DE102018002566A1

DE102018002566A1 - Steuervorrichtung für eine Osziilationschneiden durchführende Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102018002566A1
Application number: DE102018002566.8A
Authority: DE
Inventors: Kenta Yamamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2018180633A; DE102018002566B4; CN108693835A; US10286513B2; US20180281139A1; JP6412197B1; CN108693835B; DE102018002566A8

Abstract

Ein Steuerteil einer Steuervorrichtung umfasst eine lernende Steuerung und einen lernenden Ermittlungsteil. Die lernende Steuerung führt lernendes Steuern durch, in der ein Korrekturbetrag eines resultierenden Befehls auf der Basis einer von einem Oszillationsbefehl und dem resultierenden Befehl erzeugten Oszillationsphase ermittelt und der Korrekturbetrag zum resultierenden Befehl addiert wird. Der lernende Ermittlungsteil ermittelt, ob die Oszillationsamplitude kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert oder nicht, und wenn die Oszillationsamplitude kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, setzt der lernende Ermittlungsteil den von einem Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil erzeugten Oszillationsbefehl auf Null und schaltet das lernende Steuern ab oder schaltet lediglich das lernende Steuern ab.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die Oszillationsschneiden durchführt.
Beschreibung des Stands der Technik
Wenn während der Bearbeitung eines Werkstücks mit dem Schneidwerkzeug einer Werkzeugmaschine kontinuierlich Späne erzeugt werden, können sich die Späne im Schneidwerkzeug verfangen. In solch einem Fall muss die Werkzeugmaschine gestoppt werden, um die Späne vom Schneidwerkzeug zu entfernen, was Zeit kostet und die Produktionseffizienz verringert. Ferner besteht die Gefahr, dass das Werkstück durch die Späne beschädigt wird, was die Qualität des Werkstücks verringert.
Zum Vermeiden solcher Nachteile kennt der Stand der Technik das Oszillationsschneiden, bei dem Späne durch das Oszillieren des Schneidwerkzeugs in Bezug auf das Werkstück in der Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit zerkleinert werden (vgl. beispielsweise das japanische Patent Nr. 5033929 , das japanische Patent Nr. 5139592 oder das japanische Patent Nr. 5599523 ).
Bezüglich des zuvor beschriebenen Oszillationsschneidens wurden Verfahren zum Vermeiden des Problems, dass das Schneidwerkzeug über eine vorgegebene Bearbeitungsstoppposition hinaus schneidet, durch Verringern der Oszillationsamplitude, wenn sich das Schneidwerkzeug der vorgegebenen Bearbeitungsstoppposition am Werkstück in der Bearbeitungsvorschubrichtung nähert, vorgeschlagen (vgl. beispielsweise WO 2016/047485 ). Nachfolgend ist solch ein Problem als Überfahren bezeichnet.
Ferner wurde bei Werkzeugmaschinen lernendes Steuern zum Vergrößern der Positionsgenauigkeit von angetriebenen Objekten wie von Servomotoren angetriebenen Schneidwerkzeugen oder Werkstücken vorgeschlagen (vgl. beispielsweise 6 der japanischen ungeprüften Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2006-172149). Lernendes Steuern ist eine Steuerung, in der in Bezug auf ein Signal zum Befehlen einem angetriebenen Körper zum Absolvieren des gleichen Musters von Vorgängen in einem vorgegebenen Zeitraum ein zum Korrigieren der Positionsabweichung, welche die Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und dem Positionsrückmeldewert ist, erforderlicher Betrag und der Korrekturbetrag, der eine Periode vorher ermittelt wurde, auf die Positionsabweichung angewendet wird. Durch wiederholtes Durchführen dieses lernenden Steuerns für das gleiche Muster der periodischen Vorgänge kann ein Korrekturbetrag zum Konvergieren der Positionsabweichung auf Null erzielt werden.
In einer Werkzeugmaschine, die das zuvor beschriebene Oszillationsschneiden durchführt, werden, wenn ein Spiel im Antriebsmechanismusteil des Schneidwerkzeugs oder Werkstücks besteht oder wenn die Steifigkeit des Antriebsmechanismusteils gering ist, bei einer hohen Einstellung der Steuerverstärkung zur Verbesserung des Reaktionsvermögens des Servos Schwingungen erzeugt, so dass die Positionsgenauigkeit des Werkzeugs oder Werkstücks gegebenenfalls nicht stabil ist. In solch einem Fall kann, selbst wenn das Verbessern des Reaktionsvermögens des Servos schwierig ist, bei Anwenden des lernenden Steuerns auf das Oszillationsschneiden eine hochpräzise Steuerung für die periodischen Bewegungsbefehle erzielt werden, die das Werkzeug oder Werkstück in der Bearbeitungsvorschubrichtung relativ zum Oszillieren bringen.
Zusammenfassung der Erfindung
Wenn aber die Oszillationsamplitude des Schneidwerkzeugs verringert wird, sobald sich das Schneidwerkzeug dem Bearbeitungsendpunkt am Werkstück in der Bearbeitungsvorschubrichtung nähert, wird zum Verhindern eines Überfahrens wie zuvor beschrieben das Oszillationsmuster für jeden vorgegebenen Zeitraum schrittweise vom Zeitraum vor dem Bearbeitungsendpunkt verringert. Wie zuvor beschrieben ist das lernende Steuern eine Steuerung zum Anwenden der im wiederholten Vorgangsmuster eine Periode vor der Positionsabweichung ermittelten Korrekturmenge. Somit wird beim Anwenden des lernenden Steuerns auf die Oszillationssteuerung, selbst wenn ein Befehl des Oszillationsmusters, das nicht den Bearbeitungsendpunkt überschreitet, als Vorgangsbefehl am Bearbeitungsendpunkt ausgegeben wird, der Korrekturbetrag im Oszillationsmuster ein Zyklus vorher auf den Vorgangsbefehl angewendet, was zu dem Problem führt, dass ein Überfahren nicht verhindert werden kann. Wenn sich ein Abschnitt des Werkstücks vor dem Werkzeug in der Bearbeitungsvorschubrichtung befindet, kann aufgrund des Überfahrens ein unbeabsichtigtes Schneiden im Werkstück erfolgen. Aufgrund solcher Probleme durch Überfahren ist ebenfalls ein Oszillationsschneiden mit größerer Genauigkeit wünschenswert.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine zum Schneiden einer äußeren Umfangsfläche oder einer inneren Umfangsfläche eines Werkstücks mit einem Werkzeug bereit, wobei die Werkzeugmaschine eine Spindel zum Durchführen einer relativen Drehung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug um eine Mittelachse des Werkstücks, und wenigstens eine Vorschubachse zum Durchführen eines relativen Vorschubs zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück entlang einer Erzeugenden der äußeren Umfangsfläche oder der inneren Umfangsfläche des Werkstücks aufweist, wobei die Steuervorrichtung umfasst:

einen Positionsbefehl-Erzeugungsteil zum Erzeugen eines Positionsbefehls für die wenigstens eine Vorschubachse auf der Basis einer relativen Drehzahl des Werkstücks und des Werkzeugs und einer relativen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs und des Werkstücks; und
einen Vorschubachsen-Steuerteil, der die wenigstens eine Vorschubachse entsprechend dem Positionsbefehl steuert,
wobei der Vorschubachsen-Steuerteil einen Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil aufweist, der einen Oszillationsbefehl für die wenigstens eine Vorschubachse auf der Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls erzeugt, so dass das Werkzeug periodisch das Werkstück mit einer Oszillationsfrequenz schneidet, die ein positives nicht-ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl ist, und der Vorschubachsen-Steuerteil zum Steuern der wenigstens einen Vorschubachse auf der Basis eines durch Addieren des Oszillationsbefehls zu einer Positionsabweichung, die eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und einer Istposition der wenigstens einen Vorschubachse ist, resultierenden Befehls ausgebildet ist,
wobei der Vorschubachsen-Steuerteil ferner umfasst:
- eine lernende Steuerung, die einen Korrekturbetrag des resultierenden Befehls auf der Basis einer vom Oszillationsbefehl und dem resultierenden Befehl erzeugten Oszillationsphase ermittelt, die den Korrekturbetrag zum resultierenden Befehl addiert; und
- einen Ermittlungsteil, der ermittelt, ob eine Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert oder nicht, und wenn die Oszillationsamplitude kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, schaltet der Ermittlungsteil die lernende Steuerung ab und setzt den vom Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil erzeugten Oszillationsbefehl auf Null oder schaltet lediglich die lernende Steuerung ab.

Gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt kann, da lernendes Steuern auf das Oszillationsschneiden angewendet wird, das Übereinstimmen mit dem Oszillationsbefehl verbessert werden. Ferner kann das Problem des Überfahrens gelöst werden.
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der ausführlichen Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung genauer hervor.
Figurenliste

1 zeigt eine Zeichnung eines Bearbeitungssystems umfassend eine Steuervorrichtung einer Ausführungsform.
2 zeigt ein Fließbild zur Darstellung des Betriebs der Steuervorrichtung der Ausführungsform.
3 zeigt eine Zeichnung eines weiteren Bearbeitungssystems umfassend die Steuervorrichtung der Ausführungsform.
4A zeigt eine Zeichnung zur Darstellung eines zylindrischen Werkstücks und eines Werkzeugs.
4B zeigt eine weitere Ansicht zur Darstellung eines Werkstücks mit einem kegelstumpfförmigen Hohlabschnitt und eines Werkzeugs.
5 zeigt eine Zeichnung zur Darstellung der Beziehung zwischen der Vorschubmenge und dem Drehwinkel.
6 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines spezifischen Beispiels für eine Steuervorrichtung mit einer lernenden Steuerfunktion.
7 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Konfigurationsbeispiels der in 6 dargestellten lernenden Steuerung.
8A zeigt eine Zeichnung zur Darstellung des Istverhaltens des Werkzeugs nahe dem Bearbeitungsendpunkt, wenn der Steuerteil der in 6 dargestellten Steuervorrichtung keinen lernenden Ermittlungsteil aufweist.
8B zeigt eine Ansicht zur Darstellung der Zeitänderung des Positionsbefehls pro Zeiteinheit und der Zeitänderung der Oszillationsamplitude entsprechend 8A.
9A zeigt eine Zeichnung zur Darstellung des Istverhaltens des Werkzeugs nahe dem Bearbeitungsendpunkt bei einer Steuervorrichtung (6) mit einem lernenden Ermittlungsteil.
9B zeigt eine Zeichnung zur Darstellung der Zeitänderung des Positionsbefehls pro Zeiteinheit und der Zeitänderung der Oszillationsamplitude entsprechend 9A.

Ausführliche Beschreibung
Nachfolgend sind die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den betreffenden Zeichnungen sind gleiche Bauteile oder Funktionselemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zur Übersichtlichkeit wurde der Maßstab der Zeichnungen angepasst. Ferner sind die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen lediglich Beispiele für das Ausführen der vorliegenden Erfindung und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
1 zeigt eine Zeichnung zur Darstellung eines Bearbeitungssystems 1 umfassend eine Steuervorrichtung 20 der Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt umfasst das Bearbeitungssystem 1 eine Werkzeugmaschine 10 und eine Steuervorrichtung 20, welche die Werkzeugmaschine 10 steuert. Die Werkzeugmaschine 10 umfasst ein Werkzeug 11 und das Werkzeug 11 schneidet ein Werkstück mit beispielsweise einer zylindrischen Form, einer Säulenform, einer konischen Form, einer Kegelstumpfform o. Ä. Im in 1 dargestellten Beispiel dient das Werkzeug 11 zum Schneiden der äußeren Fläche des säulenförmigen Körpers des Werkstücks W, wobei der Großteil von diesem säulenförmig ist. Ferner ist in 1 usw. die Mittelachse des Werkstücks, das die Drehachse des Werkstücks darstellt, als Z-Achse definiert und die Achse senkrecht zur Z-Achse ist als X-Achse definiert. Die Werkzeugmaschine 10 kann ebenfalls die äußere Fläche oder die innere Fläche eines Werkstücks, etwa eines säulenförmigen Körpers, mit einem elliptischen Querschnitt schneiden, wenn die Position des Werkzeugs 11 in der X-Achsen-Richtung entsprechend angepasst ist.
1 zeigt ein im Wesentlichen säulenförmiges Werkstück W mit einem vom Werkstück W am Ende der äußeren Fläche von diesem radial nach außen vorspringenden Vorsprung 35. Die Spindel M0 der Werkzeugmaschine 10 dreht das Werkstück W um seine Mittelachse. Die Vorschubachse M1 der Werkzeugmaschine 10 bewegt das Werkzeug 11 entlang der Erzeugenden der äußeren Fläche des Werkstücks W und bewegt das Werkzeug 11 entlang der Erzeugenden der äußeren Fläche des Werkstücks W hin und her, das heißt bringt es zum Oszillieren. Bei einem wie in 1 dargestellt geformten Werkstück wird das Werkzeug 11 entlang der Erzeugenden des den Großteil des Werkstücks W darstellenden zylindrischen Körpers bewegt.
Die Vorschubachse M1 umfasst einen Vorschubmechanismus für das Werkzeug 11 und einen Servomotor zum Antreiben des Vorschubmechanismus. Die Vorschubachse M1 wirkt mit der Spindel M0 für den Vorschub des Werkzeugs 11 und zum Schneiden des Werkstücks W zusammen. Obwohl das erforderliche Drehmoment für die Spindel M0 und die Vorschubachse M1 unter Ausschluss der Schneidlast aus der Trägheit und der Winkelbeschleunigung des Befehls geschätzt werden kann, können Sensoren G0, G1 und G2 zum Erfassen des Drehmoments vorhanden sein.
Die Steuervorrichtung 20 kann aus einem Computer umfassend einen Speicher wie ein ROM (Read-Only Memory) oder RAM (Random Access Memory), eine CPU (Central Processing Unit) und einen Kommunikationssteuerteil, die durch Busse miteinander verbunden sind, bestehen. Ferner umfasst die Steuervorrichtung 20 einen Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22, einen Steuerteil 26 (Vorschubachsen-Steuerteil) und einen Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 und die Funktion oder der Betrieb von jedem dieser Teil kann durch Zusammenwirken der CPU, des Speichers und des im im Computer installierten Speicher gespeicherten Steuerprogramms erzielt werden.
In der Steuervorrichtung 20 speichert der Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 wenigstens die Bearbeitungsbedingungen des Werkstücks W. Ein Hostcomputer (nicht dargestellt) wie eine CNC (Computer Numerical Control), SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) o. Ä. ist mit der Steuervorrichtung 20 verbunden und die Bearbeitungsbedingungen können vom Hostcomputer am Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 eingegeben werden. Die Bearbeitungsbedingungen des Werkstücks W umfassen die Drehzahl des Werkstücks W und die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine 10. Ferner speichert der Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 das vom Werkzeug 11 ausgeführte Bearbeitungsprogramm und die CPU in der Steuervorrichtung 20 kann die Drehzahl des Werkstücks W und die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11 aus dem Bearbeitungsprogramm auslesen und diese an den Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 oder den Steuerteil 26 ausgeben. Der Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 und der Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 sind gegebenenfalls nicht in der Steuervorrichtung 20 angeordnet, sondern im Hostcomputer.
Der Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 der Steuervorrichtung 20 dient zum Erzeugen des Positionsbefehls der Vorschubachse M1 auf der Basis der relativen Drehzahl des Werkstücks W und des Werkzeugs 11 um die Mittelachse des Werkstücks W und der relativen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11 und des Werkstücks W. Dieser Positionsbefehl ist eine Anweisung zum Melden der Zielposition an den Steuerteil 26, wenn das Werkzeug 11 und das Werkstück W relativ in der Z-Achsen-Richtung bewegt werden.
Der Steuerteil 26 der Steuervorrichtung 20 umfasst einen Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 (siehe 6), der einen Oszillationsbefehl der Vorschubachse M1 auf der Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls wie zuvor beschrieben erzeugt, so dass die Oszillationsfrequenz ein positives, nicht-ganzzahliges Vielfaches in Bezug auf die zuvor beschriebene Drehzahl wird und das Werkzeug 11 das Werkstück W periodisch schneidet. Der Oszillationsbefehl ist ein so erzeugter periodischer Befehl, dass er asynchron zu Drehzahl um die Mittelachse wie zuvor beschrieben ist, und umfasst eine Oszillationsfrequenz und eine Oszillationsamplitude. In Formel (1) des Oszillationsbefehls, die nachfolgend beschrieben ist, entspricht der vom Ausdruck S / 60 × I erzeugte Wert der Oszillationsfrequenz und der vom Ausdruck K × F / 2 erzeugte Wert entspricht der Oszillationsamplitude.
Periodisches Schneiden bedeutet, dass das Werkzeug 11 das Werkstück W schneidet, während periodisch ein Kontakt mit dem Werkstück W und ein Trennen von diesem erfolgt, was ebenfalls als Oszillationsschneiden oder Schwingungsschneiden bezeichnet wird. Ferner dreht sich das Werkstück W in 1 und das Werkzeug 11 oszilliert in Bezug auf das Werkstück W. Das Werkzeug 11 kann sich aber um die Mittelachse des Werkstücks W drehen und das Werkstück W kann in Bezug auf das Werkzeug 11 oszillieren. Ferner werden in 1 der Vorschubvorgang und der Oszillationsvorgang des Werkstücks W durch eine einzige Vorschubachse M1 durchgeführt; es kann aber ebenfalls eine Konfiguration verwendet werden, in welcher der Vorschubvorgang und der Oszillationsvorgang des Werkstücks W durch separate Vorschubachsen durchgeführt werden.
Ferner dient der Steuerteil 26 der Steuervorrichtung 20 zum Steuern der Vorschubachse M1 auf der Basis eines durch Addieren des Oszillationsbefehls zur Positionsabweichung, welche die Differenz zwischen dem Positionsbefehl und der Istposition der Vorschubachse M1 ist, erzeugten resultierenden Befehls (beispielsweise eines Positionsbefehlswerts). Die Istposition der Vorschubachse M1 entspricht einem von einem Positionsgeber (nicht dargestellt), etwa einem an der Vorschubachse M1 montierten Messgeber, erzeugten Positionsrückmeldewert.
Der zuvor beschriebene Steuerteil 26 dient zum Durchführen von lernendem Steuern zum Erzeugen eines Korrekturbetrags des resultierenden Befehls auf der Basis einer vom Oszillationsbefehl und dem resultierenden Befehl erzeugten Oszillationsphase und zum Addieren des Korrekturbetrags zum resultierenden Befehl. Diese Funktion entspricht der lernenden Steuerung 30 (siehe 6), die nachfolgend beschrieben ist.
2 zeigt ein Fließbild zur Darstellung des Betriebs der Steuervorrichtung 20 der Ausführungsform. Zunächst erzeugt in Schritt S11 von 2 der Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 einen Positionsbefehl der Vorschubachse M1 auf der Basis der Drehzahl des Werkstücks W und der Drehzahl des Werkzeugs 11, die im Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 gespeichert sind.
Ferner erzeugt in Schritt S12 der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 (siehe 6) im Steuerteil 26 einen Oszillationsbefehl auf der Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls wie zuvor beschrieben. Im in 1 dargestellten Beispiel wird, da das Werkzeug 11 nur entlang der Mittelachse des Werkstücks W oszilliert, nur ein Oszillationsbefehl für die Vorschubachse M1 erzeugt.
3 zeigt eine Zeichnung zur Darstellung eines weiteren Bearbeitungssystems umfassend die Steuervorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform. Im in 3 dargestellten Beispiel ist ein kegelstumpfförmiges Werkstück W angeordnet. In diesem Fall ist das Werkzeug 11 zum Schneiden der Außenfläche des Werkstücks W durch schräges Oszillieren entlang der Erzeugenden der Außenfläche des Werkstücks W ausgebildet. Da sich das Werkzeug 11 in einer resultierenden Richtung der X-Achsen-Richtung und der Z-Achsen-Richtung bewegt, sind zum Bewegen des Werkzeugs 11 zwei Vorschubachsen M1 und M2 und Steuerteile 26 für jede dieser Vorschubachsen erforderlich. Die Vorschubachse M2 umfasst ebenfalls einen Vorschubmechanismus und einen Servomotor zum Antreiben des Vorschubmechanismus. Die Vorschubachsen M1 und M2 wirken mit der Spindel M0 zusammen und sorgen für den Vorschub des Werkzeugs 11 zum Schneiden des Werkstücks W. In solch einem Fall werden in Schritt S12 Oszillationsbefehle für die zwei Vorschubachsen M1 und M2 vom Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 des Steuerteils 26 von jeder der Vorschubachsen M1 und M2 erzeugt.
Obwohl das erforderliche Drehmoment für die Vorschubachse M2 aus der Trägheit und der Winkelbeschleunigung des Befehls ohne Schneidlast geschätzt werden kann, kann ein Sensor G2 zum Erfassen des Drehmoments vorhanden sein. Ferner kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der von einer Mehrzahl von Vorschubachsen und Steuerteilen für jede der Vorschubachsen für einen Vorschub des Werkzeugs 11 gesorgt wird.
4A zeigt ein zylindrisches Werkstück und ein Werkzeug, die sich von 1 unterscheiden. In 4 oszilliert das Werkzeug 11 entlang der Erzeugenden der Innenfläche des zylindrischen Werkstücks W und schneidet die Innenfläche von diesem. In solch einem Fall wird, da die Vorschubachse M1 der einzige zum Oszillieren des Werkzeugs 11 verwendete Motor ist, ein Oszillationsbefehl ausschließlich für die Vorschubachse M1 in Schritt S12 erzeugt.
4B zeigt hingegen ein Werkstück mit einem kegelstumpfförmigen Hohlabschnitt und ein Werkzeug. In 4B bewegt sich das Werkzeug 11 entlang der Erzeugenden der Innenfläche des Werkstücks W mit einem kegelstumpfförmigen Hohlabschnitt und schneidet die Innenfläche von diesem. In solch einem Fall sind wie zuvor beschrieben zwei Vorschubachsen M1 und M2 und ein Steuerteil 26 für jede dieser Vorschubachsen erforderlich und in Schritt S12 werden die Oszillationsbefehle für die zwei Vorschubachsen M1 und M2 vom Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 22 der Steuerteile 26 der entsprechenden Vorschubachsen M1 und M2 erzeugt.
Nachfolgend ist ein Fall beschrieben, bei dem das Werkzeug 11 die Außenfläche eines säulenförmigen Körperabschnitts des Werkstücks W wie in 1 dargestellt schneidet. Die folgende Erläuterung entspricht im Wesentlichen den in 3, FIG. 4A und 4B dargestellten Fällen.
5 zeigt eine Zeichnung zur Darstellung der Beziehung zwischen der Vorschubmenge und dem Drehwinkel. In 5 zeigt die horizontale Achse den Drehwinkel des Werkstücks W und die vertikale Achse zeigt den Vorschubbetrag des Werkzeugs 11 in der Richtung der Mittelachse des Werkstücks W (das heißt der Z-Achsen-Richtung). In 5 ist eine Mehrzahl von sich in der schrägen Richtung erstreckenden linearen gestrichelten Linien C1, C2, C3... dargestellt. Wie aus 5 ersichtlich entspricht die vertikale Achsenkoordinate des Schnittpunkts zwischen der gestrichelten Linie C1 und der vertikalen Achse der vertikalen Achsenkoordinate am Startpunkt der nächsten gestrichelten Linie C2. Ebenso entspricht die vertikale Achsenkoordinate des Schnittpunkts zwischen der gestrichelten Linie C2 und der vertikalen Achse der vertikalen Achsenkoordinate am Startpunkt der nächsten gestrichelten Linie C3. Die Mehrzahl von linearen gestrichelten Linien C1, C2, C3... gibt die Bahn des Werkzeugs 11 auf dem Werkstück W bei Fehlen eines Oszillationsbefehls an. Die in 5 dargestellten Kurven A1, A2, A3... geben die Bahn des Werkzeugs 11 auf dem Werkstück W bei Vorhandensein des Oszillationsbefehls an. Das heißt die gestrichelten Linien C1, C2, C3 usw. geben ausschließlich die Positionsbefehle an, bevor die Oszillationsbefehle addiert werden (ursprünglicher Befehlswert), und die Kurven A1, A2, A3 usw. zeigen die Positionsbefehle, nachdem die Oszillationsbefehle addiert wurden. Daher geben die Kurven A1, A2, A3 durch Addieren von kosinuswellenartigen Oszillationsbefehlen zu den entsprechenden Positionsbefehlen, dargestellt durch die gestrichelten Linien C1, C2, C3, erzeugte Befehle an.
Ferner ist die Kurve A1 die Bahn des Werkzeugs 11 in der ersten Drehung des Werkstücks W, die Kurve A2 ist die Bahn des Werkzeugs 11 in der zweiten Drehung des Werkstücks W und die Kurve A3 ist die Bahn des Werkzeugs 11 in der dritten Drehung des Werkstücks W. Zur Vereinfachung sind die Bahnen des Werkzeugs 11 nach der vierten Drehung des Werkstücks W nicht dargestellt.
In Schritt S12 von 2 erzeugt der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 (siehe 6) im Steuerteil 26 einen Oszillationsbefehl wie folgt. Im Positionsbefehlsteil 22 wird der Positionsbefehl (gestrichelte Linien C1, C2 und C3) der Vorschubachse M1 ermittelt. Der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 ermittelt die Oszillationsfrequenz des kosinuswellenartigen Oszillationsbefehls zum Erzeugen von Befehlen wie die Kurven A1, A2 und A3 mit den gestrichelten Linien C1, C2, und C3 als Bezugsachsen. Der vom Ausdruck S / 60 × I der Formel (1), der nachfolgend beschrieben ist, erzeugte Wert entspricht der Oszillationsfrequenz.
Beim Ermitteln der zuvor beschriebenen Oszillationsfrequenz wie in 5 dargestellt weicht die Ausgangsphase der kosinuswellenartigen Kurve A2 unter Verwendung einer vorgegebenen gestrichelten Linie, beispielsweise der gestrichelten Linie C2, als eine Bezugsachse um einen halben Zyklus von der kosinuswellenartigen Kurve A1 unter Verwendung der vorhergehenden gestrichelten Linie, beispielsweise der gestrichelten Linie C2, als Bezugsachse ab. Der Grund hierfür ist, dass, wenn die Periode um die Hälfte abweicht, die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls minimiert werden kann und als ein Ergebnis Späne am wirksamsten zerkleinert werden können.
Anschließend ermittelt der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls zum Erzeugen von Befehlen wie die Kurven A1, A2 und A3 unter Verwendung der gestrichelten Linien C1, C2, und C3 als Bezugsachsen. Der vom Ausdruck K × F / 2 in Formel (1), der nachfolgend beschrieben ist, erzeugte Wert ist die Oszillationsamplitude. Kurve A1 und Kurve A2 wie in 5 dargestellt überlappen im Abschnitt B1, in dem der Drehwinkel etwa 0 Grad beträgt, und Abschnitt B2, in dem der Drehwinkel etwa 240 Grad beträgt. Wie aus 5 ersichtlich sind die Maximalwerte der Kurve A1 in Bezug auf die gestrichelte Linie C1 größer als die Minimalwerte der Kurve A2 in Bezug auf die gestrichelte Linie C2 in den Abschnitten B1 und B2. Das heißt der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 ermittelt vorzugsweise die Oszillationsamplitude, so dass die vorhergehende Kurve A1 und die nachfolgende Kurve A2 teilweise überlappen. In den Kurven A1, A2 und A3 ist, da die Vorschubgeschwindigkeit konstant ist, die Oszillationsamplitude von jedem Oszillationsbefehl ebenfalls gleich.
In den Überlappungsabschnitten B1 und B2 wird, da sich das Werkzeug 11 vom Werkstück W trennt, wenn das Werkzeug 11 mit der Bahn von Kurve A2 bearbeitet, das Werkstück W nicht bearbeitet. In der vorliegenden Ausführungsform kann, da solche Überlappungsabschnitte periodisch erzeugt werden, ein sogenanntes periodisches Schneiden erfolgen. Im in 5 dargestellten Beispiel werden in jedem der Abschnitte B1 und B2 durch den Betrieb entsprechend der Kurve A2 Späne erzeugt. In der zweiten Drehungskurve A2 werden zweimal Späne erzeugt. Da solch ein periodisches Schneiden periodisch erfolgt, wird ein Schwingungsschneiden möglich.
Ferner weist die in Bezug auf die gestrichelte Linie C3 die gleiche Form auf wie die Kurve A1. Die Kurve A2 und die Kurve A3 überlappen im Abschnitt B3 entsprechend einem Drehwinkel von etwa 120 Grad und im Abschnitt B4 entsprechend einem Drehwinkel von etwa 360 Grad. In jedem der Abschnitte B3 und B4 werden durch den Betrieb entsprechend der Kurve A3 Späne erzeugt. Späne werden in der dritten Drehungskurve A3 zweimal erzeugt. Anschließend werden Späne zweimal für jede Drehung des Werkstücks erzeugt. Es werden aber keine Späne in der ersten Drehung erzeugt.
Durch Einstellen der Oszillationsfrequenz und der Oszillationsamplitude auf diese Weise erzeugt der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 (siehe 6) im Steuerteil 26 den Oszillationsbefehl (Schritt S12).
Beispielsweise ist der Oszillationsbefehl durch die folgende Formel dargestellt. $Oszillationsbefehl = (K \times F / 2) \times cos (2 π \times S / 60 \times I \times t) - (K \times F / 2)$
In der Formel (1) ist K die Oszillationsamplitudenvergrößerung, F ist die Bewegungsmenge des Werkzeugs 11 pro Drehung des Werkstücks W, das heißt die Vorschubmenge pro Drehung [mm/U], S ist die Drehzahl [min^-1] oder [U/min] um die Mittelachse des Werkstücks W und I ist die Oszillationsfrequenzvergrößerung.
Die Oszillationsfrequenz entspricht dem Ausdruck S / 60 × I in Formel (1) und die Oszillationsamplitude entspricht dem Ausdruck K × F / 2 in Formel (1). Die Oszillationsamplitudenvergrößerung K ist eine Ganzzahl von 1 oder mehr und die Oszillationsfrequenzvergrößerung I ist eine Nicht-Ganzzahl größer als Null (beispielsweise eine positive Nicht-Ganzzahl wie 0,5, 0,8, 1,2, 1,5, 1,9, 2,3 oder 2,5, ..., usw.). Die Oszillationsamplitudenvergrößerung K und die Oszillationsfrequenzvergrößerung I sind konstant (im Beispiel von 5 ist I gleich 1,5).
Der Grund dafür, dass die Oszillationsfrequenzvergrößerung I nicht eine Ganzzahl ist, besteht darin, dass im Falle einer Oszillationsfrequenz, die genau der Drehungszahl um die Mittelachse des Werkstücks W entspricht, die überlappenden Abschnitte B1, B2, B3, B4 u. Ä. wie zuvor beschrieben nicht erzeugt werden können und keine Wirkung des Zerkleinerns der Späne durch Oszillationsschneiden erzielt werden kann.
Ferner ist gemäß der Formel (1) der Oszillationsbefehl ein Befehl, in dem der Ausdruck (K × F / 2) als ein Versatzwert von den Kosinuswellen unter Verwendung der gestrichelten Linien C1, C2 und C3 als Bezugsachsen zur Angabe des Positionsbefehls subtrahiert wird. Somit kann die Positionsbahn des Werkzeugs 11 auf der Basis des durch Addieren des Oszillationsbefehls zum Positionsbefehl erzeugten Befehlswerts mit der Position durch den Positionsbefehl als obere Grenze in der Bearbeitungsvorschubrichtung des Werkzeugs 11 gesteuert werden. Daher sind die Kurven A1, A2, A3 usw. in 7 so gestaltet, dass die gestrichelten Linien C1, C2, C3 usw. nicht in der positiven Z-Achsen-Richtung (das heißt der Bearbeitungsvorschubrichtung des Werkzeugs 11) überschritten werden.
Ferner werden unter Verwendung eines Oszillationsbefehls wie durch Formel (1) dargestellt große Oszillationsbefehle vom Start in der Vorschubrichtung des Werkzeugs 11 am Bearbeitungsstartpunkt (0 Grad in der horizontalen Achse) des Werkzeugs 11 nicht ausgegeben, wie aus der Kurve A1 in 5 ersichtlich ist.
Der beim Definieren der Oszillationsfrequenz und Oszillationsamplitude angepasste Ausgangswert von jedem Parameter (K und I in Formel (1)) wird im Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 gespeichert, bevor die Werkzeugmaschine 10 in Betrieb genommen wird. Die Drehzahl (S) des Werkstücks W wird vorab als eine Bearbeitungsbedingung im Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 gespeichert. Die Vorschubmenge pro Drehung F wird aus der Drehzahl (S) und dem vom Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 erzeugten Positionsbefehl erzeugt.
Anschließend ermittelt in Schritt S13 der Steuerteil 26 die Positionsabweichung, welche die Differenz zwischen dem vom in 1 dargestellten Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 erzeugten Positionsbefehl und der Istposition der Vorschubachse M1 ist, und addiert die Positionsabweichung zum Oszillationsbefehl, um einen resultierenden Befehl zu erzeugen.
Anschließend steuert in Schritt S14 von 2 der Steuerteil 26 die Vorschubachse M1 auf der Basis des resultierenden Befehls. Die Spindel M0 wird von der Steuervorrichtung 20 entsprechend der im Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 gespeicherten Drehzahl (S) des Werkstücks W gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform besteht keine Notwendigkeit zum vorhergehenden Erzeugen einer Tabelle von Schwingungsschneidinformationen und aus den Bearbeitungsbedingungen des Werkstücks W können die Zerkleinerungsbedingungen des Werkstücks W vor dem eigentlichen Schneiden des Werkstücks W ermittelt werden.
Wenn ein Spiel im Antriebsmechanismusabschnitt des Werkzeugs 11 besteht oder wenn die Steifigkeit des Antriebsmechanismusabschnitts gering ist, werden bei einer hohen Einstellung der Steuerverstärkung zur Verbesserung des Reaktionsvermögens des Servos Schwingungen erzeugt und die Positionsgenauigkeit des Werkzeugs 11 ist gegebenenfalls nicht stabil. Wenn die Vorschubachse M1 beispielsweise auf der Basis von Befehlswerten entsprechend den Kurven A1, A2, A3 usw. angetrieben wird, folgt die Istposition des Werkzeugs 11 gegebenenfalls nicht vollständig den Kurven A1, A2, A3 usw. in einigen Fällen. In solch einem Fall tritt, wenn die Istpostion des Werkzeugs 11 nicht mit den Befehlswerten, wie etwa den Kurven A1, A2, A3 usw., in den überlappenden Abschnitten B1, B2, B3, B4 usw. wie in 5 dargestellt, übereinstimmt, kein periodisches Schneiden ein und somit kann keine zufriedenstellende Spanbildung erfolgen.
Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform lernendes Steuern verwendet, um das Übereinstimmen mit dem Oszillationsbefehl wie in Schritt S15 von 2 dargestellt zu verbessern. Lernendes Steuern ist ein Steuerverfahren, das das Übereinstimmen mit einem „periodischen Befehl mit einem vorgegebenen wiederholten Muster“ verbessert und die Positionsabweichung kann verringert werden, wenn der Zyklus vom ersten Zyklus zum zweiten Zyklus, vom zweiten Zyklus zum dritten Zyklus usw. fortschreitet. Insbesondere werden Positionsabweichungen für eine vorgegebene Zahl von Oszillationszyklen des Werkstücks W und das Werkzeug 11 gelernt und als Korrekturbeträge eingestellt, wodurch eine Zunahme der periodischen Positionsabweichung durch den Oszillationsbefehl verhindert wird.
Somit nähert sich die Istposition des Werkzeugs 11 schrittweise den Befehlswertkurven A1, A2, A3 usw. und stimmt schließlich mit den Befehlswertkurven A1, A2, A3 usw. überein. In solch einem Fall kann, da die Befehlswertkurven A1, A2, A3 usw. überlappende Abschnitte B1, B2, B3, B4 usw. aufweisen wie zuvor beschrieben, ein periodisches Schneiden zuverlässig durchgeführt werden und die Späne können zuverlässig zerkleinert werden.
Ferner weist die Lernbandbreite für das lernende Steuern eine obere Grenze auf, und wenn die Oszillationsfrequenz die obere Grenze überschreitet, konvergiert das Lernen nicht und die Positionsabweichung bleibt unverändert. Somit erfolgt keine zufriedenstellende Spanbildung. Daher ist es in der vorliegenden Ausführungsform erforderlich, eine optimale Oszillationsfrequenz in einem Bereich zu erzielen, in dem ein lernendes Steuern durchgeführt werden kann.
Insbesondere kann ähnlich wie bei einem Drehmoment-Verringerungsverfahren die Oszillationsfrequenz des Oszillationsbefehls durch Anpassen (Verlängern) der Länge des Spans wie nachfolgend beschrieben niedrig gehalten werden und die Lernbandbreite kann berücksichtigt werden. Wenn eine Änderung der Bearbeitungsbedingungen möglich ist, kann die Drehzahl der Spindel M0 (das heißt die Drehzahl des Werkstücks W) verringert werden.
Ferner kann beim Oszillationsschneiden der vorliegenden Ausführungsform, da die optimale Oszillationsfrequenz und Oszillationsamplitude erzielt werden, das erforderliche Drehmoment verringert werden. Wenn aber das erforderliche Drehmoment verringert werden kann, kann eine Drehmomentsättigung auftreten, die verhindert werden muss. Ferner nimmt das Drehmoment zu, wenn ein lernendes Steuern angewendet wird, und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Drehmomentsättigung wird größer. Somit ist es in der vorliegenden Ausführungsform erforderlich, eine optimale Oszillationsfrequenz und Oszillationsamplitude in einem Bereich zu erzielen, die keine Drehmomentsättigung bewirken.
Die Oszillationsamplitude ist vorzugsweise so klein wie möglich, so dass, wenn die Oszillationsfrequenz niedrig ist, ein längerer Span gebildet wird. Zu solch einem Zeitpunkt kann das erforderliche Drehmoment für die Vorschubachsen M1, M2 usw. klein sein. Wenn hingegen die Oszillationsamplitude groß ist, nimmt das erforderliche Drehmoment für die Vorschubachsen M1, M2 usw. ebenfalls zu. Wenn die Oszillationsfrequenz hoch ist, wird die Länge des Spans kurz und das erforderliche Drehmoment für die Vorschubachsen M1, M2 usw. nimmt ebenfalls zu.
Wenn ein Bediener eine gewünschte Spanlänge braucht, kann der Bediener die gewünschte Länge des Spans am Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 eingeben. Somit erzeugt der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 die Oszillationsfrequenz und die Oszillationsamplitude auf der Basis der gewünschten Spanlänge. Wenn beispielsweise ein kurzer Span gewünscht ist, können Schäden am Werkstück verhindert werden, und wenn ein langer Span gewünscht ist, kann die Last am Werkzeug 11 durch Verringern von Drehmoment und Lernbandbreite gesenkt werden, was ein einfacheres Konvergieren des Lernens ermöglicht.
6 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines spezifischen Beispiels der Steuervorrichtung 20 mit der lernenden Steuerfunktion wie zuvor beschrieben.
Die in 6 dargestellte Steuervorrichtung 20 umfasst den Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29, den Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 und den Steuerteil 26 (Vorschubachsen-Steuerteil). Der Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 und der Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 können in einem Hostcomputer (nicht dargestellt), etwa einer mit der Steuervorrichtung 20 verbundenen NC-Vorrichtung, angeordnet sein.
Die Steuervorrichtung 26 umfasst den Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23, einen Addierteil 24, einen Subtrahierteil 25, eine lernende Steuerung 30, einen lernenden Ermittlungsteil 31, einen Positionsgeschwindigkeits-Steuerteil 34 und einen Benachrichtigungsteil 36. Ferner weist der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 einen Oszillationsbefehl-Berechnungsteil 23a zum Berechnen eines Oszillationsbefehls unter Verwendung der zuvor beschriebenen Formel (1) auf. Die Vorschubachse M1 zum Bewegen des Werkzeugs 11 in der Bearbeitungsvorschubrichtung ist mit einem Geber 32 zum Erfassen der Drehposition der Vorschubachse M1 ausgestattet.
Der in 6 dargestellte Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 erzeugt einen Positionsbefehl zum Befehlen der Vorschubachse M1 der Position des Werkzeugs 11 in der Bearbeitungsvorschubrichtung auf der Basis der Drehzahl des Werkstücks W und der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11, die im Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 gespeichert sind, und sendet den Positionsbefehl in vorgegebenen Zeitintervallen an den Subtrahierteil 25. Die vorgegebenen Zeitintervalle können der Steuerzeitraum (Abtastzeitraum) des Steuerteils 26 oder ein beliebiger anderer Zeitraum sein.
Der Subtrahierteil 25 berechnet die Positionsabweichung, welche die Differenz zwischen dem vom Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 gesendeten Positionsbefehl und dem vom Geber 32 der Vorschubachse M1 ausgegebenen Positionsrückmeldewert (Position FB) ist, und sendet die Positionsabweichung an den Addierteil 24.
Ferner erzeugt der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 einen Oszillationsbefehl auf der Basis der zuvor beschriebenen Formel (1) und sendet den Oszillationsbefehl an den Addierteil 24 in den vorgegebenen Zeitintervallen. Der Oszillationsbefehl wird vom Oszillationsbefehl-Berechnungsteil 23a im Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23 berechnet. Insbesondere erfasst der Oszillationsbefehl-Berechnungsteil 23a die im Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 Drehzahl (S) des Werkstücks W und den vom Bearbeitungsbefehl-Erzeugungsteil 22 erzeugten Positionsbefehl der Vorschubachse M1 und ermittelt die Vorschubmenge (F) des Werkzeugs 11 pro Drehung aus Positionsbefehl und Drehzahl (S). Der Oszillationsbefehl-Berechnungsteil 23a berechnet die Oszillationsfrequenz und die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls entsprechend der vorhergehenden Formel (1) auf der Basis der Vorschubmenge (F) des Werkzeugs 11 pro Drehung, der Drehzahl (S) des Werkstücks W u. Ä. Der Oszillationsbefehl-Berechnungsteil 23a erzeugt einen Oszillationsbefehl auf der Basis der berechneten Oszillationsfrequenz und Oszillationsamplitude und der seit Beginn des Oszillationsschneidens verstrichenen Zeit.
Der Addierteil 24 addiert die vom Subtrahierteil 25 ausgegebene Positionsabweichung zum Oszillationsbefehl. Zu solch einem Zeitpunkt werden die Positionsabweichung und der Oszillationsbefehl gleichzeitig miteinander in den vorgegebenen Intervallen am Addierteil 24 eingegeben und zusammen addiert. Der Addierteil 24 sendet den durch Addieren der Positionsabweichung zum Oszillationsbefehl resultierenden Befehl (Positionsbefehlswert) an den Positionsgeschwindigkeits-Steuerteil 34.
Der Positionsgeschwindigkeits-Steuerteil 34 erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehl und einen Drehmomentbefehl auf der Basis des resultierenden Befehls und liefert den Geschwindigkeitsbefehl und den Drehmomentbefehl an die Vorschubachse M1. Die Vorschubachse M1 wird auf der Basis solcher Befehle gesteuert. Wenn sich die Vorschubachse M1 dreht, wird die Istposition der Vorschubachse M1 an den Subtrahierteil 25 vom an der Vorschubachse M1 montierten Geber 32 zurückgemeldet. Wenn keine Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und dem Positionsrückmeldewert auf der Basis des resultierenden Befehls besteht, bedeutet dies, dass die Istposition der Vorschubachse M1 die Befehlsposition erreicht hat.
Der resultierende Befehl wird an der lernenden Steuerung 30 eingegeben. Die lernende Steuerung 30 berechnet wiederholt den Korrekturbetrag auf der Basis der vom Oszillationsbefehl und resultierenden Befehl erzeugten Oszillationsphase und korrigiert den resultierenden Befehl zum Verbessern der Übereinstimmung mit dem periodischen Vorgang.
Das lernende Steuern ist ein Steuern, das die Übereinstimmung mit dem periodischen Befehl durch Korrigieren des Bewegungsbefehls durch Integrieren der Abweichung bis zum vorhergehenden Lernzeitraum verbessert.
7 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Konfigurationsbeispiels der in 6 dargestellten lernenden Steuerung 30.
Der vom Addierteil 24 in den vorgegebenen Zeitintervallen ausgegebene resultierende Befehl wird an der lernenden Steuerung 30 eingegeben. Obwohl der resultierende Befehl an der lernenden Steuerung 30 eingegeben wird, da der resultierende Befehl die Differenz zwischen dem Positionsbefehl und dem Positionsrückmeldewert enthält, entspricht er im Allgemeinen der an der lernenden Steuerung eingegebenen Positionsabweichung. In der lernenden Steuerung 30 sind Daten in Bezug auf einen Oszillationszyklus (einen Lernzyklus) im Speicher 30b für jede Phase gespeichert. Jede Phase wird durch Umwandeln des aus der Oszillationsfrequenz des Oszillationsbefehls erzeugten Zyklus in den Zyklus beim Drehwinkel und Dividieren des Zyklus beim Drehwinkel durch eine vorgegebene Zahl von Divisionen erzeugt (als Oszillationsphase bezeichnet). Die lernende Steuerung 30 erzeugt die Abweichung bei jeder im Speicher 30b gespeicherten Phase aus der aus dem Oszillationsbefehl und dem eingegebenen resultierenden Befehl (Abweichung) erzeugten Oszillationsphase und addierte diese zu den Daten von jeder im Speicher 30b gespeicherten Phase. Durch solch eine Folge von Prozessen kann iterativ die integrierte Abweichung bei jeder Phase erzeugt werden.
Die im Speicher 30b gespeicherte integrierte Abweichung wird durch das Kompensationselement mit dynamischer Charakteristik 30c für die Phasenverzögerung des zu steuernden Objekts kompensiert und ist ein Korrekturbetrag entsprechend der Zeit für jeden Steuerzyklus des Steuerteils 26. Diese Korrekturmenge wird als eine Korrekturmenge zum resultierenden Befehl unmittelbar vor dem Eingeben am Positionsgeschwindigkeits-Steuerteil 34 addiert. Der Positionsgeschwindigkeits-Steuerteil 34 erzeugt den Geschwindigkeitsbefehl Vc auf der Basis des resultierenden Befehls und gibt diesen aus, nachdem der Korrekturbetrag addiert wurde.
Wie zuvor beschrieben kann, da die lernende Steuerung 30 wiederholt die integrierte Abweichung bei jeder Phase ermittelt und den Korrekturbetrag, dessen Verzögerung des zu steuernden Objekts durch das Kompensationselement mit dynamischer Charakteristik 30c kompensiert wurde, zum resultierenden Befehl addiert, der an der lernenden Steuerung 30 eingegebene resultierende Befehl (Abweichung) während wiederholter periodischer Vorgänge, etwa das Oszillieren des Werkzeugs 11 in einem konstanten Zyklus für viele Male, zum Konvergieren auf Null gebracht werden. Das heißt das Werkzeug 11 kann entsprechend dem Oszillationsbefehl in Oszillation versetzt werden.
Somit wird, selbst wenn eine Verbesserung des Ansprechens des Servos aufgrund des Spiels im Antriebsmechanismus des Werkzeugs 11 oder aufgrund der geringen Steifigkeit des Antriebsmechanismus schwierig ist, ein genaueres Oszillationsschneiden ermöglicht und die Späne können zuverlässig zerkleinert werden. In der Ausführungsform des lernenden Steuerns wie zuvor beschrieben erfolgt das Lernen zum Ermitteln eines Korrekturbetrags für den resultierenden Befehl für jeden Oszillationszeitraum unter Verwendung eines einzelnen Oszillationszeitraums als Lernzeitraum. In der vorliegenden Erfindung kann aber auch statt eines einzelnen Oszillationszeitraums eine vorgegebene Zahl von Oszillationszeiträumen als Lernzeitraum festgelegt sein.
Wie das in 1 dargestellte Werkstück W können Werkstücke, die so ausgebildet sind, dass ein Vorsprung 35 und ein Eckteil 35a auf wenigstens einem Teil der Außenfläche des Werkstücks angeordnet sind und bei denen der Vorsprung 35 an der Vorderseite des Werkzeugs 11 in der Bearbeitungsvorschubrichtung vorhanden ist, ebenfalls einem Oszillationsschneiden unterzogen werden. In solch einem Fall ist, obwohl die Außenfläche des Werkstücks W einem Oszillationsschneiden unterzogen wird, da das Werkzeug 11 vor Kollisionen mit dem Vorsprung 35 geschützt werden muss, die Positionsgenauigkeit in Bezug auf den Bearbeitungsendpunkt in der Bearbeitungsvorschubrichtung des Werkzeugs 11 kritisch. Wenn das Werkzeug den Bearbeitungsendpunkt überschreitet, wird der Vorsprung 35 vom Werkzeug 11 geschnitten, was zum Problem des sogenannten „Überfahrens“ führt. Die Werkstücke, bei denen dieses Problem auftritt, sind nicht auf die wie in 1 ausgebildeten Werkstücke beschränkt. Werkstücke, bei denen dieses Problem auftritt, sind Werkstücke, die drehsymmetrisch um die Mittelachse hiervon sind und einen Eckteil 35a aufweisen, der nicht mit dem radial äußersten Teil radial nach innen des radial äußersten Teils des Werkstücks in einem Querschnitt entlang der Mittelachse hiervon durchgehend ist. Dies gilt beispielsweise für die in 1, 4A und 4B dargestellten Werkstücke W. Ferner umfasst der Eckteil 35a ebenfalls Abschnitte mit einer vorgegebenen Krümmung oder sich verjüngenden Abschnitten.
Solch ein Problem des Überfahrens in Bezug auf das Werkstück W kann auch dann auftreten, wenn auf das Oszillationsschneiden lernendes Steuern angewendet wird wie zuvor beschrieben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das lernende Steuern ein Steuern zum Anwenden des Korrekturbetrags in der Wiederholung des periodischen Musters einen Lernzeitraum vor dem Befehlswert ist. Selbst wenn ein Positionsbefehlswert an den Steuerteil 26 (6) der Steuervorrichtung 20 als resultierender Befehl ausgegeben wird, so dass das Werkzeug 11 nicht den Bearbeitungsendpunkt überschreitet, wird ein Korrekturbetrag im Oszillationsmuster einen Lernzeitraum vorher auf den Positionsbefehlswert angewendet, so dass ein Überfahren nicht verhindert werden kann.
Die Steuervorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Funktion zum Deaktivieren der lernenden Steuerung 30 von einer Zeit vor dem Punkt, an dem das Werkzeug 11 den Bearbeitungsendpunkt am Werkstück in der Bearbeitungsvorschubrichtung (das heißt die endgültige Stoppposition des Werkzeugs 11) erreicht.
Insbesondere werden Informationen zum zu bearbeitenden Werkstück W (beispielsweise die Drehzahl des Werkstücks W, die Position, die Bahn und die Geschwindigkeit des Werkzeugs 11 usw.) und zum Betrieb des Werkzeugs 11 am Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 vom mit der Steuervorrichtung 20 verbundenen Hostcomputer eingegeben. Beim Regelsystem wie in 6 dargestellt nimmt, wenn der Bearbeitungsendpunkt als ein Positionsbefehlswert am Steuerteil 26 eingegeben wird, wenn sich die Position des Werkzeugs 11 dem Bearbeitungsendpunkt nähert, die Positionsabweichung, welche die Differenz zwischen dem Positionsbefehl und der Istposition der Vorschubachse M1 ist, schrittweise ab und die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11 nimmt ebenfalls ab. Somit kann der Steuerteil 26 ermitteln, dass sich die Position des Werkzeugs 11 dem Bearbeitungsendpunkt genähert hat. Der lernende Ermittlungsteil 31 ermittelt die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubachse M1 und des Werkzeugs 11 aus dem ausgegebenen Impuls des Gebers 32 und berechnet die Oszillationsamplitude durch Anwenden der aus dieser Vorschubgeschwindigkeit und der Drehzahl des Werkstücks W ermittelten Vorschubmenge F pro Drehung auf den Ausdruck K × F / 2 (wobei K eine Konstante ist) der Formel (1).
Der lernende Ermittlungsteil 31 ermittelt, ob die berechnete Oszillationsamplitude kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist oder nicht, und wenn ermittelt wird, dass die Oszillationsamplitude kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist, schaltet die lernende Steuerung 30 das lernende Steuern ab. Durch Vorsehen solch eines lernenden Ermittlungsteils 31 kann das Auftreten des zuvor beschriebenen Überfahrens verhindert werden. In 6 ist die Signalleitung vom Geber 32 zum lernenden Ermittlungsteil 31 weggelassen.
Als Verfahren zum Abschalten des zuvor beschriebenen lernenden Steuerns kann ein beliebiges Verfahren verwendet werden. Wie in 7 dargestellt ist ein erster Schalter 30d an der Eingabeleitung zum Eingeben des vom Addierteil 24 ausgegebenen resultierenden Befehls an der lernenden Steuerung 30 angeordnet, und ein zweiter Schalter 30e ist an der Ausgabeleitung zum Ausgeben des Korrekturwerts vom Kompensationselement mit dynamischer Charakteristik 30c angeordnet. Beispielsweise kann die lernende Steuerung 30 zum Abschalten des ersten Schalters 30d und Löschen der gesammelten Abweichung für einen im Speicher 30b gespeicherten Lernzeitraum bei Empfang einer Anweisung zum Abschalten des lernenden Steuerns vom lernenden Ermittlungsteil 31 ausgebildet sein.
Alternativ kann die lernende Steuerung 30 zum gleichzeitigen Abschalten des ersten Schalters 30d und des zweiten Schalters 30e bei Empfang einer Anweisung zum Abschalten des lernenden Steuerns vom lernenden Ermittlungsteil 31 ausgebildet sein. Aufgrund dieser Konfiguration kann, selbst wenn die lernende Steuerung 30 abgeschaltet ist, die integrierte Abweichung für einen im Speicher 30b gespeicherten Lernzyklus erhalten werden. Das zuvor beschriebene Verfahren zum Abschalten des lernenden Steuerns ist lediglich ein Beispiel und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
8A zeigt eine Zeichnung zur Darstellung des Istverhaltens des Werkzeugs 11 nahe dem Bearbeitungsendpunkt, wenn der Steuerteil 26 der in 6 dargestellten Steuervorrichtung 20 keinen lernenden Ermittlungsteil 31 aufweist. In 8A entspricht die positive Richtung der vertikalen Achse der Bearbeitungsvorschubrichtung des Werkzeugs 11, die Kurve P stellt die Zeitänderung ausschließlich des Positionsbefehls dar, die Kurve Q stellt die Zeitänderung des Positionsbefehls dar, nachdem der Oszillationsbefehl zu diesem addiert wurde, und die Kurve R stellt die Zeitänderung der Istposition des Werkzeugs 11 dar. In 8A wurde zum übersichtlichen Darstellen der Änderung der Kurve R die Kurve Q zwischen dem Zeitpunkt t₁ und dem Zeitpunkt t₃ weggelassen; die Kurve Q und die Kurve R überlappen aber. Ferner ist 8B eine Zeichnung entsprechend 8A. Die Polygonlinie H stellt die Zeitänderung im Positionsbefehl pro Zeiteinheit (das heißt die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11) entsprechend dem durch die Kurve P in 8A angegebenen Positionsbefehl dar und die Polygonlinie J stellt die Zeitvariation der Oszillationsamplitude dar.
Beispielsweise nimmt, wie in 8B dargestellt, die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11 vom Zeitpunkt t₃ schrittweise ab und beim Zeitpunkt t₅ stoppt das Werkzeug 11 am vorgegebenen Bearbeitungsendpunkt (siehe Polygonlinie H). Wenn die Vorschubgeschwindigkeit auf diese Weise schrittweise abnimmt, nimmt die Vorschubmenge F pro Drehung ab und es nimmt entsprechend ebenfalls die Oszillationsamplitude (= K × F / 2) ab und wird zum Zeitpunkt t₅ gleich Null (siehe Polygonlinie J). Ferner nimmt mit der schrittweisen Abnahme der Oszillationsamplitude ebenfalls der von Formel (1) ermittelte Oszillationsbefehl ab. Somit nimmt, wie in 8A dargestellt, in Bezug auf die Kurve Q des Positionsbefehls, nachdem der Oszillationsbefehl zu diesem addiert wurde, die Amplitude der die Kurve Q bildenden periodischen Wellenlinie vom Zeitpunkt t₃ ab und die Amplitude der Wellenlinie verschwindet zum Zeitpunkt t₅, zu dem die Oszillationsamplitude gleich Null wird.
Hingegen wird im Beispiel von FIG. 8A, da der Steuerteil 26 der in 6 dargestellten Steuervorrichtung 20 keinen lernenden Ermittlungsteil 31 umfasst, ein lernendes Steuern durchgeführt. Somit wird, selbst wenn die Amplitude der die Kurve Q bildenden periodischen Wellenlinie vom Zeitpunkt t₃ zum Zeitpunkt t₅ periodisch abnimmt wie zuvor beschrieben, das lernende Steuern zum Korrigieren des resultierenden Befehls zum jeweiligen Zeitpunkt unter Verwendung des für den resultierenden Befehl einen Zyklus vorher ermittelten Korrekturbetrags fortgesetzt. Somit stimmt wie aus 8A ersichtlich nach dem Zeitpunkt t₃ die Kurve R der Istposition nicht mit der Kurve Q des Positionsbefehls überein, nachdem der Oszillationsbefehl zu diesem addiert wurde. Insbesondere wird beim Verstreichen der Zeit vom Zeitpunkt t₃ zum Zeitpunkt t₅ die Amplitude der die Kurve R der Istposition bildenden Wellenlinie größer als die Amplitude der die Kurve Q bildenden Wellenlinie und die Kurve R der Istposition überschreitet den Bearbeitungsendpunkt in der Bearbeitungsvorschubrichtung. Es tritt ein sogenanntes Überfahren auf.
9A zeigt eine Zeichnung zur Darstellung des Istverhaltens des Werkzeugs nahe dem Bearbeitungsendpunkt bei der in 6 dargestellten Steuervorrichtung 20, das heißt einer Steuervorrichtung 20 mit einem lernenden Ermittlungsteil 31. In 9A stellt Kurve P die Zeitänderung ausschließlich des Positionsbefehls dar (das heißt sie entspricht der Kurve P in 8A), die Kurve Q' stellt die Zeitänderung des Positionsbefehls dar, nachdem der Oszillationsbefehl zu diesem addiert wurde, und die Kurve R' stellt die Zeitänderung der Istposition des Werkzeugs 11 dar. In 9A wurde ebenfalls zum übersichtlichen Darstellen der Änderung der Kurve R' die Kurve Q' vom Zeitpunkt t₁ zum Zeitpunkt t₃ weggelassen; die Kurve Q' und die Kurve R' überlappen aber. Ferner zeigt 9B eine Zeichnung, die 9A entspricht; in dieser Zeichnung stellt die Polygonlinie H die Zeitänderung des Positionsbefehls pro Zeiteinheit dar (das heißt sie entspricht der Polygonlinie H in 8B) und die Kurve J' stellt die Zeitänderung der Oszillationsamplitude dar.
Wie in 9B dargestellt nimmt durch schrittweises Abnehmen der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11 vom Zeitpunkt t₃ (siehe Polygonlinie H) die Oszillationsamplitude schrittweise ab (siehe Polygonlinie J'). Dies trifft ebenfalls auf die Kurve J in 8B zu. Im Vergleich zum Beispiel von 8A wird im Beispiel von FIG. 9B, wenn die Oszillationsamplitude niedriger ist als der vorgegebene Schwellenwert, das lernende Steuern gestoppt (das lernende Steuern abgeschaltet). Ferner wird, wenn die Oszillationsamplitude kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, der Oszillationsbefehl hiervon gleich Null. Insbesondere wird, wenn der in 6 dargestellte lernende Ermittlungsteil 31 ermittelt, dass die Oszillationsamplitude kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, ein Befehl zum Abschalten des lernenden Steuerns für die lernende Steuerung 30 ausgegeben, die lernende Steuerung 30 wird gestoppt und der für den Addierteil 24 auszugebende Oszillationsbefehl wird auf Null gesetzt.
Somit stimmt wie in 9A dargestellt, da kein Oszillationsbefehl vorhanden ist und kein lernendes Steuern ausgeführt wird, nachdem der Oszillationsbefehl kleiner wird als der vorgegebene Schwellenwert, die Kurve Q' des Positionsbefehls, nachdem der Oszillationsbefehl addiert wurde, mit der Kurve P des Positionsbefehls überein. Entsprechend nimmt die Amplitude der die Kurve R' bildenden periodischen Wellenlinie schnell ab, so dass die Kurve R' der Istposition mit der Kurve P des Positionsbefehls übereinstimmt. Bei entsprechendem Setzen des vorgegebenen Schwellenwerts wie in 9A und 9B dargestellt stimmt die gekrümmte Linie R der Istposition nicht mit dem Bearbeitungsendpunkt in der Bearbeitungsvorschubrichtung überein. Das Auftreten des sogenannten „Überfahrens“ kann verhindert werden.
In den Beispielen der zuvor erläuterten 9A und 9B wurde, wenn die Oszillationsamplitude niedriger ist als der vorgegebene Schwellenwert, der an den Addierteil 24 gesendete Oszillationsbefehl auf Null gesetzt und das lernende Steuern durch die lernende Steuerung 30 wurde abgeschaltet, wobei jedoch ausschließlich das lernende Steuern abgeschaltet werden kann.
Solange das lernende Steuern abgeschaltet ist, wird der für den resultierenden Befehl einen Oszillationszeitraum oder eine vorgegebene Zahl von Oszillationszeiträumen vorher erzeugte Korrekturbetrag nicht zum aktuellen resultierenden Befehl addiert. Insbesondere kann, da das Phänomen verhindert werden kann, dass die Differenz zwischen der Amplitude der die Kurve R bildenden periodischen Wellenlinie wie in 8A dargestellt und der Amplitude der die Kurve Q bildenden periodischen Wellenlinie im Laufe der Zeit groß wird, selbst wenn ausschließlich das lernende Steuern abgeschaltet ist, die Wirkung des Verhinderns des Überfahrens erzielt werden. Natürlich ist es besser, sowohl das lernende Steuern abzuschalten als auch den Oszillationsbefehl auf Null zu setzen wie zuvor beschrieben, da die Amplitude der die Kurve R' in 9A bildenden periodischen Wellenlinie schnell verringert werden kann, was die Wirkung des Verhinderns des Überfahrens zusätzlich verbessert.
Wenn ermittelt wird, ob die zuvor beschriebene Oszillationsamplitude kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, kann als vorgegebener Schwellenwert ein in Bezug auf Null definierter Absolutwert oder ein auf der Basis der Oszillationsamplitude ermittelter Relativwert, wenn der aus dem vom Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 an den Steuerteil 26 gesendeten Positionsbefehl ermittelten Positionsbefehl pro Zeiteinheit eine konstante Geschwindigkeit ist, verwendet werden.
Ferner kann wie zuvor beschrieben der Zeitpunkt, zu dem das lernende Steuern abgeschaltet wird und der Oszillationsbefehl vom Ermittlungsteil auf Null gesetzt wird, der Zeitpunkt sein, zu dem der Oszillationsbefehl erst Null wird, nachdem die Oszillationsamplitude kleiner wird als der vorgegebene Schwellenwert. Solch ein Zeitpunkt liegt vor, wenn der Positionsbefehl nach dem Addieren des Oszillationsbefehls mit dem ursprünglichen Positionsbefehl übereinstimmt wie der Abschnitt der Kurve Q' zum Zeitpunkt t_a wie in 9A dargestellt. Bei 5 entspricht dies der Phase von 0°, 120°, 240° und 360°. Gemäß dem vorhergehenden Zeitpunkt kann, während das Werkzeug 11 vom Positionsbefehl, nachdem der Oszillationsbefehl zu diesem addiert wurde, bewegt wird, verhindert werden, dass die Bewegung des Werkzeugs 11 sehr abrupt im Wesentlichen zur Bewegung durch ausschließlich den Positionsbefehl wechselt. Daher muss keine abrupte Last auf den Motor ausgeübt werden.
Ferner ist wie bei den in 3 und 4B dargestellten Beispielen, selbst wenn das Werkzeug 11 unter Verwendung einer Mehrzahl von Achsen wie der Vorschubachsen M1, M2 usw. in Oszillation versetzt wird (beispielsweise bei einer Kegelbearbeitung), es vorzuziehen, den Zeitpunkt des Abschaltens des lernenden Steuerns und den Zeitpunkt des Setzens des Oszillationsbefehls auf Null oder den Zeitpunkt ausschließlich des Abschaltens des lernenden Steuerns für alle Achsen zu synchronisieren.
Beim Durchführen einer Kegelbearbeitung wie in 3 und 4B dargestellt sind Steuerteile 26 für die entsprechenden Vorschubachsen M1 und M2 vorhanden. In solch einem Fall wie in 6 dargestellt umfasst jeder der Steuerteile 26 von jeder der Vorschubachsen M1 und M2 einen Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil 23, einen Addierteil 24, einen Subtrahierteil 25, eine lernende Steuerung 30, einen lernenden Ermittlungsteil 31, einen Positionsgeschwindigkeits-Steuerteil 34 und einen Benachrichtigungsteil 36. Ferner ist wie in 6 dargestellt der Benachrichtigungsteil 36 im lernenden Ermittlungsteil 31 des Steuerteils 26 der Vorschubachse M1 angeordnet und der lernende Ermittlungsteil 31 meldet das Ermittlungsergebnis des lernenden Ermittlungsteils 31 an den lernenden Ermittlungsteil 31 des Steuerteils 26 der anderen Vorschubachse M2 (siehe 3) unter Verwendung des Benachrichtigungsteils 36.
Durch die Verwendung solch einer Benachrichtigungsfunktion kann in Bezug auf den Steuerteil 26 von einer Vorschubachse der Mehrzahl von Vorschubachsen, die zum Durchführen des Oszillationsschneidens zusammenwirken, wenn der lernende Ermittlungsteil 31 ein Ermittlungsergebnis zum Abschalten des lernenden Steuerns und Setzen des Oszillationsbefehls auf Null oder ausschließlich zum Abschalten des lernenden Steuerns empfängt, für die Steuerteile 26 aller anderen Vorschubachsen das lernende Steuern abgeschaltet und der Oszillationsbefehl auf Null gesetzt oder ausschließlich das lernende Steuern abgeschaltet werden.
Das heißt wenn ein Steuerteil 26 für jede einer Mehrzahl von Vorschubachsen vorhanden ist, ist es vorzuziehen, dass der lernende Ermittlungsteil 31 des Steuerteils 26 für jede Vorschubachse das Ermittlungsergebnis, ob die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner als der zuvor ermittelte Schwellenwert ist oder nicht, und/oder das vom lernenden Ermittlungsteil 31 eines anderen Steuerteils 26 gemeldete Ermittlungsergebnis zum Ermitteln, ob sowohl das lernende Steuern abgeschaltet als auch der Oszillationsbefehl auf Null gesetzt wird oder ausschließlich das lernende Steuern abgeschaltet wird, verwendet.
Ferner erzeugt in der beispielsweise in 3 dargestellten Werkzeugmaschine 10, wenn ein Oszillationsschneiden unter Verwendung einer Mehrzahl von Achsen wie der Vorschubachsen M1 und M2 wie die zuvor beschriebene Kegelbearbeitung durchgeführt wird, der Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 in diesem Fall einen Positionsbefehl und gibt diesen an den Steuerteil 26 von jeder der Vorschubachsen M1 und M2 aus. In solch einem Fall kann der für den lernenden Ermittlungsteil 31 von jedem Steuerteil 26 für jede Vorschubachse zum Ermitteln, ob das lernende Steuern abgeschaltet wird, erforderliche vorgegebene Schwellenwert entsprechend der Größe des vom Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 für jede Vorschubachse erzeugten Positionsbefehls (das heißt der Vorschubgeschwindigkeit für jede Vorschubachse) ermittelt werden. Somit ist es vorzuziehen, dass der Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 den zuvor beschriebenen vorgegebenen Schwellenwert für jede Vorschubachse unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der Vorschubgeschwindigkeit des von der Mehrzahl von Vorschubachsen bewegten Werkzeugs 11 und des für jede Vorschubachse erzeugten Positionsbefehls berechnet und den lernenden Ermittlungsteil 31 von jedem Steuerteil 26 benachrichtigt. Entsprechend kann, selbst wenn der Bearbeitungsweg zum Versetzen des Werkzeugs 11 in Oszillation in Bezug auf das Werkstück W ein kegel- oder bogenförmiger Weg ist, durch Ermitteln der Größe des Positionsbefehls von jeder Vorschubachse ermittelt werden, ob sowohl das lernende Steuern abgeschaltet als auch der Oszillationsbefehl auf Null gesetzt wird oder ausschließlich das lernende Steuern abgeschaltet wird. Somit kann entsprechend das Auftreten eines Überfahrens vermieden werden, selbst wenn ein Oszillationsschneiden unter Verwendung einer Mehrzahl von Achsen durchgeführt wird.
Ferner kann beim Durchführen eines Oszillationsschneidens unter Verwendung einer Mehrzahl von Vorschubachsen M1, M2 usw. der Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 zum Melden der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11 und des mit dieser Vorschubgeschwindigkeit verknüpften Schwellenwerts an den lernenden Ermittlungsteil 31 des Steuerteils 26 ausgebildet sein. In solch einem Fall kann der lernende Ermittlungsteil 31 das Ermittlungsergebnis, ob die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als der zuvor beschriebene vorgegebene Schwellenwert oder nicht, und/oder das Ermittlungsergebnis, ob die vom Positionsbefehl-Erzeugungsteil 22 gemeldete Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11 kleiner ist als der Schwellenwert für die Vorschubgeschwindigkeit oder nicht, zum Ermitteln, ob sowohl das lernende Steuern abzuschalten als auch der Oszillationsbefehl auf Null zu setzen oder ausschließlich das lernende Steuern abzuschalten ist, verwenden. Die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11, auf die hier Bezug genommen wird, ist die Vorschubgeschwindigkeit der Bewegung des Werkzeugs 11 unter Verwendung aller Vorschubachsen. Die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 11 kann aus einem im Bearbeitungsbedingungen-Speicherteil 29 der Steuervorrichtung 20 oder in einem mit der Steuervorrichtung 20 verbundenen Hostcomputer gespeicherten Bearbeitungsprogramm ermittelt werden. Auch mit solch einem Verfahren kann wie beim Ermitteln der Größe der Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls eine Wirkung zum Verhindern eines Überfahrens erzielt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist einem Fachmann klar, dass die zuvor beschriebenen Modifikationen der Ausführungsform und verschiedene weitere Modifikationen, Auslassungen und Ergänzungen ausgeführt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Ferner können zum Lösen des wenigstens einen Problems der vorliegenden Offenbarung verschiedene Ausführungsformen und die Wirkungen dieser wie nachfolgend beschrieben bereitgestellt werden.
Der erste Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Steuervorrichtung (20) zum Steuern einer Werkzeugmaschine (10) zum Schneiden einer äußeren Umfangsfläche oder einer inneren Umfangsfläche eines Werkstücks (W) mit einem Werkzeug (11) bereit, wobei die Werkzeugmaschine eine Spindel (M0) zum Durchführen einer relativen Drehung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug um eine Mittelachse des Werkstücks, und wenigstens eine Vorschubachse (M1, M2) zum Durchführen eines relativen Vorschubs zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück entlang einer Erzeugenden der äußeren Umfangsfläche oder der inneren Umfangsfläche des Werkstücks aufweist, wobei die Steuervorrichtung umfasst:

einen Positionsbefehl-Erzeugungsteil (22) zum Erzeugen eines Positionsbefehls für die wenigstens eine Vorschubachse (M1, M2) auf der Basis einer relativen Drehzahl des Werkstücks (W) und des Werkzeugs (11) und einer relativen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs (11) und des Werkstücks (W); und
einen Vorschubachsen-Steuerteil (26), der die wenigstens eine Vorschubachse (M1, M2) entsprechend dem Positionsbefehl steuert,
wobei der Vorschubachsen-Steuerteil einen Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil (23) aufweist, der einen Oszillationsbefehl für die wenigstens eine Vorschubachse auf der Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls erzeugt, so dass das Werkzeug (11) periodisch das Werkstück (W) mit einer Oszillationsfrequenz schneidet, die ein positives nicht-ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl ist, und der Vorschubachsen-Steuerteil zum Steuern der wenigstens einen Vorschubachse (M1, M2) auf der Basis eines durch Addieren des Oszillationsbefehls zu einer Positionsabweichung, die eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und einer Istposition der wenigstens einen Vorschubachse (M1, M2) ist, resultierenden Befehls ausgebildet ist, wobei der Vorschubachsen-Steuerteil ferner umfasst:
- eine lernende Steuerung (30), die einen Korrekturbetrag des resultierenden Befehls auf der Basis einer vom Oszillationsbefehl und dem resultierenden Befehl ermittelten Oszillationsphase ermittelt, die den Korrekturbetrag zum resultierenden Befehl addiert; und
- einen Ermittlungsteil (31), der ermittelt, ob eine Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert oder nicht, und wenn die Oszillationsamplitude kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, schaltet der Ermittlungsteil das lernende Steuern ab und setzt den vom Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil erzeugten Oszillationsbefehl auf Null oder schaltet lediglich das lernende Steuern ab.

Gemäß dem vorhergehenden ersten Aspekt kann, selbst wenn das lernende Steuern, das die Oszillationsamplitude bei Annäherung an den Bearbeitungsendpunkt verringert, auf das Oszillationsschneiden angewendet wird, da das lernende Steuern abgeschaltet wird, wenn die Oszillationsamplitude kleiner wird als der vorgegebene Schwellenwert, ein Auftreten eines Überfahrens verhindert werden.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) des vorhergehenden ersten Aspekts bereit, wobei
der vorgegebene Schwellenwert ein auf einer Nullbasis ermittelter Absolutwert ist, oder ein auf der Basis der Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls ermittelter relativer Wert ist, wenn der Positionsbefehl pro Zeiteinheit konstant ist.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) des vorhergehenden ersten Aspekts oder zweiten Aspekts bereit, wobei der Zeitpunkt, zu dem das lernende Steuern abgeschaltet wird und der Oszillationsbefehl vom Ermittlungsteil (31) auf Null gesetzt wird, ein Zeitpunkt ist, zu dem der Oszillationsbefehl erst Null wird, nachdem die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner wird als der vorgegebene Schwellenwert.
Gemäß dem vorhergehenden dritten Aspekt wird, während das Werkzeug mit dem Positionsbefehl bewegt wird, nachdem der Oszillationsbefehl zu diesem addiert wurde, da verhindert werden kann, dass das Werkzeug im Wesentlichen zur Bewegung durch ausschließlich den Positionsbefehl sehr abrupt wechselt, keine abrupte Last auf den Motor ausgeübt.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) von einem Aspekt der Aspekte von erstem bis dritten Aspekt bereit, wobei ein Vorschubachsen-Steuerteil (26) für jede einer Mehrzahl von Vorschubachsen (M1, M2) vorhanden ist, und der Ermittlungsteil (31) vom jeden Vorschubachsen-Steuerteil (26) an alle Ermittlungsteile (31) der Vorschubachsen-Steuerteile (26) ein Ermittlungsergebnis meldet, wenn ermittelt wird, dass die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als die vorgegebene Schwelle, und
der Ermittlungsteil (31) von jedem Vorschubachsen-Steuerteil (26) ein Ermittlungsergebnis, ob die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert oder nicht, und/oder ein vom Ermittlungsteil (31) eines anderen Vorschubachsen-Steuerteils (26) gemeldetes Ergebnis der Ermittlung zum Ermitteln, ob das lernende Steuern abzuschalten und der vom Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil (22) erzeugte Oszillationsbefehl auf Null zu setzen oder lediglich das lernende Steuern abzuschalten ist, verwendet.
Gemäß dem vorhergehenden vierten Aspekt kann selbst beim Durchführen eines Oszillationsschneidens unter Verwendung einer Mehrzahl von Vorschubachsen wie bei der Kegelbearbeitung die gleiche Wirkung zum Verhindern eines Überfahrens wie beim ersten Aspekt erzielt werden.
Der fünfte Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) von einem Aspekt der Aspekte von erstem bis vierten Aspekt bereit, wobei der Positionsbefehl-Erzeugungsteil (22) den vorgegebenen Schwellenwert aus der Vorschubgeschwindigkeit und dem Positionsbefehl der Vorschubachse berechnet und an den Ermittlungsteil (31) meldet.
Gemäß dem vorhergehenden fünften Aspekt kann beim Durchführen eines Oszillationsschneidens unter Verwendung einer Mehrzahl von Vorschubachsen wie bei der Kegelbearbeitung ein Überfahren wirksamer verhindert werden.
Der sechste Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) von einem Aspekt der Aspekte von erstem bis vierten Aspekt bereit, wobei der Positionsbefehl-Erzeugungsteil (22) zum Melden der Vorschubgeschwindigkeit und eines Schwellenwert für die Vorschubgeschwindigkeit an den Ermittlungsteil (31) ausgebildet ist, und der Ermittlungsteil (31) ein Ermittlungsergebnis, ob die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert oder nicht, und/oder ein Ermittlungsergebnis, ob die vom Positionsbefehl-Erzeugungsteil (23) gemeldete Vorschubgeschwindigkeit kleiner ist als der Schwellenwert für die Vorschubgeschwindigkeit oder nicht, zum Ermitteln, ob das lernende Steuern abzuschalten und der vom Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil erzeugte Oszillationsbefehl auf Null zu setzen oder lediglich das lernende Steuern abzuschalten ist, verwendet.
Gemäß dem vorhergehenden sechsten Aspekt kann die gleiche Wirkung zum Verhindern eines Überfahrens wie beim fünften Aspekt erzielt werden.
Der siebte Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) von einem Aspekt der Aspekte von erstem bis sechstem Aspekt bereit, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil (23) den Oszillationsbefehl durch Subtrahieren der Oszillationsamplitude von einer Bezugsachse einer Kosinuswelle als Versatzwert erzeugt.
Gemäß dem vorhergehenden siebten Aspekt kann die Position des Werkzeugs mit dem Positionsbefehl, der die Zielposition des Werkzeugs in der Bearbeitungsvorschubrichtung ist, auf der Basis des Steuerwerts, nachdem der Oszillationsbefehl zum Positionsbefehl addiert wurde, als obere Grenze gesteuert werden.
Der achte Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) von einem Aspekt der Aspekte von erstem bis siebtem Aspekt bereit, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil (23) eine Oszillationsfrequenz des Oszillationsbefehls erzeugt, so dass das Werkstück (W) oder das Werkzeug (11) jedes Mal um einen halben Zyklus versetzt wird, wenn das Werkstück (W) oder das Werkzeug (11) eine Umdrehung auf der Basis der Drehzahl absolviert, und die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls auf der Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls erzeugt.
Gemäß dem vorhergehenden achten Aspekt kann, da die Oszillationsfrequenz des Oszillationsbefehls jedes Mal um einen halben Zyklus versetzt wird, wenn das Werkstück oder das Werkzeug eine Umdrehung absolviert, die Oszillationsamplitude minimiert werden. Somit kann ein periodisches Schneiden wirksam durchgeführt werden.
Der neunte Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) von einem Aspekt der Aspekte von erstem bis achtem Aspekt bereit, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil (23) die Oszillationsfrequenz und die Oszillationsamplitude erzeugt, so dass das Drehmoment der wenigstens einen Vorschubachse (M1, M2) einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Gemäß dem vorhergehenden neunten Aspekt, kann, wenn die Vorschubachse auf der Basis des Positionsbefehls angetrieben wird, nachdem der Oszillationsbefehl zu diesem addiert wurde, eine Motor-Drehmomentsättigung verhindert werden.
Der zehnte Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) von einem Aspekt der Aspekte von erstem bis siebtem Aspekt bereit, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil (23) die Oszillationsfrequenz und die Oszillationsamplitude auf der Basis eines Regelbereichs der lernenden Steuerung erzeugt, so dass das Lernen konvergiert.
Gemäß dem vorhergehenden zehnten Aspekt kann ein besser geeigneter Oszillationsbefehl erzeugt werden.
Der elfte Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) von einem Aspekt der Aspekte von erstem bis zehntem Aspekt bereit, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil (23) die Oszillationsfrequenz und die Oszillationsamplitude auf der Basis einer gewünschten Länge des vom das Werkstück (W) bearbeitenden Werkzeug (11) erzeugten Spans erzeugt.
Gemäß dem elften Aspekt kann, wenn ein kurzer Span gewünscht wird, eine Beschädigung des Werkstücks verhindert werden. Wenn ein langer Span gewünscht wird, kann das Drehmoment unterdrückt und die Last am Werkzeug verringert werden.
Der zwölfte Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt die Steuervorrichtung (20) von einem Aspekt der Aspekte von erstem bis elftem Aspekt bereit, wobei das Werkstück (W) einen Eckabschnitt (35a) umfasst, der mit dem radial äußersten Abschnitt des Werkstücks auf der Seite, die sich radial weiter nach innen befindet als der radial äußerste Teil in einem Querschnitt entlang der Mittelachse hiervon, nicht durchgehend ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5033929 [0003]
JP 5139592 [0003]
JP 5599523 [0003]
WO 2016/047485 [0004]

Claims

Steuervorrichtung (20) zum Steuern einer Werkzeugmaschine (10) zum Schneiden einer äußeren Umfangsfläche oder einer inneren Umfangsfläche eines Werkstücks (W) mit einem Werkzeug (11), wobei die Werkzeugmaschine eine Spindel (M0) zum Durchführen einer relativen Drehung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug um eine Mittelachse des Werkstücks, und wenigstens eine Vorschubachse (M1, M2) zum Durchführen eines relativen Vorschubs zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück entlang einer Erzeugenden der äußeren Umfangsfläche oder der inneren Umfangsfläche des Werkstücks aufweist, wobei die Steuervorrichtung umfasst: einen Positionsbefehl-Erzeugungsteil (22) zum Erzeugen eines Positionsbefehls für die wenigstens eine Vorschubachse auf der Basis einer relativen Drehzahl des Werkstücks und des Werkzeugs und einer relativen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs und des Werkstücks; und einen Vorschubachsen-Steuerteil (26), der die wenigstens eine Vorschubachse entsprechend dem Positionsbefehl steuert, wobei der Vorschubachsen-Steuerteil einen Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil (23) aufweist, der einen Oszillationsbefehl für die wenigstens eine Vorschubachse auf der Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls erzeugt, so dass das Werkzeug periodisch das Werkstück mit einer Oszillationsfrequenz schneidet, die ein positives nicht-ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl ist, und der Vorschubachsen-Steuerteil zum Steuern der wenigstens einen Vorschubachse auf der Basis eines durch Addieren des Oszillationsbefehls zu einer Positionsabweichung, die eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und einer Istposition der wenigstens einen Vorschubachse ist, resultierenden Befehls ausgebildet ist, wobei der Vorschubachsen-Steuerteil ferner umfasst: eine lernende Steuerung (30), die einen Korrekturbetrag des resultierenden Befehls auf der Basis einer vom Oszillationsbefehl und dem resultierenden Befehl ermittelten Oszillationsphase ermittelt, die den Korrekturbetrag zum resultierenden Befehl addiert; und einen Ermittlungsteil (31), der ermittelt, ob eine Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert oder nicht, und wenn die Oszillationsamplitude kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert, schaltet der Ermittlungsteil die lernende Steuerung ab und setzt den vom Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil erzeugten Oszillationsbefehl auf Null oder schaltet lediglich die lernende Steuerung ab.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Schwellenwert ein auf einer Nullbasis ermittelter Absolutwert ist, oder ein auf der Basis der Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls ermittelter relativer Wert ist, wenn der Positionsbefehl pro Zeiteinheit konstant ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zeitpunkt, zu dem das lernende Steuern abgeschaltet wird und der Oszillationsbefehl vom Ermittlungsteil auf Null gesetzt wird, ein Zeitpunkt ist, zu dem der Oszillationsbefehl erst Null wird, nachdem die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner wird als der vorgegebene Schwellenwert.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Vorschubachsen-Steuerteil für jede einer Mehrzahl von Vorschubachsen vorhanden ist, und der Ermittlungsteil vom jeden Vorschubachsen-Steuerteil an alle Ermittlungsteile der Vorschubachsen-Steuerteile ein Ermittlungsergebnis meldet, wenn ermittelt wird, dass die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als die vorgegebene Schwelle, und der Ermittlungsteil von jedem Vorschubachsen-Steuerteil ein Ermittlungsergebnis, ob die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert oder nicht, und/oder ein vom Ermittlungsteil eines anderen Vorschubachsen-Steuerteils gemeldetes Ergebnis der Ermittlung zum Ermitteln, ob das lernende Steuern abzuschalten und der vom Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil erzeugte Oszillationsbefehl auf Null zu setzen oder lediglich das lernende Steuern abzuschalten ist, verwendet.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Positionsbefehl-Erzeugungsteil den vorgegebenen Schwellenwert aus der Vorschubgeschwindigkeit und dem Positionsbefehl der Vorschubachse berechnet und an den Ermittlungsteil meldet.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Positionsbefehl-Erzeugungsteil zum Melden der Vorschubgeschwindigkeit und eines Schwellenwert für die Vorschubgeschwindigkeit an den Ermittlungsteil ausgebildet ist, und der Ermittlungsteil ein Ermittlungsergebnis, ob die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert oder nicht, und/oder ein Ermittlungsergebnis, ob die vom Positionsbefehl-Erzeugungsteil gemeldete Vorschubgeschwindigkeit kleiner ist als der Schwellenwert für die Vorschubgeschwindigkeit oder nicht, zum Ermitteln, ob das lernende Steuern abzuschalten und der vom Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil erzeugte Oszillationsbefehl auf Null zu setzen oder lediglich das lernende Steuern abzuschalten ist, verwendet.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil den Oszillationsbefehl durch Subtrahieren der Oszillationsamplitude von einer Bezugsachse einer Kosinuswelle als Versatzwert erzeugt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil eine Oszillationsfrequenz des Oszillationsbefehls erzeugt, so dass das Werkstück oder das Werkzeug jedes Mal um einen halben Zyklus versetzt wird, wenn das Werkstück oder das Werkzeug eine Umdrehung auf der Basis der Drehzahl absolviert, und die Oszillationsamplitude des Oszillationsbefehls auf der Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls erzeugt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil die Oszillationsfrequenz und die Oszillationsamplitude erzeugt, so dass das Drehmoment der wenigstens einen Vorschubachse einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil die Oszillationsfrequenz und die Oszillationsamplitude auf der Basis eines Regelbereichs der lernenden Steuerung erzeugt, so dass das Lernen konvergiert.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Oszillationsbefehl-Erzeugungsteil die Oszillationsfrequenz und die Oszillationsamplitude auf der Basis einer gewünschten Länge des vom das Werkstück bearbeitenden Werkzeug erzeugten Spans erzeugt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Werkstück einen Eckabschnitt (35a) umfasst, der mit dem radial äußersten Abschnitt des Werkstücks auf der Seite, die sich radial weiter nach innen befindet als der radial äußerste Teil in einem Querschnitt entlang der Mittelachse hiervon, nicht durchgehend ist.