Halten eines Werkstücks oder eines Werkzeugs in einer zur Bearbeitung erforderlichen Geschwindigkeit dreht. Auch wenn dies nicht veranschaulicht ist, ist die Vorschubachse 14 eine Steuerachse, die für eine Antriebseinheit bereitgestellt ist, z. B. einen Servomotor, die eine Trägereinheit zum Tragen eines Werkstücks oder ein Werkzeug in einer für die Bearbeitung erforderlichen Geschwindigkeit speist. Bei einer Drehbank beispielsweise kann das Werkzeug in Bezug auf das Werkstück, das von der Spindelachse 12 gedreht wird, durch die Vorbeschubachse 14 linear zugeführt werden, oder alternativ kann das von der Spindelachse 12 gedrehte Werkstück durch die Vorschubachse 14 in Bezug auf das Werkzeug linear zugeführt werden. Bei einer Bohrmaschine hingegen kann das von der Spindelachse 12 gedrehte Werkzeug durch die Vorschubachse 14 in Bezug auf das Werkstück linear zugeführt werden, oder alternativ kann das Werkstück durch die Vorschubachse 14 in Bezug auf das von der Spindelachse 12 gedrehte Werkzeug linear zugeführt werden. Jedenfalls wird die Vorschubachse 14, die während des Betriebs einen relativ großen Beschleunigungs-/Entschleunigungsdrehmomentspielraum hat, so betrieben, dass sie der Spindelachse 12 folgt, die während des Betriebs einen relativ geringen Beschleunigungs-/Entschleunigungsdrehmomentspielraum hat, wodurch möglich wird, Synchronisationsfehler zu verringern und die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern. Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der Werkzeugmaschine bei der vorliegenden Erfindung keinen besonderen Beschränkungen unterliegt.
Die Steuereinheit 10 beinhaltet einen numerischen Steuerabschnitt 16, der so konfiguriert ist, dass er einen Spindelachsenbefehl CS und einen Vorschubachsenbefehl CF auf Basis eines Gewindebohrprogramms P erzeugt; einen Spindelachsensteuerabschnitt 18, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehbewegung der Spindelachse 12 gemäß dem Spindelachsenbefehl CS steuert; einen Dreherkennungsabschnitt 20, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehposition der Spindelachse 12 erkennt; und einen Vorschubachsensteuerabschnitt 22, der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubbewegung der Vorschubachse 14 gemäß dem Vorschubachsenbefehl CF auf Basis der vom Dreherkennungsabschnitt 20 erkannten Drehposition steuert. Der numerische Steuerabschnitt 16 beinhaltet einen Programminterpretationsabschnitt 24, der so konfiguriert ist, dass er das Gewindebohrprogramm P interpretiert; einen Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26, der so konfiguriert ist, dass er den Spindelachsenbefehl CS gemäß der Interpretation des Programminterpretationsabschnitts 24 erzeugt und den Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18 sendet; und einen Vorschubachsenbefehlsausgabeabschnitt 28, der so konfiguriert ist, dass er einen Vorschubachsenbefehl CF gemäß der Interpretation des Programminterpretationsabschnitts 24 erzeugt und den Vorschubachsenbefehl CF an den Vorschubachsensteuerabschnitt 22 sendet. Der numerische Steuerabschnitt 16 kann eine Hardwarekonfiguration einer herkömmlichen CNC-Einheit beinhalten.
Vor Beginn eines Gewindebohrprozesses erhält der Spindelachsenbefehlausgabeabschnitt 26 aus einem Befehlswert, der im Gewindebohrprogramm P bereitgestellt wird, der vom Programminterpretationsabschnitt 24 interpretiert wird, eine Drehgesamthöhe S0 und eine maximale Drehgeschwindigkeit V0 der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer Prozessausgangsposition (einer Drehposition) in eine Zielgewindetiefe (einer Drehposition) arbeitet, und sendet die Drehgesamthöhe S0 und die maximale Drehgeschwindigkeit V0 als Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18. Beispielsweise wenn das Gewindebohrprogramm P Anweisungen zum Bearbeiten eines Innengewindes mit einer Gewindesteigung von 1,25 mm und einer Gewindetiefe von 30 mm mit der maximalen Drehgeschwindigkeit (bei diesem Beispiel maximale Umdrehungen pro Minute) V0 der Spindelachse 12 beinhaltet, die auf 3000 U/min festgelegt ist, wird die Drehgesamthöhe S0 der Spindelachse 12 von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe mit 30 ÷ 1,25 = 24 (U) berechnet. Demgemäß gibt der Spindelachsenbefehlausgabeabschnitt 26 dem Spindelachsensteuerabschnitt 18 V0 = 3000 (U/min) und S0 = 24 (U) bekannt. Auf diese Weise beinhaltet der Spindelachsenbefehl CS keinen Positionsbefehl und/oder Beschleunigungs-/Entschleunigungsbefehl, der die Spindelachse 12 veranlasst, eine Drehbewegung bis zur Zielgewindetiefe durchzuführen.
Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 steuert die Drehbewegung der Spindelachse 12 durch eine herkömmliche Feedbacksteuerung unter Verwendung einer Drehposition FBS (d. h. eines Feedbackwerts) der Spindelachse 12), die vom Dreherkennungsabschnitt 20 erkannt wird. Der Spindelachsensteuerabschnitt 22 steuert die Vorschubbewegung der Vorschubachse 14, die der Bewegung der Spindelachse 12 folgt, durch eine Feedbacksteuerung unter Verwendung der Drehposition FBS der Spindelachse 12 zusätzlich zum Feedbackwert der Vorschubposition der Vorschubachse 14. Der Dreherkennungsabschnitt 20 kann die Drehposition FBS von der Ausgabe einer Positionserkennungseinheit (nicht gezeigt) wie z. B. eines Codierers oder dergleichen erhalten, um die Betriebsposition der Antriebseinheit der Spindelachse 12 zu erkennen.
Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 beinhaltet einen Ausgangsbewegungssteuerabschnitt 30, der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse 12 veranlasst, eine beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität von der Prozessausgangsposition durch eine Geschwindigkeitssteuerung durchzuführen, wobei die maximale Drehgeschwindigkeit V0, die vom Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26 gesendet wird, als Zielwert festgelegt ist; einen Abschnitt 32 zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung, der so konfiguriert ist, dass er eine maximale Beschleunigung A0 (Einheit kann z. B. als U/min² dargestellt sein) der Spindelachse 12 während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität auf Basis der Drehposition FBS erkennt; einen Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehresthöhe der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position (einer Drehposition) zur Zielgewindetiefe arbeitet, auf Basis der Drehgesamthöhe S0, die vom Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26 gesendet wird, und der Drehposition FBS erkennt; einen Abschnitt 36 zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit, der so konfiguriert ist, dass er eine aktuelle Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 auf Basis der Drehposition FBS erkennt; einen Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38, der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse 12 veranlasst, eine entschleunigte Drehung durchzuführen, so dass eine vorab festgelegte Zwischendrehgeschwindigkeit Vi erreicht wird, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität; und einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40, der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse 12 veranlasst, eine entschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, durchzuführen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse die Zwischendrehgeschwindigkeit erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung A0, der Drehresthöhe Sr und der aktuellen Geschwindigkeit Vc. Der Positionsbewegungssteuerabschnitt 40 kann so konfiguriert sein, dass er die Spindelachse 12 veranlasst, in der Zielgewindetiefe zu stoppen. Der Positionsbewegungssteuerabschnitt 40 kann alternativ so konfiguriert sein, dass er die Spindelachse 12 nicht veranlasst, in der Zielgewindetiefe zu stoppen.
Die Steuereinheit 10 ist in der Lage, in einem Gewindebohrprozess unter Verwendung einer Werkzeugmaschine eine Bewegung der Spindelachse 12 zum Schneiden einer Pilotbohrung eines Werkstücks mit einem Werkzeug bis zu einer Zielgewindetiefe (bei dieser Anmeldung als Schneidbewegung bezeichnet) zu steuern. Die Steuereinheit 10 ist außerdem in der Lage, in einem Gewindebohrprozess unter Verwendung einer Werkzeugmaschine eine Bewegung der Spindelachse 12 zum Herausziehen eines Werkzeugs aus einem Werkstück nach Schneiden einer Pilotbohrung des Werkstücks bis zu einer Zielgewindetiefe (bei dieser Anmeldung als Rückbewegung bezeichnet) zu steuern.
2 zeigt ein Schneidbewegungssteuerverfahren, das so ausgelegt ist, dass es für die Spindelachse 12 in einem Gewindebohrprozess durchgeführt wird, als eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Steuern einer Werkzeugmaschine, das von der Steuereinheit 10 durchgeführt wird. Die Konfiguration der Steuereinheit 10 wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein Beispiel für einen Schneidbewegungssteuerablaufplan ausführlicher beschrieben, der in 2 und in 1 veranschaulicht ist. Zunächst weist der numerische Steuerabschnitt 16 (Spindelachsenbefehlausgabeabschnitt 26) in Schritt S1 die Drehgesamthöhe S0 und die maximale Drehgeschwindigkeit V0 der Spindelachse 12 an den Spindelachsensteuerabschnitt 18 an. In Schritt S2 veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Ausgangsbewegungssteuerabschnitt 30, der Abschnitt 32 zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung und der Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe) die Spindelachse 12, die beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität unter Verwendung des maximal zulässigen Stroms der Antriebsquelle durchzuführen, um die Schneidbewegung von der Prozessausgangsposition mit der maximalen Drehgeschwindigkeit V0, die als Zielgeschwindigkeit festgelegt ist, durchzuführen, erkennt die maximale Beschleunigung A0 während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität und erkennt sequentiell die Drehresthöhe Sr anhand der aktuellen Position. Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 gibt dem numerischen Steuerabschnitt 16 die erkannte Drehresthöhe Sr jedes Mal bekannt, wenn sie erkannt wird.
Danach erkennt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (Abschnitt 36 zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit) in Schritt S3 sequentiell die aktuelle Geschwindigkeit Vc während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität und beurteilt, ob die aktuelle Geschwindigkeit Vc die maximale Drehgeschwindigkeit V0 nicht erreicht hat, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird. Wenn die Vc die V0 noch nicht erreicht hat, beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S4, ob die Drehresthöhe Sr einer Hälfte der Drehgesamthöhe S0 entspricht oder geringer als diese ist. Wenn Sr einer Hälfte von S0 entspricht oder geringer als diese ist, veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Spindelachse 12 in Schritt S5, die entschleunigte Drehung bis zur Zwischendrehgeschwindigkeit Vi durchzuführen, um die Schneidbewegung kontinuierlich durchzuführen. Wenn Sr nicht der Hälfte von S0 entspricht oder nicht geringer als diese ist, kehrt der Steuerablauf zu Schritt S3 zurück.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, wobei ein Beispiel der Schneidbewegung der Spindelachse 12, wenn die Drehresthöhe Sr eine Hälfte der Drehgesamthöhe S0 erreicht, bevor die aktuelle Geschwindigkeit Vc die maximale Drehgeschwindigkeit V0 erreicht (d. h. wenn die Beurteilung in den jeweiligen Schritten S3 und S4 JA lautet), anhand einer Geschwindigkeit-Zeit-Kurve gezeigt ist (der Kurve über einer Zeitachse). In 3 wird eine Drehgeschwindigkeit Vb (z. B. die Grundgeschwindigkeit des Spindelmotors) vorab für die Spindelachse 12 ermittelt, so dass eine Beschleunigung mit einem konstanten Drehmoment (d. h. einer konstanten Beschleunigung) vom Beginn des Betriebs zur Geschwindigkeit Vb durchgeführt werden kann und als einer der Steuerparameter in einem Speicher (nicht gezeigt) der Steuereinheit 10 gespeichert werden kann. In der Praxis kann die Geschwindigkeit Vb einen beliebigen Wert annehmen, der der Grundgeschwindigkeit des Spindelmotors entspricht oder geringer als diese ist (oder einer Geschwindigkeit, die unter Berücksichtigung eines ggf. vorhandenen Reduktionsverhältnisses zwischen dem Spindelmotor und der Spindelachse 12 ermittelt wird).
Die beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität der Spindelachse 12 in Schritt S2 wird während Zeiträumen T1 und T2 durchgeführt, die in 3 gezeigt sind, und die maximale Beschleunigung A0 wird während der konstanten Beschleunigung im Zeitraum T1 (d. h. einem Zeitraum von einem Punkt, an dem die Spindelachse in der Prozessausgangsposition startet, zu einem Punkt, an dem die Spindelachse die Geschwindigkeit Vb erreicht) erkannt. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Spindelachse 12 Vb übersteigt, nimmt die Beschleunigung der Spindelachse 12 schrittweise von der maximalen Beschleunigung A0 aufgrund der Charakteristika des Spindelmotors ab. An einem Zeitpunkt A, an dem die Drehresthöhe Sr eine Hälfte der Drehgesamthöhe S0 erreicht (d. h. wenn die Drehhöhe vom Beginn der Verarbeitung eine Hälfte der Drehgesamthöhe S0 erreicht) (oder wenn die Beurteilung in Schritt S4 JA lautet), ändert sich die bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Drehung zur entschleunigten Drehung, und im Zeitraum T3 führt die Spindelachse 12 die entschleunigte Drehung in Schritt S5 durch.
Während des Zeitraums T3 (Schritt S5) erkennt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe und der Abschnitt 36 zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit) außerdem sequentiell die Drehresthöhe Sr anhand der aktuellen Position und der aktuellen Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12. Im Zeitraum T3 (Schritt S5) führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Geschwindigkeitssteuerung aus, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, die entschleunigte Drehung vom Punkt A bis zur Zwischendrehgeschwindigkeit Vi durchzuführen, und aktualisiert in der Zwischenzeit sukzessive einen Geschwindigkeitsbefehl Cv für die entschleunigte Drehung unter Verwendung der Restdrehhöhe Sr und der aktuellen Geschwindigkeit Vc (der Geschwindigkeitsbefehl Cv ist in 3 durch eine unterbrochene Linie veranschaulicht). Mehr im Detail aktualisiert der Entschleunigungsbewegungsabschnitt 38 sukzessive den Geschwindigkeitsbefehl Cv und veranlasst die Spindelachse 12, die entschleunigte Drehung durchzuführen, durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv, so dass die Drehresthöhe Sr der Spindelachse 12 in den Augenblick, wenn die Spindelachse 12 die vorab festgelegte Zwischendrehgeschwindigkeit Vi erreicht, gleich einer Positionierungsdrehhöhe Spos der Spindelachse 12 wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht, unter der Positionssteuerung, die durch den Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 ausgeführt wird.
Die Positionierungsdrehhöhe Spos entspricht einer Position eines Zeitpunkts B (3), an dem erwartet wird, dass die Drehresthöhe Sr gleich null wird und die aktuelle Geschwindigkeit Vc gleich null wird (d. h., die Spindelachse erreicht die Zielgewindetiefe), wenn die Spindelachse von der aktuellen Geschwindigkeit Vc (im Folgenden als Drehzahl pro Sekunde beschrieben (wobei die Einheit davon als U/s dargestellt ist)) bei maximaler Beschleunigung A0 (negativer Wert) entschleunigt wird, die der maximalen Beschleunigung A0 (U/s²) entspricht, die in Schritt S2 erkannt wurde. Die Positionierungsdrehhöhe Spos wird als absoluter Wert der Drehresthöhe Sr (negativer Wert) von Punkt von Sr = 0 aus gesehen bestimmt, und zwar mit der folgenden Gleichung: |Sr| = Vc²/(2 × |A0|) = Spos auf Basis der Formel: Vc² = 2 × |A0| × |Sr|
Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die Spindelachse 12 bei der konstanten maximalen Entschleunigung A0 vom Punkt B entschleunigt wird, um eine Berechnung für die Positionssteuerung vom Punkt B bis zur Zielgewindetiefe zu erleichtern. Demgemäß wird davon ausgegangen, dass die aktuelle Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 Vb am Punkt B erreicht hat. Folglich kann die Positionierungsdrehhöhe Spos wie folgt ermittelt werden: Spos = Vb²/(2 × |A0|)
Auf Basis der obigen Annahme wird die Zwischendrehgeschwindigkeit Vi als gleich der aktuellen Geschwindigkeit Vb der Spindelachse an Punkt B angesehen.
Unter der obigen Annahme wird, wenn die Drehresthöhe Sr in dem Augenblick, wenn die Spindelachse 12 die Zwischendrehgeschwindigkeit Vi (= Vb) erreicht, gleich der Positionierungsdrehhöhe Spos der Spindelachse 12 ist, die Entsprechung zwischen der Drehresthöhe (d. h. der aktuellen Position) Sr, der aktuellen Geschwindigkeit Vc (U/s) und der aktuellen Entschleunigung Ac (U/s²) der Spindelachse 12 während des Zeitraums T3 durch die folgende Gleichung dargestellt: |Ac| = (Vc² – Vb²)/(2 × (Sr – Spos)) auf Basis der Formel: Vc² – Vb² = 2 × |Ac| × (Sr – Spos)
Im Zeitraum T3 (Schritt S5) überwacht der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Drehresthöhe Sr und die aktuelle Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 konstant und ermittelt einen neuen oder aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv durch Subtrahieren eines Werts, der durch Multiplizieren der oben genannten aktuellen Entschleunigung Ac mit einem Geschwindigkeitsbefehlaktualisierungszyklus Tctl (s) (d. h. einem Zyklus des Erzeugens der Geschwindigkeitsbefehls und Bekanntgeben dieses an die Spindelachse 12 durch den Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) erhalten wird, von der aktuellen Geschwindigkeit Vc (d. h. dem letzten Geschwindigkeitsbefehl Cv). Der Geschwindigkeitsbefehl Cv wird durch die folgende Gleichung dargestellt: Cv = Vc – Ac × Tctl
Gemäß der obigen Gleichung aktualisiert der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38 den Geschwindigkeitsbefehl Cv im Geschwindigkeitsbefehlaktualisierungszyklus Tctl sukzessive. Die Spindelachse 12 führt die entschleunigte Drehung durch, während sie die Entschleunigung Ac gemäß dem sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv schrittweise erhöht, während des Betriebs vom Punkt A zum Punkt B, und erreicht den Punkt B in dem Augenblick, wenn sie auf die Zwischendrehgeschwindigkeit Vi (= Vb) entschleunigt wird (3).
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt S6, ob der absolute Wert |Sr| der Drehresthöhe Sr der Spindelachse 12 die Gleichung erfüllt: |Sr| = Vb²/(2 × |A0|) (im Folgenden als Gleichung 1 bezeichnet) (d. h. ob die Drehposition der Spindelachse 12 Punkt B erreicht hat). Wenn die Gleichung 1 erfüllt ist, erzeugt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt S7 einen Befehl zum Veranlassen der Spindelachse 12, die entschleunigte Drehung bei maximaler Entschleunigung A0 durchzuführen und den Punkt von Sr = 0 (d. h. die Zielgewindetiefe) zu erreichen (im Bewegungsbeispiel von 3 einen Befehl zum Stoppen der Spindelachse 12 in der Zielgewindetiefe), und führt eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 unter Verwendung des erzeugten Befehls durch. Wenn die Gleichung 1 nicht erfüllt ist, wird die Beurteilung in Schritt S6 wiederholt, bis die Gleichung 1 erfüllt ist. Die Spindelachse 12 führt gemäß dem Befehl vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 (dem Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) die Schneidbewegung von Punkt B hin zur Zielgewindetiefe durch Durchführen der entschleunigten Drehung bei maximaler Entschleunigung A0 durch und erreicht die Zielgewindetiefe, wenn Sr null wird (im Bewegungsbeispiel von 3 wird die Spindelachse in der Zielgewindetiefe gestoppt). Auf diese Weise führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 im Zeitraum T4 (3), in dem die Spindelachse vom Punkt B arbeitet, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 durch (ein Geschwindigkeitsbefehl bei konstanter Beschleunigung, der anhand eines Positionsbefehls erhalten wird, ist durch eine unterbrochene Linie gezeigt).
Wenn die aktuelle Geschwindigkeit Vc in Schritt S3 als die maximale Drehgeschwindigkeit V0 erreicht habend beurteilt wird, speichert der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S8 eine Drehhöhe (d. h. eine Drehposition FBS) der Spindelachse 12 von der Prozessausgangsposition in dem Augenblick, wenn die Spindelachse die maximale Drehgeschwindigkeit V0 erreicht, als Beschleunigungsdrehhöhe Sa. Danach beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S9, ob die Drehresthöhe Sr der Beschleunigungsdrehhöhe Sa entspricht oder geringer als diese ist. Wenn Sr der Sa entspricht oder geringer als diese ist, geht der Steuerablauf zu Schritt S5 über und führt danach Schritt S6 und S7 aus, um die Schneidbewegung bis zur Zielgewindetiefe durchzuführen. Wenn Sr nicht der Sa entspricht oder nicht geringer als Sa ist, wird die Beurteilung in Schritt S9 wiederholt, bis Sr der Sa entspricht oder geringer als Sa ist.
Es wird nun auf 4 Bezug genommen, wobei ein Beispiel für die Schneidbewegung der Spindelachse 12, wenn die Drehgeschwindigkeit Vc die maximale Drehgeschwindigkeit V0 erreicht, bevor die Drehresthöhe Sr eine Hälfte der Drehgesamthöhe S0 erreicht (d. h. wenn die Beurteilung in Schritt S3 Nein lautet), durch eine Geschwindigkeit-Zeit-Kurve (die Kurve über einer Zeitachse) gezeigt ist. Wie in 4 gezeigt, wird die beschleunigte Drehung der Spindelachse 12 bei maximaler Kapazität in Schritt S2 während Zeiträumen T1 und T2 durchgeführt, und wird die maximale Beschleunigung A0 während der konstanten Beschleunigung im Zeitraum T1 (d. h. einem Zeitraum von einem Punkt, an dem die Spindelachse in der Prozessausgangsposition startet, zu einem Punkt, an dem die Spindelachse die Geschwindigkeit Vb erreicht) erkannt. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Spindelachse 12 Vb übersteigt, nimmt die Beschleunigung der Spindelachse 12 schrittweise von der maximalen Beschleunigung A0 aufgrund der Charakteristika des Spindelmotors ab. Die aktuelle Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 erreicht die maximale Drehgeschwindigkeit V0, bevor die Drehresthöhe Sr eine Hälfte der Drehgesamthöhe S0 erreicht. Danach dreht sich die Spindelachse 12 in der konstanten Geschwindigkeit V0 (d. h. keine Beschleunigung) über den Zeitraum T5 hinweg, um die Schneidbewegung fortzusetzen. Zu einem Zeitpunkt A, wenn die Drehresthöhe Sr der Beschleunigungsdrehhöhe Sa entspricht (d. h. wenn die Beurteilung in S9 JA lautet), ändert sich die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Drehung zu der entschleunigten Drehung. Im Zeitraum T3 (Schritt S5) führt die Spindelachse 12 sodann die entschleunigte Drehung (durch die Geschwindigkeitskontrolle) durch, während sie die oben genannte Entschleunigung Ac schrittweise erhöht, und im Zeitraum T4 (Schritt S7) führt die Spindelachse 12 die entschleunigte Drehung (durch die Positionssteuerung) bei maximaler Entschleunigung A0 durch. In den Zeiträumen T1, T2, T3 und T4 arbeitet die Spindelachse 12 auf die gleiche Weise wie die Bewegung, die in 3 veranschaulicht ist.
In den Bewegungsbeispielen, die in den 3 und 4 gezeigt sind, während eines Zeitraums, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Drehbewegung der Spindelachse 12 von der Prozessausgangsposition zur Zielgewindetiefe steuert, steuert der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 (1) die Vorschubachse 14, um eine Vorschubbewegung durchzuführen, während er der Bewegung der Spindelachse 12 unter Verwendung der Drehposition FBS der Spindelachse 12 folgt. Während eines Zeitraums, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Prozesse von Schritt S1 bis Schritt S9 durchführt, überwacht der numerische Steuerabschnitt 16 die Drehresthöhe Sr, die vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 bekanntgegeben wird, und beurteilt, dass der Gewindebohrprozess die Zielgewindetiefe erreicht hat, wenn die Drehresthöhe Sr einem ersten vorab festgelegten Wert (einem sehr kleinen Wert nahe null) entspricht oder geringer als dieser ist.
Bei einem Gewindebohrprozess unter Verwendung einer Werkzeugmaschine ist es erforderlich, eine Rückbewegung der Spindelachse 12 zum Herausziehen eines Werkzeugs aus einem Werkstück nach dem Schneiden einer Pilotbohrung im Werkstück bis zu einer Zielgewindetiefe durchzuführen. Wenn die oben genannte Ausführungsform eine Konfiguration aufweist, wobei der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 die Spindelachse 12 veranlasst, in der Zielgewindetiefe zu stoppen, ist die Steuereinheit 10 in der Lage, die Rückbewegung ähnlich der oben genannten Steuerung der Schneidbewegung von der Prozessausgangsposition zur Zielgewindetiefe zu steuern. 5 zeigt ein Rückbewegungssteuerverfahren, das so ausgelegt ist, dass es für die Spindelachse 12 in einem Gewindebohrprozess durchgeführt wird, als eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Steuern einer Werkzeugmaschine, das von der Steuereinheit 10 durchgeführt wird. Die 3 und 4 zeigen neben der Schneidbewegung ein Beispiel für eine Rückbewegung der Spindelachse 12, die der oben genannten Schneidbewegung der Spindelachse 12 entspricht, anhand einer Geschwindigkeit-Zeit-Kurve (die Kurve über einer Zeitachse). Unter Bezugnahme auf die 3 bis 5, neben 1, wird ein Beispiel für einen Steuerablauf der Rückbewegung, die durch die Steuereinheit 10 ausgeführt wird, nachstehend beschrieben.
Nachdem beurteilt wurde, dass der Gewindebohrprozess die Zielgewindetiefe erreicht hat, in dem in 2 gezeigten Prozessablauf, erhält der numerische Steuerabschnitt 16 (der Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26) in Schritt S10 eine Rückdrehgesamthöhe S0' und eine maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, anhand eines Befehlwerts, der im Gewindebohrprogramm P bereitgestellt wird, der vom Programminterpretationsabschnitt 24 interpretiert wird, und sendet die Rückdrehgesamthöhe S0' und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' als Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18. Der Spindelachsenbefehl CS für die Rückbewegung beinhaltet auch keinen Positionsbefehl und/oder Beschleunigungs-/Entschleunigungsbefehl, der die Spindelachse 12 veranlasst, eine Drehbewegung bis zur Fertigstellungsrückposition durchzuführen. Man bemerke, dass die Fertigstellungsrückposition gleich wie die Prozessausgangsposition sein kann oder sich von der Prozessausgangsposition unterscheiden kann. Wenn die Fertigstellungsrückposition mit der Prozessausgangsposition zusammenfällt, entspricht die Rückdrehgesamthöhe S0' der Drehgesamthöhe S0 während der Schneidbewegung, die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' entspricht jedoch nicht immer der maximalen Drehgeschwindigkeit V0 während der Schneidbewegung zusammen. Außerdem, wenn die Gesamtrückdrehöhe S0' und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' gleich der Drehgesamthöhe S0 und der maximalen Drehgeschwindigkeit V0 in der Schneidbewegung sind, wird die Rückbewegung durch im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit-Zeit-Kurve wie jene der Schneidbewegung gezeigt, wenn die Rückdrehgesamthöhe S0' und die maximale Rückdrehhöhe V0' sich jedoch von der Drehgesamthöhe S0 und der maximalen Drehgeschwindigkeit V0 in der Schneidbewegung unterscheiden, wird die Rückbewegung nicht immer durch die gleiche Geschwindigkeit-Zeit-Kurve wie jene der Schneidbewegung gezeigt.
In Schritt S11 führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Ausgangsbewegungssteuerabschnitt 30, der Abschnitt 32 zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung und der Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe) die folgenden Prozesse durch. Der Ausgangsbewegungssteuerabschnitt 30 veranlasst die Spindelachse 12, eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität unter Verwendung des maximal zulässigen Stroms der Antriebsquelle von der Zielgewindetiefe durchzuführen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, wobei die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' als Zielwert festgelegt ist, um die Rückbewegung durchzuführen. Der Abschnitt 32 zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung erkennt eine maximale Umkehrdrehbeschleunigung A0' einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12 während der beschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der Zielgewindetiefe auf Basis der Drehposition FBS. Der Drehresthöhenerkennungsabschnitt 34 erkennt sequentiell eine Rückdrehresthöhe Sr' der Spindelachse 12 während des Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, auf Basis der Rückdrehgesamthöhe S0' und der Drehposition FBS. Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 gibt dem numerischen Steuerabschnitt 16 die erkannte Rückdrehresthöhe Sr jedes Mal bekannt, wenn sie erkannt wird.
Danach erkennt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Abschnitt 36 zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit) in Schritt S12 sequentiell eine aktuelle Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12 auf Basis der Drehposition FBS während der beschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität und beurteilt, ob die aktuelle Vc' die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' nicht erreicht hat, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird. Wenn die Vc' die V0' nicht erreicht hat, beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S13, ob die Rückdrehresthöhe Sr einer Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0 entspricht oder geringer als diese ist. Wenn Sr' einer Hälfte von S0' entspricht oder geringer als diese ist, veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Spindelachse 12 in Schritt S14, eine entschleunigte Umkehrdrehung durchzuführen und kontinuierlich die Drehbewegung durchzuführen, um eine Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' zu erreichen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach der beschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität. Wenn Sr' nicht der Hälfte von S0' entspricht oder nicht geringer als diese ist, kehrt der Steuerablauf zu Schritt S12 zurück.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, wobei ein Beispiel der Rückbewegung der Spindelachse 12, wenn die Rückdrehresthöhe Sr' eine Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0' erreicht, bevor die aktuelle Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' erreicht (d. h. wenn die Beurteilung in den jeweiligen Schritten S3 und S4 JA lautet), anhand einer Geschwindigkeit-Zeit-Kurve gezeigt ist (der Kurve unter einer Zeitachse). Die beschleunigte Umkehrrehung bei maximaler Kapazität der Spindelachse 12 in Schritt S11 wird während Zeiträumen T6 und T7 durchgeführt, die in 3 gezeigt sind, und die maximale Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung wird während der konstanten Beschleunigung im Zeitraum T6 (d. h. einem Zeitraum von einem Punkt, an dem die Spindelachse in der Zielgewindetiefe startet, zu einem Punkt, an dem die Spindelachse die oben genannte Geschwindigkeit Vb (der Umkehrdrehung) erreicht) erkannt. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Spindelachse 12 Vb übersteigt, nimmt die Beschleunigung der Spindelachse 12 schrittweise von der maximalen Beschleunigung A0' aufgrund der Charakteristika des Spindelmotors ab. An einem Zeitpunkt C, an dem die Rückdrehresthöhe Sr' eine Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0' erreicht (d. h. wenn die Drehhöhe vom Beginn der Rückbewegung eine Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0' erreicht) (oder wenn die Beurteilung in Schritt S13 JA lautet), ändert sich die bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Umkehrdrehung zur entschleunigten Umkehrdrehung, und im Zeitraum T8 führt die Spindelachse 12 die entschleunigte Umkehrdrehung in Schritt S14 durch.
Während des Zeitraums T8 (Schritt S14) erkennt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe und der Abschnitt 36 zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit) außerdem sequentiell die Rückdrehresthöhe Sr' anhand der aktuellen Position und der aktuellen Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12. Im Zeitraum T8 (Schritt S14) führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Geschwindigkeitssteuerung aus, um die Spindelachse 12 zu veranlassen, die entschleunigte Umkehrdrehung vom Punkt C bis zur Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' durchzuführen, und aktualisiert in der Zwischenzeit sukzessive einen Geschwindigkeitsbefehl Cv' für die entschleunigte Umkehrdrehung unter Verwendung der Rückdrehrestgeschwindigkeit Sr' und der aktuellen Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung (der Geschwindigkeitsbefehl Cv' ist in 3 veranschaulicht). Mehr im Detail aktualisiert der Entschleunigungsbewegungsabschnitt 38 sukzessive den Geschwindigkeitsbefehl Cv' und veranlasst die Spindelachse 12, die entschleunigte Umkehrdrehung durchzuführen, durch den sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv, so dass die Rückdrehresthöhe Sr' der Spindelachse 12 in den Augenblick, wenn die Spindelachse 12 die vorab festgelegte Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' erreicht, gleich einer Positionierungsrückdrehhohe Spos' der Spindelachse 12 wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse in der Fertigstellungsrückposition stoppt, unter der Positionssteuerung, die durch den Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40 ausgeführt wird.
Die Positionierungsrückkehrdrehhöhe Spos' kann analog zu der oben genannten Positionierungsdrehhöhe Spos mithilfe der folgenden Gleichung ermittelt werden: Spos' = Vb²/(2 × |A0'|)
Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die Spindelachse 12 bei der konstanten maximalen Entschleunigung A0' (negativer Wert) (entspricht der maximalen Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung) vom Punkt D entschleunigt wird, um eine Berechnung für die Positionssteuerung vom Punkt D bis zur Fertigstellungsrückposition zu erleichtern. Demgemäß wird davon ausgegangen, dass die aktuelle Geschwindigkeit Vc' der Spindelachse 12 Vb am Punkt D erreicht hat (d. h. Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' = Vb).
Unter der obigen Annahme wird, wenn die Rückdrehresthöhe Sr' in dem Augenblick, wenn die Spindelachse 12 die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' (= Vb) erreicht, gleich der Positionierungsrückdrehhöhe Spos' der Spindelachse 12 ist, die Entsprechung zwischen der Rückdrehresthöhe (d. h. der aktuellen Position) Sr', der aktuellen Geschwindigkeit Vc' (U/s) und der aktuellen Entschleunigung Ac' (U/s²) der Spindelachse 12 während des Zeitraums T3 durch die folgende Gleichung dargestellt: |Ac'| = (Vc'² – Vb²)/(2 × (Sr' – Spos')) auf Basis der Formel: Vc'² – Vb² = 2 × |Ac'| × (Sr' – Spos')
Im Zeitraum T8 (Schritt S14) überwacht der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Rückdrehresthöhe Sr' und die aktuelle Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12 konstant und ermittelt einen neuen oder aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv' durch Subtrahieren eines Werts, der durch Multiplizieren der oben genannten aktuellen Entschleunigung Ac' mit einem Geschwindigkeitsbefehlsaktualisierungszyklus Tctl (s) erhalten wird, von der aktuellen Geschwindigkeit Vc' (d. h. dem letzten Geschwindigkeitsbefehl Cv'). Der Geschwindigkeitsbefehl Cv' wird durch die folgende Gleichung dargestellt: Cv' = Vc' – Ac' × Tctl
Gemäß der obigen Gleichung aktualisiert der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38 den Geschwindigkeitsbefehl Cv' im Geschwindigkeitsbefehlsaktualisierungszyklus Tctl sukzessive. Die Spindelachse 12 führt die entschleunigte Umkehrdrehung durch, während sie die Entschleunigung Ac' gemäß dem sukzessive aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv' schrittweise erhöht, während des Betriebs vom Punkt C zum Punkt D, und erreicht den Punkt D in dem Augenblick, wenn sie auf die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' (= Vb) entschleunigt wird (3).
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt S15, ob der absolute Wert |Sr'| der Rückdrehresthöhe Sr der Spindelachse 12 die Gleichung erfüllt: |Sr'| = Vb²/(2 × |A0'|) (im Folgenden als Gleichung 2 bezeichnet) (d. h. ob die Drehposition der Spindelachse 12 Punkt D erreicht hat). Wenn die Gleichung 2 erfüllt ist, erzeugt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt S16 einen Befehl zum Veranlassen der Spindelachse 12, die entschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Entschleunigung A0' durchzuführen und den Punkt von Sr' = 0 (d. h. die Fertigstellungsrückposition) zu erreichen, und führt eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 unter Verwendung des erzeugten Befehls durch. Wenn die Gleichung 2 nicht erfüllt ist, wird die Beurteilung in Schritt S15 wiederholt, bis die Gleichung 2 erfüllt ist. Die Spindelachse 12 führt gemäß dem Befehl vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 (dem Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) die Rückbewegung von Punkt D hin zur Fertigstellungsrückposition durch Durchführen der entschleunigten Unkehrdrehung bei maximaler Entschleunigung A0' durch und erreicht und stoppt in der Fertigstellungsrückposition, wenn Sr' null wird. Auf diese Weise führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 im Zeitraum T9 (3), in dem die Spindelachse vom Punkt D arbeitet, um die Fertigstellungsrückposition zu erreichen, eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 durch (ein Geschwindigkeitsbefehl bei konstanter Beschleunigung, der anhand eines Positionsbefehls erhalten wird, ist durch eine unterbrochene Linie gezeigt).
Wenn die aktuelle Geschwindigkeit Vc' in Schritt S12 als die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' erreicht habend beurteilt wird, speichert der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S17 eine Drehhöhe der Spindelachse 12 von der Zielgewindetiefe (d. h. einer Drehposition FBS) in dem Augenblick, wenn die Spindelachse die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' erreicht, als eine Beschleunigungsdrehhöhe Sa' der Rückbewegung. Danach beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 in Schritt S18, ob die Rückdrehresthöhe Sr' der Beschleunigungsdrehhöhe Sa' entspricht oder geringer als diese ist. Wenn Sr' der Sa' entspricht oder geringer als diese ist, geht der Steuerablauf zu Schritt S14 über und führt danach Schritt S15 und S16 aus, um eine Rückbewegung zur Fertigstellungsrückposition durchzuführen. Wenn Sr' nicht der Sa' entspricht oder nicht geringer als Sa' ist, wird die Beurteilung in Schritt S18 wiederholt, bis Sr' der Sa' entspricht oder geringer als Sa' ist.
Es wird nun auf 4 Bezug genommen, wobei ein Beispiel für die Rückbewegung der Spindelachse 12, wenn die Drehgeschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' erreicht, bevor die Rückdrehresthöhe Sr' eine Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0' erreicht (d. h. wenn die Beurteilung in Schritt S12 Nein lautet), durch eine Geschwindigkeit-Zeit-Kurve (die Kurve unter einer Zeitachse) gezeigt ist. Wie in 4 gezeigt, wird die beschleunigte Umkehrrehung der Spindelachse 12 bei maximaler Kapazität in Schritt S11 während Zeiträumen T6 und T7 durchgeführt, und wird die maximale Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung während einer konstanten Beschleunigung im Zeitraum T6 (d. h. einem Zeitraum von einem Punkt, an dem die Spindelachse in der Zielgewindetiefe startet, zu einem Punkt, an dem die Spindelachse die oben genannte Geschwindigkeit Vb (der Umkehrdrehung) erreicht) erkannt. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Spindelachse 12 Vb übersteigt, nimmt die Beschleunigung der Spindelachse 12 schrittweise von der maximalen Beschleunigung A0' aufgrund der Charakteristika des Spindelmotors ab. Die aktuelle Geschwindigkeit Vc' der Spindelachse 12 erreicht die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0', bevor die Rückdrehresthöhe Sr' eine Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0' erreicht, und danach dreht die Spindelachse 12 in der konstanten Geschwindigkeit V0' (d. h. keine Beschleunigung) über einen Zeitraum T10 hinweg umgekehrt, um die Rückbewegung fortzusetzen. Zu einem Zeitpunkt C, wenn die Rückdrehresthöhe Sr' der Beschleunigungsdrehhöhe Sa' entspricht (d. h. wenn die Beurteilung in S18 JA lautet), ändert sich die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Umkehrdrehung zu der entschleunigten Umkehrdrehung. Im Zeitraum T8 (Schritt S14) führt die Spindelachse 12 sodann die entschleunigte Umkehrdrehung (durch die Geschwindigkeitskontrolle) durch, während sie die oben genannte Entschleunigung Ac' schrittweise erhöht, und im Zeitraum T9 (Schritt S16) führt die Spindelachse 12 die entschleunigte Umkehrdrehung (durch die Positionssteuerung) bei maximaler Entschleunigung A0' durch. In den Zeiträumen T6, T7, T8 und T9 arbeitet die Spindelachse 12 auf die gleiche Weise wie die Bewegung, die in 3 gezeigt ist.
In den Bewegungsbeispielen, die in den 3 und 4 gezeigt sind, während eines Zeitraums, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Umkehrdrehbewegung der Spindelachse 12 von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition steuert, steuert der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 (1) die Vorschubachse 14, um eine Umkehrschubbewegung durchzuführen, während er der Bewegung der Spindelachse 12 unter Verwendung der Drehposition FBS der Spindelachse 12 folgt. Während eines Zeitraums, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Prozesse von Schritt S10 bis Schritt S18 durchführt, überwacht der numerische Steuerabschnitt 16 die Rückdrehresthöhe Sr', die vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 bekanntgegeben wird, und beurteilt, dass die Rückbewegung fertiggestellt ist und das Werkzeug aus dem Werkstück herausgezogen wurde, wenn die Rückdrehresthöhe Sr' einem zweiten vordefinierten Wert (einem sehr kleinen Wert nahe null) entspricht oder geringer als dieser ist.
Die Steuereinheit 10 gemäß der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform weist eine Konfiguration auf, wobei, wenn die Spindelachse 12 veranlasst wird, die Schneidbewegung von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe durchzuführen, der numerische Steuerabschnitt 16 nur die Drehgesamthöhe S0 und die maximale Drehgeschwindigkeit V0 der Spindelachse 12 als Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18 anweist; und der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Schneidbewegung gemäß dem Spindelachsenbefehl CS durch Beschleunigen der Spindelachse 12 bei maximaler Leistung unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms unter Abzielen auf die maximale Drehgeschwindigkeit V0 durchführt und auf Basis der maximalen Beschleunigung A0 während des Beschleunigungsschritts und der sequentiell erkannten Drehresthöhe Sr und aktuellen Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 die Schneidbewegung kontinuierlich bis zur Zielgewindetiefe in der kürzesten Zeit während eines Entschleunigens der Spindelachse 12 bei maximaler Entschleunigung A0 durchführt, um zu bewirken, dass die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht. Aus diesem Grund ist es gemäß der Steuereinheit 10 nicht mehr erforderlich, eine Parametereinstellung oder -anpassung usw. vorzunehmen, die für den numerischen Steuerabschnitt 16 erforderlich ist, um Beschleunigungs- und Entschleunigungsbefehle gemäß den Leistungscharakteristika der Spindelachse 12 zu erzeugen, und ist es möglich, die Zykluszeit des Gewindebohrprozesses mit einer einfachen Konfiguration durch Durchführen einer Beschleunigungs- und Entschleunigungssteuerung zu verringern, um die Beschleunigungskapazität der Spindelachse 12 zu maximieren.
Des Weiteren weist die Steuereinheit 10 eine Konfiguration auf, wobei, nachdem die Spindelachse 12 die beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität durchgeführt hat, die Geschwindigkeitssteuerung so ausgeführt wird, dass der Geschwindigkeitsbefehl Cv für die entschleunigte Drehung gemäß der Drehresthöhe Sr und der aktuellen Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 sukzessive aktualisiert wird, und somit die Spindelachse 12 veranlasst wird, die entschleunigte Drehung bei schrittweiser Erhöhung der Entschleunigung Ac vom Punkt A durchzuführen, so dass die Restdrehhöhe Sr bei Erreichen der Zwischendrehgeschwindigkeit Vi (= Vb) gleich der Positionierungsdrehhöhe Spos wird. Demgemäß ist es möglich, die Geschwindigkeitssteuerung reibungslos auf die Positionssteuerung zu wechseln, um die Spindelachse 12 bei maximaler Beschleunigung A0 vom Punkt B ohne Wartezeit zu entschleunigen. In diesem Zusammenhang ist bekannt, dass die Wartezeit als Zeitraum verbracht wird, wenn, in einem Fall, dass die Spindelachse 12 veranlasst wird, eine entschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität vom Punkt A durchzuführen, wobei die Geschwindigkeit Vb als fester Zielwert festgelegt ist, die Spindelachse 12 veranlasst wird, sich in einer konstanten Geschwindigkeit etwas zu drehen, nachdem die Geschwindigkeit Vb erreicht wurde, um eine darauf folgende Positionssteuerung für einen genauen Beginn von Punkt B zu ermöglichen. Aus diesem Grund ist gemäß der Steuereinheit 10 möglich, die Zykluszeit eines Gewindebohrprozesses weiter zu verringern, da die Wartezeit nicht erforderlich ist, um während der entschleunigten Drehung der Spindelachse 12 von der Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung zu schalten, und einen mechanischen oder strukturellen Schock zu verringern, der aufgrund einer Änderung der Beschleunigung auf der Spindelachse 12 verursacht werden kann, da die akute Änderung der Beschleunigung in dem Augenblick, wenn die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung geschaltet wird, umgangen werden kann.
Die Steuereinheit 10 gemäß der obigen Ausführungsform außerdem weist eine Konfiguration auf, wobei, wenn die Spindelachse 12 veranlasst wird, die Rückbewegung von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition durchzuführen, der numerische Steuerabschnitt 16 nur die Rückdrehgesamthöhe S0' und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit v0' der Spindelachse 12 als Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18 anweist; und der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Rückbewegung gemäß dem Spindelachsenbefehl CS durch Beschleunigen der Spindelachse 12 bei maximaler Leistung unter Verwendung des maximal zulässigen Stroms unter Abzielen auf die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' durchführt und auf Basis der maximalen Beschleunigung A0' während des Beschleunigungsschritts und der sequentiell erkannten Rückdrehresthöhe Sr' und aktuellen Geschwindigkeit Vc' der Spindelachse 12 die Rückbewegung kontinuierlich bis zur Fertigstellungsrückposition in der kürzesten Zeit während eines Entschleunigens der Spindelachse 12 bei maximaler Entschleunigung A0' durchführt, um zu bewirken, dass die Spindelachse in der Fertigstellungsrückposition stoppt. Aus diesem Grund ist es gemäß der Steuereinheit 10 nicht mehr erforderlich, eine Parametereinstellung oder -anpassung usw. vorzunehmen, die für den numerischen Steuerabschnitt 16 erforderlich ist, um Beschleunigungs- und Entschleunigungsbefehle gemäß den Leistungscharakteristika der Spindelachse 12 zu erzeugen, und ist es möglich, die Zykluszeit des Gewindebohrprozesses mit einer einfachen Konfiguration durch Durchführen einer Beschleunigungs- und Entschleunigungssteuerung zu verringern, um die Beschleunigungskapazität der Spindelachse 12 zu maximieren.
Des Weiteren weist die Steuereinheit 10 eine Konfiguration auf, wobei, nachdem die Spindelachse 12 die beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität durchgeführt hat, die Geschwindigkeitssteuerung so ausgeführt wird, dass der Geschwindigkeitsbefehl Cv' für die entschleunigte Umkehrdrehung gemäß der Rückdrehresthöhe Sr' und der aktuellen Geschwindigkeit Vc' der Spindelachse 12 sukzessive aktualisiert wird, und somit die Spindelachse 12 veranlasst wird, die entschleunigte Umkehrdrehung bei schrittweiser Erhöhung der Entschleunigung Ac' vom Punkt C durchzuführen, so dass die Restrückdrehhöhe Sr' bei Erreichen der Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' (= Vb) gleich der Positionierungsrückdrehhöhe Spos' wird. Demgemäß ist es möglich, die Geschwindigkeitssteuerung reibungslos auf die Positionssteuerung zu wechseln, um die Spindelachse 12 bei maximaler Beschleunigung A0' vom Punkt D ohne die oben genannte Wartezeit zu entschleunigen. Aus diesem Grund ist es gemäß der Steuereinheit 10 möglich, die Zykluszeit eines Gewindebohrprozesses weiter zu verringern, da die Wartezeit während der entschleunigten Umkehrdrehung der Spindelachse 12 nicht erforderlich ist, um von der Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung zu wechseln, und einen mechanischen oder strukturellen Schock zu verringern, der aufgrund einer Änderung der Beschleunigung auf der Spindelachse 12 verursacht werden kann, da die akute Änderung der Beschleunigung in dem Augenblick, wenn die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung gewechselt wird, umgangen werden kann.
Die Steuereinheit 10 gemäß der in den 1 gezeigten Ausführungsform ist in der Lage, ein Werkzeugmaschinensteuerverfahren durchzuführen, das sich vom oben genannten Werkzeugmaschinensteuerverfahren unterscheidet. 6 zeigt ein Schneid- und Rückbewegungssteuerverfahren, das so ausgelegt ist, dass es für die Spindelachse 12 in einem Gewindebohrprozess durchgeführt wird, als andere Ausführungsform eines Werkzeugmaschinensteuerverfahrens, das von der Steuereinheit 10 durchführbar ist. Die 7 und 8 entsprechen jeweils den 3 und 4 und zeigen zwei Beispiele für die Schneid- und Rückbewegung der Spindelachse 12 bei der in 6 gezeigten Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf die 1, 2, 5 bis 8 Bezug genommen, wobei das Werkzeugsmaschinensteuerverfahren (das Schneid- und Rückbewegungssteuerverfahren bei dem Gewindebohrprozess) einer weiteren Ausführungsform sowie die Konfiguration der Steuereinheit 10, die dieses Verfahren durchführt, beschrieben werden.
Zusammengefasst führt die Steuereinheit 10 bei der in den 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform mehrere Schritte analog zu den Schritten im Schneidbewegungssteuerverfahren des Gewindebohrprozesses durch, der in 2 gezeigt ist, und steuert somit die Schneidbewegung der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse 12 von der Prozessausgangsposition (Drehposition) zur Zielgewindetiefe (Drehposition) bewegt wird. Andererseits ist der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) der Steuereinheit 10 nicht so konfiguriert, dass er die Spindelachse 12 veranlasst, in der Zielgewindetiefe zu stoppen (d. h. die Beschleunigung nicht auf null einzustellen), in dem Augenblick, wenn die Spindelachse 12 die Zielgewindetiefe erreicht, sondern dass er die Spindelachse 12 veranlasst, eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität bis zu einer vorab festgelegten Drehposition (im Folgenden aus Ausgangsrückposition bezeichnet) bei maximaler Beschleunigung A0' (negativer Wert) einer Umkehrdrehung durchzuführen, die gleich der maximalen Entschleunigung A0 (negativer Wert) in der entschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität ist. Nachdem er die Spindelachse 12 veranlasst hat, die beschleunigte Umkehrdrehung bis zur Ausgangsrückposition durchzuführen, führt die Steuereinheit 10 mehrere Schritte analog zu den Schritten im Rückbewegungssteuerverfahren des Gewindebohrprozesses durch, der in 5 gezeigten ist, und steuert somit die Rückbewegung der Spindelachse 12. Die Konfiguration dieser Ausführungsform wird im Folgenden ausführlich beschrieben. Auf die Beschreibung der Komponenten, die jenen in den Ablaufplänen von 2 und 5 entsprechen, wird jedoch nach Bedarf verzichtet.
Wie in 6 gezeigt, führt die Steuereinheit 10 bei Schritt U1 zunächst die Prozesse der Schritte S1 bis S5, S8 und S9 durch, die in 2 gezeigt sind. Mehr im Detail weist der numerische Steuerabschnitt 16 (Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26) in Schritt S1 die Drehgesamthöhe S0 und die maximale Drehgeschwindigkeit V0 der Spindelachse 12 an den Spindelachsensteuerabschnitt 18 an (Schritt S1). Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Ausgangsbewegungssteuerabschnitt 30, der Abschnitt 32 zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung und der Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe) veranlasst die Spindelachse 12, die beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität durchzuführen, um die Schneidbewegung von der Prozessausgangsposition mit der maximalen Drehgeschwindigkeit V0, die als Zielgeschwindigkeit festgelegt ist, durchzuführen, und erkennt die maximale Beschleunigung A0 und die Drehresthöhe Sr während der beschleunigten Drehung (Schritt S2). Danach erkennt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (Abschnitt 36 zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit) sequentiell die aktuelle Geschwindigkeit Vc während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität und beurteilt, ob die aktuelle Geschwindigkeit Vc die maximale Drehgeschwindigkeit V0 nicht erreicht hat (Schritt S3). Wenn die Vc die V0 noch nicht erreicht hat, beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18, ob die Drehresthöhe Sr einer Hälfte der Drehgesamthöhe S0 entspricht oder geringer als diese ist (Schritt S4). Wenn Sr einer Hälfte von S0 entspricht oder geringer als diese ist, veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Spindelachse 12, die entschleunigte Drehung bis zur Zwischendrehgeschwindigkeit Vi (= Vb) durchzuführen, um die Schneidbewegung kontinuierlich durchzuführen (Schritt S5). Andererseits wenn die aktuelle Geschwindigkeit Vc als die maximale Drehgeschwindigkeit V0 erreicht habend beurteilt wird (Schritt S3), speichert der Spindelachsensteuerabschnitt 18 eine Drehhöhe (d. h. eine Drehposition FBS) der Spindelachse 12 von der Prozessausgangsposition in dem Augenblick, wenn die Spindelachse die maximale Drehgeschwindigkeit V0 erreicht, als Beschleunigungsdrehhöhe Sa (Schritt S8) und beurteilt, ob die Drehresthöhe Sr gleich der Beschleunigungsdrehhöhe Sa oder geringer als diese ist (Schritt S9). Wenn Sr Sa entspricht oder geringer als diese ist, veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Spindelachse 12, die entschleunigte Drehung bis zur Zwischendrehgeschwindigkeit Vi (= Vb) durchzuführen, um die Schneidbewegung kontinuierlich durchzuführen (Schritt S5). Danach beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40), ob die Drehresthöhe Sr der Spindelachse 12 in der aktuellen Position Gleichung 1 erfüllt: |Sr| = Vb²/(2 × |A0|) (Schritt S6).
Es wird nun auf 7 Bezug genommen, wobei ein Beispiel der Schneidbewegung der Spindelachse 12, wenn die Drehresthöhe Sr eine Hälfte der Drehgesamthöhe S0 erreicht, bevor die aktuelle Geschwindigkeit Vc die maximale Drehgeschwindigkeit V0 erreicht, während der Schneidbewegung in Schritt U1 von 6 (d. h. wenn die Beurteilung in den jeweiligen Schritten S3 und S4 von 2 JA lautet), durch eine Geschwindigkeit-Zeit-Kurve (die Kurve über einer Zeitachse) gezeigt. Die Bewegungen der Spindelachse 12 während Zeiträumen T1, T2, T3 und T4 in der Geschwindigkeit-Zeit-Kurve von 7 entsprechen den Bewegungen der Spindelachse 12 während Zeiträumen T1, T2, T3 und T4 in der oben genannten Geschwindigkeit-Zeit-Kurve von 3. Mehr im Detail wird, wie in 7 gezeigt, die beschleunigte Drehung der Spindelachse 12 bei maximaler Kapazität (durch eine Geschwindigkeitssteuerung) während der Zeiträume T1 und T2 durchgeführt; am Zeitpunkt A, wenn die Drehresthöhe Sr eine Hälfte der Drehgesamthöhe S0 erreicht (d. h. wenn die Beurteilung in Schritt S4 JA lautet), ändert sich sodann die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Drehung auf die entschleunigte Drehung; danach wird die entschleunigte Drehung der Spindelachse 12 bei schrittweise erhöhender Entschleunigung Ac (durch eine Geschwindigkeitssteuerung) im Zeitraum T3 durchgeführt; und danach wird die entschleunigte Drehung der Spindelachse 12 bei maximaler Entschleunigung A0 (durch eine Positionssteuerung) im Zeitraum T4 durchgeführt.
Während die Steuereinheit 10 den Schritt U1 (insbesondere Schritt S1 bis S2 bis S3 bis S4 bis S5 bis S6, in dieser Reihenfolge, von 2) durchführt, arbeitet die Spindelachse 12 in den Zeiträumen T1, T2 und T3, die in 7 gezeigt sind, auf die gleiche Weise wie der Betrieb während der Zeiträume T1, T2 und T3, wie in 3 gezeigt. Wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) beurteilt, dass die Drehresthöhe Sr der Spindelachse 12 die oben genannte Gleichung 1 in Schritt U1 (Schritt S6 von 2) erfüllt, erzeugt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt U2 von 6 anstatt Schritt 7 von 2 einen Befehl zum Veranlassen der Spindelachse 12, die entschleunigte Drehung bei maximaler Entschleunigung A0 durchzuführen, um den Punkt von Sr = 0 (d. h. die Zielgewindetiefe) zu erreichen, und danach die beschleunigte Umkehrdrehung bis zur Ausgangsrückposition (d. h. dem Zeitpunkt E, der in 7 gezeigt ist) bei maximaler Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung durchzuführen, die mit der maximalen Entschleunigung A0 identisch ist (d. h. A0 = A0'), und führt eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 unter Verwendung des erzeugten Befehls durch.
Wie in 7 gezeigt, führt die Spindelachse 12 gemäß dem Befehl vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 (dem Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) die Schneidbewegung von Punkt B hin zur Zielgewindetiefe durch, während sie die entschleunigte Drehung bei maximaler Entschleunigung A0 durchführt, und erreicht die Zielgewindetiefe, wenn Sr null wird (im Zeitraum T4). In dem Moment, in dem die Spindelachse 12 die Zielgewindetiefe erreicht, wird die aktuelle Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 null, die Spindelachse 12 arbeitet jedoch gemäß dem Befehl vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 (dem Positionierungsbewegungsabschnitt 40) weiter, um die maximale Entschleunigung A0 aufrechtzuerhalten und die maximale Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung zu erzeugen, und führt eine Rückbewegung von der Zielgewindetiefe hin zum Punkt E über den Zeitraum T6 hinweg durch die beschleunigte Umkehrdrehung durch, um die aktuelle Geschwindigkeit Vc (negativer Wert) schrittweise zu erhöhen. Auf diese Weise führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 im Zeitraum T4, in dem die Spindelachse vom Punkt B arbeitet, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, und im Zeitraum T6, in dem die Spindelachse von der Zielgewindetiefe arbeitet, um Punkt E zu erreichen, eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 (Schritt U2) durch und bewegt die Spindelachse 12 bei konstanter Beschleunigung (d. h. der maximalen Entschleunigung A0 und der maximalen Beschleunigung A0') kontinuierlich (ein Geschwindigkeitsbefehl bei konstanter Beschleunigung, der aus einem Positionsbefehl erhalten wird, ist durch eine unterbrochene Linie gezeigt). Man bemerke, dass, obwohl die aktuelle Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 in der Zielgewindetiefe null wird, dies ein augenblickliches Phänomen ist und somit nicht als Stopp in der Zielgewindetiefe angesehen werden sollte.
Die Ausgangsrückposition (Punkt E) der Spindelachse 12 kann willkürlich festgelegt werden. Wie beispielsweise in 7 gezeigt, kann der Punkt E in einer Position festgelegt werden, in der die aktuelle Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12 die vorab festgelegte Geschwindigkeit Vb erreicht, auf die gleiche Weise wie Punkt B, an dem die entschleunigte Drehung bei maximaler Entschleunigung A0 (durch die Positionssteuerung) während der Schneidbewegung beginnt. Bei dieser Konfiguration wird die Position des Punkts E als Position angesehen, die die Spindelachse durch Durchführen der Umkehrdrehung von der Zielgewindetiefe um eine Drehhöhe entsprechend |Sr| = Vb²/(2 × |A0|) erreicht. Die Rückbewegung der Spindelachse 12 durch die Positionssteuerung im Zeitraum T6 ist analog zur Rückbewegung der Spindelachse 12 durch die Geschwindigkeitssteuerung im Zeitraum T6, wie in 3 gezeigt. Aufgrund von Steuercharakteristika wird die maximale Beschleunigung A0 (im Zeitraum T4) während der entschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität durch die Positionssteuerung tendenziell etwas unterdrückt, wenn mit der maximalen Beschleunigung A0 (im Zeitraum T1) während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität durch die Geschwindigkeitssteuerung verglichen, und folglich wird die maximale Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung im Zeitraum T6 auch tendenziell etwas verringert, wenn mit der maximalen Beschleunigung A0 im Zeitraum T1 verglichen.
Unter Bezugnahme auf 8 hingegen, wird ein Beispiel für die Schneidbewegung der Spindelachse 12, wenn die Drehgeschwindigkeit Vc die maximale Drehgeschwindigkeit V0 erreicht, bevor die Drehresthöhe Sr eine Hälfte der Drehgesamthöhe S0 erreicht, während der Schneidbewegung in Schritt U1 von 6 (d. h. wenn die Beurteilung in Schritt S3 von 2 NEIN lautet), durch eine Geschwindigkeit-Zeit-Kurve (die Kurve über einer Zeitachse) gezeigt. Die Bewegungen der Spindelachse 12 während Zeiträumen T1, T2, T5, T3 und T4 in der Geschwindigkeit-Zeit-Kurve von 8 entsprechen den Bewegungen der Spindelachse 12 während Zeiträumen T1, T2, T5, T3 und T4 in der oben genannten Geschwindigkeit-Zeit-Kurve von 4. Mehr im Detail wird, wie in 8 gezeigt, die beschleunigte Drehung der Spindelachse 12 bei maximaler Kapazität (durch eine Geschwindigkeitssteuerung) während der Zeiträume T1 und T2 durchgeführt, so dass die aktuelle Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 die maximale Drehung V0 erreicht; danach dreht sich die Spindelachse 12 bei konstanter Geschwindigkeit V0 über den Zeitraum T5 hinweg, um die Schneidbewegung fortzusetzen; am Zeitpunkt A, wenn die Drehresthöhe Sr gleich der Beschleunigungsdrehhöhe Sa wird (d. h. wenn die Beurteilung in Schritt S9 JA lautet), ändert sich sodann die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Drehung auf die entschleunigte Drehung; danach wird die entschleunigte Drehung der Spindelachse 12 bei schrittweise erhöhender Entschleunigung Ac (durch eine Geschwindigkeitssteuerung) im Zeitraum T3 durchgeführt; und danach wird die entschleunigte Drehung der Spindelachse 12 bei maximaler Entschleunigung A0 (durch eine Positionssteuerung) im Zeitraum T4 durchgeführt.
Während die Steuereinheit 10 den Schritt U1 (insbesondere Schritt S1 bis S2 bis S3 bis S8 bis S9 bis S5 bis S6, in dieser Reihenfolge, von 2) durchführt, arbeitet die Spindelachse 12 in den Zeiträumen T1, T2, T5 und T3, die in 8 gezeigt sind, auf die gleiche Weise wie der Betrieb während der Zeiträume T1, T2, T5 und T3, wie in 4 gezeigt. Wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) beurteilt, dass die Drehresthöhe Sr der Spindelachse 12 die oben genannte Gleichung 1 in Schritt U1 (Schritt S6 von 2) erfüllt, erzeugt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) in Schritt U2 von 6 anstatt Schritt 7 von 2 einen Befehl zum Veranlassen der Spindelachse 12, die entschleunigte Drehung bei maximaler Entschleunigung A0 durchzuführen, um den Punkt von Sr = 0 (d. h. die Zielgewindetiefe) zu erreichen, und danach die beschleunigte Umkehrdrehung bis zur Ausgangsrückposition (d. h. dem Zeitpunkt E, der in 8 gezeigt ist) bei maximaler Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung durchzuführen, die mit der maximalen Entschleunigung A0 identisch ist (d. h. A0 = A0'), und führt eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 unter Verwendung des erzeugten Befehls durch.
Wie in 8 gezeigt, führt die Spindelachse 12 gemäß dem Befehl vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 (dem Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) die Schneidbewegung von Punkt B hin zur Zielgewindetiefe durch, während sie die entschleunigte Drehung bei maximaler Entschleunigung A0 durchführt, und erreicht die Zielgewindetiefe, wenn Sr null wird (im Zeitraum T4). In dem Moment, in dem die Spindelachse 12 die Zielgewindetiefe erreicht, wird die aktuelle Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 null, die Spindelachse 12 arbeitet jedoch gemäß dem Befehl vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 (dem Positionierungsbewegungsabschnitt 40) weiter, um die maximale Entschleunigung A0 aufrechtzuerhalten und die maximale Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung zu erzeugen, und führt eine Rückbewegung von der Zielgewindetiefe hin zum Punkt E über den Zeitraum T6 hinweg durch die beschleunigte Umkehrdrehung durch, um die aktuelle Geschwindigkeit Vc (negativer Wert) schrittweise zu erhöhen. Auf diese Weise führt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 im Zeitraum T4, in dem die Spindelachse vom Punkt B arbeitet, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, und im Zeitraum T6, in dem die Spindelachse von der Zielgewindetiefe arbeitet, um Punkt E zu erreichen, eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 (Schritt U2) durch und bewegt die Spindelachse 12 bei konstanter Beschleunigung (d. h. der maximalen Entschleunigung A0 und der maximalen Beschleunigung A0') kontinuierlich (ein Geschwindigkeitsbefehl bei konstanter Beschleunigung, der aus einem Positionsbefehl erhalten wird, ist durch eine unterbrochene Linie gezeigt). Somit entspricht die Bewegung der Spindelachse 12 in den Zeiträumen T4 und T6, wie in 8 gezeigt, der Bewegung der Spindelachse 12 in den Zeiträumen T4 und T6, wie in 7 gezeigt.
In den Bewegungsbeispielen, die in den 7 und 8 gezeigt sind, steuert der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 während eines Zeitraums, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Drehbewegung der Spindelachse 12 von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe steuert, die Vorschubachse 14, um eine Vorschubbewegung durchzuführen, während sie der Bewegung der Spindelachse 12 folgt, unter Verwendung der Drehposition FBS der Spindelachse 12. Während eines Zeitraums, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die oben genannten Prozesse von Schritt U1 und Schritt U2 durchführt, überwacht der numerische Steuerabschnitt 16 die Drehresthöhe Sr, die vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 bekanntgegeben wird, und beurteilt, dass der Gewindebohrprozess die Zielgewindetiefe erreicht hat, wenn die Drehresthöhe Sr einem ersten vorab festgelegten Wert (einem sehr kleinen Wert nahe null) entspricht oder geringer als dieser ist. Nachdem beurteilt wurde, dass der Gewindebohrprozess die Zielgewindetiefe erreicht hat, erhält der numerische Steuerabschnitt 16 (der Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt 26) bei Schritt U3 (6) und gleichzeitig mit Schritt U2 die Rückdrehgesamthöhe S0' und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, anhand eines Befehlwerts, der im Gewindebohrprogramm P bereitgestellt wird, der vom Programminterpretationsabschnitt 24 interpretiert wird, und sendet die Rückdrehgesamthöhe S0' und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' als Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18.
Nachdem die Spindelachse 12 die Ausgangsrückposition (Punkt E) erreicht hat, veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Ausgangsbewegungssteuerabschnitt 30) die Spindelachse 12 in Schritt U4 (6), eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität unter Verwendung des maximal zulässigen Stroms der Antriebsquelle von der Zielgewindetiefe durchzuführen, von der Ausgangsrückposition (Punkt E) hin zur Fertigstellungsrückposition, wobei die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' als Zielgeschwindigkeit festgelegt wird, um die Rückbewegung durchzuführen. Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Drehresthöhenerkennungsabschnitt 34) erkennt sequentiell eine Rückdrehresthöhe Sr' der Spindelachse 12 während des Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, auf Basis der Rückdrehgesamthöhe S0' und der Drehposition FBS. Der Spindelachsensteuerabschnitt 18 gibt dem numerischen Steuerabschnitt 16 die erkannte Rückdrehresthöhe Sr jedes Mal bekannt, wenn sie erkannt wird. Bei dieser Ausführungsform erkennt der Abschnitt 32 zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung eine maximale Beschleunigung einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12 während des Zeitraums T6 nicht, sondern erhält die maximale Entschleunigung A0 in der entschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität während des Zeitraums T4 (was der maximalen Beschleunigung A0 während des Zeitraums T1 entspricht) als maximale Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12, die die beschleunigte Umkehrdrehung von der Zielgewindetiefe durchführt.
Danach führt die Steuereinheit 10 bei Schritt U5 (6) die Prozesse der Schritte S12 bis S18 durch, die in 5 gezeigt sind. Mehr im Detail erkennt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Abschnitt 36 zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit) in Schritt S12 sequentiell die aktuelle Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung auf Basis der Drehposition FBS während der beschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität und beurteilt, ob die aktuelle Vc' die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' nicht erreicht hat (Schritt S12). Wenn die Vc' die V0' nicht erreicht hat, beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18, ob die Rückdrehresthöhe Sr einer Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0 entspricht oder geringer als diese ist (Schritt S13). Wenn Sr' einer Hälfte von S0' entspricht oder geringer als diese ist, veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt 38) die Spindelachse 12, die entschleunigte Umkehrdrehung bis zur Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' (= Vb) durchzuführen, um die Rückbewegung kontinuierlich durchzuführen (Schritt S14). Andererseits wenn die aktuelle Geschwindigkeit Vc' als die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' erreicht habend beurteilt wird (Schritt 12), speichert der Spindelachsensteuerabschnitt 18 eine Drehhöhe der Spindelachse 12 von der Zielgewindetiefe (d. h. einer Drehposition FBS) in dem Augenblick, wenn die Spindelachse die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' erreicht, als Beschleunigungsdrehhöhe Sa' der Rückbewegung (Schritt S17) und beurteilt, ob die Rückdrehresthöhe Sr' gleich der Beschleunigungsdrehhöhe Sa' oder geringer als diese ist (Schritt S18). Wenn Sr' Sa' entspricht oder geringer als diese ist, veranlasst der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Spindelachse 12, die entschleunigte Umkehrdrehung bis zur Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' (= Vb) durchzuführen, um die Rückbewegung kontinuierlich durchzuführen (Schritt S14). Danach beurteilt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40), ob die Rückdrehresthöhe Sr' der Spindelachse 12 in der aktuellen Position Gleichung 2 erfüllt: |Sr'| = Vb²/(2 × |A0'|) (Schritt S15). Wenn die Gleichung 2 erfüllt ist, erzeugt der Spindelachsensteuerabschnitt 18 (der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) einen Befehl zum Veranlassen der Spindelachse 12, die entschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Entschleunigung A0' (entspricht der maximalen Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung im Zeitraum T6) durchzuführen und den Punkt von Sr' = 0 (d. h. die Fertigstellungsrückposition) zu erreichen, und führt eine Positionssteuerung für die Spindelachse 12 unter Verwendung des erzeugten Befehls durch. Die Spindelachse 12 führt die Rückbewegung hin zur Fertigstellungsrückposition gemäß dem Befehl vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 (dem Positionierungsbewegungssteuerabschnitt 40) durch Durchführen einer entschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Entschleunigung A0' durch und stoppt in dem Augenblick, wenn Sr' gleich null ist.
Es wird nun auf 7 Bezug genommen, wobei ein Beispiel der Rückbewegung der Spindelachse 12, wenn die Rückdrehresthöhe Sr' eine Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0' erreicht, bevor die aktuelle Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' in Schritt U5 von 6 erreicht (d. h. wenn die Beurteilung in den jeweiligen Schritten S12 und S13 von 5 JA lautet), durch eine Geschwindigkeit-Zeit-Kurve (die Kurve unter einer Zeitachse) gezeigt wird. Die Bewegungen der Spindelachse 12 während Zeiträumen T7, T8 und T9 in der Geschwindigkeit-Zeit-Kurve von 7 entsprechen den Bewegungen der Spindelachse 12 während Zeiträumen T7, T8 und T9 in der oben genannten Geschwindigkeit-Zeit-Kurve von 3. Bei dem Bewegungsbeispiel von 7 überschreitet die aktuelle Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12 Vb (negativer Wert), nachdem die Spindelachse 12 sich von der Zielgewindetiefe bewegt hat, um die Ausgangsrückposition (Punkt E) während des Zeitraums T6 zu erreichen, so dass die Beschleunigung einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12 in der beschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der maximalen Beschleunigung A0' aufgrund der Charakteristika des Spindelmotors schrittweise abnimmt (im Zeitraum T7). Zu einem Zeitpunkt C, wenn die Rückdrehresthöhe Sr' eine Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0' erreicht (d. h. wenn die Beurteilung in Schritt S13 von 5 JA lautet), ändert sich die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Umkehrdrehung zur entschleunigten Umkehrdrehung; danach wird die entschleunigte Umkehrdrehung der Spindelachse 12 bei schrittweise erhöhender Entschleunigung Ac' (durch eine Geschwindigkeitssteuerung) im Zeitraum T8 durchgeführt; und danach wird die entschleunigte Umkehrdrehung der Spindelachse 12 bei maximaler Entschleunigung A0' (durch eine Positionssteuerung) im Zeitraum T9 durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf 8 hingegen, wird ein Beispiel für die Rückbewegung der Spindelachse 12, wenn die Drehgeschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' erreicht, bevor die Rückdrehresthöhe Sr' eine Hälfte der Rückdrehgesamthöhe S0' erreicht, in Schritt U5 von 6 (d. h. wenn die Beurteilung in Schritt S12 von 5 NEIN lautet), durch eine Geschwindigkeit-Zeit-Kurve (die Kurve unter einer Zeitachse) gezeigt. Die Bewegungen der Spindelachse 12 während Zeiträumen T7, T10, T8 und T9 in der Geschwindigkeit-Zeit-Kurve von 8 entsprechen den Bewegungen der Spindelachse 12 während Zeiträumen T7, T10, T8 und T9 in der oben genannten Geschwindigkeit-Zeit-Kurve von 4. Bei dem Bewegungsbeispiel von 8 wird während des Zeitraums T7, nachdem die Spindelachse 12 die Ausgangsrückkehrposition (Punkt E) erreicht hat, die beschleunigte Umkehrdrehung der Spindelachse 12 bei maximaler Kapazität durch die schrittweise abnehmende Beschleunigung A0' ähnlich dem Bewegungsbeispiel von 7 durchgeführt, so dass die aktuelle Geschwindigkeit Vc' der Spindelachse 12 die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' erreicht. Danach dreht sich die Spindelachse 12 umgekehrt in der konstanten Geschwindigkeit V0' über den Zeitraum T10 hinweg, um die Rückbewegung fortzusetzen. Zu einem Zeitpunkt C, wenn die Rückdrehresthöhe Sr' gleich einer Hälfte der Beschleunigungsdrehung Sa' wird (d. h. wenn die Beurteilung in Schritt S18 von 5 JA lautet), ändert sich die Bewegung der Spindelachse 12 von der beschleunigten Umkehrdrehung zur entschleunigten Umkehrdrehung; danach wird die entschleunigte Umkehrdrehung der Spindelachse 12 bei schrittweise erhöhender Entschleunigung Ac' (durch eine Geschwindigkeitssteuerung) im Zeitraum T8 durchgeführt; und danach wird die entschleunigte Umkehrdrehung der Spindelachse 12 bei maximaler Entschleunigung A0' (durch eine Positionssteuerung) im Zeitraum T9 durchgeführt.
In den Bewegungsbeispielen, die in den 7 und 8 gezeigt sind, steuert der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 während eines Zeitraums, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Umkehrdrehbewegung der Spindelachse 12 von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition steuert, die Vorschubachse 14, um eine Umkehrschubbewegung durchzuführen, während sie der Bewegung der Spindelachse 12 folgt, unter Verwendung der Drehposition FBS der Spindelachse 12. Während eines Zeitraums, wenn der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die oben genannten Prozesse von Schritt U3 bis Schritt U5 durchführt, überwacht der numerische Steuerabschnitt 16 die Rückdrehresthöhe Sr', die vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 bekanntgegeben wird, und beurteilt, dass die Rückbewegung fertiggestellt ist und das Werkzeug aus dem Werkstück herausgezogen wurde, wenn die Rückdrehresthöhe Sr' einem zweiten vordefinierten Wert (einem sehr kleinen Wert nahe null) entspricht oder geringer als dieser ist.
Die Steuereinheit 10 gemäß der in den 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform weist eine Konfiguration analog zu der Konfiguration der Steuereinheit 10 gemäß der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform auf, d. h. eine Konfiguration, wobei, wenn die Spindelachse 12 veranlasst wird, die Schneidbewegung von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe durchzuführen, der numerische Steuerabschnitt 16 nur die Drehgesamthöhe S0 und die maximale Drehgeschwindigkeit V0 der Spindelachse 12 als Spindelachsenbefehl CS an den Spindelachsensteuerabschnitt 18 anweist; und der Spindelachsensteuerabschnitt 18 die Schneidbewegung gemäß dem Spindelachsenbefehl CS durch Beschleunigen der Spindelachse 12 bei maximaler Leistung unter Verwendung eines maximal zulässigen Stroms unter Abzielen auf die maximale Drehgeschwindigkeit V0 durchführt und auf Basis der maximalen Beschleunigung A0 während des Beschleunigungsschritts und der sequentiell erkannten Drehresthöhe Sr und aktuellen Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 die Schneidbewegung kontinuierlich bis zur Zielgewindetiefe in der kürzesten Zeit während eines Entschleunigens der Spindelachse 12 bei maximaler Entschleunigung A0 durchführt, um zu bewirken, dass die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht. Aus diesem Grund ist es gemäß der Steuereinheit 10 nicht mehr erforderlich, eine Parametereinstellung oder -anpassung usw. vorzunehmen, die für den numerischen Steuerabschnitt 16 erforderlich ist, um Beschleunigungs- und Entschleunigungsbefehle gemäß den Leistungscharakteristika der Spindelachse 12 zu erzeugen, und ist es möglich, die Zykluszeit des Gewindebohrprozesses mit einer einfachen Konfiguration durch Durchführen einer Beschleunigungs- und Entschleunigungssteuerung zu verringern, um die Beschleunigungskapazität der Spindelachse 12 zu maximieren.
Des Weiteren weist die Steuereinheit 10 eine Konfiguration auf, wobei, nachdem die Spindelachse 12 die beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität durchgeführt hat, die Geschwindigkeitssteuerung so ausgeführt wird, dass der Geschwindigkeitsbefehl Cv für die entschleunigte Drehung gemäß der Drehresthöhe Sr und der aktuellen Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 sukzessive aktualisiert wird, und somit die Spindelachse 12 veranlasst wird, die entschleunigte Drehung bei schrittweiser Erhöhung der Entschleunigung Ac vom Punkt A durchzuführen, so dass die Restdrehhöhe Sr bei Erreichen der Zwischendrehgeschwindigkeit Vi (= Vb) gleich der Positionierungsdrehhöhe Spos wird. Demgemäß ist es möglich, die Geschwindigkeitssteuerung reibungslos auf die Positionssteuerung zu wechseln, um die Spindelachse 12 bei maximaler Beschleunigung A0 vom Punkt B ohne die oben genannte Wartezeit zu entschleunigen. Aus diesem Grund ist es gemäß der Steuereinheit 10 möglich, die Zykluszeit eines Gewindebohrprozesses weiter zu verringern, da die Wartezeit während der entschleunigten Drehung der Spindelachse 12 nicht erforderlich ist, um von der Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung zu wechseln, und einen mechanischen oder strukturellen Schock zu verringern, der aufgrund einer Änderung der Beschleunigung auf der Spindelachse 12 verursacht werden kann, da die akute Änderung der Beschleunigung in dem Augenblick, wenn die Geschwindigkeitssteuerung auf die Positionssteuerung gewechselt wird, umgangen werden kann.
Die Steuereinheit 10 gemäß der in den 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform weist außerdem eine Konfiguration auf, wobei, wenn die Spindelachse 12 veranlasst wird, die Rückbewegung von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition durchzuführen, die Spindelachse 12 nicht veranlasst wird, in der Zielgewindetiefe zu stoppen (d. h. die Beschleunigung wird nicht auf null festgelegt, wenn die Schneidbewegung abgeschlossen ist, sondern veranlasst wird, die beschleunigte Umkehrdrehung bis zur vorab festgelegten Ausgangsrückposition bei maximaler Beschleunigung A0' (negativer Wert) einer Umkehrdrehung durchzuführen, die gleich der maximalen Entschleunigung A0 (negativer Wert) ist, und zwar durch die Positionssteuerung. Gemäß dieser Konfiguration wird die Beschleunigung der Spindelachse 12 in dem Augenblick, wenn der Betrieb der Spindelachse 12 von der Schneidbewegung zur Rückbewegung geändert wird, nicht geändert, so dass es möglich wird, einen mechanischen oder struktruellen Schock zu vermeiden, der aufgrund der Änderung der Beschleunigung sowie einer Erhöhung eines Synchronisationssfehlers, der aufgrund der Änderung der Beschleunigung zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 verursacht werden kann, auf der Spindelachse 12 verursacht werden kann.
Die Steuereinheit 10 gemäß der in den 6 bis 8 gezeigten Ausführungsform weist eine Konfiguration auf, wobei, nachdem die Spindelachse 12 veranlasst wurde, die beschleunigte Umkehrdrehung bis zur Ausgangsrückposition durchzuführen, durch die Positionssteuerung, die Rückbewegung durch Beschleunigen der Spindelachse 12 mit maximaler Leistung gemäß dem Spindelachsenbefehl CS durchgeführt wird, der nur die Rückdrehgesamthöhe S0' und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' der Spindelachse 12 beinhaltet, wie vom numerischen Steuerabschnitt 16 an den Spindelachsensteuerabschnitt 18 bekanntgegeben, und wobei die Rückbewegung bis zur Fertigstellungsrückposition in kürzester Zeit kontinuierlich durchgeführt wird, während die Spindelachse 12 bei maximaler Entschleunigung A0' entschleunigt wird, die der maximalen Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung entspricht, und zwar kurz nach Umkehr der Bewegung, so dass die Spindelachse veranlasst wird, in der Fertigstellungsrückposition zu stoppen. Aus diesem Grund ist es gemäß der Steuereinheit 10 nicht mehr erforderlich, eine Parametereinstellung oder -anpassung usw. vorzunehmen, die für den numerischen Steuerabschnitt 16 erforderlich ist, um Beschleunigungs- und Entschleunigungsbefehle gemäß den Leistungscharakteristika der Spindelachse 12 zu erzeugen, und ist es möglich, die Zykluszeit des Gewindebohrprozesses mit einer einfachen Konfiguration durch Durchführen einer Beschleunigungs- und Entschleunigungssteuerung zu verringern, um die Beschleunigungskapazität der Spindelachse 12 zu maximieren.
Bei einem Gewindebohrprozess unter Verwendung einer Werkzeugmaschine wird zwischenzeitlich bevorzugt, dass eine Steuereinheit eine Drehposition einer Spindelachse und eine Vorschubposition einer Vorschubachse während des Gewindebohrprozesses kontinuierlich erfasst. 9 zeigt ein Funktionsschaubild einer Konfiguration einer Steuereinheit 50 gemäß einem modifizierten Beispiel, wobei eine Funktion des Erfassens der Positionen der Spindelachse und der Vorschubachse hinzugefügt ist. Die Konfiguration der Steuereinheit 50 ist mit der Konfiguration der Steuereinheit 10 in 1 im Wesentlichen identisch, mit der Ausnahme, dass die Positionserfassungsfunktion hinzugefügt ist, und somit werden einander entsprechende Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen ausgewiesen und werden ihre ausführlichen Beschreibungen nicht wiederholt.
Die Steuereinheit 50 beinhaltet einen numerischen Steuerabschnitt 16, der so konfiguriert ist, dass er einen Spindelachsenbefehl CS und einen Vorschubachsenbefehl CF auf Basis eines Gewindebohrprogramms P erzeugt; einen Spindelachsensteuerabschnitt 18, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehbewegung einer Spindelachse 12 gemäß dem Spindelachsenbefehl CS steuert; einen Dreherkennungsabschnitt 20, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehposition der Spindelachse 12 erkennt; einen Vorschubachsensteuerabschnitt 22, der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubbewegung einer Vorschubachse 14 gemäß dem Vorschubachsenbefehl CF auf Basis der vom Dreherkennungsabschnitt 20 erkannten Drehbewegung steuert; und einen Vorschuberkennungsabschnitt 52, der so konfiguriert ist, dass er die Vorschubposition der Vorschubachse 14 erkennt. Ein Vorschubachsenbefehlsausgabeabschnitt 28 des numerischen Steuerabschnitts 16 erhält vor Beginn eines Gewindebohrprozesses eine Vorschubgesamthöhe D0 (mm) und eine Gewindesteigung Pt (mm/U) der Vorschubachse 14 während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von einer Prozessausgangsposition zu einer Zielgewindetiefe arbeitet, von einem Befehlswert, der im Gewindebohrprogramm P bereitgestellt wird, der von einem Programminterpretationsabschnitt 24 interpretiert wird, und sendet die Vorschubgesamthöhe D0 und die Gewindesteigung Pt als Vorschubachsenbefehl CF an den Vorschubachsensteuerabschnitt 22. Auf diese Weise beinhaltet der Vorschubachsenbefehl CF keinen Positionsbefehl und/oder Beschleunigungs-/Entschleunigungsbefehl, der die Vorschubachse 14 veranlasst, eine Vorschubbewegung bis zur Zielgewindetiefe durchzuführen.
Der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 enthält einen Vorschubbewegungssteuerabschnitt 54, der so konfiguriert ist, dass er die Vorschubbewegung der Vorschubachse 14 auf Basis der Drehposition FBS der Spindelachse 12, die vom Dreherkennungsabschnitt 20 erkannt wird, der Gewindesteigung Pt und der Vorschubposition FBF (d. h. ein Feedbackwert) der Vorschubachse 14, die vom Vorschuberkennungsabschnitt 52 erkannt wird, steuert; und einen Abschnitt 56 zum Erkennen einer Vorschubresthöhe, der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubresthöhe Dr der Vorschubachse 14 während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von der aktuellen Position zur Zielgewindetiefe arbeitet, auf Basis der Vorschubgesamthöhe D0 und der Vorschubposition FBF erkennt. Der Vorschuberkennungsabschnitt 52 kann die Vorschubposition FBF von der Ausgabe einer Positionserkennungseinheit (nicht gezeigt) wie z. B. eines Codierers oder dergleichen erhalten, um die Betriebsposition der Antriebseinheit der Vorschubachse 14 zu erkennen.
Der Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe des Spindelachsensteuerabschnitts 18 erkennt die Drehresthöhe Sr der Spindelachse 12 von der aktuellen Position während eines Zeitraums sequentiell, in dem die Spindelachse 12 veranlasst wird, eine Schneidbewegung von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe durchzuführen, und gibt die Drehresthöhe Sr an den numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird. Der Abschnitt 56 zum Erkennen einer Vorschubresthöhe des Vorschubachsensteuerabschnitts 22 erkennt die Vorschubresthöhe Dr der Vorschubachse 14 von der aktuellen Position während eines Zeitraums sequentiell, in dem die Vorschubachse 14 veranlasst wird, eine Vorschubbewegung von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe durchzuführen, und gibt die Vorschubresthöhe Dr an den numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird. Des Weiteren gibt der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 eine Ausgangsposition Di' (Vorschubposition FBF) der Vorschubachse 14 zum Beginn einer Verarbeitung dem numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt.
Der numerische Steuerabschnitt 16 beinhaltet einen Positionserfassungsabschnitt 58, der so konfiguriert ist, dass er die aktuelle Position der Spindelachse 12 auf Basis der Drehresthöhe Sr erfasst und auch die aktuelle Position der Vorschubachse 14 auf Basis der Drehresthöhe Dr erfasst. Der Positionserfassungsabschnitt 58 erfasst die aktuelle Position der Spindelachse 12 als (S0 – Sr) unter Verwendung der Drehgesamthöhe S0 der Spindelachse 12, die vom Gewindebohrprogramm 12 erhalten wird, und der Drehresthöhe Sr der Spindelachse, die vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 bekanntgegeben wird. Der Positionserfassungsabschnitt 58 erfasst außerdem die aktuelle Position der Vorschubachse 14 als (D0 – Dr + Di) unter Verwendung der Vorschubgesamthöhe D0 der Vorschubachse 14, die vom Gewindebohrprogramm P erhalten wird, und der Drehresthöhe Dr und der Ausgangsposition Di der Vorschubachse 14, die vom Vorschubachsensteuerabschnitt 22 bekanntgegeben werden.
Bei der Steuereinheit 50 mit der obigen Konfiguration ist der Positionserfassungsabschnitt 58 des numerischen Steuerabschnitts 16 in der Lage, die aktuellen Positionen der Spindelachse 14 und der Vorschubachse 14 zu erfassen, selbst in der Konfiguration, wobei der vom numerischen Steuerabschnitt 16 erzeugte Spindelachsenbefehl CS weder einen Positionsbefehl noch einen Beschleunigungs-/Entschleunigungsbefehl für die Spindelachse 12 beinhaltet, und der vom numerischen Steuerabschnitt 16 erzeugte Vorschubachsenbefehl CF weder einen Positionsbefehl noch einen Beschleunigungs-/Entschleunigungsbefehl der Vorschubachse 14 beinhaltet. Aus diesem Grund ist der numerische Steuerabschnitt 16 als übergeordnete Steuereinheit des Spindelachsensteuerabschnitts 18 und des Vorschubachsensteuerabschnitts 22, die beide eine Feedbacksteuerung durchführen, gemäß der Steuereinheit 50 in der Lage, die betriebenen Zustände der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 konstant zu erfassen oder zu verwalten, während der Gewindebohrprozess ausgeführt wird, und somit ist es möglich, die Zuverlässigkeit einer Gewindebohrprozesssteuerung verbessern.
Bei der Steuereinheit 50 ist während eines Zeitraums, wenn eine Rückbewegung des Gewindebohrprozesses gesteuert wird, der Positionserfassungsabschnitt 58 des numerischen Steuerabschnitts 16 außerdem in der Lage, die aktuellen Positionen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 analog zu erfassen. Bei dieser Konfiguration erhält der Vorschubachsenbefehlsausgabeabschnitt 28 in dem Augenblick, wenn der numerischen Steuerabschnitt 16 beurteilt, dass der Gewindebohrprozess die Zielgewindetiefe erreicht hat, eine Rückschubgesamthöhe D0' (mm) und eine Gewindesteigung Pt (mm/U) der Vorschubachse 14 während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von der Zielgewindetiefe zu einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, von einem Befehlswert, der im Gewindebohrprogramm P bereitgestellt wird, der vom Programminterpretationsabschnitt 24 interpretiert wird, und sendet die Rückschubgesamthöhe D0' und die Gewindesteigung Pt als Vorschubachsenbefehl CF an den Vorschubachsensteuerabschnitt 22. Für gewöhnlich ist die Rückschubgesamthöhe D0' mit der Vorschubgesamthöhe D0 identisch.
Der Vorschubbewegungssteuerabschnitt 54 des Vorschubachsensteuerabschnitts 22 steuert eine Rückschubbewegung der Vorschubachse 14 auf Basis der Drehposition FBS einer Rückbewegung der Spindelachse 12, der Gewindesteigung Pt und der Vorschubposition FBF einer Rückbewegung der Vorschubachse 14. Der Abschnitt 56 zum Erkennen einer Vorschubresthöhe des Vorschubachsensteuerabschnitts 22 erkennt eine Rückschubresthöhe Dr' der Vorschubachse 14 während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von der aktuellen Position zur Fertigstellungsrückposition arbeitet auf Basis der Rückschubgesamthöhe D0' und der Vorschubposition FBF. Der Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe des Spindelachsensteuerabschnitts 18 erkennt die Rückdrehresthöhe Sr' der Spindelachse 12 von der aktuellen Position während eines Zeitraums sequentiell, in dem die Spindelachse 12 veranlasst wird, eine Rückbewegung von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition durchzuführen, und gibt die Rückdrehresthöhe Sr an den numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird. Der Abschnitt 56 zum Erkennen einer Vorschubresthöhe des Vorschubachsensteuerabschnitts 22 erkennt die Rückschubresthöhe Dr' der Vorschubachse 14 von der aktuellen Position während eines Zeitraums sequentiell, in dem die Vorschubachse 14 veranlasst wird, eine Rückschubbewegung von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition durchzuführen, und gibt die Rückschubresthöhe Dr' an den numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird. Des Weiteren gibt der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 eine Ausgangsposition Di' (Vorschubposition FBF) der Vorschubachse 14 zum Beginn der Rückbewegung dem numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt. Der Positionserfassungsabschnitt 58 des numerischen Steuerabschnitts 16 erfasst die aktuelle Position (S0' – Sr') der Spindelachse 12 unter Verwendung der Rückdrehgesamthöhe S0' und der Rückdrehresthöhe Sr' der Spindelachse 12 und erfasst außerdem die aktuelle Position (D0' – Dr' + Di') der Vorschubachse 14 unter Verwendung der Rückschubgesamthöhe D0', der Rückschubdrehhöhe Dr' und der Ausgangsposition Di' der Vorschubachse 14.
Bei einem Gewindebohrprozess unter Verwendung einer Werkzeugmaschine wird bevorzugt, dass eine Steuereinheit einen Synchronisationsfehler zwischen einer Spindelachse und einer Vorschubposition während des Gewindebohrprozesses kontinuierlich erfasst. 10 zeigt ein Funktionsschaubild einer Konfiguration einer Steuereinheit 60 gemäß einem modifizierten Beispiel, wobei eine Funktion des Erfassens des Synchronisationsfehlers zwischen der Spindelachse und der Vorschubachse hinzugefügt ist. Die Konfiguration der Steuereinheit 60 ist mit der Konfiguration der Steuereinheit 10 in 1 im Wesentlichen identisch, mit der Ausnahme, dass die Synchronisationsfehlererfassungsfunktion hinzugefügt ist, und somit werden einander entsprechende Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen ausgewiesen und werden ihre ausführlichen Beschreibungen nicht wiederholt.
Die Steuereinheit 60 beinhaltet einen numerischen Steuerabschnitt 16, der so konfiguriert ist, dass er einen Spindelachsenbefehl CS und einen Vorschubachsenbefehl CF auf Basis eines Gewindebohrprogramms P erzeugt; einen Spindelachsensteuerabschnitt 18, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehbewegung der Spindelachse 12 gemäß dem Spindelachsenbefehl CS steuert; einen Dreherkennungsabschnitt 20, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehposition der Spindelachse 12 erkennt; einen Vorschubachsensteuerabschnitt 22, der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubbewegung der Vorschubachse 14 gemäß dem Vorschubachsenbefehl CF auf Basis der vom Dreherkennungsabschnitt 20 erkannten Drehbewegung steuert; und einen Vorschuberkennungsabschnitt 52, der so konfiguriert ist, dass er die Vorschubposition der Vorschubachse 14 erkennt. Ein Vorschubachsenbefehlsausgabeabschnitt 28 des numerischen Steuerabschnitts 16 erhält vor Beginn eines Gewindebohrprozesses eine Vorschubgesamthöhe D0 (mm) und eine Gewindesteigung Pt (mm/U) der Vorschubachse 14 während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von einer Prozessausgangsposition zu einer Zielgewindetiefe arbeitet, von einem Befehlswert, der im Gewindebohrprogramm P bereitgestellt wird, der von einem Programminterpretationsabschnitt 24 interpretiert wird, und sendet die Vorschubgesamthöhe D0 und die Gewindesteigung Pt als Vorschubachsenbefehl CF an den Vorschubachsensteuerabschnitt 22. Auf diese Weise beinhaltet der Vorschubachsenbefehl CF keinen Positionsbefehl und/oder Beschleunigungs-/Entschleunigungsbefehl, der die Vorschubachse 14 veranlasst, eine Vorschubbewegung bis zur Zielgewindetiefe durchzuführen.
Der Vorschubachsensteuerabschnitt 22 enthält einen Vorschubbewegungssteuerabschnitt 54, der so konfiguriert ist, dass er die Vorschubbewegung der Vorschubachse 14 auf Basis der Drehposition FBS der Spindelachse 12, die vom Dreherkennungsabschnitt 20 erkannt wird, der Gewindesteigung Pt und der Vorschubposition FBF (d. h. ein Feedbackwert) der Vorschubachse 14, die vom Vorschuberkennungsabschnitt 52 erkannt wird, steuert; und einen Abschnitt 56 zum Erkennen einer Vorschubresthöhe, der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubresthöhe Dr der Vorschubachse 14 während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von der aktuellen Position zur Zielgewindetiefe arbeitet, auf Basis der Vorschubgesamthöhe D0 und der Vorschubposition FBF erkennt. Der Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe des Spindelachsensteuerabschnitts 18 erkennt die Drehresthöhe Sr der Spindelachse 12 von der aktuellen Position während eines Zeitraums sequentiell, in dem die Spindelachse 12 veranlasst wird, eine Schneidbewegung von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe durchzuführen, und gibt die Drehresthöhe Sr an den numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird. Der Abschnitt 56 zum Erkennen einer Vorschubresthöhe des Vorschubachsensteuerabschnitts 22 erkennt die Vorschubresthöhe Dr der Vorschubachse 14 von der aktuellen Position während eines Zeitraums sequentiell, in dem die Vorschubachse 14 veranlasst wird, eine Vorschubbewegung von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe durchzuführen, und gibt die Vorschubresthöhe Dr an den numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird.
Der numerische Steuerabschnitt 16 beinhaltet einen Synchronisationsfehlerberechnungsabschnitt 62, der so konfiguriert ist, dass er einen Synchronisationsfehler im synchronisierten Betrieb der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 auf Basis der Drehresthöhe Sr, der Vorschubrestmhöhe Dr und der Gewindesteigung Pt berechnet. Der Synchronisationsfehlerberechnungsabschnitt 62 berechnet den Synchronisationsfehler E zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 durch die folgende Gleichung unter Verwendung der Drehresthöhe Sr (U) der Spindelachse 12, die vom Spindelachsensteuerabschnitt 18 bekanntgegeben wird, der Vorschubresthöhe Dr (mm) der Vorschubachse 14, die vom Vorschubachsensteuerabschnitt 22 bekanntgegeben wird, und der Gewindesteigung (mm/U).
Wenn der Synchronisationsfehler E in Bezug auf die Drehhöhe der Spindelachse 12 berechnet wird: E(rev) = Sr – Dr/Pt
Wenn der Synchronisationsfehler E in Bezug auf die Vorschubhöhe der Vorschubachse 14 berechnet wird: E(mm) = Sr × Pt – Dr
Bei der Steuereinheit 60 mit der obigen Konfiguration ist der Synchronisationsfehlerberechnungsabschnitt 62 des numerischen Steuerabschnitt 16 in der Lage, den Synchronisationsfehler E zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 zu ermitteln, sogar in der Konfiguration, wobei der numerische Steuerabschnitt 16 keine Feedbacksteuerung für die Spindelachse 12 und die Vorschubachse 14 durchführt. Aus diesem Grund ist der numerische Steuerabschnitt 16 als übergeordnete Steuereinheit des Spindelachsensteuerabschnitts 18 und des Vorschubachsensteuerabschnitts 22, die beide eine Feedbacksteuerung durchführen, gemäß der Steuereinheit 60 in der Lage, die Synchronisationsfehler E zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 konstant zu erfassen oder zu verwalten, während der Gewindebohrprozess ausgeführt wird, und somit ist es möglich, die Zuverlässigkeit einer Gewindebohrprozesssteuerung verbessern.
Der numerische Steuerabschnitt 16 der Steuereinheit 60 kann einen Anzeigesteuerabschnitt 66 beinhalten, der so konfiguriert ist, dass er eine Anzeigeeinheit 64 veranlasst, den Synchronisationsfehler E anzuzeigen, der vom Synchronisationsfehlerberechnungsabschnitt 62 ermittelt wurde. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, dass ein Benutzer den Synchronisationsfehler E sequentiell prüft und somit unter Berücksichtigung des Sychronisationsfehlers E schnell Maßnahmen ergreift.
Bei der Steuereinheit 60 ist während eines Zeitraums, wenn eine Rückbewegung des Gewindebohrprozesses gesteuert wird, der Synchronisationsfehlerberechnungsabschnitt 62 des numerischen Steuerabschnitts 16 außerdem in der Lage, den Synchronisationsfehler E zwiscxhen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 analog zu berechnen. Bei dieser Konfiguration erhält der Vorschubachsenbefehlsausgabeabschnitt 28 in dem Augenblick, wenn der numerischen Steuerabschnitt 16 beurteilt, dass der Gewindebohrprozess die Zielgewindetiefe erreicht hat, eine Rückschubgesamthöhe D0' (mm) und eine Gewindesteigung Pt (mm/U) der Vorschubachse 14 während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von der Zielgewindetiefe zu einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, von einem Befehlswert, der im Gewindebohrprogramm P bereitgestellt wird, der vom Programminterpretationsabschnitt 24 interpretiert wird, und sendet die Rückschubgesamthöhe D0' und die Gewindesteigung Pt als Vorschubachsenbefehl CF an den Vorschubachsensteuerabschnitt 22. Für gewöhnlich ist die Rückschubgesamthöhe D0' mit der Vorschubgesamthöhe D0 identisch.
Der Vorschubbewegungssteuerabschnitt 54 des Vorschubachsensteuerabschnitts 22 steuert eine Rückschubbewegung der Vorschubachse 14 auf Basis der Drehposition FBS einer Rückbewegung der Spindelachse 12, der Gewindesteigung Pt und der Vorschubposition FBF einer Rückbewegung der Vorschubachse 14. Der Abschnitt 56 zum Erkennen einer Vorschubresthöhe des Vorschubachsensteuerabschnitts 22 erkennt eine Rückschubresthöhe Dr' der Vorschubachse 14 während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von der aktuellen Position zur Fertigstellungsrückposition arbeitet auf Basis der Rückschubgesamthöhe D0' und der Vorschubposition FBF. Der Abschnitt 34 zum Erkennen einer Drehresthöhe des Spindelachsensteuerabschnitts 18 erkennt die Rückdrehresthöhe Sr' der Spindelachse 12 von der aktuellen Position während eines Zeitraums sequentiell, in dem die Spindelachse 12 veranlasst wird, eine Rückbewegung von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition durchzuführen, und gibt die Rückdrehresthöhe Sr an den numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird. Der Abschnitt 56 zum Erkennen einer Vorschubresthöhe des Vorschubachsensteuerabschnitts 22 erkennt die Rückschubresthöhe Dr' der Vorschubachse 14 von der aktuellen Position während eines Zeitraums sequentiell, in dem die Vorschubachse 14 veranlasst wird, eine Rückschubbewegung von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition durchzuführen, und gibt die Rückschubresthöhe Dr' an den numerischen Steuerabschnitt 16 bekannt, und zwar jedes Mal, wenn diese erkannt wird. Der Synchronisationsfehlerberechnungsabschnitt 62 des numerischen Steuerabschnitts 16 berechnet den Synchronisationsfehler E zwischen der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 unter Verwendung der Rückdrehresthöhe Sr' der Spindelachse 12, der Rückschubresthöhe Dr' der Vorschubachse 14 und der Gewindesteigung Pt (E = Sr' – Dr'/Pt oder E = Sr' × Pt – Dr').
Die Konfiguration der Steuereinheit 10, 50, 60 kann als Werkzeugmaschinensteuerverfahren zum Steuern eines synchronisierten Betriebs der Spindelachse 12 und der Vorschubachse 14 beschrieben werden. Dieses Steuerverfahren beinhaltet die von der Steuereinheit 10, 50, 60 durchgeführten Schritte:
Erhalten einer Drehgesamthöhe S0 und einer maximalen Drehgeschwindigkeit V0 der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer Prozessausgangsposition in eine Zielgewindetiefe arbeitet, von einem Gewindebohrprogramm P;
Veranlassen der Spindelachse 12, eine beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität von der Prozessausgangsposition durchzuführen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, wobei die maximale Drehgeschwindigkeit V0 als Zielwert festgelegt ist;
Erkennen einer maximalen Beschleunigung A0 der Spindelachse 12 während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität auf Basis eines Drehpositionsfeedbacks FBS der Spindelachse 12;
Erkennen einer Drehresthöhe Sr der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position in die Zielgewindetiefe arbeitet, auf Basis der Drehgesamthöhe S0 und des Drehpositionsfeedbacks FBS; Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit Vc der Spindelachse 12 auf Basis des Drehpositionsfeedbacks FBS;
Veranlassen der Spindelachse 12, eine entschleunigte Drehung durchzuführen, um eine vorab festgelegte Zwischendrehgeschwindigkeit Vi zu erreichen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach beschleunigter Drehung bei maximaler Kapazität; und
Veranlassen der Spindelachse 12, eine entschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität durchzuführen, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse 12 die Zwischendrehgeschwindigkeit Vi erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung A0, der Drehresthöhe Sr und der aktuellen Geschwindigkeit Vc;
wobei der Schritt des Veranlassens der Spindelachse 12, die Zwischendrehgeschwindigkeit Vi zu erreichen, den Schritt des sukzessiven Aktualisierens eines Geschwindigkeitsbefehls Cv für die entschleunigte Drehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Drehresthöhe Sr und der aktuellen Geschwindigkeit Vc und des Veranlassens der Spindelachse 12, die entschleunigte Drehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv durchzuführen, so dass die Drehresthöhe Sr in dem Augenblick, wenn die Spindelachse 12 die Zwischendrehgeschwindigkeit Vi erreicht, gleich einer Positionierungsdrehhöhe Spos der Spindelachse 12 wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht, unter der Positionssteuerung beinhaltet.
Das obige Steuerverfahren beinhaltet außerdem die von der Steuereinheit 10, 50, 60 durchgeführten Schritte:
Erhalten einer Rückdrehgesamthöhe S0' und einer maximalen Rückdrehgeschwindigkeit V0' der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer Zielgewindetiefe zu einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, von einem Gewindebohrprogramm P;
Veranlassen der Spindelachse 12, eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der Zielgewindetiefe oder einer Ausgangsrückposition, in der die Spindelachse um eine vorab festgelegte Anzahl von Zielgewindetiefe zurückgekehrt ist, durchzuführen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, wobei die maximale Rückdrehgeschwindigkeit V0' als Zielwert festgelegt ist;
Erkennen oder Erhalten einer maximalen Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse 12 die beschleunigte Umkehrdrehung von der Zielgewindetiefe durchführt;
Erkennen einer Rückdrehresthöhe Sr' der Spindelachse 12 während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, auf Basis der Rückdrehgesamthöhe S0' und eines Drehpositionsfeedbacks FBS der Spindelachse 12;
Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung der Spindelachse 12 auf Basis des Drehpositionsfeedbacks FBS;
Veranlassen der Spindelachse 12, eine entschleunigte Umkehrdrehung durchzuführen, um eine vorab festgelegte Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' zu erreichen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach beschleunigter Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität; und
Veranlassen der Spindelachse 12, eine entschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität durchzuführen und in der Fertigstellungsrückposition zu stoppen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse 12 die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung A0' einer Umkehrdrehung, der Rückdrehresthöhe Sr' und der aktuellen Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung;
wobei der Schritt des Veranlassens der Spindelachse 12, die Zwischendrehgeschwindigkeit Vi' zu erreichen, den Schritt des sukzessiven Aktualisierens eines Geschwindigkeitsbefehls Cv' für die entschleunigte Umkehrdrehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Rückdrehresthöhe Sr' und der aktuellen Geschwindigkeit Vc' einer Umkehrdrehung und des Veranlassens der Spindelachse 12, die entschleunigte Umkehrdrehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl Cv' durchzuführen, so dass die Rückdrehresthöhe Sr' in dem Augenblick, wenn die Spindelachse 12 die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit Vi' erreicht, gleich einer Positionierungsrückdrehhöhe Spos' der Spindelachse 12 wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse in der Fertigstellungsrückposition stoppt, unter der Positionssteuerung beinhaltet.
Gemäß den obigen Steuerverfahren können Wirkungen erhalten werden, die jenen entsprechen, die mit der oben beschriebenen Steuereinheit 10, 50, 60 erzielt werden.
Auch wenn die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass diverse Änderungen oder Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne sich vom Umfang der folgenden Ansprüche zu entfernen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2629729 [0002]
JP 2629729 B [0002]
JP 3553741 [0002]
JP 3553741 B1 [0002]

Claims

Steuereinheit für eine Werkzeugmaschine, die so konfiguriert ist, dass sie einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse (12) und einer Vorschubachse (14) steuert, wobei die Steuereinheit umfasst: einen numerischen Steuerabschnitt (16), der so konfiguriert ist, dass er einen Spindelachsenbefehl (CS) und einen Vorschubachsenbefehl (CF) auf Basis eines Gewindebohrprogramms (P) generiert; einen Spindelachsensteuerabschnitt (18), der so konfiguriert ist, dass er eine Drehbewegung der Spindelachse (12) gemäß dem Spindelachsenbefehl (CS) steuert; einen Dreherkennungsabschnitt (20), der so konfiguriert ist, dass er eine Drehposition (FBS) der Spindelachse (12) erkennt; und einen Vorschubachsensteuerabschnitt (22), der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubbewegung der Vorschubachse (14) gemäß dem Vorschubachsenbefehl (CF) auf Basis der Drehposition (FBS) steuert; wobei der numerische Steuerabschnitt (16) umfasst: einen Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt (26), der so konfiguriert ist, dass er vom Gewindebohrprogramm (P) eine Drehgesamthöhe (S0) und eine maximale Drehgeschwindigkeit (V0) der Spindelachse (12) während eines Zeitraums erhält, wenn die Spindelachse von einer Prozessausgangsposition in eine Zielgewindetiefe arbeitet, und dass er die Drehgesamthöhe (S0) und die maximale Drehgeschwindigkeit (V0) als Spindelachsenbefehl (CS) an den Spindelachsensteuerabschnitt (18) sendet; wobei der Spindelachsensteuerabschnitt (18) umfasst: einen Anfangsbewegungssteuerabschnitt (30), der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, eine beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität von der Prozessausgangsposition durchzuführen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, wobei die maximale Drehgeschwindigkeit (V0) als Zielwert festgelegt ist; einen Abschnitt (32) zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung, der so konfiguriert ist, dass er eine maximale Beschleunigung (A0) der Spindelachse (12) während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität auf Basis der Drehposition (FBS) erkennt; einen Drehresthöhenerkennungsabschnitt (34), der so konfiguriert ist, dass er eine Drehresthöhe (Sr) der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position in die Zielgewindetiefe arbeitet, auf Basis der Drehgesamthöhe (S0) und der Drehposition (FBS) erkennt; einen Abschnitt (36) zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit, der so konfiguriert ist, dass er eine aktuelle Geschwindigkeit (Vc) der Spindelachse (12) auf Basis der Drehposition (FBS) erkennt; einen Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt (38), der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, eine entschleunigte Drehung durchzuführen, um eine vorab festgelegte Zwischendrehgeschwindigkeit (Vi) zu erreichen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach beschleunigter Drehung bei maximaler Kapazität; und einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt (40), der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, eine entschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität durchzuführen, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehgeschwindigkeit (Vi) erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung (A0), der Drehresthöhe (Sr) und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc); wobei der Beschleunigungsbewegungssteuerungsabschnitt (38) so konfiguriert ist, dass er einen Geschwindigkeitsbefehl (Cv) für die entschleunigte Drehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Drehresthöhe (Sr) und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc) sukzessive aktualisiert und die Spindelachse (12) veranlasst, die entschleunigte Drehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl (Cv) durchzuführen, so dass die Drehresthöhe (Sr) in einem Augenblick, wenn die Spindelachse (12) die Zwischendrehgeschwindigkeit (Vi) erreicht, gleich einer Positionierungsdrehhöhe (Spos) der Spindelachse (12) wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht, unter der Positionssteuerung.
Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei der Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt (26) so konfiguriert ist, dass er vom Gewindebohrprogramm (P) eine Rückdrehgesamthöhe (S0') und eine maximale Rückdrehgeschwindigkeit (V0') der Spindelachse (12) während eines Zeitraums erhält, wenn die Spindelachse von der Zielgewindetiefe zu einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, und dass er die Rückdrehgesamthöhe (S0') und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit (V0') als Spindelachsenbefehl (CS) an den Spindelachsensteuerabschnitt (18) sendet; wobei der Ausgangsbewegungssteuerabschnitt (30) so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der Zielgewindetiefe oder einer Ausgangsrückposition, in der die Spindelachse um eine vorab festgelegte Anzahl von Zielgewindetiefe zurückgekehrt ist, durchzuführen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, wobei die maximale Rückdrehgeschwindigkeit (V0') als Zielwert festgelegt ist; wobei der Abschnitt (32) zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung so konfiguriert ist, dass er eine maximale Beschleunigung (A0') einer Umkehrdrehung der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse (12) die beschleunigte Umkehrdrehung von der Zielgewindetiefe durchführt, erkennt oder erhält; wobei der Drehresthöhenerkennungsabschnitt (34) so konfiguriert ist, dass er eine Rückdrehresthöhe (Sr') der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, auf Basis der Rückdrehgesamthöhe (S0') und der Drehposition (FBS) erkennt; wobei der Abschnitt (36) zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit so konfiguriert ist, dass er eine aktuelle Geschwindigkeit (Vc') einer Umkehrdrehung der Spindelachse (12) auf Basis der Drehposition (FBS) erkennt; wobei der Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt (38) so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, eine entschleunigte Umkehrdrehung durchzuführen, um eine vorab festgelegte Zwischenrückdrehgeschwindigkeit (Vi) zu erreichen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach beschleunigter Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität; wobei der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt (40) so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, eine entschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität durchzuführen und in der Fertigstellungsrückposition zu stoppen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit (Vi') erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung (A0') einer Umkehrdrehung, der Rückdrehresthöhe (Sr') und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc') einer Umkehrdrehung; und wobei der Beschleunigungsbewegungssteuerungsabschnitt (38) so konfiguriert ist, dass er einen Geschwindigkeitsbefehl (Cv') für die entschleunigte Umkehrdrehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Rückdrehresthöhe (Sr') und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc') einer Umkehrdrehung sukzessive aktualisiert und die Spindelachse (12) veranlasst, die entschleunigte Rückdrehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl (Cv') durchzuführen, so dass die Rückdrehresthöhe (Sr') in dem Augenblick, in dem die Spindelachse (12) die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit (Vi') erreicht, gleich einer Positionierungsrückdrehhöhe (Spos') der Spindelachse (12) wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse an der Fertigstellungsrückposition stoppt, unter der Positionssteuerung.
Steuereinheit nach Anspruch 2, wobei der Positionsbewegungssteuerabschnitt (40) so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, in der Zielgewindetiefe zu stoppen; wobei der Ausgangsbewegungssteuerabschnitt (30) so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, die beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der Zielgewindetiefe durchzuführen; und wobei der Abschnitt (32) zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung so konfiguriert ist, dass er die maximale Beschleunigung (A0') einer Umkehrdrehung während der beschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität auf Basis der Drehposition (FBS) erkennt.
Steuereinheit nach Anspruch 2, wobei der Positionierungsbewegungssteuerabschnitt (40) so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) nicht veranlasst, in der Zielgewindetiefe zu stoppen, sondern die Spindelachse (12) veranlasst, eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Beschleunigung (A0') einer Umkehrdrehung, die mit einer maximalen Entschleunigung (A0) während der entschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität identisch ist, zur Ausgangsrückposition durchzuführen, durch die Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse (12) die Zielgewindetiefe erreicht hat; wobei der Ausgangsbewegungssteuerabschnitt (30) so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, die beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der Ausgangsrückposition durchzuführen; und wobei der Abschnitt (32) zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung so konfiguriert ist, dass er die maximale Entschleunigung (A0) als maximale Beschleunigung (A0') einer Umkehrdrehung erhält.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der numerische Steuerabschnitt (16) so konfiguriert ist, dass er die Drehresthöhe (Sr) überwacht und beurteilt, dass ein Gewindebohrprozess die Zielgewindetiefe erreicht, wenn die Drehresthöhe (Sr) einen ersten vorab festgelegten Wert erreicht oder diesen unterschreitet.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der numerische Steuerabschnitt (16) so konfiguriert ist, dass er die Rückdrehresthöhe (Sr') überwacht und beurteilt, dass eine Rückbewegung abgeschlossen ist, wenn die Rückdrehresthöhe (Sr') einen zweiten vorab festgelegten Wert erreicht oder diesen unterschreitet.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die des Weiteren einen Vorschuberkennungsabschnitt (52) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubposition (FBF) der Vorschubachse (14) erkennt; wobei der numerischen Steuerabschnitt (16) umfasst: einen Vorschubachsenbefehlsausgabeabschnitt (28), der so konfiguriert ist, dass er vom Gewindebohrprogramm (P) eine Vorschubgesamthöhe (D0) und eine Gewindesteigung (Pt) der Vorschubachse (14) während eines Zeitraums erhält, wenn die Vorschubachse von der Prozessausgangsposition in die Zielgewindetiefe arbeitet, und dass er die Vorschubgesamthöhe (D0) und die Gewindesteigung (Pt) als Vorschubachsenbefehl (CF) an den Vorschubachsensteuerabschnitt (22) sendet; und wobei der Vorschubachsensteuerabschnitt (22) umfasst: einen Vorschubbewegungssteuerabschnitt (54), der so konfiguriert ist, dass er die Vorschubbewegung der Vorschubachse (14) auf Basis der Gewindesteigung (Pt) und der Drehposition (FBS) steuert; und einen Vorschubresthöhenerkennungsabschnitt (56), der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubresthöhe (Dr) der Vorschubachse (14) während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von einer aktuellen Position in die Zielgewindetiefe arbeitet, auf Basis der Vorschubgesamthöhe (D0) und der Vorschubposition (FBF) erkennt.
Steuereinheit nach Anspruch 7, wobei der numerische Steuerabschnitt (16) einen Positionserfassungsabschnitt (58) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er die aktuelle Position der Spindelachse (12) auf Basis der Drehresthöhe (Sr) erfasst, und auch so, dass er die aktuelle Position der Vorschubachse (14) auf Basis der Vorschubresthöhe (Dr) erfasst.
Steuereinheit nach Anspruch 7 oder 8, wobei der numerische Steuerabschnitt (16) einen Synchronisationsfehlerberechnungsabschnitt (62) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er einen Synchronisationsfehler im synchronisierten Betrieb auf Basis der Drehresthöhe (Sr), der Vorschubresthöhe (Dr) und der Gewindesteigung (Pt) berechnet.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 6, die des Weiteren einen Vorschuberkennungsabschnitt (52) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubposition (FBF) der Vorschubachse (14) erkennt; wobei der numerischen Steuerabschnitt (16) umfasst: einen Vorschubachsenbefehlsausgabeabschnitt (28), der so konfiguriert ist, dass er vom Gewindebohrprogramm (P) eine Rückschubgesamthöhe (D0') und eine Gewindesteigung (Pt) der Vorschubachse (14) während eines Zeitraums erhält, wenn die Vorschubachse von der Zielgewindetiefe zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, und dass er die Rückschubgesamthöhe (D0') und die Gewindesteigung (Pt) als Vorschubachsenbefehl (CS) an den Vorschubachsensteuerabschnitt (22) sendet, wenn der numerische Steuerabschnitt beurteilt, dass der Gewindebohrprozess die Zielgewindetiefe erreicht hat; und wobei der Vorschubachsensteuerabschnitt (22) umfasst: einen Vorschubbewegungssteuerabschnitt (54), der so konfiguriert ist, dass er eine Rückschubbewegung der Vorschubachse (14) auf Basis der Gewindesteigung (Pt) und der Drehposition (FBS) steuert; und einen Vorschubresthöhenerkennungsabschnitt (56), der so konfiguriert ist, dass er eine Rückschubresthöhe (Dr') der Vorschubachse (14) während eines Zeitraums, wenn die Vorschubachse von einer aktuellen Position zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, auf Basis der Rückschubgesamthöhe (D0') und der Vorschubposition (FBF) erkennt.
Steuereinheit nach Anspruch 10, wobei der numerische Steuerabschnitt (16) einen Positionserfassungsabschnitt (58) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er die aktuelle Position der Spindelachse (12) auf Basis der Rückdrehresthöhe (Sr') erfasst, und auch so, dass er die aktuelle Position der Vorschubachse (14) auf Basis der Rückschubresthöhe (Dr') erfasst.
Steuereinheit nach Anspruch 10 oder 11, wobei der numerische Steuerabschnitt (16) einen Synchronisationsfehlerberechnungsabschnitt (62) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er einen Synchronisationsfehler im synchronisierten Betrieb auf Basis der Rückdrehresthöhe (Sr'), der Rückschubresthöhe (Dr') und der Gewindesteigung (Pt) berechnet.
Steuereinheit für eine Werkzeugmaschine, die so konfiguriert ist, dass sie einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse (12) und einer Vorschubachse (14) steuert, wobei die Steuereinheit umfasst: einen numerischen Steuerabschnitt (16), der so konfiguriert ist, dass er einen Spindelachsenbefehl (CS) und einen Vorschubachsenbefehl (CF) auf Basis eines Gewindebohrprogramms (P) generiert; einen Spindelachsensteuerabschnitt (18), der so konfiguriert ist, dass er eine Drehbewegung der Spindelachse (12) gemäß dem Spindelachsenbefehl (CS) steuert; einen Dreherkennungsabschnitt (20), der so konfiguriert ist, dass er eine Drehposition (FBS) der Spindelachse (12) erkennt; und einen Vorschubachsensteuerabschnitt (22), der so konfiguriert ist, dass er eine Vorschubbewegung der Vorschubachse (14) gemäß dem Vorschubachsenbefehl (CF) auf Basis der Drehposition (FBS) steuert; wobei der numerischen Steuerabschnitt (16) umfasst: einen Spindelachsenbefehlsausgabeabschnitt (26), der konfiguriert ist, dass er vom Gewindebohrprogramm (P) eine Rückdrehgesamthöhe (S0') und eine maximale Rückdrehgeschwindigkeit (V0') der Spindelachse (12) während eines Zeitraums erhält, wenn die Spindelachse von einer Zielgewindetiefe zu einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, und dass er die Rückdrehgesamthöhe (S0') und die maximale Rückdrehgeschwindigkeit (V0') als Spindelachsenbefehl (CS) an den Spindelachsensteuerabschnitt (18) sendet; wobei der Spindelachsensteuerabschnitt (18) umfasst: einen Ausgangsbewegungssteuerabschnitt (30), der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der Zielgewindetiefe oder einer Ausgangsrückposition, in der die Spindelachse um eine vorab festgelegte Anzahl von Zielgewindetiefe zurückgekehrt ist, durchzuführen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, wobei die maximale Rückdrehgeschwindigkeit (V0') als Zielwert festgelegt ist; einen Abschnitt (32) zum Erkennen einer maximalen Beschleunigung, der so konfiguriert ist, dass er eine maximale Beschleunigung (A0') einer Umkehrdrehung der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse (12) die beschleunigte Umkehrdrehung von der Zielgewindetiefe durchführt, erkennt oder erhält; einen Drehresthöhenerkennungsabschnitt (34), der so konfiguriert ist, dass er eine Rückdrehresthöhe (Sr') der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, auf Basis der Rückdrehgesamthöhe (S0') und der Drehposition (FBS) erkennt; einen Abschnitt (36) zum Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit, der so konfiguriert ist, dass er eine aktuelle Geschwindigkeit (Vc') einer Umkehrdrehung der Spindelachse (12) auf Basis der Drehposition (FBS) erkennt; einen Entschleunigungsbewegungssteuerabschnitt (38), der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, eine entschleunigte Umkehrdrehung durchzuführen, um eine vorab festgelegte Zwischenrückdrehgeschwindigkeit (Vi') zu erreichen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach der beschleunigten Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität; und einen Positionierungsbewegungssteuerabschnitt (40), der so konfiguriert ist, dass er die Spindelachse (12) veranlasst, eine entschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität durchzuführen und in der Fertigstellungsrückposition zu stoppen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit (Vi') erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung (A0') einer Umkehrdrehung, der Rückdrehresthöhe (Sr') und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc') einer Umkehrdrehung; wobei der Beschleunigungsbewegungssteuerungsabschnitt (38) so konfiguriert ist, dass er einen Geschwindigkeitsbefehl (Cv') für die entschleunigte Umkehrdrehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Rückdrehresthöhe (Sr') und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc') einer Umkehrdrehung sukzessive aktualisiert und die Spindelachse (12) veranlasst, die entschleunigte Rückdrehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl (Cv') durchzuführen, so dass die Rückdrehresthöhe (Sr') in dem Augenblick, in dem die Spindelachse (12) die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit (Vi') erreicht, gleich einer Positionierungsrückdrehhöhe (Spos') der Spindelachse (12) wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse an der Fertigstellungsrückposition stoppt, unter der Positionssteuerung.
Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine, die so konfiguriert ist, dass sie einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse (12) und einer Vorschubachse (14) steuert, wobei das Verfahren die von einer Steuereinheit (10; 50; 60) durchgeführten Schritte umfasst: Erhalten einer Drehgesamthöhe (S0) und einer maximalen Drehgeschwindigkeit (V0) der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer Prozessausgangsposition in eine Zielgewindetiefe arbeitet, von einem Gewindebohrprogramm (P); Veranlassen der Spindelachse (12), eine beschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität von der Prozessausgangsposition durchzuführen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, wobei die maximale Drehgeschwindigkeit (V0) als Zielwert festgelegt ist; Erkennen einer maximalen Beschleunigung (A0) der Spindelachse (12) während der beschleunigten Drehung bei maximaler Kapazität auf Basis eines Drehpositionsfeedbacks (FBS) der Spindelachse (12); Erkennen einer Drehresthöhe (Sr) der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position in die Zielgewindetiefe arbeitet, auf Basis der Drehgesamthöhe (S0) und des Drehpositionsfeedbacks (FBS); Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit (Vc) der Spindelachse (12) auf Basis des Drehpositionsfeedbacks (FBS); Veranlassen der Spindelachse (12), eine entschleunigte Drehung durchzuführen, um eine vorab festgelegte Zwischendrehgeschwindigkeit (Vi) zu erreichen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach beschleunigter Drehung bei maximaler Kapazität; und Veranlassen der Spindelachse (12), eine entschleunigte Drehung bei maximaler Kapazität durchzuführen, um die Zielgewindetiefe zu erreichen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischendrehgeschwindigkeit (Vi) erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung (A0), der Drehresthöhe (Sr) und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc); wobei der Schritt des Veranlassens der Spindelachse (12), die Zwischendrehgeschwindigkeit (Vi) zu erreichen, den Schritt des sukzessiven Aktualisierens eines Geschwindigkeitsbefehls (Cv) für die entschleunigte Drehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Drehresthöhe (Sr) und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc) und des Veranlassens der Spindelachse (12), die entschleunigte Drehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl (Cv) durchzuführen, so dass die Drehresthöhe (Sr) in dem Augenblick, wenn die Spindelachse (12) die Zwischendrehgeschwindigkeit (Vi) erreicht, gleich einer Positionierungsdrehhöhe (Spos) der Spindelachse (12) wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse die Zielgewindetiefe erreicht, unter der Positionssteuerung beinhaltet.
Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine, die so konfiguriert ist, dass sie einen synchronisierten Betrieb einer Spindelachse (12) und einer Vorschubachse (14) steuert, wobei das Verfahren die von einer Steuereinheit (10; 50; 60) durchgeführten Schritte umfasst: Erhalten einer Rückdrehgesamthöhe (S0') und einer maximalen Rückdrehgeschwindigkeit (V0') der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer Zielgewindetiefe zu einer Fertigstellungsrückposition arbeitet, von einem Gewindebohrprogramm (P); Veranlassen der Spindelachse (12), eine beschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität von der Zielgewindetiefe oder einer Ausgangsrückposition, in der die Spindelachse um eine vorab festgelegte Anzahl von Zielgewindetiefe zurückgekehrt ist, durchzuführen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung, wobei die maximale Rückdrehgeschwindigkeit (V0') als Zielwert festgelegt ist; Erkennen oder Erhalten einer maximalen Beschleunigung (A0'(einer Umkehrdrehung der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse (12) die beschleunigte Umkehrdrehung von der Zielgewindetiefe durchführt; Erkennen einer Rückdrehresthöhe (Sr') der Spindelachse (12) während eines Zeitraums, wenn die Spindelachse von einer aktuellen Position zur Fertigstellungsrückposition arbeitet, auf Basis der Rückdrehgesamthöhe (S0') und eines Drehpositionsfeedbacks (FBS) der Spindelachse (12); Erkennen einer aktuellen Geschwindigkeit (Vc') einer Umkehrdrehung der Spindelachse (12) auf Basis des Drehpositionsfeedbacks (FBS); Veranlassen der Spindelachse (12), eine entschleunigte Umkehrdrehung durchzuführen, um eine vorab festgelegte Zwischenrückdrehgeschwindigkeit (Vi') zu erreichen, durch eine Geschwindigkeitssteuerung nach beschleunigter Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität; und Veranlassen der Spindelachse (12), eine entschleunigte Umkehrdrehung bei maximaler Kapazität durchzuführen und in der Fertigstellungsrückposition zu stoppen, durch eine Positionssteuerung, nachdem die Spindelachse (12) die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit (Vi') erreicht hat, auf Basis der maximalen Beschleunigung (A1') einer Umkehrdrehung, der Rückdrehresthöhe (Sr') und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc') einer Umkehrdrehung; wobei der Schritt des Veranlassens der Spindelachse (12), die Zwischendrehgeschwindigkeit (Vi') zu erreichen, den Schritt des sukzessiven Aktualisierens eines Geschwindigkeitsbefehls (Cv') für die entschleunigte Umkehrdrehung durch die Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der Rückdrehresthöhe (Sr') und der aktuellen Geschwindigkeit (Vc') einer Umkehrdrehung und des Veranlassens der Spindelachse (12), die entschleunigte Umkehrdrehung durch den sukzessiv aktualisierten Geschwindigkeitsbefehl (Cv') durchzuführen, so dass die Rückdrehresthöhe (Sr') in dem Augenblick, wenn die Spindelachse (12) die Zwischenrückdrehgeschwindigkeit (Vi') erreicht, gleich einer Positionierungsrückdrehhöhe (Spos') der Spindelachse (12) wird, die erforderlich ist, damit die Spindelachse in der Fertigstellungsrückposition stoppt, unter der Positionssteuerung beinhaltet.