DE102016104515A1

DE102016104515A1 - Numerische Steuervorrichtung und Steuerverfahren

Info

Publication number: DE102016104515A1
Application number: DE102016104515.2A
Authority: DE
Inventors: Ryo Honda; Hiroaki Nomura
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2036-03-12
Also published as: DE102016104515B4; CN106020129A; CN106020129B; JP6439542B2; JP2016189039A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuervorrichtung und auf ein Steuerverfahren, die in der Lage sind, die Bearbeitungsleistungsfähigkeit einer Werkzeugmaschine zu verbessern. Wenn ein Steuermodus ein Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung ist (JA in Schritt S11), erfasst die numerische Steuervorrichtung eine momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit während des Bearbeitens eines Arbeitsmaterials (Schritt S12). Wenn die erfasste Rotationsgeschwindigkeit größer als null und nicht größer als eine festgelegte Rotationsgeschwindigkeit (JA in Schritt S13) ist, ist eine Bearbeitungslast hoch, wodurch angezeigt wird, dass die Werkzeugmaschine in einem Zustand der schweren spanabhebenden Bearbeitung ist. Die numerische Steuervorrichtung ändert eine Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung (Kvi) für einen X-Achsen-Motor und für einen Y-Achsen-Motor von einem Referenz-Kvi auf ein Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung (Schritt S14). Das Kvi ist ein Servo-Parameter, der den X-Achsen-Motor und den Y-Achsen-Motor steuert, welche einen Tisch antreiben. Das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ist geringer als das Referenz-Kvi. Wenn das Kvi geringer gemacht wird, ändern sich die Schwingungsfrequenzcharakteristiken des Tisches und nimmt die während des schweren spanabhebenden Bearbeitens auftretende Schwingung ab. Da die Bearbeitung daher fortgesetzt werden kann ohne Erzeugen eines Servo-Fehlers, ist die numerische Steuervorrichtung in der Lage, die Leistungsfähigkeit der Bearbeitung zu verbessern.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuervorrichtung und auf ein Steuerverfahren.
Eine Werkzeugmaschine bearbeitet Arbeitsmaterial durch Drehen einer Antriebswelle, an der ein Werkzeug montiert ist. Grobes Bearbeiten eines harten Arbeitsmaterials, wie z. B. Eisen oder dergleichen, ist schweres spanendes Bearbeiten. Wenn schweres spanendes Bearbeiten durchgeführt wird, ist die Bearbeitungslast größer als wenn schweres spanendes Bearbeiten nicht durchgeführt wird. Daher muss ein Anlagenbediener die maximale spanabhebende Bearbeitungsleistung der Werkzeugmaschine berücksichtigen. Die maximale spanabhebende Bearbeitungsleistung wird bestimmt durch das Auftreten von Ratterschwingungen, dem Motordrehmoment, großen Änderungen in der Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit und dergleichen. Während einer groben Bearbeitung wird das Arbeitsmaterial mit unregelmäßig spanend bearbeitet, so dass, wenn die maximale spanende Bearbeitung gering ist, die Last dazu tendiert, zu fluktuieren und auch die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle variiert. Eine numerische Steuervorrichtung steuert die Werkzeugmaschine so, dass die Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit konstant bleibt. Wenn die Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit von einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit um mehr als einen Schwellwert abweicht, bestimmt die numerische Steuervorrichtung, dass ein anormaler Zustand vorhanden ist, zeigt einen Servo-Fehler oder dergleichen an und stoppt die Werkzeugmaschine. Ein Spindelantriebsmechanismus, der in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 1999-99433 beschrieben ist, ist mit einem Motor für Hochgeschwindigkeitsrotation und einem Motor für Rotation mit hohem Drehmoment und geringer Geschwindigkeit vorgesehen, wobei der Motor, der verwendet wird, gemäß der Art der Bearbeitung gewechselt wird. Daher verwendet der Spindelantriebsmechanismus den optimalen Motor zum Bearbeiten, wodurch ermöglicht wird, ein Stoppen der Werkzeugmaschine aufgrund eines Servo-Fehlers oder dergleichen zu verhindern.
KURZFASSUNG
Der Spindelantriebsmechanismus ist versehen mit dem Motor für Hochgeschwindigkeitsrotation, dem Motor für Rotation geringer Geschwindigkeit und einem Kupplungsmechanismus, der zwischen den Motoren rumschaltet, was Probleme wie z. B. erhöhte Teilekosten, eine sperrigere Maschine und dergleichen verursacht.
Verschiedene Ausführungsformen der hier abgeleiteten umfassenden Prinzipien sehen eine numerische Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren vor, die das Leistungsvermögen hinsichtlich der Bearbeitung einer Werkzeugmaschine verbessern können.
Die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen mit einer Antriebswelle, die sich dreht und an der ein Werkzeug montiert ist, einem Tisch, an dem ein Arbeitsmaterial befestigt wird, und einem Servomotor, der einen Bewegungsmechanismus antreibt, der entweder die Antriebswelle oder den Tisch bewegt. Die numerische Steuervorrichtung steuert einen Betrieb der Werkzeugmaschine, welche das Arbeitsmaterial unter Verwendung des Werkzeuges, das sich zusammen mit der Antriebswelle dreht, spanabhebend bearbeitet. Die numerische Steuervorrichtung ist vorgesehen mit einem Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsmittel und einem Änderungsmittel. Das Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsmittel erfasst eine Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle. Das Änderungsmittel ändert eine Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung, die ein Servo-Parameter ist, welcher einen Steuermodus des Servomotors bestimmt, auf einen Wert, der geringer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, wenn die von dem Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsmittel erfasste Rotationsgeschwindigkeit größer ist als null und nicht größer ist als eine vorbestimmte, festgelegte Rotationsgeschwindigkeit. Wenn die numerische Steuervorrichtung eine grobe Bearbeitung eines harten Arbeitsmaterials wie z. B. Eisen oder dergleichen durchführt, tritt zum Beispiel, da die Bearbeitungslast größer wird, signifikante Schwingung bei der Werkzeugmaschine auf und die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle schwankt stark. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle nicht größer wird als die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit, ist die Werkzeugmaschine in einem Zustand des schweren spanabhebenden Bearbeitens und es gibt eine Möglichkeit, dass die Antriebswelle stoppen wird. Die numerische Steuervorrichtung ändert die Eigenschwingungs-Frequenzcharakteristiken der Werkzeugmaschine durch Ändern des Geschwindigkeits-Schleifenverstärkungs-Servo-Parameters auf einen Wert, der geringer ist als der Referenzwert. Die numerische Steuervorrichtung ist daher in der Lage, die Schwingung, die während des schweren spanabhebenden Bearbeitens auftritt, zu verringern und das Bearbeiten kann fortgesetzt werden, ohne dass die Antriebswelle stoppt. Die numerische Steuervorrichtung kann daher das Leistungsvermögen hinsichtlich des Bearbeitens verbessern.
Bei der numerischen Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung eine Geschwindigkeits-Schleifenintegrationsverstärkung und das Änderungsmittel macht die Geschwindigkeits-Schleifenintegrationsverstärkung geringer als den Referenzwert. Durch Verringern der Geschwindigkeits-Schleifenintegrationsverstärkung unterhalb des Referenzwerts kann daher die numerische Steuervorrichtung die Schwingung, die in der Werkzeugmaschine auftritt, verringern.
Bei der numerischen Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung eine Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung geringer als der Referenzwert. Daher kann die numerische Steuervorrichtung durch verringern der Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung unterhalb des Referenzwerts die bei der Werkzeugmaschine auftretende Schwingung verringern.
Die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält außerdem ein zweites Bestimmungsmittel und ein Wiederherstellungsmittel. Das zweite Bestimmungsmittel bestimmt, ob die Rotationsgeschwindigkeit die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit überschreitet, nachdem das Änderungsmittel die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung geringer als den Referenzwert gemacht hat. Das Wiederherstellungsmittel stellt die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung auf den Referenzwert zurück, wenn das zweite Bestimmungsmittel bestimmt hat, dass die Rotationsgeschwindigkeit die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit überschritten hat. Während einer Bearbeitung mit einer geringen Last des spanabhebenden Bearbeitens, so dass die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle nicht geringer wird als die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit, stellt die numerische Steuervorrichtung die Geschwindigkeit-Schleifenverstärkung auf den Referenzwert zurück. Die numerische Steuervorrichtung ist daher in der Lage, die Steifheit und Ansprechempfindlichkeit des Servomotors zu verbessern, so dass die Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Bearbeitung verbessert werden kann, ohne die Bearbeitungsgenauigkeit zu beeinträchtigen.
Das Steuerverfahren der vorliegenden Erfindung steuert eine numerische Steuervorrichtung, die vorgesehen ist mit einer Antriebswelle, welche sich dreht und an der ein Werkzeug montiert ist, einem Tisch, auf dem ein Arbeitsmaterial befestigt ist und einem Servomotor, der einen Bewegungsmechanismus antreibt, der entweder die Antriebswelle oder den Tisch bewegt. Die numerische Steuervorrichtung steuert einen Betrieb der Werkzeugmaschine, die das Arbeitsmaterial spanabhebend bearbeitet unter Verwendung des Werkzeuges, das sich zusammen mit der Antriebswelle dreht. Das Steuerverfahren weist ein Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsverfahren und ein Änderungsverfahren auf. Das Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsverfahren erfasst eine Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle. Das Änderungsverfahren ändert eine Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung, die ein Servo-Parameter ist, der einen Steuermodus des Servomotors bestimmt, auf einen Wert, der geringer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, wenn die durch das Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsverfahren erfasste Rotationsgeschwindigkeit größer ist als null und nicht größer ist als eine festgelegte Rotationsgeschwindigkeit. Durch Implementieren der oben beschriebenen Verfahren ist die numerische Steuervorrichtung in der Lage, die oben beschriebenen Effekte zu erzielen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Schrägansicht einer Werkzeugmaschine 1 ist;
2 ein Blockdiagramm ist, das eine elektrische Konfiguration der Werkzeugmaschine 1 und einer numerischen Steuervorrichtung 30 zeigt;
3 ein Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration einer Treiberschaltung 53A zeigt;
4 ein Graph ist, der Schwingungsfrequenz-Charakteristiken eines Y-Achsen-Tisches 12 während eines Bearbeitens zeigt;
5 ein Graph ist, der Eigenschwingungs-Frequenzcharakteristiken des Y-Achsen-Tisches 12 zeigt;
6 eine Abbildung eines NC-Programms P1 ist;
7 ein Ablaufdiagramm einer Hauptverarbeitung ist;
8 ein Ablaufdiagramm einer Kvi-Steuerverarbeitung ist; und
9 ein Graph ist, der eine maximale Bearbeitungs-Leistungsfähigkeit während eines Bearbeitens mit einem Referenz-Kvi und einem Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Die Längs-Rechts-Richtung, die Vorne-Hinten-Richtung und die Oben-Unten-Richtung einer Werkzeugmaschine 1 entsprechen jeweilig einer X-Achsen-Richtung, einer Y-Achsen-Richtung und einer Z-Achsen-Richtung. Durch Drehen eines Werkzeuges 4, das an einer Antriebswelle 9 montiert ist, führt die Werkzeugmaschine 1, die in 1 gezeigt ist, spanabhebende Bearbeitung an einem Arbeitsmaterial 3 durch, das auf der Oberseite eines Tisches 13 gehalten wird. Eine numerische Steuervorrichtung 30 (siehe 2) steuert den Betrieb der Werkzeugmaschine 1.
Die Werkzeugmaschine 1 ist vorgesehen mit einer Basis 2, einem Ständer 5, einem Antriebswellenkopf 7, der Antriebswelle 9, einer Tischeinheit 10, einer Werkzeugwechseleinheit 20, einem Steuerkasten 6, einem Bedienfeld 15 (siehe 2) und dergleichen. Die Basis 2 ist im Wesentlichen eine dreidimensionale, rechteckige Basis aus Metall. Der Ständer 5 erhebt sich vertikal von dem hinteren Rand der Oberseite der Basis 2. Der Antriebswellenkopf 5 ist derart vorgesehen, dass er sich in der Z-Achsen-Richtung entlang der Vorderseite des Ständers 5 bewegen kann. Der Antriebswellenkopf 7 trägt die Antriebswelle 9 in seinem Inneren, so dass die Antriebswelle 9 sich drehen kann. Die Antriebswelle 9 besitzt ein Montageloch (in den Zeichnungen nicht gezeigt) in seinem unteren Abschnitt. Ein Werkzeug 4 ist in dem Montageloch montiert und die Antriebswelle 9 wird durch den Betrieb eines Antriebswellenmotors 52 (siehe 2) gedreht. Der Antriebswellenmotor 52 ist in dem oberen Teil des Antriebswellenkopfes 7 vorgesehen. Der Antriebswellenkopf 7 wird in der Z-Achsen-Richtung durch einen Z-Achsen-Bewegungsmechanismus (in den Zeichnungen nicht dargestellt) bewegt, der an der Vorderseite des Ständers 5 vorgesehen ist. Die numerische Steuervorrichtung 30 steuert die Bewegung des Antriebswellenkopfes 7 in der Z-Achsen-Richtung durch Steuern des Betriebs eines Z-Achsen-Motors 51.
Die Tischeinheit 10 ist vorgesehen mit einem Y-Achsen-Bewegungsmechanismus (in den Zeichnungen nicht dargestellt), einem Y-Achsen-Tisch 12, einem X-Achsen-Bewegungsmechanismus (in den Zeichnungen nicht dargestellt), einem Tisch 13 und dergleichen. Der Y-Achsen-Bewegungsmechanismus ist vorgesehen an der Vorderseite der Oberseite der Basis 2 und ist vorgesehen mit einem Paar von Y-Achsen-Schienen, einem Y-Achsen-Kugelgewindetrieb, einem Y-Achsen-Motor 54 (siehe 2) und dergleichen. Das Paar von Y-Achsen-Schienen und der Y-Achsen-Kugelgewindetrieb erstrecken sich in der Y-Achsen-Richtung. Das Paar von den Y-Achsen-Schienen führt den Y-Achsen-Tisch 12 in der Y-Achsen-Richtung auf der Oberseite der Basis 2. Der Y-Achsen-Tisch 12 ist in einer im Wesentlichen dreidimensionalen rechteckigen Form ausgebildet und ist mit einer Schraubenmutter (in den Zeichnungen nicht dargestellt) auf der äußeren Fläche seines Bodenabschnittes vorgesehen. Die Schraubenmutter ist auf den Y-Achsen-Kugelgewindetrieb geschraubt. Wenn der Y-Achsen-Motor 54 den Y-Achsen-Kugelgewindetrieb dreht, bewegt sich der Y-Achsen-Tisch 12 entlang dem Paar der Y-Achsen-Schienen zusammen mit der Schraubenmutter. Daher trägt der Y-Achsen-Bewegungsmechanismus den Y-Achsen-Tisch 12 so, dass der Y-Achsen-Tisch 12 in der Lage ist, sich in der Y-Achsen-Richtung zu bewegen.
Der X-Achsen-Bewegungsmechanismus ist auf der Oberseite des Y-Achsen-Tisches 12 vorgesehen und ist vorgesehen mit einem Paar von X-Achsen-Schienen (in den Zeichnungen nicht dargestellt), einem X-Achsen-Kugelgewindetrieb (in den Zeichnungen nicht dargestellt), einem X-Achsen-Motor 53 (siehe 2) und dergleichen. Das Paar der X-Achsen-Schienen und der X-Achsen-Kugelgewindetrieb erstrecken sich in der X-Achsen-Richtung. Der Tisch 13 ist in einer im Wesentlichen rechteckigen Form in einer Draufsicht ausgebildet und ist auf der Oberseite des Y-Achsen-Tisches 12 vorgesehen. Der Tisch 13 ist vorgesehen mit einer Schraubenmutter (in den Zeichnungen nicht dargestellt) auf seinem Bodenabschnitt. Die Schraubenmutter ist auf den X-Achsen-Kugelgewindetrieb aufgeschraubt. Wenn der X-Achsen-Motor 53 den X-Achsen-Kugelgewindetrieb dreht, bewegt sich der Tisch 13 entlang dem Paar der X-Achsen-Schienen zusammen mit der Schraubenmutter. Daher trägt der X-Achsen-Bewegungsmechanismus den Tisch 13 so, dass der Tisch 13 in der Lage ist, sich in der X-Achsen-Richtung zu bewegen. Der Tisch 13 kann in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung über der Basis 2 durch den Y-Achsen-Bewegungsmechanismus, den Y-Achsen-Tisch 12 und den Y-Achsen-Bewegungsmechanismus bewegt werden.
Die Werkzeugwechseleinheit 20 ist an der Vorderseite des Antriebswellenkopfs 7 vorgesehen und ist mit einem runden, scheibenförmigen Werkzeugmagazin 21 vorgesehen. Das Werkzeugmagazin 21 hält eine Mehrzahl von Werkzeugen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) in einer radialen Anordnung um seinen äußeren Umfang. Es positioniert das Werkzeug, das durch eine Werkzeugänderungsanweisung festgelegt wird, an eine Werkzeugänderungsposition. Die Werkzeugänderungsanweisung wird ausgegeben von einem NC-Programm. Die Werkzeugänderungsposition ist die Position des untersten Teils des Werkzeugmagazins 21. Die Werkzeugwechseleinheit 20 tauscht das Werkzeug 4, das an der Antriebswelle 4 montiert ist, mit dem Werkzeug aus, das an der Werkzeugänderungsposition positioniert ist.
Der Steuerkasten 6 enthält die numerische Steuervorrichtung 30 (siehe 2). Durch Steuern des Z-Achsen-Motors 31, des Antriebswellen-Motors 52, des X-Achsen-Motors 53 und des Y-Achsen-Motors 54 bewegt die numerische Steuervorrichtung 30 das Arbeitsmaterial 3, das auf dem Tisch 13 gehalten wird, und das Werkzeug 4, das an der Antriebswelle 9 montiert ist, relativ zueinander und führt verschiedene Arten des Bearbeitens an dem Arbeitsmaterial 3 durch. Die verschiedenen Arten des Bearbeitens umfassen z. B. Lochherstellungs-Bearbeitung unter Verwendung eines Bohrers, eines Gewindebohrers oder dergleichen sowie Oberflächenbearbeitung unter Verwendung eines Schaftfräsers, eines Fräswerkzeuges oder dergleichen.
Das Bedienfeld 15 ist zum Beispiel vorgesehen an einer äußeren Wand einer Abdeckung (in den Zeichnungen nicht dargestellt), welche die Werkzeugmaschine 1 abdeckt. Das Bedienfeld 15 ist vorgesehen mit einem Eingabeabschnitt 16 und einem Anzeigeabschnitt 17 (siehe 2). Der Eingabeabschnitt 16 empfängt Eingaben, wie z. B. verschiedene Arten von Information, Betriebsanweisungen und dergleichen, und gibt diese an die numerische Steuervorrichtung 30 aus. Der Anzeigeabschnitt 17 zeigt verschiedene Arten von Bildschirmen auf der Grundlage von Befehlen von der numerischen Steuervorrichtung 30.
Die numerische Steuervorrichtung 30 und die Werkzeugmaschine 1 sind vorgesehen mit einer CPU 31, einem ROM 32, einem RAM 33, einer Speichervorrichtung 34, einem Eingabe/Ausgabe-Abschnitt 35, Treiberschaltungen 51A bis 55A und dergleichen (siehe 2). Die CPU 31 führt eine Gesamtsteuerung der numerischen Steuervorrichtung 30 durch. Das ROM 32 speichert verschiedene Arten von Programmen und dergleichen einschließlich eines Hauptprogramms und eines Kvi-Steuerprogramms. Das Hauptprogramm beschreibt Hauptverarbeitung (siehe 7). Die Hauptverarbeitung liest das NC-Programm zeilenweise und führt verschiedene Arten von Verfahren durch. Das NC-Programm ist aus einer Mehrzahl von einzeiligen Blöcken gebildet, welche verschiedene Arten von Steuerbefehlen enthalten, und es steuert zeilenweise verschiedene Arten von Verfahren der Werkzeugmaschine 1 einschließlich von Achsenbewegungen, Werkzeugwechseln und dergleichen. Das Kvi-Steuerprogramm beschreibt Kvi-Steuerverarbeitung (siehe 8). Der RAM 33 speichert temporär verschiedene Arten von Information. Die Speichervorrichtung 34 ist ein nichtflüchtiger Speicher und sie speichert verschiedene Arten von Daten, wie z. B. das NC-Programm, Servo-Parameter und dergleichen. Zusätzlich zu einem NC-Programm, das ein Bediener durch den Eingabeabschnitt 16 des Bedienfeldes 15 eingegeben hat, ist die CPU 31 in der Lage, in der Speichervorrichtung 34 ein NC-Programm oder dergleichen zu speichern, das durch externe Eingabe gelesen wurde.
Die Treiberschaltung 51A ist mit dem Z-Achsen-Motor 51 und einem Encoder 51B verbunden. Die Treiberschaltung 52A ist mit dem Antriebswellenmotor 52 und einem Encoder 52B verbunden. Die Treiberschaltung 53A ist mit dem X-Achsen-Motor 53 und einem Encoder 53B verbunden. Die Treiberschaltung 54A ist mit dem Y-Achsen-Motor 54 und einem Encoder 54B verbunden. Die Treiberschaltung 55A ist mit einem Magazinmotor 55, der das Werkzeugmagazin 21 antreibt, und mit einem Encoder 55B verbunden. Der Antriebswellenmotor 52, der X-Achsen-Motor 53, der Y-Achsen-Motor 54, der Z-Achsen-Motor 51 und der Magazinmotor 55 sind Servomotoren. Die Treiberschaltungen 51A bis 55A empfangen Befehle von der CPU 31 und geben Antriebsströme an die entsprechenden Motoren 51 bis 55 aus. Die Treiberschaltungen 51A bis 55A empfangen Rückkopplungssignale von den Encoder 51B bis 55B und führen Regelung der Positionen und Geschwindigkeiten der entsprechenden Motoren 51 bis 55 durch. Der Eingabe/Ausgabe-Abschnitt 35 ist mit dem Eingabeabschnitt 16 und dem Anzeigeabschnitt 17 des Bedienfeldes 15 verbunden.
Die Konfiguration der Treiberschaltung 53A des X-Achsen-Motors 53 wird mit Bezug auf 3 erklärt werden. Die Konfigurationen der Treiberschaltungen 51A bis 55A sind alle die gleichen, so dass Erklärungen der Konfigurationen der anderen Treiberschaltungen weggelassen werden. Der Encoder 53B des X-Achsen-Motors 53 gibt Information der momentanen Position für den X-Achsen-Motor 53 an die numerische Steuervorrichtung 30 in der Form eines Positions-Rückkopplungssignals Sb aus. Basierend auf einem von dem NC-Programm erlangten Steuerbefehl erzeugt die numerische Steuervorrichtung 30 einen Positionsbefehl Sa und gibt ihn an die Treiberschaltung 53A aus.
Die Treiberschaltung 53A steuert den an den X-Achsen-Motor 53 ausgegebenen Antriebsstrom derart, dass der X-Achsen-Motor 53 gemäß dem Positionsbefehl Sa arbeitet. Insbesondere berechnet ein Addierer 62 der Treiberschaltung 53A eine Positionsabweichung Se zwischen dem Positionsbefehl Sa und dem Positions-Rückkopplungssignal Se, welches das Signal für die tatsächliche Position ist. Der Addierer 62 berechnet dann einen Geschwindigkeitsbefehl Sf durch Multiplizieren der Positionsabweichung Se mit einer Positions-Schleifenverstärkung Kp.
Ein Addierer 63 berechnet eine Geschwindigkeitsabweichung Sh zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl Sf und der tatsächlichen Geschwindigkeit, d. h. einer Geschwindigkeit Sg, die durch Verwenden einer Differentiationsschaltung 64 zum Differenzieren des Positions-Rückkopplungssignals Sb abgeleitet wird. Ein Addierer 66 berechnet einen Strombefehl Sk durch Addieren eines (proportionalen) Strombefehls Si und eines (integralen) Strombefehls Sj. Der Strombefehl Si wird abgeleitet durch Multiplizieren der Geschwindigkeitsabweichung Sh mit einer Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung Kvp. Der Strombefehl Sj wird abgeleitet durch Verwenden einer Integrierschaltung 65 zum Integrieren der Geschwindigkeitsabweichung Sh, dann Multiplizieren des Integrationsergebnisses mit einer Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung Kvi. Ein Stromsteuerabschnitt 67 führt Leistungssteuerung für den X-Achsen-Motor 53 basierend auf dem berechneten Strombefehl Sk durch. Der Stromsteuerabschnitt 67 gibt Strominformation für den X-Achsen-Motor 53, d. h. Drehmomentinformation T(i) an die numerische Steuervorrichtung 30 aus.
Die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkungen bei den Servo-Parametern werden erklärt werden. Das Servomotor-Steuersystem ist eine halb geschlossene Schleifensteuerung. Die halb geschlossene Schleifensteuerung ist ein Steuersystem, das die Differenz zwischen einem Eingabepuls und einem Puls, der von dem Encoder rückgekoppelt wird, überwacht. Um die halb geschlossene Schleifensteuerung gemäß der Größe der Trägheitslast durchzuführen, führt die numerische Steuervorrichtung 30 eine Verstärkungsregulation durch. „Verstärkungsregulation” bedeutet Regulieren der Ansprechempfindlichkeit derart, dass sie dem Trägheitslastmoment angepasst ist.
Die Steuerung der Servomotoren wird bestimmt durch die Servo-Parameter. Die Servo-Parameter, welche die Steuersysteme für die Servomotoren bestimmen, die mit der numerischen Steuervorrichtung 30 verbunden sind, werden für jede Achse eingestellt. Jeder der Parameter besitzt einen Referenzwert, und die Referenzwerte ändern sich, um zu den Steuerbedingungen für die einzelnen Achsen zu passen. Die Servo-Parameter enthalten Parameter für die Verstärkungsregulierung. Die Parameter für die Verstärkungsregulierung enthalten die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkungen. Die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkungen enthalten die Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung, die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung (eine Geschwindigkeits-Schleifenintegrationszeitkonstante) und dergleichen. Wenn die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkungen sich ändern, ändert sich die Ansprechempfindlichkeit (die Frequenzcharakteristiken) der Servomotoren.
Die Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung ändert die Ansprechempfindlichkeit über das gesamte Frequenzspektrum. Wenn die Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung größer wird, verbessert sich die Servo-Steifheit und die Ansprechempfindlichkeit. Die Servo-Steifheit erzeugt ein haltendes Drehmoment, wenn der Servomotor gestoppt wird, wodurch verhindert wird, dass der Servomotor durch eine externe Kraft bewegt wird. Wenn die Geschwindigkeits-Schleifenproportionalvestärkung kleiner wird, dann verringern sich die Servo-Steifheit und die Ansprechempfindlichkeit. Die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung ändert die Ansprechempfindlichkeit bei geringen Frequenzen. Wenn die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung größer wird, verbessern sich die Servo-Steifheit und die Ansprechempfindlichkeit. Wenn die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung kleiner wird, verringern sich die Servo-Steifheit und die Ansprechempfindlichkeit.
Der X-Achsen-Motor 53, der Y-Achsen-Motor 54 und der Z-Achsen-Motor 51 treiben die Zugspindeln. Während gewöhnlicher spanabhebender Bearbeitung, welche Genauigkeit der Kontur erfordert, setzt die numerische Steuervorrichtung 30 die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung für den X-Achsen-Motor 53, den Y-Achsen-Motor 54 und den Z-Achsen-Motor 51 derart fest, dass eine hohe Ansprechempfindlichkeit erzeugt wird. Während schwerer spanabhebender Bearbeitung, wie z. B. einer groben Bearbeitung eines harten Materials, wie z. B. Eisen oder dergleichen, setzt die numerische Steuervorrichtung 30 die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung geringer fest als die Verstärkung für gewöhnliche spanabhebende Bearbeitung. Die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung, welche hohe Ansprechempfindlichkeit erzeugt, ist gleich dem vorbestimmten Referenzwert. Ein Fall, bei dem die Bearbeitung Genauigkeit der Kontur erfordert wäre zum Beispiel ein Eckabschnitt innerhalb eines Verlaufs der spanabhebenden Bearbeitung. Bei der folgenden Erklärung wird die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung einfach Kvi genannt.
Die Schwingungsfrequenz-Charakteristiken beim Bearbeiten des Arbeitsmaterials 3 durch die Werkzeugmaschine 1 werden mit Bezug auf 4 erklärt werden. Für die vorliegende Ausführungsform wurde ein Bearbeitungstest des Arbeitsmaterials 3 durchgeführt, um die Schwingungsfrequenz-Charakteristiken der Werkzeugmaschine 1 während des Bearbeitens zu analysieren. Die Testbedingungen werden nun erläutert werden. Wie in 1 gezeigt wird das Arbeitsmaterial 3, das 100 kg wiegt, auf der Oberseite des Tisches 13 befestigt. Ein Schaftfräser wird als das Werkzeug 4 verwendet. Um die Schwingungsfrequenz-Charakteristiken des Y-Achsen-Tisches 12 zu analysieren wird ein Beschleunigungsaufnehmer (in den Zeichnungen nicht dargestellt) an einer Seitenfläche des Y-Achsen-Tisches 12 angebracht. Der Beschleunigungsaufnehmer ist ein Sensor, der die Beschleunigung und Schwingung des Y-Achsen-Tisches 12 misst. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurden die Schwingungsfrequenz-Charakteristiken der Werkzeugmaschine 1 geprüft durch Analysieren der Schwingungsfrequenzen des Y-Achsen-Tisches 12.
Darüber hinaus wurde bei der vorliegenden Ausführungsform das Kvi, das für gewöhnliche spanabhebende Bearbeitung verwendet wird (im Folgenden als das Referenz-Kvi bezeichnet), und das Kvi, das für schwere spanabhebende Bearbeitung verwendet wird (im Folgenden das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung genannt), als die Kvi-Werte für jeden von dem X-Achsen-Motor 53, dem Y-Achsen-Motor 54 und dem Z-Achsen-Motor 51 definiert, welche die Zugspindeln antreiben. Ein Beispiel des Referenz-Kvi ist 200 Hz und ein Beispiel des Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ist 83 Hz. Das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ist geringer als das Referenz-Kvi. Bei dem Bearbeitungstest wurde die Schaftfräser-Bearbeitung des Arbeitsmaterials 3 durchgeführt durch Bewegen des Tisches 13 in der Y-Achsen-Richtung relativ zu dem Werkzeug 4. Die Schaftfräser-Bearbeitung wurde zweimal durchgeführt, einmal mit auf das Referenz-Kvi festgesetztem Kvi und einmal mit dem auf das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung festgesetztem Kvi. Die in dem Y-Achsen-Tisch 12 während jeder Drehung der Bearbeitung auftretende Schwingung wurde gemessen durch den Beschleunigungsaufnehmer, und die gemessenen Schwingungsdaten wurden einer FFT-Analyse unterzogen.
Der Graph, der in 4 gezeigt ist, zeigt die Schwingungsfrequenz-Charakteristiken des Y-Achsen-Tisches 12, wobei die Größe der Schwingung (m/s) auf der vertikalen Achse aufgetragen ist und die Schwingungsfrequenz (Hz) auf der horizontalen Achsen aufgetragen ist. Die Linie (1) zeigt die Schwingungsfrequenz-Charakteristiken während des Bearbeitens mit dem Referenz-Kvi. Die Linie (2) zeigt die Schwingungsfrequenz-Charakteristiken während des Bearbeitens mit dem Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung. Mit beiden Einstellungen der Schwingungsfrequenz-Charakteristiken wurde eine große Schwingungsamplitude in dem Bereich von 40 bis 50 Hz bestätigt. Das bedeutet, dass der Y-Achsen-Tisch 12 in dem Bereich von 40 bis 50 Hz stark schwingt. Darüber hinaus ist die Schwingungsamplitude in dem Bereich von 40 bis 50 Hz, wenn das Kvi auf das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung festgesetzt ist, geringer als wenn das Kvi auf das Referenz-Kvi festgesetzt ist. Auf beiden Linien (1) und (2) wird die Schwingungsamplitude, die um 60 Hz auftritt, erzeugt, wenn die Schneidkante des Werkzeuges 4 in Kontakt mit dem Arbeitsmaterial 3 kommt.
Die Eigenschwingungs-Frequenzcharakteristiken der Werkzeugmaschine 1 werden mit Bezug auf 5 erklärt werden. Für die vorliegende Ausführungsform wurde zum Prüfen der Eigenschwingungs-Frequenzcharakteristiken der Werkzeugmaschine 1 der Beschleunigungsaufnehmer (in den Zeichnungen nicht dargestellt) an dem Y-Achsen-Tisch 12 angebracht und wurden Hammertests (Rütteltests) durchgeführt, bei denen das Kvi auf das Referenz-Kvi und auf das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung festgesetzt wurde. Bei den Hammertests wurde der Y-Achsen-Tisch 12 mit einem Hammer (in den Zeichnungen nicht dargestellt) in der Y-Achsen-Richtung angeschlagen und wurde die in dem Y-Achsen-Tisch 12 auftretende Schwingung durch den Beschleunigungsaufnehmer gemessen. Die Eigenschwingungs-Frequenzcharakteristiken des Y-Achsen-Tisches 12 wurden durch FFT-Analyse analysiert.
Der in 5 gezeigte Graph zeigt die Eigenschwingungs-Frequenzcharakteristiken des Y-Achsen-Tisches 12, wobei die Größe der Schwingung (m/s/N) auf der vertikalen Achse aufgetragen ist und die Schwingungsfrequenz (Hz) auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Die Linie (3) zeigt die Eigenschwingungs-Frequenzcharakteristiken des Y-Achsen-Tisches 12, wenn das Kvi auf das Referenz-Kvi festgesetzt war. Die Linie (4) zeigt die Eigenschwingungs-Frequenzcharakteristiken des Y-Achsen-Tisches 12, wenn das Kvi auf das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung festgesetzt wurde. Mit beiden Einstellungen der Schwingungsfrequenz-Charakteristiken wurde eine große Schwingungsamplitude in dem Bereich von 40 bis 50 Hz bestätigt. Da die Schwingungsamplitude in dem Bereich von 40 bis 50 Hz am größten wurde, wurde verstanden, dass die Eigenschwingungsfrequenz des Y-Achsen-Tisches 12 und die Eigenschwingungsfrequenz der Werkzeugmaschine 1 in dem Bereich von 40 bis 50 Hz sind. Daher bestätigten die Bearbeitungstests und die Hammertests, die oben beschrieben wurden, dass die Schwingungsfrequenz-Charakteristiken beim Bearbeiten des Arbeitsmaterials 3 und die Eigenschwingungs-Frequenzcharakteristiken der Werkzeugmaschine 1 aneinander angepasst sind.
Während schwerer spanabhebender Bearbeitung wird die Bearbeitungslast größer als während gewöhnlicher spanabhebender Bearbeitung, so dass die Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit signifikant schwankt. Basierend auf den Ergebnissen der Bearbeitungstests und der Hammertests, die oben beschrieben wurden, wurde verstanden, dass die Komponenten, welche die Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit beim diskontinuierlichen spanabhebenden Bearbeiten variieren, wie z. B. Schaftfräser-Bearbeitung und dergleichen, nicht nur die Frequenz der spanabhebenden Bearbeitung (ein ganzzahliges Vielfaches der Rotationsfrequenz) enthalten, sondern auch die Komponente der Eigenschwingungsfrequenz der Werkzeugmaschine 1. Die Komponente der Eigenschwingungsfrequenz der Werkzeugmaschine 1 kann verringert werden durch Verbessern der Steifheit der Werkzeugmaschine 1, aber dies ist nicht wünschenswert, da es möglicherweise Probleme der höheren Teilekosten und zunehmender Mannstunden für den Entwurf erzeugt.
Die oben beschriebenen Bearbeitungstests bestätigten, dass Ändern des Kvi für die Zugspindeln bewirkte, dass die Größe der Schwingungsamplitude, die während des Bearbeitens erzeugt wurde, sich in dem Bereich von 40 bis 50 Hz ändert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Versuch gemacht, die Leistungsfähigkeit des Bearbeitens wie im Folgenden beschrieben zu verbessern, um so die Schwingungsamplitude in dem Bereich von 40 bis 50 Hz durch Durchführen der Kvi-Steuerverarbeitung (siehe 8) zu verringern, welche das Referenz-Kvi für gewöhnliche spanabhebende Bearbeitung festsetzt und die Einstellung des Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ändert, wenn schwere spanabhebende Bearbeitung erfasst wird.
Die von der CPU 31 durchgeführte Hauptverarbeitung wird mit Bezug auf 7 erklärt werden. Unter Verwendung des Eingabeabschnittes 16 des Bedienfeldes 15 wählt der Bediener ein NC-Programm aus einer Mehrzahl von NC-Programmen aus, die in der Speichervorrichtung 34 gespeichert sind, gibt dann einen Befehl zum Starten der Bearbeitung für das ausgewählte NC-Programm aus. Wenn die CPU 31 den Bearbeitungsstartbefehl von dem Eingabeabschnitt 16 empfängt, liest die CPU 31 das Hauptprogramm, das in dem ROM 32 gespeichert ist, und führt die Hauptverarbeitung durch. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel erklärt werden, bei dem die CPU 31 ein NC-Programm P1 ausführt, das in 6 gezeigt ist.
Wie in 6 gezeigt, ist die Zeile N01 des NC-Programmd P1 ein Steuerbefehl zum Drehen der Antriebswelle 9 mit 1000 U/min. „M3” zeigt einen Antriebswellenrotationsbefehl an. „S” zeigt einen Befehl zum Festsetzen der Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit (U/min) an. „M141” in Zeile N02 ist ein Steuerbefehl zum Umschalten einer Moduseinstellung von einem gewöhnlichen spanabhebenden Bearbeitungsmodus zu einem schweren spanabhebenden Bearbeitungsmodus. Der gewöhnliche spanabhebende Bearbeitungsmodus ist ein Steuermodus, der das Kvi für die Zugspindeln auf das Referenz-Kvi während gewöhnlicher spanabhebender Bearbeitung festsetzt. Der schwere spanabhebende Bearbeitungsmodus ist ein Steuermodus, der das Kvi für die Zugspindeln von dem Referenz-Kvi auf das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ändert, basierend auf einer Änderung der momentanen Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit (im Folgenden die momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit genannt). Wenn die momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit unter 50% einer angewiesenen Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit fällt, zeigt die numerische Steuervorrichtung 30 der vorliegenden Ausführungsform einen Servo-Fehler auf dem Anzeigeabschnitt 70 an und steuert die Werkzeugmaschine 1 derart, dass sie die Antriebswelle 9 stoppt. Die CPU 31 speichert Information über den momentan festgesetzten Modus in dem RAM 33. Die Modusinformation ist Information über die Art des Steuermodus. Die CPU 31 setzt den Steuermodus standardmäßig auf den gewöhnlichen spanabhebenden Bearbeitungsmodus.
Zeile N03 ist ein absoluter Befehl, ein Steuerbefehl, der die Antriebswelle 9 zu einer Position mit einer X-Koordinate von 100 mit einer Zuführgeschwindigkeit von 500 mm/min zuführt. „M142” in Zeile N04 ist ein Steuerbefehl, der den Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung aufhebt und in den Modus gewöhnlicher spanabhebender Bearbeitung zurücksetzt. „M30” in Zeile N05 ist ein Abbruchbefehl, der das NC-Programm beendet bzw. abbricht. Der Bediener kann den Eingabeabschnitt 16 des Bedienfeldes 15 verwenden zum Ändern der Referenz-Kvi und des Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind das Referenz-Kvi und das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung für die Zugspindeln in der Speichervorrichtung 34 im Voraus gespeichert und das momentan festgesetzte Kvi ist in dem RAM 33 gespeichert. Das Referenz-Kvi ist ein Referenzwert.
Wie in 7 gezeigt liest die CPU 31 das NC-Programm P1 (Schritt S1), deren Auswahl von dem Eingabeabschnitt 16 empfangen wurde und interpretiert Zeile N01 (Schritt S2). Die CPU 31 bestimmt, ob die interpretierte Zeile gleich „M30” ist (Schritt S3). Zeile N01 ist gleich „M3S1000” (NEIN in Schritt S3), so dass die CPU 31 den Antriebswellenmotor 52 ansteuert und die Antriebswelle 9 mit 1000 U/min dreht (Schritt S4). Nach dem Ausführen des Steuerbefehls kehrt die CPU 31 zu Schritt S2 zurück und interpretiert die Zeile N02. Zeile N02 ist „M141” (NEIN in Schritt S3), so dass die CPU 31 von dem Modus gewöhnlicher spanabhebender Bearbeitung in den Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung umschaltet (Schritt S4). In der Modusinformation, die in dem RAM 33 gespeichert ist, speichert die CPU 31 Information, welche besagt, dass der Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung momentan festgesetzt ist. Beim Festsetzen des Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung ändert die CPU 31 bei der Kvi-Steuerverarbeitung (siehe 8) das Kvi für die Zugspindeln von dem Referenz-Kvi zu dem Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung gemäß Änderungen in der momentanen Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit. Nach dem Ausführen des Steuerbefehls in Zeile N02 kehrt die CPU 31 zu Schritt S2 zurück und interpretiert Zeile N03.
Zeile N03 ist „G90G01X100. F500” (NEIN in Schritt S3), so dass die CPU 31 die Antriebswelle 9 zu der Position mit der X-Koordinate von 100 mit einer Zuführgeschwindigkeit von 500 mm/min bewegt, und dann die Schaftfräser-Bearbeitung an dem Arbeitsmaterial 3 durchführt (Schritt S4). Nach dem Ausführen des Steuerbefehls in Zeile N03 kehrt die CPU 31 zu Schritt S2 zurück und interpretiert Zeile N04. Zeile N04 ist „M142” (NEIN in Schritt S3), so dass die CPU 31 den Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung aufhebt und zu dem Modus gewöhnlicher spanabhebender Bearbeitung zurückkehrt (Schritt S4). In der in dem RAM 33 gespeicherten Modusinformation speichert die CPU 31 Information, die besagt, dass momentan der Modus gewöhnlicher spanabhebender Bearbeitung festgesetzt ist. Nach dem Ausführen des Steuerbefehls in Zeile N04 kehrt die CPU 31 zu Schritt S2 zurück und interpretiert Zeile N05. Zeile N05 ist „M30” (JA in Schritt S3), so dass die CPU 31 die Hauptverarbeitung beendet.
Die Kvi-Steuerverarbeitung wird mit Bezug auf 8 erklärt werden. Wenn die CPU 31 das NC-Programm P1 bei der Hauptverarbeitung in 7 durchführt, liest die CPU 31 das Kvi-Steuerprogramm von dem ROM 32 und führt die Kvi-Steuerverarbeitung parallel zu der Hauptverarbeitung durch.
Die CPU 31 bestimmt bezugnehmend auf die in dem RAM 33 gespeicherte Modusinformation, ob der momentan festgesetzte Steuermodus der Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung ist (Schritt S11). Wenn der Modus gewöhnlicher spanabhebender Bearbeitung festgesetzt ist (NEIN in Schritt S11), bestimmt die CPU 31, ob das momentan festgesetzte Kvi das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ist (Schritt S18). Wenn das momentan festgesetzte Kvi das Referenz-Kvi ist (NEIN in Schritt S18), bestimmt die CPU 31, ob das momentan ausgeführte NC-Programm P1 beendet wurde (Schritt S20). Wenn das NC-Programm P1 ausgeführt wird (NEIN in Schritt S20), kehrt die CPU 31 zu Schritt S11 zurück und wiederholt die Verarbeitung.
Wenn der momentan festgesetzte Steuermodus der Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung ist (JA in Schritt S11), erfasst die CPU 31 die momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit (Schritt S12), basierend auf einem Signal von dem Encoder 52B des Antriebswellenmotors 52 (siehe 2). Die CPU 31 bestimmt, ob der absolute Wert der erfassten momentanen Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit nicht größer ist als eine festgelegte Rotationsgeschwindigkeit (Schritt S13). Die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit wird unter Verwendung der unten wiedergegebenen Formel berechnet. Festgelegte Rotationsgeschwindigkeit = |Befohlene Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit| × Kvi-Umschaltverhältnis ÷ 100
Vorzugsweise wird das Kvi-Umschaltverhältnis festgesetzt auf einen höheren Wert als 50%, bei dem der Servo-Fehler erzeugt wird, wobei ein Wert in dem Bereich von 60% bis 70% wünschenswert ist. Das Kvi-Umschaltverhältnis kann wie von dem Bedienfeld 15 gewünscht geändert werden.
Das „S1000” in Zeile N01 des NC-Programms P1 setzt die befohlene Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit auf 1000 U/min fest. Daher ist die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit gleich 1000 × 60 ÷ 100 = 600 U/min. Die CPU 31 bestimmt, ob der absolute Wert der erfassten momentanen Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit nicht größer ist als 600 U/min. Wenn die momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit größer ist als 600 Undrehungen/min (NEIN in Schritt S13), bestimmt die CPU 31, ob das momentan festgesetzte Kvi gleich dem Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ist (Schritt S16). Wenn das momentan festgesetzte Kvi gleich dem Referenz-Kvi ist (NEIN in Schritt S16) bestimmt die CPU 31, ob das NC-Programm P1 beendet wurde (Schritt S20). Wenn das NC-Programm P1 ausgeführt wird (NEIN in Schritt S20), kehrt die CPU 31 zu Schritt S11 zurück und wiederholt die Bearbeitung.
Wenn die momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit größer ist als null und nicht größer als 600 U/min (JA in Schritt S13), nimmt die Bearbeitungslast zu und tritt Schwingung in der Werkzeugmaschine 1 auf, so dass der Zustand der Bearbeitung eine schwere spanabhebende Bearbeitung ist. Daher ändert die CPU 31 das Kvi auf das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung (Schritt S14). Das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ist ein kleinerer Wert als das Referenz-Kvi, so dass die Servo-Steifheit zunimmt und die in der Werkzeugmaschine 1 auftretende Schwingung geringer wird. Die momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit nimmt allmählich zu bis sie zu einem Wert zurückkehrt, der größer ist als die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit. Daher ist die numerische Steuervorrichtung 30 in der Lage, die Bearbeitung fortzusetzen ohne einen Servo-Fehler zu erzeugen. Da die Schwingung geringer wird, kann bei der spanabhebenden Bearbeitung eine bearbeitete Oberfläche mit guter Qualität auf dem Arbeitsmaterial 3 erzielt werden.
Die CPU 31 bestimmt, ob ein anderer Antriebswellen-Rotationsbefehl ausgeführt werden wird (Schritt S15). Wenn ein anderer Antriebswellen-Rotationsbefehl ausgeführt werden wird (JA in Schritt S15), dann besteht die Möglichkeit, dass sich die angewiesene Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit ändern wird, so dass die CPU 31 das Kvi auf das Referenz-Kvi zurückbringt (Schritt S17). Wenn zum Beispiel Bearbeiten mit einer geringen spanabhebenden Bearbeitungslast durchgeführt wird gemäß einem anderen Antriebswellen-Rotationsbefehl, verbessern sich die Servo-Steifheit und die Ansprechempfindlichkeit, so dass sich die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert. Wenn ein anderer Antriebswellen-Rotationsbefehl nicht ausgeführt werden wird (NEIN in Schritt S15), bestimmt die CPU 31, ob das NC-Programm P1 beendet wurde (Schritt S20). Wenn das NC-Programm P1 ausgeführt wird (NEIN in Schritt S20) kehrt die CPU 31 zu Schritt S11 zurück und wiederholt die Verarbeitung.
Wenn die Verarbeitung fortgesetzt werden wird in einem Zustand, in dem das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung festgesetzt wurde in dem Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung (JA in Schritt S11), erfasst die CPU 31 wieder die momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit (Schritt S12). Wenn die erfasste momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit größer ist als die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit (NEIN in Schritt S13), wird die spanabhebende Bearbeitungslast geringer, so dass der momentane Zustand der spanabhebenden Bearbeitung nicht schweres spanabhebendes Bearbeiten ist. Dementsprechend, wenn das momentan festgesetzte Kvi gleich das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ist (JA in Schritt S16), setzt es die CPU 31 auf das Referenz-Kvi zurück (Schritt S17). Daher verbessern sich die Servo-Steifheit und die Ansprechempfindlichkeit, so dass sich die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert. Die CPU 31 bestimmt, ob das NC-Programm P1 beendet wurde (Schritt S20). Wenn das NC-Programm P1 ausgeführt wird (NEIN in Schritt S20), kehrt die CPU 31 zu Schritt S11 zurück und wiederholt die Verarbeitung.
Wenn der Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung aufgehoben wurde durch Zeile N04 des NC-Programms P1 (NEIN in Schritt S11), bestimmt die CPU 31, ob das momentan festgesetzte Kvi gleich dem Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ist (Schritt S18). Das momentan festgesetzte Kvi ist das Kvi schwerer spanabhebender Bearbeitung (JA in Schritt S18), so dass die CPU 31 zu dem Referenz-Kvi zurückkehrt (Schritt S19) und dann bestimmt, ob das NC-Programm P1 beendet wurde (Schritt S20). Wenn das NC-Programm P1 beendet wurde (JA in Schritt S20) bricht die CPU 31 die Kvi-Steuerverarbeitung ab.
Das maximale Leistungsvermögen für Bearbeitung, wenn das Referenz-Kvi festgesetzt ist, und das maximale Leistungsvermögen für Bearbeitung, wenn das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung festgesetzt ist, werden mit Bezug auf 9 erklärt werden. In 9 zeigt die untere horizontale Achse die Schwingungsfrequenz (Hz) an, zeigt die obere horizontale Achse die Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit (U/min) an, zeigt die linke vertikale Achse die Größe der Schwingung (m/s/N) an und zeigt die rechte vertikale Achse das maximale Leistungsvermögen der Verarbeitung (mm) an. Linie (3) und Linie (4) sind die gleichen wie die in 5 gezeigten. Linie (5) zeigt das maximale Leistungsvermögen der Verarbeitung an, wenn das Referenz-Kvi festgesetzt ist, und Linie (6) zeigt das maximale Leistungsvermögen der Verarbeitung an, wenn das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung festgesetzt ist. Das maximale Leistungsvermögen der Bearbeitung wird gemessen als die maximale Schneidweite (ae), bei der ein Servo-Fehler nicht während der Schaftfräser-Bearbeitung des Arbeitsmaterials 3 auftritt. Auf der rechten vertikalen Achse in 9, welche das maximale Leistungsvermögen der Bearbeitung anzeigt, ist die maximale Schneidweite von oben nach unten zunehmend dargestellt.
Es wurde verifiziert, dass das maximale Leistungsvermögen der Bearbeitung größer ist, wenn das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung festgesetzt ist, als wenn das Referenz-Kvi festgesetzt ist. Das maximale Leistungsvermögen der Bearbeitung ist größer, wenn das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung festgesetzt ist, als wenn das Referenz-Kvi festgesetzt ist, selbst in dem Bereich von 40 bis 50 Hz, in dem die Schwingungsamplitude am größten ist. Während schwerer spanabhebender Bearbeitung, wenn die momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit signifikant abnimmt, ändert die numerische Steuervorrichtung 30 das Kvi von dem Referenz-Kvi auf das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung, und es wurde verifiziert, dass die in der Werkzeugmaschine 1 auftretende Schwingung verringert ist und ein spanabhebendes Bearbeiten eines harten Materials oder dergleichen mit guter Qualität erzielt werden kann.
Bei der obigen Erklärung entspricht die Tischeinheit 10 einem Bewegungsmechanismus der vorliegenden Erfindung, entspricht die CPU 31, welche die Verarbeitung in Schritt S12 in 8 durchführt, dem Rotationsgeschwindigkeit-Erfassungsmittel der vorliegenden Erfindung, und entspricht die CPU 31, welche die Verarbeitung in Schritt S14 durchführt, dem Änderungsmittel der vorliegenden Erfindung, und das Verfahren, das die CPU 31 in Schritt S14 durchführt, entspricht einem Änderungsverfahren der vorliegenden Erfindung.
Wie oben erläutert steuert die numerische Steuervorrichtung 30 der vorliegenden Ausführungsform den Betrieb der Werkzeugmaschine 1, welche das Arbeitsmaterial 3 spanabhebend bearbeitet. Die Werkzeugmaschine 1 ist vorgesehen mit der Antriebswelle 3, der Tischeinheit 10, dem X-Achsen-Motor 53 und dem Y-Achsen-Motor 54. Das Werkzeug ist an der Antriebswelle 9 montiert und die Antriebswelle 9 dreht sich. Die Tischeinheit 10 ist mit dem X-Achsen-Bewegungsmechanismus und dem Y-Achsen-Bewegungsmechanismus vorgesehen und bewegt den Tisch 13 in der X-Achsen-Richtung und in der Y-Achsen-Richtung relativ zu der Antriebswelle 9. Der X-Achsen-Motor 53 und der Y-Achsen-Motor 54 sind Servomotoren, welche den X-Achsen-Bewegungsmechanismus bzw. den Y-Achsen-Bewegungsmechanismus antreiben. Die numerische Steuervorrichtung 30 erfasst die momentane Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 9. Wenn die erfasste Rotationsgeschwindigkeit größer als null ist und nicht größer als die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit, wird das Kvi für den X-Achsen-Motor 53 und den Y-Achsen-Motor 54 in das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung geändert. Durch Ändern des Kvi in das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung ändert die numerische Steuervorrichtung 30 die Schwingungsfrequenz-Charakteristiken des Tisches 13. Da die numerische Steuervorrichtung 30 die Schwingung verringern kann, die während der schweren spanabhebenden Bearbeitung erzeugt wird, ist sie in der Lage, die Bearbeitung ohne Erzeugen eines Servo-Fehlers fortzusetzen. Die numerische Steuervorrichtung 30 ist daher in der Lage, das Leistungsvermögen der Verarbeitung zu verbessern, wodurch es möglich gemacht wird, ein größeres Volumen spanabhebend zu bearbeiten und die Produktivität zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, und verschiedene Arten von Abwandlungen können gemacht werden. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind das Referenz-Kvi und das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung, das geringer ist als das Referenz-Kvi, für die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung (Kvi) vorgesehen, die eine der Geschwindigkeits-Schleifenverstärkungen ist. Wenn die schwere spanabhebende Bearbeitung auf der Grundlage der momentanen Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit erfasst wird, wird die in der Werkzeugmaschine 1 auftretende Schwingung verringert durch Ändern des Kvi von dem Referenz-Kvi in das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung. Zusätzlich, wenn zum Beispiel schwere spanabhebende Bearbeitung erfasst wird während des Bearbeitens, kann auch die Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung (Kvp) geändert werden. Wie zuvor beschrieben, wenn die Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung größer wird, verbessern sich die Servo-Steifheit und die Ansprechempfindlichkeit. Wenn die Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung geringer wird, verringern sich die Servo-Steifheit und die Ansprechempfindlichkeit. Wenn daher die numerische Steuervorrichtung 30 eine schwere spanabhebende Bearbeitung während des Bearbeitens erfasst, kann sie zu einer Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung, die geringer ist als ein Referenzwert, wechseln. Für die Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung kann die numerische Steuervorrichtung 30 die gleiche Art des Verarbeitens wie die Kvi-Steuerverarbeitung durchführen, die in 8 gezeigt ist. Die numerische Steuervorrichtung ist daher in der Lage, die gleiche Art von Ergebnissen wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform zu erzielen.
Für die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung kann der Wert der Geschwindigkeits-Schleifenintegrationszeitkonstante geändert werden, und kann der Wert der Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung geändert werden. In diesem Fall wird die Geschwindigkeits-Schleifenintegrationszeitkonstante größer gemacht, um die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung kleiner zu machen.
Das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung und das Kvi-Umschaltverhältnis können bei der oben beschriebenen Ausführungsform auch als Parameter festgesetzt werden, die der Bediener wie gewünscht wählen kann. Zum Beispiel können sie auf dem Bedienfeld 15 ausgewählt werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden das Einstellen und Aufheben des Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung durchgeführt unter Verwendung von „M141” und „M142” in dem NC-Programm, das durch die Hauptverarbeitung durchgeführt wird, aber die Einstellungen können auch gemacht werden durch ein anderes Verfahren. Zum Beispiel können die Einstellung und die Aushebung des Modus schwerer spanabhebender Bearbeitung auch mit dem Eingabeabschnitt 16 oder dem Bedienfeld 15 durchgeführt werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Bestimmung dahingehend, ob die momentane Bearbeitung eine schwere spanabhebende Bearbeitung ist, durch Erfassen der momentanen Antriebswellen-Rotationsgeschwindigkeit gemacht. Jedoch kann die Bestimmung dahingehend, ob die momentane Bearbeitung eine schwere spanabhebende Bearbeitung ist, auch gemacht werden durch Erfassen des Antriebswellen-Drehmomentwertes, der Rotationsgeschwindigkeiten der Zugspindeln (des X-Achsen-Motors 53, des Y-Achsen-Motors 54 und des Z-Achsen-Motors 51), den Drehmomentwerten für die Zugspindeln oder dergleichen.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Beschleunigungsaufnehmer an einer Seitenfläche des Y-Achsen-Tisches 12 montiert, und wird die Schwingung des Y-Achsen-Tisches 12 gemessen. Jedoch kann der Beschleunigungsaufnehmer auch an einer Seitenfläche des Tisches 13 montiert werden, und kann auch die Schwingung des Tisches 13 gemessen werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform, wenn zum Beispiel schwere spanabhebende Bearbeitung während des Bearbeitens erfasst wird, wird das Kvi in das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung für den X-Achsen-Motor 53, den Y-Achsen-Motor 54 und den Z-Achsen-Motor 51 geändert, welche die Zugspindeln antreiben. Solange jedoch das Kvi für schwere spanabhebende Bearbeitung für zumindest eine der Zugspindeln festgesetzt wird, ist es akzeptabel.
Die Werkzeugmaschine 1 der oben beschriebenen Ausführungsform ist eine Werkzeugmaschine, bei der die Antriebswelle, an der das Werkzeug 4 montiert ist, in der Lage ist, sich in der Z-Achsen-Richtung zu bewegen, und der Tisch 13 in der Lage ist, sich in der X-Achsen-Richtung und in der Y-Achsen-Richtung zu bewegen. Der Aufbau des Bewegungsmechanismus für das Werkzeug 4, der sich in der X-Achsen-Richtung, in der Y-Achsen-Richtung und in der Z-Achsen-Richtung relativ zu dem Tisch 13, bewegt, ist nicht auf den Aufbau in der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann die Werkzeugmaschine 1 auch eine Werkzeugmaschine sein, an der ein Werktisch befestigt ist, wobei die Antriebswelle in der Lage ist, sich entlang der drei Achsen, in der X-Achsen-Richtung, in der Y-Achsen-Richtung und in der Z-Achsen-Richtung zu bewegen. Die Werkzeugmaschine 1 der oben beschriebenen Ausführungsform ist eine vertikale Werkzeugmaschine, aber sie kann auch eine horizontale Werkzeugmaschine sein.
Die oben beschriebene Ausführungsform wurde erläutert unter Verwendung von Schaftfräser-Bearbeitung, aber die Ausführungsform kann auch angewendet werden auf andere Bearbeitungsverfahren, wie z. B. Fräsen und dergleichen.
Die Treiberschaltungen 51A bis 55A der oben beschriebenen Ausführungsform sind in der Werkzeugmaschine 1 vorgesehen, aber die Treiberschaltungen 51A bis 55A können auch in der numerischen Steuervorrichtung 3 vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 1999-99433 [0002]

Claims

Numerische Steuervorrichtung (30), welche den Betrieb einer Werkzeugmaschine (1) steuert, die vorgesehen ist mit einer Antriebswelle (9), welche sich dreht und an der ein Werkzeug (4) montiert ist, einem Tisch (13), an dem ein Arbeitsmaterial (3) befestigt ist, und einem Servomotor (53, 54), der einen Bewegungsmechanismus antreibt, welcher entweder die Antriebswelle oder den Tisch bewegt, wobei die Werkzeugmaschine das Arbeitsmaterial unter Verwendung des Werkzeuges spanabhebend bearbeitet, das sich zusammen mit der Antriebswelle dreht, wobei die numerische Steuervorrichtung aufweist: ein Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsmittel (31) zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle; und ein Änderungsmittel (31) zum Ändern einer Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung, welche ein Servo-Parameter ist, der einen Steuermodus des Servomotors bestimmt, auf einen Wert, der geringer ist als ein vorbestimmter Referenzwert, wenn die von dem Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsmittel erfasste Rotationsgeschwindigkeit größer ist als null und nicht größer ist als eine vorbestimmte festgelegte Rotationsgeschwindigkeit.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung eine Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung (Kvi) ist, und das Änderungsmittel die Geschwindigkeits-Schleifenintegralverstärkung geringer macht als den Referenzwert.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung eine Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung (Kvp) ist, und das Änderungsmittel die Geschwindigkeits-Schleifenproportionalverstärkung geringer macht als den Referenzwert.
Numerische Steuervorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, weiter mit: einem zweiten Bestimmungsmittel (31) zum Bestimmen, ob die Rotationsgeschwindigkeit die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit übersteigt, nachdem das Änderungsmittel die Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung geringer als den Referenzwert gemacht hat; und einem Wiederherstellungsmittel (31) zum Wiederherstellen der Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung auf den Referenzwert, wenn das zweite Bestimmungsmittel bestimmt hat, dass die Rotationsgeschwindigkeit die festgelegte Rotationsgeschwindigkeit übersteigt.
Steuerverfahren einer numerischen Steuervorrichtung (30), die einen Betrieb einer Werkzeugmaschine (1) steuert, die vorgesehen ist mit einer Antriebswelle (9), die sich dreht und an der ein Werkzeug (4) montiert ist, einem Tisch (13), an dem ein Arbeitsmaterial (3) befestigt ist, und einem Servomotor (53, 54), der einen Bewegungsmechanismus (10) antreibt, welcher entweder die Antriebswelle oder den Tisch bewegt, wobei die Werkzeugmaschine (1) das Arbeitsmaterial unter Verwendung des Werkzeuges, das sich zusammen mit der Antriebswelle dreht, spanabhebend bearbeitet, und wobei das Steuerverfahren aufweist: ein Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsverfahren, das eine Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle erfasst; und ein Änderungsverfahren, das, wenn die durch das Rotationsgeschwindigkeits-Erfassungsverfahren erfasste Rotationsgeschwindigkeit größer als null und nicht größer als eine vorbestimmte festgelegte Rotationsgeschwindigkeit ist, eine Geschwindigkeits-Schleifenverstärkung, welche ein Servo-Parameter ist, der einen Steuermodus des Servomotors bestimmt, auf einen Wert ändert, der geringer ist als ein vorbestimmter Referenzwert.