DE102017000064B4

DE102017000064B4 - Numerische Steuerung mit einer Schnittsteuerfunktion durch Revolverdrehung

Info

Publication number: DE102017000064B4
Application number: DE102017000064.6A
Authority: DE
Inventors: Kouei YOSHIDA; Yousuke KOYANAKA
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2037-01-06
Also published as: US20170203371A1; CN107065782B; JP2017126274A; DE102017000064A1; JP6396346B2; US10486240B2; CN107065782A

Abstract

Numerische Steuerung (1), die eine Maschine steuert, die die Bearbeitung eines sich drehenden Werkstücks (W) ausführt, indem ein Werkzeug (T1, T2, T3, T4), das an einem Revolver (4) befestigt ist, aufgrund eines Programmbefehls gegen das sich drehende Werkstück gepresst wird, wobei die numerische Steuerung Folgendes umfasst:eine Befehlsanalyseeinheit (10), die eingerichtet ist, um Bewegungssteuerungsdaten durch Analyse des Programmbefehls zu erzeugen; undeine Berechnungseinheit (11) des Verfahrwegs, die eingerichtet ist, um, wenn die von der Steueranalyseeinheit erzeugten Bewegungsbefehlsdaten Bewegungsbefehlsdaten zur Bewegung des Werkzeugs in eine Richtung einer ersten geraden Achse orthogonal zu einer Drehachse des Werkstücks sind, einen Befehlswert aufgrund des Programmbefehls für die Bewegung des Werkzeugs in Richtung der ersten geraden Achse in einen Befehlswert für einen Drehwinkel des Revolvers umzuwandeln,wobei eine Position des Werkzeugs gemäß einem Drehbefehl für den Revolver aufgrund des Befehlswerts für den Drehwinkel des Revolvers gesteuert wird, der von der Berechnungseinheit des Verfahrwegs berechnet wurde, anstatt eines Befehls aufgrund des Programmbefehls für die Bewegung in Richtung der ersten geraden Achse.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuerung und betrifft insbesondere eine numerische Steuerung, die eine Schnittsteuerfunktion durch Revolverdrehung aufweist.
Bei einer üblichen Drehmaschine, die eine gerade Achse (im Allgemeinen als X-Achse bezeichnet) aufweist, die bewirkt, dass ein Fräser in radialer Richtungen mit Bezug auf ein Werkstück bewegt wird, erfolgt die Steuerung über die Schnitttiefe durch eine geradlinige Bewegung der X-Achse. Mittlerweile weisen Werkzeugmaschinen zwecks Kostensenkung und Verringerung der Größe vorzugsweise eine geringe Anzahl von Achsen auf. Eine Auswirkung der Kostensenkung und/oder eine Auswirkung der Verringerung der Größe werden erzielt, falls die Schnitttiefe ohne Verwendung eines geradlinigen Bewegungsmechanismus für die X-Achse gesteuert werden kann und wenn auf den geradlinigen Bewegungsmechanismus für die X-Achse verzichtet werden kann.
Vorbekannte Techniken, bei denen die Schnitttiefe mithilfe eines anderen als des geradlinigen Bewegungsmechanismus für die X-Achse gesteuert wird, umfassen Techniken, die in der JP 5 287 986 B2 und der JP 2009 - 190 157 A offenbart werden. Bei diesen Techniken erfolgt die Schneidbearbeitung auf einem sich nicht drehenden Werkstück durch Steuerung eines Werkzeugs, sodass es sich um das Werkstück dreht, ein exzentrisches Drehteil, das das Werkzeug auf einem ersten Drehtisch festhält, wird zusätzlich zu einem Spindeldrehteil bereitgestellt, das sich gegenüber einem Spannfutter befindet, welches das Werkstück fixiert und das sich als Spindel dreht, und die Schnitttiefe wird anhand einer Drehsteuerung über das exzentrische Drehteil gesteuert.
Diese Techniken sind jedoch für Maschinen des Typs gedacht, bei denen das Werkzeug sich um das fixierte Werkstück dreht und die Maschinen dieses Typs weisen insofern Probleme auf, als erforderliche Werkzeugwechsel problematisch sind, da es nicht möglich ist, eine Vielzahl von Werkzeugen daran zu befestigen. Andererseits ist eine Maschine mit einem Revolver, an dem eine Vielzahl von Werkzeugen befestigt werden kann, von einer Art, bei der ein sich drehendes Werkstück drehend bearbeitet wird, indem ein Werkzeug, das an dem Revolver befestigt ist, gegen das drehende Werkstück gepresst wird, und es ist unmöglich, einfach die in der JP 5,287,986 B2 und der oben beschriebenen JP 2009 - 190 157 A offenbarten Techniken auf die Maschinen dieses Typs anzuwenden.
Die Druckschrift US 2006 / 0 111 019 A1 offenbart einen Werkzeughalter mit einem steuerbaren kritischen Winkel wie zum Beispiel einem Voreilwinkel, einem Einstellwinkel, einem Span- oder Freiwinkel, umfasst eine Werkzeugspindel zum Festhalten des Werkzeughalters in einem Aufspannschlitten einer Werkzeugmaschine. Die Werkzeugmaschine hat mindestens eine Linearachse, zum Beispiel drei zueinander senkrechte Achsen, eine Drehachse und eine Rotationsachse. Die Drehachse und/oder Rotationsachse ist dahingehend steuerbar, dass sie sich synchron mit einer Bewegung einer der Linearachsen in eine vorgegebene Position bewegt. Ein Adapter trägt ein Schneidwerkzeug, das durch eine Klemme in dem Adapter festgehalten wird. Das Schneidwerkzeug bildet einen kritischen Winkel wie zum Beispiel einen Voreilwinkel, einen Einstellwinkel, einen Spanwinkel und einen Flankenfreiwinkel, wobei der kritische Winkel korrigiert wird, wenn sich ein Bewegungsvektor mindestens einer der Linearachsen ändert. Außerdem kann das Schneidwerkzeug auf der entgegengesetzten Seite einer Mittellinie der Drehung des Werkstücks positioniert werden, um die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs effektiv zu verdoppeln
Die Druckschrift US 2015 / 0 134 101 A1 offenbart eine numerische Steuervorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Programmleseeinheit, die ein Bearbeitungsprogramm liest, eine Neigungsflächen-Festlegungseinheit, die ein Neigungsflächen-Koordinatensystem bezüglich einer Neigungsfläche festlegt, eine Indexwinkel-Erzeugungseinheit, die einen Indexwinkel berechnet, wo ein Werkzeug, das zum Bearbeiten der Neigungsfläche verwendet wird, senkrecht zur Neigungsfläche ausgerichtet ist, und einen Bewegungsbefehl erzeugt. Die Programmleseeinheit gibt einen Neigungsflächen-Festlegungsbefehl, der ein Festlegen des Neigungsflächen-Koordinatensystems instruiert, einen Neigungsflächen-Indexbefehl, der eine Berechnung des Indexwinkels instruiert, und einen Werkzeugauswahlbefehl aus, der eine Auswahl eines der Werkzeuge instruiert, die entsprechend unterschiedliche Befestigungswinkel aufweisen. Die Neigungsflächen-Festlegungseinheit legt das Neigungsflächen-Koordinatensystem gemäß dem Neigungsflächen-Festlegungsbefehl fest. Die Indexwinkel-Erzeugungseinheit berechnet gemäß dem Neigungsflächen-Indexbefehl den Indexwinkel bezüglich des Werkzeuges, das gemäß dem Werkzeugauswahlbefehl ausgewählt wurde.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine numerische Steuerung bereitzustellen, die eine Steuerung zum Drehen ohne Verwendung eines geradlinigen Bewegungsmechanismus für eine X-Achse in einer Maschine mit einem Revolver, an dem ein oder mehrere Werkzeuge befestigt werden können, ermöglicht.
In der numerischen Steuerung der Erfindung, wie in 1 und 2 veranschaulicht, wird für eine Maschine eines Typs, bei dem ein sich drehendes Werkstück durch Pressen eines Werkzeugs, das an einem Revolver befestigt ist, gegen das sich drehende Werkstück bearbeitet wird, eine Drehbearbeitung ausgeführt statt einer geradlinigen Bewegung der X-Achse, indem ein Drehwinkel 0 des Revolvers zur Erreichung eines gewünschten Koordinatenwertes der X-Achse berechnet wird, wenn ein Bewegungsbefehl in Bezug auf eine X-Achse ausgeführt wird, und der Revolver derart gesteuert wird, dass ein Drehwinkel des Revolvers durch Verwendung eines relationalen Ausdrucks aus einer direkten Entfernung (X in 2) von einer Mitte des Werkstücks bis zu einer Kante des Werkzeugs, einem Revolverdrehwinkel (θ in 2) und einer Entfernung (R in 2) von einer Mitte des Revolvers bis zu der Kante des Werkzeugs ohne Verwendung einer geradlinigen Bewegung verwendet wird, 0 wird.
Gemäß der Offenbarung wird eine numerische Steuerung gemäß dem unabhängigen Anspruch bereitgestellt. Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Die Erfindung ermöglicht den Verzicht auf den geradlinigen Bewegungsmechanismus für die X-Achse in einer Maschine mit einem Revolver, an dem ein oder mehrere Werkzeuge befestigt werden können, und trägt zu einer Kostensenkung und einer Verkleinerung der Maschine bei.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Maschine eines Typs, die von einer numerischen Steuerung der Erfindung gesteuert wird und bei der ein sich drehendes Werkstück durch Pressen eines Werkzeugs, das an einem Revolver befestigt ist, gegen das sich drehende Werkstück bearbeitet wird;
2 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Steuerung über die Schnitttiefe in das Werkstück, die aufgrund eines Drehwinkels des Revolvers durch die numerische Steuerung der Erfindung ausgeführt wird und die;
3 ist ein Funktionsblockschaltbild einer numerischen Steuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 ist ein Ablaufdiagramm für Prozesse, die über die numerische Steuerung aus 1 ausgeführt werden;
5 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Prozesses einer Bearbeitung in der Maschine mit dem Revolver, der von der numerischen Steuerung aus 1 gesteuert wird;
6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Revolvers, der mit einer Vielzahl von Werkzeugen versehen ist;
7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beeinträchtigung zwischen den Werkzeugen und dem Werkstück, die in dem Revolver, der mit der Vielzahl von Werkzeugen versehen ist, auftreten kann;
8 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Werkzeugwechsels bei der Verwendung des Revolvers, der mit der Vielzahl von Werkzeugen versehen ist;
9A & 9B sind Diagramme zur Veranschaulichung einer Steuerung eines automatischen Wechsels über einen Wert eines Drehwinkels θ des Revolvers in einer numerischen Steuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
10 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Bewegung des Revolvers in eine Position, die zum Zeitpunkt eines Werkzeugwechsels für einen Werkzeugwechsel geeignet ist, eines Wechselsteuerungsprozesses für einen Drehwinkel des Revolvers und des Steuerungsprozesses eines automatischen Wechsels über den Wert des Drehwinkels θ des Revolvers, die über die numerische Steuerung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt werden;
11 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Maschine, die einen Mechanismus umfasst, der eine geradlinige Bewegung des Revolvers in Richtung der Y-Achse bewirkt;
12 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Status, bei dem Entfernungen von der Mitte des Revolvers zu Kanten des Werkzeugs, die an dem Revolver befestigt sind, unterschiedlich sind;
13 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Steuerung, durch die eine Kante durch eine Mitte des Werkstücks verläuft, auch wenn die Entfernungen von der Mitte des Revolvers zu den Kanten der Werkstücke unterschiedlich sind, in einer numerischen Steuerung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
14 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verhältnisses zwischen einer Entfernung R1 von der Mitte des Revolvers zu der Kante eines ersten Werkzeugs, einer Entfernung R2 von der Mitte des Werkzeugs zu der Kante eines zweiten Werkzeugs und eines Verfahrwegs Y für die Y-Achse;
15 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Werten des Drehwinkels θ des Revolvers gemäß einer Bewegung der Y-Achse; und
16 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Steuerung zur Veränderung einer Neigung des Werkzeugs, das sich mit dem Werkstück in Kontakt befindet, in der numerischen Steuerung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Erste Ausführungsform>
Eine numerische Steuerung gemäß einer ersten Ausführungsform steuert eine Drehung eines Revolvers, um eine gesteuerte geradlinige Schnitttiefe in Richtung einer X-Achse zu erhalten, die eine erste geradlinige Richtung orthogonal zu einer Drehachse eines Werkstücks ist.
Wie in 1 und 2 veranschaulicht, ist ein gesteuerter Gegenstand der numerischen Steuerung eine Maschine eines Typs, bei dem ein sich drehendes Werkstück W durch Pressen eines Werkzeugs T, das an dem Revolvers 4 befestigt ist, gegen das sich drehende Werkstück W bearbeitet wird. Eine geradlinige Bewegung in Richtung der Z-Achse und eine Steuerung des Drehwinkels können für den Revolver 4 ausgeführt werden und der Revolver 4 weist keinen anderen geradlinigen Bewegungsmechanismus als denjenigen für die Richtung der Z-Achse auf. Das Werkstück W dreht sich als Spindel. Obwohl übliche Drehmaschinen mit Mechanismen bereitgestellt sind, die eine geradlinige Bewegung des Revolvers in Richtung der Z-Achse und andere Richtungen bewirken, werden derartige Mechanismen bei den Maschinen, die von der numerischen Steuerung gemäß der Ausführungsform gesteuert werden, unnötig.
Wie in 2 veranschaulicht, bezeichnet θ den Drehwinkel des Revolvers und der Drehwinkel des Revolvers, bei dem eine Kante des Werkzeugs an einer Mitte Ow des Werkstücks W angeordnet wird, ist als 0 definiert. Außerdem bezeichnet X eine direkte Entfernung von der Mitte des Werkstücks zu der Kante des Werkzeugs und ein Radius des Werkstücks W, das geschnitten wurde, ist gleich der Entfernung. Bei einem Bearbeitungsprogramm wird ein Radiuswert oder ein Durchmesserwert eines Werkstücks, das geschnitten wurde, in einem derartigen Format wie „X10.0“ gesteuert. Ferner bezeichnet R eine Entfernung von einer Mitte des Revolvers zu der Kante des Werkzeugs und ist ein fester Wert, der aufgrund einer mechanischen Struktur festgelegt wird.
In der numerischen Steuerung der Erfindung wird der Drehwinkel θ des Revolvers 4 so gesteuert, dass ein Wert von X in 2 einen Befehlswert für eine geradlinige Bewegung der X-Achse, die in dem Bearbeitungsprogramm gesteuert wird, erreichen kann. Damit das Werkzeug durch Steuerung des Drehwinkels θ des Revolvers 4 in eine Position bewegt werden kann, in der X = 0 gilt, muss die Mitte des Werkstücks W auf einer Bewegungsbahn der Kante des Werkzeugs angeordnet sein, die durch die Drehung des Revolvers bereitgestellt wird, wie in 2 veranschaulicht.
In einer derartigen mechanischen Struktur wird das Verhältnis zwischen X und θ in der unten angegebenen Gleichung (1) ausgedrückt. Eine Lösung der Gleichung (1) für θ wird in der unten angegebenen Gleichung (2) ausgedrückt. $X = 2 R sin \frac{θ}{2}$
$θ = 2 {sin}^{- 1} \frac{X}{2 R}$
In der numerischen Steuerung der Ausführungsform wird der Befehlswert für die X-Achse in einen Befehlswert θ des Drehwinkels des Revolvers 4 durch Verwendung der Gleichung (2) umgewandelt.
3 ist ein Funktionsblockschaltbild der numerischen Steuerung gemäß der Ausführungsform.
Die numerische Steuerung 1 der Ausführungsform umfasst eine Befehlsanalyseeinheit 10, eine Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11, eine Interpolationseinheit 12, eine Beschleunigungs-/Verzögerungssteuereinheit 13 und einer Servosteuereinheit 14.
Die Befehlsanalyseeinheit 10 liest nacheinander Blöcke, die Befehle für Verfahrwege umfassen, aus einem Programm 20, das in einem nicht veranschaulichten Speicher gespeichert ist, aus und analysiert sie, erzeugt Bewegungsbefehlsdaten zur Steuerung einer Bewegung der Achsen aufgrund von Ergebnissen einer derartigen Analyse und gibt die erzeugten Befehlsdaten an die Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 aus.
Wird ein Befehl aufgrund der Bewegungsbefehlsdaten, die von der Befehlsanalyseneinheit 10 empfangen werden, der Y-Achse zugeordnet, wandelt die Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 den Befehlswert für die X-Achse aufgrund der Bewegungsbefehlsdaten in den Befehlswert θ des Drehwinkels des Revolvers 4 durch Verwendung der oben beschriebenen Gleichung (2) um und gibt die umgewandelten Bewegungsbefehlsdaten an die Interpolationseinheit 12 aus. Beträgt der Radiuswert als Befehlswert 5,0 [mm] und beträgt R beispielsweise 20,0 [mm], beträgt θ etwa 7,18 [Grad]. Ist für die Gleichung (2) in Fällen, in denen der Radiuswert als Befehlswert beispielsweise 100,0 beträgt, keine Lösung vorhanden, erfolgt eine Fehlerbehandlung wie beispielsweise eine Alarmerzeugung.
Die Interpolationseinheit 12 erzeugt Daten, die sich aus der Interpolationsberechnung von Punkten auf einem Befehlsweg in einem Interpolationszyklus anhand eines Bewegungsbefehls, der aufgrund der Bewegungsbefehlsdaten erfolgt, die die Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 ausgibt, ergeben.
Die Beschleunigungs-/Verzögerungssteuereinheit 13 führt einen Beschleunigungs-/Verzögerungsprozess aufgrund der Interpolationsdaten, die die Interpolationseinheit 12 ausgibt, durch, berechnet Geschwindigkeiten der Antriebsachsen für jeden Interpolationszyklus und gibt Interpolationsdaten, auf die Ergebnisse einer derartigen Berechnung angewendet wurden, an die Servosteuereinheit 14 aus.
Die Servosteuereinheit 14 steuert Servomotoren 2 für die Achsen der Maschine, die einen gesteuerter Gegenstand ist, aufgrund einer Ausgabe der Beschleunigungs-/Verzögerungssteuereinheit 13.
4 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs von Prozessen, die über die numerische Steuerung 1 der Ausführungsform ausgeführt werden. Der Beschreibung erfolgt entsprechend den einzelnen Schritten des Ablaufdiagramms.
[Schritt SA01] Die Befehlsanalyseeinheit 10 liest nacheinander die Blöcke, die die Befehle für die Verfahrwege umfassen, aus dem Programm 20 aus, das in dem nicht veranschaulichten Speicher gespeichert ist, und analysiert sie, erzeugt die Bewegungsbefehlsdaten zur Steuerung der Bewegung der Achsen aufgrund der Ergebnisse einer derartigen Analyse und gibt die erzeugten Befehlsdaten an die Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 aus.
[Schritt SA02] Die Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 ermittelt, ob der Befehlswert für die X-Achse den Durchmesserwert des Werkstücks steuert oder den Radiuswert des Werkstücks steuert. Der Prozess fährt mit Schritt SA03 fort, falls der Befehlswert für die X-Achse den Durchmesserwert des Werkstücks steuert, oder der Prozess fährt mit Schritt SA04 fort, falls der Befehlswert für die X-Achse den Radiuswert des Werkstücks steuert.
[Schritt SA03] Die Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 halbiert den Befehlswert für die X-Achse, um den Befehlswert in den Radiuswert umzuwandeln.
[Schritt SA04] Die Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 führt eine Berechnung durch unter Verwendung von Gleichung (2) aufgrund des gegebenen Befehlswerts für die X-Achse und ermittelt, ob die Lösung von Gleichung (2) vorhanden ist oder nicht. Der Prozess fährt mit Schritt SA05 fort, falls die Lösung der Gleichung (2) vorhanden ist, oder der Prozess fährt mit Schritt SA07 fort, falls die Lösung der Gleichung (2) nicht vorhanden ist.
[Schritt SA05] Die Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 führt eine Berechnung durch unter Verwendung von Gleichung (2) aufgrund des gegebenen Befehlswerts für die X-Achse und berechnet dadurch den Drehwinkel θ des Revolvers 4.
[Schritt SA06] Aufgrund der Bewegungsbefehlsdaten, auf die der Drehwinkel θ des Revolvers 4, der von der Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 in Schritt SA05 berechnet wird, angewendet wird, führen die Interpolationseinheit 12 und die Beschleunigungs-/ Verzögerungssteuereinheit 13 einen Interpolationsprozess und den Beschleunigungs-/ Verzögerungsprozess durch, und die Servosteuereinheit 14 steuert die Servomotoren 2 für die Achsen aufgrund von Ergebnissen der Prozesse, sodass der Prozess beendet wird.
[Schritt SA07] Die Berechnungseinheit des Verfahrwegs 11 erteilt einem Bediener einen Befehl mit der Angabe, dass der gegebene Befehlswert für die X-Achse nicht in den Drehwinkel θ des Revolvers 4 umgewandelt werden kann und unterbricht die Bearbeitungsprozesse.
Somit steuert die Servosteuereinheit 14 die Servomotoren 2 zwecks Antrieb und Drehung des Revolvers 4, sodass der Drehwinkel θ des Revolvers 4 den Wert θ aufweisen kann, der gemäß den in dem Ablaufdiagramm aus 4 veranschaulichten Prozessen berechnet wird, und die direkte Entfernung von der Mitte des Werkstücks zu der Kante des Werkzeugs weist folglich einen gewünschten Wert auf. Durch Zuführung des Revolvers 4 in Richtung der Z-Achse in einem Zustand, in dem die direkte Entfernung von der Mitte des Werkstücks zur Kante des Werkzeugs den gewünschten Wert aufweist, kann der Schnitt bis in eine gewünschte Schnitttiefe erreicht werden, wie in 5 veranschaulicht.
<Zweite Ausführungsform>
Eine numerische Steuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform steuert eine Maschine, in der eine Vielzahl von Werkzeugen an einem Revolver befestigt ist.
Üblicherweise ist die Vielzahl der Werkzeuge an dem Revolver befestigt und ein Werkzeugwechsel wird mit dem in Drehung versetzten Revolver ausgeführt. Für den Werkzeugwechsel in der numerischen Steuerung der Ausführungsform werden eine Schaltsteuerung eines Drehwinkels des Revolvers, eine Bewegung des Revolvers in eine für den Werkzeugwechsel geeignete Position und eine automatische Wechselsteuerung über den Wert des Drehwinkels θ des Revolvers ausgeführt. Ein Funktionsblockschaltbild der numerischen Steuerungen gemäß der Ausführungsform ähnelt dem in 3 veranschaulichten Funktionsblockschaltbild der numerischen Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform.
Im Folgenden werden Einzelheiten der Steuerung, die von der oben genannten numerischen Steuerung der Ausführungsform ausgeführt wird, beschrieben.
Die Schaltsteuerung des Drehwinkels des Revolvers 4 für den Werkzeugwechsel wird ausgeführt, um eine Sicherheit während des Werkzeugwechsels zu gewährleisten und um Vorgänge des Werkzeugwechsels zu ermöglichen. Es wird beispielsweise angenommen, dass eine Vorderansicht des Revolvers 4 der Veranschaulichung in 6 entspricht, bei der vier Werkzeuge (erstes Werkzeug T1, zweites Werkzeug T2, drittes Werkzeug T3 und viertes Werkzeug T4) an dem Revolver 4 befestigt sind.
Wird der Revolver 4 gedreht, um das erste Werkzeug T1 von dem Werkstück W während der Bearbeitung unter Verwendung des ersten Werkzeugs T1 in dieser Konfiguration, wie beispielsweise in 7 veranschaulicht, zu isolieren, kann ein zu großer Drehwinkel bewirken, dass das zweite Werkzeug T2 das Werkstück W behindert.
Während eines Schnittvorgangs wird daher die Drehung des Revolvers 4 mit dem Drehwinkel θ des Revolvers 4, der innerhalb eines sicheren Bereichs beschränkt ist, gesteuert. Der sichere Bereich des Drehwinkels θ des Revolvers 4 wird für jedes Werkzeug gemäß einer mechanischen Struktur unterschiedlich festgelegt und die Bereiche einer derartigen Beschränkung werden jeweils vorab für die Werkzeuge als Parameter eingestellt. Ist eine Abweichung von dem eingestellten Bereich vorhanden, wird ein Alarm ausgelöst.
Andererseits wird der Werkzeugwechsel üblicherweise mit dem Revolver 4, der von dem Werkstück W isoliert ist, wie in 8 veranschaulicht, ausgeführt, und dann wird unabhängig von dem Drehwinkel des Revolvers 4 eine Beeinträchtigung zwischen dem Werkstück W und den Werkzeugen T vermieden. Während des Vorgangs des Werkzeugwechsels wird somit der Revolver 4 ohne die Einschränkung bei dem Drehwinkel des Revolvers 4 gedreht, weil jegliche Einschränkung bei dem Drehwinkel θ den Vorgang des Werkzeugwechsels hemmt.
Die Bewegung des Revolvers 4 in die für den Werkzeugwechsel geeignete Position wird ausgeführt, um die Sicherheit während des Werkzeugwechselvorgangs zu erhöhen und um Belastungen für den Bediener zu verringern. Wird der Befehlt zum Werkzeugwechsel ausgegeben, wird eine Bewegung des Werkstücks W und der Werkzeuge T1 und T2 in Positionen, die in Richtung der Z-Achse isoliert sind, wie in 8 veranschaulicht, automatisch ausgeführt, sodass der Werkzeugwechsel in der sicheren Position ausgeführt wird, auch wenn der Bediener keinen Bewegungsbefehl in Richtung der Z-Achse gibt. Dies wird durch eine vorherige Einstellung einer Z-Achsenkoordinate der für den Werkzeugwechsel geeigneten Position als Parameter und durch die automatische Bewegung in die Position nach dem Befehl für den Werkzeugwechsel erreicht.
Die automatische Wechselsteuerung über den Wert des Drehwinkels θ des Revolvers wird ausgeführt, um die Belastungen für den Bediener zu verringern. Es wird beispielsweise angenommen, dass der Wert von θ 45° beträgt, wie in 9A veranschaulicht, während das erste Werkzeug T1 ausgewählt wird. Es wird ebenfalls angenommen, dass eine Differenz bei dem Winkel zwischen den Kanten des ersten Werkzeugs T1 und des zweiten Werkzeugs T2 90° beträgt. Wird der Revolver zum Wechsel von dem ersten Werkzeug T1 zum zweiten Werkzeug T2 in diesem Zustand um -90° gedreht, wird der Wert von θ nach einer derartigen Drehung zu -45°, vorausgesetzt, dass θ der Winkel für das erste Werkzeug T1 bleibt, wie in 9B veranschaulicht. Nach dem Werkzeugwechsel muss der Wert von θ jedoch verändert werden, sodass θ zu dem Winkel für das zweite Werkzeug T2 wird, sodass der Schnitt von dem zweiten Werkzeug T2 ausgeführt werden kann. Um θ von dem Winkel für das erste Werkzeug T1 zu dem Winkel für das zweite Werkzeug T2 zu verändern, sollte 90° (Differenz zwischen dem Winkel für das erste Werkzeug T1 und dem Winkel für das zweite Werkzeug T2) zu dem Winkel für das erste Werkzeug T1 addiert werden. In einem Beispiel der 9A und 9B, da der Winkel θ für das erste Werkzeug T1 vor dem Wechsel -45° beträgt, beträgt der Winkel θ für das erste Werkzeug T1 nach dem Wechsel 45°, was durch Addition von 90° zu -45° erreicht wird, und das θ stellt den Winkel für das zweite Werkzeug T2 dar. Differenzen zwischen den Winkeln für die Werkzeuge werden vorab als Parameter festgelegt. Durch ein automatisches Auslesen der Differenz zwischen den Winkeln für die Werkzeuge gemäß den Parametern während des Werkzeugwechsels und eine Einstellung des Auslesewertes (Differenz) als Wert von θ besteht keine Notwendigkeit mehr seitens des Bedieners, einen Befehl zur Änderung des Wertes von θ auszugeben, und somit wird die Belastung für den Bediener verringert.
10 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ablaufes von Prozessen, die auf der numerischen Steuerung 1 in der Steuerschaltung des Drehwinkels des Revolvers und der automatischen Wechselsteuerung über den Wert des Drehwinkels θ des Revolvers während des Werkzeugwechsels ausgeführt werden. Der Beschreibung erfolgt gemäß den einzelnen Schritten des Ablaufdiagramms.
[Schritt SB01] Die Befehlsanalyseeinheit 10 liest einen Werkzeugwechselbefehl aus dem Programm 20 aus, liest dann eine Position in Richtung der Z-Achse aus, die für den Werkzeugwechsel geeignet ist und die als Parameter festgelegt wird und erzeugt die Bewegungsbefehlsdaten für die Position. Die Servosteuereinheit 14 steuert den Servomotor 2, der den Revolver 4 in Richtung der Z-Achse antreibt und somit den Revolver 4 in die für den Werkzeugwechsel geeignete Position bewegt.
[Schritt SB02] Nach dem Auslesen des Werkzeugwechselbefehls aus dem Programm 20 deaktiviert die Befehlsanalyseeinheit 10 die Beschränkung, sodass der Revolver 4, der Drehbewegungen nur innerhalb des Winkelbereichs ausgeführt hat, sich frei um 360° bewegen kann. Somit wird der Werkzeugwechselvorgang aktiviert.
[Schritt SB03] Aufgrund der Bewegungssteuerdaten zum Werkzeugwechsel, die von der Steueranalyseeinheit 10 erzeugt wurden, steuert die Servosteuereinheit 14 den Servomotor 2, der den Revolver 4 antreibt und führt somit den Werkzeugwechsel durch.
[Schritt SB04] Es werden Werkzeugnummern vor und nach dem Werkzeugwechsel erfasst. Eine aktuell ausgewählte Werkzeugnummer wird nach jedem Werkzeugwechsel in einem Speicher gespeichert und die Werkzeugnummer vor dem Werkzeugwechsel wird aus dem Speicher erfasst. Die Werkzeugnummer nach dem Werkzeugwechsel kann aus einem Befehlswert erfasst werden, da ein üblicher Befehl zur Werkzeugauswahl ein Format aufweist, das eine Werkzeugnummer, wie beispielsweise T0001, enthält.
[Schritt SB05] Die Differenz zwischen dem Winkel für das Werkzeug vor dem Werkzeugwechsel und dem Winkel für das Werkzeug nach dem Werkzeugwechsel wird aufgrund der Werkzeugnummern vor und nach dem Werkzeugwechsel, die in Schritt SB04 erfasst werden, erfasst. Die Differenzen zwischen den Winkeln für die Werkzeuge werden vorab als Parameter eingestellt, und die Differenz zwischen den Winkeln vor und nach dem Werkzeugwechsel wird aus den Parametereinstellwerten unter Verwendung der Werkzeugnummern vor und nach dem Werkzeugwechsel, die in Schritt SB04 erfasst werden, erfasst.
[Schritt SB06] Die Differenz zwischen den Winkeln für die Fahrzeuge, die in Schritt SB05 erfasst werden, wird zu dem aktuellen Drehwinkel θ des Revolvers addiert und ein sich daraus ergebender Wert wird als neuer Drehwinkel θ des Revolvers 4 festgelegt. Somit wird der Drehwinkel θ des Revolvers 4 von dem Wert des Winkels für das Werkzeug vor dem Werkzeugwechsel auf den Wert des Winkels für das Werkzeug nach dem Werkzeugwechsel geändert.
[Schritt SB07] Der Winkelbereich, innerhalb dessen das Werkzeug nach dem Werkzeugwechsel bewegbar ist, wird aus den Parametereinstellwerten erfasst. Dann wird die Beschränkung des Drehwinkels des Revolvers 4 innerhalb des erfassten Winkelbereichs aktiviert, sodass der Revolver 4 innerhalb des sicheren Bereichs gedreht werden kann.
< Dritte Ausführungsform>
Die oben beschriebene erste und zweite Ausführungsform sind für Maschinen bestimmt, die die geradlinige Bewegung des Revolvers 4 nur in Richtung der Z-Achse ermöglichen. Sofern ein Mechanismus, der eine geradlinige Bewegung des Revolvers 4 in Richtung der Y-Achse senkrecht zu der Richtung der Z-Achse bewirkt, hinzugefügt werden kann, wie in 11 veranschaulicht, kann die Kante des Werkzeugs durch die Mitte Ow des Werkstücks geführt werden, auch wenn die Entfernungen von der Mitte des Revolvers zu den Kanten des Werkzeugs unterschiedlich sind, und eine Neigung des Werkzeugs, das sich in Kontakt mit dem Werkstück W befindet, lässt sich verändern. Ein Funktionsblockschaltbild einer numerischen Steuerung gemäß der Ausführungsform ähnelt dem in 3 veranschaulichten Funktionsblockschaltbild der numerischen Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform.
Im Folgenden werden Einzelheiten einer Steuerung, die von der oben genannten numerischen Steuerung der Ausführungsform ausgeführt wird, beschrieben. Eine Steuerung, die die Kante des Werkzeugs durch die Mitte des Werkstücks führt, auch wenn die Abstände von der Mitte des Revolvers zu den Kanten der Werkzeuge unterschiedlich sind, wird ausgeführt, um den unterschiedlichen Entfernungen von der Mitte des Revolvers zu den Werkzeugen (erstes Werkzeug T1 und zweites Werkzeug T2), wie in 12 veranschaulicht, gerecht zu werden. In 12 ist das zweite Werkzeug T2 weiter von der Mitte des Revolvers entfernt als das erste Werkzeug T1.
In diesem Zustand verläuft die Bewegungsbahn der Kante des ersten Werkzeugs T1, die durch die Drehung des Revolvers bereitgestellt wird, durch die Mitte des Werkstücks und die Bewegungsbahn der Kante des zweiten Werkzeugs T2 verläuft nicht durch die Mitte des Werkstücks.
Damit ein Schnitt zur Mitte des Werkstücks möglich ist, muss die Mitte des Werkstücks jedoch auf der Bewegungsbahn der Kante des Werkzeugs, die durch die Drehung des Revolvers bereitgestellt wird, angeordnet sein, wie für die erste Ausführungsform beschrieben. Für den Wechsel zu dem zweiten Werkzeug T2 wird der Revolver 4 entsprechend in Richtung der Y-Achse senkrecht zur Richtung der Z-Achse bewegt, sodass die Mitte des Werkstücks auf der Bewegungsbahn der Kante des Werkzeugs, die durch die Drehung des Revolvers bereitgestellt wird, angeordnet werden kann, wie in 13 veranschaulicht.
Ein Verfahrweg des Revolvers 4 in Richtung der Y-Achse, die zur Erreichung einer Positionsbeziehung in 13 erforderlich ist, wird aus der untenstehenden Gleichung (3) erhalten, weil eine Beziehung zwischen einer Entfernung R1 von der Mitte des Revolvers zu der Kante des ersten Werkzeugs T1, einer Entfernung R 2 von der Mitte des Revolvers zu der Kante des zweiten Werkzeugs T2 und einem Verfahrweg Y für die Y-Achse der in 14 veranschaulichten Beziehung entspricht. $Y = \sqrt{R_{2}^{2} - R_{1}^{2}}$
Für den Wechsel von dem ersten Werkzeug T1 zu dem zweiten Werkzeug T2 bewirkt eine Bewegung der Y-Achse durch den durch die Gleichung berechneten Verfahrweg, dass die Mitte des Werkstücks W auf der Bewegungsbahn der Kante des Werkzeugs, die durch die Drehung des Revolvers bereitgestellt wird, angeordnet wird.
Werden die Gleichung (1) und Gleichung (2), die für die erste Ausführungsform beschrieben werden, mit der Bewegung der Y-Achse verwendet, muss der Wert von θ verändert werden, um mit einem in 15 veranschaulichten Winkel übereinzustimmen. Eine derartige Veränderung lässt sich mit Hilfe der unten genannten Gleichung (4) berechnen. $θ = θ o r g - Δ θ = θ o r g - {cos}^{- 1} \frac{R_{1}}{R_{2}}$
Hier bezeichnet θorg den Wert von θ in einem Zustand vor der Bewegung des Revolvers in Richtung der Y-Achse. Wird der Revolver in Richtung der Y-Achse bewegt, bewirkt die Veränderung des Wertes von θ gemäß Gleichung (4), dass der Wert von θ mit dem in 15 veranschaulichten Winkel übereinstimmt.
Gleichzeitig wird eine Steuerung zur Veränderung der Neigung des Werkzeugs, dass sich in Kontakt mit dem Werkstück W befindet, darin ausgeführt, sodass die Bewegung des Revolvers in Richtung der Y-Achse bewirken kann, dass die Mitte des Werkstücks von der Bewegungsbahn der Kante des Werkstücks, die durch die Drehung des Revolvers bereitgestellt wird, abweicht, wie in 16 veranschaulicht. Durch die Steuerung kann ein Winkel (ϕ_a, ϕ_b in 16), der zwischen einer radialen Richtung des Werkstücks und einer Richtung des Werkzeugs gebildet ist, verändert werden, sodass eine Art des Kontakts zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verändert werden kann.
Der zwischen der radialen Richtung des Werkstücks und der Richtung des Werkzeugs gebildete Winkel betrifft eine Lebensdauer des Werkzeugs, Schnittwiderstand und Ähnliches und somit kann eine Veränderung des Winkels die Lebensdauer des Werkzeugs verlängern.
Mit Definitionen der Entfernung von der Mitte des Werkstücks zur Kante des Werkzeugs nach der Bewegung des Revolvers in Richtung der Y-Achse als Variable X, des Verfahrwegs des Revolvers in Richtung der Y-Achse als Y und des Drehwinkels des Revolvers als Θ, wie in 16 veranschaulicht, gilt das Verhältnis zwischen den Variablen, das durch Gleichung (5) festgelegt wird. $θ = {cos}^{1} \frac{Y^{2} + 2 R^{2} - X^{2}}{2 R \sqrt{Y^{2} + R^{2}}} + {tan}^{1} \frac{Y}{R}$
Hier spezifiziert der Bediener den Verfahrweg der Y-Achse unter Verwendung des Bearbeitungsprogramms. Wird von dem Bearbeitungsprogramm in einem Zustand, in dem der Revolver in Richtung der Y-Achse bewegt wurde, ein Befehl für den Wert X ausgegeben, kann die Entfernung von der Mitte des Werkstücks zur Kante des Werkzeugs mit dem Befehlswert durch Berechnung von θ gemäß der Gleichung und durch Steuerung zur Erreichung des Drehwinkels von θ des Revolvers in Übereinstimmung gebracht werden.
Bei Anwendung dieses Verfahrens kann der Schnitt bis zur Mitte des Werkstücks nicht erreicht werden, da die Mitte des Werkstücks sich nicht auf der Bewegungsbahn der Kante des Werkzeugs befindet, die durch die Drehung des Revolvers bereitgestellt wird, und somit ist ein bearbeitbarer Bereich eingeschränkt. Wird der Befehl für den Wert X, der nicht erreicht werden kann, ausgegeben, erfolgt eine Fehlerbehandlung, wie zum Beispiel eine Alarmerzeugung.
Auch wenn die Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf Beispiele der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Arten mit entsprechenden Veränderungen ausgeführt werden. Auch wenn der Revolver in den oben genannten Beispielen in Richtung der Z-Achse bewegt wird, kann die Erfindung in Beispielen wie zum Beispiel bei einer automatischen Drehmaschine, bei der beispielsweise ein Werkstück in Richtung der Z-Achse bewegt wird und bei der ein Revolver nicht in Richtung der Z-Achse bewegt wird, implementiert werden.

Claims

Numerische Steuerung (1), die eine Maschine steuert, die die Bearbeitung eines sich drehenden Werkstücks (W) ausführt, indem ein Werkzeug (T1, T2, T3, T4), das an einem Revolver (4) befestigt ist, aufgrund eines Programmbefehls gegen das sich drehende Werkstück gepresst wird, wobei die numerische Steuerung Folgendes umfasst: eine Befehlsanalyseeinheit (10), die eingerichtet ist, um Bewegungssteuerungsdaten durch Analyse des Programmbefehls zu erzeugen; und eine Berechnungseinheit (11) des Verfahrwegs, die eingerichtet ist, um, wenn die von der Steueranalyseeinheit erzeugten Bewegungsbefehlsdaten Bewegungsbefehlsdaten zur Bewegung des Werkzeugs in eine Richtung einer ersten geraden Achse orthogonal zu einer Drehachse des Werkstücks sind, einen Befehlswert aufgrund des Programmbefehls für die Bewegung des Werkzeugs in Richtung der ersten geraden Achse in einen Befehlswert für einen Drehwinkel des Revolvers umzuwandeln, wobei eine Position des Werkzeugs gemäß einem Drehbefehl für den Revolver aufgrund des Befehlswerts für den Drehwinkel des Revolvers gesteuert wird, der von der Berechnungseinheit des Verfahrwegs berechnet wurde, anstatt eines Befehls aufgrund des Programmbefehls für die Bewegung in Richtung der ersten geraden Achse.
Numerische Steuerung nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Werkzeugen an dem Revolver befestigt ist, wobei für jedes der Vielzahl von Werkzeugen ein Drehwinkel (Θ) des Revolvers zur Beschränkung des Drehwinkels des Revolvers und eine Position des Revolvers in Richtung der Z-Achse, die für einen Werkzeugwechsel des Werkzeugs für die Bearbeitung geeignet ist, vorab festgelegt werden, und wobei, wenn der Programmbefehl ein Befehl zum Wechsel des Werkzeugs zur Verwendung bei der Bearbeitung ist, eine Bewegung zur Position des Revolvers in der Z-Achsenrichtung, die geeignet ist für den Wechsel des Werkzeugs und eine Umschaltung des Drehwinkels des Revolvers zu dem Drehwinkel des Revolvers, der nach dem Wechsel für das Werkzeug eingestellt wird, ausgeführt werden.
Numerische Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Maschine eine zweite gerade Achse aufweist, die eine relative Bewegung einer Position des Werkstücks und einer Position des Revolvers in eine Richtung orthogonal zu einer Drehachse des Werkstücks und orthogonal zu der ersten geraden Achse ermöglicht, wobei die Berechnungseinheit des Verfahrwegs eingerichtet ist, um einen Befehlswert für die zweite gerade Achse zu berechnen, sodass der Revolver in eine Position bewegt wird, in der das Werkzeug zur Verwendung bei der Bearbeitung mit Hilfe lediglich der Drehung des Revolvers in eine Position eines Drehzentrums des Werkstücks schneiden kann, und wobei die numerische Steuerung eingerichtet ist, um die relativen Positionen des Werkstücks und des Revolvers aufgrund des Befehlswertes für die zweite gerade Achse zu steuern.
Numerische Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Maschine eine zweite gerade Achse aufweist, die eine relative Bewegung einer Position des Werkstücks und einer Position des Revolvers in eine Richtung orthogonal zu einer Drehachse des Werkstücks und orthogonal zu der ersten geraden Achse ermöglicht, und wobei ein Winkel, der zwischen dem Werkzeug und einer radialen Richtung des Werkstücks gebildet ist, wenn das Werkzeug zur Verwendung bei der Bearbeitung gegen das Werkstück durch Drehung des Revolvers gepresst wird, durch Bewegung der zweiten geraden Achse veränderbar ist zur Veränderung einer Lebensdauer des Werkzeugs oder eines Schnittwiderstands.