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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft Spindelvibrationsmesssysteme, Spindelvibrationsmessverfahren und Programme.
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STAND DER TECHNIK
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In den letzten Jahren wurde hochwertiges Aussehen von bearbeiteten Komponenten, wie beispielsweise Komponenten der Informationstechnologie (IT) und dekorative Komponenten, häufig durch den Einsatz von Schneidmaschinen, wie beispielsweise Bearbeitungszentren, erzielt. Bei derartiger Bearbeitung werden zum Beispiel monokristalliner Diamant und polykristalliner Diamant (PKD) verwendet und ist es wünschenswert, dass Spindelvibration minimiert und eine hoch präzise Positionierung erzielt wird.
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In Hinblick auf eine Bearbeitungseinrichtung, die normale Bearbeitung anstelle hochwertiger Bearbeitung durchführt, beinhaltet eine bekannte Technologie Anbau eines X-Achsen-Y-Achsen-Beschleunigungsmessers an einem Spindelkopf und Vibrieren eines Bereichs nahe des Beschleunigungsmessers unter Verwendung eines Impulshammers, wodurch das Vibrationsverhalten des Spindelkopfes erzielt wird (siehe z.B. Patentliteratur 1).
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LITERATURLISTE
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PATENTLITERATUR
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PTL 1 Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nummer 2011-200998
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHE AUFGABE
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Bei hochwertiger Bearbeitung steigt aufgrund von unbeabsichtigter Last auf der Spindel und zeitabhängigem Verschleiß der Spindel oder eines Werkstückhalters unerwünschte Vibration zwischen einer Spindel und einem Werkstück, was somit eine Auswirkung auf die bearbeitete Oberfläche hat. Da es wünschenswert ist, dass die bearbeitete Oberfläche von hoher Bearbeitungsqualität ist, zum Beispiel eine Spiegelfläche, hat ein leichter Bearbeitungsfehler eine große Auswirkung auf die bearbeitete Oberfläche.
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Ein derartiger Bearbeitungsfehler wird manchmal zum Beispiel bei einem Qualitätsprüfungsvorgang für bearbeitete Produkte gefunden. Im Fall, dass der Bearbeitungsfehler durch Vibration zwischen der Spindel und dem Werkstück aufgrund von zeitabhängigem Verschleiß verursacht wird, wären viele Werkstücke zu dem Zeitpunkt bereits fehlerhaft, zu welchem der Bearbeitungsfehler bei dem Qualitätsprüfungsvorgang sichtbar wird. Falls ein Beschleunigungsmesser an der Spindel angebaut ist und die Vibration der Spindel zur Untersuchung der Ursache des Bearbeitungsfehlers gemessen werden muss, ist ein Vorgang zur Gewinnung einer spezifischen Frequenz aus dem Vibrationsmessergebnis notwendig, was somit einen langen Zeitraum zur Untersuchung der Ursache des Bearbeitungsfehlers erforderlich macht. Es gibt Fälle, bei denen die Ursache für den Bearbeitungsfehler selbst nach Durchführung der Vibrationsmessung nicht gefunden wird. In derartigen Fällen ist die für die Vibrationsmessung verwendete Zeit vergeudet. Da eine derartige Vibrationsmessung nur durch hoch qualifizierte Personen korrekt durchgeführt werden kann, ist darüber hinaus ein langer Zeitraum erforderlich, bis der Bearbeitungsvorgang fortgesetzt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Gegebenheiten gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Spindelvibrationsmesssystem, ein Spindelvibrationsmessverfahren und ein Programm bereitzustellen, die keine zusätzlichen Einrichtungen, die teuer sind und dazu neigen, leicht auszufallen, wie beispielsweise ein Beschleunigungsmesser oder ein Tonsammler, zum Messen von Vibrationen erfordern, und mit welchen die Ursache eines Bearbeitungsfehlers korrekt ermittelt und die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden können.
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LÖSUNG DER AUFGABE
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Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen, wendet die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen an.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Spindelvibrationsmesssystem bereit, das Vibration einer Spindel in einer Bearbeitungseinrichtung misst, die einen Schneid- oder Schleifvorgang an einem Werkstück durchführt, wobei die Bearbeitungseinrichtung einen Werkstückhalter, der das Werkstück hält, die Spindel, die ein Werkzeug hält, und einen Bewegungsmechanismus aufweist, der den Werkstückhalter und die Spindel relativ zueinander bewegt, wobei das Spindelvibrationsmesssystem umfasst: eine Datenerfassungseinheit, die Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten des Bewegungsmechanismus erfasst, wenn sich die Spindel dreht; und eine Verarbeitungseinheit, die ein Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel auf der Grundlage der Positionsschwankungsdaten oder der Vibrationsdaten ausgibt oder speichert.
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Eine denkbare Ursache für einen Bearbeitungsfehler eines Werkstücks ist eine relative Positionsschwankung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück. Bei dem ersten Aspekt wird die relative Positionsschwankung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück als die Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten des Bewegungsmechanismus in Bezug auf die relative Bewegung zwischen der Spindel, die das Werkzeug hält, und dem Werkstückträger, der das Werkstück hält, erfasst und das Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel auf der Grundlage der erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten ausgegeben oder gespeichert. Dementsprechend wird zum Beispiel das ausgegebene Ergebnis durch die Bedienperson oder den Computer bestimmt, wodurch die Ursache eines Bearbeitungsfehlers korrekt ermittelt und die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden können.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist es bevorzugt, dass die Datenerfassungseinheit die Positionsschwankungsdaten oder die Vibrationsdaten in einem Zustand erfasst, in dem das durch die Spindel gehaltene Werkzeug nicht mit dem Werkstück in Kontakt ist.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration können Daten in Bezug auf die durch Drehung der Spindel verursachte relative Positionsschwankung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück in einem Zustand erfasst werden, in dem es keine durch Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verursachte Wirkung gibt.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist es bevorzugt, dass die Datenerfassungseinheit die Positionsschwankungsdaten oder die Vibrationsdaten erfasst, wenn die Spindel derartig gedreht wird, dass sich ihre Drehzahl innerhalb eines vorgegebenen Bereichs nacheinander ändert, wobei die Verarbeitungseinheit auf der Grundlage der durch die Datenerfassungseinheit erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten einen Drehzahlbereich bestimmt, in dem die Vibration der Spindel größer als ein Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist es bevorzugt, dass die Datenerfassungseinheit die Positionsschwankungsdaten oder die Vibrationsdaten erfasst, wenn die Spindel nacheinander mit einer Mehrzahl von vorgegebenen Drehzahlen gedreht wird, wobei die Verarbeitungseinheit auf der Grundlage der durch die Datenerfassungseinheit erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten einen Drehzahlbereich bestimmt, in dem die Vibration der Spindel größer als ein Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist.
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Durch Anwendung dieser Konfigurationen kann die Drehzahl, bei der die Vibration der Spindel größer als der Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist, durch die Bedienperson oder den Computer genau ermittelt werden, wodurch die Ursache eines Bearbeitungsfehlers korrekt ermittelt und die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden können.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist es bevorzugt, dass die Verarbeitungseinheit die durch die Datenerfassungseinheit erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten mit in einem Speicher gespeicherten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten vergleicht und ein Vergleichsergebnis als das Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel ausgibt.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration ist es zum Beispiel möglich, genau zu ermitteln, ob sich die durch die Datenerfassungseinheit erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten seit dem vorherigen Zustand erheblich geändert haben oder nicht, indem sie mit den in dem Speicher gespeicherten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten verglichen werden, oder sich von den Positionsdaten oder Vibrationsdaten eines anderen ähnlichen Werkzeugs erheblich unterscheiden oder nicht.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist es bevorzugt, dass die Datenerfassungseinheit die Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten erfasst, wenn die Spindel derartig gedreht wird, dass sich ihre Drehzahl ändert, wobei die Verarbeitungseinheit eine Analyse zur Wiedergabe der durch die Datenerfassungseinheit erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten als eine Funktion der Frequenz oder der Drehzahl der Spindel durchführt und ein Analyseergebnis als das Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel ausgibt oder speichert.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration ist es für die Bedienperson oder den Computer möglich, die Drehzahl, bei der die Vibration der Spindel größer als der Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist, sowie die Neigung zu Vibration genau zu ermitteln, wodurch die Ursache eines Bearbeitungsfehlers korrekt ermittelt und die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden können.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist es bevorzugt, dass die Verarbeitungseinheit das Analyseergebnis mit in einem in einem Speicher gespeicherten Analyseergebnis vergleicht und ein Vergleichsergebnis als das Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel ausgibt.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration ist es zum Beispiel möglich, genau zu ermitteln, ob sich das durch die Verarbeitungseinheit erzielte Analyseergebnis seit dem vorherigen Zustand erheblich geändert hat oder nicht, indem es mit dem in dem Speicher gespeicherten Analyseergebnis verglichen wird, oder ob das durch die Verarbeitungseinheit erzielte Analyseergebnis von dem Analyseergebnis eines anderen ähnlichen Werkzeugs erheblich verschieden ist oder nicht.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist es bevorzugt, dass die Spindel in der Lage ist, abwechselnd eine Mehrzahl von Arten von Werkzeugen zu halten, wobei die Datenerfassungseinheit die Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten erfasst, wenn jedes Werkzeug durch die Spindel gehalten wird, wobei die Verarbeitungseinheit einen Drehzahlbereich oder eine Drehzahl, bei der die Vibration der Spindel größer als ein Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist, in einem Speicher für jede der Mehrzahl von Arten von Werkzeugen speichert.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration ist es für die Bedienperson oder den Computer möglich, die Drehzahl, bei der die Vibration der Spindel größer als der Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist, für jede der Mehrzahl von Arten von Werkzeugen einfach und zuverlässig zu ermitteln, wodurch die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden können.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist es bevorzugt, dass auf der Grundlage des als Ergebnis der Bestimmung oder auf der Grundlage des Analyseergebnisses erzielten Drehzahlbereichs die Verarbeitungseinheit ein Bearbeitungsprogramm zum Steuern der Bearbeitungseinrichtung aktualisiert, um den Schneid- oder Schleifvorgang an dem Werkstück durchzuführen, und das modifizierte Bearbeitungsprogramm speichert.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration wird das Bearbeitungsprogramm automatisch verbessert, so dass eine verbesserte Bearbeitungsqualität erzielt wird.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Spindelvibrationsmessverfahren bereit zum Messen der Vibration einer Spindel in einer Bearbeitungseinrichtung, die einen Schneid- oder Schleifvorgang an einem Werkstück durchführt, wobei die Bearbeitungseinrichtung einen Werkstückhalter, der das Werkstück hält, die Spindel, die ein Werkzeug hält, und einen Bewegungsmechanismus aufweist, der den Werkstückhalter und die Spindel relativ zueinander bewegt, wobei das Spindelvibrationsmessverfahren umfasst: Vibrationsdatenerfassung zum Erfassen von Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten des Bewegungsmechanismus, wenn sich die Spindel dreht; und Ergebnisableitung zum Ableiten eines Ergebnisses in Bezug auf Vibration der Spindel auf der Grundlage der Positionsschwankungsdaten oder der Vibrationsdaten.
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Bei dem zweiten Aspekt ist es bevorzugt, dass die Vibrationsdatenerfassung Erfassen der Positionsschwankungsdaten oder der Vibrationsdaten in einem Zustand umfasst, in dem das durch die Spindel gehaltene Werkzeug nicht mit dem Werkstück in Kontakt ist.
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Bei dem zweiten Aspekt ist es bevorzugt, dass die Vibrationsdatenerfassung Erfassen der Positionsschwankungsdaten oder der Vibrationsdaten umfasst, wenn die Spindel derartig gedreht wird, dass sich ihre Drehzahl innerhalb eines vorgegebenen Bereichs nacheinander ändert, wobei die Ergebnisableitung Ableiten eines Drehzahlbereichs auf der Grundlage der bei der Vibrationsdatenerfassung erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten umfasst, in dem die Vibration der Spindel größer als ein Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist.
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Bei dem zweiten Aspekt ist es bevorzugt, dass die Ergebnisableitung Vergleichen der bei der Vibrationsdatenerfassung erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten mit in einem Speicher gespeicherten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten und Durchführen der Bestimmung in Bezug auf die Vibration der Spindel als das Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses umfasst.
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Bei dem vorstehenden Aspekt ist es bevorzugt, dass die Vibrationsdatenerfassung Erfassen der Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten umfasst, wenn die Spindel derartig gedreht wird, dass sich ihre Drehzahl ändert, wobei die Ergebnisableitung Durchführen einer Analyse zur Wiedergabe der bei der Vibrationsdatenerfassung erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten als eine Funktion der Frequenz oder der Drehzahl der Spindel umfasst.
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Des Weiteren ist es bei dem zweiten Aspekt bevorzugt, dass der Ergebnisableitungsschritt Vergleichen eines Ergebnisses der Analyse mit einem in einem Speicher gespeicherten Analyseergebnis umfasst.
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Bei dem zweiten Aspekt ist es bevorzugt, dass auf der Grundlage der als Ergebnis der Ableitung oder auf der Grundlage eines Ergebnisses der Analyse erzielten Drehzahlbereichs ein Bearbeitungsprogramm zum Steuern der Bearbeitungseinrichtung, um den Schneid- oder Schleifvorgang an dem Werkstück durchzuführen, modifiziert und das modifizierte Bearbeitungsprogramm gespeichert wird.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Programm bereit, das einen Computer veranlasst, einen Spindelvibrationsmessvorgang zum Messen der Vibration einer Spindel in einer Bearbeitungseinrichtung auszuführen, die einen Schneid- oder Schleifvorgang an einem Werkstück durchführt, wobei die Bearbeitungseinrichtung einen Werkstückhalter, der das Werkstück hält, die Spindel, die ein Werkzeug hält, und einen Bewegungsmechanismus aufweist, der den Werkstückhalter und die Spindel relativ zueinander bewegt, wobei das Programm dafür ausgelegt ist, den Computer zu veranlassen, auszuführen: Vibrationsdatenerfassung zum Erfassen von Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten des Bewegungsmechanismus, wenn sich die Spindel dreht; und Ergebnisableitung zum Ableiten eines Ergebnisses in Bezug auf Vibration der Spindel auf der Grundlage der Positionsschwankungsdaten oder der Vibrationsdaten.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ursache eines Bearbeitungsfehlers korrekt ermittelt und können die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungseinrichtung, die durch ein Spindelvibrationsmesssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einer Messung zu unterziehen ist.
- 2 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung des Spindelvibrationsmesssystems gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 ist ein Flussdiagramm, das die durch die Steuereinrichtung durchgeführte Steuerung des Spindelvibrationsmesssystems gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- 4 ist eine Graphik, die ein Beispiel von durch das Spindelvibrationsmesssystem gemäß der ersten Ausführungsform erzielte Positionsschwankungsdaten darstellt.
- 5 ist eine Graphik, die ein Beispiel eines durch das Spindelvibrationsmesssystem gemäß der ersten Ausführungsform erzielten Analyseergebnisses darstellt.
- 6 ist eine Tabelle, die durch das Spindelvibrationsmesssystem gemäß der ersten Ausführungsform gespeicherte Drehzahlbereichsdaten darstellt.
- 7 ist eine Tabelle, die durch das Spindelvibrationsmesssystem gemäß der ersten Ausführungsform gespeicherte Drehzahlbereichsdaten darstellt.
- 8 ist ein Flussdiagramm, das die durch eine Steuereinrichtung durchgeführte Steuerung eines Spindelvibrationsmesssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
- 9 ist eine Graphik, die ein Beispiel von durch das Spindelvibrationsmesssystem gemäß der zweiten Ausführungsform erzielte Positionsschwankungsdaten darstellt.
- 10 ist ein Flussdiagramm, das die durch eine Steuereinrichtung durchgeführte Steuerung eines Spindelvibrationsmesssystems gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
- 11 ist eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungseinrichtung zur Darstellung einer Modifikation des Spindelvibrationsmesssystems gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Spindelvibrationsmesssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Das Spindelvibrationsmesssystem dient der Messung von Vibration einer Spindel 120 in einer Bearbeitungseinrichtung 100, die einen Hochglanzveredelungsvorgang an einem Werkstück W durch Schneiden oder Schleifen des Werkstücks W durchführt.
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Die Bearbeitungseinrichtung 100 kann zum Beispiel eine Fräsmaschine, eine Drehbank, eine numerisch gesteuerte (NC) Fräsmaschine, eine NC-Drehbank, eine Bohreinrichtung oder eine Schleifeinrichtung sein, die einen Schleifvorgang an dem Werkstück W unter Verwendung eines durch die Spindel 120 gehaltenen Werkzeugs 120c durchführt. Die Bearbeitungseinrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform ist eine bekannte NC-Fräsmaschine zur Hochglanzveredelung der Oberfläche des Werkstücks W unter Verwendung einer Schneidklinge.
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Wie es in 1 dargestellt ist, weist die Bearbeitungseinrichtung 100 eine an dem oberen Ende eines Rahmens 100a vorgesehene Spindelhalterung 110, die an der Spindelhalterung 110 auf eine um die vertikale Achse drehbare Weise angebaute Spindel 120, einen Spindelmotor 121 zum Drehen der Spindel 120, einen Sockel 130, der an dem Rahmen 100a befestigt und unterhalb der Spindel 120 angeordnet ist, ein an der oberen Fläche des Sockels 130 befestigtes Paar Schienen 131, ein von dem Paar Schienen 131 getragenes bewegliches Element 140, ein an der oberen Fläche des beweglichen Elements 140 befestigtes Paar Schienen 141 und einen von dem Paar Schienen 141 getragenen Werkstückhalter 150 auf. Der Werkstückhalter 150 fixiert das Werkstück W unter Verwendung eines Spannfutters 151.
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Die Spindel 120 umfasst einen Spindelkörper 120a, der auf eine um die vertikale Achse drehbare Weise unter Verwendung zum Beispiel eines Lagers durch die Spindelhalterung 110 gehalten wird, und umfasst auch einen Werkzeughalter 120b, der an dem unteren Abschnitt des Spindelkörpers 120a vorgesehen ist. Der Werkzeughalter 120b hält das Werkzeug 120c mit einer Schneidklinge, wie beispielsweise ein Fräser oder Bohrer. Obwohl das Werkzeug 120c bei dieser Ausführungsform als ein Teil der Spindel 120 angesehen wird, kann das Werkzeug 120c als an die Spindel 120 angebaut angesehen werden. Alternativ kann das Werkzeug 120c ein anderes Werkzeug mit einer Schleifspitze sein.
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Wie in 1 dargestellt ist, erstreckt sich das Paar Schienen 131 entlang einer Y-Achse und erstreckt sich das Paar Schienen 141 entlang einer X-Achse. Die X-Achse und die Y-Achse erstrecken sich in der horizontalen Richtung und die X-Achse und die Y-Achse sind senkrecht zueinander. Des Weiteren erstreckt sich ein Z-Achse in der vertikalen Richtung. Daher sind das Werkstück W und der Werkstückhalter 150 in der X-Achsenrichtung entlang des Paares Schienen 141 beweglich, und sind das Werkstück W, der Werkstückhalter 150 und das bewegliche Element 140 in Y-Achsenrichtung entlang des Paares Schienen 131 beweglich.
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Ein X-Achsenmotor 142, wie beispielsweise ein Servomotor, ist an dem beweglichen Element 140 befestigt und eine durch den X-Achsenmotor 142 gedrehte Kugelumlaufspindel 143 ist auf dem beweglichen Element 140 vorgesehen. Die Kugelumlaufspindel 143 ist parallel zu dem Paar Schienen 141 angeordnet. Der Werkstückhalter 150 weist eine (nicht dargestellte) Kugelgewindemutter an seiner unteren Fläche auf, und die untere Fläche des Werkstückhalters 150 wird mit der Kugelumlaufspindel 143 in Eingriff gebracht.
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Das Paar Schienen 141, der X-Achsenmotor 142, die Kugelumlaufspindel 143 und die Kugelgewindemutter fungieren als ein Bewegungsmechanismus, der den Werkstückhalter 150 und die Spindel 120 relativ zueinander bewegt.
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Eine Y-Achsenmotor 132, wie beispielsweise ein Servomotor, ist an dem Sockel 130 befestigt und eine durch den Y-Achsenmotor 132 gedrehte Kugelumlaufspindel 133 ist auf dem Sockel 130 vorgesehen. Die Kugelumlaufspindel 133 ist parallel zu dem Paar Schienen 131 angeordnet. Das bewegliche Element 140 weist eine (nicht dargestellte) Kugelgewindemutter an seiner unteren Fläche auf, und die untere Fläche des beweglichen Elements 140 wird mit der Kugelumlaufspindel 133 in Eingriff gebracht.
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Das Paar Schienen 131, der Y-Achsenmotor 132, die Kugelumlaufspindel 133 und die Kugelgewindemutter fungieren als ein Bewegungsmechanismus, der den Werkstückhalter 150 und die Spindel 120 relativ zueinander bewegt.
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Daher werden das Werkstück W und der Werkstückhalter 150 durch den X-Achsenmotor 142 und den Y-Achsenmotor 132 in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung bewegt.
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Ein Paar Schienen 101 ist an dem oberen Seitenende des Rahmens 100a befestigt. Das Paar Schienen 101 erstreckt sich in der vertikalen Richtung (d.h. eine Richtung parallel zu der Z-Achse). Die Spindelhalterung 110 wird durch das Paar Schienen 101 auf eine vertikal bewegliche Weise gehalten.
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Ein Z-Achsenmotor 102, wie beispielsweise ein Servomotor, ist an dem oberen Seitenende des Rahmens 100a befestigt und eine durch den Z-Achsenmotor 102 gedrehte Kugelumlaufspindel 103 ist an dem oberen Seitenende des Rahmens 100a vorgesehen. Die Kugelumlaufspindel 103 ist parallel zu dem Paar Schienen 101 angeordnet. Die Spindelhalterung 110 weist eine (nicht dargestellte) Kugelgewindemutter an ihrer Seitenfläche auf, und die Seitenfläche der Spindelhalterung 110 wird mit der Kugelumlaufspindel 103 in Eingriff gebracht.
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Daher werden die Spindelhalterung 110 und die Spindel 120 durch den Z-Achsenmotor 102 in der vertikalen Richtung bewegt.
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Das Paar Schienen 101, der Z-Achsenmotor 102, die Kugelumlaufspindel 103 und die Kugelgewindemutter fungieren als ein Bewegungsmechanismus, der den Werkstückhalter 150 und die Spindel 120 relativ zueinander bewegt.
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Der Spindelmotor 121, der X-Achsenmotor 142, der Y-Achsenmotor 132 und der Z-Achsenmotor 102 werden durch eine Steuereinrichtung 200 der Bearbeitungseinrichtung 100 gesteuert.
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Wie es in 2 dargestellt ist, umfasst die Steuereinrichtung 200 einen Prozessor 210, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Anzeigeeinrichtung 220, eine Speichereinheit 230 mit einer nicht flüchtigen Speichereinheit, einem Nur-Lese-Speicher (ROM) und einem Schreib-Lese-Speicher (RAM), eine Eingabeeinrichtung 240 mit einer Tastatur, einem Touchscreen, einem Bedienfeld und einem Programmierhandgerät und einen Sender-Empfänger 250 zum Senden und Empfangen von Signalen. Der Sender-Empfänger 250 fungiert auch als eine Eingabeeinheit, da er Information zum Beispiel von einem Tablet-Datenendgerät empfängt und die empfangene Information in die Steuereinrichtung 200 eingibt.
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Wie es in 2 dargestellt ist, umfassen der X-Achsenmotor 142, der Y-Achsenmotor 132 und der Z-Achsenmotor 102 jeweils Impulsgeber 142a, 132a und 102a. Die Steuereinrichtung 200 ist mit den Impulsgebern 142a, 132a und 102a verbunden. Die Impulsgeber 142a, 132a und 102a erfassen die Drehpositionen der jeweiligen Wellen des X-Achsenmotors 142, des Y-Achsenmotors 132 und des Z-Achsenmotors 102. Die Impulsgeber 142a, 132a und 102a können außerhalb des X-Achsenmotors 142, des Y-Achsenmotors 132 und des Z-Achsenmotors 102 anstatt darin vorgesehen sein. In der nachstehend beschriebenen Konfiguration können elektrische Stromdetektionswerte des X-Achsenmotors 142, des Y-Achsenmotors 132 und des Z-Achsenmotors 102 anstatt Detektionswerte der Impulsgeber 142a, 132a und 102a verwendet werden.
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Wie es in 2 dargestellt ist, umfasst der Spindelmotor 121 einen Impulsgeber 121a und ist die Steuereinrichtung 200 mit dem Impulsgeber 121a verbunden. Der Impulsgeber 121a erfasst zum Beispiel die Drehzahl und die Drehposition der Spindel 120. Der Impulsgeber 121a kann außerhalb des Spindelmotors 121 anstatt darin vorgesehen zu sein. Des Weiteren kann ein Tachometer anstelle des Impulsgebers 121a verwendet werden.
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Die Speichereinheit 230 weist ein darin gespeichertes Bearbeitungsprogramm 230a auf. Zum Bearbeiten des Werkstücks W steuert die Steuereinrichtung 200 den Spindelmotor 121, den X-Achsenmotor 142, den Y-Achsenmotor 132 und den Z-Achsenmotor 102 auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 230a. In diesem Fall führt die Steuereinrichtung 200 zum Beispiel Regelung und Optimalwertsteuerung unter Verwendung von Detektionswerten der Impulsgeber 121a, 142a, 132a und 102a durch.
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Als Nächstes wird das Spindelvibrationsmesssystem nachstehend beschrieben. Das Spindelvibrationsmesssystem weist zum Beispiel ein Datenerfassungsprogramm (Datenerfassungseinheit) 230b und ein Verarbeitungsprogramm (Verarbeitungseinheit) 230c auf, die in der Speichereinheit 230 der Steuereinrichtung 200 gespeichert sind. Bei dieser Ausführungsform sind diese Programme 230b und 230c in der Speichereinheit 230 gespeichert und werden durch den Prozessor 210 ausgeführt, so dass der Prozessor 210 oder die Steuereinrichtung 200 als Teil des Spindelvibrationsmesssystems dient. Diese Programme 230b und 230c können in einer Speichereinheit eines von der Steuereinrichtung 200 getrennten Computers gespeichert sein, und die Programme 230b und 230c können durch einen Prozessor des Computers ausgeführt werden.
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Darüber hinaus verwendet oder weist das Spindelvibrationsmesssystem gemäß dieser Ausführungsform die Impulsgeber 142a, 132a und 102a auf.
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Ein durch den Prozessor 210 ausgeführter Vorgang auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b und des Verarbeitungsprogramms 230c wird nachstehend mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 3 beschrieben.
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Zuerst beginnt in einem Zustand, in dem das Werkzeug 120c der Spindel 120 mit dem Werkstück W nicht in Kontakt ist, wenn der Prozessor 210 ein Startsignal auf der Grundlage einer Eingabe an der Eingabeeinheit 240 oder eines durch den Sender-Empfänger 250 empfangenen Startsignals empfängt (Schritt S1-1), der Prozessor 210, die Spindel 120 auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b zu drehen (Schritt S1-2). In Schritt S1-2 wird die Drehzahl der Spindel 120 allmählich verändert. Im Detail wird die Drehzahl der Spindel 120 von einer vorgegebenen niedrigen Drehzahl bis zu einer vorgegebenen hohen Drehzahl allmählich verändert. Die vorgegebene niedrige Drehzahl beträgt zum Beispiel 0 U/Min und die vorgegebene hohe Drehzahl beträgt zum Beispiel 24000 U/Min. Alternativ kann die Drehzahl der Spindel 120 allmählich von der vorgegebenen hohen Drehzahl bis zu der vorgegebenen niedrigen Drehzahl verändert werden.
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In diesem Fall erfasst der Prozessor 210 auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b Detektionswerte des Impulsgebers 142a und des Impulsgebers 132a, um der Drehzahl der Spindel 120 zu entsprechen (Schritt S1-3). Dementsprechend werden Drehpositionsschwankungsdaten der Wellen des X-Achsenmotors 142 und Y-Achsenmotors 132 erfasst. Der X-Achsenmotor 142 und der Y-Achsenmotor 132 sind zur Bewegung des Werkstücks W und des Werkstückhalters 150 in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung vorgesehen. Daher können die Drehpositionsschwankungsdaten auch als Positionsschwankungsdaten des Werkstücks W und des Werkstückhalters 150 in der horizontalen Richtung in Bezug auf die Spindel 120 angesehen werden. Die horizontale Richtung ist senkrecht zu der axialen Richtung der Spindel 120.
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Die Datenerfassung der Spindel 120 und der Impulsgeber 142a und 132a wird pro Zeiteinheit durchgeführt, so dass die Drehzahl und die Positionsschwankungsdaten einander zugeordnet werden können. Indem zum Beispiel die Zeiteinheit auf 1 ms festgelegt wird, können Frequenzkomponenten bis zu 500 Hz genau gemessen werden.
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Zusätzlich kann in Schritt S1-3 der Prozessor 210 einen Detektionswert des Impulsgebers 102a erfassen, um der Drehzahl der Spindel 120 zu entsprechen. Dementsprechend werden Drehpositionsschwankungsdaten der Welle des Z-Achsenmotors 102 erfasst. Der Z-Achsenmotor 102 ist zur Bewegung der Spindel 120 in vertikaler Richtung (d.h. die Z-Achsenrichtung) in Bezug auf das Werkstück W vorgesehen. Daher können die Drehpositionsschwankungsdaten auch als Positionsschwankungsdaten des Werkstücks W und der Spindel 120 in der vertikalen Richtung angesehen werden. Die vertikale Richtung ist die axiale Richtung der Spindel 120.
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Die Datenerfassung der Spindel 120 und des Impulsgebers 102a wird pro Zeiteinheit durchgeführt, so dass die Drehzahl und die Positionsschwankungsdaten einander zugeordnet werden können.
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Ein Beispiel für die in Schritt S1-3 erfassten Daten ist in 4 dargestellt. In 4 gibt die Abszisse die Zeit an und sind eine X-Achsenpositionsschwankung als ein Detektionswert des Impulsgebers 142a, eine Y-Achsenpositionsschwankung als Detektionswert des Impulsgebers 132a und eine Z-Achsenpositionsschwankung als Detektionswert des Impulsgebers 102a dargestellt. Darüber hinaus stellt 4 auch die Drehzahl der Spindel 120 dar, die sich allmählich über die Zeit ändert.
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Wie es in 4 dargestellt ist, steigt in einem bestimmten Drehzahlbereich der Spindel 120, insbesondere in einem Bereich von 5000 U/Min bis 12000 U/Min, die X-Achsenpositionsschwankung zeitweise an. In einem anderen Drehzahlbereich der Spindel 120, insbesondere in einem Bereich von 18.000 U/Min und höher, steigt die X-Achsenpositionsschwankung leicht an. In einem Bereich von 6000 U/Min bis 12000 U/Min, einem Bereich von 15000 U/Min bis 16000 U/Min und einem Bereich von 18000 U/Min und höher steigt die Z-Achsenpositionsschwankung an. Des Weiteren steigt in einem Bereich von 9500 U/Min bis 12000 U/Min und einem Bereich von 18000 U/Min und höher die Y-Achsenpositionsschwankung an. Wie es in 4 dargestellt ist, kann jede Positionsschwankung als Vibration angesehen werden, da es sich um eine auf eine vorgegebene Mittenposition zentrierte Schwankung handelt.
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Anschließend führt der Prozessor 210 eine Ausgabe eines Ergebnisses in Bezug auf die Vibration der Spindel 120 auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 230c durch (Schritt S1-4).
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Falls zum Beispiel die X-Achsenpositionsschwankung eine große Auswirkung auf den Hochglanzveredelungsvorgang des Werkstücks W hat, beinhaltet ein erstes Beispiel der Ausgabe das Ausgeben von Daten zum Anzeigen der in 4 dargestellten X-Achsenpositionsschwankung von dem Prozessor 210 an die Anzeigeeinrichtung 220 und Anzeigen der X-Achsenpositionsschwankung auf der Anzeigeeinrichtung 220. Anstelle der Verwendung der X-Achsenpositionsschwankung können zum Beispiel die Y-Achsenpositionsschwankung, die Z-Achsenpositionsschwankung als eine Positionsschwankung der Spindel 120 in axialer Richtung, sowohl die X-Achsenpositionsschwankung als auch die Y-Achsenpositionsschwankung als eine Positionsschwankung in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Spindel 120, die durch Kombination der X-Achsenpositionsschwankung und der Y-Achsenpositionsschwankung erzielt wird, oder ein Positionsschwankung, die durch Kombination der X-Achsenpositionsschwankung, der Y-Achsenpositionsschwankung und der Z-Achsenpositionsschwankung erzielt wird, verwendet werden. Das gleiche gilt für die folgende Beschreibung. In der folgenden Beschreibung werden diese Positionsvibrationen einfach als „Positionsschwankungen“ bezeichnet. In dem ersten Beispiel kann der Prozessor 210 Daten zum Anzeigen der Positionsschwankungen zu einem mit einer Anzeige versehenen anderen Computer übertragen.
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Als ein zweites Beispiel der Ausgabe kann der Prozessor 210 ein Analyseergebnis (5) der durch Durchführen einer Analyse, wie beispielsweise eine Frequenzanalyse, mit den Positionsschwankungsdaten in 4, die als Funktion der Zeit ausgedrückt sind, erzielen, um das Ergebnis als Funktion der Drehzahl der Spindel 120 oder der Frequenz unter Verwendung von zum Beispiel der Fourier-Transformation auszudrücken, und kann Daten zum Anzeigen des Analyseergebnisses an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben. In einer in 5 dargestellten Graphik gibt die Abszisse die Drehzahl der Spindel 120 an und gibt die Ordinatenachse die Größe (d.h. Amplitude) einer Positionsschwankung an.
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Das angezeigte Analyseergebnis kann die in 5 dargestellte Graphik, ein Drehzahlbereich der Spindel 120, in dem die Positionsschwankung kleiner als oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert in der Graphik ist, ein Drehzahlbereich der Spindel 120, in dem die Positionsschwankung den vorgegebenen Schwellenwert in der Graphik übersteigt oder dergleichen sein. Zum Beispiel werden Daten für Drehzahlbereiche von 5000 U/Min und niedriger, zwischen 13000 U/Min und 14000 U/Min einschließlich und zwischen 16500 U/Min und 17500 U/Min einschließlich als der Drehzahlbereich der Spindel 120, in welchen die Positionsschwankung kleiner als oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgegeben.
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Als ein drittes Beispiel der Ausgabe kann der Prozessor 210 den Drehzahlbereich der Spindel 120 bestimmen, in dem die Größe der Positionsschwankung kleiner als oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, und als ein Ergebnis der Bestimmung erzielte Drehzahlbereichsdaten an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben. Zum Beispiel werden Drehzahlbereichsdaten von 5000 U/Min und niedriger, zwischen 13000 U/Min und 14000 U/Min einschließlich und zwischen 16500 U/Min und 17500 U/Min einschließlich an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgegeben.
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Als ein viertes Beispiel der Ausgabe kann der Prozessor 210 den Drehzahlbereich der Spindel 120 bestimmen, in dem im Gegensatz zu dem dritten Beispiel die Größe der Positionsschwankung den Schwellenwert übersteigt, und als ein Ergebnis der Bestimmung erzielte Drehzahlbereichsdaten an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben. Die Bedienperson kann die Anzeige gemäß dem ersten Beispiel sehen, die Drehzahlbereiche gemäß dem dritten Beispiel und dem vierten Beispiel bestimmen und die bestimmten Drehzahlbereiche in die Steuereinrichtung 200 eingeben. Der Prozessor 210 kann die als ein Ergebnis der Bestimmung erzielten Drehzahlbereichsdaten an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben.
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Als ein fünftes Beispiel der Ausgabe können die in 4 dargestellten Positionsschwankungsdaten, die Daten des Analyseergebnisses in dem zweiten Beispiel, die als ein Ergebnis der Analyse im zweiten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten, die als ein Ergebnis der Bestimmung in dem dritten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten und die als ein Ergebnis der Bestimmung in dem vierten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten an einen Server ausgegeben werden. Diese Datenteile werden zusammen mit den das Modell der Bearbeitungseinrichtung 100 angebenden Daten und Daten in Bezug auf das Werkzeug 120c ausgegeben. Auf dem Server werden diese Datenteile gespeichert, um zum Beispiel dem Modell der Bearbeitungseinrichtung 100 und der Art des Werkzeugs 120c zu entsprechen, um als Referenz für eine Analyse oder einen Bearbeitungsvorgang an einer anderen Bearbeitungseinrichtung verwendet zu werden.
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Als ein sechstes Beispiel der Ausgabe können die in 4 dargestellten Positionsschwankungsdaten, die Daten des Analyseergebnisses in dem zweiten Beispiel, die als ein Ergebnis der Analyse im zweiten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten, die als ein Ergebnis der Bestimmung in dem dritten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten und die als ein Ergebnis der Bestimmung in dem vierten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten in der Speichereinheit 230 gespeichert werden. Wie es in 6 dargestellt ist, werden als ein Ergebnis der Bestimmung in dem dritten Beispiel erzielte Drehzahlbereichsdaten zum Beispiel gespeichert, um der Art des Werkzeugs 120c zu entsprechen.
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Als ein siebtes Beispiel der Ausgabe können, wenn der Speichervorgang gemäß dem sechsten Beispiel durchgeführt wird, zum Beispiel Bearbeitungsqualitätsdaten des Werkstücks W, die den als ein Ergebnis der Bestimmung im dritten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten entsprechen, auch gespeichert werden, wie es in 7 dargestellt ist. Die Bearbeitungsqualitätsdaten können auf der Grundlage der Bestimmung durch eine Bedienperson oder der Bestimmung durch eine Qualitätsprüfeinrichtung in Bezug auf das Werkstück W erzielt werden, das unter Verwendung der Drehzahlen der Spindel 120 bearbeitet wird, die innerhalb der als ein Ergebnis der Bestimmung erzielten Drehzahlbereiche liegen. In 7 wird zum Beispiel ein Glanzindex auf der Grundlage der Bestimmung durch die Bedienperson oder die Bestimmung durch die Qualitätsprüfeinrichtung als die Bearbeitungsqualitätsdaten des Werkstücks W gespeichert. Die Bestimmung gemäß dem dritten Beispiel in Schritten S1-1, S1-3 und Schritt S1-4 kann durchgeführt werden, bevor eine Mehrzahl von Werkstücken W bearbeitet wird, die Mehrzahl von Werkstücken W kann durch Verwendung der als ein Ergebnis der Bestimmung im dritten Beispiel erzielten Drehzahlbereiche der Spindel 120 bearbeitet werden und die Glanzindizes können auf der Grundlage der Bestimmung durch die Bedienperson oder der Bestimmung der Qualitätsprüfeinrichtung mit Bezug auf die bearbeiteten Werkstücke W gespeichert werden.
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Als ein achtes Beispiel der Ausgabe kann der Prozessor 210 das Bearbeitungsprogramm 230a unter Verwendung zum Beispiel der Daten des Analyseergebnisses aus dem zweiten Beispiel, der als ein Ergebnis der Analyse in dem zweiten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten, der als ein Ergebnis der Bestimmung gemäß dem dritten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten, der als ein Ergebnis der Bestimmung gemäß dem vierten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten, der gemäß dem sechsten Beispiel gespeicherten Drehzahlbereichsdaten und der gemäß dem siebten Beispiel gespeicherten Drehzahlbereichsdaten und Bearbeitungsqualitätsdaten aktualisieren und das modifizierte Bearbeitungsprogramm 230a in der Speichereinheit 230 speichern. Das modifizierte Bearbeitungsprogramm 230a in der Speichereinheit 230 kann der Art des Werkzeugs 120c zugeordnet werden. Des Weiteren kann das Bearbeitungsprogramm 230a durch die Bedienperson modifiziert werden, indem es der Bedienperson erlaubt wird, zum Beispiel auf die in 4 dargestellten Daten, die in dem zweiten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten, die als ein Ergebnis der Analyse in dem zweiten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten, die als ein Ergebnis der Bestimmung gemäß dem dritten Beispiel oder vierten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten und die gemäß dem sechsten oder siebten Beispiel gespeicherten Daten zuzugreifen.
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Als ein neuntes Beispiel der Ausgabe kann der Prozessor 210 die gemäß dem zweiten bis vierten Beispiel erzielten Daten für jede Art des Werkzeugs 120c in der Speichereinheit 230 speichern. Die als ein Ergebnis der Bestimmung in dem dritten Beispiel erzielten Drehzahlbereichsdaten können zum Beispiel in der Speichereinheit 230 gespeichert werden, um der Art des Werkzeugs 120c zu entsprechen.
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Als ein zehntes Beispiel der Ausgabe kann der Prozessor 210 die gemäß dem ersten bis vierten Beispiel erzielten Daten in einem Zustand, in dem ein bestimmtes Werkzeug 120c durch den Werkzeughalter 120b der Spindel 120 gehalten wird, mit in der Speichereinheit 230 gespeicherten vorherigen Daten über das Werkzeug 120c vergleichen und das Vergleichsergebnis an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben. In diesem Fall sind die vorherigen Daten die gemäß dem ersten bis vierten Beispiel erzielten Daten, als das Werkzeug 120c das letzte Mal oder früher durch den Werkzeughalter 120b gehalten wurde.
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Alternativ kann der Prozessor 210 die gemäß dem ersten bis vierten Beispiel erzielten Daten in einem Zustand, in dem das bestimmte Werkzeug 120c durch den Werkzeughalter 120b der Spindel 120 gehalten wird, mit in der Speichereinheit 230 gespeicherten vorherigen Daten über ein anderes Werkzeug 120c vergleichen und das Vergleichsergebnis an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben. In diesem Fall ist es möglich, einen durch einen kleinen zwischen dem Werkzeug 120c und dem Werkzeughalter 120b befindlichen Fremdkörper verursachten Anbaufehler zu erfassen, und ist es auch möglich, einen Fehler in anderen Bereichen der Spindel 120 zu erfassen, falls das Werkzeug 120c und das andere Werkzeug 120C einander ähnlich sind.
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Ein Spindelvibrationsmesssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Spindel 120 mit einer Mehrzahl von Drehzahlen gedreht, anstatt die Drehzahl der Spindel 120 von der vorgegebenen niedrigen Drehzahl bis zu der vorgegebenen hohen Drehzahl bei der ersten Ausführungsform allmählich zu verändern. Bei der zweiten Ausführungsform nicht beschriebene Komponenten sind die gleichen wie jene oder ähnlich jener der ersten Ausführungsform und gleiche Komponenten oder ähnliche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein durch den Prozessor 210 durchgeführter Vorgang auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b und des Verarbeitungsprogramms 230c bei der zweiten Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 8 beschrieben.
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Zuerst beginnt in einem Zustand, in dem das Werkzeug 120c der Spindel 120 mit dem Werkstück W nicht in Kontakt ist, wenn der Prozessor 210 ein Startsignal auf der Grundlage einer Eingabe an der Eingabeeinheit 240 oder eines durch den Sender-Empfänger 250 empfangenen Startsignals empfängt (Schritt S2-1), der Prozessor 210, die Spindel 120 auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b zu drehen (Schritt S2-2). Der Prozessor 210 veranlasst die Spindel 120, sich nacheinander mit einer Mehrzahl von Drehzahlen zu drehen. Wie es zum Beispiel in 9 dargestellt ist, kann der Prozessor 210 die Spindel 120 veranlassen, sich nacheinander mit sechs Drehzahlen zu drehen, nämlich 0 U/Min, 5000 U/Min, 10000 U/Min, 15000 U/Min, 20000 U/Min und 24000 U/Min.
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In diesem Fall erfasst der Prozessor 210 auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b Detektionswerte des Impulsgebers 142a, des Impulsgebers 132a und des Impulsgebers 102a, um der Drehzahl der Spindel 120 zu entsprechen (Schritt S2-3).
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Ein Beispiel der in Schritt S2-3 erfassten Daten ist in 9 dargestellt. In 9 gibt die Abszissenachse die Zeit an und 9 stellt eine X-Achsenpositionsschwankung als ein Detektionswert des Impulsgebers 142a, eine Y-Achsenpositionsschwankung als Detektionswert des Impulsgebers 132a und eine Z-Achsenpositionsschwankung als Detektionswert des Impulsgebers 102a dar. Darüber hinaus stellt 9 auch die Drehzahl der Spindel 120 dar, die sich schrittweise über die Zeit ändert.
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Wie es in 9 dargestellt ist, steigt die X-Achsenpositionsschwankung, wenn die Spindel 120 bestimmte Drehzahlen, insbesondere 5000 U/Min, 10000 U/Min, 20000 U/Min und 24000 U/Min, annimmt. Die Z-Achsenpositionsschwankung steigt bei 20000 U/Min und 24000 U/Min und die Z-Achsenpositionsschwankung steigt leicht bei 15000 U/Min. Die Y-Achsenpositionsschwankung steigt bei 10000 U/Min, 20000 U/Min und 24000 U/Min und die Y-Achsenpositionsschwankung steigt leicht bei 15000 U/Min.
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Anschließend führt der Prozessor 210 eine Ausgabe eines Ergebnisses in Bezug auf die Vibration der Spindel 120 auf der Grundlage des Verarbeitungsprogramms 230c durch (Schritt S2-4).
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Die Ausgabe kann das Durchführen der Ausgabe gemäß dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform beinhalten. Insbesondere kann der Prozessor 210 Daten zum Anzeigen der in 9 dargestellten Positionsschwankungen an die Anzeigeeinrichtung 220 ausgeben oder die Daten an einen anderen, mit einer Anzeige versehenen Computer ausgeben.
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Alternativ kann die Ausgabe gemäß dem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. Insbesondere kann der Prozessor 210 ein Analyseergebnis durch Durchführen einer Analyse zum Ausdrücken der Positionsschwankungsdaten in 9 als eine Funktion der Drehzahl der Spindel 120 oder der Frequenz erzielen und Daten zum Anzeigen des Analyseergebnisses an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben. Ähnlich der ersten Ausführungsform kann das Analyseergebnis eine Graphik mit einer die Drehzahl der Spindel 120 angebenden Abszissenachse und einer die Größe einer Positionsschwankung angebenden Ordinatenachse sein, ein Drehzahlbereich der Spindel 120, in dem die Positionsschwankung kleiner als oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert in der Graphik ist, und ein Drehzahlbereich der Spindel 120 sein, in dem die Positionsschwankung den vorgegebenen Schwellenwert in der Graphik übersteigt.
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Des Weiteren kann eine Ausgabe wie die oder ähnlich der im dritten Beispiel der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. Insbesondere kann der Prozessor 210 die Drehzahl der Spindel 120 bestimmen, bei der die Größe der Positionsschwankung kleiner als oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, und als ein Ergebnis der Bestimmung erzielte Drehzahldaten an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben. Falls zum Beispiel die X-Achsenpositionsschwankung eine große Auswirkung auf den Hochglanzveredelungsvorgang des Werkstücks W hat, werden Daten der Drehzahl von 15000 U/Min an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgegeben. Falls die Z-Achsenpositionsschwankung eine große Auswirkung auf den Hochglanzveredelungsvorgang des Werkstücks W hat, werden Daten der Drehzahlen von 5000 U/Min und 10000 U/Min an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgegeben.
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Des Weiteren kann eine Ausgabe wie die oder ähnlich der im vierten Beispiel der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. Der Prozessor 210 kann die Drehzahl der Spindel 120 bestimmen, bei der Positionsschwankung den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, und als ein Ergebnis der Bestimmung erzielte Drehzahldaten an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben. Alternativ kann die Bedienperson die Anzeige gemäß dem ersten Beispiel sehen, die Drehzahlbereiche gemäß dem dritten und vierten Beispiel bestimmen und die bestimmten Drehzahlbereiche in die Steuereinrichtung 200 eingeben. Der Prozessor 210 kann die als ein Ergebnis der Bestimmung erzielten Drehzahldaten an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben.
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Des Weiteren können auch die Ausgabe an den Server in dem fünften Beispiel der ersten Ausführungsform, die Datenspeicherung in dem sechsten und siebten Beispiel und die Aktualisierung des Bearbeitungsprogramms 230a in dem achten Beispiel durchgeführt werden. In dem Fall der zweiten Ausführungsform sollte der Begriff „Drehzahlbereich“ in der Beschreibung des fünften bis achten Beispiels der ersten Ausführungsform als „Drehzahl“ interpretiert werden.
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Ein Spindelvibrationsmesssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform wird die Spindel 120 mit einer vorgegebenen Drehzahl gedreht, anstatt die Drehzahl der Spindel 120 von der vorgegebenen niedrigen Drehzahl bis zu der vorgegebenen hohen Drehzahl bei der ersten Ausführungsform allmählich zu ändern. Die vorgegebene Drehzahl kann im Voraus gemäß der Art des Werkzeugs 120c festgelegt sein. Bei der dritten Ausführungsform nicht beschriebene Komponenten sind die gleichen wie jene oder ähnlich jener der ersten Ausführungsform und ähnliche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein durch den Prozessor 210 durchgeführter Vorgang auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b und des Verarbeitungsprogramms 230c bei der dritten Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 10 beschrieben.
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Zuerst beginnt in einem Zustand, in dem das Werkzeug 120c der Spindel 120 mit dem Werkstück W nicht in Kontakt ist, wenn der Prozessor 210 ein Startsignal auf der Grundlage einer Eingabe an der Eingabeeinheit 240 oder eines durch den Sender-Empfänger 250 empfangenen Startsignals empfängt (Schritt S3-1), der Prozessor 210, die Spindel 120 auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b zu drehen (Schritt S3-2). Der Prozessor 210 veranlasst die Spindel 120, sich mit der vorgegebenen Drehzahl zu drehen. Der Prozessor 210 veranlasst zum Beispiel die Spindel 120, sich mit einer voreingestellten Drehzahl gemäß zum Beispiel dem Material des Werkstücks W, der Form des Werkstücks W, der Art des Werkzeugs 120c oder dergleichen zu drehen.
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In diesem Fall erfasst der Prozessor 210 auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b Detektionswerte des Impulsgebers 142a, des Impulsgebers 132a und des Impulsgebers 102a (Schritt S3-3).
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Anschließend führt der Prozessor 210 eine Ausgabe eines Ergebnisses in Bezug auf die Vibration der Spindel 120 auf der Grundlage des Verarbeitungsprogramms 230c durch (Schritt S3-4).
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Die Ausgabe kann das Durchführen der Ausgabe gemäß dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform beinhalten. Insbesondere kann der Prozessor 210 Daten zum Anzeigen der in Schritt S3-3 erzielten Positionsschwankungen an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben.
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Falls die in Schritt S3-3 erzielten Positionsschwankungen den Schwellenwert überschreiten, kann die Ausgabe das Ausgeben eines Signals an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer beinhalten, um zu benachrichtigen, dass die Positionsschwankungen den Schwellenwert überschreiten.
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Des Weiteren kann die Ausgabe das Durchführen einer dem fünften Beispiel der ersten Ausführungsform äquivalenten Ausgabe beinhalten. Insbesondere können die in Schritt S3-3 erzielten Daten an den Server ausgegeben werden. Die Daten werden zusammen mit den das Modell der Bearbeitungseinrichtung 100 angebenden Daten und den Daten in Bezug auf das Werkzeug 120c ausgegeben. Auf dem Server werden die Positionsschwankungsdaten gespeichert, um zum Beispiel dem Modell der Bearbeitungseinrichtung 100 und der Art des Werkzeugs 120c zu entsprechen, um als Referenz für eine Analyse oder einen Bearbeitungsvorgang an einer anderen Bearbeitungseinrichtung verwendet zu werden.
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Des Weiteren kann die Ausgabe das Durchführen einer dem sechsten Beispiel der ersten Ausführungsform äquivalenten Ausgabe beinhalten. Insbesondere können die in Schritt S3-3 erzielten Daten in der Speichereinheit 230 gespeichert werden. Die Positionsschwankungsdaten werden zum Beispiel gespeichert, um der Art des Werkzeugs 120c zu entsprechen.
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Des Weiteren kann die Ausgabe das Durchführen einer dem siebten Beispiel der ersten Ausführungsform äquivalenten Ausgabe beinhalten. Wenn der Speichervorgang gemäß dem sechsten Beispiel durchzuführen ist, können insbesondere Bearbeitungsqualitätsdaten des Werkstücks W, die den in Schritt S3-3 erzielten Positionsschwankungsdaten entsprechen, ferner gespeichert werden.
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Falls bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform die in Schritt S1-3 und Schritt S2-3 erzielten Positionsschwankungen den Schwellenwert überschreiten, kann der Prozessor 210 gleichermaßen ein Signal an die Anzeigeeinrichtung 220 oder den anderen Computer ausgeben, um zu benachrichtigen, dass die Positionsschwankungen den Schwellenwert überschreiten.
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Des Weiteren kann bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform die Bedienperson gleichermaßen die Qualität einer Positionsschwankung bei einer Drehzahl bestimmen, die der Drehzahl der Spindel 120 in dem Bearbeitungsprogramm 230a auf der Grundlage eines gemäß dem ersten bis vierten Beispiel angezeigten Ergebnisses entspricht.
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Bei der ersten bis dritten Ausführungsform kann ein Sensor 300, wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor, anstelle der Impulsgeber 142a, 132a und 102a verwendet werden, wie es in 11 dargestellt ist, um Vibrationen zu erfassen, die keinen Einfluss auf den Servomotor haben. In diesem Fall ist der Sensor 300 an dem Werkstück W, dem Werkstückhalter 150 oder dem beweglichen Element 140 unter Verwendung eines Befestigungselements, wie beispielsweise ein Klebstoff oder eine Schraube, abnehmbar angebaut. Der Sensor 300 kann zum Beispiel ein dreiachsiger Beschleunigungssensor oder ein einachsiger Beschleunigungssensor sein. Der Sensor 300 ist mit der Steuereinrichtung 200 verbunden.
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Der Prozessor 210 erfasst zum Beispiel X-Achsen- und Y-Achsenvibrationsdaten des Werkstücks W, des Werkstückhalters 150 oder des beweglichen Elements 140 von dem Sensor 300 auf der Grundlage des Datenerfassungsprogramms 230b. Insbesondere in Schritten S1-3, S2-3 und S3-3 der ersten bis dritten Ausführungsform erfasst der Prozessor 210 Vibrationsdaten von dem Sensor 300 anstelle von Positionsschwankungsdaten.
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In diesem Fall kann eine Ausgabe oder ein Abspeichern, die zu dem ersten bis achten Beispiel äquivalent sind, unter Verwendung der Vibrationsdaten anstelle der Positionsschwankungsdaten durchgeführt werden.
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Eine denkbare Ursache eines Bearbeitungsfehlers des Werkstücks W ist eine relative Positionsschwankung zwischen dem Werkzeug 120c und dem Werkstück W. Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen wird eine relative Positionsschwankung zwischen dem Werkzeug 120c und dem Werkstück W als Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten des Bewegungsmechanismus in Bezug auf die relative Bewegung zwischen der Spindel 120, die das Werkzeug 120c hält, und dem Werkstückhalter 150, der das Werkstück hält, erfasst und das Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel auf der Grundlage der erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten ausgegeben oder gespeichert. Daher wird zum Beispiel das ausgegebene Ergebnis durch die Bedienperson oder den Computer bestimmt, so dass die Ursache des Bearbeitungsfehlers korrekt ermittelt und die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden können.
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Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen werden die Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten in einem Zustand erfasst, in dem das durch die Spindel 120 gehaltenen Werkzeug 120c nicht mit dem Werkstück W in Kontakt ist. Durch Anwendung dieser Konfiguration können Daten in Bezug auf eine durch Drehung der Spindel 120 verursachte relative Positionsschwankung zwischen dem Werkzeug 120c und dem Werkstück W in einem Zustand erfasst werden, in dem es keine durch den Kontakt zwischen dem Werkzeug 120c und dem Werkstück W verursachte Auswirkung gibt.
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Die erste Ausführungsform beinhaltet Erfassen der Positionsschwankungsdaten oder der Vibrationsdaten, wenn die Spindel 120 derartig gedreht wird, dass sich ihre Drehzahl innerhalb eines vorgegebenen Bereichs nacheinander ändert, und Bestimmen eines Drehzahlbereichs auf der Grundlage der erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten, in dem die Vibration der Spindel größer als ein Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist.
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Die zweite Ausführungsform beinhaltet Erfassen der Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten, wenn die Spindel 120 mit einer Mehrzahl von vorgegebenen Drehzahlen nacheinander gedreht wird, und Bestimmen eines Drehzahlbereichs auf der Grundlage der erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten, in dem die Vibration der Spindel 120 größer als der Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist.
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Durch Anwendung dieser Konfigurationen kann eine Drehzahl, bei der die Vibration der Spindel 120 größer als der Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist, durch die Bedienperson oder den Computer genau ermittelt werden, wodurch die Ursache eines Bearbeitungsfehlers korrekt ermittelt und die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden können.
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Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen werden die erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten mit den in der Speichereinheit 230 gespeicherten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten verglichen und das Vergleichsergebnis als ein Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel 120 ausgegeben.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration ist es zum Beispiel möglich, genau zu ermitteln, ob sich die Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten seit dem vorherigen Zustand erheblich geändert haben oder nicht, indem sie mit den in der Speichereinheit 230 gespeicherten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten verglichen werden, oder sich von den Positionsdaten oder Vibrationsdaten eines anderen ähnlichen Werkzeugs 120c erheblich unterscheiden oder nicht.
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Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen werden die Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten erfasst, wenn die Spindel 120 derartig gedreht wird, dass sich ihre Drehzahl ändert. Dann wird eine Analyse zur Wiedergabe der erfassten Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten als eine Funktion der Frequenz oder Drehzahl der Spindel 120 durchgeführt und das Analyseergebnis als ein Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel 120 ausgegeben oder gespeichert.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration ist es für die Bedienperson oder den Computer möglich, eine Drehzahl, bei der die Vibration der Spindel 120 größer als der Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist, sowie die Neigung zur Vibration genau zu ermitteln, wodurch die Ursache eines Bearbeitungsfehlers korrekt ermittelt und die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden können.
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Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen wird das erzielte Analyseergebnis mit dem in der Speichereinheit 230 gespeicherten Analyseergebnis verglichen und das Vergleichsergebnis als ein Ergebnis in Bezug auf die Vibration der Spindel 120 ausgegeben.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration ist es zum Beispiel möglich, genau zu ermitteln, ob sich das neu erzielte Analyseergebnis seit dem vorherigen Zustand erheblich geändert hat oder nicht, indem es mit dem in der Speichereinheit 230 gespeicherten Analyseergebnis verglichen wird, oder ob das neu erzielte Analyseergebnis von dem Analyseergebnis eines anderen ähnlichen Werkzeugs erheblich verschieden ist oder nicht.
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Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen ist die Spindel 120 in der Lage, abwechselnd eine Mehrzahl von Arten von Werkzeugen 120c zu halten. Die Positionsschwankungsdaten oder Vibrationsdaten werden, wenn jedes Werkzeug 120c durch die Spindel 120 gehalten wird, erfasst, und ein Drehzahlbereich oder eine Drehzahl, bei der die Vibration der Spindel 120 größer als der Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist, wird für jede der Mehrzahl von Arten von Werkzeugen 120c in der Speichereinheit 230 gespeichert.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration ist es für die Bedienperson oder den Computer möglich, die Drehzahl, bei der die Vibration der Spindel 120 größer als der Schwellenwert oder kleiner als oder gleich dem Schwellenwert ist, für jede der Mehrzahl von Arten von Werkzeugen 120c einfach und zuverlässig zu ermitteln, wodurch die Bearbeitungsbedingungen korrekt festgelegt werden können.
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Bei jeder der vorstehenden Ausführungsformen wird das Bearbeitungsprogramm 230a auf der Grundlage des als ein Ergebnis der Bestimmung oder des Analyseergebnisses erzielten Drehzahlbereichs modifiziert und das modifizierte Bearbeitungsprogramm gespeichert.
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Durch Anwendung dieser Konfiguration wird das Bearbeitungsprogramm 230a automatisch verbessert, wodurch eine verbesserte Bearbeitungsqualität erzielt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bearbeitungseinrichtung
- 100a
- Rahmen
- 101
- Schiene
- 102
- Z-Achsenmotor
- 102a
- Impulsgeber
- 103
- Kugelumlaufspindel
- 110
- Spindelhalterung
- 120
- Spindel
- 120a
- Spindelkörper
- 120b
- Werkzeughalter
- 120c
- Werkzeug
- 130
- Sockel
- 131
- Schiene
- 132
- Y-Achsenmotor
- 132a
- Impulsgeber
- 133
- Kugelumlaufspindel
- 140
- bewegliches Element
- 141
- Schiene
- 142
- X-Achsenmotor
- 142a
- Impulsgeber
- 143
- Kugelumlaufspindel
- 150
- Werkstückhalter
- 151
- Spannfutter
- 200
- Steuereinrichtung
- 210
- Prozessor
- 220
- Anzeigeeinrichtung
- 230
- Speichereinheit
- 230a
- Bearbeitungsprogramm
- 230b
- Datenerfassungsprogramm(Datenerfassungseinheit)
- 230c
- Verarbeitungsprogramm (Verarbeitungseinheit)
- 240
- Eingabeeinrichtung
- 250
- Sender-Empfänger
- 300
- Sensor
- W
- Werkstück
