DE102019209775A1

DE102019209775A1 - Controller für Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102019209775A1
Application number: DE102019209775.8A
Authority: DE
Inventors: Kenta Yamamoto; Masashi Yasuda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2020-01-16
Also published as: US11014210B2; US20200016712A1; JP2020009248A; JP6763917B2; CN110695762B; CN110695762A

Abstract

Eine Aufgabe ist die Schaffung eines Controllers einer Werkzeugmaschine, die eine Zunahme der Größe einer durch Schwingschneiden verursachten Belastung in der Werkzeugmaschine verringert. Ein Controller 20 einer Werkzeugmaschine enthält mehrere Vorschubachsen M1 und M2, die ein Werkzeug 11 vorschieben, bearbeitet ein Werkstück W, während er veranlasst, dass das Werkzeug 11 schwingt, und enthält: eine Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23, die auf der Grundlage einer Bearbeitungsbedingung einen Schwingungsbefehl erzeugt; und eine Steuereinheit 26, die das Werkstück W auf der Grundlage des Schwingungsbefehls und eines Bewegungsbefehls bearbeitet, während sie veranlasst, dass das Werkzeug 11 schwingt, wobei die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 den Schwingungsbefehl in der Weise erzeugt, dass veranlasst wird, dass das Werkzeug 11 in einer Richtung entlang eines Bearbeitungswegs schwingt, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine Interpolationsoperation einer Vorschubachse M1 der mehreren Vorschubachsen M1 und M2 angibt, und den Schwingungsbefehl in der Weise ändert, dass die Richtung der Schwingung in Bezug auf den Bearbeitungsweg geändert wird, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine gleichzeitige Interpolationsoperation der mehreren Vorschubachsen M1 und M2 angibt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Controller für eine Werkzeugmaschine, die ein Schwingschneiden ausführt.
Verwandtes Gebiet
Wenn ein Werkstück mit einem Schneidwerkzeug einer Werkzeugmaschine bearbeitet wird, können sich die Späne in dem Schneidwerkzeug verfangen, falls ununterbrochen Späne erzeugt werden. In einem solchen Fall ist es notwendig, die Werkzeugmaschine anzuhalten, um die Späne aus dem Schneidwerkzeug zu entfernen, so dass es lange Zeit dauert, mit dem Ergebnis, dass ihre Produktionseffizienz verringert ist. Darüber hinaus können die Späne das Werkstück beschädigen, so dass die Qualität des Werkstücks verringert werden kann. Um einen solchen Mangel zu vermeiden, ist ein Schwingschneiden bekannt, bei dem veranlasst wird, dass das Schneidwerkzeug und das Werkstück relativ in der Richtung der Bearbeitung schwingen, und in der die Späne somit zerkleinert werden (siehe z. B. Patentdokumente 1 bis 3). Der Controller der Werkzeugmaschine, die das Schwingschneiden ausführt, stellt für einen Servomotor für eine Vorschubachse, die das Schneidwerkzeug oder das Werkstück in der Richtung der Bearbeitung vorschiebt, einen sinusförmigen Vorschubbefehl bereit und veranlasst somit, dass das Schneidwerkzeug und das Werkzeug in der Richtung der Bearbeitung relativ schwingen.

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 5033929
Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 5139592
Patendokument 3: Japanisches Patent Nr. 5599523

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn eine gewünschte Werkstückbearbeitungsform rohrförmig oder zylindrisch ist, ist z. B. eine Vorschubachse, die ein Schneidwerkzeug oder ein Werkstück in der Richtung der Bearbeitung vorschiebt, nur eine Achse (z. B. eine Z-Achse, die später beschrieben wird). Andererseits sind z. B. die Vorschubachsen, die das Schneidwerkzeug oder das Werkstück in der Richtung der Bearbeitung vorschieben, mehrere Achsen (z. B. die Z-Achse und die X-Achse, die später beschrieben werden), wenn die gewünschte Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (d. h. eine konische Form) ist. In diesem Fall schwingen mehrere Achsen gleichzeitig, so dass die Größe einer Belastung in einer Werkzeugmaschine erhöht ist, mit dem Ergebnis, dass es nachteilig mehr kostet, eine Maschine bereitzustellen, die eine solche Belastung aushalten kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Controllers einer Werkzeugmaschine, der eine Zunahme der Größe einer durch Schwingschneiden verursachten Belastung in der Werkzeugmaschine verringert.
(1) Ein Controller (z. B. ein Controller 20 einer Werkzeugmaschine, die später beschrieben wird) einer Werkzeugmaschine (z. B. einer Werkzeugmaschine 10, die später beschrieben wird) gemäß der folgenden Erfindung enthält: eine Spindel (z. B. eine Spindel M0, die später beschrieben wird), die ein Werkstück (z. B. ein Werkstück W, das später beschrieben wird) und ein Werkzeug (z. B. ein Werkzeug 11, das später beschrieben wird) relativ dreht; und mehrere Vorschubachsen (z. B. die Vorschubachsen M1 und M2, die später beschrieben werden), die das Werkstück und das Werkzeug relativ vorschieben, wobei er das Werkstück bearbeitet, während er veranlasst, dass das Werkzeug und das Werkstück durch eine koordinierte Operation der Spindel und der Vorschubachsen relativ schwingen, um einen durch die Bearbeitung erzeugten Span zu zerkleinern, und wobei er enthält: eine Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit (z. B. eine Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23, die später beschrieben wird), die auf der Grundlage einer Bearbeitungsbedingung einen Schwingungsbefehl erzeugt; und eine Steuereinheit (z. B. eine Steuereinheit 26, die später beschrieben wird), die das Werkstück auf der Grundlage des Schwingungsbefehls und eines Bewegungsbefehls bearbeitet, während sie veranlasst, dass das Werkzeug und das Werkstück relativ schwingen, wobei die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit den Schwingungsbefehl in der Weise erzeugt, dass veranlasst wird, dass das Werkzeug und das Werkstück in einer Richtung entlang eines Bearbeitungswegs relativ schwingen, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine Interpolationsoperation einer Vorschubachse der mehreren Vorschubachsen angibt, und den Schwingungsbefehl in der Weise ändert, dass eine Richtung der Schwingung in Bezug auf den Bearbeitungsweg geändert wird, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine gleichzeitige Interpolationsoperation der mehreren Vorschubachsen angibt.
(2) In dem Controller der Werkzeugmaschine, der in (1) beschrieben ist, kann die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit enthalten: eine Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit (z. B. eine Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit 231, die im Folgenden beschrieben wird), die auf der Grundlage einer Schwingungsamplitudenvergrößerung und des Bewegungsbefehls eine Schwingungsamplitude berechnet; und eine Schwingungsbefehls-Berechnungseinheit (z. B. eine Schwingungsbefehls-Berechnungseinheit 233, die im Folgenden beschrieben wird), die auf der Grundlage der Schwingungsamplitude den Schwingungsbefehl berechnet.
(3) In dem Controller der Werkzeugmaschine, der in (2) beschrieben ist, kann die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit die Schwingungsamplitudenvergrößerung auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingung und einer Maschinenbedingung berechnen.
(4) In dem Controller der Werkzeugmaschine, der in (3) beschrieben ist, kann die Bearbeitungsbedingung Informationen enthalten, die die Bearbeitung durch eine Interpolationsoperation der mehreren Vorschubachsen für eine Verjüngung oder für einen Bogen des Werkstücks und für einen Konuswinkel des Werkstücks angeben, und kann die Maschinenbedingung einen Winkel des Werkzeugs enthalten.
(5) Der Controller der Werkzeugmaschine, der in (2) beschrieben ist, kann ferner enthalten: eine Ablagespeichereinheit, die Informationen, in denen mehrere der Schwingungsamplitudenvergrößerungen und mehrere Konuswinkel des Werkstücks einander zugeordnet sind, zuvor speichert, wobei die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit die Schwingungsamplitudenvergrößerung, die dem Konuswinkel des Werkstücks in den Informationen entspricht, erfassen kann.
(6) In dem Controller einer Werkzeugmaschine, der in einem von (1) bis (5) beschrieben ist, kann die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit den Schwingungsbefehl in der Weise ändern, dass veranlasst wird, dass das Werkzeug und das Werkstück in einer Richtung des Vorschubs einer Vorschubachse der mehreren Vorschubachsen relativ schwingen, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch die gleichzeitige Interpolationsoperation der mehreren Vorschubachsen angeben kann.
(7) Ein Controller (z. B. ein Controller 20 einer Werkzeugmaschine, die später beschrieben wird) einer Werkzeugmaschine (z. B. einer Werkzeugmaschine 10, die später beschrieben wird) gemäß der folgenden Erfindung enthält: eine Spindel (z. B. eine Spindel M0, die später beschrieben wird), die ein Werkstück (z. B. ein Werkstück W, das später beschrieben wird) und ein Werkzeug (z. B. ein Werkzeug 11, das später beschrieben wird) relativ dreht; und mehrere Vorschubachsen (z. B. Vorschubachsen M1 und M2, die später beschrieben werden), die das Werkstück und das Werkzeug relativ vorschieben, wobei er das Werkstück bearbeitet, während er veranlasst, dass das Werkzeug und das Werkstück durch eine koordinierte Operation der Spindel und der Vorschubachsen relativ schwingen, um einen durch die Bearbeitung erzeugten Span zu zerkleinern, und der enthält: eine Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit (z. B. eine Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23, die später beschrieben wird), die auf der Grundlage einer Bearbeitungsbedingung einen Schwingungsbefehl erzeugt; und eine Steuereinheit (z. B. eine Steuereinheit 26, die später beschrieben wird), die das Werkstück auf der Grundlage des Schwingungsbefehls und eines Bewegungsbefehls bearbeitet, während sie veranlasst, dass das Werkzeug und das Werkstück relativ schwingen, wobei die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit den Schwingungsbefehl in der Weise erzeugt, dass veranlasst wird, dass das Werkzeug und das Werkstück in einer Richtung entlang eines Bearbeitungswegs relativ schwingen, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine Interpolationsoperation einer Vorschubachse der mehreren Vorschubachsen angibt, und den Schwingungsbefehl in der Weise ändert, dass die Schwingung angehalten wird, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine gleichzeitige Interpolationsoperation der mehreren Vorschubachsen angibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Controller einer Werkzeugmaschine zu schaffen, der eine Zunahme der Größe einer durch Schwingschneiden verursachten Belastung in der Werkzeugmaschine verringert.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Bearbeitungssystem zeigt, das einen Controller gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält;
2 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel einer spezifischeren Konfiguration des Controllers gemäß der vorliegenden Ausführungsform, insbesondere eine Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit und eine Steuereinheit, zeigt;
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Vorschubbetrag und einem Drehwinkel zeigt;
4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens, um eine Schwingungsamplitudenvergrößerung für eine Vorschubachse (Z-Achse) zu berechnen, falls die Schwingung nur in der Richtung der Z-Achse ausgeführt wird, die nicht die Richtung der Bearbeitung ist, wenn eine Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält;
5 ist ein Diagramm zum Vergleich der Breiten der Schwingung in den Vorschubachsen (der Z-Achse und einer X-Achse), falls die Schwingung nur in der Richtung der Z-Achse ausgeführt wird, die nicht die Richtung der Bearbeitung in 4 ist, und der Breiten der Schwingung in den Vorschubachsen (der Z-Achse und der X-Achse), falls die Schwingung in der Richtung der Bearbeitung ausgeführt wird;
6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Berechnen von Schwingungsamplitudenvergrößerungen für die Vorschubachsen (die Z-Achse und die X-Achse), falls die Schwingung in einer Richtung ausgeführt wird, die in Bezug auf die Richtung der Z-Achse geringfügig geneigt ist und die nicht die Richtung der Bearbeitung ist, wenn die Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält; und
7 ist ein Diagramm zum Vergleich der Breiten der Schwingung in den Vorschubachsen (der Z-Achse und einer X-Achse), falls die Schwingung in einer Richtung ausgeführt wird, die in Bezug auf die Richtung der Z-Achse in 6 geringfügig geneigt ist und die nicht die Richtung der Bearbeitung ist, und der Breiten der Schwingung in der Vorschubachse (der Z-Achse und der X-Achse), falls die Schwingung in der Richtung der Bearbeitung ausgeführt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Beispiele der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dieselben oder einander entsprechende Teile sind in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen identifiziert.
1 ist ein Diagramm, das ein Bearbeitungssystem zeigt, das einen Controller gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält. Das in 1 gezeigte Bearbeitungssystem 1 enthält eine Werkzeugmaschine 10 und den Controller 20, der die Werkzeugmaschine 10 steuert.
Die Werkzeugmaschine 10 enthält ein Werkzeug 11. Das Werkzeug 11 führt an einem Werkstück, das z. B. eine Rohrform, eine Zylinderform, eine Kegelform oder eine Kegelstumpfform aufweist, ein Schneiden aus. In dem Beispiel aus 1 führt das Werkzeug 11 das Schneiden an der Außenumfangsfläche des Werkstücks W aus. In dem Beispiel aus 1 ist angenommen, dass die Mittelachsenlinie des Werkstücks, die als die Drehachse des Werkstücks W dient, eine Z-Achse ist und dass eine Achslinie senkrecht zu der Z-Achse eine X-Achse ist. Die Werkzeugmaschine 10 kann nicht nur ein Werkstück, dessen Form in einer Richtung entlang der Z-Achse linear ist, sondern auch ein Werkstück, dessen Form in der Richtung bogenförmig ist, bearbeiten. Die Werkzeugmaschine 10 kann nicht nur die Außenumfangsfläche eines Werkstücks, sondern auch die Innenumfangsfläche eines rohrförmigen Werkstücks bearbeiten. Die Werkzeugmaschine 10 kann nicht nur Schneiden, sondern auch eine Bearbeitung wie etwa Schleifen und Polieren ausführen.
Die Werkzeugmaschine 10 enthält eine Spindel M0 und wenigstens zwei Vorschubachsen M1 und M2, die eine koordinierte Operation mit der Spindel M0 ausführen. Die Spindel M0 enthält einen Spindelmotor oder einen Servomotor und die Vorschubachsen M1 und M2 enthalten einen Servomotor. Die Spindel M0 und die Vorschubachsen M1 und M2 werden durch den Controller 20 gesteuert. Die Spindel M0 dreht das Werkstück W um die Mittelachsenlinie (Z-Achse) des Werkstücks. Die Vorschubachse M1 kann sowohl das Werkzeug 11 in der Richtung der Z-Achse (in der ersten Richtung) vorschieben als auch das Werkzeug 11 in der Richtung der Z-Achse hin- und herbewegen, d. h. veranlassen, dass das Werkzeug 11 schwingt. Die Vorschubachse M2 kann sowohl das Werkzeug 11 in der Richtung der X-Achse (in der zweiten Richtung) vorschieben als auch das Werkzeug 11 in der Richtung der X-Achse hin- und herbewegen, d. h. veranlassen, dass das Werkzeug 11 schwingt.
Wenn an dem Werkstück, das eine Zylinderform oder eine Rohrform aufweist, ein Drehen ausgeführt wird, wird das Werkstück W um die Mittelachsenlinie (Z-Achse) des Werkstücks gedreht und wird das Werkzeug 11 nur in der Richtung der Z-Achse (in diesem Fall der Richtung der Bearbeitung) entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks vorgeschoben.
Andererseits wird das Werkstück W um die Mittelachsenlinie (Z-Achse) des Werkstücks gedreht und wird das Werkzeug 11 in einer schrägen Richtung (kombinierten Richtung der Richtung der Z-Achse und der Richtung der X-Achse) (in diesem Fall in der Richtung der Bearbeitung) entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks vorgeschoben, wenn ein Drehen an einem Werkstück wie etwa einem Werkstück mit einer Kegelform, einer Kegelstumpfform oder einer Bogenform ausgeführt wird, dessen Außendurchmesser sich in der Richtung der Z-Achse unterscheidet. Da das Werkzeug 11 in diesem Fall in der schrägen Richtung entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks W vorgeschoben wird, sind wenigstens zwei Vorschubachsen M1 und M2 notwendig. Sowohl die Vorschubachse M1 als auch die Vorschubachse M2 werden gesteuert, so dass das Werkzeug 11 entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks W in der schrägen Richtung vorgeschoben wird.
Der Controller 20 ist mit einem Computer, der einen Speicher wie etwa einen ROM (Nur-Lese-Speicher) und einen RAM (Schreib-Lese-Speicher), eine CPU (Zentraleinheit) und eine Kommunikationssteuereinheit, die über einen Bus miteinander verbunden sind, enthält, gebildet. Ferner enthält der Controller 20: eine Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 22; eine Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 (die eine Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit 231, eine Schwingungsfrequenz-Berechnungseinheit 232 und eine Schwingungsbefehls-Berechnungseinheit 233 enthält, die später beschrieben werden und die in 2 gezeigt sind); eine Steuereinheit 26 (die ein Addierglied 24, ein Subtrahierglied 25, eine Lernsteuereinheit 27 und eine Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 28 enthält, die später beschrieben werden und die in 2 gezeigt sind); und eine Ablagespeichereinheit 29, wobei die Funktionen oder Operationen der einzelnen Einheiten davon durch das Zusammenwirken der CPU und des Speichers, die in dem Computer enthalten sind, und eines in dem Speicher gespeicherten Steuerprogramms erzielt werden können.
In der Ablagespeichereinheit 29 sind Bearbeitungsbedingungen für das Werkstück W und dergleichen gespeichert. Die Bearbeitungsbedingungen für das Werkstück W enthalten: die relativen Drehzahlen des Werkstücks W und des Werkzeugs 11 um die Mittelachsenlinie des Werkzeugs W; die relativen Vorschubraten des Werkzeugs 11 und des Werkstücks W; und Positionsbefehle für die Vorschubachsen M1 und M2.
Mit dem Controller 20 ist ein Computer höherer Ebene (nicht gezeigt) wie etwa eine CNC (eine computergestützte numerische Steuerung) oder ein PLC (programmierbarer Logikcontroller) verbunden, wobei die Drehzahlen, die Vorschubraten und dergleichen, die oben beschrieben sind, von dem Computer höherer Ebene in die Ablagespeichereinheit 29 eingegeben werden können. Die Ablagespeichereinheit 29 und die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 22 können nicht in dem Controller 20, sondern in dem Computer höherer Ebene enthalten sein.
Die Ablagespeichereinheit 29 kann ein Bearbeitungsprogramm speichern, das durch die Werkzeugmaschine 10 ausgeführt wird, und die CPU (nicht gezeigt) in dem Controller 20 kann von dem Bearbeitungsprogramm die Drehzahlen und die Vorschubraten, die oben beschrieben sind, als die Bearbeitungsbedingungen lesen, um sie an die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 22 und an die Steuereinheit 26 auszugeben.
Die Positionsbefehls-Erzeugungsfunktion 22 weist die Funktion zum Erzeugen der Positionsbefehle (Bewegungsbefehle) für die Vorschubachsen M1 und M2 auf der Grundlage der relativen Drehzahlen des Werkstücks W und des Werkzeugs 11 um die Mittelachsenlinie des Werkstücks W und der relativen Vorschubraten des Werkzeugs 11 und des Werkzeugs W auf. Die Positionsbefehle geben eine Soll-Position für die Steuereinheit 26 an, wenn das Werkzeug 11 und das Werkstück W in einer Richtung (in der Richtung der Bearbeitung) entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkzeugs W relativ vorgeschoben werden.
Die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 erzeugt auf der Grundlage der Drehzahl und der Vorschubrate, die oben beschrieben sind, einen Schwingungsbefehl für die Vorschubachse M1 in der Weise, dass eine Schwingungsfrequenz ein positives nicht ganzzahliges Vielfaches der oben beschriebenen Drehzahl ist und dass das Werkzeug 11 ein aussetzendes Schneiden an dem Werkstück W ausführt. Der Schwingungsbefehl ist ein periodischer Befehl, der in der Weise erzeugt wird, dass er asynchron mit der oben beschriebenen Drehzahl um die Mittellinie ist, und enthält die Schwingungsfrequenz und eine Schwingungsamplitude. Der Wert des Terms S/60 · I in Formel (1) für den Schwingungsbefehl, die später beschrieben wird, entspricht der Schwingungsfrequenz und der Wert des Terms K · F/2 in Formel (1) entspricht der Schwingungsamplitude. Die Einzelheiten der Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 werden später beschrieben.
Das oben beschriebene aussetzende Schneiden bedeutet, dass das Schneiden an dem Werkstück W ausgeführt wird, während das Werkzeug 11 auf periodische Weise mit dem Werkstück W in Kontakt gebracht und von ihm getrennt wird, und wird auch als Schwingschneiden oder Vibrationsschneiden bezeichnet. Obgleich in 1 das Werkstück W gedreht wird und gleichzeitig das Werkzeug 11 in Bezug auf das Werkstück W schwingt, kann das Werkzeug 11 um die Mittelachslinie des Werkstücks W gedreht werden und kann das Werkstück W gleichzeitig in Bezug auf das Werkzeug 11 schwingen. Obgleich in 1 jede der Vorschubachsen M1 und M2 sowohl die Vorschuboperation als auch die Schwingungsoperation an dem Werkstück W ausführt, können die Vorschuboperation und die Schwingungsoperation an dem Werkstück W jeweils mit getrennten Vorschubachsen ausgeführt werden.
Die Steuereinheit 26 weist eine Funktion zum Steuern der Vorschubachsen M1 und M2 durch Erzeugen eines Drehmomentbefehls auf der Grundlage eines kombinierten Befehls (z. B. eines Positionsbefehlswerts) auf, der durch Addieren des oben beschriebenen Schwingungsbefehls zu einem Positionsfehler, der eine Differenz zwischen den oben beschriebenen Positionsbefehlen und den Ist-Positionen der Vorschubachsen M1 und M2 ist, erhalten wird. Die Ist-Positionen der Vorschubachsen M1 und M2 entsprechen Positionsrückkopplungswerten, die durch Positionsdetektionseinheiten (nicht gezeigt) wie etwa in den Vorschubachsen M1 und M2 enthaltene Winkelcodierer erhalten werden.
Im Folgenden werden die Einzelheiten der Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Vorschubbetrag und einem Drehwinkel zeigt. In 3 repräsentiert eine horizontale Achse den Drehwinkel des Werkstücks W und repräsentiert eine vertikale Achse den Vorschubbetrag des Werkzeugs 11 in der Richtung der Bearbeitung (d. h. einer Richtung entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks W in 1). In 3 sind mehrere lineare Strichlinien C1, C2, C3, ..., die schräg verlaufen, gezeigt. Wie aus 3 zu ermitteln ist, entsprechen die Koordinaten der vertikalen Achse eines Schnittpunkts zwischen der Strichlinie C1 und der vertikalen Achse Koordinaten der vertikalen Achse bei dem Anfangspunkt der nachfolgenden Strichlinie C2. Auf gleiche Weise entsprechen die Koordinaten der vertikalen Achse eines Schnittpunkts zwischen der Strichlinie C2 und der vertikalen Achse Koordinaten der vertikalen Achse bei einem Anfangspunkt der nachfolgenden Strichlinie C3. Diese linearen Strichlinien C1, C2, C3, ... geben den Weg des Werkzeugs 11 in dem Werkstück W an, wenn der Schwingungsbefehl nicht vorhanden ist. Andererseits geben die Kurven A1, A2 und A3, ..., die in 3 gezeigt sind, den Weg des Werkzeugs 11 an dem Werkstück W an, wenn der Schwingungsbefehl vorhanden ist. Mit anderen Worten, es ist angenommen, dass die Strichlinien C1, C2, C3 und dergleichen nur die Positionsbefehle (ursprünglichen Befehlswerte) vor der Addition des Schwingungsbefehls angeben und dass die Kurven A1, A2, A3 und dergleichen die Positionsbefehle nach der Addition des Schwingungsbefehls angeben. Somit geben die Kurven A1, A2 und A3 Befehle an, die durch Addieren des kosinusschwingungsförmigen Schwingungsbefehls zu jedem der durch die Strichlinien C1, C2 und C3 angegebenen Positionsbefehle erhalten werden.
Die Kurve A1 ist der Weg des Werkzeugs 11 in der ersten Umdrehung des Werkstücks W, die Kurve A2 ist der Weg des Werkzeugs 11 in der zweiten Umdrehung des Werkstücks W und die Kurve A3 ist der Weg des Werkzeugs 11 in der dritten Umdrehung des Werkstücks W. Zur Vereinfachung sind die Wege des Werkzeugs 11 in der vierten und in nachfolgenden Umdrehungen des Werkstücks W nicht gezeigt.
Die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 erzeugt wie folgt Schwingungsbefehle. Die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 bestimmt eine kosinusschwingungsförmige Schwingungsfrequenz, um Befehle wie etwa die Kurven A1, A2 und A3, in denen die Strichlinien C1, C2 und C3, die die durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 22 erzeugten Positionsbefehle für die Vorschubachsen M1 und M2 sind, jeweils Referenzachsenlinien sind, zu erzeugen. Der Wert des Terms S/60 · I in Formel (1), die später beschrieben ist, ist die Schwingungsfrequenz.
Wenn die oben beschriebene Schwingungsfrequenz, wie in 3 gezeigt ist, bestimmt ist, wird die Anfangsphase der kosinusschwingungsförmigen Kurve A2, in der eine bestimmte Strichlinie, z. B. die Strichlinie C2, die Referenzachsenlinie ist, in Bezug auf die kosinusschwingungsförmige Kurve A1, in der die vorhergehende Strichlinie, z. B. die Strichlinie C1, die Referenzachsenlinie ist, vorzugsweise um eine halbe Periode verschoben. Der Grund dafür ist, dass die Schwingungsamplitude des Schwingungsbefehls minimiert werden kann und dass es folglich möglich ist, Späne am effizientesten zu zerkleinern, wenn die Referenzachsenlinie um eine halbe Periode verschoben ist.
Die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 bestimmt die Schwingungsamplitude des oben beschriebenen Schwingungsbefehls, um die Befehle wie etwa die Kurven A1, A2 und A3 zu erzeugen, in denen die Strichlinien C1, C2 und C3 in dieser Reihenfolge die Referenzachsenlinien sind. Der Wert des Terms K · F/2 in Formel (1), die später beschrieben wird, ist die Schwingungsamplitude. Die Kurve A1 und die Kurve A2, die in 3 gezeigt sind, überlappen in einem Teil B1, wo der Drehwinkel etwa 0 Grad beträgt, und in einem Teil B2, wobei der Drehwinkel etwa 240 Grad beträgt. Wie aus 3 entnommen wird, ist der Maximalwert der Kurve A1 in Bezug auf die Strichlinie C1 in den Teilen B1 und B2 größer als der Minimalwert der Kurve A2 in Bezug auf die Strichlinie C2. Mit anderen Worten, die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 bestimmt die Schwingungsamplitude vorzugsweise in der Weise, dass die vorhergehende Kurve A1 und die nachfolgende Kurve A2 teilweise überlappen. In den Kurven A1, A2 und A3 sind die Vorschubraten konstant, so dass die Schwingungsamplituden der Schwingungsbefehle alle dieselben sind.
In den überlappenden Teilen B1 und B2 ist das Werkstück W getrennt, wenn das Werkzeug 11 eine Bearbeitung auf dem Weg der Kurve A2 ausführt, so dass verhindert wird, dass das Werkstück W bearbeitet wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden die wie oben beschriebenen überlappenden Teile B1 und B2 periodisch erzeugt, so dass es möglich ist, ein sogenanntes aussetzendes Schneiden auszuführen. In einem in 3 gezeigten Beispiel wird durch eine Operation, die der Kurve A2 entspricht, in jedem der Teile B1 und B2 ein Span erzeugt. Mit anderen Worten, in der Kurve A2 der zweiten Umdrehung werden zwei Späne erzeugt. Das wie oben beschriebene aussetzende Schneiden wird periodisch ausgeführt, so dass ein Schwingschneiden ausgeführt werden kann.
Darüber hinaus weist die Kurve A3, die in Bezug auf die Strichlinie C3 gebildet ist, dieselbe Form wie die Kurve A1 auf. Die Kurve A2 und die Kurve A3 überlappen in einem Teil B3, wo der Drehwinkel etwa 120° beträgt, und in einem Teil B4, wo der Drehwinkel etwa 360° beträgt. Durch eine Operation, die der Kurve A3 entspricht, wird in jedem der Teile B3 und B4 ein Span erzeugt. Mit anderen Worten, in der Kurve A3 der dritten Umdrehung werden zwei Späne erzeugt. Danach werden pro Umdrehung des Werkstücks zwei Späne erzeugt. Dagegen wird in der ersten Umdrehung kein Span erzeugt.
Auf diese Weise werden die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude bestimmt, so dass die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 in der Steuereinheit 26 den Schwingungsbefehl erzeugt. Der Schwingungsbefehl ist z. B. durch die folgende Formel (1) angegeben $SCHWINGUNGSBEFEHL = \frac{K \cdot F}{2} cos (2 π \cdot \frac{S}{60} \cdot I \cdot t) - \frac{K \cdot F}{2} .$
In Formel (1) repräsentiert K eine Schwingungsamplitudenvergrößerung, repräsentiert F den Betrag der Bewegung des Werkzeugs 11 pro Umdrehung des Werkstücks W, d. h. einen Vorschubbetrag pro Umdrehung [mm/Umdrehung], repräsentiert S die Drehzahl des Werkstücks W um die Mittelachsenlinie [min^-1] oder [rpm] und repräsentiert I eine Schwingungsfrequenzvergrößerung. Hier entspricht die oben beschriebene Schwingungsfrequenz dem Term S/20 · I in Formel (1) und entspricht die oben beschriebene Schwingungsamplitude dem Term K · F/2 in Formel (1). Allerdings ist die Schwingungsamplitudenvergrößerung K eine Zahl gleich oder größer als eins und ist die Schwingungsfrequenzvergrößerung I eine nicht ganze Zahl größer als null (z. B. eine positive nicht ganze Zahl wie etwa 0,5, 0,8, 1,2, 1,5, 1,9, 2,3 oder 2,5, ...). Die Schwingungsamplitudenvergrößerung K und die Schwingungsfrequenzvergrößerung I sind Konstanten (in dem in 3 gezeigten Beispiel ist I 1,5). Der Grund dafür, dass die Schwingungsfrequenzvergrößerung I nicht auf eine ganze Zahl eingestellt wird, ist, dass die oben beschriebenen überlappenden Teile B1, B2, B3, B4 und dergleichen im Fall einer Schwingungsfrequenz, die genau gleich der Anzahl der Umdrehungen des Werkstücks W um die Mittelachsenlinie ist, nicht erzeugt werden können, so dass es unmöglich ist, die Wirkung des Zerkleinerns von Spänen durch Schwingschneiden zu erhalten.
In Formel (1) ist der Schwingungsbefehl ein Befehl, in dem der Term (K · F/2) als ein Versatzwert in Bezug auf eine Kosinusschwingung subtrahiert wird, wobei jede der Strichlinien C1, C2 und C3, die den Positionsbefehl angeben, die Referenzachsenlinie ist. Somit kann der Positionsweg des Werkzeugs 11, der auf einem kombinierten Befehlswert beruht, der durch Addieren des Schwingungsbefehls zu dem Positionsbefehl erhalten wird, unter der Annahme gesteuert werden, dass die Position des Werkzeugs 11 in der Richtung der Bearbeitung durch den Positionsbefehl ein oberer Grenzwert ist. Somit wird verhindert, dass die Kurven A1, A2, A3 und dergleichen in 3 die Strichlinien C1, C2, C3 und dergleichen in einer positiven Richtung (d. h. in der Richtung der Bearbeitung des Werkzeugs 11) übersteigen. Darüber hinaus wird der wie durch Formel (1) angegebene Schwingungsbefehl bereitgestellt, so dass, wie aus der gekrümmten Linie A1 in 3 ermittelt wird, verhindert wird, dass bei dem Bearbeitungsanfangspunkt (der Position von 0° auf der horizontalen Achse) des Werkzeugs 11 in der Richtung des Vorschubs des Werkzeugs 11 von dem Anfang eine große Schwingung erzeugt wird. Es wird angenommen, dass die Anfangswerte der einzelnen Parameter (K und I in Formel (1)), die eingestellt werden, wenn die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude bestimmt werden, vor dem Betrieb der Werkzeugmaschine 10 in der Ablagespeichereinheit 29 gespeichert werden. Die Drehzahl (S) des Werkstücks W wird als die Bearbeitungsbedingung zuvor in der Ablagespeichereinheit 29 gespeichert. Der Vorschubbetrag pro Umdrehung F wird aus der Drehzahl (S) und aus dem durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 22 erzeugten Positionsbefehl bestimmt.
2 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel einer spezifischeren Konfiguration des Controllers 20, insbesondere der Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 und der Steuereinheit 26, zeigt. Der in 2 gezeigte Controller 20 enthält die Ablagespeichereinheit 29, die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 22, die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 und die Steuereinheit 26. Die Ablagespeichereinheit 29 und die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 22 können in einem Computer höherer Ebene (nicht gezeigt) wie etwa einer NC-Vorrichtung, die mit dem Controller 20 verbunden ist, enthalten sein.
Die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 erzeugt und ändert den Schwingungsbefehl auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingungen. Allgemein wird die Schwingung entlang der Richtung der Bearbeitung ausgeführt, die die Richtung der Vorschubachse M1 (der Z-Achse) entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks W ist, wenn eine Werkstückbearbeitungsform rohrförmig oder zylindrisch ist. Andererseits wird die Schwingung allgemein entlang einer schrägen Richtung entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks W, d. h. entlang der Richtung der Bearbeitung, die die kombinierte Richtung der Richtung der Vorschubachse M1 (der Z-Achse) und der Richtung der Vorschubachse M2 (der X-Achse) ist, ausgeführt, wenn die Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält. In diesem Fall wird die Schwingung in den Vorschubachsen M1 und M2 gleichzeitig ausgeführt, so dass die Größe einer Belastung in der Werkzeugmaschine erhöht ist.
Somit erzeugt die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 den Schwingungsbefehl in der vorliegenden Ausführungsform gleichfalls in der Weise, dass veranlasst wird, dass das Werkzeug 11 und das Werkstück W in einer Richtung entlang eines Bearbeitungswegs, d. h. in der Richtung der Bearbeitung (in der Richtung der Z-Achse), schwingen, wenn die Werkstückbearbeitungsform rohrförmig oder zylindrisch ist, d. h., wenn die Bearbeitungsbedingungen die Bearbeitung durch eine Interpolationsoperation nur der Vorschubachse M1 der Vorschubachsen M1 und M2 angeben. Andererseits ändert die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 den Schwingungsbefehl in der Weise, dass die Richtung der Schwingung in Bezug auf die Richtung entlang des Bearbeitungswegs geändert wird (wobei z. B. die Richtung in Bezug auf eine Richtung tangential zu dem Bearbeitungsweg geändert werden kann), wenn die Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält, d. h., wenn die Bearbeitungsbedingungen die Bearbeitung durch eine gleichzeitige Interpolationsoperation der Vorschubachsen M1 und M2 angeben. Wenn z. B. veranlasst wird, dass die Vorschubachse M2 schwingt und wenn somit die Größe der Belastung in der Maschine erhöht wird, wird die Richtung der Schwingung in der Weise geändert, dass die Schwingung der Vorschubachse M2 verringert wird, mit dem Ergebnis, dass die Größe der Belastung in der gesamten Maschine verringert werden kann. Die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 enthält die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit 231, die Schwingungsfrequenz-Berechnungseinheit 232 und die Schwingungsbefehls-Berechnungseinheit 233.
Die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit 231 berechnet auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingungen und der Maschinenbedingung die Schwingungsamplitudenvergrößerungen K für die Vorschubachsen M1 und M2 (für die Z-Achse und für die X-Achse), um auf der Grundlage dieser Schwingungsamplitudenvergrößerungen K und des Bewegungsbefehls die Schwingungsamplituden K · F/2 für die Vorschubachsen M1 und M2 (für die Z-Achse und für die X-Achse) zu berechnen. Die Bearbeitungsbedingungen enthalten hier Informationen, die die Bearbeitung durch die Interpolationsoperation der Vorschubachsen M1 und M2 für eine Verjüngung oder für einen Bogen des Werkstücks W und für einen Kegelwinkel θ1 des Werkstücks W (siehe 4 und 6) angeben. Die Maschinenbedingungen enthalten den Winkel θ2 des Werkzeugs 11, d. h. einen Schneidwinkel θ2 in Bezug auf die Mittelachse (die Z-Achse) des Werkstücks W (siehe 4 und 6). Die Bearbeitungsbedingungen und die Maschinenbedingungen können zuvor z. B. in der Ablagespeichereinheit 29 gespeichert werden oder können von dem Bearbeitungsprogramm erfasst werden. Der Bewegungsbefehl enthält den Betrag der Bewegung F des Werkzeugs 11 pro Umdrehung des Werkstücks W, d. h. den Vorschubbetrag pro Umdrehung [mm/Umdrehung] .
Genauer berechnet die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit 231 die Schwingungsamplitudenvergrößerung K nur für die Vorschubachse M1 (die Z-Achse) in der Weise, dass veranlasst wird, dass das Werkzeug 11 und das Werkstück W relativ in der Richtung entlang des Bearbeitungswegs, d. h. in der Richtung der Bearbeitung (in der Richtung der Z-Achse entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks), schwingen und berechnet sie auf der Grundlage dieser Schwingungsamplitudenvergrößerung K die Schwingungsamplitude K · F/2 nur für die Vorschubachse M1 (die Z-Achse), wenn die Werkstückbearbeitungsform rohrförmig oder zylindrisch ist, d. h., wenn die Bearbeitungsbedingungen die Bearbeitung nur durch die Interpolationsoperation der Vorschubachse M1 unter den Vorschubachsen M1 und M2 angeben. Genauer berechnet die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit 231 auf der Grundlage einer vorgegebenen Schwingungsamplitudenvergrößerung K die Schwingungsamplitude K · F/2.
Andererseits werden die Schwingungsamplitudenvergrößerungen K für die Vorschubachsen M1 und M2 (für die Z-Achse und für die X-Achse) in der Weise berechnet, dass die Richtung der Schwingung in Bezug auf den Bearbeitungsweg geändert wird, d. h., dass veranlasst wird, dass das Werkzeug 11 und das Werkstück W relativ in einer Richtung schwingen, die nicht die Richtung der Bearbeitung (die kombinierte Richtung der Richtung der Z-Achse entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks und der Richtung der X-Achse) ist, und werden die Schwingungsamplituden K · F/2 für die Vorschubachsen M1 und M2 (für die Z-Achse und für die X-Achse) auf der Grundlage der Schwingungsamplitudenvergrößerungen K berechnet, wenn die Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpf - förmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält, d. h., wenn die Bearbeitungsbedingungen die Bearbeitung durch die gleichzeitige Interpolationsoperation der Vorschubachsen M1 und M2 angeben.
4 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Verfahrens zur Berechnung einer Schwingungsamplitudenvergrößerung K für die Vorschubachse M1 (für die Z-Achse), falls die Schwingung nur in der Richtung der Z-Achse ausgeführt wird, die nicht die Richtung der Bearbeitung ist, wenn die Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält. In 4 repräsentiert F den Betrag der Bewegung des Werkzeugs 11 pro Umdrehung des Werkstücks W, d. h. einen Vorschubbetrag pro Umdrehung [mm/Umdrehung], repräsentiert θ1 den Kegelwinkel [rad] des Werkstücks W, repräsentiert θ2 den Winkel [rad] des Werkzeugs 11, repräsentiert K eine Schwingungsamplitudenvergrößerung [Vergrößerung] und repräsentiert α einen Spielraum. Zum Beispiel ist die Schwingungsamplitudenvergrößerung K für einen durch die Pfeile in 4 angegebenen Teil durch die folgende Formel (2) angegeben. $K = \frac{F cos θ 1 + F sin θ 1 \cdot tan θ 2}{F cos θ 1} + α= 1 + tan θ 1 \cdot tan θ2+α$
In 4 und 5 ist angenommen, dass der Spielraum α = 0 ist.
Wie in 5 gezeigt ist, ist auf diese Weise im Vergleich zu der Breite der Schwingung in der Richtung der Z-Achse (der durchgezogenen Pfeile) und der Breite der Schwingung in der Richtung der X-Achse (der Strichlinienpfeile), falls die Schwingung in der Richtung der Bearbeitung ausgeführt wird, die Breite der Schwingung in der Richtung der Z-Achse (der durchgezogenen Pfeile) geringfügig erhöht und ist die Breite der Schwingung in der Richtung der X-Achse (der durchgezogenen Pfeile) 0, mit dem Ergebnis, dass die Gesamtbreite der Schwingung in mehreren Vorschubachsen verringert ist. Somit ist die Größe der Belastung in der gesamten Werkzeugmaschine verringert.
Wie in 4 gezeigt ist, wird eine notwendige Schwingungsamplitudenvergrößerung K in Abhängigkeit von dem Konuswinkel θ1 des Werkstücks und von dem Winkel θ2 des Werkzeugs geändert, damit die Späne durch die Schwingung einer Achse zerkleinert werden. Obgleich die maximale Schwingungsamplitudenvergrößerung fest eingestellt werden kann, wird die Größe der Belastung erhöht, mit dem Ergebnis, dass es mehr kostet, die Maschine, die sie aushalten kann, bereitzustellen, da die Schwingungsamplitude erhöht wird, während der Konuswinkel des Werkstücks verringert wird. Wenn die Werkstückbearbeitungsform ein Bogen ist, wird die Schwingungsamplitudenvergrößerung vorzugsweise unter der Annahme geändert, dass der Konuswinkel θ1 des Werkstücks geändert wird.
6 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Berechnen von Schwingungsamplitudenvergrößerungen K für die Vorschubachsen M1 und M2 (für die Z-Achse und für die X-Achse), falls die Schwingung in einer Richtung ausgeführt wird, die in Bezug auf die Richtung der Z-Achse geringfügig geneigt ist und die nicht die Richtung der Bearbeitung ist, wenn die Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält. In 6 repräsentieren Fz und Fx die Beträge der Bewegung des Werkzeugs 11 pro Umdrehung des Werkstücks W in der Z-Achse und in der X-Achse, d. h. die Vorschubbeträge pro Umdrehung [mm/Umdrehung], repräsentiert θ3 einen Neigungswinkel [rad] in Bezug auf die Richtung der Z-Achse, repräsentieren Kz und Kx Schwingungsamplitudenvergrößerungen [Vergrößerung] in der Z-Achse und in der X-Achse und repräsentieren αz und αx Spielräume in der Z-Achse und in der X-Achse.
Zum Beispiel ist die minimale Breite der Schwingung A, falls der Vorschubbetrag pro Umdrehung F durch die folgende Formel (3) angegeben ist. $A = F cos (θ 1 - θ 3) + F sin (θ 1 - θ 3) \cdot tan (θ 2 - θ3) .$
Auf diese Weise sind z. B. die Schwingungsamplitudenvergrößerungen Kz und Kx in der Z-Achse und in der X-Achse durch die folgende Formel (4) und durch die folgende Formel (5) angegeben. $\begin{array}{l} Kz = \frac{Az}{Fz} + α z = \frac{A cos θ 3}{F cos θ 1} + α z \\ = \frac{cos θ3 \cdot (cos (θ 1 - θ 3) + sin (θ 1 + θ 3) \cdot tan (θ 2 - θ 3))}{cos θ 1} + α z \end{array}$
$\begin{array}{l} Kx = \frac{Ax}{Fx} + α x = \frac{A sin θ 3}{F sin θ 1} + α x \\ = \frac{sin θ3 \cdot (cos (θ 1 - θ 3) + sin (θ 1 + θ 3) \cdot tan (θ 2 - θ 3))}{sin θ 1} + α x \end{array}$
Wenn in Formel (4) angenommen ist, dass θ3 = 0 ist, ist sie gleich Formel (2), wo die Schwingung nur in der Richtung der Z-Achse ausgeführt wird. In 6 und 7 ist angenommen, dass der Spielraum αz = 0 ist und dass der Spielraum αx = 0 ist.
Wie in 7 gezeigt ist, ist auf diese Weise im Vergleich zu der Breite der Schwingung in der Richtung der Z-Achse (der Strichlinienpfeile) und zu der Breite der Schwingung in der Richtung der X-Achse (der Strichlinienpfeile), falls die Schwingung in der Richtung der Bearbeitung ausgeführt wird, die Breite der Schwingung Az in der Richtung der Z-Achse (der durchgezogenen Pfeile) geringfügig erhöht und die Breite der Schwingung Ax in der Richtung der X-Achse (der durchgezogenen Pfeile) verringert. Wenn sich die Schwingung in der Richtung der X-Achse stärker auf die Maschine auswirkt, ist die Größe der Belastung in der gesamten Werkzeugmaschine verringert.
Die Schwingungsfrequenz-Berechnungseinheit 232 berechnet die Schwingungsfrequenz auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingungen. Genauer berechnet die Schwingungsfrequenz-Berechnungseinheit 232 die Schwingungsfrequenz S/60 · I auf der Grundlage der Drehzahl S [min^-1] oder [rpm] des Werkstücks W um die Mittelachsenlinie und der Schwingungsfrequenzvergrößerung I.
Die Schwingungsbefehls-Berechnungseinheit 233 berechnet den Schwingungsbefehl auf der Grundlage der Schwingungsamplitude und der Schwingungsfrequenz durch Formel (1).
Die Steuereinheit 26 enthält dann das Addierglied 24, das Subtrahierglied 25, die Lernsteuereinheit 27 und die Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 28. Das Subtrahierglied 25 bestimmt den Positionsfehler, der eine Differenz zwischen dem durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 22 erzeugten Positionsbefehl (Bewegungsbefehl) und der Positionsrückkopplung (den Ist-Positionen) von den Winkelcodierern in den Vorschubachsen M1 und M2 ist. Das Addierglied 24 addiert den von dem Subtrahierglied 25 ausgegebenen Positionsfehler und den durch die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 erzeugten Schwingungsbefehl, um den kombinierten Befehl zu erzeugen.
Die Lernsteuereinheit 27 gibt den kombinierten Befehl ein, unmittelbar nachdem er von dem Addierglied 24 ausgegeben worden ist, führt eine Lernsteuerung aus, um den Betrag der Kompensation des kombinierten Befehls zu verringern, bestimmt dadurch den Betrag der Kompensation des kombinierten Befehls und addiert ihn zu dem kombinierten Befehl, unmittelbar, bevor er in die Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 28 eingegeben wird.
Die Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 28 führt auf der Grundlage des kombinierten Befehls, der durch die Lernsteuereinheit 27 kompensiert wird, eine Positionssteuerung, eine Geschwindigkeitssteuerung und eine Stromsteuerung aus, um eine Antriebssteuerung an dem Servermotor in den Vorschubachsen M1 und M2 auszuführen.
Wie oben beschrieben wurde, wird der Schwingungsbefehl in dem Controller 20 der Werkzeugmaschine der vorliegenden Ausführungsform automatisch in der Weise geändert, dass die Schwingung in einer Richtung ausgeführt wird, die nicht die Richtung der Bearbeitung (die kombinierte Richtung der Richtung der Z-Achse und der Richtung der X-Achse) ist, wenn die Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält. Auf diese Weise ist es möglich, die Gesamtbreite der Schwingung in mehreren Vorschubachsen zu verringern, die Größe der Belastung in der gesamten Werkzeugmaschine zu verringern und eine Zunahme der Größe der durch Schwingschneiden verursachten Belastung in der Werkzeugmaschine zu verringern. Außerdem ist es möglich, die Schwingung der Vorschubachse, deren Belastung hoch ist, zu verringern und eine Zunahme der Größe der durch das Schwingschneiden verursachten Belastung der Werkzeugmaschine zu verringern.
Übrigens wird eine Steuerverstärkung hoch eingestellt, um das Ansprechen des Servos zu verstärken und damit somit eine Vibration auftritt, mit dem Ergebnis, dass die Genauigkeit der Position des Werkzeugs 11 instabil werden kann, wenn in der Antriebsmechanismuseinheit der Werkzeugmaschine 11 ein Spiel vorhanden ist oder wenn die Starrheit der Antriebsmechanismuseinheit niedrig ist. Zum Beispiel ist es wahrscheinlich, dass die Ist-Position des Werkzeugs 11 nicht vollständig den Kurven A1, A2, A3 und dergleichen folgt, selbst wenn die Vorschubachsen M1 und M2 auf der Grundlage von Befehlswerten, die den Kurven A1, A2, A3 und dergleichen, die in 3 gezeigt sind, entsprechen, angesteuert werden. In diesem Fall tritt kein aussetzendes Schneiden auf, mit dem Ergebnis, dass verhindert wird, dass Späne zufriedenstellend gebildet werden, wenn die Ist-Position des Werkzeugs 11 in den überlappenden Teilen B1, B2, B3, B4 und dergleichen nicht mit den Befehlswerten wie etwa den Kurven A1, A2 und A3 übereinstimmt.
Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform die Lernsteuerung verwendet, um den Grad, in dem dem Schwingungsbefehl gefolgt wird, zu erhöhen. Die Lernsteuerung ist ein Steuersystem, das den Grad, mit dem einem „periodischen Befehl, bei dem ein wiederholtes Muster festgesetzt ist,“ gefolgt wird, erhöht, und das den Positionsfehler verringern kann, während die Periode von der ersten Periode zu der zweiten Periode zu der dritten Periode ... fortschreitet. Genauer wird der Positionsfehler gelernt, der einer vorgegebenen Anzahl von Vibrationsperioden in dem Werkstück W und in dem Werkzeug 11 entspricht, und wird er auf den Betrag der Kompensation eingestellt und wird somit eine die durch den Schwingungsbefehl verursachte periodische Zunahme des Positionsfehlers verringert. Darüber hinaus kann z. B. als die Periode des Lernens eine Periode (z. B. eine Schwingungsperiode = 1/Schwingungsfrequenz) verwendet werden, die aus der Schwingungsfrequenz des Schwingungsbefehls in der oben beschriebenen Formel (1) bestimmt wird. Die Steuereinheit 26 wandelt eine Schwingungsperiode in eine Periode in dem Drehwinkel um und bestimmt in jeder der durch Dividieren der Periode des Drehwinkels durch eine vorgegebene Teilungszahl bestimmten Phasen den Betrag der Kompensation des kombinierten Befehls. In der Steuereinheit 26 wird der Betrag der Kompensation des kombinierten Befehls in jeder der Phasen bestimmt, wird eine Periode des Lernens gespeichert, wird der Betrag der Kompensation in der Phase der vorhergehenden Periode des Lernens zu dem aktuellen kombinierten Befehl addiert und wird somit ein in dem kombinierten Befehl enthaltener Phasenfehler auf etwa null verringert. Folglich nähert sich die Ist-Position des Werkzeugs 11 allmählich den Kurven A1, A2, A3 und dergleichen der Befehlswerte an, um schließlich mit den Kurven A1, A2, A3 und dergleichen der Befehlswerte übereinzustimmen. In diesem Fall enthalten die Kurven A1, A2, A3 und dergleichen der Befehlswerte die überlappenden Teile B1, B2, B3, B4 und dergleichen, so dass ein aussetzendes Schneiden sicher auftritt, mit dem Ergebnis, dass möglich ist, zuverlässig zerkleinerte Späne zu bilden.
(Abwandlung 1)
In der oben beschriebenen Ausführungsform berechnet die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit 231 die Schwingungsamplitudenvergrößerung auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingungen und der Maschinenbedingungen. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt und kann der Controller 20 in der Ablagespeichereinheit im Voraus eine Tabelle oder eine Funktion (Informationen) speichern, in denen mehrere Schwingungsamplitudenvergrößerungen und mehrere Konuswinkel des Werkstücks zugeordnet sind, und kann die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit 231 diejenige Schwingungsamplitudenvergrößerung, die dem Konuswinkel des Werkstücks in der Tabelle oder in der Funktion entspricht, erfassen.
(Abweichung 2)
In der oben beschriebenen Ausführungsform ändert die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 automatisch den Schwingungsbefehl in der Weise, dass die Schwingung in einer Richtung ausgeführt wird, die nicht die Richtung der Bearbeitung (die kombinierte Richtung der Richtung der Z-Achse und der Richtung der X-Achse) ist, d. h., um eine Richtung der Schwingung zu ändern, wenn die Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält. Allerdings gibt es keine Beschränkung an die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23, wobei die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit 23 den Schwingungsbefehl in der Weise ändern kann, dass die Schwingung angehalten wird, wenn die Werkstückbearbeitungsform kegelförmig oder kegelstumpfförmig (konisch) ist oder wenn sie eine Bogenform enthält, d. h., wenn die Bearbeitungsbedingungen die Bearbeitung durch die gleichzeitigt Interpolationsoperation der Vorschubachsen M1 und M2 angeben.
Obgleich oben die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und sind verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich. Obgleich in der oben beschriebenen Ausführungsform die Konfiguration dargestellt ist, in der das Werkzeug 11 entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks W schwingt, während das Werkstück W gedreht wird, ist die vorliegende Erfindung z. B. nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Vorzugsweise weist die Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration auf, in der die Werkzeugmaschine die Spindel M0 zum relativen Drehen des Werkstücks W und des Werkzeugs 11 um die Mittelachsenlinie des Werkstücks W, wenigstens zwei Vorschubachsen M1 und M2 zum relativen Vorschieben des Werkstücks W und des Werkzeugs 11 in der Richtung der Bearbeitung entlang der Mittelachsenlinie und dergleichen, um das Werkstück W zu bearbeiten, steuert. Zum Beispiel können eine Konfiguration, in der das Werkzeug 11 um die Mittelachsenlinie des Werkstücks W gedreht wird und in der das Werkstück W in Bezug auf das Werkzeug 11 schwingt, und eine Konfiguration, in der das Werkstück W gedreht wird und in der das Werkstück W in Bezug auf das Werkzeug 11 in einer Richtung entlang der Mantellinie der Außenumfangsfläche des Werkstücks W schwingt, angenommen werden. In der vorliegenden Erfindung ist ein Bearbeitungsverfahren zum Schneiden des Werkstücks W durch die Drehung des Werkzeugs 11 um die Mittelachsenlinie des Werkstücks W ebenfalls ein Typ der Bearbeitung.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungssystem
10: Werkzeugmaschine
11: Werkzeug
20: Controller
22: Positionsbefehls-Erzeugungseinheit
23: Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit
231: Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit
232: Schwingungsfrequenz-Berechnungseinheit
233: Schwingungsbefehls-Berechnungseinheit
24: Addierglied
25: Subtrahierglied
26: Steuereinheit
27: Lernsteuereinheit
28: Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit
29: Ablagespeichereinheit
M0: Spindel
M1, M2: Vorschubachse
W: Werkstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5033929 [0002]
JP 5139592 [0002]
JP 5599523 [0002]

Claims

Controller (20) einer Werkzeugmaschine (10), die Folgendes enthält: eine Spindel (MO), die ein Werkstück (W) und ein Werkzeug (11) relativ dreht; und mehrere Vorschubachsen (M1, M2), die das Werkstück (W) und das Werkzeug (11) relativ vorschieben, und die das Werkstück (W) bearbeitet, während sie veranlasst, dass das Werkzeug (11) und das Werkstück (W) durch eine koordinierte Operation der Spindel (MO) und der Vorschubachsen (M1, M2) relativ schwingen, um einen durch die Bearbeitung erzeugten Span zu zerkleinern, wobei der Controller (20) Folgendes umfasst: eine Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit (23), die auf der Grundlage einer Bearbeitungsbedingung einen Schwingungsbefehl erzeugt; und eine Steuereinheit (26), die das Werkstück (W) auf der Grundlage des Schwingungsbefehls und eines Bewegungsbefehls bearbeitet, während sie veranlasst, dass das Werkzeug (11) und das Werkstück (W) relativ schwingen, wobei die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit (23) den Schwingungsbefehl in der Weise erzeugt, dass veranlasst wird, dass das Werkzeug (11) und das Werkstück (W) in einer Richtung entlang eines Bearbeitungswegs relativ schwingen, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine Interpolationsoperation einer Vorschubachse der mehreren Vorschubachsen (M1, M2) angibt, und den Schwingungsbefehl in der Weise ändert, dass eine Richtung der Schwingung in Bezug auf den Bearbeitungsweg geändert wird, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine gleichzeitige Interpolationsoperation der mehreren Vorschubachsen (M1, M2) angibt.
Controller (20) der Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit (23) enthält: eine Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit (231), die auf der Grundlage einer Schwingungsamplitudenvergrößerung und des Bewegungsbefehls eine Schwingungsamplitude berechnet; und eine Schwingungsbefehls-Berechnungseinheit (233), die auf der Grundlage der Schwingungsamplitude den Schwingungsbefehl berechnet.
Controller (20) der Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit (231) die Schwingungsamplitudenvergrößerung auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingung und einer Maschinenbedingung berechnet.
Controller (20) der Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, wobei die Bearbeitungsbedingung Informationen enthält, die die Bearbeitung durch eine Interpolationsoperation der mehreren Vorschubachsen (M1, M2) für eine Verjüngung oder für einen Bogen des Werkstücks (W) und für einen Konuswinkel des Werkstücks (W) angeben, und die Maschinenbedingung einen Winkel des Werkzeugs (11) enthält.
Controller (20) der Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei der Controller (20) ferner umfasst: eine Ablagespeichereinheit (29), die Informationen, in denen mehrere der Schwingungsamplitudenvergrößerungen und mehrere Konuswinkel des Werkstücks (W) einander zugeordnet sind, zuvor speichert, wobei die Schwingungsamplituden-Berechnungseinheit (231) die Schwingungsamplitudenvergrößerung, die dem Konuswinkel des Werkstücks (W) in den Informationen entspricht, erfasst.
Controller (20) der Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schwingungsbefehls-Berechnungseinheit (233) den Schwingungsbefehl in der Weise ändert, dass veranlasst wird, dass das Werkzeug (11) und das Werkstück (W) in einer Richtung des Vorschubs einer Vorschubachse der mehreren Vorschubachsen (M1, M2) relativ schwingen, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch die gleichzeitige Interpolationsoperation der mehreren Vorschubachsen (M1, M2) angibt.
Controller (20) einer Werkzeugmaschine (10), die Folgendes enthält: eine Spindel (M0), die ein Werkstück (W) und ein Werkzeug (11) relativ dreht; und mehrere Vorschubachsen (M1, M2), die das Werkstück (W) und das Werkzeug (11) relativ vorschieben, und die das Werkstück (W) bearbeitet, während sie veranlasst, dass das Werkzeug (11) und das Werkstück (W) durch eine koordinierte Operation der Spindel (MO) und der Vorschubachsen (M1, M2) relativ schwingen, um einen durch die Bearbeitung erzeugten Span zu zerkleinern, wobei der Controller (20) umfasst: eine Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit (23), die auf der Grundlage einer Bearbeitungsbedingung einen Schwingungsbefehl erzeugt; und eine Steuereinheit (26), die das Werkstück (W) auf der Grundlage des Schwingungsbefehls und eines Bewegungsbefehls bearbeitet, während sie veranlasst, dass das Werkzeug (11) und das Werkstück (W) relativ schwingen, wobei die Schwingungsbefehls-Erzeugungseinheit (23) den Schwingungsbefehl in der Weise erzeugt, dass veranlasst wird, dass das Werkzeug (11) und das Werkstück (W) in einer Richtung entlang eines Bearbeitungswegs relativ schwingen, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine Interpolationsoperation einer Vorschubachse der mehreren Vorschubachsen (M1, M2) angibt, und den Schwingungsbefehl in der Weise ändert, dass die Schwingung angehalten wird, wenn die Bearbeitungsbedingung die Bearbeitung durch eine gleichzeitige Interpolationsoperation der mehreren Vorschubachsen (M1, M2) angibt.