DE102017007168B4 - Numerische Steuerung und Bewegungssteuerverfahren für ein Werkzeug - Google Patents

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Abstract

Numerische Steuerung (10), die ein Werkzeug (TO) auf der Basis eines Programms (12) bewegt, wobei das Werkzeug (TO) zum Bearbeiten eines auf einem Tisch abgestützten Werkstücks ausgebildet und entlang wenigstens zwei Achsrichtungen orthogonal zueinander beweglich ist, wobei die numerische Steuerung (10) umfasst:eine zum Analysieren des Programms (12) zum Ermitteln einer Endpunktposition (E1) des Werkzeugs (TO) für einen linearen Schnittvorschub ausgebildete Programmanalyseeinheit (14);eine zum Berechnen eines Neigungswinkels (α) einer synthetischen Vorschubrichtung (A), der eine synthetische Kraft maximiert, die eine Summe von Bewegungskräften in den wenigstens zwei Achsrichtungen ist, auf der Basis einer vorgegebenen oberen Grenzbewegungskraft des Werkzeugs (TO) in jeder der wenigstens zwei Achsrichtungen ausgebildete erste Winkelberechnungseinheit (30);eine zum Berechnen eines Neigungswinkels (β) einer Schnittvorschubrichtung (B) des Werkzeugs (TO) auf der Basis einer Startpunktposition (S1) und der Endpunktposition (E1) des Werkzeugs (TO) ausgebildete zweite Winkelberechnungseinheit (32);eine zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Neigungswinkel (α) der synthetischen Vorschubrichtung (A) und dem Neigungswinkel (β) der Schnittvorschubrichtung (B) als ein Drehwinkel (θ) des Tischs ausgebildete Drehwinkel-Berechnungseinheit (34); undeine zum Steuern der Drehung des Tischs um eine Drehmittenposition (O) des Tischs auf der Basis des Drehwinkels (θ) ausgebildete Drehungssteuereinheit (18T).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuerung, die einen Schnittvorschub eines Werkzeugs steuert, und ein Bewegungssteuerverfahren für das Werkzeug.
  • Wie in der JP 2016-081 172 A offengelegt ist es allgemein bekannt, dass numerische Steuerungen zum Steuern von Werkzeugmaschinen den Vorschub des Werkzeugs zum Schneiden eines Werkstücks durch Steuern von Servomotoren bewirken.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Erforderlich ist, dass ein Werkzeug durch ein höheres Drehmoment bewegt wird, um ein Ausmaß einer Schnitttiefe zu erhöhen und eine Schnittvorschubgeschwindigkeit während eines Schnittvorschubs des Werkzeugs zu erhöhen. Das Drehmoment wird aber höchstens auf ein für jede Achse vorgegebenes Höchstdrehmoment erhöht.
  • Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Bereitstellen einer numerischen Steuerung, die ein Drehmoment zum Bewegen eines Werkzeugs während eines Schnittvorschubs des Werkzeugs erhöht, und eines Bewegungssteuerverfahrens für das Werkzeug.
  • Gemäß der Offenbarung werden eine numerische Steuerung und ein Bewegungssteuerverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann das synthetische Drehmoment maximal verwendet und ein Schnittvorschub des Werkzeugs durch ein größeres Drehmoment als das obere Grenzbewegungsdrehmoment von jeder Achse ausgeführt werden.
  • Weitere Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
  • Der Tisch wird gedreht und die Startpunktposition wird ebenfalls gedreht. Dadurch kann eine relative Positionsbeziehung zwischen einer Startpunktposition des Werkzeugs und des Tischs vor dem Drehen beibehalten werden.
  • Ein Schnittvorschub des Werkzeugs kann mit einem maximalen synthetischen Drehmoment ausgeführt werden.
  • Die Neigungswinkel α, β können einfach berechnet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein synthetisches Drehmoment maximal verwendet und ein Schnittvorschub des Werkzeugs durch ein größeres Drehmoment als das obere Grenzbewegungsdrehmoment von jeder Achse ausgeführt werden.
  • Die vorhergehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen in der eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch illustrative Beispiele dargestellt ist, klarer.
  • Figurenliste
    • 1A zeigt eine Ansicht zum Erläutern eines herkömmlichen Schnittvorschubs.
    • 1B und 1C zeigen Ansichten zum Erläutern einer Übersicht des Schnittvorschubs gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 2 zeigt ein Konfigurationsdiagramm einer numerischen Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 3 zeigt eine Ansicht zum Erläutern einer Konfiguration von jeder Einheit einer Vorverarbeitungseinheit wie in 2 dargestellt.
    • 4 zeigt ein Fließbild zur Darstellung eines Betriebs der numerischen Steuerung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend ist eine bevorzugte Ausführungsform einer numerischen Steuerung und eines Bewegungssteuerverfahrens für ein Werkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Die numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung bewegt ein Werkzeug, das ein auf einem Tisch abgestütztes Werkstück bearbeitet, auf der Basis eines Programms. Dieses Werkzeug ist entlang drei Achsrichtungen orthogonal zueinander beweglich. Diese drei Achsrichtungen sind jeweils als eine X-Achsrichtung, eine Y-Achsrichtung und eine Z-Achsrichtung bezeichnet. Diesbezüglich beschreibt zur einfacheren Erläuterung die vorliegende Ausführungsform ein Beispiel, bei dem das Werkzeug auf einer XY-Ebene bewegt wird.
  • Zunächst wird ein Nachteil des herkömmlichen Schnittvorschubs beschrieben. Anschließend wird eine Übersicht des Schnittvorschubs gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Danach wird die numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausführlich beschrieben.
  • Wie in 1A dargestellt wird ein linearer Schnittvorschub (Bewegung) von einem an einer Startpunktposition S1 (Koordinaten (x, y) = (-100, 200)) angeordneten Werkzeug TO zu einer Endpunktposition E1 (Koordinaten (x, y) = 300, 200)) entlang einer +X-Achsrichtung ausgeführt. In diesem Fall kann das Werkzeug TO nicht durch ein Drehmoment größer als ein oberes Grenzbewegungsdrehmoment τx des Werkzeugs TO in der X-Achsrichtung bewegt werden. Eine Richtung (die +X-Richtung in 1A), in der sich das Werkzeug TO von der Startpunktposition S1 zur Endpunktposition E1 bewegt, wird als eine Schnittvorschubrichtung B des Werkzeugs TO bezeichnet.
  • Das Werkzeug TO ist ebenfalls in der Y-Achsrichtung beweglich. Somit kann durch Bewegen des Werkzeugs TO durch ein oberes Grenzbewegungsdrehmoment τγ in der Y-Achsrichtung während des Bewegens des Werkzeugs TO mit dem oberen Grenzbewegungsdrehmoment τx in der X-Achsrichtung das Werkzeug TO durch ein Drehmoment größer als das obere Grenzbewegungsdrehmoment τx bewegt werden. Ein synthetisches Drehmoment zum Bewegen des Werkzeugs TO durch die oberen Grenzbewegungsdrehmomente τx, τγ wird als ein synthetisches Drehmoment τc bezeichnet. Eine lineare Richtung, in der das Werkzeug TO durch das maximale synthetische Drehmoment τc bewegt wird, wird als eine synthetische Vorschubrichtung A bezeichnet (siehe 1B).
  • Wenn das Werkzeug TO an der Startpunktposition S1 entlang der synthetischen Vorschubrichtung A bewegt wird, kann das Werkzeug TO nicht natürlich die Endpunktposition E1 erreichen. Die Startpunktposition S1 und die Endpunktposition E1 werden aber gemäß einer relativen Positionsbeziehung mit einem Tisch (Werkstück W) ermittelt. Daher kann durch Drehen des Tischs (Werkstück W), der Startpunktposition S1 und der Endpunktposition E1 um eine Drehmittenposition (eine Z-Achse in 1A bis 1C) auf der XY-Ebene zum Anpassen der Schnittvorschubrichtung B und der synthetischen Vorschubrichtung A die relative Positionsbeziehung zwischen dem Werkzeug TO und dem Tisch (Werkstück W) beibehalten werden.
  • Das heißt wie in 1B dargestellt werden die Startpunktposition S1, die Endpunktposition E1 und der Tisch (Werkstück W) in einem vorgegebenen Winkel um die Drehmittenposition (Z-Achse) des Tischs (Werkstück W) gedreht, um die Startpunktposition S1 nach dem Drehen (nachfolgend als eine Nach-Drehen-Startpunktposition S2 bezeichnet) und die Endpunktposition Ei nach dem Drehen (nachfolgend als eine Nach-Drehen-Endpunktposition E2 bezeichnet) in der synthetischen Vorschubrichtung A zu positionieren. Somit stimmt die relative Positionsbeziehung zwischen dem Tisch (Werkstück W), der Startpunktposition S1 und der Endpunktposition E1 vor dem Drehen des Tischs (Werkstück W) mit einer relativen Positionsbeziehung zwischen dem Tisch (Werkstück W), der Nach-Drehen-Startpunktposition S2 und der Nach-Drehen-Endpunktposition E2 nach dem Drehen des Tischs (Werkstück W) überein.
  • Anschließend kann wie in 1C dargestellt durch Schnittvorschub des an der Nach-Drehen-Startpunktposition S2 angeordneten Werkzeugs TO zur Nach-Drehen-Endpunktposition E2 entlang der synthetischen Vorschubrichtung A das Bewegungsdrehmoment (synthetisches Drehmoment) des Werkzeugs TO maximiert werden.
  • 1A bis 1C zeigen Beispiele, bei denen lineare Schnittvorschübe vom Werkzeug TO in einer einachsigen Richtung (X-Achsrichtung) ausgeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist aber ebenfalls auf einen Fall des Bewegens des Werkzeugs TO in mehreren Achsrichtungen (der X-Achsrichtung und der Y-Achsrichtung) für einen linearen Schnittvorschub des Werkzeugs TO als ein Ergebnis anwendbar. Das heißt selbst wenn das Werkzeug TO in der X-Achsrichtung und der Y-Achsrichtung bewegt wird, stimmt das synthetische Drehmoment nicht notwendigerweise mit dem maximalen synthetischen Drehmoment τc überein.
  • 2 zeigt ein Konfigurationsdiagramm einer numerischen Steuerung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Elemente in 2 und folgenden Zeichnungen, die ähnlich den Elementen mit Bezugszeichen in 1A bis 1C sind, werden unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen beschrieben. Obgleich nicht dargestellt umfasst die numerische Steuerung 10 einen Prozessor wie eine CPU und ein Speichermedium, auf dem Basisprogramme gespeichert sind. Der Prozessor führt die Basisprogramme aus, um als die numerische Steuerung 10 gemäß der folgenden Ausführungsform zu dienen. Obgleich nicht dargestellt umfasst die numerische Steuerung 10 ebenfalls eine Eingabeeinheit, die ein Bediener bedienen kann, um Informationen und einen Befehl einzugeben, und eine Anzeigeeinheit, welche die Informationen u. Ä. anzeigt.
  • Die numerische Steuerung 10 umfasst ein Programm 12, eine Programmanalyseeinheit 14, eine Vorverarbeitungseinheit 16 und Servomotor-Steuereinheiten 18X, 18Y, 18T. Ein Servomotor 20X ist ein Motor, der das Werkzeug TO in der X-Achsrichtung bewegt, und ein Servomotor 20Y ist ein Motor, der das Werkzeug TO in der Y-Achsrichtung bewegt. Ein Servomotor 20T ist ein Servomotor, der einen Tisch TA, der das Werkstück W abstützt, um eine Drehmittenposition O des Tischs TA auf der XY-Ebene dreht. Die X-Achsrichtung, die Y-Achsrichtung und die Z-Achsrichtung sind orthogonal zueinander.
  • Die numerische Steuerung 10 umfasst ein vorgegebenes XYZ-Koordinatensystem und erkennt eine Position des Werkzeugs TO und eine Position des Tischs TA auf der Basis dieses XYZ-Koordinatensystems. Das XYZ-Koordinatensystem drückt eine aktuelle Position einer Maschine (des Werkzeugs TO oder des Tischs TA) in einem Koordinatensystem aus. Somit stimmen die X-Achsrichtung und die Y-Achsrichtung des XYZ-Koordinatensystems mit der X-Achsrichtung und der Y-Achsrichtung überein, in denen sich das Werkzeug TO aktuell bewegt. Die Z-Achsrichtung des XYZ-Koordinatensystems passiert auf der Drehmittenposition O des Tischs TA. Somit ist eine Position eines Ursprungs auf der XY-Ebene des XYZ-Koordinatensystems die Drehmittenposition O.
  • Das Programm 12 ist auf dem Speichermedium der numerischen Steuerung 10 gespeichert, in dem ein Programm für wenigstens den Schnittvorschub des Werkzeugs TO beschrieben ist. Die Programmanalyseeinheit 14 analysiert das Programm 12 zum Ermitteln der Endpunktposition E1 des Werkzeugs TO als ein Befehlswert. Diese Endpunktposition E1 ist eine Position auf der Basis des XYZ-Koordinatensystems. Die von der Programmanalyseeinheit 14 ermittelte Endpunktposition E1 wird an die Vorverarbeitungseinheit 16 ausgegeben.
  • Eine Koordinatenposition der Endpunktposition E1 wird als (Xe1, Ye1) ausgedrückt. Eine Koordinatenposition der Startpunktposition (der aktuellen Position des Werkzeugs TO) S1 wird als (Xs1, Ys1) ausgedrückt. Diese Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) ist bekannt. Die Position Xe1 und die Position Xs1 sind die Positionen auf einer X-Achse des XYZ-Koordinatensystems. Die Position Ye1 und die Position Ys1 sind die Positionen auf einer Y-Achse des XYZ-Koordinatensystems.
  • Die Vorverarbeitungseinheit 16 berechnet einen Neigungswinkel α der synthetischen Vorschubrichtung A, der das synthetische Drehmoment maximiert, auf der Basis des oberen Grenzbewegungsdrehmoments τx in der X-Achsrichtung und des oberen Grenzbewegungsdrehmoments τy in der Y-Achsrichtung. Die Vorverarbeitungseinheit 16 berechnet einen Neigungswinkel β der Schnittvorschubrichtung B des Werkzeugs TO, das sich von der Startpunktposition S1 zur Endpunktposition E1 bewegt. Die Vorverarbeitungseinheit 16 berechnet die Startpunktposition S1 (Xs1, YS1), die Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) und einen Drehwinkel β des Tischs TA, so dass die Schnittvorschubrichtung B mit der synthetischen Vorschubrichtung A übereinstimmt (auf dieser liegt), durch Verwenden der Neigungswinkel α, β.
  • Das heißt der Drehwinkel β ist ein Winkel, bei dem die Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1), die Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) und der Tisch um die Drehmittenposition O (das heißt um die Z-Achse) gedreht werden, um die Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) und die Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) in der synthetischen Vorschubrichtung A zu positionieren. Diesbezüglich wird eine im Drehwinkel β von der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) gedrehte Position als die Nach-Drehen-Startpunktposition S2 bezeichnet. Eine Koordinatenposition der Nach-Drehen-Startpunktposition S2 wird als (Xs2, Ys2) ausgedrückt. Ferner wird eine im Drehwinkel β von der Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) gedrehte Position als die Nach-Drehen-Endpunktposition E2 bezeichnet. Eine Koordinatenposition der Nach-Drehen-Endpunktposition E2 wird als (Xe2, Ye2) ausgedrückt. Die Position Xe2 und die Position Xs2 sind Positionen auf der X-Achse des XYZ-Koordinatensystems. Die Position Ye2 und die Position Ys2 sind Positionen auf der Y-Achse des XYZ-Koordinatensystems.
  • Nachfolgend ist die Vorverarbeitungseinheit 16 ebenfalls in Bezug auf 3 ausführlicher beschrieben. Die Vorverarbeitungseinheit 16 umfasst eine erste Winkelberechnungseinheit 30, eine zweite Winkelberechnungseinheit 32, eine Drehwinkel-Berechnungseinheit 34 und eine Positionsberechnungseinheit 36.
  • Die erste Winkelberechnungseinheit 30 berechnet den Neigungswinkel α der synthetischen Vorschubrichtung A, die das synthetische Drehmoment maximiert, auf der Basis der vorgegebenen oberen Grenzbewegungsdrehmomente (Vektoren) τx, τγ des Werkzeugs TO der jeweiligen X-Achsrichtung und Y-Achsrichtung. Die erste Winkelberechnungseinheit 30 berechnet den Neigungswinkel α durch Verwenden der folgenden Gleichung (3). Diesbezüglich ist der Neigungswinkel α ein Neigungswinkel in Bezug auf eine Richtung parallel zur X-Achsrichtung. α = t a n − 1 τ y τ x
    Figure DE102017007168B4_0001
  • Die oberen Grenzbewegungsdrehmomente τx, τy können maximale Bewegungsdrehmomente sein, mit denen das Werkzeug von den Servomotoren 20X, 20Y bewegt werden können, oder können vorab vom Bediener bestimmte Bewegungsdrehmomente sein.
  • Die zweite Winkelberechnungseinheit 32 berechnet den Neigungswinkel β der Schnittvorschubrichtung B des Werkzeugs TO, das sich von der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) zur Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) bewegt, auf der Basis der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) und der Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1). Die zweite Winkelberechnungseinheit 32 berechnet den Neigungswinkel β durch Verwenden der folgenden Gleichung (4). Diesbezüglich ist der Neigungswinkel β ein Neigungswinkel in Bezug auf eine Richtung parallel zur X-Achsrichtung. β = t a n − 1 ( Y e 1 − Y s 1 ) ( X e 1 − X s 1 )
    Figure DE102017007168B4_0002
  • Die Drehwinkel-Berechnungseinheit 34 berechnet die Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1), die Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) und den Drehwinkel β des Tischs TA auf Basis der Neigungswinkel α, β. Die Drehwinkel-Berechnungseinheit 34 berechnet eine Differenz zwischen dem Neigungswinkel α und dem Neigungswinkel β als den Drehwinkel B. Wie in 3 dargestellt kann, wenn eine Linksrichtung (Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn) zur Drehmittenposition O eine positive Richtung ist, die Drehwinkel-Berechnungseinheit 34 den Drehwinkel β durch Subtrahieren der Neigungswinkel α vom Neigungswinkel β berechnen. In diesem Fall weist der Drehwinkel β eine Beziehung von β = β - α auf. Wenn hingegen eine Rechtsrichtung (Richtung im Uhrzeigersinn) zur Drehmittenposition O die positive Richtung ist, kann die Drehwinkel-Berechnungseinheit 34 den Drehwinkel β durch Subtrahieren der Neigungswinkel α vom Neigungswinkel β berechnen. In diesem Fall weist der Drehwinkel β eine Beziehung von β = α - β auf.
  • Die Positionsberechnungseinheit 36 berechnet die Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2) und die Nach-Drehen-Endpunktposition E2 (Xe2, Ye2) auf der Basis des Drehwinkels β. Die Positionsberechnungseinheit 36 berechnet als die Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2) eine im Drehwinkel β von der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) um die Drehmittenposition O des Tischs TA (um die Z-Achse) gedrehte Position. Wie aus 3 ersichtlich sind die Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) und die Nach-Drehen-Startpunktposition s2 (Xs2, Ys2) auf einem Kreis C1 um die Drehmittenposition O angeordnet.
  • Die Positionsberechnungseinheit 36 berechnet als die Nach-Drehen-Endpunktposition E2 (Xe2, Ye2) eine im Drehwinkel β von der Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) um die Drehmittenposition O des Tischs TA (um die Z-Achse) gedrehte Position. Wie aus 3 ersichtlich sind die Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) und die Nach-Drehen-Endpunktposition E2 (Xe2, Ye2) auf einem Kreis C2 um die Drehmittenposition O angeordnet.
  • Die Vorverarbeitungseinheit 16 gibt die Positionen Xs2, Xe2 der Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2) und der Nach-Drehen-Endpunktposition E2 (Xe2, Ye2) auf der X-Achse an die Servomotor-Steuereinheit (erste Bewegungssteuereinheit) 18X und die Positionen Ys2, Ye2 auf der Y-Achse an die Servomotor-Steuereinheit (zweite Bewegungssteuereinheit) 18Y aus. Die Vorverarbeitungseinheit 16 gibt den berechneten Drehwinkel β an die Servomotor-Steuereinheit (Drehsteuereinheit) 18T aus.
  • Die Servomotor-Steuereinheit 18X steuert den Servomotor 20X zum Bewegen des Werkzeugs TO von der Position Xs1 zur Position Xs2. Die Servomotor-Steuereinheit 18Y steuert den Servomotor 20Y zum Bewegen des Werkzeugs TO von der Position Ys1 zur Position Ys2. Somit bewegt sich das Werkzeug TO wie in 1B dargestellt von der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) zur Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2). Wie in 1B dargestellt steuert die Servomotor-Steuereinheit 18T den Servomotor 20T zum Drehen des Tischs TA um die Drehmittenposition O (um die Z-Achse).
  • Somit ist wie in 1A und 1B dargestellt eine relative Positionsbeziehung zwischen der Startpunktposition S1 (Nach-Drehen-Startpunktposition S2) des Werkzeugs TO nach dem Drehen und des Tischs TA (Werkstück W) nach dem Drehen die gleiche wie die relative Positionsbeziehung zwischen der Startpunktposition S1 des Werkzeugs TO vor dem Drehen und des Tischs TA (Werkstück W) vor dem Drehen. Ähnlich ist die relative Positionsbeziehung zwischen der Endpunktposition E1 (Nach-Drehen-Endpunktposition E2) des Werkzeugs TO nach dem Drehen und des Tischs TA (Werkstück W) nach dem Drehen ebenfalls die gleiche wie die relative Positionsbeziehung zwischen der Endpunktposition E1 des Werkzeugs TO vor dem Drehen und des Tischs TA (Werkstück W) vor dem Drehen. Die Schnittvorschubrichtung des sich von der Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2) zur Nach-Drehen-Endpunktposition E2 (Xe2, Ye2) bewegenden Werkzeugs TO stimmt mit der synthetischen Vorschubrichtung A überein.
  • Anschließend steuert die Servomotor-Steuereinheit 18X den Servomotor 20X zum Bewegen des Werkzeugs TO von der Position Xs2 zur Position Xe2 durch das obere Grenzbewegungsdrehmoment τx. Die Servomotor-Steuereinheit 18Y steuert den Servomotor 20Y zum Bewegen des Werkzeugs TO von der Position Ys2 zur Position Ye2 durch das obere Grenzbewegungsdrehmoment τy. Somit bewegt sich das Werkzeug TO linear von der Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2) zur Nach-Drehen-Endpunktposition E2 (Xe2, Ye2) durch das maximale synthetische Drehmoment τc entlang der synthetischen Vorschubrichtung A. Daher kann ein Schnittvorschub des Werkzeugs TO in einem Zustand eines maximierten Bewegungsdrehmoments des Werkzeugs TO ausgeführt werden.
  • Nachfolgend ist ein Betrieb der numerischen Steuerung 10 in Bezug auf ein in 4 dargestelltes Fließbild beschrieben. In Schritt ST1 analysiert die Programmanalyseeinheit 14 das Programm 12 zum Ermitteln der Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) des Werkzeugs TO.
  • Anschließend analysiert die Programmanalyseeinheit 14 in Schritt ST2 das Programm 12 zum Ermitteln, ob dieser Schnittvorschub eine lineare Bewegung ist oder nicht. Wenn in Schritt ST2 ermittelt wird, dass der Schnittvorschub keine lineare Bewegung ist, ist dieser Betrieb beendet. Wenn in Schritt ST2 ermittelt wird, dass der Schnittvorschub eine lineare Bewegung ist, fährt der Ablauf mit Schritt ST3 fort.
  • Wenn der Ablauf mit Schritt ST3 fortfährt, berechnet die erste Winkelberechnungseinheit 30 den Neigungswinkel α der synthetischen Vorschubrichtung A, der das synthetische Drehmoment maximiert. Die erste Winkelberechnungseinheit 30 berechnet den Neigungswinkel α auf Basis des oberen Grenzbewegungsdrehmoments τy in der Y-Achsrichtung durch Verwenden von Gleichung (3). Diese oberen Grenzbewegungsdrehmomente τx, τy sind vorgegebene Drehmomente.
  • Anschließend berechnet in Schritt ST4 die zweite Winkelberechnungseinheit 32 den Neigungswinkel β der Schnittvorschubrichtung B des Werkzeugs TO, das sich von der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) zur Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) bewegt, auf der Basis der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) und der Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1). Die zweite Winkelberechnungseinheit 32 berechnet den Neigungswinkel β auf Basis der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) und der Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) durch Verwenden der Gleichung (4).
  • Anschließend berechnet die Drehwinkel-Berechnungseinheit 34 in Schritt ST5 den Drehwinkel β auf Basis des in Schritt ST3 berechneten Neigungswinkels α und des in Schritt ST4 berechneten Neigungswinkels β. Die Drehwinkel-Berechnungseinheit 34 berechnet den Drehwinkel β durch Berechnen der Differenz zwischen dem Neigungswinkel α und dem Neigungswinkel β.
  • Anschließend berechnet die Positionsberechnungseinheit 36 in Schritt ST6 die Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2) und die Nach-Drehen-Endpunktposition E2 (Xe2, Ye2) auf Basis des in Schritt ST5 berechneten Drehwinkels β. Die Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2) ist eine im Drehwinkel β von der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) um die Drehmittenposition O des Tischs TA (um die Z-Achse) gedrehte Position. Die Nach-Drehen-Endpunktposition E2 (Xe2, Ye2) ist eine im Drehwinkel β von der Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) um die Drehmittenposition O des Tischs TA (um die Z-Achse) gedrehte Position.
  • Anschließend steuert die Servomotor-Steuereinheit 18T in Schritt ST7 den Servomotor 20T zum Drehen des Tischs TA im in Schritt ST5 berechneten Drehwinkel β um die Drehmittenposition O (um die Z-Achse). Zum gleichen Zeitpunkt wie diese Drehung steuern die Servomotor-Steuereinheiten 18X, 18Y die Servomotoren 20X, 20Y zum Bewegen des Werkzeugs TO von der Startpunktposition S1 (Xs1, Ys1) zur Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2).
  • Anschließend steuern die Servomotor-Steuereinheiten 18X, 18Y in Schritt ST8 die Servomotoren 20X, 20Y zum Bewegen des Werkzeugs TO von der Nach-Drehen-Startpunktposition S2 (Xs2, Ys2) zur Nach-Drehen-Endpunktposition E2 (Xe2, Ye2) entlang der synthetischen Vorschubrichtung A. Somit kann ein linearer Schnittvorschub des Werkzeugs TO mit dem maximalen synthetischen Drehmoment τc ausgeführt werden.
  • Die vorhergehende Ausführungsform hat zur einfacheren Beschreibung das Drehen des Tischs TA auf der zweidimensionalen XY-Ebene der X-Achse und der Y-Achse beschrieben. Der Tisch TA kann aber auf der Basis des gleichen Prinzips dreidimensional gedreht werden. Das heißt der Tisch TA kann auf der XY-Ebene, einer XZ-Ebene und einer YZ-Ebene gedreht werden.
  • In diesem Fall wird der Neigungswinkel α der synthetischen Vorschubrichtung A, der das synthetische Drehmoment maximiert, auf der Basis des oberen Grenzbewegungsdrehmoments τx in der X-Achsrichtung, des oberen Grenzbewegungsdrehmoments τy in der Y-Achsrichtung und eines oberen Grenzbewegungsdrehmoments τz in der Z-Achsrichtung berechnet. Insbesondere wird der Neigungswinkel α (αxy) der synthetischen Vorschubrichtung A auf der XY-Ebene auf der Basis der oberen Grenzbewegungsdrehmomente τx, τy wie zuvor beschrieben berechnet. Ähnlich wird der Neigungswinkel α (axy) der synthetischen Vorschubrichtung A auf der XZ-Ebene auf der Basis der oberen Grenzbewegungsdrehmomente τx, τz berechnet. Der Neigungswinkel α (ayz) der synthetischen Vorschubrichtung A auf der YZ-Ebene wird auf der Basis der oberen Grenzbewegungsdrehmomente τy, τz berechnet.
  • Die Neigungswinkel (βxy, βxz, βyz) der Schnittvorschubrichtung B des Werkzeugs TO, das sich von den Startpunktpositionen S1 (Xs1, Ys1, Zs1) zu den Endpunktpositionen E1 (Xe1, Ye1, Ze1) bewegt, werden jeweils für die XY-Ebene, die XZ-Ebene und die YZ-Ebene berechnet. Ferner werden die Drehwinkel β (βxy, βxz, βyz) für die jeweiligen Ebenen auf der Basis der Neigungswinkel α (αxy, αxz, αyz), β (βxy, βxz, βyz) auf den jeweiligen Ebenen berechnet. Die Nach-Drehen-Startpunktpositionen S2 (Xs2, Ys2, Zs2) und die Nach-Drehen-Endpunktpositionen E2 (Xe2, Ye2, Ze2) werden auf der Basis der Drehwinkel β dieser Ebenen berechnet.
  • Die numerische Steuerung 10 gemäß der vorhergehenden Ausführungsform bewegt das Werkzeug TO, welches das auf dem Tisch TA abgestützte Werkstück W bearbeitet und entlang wenigstens der zwei Achsrichtungen orthogonal zueinander beweglich ist, auf der Basis des Programms 12. Die numerische Steuerung 10 umfasst die Programmanalyseeinheit 14, die das Programm 12 zum Ermitteln der Endpunktposition E1 des Werkzeugs TO für einen linearen Schnittvorschub analysiert, die erste Winkelberechnungseinheit 30, die den Neigungswinkel α der synthetischen Vorschubrichtung A, der das synthetische Drehmoment maximiert, auf der Basis eines vorgegebenen oberen Grenzbewegungsdrehmoments des Werkzeugs TO in jeder der wenigstens zwei Achsrichtungen berechnet, die zweite Winkelberechnungseinheit 32, die den Neigungswinkel β der Schnittvorschubrichtung B des Werkzeugs TO auf der Basis der Startpunktposition S1 und der Endpunktposition E1 des Werkzeugs TO berechnet, die Drehwinkel-Berechnungseinheit 34, welche die Differenz zwischen dem Neigungswinkel α der synthetischen Vorschubrichtung A und dem Neigungswinkel β der Schnittvorschubrichtung B als den Drehwinkel β des Tischs TA berechnet, und die Servomotor-Steuereinheit 18T, welche die Drehung des Tischs TA um die Drehmittenposition O des Tischs TA auf der Basis des Drehwinkels β steuert.
  • Somit kann das synthetische Drehmoment maximal verwendet und ein Schnittvorschub des Werkzeugs TO durch ein größeres Drehmoment als das obere Grenzbewegungsdrehmoment in jeder Achse ausgeführt werden.
  • Die numerische Steuerung 10 umfasst die Positionsberechnungseinheit 36, welche die im Drehwinkel β von der Startpunktposition S1 um die Drehmittenposition O gedrehte Nach-Drehen-Startpunktposition S2 berechnet, die Servomotor-Steuereinheit 18X, welche die Bewegung des Werkzeugs TO entlang einer der zwei Achsrichtungen steuert, und die Servomotor-Steuereinheit 18Y, welche die Bewegung des Werkzeugs TO entlang einer anderen Achsrichtung steuert. Die Servomotor-Steuereinheit 18X und die Servomotor-Steuereinheit 18Y steuern die Bewegung des Werkzeugs TO zum Bewegen des Werkzeugs TO von der Startpunktposition S1 zur Nach-Drehen-Startpunktposition S2. Somit wird der Tisch TA gedreht und die Startpunktposition S1 wird ebenfalls gedreht. Dadurch kann die relative Positionsbeziehung zwischen der Startpunktposition S1 des Werkzeugs und des Tischs TA vor dem Drehen beibehalten werden.
  • Die Positionsberechnungseinheit 36 berechnet die im Drehwinkel β von der Endpunktposition E1 um die Drehmittenposition O gedrehte Nach-Drehen-Endpunktposition E2. Die Servomotor-Steuereinheiten 18X, 18Y bewegen das Werkzeug TO zur Nach-Drehen-Startpunktposition S2. Die Servomotor-Steuereinheit 18T dreht den Tisch TA im Drehwinkel B. Anschließend bewegen die Servomotor-Steuereinheiten 18X, 18Y das Werkzeug TO zur Nach-Drehen-Endpunktposition E2 entlang der synthetischen Vorschubrichtung A. Somit kann die Schnittvorschubrichtung des Werkzeugs TO, das sich von der Nach-Drehen-Startpunktposition S2 zur Nach-Drehen-Endpunktposition E2 bewegt, an die synthetische Vorschubrichtung A angepasst werden. Dadurch kann ein Schnittvorschub des Werkzeugs TO mit dem maximalen synthetischen Drehmoment τc ausgeführt werden.
  • Die erste Winkelberechnungseinheit 30 berechnet den Neigungswinkel α der synthetischen Vorschubrichtung A gemäß der vorhergehenden Gleichung (3), wobei τx das obere Grenzbewegungsdrehmoment in einer der zwei Achsrichtungen darstellt und τy das obere Grenzbewegungsdrehmoment in der anderen Achsrichtung darstellt. Die zweite Winkelberechnungseinheit 32 berechnet den Neigungswinkel β der Schnittvorschubrichtung B gemäß der vorhergehenden Gleichung (4), wobei die vorgegebene aktuelle Startpunktposition S1 des Werkzeugs TO (Xs1, Ys1) ist und die Endpunktposition E1 (Xe1, Ye1) ist. Somit können die Neigungswinkel α, β einfach berechnet werden.

Claims (8)

  1. Numerische Steuerung (10), die ein Werkzeug (TO) auf der Basis eines Programms (12) bewegt, wobei das Werkzeug (TO) zum Bearbeiten eines auf einem Tisch abgestützten Werkstücks ausgebildet und entlang wenigstens zwei Achsrichtungen orthogonal zueinander beweglich ist, wobei die numerische Steuerung (10) umfasst: eine zum Analysieren des Programms (12) zum Ermitteln einer Endpunktposition (E1) des Werkzeugs (TO) für einen linearen Schnittvorschub ausgebildete Programmanalyseeinheit (14); eine zum Berechnen eines Neigungswinkels (α) einer synthetischen Vorschubrichtung (A), der eine synthetische Kraft maximiert, die eine Summe von Bewegungskräften in den wenigstens zwei Achsrichtungen ist, auf der Basis einer vorgegebenen oberen Grenzbewegungskraft des Werkzeugs (TO) in jeder der wenigstens zwei Achsrichtungen ausgebildete erste Winkelberechnungseinheit (30); eine zum Berechnen eines Neigungswinkels (β) einer Schnittvorschubrichtung (B) des Werkzeugs (TO) auf der Basis einer Startpunktposition (S1) und der Endpunktposition (E1) des Werkzeugs (TO) ausgebildete zweite Winkelberechnungseinheit (32); eine zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Neigungswinkel (α) der synthetischen Vorschubrichtung (A) und dem Neigungswinkel (β) der Schnittvorschubrichtung (B) als ein Drehwinkel (θ) des Tischs ausgebildete Drehwinkel-Berechnungseinheit (34); und eine zum Steuern der Drehung des Tischs um eine Drehmittenposition (O) des Tischs auf der Basis des Drehwinkels (θ) ausgebildete Drehungssteuereinheit (18T).
  2. Numerische Steuerung (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zum Berechnen einer im Drehwinkel (θ) von der Startpunktposition (S1) um die Drehmittenposition (O) gedrehte Nach-Drehen-Startpunktposition (S2) ausgebildete Positionsberechnungseinheit (36); eine zum Steuern der Bewegung des Werkzeugs (TO) entlang einer der zwei Achsrichtungen ausgebildete erste Bewegungssteuereinheit (18X); und eine zum Steuern der Bewegung des Werkzeugs (TO) entlang der anderen Achsrichtung ausgebildete zweite Bewegungssteuereinheit (18Y), wobei die erste Bewegungssteuereinheit (18X) und die zweite Bewegungssteuereinheit (18Y) zum Steuern der Bewegung des Werkzeugs (TO) zum Bewegen des Werkzeugs (TO) von der Startpunktposition (S1) zur Nach-Drehen-Startpunktposition (S2) ausgebildet sind.
  3. Numerische Steuerung (10) nach Anspruch 2, wobei: die Positionsberechnungseinheit (36) zum Berechnen einer im Drehwinkel (θ) von der Endpunktposition (E1) um die Drehmittenposition (O) gedrehte Nach-Drehen-Startpunktposition (E2) ausgebildet ist; und nachdem die erste Bewegungssteuereinheit (18X) und die zweite Bewegungssteuereinheit (18Y) das Werkzeug (TO) zur Nach-Drehen-Startpunktposition (S2) bewegen und die Drehsteuereinheit (18T) den Tisch im Drehwinkel (θ) dreht, die erste Bewegungssteuereinheit (18X) und die zweite Bewegungssteuereinheit (18Y) zum Bewegen des Werkzeugs (TO) zur Nach-Drehen-Endpunktposition (E2) entlang der synthetischen Vorschubrichtung (A) ausgebildet sind.
  4. Numerische Steuerung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die erste Winkelberechnungseinheit (30) zum Berechnen eines Neigungswinkels α der synthetischen Vorschubrichtung (A) gemäß der folgenden Gleichung (1) ausgebildet ist, wobei τx die obere Grenzbewegungskraft in einer der zwei Achsrichtungen darstellt und τy die obere Grenzbewegungskraft in einer anderen Achsrichtung darstellt; und die zweite Winkelberechnungseinheit (32) zum Berechnen eines Neigungswinkels β der Schnittvorschubrichtung (B) gemäß der folgenden Gleichung (2) ausgebildet ist, wobei die vorgegebene Startpunktposition (S1) (Xs1, Ys1) ist und die Endpunktposition (E1) (Xe1, Ye1) ist: α = t a n − 1 τ y τ x
    Figure DE102017007168B4_0003
     β = t a n − 1 ( Y e 1 − Y s 1 ) ( X e 1 − X s 1 ) .
    Figure DE102017007168B4_0004
  5. Bewegungssteuerverfahren für ein Werkzeug (TO), wobei eine numerische Steuerung (10) das Werkzeug (TO) auf der Basis eines Programms (12) bewegt, wobei das Werkzeug (TO) zum Bearbeiten eines auf einem Tisch abgestützten Werkstücks ausgebildet und entlang wenigstens zwei Achsrichtungen orthogonal zueinander beweglich ist, wobei das Bewegungssteuerverfahren umfasst: einen Programmanalyseschritt (ST1) zum Analysieren des Programms (12) zum Ermitteln einer Endpunktposition (E1) des Werkzeugs (TO) für einen linearen Schnittvorschub; einen ersten Winkelberechnungsschritt (ST3) zum Berechnen eines Neigungswinkels (α) einer synthetischen Vorschubrichtung (A), der eine synthetische Kraft maximiert, die eine Summe von Bewegungskräften in den wenigstens zwei Achsrichtungen ist, auf der Basis einer vorgegebenen oberen Grenzbewegungskraft des Werkzeugs (TO) in jeder der wenigstens zwei Achsrichtungen; einen zweiten Winkelberechnungsschritt (ST4) zum Berechnen eines Neigungswinkels (β) einer Schnittvorschubrichtung (B) des Werkzeugs (TO) auf der Basis einer Startpunktposition (S1) und der Endpunktposition (E1) des Werkzeugs (TO); einen Drehwinkel-Berechnungsschritt (ST5) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Neigungswinkel (α) der synthetischen Vorschubrichtung (A) und dem Neigungswinkel (β) der Schnittvorschubrichtung (B) als ein Drehwinkel (θ) des Tischs; und einen Drehungssteuerschritt (ST7) zum Steuern der Drehung des Tischs um eine Drehmittenposition (O) des Tischs auf der Basis des Drehwinkels (θ).
  6. Bewegungssteuerverfahren für das Werkzeug (TO) nach Anspruch 5, ferner umfassend: einen ersten Positionsberechnungsschritt (ST6) zum Berechnen einer im Drehwinkel (θ) von der Startpunktposition (S1) um die Drehmittenposition (O) gedrehte Nach-Drehen-Startpunktposition (S2); und einen ersten Bewegungssteuerschritt (ST7) zum Steuern der Bewegung des Werkzeugs (TO) zum Bewegen des Werkzeugs (TO) von der Startpunktposition (S1) zur Nach-Drehen-Startpunktposition (S2).
  7. Bewegungssteuerverfahren für das Werkzeug (TO) nach Anspruch 6, ferner umfassend: einen zweiten Positionsberechnungsschritt (ST6) zum Berechnen einer im Drehwinkel (θ) von der Endpunktposition (E1) um die Drehmittenposition (O) gedrehte Nach-Drehen-Endpunktposition (E2); und einen zweiten Bewegungssteuerschritt (ST8) zum Bewegen des Werkzeugs (TO) zur Nach-Drehen-Endpunktposition (E2) entlang der synthetischen Vorschubrichtung (A), nachdem das Werkzeug (TO) zur Nach-Drehen-Startpunktposition (S2) im ersten Bewegungssteuerschritt bewegt wurde und der Tisch im Drehwinkel (θ) im Drehungssteuerschritt gedreht wurde.
  8. Bewegungssteuerverfahren für das Werkzeug (TO) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei: im ersten Winkelberechnungsschritt (ST3) ein Neigungswinkel α der synthetischen Vorschubrichtung (A) gemäß der folgenden Gleichung (1) berechnet wird, wobei τx die obere Grenzbewegungskraft in einer der zwei Achsrichtungen darstellt und τy die obere Grenzbewegungskraft in einer anderen Achsrichtung darstellt; und im zweiten Winkelberechnungsschritt (ST4) ein Neigungswinkel β der Schnittvorschubrichtung (B) gemäß der folgenden Gleichung (2) berechnet wird, wobei die vorgegebene Startpunktposition (S1) (Xs1, Ys1) ist und die Endpunktposition (E1) (Xe1, Ye1) ist: α = t a n − 1 τ y τ x
    Figure DE102017007168B4_0005
     β = t a n − 1 ( Y e 1 − Y s 1 ) ( X e 1 − X s 1 ) .
    Figure DE102017007168B4_0006
DE102017007168.3A 2016-07-28 2017-07-27 Numerische Steuerung und Bewegungssteuerverfahren für ein Werkzeug Active DE102017007168B4 (de)

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