DE102020001972A1

DE102020001972A1 - Numerische Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102020001972A1
Application number: DE102020001972.2A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Miyake
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-10-29
Also published as: JP7252040B2; US11106194B2; CN111791088A; JP2020170365A; US20200319620A1

Abstract

Eine numerische Steuervorrichtung, die für eine gleichzeitige Steuerung eingerichtet ist, so dass bei einer Maschine, die mehrere Schneideinrichtungshalter aufweist, die einzeln mit Werkzeugen bestückt und zum Drehbankdrehen fähig sind, ein Werkstück in Richtung einer Drehachse durch mehrere Werkzeuge geschnitten wird, erzeugt Bewegungsbefehlsdaten, um die mehreren Werkzeuge so zu platzieren, dass das Werkstück mit derselben Schnitttiefe geschnitten wird, und die jeweiligen relativen Geschwindigkeiten und relativen Positionen der mehreren Werkzeuge so zu steuern, dass sich die jeweiligen Schnittpunkte der Werkzeuge vor- und zurückbewegen, erzeugt basierend auf den Bewegungsbefehlsdaten Interpolationsdaten und steuert einen Motor zum Antreiben der Maschine basierend auf den Interpolationsdaten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung und im Besonderen eine numerische Steuervorrichtung zum Steuern einer Drehbank-Werkzeugmaschine, die dazu eingerichtet ist, in Zusammenarbeit mit mehreren Werkzeugen ein Werkstück zu bearbeiten.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Für gewöhnlich beinhaltet Drehbankdrehen eine kontinuierliche Zerspanung (Schneiden), so dass ein durch die Zerspanung erzeugter Span lang und durchgehend ist. Dieser Span kann sich womöglich um ein Werkzeug oder ein Werkstück wickeln und dadurch das Werkzeug beschädigen oder das Werkstück verderben. Dementsprechend wurden eine Spanbrechfunktion, die dazu eingerichtet ist, Späne zu brechen, indem das Werkzeug inmitten der kontinuierlichen Zerspanung zeitweise in Rückwärtsrichtung vorgeschoben wird, und eine Schwingungszerspanungsfunktion bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, Späne zu brechen, indem das Werkzeug für die Bearbeitung in Schwingung versetzt wird. Einrichtungen mit diesen Funktionen sind beispielsweise in den offengelegten japanischen Patenanmeldungen Nr. 2011-248473 und 2017-056515 und der internationalen Veröffentlichungsschrift Nr. 2017/051745 offenbart.
Da die Spanbrechfunktion, die dazu eingerichtet ist, Späne zu brechen, indem das Werkzeug zeitweise in Rückwärtsrichtung vorgeschoben wird, eine Nichtzerspanungszeit zur Folge hat, erfordert sie eine längere Zerspanungszeit als bei einer normalen Zerspanung. Außerdem werden bei einer Schwingungszerspanung, wenn sich die Schwingungsamplitude und Schwingungsfrequenz erhöhen, Vibrationen stärker als in einem Nichtschwingungszustand, wodurch eine Zunahme der mechanischen Last verursacht wird. Daher können die Maschinenlebensdauer (von Kugelumlaufspindeln, Lagern etc.) und die Werkzeuglebensdauer möglicherweise negativ beeinflusst werden. Zur Unterdrückung der Schwingungsamplitude und Schwingungsfrequenz ist es notwendig, die Vorschubgeschwindigkeit zu verringern, so dass sich die Bearbeitungszeit gegenüber der normalen Zerspanung verlängert.
Folglich besteht Bedarf an einer Technologie zum Brechen geschnittener Späne, die weder eine Erhöhung der Bearbeitungszeit noch einen Ablauf der Maschinen- oder Werkzeuglebensdauer nach sich zieht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine numerische Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die vorstehenden Probleme, indem die jeweiligen relativen Geschwindigkeiten und Positionen mehrerer Werkzeuge so gesteuert werden, dass Späne in einem Bearbeitungsverfahren zerteilt werden können, bei dem das Zerspanen (Schneiden) durch eine Maschine durchgeführt wird, die dazu eingerichtet ist, die mehreren Werkzeuge gleichzeitig zu steuern.
Genauer gesagt werden während einer kontinuierlichen Zerspanung durch ein erstes Werkzeug die Geschwindigkeiten und Positionen so gesteuert, dass ein zweites Werkzeug an eine Position vor einem ersten Schnittpunkt herangeführt wird. Danach befindet sich das erste Werkzeug in einem Nichtzerspanungszustand und führt keine Zerspanung durch, während sich das zweite Werkzeug vor dem ersten Werkzeug befindet. Ein durch die Zerspanung des ersten Werkzeugs erzeugter Span wird gebrochen, wenn das in einem Zerspanungszustand befindliche erste Werkzeug in einen Nichtzerspanungszustand versetzt wird.
Anschließend werden, wenn der durch das erste Werkzeug erzeugte Span gebrochen ist, die Geschwindigkeiten und die Positionen so gesteuert, dass sich das zweite Werkzeug dieses Mal im Gegenteil hinter dem ersten Werkzeug befindet. Das zweite Werkzeug befindet sich in einem Nichtzerspanungszustand und führt keine Zerspanung durch, während sich das erste Werkzeug vor dem zweiten Werkzeug befindet. Ein durch die Zerspanung des zweiten Werkzeugs erzeugter Span wird gebrochen, wenn das in einem Zerspanungszustand befindliche zweite Werkzeug in einen Nichtzerspanungszustand versetzt wird. Somit werden Späne gebrochen, indem die relativen Geschwindigkeiten und Positionen so gesteuert werden, dass die jeweiligen Schnittpunkte des ersten und zweiten Werkzeugs abwechselnd vor- und zurückverlagert werden.
Der eine Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung, die für eine gleichzeitige Steuerung eingerichtet ist, so dass bei einer Maschine, die mehrere Schneideinrichtungshalter aufweist, die einzeln mit Werkzeugen bestückt und zum Drehbankdrehen fähig sind, ein Werkstück in Richtung einer Drehachse durch mehrere Werkzeuge zerspant wird, wobei die numerische Steuervorrichtung eine Analyseeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Bewegungsbefehlsdaten zu erzeugen, um die mehreren Werkzeuge so zu platzieren, dass das Werkstück mit derselben Schnitttiefe zerspant wird, und die jeweiligen relativen Geschwindigkeiten und relativen Positionen der mehreren Werkzeuge so zu steuern, dass sich die jeweiligen Schnittpunkte der Werkzeuge vor- und zurückbewegen, eine Interpolationseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, basierend auf den Bewegungsbefehlsdaten Interpolationsdaten zu erzeugen, und eine Servosteuereinrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, einen Motor zum Antreiben der Maschine basierend auf den Interpolationsdaten zu steuern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können geschnittene Späne gebrochen werden, ohne eine Erhöhung der Bearbeitungszeit oder einen Ablauf der Maschinen- oder Werkzeuglebensdauer nach sich zu ziehen.
Figurenliste
Die vorstehenden und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen ist/sind:

1 eine schematische Hardwarekonfigurationsdarstellung einer Ausführungsform einer numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein schematisches Funktionsblockdiagramm der einen Ausführungsform der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3A und 3B Darstellungen, die Wechsel von Bewegungsgeschwindigkeiten eines ersten und eines zweiten Schneideinrichtungshalters in Z-Achsenrichtung basierend auf durch eine Analyseeinrichtung erzeugten Bewegungsbefehlsdaten zeigen;
4 eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Werkstück und jeweiligen Werkzeugen zeigt, wenn sich ein am ersten Schneideinrichtungshalter befestigtes erstes Werkzeug an einer Position vor einem am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigten zweiten Werkzeug befindet;
5 eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Werkstück und den jeweiligen Werkzeugen zeigt, wenn sich das am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigte zweite Werkzeug an einer Position vor dem am ersten Schneideinrichtungshalter befestigten ersten Werkzeug befindet;
6 eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Werkstück und den jeweiligen Werkzeugen zeigt, wenn sich das am ersten Schneideinrichtungshalter befestigte erste Werkzeug an einer Position vor dem am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigten zweiten Werkzeug befindet;
7A und 7B Darstellungen, die ein anderes Beispiel für die Wechsel der Bewegungsgeschwindigkeit des ersten und des zweiten Schneideinrichtungshalters in Z-Achsenrichtung zeigen;
8A und 8B Darstellungen, die ein weiteres Beispiel für die Wechsel der Bewegungsgeschwindigkeit des ersten und des zweiten Schneideinrichtungshalters in Z-Achsenrichtung zeigen; und
9 ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer anderen Ausführungsform der numerischen Steuervorrichtung.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine schematische Hardwarekonfigurationsdarstellung, die wesentliche Teile einer Ausführungsform einer numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise als numerische Steuervorrichtung zum Steuern einer Drehbank-Werkzeugmaschine basierend auf einem Programm an der Drehbank-Werkzeugmaschine angebracht werden.
Die numerische Steuervorrichtung 1 umfasst eine CPU (Zentraleinheit) 11, ein ROM (Festwertspeicher) 12, ein RAM (Direktzugriffspeicher) 13 und einen nichtflüchtigen Speicher 14. Die numerische Steuervorrichtung 1 umfasst ferner eine Schnittstelle 15, eine PMC (Programmable Machine Controller/programmierbare Maschinensteuereinrichtung) 16, eine Ein-/Ausgabeeinheit 17 und weitere Schnittstellen 18 und 19. Die numerische Steuervorrichtung 1 ist ferner mit einem Spindelmotor 62, einer Anzeige-/MDI- (Manual Data Input/manuelle Dateneingabe) Einheit 70 und einem Bedienpanel 71 verbunden.
Die CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Prozessor zum allgemeinen Steuern der numerischen Steuervorrichtung 1. Die CPU 11 liest über einen Bus 20 ein im ROM 12 gespeichertes Systemprogramm aus und steuert die gesamte numerische Steuervorrichtung 1 gemäß diesem Systemprogramm. In einem RAM 13 werden temporäre Berechnungsdaten und Anzeigedaten, verschiedene extern eingegebene Daten und dergleichen zwischengespeichert.
Der nichtflüchtiger Speicher 14 wird beispielsweise durch einen Speicher, ein SSD (Solid-State-Drive/Festkörperlaufwerk) oder dergleichen gebildet, der/das durch eine Batterie (nicht gezeigt) gestützt wird, so dass sein Speicherzustand selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn die numerische Steuervorrichtung 1 abgeschaltet wird. Im nichtflüchtigen Speicher 14 werden über die Schnittstelle 15 aus einem externen Gerät 72 ausgelesene Programme, über eine Anzeige-/MDI-Einheit 70 eingegebene Programme und andere Programme gespeichert. Die Programme und die verschiedenen Daten, die im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert werden, können während ihrer Ausführung bzw. Verwendung im RAM 13 weiterentwickelt werden. Außerdem werden zuvor verschiedene Systemprogramme, wie etwa ein herkömmliches Analyseprogramm, in das ROM 12 geschrieben.
Die Schnittstelle 15 ist eine Schnittstelle zum Verbinden der CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 mit dem externen Gerät 72, wie etwa einem USB-Gerät. Ein Programm und verschiedene Parameter, die bei der Steuerung der Drehbank-Werkzeugmaschine verwendet werden, werden aus dem externen Gerät 72 ausgelesen. Außerdem können das Programm, verschiedene Parameter und dergleichen, die in der numerischen Steuervorrichtung 1 editiert werden, über das externe Gerät 72 in eine externe Speichereinrichtung gespeichert werden. Die PMC (Programmable Machine Controller/programmierbare Maschinensteuereinrichtung) 16 steuert die Drehbank-Werkzeugmaschine und ihre Peripheriegeräte gemäß einem in die numerische Steuervorrichtung 1 eingebauten Sequenzprogramm durch Ausgeben von Signalen an diese über die Ein-/Ausgabeeinheit 17. Die Peripheriegeräte, an die diese Signale ausgegeben werden, können einen Werkzeugwechsler, einen Aktor, wie etwa einen Roboter, und an der Drehbank-Werkzeugmaschine angebrachte Sensoren umfassen. Wenn von verschiedenen Schaltern eines am Hauptkörper der Drehbank-Werkzeugmaschine befindlichen Bedienpanels und den Peripheriegeräten Signale empfangen werden, werden diese außerdem einer notwendigen Signalverarbeitung unterzogen und dann an die CPU 11 übermittelt.
Die Anzeige-/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabe- (MDI/Manual Data Input) Einrichtung, die mit einer Anzeigeeinrichtung, einer Tastatur und dergleichen ausgestattet ist. Die Schnittstelle 18 empfängt Befehle und Daten von der Tastatur der Anzeige-/MDI-Einheit 70 und übermittelt diese an die CPU 11. Die Schnittstelle 19 ist mit dem Bedienpanel 71 verbunden, das mit einem manuellen Impulsgeber oder einer ähnlichen Einrichtung ausgestattet ist, der/die zum manuellen Antreiben einzelner Achsen verwendet wird.
Eine Achsensteuerschaltung 30 zum Steuern der Achsen der Drehbank-Werkzeugmaschine empfängt einen Bewegungsbefehlsbetrag für jede Achse von der CPU 11 und gibt einen Befehl für die Achse an einen Servoverstärker 40 aus. Bei Empfang dieses Befehls treibt der Servoverstärker 40 einen Servomotor 50 zum Bewegen der Achsen der Drehbank-Werkzeugmaschine an. Der Achsenservomotor 50 weist einen eingebauten Positions-/Drehzahldetektor auf. Ein Positions-/Drehzahlrückführungssignal von diesem Positions-/Drehzahldetektor wird zur Achsensteuerschaltung 30 zurückgeführt. Dadurch führt die Achsensteuerschaltung 30 eine Positions-/Drehzahlrückführungsregelung durch. In der Hardwarekonfigurationsdarstellung von 1 beträgt die dargestellte Anzahl der Achsensteuerschaltung 30, des Servoverstärkers 40 und des Servomotors 50 jeweils nur eins. Tatsächlich werden diese Elemente jedoch in einer der Anzahl der zu steuernden Achsen der Drehbank-Werkzeugmaschine entsprechenden Anzahl bereitgestellt. Beim Steuern der mit zwei Schneideinrichtungshaltern versehenen Drehbank-Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die numerische Steuervorrichtung 1 und die Drehbank-Werkzeugmaschine beispielsweise zwei Sätze Achsensteuerschaltungen 30, Servoverstärker 40 und Servomotoren 50 zum einzelnen Antreiben eines mit einem ersten Werkzeug bestückten ersten Schneideinrichtungshalters in X-Achsen- und Z-Achsenrichtung und zwei andere Sätze Achsensteuerschaltungen 30, Servoverstärker 40 und Servomotoren 50 zum einzelnen Antreiben eines mit einem zweiten Werkzeug bestückten zweiten Schneideinrichtungshalters in X-Achsen- und Z-Achsenrichtung bereitgestellt.
Bei Empfang eines Spindeldrehbefehls gibt eine Spindelsteuerschaltung 60 ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 61 aus. Bei Empfang dieses Spindeldrehzahlsignals dreht der Spindelverstärker 61 einen Spindelmotor 62 der Drehbank-Werkzeugmaschine mit einer angewiesenen Drehzahl, wodurch ein Werkzeug angetrieben wird. Der Spindelmotor 62 ist mit einem Positionscodierer 63 verbunden. Der Positionscodierer 63 gibt synchron zur Drehung der Spindel Rückführungsimpulse an die Spindelsteuerschaltung 60 aus. Die an die Schaltung 60 ausgegebenen Rückführungsimpulse werden durch die CPU 11 gelesen.
2 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Jeder in 2 gezeigte Funktionsblock wird durch die in 1 gezeigte CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 realisiert, die das Systemprogramm ausführt und den Betrieb jeder Komponente der numerischen Steuervorrichtung 1 steuert. Die numerische Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform steuert eine Drehbank-Drehmaschine, die dazu eingerichtet ist, ein an der Spindel befestigtes Werkstück durch einzelnes Antreiben eines mit einem ersten Werkzeug bestückten Schneideinrichtungshalters und eines mit einem zweiten Werkzeug bestückten Schneideinrichtungshalters zu bearbeiten.
Die numerische Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Analyseeinrichtung 100, eine erste Interpolationseinrichtung 122, eine zweite Interpolationseinrichtung 124, Servosteuereinrichtungen 130x1, 130z1, 130x2 und 130z2 und eine Spindelsteuereinrichtung 140. Im nichtflüchtigen Speicher 14 der numerischen Steuereinrichtung 1 wird zuvor ein Programm 200 zum Antreiben der an den zwei Schneideinrichtungshaltern befestigten Werkzeuge gespeichert, um eine Steuerung zur Werkstückbearbeitung durchzuführen.
Die Analyseeinrichtung 100 wird durch das Systemprogramm, das durch die in 1 gezeigte CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 aus dem ROM 12 ausgelesen und ausgeführt wird, und eine Rechenverarbeitung realisiert, die unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 hauptsächlich durch die CPU 11 durchgeführt wird. Die Analyseeinrichtung 100 wird als Funktionseinrichtung betrachtet, die dazu eingerichtet ist, Blöcke des Programms 200 auszulesen und zu analysieren und Bewegungsbefehlsdaten für Servomotoren zum Antreiben des ersten und zweiten Schneideinrichtungshalters sowie Spindelbefehlsdaten zum Anweisen der Drehfrequenz der Spindel zu erzeugen.
Die Analyseeinrichtung 100 erzeugt basierend auf Vorschubbefehlen aus den Blöcken des Programms 200 Bewegungsbefehlsdaten für die Servomotoren 50x1 und 50z1 zum Antreiben des ersten Schneideinrichtungshalters und Bewegungsbefehlsdaten für die Servomotoren 50x2 und 50z2 zum Antreiben des zweiten Schneideinrichtungshalters. Außerdem erzeugt die Analyseeinrichtung 100 die Spindelbefehlsdaten basierend auf Spindeldrehbefehlen aus den Blöcken des Programms 200.
Die Analyseeinrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Bewegungsbefehlsdaten beim Start der Werkstückbearbeitung. Genauer gesagt erzeugt die Analyseeinrichtung 100 die Bewegungsbefehlsdaten derart, dass der Z-Achsenkoordinatenwert des ersten und des zweiten Schneideinrichtungshalters so platziert werden, dass die Schnitttiefe im Werkstück durch das am ersten Schneideinrichtungshalter befestigte erste Werkzeug und die Schnitttiefe im Werkstück durch das am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigte zweite Werkzeug jeweilige Werte aufweisen, die durch das Programm 200 angewiesen oder vorab eingestellt werden. Außerdem erzeugt die Analyseeinrichtung 100 Z-Achsenrichtungsbewegungsbefehlsdaten derart, dass die relative Geschwindigkeit zwischen den jeweiligen Z-Achsenrichtungsvorschubgeschwindigkeiten des ersten und des zweiten Schneideinrichtungshalters so eingestellt wird, dass das erste und zweite Werkstück so positioniert werden, dass sie das Werkstück abwechselnd bearbeiten.
Die erste Interpolationseinrichtung 122 und die zweite Interpolationseinrichtung 124 werden durch das Systemprogramm, das durch die in 1 gezeigte CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 aus dem ROM 12 ausgelesen und ausgeführt wird, und die Rechenverarbeitung realisiert, die unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 hauptsächlich durch die CPU 11 durchgeführt wird.
Die erste Interpolationseinrichtung 122 erzeugt basierend auf den durch die Analyseeinrichtung 100 erzeugten Bewegungsbefehlsdaten Interpolationsdaten derart, dass durch die Bewegungsbefehlsdaten angewiesene Punkte auf der angewiesenen Bahn des am ersten Schneideinrichtungshalter befestigten ersten Werkzeugs in einem Interpolationszyklus (Steuerzyklus) durch Interpolation berechnet werden. Außerdem erzeugt die zweite Interpolationseinrichtung 124 basierend auf den durch die Analyseeinrichtung 100 erzeugten Bewegungsbefehlsdaten Interpolationsdaten derart, dass durch die Bewegungsbefehlsdaten angewiesene Punkte auf der angewiesenen Bahn des am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigten zweiten Werkzeugs im Interpolationszyklus durch Interpolation berechnet werden. Die Interpolationsverarbeitung durch die erste Interpolationseinrichtung 122 und die zweite Interpolationseinrichtung 124 wird in jedem Interpolationszyklus ausgeführt.
Die Servosteuereinrichtungen 130x1 und 130z1 werden durch die Ausführung des Systemprogramms, das durch die in 1 gezeigte CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 aus dem ROM 12 ausgelesen wird, der Rechenverarbeitung hauptsächlich durch die CPU 11 unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 und der Steuerverarbeitung des Servomotors 50 durch die Achsensteuerschaltung 30 und den Servoverstärker 40 realisiert. Die Servosteuereinrichtungen 130x1 und 130z1 steuern die jeweiligen Servomotoren 50x1 und 50z1 zum Antreiben des ersten Schneideinrichtungshalters in X-Achsen-bzw. Z-Achsenrichtung basierend auf den durch die erste Interpolationseinrichtung 122 erzeugten Interpolationsdaten. Somit treiben die Servosteuereinrichtungen 130x1 und 130z1 den zu steuernden ersten Schneideinrichtungshalter der Maschine an.
Ebenso werden die Servosteuereinrichtungen 130x2und 130z2 durch die Ausführung des Systemprogramms, das durch die CPU 11 aus dem ROM 12 ausgelesen wird, der Rechenverarbeitung hauptsächlich durch die CPU 11 unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 und der Steuerverarbeitung des Servomotors 50 durch die Achsensteuerschaltung 30 und den Servoverstärker 40 realisiert. Die Servosteuereinrichtungen 130x2 und130z2 steuern die jeweiligen Servomotoren 50x2 und 50z2 zum Antreiben des zweiten Schneideinrichtungshalters in X-Achsen-bzw. Z-Achsenrichtung basierend auf den durch die zweite Interpolationseinrichtung 124 erzeugten Interpolationsdaten. Somit treiben die Servosteuereinrichtungen 130x2 und 130z2 den zu steuernden zweiten Schneideinrichtungshalter der Maschine an.
Die Spindelsteuereinrichtung 140 wird durch die Ausführung des Systemprogramms, das durch die in 1 gezeigte CPU 11 der numerischen Steuervorrichtung 1 aus dem ROM 12 ausgelesen wird, der Rechenverarbeitung hauptsächlich durch die CPU 11 unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 und der Steuerverarbeitung des Spindelmotors 62 durch die Spindelsteuerschaltung 60 und den Spindelverstärker 61 realisiert. Die Spindelsteuereinrichtung 140 steuert basierend auf den durch die Analyseeinrichtung 100 erzeugten Spindelbefehlsdaten den Spindelmotor 62, der die zu steuernde Spindel der Maschine dreht.
3A und 3B sind Darstellungen, die ein Beispiel für Wechsel der Bewegungsgeschwindigkeit des ersten und des zweiten Schneideinrichtungshalters in Z-Achsenrichtung basierend auf durch die Analyseeinrichtung 100 erzeugten Bewegungsbefehlsdaten zeigen. Bei diesem Geschwindigkeitswechselbeispiel beträgt, wie in 3A gezeigt, die Z-Achsenrichtungsvorschubgeschwindigkeit eines ersten Schneideinrichtungshalters 3, außer während der Beschleunigung und Verzögerung beim Start und Abschluss der Bewegung, immer F₁. Bei diesem Beispiel wird, wie in 3B gezeigt, die relative Geschwindigkeit zwischen den jeweiligen Z-Achsenrichtungsvorschubgeschwindigkeiten des ersten und des zweiten Schneideinrichtungshalters durch Variieren der Z-Achsenrichtungsvorschubgeschwindigkeit des zweiten Schneideinrichtungshalters zwischen F₂ (< F₁) und F₂' (> F₁) eingestellt.
Wenn die Geschwindigkeiten in der in 3A und 3B gezeigten Weise eingestellt werden, zerspant das erste Werkzeug, das am ersten Schneideinrichtungshalter befestigt ist, der sich mit der Geschwindigkeit F₁ (> F₂) bewegt, das Werkstück zuerst vor dem am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigten zweiten Werkzeug. Wenn die Geschwindigkeit des zweiten Schneideinrichtungshalters in der Mitte von F₂ auf F₂' ansteigt, holt das am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigte zweite Werkzeug das am ersten Schneideinrichtungshalter befestigte erste Werkzeug zum Zeitpunkt t₁ ein. Danach zerspant das am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigte zweite Werkzeug das Werkstück vor dem am ersten Schneideinrichtungshalter befestigten ersten Werkzeug. Wenn die Geschwindigkeit des zweiten Schneideinrichtungshalters dann von F₂' auf F₂ (< F₁) gesenkt wird, wird das am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigte zweite Werkzeug durch das am ersten Schneideinrichtungshalter befestigte erste Werkzeug eingeholt. Danach zerspant das am ersten Schneideinrichtungshalter befestigte erste Werkzeug das Werkstück vor dem am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigten zweiten Werkzeug.
Durch Wiederholen dieser Geschwindigkeitseinstellung werden die jeweiligen relativen Positionen des am ersten Schneideinrichtungshalter befestigten ersten Werkzeugs und des am zweiten Schneideinrichtungshalter befestigten zweiten Werkzeugs so eingestellt, dass die Werkzeuge das Werkstück abwechselnd bearbeiten können. Die Analyseeinrichtung 100 der vorliegenden Erfindung erzeugt die Bewegungsbefehlsdaten für die Einstellung derart, dass die jeweiligen Vorschubgeschwindigkeiten des ersten und zweiten Schneideinrichtungshalters den in 3A und 3B gezeigten Geschwindigkeitswechseln unterzogen werden.
Bezug nehmend auf 4 bis 6 wird die Bearbeitung eines Werkstücks 7 durch ein am ersten Schneideinrichtungshalter 3 befestigtes erstes Werkzeug 5 und ein am zweiten Schneideinrichtungshalter 4 befestigtes zweites Werkzeug 6 beschrieben, die durchgeführt wird, wenn die einzelnen Schneideinrichtungshalter gemäß den in den 3 gezeigten Geschwindigkeitswechseln bewegt werden. Bei den in diesen Zeichnungen gezeigten Bearbeitungsbeispielen ist das Werkstück 7 an einer Werkzeugmaschine 2 und genauer gesagt am Spindelkopf der Werkzeugmaschine 2 befestigt.
4 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Werkstück 7 und den Werkzeugen zeigt, wenn sich das am ersten Schneideinrichtungshalter 3 befestigte erste Werkzeug 5 an einer Position (Zeitpunkt 0 bis Zeitpunkt t₁ in den 3) vor dem am zweiten Schneideinrichtungshalter 4 befestigten zweiten Werkzeug 6 befindet. In dem in 4 gezeigten Zustand beträgt die Z-Achsenrichtungsvorschubgeschwindigkeit des zweiten Schneideinrichtungshalters 4 F₂ (< F₁). In diesem Zustand wird das Werkstück 7 durch das erste Werkzeug 5 zerspant und an der Bearbeitungsposition ein Span 8 erzeugt. Danach wird die Z-Achsenrichtungsvorschubgeschwindigkeit des zweiten Schneideinrichtungshalters 4 auf F₂' (> F₁) beschleunigt. Wenn das am zweiten Schneideinrichtungshalter 4 befestigte zweite Werkzeug 6 vor das am ersten Schneideinrichtungshalter 3 befestigte erste Werkzeug 5 gelangt und das Zerspanen des Werkstücks 7 durch das zweite Werkzeug 6 startet, wird das erste Werkzeug 5 in einen Nichtzerspanungszustand versetzt und der durch die Schneidtätigkeit des ersten Werkzeugs 5 erzeugte Span 8 gebrochen.
5 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Werkstück 7 und den Werkzeugen zeigt, wenn sich das am zweiten Schneideinrichtungshalter 4 befestigte zweite Werkzeug 6 an einer Position (Zeitpunkt t₁ bis t₂ in den 3) vor dem am ersten Schneideinrichtungshalter 3 befestigten ersten Werkzeug 5 befindet. In dem in 5 gezeigten Zustand beträgt die Z-Achsenrichtungsvorschubgeschwindigkeit des zweiten Schneideinrichtungshalters 4 F₂' (> F₁). In diesem Zustand wird das Werkstück 7 durch das zweite Werkzeug 6 zerspant und an der Bearbeitungsposition der Span 8 erzeugt. Danach wird die Z-Achsenrichtungsvorschubgeschwindigkeit des zweiten Schneideinrichtungshalters 4 auf F₂ (< F₁) verzögert. Wenn das am ersten Schneideinrichtungshalter 3 befestigte erste Werkzeug 5 vor das am zweiten Schneideinrichtungshalter 4 befestigte zweite Werkzeug 6 gelangt und das Zerspanen des Werkstücks 7 durch das erste Werkzeug 5 startet, wird das zweite Werkzeug 6 in einen Nichtzerspanungszustand versetzt und der durch die Schneidtätigkeit des zweiten Werkzeugs 6 erzeugte Span 8 gebrochen.
6 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Werkstück 7 und den Werkzeugen zeigt, wenn sich das am ersten Schneideinrichtungshalter 3 befestigte erste Werkzeug 5 an einer Position (Zeitpunkt t₂ bis t₃ in den 3) vor dem am zweiten Schneideinrichtungshalter 4 befestigten zweiten Werkzeug 6 befindet. In dem in 6 gezeigten Zustand beträgt die Z-Achsenrichtungsvorschubgeschwindigkeit des zweiten Schneideinrichtungshalters 4 F₂ (< F₁). In diesem Zustand wird das Werkstück 7 durch das erste Werkzeug 5 zerspant und an der Bearbeitungsposition der Span 8 erzeugt.
Somit wird bei der durch die numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gesteuerten Drehbank-Drehmaschine der Zustand, in dem entweder das erste Werkzeug 5 oder das zweite Werkzeug 6 stets die Schneidtätigkeit durchführt, durch mehrfaches Einstellen der jeweiligen relativen Geschwindigkeiten des ersten Schneideinrichtungshalters 3, an dem das erste Werkzeug 4 befestigt ist, und des zweiten Schneideinrichtungshalters 4, an dem das zweite Werkzeug 6 befestigt ist, aufrechterhalten. Außerdem kann ein Zustand erzeugt werden, in dem das erste Werkzeug 5 und das zweite Werkzeug 6 abwechselnd die Schneidtätigkeit durchführen. Folglich kann, während Späne gebrochen werden können, da die Zustände der Schneidtätigkeit des ersten Werkzeugs 5 und des zweiten Werkzeug 6 gewechselt werden können, so dass sie abwechselnd in einen Nichtzerspanungszustand versetzt werden, das Werkstück 7 immer zur Zerspanung bereitgehalten werden. Daher gibt es keine Nichtzerspanungszeit und die Bearbeitungszeit ähnelt der Zeitdauer einer normalen kontinuierlichen Zerspanung.
Außerdem sind bei der durch die numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gesteuerten Drehbank-Drehmaschine die jeweiligen Vorschubrichtungen der einzelnen Werkzeuge festgelegt und müssen, anders als beim Schwingungszerspanen, nicht umgekehrt werden. Das beim Zerspanen zu verwendende Werkzeug sollte erst dann gewechselt werden, wenn anzunehmen ist, dass der Span 8 gebrochen ist. Daher können Vibrationen auf niedrigere Pegel als beim Schwingungszerspanen unterdrückt werden, so dass die Maschinenlebensdauer (von Kugelumlaufspindeln, Lagern etc.) und die Werkzeuglebensdauer weniger beeinflusst werden.
Bei der durch die numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gesteuerten Drehbank-Drehmaschine werden die einzelnen Werkzeuge abwechselnd in einen Nichtzerspanungszustand versetzt, so dass sie vollständig durch ein Kühlmittel gekühlt werden können. Somit kann die Werkzeuglebensdauer verlängert und die Güte der bearbeiteten Werkstückoberfläche verbessert werden.
Bei der durch die numerische Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gesteuerten Drehbank-Drehmaschine zerspanen das erste und zweite Werkzeug 5 und 6 das Werkstück 7 unter denselben Bedingungen. Daher sollte sich, wenn das Material des Werkstücks 7 geändert wird, jeder Schneideinrichtungshalter relativ zu dem Schneideinrichtungshalter auf der anderen Seite selbst dann nur vor- und zurückbewegen, wenn eine oder mehrere Zerspanungsbedingungen, wie etwa die Schnitttiefe, Drehfrequenz der Spindel und Vorschubgeschwindigkeit, geändert werden. Folglich ist eine Neueinstellung jedes Werkzeugs unnötig, so dass die Einstellung nicht mühevoll ist.
Obgleich vorstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und lässt sich auf verschiedene Art und Weise geeignet modifizieren und realisieren.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die relative Geschwindigkeit zwischen den jeweiligen Bewegungsgeschwindigkeiten des ersten Werkzeugs 5 und des zweiten Werkzeugs 6 geändert, indem die Geschwindigkeit des zweiten Werkzeugs 6 verändert wird, während die Geschwindigkeit des ersten Werkzeugs 5 konstant ist. Wie in 7A und 7B gezeigt, kann die Steuerung jedoch auch so durchgeführt werden, dass die jeweiligen relativen Positionen des ersten Werkzeugs 5 und des zweiten Werkzeugs 6 durch Ändern der Geschwindigkeit sowohl des ersten als auch des zweiten Werkzeugs 5 und 6 abwechselnd vor- und zurückverlagert werden. Außerdem können, wie in 8A und 8B gezeigt, die jeweiligen Geschwindigkeitswechsel des ersten und zweiten Werkzeugs 5, 6 basierend auf Kurven, wie etwa Sinuskurven, beschrieben werden. Während einer solchen Steuerung ist es bevorzugt, die Geschwindigkeiten so zu ändern, dass die Summe der jeweiligen Geschwindigkeiten des ersten und zweiten Schneideinrichtungshalters 3, 4 konstant ist. Wenn die Geschwindigkeiten auf diese Weise geändert werden, können die jeweiligen Schnitttiefen durch das erste und zweite Werkzeug 5, 6 pro Zeiteinheit leicht konstant ausgeführt werden. Außerdem ist es möglich, die Lastschwankungen der Werkzeuge und des Werkstücks aus Stabilitätsgründen zu verringern und während der Bearbeitung erzeugte Vibrationen abzuschwächen. Somit kann die Güte der bearbeiteten Werkstückoberfläche leicht verbessert werden.
Abhängig von der Zerspanungsstrecke und Zerspanungszeit der Werkzeuge und der Drehfrequenz (Rundenzahl der Zerspanungstätigkeit) der Spindel kann die Steuerung so durchgeführt werden, dass die jeweiligen relativen Positionen des ersten Werkzeugs 5 und des zweiten Werkzeugs 6 abwechselnd vor- und zurückverlagert werden. Die X-Koordinatenposition jedes Werkzeugs zu einem vorgegebenen Zeitpunkt t ab dem Start der Zerspanung in dem Zeit-/Vorschubgeschwindigkeitsdiagramm jeder Zeichnung kann als Integralwert berechnet werden. Daher müssen basierend auf dem derart berechneten Integralwert nur die Zerspanungsstrecke, die Spindeldrehfrequenz und dergleichen erhalten werden und die Geschwindigkeit so eingestellt werden, dass das erste Werkzeug 5 und das zweite Werkzeug 6 das Zerspanen gemäß der erhaltenen Zerspanungsstrecke abwechselnd durchführen.
Des Weiteren können, wie in 9 gezeigt, zuvor Vibrationssensoren 82 und 84 an den Servomotoren 50x1 bzw. 50x2 montiert werden. Außerdem kann die Analyseeinrichtung 100 dazu eingerichtet sein, den Amplitudenwert einer Vibration, die durch den Vibrationssensor erfasst wird, der an dem Servomotor 50 zum Bewegen des das Werkstück zerspanenden Werkzeugs befestigt ist, bei jedem vorgegebenen Zyklus zu integrieren. Durch diese Konfiguration kann die Analyseeinrichtung 100 dazu eingerichtet sein, Bewegungsbefehlsdaten zum Einstellen der jeweiligen relativen Geschwindigkeiten und relativen Positionen des ersten und zweiten Werkzeugs 5 und 6 so zu erzeugen, dass das im Zerspanungszustand befindliche Werkzeug in einen Nichtzerspanungszustand versetzt wird, wenn ein vorgegebener Schwellenwert durch den resultierenden integrierten Wert überschritten wird. Die Analyseeinrichtung 100 kann auch dazu eingerichtet sein, anstelle des durch den Vibrationssensor 82 oder 84 erfassten Werts den Lastwert des Servomotors 50 zum Bewegen des im Werkstückzerspanungszustand befindlichen Werkzeugs zu integrieren, der anhand des Stromwerts des betreffenden Servomotors 50 geschätzt wird. Durch diese Konfiguration kann die Analyseeinrichtung 100 dazu eingerichtet sein, Bewegungsbefehlsdaten zum Einstellen der jeweiligen relativen Geschwindigkeiten und relativen Positionen des ersten Werkzeugs 5 und des zweiten Werkzeugs 6 so zu erzeugen, dass das im Zerspanungszustand befindliche Werkzeug in einen Nichtzerspanungszustand versetzt wird, wenn ein vorgegebener Schwellenwert durch den resultierenden integrierten Wert überschritten wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform soll die Drehbank-Drehmaschine so angeordnet sein, dass die Positionen der Schneideinrichtungshalter einander entgegengesetzt sind. Die Drehbank-Drehmaschine kann jedoch eine beliebige Konfiguration haben, vorausgesetzt, dass sie das Werkstück zerspanen kann und die jeweiligen Positionen des ersten und zweiten Werkzeugs relativ vor- und zurückverlagert werden können. Die Anzahl der Werkzeuge muss nicht auf zwei beschränkt sein und die vorliegende Erfindung lässt sich auch auf die Steuerung von Drehbank-Drehmaschinen anwenden, die drei oder mehr Werkzeuge verwenden, vorausgesetzt, dass die jeweiligen relativen Geschwindigkeiten und relativen Positionen eingestellt werden können.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die mit den jeweiligen Werkzeugen bestückten Schneideinrichtungshalter dazu eingerichtet, sich einzeln zu bewegen, um das Werkstück zu bearbeiten. Die Technologie der vorliegenden Erfindung lässt sich jedoch auch auf eine Konfiguration anwenden, bei der sich beispielsweise feststehende und bewegbare Werkzeuge und ein Werkstück (oder eine Spindel) bewegen.

Claims

Numerische Steuervorrichtung, die für eine gleichzeitige Steuerung eingerichtet ist, so dass bei einer Maschine, die mehrere Schneideinrichtungshalter aufweist, die einzeln mit Werkzeugen bestückt und zum Drehbankdrehen fähig sind, ein Werkstück in Richtung einer Drehachse durch mehrere Werkzeuge geschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Analyseeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Bewegungsbefehlsdaten zu erzeugen, um die mehreren Werkzeuge so zu platzieren, dass das Werkstück mit derselben Schnitttiefe geschnitten wird, und die jeweiligen relativen Geschwindigkeiten und relativen Positionen der mehreren Werkzeuge so zu steuern, dass sich die jeweiligen Schnittpunkte der Werkzeuge vor- und zurückbewegen, eine Interpolationseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, basierend auf den Bewegungsbefehlsdaten Interpolationsdaten zu erzeugen, und eine Servosteuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Motor zum Antreiben der Maschine basierend auf den Interpolationsdaten zu steuern.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung Bewegungsbefehlsdaten so erzeugt, dass die jeweiligen relativen Geschwindigkeiten und relativen Positionen der mehreren Werkzeuge so gesteuert werden, dass sich die jeweiligen Schnittpunkte der Werkzeuge vor- und zurückbewegen, wenn eine voreingestellte Bedingung erfüllt wird, wobei die Bedingung eine Schneidestrecke, eine Schneidezeit oder die Drehfrequenz einer Spindel ist.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung Bewegungsbefehlsdaten so erzeugt, dass die jeweiligen relativen Geschwindigkeiten und relativen Positionen der mehreren Werkzeuge so gesteuert werden, dass sich die jeweiligen Schnittpunkte der Werkzeuge vor- und zurückbewegen, wenn eine voreingestellte Bedingung erfüllt wird, wobei die Bedingung darin besteht, dass ein voreingestellter Schwellenwert durch den Amplitudenwert einer durch einen Vibrationssensor erfassten Vibration oder den Lastwert eines Servomotors überschritten wird.