DE102016010370A1

DE102016010370A1 - Numerische steuerung mit positionsbasierter steuerung von bearbeitungsbedingungen

Info

Publication number: DE102016010370A1
Application number: DE102016010370.1A
Authority: DE
Inventors: Shintarou ZENIYA; Takeshi Mochida
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2017-03-09
Also published as: CN106493469A; JP2017049877A; US20170066080A1; US10137529B2; CN106493469B; JP6636753B2

Abstract

Eine numerische Steuerung steuert eine Laserstrahlmaschine gemäß einem Programm und führt eine dreidimensionale Laserstrahlbearbeitung an einem Werkstück aus. Die numerische Steuerung erzielt ein Verhältnis zwischen einer Bearbeitungsgeschwindigkeit an einer oberen Oberfläche des Werkstücks und einer Bearbeitungsgeschwindigkeit an einer unteren Oberfläche des Werkstücks auf der Grundlage einer Position einer Düse der Laserstrahlmaschine und ändert eine Bearbeitungsbedingung, die von dem Programm vorgegeben wird, auf der Grundlage des erzielten Verhältnisses.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuerung und genauer gesagt eine numerische Steuerung, die zur Steuerung der Bearbeitungsbedingungen basierend auf der Position einer Düse, die in einer Laserstrahlmaschine vorgesehen ist, fähig ist.
Allgemeiner Stand der Technik
Die dreidimensionale Laserstrahlbearbeitung umfasst eine Bearbeitung entlang einer gekrümmten Werkstückoberfläche und eine Bearbeitung (Gehrungsschnitt), bei der eine Düse im Verhältnis zu einem Werkstück geneigt ist.
Für den Fall der Bearbeitung entlang einer gekrümmten Werkstückoberfläche bei der dreidimensionalen Laserstrahlbearbeitung, selbst wenn die Bearbeitung derart ausgeführt wird, dass sich ein Düsenmittelpunkt (Werkzeugmittelpunkt) auf einer konstanten Geschwindigkeit befindet, weist ein Eckteil oder dergleichen eine Differenz der Bearbeitungsgeschwindigkeit zwischen einer oberen Oberfläche des Werkstücks und einer unteren Oberfläche des Werkstücks auf. Man nehme beispielsweise einen Fall, bei dem die Blöcke N1 bis N3 unter den gleichen Bearbeitungsbedingungen zum Zeitpunkt der Bearbeitung entlang einer gekrümmten Oberfläche eines Werkstücks, wie in 11, bearbeitet werden. Da ein Verfahrbetrag L₂ eines erweiterten Werkzeugmittelpunktes (der noch beschrieben wird) auf einer unteren Oberfläche eines Werkstücks 2 zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Blocks N2 in 11 kleiner als ein Verfahrbetrag L₁ eines Werkzeugmittelpunktes an einer oberen Oberfläche des Werkstücks 2 ist, ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit an der unteren Oberfläche des Werkstücks 2 niedriger als die an der oberen Oberfläche des Werkstücks 2. Dies kann zu einer schlechten Bearbeitung an der unteren Oberfläche des Werkstücks 2 führen.
Da für den Fall des Gehrungsschnitts die Bearbeitung ausgeführt wird, wenn die Düse 1 im Verhältnis zum Werkstück 2 geneigt ist, ist eine Plattendicke an einem zu bearbeitenden Teil eine andere Plattendicke D₂ als eine Plattendicke D₁, wenn die Düse 1 zum Werkstück 2 rechtwinklig ist, wie in 12 gezeigt. Somit muss eine Bearbeitungsbedingung gegenüber einer Bearbeitungsbedingung, wenn die Düse 1 rechtwinklig ist, gemäß einem Neigungswinkel der Düse 1 geändert werden. Wenn eine Kreisinterpolation beim Gehrungsschnitt vorgenommen wird, wie in 13 gezeigt, ist ein Verfahrbetrag L₂ eines erweiterten Werkzeugmittelpunktes an einer unteren Oberfläche des Werkstücks 2 größer als ein Verfahrbetrag L₁ des Werkzeugmittelpunktes an einer oberen Oberfläche des Werkstücks 2, und die Bearbeitungsgeschwindigkeit an der unteren Oberfläche des Werkstücks 2 ist höher. In diesem Fall ist eine Bearbeitungsbahn die gleiche sowohl für den Fall, dass die Düse 1 zu dem Werkstück 2 rechtwinklig ist, als auch für den Fall, dass die Düse 1 im Verhältnis zum Werkstück 2 geneigt ist. Zum Zeitpunkt der Programmerstellung muss jedoch angesichts der Neigung der Düse 1 im Verhältnis zu der oberen Oberfläche des Werkstücks 2 eine andere Bearbeitungsbedingung als eine Bearbeitungsbedingung, wenn die Düse 1 zu dem Werkstück 2 rechtwinklig ist, vorgegeben werden.
Es sei zu beachten, dass eine Technik zum Ändern einer Bearbeitungsbedingung gemäß der Geschwindigkeit einer Düsenspitze (beispielsweise die japanische Offenlegungsschrift Nr. 09-150282 oder die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-351087 ) und eine Technik zum Erstellen eines Bearbeitungsprogramms, das Bearbeitungsbedingungsdaten von einer Bearbeitungsform umfasst (beispielsweise die japanische Offenlegungsschrift Nr. 06-110524 oder die japanische Offenlegungsschrift Nr. 06-142954 ), als Stand der Technik, um eine Bearbeitungsbedingung zu ändern, öffentlich bekannt sind.
Bei den Techniken, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 09-150282 und der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-351087 , die zuvor beschrieben wurden, offenbart werden, wird jedoch eine Form an einer unteren Oberfläche des Werkstücks nicht berücksichtigt. Um eine schlechte Bearbeitung für den Fall der in 11 gezeigten Bearbeitung zu verhindern, müssen für einen linearen Teil (den Block N1 oder N3) und einen Eckteil (den Block N2) zum Zeitpunkt der Programmerstellung getrennte Bearbeitungsbedingungen gezielt vorgegeben werden. Wenn beispielsweise die dreidimensionale Bearbeitung derart ausgeführt wird, dass die Düse 1 immer zu dem Werkstück 2 rechtwinklig ist, wie in 11, da der Block N2 einer Ecke entspricht, muss ein Bearbeitungsprogramm, das eine andere Bearbeitungsbedingung als eine Bearbeitungsbedingung für die Blöcke N1 und N3 vorgibt, erstellt werden.
Selbst wenn die Technik, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 06-110524 oder der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 06-142954 offenbart wird, verwendet wird, muss ein NC-Programm, das eine ausführliche Bearbeitungsbedingung gemäß einer Bearbeitungsform vorgibt, im Voraus auf der Grundlage von Informationen, wie etwa CAD/CAM-Daten, erstellt werden, was umständlich ist. Um beispielsweise eine lineare Bearbeitung mit der Düse 1, die zu dem Werkstück 2 rechtwinklig ist, für den Block N1, einen linearen Gehrungsschnitt mit der Düse 1, die in einem Winkel θ im Verhältnis zum Werkstück 2 geneigt ist, für den Block N2, und einen kreisförmigen Gehrungsschnitt mit der Düse 1, die in dem Winkel θ im Verhältnis zum Werkstück 2 geneigt ist, für den Block N3 vorzunehmen, wie in 14, muss ein Bearbeitungsprogramm, dass verschiedene Bearbeitungsbedingungen für die Blöcke N1, N2 und N3 vorgibt, erstellt werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Unter diesen Verhältnissen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine numerische Steuerung bereitzustellen, die eine Funktion des automatischen Einstellens einer optimalen Bearbeitungsbedingung auf der Grundlage einer Werkstückdicke und einer Düsenposition im Betrieb aufweist.
Eine numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine Laserstrahlmaschine gemäß einem Programm und führt eine dreidimensionale Laserstrahlbearbeitung an einem Werkstück aus. Ein erster Aspekt der numerischen Steuerung umfasst eine Einheit zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen, die konfiguriert ist, um ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen einer Bearbeitungsgeschwindigkeit an einer oberen Oberfläche des Werkstücks und einer Bearbeitungsgeschwindigkeit an einer unteren Oberfläche des Werkstücks auf der Grundlage einer Position einer Düse der Laserstrahlmaschine im Verhältnis zum Werkstück, wobei die Position von dem Programm vorgegeben wird, zu erzielen und um eine Bearbeitungsbedingung, die von dem Programm vorgegeben wird, auf der Grundlage des erzielten Geschwindigkeitsverhältnisses zu ändern, und die dreidimensionale Laserstrahlbearbeitung durch die Laserstrahlmaschine wird auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingung, die von der Einheit zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen geändert wird, gesteuert.
Ein zweiter Aspekt der numerischen Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Einheit zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen, die konfiguriert ist, um ein Änderungsverhältnis zwischen einer Werkstückplattendicke, wenn sich eine Düse der Laserstrahlmaschine in einer Position der Düse im Verhältnis zum Werkstück befindet, wobei die Position von dem Programm vorgegeben wird, und einer Werkstückplattendicke, wenn die Düse rechtwinklig zu einer oberen Oberfläche des Werkstücks ist, auf der Grundlage der Position, die von dem Programm vorgegeben wird, zu erzielen und um eine Bearbeitungsbedingung, die von dem Programm vorgegeben wird, auf der Grundlage des erzielten Änderungsverhältnisses zu ändern, und die dreidimensionale Laserstrahlbearbeitung durch die Laserstrahlmaschine wird auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingung, die von der Einheit zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen geändert wird, gesteuert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Bearbeitungsbedingung auf der Grundlage einer Differenz einer Bearbeitungsregion zwischen einer oberen Oberfläche des Werkstücks und einer unteren Oberfläche des Werkstücks, die durch eine Änderung der Position bei der dreidimensionalen Laserstrahlbearbeitung verursacht wird, automatisch eingestellt werden. Auch beim Gehrungsschnitt kann eine Bearbeitungsbedingung auf der Grundlage der Neigung einer Düse automatisch eingestellt werden. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, eine ausführliche Bearbeitungsbedingung gemäß der Form eines Werkstücks und der Position einer Düse einzustellen, und es ist kaum noch notwendig, eine Bearbeitungsbedingung gemäß einer Bearbeitungsform auf der Grundlage der Informationen von CAD/CAM-Daten vorzugeben. Somit kann die Bearbeitungsqualität einfacher verbessert werden als je zuvor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen hervorgehen. Es zeigen:
1 eine Ansicht zum Erklären einer Bearbeitungssituation für ein Werkstück, das von einer Laserstrahlmaschine bearbeitet werden soll, die von einer numerischen Steuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesteuert wird;
2 eine Ansicht zum Erklären eines Verfahrens zum Erzielen eines Verfahrbetrags L₂ eines erweiterten Werkzeugmittelpunktes an einer unteren Oberfläche des Werkstücks aus einem Verfahrbetrag L₁ an einer oberen Oberfläche des Werkstücks eines Werkzeugmittelpunktes in der in 1 gezeigten Bearbeitungssituation;
3 eine Grafik zum Erklären des Erzielens eines Übergehungswertes aus einem Geschwindigkeitsverhältnis des Werkzeugmittelpunktes (L₂/L₁) der unteren Oberfläche des Werkstücks zu der oberen Oberfläche des Werkstücks in der in 1 gezeigten Bearbeitungssituation und des Multiplizierens einer Bearbeitungsbedingung mit dem erzielten Übergehungswert;
4 ein Blockdiagramm eines Hauptteils der numerischen Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ein Ablaufschema, das den Ablauf eines Prozesses zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen zeigt, der von der numerischen Steuerung in 1 auszuführen ist;
6 eine Ansicht zum Erklären einer Bearbeitungssituation für ein Werkstück, das von einer Laserstrahlmaschine bearbeitet werden soll, die durch eine numerische Steuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesteuert wird;
7 eine Ansicht zum Erklären eines Verfahrens zum Erzielen einer Werkstückplattendicke D₂ aus einer Werkstückplattendicke D₁ in der in 6 gezeigten Bearbeitungssituation;
8 eine Grafik zum Erklären des Erzielens eines Faktors K aus einem Neigungswinkel θ einer Düse und des Multiplizierens des erzielten Faktors K mit einem Änderungsverhältnis der Werkstückplattendicke D₂/D₁, um einen Übergehungswert der Bearbeitungsbedingung in der in 6 gezeigten Bearbeitungssituation zu erzielen;
9 eine Ansicht zum Erklären des Erzielens eines Geschwindigkeitsverhältnisses des Werkzeugmittelpunktes zwischen einer oberen Oberfläche des Werkstücks und einer unteren Oberfläche des Werkstücks aus einem Neigungswinkel θ einer Düse und des Ausführens einer Bearbeitung unter Verwendung des erzielten Geschwindigkeitsverhältnisses in der in 6 gezeigten Bearbeitungssituation;
10 ein Ablaufschema, das den Ablauf eines Prozesses zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen, der von der numerischen Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen ist, zeigt;
11 eine Ansicht zum Erklären eines Problems (1), das durch eine Werkstückbearbeitungssituation in einer früheren Technik verursacht wird;
12 eine Ansicht zum Erklären eines Problems (2), das durch eine Werkstückbearbeitungssituation in einer früheren Technik verursacht wird;
13 eine Ansicht zum Erklären eines Problems (3), das durch eine Werkstückbearbeitungssituation in einer früheren Technik verursacht wird; und
14 eine Ansicht zum Erklären eines Problems (4), das durch eine Werkstückbearbeitungssituation in einer früheren Technik verursacht wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine numerische Steuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1 bis 5 beschrieben.
1 ist eine Ansicht zum Erklären einer Bearbeitungssituation für ein Werkstück, das von einer Laserstrahlmaschine bearbeitet werden soll, die von der numerischen Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.
Wenn die numerische Steuerung gemäß der Ausführungsform eine dreidimensionale Laserstrahlbearbeitung derart ausführen soll, dass eine Düse 1 immer rechtwinklig zu einem Werkstück 2 ist, wie in 1 gezeigt, steuert die numerische Steuerung eine Laserstrahlmaschine, indem sie eine Einstellung der Bearbeitungsbedingungen vornimmt, d. h. eine Änderung einer Bearbeitungsbedingung, wie etwa der Spitzenleistung, der Frequenz oder eines Einschaltverhältnisses, falls eine Differenz der Geschwindigkeit zwischen einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche des Werkstücks 2 besteht. Bezüglich der Bearbeitungsposition an dem Werkstück 2 basierend auf dem Laser stimmt ein Bearbeitungspunkt an der oberen Oberfläche des Werkstücks 2 mit einem Werkzeugmittelpunkt überein, wohingegen ein Bearbeitungspunkt an der unteren Oberfläche des Werkstücks 2 mit einem Punkt übereinstimmt, der durch Erweitern des Werkzeugmittelpunktes in der Düsenachsenrichtung um eine Länge, die der Plattendicke des Werkstücks 2 entspricht, erzielt wird.
Bei der Steuerung des Werkzeugmittelpunktes, die durch die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2012-177973 und dergleichen öffentlich bekannt ist, wird der Verfahrweg eines Steuerpunktes allgemein aus dem Verfahrweg eines Werkzeugmittelpunktes (einer programmierten Bahn) berechnet. Dagegen berechnet die numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner einen Verfahrbetrag L₂ eines Punktes auf einer unteren Oberfläche des Werkstücks (eines erweiterten Werkzeugmittelpunktes), der durch Erweitern eines Werkzeugmittelpunktes um eine Länge, die einer Plattendicke D₁ in einer Düsenachsenrichtung von einem Steuerpunkt aus gesehen entspricht, wie in 2 gezeigt, erzielt wird.
Man nehme einen Fall, bei dem die Laserstrahlmaschine eine mehrachsige Arbeitsmaschine mit Werkzeugkopfdrehung ist, bei der sich ein Werkzeugkopf linear entlang der X-, Y- und Z-Achsen bewegt und sich um die C- und B-Achsen herum dreht, als Beispiel zum Berechnen des Verfahrbetrags L₂ des erweiterten Werkzeugmittelpunktes. Wie es aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-196327 und dergleichen öffentlich bekannt ist, wird ein Verfahrbetrag L₁(t_i) des Werkzeugmittelpunktes an der oberen Oberfläche des Werkstücks 2 von einem Berechnungszeitpunkt t_i-1 in einem Berechnungszyklus vor einem aktuellen Berechnungszyklus bis zu einem Berechnungszeitpunkt t_i in dem aktuellen Berechnungszyklus durch die nachstehende Gleichung (1) berechnet. Es sei zu beachten, dass in Gleichung (1) Tp₁(t_i) eine Werkzeugmittelpunktposition Tp₁ zu dem Berechnungszeitpunkt t_i ist, und Tp₁(t_i-1) die Werkzeugmittelpunktposition Tp₁ zu dem Berechnungszeitpunkt t_i-1 ist. L₁(t_i) = |Tp₁(t_i) – Tp₁(t_i-1)| (1)
Ähnlich wird eine Position (eine erweiterte Werkzeugmittelpunktposition) Tp₂(Xt₂, Yt₂, Zt₂), die durch Erweitern der Werkzeugmittelpunktposition Tp₁ um eine Länge, die der Werkstückplattendicke D₁ in der Axialrichtung der Düse 1 entspricht, erzielt wird, unter Verwendung der nachstehenden Gleichungen (2) und (3) berechnet. In den Gleichungen (2) und (3) ist Po(Pox, Poy, Poz) eine Position in einem Maschinenkoordinatensystem des Ursprungs eines Koordinatensystems (eines Tischkoordinatensystems), das auf einem Tisch festgelegt ist, auf den ein Werkstück gelegt wird. Vl ist ein Korrekturvektor der Werkzeuglänge (Werkzeuglänge + Werkstückplattendicke D₁) in dem Tischkoordinatensystem, der sich von der erweiterten Werkzeugmittelpunktposition Tp₂ bis zu einer linearen dreiachsigen Position P1 erstreckt, und ist ein Vektor, der durch Drehen, um Bm und Cm, eines Korrekturvektors der Referenzwerkzeuglänge Vs, wenn Bm = Cm = 0, erzielt wird. Rt ist eine Rotationsmatrix von dem Maschinenkoordinatensystem zu dem Tischkoordinatensystem. Rc und Rb sind Rotationsmatrizen, die auf einer interpolierten zweiachsigen Drehposition Pr(Bm, Cm) basieren. Tp₂ = Rt·(Pl – Po) – Vl (2)
Ein Verfahrbetrag L₂(t_i) des erweiterten Werkzeugmittelpunktes auf der unteren Oberfläche des Werkstücks 2 von dem Berechnungszeitpunkt t_i-1 in dem Berechnungszyklus vor dem aktuellen Berechnungszyklus bis zu dem Berechnungszeitpunkt t_i in dem aktuellen Berechnungszyklus wird durch die nachstehende Gleichung (4) berechnet. Es sei zu beachten, dass in Gleichung (4) Tp₂(t_i) die erweiterte Werkzeugmittelpunktposition Tp₂ zu dem Berechnungszeitpunkt t_i ist, und Tp₂(t_i-1) die erweiterte Werkzeugmittelpunktposition Tp₂ zu dem Berechnungszeitpunkt t_i-1 ist. L₂(t_i) = |Tp₂(t_i) – Tp₂(t_i-1)| (4)
Ein Geschwindigkeitsverhältnis des Verfahrwegs des Werkzeugmittelpunktes (L₂/L₁) (= L₂(t_i)/L₁(t_i)) kann aus dem Verfahrbetrag L₁(t_i) des Werkzeugmittelpunktes an der oberen Oberfläche des Werkstücks 2, der durch die Gleichung (1) erzielt wird, und dem Verfahrbetrag L₂(t_i) des erweiterten Werkzeugmittelpunktes auf der unteren Oberfläche des Werkstücks 2, der durch die Gleichung (4) erzielt wird, berechnet werden.
Falls das somit berechnete Geschwindigkeitsverhältnis (L₂/L₁) nicht gleich 1,0 ist oder außerhalb eines im Voraus definierten Bereichs fällt, bestimmt die numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine optimale Bearbeitungsbedingung von dem Geschwindigkeitsverhältnis des Werkzeugmittelpunktes (L₂/L₁) der unteren Oberfläche des Werkstücks zu der oberen Oberfläche des Werkstücks durch die nachstehend gezeigten Verfahren, ändert eine Bearbeitungsbedingung, die für die Bearbeitung zu verwenden ist, auf die bestimmte Bearbeitungsbedingung und führt die Bearbeitung unter der optimalen Bearbeitungsbedingung aus.
Verfahren 1: Eine Tabelle, in der eine Bearbeitungsbedingung mit jedem Geschwindigkeitsverhältnis (L₂/L₁) verknüpft ist, wird im Voraus vorbereitet, und eine optimale Bearbeitungsbedingung für ein Geschwindigkeitsverhältnis (L₂/L₁) wird unter Verwendung der Tabelle ausgewählt. Die Übereinstimmung zwischen einem Geschwindigkeitsverhältnis und einer Bearbeitungsbedingung wird im Voraus durch Versuche oder dergleichen erzielt, und die erstellte Tabelle wird im Voraus in einem Speicher einer numerischen Steuerung 10 gespeichert.
Verfahren 2: Ein Vergleichsausdruck, der die Beziehung zwischen einem Geschwindigkeitsverhältnis (L₂/L₁) und einem Übergehungswert angibt, wie in 3 gezeigt, wird im Voraus auf der Grundlage von Versuchen oder dergleichen erstellt, ein Übergehungswert wird unter Verwendung des Vergleichsausdrucks aus einem Geschwindigkeitsverhältnis (L₂/L₁) erzielt, und eine Bearbeitungsbedingung wird mit dem erzielten Übergehungswert multipliziert (es sei zu beachten, dass eine obere Grenze und eine untere Grenze auf einen Übergehungswert angewendet werden, mit dem eine Bearbeitungsbedingung multipliziert werden soll, wie in 3 gezeigt).
4 ist ein Blockdiagramm eines Hauptteils der numerischen Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die numerische Steuerung 10 umfasst eine CPU 11, die das Ganze integral steuert. Die CPU 11 liest ein Systemprogramm, das in einem ROM 12 gespeichert ist, über einen Bus 20 aus und führt die Steuerung der gesamten numerischen Steuerung 10 gemäß dem Systemprogramm aus. Rechendaten, Anzeigedaten und dergleichen werden zeitweilig in einem RAM 13 gespeichert, der aus einem DRAM oder dergleichen besteht.
Ein Bearbeitungsprogramm und diverse Parameter sind einem nicht flüchtigen Speicher 14 gespeichert, der aus einem CMOS, einem SRAM oder dergleichen besteht, der mit einer Batterie gesichert ist (nicht gezeigt). Eine Schnittstelle 15 wird für die Ein-/Ausgabe in/aus einem externen Gerät bereitgestellt, und ein externes Gerät 72, wie etwa eine rechnerunabhängige Programmiervorrichtung oder ein Drucker, ist an die Schnittstelle 15 angeschlossen. Falls ein Bearbeitungsprogramm durch eine rechnerunabhängige Programmiervorrichtung erstellt wird, werden die Daten des Bearbeitungsprogramms über die Schnittstelle 15 in die numerische Steuerung 10 eingelesen. Die Daten eines Bearbeitungsprogramms, das von der numerischen Steuerung 10 bearbeitet wird, können beispielsweise durch einen Drucker ausgegeben werden.
Eine programmierbare Maschinensteuerung (PMC) 16 ist in der numerischen Steuerung 10 integriert und steuert eine Maschine mit einem Sequenzprogramm, das im Kontaktplanformat erstellt wird. D. h. die PMC 16 wandelt die M-Funktionen, die S-Funktion und die T-Funktion, die in einem Bearbeitungsprogramm vorgegeben werden, in Signale um, die in einem Sequenzprogramm benötigt werden, und gibt die Signale von einer E/A-Einheit 17 an eine Maschinenseite (die Laserstrahlmaschine bei der vorliegenden Ausführungsform) aus. Die Ausgangssignale betätigen diverse Betriebsabschnitte (beispielsweise einen Luftzylinder, eine Schnecke und ein elektrisches Stellglied) auf der Maschinenseite. Die PMC 16 empfängt ein Signal von diversen Schaltern auf der Maschinenseite, den Schaltern eines Maschinenbedienpults und dergleichen, führt die notwendige Verarbeitung an dem Signal aus und gibt das Signal an die CPU 11 weiter.
Eine Anzeigesteuerung (nicht gezeigt) wandelt digitale Daten, wie etwa die aktuellen Positionen der jeweiligen Achsen der Maschine, einen Alarm, einen Parameter und Bilddaten, in Bildsignale um und gibt die Bildsignale aus. Die Bildsignale werden an eine CRT/MDI-Einheit 70 gesendet und werden angezeigt. Eine Schnittstelle 18 empfängt Daten von einer Tastatur in der CRT/MDI-Einheit 70 und gibt die Daten an die CPU 11 weiter.
Eine Schnittstelle 19 ist an ein Bedienpult 71 angeschlossen. Die Schnittstelle 19 kann verwendet werden, um einen Impuls von einem manuellen Pulsgeber, der in dem Bedienpult 71 eingebaut ist, zu empfangen und um einen bewegbaren Teil eines Maschinenhauptkörpers, der einen Düsenkopf umfasst, den die Laserstrahlmaschine enthält, manuell zu bewegen und zu positionieren.
Die Achsensteuerschaltungen 30 bis 34 empfangen Bewegungsbefehle für die jeweiligen Achsen von der CPU 11 und geben die Bewegungsbefehle an die Servoverstärker 40 bis 44 aus. Die Servoverstärker 40 bis 44 steuern die Motoren 50 bis 54 für die jeweiligen Achsen gemäß den Bewegungsbefehlen an. Die Motoren 50 bis 54 für die jeweiligen Achsen steuern die Laserstrahlmaschine für die jeweiligen Achsen an. Jeder Motor ist mit einem Positionsdetektor (nicht gezeigt) versehen, und ein Ausgangsimpuls von dem Positionsdetektor wird verwendet, um ein Positionsrückführsignal oder ein Geschwindigkeitsrückführsignal zu generieren.
Ein Lasersteuerabschnitt 60 steuert eine Ausgabe von einer Laservorrichtung 61 gemäß einem Befehl von der CPU 11.
5 ist ein Ablaufschema eines Prozesses zum Bestimmen einer Bearbeitungsbedingung, die an der numerischen Steuerung 10 ausgeführt werden soll. Der Prozess wird nachstehend gemäß den jeweiligen Schritten erklärt.
[Schritt SA01] Wenn der Betrieb beginnt, wird ein Block eines Programms, der aus dem nicht flüchtigen Speicher 14 oder dergleichen ausgelesen wird, analysiert, und eine Bearbeitungsbedingung, die von dem analysierten Block vorgegeben wird, wird erfasst. Eine zu erfassende Bearbeitungsbedingung ist dabei eine Referenzbearbeitungsbedingung bei der Bearbeitung.
[Schritt SA02] Ein Verfahrbetrag L₁ des Werkzeugmittelpunktes an einer oberen Oberfläche des Werkstücks 2 und eine Änderung der Position der Düse vor und nach der Bearbeitung werden auf der Grundlage eines Bewegungsbefehls in dem Programm erzielt, ein Verfahrbetrag L₂ eines erweiterten Werkzeugmittelpunktes an einer unteren Oberfläche des Werkstücks 2 wird auf der Grundlage der Parameter des Verfahrbetrags L₁ und der Änderung der Position der Düse erzielt, und ein Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ wird auf der Grundlage der Verfahrbeträge L₁ und L₂ berechnet.
[Schritt SA03] Es wird bestimmt, ob das in Schritt SA02 berechnete Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ in einen im Voraus definierten vorbestimmten Bereich fällt oder nicht. Falls das Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ in den vorbestimmten Bereich fällt, fährt der Ablauf mit Schritt SA05 fort. Falls dagegen das Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt, fährt der Ablauf mit Schritt SA04 fort.
[Schritt SA04] Eine Bearbeitungsbedingung wird geändert, indem eine optimale Bearbeitungsbedingung für das Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ aus einer Tabelle ausgewählt wird oder die Referenzbearbeitungsbedingung mit einem Übergehungswert multipliziert wird, der aus dem Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ berechnet wird.
[Schritt SA05] Es wird eine dreidimensionale Laserstrahlbearbeitung ausgeführt, indem ein Strahl unter der Bearbeitungsbedingung, die durch das Programm vorgegeben wird (für den Fall, dass das Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ in den vorbestimmten Bereich fällt) oder unter der Bearbeitungsbedingung, die in Schritt SA04 ausgewählt oder geändert wird, ausgegeben wird.
[Schritt SA06] Es wird bestimmt, ob das Programm beendet ist oder nicht. Falls das Programm beendet ist, ist der Bearbeitungsvorgang beendet. Falls dagegen das Programm nicht beendet ist, kehrt der Ablauf zu Schritt SA01 zurück.
Eine numerische Steuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 6 bis 10 beschrieben.
Die numerische Steuerung gemäß dieser Ausführungsform stellt eine Bearbeitungsbedingung für einen Fall ein, wie er in 6 gezeigt wird, wobei ein Gehrungsschnitt, bei dem eine Düse in einem Winkel θ im Verhältnis zu einem Werkstück geneigt ist, bei einer dreidimensionalen Laserstrahlbearbeitung ausgeführt wird.
Wenn ein Gehrungsschnitt, der die Düse, die in dem Winkel θ im Verhältnis zum Werkstück geneigt ist, linear bewegt, wie durch den Block N2 in 6 angegeben, bei der dreidimensionalen Laserstrahlbearbeitung ausgeführt werden soll, erzielt die numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Plattendicke D₂(D₂ = D₁/cosθ), wenn die Düse in dem Winkel θ geneigt ist, gegenüber einer Plattendicke D₁, wenn die Düse rechtwinklig ist, wie in 7 gezeigt, und erzielt ein Änderungsverhältnis der Plattendicke (D₂/D₁) aus der erzielten Plattendicke D₂. Falls das Änderungsverhältnis (D₂/D₁) nicht gleich 1,0 ist oder außerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs fällt, bestimmt die numerische Steuerung eine optimale Bearbeitungsbedingung aus dem Änderungsverhältnis (D₂/D₁) unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (5) und führt eine Bearbeitung unter der bestimmten optimalen Bearbeitungsbedingung aus. Übergehungswert der Bearbeitungsbedingung = K × (D₂/D₁) (5)
Es sei zu beachten, dass in der vorstehenden Gleichung (5) ein geeigneter Wert, der einem Bereich des Winkels θ entspricht, für den Faktor K durch Versuche oder dergleichen im Voraus erzielt und im Voraus als ein Wert eingestellt wird, der dem Bereich des Winkels θ entspricht, wie beispielsweise in 8 gezeigt. Wie zuvor beschrieben, wird eine optimale Bearbeitungsbedingung durch Multiplizieren mit einem Übergehungswert der Bearbeitungsbedingung gemäß der Neigung der Düse bestimmt.
Wenn ein kreisförmiger Gehrungsschnitt, bei dem die Düse in dem Winkel θ im Verhältnis zum Werkstück geneigt ist, wie durch den Block N3 in 6 angegeben, bei einer dreidimensionalen Laserstrahlbearbeitung ausgeführt werden soll, und die Düse geneigt ist, wie in 9 gezeigt, beträgt ein Bogenradius an einer unteren Oberfläche des Werkstücks R + D₁tanθ. In diesem Fall besteht eine Differenz bei der Geschwindigkeit (eine Differenz des Verfahrbetrags innerhalb eines festen Zeitraums) zwischen einer oberen Oberfläche des Werkstücks und der unteren Oberfläche des Werkstücks. Die numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wählt eine bestimmte oder geänderte Bearbeitungsbedingung auf der Grundlage einer Differenz der Geschwindigkeit des Werkzeugmittelpunktes zwischen der oberen Oberfläche des Werkstücks und der unteren Oberfläche des Werkstücks durch das gleiche Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform aus und wendet die Gleichung (5) für die Plattendicke auf die ausgewählte Bearbeitungsbedingung an, um eine optimale Bearbeitungsbedingung basierend auf dem Änderungsverhältnis der Plattendicke (D₂/D₁) zu bestimmen.
Die numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche in der grundlegenden Konfiguration wie die gemäß der ersten Ausführungsform. 10 ist ein Ablaufschema eines Prozesses zum Bestimmen einer Bearbeitungsbedingung, der an einer numerischen Steuerung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt werden soll.
[Schritt SB01] Wenn der Betrieb beginnt, wird ein Block eines Programms, der aus einem nicht flüchtigen Speicher 14 oder dergleichen ausgelesen wird, analysiert, und eine Bearbeitungsbedingung, die durch den analysierten Block vorgegeben wird, wird erfasst. Eine zu erfassende Bearbeitungsbedingung ist dabei eine Referenzbearbeitungsbedingung bei der Bearbeitung.
[Schritt SB02] Ein Verfahrbetrag L₁ eines Werkzeugmittelpunktes an einer oberen Oberfläche des Werkstücks und eine Änderung der Position der Düse vor und nach der Bearbeitung werden auf der Grundlage eines Bewegungsbefehls in dem Programm erzielt, ein Verfahrbetrag L₂ eines erweiterten Werkzeugmittelpunktes an einer unteren Oberfläche des Werkstücks wird auf der Grundlage der Parameter des Verfahrbetrags L₁ und der Änderung der Position der Düse erzielt, und ein Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ wird auf der Grundlage der Werte der Verfahrbeträge L₁ und L₂ berechnet.
[Schritt SB03] Es wird bestimmt, ob das in Schritt SB02 berechnete Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ in einen vorbestimmten Bereich fällt, der im Voraus definiert wird. Falls das Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ in den vorbestimmten Bereich fällt, fährt der Ablauf mit Schritt SB05 fort. Falls andererseits das Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt, fährt der Ablauf mit Schritt SB04 fort.
[Schritt SB04] Eine Bearbeitungsbedingung wird geändert, indem eine optimale Bearbeitungsbedingung für das Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ aus einer Tabelle ausgewählt wird oder die Referenzbearbeitungsbedingung mit einem Übergehungswert multipliziert wird, der aus dem Geschwindigkeitsverhältnis L₂/L₁ berechnet wird.
[Schritt SB05] Ein Neigungswinkel θ der Düse wird aus einem Ergebnis der Analyse des Bewegungsbefehls in dem Programm erfasst.
[Schritt SB06] Ein Faktor K wird auf der Grundlage des Neigungswinkels θ der Düse, der in Schritt SB05 erfasst wird, unter Verwendung einer Umwandlungsgleichung, die im Voraus eingestellt wird, erzielt.
[Schritt SB07] Ein Übergehungswert, mit dem die Bearbeitungsbedingung multipliziert werden soll, wird auf der Grundlage des Faktors K, der in Schritt SB06 erzielt wird, und des Neigungswinkels θ unter Verwendung von Gleichung (5) erzielt, und die Bearbeitungsbedingung wird mit dem erzielten Übergehungswert multipliziert.
[Schritt SB08] Eine dreidimensionale Laserstrahlbearbeitung wird durch Ausgeben eines Strahls unter der Bearbeitungsbedingung, die in Schritt SB07 bestimmt wird, ausgeführt.
[Schritt SB09] Es wird bestimmt, ob das Programm beendet ist oder nicht. Falls das Programm beendet ist, ist der Bearbeitungsvorgang beendet. Falls dagegen das Programm nicht beendet ist, kehrt der Ablauf zu Schritt SB01 zurück.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt und kann mit diversen Aspekten angewandt werden, indem entsprechende Änderungen vorgenommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 09-150282 [0005, 0006]
JP 2000-351087 [0005, 0006]
JP 06-110524 [0005, 0007]
JP 06-142954 [0005, 0007]
JP 2012-177973 [0030]
JP 2013-196327 [0031]

Claims

Numerische Steuerung zum Steuern einer Laserstrahlmaschine gemäß einem Programm und zum Ausführen einer dreidimensionalen Laserstrahlbearbeitung an einem Werkstück, wobei die numerische Steuerung Folgendes umfasst: ein Einheit zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen, die konfiguriert ist, um ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen einer Bearbeitungsgeschwindigkeit an einer oberen Oberfläche des Werkstücks und einer Bearbeitungsgeschwindigkeit an einer unteren Oberfläche des Werkstücks auf der Grundlage einer Position einer Düse der Laserstrahlmaschine im Verhältnis zum Werkstück, wobei die Position von dem Programm vorgegeben wird, zu erzielen und um eine Bearbeitungsbedingung, die von dem Programm vorgegeben wird, auf der Grundlage des erzielten Geschwindigkeitsverhältnisses zu ändern, wobei die dreidimensionalen Laserstrahlbearbeitung durch die Laserstrahlmaschine auf der Grundlage der Maschinenbedingung, die von der Einheit zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen geändert wird, gesteuert wird.
Numerische Steuerung zum Steuern einer Laserstrahlmaschine gemäß einem Programm und zum Ausführen einer dreidimensionalen Laserstrahlbearbeitung an einem Werkstück, wobei die numerische Steuerung Folgendes umfasst: eine Einheit zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen, die konfiguriert ist, um ein Änderungsverhältnis zwischen einer Werkstückplattendicke, wenn sich eine Düse der Laserstrahlmaschine in einer Position der Düse im Verhältnis zum Werkstück befindet, wobei die Position von dem Programm vorgegeben wird, und einer Werkstückplattendicke, wenn die Düse rechtwinklig zu einer oberen Oberfläche des Werkstücks ist, auf der Grundlage der Position, die von dem Programm vorgegeben wird, zu erzielen und um eine Bearbeitungsbedingung, die von dem Programm vorgegeben wird, auf der Grundlage des erzielten Geschwindigkeitsverhältnisses zu ändern, wobei die dreidimensionale Laserstrahlbearbeitung durch die Laserstrahlmaschine auf der Grundlage der Maschinenbedingung, die von der Einheit zum Ändern von Bearbeitungsbedingungen geändert wird, gesteuert wird.