DE102019007563A1

DE102019007563A1 - Numerische Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102019007563A1
Application number: DE102019007563.3A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Hada; Osamu Hanaoka; Jost Kurzrock
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-04-30
Also published as: CN111123842A; US20200133225A1; CN111123842B; JP6878378B2; US11460824B2; JP2020071734A

Abstract

Eine numerische Steuervorrichtung ist mit einer Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Werkzeugmaschine zu steuern und an relativen Positionen eines Werkzeugs und eines Werkstücks Rückführungsdaten zu erfassen, einer Bearbeitungssimulationseinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf einem Bearbeitungsprogramm eine Simulationsverarbeitung für eine maschinelle Bearbeitung durchzuführen und die Form des bearbeiteten Werkstücks zu erzeugen, und einer Anzeigeeinheit ausgestattet, die dazu eingerichtet ist, die durch die Bearbeitungssimulationseinheit erzeugte bearbeitete Werkstückform anzuzeigen. Die Bearbeitungssimulationseinheit führt unter Verwendung der durch die Steuereinheit erfassten Rückführungsdaten anstelle der auf einem Befehl des Bearbeitungsprogramms basierenden relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück eine Bearbeitungssimulationsverarbeitung durch.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung und im Besonderen eine numerische Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, basierend auf Rückführungsdaten eine optimale Achseneinstellung durchzuführen.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Bei einer numerischen Steuervorrichtung wird basierend auf einer Berechnung relativer Bahnen für ein Werkzeug und ein Werkstück anhand eines Bearbeitungsprogramms eine Simulation einer maschinellen Bearbeitung durchgeführt, wodurch beispielsweise der Bearbeitungszustand und die Bearbeitungsform ermittelt und eine gegenseitige Beeinträchtigung zwischen dem Werkzeug und einer Einspanneinrichtung, einem Tisch, dem Werkstück und dergleichen überprüft wird. Selbst wenn nach der Durchführung der Bearbeitungssimulation für ein bestimmtes Bearbeitungsprogramm bestätigt wird, dass die Bearbeitungsform und die gegenseitige Beeinträchtigung kein Problem darstellen, kann die Oberflächengüte einer bearbeiteten Oberfläche dennoch manchmal beeinflusst werden, da eine Werkzeugmaschine durch eine Beschleunigung und einen Ruck einer Antriebsachse in Schwingung versetzt wird, wenn das Bearbeitungsprogramm zum tatsächlichen Bearbeiten des Werkstücks ausgeführt wird.
Bei einer herkömmlichen Bearbeitungssimulation hingegen werden relative Bahnen des Werkzeugs und des Werkstücks basierend auf dem Bearbeitungsprogramm berechnet. Obgleich bei dieser herkömmlichen Bearbeitungssimulation die Beschleunigung jeder Achse berücksichtigt wird, wird dies nur durchgeführt, um die Bearbeitungszeit zu berechnen, wobei es schwierig ist, auch durch Beschleunigung und Ruck verursachte Schwingungen zu simulieren (z.B. offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-243152 ). Mit anderen Worten, bei der herkömmlichen Bearbeitungssimulation wird der Einfluss mechanischer Schwingungen auf die Güte der bearbeiteten Oberfläche nicht berücksichtigt und es ist schwierig, diese Situation vorab durch die Bearbeitungssimulation festzustellen. Somit kann, wenn eine für mechanische Schwingungen anfällige Qualitätsbearbeitung erforderlich ist, die Oberflächengüte nicht festgestellt werden, sofern das Werkstück nicht tatsächlich bearbeitet wird.
Gemäß einer alternativen Technik zum Ermitteln von während einer maschinellen Bearbeitung erzeugten Schwingungen kann durch Antreiben (oder einen Leerlauf) einer Achse einer Werkzeugmaschine ohne eingesetztes zu bearbeitendes Werkstück und Erfassen relativer Positionen (Rückführungsdaten) eines tatsächlichen Werkzeugs und eines Werkstücks von einem Servomechanismus eine auf der Berücksichtigung des Einflusses mechanischer Schwingungen basierende Bearbeitungssimulation ausgeführt werden.
8 ist ein Anzeigebeispiel für Bearbeitungsbahnen, das auf der Bearbeitungssimulation unter Berücksichtigung mechanischer Schwingungen und unter Verwendung von im Leerlauf erfassten Rückführungsdaten basiert. In dieser Zeichnung repräsentieren Kreise und eine Kurve, die durch gestrichelte Linien dargestellt sind, eine durch das Bearbeitungsprogramm angewiesene Bearbeitungsbahn. Kreise und eine Kurve, die durch durchgezogene Linien dargestellt sind, hingegen repräsentieren eine Bearbeitungsbahn, die auf der Berücksichtigung mechanischer Schwingungen und der Verwendung der in einem Leerlaufzustand erfassten Rückführungsdaten basiert. In 8 stellen zwischen den gestrichelten und durchgezogenen Kreisen eingezeichnete Pfeile Fehler zwischen der durch das Bearbeitungsprogramm angewiesenen Bearbeitungsbahn und der auf der Berücksichtigung mechanischer Schwingungen basierenden Bearbeitungsbahn dar. Durch Verwendung der obigen Technik in dieser Weise können die Bearbeitungsbahnen bei einer tatsächlichen Werkstückbearbeitung ermittelt und der Einfluss mechanischer Schwingungen oder dergleichen auf die Güte der bearbeiteten Oberfläche festgestellt werden.
Es besteht jedoch weiterhin dahingehend ein Problem, dass die obige Technik eine Funktion darstellt, die dazu fähig ist, lediglich den Einfluss mechanischer Schwingungen oder dergleichen auf die Güte der bearbeiteten Oberfläche festzustellen, aber keine Maßnahme zum Bestimmen der Mittel zum Verbessern der Werkstückoberflächengüte darstellen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine numerische Steuervorrichtung bereitzustellen, die es einem Arbeiter ermöglicht, basierend auf Rückführungsdaten eine optimale Achseneinstellung zu ermitteln.
Die vorliegende Erfindung löst die vorstehenden Probleme durch Bereitstellen einer numerischen Steuervorrichtung mit einer Funktion zum Anzeigen des Ergebnisses einer Bearbeitungssimulation, die auf während eines Leerlaufs erfassten Rückführungsdaten zum Antreiben einer Achse einer Werkzeugmaschine ohne eingesetztes Werkstück basiert.
Außerdem ist die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung dazu eingerichtet, durch Erhalten der während des Leerlaufs erfassten Rückführungsdaten zum Antreiben der Achse der Werkzeugmaschine ohne eingesetztes Werkstück und Befehlsdaten eines Bearbeitungsprogramms oder Differenzen (Bahnfehler) zwischen den Rückführungsdaten und CAD-Daten die Schwingungen der Achse quantitativ bestimmen zu können, so dass durch Reflektieren der erhaltenen Bahnfehler im Bearbeitungssimulationsergebnis die Bearbeitungsposition, an der die Schwingungen erzeugt werden, visuell festgestellt werden kann.
Des Weiteren kann durch Durchführen einer hochgenauen grafischen Anzeige einer Bearbeitungssimulation nur für die Teile, die große Bahnfehler aufweisen, eine Oberflächengüte genauer festgestellt werden. Durch Anzeigen der Bahnfehler aufgeteilt in Koordinatenrichtungskomponenten (x, y, z) oder in Komponenten in den relativen Bewegungsrichtungen des Werkzeugs und des Werkstücks an den einzelnen Bearbeitungspositionen und Komponenten senkrecht zu den relativen Bewegungsrichtungen des Werkzeugs und des Werkstücks kann bestimmt werden, ob die Schwingungen die maschinelle Bearbeitung nicht beeinflussen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine numerische Steuervorrichtung dazu eingerichtet, ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine und ein Werkstück basierend auf einem Bearbeitungsprogramm relativ zu steuern, wodurch das Werkstück bearbeitet wird, und umfasst eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Werkzeugmaschine zu steuern und an relativen Positionen des Werkzeugs und des Werkstücks Rückführungsdaten zu erfassen, eine Bearbeitungssimulationseinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Bearbeitungsprogramm eine Simulationsverarbeitung für eine maschinelle Bearbeitung durchzuführen und die Form des bearbeiteten Werkstücks zu erzeugen, und eine Anzeigeeinheit, die dazu eingerichtet ist, die durch die Bearbeitungssimulationseinheit erzeugte bearbeitete Werkstückform anzuzeigen. Die Bearbeitungssimulationseinheit führt unter Verwendung der durch die Steuereinheit erfassten Rückführungsdaten anstelle der auf einem Befehl des Bearbeitungsprogramms basierenden relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück eine Bearbeitungssimulationsverarbeitung durch.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein dem tatsächlichen Bearbeitungsergebnis sehr ähnliches Simulationsergebnis durch Durchführen der auf tatsächlichen Achsenbetriebsdaten basierenden Bearbeitungssimulationsverarbeitung ermittelt werden. Folglich ist weder ein Lernen durch Versuch und Irrtum noch eine tatsächliche maschinelle Bearbeitung notwendig, so dass ein unnötiger Werkzeugverschleiß verringert werden kann. Außerdem kann durch Reflektieren der Bahnfehler im Simulationsergebnis ein Arbeiter den Einfluss von Schwingungen auf eine bearbeitete Oberfläche feststellen.
Figurenliste
Die vorstehenden und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor. Es zeigt:

1 eine schematische Hardwarekonfigurationsdarstellung einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Bearbeitungssimulationsergebnisanzeige darstellt;
4 ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 eine Darstellung, die ein Verfahren zum Berechnen von Bahnfehlern zeigt;
6 eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel für die Bearbeitungssimulationsergebnisanzeige darstellt;
7 ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; und
8 ein Anzeigebeispiel für Bearbeitungsbahnen gemäß dem Stand der Technik, das auf einer Bearbeitungssimulation unter Berücksichtigung mechanischer Schwingungen basiert.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Hardwarekonfigurationsdarstellung, die wesentliche Teile einer numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Eine CPU (Zentraleinheit) 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Prozessor zum allgemeinen Steuern der numerischen Steuervorrichtung 1. Die CPU 11 liest über einen Bus 20 ein in einem ROM 12 gespeichertes Systemprogramm aus und steuert die gesamte numerische Steuervorrichtung 1 gemäß diesem Systemprogramm. In einem RAM 13 werden temporäre Berechnungsdaten und Anzeigedaten, verschiedene extern eingegebene Daten und dergleichen zwischengespeichert.
Ein nichtflüchtiger Speicher 14 wird beispielsweise durch einen Speicher, einen SSD (Solid State Drive) oder dergleichen gebildet, der durch eine Batterie (nicht gezeigt) gestützt wird, so dass sein Speicherzustand selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn die numerische Steuervorrichtung 1 abgeschaltet wird. Im nichtflüchtigen Speicher 14 werden Bearbeitungsprogramme und CAD-Daten, die über eine Schnittstelle 15 aus einem externen Gerät 72 ausgelesen werden, ein über eine Anzeige-/MDI-Einheit 70 eingegebenes Bearbeitungsprogramm, und verschiedene Daten gespeichtert, die von verschiedenen Teilen der numerischen Steuervorrichtung 1, einer Werkzeugmaschine, Sensoren und dergleichen erfasst werden. Die im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeicherten Bearbeitungsprogramme und verschiedenen Daten können während ihrer Ausführung und Verwendung im RAM 13 entwickelt werden. Außerdem werden verschiedene Systemprogramme, wie etwa ein herkömmliches Analyseprogramm und ein Simulationsprogramm, vorab in das ROM 12 geschrieben.
Die Schnittstelle 15 ist eine Schnittstelle zum Verbinden der numerischen Steuervorrichtung 1 und des externen Geräts 72, das ein USB-Gerät umfasst. Ein Steuerprogramm, verschiedene Parameter und dergleichen werden aus dem externen Gerät 72 ausgelesen. Des Weiteren können das Steuerprogramm, verschiedene Parameter und dergleichen, die in der numerischen Steuervorrichtung 1 editiert werden, über das externe Gerät 72 in einer externen Speichereinrichtung gespeichert werden. Eine PMC (Programmable Machine Controller/programmierbare Maschinensteuereinrichtung) 16 steuert die Werkzeugmaschine und ihre Peripheriegeräte (z.B. Aktoren, wie etwa einen Werkzeugwechsler und einen Roboter, an der Werkzeugmaschine angebrachte Sensoren etc.) durch Ausgeben von Signalen an diese über eine Ein-/Ausgabe-Einheit 17 gemäß einem in die numerische Steuervorrichtung 1 eingebauten Sequenzprogramm. Wenn von verschiedenen Schaltern an einem Bedienpanel am Hauptkörper der Werkzeugmaschine und den Peripheriegeräten Signale empfangen werden, werden diese außerdem einer notwendigen Signalverarbeitung unterzogen und dann an die CPU 11 übermittelt.
Die Anzeige-/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabe- (MDI/Manual Data Input) Einrichtung, die mit einer Anzeigeeinrichtung, einer Tastatur und dergleichen ausgestattet ist, und eine Schnittstelle 18 empfängt Befehle und Daten von der Tastatur der Anzeige-/MDI-Einheit 70 und übermittelt diese an die CPU 11. Ferner können von der Anzeige-/MDI-Einheit 70 Daten bezüglich einer Anzeigeleistung, etwa der Auflösung, einer tatsächlichen Abmessung und dergleichen eines Anzeigebildschirms, erfasst werden. Eine Schnittstelle 19 ist mit einem Bedienpanel 71 verbunden, das mit einem manuellen Impulsgeber oder dergleichen ausgestattet ist, der dazu verwendet wird, die einzelnen Achsen manuell anzutreiben.
Eine Achsensteuerschaltung 30 zum Steuern der Achsen der Werkzeugmaschine empfängt einen Bewegungsbefehlsbetrag für jede Achse von der CPU 11 und gibt einen Befehl für die Achse an einen Servoverstärker 40 aus. Bei Empfang dieses Befehls treibt der Servoverstärker 40 einen Servomotor 50 zum Bewegen der Achsen der Werkzeugmaschine an. Der Servomotor 50 der Achse weist einen eingebauten Positions-/Drehzahldetektor auf. Eine Positions-/Drehzahlrückführungsregelung wird durch Rückführen eines Positions-/Drehzahlrückführungssignals von diesem Positions-/Drehzahldetektor zur Achsensteuerschaltung 30 durchgeführt. In der Hardwarekonfigurationsdarstellung von 1 beträgt die dargestellte Anzahl der Achsensteuerschaltung 30, des Servoverstärkers 40 und des Servomotors 50 jeweils nur eins. Tatsächlich werden diese Elemente jedoch in einer der Anzahl der Achsen der Werkzeugmaschine entsprechenden Anzahl bereitgestellt.
Bei Empfang eines Spindeldrehbefehls gibt eine Spindelsteuerschaltung 60 ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 61 aus. Bei Empfang dieses Spindeldrehzahlsignals dreht der Spindelverstärker 61 einen Spindelmotor 62 der Werkzeugmaschine mit einer angewiesenen Drehzahl, wodurch ein Werkzeug angetrieben wird. Der Spindelmotor 62 ist mit einem Positionscodierer 63 verbunden. Der Positionscodierer 63 gibt synchron zur Drehung der Spindel Rückführungsimpulse aus, wobei die Rückführungsimpulse durch die CPU 11 gelesen werden.
2 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Jeder in 2 dargestellte Funktionsblock wird implementiert, wenn die in 1 gezeigte CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 das Systemprogramm ausführt und den Betrieb jedes Teils der numerischen Steuervorrichtung 1 steuert.
Die numerische Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Steuereinheit 100, eine Bearbeitungssimulationseinheit 110 und eine Anzeigeeinheit 130, wobei ein Bearbeitungsprogramm 200 als Gegenstand der Bearbeitungssimulation vorab im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert wird.
Die Steuereinheit 100 ist eine Funktionseinheit zum Steuern verschiedener Teile einer Werkzeugmaschine 2 (die durch den Servomotor 50 und den Spindelmotor 62 aus 1 angetrieben wird) basierend auf einem durch einen Arbeiter durchgeführten Steuerungsbetrieb eines Bedienpanels (nicht gezeigt) oder einem aus dem Bearbeitungsprogramm 200 oder dergleichen erfassten Befehl, das im nichtflüchtigen Speicher 14 oder dergleichen gespeichert ist. Die Steuereinheit 100 führt eine Steuerung durch, um für jede Steuerperiode Befehlsdaten zur Änderung des Winkels jeder Achse der Werkzeugmaschine an den Servomotor 50 zum Antreiben der Achse auszugeben, wenn der aus dem Bearbeitungsprogramm 200 erfasste Befehl beispielsweise jede Achse dazu anhält, sich zu bewegen. Somit weist die Steuereinheit 100 eine Funktion zur allgemeinen Steuerung auf, die zum Steuern der einzelnen Teile der Werkzeugmaschine 2 erforderlich ist. Außerdem erfasst die Steuereinheit 100 Rückführungsdaten (Motorstromwert, Motorposition, Drehzahl, Beschleunigung, Motordrehmoment etc.) jedes Motors zum Antreiben der Werkzeugmaschine 2 und gibt die erfassten Motorrückführungsdaten an die Bearbeitungssimulationseinheit 110 aus.
Die Bearbeitungssimulationseinheit 110 simuliert einen Bearbeitungsvorgang der Werkzeugmaschine 2 basierend auf dem Befehl, der aus dem im nichtflüchtigen Speicher 14 oder dergleichen gespeicherten Bearbeitungsprogramm 200 erfasst wird, und den von der Steuereinheit 100 eingegebenen Motorrückführungsdaten. Folglich erzeugt die Bearbeitungssimulationseinheit 110 als Ergebnis einer allgemeinen Bearbeitungssimulationsverarbeitung Daten, wie etwa relative Bewegungsbahnen für das Werkzeug und ein Werkstück während einer maschinellen Bearbeitung, die Belastung des Werkzeugs, die Zyklusdauer während der maschinellen Bearbeitung, die bearbeitete Werkstückform und dergleichen, und gibt diese aus. Bei der Bearbeitungssimulationsverarbeitung gemäß dem Stand der Technik werden die relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück basierend auf dem aus dem Bearbeitungsprogramm 200 erfassten Befehl erzeugt und die bearbeitete Werkstückform wird als Simulationsergebnis basierend auf den erzeugten Bewegungsbahnen (und der Werkzeugform etc.) erzeugt. Im Unterschied dazu verwendet die Bearbeitungssimulationseinheit 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner die von der Steuereinheit 100 eingegebenen Rückführungsdaten anstelle der relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück, die in der Bearbeitungssimulationsverarbeitung basierend auf dem aus dem Bearbeitungsprogramm 200 erfassten Befehl erzeugt werden. Die Bearbeitungssimulationseinheit 110 kann ferner voreingestellte Spezifikationen der Werkzeugmaschine, Daten bezüglich des Werkstücks und dergleichen verwenden. Außerdem kann die Bearbeitungssimulationseinheit 110 basierend auf den CAD-Daten anstelle des Bearbeitungsprogramms 200 eine Bearbeitungssimulation durchführen. Auch in diesem Fall wird die bearbeitete Werkstückform basierend auf den Rückführungsdaten erzeugt. Ein allgemein bekanntes Bearbeitungssimulationsverfahren kann in der durch die Bearbeitungssimulationseinheit 110 durchgeführten Bearbeitungssimulationsverarbeitung in geeigneter Weise für andere Verarbeitungsschritte oder Funktionen verwendet werden.
Die Anzeigeeinheit 130 ist eine Funktionseinheit zum Anzeigen von Daten des Ergebnisses der Bearbeitungssimulationsverarbeitung der Bearbeitungssimulationseinheit 110 mittels einer dreidimensionalen Anzeige oder dergleichen auf der Anzeige-/MDI-Einheit 70. Die Anzeigeeinheit 130 zeigt die bearbeitete Werkstückform als Ergebnis, das erhalten wird, wenn die Bearbeitungssimulationseinheit 110 die Bearbeitungssimulationsverarbeitung beispielsweise unter Verwendung der Rückführungsdaten durchführt, auf der Anzeige-/MDI-Einheit 70 an. Abhängig von der Bedienung der Anzeige-/MDI-Einheit 70 durch den Arbeiter kann die Anzeigeeinheit 130 beispielsweise eine vergrößerte Anzeige der Details der bearbeiteten Werkstückform durchführen.
3 ist eine Ansicht, die schematisch die bearbeitete Werkstückform zeigt, die als Ergebnis der Ausführung der auf den Rückführungsdaten basierenden Bearbeitungssimulationsverarbeitung durch die Bearbeitungssimulationseinheit 110 erzeugt wird. Die obere Ansicht von 3 zeigt die durch die Bearbeitungssimulationseinheit 110 erzeugte bearbeitete Werkstückform im Ganzen, während die untere Ansicht von 3 einen vergrößerten Teil der Werkstückform zeigt. Die Bearbeitungssimulationseinheit 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Rückführungsdaten vom Motor zum Erzeugen der bearbeiteten Werkstückform. Die tatsächlichen relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück, wenn die Bearbeitungssimulationsverarbeitung 200 gemäß dem Bearbeitungsprogramm 200 ausgeführt wird, werden in der auf diese Weise erzeugten bearbeiteten Werkstückform reflektiert. Daher werden Bearbeitungsfehler, die an den Teilen verursacht werden, an denen beispielsweise aufgrund einer übermäßig hohen Beschleunigung oder eines Rucks während Relativbewegungen des Werkzeugs und des Werkstücks Schwingungen oder dergleichen erzeugt werden, in der bearbeiteten Werkstückform reflektiert, die in der Bearbeitungssimulationsverarbeitung durch die Bearbeitungssimulationseinheit 110 erzeugt werden.
Die derart ausgeführte numerische Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform kann durch Durchführen der Bearbeitungssimulationsverarbeitung basierend auf Rückführungsdaten als tatsächliche Achsenbetriebsdaten eine dem tatsächlichen Bearbeitungsergebnis sehr ähnliche Bearbeitungssimulation erzielen. Außerdem werden die durch eine hohe Beschleunigung, einen Ruck oder dergleichen verursachten Bearbeitungsfehler in der als Ergebnis der Bearbeitungssimulation erzeugten bearbeiteten Werkstückform reflektiert. Daher kann der Arbeiter, der die Anzeige der bearbeiteten Werkstückform gesehen hat, die Positionen überprüfen, an denen die Bearbeitungsfehler aufgetreten sind, und auf die Achsenbewegungen bezogene Parameter an den betroffenen Teilen einstellen. Im Besonderen hat die Bearbeitungssimulationsverarbeitung in den vergangenen Jahren die Erzeugung einer präzise bearbeiteten Werkstückform ermöglicht. Der Arbeiter kann auf dem Bildschirm die Bearbeitungsfehler überprüfen, die durch horizontale Schwingungen relativ zur Richtung der Relativbewegungen des Werkzeugs und des Werkstücks und durch Schwingungen in Tiefenrichtung erzeugt werden. Somit kann der Arbeiter nur durch Ansehen des Ergebnisses der Bearbeitungssimulationsverarbeitung die Achse, deren Parameter eingestellt werden sollten, abhängig von der Bewegungsrichtung ermitteln.
4 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Jeder in 4 dargestellte Funktionsblock wird implementiert, wenn die in 1 gezeigte CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 das Systemprogramm ausführt und den Betrieb jedes Teils der numerischen Steuervorrichtung 1 steuert.
Die numerische Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Steuereinheit 100, eine Bearbeitungssimulationseinheit 110, eine Bahnfehlerberechnungseinheit 120 und eine Anzeigeeinheit 130, wobei ein Bearbeitungsprogramm 200 als Gegenstand der Bearbeitungssimulation vorab im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert wird.
Die Steuereinheit 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat dieselbe Funktion wie die der ersten Ausführungsform und gibt außerdem Rückführungsdaten (Motorstromwert, Motorposition, Drehzahl, Beschleunigung, Motordrehmoment etc.) jedes Motors zum Antreiben der Werkzeugmaschine 2 an die Bahnfehlerberechnungseinheit 120 aus.
Des Weiteren hat die Bearbeitungssimulationseinheit 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dieselbe Funktion wie die der ersten Ausführungsform und erzeugt ferner basierend auf einem aus dem Bearbeitungsprogramm 200 erfassten Befehl relative Bewegungsbahnen für ein Werkzeug und ein Werkstück während einer Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 2 und gibt die erzeugten relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück an die Bahnfehlerberechnungseinheit 120 aus.
Basierend auf den von der Steuereinheit 100 eingegebenen Rückführungsdaten jedes Motors zum Antreiben der Werkzeugmaschine 2 und den von der Bearbeitungssimulationseinheit 110 erfassten relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück während der maschinellen Bearbeitung berechnet die Bahnfehlerberechnungseinheit 120 Bahnfehler als Differenz zwischen den Rückführungsdaten und den auf dem Befehl basierenden relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück. Die Bahnfehlerberechnungseinheit 120 hat in Einheiten von Interpolationszyklen Kenntnis von der Positionsübereinstimmung zwischen den von der Steuereinheit 100 eingegebenen Rückführungsdaten jedes Motors zum Antreiben der Werkzeugmaschine 2 und den durch die Bearbeitungssimulationseinheit 110 erzeugten relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück. Um dies zu erreichen, kann die Bahnfehlerberechnungseinheit 120 die Übereinstimmung zwischen den Rückführungsdaten und den relativen Bewegungsbahnen bei der Steuerung des Servomotors 50 in Einheiten von Interpolationszyklen ermitteln, die von der Steuereinheit 100 erfasst werden. Alternativ kann die Bahnfehlerberechnungseinheit 120 die Übereinstimmung durch Zuordnen der relativen Positionen des Werkzeugs und des Werkstücks für jeden Interpolationszyklus nach der Ausführung des Befehls der Steuereinheit 100 zu den relativen Positionen des Werkzeugs und des Werkstücks für jeden Interpolationszyklus ermitteln, die in der Simulation der Bearbeitungssimulationseinheit 110 erhalten werden. Bei letzterem Verfahren muss nur die Verzögerungszeit der Rückführungsdaten vorab durch ein Experiment oder dergleichen gemessen werden, so dass die Übereinstimmung zwischen den einzelnen Punkten unter Berücksichtigung der Verzögerungszeit erhalten werden kann.
Wie in 5 gezeigt, berechnet die Bahnfehlerberechnungseinheit 120, beispielsweise wenn durch die Rückführungsdaten angegebene relative Positionen p_n des Werkzeugs und des Werkstücks und in der Simulation der Bearbeitungssimulationseinheit 110 erhaltene relative Positionen p_si des Werkzeugs und des Werkstücks zu einzelnen Zeitpunkten während Ausführungszeiten t_i (i = 0, 1, 2, ...) für jeden Interpolationszyklus nach der Ausführung des Befehls der Steuereinheit 100 einander entsprechen, die Differenzen zwischen den entsprechenden Positionen p_n und p_si als Bahnfehler d_i .
Die Anzeigeeinheit 130 ist eine Funktionseinheit zum Anzeigen von Informationen der Bahnfehler in die Anzeige der bearbeiteten Werkstückform überlagernder Weise als Ergebnis der Bearbeitungssimulation der Bearbeitungssimulationseinheit 100 auf der Anzeige-/MDI-Einheit 70 basierend auf Daten des Ergebnisses der Simulationsverarbeitung der Bearbeitungssimulationseinheit 110 und den durch die Bahnfehlerberechnungseinheit 120 berechneten Bahnfehlern d_i an den einzelnen Bearbeitungspositionen. Wie in 6 gezeigt, kann die Anzeigeeinheit 130 beispielsweise dazu eingerichtet sein, bei der Anzeige der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks als Simulationsergebnis, das erhalten wird, wenn die Bearbeitungssimulationseinheit 110 die Bearbeitungssimulationsverarbeitung durchführt, die Bahnfehler d_i an den einzelnen Bearbeitungspositionen in einem Vektorformat oder dergleichen in überlagernder Weise anzuzeigen.
Bei der Anzeige der Informationen der Bahnfehler durch die Anzeigeeinheit 130 können verschiedene Anzeigeformate verwendet werden und die Bahnfehler d_i können dafür ausgelegt sein, nur für die Teile angezeigt zu werden, bei denen ein voreingestellter vorgegebener Schwellenwert thd überschritten wird. Die Anzeigeeinheit 130 kann dazu eingerichtet sein, die Bahnfehler d_i bei deren Anzeige in Koordinatenrichtungskomponenten, d.h. X-, Y- und Z-Achsen, aufzuteilen. Alternativ kann die Anzeigeeinheit 130 dazu eingerichtet sein, bei der Anzeige der Bahnfehler d_i die Bahnfehler d_i in Komponenten in den relativen Bewegungsrichtungen des Werkzeugs und des Werkstücks an den einzelnen Bearbeitungspositionen, Komponenten (die vertikale Abweichungen von den Bewegungsrichtungen angeben) senkrecht zur bearbeiteten Oberfläche an den Bearbeitungspositionen und Komponenten (die horizontale Abweichungen von den Bewegungsrichtungen angeben) in den Bewegungsrichtungen und in den Richtungen senkrecht zur bearbeiteten Oberfläche an den Bearbeitungspositionen aufzuteilen. In diesem Fall kann die Anzeigeeinheit 130 außerdem dazu eingerichtet sein, für die Komponenten der berechneten Bahnfehler d_i vorab einzeln Schwellenwerte bereitzustellen, so dass sie nur die Komponenten anzeigen kann, bei denen durch einen Vergleich zwischen den Schwellenwerten und den einzelnen Komponenten der Bahnfehler d_i ein Überschreiten der Schwellenwerte festgestellt wird. Des Weiteren kann die Anzeigeeinheit 130 dazu eingerichtet sein, verschiedene Anzeigeformate zu verwenden, so dass beispielsweise die Farbe oder Form jeder der Komponenten in den einzelnen Richtungen der Bahnfehler d_i anders ist.
Die derart ausgeführte numerische Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform zeigt Bahnfehler zwischen den durch das Bearbeitungsprogramm 200 angewiesenen relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück und den einer tatsächlichen Bearbeitung sehr ähnlichen relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück zusammen mit der bearbeiteten Werkstückform an. Der Arbeiter, der diese Anzeige gesehen hat, kann die Positionen, an denen die Bahnfehler aufgetreten sind, verlässlicher überprüfen und auf die Achsenbewegungen bezogene Parameter an den betroffenen Teilen einstellen. Insbesondere kann der Arbeiter, wenn die Bahnfehler nur für die Teile angezeigt werden, bei denen der voreingestellte vorgegebene Schwellenwert durch die Bahnfehler überschritten wird, die Bearbeitungsteile leichter ermitteln, bei denen eine Einstellung der Achsenparameter erforderlich ist. Wenn die Bahnfehler aufgeteilt zwischen den X-Y-Z-Komponenten oder zwischen den Komponenten in den relativen Bewegungsrichtungen des Werkzeugs und des Werkstücks, Komponenten senkrecht zur bearbeiteten Oberfläche, Komponenten senkrecht sowohl zur bearbeiteten Oberfläche als auch zu den relativen Bewegungsrichtungen des Werkzeugs und des Werkstücks und dergleichen angezeigt werden, kann der Arbeiter ferner nur durch einen Blick auf die betreffende Anzeige die Achse ermitteln, deren Parameter an jeder Bearbeitungsposition eingestellt werden sollten.
7 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Jeder in 7 dargestellte Funktionsblock wird implementiert, wenn die in 1 gezeigte CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 das Systemprogramm ausführt und den Betrieb jedes Teils der numerischen Steuervorrichtung 1 steuert.
Die numerische Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Steuereinheit 100, eine Bearbeitungssimulationseinheit 110, eine Bahnfehlerberechnungseinheit 120, eine Anzeigeeinheit 130 und eine Parameteränderungseinheit 140, wobei ein Bearbeitungsprogramm 200 als Gegenstand der Bearbeitungssimulation vorab im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert wird.
Die Steuereinheit 100, die Bearbeitungssimulationseinheit 110 und die Anzeigeeinheit 130 gemäß der vorliegenden Ausführungsform haben dieselben Funktionen wie die Steuereinheit 100, die Bearbeitungssimulationseinheit 110 und die Anzeigeeinheit 130 der zweiten Ausführungsform.
Des Weiteren hat die Bahnfehlerberechnungseinheit 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dieselbe Funktion wie die der zweiten Ausführungsform und gibt ferner die berechneten Bahnfehler an die Parameteränderungseinheit 140 aus.
Die Parameteränderungseinheit 140 ist eine Funktionseinheit zum Analysieren der Bahnfehler zwischen den Rückführungsdaten jedes Motors und den relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück während einer Bearbeitung als Ergebnis der Bearbeitungssimulation und zum Anweisen der Steuereinheit 100, die Parameter einer vorgegebenen Achse an jeder Position zu ändern. Die Parameteränderungseinheit 140 weist die Steuereinheit 100 an, den Einfluss der Schwingungskomponenten der Achsen zu reduzieren, bei denen voreingestellte vorgegebene Schwellenwerte th_dx, th_dy und th_dz durch axiale Bahnfehler d_ix, d_iy und d_iz überschritten werden, die durch Aufteilen der Bahnfehler d_j an den einzelnen Positionen in den relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück in Koordinatenrichtungskomponenten, d.h. X-, Y- und Z-Achsen, erhalten werden, d.h. Parameter, wie etwa Zeitkonstanten, in einer Richtung zu ändern, um beispielsweise die Beschleunigung und den Ruck der betroffenen Achsen zu reduzieren.
Die Parameteränderungseinheit 140 kann dazu eingerichtet sein, basierend auf der Aufteilung der Bahnfehler d_i in die Koordinatenrichtungskomponenten, d.h. X-, Y- und Z-Achsen, in der Annahme, dass die Komponenten der Bahnfehler d_i in den relativen Bewegungsrichtungen des Werkzeugs und des Werkstücks an den einzelnen Bearbeitungspositionen 0 betragen, eine Analyse durchzuführen. Dies ist möglich, da die Bahnfehler der Komponenten in den relativen Bewegungsrichtungen des Werkzeugs und des Werkstücks an den Bearbeitungspositionen keinen wesentlichen Einfluss auf die Güte der bearbeiteten Oberfläche haben.
Die derart ausgeführte numerische Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform kann die Bahnfehler zwischen den durch das Bearbeitungsprogramm 200 angewiesenen relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück und den der tatsächlichen Bearbeitung sehr ähnlichen relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück analysieren und die Parameter der Achsen an dem Bearbeitungsabschnitt, an dem die Bahnfehler die Güte der bearbeiteten Oberfläche beeinflussen, automatisch etwas einstellen. Dadurch kann der Arbeitsaufwand des Arbeiters bei der Parametereinstellung verringert werden.
Obgleich hierin Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, ist die Erfindung nicht auf die Beispiele der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Art und Weise geeignet modifiziert und umgesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012243152 [0003]

Claims

Numerische Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine und ein Werkstück basierend auf einem Bearbeitungsprogramm relativ zu steuern, wodurch das Werkstück bearbeitet wird, wobei die numerische Steuereinrichtung umfasst: - eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Werkzeugmaschine zu steuern und an relativen Positionen des Werkzeugs und des Werkstücks Rückführungsdaten zu erfassen, - eine Bearbeitungssimulationseinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Bearbeitungsprogramm eine Simulationsverarbeitung für eine maschinelle Bearbeitung durchzuführen und die Form des bearbeiteten Werkstücks zu erzeugen, und - eine Anzeigeeinheit, die dazu eingerichtet ist, die durch die Bearbeitungssimulationseinheit erzeugte bearbeitete Werkstückform anzuzeigen, - wobei die Bearbeitungssimulationseinheit unter Verwendung der durch die Steuereinheit erfassten Rückführungsdaten anstelle der auf einem Befehl des Bearbeitungsprogramms basierenden relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück eine Bearbeitungssimulationsverarbeitung durchführt.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Bahnfehlerberechnungseinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Befehl des Bearbeitungsprogramms und den durch die Steuereinheit 100 an den relativen Positionen des Werkzeugs und des Werkstücks erfassten Rückführungsdaten Bahnfehler als Differenz zwischen den relativen Bewegungsbahnen für das Werkzeug und das Werkstück zu berechnen, wobei die Anzeigeeinheit die durch die Bearbeitungssimulationseinheit erzeugte bearbeitete Werkstückform zusammen mit Informationen der durch die Bahnfehlerberechnungseinheit berechneten Bahnfehler anzeigt.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anzeigeeinheit nur die Bahnfehler anzeigt, die einen voreingestellten vorgegebenen Schwellenwert übersteigen.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Anzeigeeinheit die Bahnfehler aufgeteilt in X-, Y- und Z-Achsen anzeigt.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Anzeigeeinheit die Bahnfehler aufgeteilt in Komponenten in der Bewegungsrichtung des Werkzeugs, Komponenten senkrecht zur bearbeiteten Oberfläche und Komponenten senkrecht zur Bewegungsrichtung und zur bearbeiteten Oberfläche anzeigt.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, die ferner eine Parameteränderungseinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, die durch die Bahnfehlerberechnungseinheit berechneten Bahnfehler zu analysieren und die Steuereinheit anzuweisen, die Parameter einer Achse, die einen voreingestellten vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, an einer Bearbeitungsposition zu ändern.