DE102019115807A1

DE102019115807A1 - Werkzeugmaschine, steuerverfahren und steuerprogramm

Info

Publication number: DE102019115807A1
Application number: DE102019115807.9A
Authority: DE
Inventors: Kengo Kawai; Katsuhiko Ono; Shizuo Nishikawa; Yasuhiko Morita; Masanori Murozumi; Ryo Murakami
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2019-12-24
Also published as: US11796979B2; CN110625428B; JP6735317B2; CN110625428A; US20190391558A1; JP2019217604A

Abstract

Eine Werkzeugmaschine (100) enthält: einen Anzeigeabschnitt (130); ein Werkzeug (32), das konfiguriert ist, ein Werkstück zu bearbeiten; eine Spindel (22), die konfiguriert ist, das Werkzeug (32) oder das Werkstück zu drehen; einen Sensor (110), der konfiguriert ist, eine Schwingungsfrequenz der Spindel (22) oder des Werkzeugs (32) zu detektieren; und eine Steuervorrichtung (101), die konfiguriert ist, die Werkzeugmaschine (100) zu steuern. Die Steuervorrichtung (101) ist konfiguriert, um: eine Ratterschwingung in der Spindel (22) oder dem Werkzeug (32) basierend auf der Schwingungsfrequenz zu detektieren; basierend auf einer Frequenz der Ratterschwingung, einer Drehzahl der Spindel (22) und der Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs (32) eine der Anzahl der Schwingungen des Werkzeugs (32) während eines Zeitraums, bis ein aktueller Drehwinkel einer ersten Schneidkante des Werkzeugs (32) einen aktuellen Drehwinkel einer zweiten Schneidkante des Werkzeugs (32) erreicht, entsprechende Ordnung zu berechnen; und die Ordnungsinformationen auf dem Anzeigeabschnitt (130) darzustellen, wobei die Ordnungsinformationen eine Größe der berechneten Ordnung angeben.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Technik, um einem Anwender einen Index zum Unterdrücken einer Ratterschwingung darzustellen.
Beschreibung des Standes der Technik
Wenn ein Werkstück unter Verwendung einer Werkzeugmaschine geschnitten wird, kann eine Schneidkante eines Werkzeugs in Schwingungen versetzt werden. Eine derartige Schwingung wird als „Ratterschwingung“ bezeichnet. Die Erzeugung einer derartigen Ratterschwingung führt zu einer verringerten Genauigkeit beim Schneiden eines Werkstücks.
Um eine derartige Ratterschwingung zu unterdrücken, muss ein Anwender einen Zustand der Ratterschwingung kennen, die erzeugt wird. Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2012 -- 088967 offenbart eine Werkzeugmaschine, die konfiguriert ist, einen Zustand einer Ratterschwingung auf einem Monitor darzustellen. Diese Werkzeugmaschine stellt eine Beziehung zwischen einer Spindeldrehzahl bei der Erzeugung einer Ratterschwingung und einer Beschleunigung der Ratterschwingung in einem Diagramm dar.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Ratterschwingung ist eine Schwingung, die erzeugt wird, wenn eine Beziehung zwischen der Spindeldrehzahl und einer Schnittbreite des Werkstücks durch das Werkzeug einer vorgegebenen Bedingung entspricht. Wenn die Spindeldrehzahl und die Schnittbreite des Werkstücks eingestellt werden, kann folglich die Ratterschwingung unterdrückt werden.
Die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2012-088967 offenbarte Werkzeugmaschine stellt lediglich die Beziehung zwischen der Spindeldrehzahl und der Beschleunigung der Ratterschwingung als die Informationen über die erzeugte Ratterschwingung dar. Entsprechend versteht der Anwender nicht intuitiv, wie die Steuerparameter, wie z. B. die Spindeldrehzahl und die Schnittbreite des Werkstücks, eingestellt werden sollten.
Die vorliegende Offenbarung ist gemacht worden, um das oben beschriebene Problem zu lösen, wobei es in einem bestimmten Aspekt eine Aufgabe ist, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die einen Anwender beim Einstellen eines Steuerparameters durch das Darstellen der Informationen über eine Ratterschwingung unterstützen kann. In einem weiteren Aspekt ist es eine Aufgabe, ein Steuerverfahren zu schaffen, das einen Anwender beim Einstellen eines Steuerparameters durch das Darstellen von Informationen über eine Ratterschwingung unterstützen kann. In einem noch weiteren Aspekt ist es eine Aufgabe, ein Steuerprogramm zu schaffen, das einen Anwender beim Einstellen eines Steuerparameters durch das Darstellen von Informationen über eine Ratterschwingung unterstützen kann.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Werkzeugmaschine: einen Anzeigeabschnitt; ein Werkzeug, das konfiguriert ist, ein Werkstück zu bearbeiten; eine Spindel, die konfiguriert ist, das Werkzeug oder das Werkstück zu drehen; einen Sensor, der konfiguriert ist, eine Schwingungsfrequenz der Spindel oder des Werkzeugs zu detektieren; und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, die Werkzeugmaschine zu steuern. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um: eine Ratterschwingung in der Spindel oder dem Werkzeug basierend auf der Schwingungsfrequenz zu detektieren, basierend auf einer Frequenz der Ratterschwingung, einer Drehzahl der Spindel und der Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs eine der Anzahl der Schwingungen des Werkzeugs während eines Zeitraums, bis ein aktueller Drehwinkel einer ersten Schneidkante des Werkzeugs einen aktuellen Drehwinkel einer zweiten Schneidkante des Werkzeugs erreicht, entsprechende Ordnung zu berechnen; und die Ordnungsinformationen auf dem Anzeigeabschnitt darzustellen, wobei die Ordnungsinformationen eine Größe der berechneten Ordnung angeben.
In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist die Steuervorrichtung konfiguriert, um: auf dem Anzeigeabschnitt mehrere Ordnungssegmente, die jeweils verschiedene Bereiche der Ordnungen repräsentieren, darzustellen; und wenn sie die Ordnungsinformationen auf dem Anzeigeabschnitt darstellt, ein Ordnungssegment, zu dem die berechnete Ordnung gehört, unter den mehreren Ordnungssegmenten in einer derartigen Darstellungsweise darzustellen, dass das Ordnungssegment, zu dem die berechnete Ordnung gehört, von den anderen Ordnungssegmenten unterscheidbar ist.
In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung enthalten die mehreren Ordnungssegmente ein erstes Ordnungssegment und ein zweites Ordnungssegment, das einen Bereich von Ordnungen repräsentiert, die größer als ein oberer Grenzwert des ersten Ordnungssegments sind. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um einen Bereich der durch das erste Ordnungssegment repräsentierten Ordnungen zu vergrößern, so dass er größer als der Bereich der Ordnungen ist, der durch das zweite Ordnungssegment repräsentiert wird.
In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist die Steuervorrichtung konfiguriert, um: ein Stabilitätsgrenzendiagramm basierend auf einer vorgegebenen Formel zu erzeugen, wobei das Stabilitätsgrenzendiagramm eine Grenze der Schnittbedingung, unter der keine Ratterschwingung erzeugt wird, in einer Schnittbedingungsbeziehung zwischen einer Schnittbreite des Werkstücks durch das Werkzeug und der Drehzahl der Spindel angibt; und den Bereich der Ordnungen, der durch jedes der mehreren Ordnungssegmente repräsentiert wird, in Übereinstimmung mit dem erzeugten Stabilitätsgrenzendiagramm zu ändern.
In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung enthält die Werkzeugmaschine ferner eine Speichervorrichtung, die konfiguriert ist, die jeweiligen Teile der Betriebsweiseninformationen in Verbindung mit den mehreren Ordnungssegmenten zu speichern, wobei die jeweiligen Teile der Betriebsweiseninformationen die Betriebsweisen definieren, die auf der Werkzeugmaschine auszuführen sind, um die Ratterschwingung zu unterdrücken. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um basierend auf der Detektion der Ratterschwingung das Ordnungssegment, zu dem die berechnete Ordnung gehört, von den mehreren Ordnungssegmenten zu spezifizieren und einen Teil der Betriebsweiseninformationen, der mit dem Ordnungssegment, zu dem die berechnete Ordnung gehört, in Verbindung steht, auszugeben.
In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung entsprechen die mehreren Ordnungssegmente jeweils verschiedenen Frequenzbereichen. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um: eine Schwingungsstärke für jede Frequenz durch eine Frequenzzerlegung der Schwingungsfrequenz zu berechnen; und auf dem Anzeigeabschnitt eine Schwingungsstärke in einem Frequenzbereich, der durch jedes der mehreren Ordnungssegmente repräsentiert wird, in Verbindung mit dem Ordnungssegment darzustellen.
In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist die Steuervorrichtung konfiguriert, um die Ordnungsinformationen basierend auf der Detektion der Ratterschwingung auf dem Anzeigeabschnitt darzustellen.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung enthält ein Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine die folgenden Schritte: Drehen einer Spindel, die konfiguriert ist, anzutreiben, um ein Werkstück oder ein Werkzeug zu drehen; Detektieren einer Schwingungsfrequenz der Spindel oder des Werkzeugs; Detektieren einer Ratterschwingung in der Spindel oder dem Werkzeug basierend auf der Schwingungsfrequenz; basierend auf einer Frequenz der Ratterschwingung, einer Drehzahl der Spindel und der Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs Berechnen einer Ordnung, die der Anzahl der Schwingungen des Werkzeugs während eines Zeitraums entspricht, bis ein aktueller Drehwinkel einer ersten Schneidkante des Werkzeugs einen aktuellen Drehwinkel einer zweiten Schneidkante des Werkzeugs erreicht; und Darstellen der Ordnungsinformationen auf einem Anzeigeabschnitt der Werkzeugmaschine, wobei die Ordnungsinformationen eine Größe der in dem Berechnungsschritt berechneten Ordnung angeben.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung veranlasst ein Programm zum Steuern einer Werkzeugmaschine die Werkzeugmaschine, die folgenden Schritte auszuführen: Drehen einer Spindel, die konfiguriert ist, anzutreiben, um ein Werkstück oder ein Werkzeug zu drehen; Detektieren einer Schwingungsfrequenz der Spindel oder des Werkzeugs; Detektieren einer Ratterschwingung in der Spindel oder dem Werkzeug basierend auf der Schwingungsfrequenz; basierend auf einer Frequenz der Ratterschwingung, einer Drehzahl der Spindel und der Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs Berechnen einer Ordnung, die der Anzahl der Schwingungen des Werkzeugs während eines Zeitraums entspricht, bis ein aktueller Drehwinkel einer ersten Schneidkante des Werkzeugs einen aktuellen Drehwinkel einer zweiten Schneidkante des Werkzeugs erreicht; und Darstellen der Ordnungsinformationen auf einem Anzeigeabschnitt der Werkzeugmaschine, wobei die Ordnungsinformationen eine Größe der in dem Berechnungsschritt berechneten Ordnung angeben.
Die vorhergehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, offensichtlicher.
Figurenliste

1 zeigt ein äußeres Aussehen einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine beispielhafte innere Struktur der Werkzeugmaschine gemäß der Ausführungsform.
3 zeigt eine beispielhafte Schnittbedingung, unter der eine regenerative Ratterschwingung wahrscheinlich erzeugt wird.
4 zeigt eine beispielhafte Schnittbedingung, unter der eine regenerative Ratterschwingung weniger wahrscheinlich erzeugt wird.
5 zeigt eine Weise des Schneidens eines Werkstücks, wenn eine Ordnung eine ganze Zahl ist.
6 zeigt einen Bereich der Schnittbedingungen, unter denen keine regenerative Ratterschwingung erzeugt wird, in einer Schnittbedingungsbeziehung zwischen einer Spindeldrehzahl und einer Schnittbreite eines Werkstücks.
7 zeigt eine Weise des Schneidens des Werkstücks unter Verwendung eines Werkzeugs.
8 zeigt einen auf einer Anzeige dargestellten Schwingungsüberwachungsschirm.
9 ist eine konzeptionelle Ansicht, die einen Prozess zeigt, in dem aus einem Stabilitätsgrenzendiagramm ein Ordnungsmesser erzeugt wird.
10 zeigt eine dargestellte beispielhafte empfohlene Betriebsweise.
11 zeigt eine dargestellte beispielhafte empfohlene Betriebsweise.
12 zeigt eine dargestellte beispielhafte empfohlene Betriebsweise.
13 zeigt eine beispielhafte Datenstruktur der Ordnungssegmentinformationen.
14 ist ein Blockschaltplan, der eine Haupt-Hardware-Konfiguration der Werkzeugmaschine gemäß der Ausführungsform zeigt.
15 zeigt eine beispielhafte funktionale Konfiguration der Werkzeugmaschine gemäß der Ausführungsform.
16 zeigt eine abgetastete Schwingungsfrequenz.
17 ist ein Ablaufplan, der einen Teil eines durch die Werkzeugmaschine ausgeführten Prozesses gemäß der Ausführungsform zeigt.
18 zeigt ein durch das Ausführen einer Frequenzzerlegung an einer durch einen Beschleunigungssensor detektierten Schwingungsfrequenz erhaltenes Spektrum.
19 zeigt eine aus dem Spektrum erzeugte Schwingungsstärkeverteilung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Folgende beschreibt jede der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der Figuren. In der folgenden Beschreibung sind den gleichen Teilen oder Komponenten die gleichen Bezugszeichen gegeben. Ihre Namen und Funktionen sind außerdem die gleichen. Folglich sind sie nicht wiederholt ausführlich beschrieben. Es sollte angegeben werden, dass die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen geeignet selektiv kombiniert werden können.
<Konfiguration der Werkzeugmaschine 100>
Bezüglich 1 und 2 wird eine Konfiguration einer Werkzeugmaschine 100 beschrieben. 1 zeigt ein äußeres Aussehen der Werkzeugmaschine 100. 2 zeigt eine beispielhafte innere Struktur der Werkzeugmaschine 100.
Die Werkzeugmaschine 100, die als ein Bearbeitungszentrum dient, ist sowohl in 1 als auch in 2 gezeigt. In der Beschreibung im Folgenden wird die Werkzeugmaschine 100, die als ein Bearbeitungszentrum dient, beschrieben; die Werkzeugmaschine 100 ist jedoch nicht auf das Bearbeitungszentrum eingeschränkt. Die Werkzeugmaschine 100 kann z. B. eine Drehbank, eine andere Schneidmaschine oder eine andere Schleifmaschine sein. Überdies kann die Werkzeugmaschine 100 ein Bearbeitungszentrum des vertikalen Typs sein, in dem ein Werkzeug in einer vertikalen Richtung befestigt ist, oder ein Bearbeitungszentrum des horizontalen Typs sein, in dem ein Werkzeug in einer horizontalen Richtung befestigt ist.
Die Werkzeugmaschine 100 enthält: eine Anzeige 130, die konfiguriert ist, verschiedene Typen von Informationen über das Schneiden darzustellen; und eine Eingabevorrichtung 131, die konfiguriert ist, verschiedene Typen von Operationen für die Werkzeugmaschine 100 zu empfangen.
Überdies weist die Werkzeugmaschine 100 einen Spindelkopf 21 darin auf. Der Spindelkopf 21 ist aus einer Spindel 22 und einem Gehäuse 23 ausgebildet. Die Spindel 22 ist innerhalb des Gehäuses 23 angeordnet. An der Spindel 22 ist ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks befestigt. In dem Beispiel nach 2 ist ein Werkzeug 32, das als ein Langlochfräser dient, an der Spindel 22 befestigt.
Der Spindelkopf 21 ist konfiguriert, um entlang einem Kugelgewindetrieb 25 in einer Z-Achsen-Richtung angetrieben zu werden. Ein Antriebsmechanismus, wie z. B. ein Servomotor, ist mit dem Kugelgewindetrieb 25 verbunden. Der Antriebsmechanismus treibt den Kugelgewindetrieb 25 an, um den Spindelkopf 21 zu bewegen und dadurch den Spindelkopf 21 zu einer geeigneten Position in der Z-Achsen-Richtung zu bewegen.
Überdies ist ein Antriebsmechanismus, wie z. B. ein Servomotor, mit der Spindel 22 verbunden. Dieser Antriebsmechanismus ist konfiguriert, um anzutreiben, um die Spindel 22 bezüglich einer Mittelachse AX1, die zu der Z-Achsen-Richtung (vertikalen Richtung) parallel ist, zu drehen. Im Ergebnis wird das an der Spindel 22 befestigte Werkzeug 32 gemäß der Drehung der Spindel 22 bezüglich der Mittelachse AX1 gedreht. Es sollte angegeben werden, dass, wenn die Werkzeugmaschine 100 eine Drehbank ist, an der Spindel 22 ein Werkstück befestigt ist. In diesem Fall wird das an der Spindel 22 befestigte Werkstück gemäß der Drehung der Spindel 22 gedreht.
Die Werkzeugmaschine 100 weist ferner einen automatischen Werkzeugwechsler (ATC) 30 auf. Der automatische Werkzeugwechsler 30 ist aus einem Magazin 31, einem Schubmechanismus 33 und einem Arm 36 ausgebildet. Das Magazin 31 ist eine Vorrichtung, die konfiguriert ist, verschiedene Typen von Werkzeugen 32 zum Bearbeiten von Werkstücken zu lagern. Das Magazin 31 ist aus mehreren Werkzeughalteabschnitten 34 und einem Kettenrad 35 ausgebildet.
Die Werkzeughalteabschnitte 34 sind konfiguriert, um verschiedene Typen von Werkzeugen 32 zu halten. Die mehreren Werkzeughalteabschnitte 34 sind ringförmig angeordnet, so dass sie das Kettenrad 35 umgeben. Das Kettenrad 35 ist vorgesehen, um durch einen Motor angetrieben zu werden, so dass es bezüglich einer Mittelachse AX2, die zu der X-Achse parallel ist, drehbar ist. Gemäß der Drehung des Kettenrads 35 werden die mehreren Werkzeughalteabschnitte 34 bewegt, so dass sie sich bezüglich der Mittelachse AX2 drehen.
Basierend auf dem Empfang einer Werkzeugwechselanweisung entfernt der automatische Werkzeugwechsler 30 ein zu befestigendes Zielwerkzeug 32 aus dem Magazin 31 und befestigt dann dieses Werkzeug 32 an der Spindel 22. Spezifischer bewegt der automatische Werkzeugwechsler 30 einen Werkzeughalteabschnitt 34, der das Zielwerkzeug 32 hält, so dass er vor dem Schubmechanismus 33 positioniert ist. Als Nächstes schiebt der Schubmechanismus 33 das Zielwerkzeug 32 zu einer Wechselposition für den Arm 36. Dann entfernt der Arm 36 das Zielwerkzeug 32 von dem Werkzeughalteabschnitt 34, wobei er ein gegenwärtig befestigtes Werkzeug 32 von der Spindel 32 entfernt. Dann wird der Arm 32 halb gedreht, wobei diese Werkzeuge 32 gehalten werden, wobei er das Zielwerkzeug 32 an der Spindel 22 befestigt und das früher befestigte Werkzeug 32 in dem Werkzeughalteabschnitt 34 lagert. In dieser Weise werden die Werkzeuge 32 miteinander gewechselt.
Die Werkzeugmaschine 100 enthält ferner einen Bewegungsmechanismus 50, der konfiguriert ist, ein zu bearbeitendes Werkstück in einer XY-Ebene zu bewegen. Der Bewegungsmechanismus 50 ist aus den Führungen 51, 53, den Kugelgewindetrieben 52, 54 und einem Tisch 55 (Werkzeughalteabschnitt) zum Halten eines Werkstücks ausgebildet.
Die Führung 51 ist zu der Y-Achse parallel installiert. Die Führung 53 ist an der Führung 51 vorgesehen und ist parallel zu der X-Achse installiert. Die Führung 53 ist konfiguriert, um entlang der Führung 51 angetrieben zu werden. Der Tisch 55 ist an der Führung 53 vorgesehen und ist konfiguriert, um entlang der Führung 53 angetrieben zu werden.
Ein Antriebsmechanismus, wie z. B. ein Servomotor, ist mit dem Kugelgewindetrieb 52 verbunden. Dieser Antriebsmechanismus treibt den Kugelgewindetrieb 52 an, um die Führung 53 entlang der Führung 51 zu bewegen und dadurch die Führung 53 zu einer geeigneten Position in der Y-Achsen-Richtung zu bewegen. Ähnlich ist ein Antriebsmechanismus, wie z. B. ein Servomotor, außerdem mit dem Kugelgewindetrieb 54 verbunden. Dieser Antriebsmechanismus treibt den Kugelgewindetrieb 54 an, um den Tisch 55 entlang der Führung 53 zu bewegen und dadurch den Tisch 55 zu einer geeigneten Position in der X-Achsen-Richtung zu bewegen. Das heißt, die Werkzeugmaschine 100 steuert die Antriebsmechanismen, die jeweils mit den Kugelgewindetrieben 52, 54 verbunden sind, zusammenwirkend, um den Tisch 55 zu einer geeigneten Position in der XY-Ebene zu bewegen. Entsprechend kann die Werkzeugmaschine 100 ein an dem Tisch 55 gehaltenes Werkstück bearbeiten, während das Werkstück in der XY-Ebene bewegt wird.
Das Gehäuse 23 ist mit einem Beschleunigungssensor 110 versehen, der konfiguriert ist, eine Schwingungsfrequenz der Spindel 22 oder des Werkzeugs 32 zu detektieren. Bevorzugt sind mehrere Beschleunigungssensoren 110 an dem Gehäuse 23 vorgesehen, um die Schwingungen der Spindel 22 oder des Werkzeugs 32 in verschiedenen Richtungen (z. B. den X-, Y- und Z-Richtungen) zu detektieren. Es sollte angegeben werden, dass der Sensor zum Detektieren der Schwingungsfrequenz nicht auf einen Beschleunigungssensor 110 eingeschränkt ist, wobei es möglich ist, irgendeinen Sensor zu verwenden, der die Schwingungsfrequenz des Werkzeugs 32 oder der Spindel 22 detektieren kann.
<Prinzip der Erzeugung einer regenerativen Ratterschwingung>
Wenn ein Werkstück unter Verwendung der Werkzeugmaschine 100 geschnitten wird, kann eine regenerative Ratterschwingung, d. h., eine Schwingung einer Schneidkante des Werkzeugs 32, erzeugt werden. Eine derartige regenerative Ratterschwingung ist eine Schwingung, die erzeugt wird, wenn eine Beziehung zwischen der Drehzahl der Spindel 22 und der Schnittbreite des Werkstücks durch das Werkzeug 32 einer vorgegebenen Bedingung entspricht.
Das Folgende beschreibt bezüglich 3 bis 6 ein Prinzip der Erzeugung der regenerativen Ratterschwingung. 3 zeigt eine beispielhafte Schnittbedingung, unter der eine regenerative Ratterschwingung wahrscheinlich erzeugt wird. Spezifisch zeigt 3(A) eine Schnittspur auf dem Werkstück beim vorhergehenden Schneiden. 3(B) zeigt eine Schwingungsfrequenz des Werkzeugs 32 beim aktuellen Schneiden. 3(C) zeigt eine Schnittdicke des Werkstücks durch das Werkzeug 32 beim aktuellen Schneiden.
Das Werkzeug 32 schneidet das Werkstück durch Drehen, um das Werkstück wiederholt zu schneiden. Das Werkzeug 32 wird während des Schneidens des Werkstücks in Schwingungen versetzt, was folglich zu einer Unregelmäßigkeit der Schnittfläche des Werkstücks führt, wie in 3(A) gezeigt ist.
Beim Schneiden des Werkstücks unter Verwendung des Werkzeugs 32 können die Schnittspur beim vorhergehenden Schneiden und die Schwingungsfrequenz des Werkzeugs 32 beim aktuellen Schneiden voneinander abweichen. Angenommen, dass diese Abweichung durch „ϕ“ repräsentiert wird, ist die Abweichung ϕ in dem Beispiel nach 3(A) und 3(B) π/4 (= 90°). Eine derartige Abweichung führt zu einer Fluktuation der Schnittdicke des Werkstücks in Abhängigkeit von den Schnittpositionen. 3(C) zeigt eine Fluktuation der Schnittdicke, wenn die Abweichung ϕ = π/4 ist. Die Fluktuation der Schnittdicke verursacht eine Fluktuation der von dem Werkstück auf das Werkzeug 32 während des Schneidens ausgeübten Kraft, mit dem Ergebnis, dass die regenerative Ratterschwingung wahrscheinlich erzeugt wird. Wenn insbesondere ϕ = π/4 ist, wird die regenerative Ratterschwingung am wahrscheinlichsten erzeugt.
4 zeigt eine beispielhafte Schnittbedingung, unter der die regenerative Ratterschwingung weniger wahrscheinlich erzeugt wird. Spezifischer zeigt 4(A) eine Schnittspur auf dem Werkstück beim vorhergehenden Schneiden. 4(B) zeigt eine Schwingungsfrequenz des Werkzeugs 32 beim aktuellen Schneiden. 4(C) zeigt eine Schnittdicke des Werkstücks durch das Werkzeug 32 beim aktuellen Schneiden.
In dem Beispiel nach 4(A) und 4(B) überlappt die Schwingungsfrequenz des Werkzeugs 32 mit der Schnittspur beim vorhergehenden Schneiden. In diesem Fall ist die Abweichung „ϕ“ 0, was folglich zu einer konstanten Schnittdicke des Werkstücks führt. Entsprechend wird die von dem Werkstück auf das Werkzeug 32 während des Schneidens ausgeübte Kraft konstant, mit dem Ergebnis, dass die regenerative Ratterschwingung weniger wahrscheinlich erzeugt wird.
Wenn die Drehzahl der Spindel 22 eingestellt wird, um die Abweichung „ϕ“ näher zu 0 zu machen, wird folglich die regenerative Ratterschwingung weniger wahrscheinlich erzeugt. Wenn unterdessen die Drehzahl der Spindel 22 eingestellt wird, um die Abweichung „ϕ“ näher zu π/4 zu machen, die regenerative Ratterschwingung wahrscheinlicher erzeugt wird.
Wenn das in der folgenden Formel (1) angegebene „k“ eine ganze Zahl ist, ist die Abweichung „ϕ“ typischerweise 0.
(Formel 1) $k = 60 \cdot f_{c} {/n}_{0} \cdot N)$
Das in der Formel (1) gezeigte „k“ wird als „Ordnung“ bezeichnet. „k“ repräsentiert die Anzahl der aufgrund der Schwingung des Werkzeugs 32 während eines Zeitraums von einem Zeitpunkt des Kontakts einer ersten Schneidkante des Werkzeugs 32 mit dem Werkstück bis zu einem Zeitpunkt des Kontakts einer zweiten Schneidkante des Werkzeugs 32 mit dem Werkstück in der Schnittfläche gebildeten Welligkeiten. Das heißt, „k“ entspricht der Anzahl der Schwingungen des Werkzeugs 32 während eines Zeitraums, bis ein aktueller Drehwinkel der ersten Schneidkante des Werkzeugs 32 einen aktuellen Drehwinkel der zweiten Schneidkante des Werkzeugs 32 erreicht. „f_c “ repräsentiert die Schwingungsfrequenz der Spindel 22. „N“ repräsentiert die Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs 32. „no“ repräsentiert die Drehzahl der Spindel 22. Der Begriff „Drehzahl“ bezieht sich hier auf die Drehzahl der Spindel 22 pro Einheitszeit (z. B. pro Minute). Weil das Werkzeug 32 in Bezug auf die Spindel 22 bewegt wird, ist die Drehzahl der Spindel 22 gleich der Drehzahl des Werkzeugs 32. Folglich bedeutet die Drehzahl der Spindel 22 die gleiche wie die Drehzahl des Werkzeugs 32. In der Beschreibung im Folgenden wird die Drehzahl der Spindel 22 oder des Werkzeugs 32 außerdem als die „Spindeldrehzahl“ bezeichnet.
5 zeigt eine Weise des Schneidens eines Werkstücks W, wenn die Ordnung k eine ganze Zahl ist. 5 zeigt die Zustände des Werkzeugs 32 und des Werkstücks W in der axialen Richtung der Spindel 22 gesehen.
5(A) zeigt eine Weise des Schneidens des Werkstücks W, wenn die Ordnung k 1 ist. Wenn die Ordnung k 1 ist, wie in 5(A) gezeigt ist, ist die Anzahl der in der Schnittfläche aufgrund der Schwingung des Werkzeugs 32 während eines Zeitraums von einem Zeitpunkt des Kontakts einer Schneidkante 32A des Werkzeugs 32 mit dem Werkstück W bis zu einem Zeitpunkt des Kontakts einer Schneidkante 32B des Werkzeugs 32 mit dem Werkstück W gebildeten Welligkeiten 1.
5(B) zeigt eine Weise des Schneidens des Werkstücks W, wenn die Ordnung k 2 ist. Die Werkzeugdrehzahl in der Weise des Schneidens nach 5(B) entspricht 1/2 der Spindeldrehzahl in der Weise des Schneidens in 5(A). Wenn die Ordnung k 2 ist, wie in 5(B) gezeigt ist, ist die Anzahl der Welligkeiten in der Schnittfläche des Werkstücks W2.
5(C) zeigt eine Weise des Schneidens des Werkstücks W, wenn die Ordnung k 3 ist. Die Spindeldrehzahl in der Weise des Schneidens nach 5(C) entspricht 1/3 der Spindeldrehzahl in der Weise des Schneidens in 5(A). Wenn die Ordnung k 3 ist, wie in 5(C) gezeigt ist, ist die Anzahl der Welligkeiten in der Schnittfläche des Werkstücks W 3.
In jeder der Weisen des Schneidens, wie in 5A bis 5C gezeigt ist, ist die Abweichung „ϕ“ 0, wobei deshalb die regenerative Ratterschwingung weniger wahrscheinlich erzeugt wird.
Ob die regenerative Ratterschwingung erzeugt wird oder nicht, ist durch eine Beziehung zwischen der Spindeldrehzahl und der Schnittbreite des Werkstücks W bestimmt. 6 zeigt einen Bereich (der im Folgenden außerdem als ein „stabiler Bereich“ bezeichnet wird) der Schnittbedingungen, unter denen keine regenerative Ratterschwingung erzeugt wird, und einen Bereich (der im Folgenden außerdem als ein „instabiler Bereich“ bezeichnet wird) der Schnittbedingungen, unter denen die regenerative Ratterschwingung erzeugt wird, in der Schnittbedingungsbeziehung zwischen der Spindeldrehzahl und der Schnittbreite des Werkstücks W. In 6 ist die Beziehung zwischen dem stabilen Bereich und dem instabilen Bereich als ein Stabilitätsgrenzendiagramm 60 gezeigt. In dem stabilen Bereich ist eine Schraffur bereitgestellt, wohingegen in dem instabilen Bereich keine Schraffur bereitgestellt ist.
Die horizontale Achse der in 6 gezeigten graphischen Darstellung repräsentiert die Spindeldrehzahl. Die vertikale Achse der in 6 gezeigten graphischen Darstellung repräsentiert die Schnittbreite des Werkstücks. Der Begriff „Schnittbreite“ ist hier ein Konzept, das: eine Schnittbreite des Werkstücks W durch das Werkzeug 32 in der axialen Richtung der Spindel 22 (die im Folgenden außerdem als eine „Schnittbreite Ap“ bezeichnet wird); und eine Schnittbreite des Werkstücks W durch das Werkzeug 32 einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung der Spindel 22 und orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Werkzeugs 32 bezüglich des Werkstücks W (die im Folgenden außerdem als eine „Schnittbreite Ae“ bezeichnet wird) umfasst. Das heißt, die vertikale Achse der in 6 gezeigten graphischen Darstellung kann durch die Schnittbreite Ap dargestellt sein oder kann durch die Schnittbreite Ae dargestellt sein.
7 zeigt eine Weise des Schneidens des Werkstücks W durch das Werkzeug 32. 7 zeigt das Werkzeug 32, das als ein Langlochfräser dient. Das Werkzeug 32 weist eine Seitenfläche mit mehreren Schneidkanten auf, wobei es das Werkstück W durch das Drehen in Kontakt mit dem Werkstück W schneidet.
7 zeigt das Werkzeug 32, das als ein Langlochfräser dient. Das Werkzeug 32 weist die Seitenfläche mit den mehreren Schneidkanten auf und schneidet das Werkstück W durch das Drehen entlang einem vorgegebenen Weg in Kontakt mit dem Werkstück W. Als ein Beispiel schneidet das Werkzeug 32 durch die Schnittbreite Ae sequentiell eine erste Linie des Schnittabschnitts mit der Schnittbreite Ap. Als Nächstes schneidet das Werkzeug 32 durch die Schnittbreite Ae sequentiell eine zweite Linie des Schnittabschnitts mit der Schnittbreite Ap. Durch das Wiederholen des Schneidens in dieser Weise schneidet das Werkzeug 32 das Werkstück W in eine geeignete Form.
<Schwingungsüberwachungsschirm>
Die Werkzeugmaschine 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt auf einer Anzeige 130 (einem Anzeigeabschnitt) einen Schwingungsüberwachungsschirm zum Überwachen der regenerativen Ratterschwingung dar. In der Beschreibung im Folgenden wird der Schwingungsüberwachungsschirm bezüglich 6 und 8 beschrieben.
8 zeigt einen auf der Anzeige 130 dargestellten Schwingungsüberwachungsschirm 70. Der Schwingungsüberwachungsschirm 70 enthält einen Schwingungsinformationsdarstellungsabschnitt 72, einen Werkzeuginformationsdarstellungsabschnitt 85 und einen Bearbeitungsinformationsdarstellungsabschnitt 86.
Das Folgende beschreibt sequentiell diese Schirmkomponenten.
(Schwingungsinformationsdarstellungsabschnitt 72)
Der Schwingungsinformationsdarstellungsabschnitt 72 stellt verschiedene Typen von Informationen über die regenerative Ratterschwingung dar. Als ein Beispiel enthält der Schwingungsinformationsdarstellungsabschnitt 72 einen Schwingungsmesser 73 und einen Ordnungsmesser 78.
Der Schwingungsmesser 73 stellt eine aktuelle Schwingungsstärke des Werkzeugs 32 dem Anwender über einen Zeiger 76 dar. Der Zeiger 76 wird in Bezug auf die Schwingungsstärke des Werkzeugs 32 im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt. Der Schwingungsmesser 73 ist in ein Segment 74 mit geringer Schwingungsstärke und ein Segment 75 mit hoher Schwingungsstärke aufgeteilt. Wenn der Zeiger 76 zu dem Segment 74 mit geringer Schwingungsstärke gehört, wird keine regenerative Ratterschwingung erzeugt. Wenn der Zeiger 76 zu dem Segment 75 mit hoher Schwingungsstärke gehört, wird die regenerative Ratterschwingung erzeugt.
Der Ordnungsmesser 78 stellt die Ordnungsinformationen dar, die eine Größe der aktuellen Ordnung angeben. Der Begriff „Ordnungsinformationen“ ist hier ein Konzept, das: eine Anzahl, die die Größe der aktuellen Ordnung direkt repräsentiert; ein Bildobjekt, das die Größe der aktuellen Ordnung indirekt repräsentiert; und dergleichen umfasst. In dem Beispiel nach 8 ist der Ordnungsmesser 78 als ein Bildobjekt gezeigt, das die aktuelle Ordnung repräsentiert. Der Ordnungsmesser 78 stellt die aktuelle Ordnung dem Anwender über einen Zeiger 82 dar, der mit der aktuellen Ordnung in Beziehung steht. Typischerweise wird der Zeiger 82 zur linken Seite des Schirms bewegt, wenn die aktuelle Ordnung höher ist, während er zur rechten Seite des Schirms bewegt wird, wenn die aktuelle Ordnung tiefer ist.
Als ein Beispiel ist der Ordnungsmesser 78 in ein Segment 79 tiefer Ordnung, ein Segment 80 mittlerer Ordnung und ein Segment 81 hoher Ordnung aufgeteilt. Wie in 6 gezeigt ist, ist der stabile Bereich in dem Segment 79 tiefer Ordnung bei der Schnittbreite Ae1 vorhanden. Folglich kann die regenerative Ratterschwingung nur durch das Einstellen der Spindeldrehzahl unterdrückt werden. Das heißt, wenn der Zeiger 82 zu dem Segment 79 tiefer Ordnung gehört, kann der Anwender beurteilen, dass die regenerative Ratterschwingung nur durch das Ändern der Spindeldrehzahl unterdrückt werden kann.
Überdies ist der stabile Bereich in dem Segment 80 mittlerer Ordnung bei einer Schnittbreite Ae1 nicht vorhanden. Folglich kann die regenerative Ratterschwingung nur durch das Einstellen der Spindeldrehzahl nicht unterdrückt werden. Das heißt, wenn der Zeiger 82 zu dem Segment 80 mittlerer Ordnung gehört, kann der Anwender beurteilen, dass die Schnittbreite des Werkstücks W kleiner als die aktuelle Schnittbreite sein muss.
Wenn überdies der Zeiger 82 zu dem Segment 81 hoher Ordnung gehört, kann der Anwender erkennen, dass ein Dämpfungsbereich nah ist. Der Dämpfungsbereich bezieht sich auf einen Bereich, in dem keine regenerative Ratterschwingung erzeugt wird, selbst wenn die Schnittbreite vergrößert wird. Das heißt, wenn der Zeiger 82 zu dem Segment 81 hoher Ordnung gehört, kann der Anwender beurteilen, dass die regenerative Ratterschwingung durch das Verringern der Spindeldrehzahl unterdrückt werden kann, so dass sie tiefer als die aktuelle Spindeldrehzahl ist, wobei er beurteilen kann, dass die Schnittbreite des Werkstücks W vergrößert werden kann.
Weil die Ordnungsinformationen, die die Größe der aktuellen Ordnung angeben, in dieser Weise auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 dargestellt sind, kann die Werkzeugmaschine 100 den Anwender beim Einstellen eines Steuerparameters unterstützen.
Bevorzugt stellt die Werkzeugmaschine 100 die Ordnungsinformationen auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 in einer derartigen Darstellungsweise dar, das das Ordnungssegment, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, von den anderen Ordnungssegmenten unterscheidbar ist. Das Ordnungssegment, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, ist typischerweise im Vergleich zu den anderen Ordnungssegmenten in einer hervorgehobenen Weise dargestellt. Es wird irgendein Hervorhebungsverfahren verwendet. Als ein Beispiel wird das Ordnungssegment, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, in einer Farbe dargestellt, die von jenen der anderen Ordnungssegmente verschieden ist. Alternativ wird das Ordnungssegment, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, dargestellt, so dass es dunkler als die anderen Ordnungssegmente ist. Weil das Ordnungssegment, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, im Vergleich zu den anderen Ordnungssegmenten in der hervorgehobenen Weise dargestellt ist, kann der Anwender das Ordnungssegment, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, leicht unterscheiden, wobei er intuitiver beurteilen kann, wie die Spindeldrehzahl und die Schnittbreite eingestellt werden sollten.
Es sollte angegeben werden, dass es in dem Beispiel nach 8 drei aufgeteilte Ordnungssegmente gibt; es kann jedoch zwei aufgeteilte Ordnungssegmente geben oder es kann vier oder mehr aufgeteilte Ordnungssegmente geben. Als ein Beispiel sind die Ordnungen in die folgenden zwei Ordnungssegmente aufgeteilt: ein erstes Ordnungssegment (z. B. das Segment tiefer Ordnung); und ein zweites Ordnungssegment (z. B. das Segment hoher Ordnung). Der obere Grenzwert des ersten Ordnungssegments ist größer als der oder gleich dem unteren Grenzwert des zweiten Ordnungssegments. Der durch jedes Ordnungssegment dargestellte Bereich ist bevorzugt auf der Seite tieferer Ordnung größer. Das heißt, der Bereich der Ordnungen, der durch das erste Ordnungssegment tiefer Ordnung dargestellt ist, ist größer als der Bereich der Ordnungen, der durch das zweite Ordnungssegment hoher Ordnung dargestellt ist.
(Werkzeuginformationsdarstellungsabschnitt 85)
In dem Werkzeuginformationsdarstellungsabschnitt 85 sind verschiedene Typen von Informationen über das zum Bearbeiten verwendete Werkzeug dargestellt. Die dargestellten Werkzeuginformationen enthalten z. B.: eine Werkzeugnummer; die Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs; den Durchmesser des Werkzeugs; einen Bereich der Spindeldrehzahlen, in dem das Werkzeug sicher verwendet werden kann; eine Halterungsnummer zum Identifizieren des Werkzeughalteabschnitts 34 (siehe 2); und dergleichen.
(Bearbeitungsinformationsdarstellungsabschnitt 86)
Im Bearbeitungsinformationsdarstellungsabschnitt 86 ist eine aktuelle Bearbeitungsbedingung (ein Steuerparameter) für das Werkzeug 32 dargestellt. Die dargestellte Bearbeitungsbedingung enthält z. B.: eine Vorschubgeschwindigkeit pro Schneidkante des Werkzeugs 32; die Spindeldrehzahl; und dergleichen.
<Verfahren zum Bestimmen des Ordnungssegments>
Die jeweiligen Bereiche der Ordnungssegmente, die in dem Ordnungsmesser 78 des Schwingungsüberwachungsschirms 70 angegeben sind (siehe 8), können im Voraus zum Zeitpunkt des Entwerfens bestimmt werden, können zum Zeitpunkt der Verwendung durch den Anwender geeignet geändert werden oder können automatisch bestimmt werden.
Bezüglich 9 beschreibt das Folgende einen Fall, in dem die jeweiligen Bereiche der Ordnungssegmente automatisch bestimmt werden. 9 ist eine konzeptionelle Ansicht, die einen Prozess zeigt, in dem ein Ordnungsmesser 78 aus einem Stabilitätsgrenzendiagramm 60A erzeugt wird.
In Übereinstimmung mit dem erzeugten Stabilitätsgrenzendiagramm 60A ändert die Werkzeugmaschine 100 jeden der Bereiche der Ordnungen, die durch die Ordnungssegmente des Ordnungsmessers 78 dargestellt sind. Als ein Beispiel berechnet die Werkzeugmaschine 100 ein Verhältnis (das im Folgenden als ein „Verhältnis des stabilen Bereichs“ bezeichnet wird) des stabilen Bereichs in jedem Abschnitt der Spindeldrehzahl bei der aktuellen Schnittbreite Ae1, wobei sie den Bereich jedes Ordnungssegments in Übereinstimmung mit dem Verhältnis des stabilen Bereichs bestimmt. Als ein Beispiel weist die Werkzeugmaschine 100 ein Segment 80A mittlerer Ordnung einem Abschnitt zu, in dem das Verhältnis des stabilen Bereichs kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert th ist. Als Nächstes weist die Werkzeugmaschine 100 ein Segment 79A tiefer Ordnung einem Abschnitt auf einer Seite tieferer Ordnung bezüglich des Segments 80A mittlerer Ordnung zu, wobei sie ein Segment 81A hoher Ordnung einem Abschnitt auf einer Seite höherer Ordnung bezüglich des Segments 80A mittlerer Ordnung zuweist.
Entsprechend kann die Werkzeugmaschine 100 den Bereich jedes Ordnungssegments in Übereinstimmung mit der Größe des stabilen Bereichs bestimmen. Durch das Prüfen des Ordnungssegments, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, kann der Anwender leicht beurteilen, ob die Ratterschwingung durch das Einstellen der Spindeldrehzahl unterdrückt werden kann.
<Darstellung der Betriebsweise>
Als Nächstes beschreibt das Folgende eine empfohlene Betriebsweise, die bei der Erzeugung der regenerativen Ratterschwingung dargestellt wird. Jede der 10 bis 12 zeigt eine dargestellte, beispielhafte empfohlene Betriebsweise.
Wenn die aktuelle Ordnung zu dem Segment 79 tiefer Ordnung gehört, wie in 10 gezeigt ist, stellt die Werkzeugmaschine 100 eine empfohlene Betriebsweise 95A auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 dar. Wie oben beschrieben worden ist, ist in dem Segment 79 tiefer Ordnung der stabile Bereich nah bei der aktuellen Spindeldrehzahl vorhanden. Folglich kann die regenerative Ratterschwingung nur durch das Einstellen der Spindeldrehzahl unterdrückt werden. Wenn folglich das aktuelle Ordnungssegment zu dem Segment 79 tiefer Ordnung gehört, drängt folglich die Werkzeugmaschine 100 den Anwender über die Darstellung der Betriebsweise 95A, die Spindeldrehzahl zu ändern.
Wenn die aktuelle Ordnung zu dem Segment 80 mittlerer Ordnung gehört, wie in 11 gezeigt ist, stellt die Werkzeugmaschine 100 eine empfohlene Betriebsweise 95B auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 dar. Wie oben beschrieben worden ist, ist in dem Segment 80 mittlerer Ordnung kein stabiler Bereich vorhanden. Folglich kann die regenerative Ratterschwingung durch das Einstellen der Spindeldrehzahl nicht unterdrückt werden. Wenn das aktuelle Ordnungssegment zu dem Segment 80 mittlerer Ordnung gehört, drängt die Werkzeugmaschine 100 deshalb den Anwender über die Darstellung der Betriebsweise 95B, die Schnittbreite des Werkstücks W zu verringern, so dass sie kleiner als die aktuelle Schnittbreite ist.
Wenn die aktuelle Ordnung zu dem Segment 81 hoher Ordnung gehört, wie in 12 gezeigt ist, stellt die Werkzeugmaschine 100 eine empfohlene Betriebsweise 95C auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 dar. Wie oben beschrieben worden ist, kann in dem Segment 81 hoher Ordnung die Schnittbedingung durch das Verringern der Spindeldrehzahl, so dass sie kleiner als die aktuelle Spindeldrehzahl ist, in dem Dämpfungsbereich enthalten sein. Wenn das aktuelle Ordnungssegment zu dem Segment 81 hoher Ordnung gehört, drängt folglich die Werkzeugmaschine 100 den Anwender über die Darstellung der Betriebsweise 95C, die Spindeldrehzahl zu verringern, so dass sie kleiner als die aktuelle Spindeldrehzahl ist. Überdies wird in dem Dämpfungsbereich keine regenerative Ratterschwingung erzeugt, selbst wenn die Schnittbreite vergrößert wird. Folglich stellt die Werkzeugmaschine 100 dem Anwender dar, dass es kein Problem gibt, falls die Schnittbreite vergrößert wird, so dass sie größer als die aktuelle Schnittbreite ist.
Eine Beziehung zwischen dem Ordnungssegment und der empfohlenen Betriebsweise ist z. B. in den in 13 gezeigten Ordnungssegmentinformationen 124 definiert. 13 zeigt eine beispielhafte Datenstruktur der Ordnungssegmentinformationen 124.
Wie in 13 gezeigt ist, ist in den Ordnungssegmentinformationen 124 für jedes Ordnungssegmenten ein Bereich der Ordnungen einer empfohlenen Betriebsweise zugeordnet, die auf der Werkzeugmaschine 100 auszuführen ist, um die regenerative Ratterschwingung zu unterdrücken. Aus den in den Ordnungssegmentinformationen 124 definierten Ordnungssegmenten spezifiziert die Werkzeugmaschine das Ordnungssegment, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, wobei sie die dem Ordnungssegment zugeordnete Betriebsweise ausgibt. Durch das Darstellen der empfohlenen Betriebsweise bei der Erzeugung der regenerativen Ratterschwingung kann der Anwender intuitiver beurteilen, welcher Steuerparameter eingestellt werden sollte und wie der Steuerparameter eingestellt werden sollte.
<Hardware-Konfiguration der Werkzeugmaschine 100>
Bezüglich 14 beschreibt das Folgende eine beispielhafte Hardware-Konfiguration der Werkzeugmaschine 100. 14 ist ein Blockschaltplan, der eine Haupt-Hardware-Konfiguration der Werkzeugmaschine 100 zeigt.
Die Werkzeugmaschine 100 enthält eine Spindel 22, die Kugelgewindetriebe 25, 52, 54, eine Steuervorrichtung 101, einen ROM 102, einen RAM 103, eine Kommunikationsschnittstelle 104, eine Anzeigeschnittstelle 105, eine Eingangsschnittstelle 109, einen Beschleunigungssensor 110, die Servotreiber 111A bis 111D, die Servomotoren 112A bis 112D, die Codierer 113A bis 113D und eine Speichervorrichtung 120.
Die Steuervorrichtung 101 ist eine NC-Steuervorrichtung (Steuervorrichtung zur numerischen Steuerung), die z. B. ein NC-Programm ausführen kann. Die NC-Steuervorrichtung ist aus wenigstens einer integrierten Schaltung ausgebildet. Die integrierte Schaltung ist z. B. aus wenigstens einer CPU (Zentraleinheit), wenigstens einer ASIC (anwendungsspezifischen integrierten Schaltung), wenigstens einer FPGA (feldprogrammierbaren Gatteranordnung) oder einer Kombination daraus ausgebildet.
Die Steuervorrichtung 101 steuert eine Operation der Werkzeugmaschine 100 durch das Ausführen verschiedener Typen von Programmen, wie z. B. eines Steuerprogramms 122 (NC-Programms) der Werkzeugmaschine 100. Basierend auf dem Empfang einer Ausführungsanweisung für das Steuerprogramm 122 liest die Steuervorrichtung 101 das Steuerprogramm 122 aus der Speichervorrichtung 120 in den ROM 102 aus. Der RAM 103 arbeitet als ein Arbeitsspeicher, um verschiedene Typen der Daten vorübergehend zu speichern, die erforderlich sind, um das Steuerprogramm 122 auszuführen.
Mit der Kommunikationsschnittstelle 104 sind ein LAN, eine Antenne oder dergleichen verbunden. Die Werkzeugmaschine 100 tauscht Daten über die Kommunikationsschnittstelle 104 mit einer externen Kommunikationsvorrichtung aus. Beispiele der externen Kommunikationsvorrichtung enthalten einen Server, andere Kommunikationsendgeräte und dergleichen. Die Werkzeugmaschine 100 kann konfiguriert sein, um ein Steuerprogramm 122 von dem Kommunikationsendgerät herunterzuladen.
Die Anzeigeschnittstelle 105 ist mit einer Anzeigevorrichtung, wie z. B. einer Anzeige 130, verbunden. In Übereinstimmung mit einem Befehl von der Steuervorrichtung 101 oder dergleichen sendet die Anzeigeschnittstelle 105 ein Bildsignal zum Darstellen eines Bildes an die Anzeige 130. Beispiele der Anzeige 130 enthalten eine Flüssigkristallanzeige, eine organische EL-Anzeige oder andere Anzeigevorrichtungen.
Die Eingangsschnittstelle 109 kann mit einer Eingabevorrichtung 131 verbunden sein. Die Beispiele der Eingabevorrichtung 131 enthalten: eine Berührungstafel, die in der Anzeige 130 vorgesehen ist; eine Maus; eine Tastatur; und andere Eingabevorrichtungen, die eine Anwenderbetätigung empfangen können.
Der Servotreiber 111A empfängt sequentiell eine Eingabe einer Zieldrehzahl (oder einer Zielposition) von der Steuervorrichtung 101, um den Servomotor 112A zu steuern, um sich mit einer Zieldrehzahl zu drehen. Spezifischer berechnet der Servotreiber 111A eine tatsächliche Drehzahl (oder eine tatsächliche Position) des Servomotors 112A aus einem Rückkopplungssignal eines Codierers 113A. Wenn die tatsächliche Drehzahl kleiner als die Zieldrehzahl ist, wird die Drehzahl des Servomotors 112A vergrößert, wohingegen, wenn die tatsächliche Drehzahl größer als die Zieldrehzahl ist, die Drehzahl des Servomotors 112A verringert wird. In dieser Weise bringt der Servotreiber 111A die Drehzahl des Servomotors 112A nah zu der Zieldrehzahl, während er sequentiell die Rückkopplung der Drehzahl des Servomotors 112A empfängt. Der Servotreiber 111A bewegt den Tisch 55 (siehe 2), der mit dem Kugelgewindetrieb 54 verbunden ist, entlang der X-Achsen-Richtung, um den Tisch 55 zu einer geeigneten Position in der X-Achsen-Richtung zu bewegen.
Durch das Ausführen einer ähnlichen Motorsteuerung bewegt der Servotreiber 111B die Führung 53 (siehe 2), die mit dem Kugelgewindetrieb 52 verbunden ist, entlang der Y-Achsen-Richtung, um den Tisch 55 (siehe 2) an der Führung 53 zu einer geeigneten Position in der Y-Achsen-Richtung zu bewegen. Durch das Ausführen einer ähnlichen Motorsteuerung bewegt der Servotreiber 111C den Spindelkopf 21 (siehe 2), der mit dem Kugelgewindetrieb 25 verbunden ist, zu einer geeigneten Position in der Z-Achsen-Richtung. Durch das Ausführen einer ähnlichen Motorsteuerung steuert der Servotreiber 111D die Spindeldrehzahl.
Die Speichervorrichtung 120 ist z. B. ein Speichermedium, wie z. B. eine Festplatte oder ein Flash-Speicher. Die Speichervorrichtung 120 speichert: das Stabilitätsgrenzendiagramm 60; das Steuerprogramm 122; die oben beschriebenen Ordnungssegmentinformationen 124 (siehe 13); verschiedene Typen von Steuerparametern 126, die für das Steuerprogramm 122 verwendet werden, (wie z. B. die Spindeldrehzahl, die Vorschubgeschwindigkeit der Spindel 22 und die Schnittbreiten Ap, Ae); und die Werkzeuginformationen 128, die einen Durchmesser jedes Werkzeugs, die Anzahl der Schneidkanten jedes Werkzeugs und dergleichen definieren. Die Speicherorte für diese sind nicht auf die Speichervorrichtung 120 eingeschränkt. Sie können in einem Speicherbereich (z. B. einem Cache-Bereich oder dergleichen) der Steuervorrichtung 101, dem ROM 102, dem RAM 103, einer externen Vorrichtung (z. B. einem Server) oder dergleichen gespeichert sein.
Das Steuerprogramm 122 kann vorgesehen sein, so dass es in einem Abschnitt eines geeigneten Programms enthalten ist, anstatt ein einzelnes Programm zu sein. In diesem Fall ist der Steuerprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Zusammenarbeit mit einem derartigen geeigneten Programm implementiert. Ein derartiges Programm, das keinen Teil der Module enthält, weicht nicht vom Hauptpunkt des Steuerprogramms 122 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ab. Ferner kann ein Teil der oder die Gesamtheit der Funktionen, die durch das Steuerprogramm 122 bereitgestellt sind, durch dedizierte Hardware implementiert sein. Ferner kann die Werkzeugmaschine 100 in einer derartigen Weise als ein Cloud-Dienst konfiguriert sein, in dem wenigstens ein Server einen Teil des Prozesses der Steuerprogramms 122 ausführt.
<Funktionale Konfiguration der Werkzeugmaschine 100>
Das Folgende beschreibt die Funktionen der Werkzeugmaschine 100 bezüglich 15 und 16. 15 zeigt die beispielhaften funktionalen Konfigurationen der Werkzeugmaschine 100.
Wie in 15 gezeigt ist, enthält als die funktionalen Konfigurationen die Steuervorrichtung 101 der Werkzeugmaschine 100 eine Drehzahldetektionseinheit 152, eine Schwingungsdetektionseinheit 154, eine Arithmetikeinheit 156, eine Erzeugungseinheit 158, eine Bestimmungseinheit 160 und eine Anzeigesteuereinheit 162.
In der Beschreibung im Folgenden werden diese funktionalen Konfigurationen sequentiell beschrieben.
(Drehzahldetektionseinheit 152)
Die Drehzahldetektionseinheit 152 detektiert eine aktuelle Spindeldrehzahl. Die Spindeldrehzahl kann durch verschiedene Verfahren detektiert werden. Als ein Beispiel erhält die Drehzahldetektionseinheit 152 von dem Servotreiber 111D (siehe 14) die durch den Codierer 113D (siehe 14) detektierte Spindeldrehzahl. Alternativ kann die Drehzahldetektionseinheit 152 einen Befehlswert (ein Steuersignal) für die Spindeldrehzahl erhalten, wobei der Befehlswert an den Servotreiber 111D ausgegeben wird, um die Drehung der Spindel 22 zu steuern. Basierend auf dem Befehlswert kann die Drehzahldetektionseinheit 152 die Spindeldrehzahl detektieren. Die durch die Drehzahldetektionseinheit 152 detektierte Spindeldrehzahl wird zu der Arithmetikeinheit 156 und der Anzeigesteuereinheit 162 ausgegeben.
(Schwingungsdetektionseinheit 154)
Die Schwingungsdetektionseinheit 154 tastet mit einer vorgegebenen Abtastrate eine durch den Beschleunigungssensor 110 (siehe 1) detektierte Beschleunigung während des Bearbeitens des Werkstücks ab und führt eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) an dem Abtastergebnis aus.
16 zeigt eine abgetastete Schwingungsfrequenz 69A. Die Schwingungsdetektionseinheit 154 führt die Frequenzzerlegung der Schwingungsfrequenz 69A durch das Ausführen der schnellen Fourier-Transformation an der Schwingungsfrequenz 69A aus und berechnet eine Schwingungsstärke für jede Frequenz. 16 zeigt ein Spektrum 69B als ein Beispiel des Ergebnisses der Fourier-Transformation. Die horizontale Achse des Spektrums 69B repräsentiert die Frequenz. Die vertikale Achse des Spektrums 69B repräsentiert die Schwingungsstärke. Die Schwingungsstärke repräsentiert eine Amplitude.
Als die Schwingungsstärke der Spindel 22 oder des Werkzeugs 32 detektiert die Schwingungsdetektionseinheit 154 die maximale Schwingungsstärke unter den jeweiligen Schwingungsstärken der in dem Spektrum 69B angegebenen Frequenzen. In dem Beispiel nach 16 wird eine Schwingungsstärke S bei einer Frequenz „f“ extrahiert. Wann immer die Schwingungsstärke S detektiert wird, wird die Schwingungsstärke S zu der Arithmetikeinheit 156 und der Anzeigesteuereinheit 162 ausgegeben.
In der obigen Beschreibung ist veranschaulichend beschrieben worden, dass die Schwingungsstärke S aus dem Detektionsergebnis der Beschleunigung in einer Richtung berechnet wird; die Schwingungsstärke kann jedoch aus den Detektionsergebnissen der Beschleunigungen in mehreren Richtungen (z. B. den X-bis Z-Richtungen, die in 1 gezeigt sind) berechnet werden. In diesem Fall wird der Maximalwert unter den in den jeweiligen Richtungen detektierten Schwingungsstärken als die Schwingungsstärke verwendet. Alternativ wird ein Durchschnittswert der in den jeweiligen Richtungen detektierten Schwingungsstärken als die Schwingungsstärke berechnet.
(Arithmetikeinheit 156)
Die Arithmetikeinheit 156 berechnet die aktuelle Ordnung basierend auf der durch die Drehzahldetektionseinheit 152 detektierten Spindeldrehzahl, der durch die Schwingungsdetektionseinheit 154 detektierten Frequenz der regenerativen Ratterschwingung und der Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs 32. Die Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs 32 ist z. B. in den Werkzeuginformationen 128 (siehe 14) definiert.
Typischerweise setzt die Arithmetikeinheit 156 die Spindeldrehzahl, die Frequenz der regenerativen Ratterschwingung und die Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs 32 in die oben beschriebene Formel (1) ein, wobei sie das Berechnungsergebnis als die aktuelle Ordnung berechnet. Die berechnete aktuelle Ordnung wird zu der Anzeigesteuereinheit 162 ausgegeben.
(Erzeugungseinheit 158)
Die Erzeugungseinheit 158 erzeugt basierend auf der aktuellen Schnittbedingung das Stabilitätsgrenzendiagramm 60. Das Stabilitätsgrenzendiagramm wird durch verschiedene Verfahren erzeugt. Als ein Beispiel wird das Stabilitätsgrenzendiagramm 60 unter Verwendung eines durch Y. Altintas entworfenen Analyseverfahrens bestimmt.
In dem Analyseverfahren nach Y. Altintas sind die Gleichungen der Bewegung des Werkzeugs 32 durch ein physikalisches Modell mit zwei Freiheitsgraden in der X-Richtung und der Y-Richtung ausgedrückt, wie in den folgenden Formeln (2) und (3) angegeben ist.
(Formel 2) $x" + 2 G_{x} ω_{x} x' + ω_{x}^{2} x = F_{x} / m_{x}$
(Formel 3) $y" + 2 G_{y} ω_{y} y' + ω_{y}^{2} y = F_{y} / m_{y}$
Das in der oben beschriebenen Formel gezeigte „ω_x “ repräsentiert eine Eigenschwingungsfrequenz [rad/s] des Werkzeugs 32 in der X-Richtung. „ω_y “ repräsentiert eine Eigenschwingungsfrequenz [rad/s] des Werkzeugs 32 in der Y-Richtung. „G_x “ repräsentiert ein Dämpfungsverhältnis [%] in der X-Richtung. „G_y “ repräsentiert ein Dämpfungsverhältnis [%] in der Y-Richtung. „m_x “ repräsentiert eine äquivalente Masse [kg] in der X-Richtung. „m_y “ repräsentiert eine äquivalente Masse [kg] in der Y-Richtung. „F_x “ repräsentiert eine in der X-Richtung auf das Werkzeug 32 wirkende Schneidkraft [N]. „F_y “ repräsentiert eine in der Y-Richtung auf das Werkzeug 32 wirkende Schneidkraft [N]. „x““ und „y““ repräsentieren die jeweiligen zweiten Ableitungen nach der Zeit. „x'“ und „y'“ repräsentieren die jeweiligen ersten Ableitungen nach der Zeit.
Die in den oben beschriebenen Formeln (2) und (3) angegebenen Schnittkräfte „F_x “ und „F_y “ sind durch die folgenden Formeln (4) und (5) bestimmt.
(Formel 4) $F_{x} = - K_{t} a_{p} h (ϕ) cos (ϕ) - K_{r} K_{t} a_{p} h (ϕ) sin (ϕ)$
(Formel 5) $F_{y} = + K_{t} a_{p} h (ϕ) sin (ϕ) - K_{r} K_{t} a_{p} h (ϕ) cos (ϕ)$
Das in jeder der oben beschriebenen Formeln gezeigte „h(ϕ)“ repräsentiert eine Dicke [m²], mit der die Schneidkante des Werkzeugs 32 das Werkstück W schneidet. „ap“ repräsentiert eine Schnittbreite [mm] in der axialen Richtung. „Kt“ repräsentiert einen spezifischen Schnittwiderstand [N/m²] einer Hauptkomponentenkraft. „K_r “ repräsentiert ein Verhältnis [%] der Hauptkomponentenkraft und der radialen Kraft.
Die Schnittkräfte F_x und F_y werden in Abhängigkeit von dem Drehwinkel „ϕ“ des Werkzeugs 32 geändert. Folglich werden die Schnittkräfte F_x und F_y zwischen einem Winkel „ϕ_s“ beim Beginn des Schneidens und einem Winkel „ϕ_e“ am Ende des Schneidens integriert, wobei ihre jeweiligen Durchschnitte bestimmt werden und dadurch die Schnittkräfte F_x und F_y erhalten werden. Überdies können jeder des Drehwinkels „ϕ_s“ und des Drehwinkels „ϕ_e“ in Übereinstimmung mit: dem Durchmesser D [mm] des Werkzeugs 32; der Schnittbreite A_e [mm] in der radialen Richtung; der Vorschubrichtung; und ob das Schneiden das obere Schneiden oder das untere Schneiden ist, geometrisch bestimmt werden.
Ein charakteristischer Wert Λ im Zusammenhang mit jeder der oben beschriebenen Formeln (2) und (3) ist durch eine im Folgenden beschriebene Formel (6) ausgedrückt, wobei die Anzahl der regenerativen Ratterschwingungen durch ω_c repräsentiert wird. Es sollte angegeben werden, dass jede Variable auf der rechten Seite der Formel (6) aus den im Folgenden beschriebenen Formeln (7) bis (14) bestimmt wird.###
(Formel 6) $Λ=− (a_{1} \pm {(a_{1}^{2} - 4 a_{0})}^{1 / 2}) / 2 a_{0}$
(Formel 7) $a_{0} = Φ_{xx} (i ω_{c}) Φ_{yy} (i ω_{c}) (α_{xx} α_{yy} - α_{xy} α_{yx})$
(Formel 8) $a_{1} = α_{xx} Φ_{xx} (i ω_{c}) + α_{yy} Φ_{yy} (i ω_{c})$
Formel 9) $Φ_{xx} (i ω_{c}) = 1 / (m_{x} (- ω_{c}^{2} + 2 {iG}_{x} ω_{c} ω_{x} + ω_{x}^{2}))$
(Formel 10) $Φ_{yy} (i ω_{c}) = 1 / (m_{y} (- ω_{c}^{2} + 2 {iG}_{y} ω_{c} ω_{y} + ω_{y}^{2}))$
(Formel 11) $α_{xx} = [(cos2 ϕ_{e} - 2 K_{r} ϕ_{e} + K_{r} sin2 ϕ_{e}) - (cos2 ϕ_{s} - 2 K_{r} ϕ_{s} + K_{r} sin2 ϕ_{s})] / 2$
Formel 12) $α_{xy} = [(sin2 ϕ_{e} - 2 ϕ_{e} + K_{r} cos2 ϕ_{e}) - (- sin2 ϕ_{s} - 2 ϕ_{s} + K_{r} cos2 ϕ_{s})] / 2$
(Formel 13) $α_{yx} = [(- sin2 ϕ_{e} + 2 ϕ_{e} + K_{r} cos2 ϕ_{e}) - (- sin2 ϕ_{s} + 2 ϕ_{s} + K_{r} cos2 ϕ_{s})] / 2$
(Formel 14) $α_{yy} = [(-cos2 ϕ_{e} - 2 K_{r} ϕ_{e} - K_{r} sin2 ϕ_{e}) - (cos2 ϕ_{s} - 2 K_{r} ϕ_{s} - K_{r} sin2 ϕ_{s})] / 2$
Als Nächstes wird angenommen, dass der Realteil des charakteristischen Werts „Λ“ durch „Λ_R “ repräsentiert wird und sein Imaginärteil durch „Λ_I “ repräsentiert wird, wobei eine Schnittbreite a_plim in der axialen Richtung und eine Spindeldrehzahl n_lim bei der Stabilitätsgrenze jeweils durch die folgende Formel (15) und Formel (16) dargestellt sind.
Formel(15) $a_{plim} = 2 π Λ_{R} (1 + (Λ_{I} / Λ_{R}) 2) / ({NK}_{t})$
Formel(16) $n_{lim} = 60 ω_{c} / (N (2 k π + π - 2 {tan}^{- 1} (Λ_{I} / Λ_{R})))$
Die Erzeugungseinheit 158 erzeugt das Stabilitätsgrenzendiagramm 60 durch das sequentielle Berechnen der Grenzschnittbreite „a_plim “ und der Spindeldrehzahl „n_lim “, während die jeweiligen Werte von „ω_c “ und „k“, die in den oben beschriebenen Ausdrücken (15) und (16) gezeigt sind, geeignet geändert werden. In dieser Weise erzeugt die Erzeugungseinheit 158 das Stabilitätsgrenzendiagramm 60 basierend auf den vorgegebenen Formeln. Das erzeugte Stabilitätsgrenzendiagramm 60 wird zu der Bestimmungseinheit 160) ausgegeben.
(Bestimmungseinheit 160)
Die Bestimmungseinheit 160 bestimmt den Ordnungsbereich jedes in dem Ordnungsmesser 78 (siehe 8) gezeigten Ordnungssegments in Übereinstimmung mit dem durch die Erzeugungseinheit 158 erzeugten Stabilitätsgrenzendiagramm 60. Das Verfahren zum Bestimmen des Ordnungsbereichs ist das gleiche wie das bezüglich 9 beschriebene Verfahren und wird deshalb nicht wiederholt beschrieben. Der für jedes Ordnungssegment bestimmte Ordnungsbereich wird zu der Anzeigesteuereinheit 162 ausgegeben.
(Anzeigesteuereinheit 162)
Die Anzeigesteuereinheit 162 steuert die Darstellung des Schwingungsüberwachungsschirms 70 (siehe 8), um den Anwender mit verschiedenen Typen von Informationen über die Ratterschwingung zu versehen.
Ferner aktualisiert die Anzeigesteuereinheit 162 die Darstellung des Schwingungsmessers 73 (siehe 8) in Bezug auf die durch die Schwingungsdetektionseinheit 154 detektierte Schwingungsstärke.
Ferner stellt die Anzeigesteuereinheit 162 die durch die Schwingungsdetektionseinheit 154 detektierte Schwingungsfrequenz auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 dar.
Ferner aktualisiert die Anzeigesteuereinheit 162 basierend auf dem Bereich jedes durch die Bestimmungseinheit 160 bestimmten Ordnungssegments den Bereich jedes auf dem Ordnungsmesser 78 dargestellten Ordnungssegments. Der Bereich jedes Ordnungssegments wird z. B. aktualisiert, wann immer das Stabilitätsgrenzendiagramm durch die Erzeugungseinheit 158 erzeugt wird. Überdies aktualisiert die Anzeigesteuereinheit 162 die Darstellung des Ordnungsmessers 78 in Bezug auf die durch die Arithmetikeinheit 156 berechnete aktuelle Ordnung.
Die aktuelle Ordnung kann mit irgendeiner Zeitsteuerung auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 dargestellt werden. In einem bestimmten Aspekt wird die aktuelle Ordnung immer durch die Anzeigesteuereinheit 162 dargestellt. In einem weiteren Aspekt stellt die Anzeigesteuereinheit 162 die aktuelle Ordnung basierend auf der Detektion einer Ratterschwingung auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 dar. Das heißt, in diesem Fall wird die aktuelle Ordnung dargestellt, während die Ratterschwingung detektiert wird, wobei die aktuelle Ordnung nicht dargestellt wird, während keine Ratterschwingung detektiert wird.
Wenn die durch die Schwingungsdetektionseinheit 154 detektierte Schwingungsstärke größer als ein vorgegebener Wert wird, stellt die Anzeigesteuereinheit 162 bevorzugt auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 dar, dass eine Ratterschwingung erzeugt wird. Bei dieser Gelegenheit stellt die Anzeigesteuereinheit 162 eine Betriebsweise gemäß dem Ordnungssegment, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, dar. Das Verfahren zum Darstellen der Betriebsweise ist das gleiche wie das oben bezüglich 10 bis 12 beschriebene Verfahren und wird deshalb nicht wiederholt beschrieben.
<Steuerstruktur der Werkzeugmaschine 100>
Bezüglich 17 wird die Steuerstruktur der Werkzeugmaschine 100 beschrieben. 17 ist ein Ablaufplan, der einen Teil eines durch die Werkzeugmaschine 100 ausgeführten Prozesses zeigt.
Der in 17 gezeigt der Prozess ist durch die Steuervorrichtung 101 (siehe 14) der Werkzeugmaschine 100 implementiert, die das Steuerprogramm 122 (siehe 14) ausführt. In einem weiteren Aspekt kann ein Teil des Prozesses oder der ganze Prozess durch ein Schaltungselement oder eine andere Hardware ausgeführt werden.
In einem Schritt S110 bestimmt die Steuervorrichtung 101, ob eine Operation zum Darstellen des Schwingungsüberwachungsschirms 70 (siehe 8) empfangen worden ist. Wenn die Steuervorrichtung 101 bestimmt, dass die Operation zum Darstellen des Schwingungsüberwachungsschirms 70 empfangen worden ist (ja im Schritt 110), wechselt die Steuervorrichtung 101 die Steuerung zu einem Schritt S112. Andernfalls (nein im Schritt S110) führt die Steuervorrichtung 101 den Prozess des Schrittes S110 abermals aus.
Im Schritt S112 dient die Steuervorrichtung 101 als die Anzeigesteuereinheit 162 (siehe 15), um den Schwingungsüberwachungsschirm 70 auf der Anzeige 130 darzustellen.
In einem Schritt S114 dient die Steuervorrichtung 101 als die Arithmetikeinheit 156 (siehe 15), um die aktuelle Ordnung basierend auf der Frequenz der Ratterschwingung, der Spindeldrehzahl und der Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs 32 zu berechnen. Das Verfahren zum Berechnen der aktuellen Ordnung ist das gleiche wie das oben beschriebene Verfahren und wird deshalb nicht wiederholt beschrieben. Als Nächstes dient die Steuervorrichtung 101 als die Anzeigesteuereinheit 162, um den Ordnungsmesser 78 (siehe 8) des Schwingungsüberwachungsschirms 70 in Übereinstimmung mit der berechneten aktuellen Ordnung zu aktualisieren.
In einem Schritt S116 dient die Steuervorrichtung 101 als die Schwingungsdetektionseinheit 154 (siehe 15), um die aktuelle Schwingungsstärke zu berechnen. Das Verfahren zum Berechnen der Schwingungsstärke ist das gleiche wie das oben bezüglich 16 beschriebene Verfahren und wird deshalb nicht wiederholt beschrieben. Als Nächstes dient die Steuervorrichtung 101 als die Anzeigesteuereinheit 162, um den Schwingungsmesser 73 des Schwingungsüberwachungsschirms 70 in Übereinstimmung mit der berechneten aktuellen Schwingungsstärke zu aktualisieren.
In einem Schritt S120 bestimmt die Steuervorrichtung 101, ob eine Ratterschwingung erzeugt wird. Wenn als ein Beispiel die im Schritt S116 berechnete Schwingungsstärke größer als der vorgegebene Wert ist, bestimmt die Steuervorrichtung 101, dass eine Ratterschwingung erzeugt wird. Wenn die Steuervorrichtung 101 bestimmt, dass die Ratterschwingung erzeugt wird, (ja im Schritt S120), wechselt die Steuervorrichtung 101 die Steuerung zu einem Schritt S122. Andernfalls (nein im Schritt S120) wechselt die Steuervorrichtung 101 die Steuerung zu einem Schritt S130.
Im Schritt S122 dient die Steuervorrichtung 101 als die Anzeigesteuereinheit 162, um ein Ordnungssegment zu spezifizieren, zu dem die aktuelle Ordnung gehört, wobei sie auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 eine dem Ordnungssegment entsprechende Betriebsweise darstellt. Das Verfahren zum Darstellen der Betriebsweise ist das gleiche wie das bezüglich 10 bis 12 beschriebene Verfahren und wird deshalb nicht wiederholt beschrieben.
Im Schritt S130 bestimmt die Steuervorrichtung 101, ob eine Einstelloperation für einen Steuerparameter über die Spindeldrehzahl, die Schnittbreite des Werkstücks W oder dergleichen empfangen worden ist. Die Einstelloperation wird z. B. auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 ausgeführt. Wenn die Steuervorrichtung 101 bestimmt, dass die Einstelloperation für den Steuerparameter empfangen worden ist (ja im Schritt S130), wechselt die Steuervorrichtung 101 die Steuerung zu einem Schritt S132. Andernfalls (nein im Schritt S130) wechselt die Steuervorrichtung 101 die Steuerung zu einem Schritt S140.
In einem Schritt S132 stellt die Steuervorrichtung 101 den Steuerparameter basierend auf der im Schritt S130 empfangenen Einstelloperation ein.
Im Schritt S140 bestimmt die Steuervorrichtung 101, ob eine Operation zum Schließen des Schwingungsüberwachungsschirms 70 empfangen worden ist. Wenn die Steuervorrichtung 101 bestimmt, dass die Operation zum Schließen des Schwingungsüberwachungsschirms 70 empfangen worden ist (ja im Schritt S140), beendet die Steuervorrichtung 101 den in 17 gezeigten Prozess. Andernfalls (nein im Schritt S140) führt die Steuervorrichtung 101 die Steuerung zum Schritt 114 zurück.
<Modifikation des Schwingungsüberwachungsschirms 70>
18 zeigt ein durch das Ausführen einer Frequenzzerlegung einer durch den Beschleunigungssensor 110 (siehe 14) detektierten Schwingungsfrequenz erhaltenes Spektrum 69C. 19 zeigt eine aus dem Spektrum 69C erzeugte Schwingungsstärkeverteilung 96.
Das Folgende beschreibt bezüglich 18 und 19 eine Modifikation des Schwingungsüberwachungsschirms 70 (siehe 8). Die Werkzeugmaschine 100 gemäß der vorliegenden Erfindung stellt ferner die Schwingungsstärkeverteilung 96 auf dem Schwingungsüberwachungsschirm 70 dar.
Die Schwingungsstärkeverteilung 96 wird aus dem Spektrum 69C erzeugt. Das Spektrum 69C repräsentiert ein beispielhaftes Ergebnis des Ausführens der Fourier-Transformation an der durch den Beschleunigungssensor 110 detektierten Schwingungsfrequenz. Die horizontale Achse des Spektrums 69C repräsentiert die Frequenz. Die vertikale Achse des Spektrums 69C repräsentiert die Schwingungsstärke.
Wie in der oben beschriebenen Formel (1) angegeben ist, ist die in der horizontalen Achse des Spektrums 69C dargestellte Frequenz mit der Ordnung korreliert. Folglich entsprechen die in dem Ordnungsmesser 78 (siehe 8) gezeigten jeweiligen Ordnungssegmente verschiedenen Frequenzbereichen. In dem Beispiel nach 18 entspricht das Segment 79 tiefer Ordnung einem Frequenzbereich Δf1. Das Segment 80 mittlerer Ordnung entspricht einem Frequenzbereich Δf2. Das Segment 81 hoher Ordnung entspricht einem Frequenzbereich Δf3.
Die Steuervorrichtung 101 der Werkzeugmaschine 100 spezifiziert die maximale Schwingungsstärke in jedem der Frequenzbereiche Δf1 bis Δf3. Bei dieser Gelegenheit schließt die Steuervorrichtung 101 bevorzugt die Schwingungsstärke der Werkzeugdurchlauffrequenz (TPF) aus. Die Werkzeugdurchlauffrequenz f0 wird in Übereinstimmung mit der folgenden Formel (17) berechnet.
(Formel 17) $f0 = n_{0} \cdot N$
Das in Formel (17) gezeigte „no“ repräsentiert die Spindeldrehzahl. „N“ repräsentiert die Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs 32.
Im Ergebnis des Spezifizierens der maximalen Schwingungsstärke für jeden Frequenzbereich ist im Frequenzbereich Δf1 eine der Frequenzkomponente f1 entsprechende Schwingungsstärke S1 spezifiziert. Im Frequenzbereich Δf2 ist eine der Frequenzkomponente f2 entsprechende Schwingungsstärke S2 spezifiziert. Im Frequenzbereich Δf3 ist eine der Frequenzkomponente f3 entsprechende Schwingungsstärke S3 spezifiziert.
Dann spiegelt die Steuervorrichtung 101 in dem Schwingungsstärkemesser 97A die in dem Segment 79 tiefer Ordnung spezifizierte Schwingungsstärke S1 wider. Überdies spiegelt die Steuervorrichtung 101 in dem Schwingungsstärkemesser 97B die in dem Segment 80 mittlerer Ordnung spezifizierte Schwingungsstärke S2 wider. Überdies spiegelt die Steuervorrichtung 101 in dem Schwingungsstärkemesser 97C die in dem Segment 81 hoher Ordnung spezifizierte Schwingungsstärke S3 wider.
Folglich stellt die Steuervorrichtung 101 die Schwingungsstärke in dem durch jedes Ordnungssegment angegebenen Frequenzbereich in Verbindung mit dem Ordnungssegment dar. Entsprechend kann der Anwender leicht wissen, in welchem Ordnungssegment die Schwingungsstärke hoch ist, wobei folglich dem Anwender ermöglicht wird, eine geeignete Operation auszuführen, um die Ratterschwingung zu unterdrücken.
Die Steuervorrichtung 101 normiert bevorzugt jede der Schwingungsstärken S1 bis S3 der Ordnungssegmente mit einer Schwingungsstärke S0, die der Werkzeugdurchlauffrequenz f0 entspricht. Spezifischer teilt die Steuervorrichtung 101 jede der Schwingungsstärken S1 bis S3 durch die Schwingungsstärke S0, wobei sie die geteilten Schwingungsstärken S1 bis S3 jeweils in den Schwingungsstärkemessern 97A bis 97C widerspiegelt. Entsprechend kann die Steuervorrichtung 101 einen Einfluss der Schwingungsstärke der Werkzeugdurchlauffrequenz f0 absorbieren.
Es sollte angegeben werden, dass verschiedene Informationen, die anders als die Schwingungsstärkemesser 97A bis 97C sind, in der Schwingungsstärkeverteilung 96 dargestellt werden können. Es werden z. B. ein Drehzahlmesser 98 und ein Schwingungsstärkemesser 99 in der Schwingungsstärkeverteilung 96 dargestellt. Der Drehzahlmesser 98 gibt die aktuelle Spindeldrehzahl an. Der Schwingungsstärkemesser 99 gibt die Gesamtschwingungsstärke an. Die auf dem Schwingungsstärkemesser 99 dargestellte Schwingungsstärke kann z. B. ein Durchschnittswert der für die jeweiligen Ordnungssegmente spezifizierten Schwingungsstärken sein oder kann der Maximalwert unter den für die jeweiligen Ordnungssegmente spezifizierten Schwingungsstärken sein.
<Schlussfolgerung>
In der oben beschriebenen Weise stellt die Werkzeugmaschine 100 auf der Anzeige 130 die Ordnungsinformationen dar, die die Größe der aktuellen Ordnung angeben. Durch das Überprüfen der Größe der aktuellen Ordnung kann ein Anwender beurteilen, welche Operation ausgeführt werden sollte, um die Ratterschwingung zu unterdrücken. Durch das Darstellen der aktuellen Ordnung in dieser Weise kann die Werkzeugmaschine 100 den Anwender beim Einstellen des Steuerparameters unterstützen.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben und veranschaulicht worden ist, wird deutlich erkannt, dass dieselbe lediglich veranschaulichend und beispielhaft ist und nicht einschränkend auszulegen ist, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die Ausdrücke der beigefügten Ansprüche interpretiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012 [0003]
JP 088967 [0003]
JP 2012088967 [0005]

Claims

Werkzeugmaschine (100), die Folgendes umfasst: einen Anzeigeabschnitt (130); ein Werkzeug (32), das konfiguriert ist, ein Werkstück zu bearbeiten; eine Spindel (22), die konfiguriert ist, das Werkzeug (32) oder das Werkstück zu drehen; einen Sensor (110), der konfiguriert ist, eine Schwingungsfrequenz der Spindel (22) oder des Werkzeugs (32) zu detektieren; und eine Steuervorrichtung (101), die konfiguriert ist, die Werkzeugmaschine (100) zu steuern, wobei die Steuervorrichtung (101) konfiguriert ist: eine Ratterschwingung in der Spindel (22) oder dem Werkzeug (32) basierend auf der Schwingungsfrequenz zu detektieren, basierend auf einer Frequenz der Ratterschwingung, einer Drehzahl der Spindel (22) und der Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs (32) eine Ordnung zu berechnen, die der Anzahl der Schwingungen des Werkzeugs (32) während eines Zeitraums, bis ein aktueller Drehwinkel einer ersten Schneidkante des Werkzeugs (32) einen aktuellen Drehwinkel einer zweiten Schneidkante des Werkzeugs (32) erreicht, entspricht; und die Ordnungsinformationen auf dem Anzeigeabschnitt (130) darzustellen, wobei die Ordnungsinformationen eine Größe der berechneten Ordnung angeben.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (101) konfiguriert ist: auf dem Anzeigeabschnitt (130) mehrere Ordnungssegmente, die jeweils verschiedene Bereiche der Ordnungen repräsentieren, darzustellen; und dann, wenn sie die Ordnungsinformationen auf dem Anzeigeabschnitt (130) darstellt, ein Ordnungssegment, zu dem die berechnete Ordnung gehört, unter den mehreren Ordnungssegmenten in einer derartigen Darstellungsweise darzustellen, dass das Ordnungssegment, zu dem die berechnete Ordnung gehört, von den anderen Ordnungssegmenten unterscheidbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei die mehreren Ordnungssegmente ein erstes Ordnungssegment und ein zweites Ordnungssegment, das einen Bereich von Ordnungen repräsentiert, die größer als ein oberer Grenzwert des ersten Ordnungssegments sind, enthalten, und die Steuervorrichtung (101) konfiguriert ist, einen Bereich der durch das erste Ordnungssegment repräsentierten Ordnungen zu vergrößern, so dass er größer als der Bereich der Ordnungen ist, die durch das zweite Ordnungssegment repräsentiert werden.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuervorrichtung (101) konfiguriert ist: ein Stabilitätsgrenzendiagramm basierend auf einer vorgegebenen Formel zu erzeugen, wobei das Stabilitätsgrenzendiagramm eine Grenze der Schnittbedingung, unter der keine Ratterschwingung erzeugt wird, in einer Schnittbedingungsbeziehung zwischen einer Schnittbreite des Werkstücks durch das Werkzeug (32) und der Drehzahl der Spindel (22) angibt; und den Bereich der Ordnungen, der durch jedes der mehreren Ordnungssegmente repräsentiert wird, in Übereinstimmung mit dem erzeugten Stabilitätsgrenzendiagramm zu ändern.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die ferner eine Speichervorrichtung (120) umfasst, die konfiguriert ist, die jeweiligen Teile der Betriebsweiseninformationen in Verbindung mit den mehreren Ordnungssegmenten zu speichern, wobei die jeweiligen Teile der Betriebsweiseninformationen die Betriebsweisen definieren, die auf der Werkzeugmaschine (100) auszuführen sind, um die Ratterschwingung zu unterdrücken, wobei die Steuervorrichtung (101) konfiguriert ist, basierend auf der Detektion der Ratterschwingung das Ordnungssegment, zu dem die berechnete Ordnung gehört, von den mehreren Ordnungssegmenten zu spezifizieren und einen Teil der Betriebsweiseninformationen, der mit dem Ordnungssegment, zu dem die berechnete Ordnung gehört, in Verbindung steht, auszugeben.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die mehreren Ordnungssegmente jeweils verschiedenen Frequenzbereichen entsprechen und die Steuervorrichtung (101) konfiguriert ist: eine Schwingungsstärke für jede Frequenz durch eine Frequenzzerlegung der Schwingungsfrequenz zu berechnen; und auf dem Anzeigeabschnitt (130) eine Schwingungsfrequenz in einem Frequenzbereich, der durch jedes der mehreren Ordnungssegmente repräsentiert wird, in Verbindung mit dem Ordnungssegment darzustellen.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuervorrichtung (101) konfiguriert ist, die Ordnungsinformationen basierend auf der Detektion der Ratterschwingung auf dem Anzeigeabschnitt (130) darzustellen.
Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Drehen einer Spindel (22), die konfiguriert ist, anzutreiben, um ein Werkstück oder ein Werkzeug (32) zu drehen; Detektieren einer Schwingungsfrequenz der Spindel (22) oder des Werkzeugs (32); Detektieren einer Ratterschwingung in der Spindel (22) oder dem Werkzeug (32) basierend auf der Schwingungsfrequenz; basierend auf einer Frequenz der Ratterschwingung, einer Drehzahl der Spindel (22) und der Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs (32) Berechnen einer Ordnung, die der Anzahl der Schwingungen des Werkzeugs (32) während eines Zeitraums entspricht, bis ein aktueller Drehwinkel einer ersten Schneidkante des Werkzeugs (32) einen aktuellen Drehwinkel einer zweiten Schneidkante des Werkzeugs (32) erreicht; und Darstellen der Ordnungsinformationen auf einem Anzeigeabschnitt (130) der Werkzeugmaschine (100), wobei die Ordnungsinformationen eine Größe der in dem Berechnungsschritt berechneten Ordnung angeben.
Programm zum Steuern einer Werkzeugmaschine (100), wobei das Programm die Werkzeugmaschine (100) veranlasst, die folgenden Schritte auszuführen: Drehen einer Spindel (22), die konfiguriert ist, anzutreiben, um ein Werkstück oder ein Werkzeug (32) zu drehen; Detektieren einer Schwingungsfrequenz der Spindel (22) oder des Werkzeugs (32); Detektieren einer Ratterschwingung in der Spindel (22) oder dem Werkzeug (32) basierend auf der Schwingungsfrequenz; basierend auf einer Frequenz der Ratterschwingung, einer Drehzahl der Spindel (22) und der Anzahl der Schneidkanten des Werkzeugs (32) Berechnen einer Ordnung, die der Anzahl der Schwingungen des Werkzeugs (32) während eines Zeitraums entspricht, bis ein aktueller Drehwinkel einer ersten Schneidkante des Werkzeugs (32) einen aktuellen Drehwinkel einer zweiten Schneidkante des Werkzeugs (32) erreicht; und Darstellen der Ordnungsinformationen auf einem Anzeigeabschnitt (130) der Werkzeugmaschine (100), wobei die Ordnungsinformationen eine Größe der in dem Berechnungsschritt berechneten Ordnung angeben.