DE102018002308B4

DE102018002308B4 - Numerische Steuerung

Info

Publication number: DE102018002308B4
Application number: DE102018002308.8A
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Aizawa; Shouki Tani
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2022-09-01
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: US10599125B2; US20180275626A1; CN108628248A; CN108628248B; DE102018002308A1

Abstract

Numerische Steuerung zum Steuern einer Werkzeugmaschine mit einer Spindelachse auf Basis eines Bearbeitungsprogrammes zur Relativbewegung der Spindelachse in Bezug auf ein Werkstück, um eine spanabhebende Bearbeitung in einer Richtung auszuführen, die verschieden ist von der Richtung der Spindelachse, wobei die numerische Steuerung aufweist:eine Werkzeugdatenspeichereinheit zum Speichern von Werkzeugdaten bezüglich eines an der Spindelachse angebrachten Werkzeuges, wobei die Werkzeugdaten mindestens einen empfohlenen Wert des Vorschubs pro Schneide des Werkzeugs und eine Anzahl der Schneiden des Werkzeugs beinhalten;einen Befehlsanalysator zum Auslesen und Analysieren eines Befehlsblockes des Bearbeitungsprogrammes und zum Erzeugen von Bewegungsbefehlsdaten für eine Relativbewegung der Spindelachse in Bezug auf das Werkstück und Spindelachsenrotationsbefehlsdaten zum Drehen der Spindelachse; undeine Schneidgeschwindigkeitssteuerung zum Berechnen einer empfohlenen Spanungsvorschubrate der Spindelachse durch Verwendung mindestens eines empfohlenen Wertes für den Vorschub pro Schneide des Werkzeugs und einer Anzahl von Schneiden des Werkzeugs die in den Werkzeugdaten des Werkzeuges enthalten sind und zum Arretieren einer Spanungsvorschubrate der Spindelachse in den Bewegungsbefehlsdaten auf die empfohlene Spanungsvorschubrate, wenn die Spanungsvorschubrate der Spindelachse größer ist als die empfohlene Spanungsvorschubrate.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine numerische Steuerung und insbesondere eine solche zur Steuerung einer Vorschubrate auf Basis von Bearbeitungsverhältnissen eines spanabhebenden Werkzeuges (nachfolgend „Schneidwerkzeug“).
2. Zum Stand der Technik
Wird eine Werkzeugmaschine eingesetzt zum Kerben, zur Freiform-Oberflächenbearbeitung, zum Seitenfräsen, zur Schrägbearbeitung etc., dann erfolgt bei einigen Bearbeitungsverfahren ein Zerspanen eines Werkstückes in einer Richtung, die verschieden ist von der Richtung der Spindelachse, an welcher das Werkzeug, wie ein Fräswerkzeug, ein Stirnfräswerkzeug etc., angebracht ist (offengelegte japanische Patentanmeldung 2016-066201). Beispielsweise wird beim Seiten-Kerben unter Verwendung eines Schaftfräsers 2, eine Kerbe erzeugt durch einen Schneidvorschub bezüglich des Schaftfräsers 2, der an der Spindelachse angebracht ist und in einer Richtung bewegt wird, die senkrecht steht zur Richtung der Spindelachse gemäß 4, oder es erfolgt ein Schneidvorschub am an der Spindelachse befestigten Schaftfräser 2 mit Bewegung parallel zur Oberfläche des Werkstückes derart, dass ein tiefer Einschnitt in das Werkstück gemäß 5 erfolgt. Beim eintauchenden Kerben mit einem Schaftfräser 2 wird gemäß 6 eine Kerbe geformt durch Schneidvorschub am an der Spindelachse befestigten Schaftfräser 2 und Bewegung derart, dass der Schaftfräser 2 tief in eine Fläche am Werkstück schräg einschneidet.
Beim Freiform-Oberflächenbearbeiten mit einem Rundkopf-Schaftfräser 4 gemäß 7 wird eine gekrümmte Oberfläche erzeugt durch einen Schneidvorschub am an der Spindelachse befestigten Rundkopf-Schaftfräser 4 in einer Richtung verschieden zur Richtung der Spindelachse (beispielsweise in einer Richtung der Ziel-Freiformfläche). Beim Seitenfräsen mit dem Schaftfräser 2 erfolgt gemäß 8 eine Seitenbearbeitung eines Werkstückes mit einem Schneidvorschub am Schaftfräser 2 und Bewegung parallel zur Seitenfläche mit spanabhebender Bearbeitung des Werkstückes.
Wie oben erläutert, haben eine Vielzahl von Schneidwerkzeugen, wie Fräswerkzeuge, Schaftfräser etc. eine oder mehrere Schneidkanten auf einer Seitenfläche des Werkzeuges etc. Unabhängig davon, ob eine einzige Schneide oder mehrere Schneiden im Einsatz sind, bei den obigen Bearbeitungsverfahren wird bei Betrachtung einer einzigen Schneide ein Werkstück bearbeitet, wenn die Schneide durch Rotation einer Spindelachse mit dem Werkstück in Kontakt kommt (Rotation um die Spindelachse) und eine Bewegung in einer Richtung, die verschieden ist von der Richtung der Spindelachse. Ist ein Werkzeug mit mehreren Schneiden versehen, wird das Werkstück bei Kontakt einer jeden Schneide aufgrund der Umdrehungen bearbeitet.
Als Beispiel wird nun ein Fräsvorgang mit Blick auf 9 erläutert. Beim Beispiel gemäß 9 hat ein Fräswerkzeug 5 sechs Schneiden 6 und die Schneiden 6 rotieren in Rotationsrichtung M der Spindelachse aufgrund der Drehbewegung der Spindelachse. Zusätzlich bewegt sich das Fräswerkzeug 5 in einer Bewegungsrichtung Q verschieden von der Richtung der Spindelachse unter Steuerung einer Bewegungsachse der Spindelachse. Kommen die Schneiden 6 des Fräswerkzeuges 5 in Kontakt mit einem Werkstück 3, bewegen sich die Schneiden 6 zur Außenseite des Werkstückes 3 und bearbeiten dieses spanabhebend aufgrund der Drehbewegung der Spindelachse und der Bewegung in Bewegungsrichtung Q, die verschieden ist von der Richtung der Spindelachse. Erfolgen diese Operationen kontinuierlich, erfolgt ein Fräsen des Werkstückes 3 mit den sechs Schneiden 6 des Fräswerkzeuges 5. Bei einem solchen Bearbeitungsverfahren kann die Vorschubrate D für eine Schneide, welche den Betrag der einmaligen Bearbeitung pro Schneide des Fräswerkzeuges 5 angibt, mit der nachfolgenden Gleichung 1 berechnet werden unter Verwendung der Anzahl von Schneiden 6 des Fräswerkzeuges 5, der Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit in Rotationsrichtung M der Spindelachse und einer Spanungsvorschubrate in Bewegungsrichtung Q. Die Vorschubrate pro Schneide kann in dieser Weise für jedes der oben beschriebenen Bearbeitungsverfahren berechnet werden. $\begin{array}{l} VORSCHUBRATE D \\ F \ddot{U} R EINE SCHNEIDE = \frac{SPANUNGSVORSCHUBRATE [m/min]}{\begin{array}{l} ANZAHL DER SCHNEIDEN \times ANZAHL DER UMDREHUNGEN DER \\ SPINDELACHSE [{min}^{- 1}] \end{array}} \end{array}$

Vorschubrate D für eine Schneide
Spanungsvorschubrate
Anzahl der Schneiden x Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse

Durch den Werkzeughersteller wird ein empfohlener Wert für jedes Werkzeug für die Vorschubrate pro Schneide vorgegeben und eine Bedienungsperson stellt die Bearbeitungsbedingungen einschließlich der Spanungsvorschubrate und der Anzahl von Umdrehungen der Spindelachse unter Berücksichtigung aller den Spanungsvorgang betreffenden Faktoren ein, wie dem empfohlenen Wert der Vorschubrate pro Schneide gemäß Handbuchangaben des Werkzeugherstellers, der Bearbeitungsform des Werkstückes, der Bearbeitungsgenauigkeit, der eingesetzten Maschine, der Festigkeit des Werkzeuges etc. Stellt die Bedienungsperson ein fehlerhaftes Bearbeitungsverhältnis ein und überschreitet die Vorschubrate pro Schneide den empfohlenen Wert, folgt daraus eine Minderung der Bearbeitungsqualität des Werkstückes, eine erhebliche Verkürzung der Werkzeug-Lebensdauer und möglicherweise ein Schaden am Werkzeug.
Wie oben beschrieben, hat eine Bedienungsperson bei Festlegung der Vorschubrate, der Anzahl von Umdrehungen der Spindelachse etc. die empfohlenen Werte bezüglich der Schneidbedingungen des Werkzeuges zu beachten. Allerdings besteht die Möglichkeit Werte einzustellen, die nicht angemessen sind (nicht den empfohlenen Werten bezüglich der Schneidbedingungen entsprechen), insbesondere bei Erzeugen eines neuen Bearbeitungsprogrammes. Auch besteht die Möglichkeit, bei Wechsel eines Werkzeuges mit gleicher Form (verschiedene Beschichtung und Hersteller) bezüglich eines existierenden Programmes, bei der Bearbeitung ohne Anpassung der Bearbeitungsverhältnisse unter Berücksichtigung des empfohlenen Wertes bezüglich der Schneidbedingungen des neuen Werkzeuges eine Bearbeitung auszuführen, bei welcher der empfohlene Wert bezüglich der Schneidbedingungen des Werkzeuges nicht erfüllt ist. Auch besteht die Möglichkeit, eine Bearbeitung auszuführen ohne Beachtung des empfohlenen Wertes bezüglich der Schneidbedingungen des Werkzeuges, wenn eine Bedienungsperson die Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse vor der Bearbeitung ändert oder die Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse durch eine Korrektur („override“) während der Bearbeitung ändert.
DE 10 2009 045 986 A1 betrifft eine Programmiervorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Abschnitt zum Speichern von Parametern, welcher dazu vorgesehen ist, Parameter zu speichern, die sich auf die Steuerung eines Antriebs einer NC-Werkzeugmaschine beziehen; einen Abschnitt zum Speichern von CL-Daten, welcher dafür vorgesehen ist, CL-Daten zu speichern, die mindestens Daten in Bezug auf eine Bewegungsposition eines Werkzeugs und Bearbeitungsbedingungen umfassen; einen Abschnitt zum Erzeugen von NC-Programmen, welcher dafür vorgesehen ist, auf die Parameter in dem Abschnitt zum Speichern von Parametern Bezug zu nehmen und aus den CL-Daten in dem Abschnitt zum Speichern von CL-Daten ein NC-Programm zu erzeugen; und einen Abschnitt zum Speichern von NC-Programmen, welcher dafür vorgesehen ist, das erzeugte NC-Programm zu speichern. Der Abschnitt zum Erzeugen von NC-Programmen prüft, ob die in den CL-Daten enthaltenen Bearbeitungsbedingungsdaten geeignet sind, indem er auf die Parameter Bezug nimmt, und korrigiert die Bearbeitungsbedingungsdaten, falls keine Eignung festgestellt wird, anhand der Parameter und erzeugt daraufhin ein NC-Programm auf Basis der CL-Daten, die die korrigierten Bearbeitungsbedingungsdaten umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter diesen Umständen liegt ein Ziel der Erfindung in der Bereitstellung einer numerischen Steuerung, welche eingerichtet ist für die Berechnung einer optimalen Vorschubrate bei einer Bearbeitung, in welcher die Spanabhebung in einer Richtung erfolgt, die verschieden ist von der Richtung der Spindelachse. Gelöst wird die Aufgabe durch eine numerische Steuerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Mit der Erfindung wird dieses Ziel erreicht durch eine numerische Steuerung mit einer Funktion zur automatischen Berechnung einer Vorschubrate durch die Steuerung aus Informationen bezüglich der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse, dem Vorschub pro Schneide und der Anzahl der Schneiden.
Gemäß einer Merkmalskombination der Erfindung hat eine numerische Steuerung zum Steuern einer Werkzeugmaschine einschließlich einer Spindelachse auf Basis eines Bearbeitungsprogrammes zur relativen Bewegung der Spindelachse in Bezug auf ein Werkstück, um so eine Spanabhebung in einer Richtung zu bewirken, die verschieden ist von der Richtung der Spindelachse, eine Werkzeugdatenspeichereinheit zum Speichern von Werkzeugdaten bezüglich eines an der Spindelachse angebrachten Werkzeuges, wobei die Werkzeugdaten mindestens einen empfohlenen Wert des Vorschubs pro Schneide des Werkzeugs und eine Anzahl der Schneiden des Werkzeugs beinhalten, einen Befehlsanalysator zum Auslesen und Analysieren eines Befehlsblockes aus dem Bearbeitungsprogramm und zum Erzeugen von Bewegungsbefehlsdaten zum relativen Bewegen der Spindelachse in Bezug auf das Werkstück und Spindelachsenrotationsbefehlsdaten zum Rotieren der Spindelachse, und eine Schneidgeschwindigkeitssteuerung zum Berechnen einer empfohlenen Spanungsvorschubrate der Spindelachse durch Verwendung mindestens eines empfohlenen Wertes für den Vorschub pro Schneide des Werkzeugs und einer Anzahl von Schneiden des Werkzeugs die in den Werkzeugdaten des Werkzeuges enthalten sind und zum Arretieren einer Spanungsvorschubrate der Spindelachse in den Bewegungsbefehlsdaten auf die empfohlene Spanungsvorschubrate, wenn die Spanungsvorschubrate der Spindelachse größer ist als die empfohlene Spanungsvorschubrate.
Mit der Erfindung ist es möglich, das Bearbeitungsprogramm mit einer passenden Spanungsvorschubrate auszuführen, ohne dass die Spanungsvorschubrate auf Basis des empfohlenen Wertes für die Schneidbedingung des Werkzeuges berechnet werden müsste und es kann das Programm eingesetzt werden, ohne die Spanungsvorschubrate zu ändern, auch bei einem Werkzeug (unterschiedliche Typen und Hersteller), welches verschieden ist von einem Werkzeug, was bei Erzeugung des Bearbeitungsprogrammes zugrunde gelegt wurde. Wird die Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse geändert, muss ein Vorschubratenbefehl nicht geändert werden. Aus diesem Grund ist es möglich, den Aufwand an Arbeit zu reduzieren und die Fehlerwahrscheinlichkeit seitens einer Bedienungsperson zu verringern.
Figurenliste
Das obige Ziel und die Merkmale der Erfindung sowie weitere Ziele und Merkmale werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren:

1 zeigt schematisch den Aufbau eines Blockdiagramms zur Erläuterung der hauptsächlichen Komponenten einer numerischen Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel und einer Bearbeitungsvorrichtung, die mit der numerischen Steuerung angetrieben und gesteuert wird;
2 ist ein schematisches funktionales Blockdiagramm der numerischen Steuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs der Bearbeitung bei einer Schneidgeschwindigkeitssteuerung;
4 erläutert das Seiten-Kerben;
5 erläutert das Seiten-Kerben bei einem Werkstück, dessen bearbeitete Oberfläche geneigt ist;
6 erläutert ein tauchendes Kerben;
7 erläutert eine Freiform-Oberflächenbearbeitung;
8 erläutert ein Seiten-Fräsen; und
9 erläutert einen Fräsvorgang.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE IM EINZELNEN
Nachfolgend wird der Aufbau eines Beispiels einer numerischen Steuerung zum Implementieren der Erfindung näher beschrieben. Der Aufbau der numerischen Steuerung ist allerdings nicht auf das unten gegebene Beispiel eingeschränkt und es ist möglich, einen jeglichen Aufbau einzusetzen, sofern dieser nur den Gegenstand der Erfindung verwirklichen kann.
1 zeigt schematisch ein Hardware-Blockdiagramm zur Erläuterung der hauptsächlichen Komponenten einer numerischen Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer Bearbeitungsvorrichtung, welche durch die numerische Steuerung angetrieben und gesteuert wird. Ein zentraler Prozessor (CPU) 11 in der numerischen Steuerung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel steuert die numerische Steuerung 1 als ganzes. Die zentrale Prozessoreinheit CPU 11 liest ein Systemprogramm aus einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 12 über einen Bus 20 und steuert die gesamte numerische Steuerung 1 gemäß dem Systemprogramm. Ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 13 speichert zeitweise Rechendaten, Anzeigedaten, verschiedene durch eine Bedienungsperson eingegebene Daten, welche über eine weiter unten beschriebene Mehrfachdokumentoberfläche (MDI) 70 eingegeben werden, etc.
Ein nicht-flüchtiger Speicher 14 ist eingerichtet zum Halten von gespeicherten Daten, auch wenn eine Stromversorgung der numerischen Steuerung 1 ausgeschaltet ist, beispielsweise durch Sicherung mittels einer Batterie (nicht dargestellt). Zusätzlich zu einem Bearbeitungsprogramm, welches über eine Schnittstelle 15 eingelesen ist, oder einem Bearbeitungsprogramm, welches über die Indikator/MDI-Einheit 70 gemäß der folgenden Beschreibung eingegeben ist, speichert der nicht-flüchtige Speicher 14 auch Werkzeugdaten einschließlich eines empfohlenen Wertes bezüglich Schneidbedingungen eines für die Bearbeitung eingesetzten Werkzeuges etc. Der nicht-flüchtige Speicher 14 speichert weiterhin ein Programm für den Betrieb des Bearbeitungsprogramms, also für den Einsatz des Bearbeitungsprogramms, etc. und diese Programme sind bei der Ausführung in den RAM 13 geladen. Weiterhin sind verschiedene Systemprogramme (einschließlich eines Systemprogramms zum Berechnen der Spanungsvorschubrate) im Voraus in den ROM 12 eingeschrieben zum Ausführen der Prozesse bezüglich des Editierens etc., die eingesetzt werden zum Erzeugen und Editieren des Bearbeitungsprogramms.
Die Schnittstelle 15 verbindet die numerische Steuerung 1 mit einer externen Einrichtung 72, wie einem Adapter. Das Bearbeitungsprogramm, verschiedene Parameter etc. werden aus der externen Einrichtung 72 ausgelesen. Auch kann das in der numerischen Steuerung 1 editierte Bearbeitungsprogramm über die externe Einrichtung 72 in einem externen Speicher abgelegt werden. Eine programmierbare Maschinensteuerung (PMC) 16 gibt ein Signal an Hilfseinrichtungen der Bearbeitungsvorrichtung (beispielsweise einen Aktuator, wie eine Roboterhand für einen Werkzeugaustausch) über eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 17 unter Einsatz eines Sequenzprogramms in der numerischen Steuerung 1 und steuert so den Betrieb. Weiterhin empfängt die PMC 16 Signale von unterschiedlichen Schaltern eines Steuerfeldes im Hauptkörper der Bearbeitungsvorrichtung, bearbeitet das Signal in der erforderlichen Weise und gibt ein entsprechendes Signal an die CPU 11.
Die Indikator/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabeeinrichtung mit einem Display, einer Tastatur etc. und eine Schnittstelle 18 empfängt einen Befehl sowie Daten von der Tastatur der Indikator/MDI-Einheit 70 und gibt den empfangenen Befehl sowie die Daten an die CPU 11. Eine Schnittstelle 19 ist an ein Steuerungsbedienfeld 71 angeschlossen mit einem manuellen Pulsgenerator etc., welche eingesetzt werden bei manuellem Betrieb einer Achse.
Eine Achsensteuerschaltung 30 zum Steuern einer Achse in der Bearbeitungsvorrichtung empfängt einen Bewegungsbefehlsbetrag bezüglich der Achse von der CPU und gibt einen Befehl bezüglich der Achse an einen Servoverstärker 40. Der Servoverstärker 40 empfängt diesen Befehl und treibt einen Servomotor 50 an, welcher die Achse der Bearbeitungsvorrichtung entsprechend bewegt. Der Servomotor 50 der Achse hat einen Positions-/Geschwindigkeitsdetektor, meldet ein Positions-/Geschwindigkeitsrückkoppelsignal vom Positions-/Geschwindigkeitsdetektor zurück zur Achsensteuerschaltung 30 und führt so eine Positions-/Geschwindigkeitsrückkoppelungsregelung aus. Das Hardware-Blockdiagramm gemäß 1 zeigt eine Achsensteuerschaltung 30, einen Servoverstärker 40 und einen Servomotor 50. Tatsächlich hingegen sind Achsensteuerschaltungen 30, Servoverstärker 40 und Servomotoren 50 vorgesehen, deren Anzahl der Anzahl von Achsen der Werkzeugmaschine entspricht.
Eine Spindelsteuerschaltung 60 empfängt einen Spindelachsenrotationsbefehl, der an die Bearbeitungsvorrichtung gegeben wird, und gibt ein Spindelgeschwindigkeitssignal an den Spindelverstärker 61. Der Spindelverstärker 61 empfängt das Spindelgeschwindigkeitssignal, um einen Spindelmotor 62 der Bearbeitungsvorrichtung entsprechend zu drehen gemäß der befohlenen Rotationsgeschwindigkeit, wodurch das Werkzeug angetrieben wird.
Ein Positionscodierer 63 ist an den Spindelmotor 62 angeschlossen und der Positionscodierer 63 gibt einen Rückkoppelpuls synchron zur Drehung der Spindelachse ab, welcher Rückkoppelpuls durch die CPU 11 gelesen wird.
2 ist ein schematisches funktionales Blockdiagramm der numerischen Steuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Situation, in welcher ein Systemprogramm zur Implementierung einer Schneidgeschwindigkeitssteuerungsfunktion in der numerischen Steuerung 1 gemäß 1 installiert ist. Jeder Funktionsblock gemäß 2 wird implementiert, wenn die CPU 11 in der numerischen Steuerung 1 gemäß 1 ein Systemprogramm ausführt zur Berechnung einer Spanungsvorschubrate und den Betrieb jeder Einheit der numerischen Steuerung 1 entsprechend steuert. Die numerische Steuerung 1 dieses Ausführungsbeispieles hat einen Befehlsanalysator 100, eine Interpolationseinheit 110, eine Servosteuereinheit 120 und eine Korrektureingabeeinheit 140. Eine Bearbeitungsverhältnisspeichereinheit 210 zum Speichern von einem in der numerischen Steuerung 1 eingestellten Bearbeitungsverhältnis und eine Werkzeugdatenspeichereinheit 220 zum Speichern von Werkzeugdaten bezüglich eines für die Bearbeitung eingesetzten Werkzeuges sind im nicht-flüchtigen Speicher 14 vorgesehen.
Der Befehlsanalysator 100 liest sukzessive Befehlsblöcke im Bearbeitungsprogramm 200 aus dem nicht-flüchtigen Speicher 14 aus, analysiert die ausgelesenen Befehlsblöcke und berechnet Bewegungsbefehlsdaten einschließlich eines Befehlswertes F bezüglich einer Vorschubrate der Spindelachse oder Spindelachsenrotationsbefehlsdaten einschließlich eines Befehlswertes S bezüglich der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse. Ist der Befehlswert S bezüglich der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse nicht in den Befehlsblöcken des Bearbeitungsprogrammes 200 enthalten, verwendet der Befehlsanalysator 100 einen Wert bezüglich der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse, welcher im Voraus in der Bearbeitungsverhältnisspeichereinheit 210 abgelegt ist. Ist ein Korrekturwert bezüglich der Vorschubrate der Spindelachse oder ein Korrekturwert bezüglich der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse über die Korrektureingabeeinheit 140 eingegeben, multipliziert der Befehlsanalysator 100 den Korrekturwert mit dem berechneten Befehlswert F der Vorschubrate der Spindelachse bzw. dem berechneten Befehlswert S der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse.
Der Befehlsanalysator 100 hat eine Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102, welche die Vorschubrate der Spindelachse bei Ausführung des spanabhebenden Vorschubs steuert. Die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 greift auf Werkzeugdaten des gerade eingesetzten Werkzeuges, wie in der Werkzeugdatenspeichereinheit 220 abgelegt, und berechnet eine empfohlene Spanungsvorschubrate Vc der Spindelachse auf Basis der erfassten Werkzeugdaten. Beispielsweise kann die empfohlene Spanungsvorschubrate Vc der Spindelachse mit der Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 berechnet werden auf Basis der nachfolgend gegebenen Gleichung 2 entsprechend der Anzahl der Umdrehungen S der Spindelachse gemäß Berechnung durch den Befehlsanalysator 100, einem empfohlenen Wert Dr des Vorschubs pro Schneide des Werkzeuges entsprechend den Werkzeugdaten und der Anzahl der Schneiden N des Werkzeuges. $V c [m / m i n] = D r [m] \times N \times S [{min}^{- 1}]$

Vc : Empfohlene Spanungsvorschubrate
Dr : Empfohlener Vorschub pro Schneide
N : Anzahl der Schneiden des Werkzeuges
S : Rotationsgeschwindigkeit des Spindel

Überschreitet der Befehlswert F bezüglich der Vorschubrate der Spindelachse gemäß Berechnung durch den Befehlsanalysator 100 den empfohlenen Wert der Spanungsvorschubrate Vc zur Zeit der Ausführung der Steuerung entsprechend dem Spanungsvorschubbefehl bei der Bearbeitung, arretiert die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 den Befehlswert F der Vorschubrate der Spindelachse auf den empfohlenen Wert Vc der Spanungsvorschubrate.
Die Interpolationseinheit 110 erzeugt Interpolationsdaten, die gewonnen werden durch Interpolation eines Punktes auf einem Befehlsweg, wie durch die Bewegungsbefehlsdaten vorgegeben, in einer Interpolationsperiode auf Basis des Befehlswertes F bezüglich der Vorschubrate der Spindelachse gemäß Berechnung durch den Befehlsanalysator 100 (gemäß Arretierung durch die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102).
Die Servosteuereinheit 120 steuert den Servomotor 50, welcher die entsprechende Achse der zu steuernden Maschine antreibt, auf Basis der mit der Interpolationseinheit 110 erzeugten Interpolationsdaten.
Die Spindelsteuereinheit 130 steuert den Spindelmotor 62, welcher die Spindelachse der zu steuernden Maschine dreht, auf Basis der Spindelachsenrotationsbefehlsdaten.
Die Korrektureingabeeinheit 140 („override“) empfängt den Korrekturwert bezüglich der Vorschubrate der Spindelachse oder den Korrekturwert bezüglich der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse, wie über das Bedienfeld 71 etc. in die numerische Steuerung 1 seitens der Bedienungsperson mittels eines Korrekturschalters (nicht dargestellt) im Bedienfeld 71 eingegeben, und gibt den empfangenen Korrekturwert an den Befehlsanalysator 100.
3 ist ein schematisches Flussdiagramm des mit der numerischen Steuerung 1 entsprechend 2 ausgeführten Prozesses. Der in 3 dargestellte Prozessverlauf zeigt einen Betrieb, bei dem ein Spanungsvorschub durch einen Befehlsblock des Bearbeitungsprogrammes befohlen wird, wobei ein Prozess gemäß einem Betrieb auf Basis eines anderen Befehls (Eilgang etc.) der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist.
[Schritt SA01] Der Befehlsanalysator 100 berechnet den Befehlswert S der Anzahl von Umdrehungen der Spindelachse durch Analyse eines Befehlsblockes des Bearbeitungsprogrammes 200.
[Schritt SA02] Ist ein Korrekturwert bezüglich der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse über die Korrektureingabeeinheit 140 eingegeben, multipliziert der Befehlsanalysator 100 den Korrekturwert bezüglich der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse mit dem Befehlswert S der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse, wie in Schritt SA01 berechnet.
[Schritt SA03] Der Befehlsanalysator 100 berechnet den Befehlswert F der Spanungsvorschubrate der Spindelachse durch Analyse des Befehlsblockes des Bearbeitungsprogrammes 200.
[Schritt SA04] Ist ein Korrekturwert bezüglich der Vorschubrate der Spindelachse über die Korrektureingabeeinheit 140 eingegeben, multipliziert der Befehlsanalysator 100 den Korrekturwert bezüglich der Vorschubrate der Spindelachse mit dem Befehlswert F der Schneidvorschubrate der Spindelachse gemäß Berechnung in Schritt SA03.
[Schritt SA05] Die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 greift auf Werkzeugdaten des für die laufende Bearbeitung eingesetzten Werkzeuges gemäß Speicherung in der Werkzeugdatenspeichereinheit 220 und berechnet die empfohlene Spanungsvorschubrate Vc der Spindelachse auf Basis der so ermittelten Werkzeugdaten.
[Schritt SA06] Die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 vergleicht den Befehlswert F der Spanungsvorschubrate der Spindelachse gemäß Berechnung durch den Befehlsanalysator 100 mit der empfohlenen Spanungsvorschubrate Vc der Spindelachse gemäß Berechnung in Schritt SA05. Ist der Befehlswert F der Spanungsvorschubrate der Spindelachse größer als die empfohlene Spanungsvorschubrate Vc der Spindelachse, geht das Verfahren zu Schritt SA07. Andernfalls geht das Verfahren zu Schritt SA08.
[Schritt SA07] Die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 arretiert den Befehlswert F für die Spanungsvorschubrate der Spindelachse auf den empfohlenen Wert der Spanungsvorschubrate Vc der Spindelachse (setzt den Befehlswert F der Spanungsvorschubrate der Spindelachse auf die empfohlene Spanungsvorschubrate Vc der Spindelachse).
[Schritt SA08] Der Befehlsanalysator 100 erzeugt und gibt Bewegungsbefehlsdaten ab einschließlich des Befehlswertes F für die Spanungsvorschubrate der Spindelachse und Spindelachsenrotationsbefehlsdaten einschließlich des Befehlswertes S der Anzahl von Umdrehungen der Spindelachse.
Mit diesem Aufbau ist es möglich, ein Bearbeitungsprogramm auszuführen mit einer angemessenen Spanungsvorschubrate, ohne Berechnung des empfohlenen Wertes der Spanungsvorschubrate, auf Basis eines empfohlenen Wertes gemäß den Schneidbedingungen des Werkzeuges und es kann das Programm eingesetzt werden ohne Änderung der Spanungsvorschubrate auch bei einem Werkzeug, welches verschieden ist vom bei Erzeugung des Bearbeitungsprogrammes zugrunde gelegten Werkzeug (unterschiedliche Werkzeugtypen und -hersteller).
Auch wenn das Bearbeitungsprogramm vor der Bearbeitung neu geschrieben wird oder der Korrekturschalter während der Bearbeitung betätigt wird zum Wechsel der Anzahl der Umdrehungen der Spindelachse, wird die Spanungsvorschubrate automatisch auf den empfohlenen Wert der Spanungsvorschubrate arretiert, welcher bemessen ist entsprechend dem empfohlenen Wert bei den Schneidbedingungen und somit muss eine Bedienungsperson den Befehl für die Vorschubrate nicht ändern.
Die Erfindung ist einsetzbar bei einem Werkzeug mit einer oder mehreren Schneiden und betrifft allgemein eine Bearbeitung, bei welcher die jeweiligen Schneiden ein Werkstück spanabhebend bearbeiten durch Drehungen (intermittierend bei einer Schneide) einer Spindelachse und Bewegung der Spindelachse entsprechend einer sogenannten Bewegungsachse (in Bezug auf das Werkstück). Neben dem Seiten-Kerben, dem Tauch-Kerben, der Freiform-Oberflächenbearbeitung, dem Seiten-Fräsen und der Schrägbearbeitung, kommen verschiedene weitere Bearbeitungsverfahren für die Erfindung in Betracht, insbesondere das Stirn-Fräsen, das Plan-Fräsen, die Wendel-Bearbeitung etc. Unabhängig von den Bearbeitungsverfahren kann die Vorschubrate pro Schneide angemessen gesteuert werden durch Einsatz der Erfindung.
In Abwandlung der numerischen Steuerung gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel kann die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 die Spanungsvorschubrate F automatisch auf die empfohlene Spanungsvorschubrate Vc einstellen, wenn im Bearbeitungsprogramm die Spanungsvorschubrate nicht angegeben ist.
Gemäß der Abwandlung setzt die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 auch dann, wenn die Bedienungsperson im Bearbeitungsprogramm die Spanungsvorschubrate nicht angibt, den empfohlenen Wert der Spanungsvorschubrate Vc entsprechend den Werkzeugdaten für das gerade eingesetzte Werkzeug auf den Befehlswert F der Vorschubrate der Spindelachse und damit ist es möglich, sowohl den Arbeitsaufwand als auch die Fehlerwahrscheinlichkeit seitens der Bedienungsperson zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren Abwandlung der numerischen Steuerung des obigen Ausführungsbeispieles kann die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 dann, wenn der Befehlswert F der Spanungsvorschubrate der Spindelachse gemäß dem Bearbeitungsprogramm (und entsprechend einer Korrektur bei Betätigung des Korrekturschalters) auf den empfohlenen Wert der Spanungsvorschubrate Vc gemäß den Werkzeugdaten des gerade eingesetzten Werkzeuges arretiert ist, die Bedienungsperson über die Arretierung der Vorschubrate unterrichten durch beispielsweise eine Anzeige auf der MDI-Einheit 70 oder durch ein optisches, akustisches oder anderes Signal, beispielsweise über das Steuerfeld 71.
Gemäß dieser Abwandlung ist es möglich, eine Bestätigung durchzuführen, dass der Befehlswert F der Spanungsvorschubrate der Spindelachse des Bearbeitungsprogrammes (gegebenenfalls korrigiert auf Basis einer Betätigung des Korrekturschalters) arretiert ist und es kann auch die arretierte Geschwindigkeit (die empfohlene Spanungsvorschubrate Vc) bestätigt werden.
Gemäß einer weiteren Abwandlung der numerischen Steuerung gemäß obigem Ausführungsbeispiel kann die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 dann, wenn der Befehlswert F der Spanungsvorschubrate gemäß dem Bearbeitungsprogramm kleiner ist als der empfohlene Wert der Spanungsvorschubrate Vc gemäß Berechnung entsprechend den Werkzeugdaten des gerade eingesetzten Werkzeuges, die Bedienungsperson über diesen Umstand unterrichten durch Anzeige, beispielsweise auf der MDI-Einheit 70 oder durch ein optisches oder akustisches Signal, beispielsweise über das Steuerfeld 71.
Mit dieser Abwandlung ist es möglich mitzuteilen, dass der Befehlswert F der Spanungsvorschubrate der Spindelachse gemäß Befehl im Bearbeitungsprogramm geändert werden kann auf einen größeren Wert und es kann ein empfohlener oberer Grenzwert für die Spanungsvorschubrate der Spindelachse vorgegeben werden (die empfohlene Spanungsvorschubrate Vc).
Gemäß einer weiteren Abwandlung der numerischen Steuerung gemäß obigem Ausführungsbeispiel kann die Schneidgeschwindigkeitssteuerung 102 dann, wenn die Spanungsvorschubrate im Bearbeitungsprogramm kleiner ist als die empfohlene Spanungsvorschubrate Vc gemäß den Werkzeugdaten des gerade eingesetzten Werkzeuges, den Befehlswert F der Spanungsvorschubrate der Spindelachse automatisch auf die empfohlene Spanungsvorschubrate Vc einstellen.
Gemäß dieser Abwandlung wird dann, wenn der Befehlswert F der Spanungsvorschubrate der Spindelachse gemäß dem Bearbeitungsprogramm auf einen größeren Wert geändert wird, dies automatisch bis auf den empfohlenen oberen Grenzwert der Geschwindigkeit (Rate) durchgeführt und damit ist es möglich, die Zykluszeit bei der Bearbeitung zu reduzieren.
Oben wurden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und kann mit unterschiedlichen Abwandlungen und Anpassungen ausgeführt werden.

Claims

Numerische Steuerung zum Steuern einer Werkzeugmaschine mit einer Spindelachse auf Basis eines Bearbeitungsprogrammes zur Relativbewegung der Spindelachse in Bezug auf ein Werkstück, um eine spanabhebende Bearbeitung in einer Richtung auszuführen, die verschieden ist von der Richtung der Spindelachse, wobei die numerische Steuerung aufweist: eine Werkzeugdatenspeichereinheit zum Speichern von Werkzeugdaten bezüglich eines an der Spindelachse angebrachten Werkzeuges, wobei die Werkzeugdaten mindestens einen empfohlenen Wert des Vorschubs pro Schneide des Werkzeugs und eine Anzahl der Schneiden des Werkzeugs beinhalten; einen Befehlsanalysator zum Auslesen und Analysieren eines Befehlsblockes des Bearbeitungsprogrammes und zum Erzeugen von Bewegungsbefehlsdaten für eine Relativbewegung der Spindelachse in Bezug auf das Werkstück und Spindelachsenrotationsbefehlsdaten zum Drehen der Spindelachse; und eine Schneidgeschwindigkeitssteuerung zum Berechnen einer empfohlenen Spanungsvorschubrate der Spindelachse durch Verwendung mindestens eines empfohlenen Wertes für den Vorschub pro Schneide des Werkzeugs und einer Anzahl von Schneiden des Werkzeugs die in den Werkzeugdaten des Werkzeuges enthalten sind und zum Arretieren einer Spanungsvorschubrate der Spindelachse in den Bewegungsbefehlsdaten auf die empfohlene Spanungsvorschubrate, wenn die Spanungsvorschubrate der Spindelachse größer ist als die empfohlene Spanungsvorschubrate.
Numerische Steuerung gemäß Anspruch 1, wobei die Schneidgeschwindigkeitssteuerung dann, wenn die Spanungsvorschubrate in einem Befehlsblock des Bearbeitungsprogrammes nicht vorgegeben ist, die Spanungsvorschubrate der Spindelachse auf den empfohlenen Wert der Spanungsvorschubrate einstellt.
Numerische Steuerung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Schneidgeschwindigkeitssteuerung dann, wenn die Spanungsvorschubrate gemäß einem Befehlsblock des Bearbeitungsprogrammes kleiner ist als die empfohlene Spanungsvorschubrate, die Spanungsvorschubrate der Spindelachse auf den empfohlenen Wert der Spanungsvorschubrate einstellt.
Numerische Steuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dann, wenn die Schneidgeschwindigkeitssteuerung die Spanungsvorschubrate der Spindelachse ändert, eine Bedienungsperson unterrichtet wird, dass die Spanungsvorschubrate der Spindelachse geändert worden ist.