DE102020123441A1

DE102020123441A1 - Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102020123441A1
Application number: DE102020123441.4A
Authority: DE
Inventors: Yuutarou Horikawa; Masashi Yasuda; Kenta Yamamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2021-04-08
Also published as: CN112605479A; US20210101240A1; US20220305602A1; JP2021060690A; US11717926B2; US11396073B2; JP7391594B2; JP2024019401A

Abstract

Es wird eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine geschaffen, die in der Lage ist, Gewindeschneiden durchzuführen, während die Belastung an der Werkzeugmaschine vom Oszillationsbetrieb verringert wird, ohne die Zykluszeit zu verlängern, und in der Lage ist, Späne in einem Fall der Durchführung des Nicht-Oszillations-Betriebs im gegenwärtigen Durchgang nach dem Oszillationsbetrieb im vorherigen Durchgang zuverlässig zu zerkleinern. Eine Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine umfasst: eine Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102, die bestimmt, ob ein Oszillationsbetrieb ausgeführt werden soll, der bewirkt, dass das Schneidwerkzeug 16 in der radialen Richtung des Werkstücks 14 oszilliert; eine Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106, die einen Oszillationsbefehl des Oszillationsbetriebs auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses erzeugt; eine Steuereinheit 110, die den Oszillationsbefehl auf einen Positionsbefehl der Vorschubachse überlagert, um einen Antriebsbefehl zu erzeugen. Die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 bestimmt, den Oszillationsbetrieb intermittierend auszuführen, und die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106 erzeugt einen Oszillationsbefehl, so dass ein Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt eines gegenwärtigen Durchgangs einen Abschnitt umfasst, an dem Oszillationsschneiden in einem vorherigen Durchgang durchgeführt wurde, oder so dass ein Oszillationsschneidabschnitt des gegenwärtigen Durchgangs einen Abschnitt umfasst, an dem Nicht-Oszillations-Schneiden im vorherigen Durchgang durchgeführt wurde.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine.
Stand der Technik
Eine Technik zum Ausführen eines Gewindeschneidens, während Späne zerkleinert werden, ist bereits bekannt. Beispielsweise ist eine Technik bekannt, in der eine Hin- und Herbewegungsvibration eines Werkstücks und eines Schneidwerkzeugs während einer vorgegebenen Vielzahl von Malen eines Einschneidprozesses und ein Festlegen des Vibrationsmusters für jedes Mal des Einschneidprozesses, der die Hin- und Herbewegungsvibration beinhaltet, bewirkt werden, derart, dass ein Abschnitt, der bereits durch einen anderen Einschneidprozess bearbeitet worden ist, teilweise in einem Abschnitt enthalten ist, der in einem vorgegebenen Einschneidprozess bearbeitet werden soll (siehe z. B. internationale Veröffentlichung Nr. WO2016/056526 ).
Patentdokument 1: Internationale PCT-Veröffentlichung Nr. WO2016/056526
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Da in der Technik der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr. WO2016/056526 die Hin- und Herbewegungsvibration des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs (nachstehend auch als Oszillationsbetrieb bezeichnet) immer während des Gewindeschneidens durchgeführt wird, ist jedoch die Belastung an der Werkzeugmaschine aufgrund der Hin- und Herbewegungsvibration groß. Daher war eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine erwünscht, die in der Lage ist, ein Gewindeschneiden durchzuführen, während die Belastung an der Werkzeugmaschine aufgrund des Oszillationsbetriebs verringert wird, ohne die Zykluszeit zu verlängern, was bei der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine wichtig ist.
In der Technik der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2016/056526 ist ferner die Positionsabweichung, die eine Abweichung zwischen einem Positionsbefehl und der tatsächlichen Position ist, aus Gründen wie z. B. Reaktionsverzögerung während des Oszillationsbetriebs groß, wodurch ein unvollständiges Schneiden auftritt (siehe später zu beschreibende 7). Daher ist es gegenwärtig schwierig, das Zerkleinern von Spänen bei der Fertigverarbeitung im Enddurchgang zu verwirklichen, und somit war eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine erwünscht, die Späne in einem Fall der Durchführung des Nicht-Oszillations-Betriebs im gegenwärtigen Durchgang nach dem Oszillationsbetrieb im vorherigen Durchgang zuverlässig zerkleinern kann wie bei der Fertigverarbeitung im Enddurchgang des Gewindeschneidens.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die einen koordinierten Betrieb mindestens einer Spindel zum relativen Drehen eines Schneidwerkzeugs und eines Werkstücks und mindestens einer Vorschubachse zum Bewegen des Schneidwerkzeugs relativ zum Werkstück durchführt, und Gewindeschneiden durchführt, während bewirkt wird, dass das Schneidwerkzeug mehrere Male einen Einschneidprozess am Werkstück in einer radialen Richtung durchführt, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob ein Oszillationsbetrieb ausgeführt werden soll, der bewirkt, dass das Schneidwerkzeug in der radialen Richtung des Werkstücks oszilliert; eine Oszillationsbefehlserzeugungseinheit, die einen Oszillationsbefehl des Oszillationsbetriebs auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses durch die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit erzeugt; und eine Steuereinheit, die den Oszillationsbefehl auf einen Positionsbefehl der Vorschubachse überlagert, um einen Antriebsbefehl der Vorschubachse zu erzeugen, wobei die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit bestimmt, den Oszillationsbetrieb intermittierend auszuführen, und wobei die Oszillationsbetriebsbefehlserzeugungseinheit einen Oszillationsbefehl erzeugt, so dass ein Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt eines gegenwärtigen Einschneidvorgangs einen Abschnitt umfasst, an dem das Oszillationsschneiden in einem vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde, oder so dass ein Oszillationsschneidabschnitt des gegenwärtigen Einschneidvorgangs einen Abschnitt umfasst, an dem das Nicht-Oszillations-Schneiden im vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die in der Lage ist, Gewindeschneiden durchzuführen, während die Belastung an der Werkzeugmaschine aufgrund des Oszillationsbetriebs verringert wird, ohne die Zykluszeit zu verlängern. Ferner ist es möglich, eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die Späne in einem Fall der Durchführung des Nicht-Oszillations-Betriebs im gegenwärtigen Durchgang nach dem Oszillationsbetrieb im vorherigen Durchgang zuverlässig zerkleinern kann wie bei der Fertigverarbeitung im Enddurchgang des Gewindeschneidens.
Figurenliste

1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das eine Schraube zeigt, die durch Gewindeschneiden erzeugt wird;
3 zeigt ein Werkstück während des Gewindeschneidens;
4 ist ein Diagramm zum Erläutern des Betriebs des Gewindeschneidens durch die Steuervorrichtung für die Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
5 ist ein Diagramm zum Erläutern des Betriebs des Gewindeschneidens durch die Steuervorrichtung für die Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
6 ist ein Diagramm zum Erläutern des Betriebs des Gewindeschneidens durch die Steuervorrichtung für die Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
7 ist ein Diagramm, das eine Fertigverarbeitung im Enddurchgang des herkömmlichen Gewindeschneidens zeigt; und
8 ist ein Diagramm, das die Fertigverarbeitung im Enddurchgang des Gewindeschneidens durch die Steuervorrichtung für die Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend wird ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
Eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung führt einen koordinierten Betrieb mindestens einer Spindel zum relativen Drehen eines Schneidwerkzeugs und eines Werkstücks und mindestens einer Vorschubachse zum Bewegen des Schneidwerkzeugs relativ zum Werkstück durch und führt Gewindeschneiden durch, während bewirkt wird, dass das Schneidwerkzeug mehrere Male einen Einschneidprozess am Werkstück in der radialen Richtung durchführt.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt. Wie in 1 gezeigt, gibt die Steuervorrichtung 100 einen Antriebsbefehl zum Durchführen eines koordinierten Betriebs dieser Achsen an einem Motor 120, der mindestens eine Spindel zum relativen Drehen eines Schneidwerkzeugs und eines Werkstücks antriebt, und mindestens einer Vorschubachse zum Bewegen des Schneidwerkzeugs relativ zum Werkstück aus.
Vor dem Erläutern der Konfiguration der Steuervorrichtung 100 wird eine Beschreibung von Gewindeschneiden mit Bezug auf 2 und 3 gegeben. Hier ist 2 ein Diagramm, das eine Schraube 12 zeigt, die durch das Gewindeschneiden erzeugt wird. 3 zeigt ein Werkstück 14 während des Gewindeschneidens.
Wie in 2 gezeigt, weist die durch Gewindeschneiden erzeugte Schraube 12 eine Gewindenut 10 mit einer ausreichenden Tiefe auf, die in einer Spiralform an ihrer äußeren Umfangsoberfläche ausgebildet ist. Die Steuervorrichtung 100 für die Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung dreht das Schneidwerkzeug und das Werkstück relativ und bewegt das Schneidwerkzeug relativ zum Werkstück, um Schneiden durchzuführen, wodurch die Gewindenut 10 ausgebildet wird.
Wie durch den Pfeil P in 3 angegeben, führt ein Schneidwerkzeug 16 das Schneiden, um die Gewindenut 10 am Werkstück 14 auszubilden, mehrere Male entlang eines vorgegebenen Pfades 10a (d. h. des Orts der Gewindenut 10) am Werkstück 14 durch. Der Pfad 10a ist in einer Spiralweise über den gesamten Umfang der äußeren Umfangsoberfläche des Werkstücks 14 vorhanden. 3 zeigt einen Zustand unmittelbar nach dem Start des Schneidens, wobei die Gewindenut 10 noch flach ist. Durch Wiederholen des Schneidens mehrere Male wird eine tiefe Gewindenut 10, wie in 2 gezeigt, ausgebildet, um die endgültige Schraube 12 zu vollenden.
In 3 ist das Werkstück 14 an der Spindel 18 befestigt und wird gesteuert, um es in der Drehrichtung zu drehen, die durch den Pfeil C angegeben ist. Die Drehkoordinatenachse, die durch den Pfeil C angegeben ist, wird C-Achse genannt. Mit anderen Worten, die C-Achse entspricht Winkelkoordinaten, die einen Winkel um die Spindel 18 angeben.
Das Schneidwerkzeug 16 bewegt sich entlang des Pfades 10a auf der Oberfläche des Werkstücks 14, das sich dreht, um das Schneiden der Gewindenut 10 durchzuführen. Daher befindet sich das Schneidwerkzeug 16 in Synchronisation mit der Drehung der C-Achsen-Richtung des Werkstücks 14 und wird gesteuert, um sich entlang der Z-Achse zu bewegen, die eine Koordinatenachse des Werkstücks 14 in der Längsrichtung ist.
Ferner bewegt sich das Schneidwerkzeug 16 allmählich vertikal in Bezug auf die Oberfläche des Werkstücks 14, d. h. in der X-Achsen-Richtung, die die Koordinatenachse in der radialen Richtung ist, jedes Mal, wenn das Schneiden durchgeführt wird. Daher wird das Schneidwerkzeug 16 gesteuert, um das Schneiden in einer allmählich tieferen Position in Bezug auf das Werkstück 14 durchzuführen.
Als nächstes wird eine Konfiguration der Steuervorrichtung 100 für die Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Steuervorrichtung 100 eine Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102, eine Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104, eine Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106, einen Addierer 108 und eine Steuereinheit 110.
Als Steuervorrichtung 100 wird beispielsweise ein numerischer Controller verwendet. Die Steuervorrichtung 100 wird beispielsweise durch Bewirken, dass ein Computer mit einer CPU, einem Speicher oder dergleichen ein Programm gemäß der vorliegenden Ausführungsform lädt, verwirklicht.
Die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 bestimmt, ob der Oszillationsbetrieb zum Oszillieren des Schneidwerkzeugs 16 in der radialen Richtung (X-Achsen-Richtung) des Werkstücks 14 ausgeführt werden soll. Diese Bestimmung wird auf der Basis eines Bearbeitungsprogramms durchgeführt, das von außen eingegeben wird. Die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie bestimmt, den Oszillationsbetrieb intermittierend auszuführen. Das heißt, die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 bestimmt die Ausführung des intermittierenden Oszillationsbetriebs, so dass der Oszillationsbetrieb zum Durchführen einer relativen Hin- und Herbewegungsvibration zwischen dem Schneidwerkzeug 16 und dem Werkstück 14 und der Nicht-Oszillations-Betrieb zum Nicht-Durchführen der Hin- und Herbewegungsoszillation abwechselnd wiederholt werden. Folglich werden der Oszillationsbetrieb und der Nicht-OszillationsBetrieb wiederholt abwechselnd im gleichen Bearbeitungsdurchgang ausgeführt.
Es ist bevorzugt, dass die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 die Ausführung des Oszillationsbetriebs bestimmt, um das Oszillationsschneiden im gegenwärtigen Einschneidvorgang in einer Position durchzuführen, die von dem Abschnitt verschieden ist, in dem das Oszillationsschneiden im vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde. Da es möglich ist, den Abschnitt, an dem das Schneiden vorher durchgeführt wurde, zuverlässiger im gegenwärtigen Schneiden einzuschließen, wird folglich ein sogenannter Leerlauf zuverlässiger erzeugt, wodurch Späne zuverlässiger zerkleinert werden.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 bestimmt, das Einschneiden durch den Oszillationsbetrieb intermittierend auszuführen, und danach das Einschneiden durch den Nicht-OszillationsBetrieb im nächsten Durchgang auszuführen. In einem Fall, in dem das Nicht-Oszillations-Schneiden im Enddurchgang nach der Ausführung des Oszillationsschneidens ausgeführt wird, ist es folglich beispielsweise möglich, Späne zuverlässig zu zerkleinern. Dies wird später im Einzelnen beschrieben.
Es ist auch bevorzugt, dass die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 bestimmt, das Nicht-Oszillations-Schneiden auszuführen, bis die Positionsabweichung, die eine Abweichung zwischen dem Positionsbefehl und der tatsächlichen Position ist, in einem Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt durch den intermittierenden Oszillationsbetrieb gleich oder geringer als ein vorgegebener Schwellenwert wird. Im Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt durch den intermittierenden Oszillationsbetrieb ist es folglich möglich, Späne zuverlässig zu zerkleinern. Dies wird später im Einzelnen beschrieben.
Die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 berechnet die Bedingung des Oszillationsbetriebs, die an die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106 ausgegeben werden soll, auf der Basis des Bearbeitungsprograms, des Bearbeitungsparameters und/oder des Rückmeldungswerts von der Werkzeugmaschine. Wie in 1 gezeigt, berechnet die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 beispielsweise die Bedingungen wie z. B. das Intervall des Oszillationsbetriebs (den Abstand zwischen benachbarten Scheitelpunkten in der Oszillationswellenform, wie in 4 gezeigt, die später beschrieben werden soll), die Amplitude und den Zyklus auf der Basis des von außen eingegebenen Bearbeitungsprogramms.
Es ist bevorzugt, dass die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 das Intervall des Oszillationsbetriebs ändert. Insbesondere kann die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 das Intervall des Oszillationsbetriebs zwischen verschiedenen Bearbeitungsdurchgängen ändern. Ferner kann die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 das Intervall des Oszillationsbetriebs innerhalb desselben Bearbeitungsdurchgangs ändern. Alternativ kann die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 das Intervall des Oszillationsbetriebs zwischen verschiedenen Bearbeitungsdurchgängen ändern und kann das Intervall des Oszillationsbetriebs innerhalb desselben Bearbeitungsdurchgangs ändern.
Ferner kann die Oszillationsbetriebsberechnungseinheit 104 das Intervall des Oszillationsbetriebs gemäß dem Durchmesser des Werkstücks 14 ändern. Das Intervall des Oszillationsbetriebs wird beispielsweise länger festgelegt, wenn der Durchmesser des Werkstücks 14 kleiner wird, d. h. wenn die Anzahl von Malen des Schneidens zunimmt. Alternativ kann im Gegenteil das Intervall des Oszillationsbetriebs kürzer festgelegt werden, wenn der Durchmesser des Werkstücks 14 kleiner wird, d. h. die Anzahl von Malen des Schneidens zunimmt. Die Festlegung des Intervalls des Oszillationsbetriebs wird später im Einzelnen beschrieben.
Die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106 erzeugt einen Oszillationsbefehl des Oszillationsbetriebs auf der Basis des Bestimmungsergebnisses durch die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102. Ferner erzeugt die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106 einen Oszillationsbefehl des Oszillationsbetriebs gemäß der Oszillationsbedingung, die durch die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 berechnet wird. Die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung erzeugt einen Oszillationsbefehl, so dass der Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt des gegenwärtigen Einschneidvorgangs einen Abschnitt umfasst, an dem das Oszillationsschneiden im vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde. Alternativ erzeugt die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106 den Oszillationsbefehl, so dass der Oszillationsschneidabschnitt des gegenwärtigen Einschneidvorgangs einen Abschnitt umfasst, an dem des Nicht-Oszillations-Schneiden im vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde. Dies macht es möglich, einen sogenannten Leerlauf zuverlässiger zu erzeugen und Späne zuverlässiger zu zerkleinern.
Der Addierer 108 berechnet eine Positionsabweichung, die die Differenz zwischen einer Positionsrückmeldung auf der Basis der Positionsdetektion durch einen Codierer (nicht gezeigt), der für den Motor 120 vorgesehen ist, und einem Positionsbefehl der Vorschubachse ist. Der Positionsbefehl der Vorschubachse und die Positionsabweichung werden in die später zu beschreibende Steuereinheit 110 eingegeben.
Die Steuereinheit 110 überlagert den Oszillationsbefehl, der durch die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106 erzeugt wird, auf den Positionsbefehl der Vorschubachse und die Positionsabweichung, wodurch ein Antriebsbefehl für den Motor 120 erzeugt wird, der die Vorschubachse antreibt. Es sollte beachtet werden, dass in einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung der Positionsbefehl der Vorschubachse einmal erzeugt wird und der Oszillationsbefehl auf den erzeugten Positionsbefehl überlagert wird; die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf begrenzt. Der Oszillationsbefehl kann im Voraus überlagert werden und der Positionsbefehl der Vorschubachse kann erzeugt werden.
Als nächstes wird der Betrieb des Gewindeschneidens durch die Steuervorrichtung 100 für die Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung im Einzelnen mit Bezug auf 4 bis 6 beschrieben. Hier sind 4 bis 6 Diagramme zum Erläutern des Betriebs des Gewindeschneidens durch die Steuervorrichtung 100 für die Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Diese Figuren entsprechen dem Teil A von 3, der in der Z-Achsen-Richtung von der Seite, auf der das Schneiden startet, betrachtet ist. Insbesondere ist 4 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Falls zeigt, in dem das Intervall des Oszillationsbetriebs in jedem Bearbeitungsdurchgang (nachstehend einfach als Durchgang bezeichnet) konstant ist. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel in einem Fall des Vergrößerns des Intervalls des Oszillationsbetriebs, wenn der Durchmesser des Werkstücks 14 abnimmt, zeigt. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel in einem Fall zeigt, in dem der Oszillationsbetrieb in jedem Durchgang nicht in einer Richtung des Einschneidens in das Werkstück 14 liegt, sondern vielmehr in einer Richtung, in dem er vom Werkstück 14 weg getrennt ist.
Es sollte beachtet werden, dass die C-Achse, die Z-Achse und die X-Achse in 4 bis 6 in derselben Definition wie die C-Achse, die Z-Achse und die X-Achse in der vorstehend beschriebenen 3 verwendet werden. Ferner ist in 4 bis 6 der Abschnitt, der von einer gestrichelten Linie umgeben ist, ein Abschnitt, der beim gegenwärtigen Schneiden den Abschnitt umfasst, an dem das Schneiden vorher durchgeführt wurde, und folglich den Abschnitt angibt, an dem der sogenannte Leerlauf stattfindet und Späne zerkleinert werden.
In dem in 4 gezeigten Betriebsbeispiel soll irgendeiner der Durchgänge des ersten Durchgangs bis zum vierten Durchgang einen intermittierenden Oszillationsbetrieb durchführen und ein lineares Nicht-Oszillations-Schneiden und ein Oszillationsschneiden, das ein tiefes Einschneiden in einer gekrümmten Form ist, werden abwechselnd und wiederholt durchgeführt. Ferner ist in irgendeinem der ersten bis vierten Durchgänge das Intervall L des Oszillationsbetriebs, das in 4 gezeigt ist, konstant. Hinsichtlich des Enddurchgangs ist es, da er die Fertigverarbeitung ist, nur ein Nicht-Oszillations-Schneiden ohne Oszillation und ist folglich ein vollständig lineares Schneiden.
Hier kann der Abstand L des Oszillationsbetriebs, d. h. der Abstand zwischen benachbarten Scheitelpunkten in der Oszillationswellenform, wie in 4 gezeigt, entsprechend der zugelassenen Länge von Spänen festgelegt werden. Die zugelassene Länge der Späne wird auf eine Länge gesetzt, die das Schneiden durch die Späne, die im Schneidwerkzeug 16 während des Schneidens beispielsweise verwickelt werden, nicht behindert. Folglich ist es möglich, die Späne ohne Behindern des Schneidens zu zerkleinern. Die zugelassene Länge der Späne kann durch einen G-Code, einen Parameter oder dergleichen festgelegt werden, so dass das Intervall L des intermittierenden Oszillationsbetriebs festgelegt werden kann.
In dem in 5 gezeigten Betriebsbeispiel soll ähnlich zum in 4 gezeigten Betriebsbeispiel irgendeiner der Durchgänge vom ersten Durchgang bis zum vierten Durchgang einen intermittierenden Oszillationsbetrieb durchführen und ein lineares Nicht-Oszillations-Schneiden und Oszillationsschneiden, das tiefes Einschneiden in einer gekrümmten Form ist, werden abwechselnd und wiederholt durchgeführt. Wie in 5 gezeigt, unterscheidet sich jedoch das Intervall des Oszillationsbetriebs für jeden Durchgang des ersten Durchgangs bis zum vierten Durchgang. Hinsichtlich des Enddurchgangs ist es, da er das Fertigverarbeiten ist, nur ein Nicht-Oszillations-Schneiden ohne Oszillation und ist folglich ein vollständig lineares Schneiden.
Insbesondere wird das Intervall des Oszillationsbetriebs länger festgelegt, wenn der Durchmesser des Werkstücks 14 kleiner wird, d. h. wenn die Anzahl von Malen des Schneidens zunimmt. Wie in 5 gezeigt, wird daher das Intervall L2 des Oszillationsbetriebs des vierten Durchgangs länger festgelegt als das Intervall L1 des Oszillationsbetriebs des ersten Durchgangs. Folglich ist es möglich, die Länge der Späne durch längeres Festlegen des Intervalls des Oszillationsbetriebs konstant zu halten, wodurch eine Situation vermieden wird, in der die Umfangslänge des Werkstücks 14 kürzer wird, wenn die Anzahl von Malen des Schneidens zunimmt.
In dem in 6 gezeigten Betriebsbeispiel soll ähnlich zum in 4 gezeigten Betriebsbeispiel irgendeiner der Durchgänge des ersten Durchgangs bis zum vierten Durchgang einen intermittierenden Oszillationsbetrieb durchführen und ein lineares Nicht-Oszillations-Schneiden und Oszillationsschneiden in einer gekrümmten Form werden abwechselnd und wiederholt durchgeführt. Ferner ist in irgendeinem der Durchgänge der ersten bis vierten Durchgänge das Intervall L des Oszillationsbetriebs wie im in 4 gezeigten Betriebsbeispiel konstant. In jedem der ersten bis vierten Durchgänge liegt jedoch der Oszillationsbetrieb nicht in der Richtung des Einschneidens in das Werkstück 14, sondern vielmehr in der Richtung, in der er vom Werkstück 14 weg getrennt ist. Mit anderen Worten, im Vergleich zu den Betriebsbeispielen von 4 und 5 ist die Oszillationsrichtung entgegengesetzt.
Wenn hier der Oszillationsbetrieb in der Richtung des Einschneidens in das Werkstück 14 durchgeführt wird, wie in 4 und 5 gezeigt, hängt, um die Oszillationsamplitude zu bestimmen, so dass sie beim Schneiden im nächsten Durchgang einen Abschnitt umfasst, an dem das Schneiden bereits im gegenwärtigen Durchgang durchgeführt wurde, die Tiefe des Einschneidens im nächsten Durchgang von der Oszillationsamplitude des gegenwärtigen Durchgangs ab. Daher ist es erforderlich, am Bearbeitungsprogramm durch die Steuervorrichtung 100 wie z. B. einen numerischen Controller vorauszuschauen. Dagegen hängt durch Umkehren der Oszillationsrichtung wie in dem in 6 gezeigten Betriebsbeispiel die Oszillationsamplitude des nächsten Durchgangs nicht mehr von der Oszillationsamplitude des gegenwärtigen Durchgangs ab. Daher ist es nicht erforderlich am Bearbeitungsprogramm durch die Steuervorrichtung 100 wie z. B. einen numerischen Controller vorauszuschauen.
Als nächstes wird eine Fertigverarbeitung im Enddurchgang des Gewindeschneidens durch die Steuervorrichtung 100 für die Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf 7 und 8 im Einzelnen beschrieben. Hier ist 7 ein Diagramm, das die Fertigverarbeitung im Enddurchgang eines herkömmlichen Gewindeschneidprozesses zeigt. 8 ist ein Diagramm, das die Fertigverarbeitung im Enddurchgang des Gewindeschneidens durch die Steuervorrichtung 100 der Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die C-Achse, Z-Achse und X-Achse in 7 und 8 werden mit derselben Definition wie die C-Achse, Z-Achse und X-Achse in der vorstehend beschriebenen 3 verwendet. Ferner ist der Abschnitt, der von einer gestrichelten Linie in 8 umgeben ist, ein Abschnitt, der beim gegenwärtigen Schneiden den Abschnitt umfasst, an dem das Schneiden vorher durchgeführt wurde, und gibt folglich den Abschnitt an, an dem der sogenannte Leerlauf stattfindet und Späne zerkleinert werden.
Beim herkömmlichen Gewindeschneiden wird in einem Fall, in dem der Einschneidvorgang ohne Oszillation im Enddurchgang nach dem Einschneidvorgang mit Oszillation in einem Durchgang unmittelbar vor dem Enddurchgang durchgeführt wird, angenommen, dass, wie durch die gestrichelte Linie 72 in 7 gezeigt, ein Ort, an dem ein bearbeiteter Abschnitt im Enddurchgang einen Abschnitt umfasst, an dem die Bearbeitung im Durchgang unmittelbar vor dem Enddurchgang durchgeführt wurde, existiert (d. h. der Ort, an dem die gestrichelte Linie 72 mit der geraden Linie des Enddurchgangs überlappt, die ein Talabschnitt der gestrichelten Linie 72 ist, und ein sogenannter Leerlaufabschnitt ist), infolgedessen Späne zerkleinert werden. In der Praxis, wie durch die durchgezogene Linie 71 in 7 angegeben, existiert jedoch kein Ort, an dem ein bearbeiteter Abschnitt im Enddurchgang keinen Abschnitt umfasst, an dem die Bearbeitung im Durchgang unmittelbar vor dem Enddurchgang durchgeführt wurde (d. h. der Ort, an dem die durchgezogene Linie 71 mit der geraden Linie des Enddurchgangs überlappt), infolgedessen Späne nicht zerkleinert werden können. Dies liegt an der Positionsabweichung, die die Abweichung zwischen dem Positionsbefehl und der tatsächlichen Position im Oszillationsbetrieb ist.
Dagegen wird in einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, wie durch die gestrichelte Linie 82 in 8 angegeben, ein Ort, an dem der bearbeitete Abschnitt im Enddurchgang einen Abschnitt umfasst, an dem die Bearbeitung im Durchgang unmittelbar vor dem Enddurchgang durchgeführt wurde, idealerweise erzeugt und in der Praxis, wie durch die durchgezogene Linie 81 und die gestrichelte Linie, die von einem Kreis in 8 umgeben ist, angegeben, wird ein Ort, an dem der bearbeitete Abschnitt im Enddurchgang einen Abschnitt umfasst, an dem die Bearbeitung im Durchgang unmittelbar vor dem Enddurchgang durchgeführt wurde, erzeugt, wodurch Späne zerkleinert werden. Dies liegt daran, dass die Positionsabweichung im Nicht-Oszillations-Betrieb durch Vorsehen des Oszillationsbetriebs und des Nicht-Oszillations-Betriebs im gleichen Durchgang konvergiert. Dies ermöglicht eine zuverlässige Zerkleinerung der Späne im Enddurchgang.
Die Periode des Nicht-Oszillations-Betriebs kann einfach durch einen vorgegebenen Wert hinsichtlich der Zeit oder des Abstandes bestimmt werden oder kann auf der Basis dessen bestimmt werden, ob die Positionsabweichung gleich oder geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ist oder nicht. Ferner wurde die obige Erläuterung unter Heranziehen der Fertigverarbeitung im Enddurchgang des Gewindeschneidens als Beispiel beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt und kann auf alle Fälle angewendet werden, in denen der Einschneidvorgang ohne Oszillation im nächsten Durchgang nach dem Einschneidvorgang mit Oszillation durchgeführt wird.
Zusammengefasst können gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung die folgenden Effekte erreicht werden.
(1) Eine Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine, die einen koordinierten Betrieb mindestens einer Spindel 18 zum relativen Drehen eines Schneidwerkzeugs 16 und eines Werkstücks 14 und mindestens einer Vorschubachse zum Bewegen des Schneidwerkzeugs 16 relativ zum Werkstück 14 durchführt und Gewindeschneiden durchführt, während bewirkt wird, dass das Schneidwerkzeug 16 mehrere Male einen Einschneidprozess am Werkstück 14 in einer radialen Richtung (X-Richtung) durchführt, wobei die Steuervorrichtung 100 umfasst: eine Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102, die bestimmt, ob ein Oszillationsbetrieb ausgeführt werden soll, der bewirkt, dass das Schneidwerkzeug 16 in der radialen Richtung (X-Richtung) des Werkstücks 14 oszilliert; eine Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106, die einen Oszillationsbefehl des Oszillationsbetriebs auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses durch die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 erzeugt; und eine Steuereinheit 110, die den Oszillationsbefehl auf einen Positionsbefehl der Vorschubachse überlagert, um einen Antriebsbefehl der Vorschubachse zu erzeugen. Ferner bestimmt die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102, den Oszillationsbetrieb intermittierend auszuführen, und die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106 erzeugt einen Oszillationsbefehl, so dass ein Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt eines gegenwärtigen Einschneidvorgangs einen Abschnitt umfasst, an dem ein Oszillationsschneiden in einem vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde, oder so dass ein Oszillationsschneidabschnitt des gegenwärtigen Einschneidvorgangs einen Abschnitt umfasst, an dem ein Nicht-Oszillations-Schneiden im vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde. Folglich ist es im Vergleich zur herkömmlichen Technologie durch Durchführen eines intermittierenden Oszillationsbetriebs möglich, Späne zuverlässig zu zerkleinern, ohne die Zykluszeit zu verlängern. Da die Anzahl von Malen des Oszillationsbetriebs verringert werden kann, ist es außerdem möglich, die Belastung an der Werkzeugmaschine aufgrund des Oszillationsbetriebs zu verringern. Ferner kann in der herkömmlichen Technologie ein Fall bestehen, in dem ein unvollständiges Schneiden aufgrund einer großen Positionsabweichung auftritt, die durch die Reaktionsverzögerung oder dergleichen während des Oszillationsbetriebs verursacht wird, infolgedessen Späne nicht zerkleinert werden können. Da gemäß der vorliegenden Offenbarung die Positionsabweichung zur Zeit des Nicht-Oszillations-Betriebs konvergiert wird, ist es jedoch möglich, die Späne zuverlässig zu zerkleinern, wenn der Nicht-Oszillations-Betrieb im gegenwärtigen Durchgang nach dem Oszillationsbetrieb im vorherigen Durchgang ausgeführt wird.
(2) Die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 ist dazu konfiguriert, die Ausführung eines Oszillationsbetriebs zu bestimmen, um das Oszillationsschneiden im gegenwärtigen Einschneidvorgang in einer Position durchzuführen, die von einem Abschnitt unterschiedlich ist, an dem das Oszillationsschneiden in einem vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde. Da es möglich ist, im gegenwärtigen Schneiden zuverlässiger einen Abschnitt einzuschließen, an dem das Schneiden vorher durchgeführt wurde, ist es somit möglich, den sogenannten Leerlauf zuverlässiger zu erzeugen und Späne zuverlässiger zu zerkleinern.
(3) Die Steuervorrichtung 100 umfasst ferner eine Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104, die eine Bedingung eines Oszillationsbetriebs, die an die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit 106 ausgegeben werden soll, auf der Basis eines Bearbeitungsprogramms, eines Bearbeitungsparameters und/oder eines Rückmeldungswerts von der Werkzeugmaschine berechnet, und die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 ist dazu konfiguriert, ein Intervall des Oszillationsbetriebs zu ändern. Folglich ist es möglich, die Bedingungen wie z. B. das Intervall, die Amplitude und den Zyklus des Oszillationsbetriebs zu berechnen, und somit ist es möglich, Späne zuverlässiger zu zerkleinern. Insbesondere ist es möglich, die Länge der Späne durch Ändern des Intervalls des Oszillationsbetriebs einzustellen.
(4) Die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 ist dazu konfiguriert, das Intervall des Oszillationsbetriebs zwischen verschiedenen Bearbeitungsdurchgängen zu ändern. Folglich ist es möglich, Späne zuverlässiger zu zerkleinern und die Länge der Späne einzustellen.
(5) Die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 ist dazu konfiguriert, das Intervall des Oszillationsbetriebs innerhalb eines gleichen Bearbeitungsdurchgangs zu ändern. Folglich ist es möglich, Späne zuverlässiger zu zerkleinern und die Länge der Späne einzustellen.
(6) Die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 104 ist dazu konfiguriert, das Intervall des Oszillationsbetriebs gemäß einem Durchmesser des Werkstücks 14 zu ändern. Folglich ist es möglich, die Länge der Späne durch längeres Festlegen des Intervalls des Oszillationsbetriebs konstant zu halten, wodurch eine Situation vermieden wird, in der die Umfangslänge des Werkstücks 14 kürzer wird, wenn die Anzahl von Malen des Schneidens zunimmt, wodurch es möglich ist, ein effizienteres und gleichmäßigeres Gewindeschneiden durchzuführen.
(7) Die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 ist dazu konfiguriert zu bestimmen, das Einschneiden durch einen Oszillationsbetrieb intermittierend auszuführen, und danach das Einschneiden durch einen Nicht-Oszillations-Betrieb in einem nächsten Durchgang auszuführen. Folglich ist es möglich, Späne zuverlässig zu zerkleinern, wenn das Nicht-Oszillations-Schneiden im nächsten Durchgang nach dem Durchführen des Oszillationsschneidens durchgeführt wird. Beispielsweise ist es möglich, Späne selbst in der Fertigverarbeitung des Enddurchgangs zuverlässig zu zerkleinern.
(8) Die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit 102 ist dazu konfiguriert zu bestimmen, das Nicht-Oszillations-Schneiden auszuführen, bis eine Positionsabweichung in einem Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt durch einen intermittierenden Oszillationsbetrieb gleich oder geringer als ein vorgegebener Schwellenwert wird. Folglich ist es möglich, Späne im Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt durch einen intermittierenden Oszillationsbetrieb zuverlässiger zu zerkleinern.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt ist und Variationen und Verbesserungen innerhalb eines Umfangs, der die Aufgabe der vorliegenden Erfindung erreichen kann, in der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
Bezugszeichenliste

10: Gewindenut
12: Schraube
14: Werkstück
16: Schneidwerkzeug
18: Spindel
100: Steuervorrichtung
102: Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit
104: Oszillationsbedingungsberechnungseinheit
106: Oszillationsbefehlserzeugungseinheit
108: Addierer
110: Steuereinheit
120: Motor
X: X-Achse
Z: Z-Achse
C: C-Achse
L, L1, L2: Intervall des Oszillationsbetriebs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/056526 [0002]
WO 2016056526 A [0003, 0004, 0005]

Claims

Steuervorrichtung (100) für eine Werkzeugmaschine, die einen koordinierten Betrieb mindestens einer Spindel (18) zum relativen Drehen eines Schneidwerkzeugs (16) und eines Werkstücks (14) und mindestens einer Vorschubachse zum Bewegen des Schneidwerkzeugs (16) relativ zum Werkstück (14) durchführt und ein Gewindeschneiden durchführt, während bewirkt wird, dass das Schneidwerkzeug (16) mehrere Male einen Einschneidprozess am Werkstück (14) in einer radialen Richtung durchführt, wobei die Steuervorrichtung (100) umfasst: eine Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit (102), die bestimmt, ob ein Oszillationsbetrieb ausgeführt werden soll, der bewirkt, dass das Schneidwerkzeug (16) in der radialen Richtung des Werkstücks (14) oszilliert; eine Oszillationsbefehlserzeugungseinheit (106), die einen Oszillationsbefehl des Oszillationsbetriebs auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses durch die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit (102) erzeugt; und eine Steuereinheit (110), die den Oszillationsbefehl auf einen Positionsbefehl der Vorschubachse überlagert, um einen Antriebsbefehl der Vorschubachse zu erzeugen, wobei die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit (102) bestimmt, den Oszillationsbetrieb intermittierend auszuführen, und wobei die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit (106) einen Oszillationsbefehl erzeugt, so dass ein Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt eines gegenwärtigen Einschneidvorgangs einen Abschnitt umfasst, an dem ein Oszillationsschneiden in einem vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde, oder so dass ein Oszillationsschneidabschnitt des gegenwärtigen Einschneidvorgangs einen Abschnitt umfasst, an dem ein Nicht-Oszillations-Schneiden im vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde.
Steuervorrichtung (100) für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit (102) die Ausführung eines Oszillationsbetriebs bestimmt, um das Oszillationsschneiden in einem gegenwärtigen Einschneidvorgang in einer Position durchzuführen, die von einer Position verschieden ist, an der das Oszillationsschneiden in einem vorherigen Einschneidvorgang durchgeführt wurde.
Steuervorrichtung (100) für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Oszillationsbedingungsberechnungseinheit (104) umfasst, die eine Bedingung eines Oszillationsbetriebs, die an die Oszillationsbefehlserzeugungseinheit (106) ausgegeben werden soll, auf der Basis eines Bearbeitungsprogramms, eines Bearbeitungsparameters und/oder eines Rückmeldungswerts von der Werkzeugmaschine berechnet, wobei die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit (104) ein Intervall des Oszillationsbetriebs ändert.
Steuervorrichtung (100) für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, wobei die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit (104) das Intervall des Oszillationsbetriebs zwischen verschiedenen Bearbeitungsdurchgängen ändert.
Steuervorrichtung (100) für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit (104) das Intervall des Oszillationsbetriebs innerhalb eines gleichen Bearbeitungsdurchgangs ändert.
Steuervorrichtung (100) für die Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit (104) das Intervall des Oszillationsbetriebs gemäß einem Durchmesser des Werkstücks (14) ändert.
Steuervorrichtung (100) für eine Werkzeugmaschine, die einen koordinierten Betrieb mindestens einer Spindel (18) zum relativen Drehen eines Schneidwerkzeugs (16) und eines Werkstücks (14) und mindestens einer Vorschubachse zum Bewegen des Schneidwerkzeugs (16) relativ zum Werkstück (14) durchführt und Gewindeschneiden durchführt, während bewirkt wird, dass das Schneidwerkzeug (16) mehrere Male einen Einschneidprozess am Werkstück (14) in einer radialen Richtung durchführt, wobei die Steuervorrichtung (100) umfasst: eine Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit (102), die bestimmt, ob ein Oszillationsbetrieb ausgeführt werden soll, der bewirkt, dass das Schneidwerkzeug (16) in der radialen Richtung des Werkstücks (14) oszilliert, wobei die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit (102) bestimmt, das Einschneiden intermittierend durch einen Oszillationsbetrieb auszuführen, und danach das Einschneiden durch einen Nicht-Oszillations-Betrieb in einem nächsten Durchgang auszuführen.
Steuervorrichtung (100) für die Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oszillationsbetriebsausführungsbestimmungseinheit (102) bestimmt, das Nicht-Oszillations-Schneiden auszuführen, bis eine Positionsabweichung in einem Nicht-Oszillations-Schneidabschnitt durch einen intermittierenden Oszillationsbetrieb gleich oder geringer als ein vorgegebener Schwellenwert wird.