DE102018003051B4

DE102018003051B4 - Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die Vibrationsschneiden durchführt

Info

Publication number: DE102018003051B4
Application number: DE102018003051.3A
Authority: DE
Inventors: Yusaku OHO; Kenta Yamamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2020-12-17
Anticipated expiration: 2038-04-14
Also published as: JP2018181210A; US20180307196A1; DE102018003051A1; JP6503002B2; CN108723890B; US10503139B2; CN108723890A

Abstract

Eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine enthält einen Schwingungsbefehlserzeugungsteil, der einen Schwingungsbefehl für eine Vorschubachse erzeugt, einen ersten Addierteil, der einen Schwingungsbefehl zu einer Positionsabweichung zwischen einem Positionsbefehl und der erkannten Position der Vorschubachse addiert, um einen resultierenden Befehl zu erzeugen, einen Normierungsteil zum Normieren des resultierenden Befehls, einen selbstlernenden Steuerteil, der einen Korrekturbetrag des resultierenden Befehls auf Basis einer Schwingungsphase erhält, der aus dem Schwingungsbefehl und einem normierten resultierenden Befehl erhalten wurde, und der den Korrekturbetrag zum resultierenden Betrag addiert, einen Denormierungsteil, der eine Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils denormiert, und einen zweiten Addierteil zum Addieren der denormierten Ausgabe vom Denormierungsteil zum resultierenden Befehl.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die Vibrationsschneiden durchführt.
Beschreibung der verwandten Technik
Wenn während der Bearbeitung eines Werkstücks unter Verwendung des Schneidwerkzeugs einer Werkzeugmaschine fortlaufend Abrieb erzeugt wird, kann sich der Abrieb im Schneidwerkzeug verfangen. Deshalb ist eine Technologie zum Versetzen des Werkzeugs in Schwingungen bekannt, um das Werkstück pulsierend zu schneiden (siehe beispielsweise das japanische Patent Nr. 5033929 oder das japanische Patent Nr. 5139592 ).
Das japanische Patent Nr. 5033929 und das japanische Patent Nr. 5139592 berücksichtigen jedoch das Beenden des Schneidens an einer vorbestimmten Bearbeitungsendposition nicht. Deshalb tritt dahingehend ein Problem auf, dass das Schneidwerkzeug weiterhin vibriert und die vorbestimmte Bearbeitungsendposition überschreitet. In Zusammenhang damit offenbart WO2016/047485 : „Wenn das Schneidwerkzeug eine vorbestimmte Bearbeitungsendposition des Schneidwerkzeugs an einem Werkstück in der Bearbeitungsvorschubrichtung erreicht, reduziert das Mittel zur Amplitudensteuerung die Amplitude der reziproken Schwingung durch das Schwingungsmittel gemäß einem Vorschubvorgang in der Bearbeitungsvorschubrichtung.“
Darstellung der Erfindung
Wenn jedoch eine selbstlernende Steuerung auf das pulsierende Schneiden angewandt wird, reagiert die Amplitude nicht sofort und nimmt nicht sofort ab, auch wenn die Amplitude der Schwingungsbewegung in der Nähe der Bearbeitungsstoppposition verringert wird. Deshalb kann in einigen Fällen das Problem, dass das Schneidwerkzeug die Bearbeitungsstoppposition überschreitet, nicht gelöst werden. Darüber hinaus besteht abhängig von der Form des Werkstücks eine Gefahr, dass ein Schnitt im Werkstück in der Nähe der Bearbeitungsstoppposition auftritt.
Deshalb ist eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine wünschenswert, die die Befehlseinhaltung verbessern kann, auch wenn eine selbstlernende Steuerung eingesetzt wird.
Nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Werkzeugmaschine bereitgestellt, wobei die Werkzeugmaschine eine Spindel zum relativen Drehen eines Werkstücks und eines Werkzeugs um eine Mittelachse des Werkstücks und mindestens eine Vorschubachse zum relativen Vorschieben des Werkzeugs oder des Werkstücks entlang einer Erzeugenden einer Außenumfangsfläche oder einer Innenumfangsfläche des Werkstücks umfasst, wobei die Steuervorrichtung einen Positionsbefehlserzeugungsteil zum Erzeugen eines Positionsbefehls für die mindestens eine Vorschubachse auf Basis einer relativen Drehzahl des Werkstücks und des Werkzeugs und einer relativen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs und des Werkstücks, einen Schwingungsbefehlserzeugungsteil, der einen Schwingungsbefehl für die mindestens eine Vorschubachse auf Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls erzeugt, sodass das Werkzeug das Werkstück mit einer Schwingungsfrequenz pulsierend schneidet, die ein positives, nicht ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl ist, einen ersten Addierteil zum Erzeugen eines resultierenden Befehls, der erhalten wird, indem der Schwingungsbefehl zu einer positiven Abweichung addiert wird, die eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und einer tatsächlichen Position der mindestens einen Vorschubachse ist, einen Normierungsteil zum Normieren des resultierenden Befehls, einen selbstlernenden Steuerteil, der einen Korrekturbetrag des resultierenden Befehls auf Basis einer Schwingungsphase erhält, der aus dem Schwingungsbefehl und einem normierten resultierenden Befehl erhalten wurde, und der den Korrekturbetrag zum resultierenden Befehl addiert, einen Denormierungsteil zum Denormieren der Normierung einer Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils, und einen zweiten Addierteil zum Addieren einer durch den Denormierungsteil denormierten Ausgabe zum resultierenden Befehl umfasst.
Im ersten Gesichtspunkt wird der resultierende Befehl unter Verwendung eines repräsentativen Werts normiert, beispielsweise des Positionsbefehls, wird in den selbstlernenden Steuerteil eingegeben, und die Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils wird unter Verwendung eines repräsentativen Werts, zum Beispiel des Positionsbefehls, denormiert. Deshalb kann die Änderung im repräsentativen Wert, zum Beispiel des Positionsbefehls, leicht eingehalten werden, auch wenn der repräsentative Wert zum Zeitpunkt der Eingabe in den selbstlernenden Steuerteil vom repräsentativen Wert zum Zeitpunkt der Ausgabe verschieden ist, da der resultierende Befehl unter Verwendung repräsentativen Werts zum Zeitpunkt der Ausgabe denormiert wird. Deshalb kann die Befehlseinhaltung verbessert werden, auch wenn eine selbstlernende Steuerung eingesetzt wird.
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der ausführlichen Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie sie in den begleitenden Zeichnungen gezeigt sind, weiter verdeutlicht.
Figurenliste

1 ist eine Zeichnung eines Systems, das eine Steuervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform enthält.
2A ist eine Querschnittsansicht eines ersten Werkstücks.
2B ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Werkstücks.
2C ist eine Querschnittsansicht eines dritten Werkstücks.
2D ist eine Querschnittsansicht eines vierten Werkstücks.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Vorgänge einer Steuervorrichtung nach einer repräsentativen Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Zeichnung eines Systems, das eine Steuervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform enthält.
5 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen einem Vorschubbetrag und einem Drehwinkel zeigt.
6A ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen einem Zeitpunkt und der Position des Werkzeugs nach dem Stand der Technik zeigt.
6B ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen einem Zeitpunkt und der Position des Werkzeugs in der ersten Ausführungsform zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den nachstehenden Zeichnungen sind die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zum leichteren Verständnis wurden die Zeichnungen im Maßstab modifiziert. Ferner sind die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen nur Beispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
1 ist eine Zeichnung eines Systems, das eine Steuervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform enthält. Wie in 1 gezeigt, enthält das System 1 eine Werkzeugmaschine 10, eine Steuervorrichtung 20 zum Steuern der Werkzeugmaschine 10 und eine Hoststeuervorrichtung 30, die mit der Steuervorrichtung 20 verbunden ist. Die Werkzeugmaschine 10 enthält ein Werkzeug 11 und das Werkzeug 11 schneidet die Außenumfangsfläche oder die Innenumfangsfläche eines Werkstücks W, das zumindest teilweise um die Drehachse O rotationssymmetrisch ist. Ferner ist die Drehachse des Werkstücks W in 1 usw. als die Z-Achse gekennzeichnet und die auf die Z-Achse senkrechte Achse ist als die X-Achse gekennzeichnet.
Die Spindel MO der Werkzeugmaschine 10 dreht das Werkstück W um die Drehachse O davon. Ferner bewegt die Vorschubachse M1 der Werkzeugmaschine 10 das Werkzeug 11 entlang der Erzeugenden des Werkstücks W. Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr Vorschubachsen M1 und M2 das Werkzeug 11 entlang der Erzeugenden des Werkstücks bewegen können.
Die Spindel M0 enthält einen Spindeldrehmechanismus und einen Servomotor, um den Drehmechanismus anzutreiben. Gleichermaßen enthalten die Vorschubachsen M1 und M2 Vorschubmechanismen für das Werkzeug 11 und Servomotoren, um die Vorschubmechanismen anzutreiben. Die Vorschubachsen M1 und M2 arbeiten mit der Spindel MO zusammen, um das Werkzeug 11 vorzuschieben und das Werkstück W zu schneiden. Es ist anzumerken, dass, obwohl das erforderliche Drehmoment für die Spindel M0 und die Vorschubachsen M1 und M2 aus einem Trägheitsmoment und der Winkelbeschleunigung des Befehls ohne die Schneidlast abgeschätzt werden können, Positionserkennungsteile T0, T1 und T2 vorgesehen sein können, um die Positionen und Drehmomente der Spindel M0 und der Vorschubachsen M1 und M2 zu erkennen. Die Positionserkennungsteile T0, T1 und T2 können Geber sein.
Die Hoststeuervorrichtung 30 kann beispielsweise eine PNC (programmierbare Logiksteuerung) sein, aber die Hoststeuervorrichtung 30 ist nicht darauf beschränkt. Die Hoststeuervorrichtung 30 erzeugt die Bearbeitungszustände des Werkstücks W, wie die Drehzahl der Spindel M0, die das Werkstück W dreht, z. B. einen Drehzahlbefehl Vc, und einen Positionsbefehl Pc der Vorschubachsen M1 und M2, die das Werkzeug 11 vorschieben. Anders ausgedrückt fungiert die Hoststeuervorrichtung 30 als ein Positionsbefehlserzeugungsteil zum Erzeugen des Positionsbefehls von mindestens einer der Vorschubachsen M1 und M2 auf Grundlage der relativen Drehzahl zwischen dem Werkstück W und dem Werkzeug 11 und der relativen Vorschubgeschwindigkeit zwischen dem Werkzeug 11 und dem Werkstück W. Da der Positionsbefehl Pc der Positionsbefehl pro Zeiteinheit ist, kann der Positionsbefehl Pc als eine Art von Geschwindigkeitsbefehl angesehen werden. Der erkannte Wert der Drehzahl kann als die Drehzahl der Spindel M0 verwendet werden. Unten wird die Drehzahl der Spindel M0 als der Drehzahlbefehl Vc verwendet.
Die Steuervorrichtung 20 ist ein digitaler Computer, der eine CPU, einen Arbeitsspeicher und dergleichen enthält, aber die Steuervorrichtung 20 ist nicht darauf beschränkt. Die Steuervorrichtung 20 enthält einen Schwingungsbefehlserzeugungsteil 23, der einen Schwingungsbefehl für mindestens eine der Vorschubachsen M1 und M2 auf Grundlage der Drehzahl der Spindel M0 und des Positionsbefehls Pc mindestens einer der Vorschubachsen M1 und M2 erzeugt, sodass der Schwingungsbefehl zu einem positiven nicht ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl wird und das Werkzeug 11 das Werkstück W pulsierend schneidet. Der Schwingungsbefehl enthält die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude. Der Drehzahlbefehl Vc der Spindel M0 oder der tatsächliche Drehzahlwert davon kann als die Drehzahl verwendet werden.
Es ist anzumerken, dass pulsierendes Schneiden bedeutet, dass das Werkzeug 11 das Werkstück W schneidet, während es das Werkstück W periodisch berührt und sich von diesem trennt, was auch als Vibrationsschneiden oder Oszillationsschneiden bezeichnet wird. Ferner dreht sich das Werkstück W in 1 und das Werkzeug 11 vibriert in Bezug auf das Werkstück W. Es kann jedoch eine Konfiguration verwendet werden, bei der sich das Werkzeug 11 dreht und das Werkstück W in Bezug auf das Werkzeug 11 vibriert.
Die Steuervorrichtung 20 enthält einen ersten Addierteil 24, der einen resultierenden Befehl Sc erzeugt, der durch Addieren des Schwingungsbefehls zu einer Positionsabweichung ΔP erhalten wird, die die Differenz zwischen dem Positionsbefehl Pc und einer erkannten Position Pd (tatsächlichen Position) mindestens einer der Vorschubachsen M1 und M2 ist, die von den Positionserkennungsteilen T1 und T2 erkannt wurde. Ferner enthält die Steuervorrichtung 20 einen Normierungsteil 25, der den resultierenden Befehl Sc normiert, der die Positionsabweichung ΔP ist, zu der der Schwingungsbefehl addiert wurde, und einen selbstlernenden Steuerteil 26, der einen Korrekturbetrag für den resultierenden Befehl Sc auf Grundlage der Schwingungsphase, die aus dem Schwingungsbefehl erhalten wurde, und einen normierten resultierenden Befehl Sc' erhält und den Korrekturbetrag zum resultierenden Befehl Sc addiert.
Der selbstlernende Steuerteil 26 berechnet wiederholt den Korrekturbetrag auf Grundlage der Schwingungsphase, die aus dem Schwingungsbefehl und dem normierten resultierenden Befehl erhalten wurde, und korrigiert den resultierenden Befehl, um die Einhaltung des periodischen Betriebs zu verbessern. Eine selbstlernende Steuerung ist eine Steuerung, die die Einhaltung des periodischen Befehls durch Korrigieren des Bewegungsbefehls durch Integrieren der Abweichung bis zur vorherigen Lernperiode verbessert.
Ferner enthält die Steuervorrichtung 20 einen Denormierungsteil 27, der die Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils 26 denormiert, und einen zweiten Addierteil 28, der die denormierte Ausgabe vom Denormierungsteil 27 zum resultierenden Befehl Sc addiert. Ferner enthält die Steuervorrichtung 20 einen Positionsgeschwindigkeitssteuerteil 29, der einen Geschwindigkeitsbefehl und einen Drehmomentbefehl für die Vorschubachsen M1 und M2 auf Grundlage des resultierenden Befehls Sc" erzeugt, zu dem die denormierte Ausgabe addiert wurde, und gibt den Geschwindigkeitsbefehl und den Drehmomentbefehl an die Vorschubachsen M1 und M2 aus. Die CPU der Steuervorrichtung 20 kann die Funktionen des Schwingungsbefehlserzeugungsteils 23, des ersten Addierteils 24, des Normierungsteils 25, des selbstlernenden Steuerteils 26, des Denormierungsteils 27, des zweiten Addierteils 28 und des Positionsgeschwindigkeitssteuerteils 29 erfüllen.
2A bis einschließlich 2D sind Querschnittsansichten von einem ersten bis zu einem vierten Werkstück. Das in 2A gezeigte Werkstück W enthält einen zylindrischen Abschnitt W1 und einen Flansch W2, der an den zylindrischen Abschnitt W1 gekoppelt ist. Ein Eckteil Q mit einem im Wesentlichen senkrechten Querschnitt ist zwischen dem zylindrischen Abschnitt W1 und dem Flansch W2 gebildet. Im Gegensatz dazu ist im in 2B gezeigten Werkstück W der Querschnitt des Eckteils Q zwischen dem zylindrischen Teil W1 und dem Flansch W2 bogenförmig.
Ferner enthält das in 2C gezeigte Werkstück W einen zylindrischen Abschnitt W1, einen Flansch W2 und einen verjüngten Abschnitt W3, der zwischen dem zylindrischen Abschnitt W1 und dem Flansch W2 angeordnet ist. Eckteile Q mit stumpfwinkligen Querschnitten sind zwischen dem zylindrischen Abschnitt W1 und dem verjüngten Abschnitt W3 und zwischen dem verjüngten Abschnitt W3 und dem Flansch W2. Ferner ist das in 2D gezeigte Werkstück W zylindrisch und eine abgestumpfte kegelförmige Vertiefung W4 ist auf einer Endfläche davon gebildet. Ein Eckteil Q mit einem stumpfwinkeligen Querschnitt ist zwischen der Unterseite der Vertiefung W4 und der Innenumfangsfläche gebildet.
Die zylindrischen Abschnitte W1, der verjüngte Abschnitt W3 und die abgestumpfte kegelförmige Vertiefung W4 der in 2A bis 2D gezeigten Werkstücke W sind um die Drehachse O rotationssymmetrisch. Anders ausgedrückt enthalten die in 2A bis 2D gezeigten Werkstücke W einen Abschnitt, der um die Drehachse O rotationssymmetrisch ist. Die Eckteile Q der Werkstücke W befinden sich im Querschnitt entlang der Drehachse O radial innen vom radial äußersten Teil des Werkstücks W und diese Eckteile Q sind am radial äußersten Teil nicht durchgängig. Anders ausgedrückt enthält das Werkstück W im Querschnitt entlang der Drehachse O einen abgestuften Teil.
Das in 1 gezeigte Werkzeug 11 kann die Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts W1 oder des verjüngten Abschnitts W3, die in 2A bis 2C gezeigt sind, oder die Innenumfangsfläche der in 2D gezeigten abgestumpften kegelförmigen Vertiefung W4 schneiden. Es ist anzumerken, dass es nicht notwendig ist, dass der Flansch W2 rotationssymmetrisch ist, sondern anstatt des Flanschs W2 kann eine Projektion vorgesehen sein, die einfach in der radialen Richtung verläuft. Ferner kann anstatt des zylindrischen Abschnitts W1 ein verjüngter Abschnitt vorgesehen sein.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Vorgänge der Steuervorrichtung nach einer repräsentativen Ausführungsform zeigt. Zum einfachen Verständnis wird ein Fall erläutert, in dem das Werkzeug 11 nur die Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts W1 des Werkstücks W schneidet. Der in 3 gezeigte Prozess wird in jedem vorbestimmten Steuerzyklus wiederholt durchgeführt.
Zuerst erzeugt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil 23 in Schritt S11 von 3 einen Schwingungsbefehl für die Vorschubachse M1 auf Grundlage des Positionsbefehls Pc und des Spindeldrehzahlbefehls Vc, der von der Hoststeuervorrichtung 30 bereitgestellt wird. Im in 1 gezeigten Beispiel wird nur ein Schwingungsbefehl für die Vorschubachse M1 erzeugt, da das Werkzeug 11 nur entlang einer geraden Linie parallel zur Drehachse O vibriert.
4 ist eine Zeichnung eines anderen Systems, das eine Steuervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform enthält. Im in 4 gezeigten Beispiel ist der verjüngte Abschnitt W3 an den Flansch W2 gekoppelt. In einem solchen Fall vibriert das Werkzeug 11 schräg entlang der Erzeugenden des verjüngten Abschnitts W3, um die Außenumfangsfläche des verjüngten Abschnitts W3 zu schneiden. Da sich das Werkzeug 11 in eine resultierende Richtung der X-Richtung und der Z-Richtung bewegt, sind zwei Vorschubachsen M1 und M2 erforderlich, um das Werkzeug 11 zu bewegen. In einem solchen Fall werden in Schritt S11 Schwingungsbefehle für die zwei Vorschubachsen M1 und M2 erzeugt. Es ist zu beachten, dass eine Konfiguration, bei der das Werkzeug 11 durch mehr als zwei Vorschubachsen vorgeschoben wird, im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Ferner wird in einem solchen Fall angenommen, dass die illustrierte Konfiguration für jede der Vorschubachsen bereitgestellt wird.
Ein Fall, in dem das in 1 gezeigte Werkzeug 11 nur die Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts W1 des Werkstücks W schneidet, wird unten erläutert. Es ist jedoch klar, dass die Erläuterung unten im Wesentlichen für die in 2A bis 2D und 4 gezeigten Fälle gilt.
5 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen einem Vorschubbetrag und einem Drehwinkel zeigt. In 5 repräsentiert die horizontale Achse den Drehwinkel des Werkstücks W und die vertikale Achse repräsentiert den Vorschubbetrag des Werkstücks 11 in der Richtung der Mittelachse des Werkstücks W (d. h. in die Richtung der Z-Achse). 5 zeigt eine Mehrzahl von linearen gestrichelten Linien C1, C2, C3 ..., die in der schrägen Richtung verlaufen. Wie aus 5 ersichtlich ist, entspricht die vertikale Achsenkoordinate des Schnittpunkts zwischen der gestrichelten Linie C1 und der vertikalen Achse der vertikalen Achsenkoordinate des Anfangspunkts der nächsten gestrichelten Linie C2. Gleichermaßen entspricht die vertikale Achsenkoordinate des Schnittpunkts zwischen der gestrichelten Linie C2 und der vertikalen Achse der vertikalen Achsenkoordinate des Anfangspunkts der nächsten gestrichelten Linie C3. Die Mehrzahl der linearen gestrichelten Linien C1, C2, C3 ... zeigen die Bahn des Werkzeugs 11 auf dem Werkstück W bei Fehlen eines Schwingungsbefehls an. Die in 5 gezeigten Kurven A1, A2, A3 ... zeigen die Bahn des Werkzeugs 11 auf dem Werkstück W bei Vorhandensein des Schwingungsbefehls an. Anders ausgedrückt zeigen die gestrichelten Linien C1, C2, C3 usw. nur die Positionsbefehle an, bevor die Schwingungsbefehle dazu addiert sind (die ursprünglichen Befehlswerte) und die Kurven A1, A2, A3 usw. zeigen die Positionsbefehle an, nachdem die Schwingungsbefehle dazu addiert wurden (die resultierenden Befehle). Deshalb zeigen die Kurven A1, A2 und A3 Befehle an, die durch Addieren der cosinuswellenähnlichen Schwingungsbefehle zu den jeweiligen Positionsbefehlen erhalten wurden, die durch die gestrichelten Linien C1, C2 und C3 repräsentiert sind.
Ferner ist die Kurve A1 die Bahn des Werkzeugs 11 bei der ersten Drehung des Werkstücks W, die Kurve A2 die Bahn des Werkzeugs 11 bei der zweiten Drehung des Werkstücks W und die Kurve A3 ist die Bahn des Werkzeugs 11 bei der dritten Drehung des Werkstücks W. Der Einfachheit halber sind die Bahnen des Werkzeugs 11 nach der vierten Drehung des Werkstücks W nicht gezeigt. Diese Kurven A1, A2 und A3 werden durch Addieren des Vorschubbetrags in der Richtung der vertikalen Achse zu den Cosinuswellen unter Verwendung der gestrichelten Linien C1, C2 und C3 als Bezugsachsen erhalten und die Kurven A1, A2 und A3 weisen Schwingungsfrequenzen auf, die nicht ganzzahlige Vielfache der Rotationsgeschwindigkeit (Anzahl der Drehungen) des Werkstücks W sind.
Im Schritt S11 von 3 erzeugt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil 23 folgendermaßen einen Schwingungsbefehl. Zuerst werden in der Hoststeuervorrichtung 30 die gestrichelten Linien C1, C2 und C3 des Positionsbefehls Pc der Vorschubachse M1 ermittelt. Der Schwingungsbefehlserzeugungsteil 23 ermittelt die Schwingungsfrequenz des cosinuswellenähnlichen Schwingungsbefehls, um Befehle wie die Kurven A1, A2 und A2 mit den gestrichelten Linien C1, C2 und C3 als Bezugsachsen zu erzeugen. Der aus dem Ausdruck S/60 × I von Gleichung (1) erhaltene Wert, die später beschrieben wird, entspricht der Schwingungsfrequenz.
Beim Ermitteln der oben beschriebenen Schwingungsfrequenz wird wie in 5 bevorzugt, dass die Anfangsphase der cosinuswellenähnlichen Kurve A2 unter Verwendung einer bestimmten gestrichelten Linie, zum Beispiel der gestrichelten Linie C2, als Bezugsachse um einen halben Zyklus von der cosinuswellenähnlichen Kurve A1 unter Verwendung der vorangehenden gestrichelten Linie, zum Beispiel der gestrichelten Linie C1, als Bezugsachse abweicht. Der Grund dafür ist, dass die Schwingungsamplitude des Schwingungsbefehls bei Abweichen der Periode um einen halben Zyklus minimiert werden kann und als Ergebnis Abrieb am effizientesten zerkleinert werden kann.
Danach ermittelt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil 23 die Schwingungsamplitude des oben erwähnten Schwingungsbefehls, um Befehle wie die Kurven A1, A2 und A2 unter Verwendung der gestrichelten Linien C1, C2 und C3 als Bezugsachsen zu erzeugen. Der aus dem Ausdruck K × F/2 in Gleichung (1) erhaltene Wert, die später beschrieben wird, ist die Schwingungsamplitude. Die Kurve A1 und die Kurve A2, die in 5 gezeigt sind, überlappen einander bei Abschnitt B1, wo der Drehwinkel ungefähr 0 Grad beträgt, und bei Abschnitt B2, wo der Drehwinkel ungefähr 240 Grad beträgt. Wie aus 5 ersichtlich ist, sind die Maximalwerte der Kurve A1 bei den Abschnitten B1 und B2 in Bezug auf die gestrichelte Linie C1 größer als die Minimalwerte der Kurve A2 in Bezug auf die gestrichelte Linie C2. Anders ausgedrückt ermittelt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil 23 vorzugsweise die Schwingungsamplitude, sodass die vorherige Kurve A1 und die folgende Kurve A2 einander teilweise überlappen. Da die Vorschubgeschwindigkeit konstant ist, ist die Schwingungsamplitude jedes Schwingungsbefehls in den Kurven A1, A2 und A3 ebenfalls gleich.
Da das Werkzeug 11 vom Werkstück W getrennt wird, wenn das Werkzeug 11 die Bearbeitung mit der Bahn der Kurve A2 durchführt, wird das Werkstück W an den überlappenden Abschnitten B1 und B2 nicht bearbeitet. In der vorliegenden Ausführungsform, da solche überlappenden Abschnitte periodisch erzeugt werden, kann ein sogenanntes pulsierendes Schneiden durchgeführt werden. Im in 5 gezeigten Beispiel wird nämlich an den Abschnitten B1 und B2 jeweils Abrieb durch den Betrieb in Übereinstimmung mit der Kurve A2 erzeugt. In der zweiten Rotationskurve A2 wird zweimal Abrieb erzeugt. Da ein solches pulsierendes Schneiden periodisch durchgeführt wird, wird Vibrationsschneiden möglich.
Ferner weist die in Bezug auf die gestrichelte Linie C3 gebildete Kurve A3 die gleiche Form wie die Kurve A1 auf. Die Kurve A2 und die Kurve A3 überlappen bei Abschnitt B3, der einem Drehwinkel von ungefähr 120 Grad entspricht, und bei Abschnitt B4, der einem Drehwinkel von ungefähr 360 Grad entspricht. An den Abschnitten B3 und B4 wird jeweils durch den Betrieb Abrieb in Übereinstimmung mit der Kurve A3 erzeugt. In der dritten Rotationskurve A3 wird zweimal Abrieb erzeugt. Danach wird Abrieb jeweils zweimal für jede Drehung des Werkstücks erzeugt. Es wird jedoch in der ersten Drehung kein Abrieb erzeugt.
Durch ein derartiges Festlegen der Schwingungsfrequenz und der Schwingungsamplitude erzeugt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil 23 den Schwingungsbefehl (Schritt S11). Der Schwingungsbefehl zum Erhalten der Bahn des Werkzeugs 11, wie die in 5 gezeigten Kurven A1, A2, A3 usw., wird beispielsweise durch die folgende Gleichung repräsentiert. $Schwingungsbefehl= (K \times F/ 2) \times cos (2 π \times S/ 60 \times I \times t) - (K \times F/ 2)$
In Gleichung (1) ist K die Verstärkung der Schwingungsamplitude, F ist der Betrag der Bewegung des Werkzeugs 11 pro Drehung des Werkstücks W, d. h. der Vorschubbetrag pro Drehung [mm/U], S ist die Drehzahl [min^-1] oder [U/min] um die Mittelachse des Werkstücks W und I ist die Verstärkung der Schwingungsfrequenz. Die vorgenannte Schwingungsfrequenz entspricht dem Ausdruck S/60 × I in Gleichung (1) und die vorgenannte Schwingungsamplitude entspricht dem Ausdruck K × F/2 in Gleichung (1). Die Schwingungsamplitudenverstärkung K ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr und die Schwingungsfrequenzverstärkung I ist eine nicht ganzzahlige Zahl, die größer als null ist (zum Beispiel eine positive nicht ganzzahlige Zahl wie 0,5, 0,8, 1,2, 1,5, 1,9, 2,3 oder 2,5, ..., usw.). Die Schwingungsamplitudenverstärkung K und die Schwingungsfrequenzverstärkung I sind konstant (im Beispiel von 5 ist I 1,5).
Der Grund dafür, dass die Schwingungsfrequenzverstärkung I keine ganze Zahl ist, ist, dass es im Fall einer Schwingungsfrequenz, die exakt gleich der Anzahl der Drehungen um die Mittelachse des Werkstücks ist, unmöglich ist, die oben beschriebenen überlappenden Abschnitte B1, B2, B3, B4 und dergleichen zu erzeugen, und die Wirkung des Zerkleinerns von Abrieb durch Vibrationsschneiden nicht erzielt werden kann.
Darüber hinaus der Schwingungsbefehl ist nach Gleichung (1) ein Befehl, in dem der Ausdruck (K × F/2) als ein Offsetwert von den Cosinuswellen unter Verwendung der gestrichelten Linien C1, C2 und C3 als Bezugsachsen, die den Positionsbefehl anzeigen, subtrahiert wird. Deshalb kann die Positionsbahn des Werkzeugs 11 auf Grundlage des Befehlswerts, der durch Addieren des Schwingungsbefehls zum Positionsbefehl erhalten wurde, mit der Position durch den Positionsbefehl als die Obergrenze in der Bearbeitungsvorschubrichtung des Werkzeugs 11 gesteuert werden. Deshalb verlaufen die Kurven A1, A2, A3 usw. in 5 so, dass die gestrichelten Linien C1, C2, C3 usw. in der positiven Z-Achsenrichtung (d. h. der Bearbeitungsvorschubrichtung des Werkzeugs 11) nicht überschritten werden.
Ferner werden unter Verwendung eines Schwingungsbefehls wie durch Gleichung (1) dargestellt keine großen Schwingungsbefehle vom Start in der Vorschubrichtung des Werkzeugs 11 am Bearbeitungsanfangspunkt (0 Grad auf der horizontalen Achse) des Werkzeugs 11 erteilt, wie aus Kurve A1 in 5 gesehen werden kann.
Es ist zu beachten, dass der Anfangswert jedes Parameters (K und I in Gleichung (1)) beim Definieren der Schwingungsfrequenz angepasst wird und die Schwingungsamplitude in der Hoststeuervorrichtung 30 gespeichert wird, bevor die Werkzeugmaschine 10 betrieben wird. Die Drehzahl Vc des Werkstücks W wird vorab als eine Bearbeitungsbedingung in der Hoststeuervorrichtung 30 gespeichert. Der Vorschubbetrag pro Drehung F wird aus der Drehzahl Vc und dem von der Hoststeuervorrichtung 30 erzeugten Positionsbefehl erhalten.
Danach erkennt der Positionserkennungsteil T1 in Schritt S12 von 3 die tatsächliche Position der Vorschubachse M1 als die erkannte Position Pd. In Schritt S13 wird die Positionsabweichung ΔP zwischen dem Positionsbefehl Pc und der erkannten Position Pd berechnet. In Schritt S14 wird die Positionsabweichung ΔP zum Schwingungsbefehl addiert, um einen resultierenden Befehl Sc im ersten Addierteil 24 zu erzeugen.
Danach normiert der Normierungsteil 25 in Schritt S15 den resultierenden Befehl Sc, der die Positionsabweichung ΔP ist, zu dem der Schwingungsbefehl addiert wurde, unter Verwendung eines repräsentativen Werts. Der repräsentative Wert variiert abhängig von der Form des zu schneidenden Abschnitts des Werkstücks W. Wie in 1 gezeigt, wenn das Werkzeug 11 die Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts W1 schneidet, ist der repräsentative Wert der Positionsbefehl Pc.
Wie in 4 gezeigt, wenn das Werkzeug 11 die Außenumfangsfläche des verjüngten Abschnitts W3 schneidet, kann der repräsentative Wert der Positionsbefehl Pc sein oder der Drehzahlbefehl Vc der Spindel oder der tatsächliche Wert der Drehzahl der Spindel sein. Der Grund dafür ist, dass der Drehzahlbefehl Vc der Spindel beim Schneiden des verjüngten Abschnitts W3 in Übereinstimmung mit dem Rotationsradius des verjüngten Abschnitts W3 an der Schneidposition variiert, obwohl der Drehzahlbefehl Vc der Spindel usw. beim Schneiden des zylindrischen Abschnitts W1 konstant sind.
Genauer variiert der Drehzahlbefehl Vc der Spindel usw., sodass die Umfangsgeschwindigkeit des verjüngten Abschnitts W3 an der Schneidposition konstant wird. Deshalb verringert sich mit Ansteigen des Rotationsradius des verjüngten Abschnitts W3 der Drehzahlbefehl Vc der Spindel usw. Wie in 2D gezeigt, gilt das Gleiche für den Fall, in dem die Innenumfangsfläche der abgestumpften kegelförmigen Vertiefung W4 geschnitten wird. Alternativ kann der resultierende Befehl Sc unter Verwendung sowohl des Positionsbefehls Pc als auch des Drehzahlbefehls Vc der Spindel usw. oder unter Verwendung eines Produkts des Positionsbefehls Pc und des Drehzahlbefehls Vc der Spindel usw. normiert werden.
In einem Normierungsmittel wird der resultierende Befehl Sc beispielsweise unter Verwendung des Positionsbefehls Pc als den repräsentativen Wert dividiert. Alternativ kann der resultierende Befehl Sc proportional umgewandelt werden, sodass der quadratische Mittelwert davon 1 ist, oder kann linear umgewandelt werden, sodass der Mittelwert 0 ist und die Verteilung 1 wird. Ein auf diese Weise normierter resultierender Befehl Sc' hängt nicht vom Einheitensystem ab. Der normierte resultierende Befehl Sc' wird dann dem selbstlernenden Steuerteil 26 geliefert.
Wenn es im Antriebsmechanismusabschnitt des Werkzeugs 11 Rückstoß gibt oder wenn die Steifigkeit des Antriebsmechanismusabschnitts niedrig ist, kann eine Schwingung auftreten und die Positionsgenauigkeit des Werkzeugs 11 kann nicht stabil sein, falls die Steuerverstärkung hoch eingestellt ist, um die Ansprechempfindlichkeit des Servos zu verbessern. Auch wenn beispielsweise die Spindel M0 und die Vorschubachse M1 auf Grundlage von Befehlswerten angetrieben werden, die den Kurven A1, A2, A3 usw. entsprechen, kann in manchen Fällen die tatsächliche Position des Werkzeugs 11 den Kurven A1, A2, A3 usw. nicht vollständig folgen. In einem solchen Fall, falls die tatsächliche Position des Werkzeugs 11 an den in 5 gezeigten überlappenden Abschnitten B1, B2, B3, B4 usw. nicht mit den Befehlswerten, wie den Kurven A1, A2, A3 usw., übereinstimmt, tritt kein pulsierendes Schneiden ein und als Ergebnis kann Abrieb nicht zufriedenstellend gebildet werden.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform eine selbstlernende Steuerung verwendet, um die Einhaltung des Schwingungsbefehls zu verbessern, wie in Schritt S16 von 3 gezeigt. Eine selbstlernende Steuerung ist ein Steuerverfahren, die die Einhaltung eines „periodischen Befehls mit einem vorbestimmten wiederholten Muster“ verbessert und die Positionsabweichung kann verringert werden, während der Zyklus vom ersten Zyklus zum zweiten Zyklus, vom zweiten Zyklus zum dritten Zyklus usw. fortschreitet. Genauer werden Positionsabweichungen für eine vorbestimmte Anzahl an Schwingungszyklen des Werkstücks W und des Werkzeugs 11 erlernt und als Korrekturbeträge festgelegt, wodurch eine Vergrößerung einer durch den Schwingungsbefehl verursachten periodischen Positionsabweichung verhindert wird.
Als Ergebnis nähert sich die tatsächliche Position des Werkzeugs 11 allmählich den Befehlswertkurven A1, A2, A3 usw. an und stimmt letztendlich mit den Befehlswertkurven A1, A2, A3 usw. überein. In einem solchen Fall, da die Befehlswertkurven A1, A2, A3 usw. überlappende Abschnitte B1, B2, B3, B4 usw. aufweisen, wie oben beschrieben, kann pulsierendes Schneiden zuverlässig durchgeführt werden und der Abrieb kann zuverlässig zerkleinert werden.
Darüber hinaus hängt die Lernbandbreite von der Schwingungsfrequenz des Schwingungsbefehls ab, um den Schwingungsbefehl das Lernziel zu machen. Die Lernbandbreite für die selbstlernende Steuerung weist eine Obergrenze auf, und wenn die Schwingungsfrequenz die Obergrenze überschreitet, konvergiert der Lernvorgang nicht und es verbleibt eine Positionsabweichung. Als Ergebnis wird Abrieb nicht zufriedenstellend gebildet. Deshalb ist es in der vorliegenden Ausführungsform notwendig, eine optimale Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude innerhalb eines Bereichs zu erhalten, in dem eine selbstlernende Steuerung durchgeführt werden kann.
Genauer kann die Schwingungsfrequenz des Schwingungsbefehls ähnlich wie bei einem Drehmomentreduktionsverfahren niedrig gehalten werden, indem die Länge des Abriebs angepasst (verlängert) wird, wie später beschrieben wird, und die Lernbandbreite kann berücksichtigt werden. Natürlich kann die Vorschubrate reduziert werden, falls eine Modifikation der Bearbeitungsbedingungen möglich ist.
Darüber hinaus kann das erforderliche Drehmoment beim Vibrationsschneiden der vorliegenden Ausführungsform minimiert werden, da die optimale Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude erhalten werden. Falls das erforderliche Drehmoment minimiert werden kann, kann jedoch eine Drehmomentsättigung auftreten, was verhindert werden muss. Wenn ferner eine selbstlernende Steuerung angewandt wird, erhöht sich das Drehmoment und eine Drehmomentsättigung tritt wahrscheinlicher auf. Deshalb ist es in der vorliegenden Ausführungsform notwendig, eine optimale Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude innerhalb eines Bereichs zu erhalten, der keine Drehmomentsättigung verursacht.
Genauer kann die Schwingungsfrequenz des Schwingungsbefehls niedrig gehalten werden, indem die Länge des Abriebs angepasst (verlängert) wird, wie später beschrieben wird, und das erforderliche Drehmoment kann reduziert werden. Natürlich kann die Vorschubrate reduziert werden, falls eine Modifikation der Bearbeitungsbedingungen möglich ist.
Die Schwingungsamplitude ist vorzugsweise so klein wie möglich, sodass ein längerer Abrieb gebildet wird, wenn die Schwingungsfrequenz niedrig ist. Zu einem solchen Zeitpunkt kann das Drehmoment gering sein, das für die Spindel M0 und die Vorschubachsen M1, M2 usw. erforderlich ist. Umgekehrt erhöht sich das für die Vorschubachsen M1, M2 usw. erforderliche Drehmoment ebenfalls, wenn die Schwingungsamplitude groß ist. Wenn die Schwingungsfrequenz hoch ist, wird die Länge des Abriebs kurz und das für die Vorschubachsen M1, M2 usw. erforderliche Drehmoment erhöht sich ebenfalls.
Wenn ein Betreiber eine gewünschte Abrieblänge anfordert, kann der Betreiber die gewünschte Abrieblänge in den Schwingungsbefehlserzeugungsteil 23 eingeben. Als Ergebnis erzeugt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil 23 die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude auf Grundlage der gewünschten Abrieblänge. Wenn zum Beispiel kurzer Abrieb angefordert wird, kann eine Beschädigung des Werkstücks W verhindert werden, und wenn langer Abrieb angefordert wird, kann die Belastung des Werkzeugs 11 durch Unterdrücken des Drehmoments und der Lernbandbreite reduziert werden, was ermöglicht, dass der Lernvorgang leichter konvergiert.
Wieder auf 3 Bezug nehmend, führt der selbstlernende Steuerteil 26 in Schritt S16 die selbstlernende Steuerung wie oben beschrieben aus. Die Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils 26 wird dem Denormierungsteil 27 geliefert. In Schritt S17 wird die Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils 26 im Denormierungsteil 27 denormiert.
Natürlich ist der für die Denormierung verwendete repräsentative Wert dem repräsentativen Wert ähnlich, der im Normierungsteil 25 verwendet wurde. Wenn beispielsweise der Positionsbefehl Pc als der repräsentative Wert im Normierungsteil 25 verwendet wird, wird der Positionsbefehl Pc ebenfalls im Denormierungsteil 27 verwendet. Wenn gleichermaßen ein Produkt des Positionsbefehls Pc und des Drehzahlbefehls Vc der Spindel etc. als der repräsentative Wert im Normierungsteil 25 verwendet wird, wird das Produkt des Positionsbefehls Pc und des Drehzahlbefehls Vc der Spindel usw. ebenfalls als der repräsentative Wert im Denormierungsteil 27 verwendet.
Ferner addiert der zweite Addierteil 28 in Schritt S18 die normierte Ausgabe der selbstlernenden Steuerung zum resultierenden Befehl Sc als einen Korrekturbetrag. Danach erzeugt der Positionsgeschwindigkeitssteuerteil 29 den Geschwindigkeitsbefehl und den Drehmomentbefehl auf Grundlage des resultierenden Befehls Sc", zu dem die normierte Ausgabe addiert wurde, und gibt den Geschwindigkeitsbefehl und den Drehmomentbefehl an die Vorschubachse M1 aus. Die Vorschubachse M1 wird auf Grundlage eines solchen Befehls gesteuert.
6A und 6B sind Zeichnungen, die die Beziehung zwischen der Zeit und der Position des Werkzeugs nach dem Stand der Technik bzw. der ersten Ausführungsform zeigen. In diesen Zeichnungen repräsentiert die horizontale Achse die Zeit (s) und die vertikale Achse repräsentiert die Position (mm) des Werkzeugs oder der Vorschubachse M1. Die vertikale Achse entspricht der in 1 und 4 gezeigten Z-Richtung.
Ferner repräsentiert die gestrichelte Linie den Positionsbefehl Pc und die sinusförmige durchgezogene Kurve repräsentiert den resultierenden Befehl Sc". Die in 6A gezeigte durchgezogene Kurve, die den resultierenden Befehl Sc" repräsentiert, wurde jedoch keiner Verarbeitung durch den Normierungsteil 25 und den Denormierungsteil 27 unterzogen. Ferner repräsentiert die sinusförmige gestrichelte Kurve die erkannte Position Pd. Es ist zu beachten, dass sich der Stand der Technik von der oben beschriebenen Ausführungsform hauptsächlich darin unterscheidet, dass der Normierungsteil 25 und der Denormierungsteil 27 im Stand der Technik nicht verwendet werden.
In diesen Zeichnungen ist eine gerade Linie, die die Endposition Pz des zylindrischen Abschnitts W1 repräsentiert, bei einer Position von 50 mm gezeigt. Die Endposition Pz entspricht dem Eckteil Q zwischen dem zylindrischen Abschnitt W1 und dem Flansch W2.
In 6A und 6B wird der resultierende Befehl Sc" so generiert, dass er die Endposition Pz nicht überschreitet. Wie jedoch in 6A gezeigt, ist im Stand der Technik die Kurve der erkannten Position Pd lokal größer als die Endposition Pz. In einem solchen Fall wird ein Schnitt im Flansch W2 gebildet, der an den zylindrischen Abschnitt W1 gekoppelt ist, da sich das Werkzeug 11 lokal über die Endposition Pz hinaus bewegt. Deshalb ist im Stand der Technik die Übereinstimmung der erkannten Position Pd mit dem resultierenden Befehl Sc" gering.
Im in der 6B gezeigten ersten Ausführungsform wird eine Verarbeitung durch den Normierungsteil 25 und den Denormierungsteil 27 durchgeführt. Wie aus 6B usw. ersichtlich ist, verringert sich die Rate der Änderung des Positionsbefehls Pc unmittelbar vor der Endposition Pz allmählich. Anders ausgedrückt ist der Wert des Positionsbefehls Pc, wenn dem Denormierungsteil 27 die Ausgabe vom selbstlernenden Steuerteil 26 geliefert wird, unmittelbar vor der Endposition Pz kleiner als der Wert des Positionsbefehls Pc, wenn der resultierende Sc" in den selbstlernenden Steuerteil 26 eingegeben wird.
Wie oben beschrieben erhält und speichert der selbstlernende Steuerteil 26 den Korrekturbetrag und wendet den Korrekturbetrag nach einer Schwingungsperiode oder nach einer vorbestimmten Anzahl von Schwingungsperioden auf den resultierenden Befehl Sc an. Ferner wird die oben erwähnte Ausgabe im Denormierungsteil 27 unter Verwendung des Werts des Positionsbefehls Pc denormiert, wenn dem Denormierungsteil 27 die Ausgabe (der Korrekturbetrag) vom selbstlernenden Steuerteil 26 geliefert wird.
Deshalb wird die Ausgabe vom selbstlernenden Steuerteil 26 passend modifiziert, sodass sie mit dem Wert des Positionsbefehls Pc übereinstimmt, wenn dem Denormierungsteil 27 die Ausgabe (der Korrekturbetrag) vom selbstlernenden Steuerteil 26 geliefert wird. Als Ergebnis kann die Befehlseinhaltung verbessert werden, auch wenn Lernvorgänge eingesetzt werden. Deshalb wird, wie in 6B gezeigt, die Kurve der erkannten Position Pd nicht größer als die Endposition Pz, sodass es möglich ist, zu verhindern, dass ein Schnitt im Flansch W2 gebildet wird.
Wie oben erläutert wird der resultierende Befehl Sc' unter Verwendung des Positionsbefehls Pc und/oder des Drehzahlbefehls Vc der Spindel normiert, wenn das Werkstück W geschnitten wird, das einen verjüngten Abschnitt W3 enthält. Deshalb wird die Ausgabe (der Korrekturbetrag) unter Verwendung des Werts des Positionsbefehls Pc und/oder des Drehzahlbefehls Vc der Spindel denormiert, wenn dem Denormierungsteil 27 die Ausgabe (der Korrekturbetrag) des selbstlernenden Steuerteils 26 in Schritt S18 geliefert wird.
Wie oben erläutert, kann der Wert des Positionsbefehls Pc und/oder des Drehzahlbefehls Vc der Spindel, wenn der resultierende Befehl Sc in den selbstlernenden Steuerteil eingegeben wird, verschieden sein, wenn die Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils 26 dem Denormierungsteil 27 geliefert wird. In der zweiten Ausführungsform kann die Ausgabe in Übereinstimmung mit dem Wert des Positionsbefehls Pc und/oder der Drehzahl Vc der Spindel modifiziert werden, wenn diese vom selbstlernenden Steuerteil 26 ausgegeben werden, und die Befehlseinhaltung kann verbessert werden. Ferner ist klar, dass die Befehlseinhaltung weiter verbessert werden kann, wenn die Normierung unter Verwendung sowohl des Positionsbefehls Pc als auch des Drehzahlbefehls Vc der Spindel usw. oder unter Verwendung eines Produkts des Positionsbefehls Pc und des Drehzahlbefehls Vc der Spindel usw. durchgeführt wird.
Gesichtspunkte der vorliegenden Offenbarung
Nach dem ersten Gesichtspunkt wird eine Steuervorrichtung (20) zum Steuern einer Werkzeugmaschine (10) bereitgestellt, wobei die Werkzeugmaschine (10) eine Spindel (MO) zum relativen Drehen eines Werkstücks (W) und eines Werkzeugs (11) um eine Mittelachse des Werkstücks und mindestens eine Vorschubachse (M1, M2) zum relativen Vorschieben des Werkzeugs oder des Werkstücks entlang einer Erzeugenden einer Außenumfangsfläche oder einer Innenumfangsfläche des Werkstücks umfasst, wobei die Steuervorrichtung einen Positionsbefehlserzeugungsteil (30) zum Erzeugen eines Positionsbefehls für die mindestens eine Vorschubachse auf Basis einer relativen Drehzahl des Werkstücks und des Werkzeugs und einer relativen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs und des Werkstücks, einen Schwingungsbefehlserzeugungsteil (23), der einen Schwingungsbefehl für die mindestens eine Vorschubachse auf Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls erzeugt, sodass das Werkzeug das Werkstück mit einer Schwingungsfrequenz pulsierend schneidet, die ein positives, nicht ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl ist, einen ersten Addierteil (24) zum Erzeugen eines resultierenden Befehls, der erhalten wird, indem der Schwingungsbefehl zu einer positiven Abweichung addiert wird, die eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und einer tatsächlichen Position der mindestens einen Vorschubachse ist, einen Normierungsteil (25) zum Normieren des resultierenden Befehls, einen selbstlernenden Steuerteil (26), der einen Korrekturbetrag des resultierenden Befehls auf Basis einer Schwingungsphase erhält, der aus dem Schwingungsbefehl und einem normierten resultierenden Befehl erhalten wurde, und der den Korrekturbetrag zum resultierenden Betrag addiert, einen Denormierungsteil (27) zum Denormieren der Normierung einer Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils, und einen zweiten Addierteil (28) zum Addieren einer durch den Denormierungsteil denormierten Ausgabe zum resultierenden Befehl umfasst.
Nach dem zweiten Gesichtspunkt berechnet der Schwingungsbefehlserzeugungsteil im ersten Gesichtspunkt die Schwingungsfrequenz des Schwingungsbefehls aus der Drehzahl und berechnet die Schwingungsamplitude des Schwingungsbefehls aus dem Positionsbefehl.
Nach dem dritten Gesichtspunkt normiert der Normierteil im ersten Gesichtspunkt den resultierenden Befehl unter Verwendung mindestens entweder des Positionsbefehls und/oder der Drehzahl.
Nach dem vierten Gesichtspunkt denormiert der Denormierungsteil im dritten Gesichtspunkt die Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils unter Verwendung mindestens entweder des Positionsbefehls und/oder der Drehzahl, die vom Normierteil verwendet wurden.
Nach dem fünften Gesichtspunkt erzeugt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil in einem vom ersten bis zum vierten Gesichtspunkt den Schwingungsbefehl durch Subtrahieren der Schwingungsamplitude von einer Bezugsachse einer Cosinuswelle als einen Offsetwert.
Nach dem sechsten Gesichtspunkt erzeugt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil in einem vom ersten bis zum fünften Gesichtspunkt eine Schwingungsfrequenz des Schwingungsbefehls, sodass das Werkstück oder das Werkzeug jedes Mal um einen halben Zyklus verschoben wird, wenn das Werkstück oder das Werkzeug eine Umdrehung auf Grundlage der Drehzahl durchführt, und erzeugt die Schwingungsamplitude des Schwingungsbefehls auf Grundlage der Vorschubgeschwindigkeit.
Nach dem siebten Gesichtspunkt erzeugt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil in einem vom ersten bis zum sechsten Gesichtspunkt die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude, sodass das Drehmoment der mindestens einen Vorschubachse einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Nach dem achten Gesichtspunkt erzeugt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil in einem vom ersten bis zum siebten Gesichtspunkt die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude auf Grundlage eines Steuerbands des selbstlernenden Steuerteils, sodass der Lernvorgang konvergiert.
Nach dem neunten Gesichtspunkt erzeugt der Schwingungsbefehlserzeugungsteil in einem vom ersten bis zum achten Gesichtspunkt die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude auf Grundlage einer gewünschten Länge von Abrieb, der vom Werkzeug erzeugt wird, das das Werkstück bearbeitet.
Nach dem zehnten Gesichtspunkt ist in einem vom ersten bis zum neunten Gesichtspunkt das Werkstück zumindest teilweise rotationssymmetrisch und weist einen abgestuften Teil in einem Querschnitt entlang der Mittelachse davon auf.
Wirkungen der Gesichtspunkte
Im ersten Gesichtspunkt wird der resultierende Befehl unter Verwendung eines repräsentativen Werts normiert, beispielsweise des Positionsbefehls, und wird in den selbstlernenden Steuerteil eingegeben, und die Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils wird unter Verwendung des repräsentativen Werts, zum Beispiel des Positionsbefehls, denormiert. Deshalb kann auf die Änderung im repräsentativen Wert leicht reagiert werden, auch wenn der repräsentative Wert zum Zeitpunkt der Eingabe in den selbstlernenden Steuerteil vom repräsentativen Wert zum Zeitpunkt der Ausgabe verschieden ist, da der resultierende Befehl unter Verwendung des repräsentativen Werts zum Zeitpunkt der Ausgabe denormiert wird. Der repräsentative Wert ist beispielsweise der Positionsbefehl. Deshalb kann die Befehlseinhaltung verbessert werden, auch wenn eine selbstlernende Steuerung eingesetzt wird.
Im zweiten Gesichtspunkt ist es möglich, die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude passend zu erhalten.
Im dritten Aspekt kann die Normierung unter Verwendung des Positionsbefehls durchgeführt werden, wenn das Werkstück einen zylindrischen Abschnitt enthält. Deshalb kann die Ausgabe in Übereinstimmung mit dem vom selbstlernenden Steuerteil ausgegebenen Positionsbefehl modifiziert werden, auch wenn sich der Positionsbefehl zum Zeitpunkt der Eingabe in den selbstlernenden Steuerteil vom Positionsbefehl zum Zeitpunkt der Ausgabe vom selbstlernenden Steuerteil unterscheidet, und die Befehlseinhaltung kann verbessert werden. Ferner kann die Normierung unter Verwendung des Positionsbefehls und/oder der Drehzahl der Spindel durchgeführt werden, wenn das Werkstück einen konischen oder abgestumpften konischen Abschnitt aufweist. Deshalb kann die Ausgabe in Übereinstimmung mit dem vom selbstlernenden Steuerteil ausgegebenen Positionsbefehl und/oder der vom selbstlernenden Steuerteil ausgegebenen Drehzahl der Spindel modifiziert werden, auch wenn sich der Positionsbefehl und/oder die Drehzahl der Spindel zum Zeitpunkt der Eingabe in den selbstlernenden Steuerteil vom Positionsbefehl und/oder der Drehzahl der Spindel zum Zeitpunkt der Ausgabe vom selbstlernenden Steuerteil unterscheidet, und die Befehlseinhaltung kann verbessert werden. Wenn die Normierung unter Verwendung sowohl des Positionsbefehls als auch der Drehzahl der Spindel durchgeführt wird, kann die Befehlseinhaltung weiter verbessert werden.
Im vierten Gesichtspunkt wird die Denormierung unter Verwendung des gleichen repräsentativen Werts wie der im Normierungsteil verwendete repräsentative Wert durchgeführt und die Ausgabe aus dem selbstlernenden Steuerteil kann geeignet denormiert werden.
Im zehnten Gesichtspunkt ist es möglich, zu verhindern, dass Schnitte im Werkstück gebildet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, würden Fachleute erkennen, dass die oben beschriebenen Modifikationen der Ausführungsformen und verschiedene andere Modifikationen, Weglassungen und Ergänzungen vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Steuervorrichtung (20) zum Steuern einer Werkzeugmaschine (10), wobei die Werkzeugmaschine (10) umfasst: eine Spindel (M0) zum relativen Drehen eines Werkstücks (W) und eines Werkzeugs (11) um eine Mittelachse des Werkstücks; und mindestens eine Vorschubachse (M1, M2) zum relativen Vorschieben des Werkzeugs oder des Werkstücks entlang einer Erzeugenden einer Außenumfangsfläche oder einer Innenumfangsfläche des Werkstücks; wobei die Steuervorrichtung umfasst: einen Positionsbefehlserzeugungsteil (30) zum Erzeugen eines Positionsbefehls für die mindestens eine Vorschubachse auf Basis einer relativen Drehzahl des Werkstücks und des Werkzeugs und einer relativen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs und des Werkstücks; mindestens ein Positionserfassungsteil zum Erfassen einer aktuellen Position der mindestens einen Vorschubachse, einen Schwingungsbefehlserzeugungsteil (23), der einen Schwingungsbefehl für die mindestens eine Vorschubachse auf Basis der Drehzahl und des Positionsbefehls erzeugt, sodass das Werkzeug das Werkstück mit einer Schwingungsfrequenz pulsierend schneidet, die ein positives, nicht ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl ist; einen ersten Addierteil (24) zum Erzeugen eines resultierenden Befehls, der erhalten wird, indem der Schwingungsbefehl zu einer positiven Abweichung addiert wird, die eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und einer tatsächlichen Position der mindestens einen Vorschubachse ist, die von dem mindestens einen Positionserfassungsteil erfasst wurde; einen Normierungsteil (25) zum Normieren des resultierenden Befehls bezüglich eines repräsentativen Wertes und zum Erzeugen eines normierten resultierenden Befehls, der nicht von dem Einheitensystem abhängt, wobei der repräsentative Wert mindestens einer eines Positionsbefehls der mindestens einen Vorschubachse und eines Drehzahlbefehls der Spindel ist; wobei die Steuervorrichtung ferner umfasst: einen selbstlernenden Steuerteil (26), der einen Korrekturbetrag des resultierenden Befehls auf Basis einer Schwingungsphase erhält, der aus dem Schwingungsbefehl und einem normierten resultierenden Befehl erhalten wurde, und der den Korrekturbetrag zum resultierenden Betrag addiert; einen Denormierungsteil (27) zum Denormieren einer Ausgabe des selbstlernenden Steuerteils mit einem repräsentativen Wert, der derselbe ist, wie der repräsentative Wert, der in dem Normierungsteil verwendet wird; und einen zweiten Addierteil (28) zum Addieren einer durch den Denormierungsteil denormierten Ausgabe zum resultierenden Befehl.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schwingungsbefehlserzeugungsteil die Schwingungsfrequenz des Schwingungsbefehls aus der Drehzahl berechnet und eine Schwingungsamplitude des Schwingungsbefehls aus dem Positionsbefehl berechnet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Schwingungsbefehlserzeugungsteil den Schwingungsbefehl durch Subtrahieren der Schwingungsamplitude von einer Bezugsachse einer Cosinuswelle als einen Offsetwert erzeugt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schwingungsbefehlserzeugungsteil die Schwingungsfrequenz des Schwingungsbefehls erzeugt, sodass das Werkstück oder das Werkzeug jedes Mal um einen halben Zyklus verschoben wird, wenn das Werkstück oder das Werkzeug eine Umdrehung auf Grundlage der Drehzahl durchführt, und wobei der Schwingungsbefehlserzeugungsteil die Schwingungsamplitude des Schwingungsbefehls auf Grundlage der Vorschubgeschwindigkeit erzeugt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schwingungsbefehlserzeugungsteil die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude erzeugt, sodass das Drehmoment der mindestens einen Vorschubachse einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schwingungsbefehlserzeugungsteil die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude auf Grundlage eines Steuerbands des selbstlernenden Steuerteils erzeugt, sodass der Lernvorgang konvergiert.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schwingungsbefehlserzeugungsteil die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude auf Grundlage einer gewünschten Länge von Abrieb erzeugt, der vom Werkzeug erzeugt wird, das das Werkstück bearbeitet.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Werkstück zumindest teilweise rotationssymmetrisch ist und einen abgestuften Teil in einem Querschnitt entlang der Mittelachse davon aufweist.