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{Technisches Gebiet}
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Die vorliegende Erfindung betrifft Steuerungen für Bearbeitungseinrichtungen und Steuerverfahren für Bearbeitungseinrichtungen.
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{Stand der Technik}
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Eine bekannte Bearbeitungseinrichtung im Stand der Technik führt einen Schneidvorgang (Innengewindeschneiden) an einem Werkstück durch (siehe z.B. Patentliteratur 1 bis Patentliteratur 3). Patentliteratur 3 offenbart ein Steuerverfahren für eine Bearbeitungseinrichtung, welches die Zykluszeit des Schneidvorgangs (Innengewindeschneidens) verkürzen kann, indem ein Werkzeug entlang einer gleichmäßigen, kontinuierlichen Bahn zu einem Werkstück bewegt wird.
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{Literaturliste }
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{Patentliteratur}
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- {PTL 1} Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nummer 2015-187799
- {PTL 2} Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nummer 2011-073069
- {PTL 3} Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nummer Hei 09-120310
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{Kurzdarstellung der Erfindung}
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{Technisches Problem}
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Wenn ein Schneidvorgang, insbesondere Innengewindeschneiden, an einer Mehrzahl von Schneidpositionen (Innengewindeschneidpositionen), eines Werkstücks nacheinander durchgeführt wird, variiert die Bewegungssteuerung eines für eine verbesserte Zykluszeit geeigneten Werkzeugs in Abhängigkeit von Bearbeitungsbedingungen, wie beispielsweise dem Abstand zwischen den Schneidpositionen (Innengewindeschneidpositionen).
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{Lösung des Problems}
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Steuerung für eine Bearbeitungseinrichtung bereit. Die Bearbeitungseinrichtung umfasst einen Tisch, welcher ein Werkstück hält, eine Hauptwelle, welche ein Schneidwerkzeug, insbesondere ein Innengewindeschneidwerkzeug, hält, einen ersten Vorschubmotor, welcher den Tisch und die Hauptwelle in einer ersten Richtung parallel zu einer Längsachse der Hauptwelle relativ bewegt, einen zweiten Vorschubmotor, welcher den Tisch und die Hauptwelle in einer zweiten die Längsachse schneidenden Richtung relativ bewegt, und einen Hauptwellenmotor, welcher die Hauptwelle um die Längsachse dreht. Die Steuerung umfasst eine Steuereinheit, welche den ersten Vorschubmotor steuert, um ein distales Ende des Werkzeugs zwischen einer zurückgezogenen Position, in welcher das distale Ende des Werkzeugs von dem Werkstück zurückgezogen ist, und einer vorgegebenen Tiefenposition in dem Werkstück zu bewegen, den zweiten Vorschubmotor steuert, um jede einer Mehrzahl von Schneidpositionen, insbesondere Innengewindeschneidpositionen, des Werkstücks relativ zu dem Werkzeug zu positionieren, und den Hauptwellenmotor steuert, um die Drehung des Werkzeugs zu steuern. Die Steuereinheit wiederholt nacheinander einen Schneidschritt, insbesondere Innengewindeschneidschritt, zum Durchführen eines Schneidvorgangs, insbesondere eines Innengewindeschneidvorgangs, an einer der Schneidpositionen, insbesondere Innengewindeschneidpositionen, indem das distale Ende des Werkzeugs aus der zurückgezogenen Position in die vorgegebene Tiefenposition während des Drehens des Werkzeugs in einer normalen Richtung bewegt wird, einen Zurückziehschritt zum Zurückziehen des Werkzeugs aus dem Werkstück, indem das distale Ende des Werkzeugs aus der vorgegebenen Tiefenposition in die zurückgezogene Position ohne Stoppen während des Drehens des Werkzeugs in einer entgegengesetzten Richtung bewegt wird, und einen Positionierungsschritt zum Positionieren einer nachfolgenden Position der Schneidpositionen, insbesondere Innengewindeschneidpositionen, relativ zu dem Werkzeug und Wechseln einer Drehrichtung des Werkzeugs von der entgegengesetzten Richtung in die normale Richtung. Die Steuereinheit führt ferner einen Vorgang durch, umfassend Beginnen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug bei dem Positionierungsschritt zu dem gleichen Zeitpunkt, zu welchem das distale Ende des Werkzeugs eine Referenzposition zwischen dem Werkstück und der zurückgezogenen Position bei dem Zurückziehschritt passiert, Vollenden der Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug bei dem Positionierungsschritt zu dem gleichen Zeitpunkt, zu welchem das distale Ende des Werkzeugs die Referenzposition bei dem Schneidschritt, insbesondere Innengewindeschneidschritt, passiert, und Steuern einer Terminierung, zu welcher eine Beschleunigung der Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug bei dem Schneidschritt, insbesondere Innengewindeschneidschritt, endet, und einer Terminierung, zu welcher eine Verzögerung der Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug bei dem Zurückziehschritt beginnt, auf der Grundlage eines Abstands zwischen der einen Schneidposition, insbesondere Innengewindeschneidposition, und der nachfolgenden Schneidposition, insbesondere Innengewindeschneidposition, in der zweiten Richtung.
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Figurenliste
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- {1} 1 stellt die Ausgestaltung einer Bearbeitungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch dar.
- {2} 2 stellt eine Relativbewegung zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug gemäß einem Steuerverfahren für eine Bearbeitungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform dar.
- {3} 3 stellt die Bewegungsbahn des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück und die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs in einem ersten Steuermodus dar.
- {4} 4 stellt die Bewegungsbahn des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück und die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs in einem zweiten Steuermodus dar.
- {5} 5 ist ein Graph, welcher zeitliche Änderungen der Geschwindigkeit und Position einer Hauptwelle (Z-Achse) und eines Tisches (X-Achse) in dem ersten Steuermodus darstellt.
- {6} 6 ist ein Graph, welcher zeitliche Änderungen der Geschwindigkeit und Position der Hauptwelle (Z-Achse) und des Tisches (X-Achse) in dem zweiten Steuermodus darstellt.
- {7} 7 stellt eine Modifikation der Bewegungsbahn des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück und der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs in dem ersten Steuermodus dar.
- {8} 8 ist ein Graph, welcher zeitliche Änderungen der Geschwindigkeit und Position der Hauptwelle (Z-Achse) und des Tisches (X-Achse) in einem Vergleichsbeispiel darstellt.
- {9} 9 ist ein Graph, welcher zeitliche Änderungen der Geschwindigkeit und Position der Hauptwelle (Z-Achse) und des Tisches (X-Achse) in einem anderen Vergleichsbeispiel darstellt.
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{Beschreibung von Ausführungsformen}
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Eine Bearbeitungseinrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die Bearbeitungseinrichtung 1 ist zum Beispiel ein Bearbeitungszentrum, welches ein Werkzeugmagazin, welches eine Mehrzahl von Werkzeugen aufnimmt, und eine Hauptwelle umfasst, welche eines der Werkzeuge hält, und weist eine Funktion zum automatischen Austauschen von Werkzeugen zwischen dem Werkzeugmagazin und der Hauptwelle auf.
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Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst die Bearbeitungseinrichtung 1 eine Hauptwelle 2, welche ein Werkzeug T hält, einen Tisch 3, welcher ein Werkstück W hält, einen Hauptwellenmotor 4, welcher die Hauptwelle 2 um die Längsachse der Hauptwelle 2 dreht, einen Z-Achsen-Vorschubmotor (erster Vorschubmotor) 5, welcher die Hauptwelle 2 relativ zu dem Tisch 3 in einer Z-Richtung (erste Richtung) bewegt, einen X-Achsen-Vorschubmotor (zweiter Vorschubmotor) 6, welcher den Tisch 3 relativ zu der Hauptwelle 2 in einer X-Richtung (zweite Richtung) bewegt, und eine Steuerung 7, welche die Motoren 4, 5 und 6 steuert.
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Die Z-Richtung verläuft parallel zu der Längsachse der Hauptwelle 2 und die X-Richtung steht senkrecht auf der Längsrichtung der Hauptwelle 2.
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Die Hauptwelle 2 ist in der vertikalen Richtung angeordnet und wird auf einer in der vertikalen Richtung beweglichen Weise durch einen (nicht gezeigten) Trägermechanismus getragen. Daher ist bei der Bearbeitungseinrichtung 1 in 1 die Z-Richtung die vertikale Richtung, wohingegen die X-Richtung die horizontale Richtung ist. Das untere Ende der Hauptwelle 2 hält das Werkzeug T. Wie es in 2 gezeigt ist, ist das Werkzeug T ein Schneidwerkzeug, insbesondere ein Innengewindeschneidwerkzeug, welches zum Erstellen eines Schraubengewindes in einer in dem Werkstück W ausgebildeten Führungsbohrung H verwendet wird. Das Werkzeug T ist koaxial zu der Hauptwelle 2 und bewegt sich, indem es zusammen mit der Hauptwelle 2 dreht.
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Der Tisch 3 ist horizontal unterhalb der Hauptwelle 2 angeordnet. Das Werkstück W, welches auf der oberen Fläche des Tisches 3 angeordnet ist, ist unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Spannvorrichtung an dem Tisch 3 befestigt.
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Der Hauptwellenmotor 4 ist ein mit dem oberen Ende der Hauptwelle 2 verbundener Spindelmotor.
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Der Z-Achsen-Vorschubmotor 5 und der X-Achsen-Vorschubmotor 6 sind Servomotoren. Ein Y-Achsen-Vorschubmotor zum Bewegen des Tisches 3 in einer Y-Richtung kann ferner vorgesehen sein. Die Y-Richtung ist eine horizontale Richtung senkrecht zu der Z-Richtung und der X-Richtung.
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Die Steuerung 7 ist zum Beispiel eine numerische Steuerung. Die Steuerung 7 weist eine Speichereinheit 7a und eine Steuereinheit 7b auf.
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Die Speichereinheit 7a weist zum Beispiel einen Schreib-Lese-Speicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und andere Speichereinrichtungen auf. Wie es in 2 gezeigt ist, speichert die Speichereinheit 7a darin ein Bearbeitungsprogramm zum Durchführen von Schneidvorgängen, insbesondere Innengewindeschneidvorgängen, nacheinander in Führungsbohrungen H, welche sich an einer Mehrzahl von Schneidpositionen, insbesondere Innengewindeschneidpositionen, Pi (i = 1, 2, ..., n, n+1, ...) des Werkstücks W befinden. Die Schneidpositionen Pi sind in der X-Richtung eingerichtet, während sie durch einen Abstand ΔP voneinander getrennt sind.
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Die Steuereinheit 7b weist einen Prozessor auf, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit. Die Steuereinheit 7b sendet gemäß dem Bearbeitungsprogramm Steuerbefehle an die Motoren 4, 5 und 6, um den Betrieb der Hauptwelle 2 und des Tisches 3 zu steuern, wodurch Schneidvorgänge nacheinander in den Führungsbohrungen H an der Mehrzahl von Schneidpositionen Pi unter Verwendung des Werkzeugs T durchgeführt werden.
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Im Detail steuert die Steuereinheit 7b den Hauptwellenmotor 4, um die Drehrichtung und die Drehzahl der Hauptwelle 2 und des Werkzeugs T zu steuern.
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Die Steuereinheit 7b steuert den Z-Achsen-Vorschubmotor 5, um die Hauptwelle 2 zu veranlassen, in der Z-Richtung wiederholt sich zu senken und zu steigen, so dass sich das distale Ende des Werkzeugs T zwischen einer vorgegebenen R'-Position (zurückgezogene Position) und einer dem Boden jeder Führungsbohrung H entsprechenden vorgegebenen Tiefenposition in dem Werkstück W hin- und herbewegt. Die R'-Position befindet sich oberhalb der oberen Fläche des Werkstücks W und liegt dort, wohin das distale Ende des Werkzeugs T zurückgezogen wird, nachdem der Schneidvorgang an jeder Schneidposition Pi durchgeführt ist.
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Die Steuereinheit 7b steuert den X-Achsen-Vorschubmotor 6, um den Tisch 3 wiederholt zu veranlassen, sich in der X-Richtung zu bewegen und vorübergehend zu stoppen, so dass jede der Mehrzahl von Schneidpositionen Pi vertikal unterhalb des Werkzeugs T angeordnet ist.
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Als nächstes wird ein Verfahren, wie die Motoren 4, 5 und 6 durch die Steuereinheit 7b gemäß dem Bearbeitungsprogramm gesteuert werden, im Detail beschrieben.
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Wie es in 2 gezeigt ist, wiederholt die Steuereinheit 7b nacheinander einen Schneidschritt, insbesondere einen Innengewindeschneidschritt, S1, einen Zurückziehschritt S2 und einen Positionierungsschritt S3. In 2 ist eine später zu beschreibende Bahn der Relativbewegung zwischen dem Werkzeug T und dem Werkstück W während eines ersten Steuermodus dargestellt.
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Bei dem Schneidschritt S1 veranlasst die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, sich während des Drehens der Hauptwelle 2 in der normalen Richtung in einem Zustand, in welchem eine Schneidposition Pn in der X-Richtung relativ zu dem Werkzeug T positioniert ist, zu senken, wodurch das sich in der normalen Richtung drehende distale Ende des Werkzeugs T veranlasst wird, sich aus der R'-Position in die vorgegebene Tiefenposition zu senken. Folglich wird ein Schneidvorgang, insbesondere ein Innengewindeschneidvorgang, in der Führungsbohrung (H) an der Schneidposition Pn durchgeführt.
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In diesem Fall veranlasst zum gleichen Zeitpunkt, zu welchem das distale Ende des Werkzeugs T sich aus der R'-Position zu bewegen beginnt, die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, ein Beschleunigen in der Z-Richtung zu beginnen, so dass die Hauptwelle 2 auf eine Schneidvorschubgeschwindigkeit beschleunigt. Dann veranlasst die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, sich mit der Schneidvorschubgeschwindigkeit zu senken, und veranlasst anschließend die Hauptwelle 2, von der Schneidvorschubgeschwindigkeit in der Z-Richtung zu verzögern, so dass die Geschwindigkeit in der Z-Richtung an dem distalen Ende des Werkzeugs T an der vorgegebenen Tiefenposition null erreicht. Die Schneidvorschubgeschwindigkeit wird gemäß der Drehzahl der Hauptwelle 2 und der Steigung des Werkzeugs T festgelegt. Zum Beispiel entspricht die Schneidvorschubgeschwindigkeit der maximalen Drehzahl der Hauptwelle 2.
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Die Steuereinheit 7b erhöht die Drehzahl der Hauptwelle 2 synchron mit der Beschleunigung der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung und verringert die Drehzahl der Hauptwelle 2 synchron mit der Verzögerung der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung.
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Anschließend veranlasst die Steuereinheit 7b bei dem Zurückziehschritt S2 die Hauptwelle 2, die Drehung zu stoppen, wenn das distale Ende des Werkzeugs T die vorgegebene Tiefenposition erreicht, und dreht dann die Hauptwelle 2 in die entgegengesetzte Richtung. Anschließend veranlasst die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, zu steigen, während die Hauptwelle 2 in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, und veranlasst das distale Ende des Werkzeugs t, aus der vorgegebenen Tiefenposition in eine R-Position zu steigen, ohne das Werkzeug T jemals zu veranlassen, die Bewegung in der Z-Richtung zu stoppen. Folglich wird das Werkzeug T aus der Führungsbohrung H entfernt und auf eine Höhe zurückgezogen, in welcher das distale Ende des Werkzeugs T das Werkstück W nicht behindert.
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In diesem Fall veranlasst zum gleichen Zeitpunkt, zu welchem das distale Ende des Werkzeugs T sich aus der vorgegebenen Tiefenposition zu bewegen beginnt, die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, ein Beschleunigen in der Z-Richtung zu beginnen, so dass die Hauptwelle 2 auf die Schneidvorschubgeschwindigkeit beschleunigt. Dann veranlasst die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, mit der Schneidvorschubgeschwindigkeit zu steigen, und veranlasst anschließend die Hauptwelle 2, von der Schneidvorschubgeschwindigkeit in der Z-Richtung zu verzögern, so dass die Geschwindigkeit in der Z-Richtung an dem distalen Ende des Werkzeugs T an der R'-Position null erreicht.
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Die Steuereinheit 7b erhöht die Drehzahl der Hauptwelle 2 synchron mit der Beschleunigung der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung und verringert die Drehzahl der Hauptwelle 2 synchron mit der Verzögerung der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung.
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Anschließend bewegt bei dem Positionierungsschritt S3 die Steuereinheit 7B den Tisch 3 in einem Schnellvorschub-Modus in der X-Richtung, um eine nachfolgende Schneidposition Pn+1 vertikal unterhalb des Werkzeugs T zu positionieren. Die Steuereinheit 7b wechselt die Drehrichtung der Hauptwelle 2 von der entgegengesetzten Richtung zu der normalen Richtung.
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In dem Schnellvorschub-Modus bewegt der X-Achsen-Vorschubmotor 6 den Tisch 3 in der X-Richtung mit einer Schnellvorschub-Geschwindigkeit. Die Schnellvorschub-Geschwindigkeit ist die durch den X-Achsen-Vorschubmotor 6 erreichbare maximale Geschwindigkeit des Tisches 3. In dem Schnellvorschub-Modus veranlasst der X-Achsen-Vorschubmotor 6 den Tisch 3, gemäß einer maximalen Beschleunigungsrate des X-Achsen-Vorschubmotors 6 auf die Schnellvorschub-Geschwindigkeit zu beschleunigen, und veranlasst den Tisch 3, gemäß einer maximalen Verzögerungsrate des X-Achsen-Vorschubmotors 6 von der Schnellvorschub-Geschwindigkeit zu verzögern.
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Die Steuereinheit 7b beginnt den Positionierungsschritt S3 vor dem Ende des Zurückziehschritts S2.
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Im Detail veranlasst die Steuereinheit 7b zum gleichen Zeitpunkt, zu welchem das bei dem Zurückziehschritt S2 steigende distale Ende des Werkzeugs T eine vorgegebene R-Position (Referenzposition) passiert, den Tisch 3 bei dem Positionierungsschritt S3 mit der Bewegung zu beginnen. Die R-Position befindet sich zwischen der oberen Fläche des Werkstücks W und der R'-Position und befindet sich oberhalb der oberen Fläche des Werkstücks W. Zum Beispiel liegt der Abstand zwischen der oberen Fläche des Werkstücks W und der R-Position in der Z-Richtung zwischen 1 mm und 5 mm. Dementsprechend überlappen die Bewegung der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung und die Bewegung des Tisches 3 in der X-Richtung zeitlich einander, bis das distale Ende des Werkzeugs T von der R-Position die R'-Position erreicht, und wird die Bahn, entlang welcher sich das distale Ende des Werkzeugs T relativ zu dem Werkstück W von der R-Position in die R'-Position bewegt, kreisbogenförmig oder im Wesentlichen kreisbogenförmig.
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Die Steuereinheit 7b beginnt den nachfolgenden Positionierungsschritt S1 vor dem Ende des Zurückziehschritts S3.
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Im Detail veranlasst die Steuereinheit 7b das Werkzeug T, derartig zu steigen zu beginnen, dass das Positionieren der Schneidposition Pn+1 bei dem Positionierungsschritt S3 zu dem gleichen Zeitpunkt abgeschlossen ist, zu welchem das bei dem nachfolgenden Schneidschritt S1 sinkende distale Ende des Werkzeugs T die R-Position passiert. Dementsprechend überlappen die Bewegung des Tisches 3 in der X-Richtung und die Bewegung der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung einander zeitlich, bis das distale Ende des Werkzeugs T von der R'-Position die R-Position erreicht, und wird die Bahn, entlang welcher sich das distale Ende des Werkzeugs T relativ zu dem Werkstück W von der R'-Position in die R-Position bewegt, kreisbogenförmig oder im Wesentlichen kreisbogenförmig.
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Die Steuereinheit 7b steuert die Drehrichtung der Hauptwelle 2 bei dem Positionierungsschritt S3 derart, dass das distale Ende des Werkzeugs T die R-Position passiert, während sich das Werkzeug T bei dem Schneidschritt S1 in der normalen Richtung dreht.
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Wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, steuert die Steuereinheit 7b die Terminierung, zu welcher die Hauptwelle 2 das Beschleunigen in der Z-Richtung bei dem Schneidschritt S1 beendet, und die Terminierung, zu welcher die Hauptwelle 2 das Verzögern in der Z-Richtung bei dem Zurückziehschritt S2 beginnt, gemäß entweder einem ersten Steuermodus oder einem zweiten Steuermodus auf der Grundlage des Abstands ΔP zwischen den Schneidpositionen Pn und Pn+1 in der X-Richtung. Durch Verwenden der Steuermodi gemäß des Abstands ΔP auf diese Weise kann die vorstehend genannte kreisbogenförmige oder im Wesentlichen kreisbogenförmige Bewegungsbahn unabhängig von dem Abstand ΔP erzielt werden.
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Zum Beispiel erfolgt die Auswahl von entweder dem ersten Steuermodus oder dem zweiten Steuermodus automatisch durch die Steuereinheit 7b auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms oder erfolgt durch eine Bedienperson und wird der ausgewählte Modus in der Steuerung 7 festgelegt.
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In den 3 und 4 kennzeichnet ein durchgehender Pfeil eine Bewegungsbahn des Werkzeugs T mit einer festen Schneidvorschubgeschwindigkeit, kennzeichnet ein gestrichelter Pfeil eine Bewegungsbahn des Werkzeugs T während der Verzögerung und kennzeichnet ein strichpunktierter Pfeil eine Bewegungsbahn des Werkzeugs T während der Beschleunigung.
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5 stellt zeitliche Änderungen der Geschwindigkeit und Position der Hauptwelle 2 (Z-Achse) und des Tisches 3 (X-Achse) in dem ersten Steuermodus dar. 6 stellt zeitliche Änderungen der Geschwindigkeit und Position der Hauptwelle 2 (Z-Achse) und des Tisches 3 (X-Achse) in dem zweiten Steuermodus dar. In den 5 und 6 kennzeichnet die Abszissenachse die Zeit.
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Wie es in 3 gezeigt ist, wird der erste Steuermodus ausgewählt, wenn der Abstand ΔP zwischen den Schneidpositionen Pn und Pn+1 relativ groß ist. Im Detail wird der erste Steuermodus ausgewählt, wenn die Summe aus der Länge der Beschleunigungsdauer der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung bei dem Schneidschritt S1 und der Länge der Verzögerungsdauer der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung bei dem Zurückziehschritt S2 kleiner oder gleich der Länge der Positionierungsdauer bei dem Positionierungsschritt S3 ist.
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Die Verzögerungsdauer der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung ist die für die Geschwindigkeit der Hauptwelle 2 erforderliche Zeit, um mit einer vorgegebenen Verzögerungsrate von der Schneidvorschubgeschwindigkeit auf null abzunehmen. Die vorgegebene Verzögerungsrate ist zum Beispiel eine maximale Verzögerungsrate des Z-Achsen-Vorschubmotors 5. Die Beschleunigungsdauer der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung ist die für die Geschwindigkeit der Hauptwelle 2 erforderliche Zeit, um mit einer vorgegebenen Beschleunigung von null auf die Schneidvorschubgeschwindigkeit zuzunehmen. Die vorgegebene Beschleunigung ist zum Beispiel eine maximale Beschleunigungsrate des Z-Achsen-Vorschubmotors 5.
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Die Länge der Positionierungsdauer ist die Länge einer Zeitdauer vom Beginn der Bewegung des Tisches 3 bis zum Stillstand des Tisches 3, nachdem die nachfolgende Schneidposition Pn+1 relativ zu dem Werkzeug T bei dem Positionierungsschritt S3 positioniert ist.
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Bei dem Zurückziehschritt S2 in dem ersten Steuermodus veranlasst die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2 das Verzögern in der Z-Richtung zu dem gleichen Zeitpunkt zu beginnen, zu welchem das distale Ende des Werkzeugs T die R-Position passiert. Bei dem Schneidschritt S1 veranlasst die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, das Beschleunigen in der Z-Richtung zu dem gleichen Zeitpunkt zu beenden, zu welchem das distale Ende des Werkzeugs T die R-Position passiert.
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Wie es in 4 gezeigt ist, wird der zweite Steuermodus ausgewählt, wenn der Abstand ΔP zwischen den Schneidpositionen Pn und Pn+1 relativ klein ist. Im Detail wird der zweite Steuermodus ausgewählt, wenn die Summe aus der Länge der Beschleunigungsdauer der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung bei dem Schneidschritt S1 und der Länge der Verzögerungsdauer der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung bei dem Zurückziehschritt S2 größer als die Länge der Positionierungsdauer bei dem Positionierungsschritt S3 ist.
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Bei dem Zurückziehschritt S2 in dem zweiten Steuermodus veranlasst die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, das Verzögern in der Z-Richtung zu beginnen, bevor das distale Ende des Werkzeugs T die R-Position passiert. Bei dem Schneidschritt S1 veranlasst die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, das Beschleunigen in der Z-Richtung zu beenden, nachdem das distale Ende des Werkzeugs T die R-Position passiert. Der Terminierung, zu welcher die Verzögerung beginnt, wird mit abnehmendem Abstand ΔP früher. Vorzugsweise steuert die Steuereinheit 7b die Terminierung, zu welcher die Hauptwelle 2 das Verzögern bei dem Zurückziehschritt S2 beginnt, derartig, dass die Länge einer Zeitdauer vom Passieren des distalen Endes des Werkzeugs T der R-Position bei dem Zurückziehschritt S2 bis zum Passieren des distalen Endes des Werkzeugs T der R-Position bei dem nachfolgenden Schneidschritt S1 gleich der Länge der Positionierungsdauer ist.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Bearbeitungseinrichtung 1 beschrieben. Die Steuereinheit 7b veranlasst den X-Achsen-Vorschubmotor 6 wiederholt, den Tisch 3 in der X-Richtung zu bewegen und den Tisch 3 vorübergehend zu stoppen, wodurch die Mehrzahl von Schneidpositionen Pi des Werkstücks W nacheinander vertikal unterhalb des Werkzeugs T positioniert wird. Während der Hauptwellenmotor 4 veranlasst wird, die Hauptwelle 2 und das Werkzeugs T zu drehen, veranlasst die Steuereinheit 7b die Hauptwelle 2, unter Verwendung des Z-Achsen-Vorschubmotors 5 synchron mit der Bewegung des Tisches 3 wiederholt in der Z-Richtung zu sinken und zu steigen. Folglich wird ein Schneidvorgang in den Führungsbohrungen H an der Mehrzahl von Schneidpositionen Pi nacheinander unter Verwendung des Werkzeugs T durchgeführt.
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In dem Zeitraum, in welchem sich das distale Ende des Werkzeugs T in der Z-Richtung zwischen der R'-Position und der R-Position bewegt, überlappen die Bewegung der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung und die Bewegung des Tisches 3 in der X-Richtung zeitlich einander. Dementsprechend kann die Zykluszeit im Vergleich zu einem Fall verkürzt werden, bei welchem der nachfolgende Positionierungsschritt S3 begonnen wird, nachdem der Zurückziehschritt S2 vollständig beendet ist, und der nachfolgende Schneidschritt S1 begonnen wird, nachdem der Positionierungsschritt S3 vollständig beendet ist.
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Die Terminierung, zu welcher die steigende Hauptwelle 2 verzögert, und die Terminierung, zu welcher die sinkende Hauptwelle 2 das Beschleunigen beendet, werden auf der Grundlage der Steuermodi gemäß des Abstands ΔP zwischen den Schneidpositionen Pn und Pn+1 gesteuert. Indem eine derartige Steuerung durchgeführt wird, erstreckt sich die Bewegungsbahn des Werkzeugs T relativ zu dem Werkstück W von der Schneidposition Pn zu der Schneidposition Pn+1 kontinuierlich und gleichmäßig, das heißt das Werkzeug T bewegt sich relativ zu dem Werkstück W von der Schneidposition Pn zu der Schneidposition Pn+1, ohne vorübergehend zu stoppen unabhängig von dem Abstand ΔP. Dementsprechend kann der Tisch 3 konstant in einem Schnellvorschub-Modus unabhängig von dem Abstand ΔP bewegt werden, wodurch die Zykluszeit weiter verkürzt wird.
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8 stellt ein Vergleichsbeispiel des Steuerverfahrens in dem ersten Steuermodus in 3 dar und 9 stellt ein Vergleichsbeispiel des Steuerverfahrens in dem zweiten Steuerungsmodus in 4 dar.
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In 8 beginnt der Positionierungsschritt S3 gleichzeitig mit dem Ende des Zurückziehschritts S2 und beginnt der Schneidschritt S1 gleichzeitig mit dem Ende des Positionierungsschritts S3.
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In 9 beginnt die Hauptwelle 2 das Verzögern zum gleichen Zeitpunkt, zu welchem das distale Ende des Werkzeugs T die R-Position bei dem Zurückziehschritt S2 passiert, und beendet die Hauptwelle 2 das Beschleunigen zum gleichen Zeitpunkt, zu welchem das distale Ende des Werkzeugs T die R-Position bei dem Schneidschritt S1 passiert.
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Basierend auf einem Vergleich zwischen 3 und 8 und einem Vergleich zwischen 4 und 9 ist es klar, dass die Zykluszeit gemäß dem ersten Steuermodus und dem zweiten Steuermodus bei dieser Ausführungsform verkürzt ist.
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Die R-Position ist oberhalb der oberen Fläche des Werkstücks W festgelegt und die Bewegungsbahn des distalen Endes des Werkzeugs T verläuft oberhalb der R-Position kreisbogenförmig oder im Wesentlichen kreisbogenförmig. Dementsprechend kann das sich entlang der kreisbogenförmigen oder im Wesentlichen kreisbogenförmigen Bahn bewegende distale Ende des Werkzeugs T daran gehindert werden, mit den Rändern der Öffnung der Führungsbohrung H unabhängig von Schwankungen der Dicke des Werkstücks W störend einzugreifen.
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Bei der vorstehend genannten Ausführungsform können die Beschleunigungsrate und Verzögerungsrate der Hauptwelle 2 in der Z-Richtung zwischen der R-Position und der R'-Position in dem ersten Steuermodus jeweils niedriger als die maximale Beschleunigungsrate und die maximale Verzögerungsrate innerhalb eines Bereichs sein, in welchem die Zykluszeit nicht ansteigt.
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In einem Fall, dass die Verzögerungsrate kleiner als die maximale Verzögerungsrate ist, nimmt der Verzögerungsweg der Hauptwelle 2 zu. Dies verursacht, dass der Abstand zwischen der R-Position und der R'-Position in der Z-Richtung zunimmt, so dass sich das distale Ende des Werkzeugs T in eine höhere Position zurückzieht.
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Die durch den Z-Achsen-Vorschubmotor 5 während der Beschleunigung und Verzögerung verbrauchte Strommenge und erzeugte Wärmemenge nehmen mit zunehmender Beschleunigungsrate und zunehmender Verzögerungsrate zu. Durch Reduzieren der Beschleunigungsrate und Verzögerungsrate der Hauptwelle 2 können die durch den Z-Achsen-Vorschubmotor 5 verbrauchte Strommenge und erzeugte Wärmemenge reduziert werden.
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Zum Beispiel gibt es in 2 einen Zeitraum, in welchem sich die Hauptwelle 2 in der X-Richtung relativ zu dem Tisch 3 zwischen den Schneidpositionen Pn und Pn+1 linear bewegt. Andererseits ist, wie es in 7 gezeigt ist, selbst wenn die Hauptwelle 2 mit einer reduzierten Verzögerungsrate verzögert und die Hauptwelle 2 anschließend das Beschleunigen sofort mit einer reduzierten Beschleunigungsrate beginnt, die Zykluszeit die gleiche wie jene in 2.
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Wie es zum Beispiel in 7 gezeigt ist, sind die Verzögerungsrate und die Beschleunigungsrate zwischen der R-Position und der R'-Position derartig festgelegt, dass die Bewegungsbahn des Werkzeugs T relativ zu dem Werkstück W zwischen der R-Position und der R'-Position eine gleichmäßige, kreisbogenförmige oder im Wesentlichen kreisbogenförmige Kurve ohne gerade Linien ist. Dementsprechend wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Hauptwelle 2 zwischen Verzögerung und Beschleunigung so moderat wie möglich innerhalb eines Bereichs geändert, in welchem die Zykluszeit nicht verlängert wird, so dass die durch den Z-Achsen-Vorschubmotor 5 verbrauchte Strommenge und erzeugte Wärmemenge effektiver reduziert werden können.
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Als eine Alternative zu der vorstehenden Ausführungsform, bei welcher die zweite Richtung die X-Richtung ist, kann die zweite Richtung eine beliebige Richtung sein, welche senkrecht zu der Z-Richtung ist. Insbesondere kann die zweite Richtung die Y-Richtung oder sowohl die X- als auch die Y-Richtung sein.
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Zum Beispiel in einem Fall, dass die Mehrzahl von Schneidpositionen Pi in der Y-Richtung angeordnet ist, kann die Steuereinheit 7b einen Y-Achsen-Vorschubmotor (zweiter Vorschubmotor) steuern, um den Tisch 3 in der Y-Richtung bei dem Positionierungsschritt S3 zu bewegen.
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Als ein weiteres Beispiel kann in einem Fall, dass die Mehrzahl von Schneidpositionen Pi in der X-Richtung und der Y-Richtung angeordnet ist, die Steuereinheit 7b gleichzeitig sowohl den X-Achsen-Vorschubmotor 6 als auch den Y-Achsen-Vorschubmotor steuern, um den Tisch 3 in der X-Richtung und der Y-Richtung bei dem Positionierungsschritt S3 zu bewegen.
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Als eine Alternative zu der vorstehenden Ausführungsform, bei welcher sich der Tisch 3 in der die Längsachse der Hauptwelle 2 schneidenden X- und Y-Richtung bewegt, kann die Relativbewegung der Hauptwelle 2 und des Tisches 3 in der X- und Y-Richtung durch die Bewegung der Hauptwelle 2 und/oder des Tisches 3 erzielt werden. Ebenso kann als eine Alternative zu der vorstehenden Ausführungsform, bei welcher sich die Hauptwelle 2 in der Z-Richtung bewegt, welche parallel zu der Längsachse der Hauptwelle 2 verläuft, die Relativbewegung der Hauptwelle 2 und des Tisches 3 in der Z-Richtung durch die Bewegung der Hauptwelle 2 und/oder des Tisches 3 erzielt werden.
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Anstelle der Vorschubmotoren 5 und 6 können ein erster Vorschubmotor, welcher den Tisch 3 in der Z-Richtung bewegt, und ein zweiter Vorschubmotor, welcher die Hauptwelle 2 in der X- und Y-Richtung bewegt, vorgesehen werden.
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Als eine Alternative zu der vorstehenden Ausführungsform, bei welcher die erste Richtung die vertikale Richtung (Z-Richtung) und die zweite Richtung die horizontale Richtung (X-Richtung und Y-Richtung) ist, sind die spezifischen Richtungen der ersten Richtung und der zweiten Richtung in Abhängigkeit von den Spezifikationen der Bearbeitungseinrichtung veränderbar. Zum Beispiel ist in einem Fall einer Bearbeitungseinrichtung, bei welcher die Hauptwelle 2 horizontal angeordnet ist, die erste Richtung die horizontale Richtung und die zweite Richtung irgendeine Richtung, welche die erste Richtung schneidet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bearbeitungseinrichtung
- 2
- Hauptwelle
- 3
- Tisch
- 4
- Hauptwellenmotor
- 5
- Z-Achsen-Vorschubmotor (erster Vorschubmotor)
- 6
- X-Achsen-Vorschubmotor (zweiter Vorschubmotor)
- 7b
- Steuereinheit
- H
- Führungsbohrung
- Pn, Pn+1
- Schneidposition
- R'
- zurückgezogene Position
- R
- Referenzposition
- T
- Werkzeug
- W
- Werkstück
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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