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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Anmeldung betrifft eine numerische Steuervorrichtung und im Besonderen eine numerische Steuervorrichtung, die ein Verweilen am Bohrungsgrund optimiert.
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Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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1 ist eine Darstellung, die ein als Verweilen (Dwell) bezeichnetes maschinelles Bearbeitungsverfahren beschreibt.
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Beim Bohren wird, wie in 1 gezeigt, ein Werkzeug 2 durch einen Eilgang bis zu einem Punkt R zu einem Werkstück 3 bewegt und am Punkt R ein Schnittvorschub gestartet (1). In Antwort darauf, dass ein distales Ende des Werkzeugs 2 an einem Bohrungsgrund (Punkt Z) ankommt (2), wird der Schnittvorschub für eine vorgegebene Zeitdauer ausgesetzt und gleichzeitig die Drehung einer Spindel (nicht gezeigt) aufrechterhalten, um die Bearbeitungsgenauigkeit am Bohrungsgrund zu verbessern (um keinen ungeschnittenen Abschnitt zurückzulassen) (3). Danach wird das Werkzeug 2 zurückgezogen (4). Eine Aussetzungszeit unter Punkt (3) wird als Verweilzeit bezeichnet.
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Wenn die Verweilzeit am Bohrungsgrund unzureichend ist, verschlechtert sich die Bearbeitungsgenauigkeit am Bohrungsgrund. Im Besonderen wird ein ungeschnittener Abschnitt, eine unzureichende Bohrungstiefe etc. erzeugt. Beispielsweise kann, wenn das Werkzeug 2 zwei Klingen aufweist, ein ungeschnittener Abschnitt erzeugt werden, sofern die Klingen nicht um eine 1/2-Drehung oder mehr gedreht werden. Wenn das Werkzeug 2 drei Klingen aufweist, kann ein ungeschnittener Abschnitt erzeugt werden, sofern die Klingen nicht um eine 1/3-Drehung oder mehr gedreht werden. Indessen verlängert sich eine Zykluszeit, wenn die Verweilzeit am Bohrungsgrund übermäßig lang ist.
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Herkömmlicherweise kann ein Bediener beim Anweisen einer Verweilzeit anhand der Spindeldrehzahl eine Zeitdauer T pro Umdrehung einer Spindel erhalten und die Verweilzeit am Bohrungsgrund anweisen, wobei die Verweilzeit durch Multiplizieren eines vorgeschriebenen Drehbetrags mit der Zeitdauer T erhalten wird. Da die Verweilzeit jedoch abhängig von der Spindeldrehzahl variiert, erfordert dieses Verfahren Zeit und Aufwand beim Programmieren der maschinellen Bearbeitung. Daher kann eine einheitliche Verweilzeit angewiesen werden. Dabei ist es jedoch schwierig, die Zykluszeit zu minimieren.
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Außerdem kann bei einer tatsächlichen maschinellen Bearbeitung aufgrund des Einflusses einer Verzögerung an einer Maschinenposition (nachstehend als Maschinenverzögerung bezeichnet) in Bezug auf einen Befehlswert eine Verweilzeit gestartet werden, bevor das Werkzeug am Bohrungsgrund ankommt. Dadurch ist die Verweilzeit am Bohrungsgrund geringer als die angewiesene Verweilzeit und es kann ein ungeschnittener Abschnitt, eine unzureichende Bohrungstiefe etc. erzeugt werden. Aus diesem Grund ist es notwendig, einen geeigneten Wert der anzuweisenden Verweilzeit durch Versuch und Irrtum zu bestimmen, was mühsam ist.
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Die offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 2004-1120 und die offengelegte
japanische Patentanmeldung 2015-5108 sind als auf das Bohren bezogene herkömmliche Technologie bekannt. Beide dieser Dokumente beschreiben, dass beim Bohren, wenn das Werkzeug an einer Bohrungsgrundposition ankommt, die Spindel abgebremst und gestoppt und eine Bewegungsrichtung umgekehrt wird, um das Werkzeug zurückzuziehen.
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Weder die offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 2004-1120 noch die offengelegte
japanische Patentanmeldung 2015-5108 stellen jedoch Mittel zum Lösen des Problems bereit, dass es schwierig ist, eine optimale Verweildauer anzuweisen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In Antwort auf das obige Problem besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine numerische Steuervorrichtung bereitzustellen, die ein Verweilen am Bohrungsgrund optimiert.
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Eine numerische Steuervorrichtung gemäß der Anmeldung ist eine numerische Steuervorrichtung einer Bohrmaschine zum Durchführen eines Vorschubbetriebs bei gleichzeitigem Drehen einer Spindel, Aussetzen des Vorschubbetriebs der Spindel für eine vorgegebene Verweilzeit an einer vorgegebenen Bohrungsgrundposition und anschließenden Durchführen eines Bohrvorgangs durch Zurückziehen der Spindel, wobei die numerische Steuervorrichtung eine Verweilzeitberechnungseinheit zum Berechnen der Verweilzeit anhand eines vorgeschriebenen Drehbetrags in Antwort auf die Vorgabe des vorgeschriebenen Drehbetrags an der Bohrungsgrundposition umfasst.
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Die Verweilzeitberechnungseinheit kann eine Zeitdauer, die einer Verzögerung an einer Werkzeugposition in Bezug auf einen Befehl entspricht, zur Verweilzeit addieren.
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Der vorgeschriebene Drehbetrag kann durch einen Programmbefehl oder einen Parameter vorgegeben werden.
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Die vorliegende Erfindung kann eine numerische Steuervorrichtung bereitstellen, die durch die vorstehend beschriebenen Konfigurationen ein Verweilen am Bohrungsgrund optimiert.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Darstellung, die einen herkömmlichen Bohrvorgang beschreibt;
- 2 ist eine Darstellung, die ein Hardwarekonfigurationsbeispiel einer numerischen Steuervorrichtung zeigt;
- 3 ist eine Darstellung, die ein Beispiel einer Funktionskonfiguration der numerischen Steuervorrichtung zeigt;
- 4 ist ein Beispiel einer Darstellung, die einen Betrieb der numerischen Steuervorrichtung zeigt;
- 5 ist ein Beispiel einer Darstellung, die einen Betrieb der numerischen Steuervorrichtung zeigt; und
- 6 ist eine Darstellung, die ein Betriebsbeispiel der numerischen Steuervorrichtung zeigt.
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Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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2 ist eine schematische Hardwarekonfigurationsdarstellung, die einen Hauptteil einer numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung zeigt.
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Die numerische Steuervorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die eine Industriemaschine steuert, die einen Bohrvorgang durchführt. Die numerische Steuervorrichtung 1 umfasst eine Zentraleinheit (CPU) 11, einen Festwertspeicher (ROM) 12, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 13, einen nichtflüchtigen Speicher 14, einen Bus 10, eine Achsensteuerschaltung 16, einen Servoverstärker 17 und eine Schnittstelle 18. Ein Servomotor 50 und eine Ein-/Ausgabeeinrichtung 60 sind mit der numerischen Steuervorrichtung 1 verbunden.
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Die CPU 11 ist ein Prozessor, der die numerische Steuervorrichtung 1 insgesamt steuert. Die CPU 11 liest über den Bus 10 ein im ROM 12 gespeichertes Systemprogramm aus und steuert die gesamte numerische Steuervorrichtung 1 gemäß dem Systemprogramm.
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Im ROM 12 wird beispielsweise vorab ein Systemprogramm zum Ausführen verschiedener Steuerungen an einer Maschine gespeichert. Im RAM 13 werden temporäre Berechnungsdaten oder Anzeigedaten, durch einen Bediener über die Ein-/Ausgabeeinrichtung eingegebene Daten und Programme etc. zwischengespeichert.
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Der nichtflüchtige Speicher 14 wird beispielsweise durch eine Batterie (nicht gezeigt) gestützt und hält einen Speicherzustand selbst dann aufrecht, wenn die Stromversorgung der numerischen Steuervorrichtung 1 abgeschaltet wird. Im nichtflüchtigen Speicher 14 werden über die Ein-/Ausgabeeinrichtung 60 eingegebene Daten und Programme gespeichert. Die im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeicherten Programme und Daten können bei deren Ausführung und Verwendung in das RAM 13 geladen werden.
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Die Achsensteuerschaltung 16 steuert Bewegungsachsen der Maschine. Die Achsensteuerschaltung 16 empfängt einen durch die CPU 11 ausgegebenen Achsenbewegungsbefehlsbetrag und gibt einen Bewegungsbefehl der Bewegungsachse an den Servoverstärker 17 aus. Der Servoverstärker 17 empfängt den durch die Achsensteuerschaltung 16 ausgegebenen Achsenbewegungsbefehl und treibt den Servomotor 50 an.
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Der Servomotor 50 wird durch den Servoverstärker 17 angetrieben, um die Bewegungsachsen der Maschine zu bewegen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Spindelbewegung durch den Servomotor 50 durchgeführt. Der Servomotor 50 umfasst typischerweise einen Positions-/Geschwindigkeitsdetektor. Der Positions-/Geschwindigkeitsdetektor gibt ein Positions-/Geschwindigkeitsrückführungssignal aus, wobei dieses Signal zur Achsensteuerschaltung 16 zurückgeführt wird, um eine Positions-/Geschwindigkeitsrückführungsregelung durchzuführen.
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In 2 sind nur eine einzelne Achsensteuerschaltung 16, ein einzelner Servoverstärker 17 und ein einzelner Servomotor 50 dargestellt. In der Praxis werden die Servoverstärker, die Servomotoren und die Achsensteuerschaltungen jedoch jeweils entsprechend der Anzahl der in der zu steuernden Maschine enthaltenen Achsen bereitgestellt.
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Die Ein-/Ausgabeeinrichtung 60 ist eine Daten-Ein-/Ausgabeeinrichtung, die eine Anzeigeeinrichtung, Hardwaretasten etc. umfasst, und ist typischerweise eine manuelle Dateneingabe- (MDI/Manual Data Input) Einrichtung oder ein Bedienpanel. Die Ein-/Ausgabeeinrichtung 60 zeigt über die Schnittstelle 18 von der CPU 11 empfangene Informationen auf einer Anzeigeeinrichtung an. Die Ein-/Ausgabeeinrichtung 60 leitet über die Hardwaretasten etc. eingegebene Befehle, Daten etc. über die Schnittstelle 18 an die CPU 11 weiter.
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3 ist ein Blockdiagramm, das eine charakteristische Funktionskonfiguration der numerischen Steuervorrichtung 1 zeigt.
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Die numerische Steuervorrichtung 1 umfasst eine Vorverarbeitungseinheit 101, die ein Bearbeitungsprogramm ausliest und analysiert, eine Interpolationsbewegungsbefehlsverteilungsverarbeitungseinheit 103, die einen Interpolationsbewegungsbefehl erzeugt und den erzeugten Interpolationsbewegungsbefehl an jede Achse verteilt, eine Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 105, die an jede Achse einen Bewegungsbefehl ausgibt, eine Beschleunigungs-/Verzögerungsverarbeitungseinheit 107, die nach der Interpolation eine Beschleunigung/Verzögerung durchführt, und eine Servosteuereinheit 109, die den Servomotor 50 steuert. Außerdem umfasst die numerische Steuervorrichtung 1 eine Verweilzeitberechnungseinheit 111, die als anmeldungsspezifische Komponente eine geeignete Verweilzeit berechnet.
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Ein typischer Betrieb der numerischen Steuervorrichtung 1 ist unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Bei einer herkömmlichen numerischen Steuervorrichtung ist es notwendig, eine Verweilzeit im Bearbeitungsprogramm vorzugeben. Die numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch einen Verweildrehbetrag (nachstehend auch als vorgeschriebener Drehbetrag bezeichnet) im Bearbeitungsprogramm vorgeben. In diesem Fall erfasst die Vorverarbeitungseinheit 101 den vorgeschriebenen Drehbetrag. Alternativ kann die numerische Steuervorrichtung 1 einen beliebigen vorgeschriebenen Drehbetrag als Parameter speichern.
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Die Interpolationsbewegungsbefehlsverteilungsverarbeitungseinheit 103, die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 105, die Beschleunigungs-/Verzögerungsverarbeitungseinheit 107 und die Servosteuereinheit 109 bewegen das Werkzeug durch einen Eilgang bis zu einem Punkt R zum Werkstück 3 und starten den Schnittvorschub am Punkt R gemäß dem durch die Vorverarbeitungseinheit 101 analysierten Bearbeitungsprogramm (1). Dann wird in Antwort darauf, dass ein distales Ende des Werkzeugs am Bohrungsgrund (Punkt Z) ankommt, ein Verweilen gestartet (2). Wie in 5 gezeigt, liegt eine Position, an der das Verweilen gestartet wird (tatsächlicher Bohrungsgrund), aufgrund einer Maschinenverzögerung jedoch vor einer angewiesenen Bohrungsgrundposition (angewiesener Bohrungsgrund). Wenn das Werkzeug in einen In-Position-Bereich des tatsächlichen Bohrungsgrunds eintritt, berechnet die Verweilzeitberechnungseinheit 111 die Verweilzeit auf die folgende Weise.
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Die Verweilzeitberechnungseinheit 111 berechnet die Verweilzeit so, dass der Drehbetrag der Spindel eine vorgeschriebene Anzahl erreicht. Im Besonderen wird eine Zeitdauer pro Umdrehung der Spindel anhand einer Drehzahl der Spindel erhalten, wobei Zeitdauer × vorgeschriebener Drehbetrag als Verweilzeit definiert ist. Die Drehzahl der Spindel kann anhand eines Spindeldrehbefehls vorgegeben werden. Außerdem addiert die Verweilzeitberechnungseinheit 111 eine Zeitdauer, die das Werkzeug benötigt, um vom tatsächlichen Bohrungsgrund am angewiesenen Bohrungsgrund anzukommen, das heißt, eine Maschinenverzögerungszeit, zur Verweilzeit. Mit anderen Worten, bei diesem Beispiel wird die Ausführung eines nachfolgenden Bewegungsbefehls abgewartet, bis die Verzögerungszeit verstrichen ist.
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Nach dem Ausführen des Verweilens gemäß der wie vorstehend beschrieben berechneten Verweilzeit fährt das Verfahren mit dem nachfolgenden Bewegungsbefehl fort (3) und das Werkzeug wird zurückgezogen (4). Folglich ist es möglich, da das Verweilen bei dem vorgeschriebenen Drehbetrag ausgeführt wird, nachdem das Werkzeug am angewiesenen Bohrungsgrund angekommen ist, den Bohrvorgang mit der kürzesten Zykluszeit durchzuführen und gleichzeitig die Bearbeitungsgenauigkeit beizubehalten.
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Ein Beispiel der Anmeldung ist unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Bei diesem Beispiel kann ein Befehl gemäß dem folgenden Befehlsformat im Bearbeitungsprogramm verwendet werden. Bei diesem Befehlsformat kann anders als im herkömmlichen Fall ein Verweildrehbetrag (vorgeschriebener Drehbetrag) vorgegeben werden.
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Befehlsformatbeispiel :
- G82 Z_R_F_P_
- Z: Bohrungsgrund
- R: Referenzpunkt
- F: Schnittvorschubgeschwindigkeit
- P: Verweildrehbetrag (vorgeschriebener Drehbetrag)
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Befehlsbeispiel bei einem absoluten Befehl und Vorschub pro Minute:
- (1) G82 Z-30.0 R-5.0 F100.0 P3.0
- (2) G82 Z-30.0 R-5.0 F100.0 P0.5
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Der vorgeschriebene Drehbetrag kann einheitlich als Parameter eingestellt werden. Da jedoch abhängig vom Material des Werkstücks etc. ein anderer Wert als der vorgeschriebene Drehbetrag verwendet werden kann, ist es bevorzugt, den vorgeschriebenen Drehbetrag wie vorstehend beschrieben im Bearbeitungsprogramm vorgeben zu können. Wenn der vorgeschriebene Drehbetrag im Bearbeitungsprogramm vorgegeben wird, kann der vorgeschriebene Drehbetrag anstelle des Parameters verwendet werden.
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Bei einem Befehlsbeispiel (1) startet die numerische Steuervorrichtung 1 den Schnittvorschub an einem Punkt R (-5,0) und führt das Verweilen bei dem vorgeschriebenen Drehbetrag (3 Umdrehungen) an einem Punkt Z (-30,0) durch. Bei einem Befehlsbeispiel (2) wird das Verweilen bei einem vorgeschriebenen Drehbetrag (0,5 Umdrehungen) auf die gleiche Weise ausgeführt.
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Genauer gesagt wird ein angewiesener vorgeschriebener Drehbetrag P durch die Verweilzeitberechnungseinheit 111 intern in eine Verweilzeit umgesetzt. Außerdem wird, obwohl das Verweilen am tatsächlichen Bohrungsgrund (nicht gezeigt) vor dem Punkt Z (-30,0) gestartet wird, da eine Zeitdauer bis zur Ankunft am dem angewiesenen Bohrungsgrund entsprechenden Punkt Z (-30,0) (mechanische Verzögerungszeit) zur Verweilzeit addiert wird, das Verweilen bei dem vorgeschriebenen Drehbetrag am angewiesenen Bohrungsgrund garantiert. Das heißt eine Zeitdauer, die durch Addieren einer dem vorgeschriebenen Drehbetrag P entsprechenden Verweilzeit zu einer mechanischen Verzögerungszeit erhalten wird, entspricht einer tatsächlichen Verweilzeit.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt die Verweilzeitberechnungseinheit 111 die Verweilzeit so ein, dass das Verweilen bei dem vorgeschriebenen Drehbetrag ausgeführt wird, nachdem das Werkzeug am angewiesenen Bohrungsgrund angekommen ist. Auf diese Weise kann ein Bohrvorgang in der kürzesten Zykluszeit durchgeführt werden und gleichzeitig die Bearbeitungsgenauigkeit beibehalten werden. Das heißt, der Verweilzeitmangel am Bohrungsgrund wird beseitigt und die Bearbeitungsgenauigkeit am Bohrungsgrund verbessert. Außerdem wird eine übermäßig lange Verweilzeit am Bohrungsgrund beseitigt und die Zykluszeit kann minimiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2004001120 [0007, 0008]
- JP 2015005108 [0007, 0008]
