DE102020131696A1

DE102020131696A1 - Numerische Steuervorrichtung und Steuerverfahren

Info

Publication number: DE102020131696A1
Application number: DE102020131696.8A
Authority: DE
Inventors: Hiroki Sawaoka
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-06-10
Also published as: JP2021088024A; US20210173375A1; US11550290B2; CN112904797A

Abstract

Ein dynamischer Fehler ist ohne Verwendung eines Sensors akkurat zu kompensieren. Eine numerische Steuervorrichtung 10 bezieht sich auf eine numerische Steuervorrichtung, die eine Werkzeugmaschine 20 veranlasst, das Zerspanen mit einem Befehlskoordinatenwert durchzuführen, der durch einen von einer Befehlsanalyseeinheit 230 erhaltenen Zerspanungsbefehl angezeigt wird, wobei die numerische Steuervorrichtung 10 beinhaltet: eine Messeinheit 210, welche die Werkzeugmaschine 20 veranlasst, auf der Maschine eine Form eines zerspanten Testwerkstücks 50 zu messen, und Messdaten erfasst, die eine Form des gemessenen Testwerkstücks 50 angeben; eine Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter, die einen dynamischen Kompensationsparameter zum Kompensieren eines dynamischen Fehlers berechnet, der durch eine auf die Werkzeugmaschine 20 wirkende Kraft und eine Geschwindigkeit beim Zerspanen erzeugt wird, basierend auf einer durch den Zerspanungsbefehl angegebenen Befehlsform und den durch die Messeinheit 210 erfassten Messdaten; und eine dynamische Kompensationseinheit 250, die den dynamischen Fehler in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert auf der Grundlage des berechneten dynamischen Kompensationsparameters kompensiert, wobei die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter nur den dynamischen Fehler aus einem Vergleich der Befehlsform und der Messdaten erfasst und den dynamischen Kompensationsparameter aus dem erfassten dynamischen Fehler berechnet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren.
Stand der Technik
Die Steifigkeit und thermische Verformung von Werkzeugmaschinen oder die Durchbiegung von Werkzeugen usw. verursacht einen Fehler zwischen der Form eines geschnittenen Werkstücks und der Form des Werkstücks zum Zeitpunkt der Konstruktion. Um mit einem solchen Fehler umzugehen, gibt es ein Verfahren, bei dem mit Hilfe eines Laserinterferometers, eines Autokollimators, eines Präzisions-Niveaumessers oder ähnlichem die Bewegung einer Bearbeitungsmaschine im Voraus gemessen und auf der Grundlage des gemessenen Fehlers eine Kompensation durchgeführt wird.
Die oben beschriebene Kompensation soll jedoch den statischen Fehler ausgleichen, und daher ist es schwierig, den beim Zerspanen entstehenden dynamischen Fehler zu kompensieren. Es ist zu beachten, dass sich der dynamische Fehler auf einen Fehler bezieht, der durch die Kraft verursacht wird und auf Werkzeugmaschinen und die Geschwindigkeit einwirkt, z.B. ein Fehler, der durch einen Rechtwinkligkeitsfehler von Werkzeugmaschinen oder die Durchbiegung von Werkzeugen verursacht wird, und der an einer Stelle auftritt, an der die Steifigkeit aufgrund der Schnittpunktbelastung gering ist.
In diesem Zusammenhang ist eine Technik bekannt, bei der der Druck auf ein Werkzeug mit Hilfe eines Sensors erfasst wird und der Durchbiegungsbetrag des Werkzeugs auf der Grundlage des erfassten Drucks kompensiert wird, wodurch es möglich ist, die Zerspanung mit hoher Genauigkeit auch bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung durchzuführen. Siehe zum Beispiel Patentdokument 1.
Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. H5-318283
Zusammenfassung der Erfindung
Um den Durchbiegungsbetrag des Werkzeugs zu kompensieren, ist es jedoch notwendig, einen zusätzlichen Sensor vorzubereiten und den Sensor an der Werkzeugmaschine zu befestigen, was zu erhöhten Kosten führt.
Außerdem ist es schwierig, die Beziehung zwischen der Schnittpunktbelastung und der Abweichung im Bearbeitungsergebnis zu berechnen, welche die Grundlage für die Berechnung des Kompensationsbetrags bildet.
Daher ist es wünschenswert, den dynamischen Fehler genau zu kompensieren, ohne einen Sensor zu verwenden.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenlegungsschrift bezieht sich auf eine numerische Steuervorrichtung, die eine Werkzeugmaschine (20) veranlasst, das Zerspanen mit einem Befehlskoordinatenwert durchzuführen, der durch einen von einer Befehlsanalyseeinheit (230) erhaltenen Zerspanungsbefehl angezeigt wird, wobei die numerische Steuervorrichtung (10) beinhaltet: eine Messeinheit (210), welche die Werkzeugmaschine (20) veranlasst, auf der Maschine eine Form eines zerspanten Testwerkstücks (50) zu messen, und Messdaten erfasst, die eine Form des gemessenen Testwerkstücks (50) angeben; eine Berechnungseinheit (220) für dynamische Kompensationsparameter, die einen dynamischen Kompensationsparameter zum Kompensieren eines dynamischen Fehlers berechnet, der durch eine auf die Werkzeugmaschine (20) wirkende Kraft und eine Geschwindigkeit beim Zerspanen erzeugt wird, basierend auf einer durch den Zerspanungsbefehl angegebenen Befehlsform und den durch die Messeinheit (210) erfassten Messdaten; und eine dynamische Kompensationseinheit (250), die den dynamischen Fehler in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert auf der Grundlage des berechneten dynamischen Kompensationsparameters kompensiert, wobei die Berechnungseinheit (220) für dynamische Kompensationsparameter nur den dynamischen Fehler aus einem Vergleich der Befehlsform und der Messdaten erfasst und den dynamischen Kompensationsparameter aus dem erfassten dynamischen Fehler berechnet.
Ein Aspekt eines Steuerverfahrens gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift bezieht sich auf ein Steuerverfahren, mit dem eine Werkzeugmaschine (20) veranlasst wird, ein Zerspanen mit einem Befehlskoordinatenwert durchzuführen, der durch einen von einer Befehlsanalyseeinheit (230) empfangenen Zerspanungsbefehl angezeigt wird, wobei das Steuerverfahren durch einen Computer realisiert wird und die folgenden Schritte beinhaltet: Veranlassen der Werkzeugmaschine (20), auf der Maschine eine Form eines zerspanten Testwerkstücks (50) zu messen, und Erfassen von Messdaten, die eine Form des gemessenen Testwerkstücks (50) angeben; Berechnen eines dynamischen Kompensationsparameters zum Kompensieren eines dynamischen Fehlers, der durch eine auf die Werkzeugmaschine (20) wirkende Kraft und eine Geschwindigkeit beim Zerspanen erzeugt wird, auf der Grundlage einer durch den Zerspanungsbefehl angegebenen Befehlsform und der erfassten Messdaten; und Kompensieren des dynamischen Fehlers in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert, basierend auf dem berechneten dynamischen Kompensationsparameter, wobei das Berechnen eines dynamischen Kompensationsparameters das Erfassen nur des dynamischen Fehlers aus einem Vergleich der Befehlsform und der Messdaten und das Berechnen des dynamischen Kompensationsparameters aus dem erfassten dynamischen Fehler beinhaltet.
Gemäß einem Aspekt ist es möglich, den dynamischen Fehler ohne Verwendung eines Sensors akkurat zu kompensieren.
Figurenliste

1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein funktionales Konfigurationsbeispiel einer numerischen Steuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Werkzeugmaschine zeigt;
3A ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Rechtwinkligkeitsfehlers zeigt;
3B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen durch die Durchbiegung eines Werkzeugs verursachten Fehler zeigt;
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem ein Testwerkstück von der Werkzeugmaschine zerspant wird;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Abweichungsbetrag in einem Fall zeigt, in dem eine Schnittpunktbelastung auch in Umfangsrichtung aufgebracht wird;
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einem dynamischen Kompensationsparameter und einer Werkzeugmaschine zeigt;
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zur Erläuterung eines dynamischen Kompensationsparameters des Rechtwinkligkeitsfehlers zeigt;
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die beste Anpassung eines Kreises an Messdaten zeigt;
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Richtung der Schnittpunktbelastung zeigt;
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Kompensation von Fehlern aufgrund der Durchbiegung eines Werkzeugs zeigt;
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer numerischen Steuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der numerischen Steuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Kompensation von Fehlern aufgrund der Durchbiegung eines Werkzeugs zeigt;
14 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein funktionales Konfigurationsbeispiel zeigt, welches zu der numerischen Steuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer numerischen Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hinzugefügt wurde;
15A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Interpolationsverarbeitung einer Interpolationseinheit für dynamische Kompensationsparameter zeigt;
15B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Interpolationsverarbeitung der Interpolationseinheit für dynamische Kompensationsparameter zeigt;
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem eine Vielzahl von dynamischen Kompensationsparametern durch eine Funktion M-ter Ordnung interpoliert wird;
17 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein funktionales Konfigurationsbeispiel zeigt, welches zu der numerischen Steuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer numerischen Steuervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hinzugefügt wurde;
18A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Fall zeigt, in dem ein Werkzeug in einer Kreisbewegung im Uhrzeigersinn bewegt wird; und
18B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Fall zeigt, in dem das Werkzeug in einer Kreisbewegung gegen den Uhrzeigersinn bewegt wird.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
<Erstes Ausführungsbeispiel>
Zunächst wird ein Abriss des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zerspant eine numerische Steuervorrichtung ein Testwerkstück, das später beschrieben werden soll, in einer vorgegebenen Form, veranlasst eine Werkzeugmaschine, auf der Maschine die Form des so zerspanten Testwerkstücks zu messen, und erfasst Messdaten, welche die Form des solcherart gemessenen Testwerkstücks anzeigen. Die numerische Steuervorrichtung berechnet einen dynamischen Kompensationsparameter zum Kompensieren eines dynamischen Fehlers, der durch eine auf die Werkzeugmaschine wirkende Kraft und die Geschwindigkeit beim Zerspanen erzeugt wird, auf der Grundlage einer durch den Zerspanungsbefehl angegebenen Befehlsform und der erfassten Messdaten. Die numerische Steuervorrichtung kompensiert den dynamischen Fehler in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert auf der Grundlage des so berechneten dynamischen Kompensationsparameters.
So ist es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, das Ziel der genauen Kompensation des dynamischen Fehlers zu lösen, ohne einen Sensor zur Erfassung des Drucks aufgrund der durch Biegung eines Werkzeugs zu verwenden.
Der Abriss des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde oben beschrieben.
Nachstehend erfolgt eine ausführliche Beschreibung der Konfiguration des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein funktionales Konfigurationsbeispiel einer numerischen Steuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung, die auf dem Gesichtspunkt eines Steuerverfahrens beruht, durch Ersetzen der „Einheit“ durch den „Schritt“ erfolgen kann und daher weggelassen wird.
Die numerische Steuervorrichtung 10 kann über eine Verbindungsschnittstelle (nicht abgebildet) direkt an eine Werkzeugmaschine 20 angeschlossen werden. Die numerische Steuervorrichtung 10 und die Werkzeugmaschine 20 können über ein Netzwerk (nicht abgebildet) wie z.B. ein LAN (Local Area Network) oder das Internet miteinander verbunden werden. In diesem Fall sind die numerische Steuervorrichtung 10 und die Werkzeugmaschine 20 jeweils mit einer Kommunikationseinheit (nicht abgebildet) versehen, um über eine solche Verbindung miteinander kommunizieren zu können.
<Werkzeugmaschine 20>
Die Werkzeugmaschine 20 ist eine bekannte orthogonale 3-Achsen-Werkzeugmaschine, bei der sich ein Spindelkopf in X-, Y- und Z-Achsen-Richtung bewegt und auf der Grundlage eines Betriebsbefehls (Zerspanungsbefehl) von der numerischen Steuervorrichtung 10 arbeitet.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Werkzeugmaschine 20 zeigt.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Werkzeugmaschine 20 einen Tisch (Oberflächentisch) 21, der in einer XY-Ebene angeordnet ist, Trägersäulen 22(1) und 22(2), die in vertikaler Richtung (Z-Achse) an den Positionen der beiden Enden des Tisches 21 vorgesehen sind, und eine Trägersäule 23, die in horizontaler Richtung (X-Achse) zwischen der Trägersäule 22(1) und der Trägersäule 22(2) vorgesehen ist.
Ein Spindelkopf 24 und ein an dem Spindelkopf 24 befestigtes Werkzeug 25 bewegen sich in der X-Achsenrichtung in Bezug auf die Trägersäule 23 durch einen X-Achsen-Servomotor 31, und bewegen sich vertikal in der Z-Richtung in Bezug auf die Trägersäule 23 durch einen Z-Achsen-Servomotor 33. Außerdem bilden die Trägersäulen 22(1) und 22(2) sowie die Trägersäule 23 ein Tor, und dieses Tor wird von einem Y-Achsen-Servomotor 32 in Richtung der Y-Achse bewegt.
<Numerische Steuervorrichtung 10>
Die numerische Steuervorrichtung 10 ist eine Fachleuten bekannte Steuervorrichtung, erzeugt einen Betriebsbefehl basierend auf Steuerinformationen und sendet den erzeugten Betriebsbefehl an die Werkzeugmaschine 20. Bei einer solchen Konfiguration steuert die numerische Steuervorrichtung 10 den Betrieb der Werkzeugmaschine 20.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die numerische Steuervorrichtung 10 eine Speichereinheit 100 und eine Steuereinheit 200. Ferner beinhaltet die Steuereinheit 200 eine Messeinheit 210, eine Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter, eine Befehlsanalyseeinheit 230, eine statische Kompensationseinheit 240, eine dynamische Kompensationseinheit 250, eine Interpolationseinheit 260, eine Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit270 für die X-Achse, eine Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 280 für die Y-Achse und eine Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 290 für die Z-Achse.
Die Speichereinheit 100 ist ein RAM (Arbeitsspeicher), ein HDD (Festplattenlaufwerk) oder dergleichen und speichert statische Fehlerdaten 110 und dynamische Kompensationsparameterdaten 120.
Bei den statischen Fehlerdaten 110 handelt es sich um einen statischen Fehler, der beispielsweise vorab gemessen wird, um den statischen Fehler, der auf die Werkzeugmaschine 20 wirkt, durch die statische Kompensationseinheit 240 zu kompensieren, die später beschrieben wird.
Bei den dynamischen Kompensation Parameterdaten 120 handelt es sich beispielsweise um einen dynamischen Kompensationsparameter, der durch die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter berechnet wird, die später beschrieben wird.
Die Steuereinheit 200 beinhaltet eine CPU, einen ROM, einen RAM, einen CMOS-Speicher und ähnliches, die so konfiguriert sind, dass sie über einen Bus miteinander kommunizieren können, und die den Fachleuten gut bekannt sind.
Bei der CPU handelt es sich um einen Prozessor, der im Allgemeinen die numerische Steuervorrichtung 10 steuert. Die CPU liest das Systemprogramm und die im ROM gespeicherten Anwendungsprogramme über den Bus und steuert die gesamte numerische Steuervorrichtung 10 in Übereinstimmung mit dem Systemprogramm und den Anwendungsprogrammen. Somit ist die Steuereinheit 200, wie in 1 dargestellt, dazu konfiguriert, die Funktionen der Messeinheit 210, der Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter, der Befehlsanalyseeinheit 230, der statischen Kompensationseinheit 240, der dynamischen Kompensationseinheit 250, der Interpolationseinheit 260, der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 270 für die X-Achse, der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 280 für die Y-Achse und der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 290 für die Z-Achse zu realisieren. Verschiedene Daten wie temporäre Berechnungsdaten und Anzeigedaten werden in dem RAM gespeichert. Der CMOS-Speicher wird durch eine Batterie unterstützt (nicht abgebildet) und ist als nichtflüchtiger Speicher konfiguriert, in dem der Speicherstatus auch dann erhalten bleibt, wenn die Stromversorgung der numerischen Steuervorrichtung 10 abgeschaltet wird.
Die Messeinheit 210 führt zum Beispiel auf der Maschine eine Messung der Form eines Testwerkstücks (nicht abgebildet) durch, das von der Werkzeugmaschine 20 zerspant wird, basierend auf dem Zerspanungsbefehl des Bearbeitungsprogramms, das von der später zu beschreibenden Befehlsanalyseeinheit 230 analysiert wird, mit einem berührungslosen Messtaster, der in der Werkzeugmaschine 20 (nicht abgebildet) enthalten ist. Die Messeinheit 210 erfasst Messdaten, welche die Form des gemessenen Testwerkstücks (nicht abgebildet) angeben, von der Werkzeugmaschine 20.
Es ist zu beachten, dass die Messung der Form auf der Maschine sowohl zum Zeitpunkt des Zerspanens als auch zum Zeitpunkt der Messung einen ähnlichen statischen Fehler verursacht, wodurch der statische Fehler bei der Messung auf der Maschine aufgehoben wird, so dass nur der dynamische Fehler gemessen werden kann.
Die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter berechnet einen dynamischen Kompensationsparameter zur Kompensation des dynamischen Fehlers auf der Grundlage der Befehlsform, die durch den Zerspanungsbefehl angezeigt wird, mit dem das Testwerkstück (nicht abgebildet) zerspant wurde, und den von der Messeinheit 210 erfassten Messdaten. Die Berechnungseinheit 220 für den dynamischen Kompensationsparameter speichert den berechneten dynamischen Kompensationsparameter in den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120 der Speichereinheit 100. Die Funktionsweise der Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter wird später beschrieben.
Die Befehlsanalyseeinheit 230 liest und analysiert sequentiell einen Block einschließlich eines Befehls für die Bewegung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse aus dem Bearbeitungsprogramm und erzeugt auf der Grundlage des Analyseergebnisses einen Zerspanungsbefehl einschließlich eines Befehlskoordinatenwerts für die Bewegung jeder Achse.
Die statische Kompensationseinheit 240 liest den statischen Fehler aus den statischen Fehlerdaten 110 und kompensiert den Befehlskoordinatenwert des von der Befehlsanalyseeinheit 230 erzeugten Zerspanungsbefehls auf der Grundlage des gelesenen statischen Fehlers.
Die dynamische Kompensationseinheit 250 liest den von der Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter berechneten dynamischen Kompensationsparameter aus den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120 und kompensiert den dynamischen Fehler in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls auf der Grundlage des gelesenen dynamischen Kompensationsparameters.
Die Interpolationseinheit 260 erzeugt Interpolationsdaten, die durch Interpolationsberechnung für die Punkte auf dem Befehlspfad in einer Interpolationsperiode erzeugt werden, basierend auf dem Bewegungsbefehl, der durch den von der dynamischen Kompensationseinheit 250 ausgegebenen Zerspanungsbefehl befohlen wird.
Die Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 270 für die X-Achse berechnet die Bearbeitungsgeschwindigkeit der X-Achse für jede Interpolationsperiode, indem sie eine Beschleunigungs-/Verzögerungsverarbeitung auf der Grundlage der von der Interpolationseinheit 260 ausgegebenen Interpolationsdaten durchführt, und gibt einen Impuls entsprechend der berechneten Bearbeitungsgeschwindigkeit an den X-Achsen-Servomotor 31 der Werkzeugmaschine 20 aus.
Die Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 280 für die Y-Achse führt die Beschleunigungs-/Verzögerungsverarbeitung auf der Grundlage der von der Interpolationseinheit 260 ausgegebenen Interpolationsdaten durch, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Y-Achse für jede Interpolationsperiode zu berechnen, und gibt einen Impuls entsprechend der berechneten Bearbeitungsgeschwindigkeit an den Y-Achsen-Servomotor 32 der Werkzeugmaschine 20 aus.
Die Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 290 für die Z-Achse führt die Beschleunigungs-/Verzögerungsverarbeitung auf der Grundlage der von der Interpolationseinheit 260 ausgegebenen Interpolationsdaten durch, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Z-Achse für jede Interpolationsperiode zu berechnen, und gibt einen Impuls entsprechend der berechneten Bearbeitungsgeschwindigkeit an den Z-Achsen-Servomotor 33 der Werkzeugmaschine 20 aus.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung für die Berechnung des dynamischen Kompensationsparameters durch die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter. Es ist zu beachten, dass der dynamische Fehler in der Werkzeugmaschine 20 Rechtwinkligkeitsfehler und Fehler aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25 einschließt.
3A ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Rechtwinkligkeitsfehlers zeigt. 3B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen durch die Durchbiegung des Werkzeugs 25 verursachten Fehler zeigt.
Wie in 3A dargestellt, tritt der Rechtwinkligkeitsfehler auf, wenn die Steifigkeit zwischen den Achsen in einer Ultrapräzisions-Bearbeitungsmaschine usw. gering ist, z.B. an einem Gelenk o.ä., wie einem Gelenk des Tisches 21 und der Trägersäulen 22(1) und 22(2), einem Gelenk der Trägersäulen 22(1) und 22(2) und der Trägersäule 23 und der Trägersäule 23 und dem Spindelkopf 24.
Andererseits tritt, wie in 3B dargestellt, der Fehler aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs z.B. in dem auf dem Spindelkopf 24 montierten Werkzeug 25 auf, wenn die Steifigkeit der Werkzeugmaschine 20 hoch ist, die Schnittpunktbelastung jedoch groß ist.
Im Folgenden wird die Berechnung des dynamischen Kompensationsparameters für den Rechtwinkligkeitsfehler und die Berechnung des dynamischen Kompensationsparameters für die Durchbiegung des Werkzeugs 25 beschrieben.
<Zur Berechnung der dynamischen Kompensationsparameter für Rechtwinkligkeitsfehler>
Wie in 4 dargestellt, veranlasst die numerische Steuervorrichtung 10 zur Berechnung des dynamischen Kompensationsparameters für den Rechtwinkligkeitsfehler die Werkzeugmaschine 20, ein Loch mit dem Radius R₀ in das Testwerkstück 50 zu schneiden, das an einer Spannvorrichtung 40 in der XY-Ebene mit konstanter Höhe in Richtung der Z-Achse befestigt ist. Es ist zu beachten, dass das Zerspanen des Testwerkstücks 50 z.B. unter den gleichen Bearbeitungsbedingungen wie das Zerspanen eines Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, durchgeführt wird, wie z.B. das Bearbeiten des Werkzeugs 25 und des Werkstücks aus dem gleichen Material.
Auf diese Weise können die berechneten dynamischen Kompensationsparameter während des Zerspanens des Werkstücks, das als der eigentliche Artikel dient, angewendet werden.
Die numerische Steuervorrichtung 10 veranlasst dann die Werkzeugmaschine 20, die geschnittenen Löcher mit einem Messtaster (nicht abgebildet) auf der Maschine zu messen. Die Messeinheit 210 der numerischen Steuervorrichtung 10 erfasst Messdaten, welche die Form des auf der Maschine gemessenen Testwerkstücks 50 angeben, von der Werkzeugmaschine 20.
Durch die Messung der Form auf der Maschine tritt also sowohl beim Zerspanen als auch beim Messen in gleicher Weise ein statischer Fehler auf, wodurch der statische Fehler bei der Messung auf der Maschine aufgehoben wird, so dass nur der dynamische Fehler gemessen werden kann.
Die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter berechnet einen dynamischen Kompensationsparameter auf der Grundlage der Befehlsform, die durch den Zerspanungsbefehl angezeigt wird, mit dem das Testwerkstück 50 zerspant wurde, und den erfassten Messdaten.
Genauer gesagt berechnet die Berechnungseinheit 220 für die dynamischen Kompensationsparameter eine Ellipse((x/R_x)² + (y/R_y)² = 1), die am besten zu den durch eine durchgezogene Linie angezeigten Messdaten passt, z.B. nach der Methode der kleinsten Quadrate oder dergleichen, wie in 5 dargestellt. Der in 5 durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnete Kreis zeigt die Befehlsform für das Loch mit dem Radius R₀.
Es ist zu beachten, dass die Schnittpunktbelastung zum Zeitpunkt des Zerspanens des Testwerkstücks 50 nicht nur in der radialen Richtung des Kreises, sondern auch in der Umfangsrichtung des Kreises, abhängig von der Abtragsmenge, aufgebracht wird. So ist, wie in 5 gezeigt, die bestpassende Ellipse um den Winkel a geneigt. Mit anderen Worten ist in einem Fall, in dem die durch den Zerspanungsbefehl angegebene Bewegungsbefehlsposition R_n gleich R₀ (cosθ, sinθ) ist, die durch die Messdaten angegebene Bearbeitungsformposition R_a gleich (R_xcos(θ-α), R_y-sin(θ-α)).
Ferner sind die Abweisungsbeträge δ₀ und δ₉₀ in einem Fall, in dem der Winkel θ der Bearbeitungsformposition R_a gleich 0 Grad und 90 Grad ist, in Ausdruck 1 ausgedrückt. Die Richtungen der Abweichungsbeträge δ₀und δ₉₀ sind dabei jeweils X-achsenparallel und Y-achsenparallel. $δ_{0} = R_{0} \sqrt{1 - {(\frac{R_{y}}{R_{0}} sin α)}^{2}} - R_{x} cos α$
$δ_{90} = R_{0} \sqrt{1 - {(\frac{R_{x}}{R_{0}} sin α)}^{2}} - R_{y} cos α$
Unter Verwendung des Abweichungsbetrags δ aus Ausdruck 1 werden die dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy wie in Ausdruck 2 ausgedrückt. $\begin{array}{l} W_{z x} = δ_{0} / (H_{z} - H_{w}) \\ W_{z y} = δ_{90} / (H_{z} - H_{w}) \end{array}$
Dabei gibt, wie in 6 dargestellt, H_z die Höhe vom Tisch (Oberflächentisch) 21 bis zur X-Achse des Spindelkopfes 24 und H_w die Höhe vom Tisch (Oberflächentisch) 21 bis zum Testwerkstück 50 an.
Es ist zu beachten, dass in einem Fall, in dem die Schnittpunktbelastung zum Zeitpunkt des Zerspanens des Testwerkstücks 50 im Idealfall nur in radialer Richtung des Kreises verläuft, die Ellipse zur besten Anpassung nicht geneigt ist, und daher der Winkel a = 0.
In Übereinstimmung mit den obigen Ausführungen werden in einem Fall, in dem der Rechtwinkligkeitsfehler bei der Schnittpunktbelastung auftritt, wie in 7 gezeigt, die dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy aus Ausdruck 2 wie in Ausdruck 3 ausgedrückt. Das heißt, der Rechtwinkligkeitsfehler ist ein Fehler, der aufgrund der Verschiebung des rechten Winkels jeder Achse auftritt. $\begin{array}{l} W_{z x} = (R_{0} - R_{x}) / (H_{z} - H_{w}) \\ W_{z y} = (R_{0} - R_{y}) / (H_{z} - H_{w}) \end{array}$
In diesem Fall wird der Abweichungsbetrag δ durch Ausdruck 4 ausgedrückt. $\begin{array}{l} δ = R_{n} - R_{α} \\ = ((R_{0} - R_{x}) cos θ, (R_{0} - R_{y}) sin θ) \end{array}$
Da außerdem die Richtung der Schnittpunktbelastung F (= (F_x, F_y)) eine radiale Richtung ist, wird F/| F | = -(cosθ, sinθ) angegeben, und daher wird der Abweichungsbetrag δ wie in Ausdruck 5 unter Verwendung der Schnittpunktbelastung F ausgedrückt. $\begin{array}{l} δ = (H_{z} - H_{w}) (W_{z x} \frac{F_{x}}{| F |}, W_{z y} \frac{F_{y}}{| F |}) \\ = z (W_{z x} \frac{F_{x}}{| F |}, W_{z y} \frac{F_{y}}{| F |}) \end{array}$
H_z-H_w ist die Höhe z der Bearbeitung.
Es ist zu beachten, dass die Richtung der Schnittpunktbelastung zum Zeitpunkt der Bearbeitung eines Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, d.h. die Richtung in einem Fall, in dem die Schnittpunktbelastung nicht nur in diametraler Richtung, sondern auch in Kreisumfangsrichtung aufgebracht wird, durch die Durchführung einer Bearbeitungssimulation aus dem CAD-Modell und dem Bearbeitungsplan des Artikels mit einer bekannten Methode berechnet werden kann (z.B. Takashi Matsumura, „Trends and Issues in Cutting Simulation Technologies", Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Bd. 80, Nr. 9, 2014) .
Darüber hinaus kann, wie später in dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben, die Richtung der Schnittpunktbelastung zum Zeitpunkt der Bearbeitung eines Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, z.B. aus den Drehmomenten des X-Achsen-Servomotors 31, des Y-Achsen-Servomotors 32 und des Z-Achsen-Servomotors 33 abgeschätzt werden. Alternativ kann die Richtung der Schnittpunktbelastung F zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, mit einem am Werkzeug 25 angebrachten Sensor erfasst werden.
Darüber hinaus berechnet die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter die dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy unter Verwendung der Ausdrücke 1 und 2 und speichert die berechneten dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy in den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120.
Danach liest die dynamische Kompensationseinheit 250 die dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy aus den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120 in einem Fall, in dem das Werkstück, das als eigentlicher Artikel dient, zerspant wird. Die dynamische Kompensationseinheit 250 kann den dynamischen Fehler des Rechtwinkligkeitsfehlers in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls für das als eigentlicher Artikel dienende Werkstück auf der Grundlage der gelesenen dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy kompensieren.
<Zur Berechnung des dynamischen Kompensationsparameters für Fehler aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25>
Wie im Falle des Rechtwinkligkeitsfehlers veranlasst die numerische Steuervorrichtung 10 zur Berechnung des dynamischen Kompensationsparameters für den Fehler aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25 die Werkzeugmaschine 20, ein Loch mit dem Radius R₀ in das Testwerkstück 50 zu schneiden, das an der Spannvorrichtung 40 in der XY-Ebene mit konstanter Höhe in Richtung der Z-Achse befestigt ist. Es ist zu beachten, dass das Zerspanen des Testwerkstücks 50 z.B. unter den gleichen Bearbeitungsbedingungen wie das Zerspanen des Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, durchgeführt wird, wie z.B. das Bearbeiten des Werkzeugs 25 und des Werkstücks aus dem gleichen Material. Auf diese Weise können die berechneten dynamischen Kompensationsparameter während des Zerspanens des Werkstücks, das als der eigentliche Artikel dient, angewendet werden.
Die numerische Steuervorrichtung 10 veranlasst dann die Werkzeugmaschine 20, die geschnittenen Löcher mit einem Messtaster (nicht abgebildet) auf der Maschine zu messen. Die Messeinheit 210 der numerischen Steuervorrichtung 10 erfasst Messdaten, welche die Form des auf der Maschine gemessenen Testwerkstücks 50 angeben, von der Werkzeugmaschine 20.
Die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter berechnet einen dynamischen Kompensationsparameter auf der Grundlage der Befehlsform, die durch den Zerspanungsbefehl angezeigt wird, mit dem das Testwerkstück 50 zerspant wurde, und den erfassten Messdaten.
Genauer gesagt, da es keine Anisotropie in der Durchbiegung des Werkzeugs 25 gibt, berechnet die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter einen Kreis (x²+y²=R_t ²), der am besten zu den durch die durchgezogene Linie angezeigten Messdaten passt, z.B. durch die Methode der kleinsten Quadrate oder ähnliches, wie in 8 dargestellt. Es sei angemerkt, dass der in 8 durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnete Kreis die Befehlsform für das Loch mit dem Radius R₀ zeigt, wie im Fall aus 5
Wie in 9 dargestellt, ist jedoch die Richtung der Schnittpunktbelastung F aufgrund der Rotation des Werkzeugs 25 und der Reaktion des Testwerkstücks 50 auf dessen Rotation um den Winkel β gegenüber der Normalen des Testwerkstücks 50 geneigt. Daher weichen die Befehlsposition und die tatsächliche Zerspanungsposition voneinander ab, wie in 8 dargestellt. Daher berechnet die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter die Neigung β in Richtung der Schnittpunktbelastung F unter Verwendung einer bekannten Methode (z.B. Kazuo Taniguchi, „Analytical Research on Cutting Mechanics of Metal - Report 3: Analysis of Cutting Stress-)", Journal of the Japan Society of Precision Engineering, Bd. 29, Nr. 3, 1963).
Somit wird der Koeffizient (dynamischer Kompensationsparameter) Wt des bei der Schnittpunktbelastung erzeugten Durchbiegungsbetrags des Werkzeugs 25 wie in Ausdruck 6 ausgedrückt. $W_{t} = \frac{(R_{0} - R_{t}}{L_{t} cos β}$
L_t repräsentiert die Werkzeuglänge. Der Abweichungsbetrag δ wird durch Ausdruck 7 ausgedrückt. $δ = L_{t} W_{t} \frac{F}{| F |}$
Die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter berechnet den dynamischen Kompensationsparameter W_t unter Verwendung von Ausdruck 6 und speichert den berechneten dynamischen Kompensationsparameter W_t in den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120.
Danach liest die dynamische Kompensationseinheit 250 den dynamischen Kompensationsparameter W_t aus den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120 in einem Fall, in dem das Werkstück, das als eigentlicher Artikel dient, zerspant wird. Die dynamische Kompensationseinheit 250 kompensiert den dynamischen Fehler aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25 in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls für das als eigentlicher Artikel dienende Werkstück auf der Grundlage des gelesenen dynamischen Kompensationsparameters Wt.
So ist es, wie in 10 dargestellt, möglich, das Werkzeug 25, das sich an der durch die durchgezogene Linie angegebenen Ist-Position befindet, auf die Position des durch die gestrichelte Linie angegebenen Befehlskoordinatenwertes zu bewegen.
Wie oben beschrieben, misst die numerische Steuervorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf der Maschine die Form des zerspanten Testwerkstücks 50 und erfasst die Messdaten der Form des gemessenen Testwerkstücks 50. Die numerische Steuervorrichtung 10 berechnet einen dynamischen Kompensationsparameter zur Kompensation des dynamischen Fehlers basierend auf der Befehlsform des Zerspanungsbefehls und den erfassten Messdaten. Die numerische Steuervorrichtung 10 kann den dynamischen Fehler in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert auf der Grundlage des berechneten dynamischen Kompensationsparameters kompensieren.
So kann die numerische Steuervorrichtung 10 den dynamischen Fehler akkurat kompensieren, ohne einen Sensor zum Ermitteln des Drucks aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs zu verwenden.
Ferner erübrigt die numerische Steuervorrichtung 10 die Notwendigkeit, vorab die Beziehung zwischen der Schnittpunktbelastung, die durch den Sensor oder dergleichen zu messen ist, und der Durchbiegung des Werkzeugs zu ermitteln, indem der dynamische Kondensationsparameter berechnet wird.
Das erste Ausführungsbeispiel wurde oben beschrieben.
<Modifikationsbeispiele des ersten Ausführungsbeispiels>
In dem ersten Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, kompensiert die numerische Steuervorrichtung 10 den dynamischen Fehler unter Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbereichs, der durch Analysieren des Bearbeitungsprogramms erzeugt wird; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die numerische Steuervorrichtung 10 einen Kompensationsimpuls zur Kompensation des dynamischen Fehlers zu dem Impuls hinzufügen, der an den X-Achsen-Servomotor 31, den Y-Achsen-Servomotor 32 und den Z-Achsen-Servomotor 33 der Werkzeugmaschine 20 ausgegeben wird.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der numerischen Steuervorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie in 11 dargestellt, sind hinter der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 270 für die X-Achse, der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit280 für die Y-Achse und der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 290 für die Z-Achse eine statische Kompensationseinheit 240-1 und eine dynamische Kompensationseinheit 250-1 angeordnet. Darüber hinaus kompensieren die statische Kompensationseinheit 240-1 und die dynamische Kompensationseinheit 250-1 den statischen Fehler und den dynamischen Fehler, indem sie den Kompensationsimpuls zur Kompensation des statischen Fehlers und den Kompensationsimpuls zur Kompensation des dynamischen Fehlers zu dem Impuls addieren, der jeweils von der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 270 für die X-Achse, der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 280 für die Y-Achse und der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Steuereinheit 290 für die Z-Achse ausgegeben wird. Es ist zu beachten, dass die statische Kompensationseinheit 240-1 und die dynamische Kompensationseinheit 250-1 die gleiche Funktion wie die statische Kompensationseinheit 240 und die dynamische Kompensationseinheit 250 aus 1 erfüllen, außer dass der Kompensationsimpuls des statischen Fehlers und der Kompensationsimpuls des dynamischen Fehlers addiert werden.
Darüber hinaus kann die numerische Steuervorrichtung 10 einen Kompensationsbetrag für die dynamische Kompensation in den Werkzeugdurchmesser des Werkzeugs 25 einbauen.
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der numerischen Steuervorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Eine in 12 gezeigte Werkzeugradius-Kompensationseinheit 250-2 führt eine dynamische Kompensation für den durch die Durchbiegung des Werkzeugs 25 verursachten Fehler durch. In diesem Fall kann die Werkzeugradius-Kompensationseinheit 250-2 den Kompensationsbetrag, der unter Verwendung des dynamischen Kompensationsparameters Wt berechnet wird, der durch Ausdruck 6 berechnet wird, in den Werkzeugradius r_t des Werkzeugs 25 auf der Grundlage von Ausdruck 8 einbeziehen, um den Werkzeugradius-Kompensationsbetrag rt' zu berechnen. $r_{t}^{'} = r_{t} - L_{t} cos β' W_{t}$
Es ist zu beachten, dass β' die Neigung der Richtung der Schnittpunktbelastung F zum Zeitpunkt des tatsächlichen Zerspanens angibt. Dann, in einem Fall, in dem die Neigung β' gleich der Neigung β in Richtung der Schnittpunktbelastung F zum Zeitpunkt des Zerspanens des Testwerkstücks 50 ist, wie in 13 gezeigt, wird Ausdruck 8 wie in Ausdruck 9 ausgedrückt. $r_{t}^{'} = r_{t} - (R_{0} - R_{t})$
Es sei angemerkt, dass in der numerischen Steuervorrichtung 10 aus 12 die statische Kompensationseinheit 240 zwar weggelassen wurde, sie die statische Kompensationseinheit 240 jedoch auch aufweisen kann.
<Zweites Ausführungsbeispiel>
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. Im ersten Ausführungsbeispiel wird in einem Fall, in dem ein Unterschied in der Größe der Belastung zwischen dem Zeitpunkt der Bearbeitung des Testwerkstücks 50 und dem Zeitpunkt der Bearbeitung des als eigentlicher Artikel dienenden Werkstücks besteht, der Unterschied nicht berücksichtigt. In diesem Fall kann beispielsweise die Zerspanungsbedingung automatisch so geändert werden, dass die Differenz in der Größe der Schnittbelastung gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert wird, d.h. innerhalb eines Bereichs liegt, in welchem die numerische Steuervorrichtung 10 normal funktioniert, indem ein bekanntes Verfahren eingesetzt wird, wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2016-137557, beschrieben; allerdings wird die Zerspanungsbedingung zwangsweise geändert. Daher verwendet die numerische Steuervorrichtung 10 in dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von dynamischen Kompensationsparametern, die durch das Zerspanen des Testwerkstücks mit jeweils einer von mehreren unterschiedlichen Schnittbelastungen voneinander berechnet werden, um den dynamischen Kompensationsparameter in einer beliebigen Schnittbelastung zu interpolieren, wodurch der Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls auf der Grundlage des dynamischen Kompensationsparameters in einer beliebigen interpolierten Schnittbelastung zusätzlich zu der Funktion des ersten Ausführungsbeispiels kompensiert wird.
So ist es für die numerische Steuervorrichtung 10 des zweiten Ausführungsbeispiels möglich, den dynamischen Fehler angemessen zu kompensieren, selbst wenn sich die Größe der Schnittpunktbelastung zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Testwerkstücks von der Größe der Schnittpunktbelastung zum Zeitpunkt der Bearbeitung eines Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, unterscheidet.
Nachstehend wird das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben.
14 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein funktionales Konfigurationsbeispiel zeigt, welches zu der numerischen Steuervorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer numerischen Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hinzugefügt wurde. Elemente, welche dieselben Funktionen wie die Elemente der numerischen Steuervorrichtung 10 aus 1 aufweisen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und auf eine detaillierte Beschreibung derselben wird verzichtet.
Da es eine starke Korrelation zwischen der Schnittbelastung und dem Schnittvolumen pro Zeiteinheit gibt, wird im Folgenden eine Beschreibung mit dem Schnittvolumen V pro Zeiteinheit als Variable anstelle der Schnittbelastung gegeben.
Wie in 14 dargestellt, umfasst eine Steuereinheit 200 außerdem eine Schnittbelastungsberechnungseinheit 300 und eine Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter. Jede dieser Funktionseinheiten wird dadurch realisiert, dass die Steuereinheit 200 ein Systemprogramm und ein im ROM (nicht abgebildet) der Steuereinheit 200 gespeichertes Anwendungsprogramm ausführt.
Es sei angemerkt, dass die Werkzeugmaschine 20 die Messeinheit 210 dazu veranlasst, auf der Maschine eine Vielzahl von Schnittbelastungen der Werkzeugmaschine 20, die sich voneinander unterscheiden, basierend auf dem Zerspanungsbefehl des Bearbeitungsprogramms, welcher durch die Befehlsanalyseeinheit 230 analysiert wird, d.h. die Form jedes der Testwerkstücke 50, die in jedem der Vielzahl von Schnittvolumina V₁ bis V_n zerspant werden, mit einem berührungslosen Messtaster (nicht dargestellt) der Werkzeugmaschine 20 zu messen. N ist dabei eine ganze Zahl von 2 oder mehr. Die Messeinheit 210 erfasst die Messdaten der Form von jedem Testwerkstück 50, das von der Werkzeugmaschine 20 gemessen wird.
Im Falle eines Rechtwinkligkeitsfehlers berechnet die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter die dynamischen Kompensationsparameter {W_zx(V_i)|1≤i≤N, N ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr} und {W_zy(V_i)|1≤i≤N} auf der Grundlage der Befehlsform des Zerspanungsbefehls, wenn das Testwerkstück 50 in jedem aus der Vielzahl der Schnittvolumina V₁ bis V_n zerspant wird, und der von der Messeinheit 210 erfassten Messdaten unter Verwendung der Ausdrücke 1 und 2.
Darüber hinaus berechnet die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter im Falle eines Fehlers aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25 einen dynamischen Kompensationsparameter {W_t(V_i)|1≤i≤N} aus Ausdruck 6 auf der Grundlage der Befehlsform des Zerspanungsbefehls, wenn das Testwerkstück 50 in jedem aus der Vielzahl der Schnittvolumina V₁ bis V_n zerspant wird, und der von der Messeinheit 210 erfassten Messdaten.
Darüber hinaus speichert die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter die dynamischen Kompensationsparameter {W_zx(V_i)|≤i≤N} and {W_zy(V_i)|≤i≤N} des Rechtwinkligkeitsfehlers jeder Schnittpunktbelastung sowie den dynamischen Kompensationsparameter des Fehlers aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25 {W_t(V_i)|1≤i≤N} in Verbindung mit jedem der Schnittvolumina V₁ bis V_n in den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120.
Die Schnittbelastungsberechnungseinheit 300 berechnet das Schnittvolumen V pro Zeiteinheit auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingungen des Bearbeitungsprogramms, die von der Befehlsanalyseeinheit 230 analysiert werden. Es sei angemerkt, dass als Verfahren zur Berechnung des Schnittvolumens V aus den Bearbeitungsbedingungen ein bekanntes Verfahren verwendet werden kann und daher eine Beschreibung davon unterbleibt.
Die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter liest eine Vielzahl von dynamischen Kompensationsparametern {W_zx(V_i)|1≤i≤N} und {W_zy(V_i)1≤i≤N} (oder eine Vielzahl von dynamischen Kompensationsparametem {W_t(V_i)1≤i≤N}) aus den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120. Die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter interpoliert die dynamischen Kompensationsparameter W_zx(V) und W_zy(V) (oder den dynamischen Kompensationsparameter W_t (V)) im Schnittvolumen V, wie von der Schnittbelastungsberechnungseinheit 300 berechnet, unter Verwendung einer Vielzahl von gelesenen dynamischen Kompensationsparametern {W_zx(V_i)1≤i≤N} und {W_zy(V_i)|1≤i≤N} (oder einer Vielzahl von dynamischen Kompensationsparametern {W_t(V_i)1≤i≤N}).
Die Interpolation des dynamischen Kompensationsparameters in Bezug auf den Rechtwinkligkeitsfehler und die Interpolation des dynamischen Kompensationsparameters in Bezug auf die Durchbiegung des Werkzeugs 25 werden im Folgenden beschrieben.
<Zur Interpolation des dynamischen Kompensationsparameters für Rechtwinkligkeitsfehler>
15A und 15B sind Diagramme, die Beispiele für die Interpolationsverarbeitung der Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter zeigen. Es ist zu beachten, dass 15A den Fall des dynamischen Kompensationsparameters W_zx (V) und 15B den Fall des dynamischen Kompensationsparameters W_zy (V) zeigt. Ferner zeigen 15A und 15B Fälle, in welchen N = 2; allerdings gilt dasselbe auch auf den Fall, in dem N = 3 oder mehr.
So interpoliert beispielsweise, wie in 15A dargestellt, die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter die dynamischen Kompensationsparameter W_zx(V₁) und W_zx (V₂) linear, um den dynamischen Kompensationsparameter W_zx(V) in dem Schnittvolumen V zu berechnen, das von der Schnittbelastungsberechnungseinheit 300 berechnet wird. Ferner, wie in 15B dargestellt, interpoliert die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter die dynamischen Kompensationsparameter W_zy(V₁) und W_zy (V₂) linear, um den dynamischen Kompensationsparameter W_zy(V) in dem Schnittvolumen V pro Zeiteinheit zu berechnen, das von der Schnittbelastungsberechnungseinheit 300 berechnet wird. Die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter gibt die berechneten dynamischen Kompensationsparameter W_zx(V) und W_zy(V) an die dynamische Kompensationseinheit 250 aus.
Es ist zu beachten, dass in einem Fall, in dem N = 3 oder mehr, die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter am besten durch die Funktion M-ter Ordnung, wie in 16 gezeigt, angepasst werden kann und durch maschinelles Lernen bestimmt werden kann (M ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr).
Ferner kompensiert die dynamische Kompensationseinheit 250 den dynamischen Fehler des Rechtwinkligkeitsfehlers in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls für das als eigentlicher Artikel dienende Werkstück auf der Grundlage der dynamischen Kompensationsparameter W_zx(V) und W_zy(V), die durch die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter berechnet werden.
<Zur Interpolation des dynamischen Kompensationsparameters für Fehler aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25>
Wie im Falle des Rechtwinkligkeitsfehlers interpoliert die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter die dynamischen Kompensationsparameter W_t(V₁) und W_t(V₂) beispielsweise in jedem der beiden Schnittvolumina V₁ und V₂ linear, um den dynamischen Kompensationsparameter W_t(V) in dem Schnittvolumen V zu berechnen, das von der Schnittbelastungsberechnungseinheit 300 berechnet wird. Die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter gibt den berechneten dynamischen Kompensationsparameter W_t(V) an die dynamische Kompensationseinheit 250 aus.
Es ist zu beachten, dass in einem Fall, in dem N = 3 oder mehr, die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter am besten durch die Funktion M-ter Ordnung angepasst werden kann und durch maschinelles Lernen erhalten werden kann (M ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr).
Ferner kompensiert die dynamische Kompensationseinheit 250 den dynamischen Fehler des Fehlers aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25 in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls für das als eigentlicher Artikel dienende Werkstück auf der Grundlage des dynamischen Kompensationsparameters W_t(V), der durch die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter berechnet wird.
Wie oben beschrieben, erfasst die numerische Steuervorrichtung 10 des zweiten Ausführungsbeispiels die Messdaten der Form des Testwerkstücks, das in jedem aus einer Vielzahl voneinander unterschiedlicher Schnittvolumina zerspant wurde (Schnittbelastung), und berechnet den dynamischen Kompensationsparameter für jedes Schnittvolumen auf der Grundlage der Befehlsform und der Messdaten in jedem aus der Vielzahl der Schnittvolumina. Die numerische Steuervorrichtung 10 interpoliert den dynamischen Kompensationsparameter in jedem Schnittvolumen unter Verwendung des berechneten dynamischen Kompensationsparameters für jedes Schnittvolumen und kompensiert den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls basierend auf dem dynamischen Kompensationsparameter in jedem interpolierten Schnittvolumen.
So kann die numerische Steuervorrichtung 10 den dynamischen Fehler akkurat kompensieren, ohne einen Sensor zum Ermitteln des Drucks aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs zu verwenden.
Ferner ist es für die numerische Steuervorrichtung 10 möglich, den dynamischen Fehler angemessen zu kompensieren, selbst wenn sich die Größe der Schnittbelastung zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Testwerkstücks von der Größe der Schnittbelastung zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, unterscheidet.
Das zweite Ausführungsbeispiel wurde oben beschrieben.
<Modifikationsbeispiele des zweiten Ausführungsbeispiels>
In dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, kompensiert die numerische Steuervorrichtung 10 den dynamischen Fehler unter Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbereichs, der durch Analysieren des Bearbeitungsprogramms erzeugt wird, indem die Konfiguration aus 14 zu der numerischen Steuervorrichtung 10 aus 1 hinzugefügt wird; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die numerische Steuervorrichtung 10 den Kompensationsimpuls zur Kompensation des dynamischen Fehlers zu den Impulsen hinzufügen, die an den X-Achsen-Servomotor 31, den Y-Achsen-Servomotor 32 und den Z-Achsen-Servomotor 33 der Werkzeugmaschine 20 auszugeben sind, indem die Konfiguration aus 14 zu der numerischen Steuervorrichtung 10 aus 11 hinzugefügt wird.
Alternativ kann die numerische Steuervorrichtung 10 die Konfiguration aus 14 zu der numerischen Steuervorrichtung 10 aus 12 hinzufügen, um den Kompensationsbetrag der dynamischen Kompensation in den Werkzeugradius des Werkzeugs 25 einzubeziehen und dadurch den dynamischen Fehler zu kompensieren.
<Drittes Ausführungsbeispiel>
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem dritten Ausführungsbeispiel erfasst die numerische Steuervorrichtung 10 zusätzlich zur Funktion des ersten Ausführungsbeispiels einen Laststrom zum Zeitpunkt des Zerspanens eines Testwerkstücks, berechnet den Beziehungsparameter, der das Verhältnis zwischen dem Laststrom und der Schnittpunktbelastung jeder Achse angibt, auf der Grundlage des erfassten Laststroms, des Abweichungsbetrags zwischen der Befehlsform und den Messdaten sowie des dynamischen Kompensationsparameters, und berechnet die Schnittpunktbelastung auf der Grundlage des Beziehungsparameters und des Laststroms.
Bei einer solchen Konfiguration kann die numerische Steuervorrichtung 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Schnittpunktbelastung ohne zusätzliche Modifikationen der Hardware und ohne zusätzliche Hardware zu benötigen abschätzen.
Nachfolgend wird das dritte Ausführungsbeispiel beschrieben.
17 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein funktionales Konfigurationsbeispiel zeigt, welches zu der numerischen Steuervorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der numerischen Steuervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel hinzugefügt wurde. Elemente, welche dieselben Funktionen wie die Elemente der numerischen Steuervorrichtung 10 aus 1 aufweisen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und auf eine detaillierte Beschreibung derselben wird verzichtet.
Wie in 17 dargestellt, umfasst die Steuereinheit 200 außerdem eine Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 und eine Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit 330. Jede dieser Funktionseinheiten wird dadurch realisiert, dass die Steuereinheit 200 ein Systemprogramm und ein im ROM (nicht abgebildet) der Steuereinheit 200 gespeichertes Anwendungsprogramm ausführt.
Die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 erfasst den Laststrom von dem X-Achsen-Servomotor 31, dem Y-Achsen-Servomotor 32 und dem Z-Achsen-Servomotor 33 zum Zeitpunkt des Zerspanens des Testwerkstücks 50. Die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 berechnet einen Beziehungsparameter, der die Beziehung zwischen dem Laststrom und der Schnittpunktbelastung zumindest in der X-Achse und der Y-Achse anzeigt, basierend auf dem erfassten Laststrom, dem Abweichungsbetrag δ zwischen der Befehlsform und den Messdaten, und dem dynamischen Kompensationsparameter.
Genauer gesagt bewirkt die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320, um den Beziehungsparameter zu berechnen, der die Beziehung zwischen dem Laststrom und der Schnittpunktbelastung in der X-Achse und der Y-Achse anzeigt, wie in 18A gezeigt, dass die XY-Ebene in einer Kreisbewegung im Uhrzeigersinn mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, ohne dass das an dem Spindelkopf 24 angebrachte Werkzeug 25 das Zerspanen durchführt. Da sich das Werkzeug 25 nicht in Richtung der Z-Achse bewegt, erfasst die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 den Laststrom des X-Achsen-Servomotors 31 und des Y-Achsen-Servomotors 32, wenn sich das Werkzeug 25 in einer Kreisbewegung bewegt. In diesem Fall wird der Laststrom I₁(θ) als (I_1x(θ), I_1y(θ)) ausgedrückt. Es ist zu beachten, dass θ die Phase der Kreisbewegung angibt.
In ähnlicher Weise, wie in 18B gezeigt, bewirkt die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320, dass sich die XY-Ebene in einer Kreisbewegung mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wie im Fall der Richtung im Uhrzeigersinn, jedoch gegen den Uhrzeigersinn, ohne dass die Zerspanung durch das am Spindelkopf angebrachte Werkzeug 25 durchgeführt wird 24. Da sich das Werkzeug 25 nicht in Richtung der Z-Achse bewegt, erfasst die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 den Laststrom des X-Achsen-Servomotors 31, des Y-Achsen-Servomotors 32, wenn das Werkzeug 25 in einer Kreisbewegung bewegt wird. In diesem Fall wird der Laststrom I₂(θ) als (I_2x(θ), I_2y(θ)) ausgedrückt.
Dabei ist die Richtung der Beschleunigung des Laststromes I (θ) und des Laststromes I₂(θ) in der Richtung der Normalen gleich, während die Richtung der Geschwindigkeit des Laststromes I₁(θ) und des Laststromes I₂(θ) in der tangentialen Richtung entgegengesetzt ist. In Anbetracht dessen ist I₁(θ) + I₂(θ) nicht vom Einfluss der Geschwindigkeit betroffen und ist daher nur vom Einfluss der Beschleunigung betroffen. Dagegen ist I₁(θ) - I₂(θ) nicht vom Einfluss der Beschleunigung betroffen und ist somit nur vom Einfluss der Geschwindigkeit betroffen.
Daher berechnet die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 eine Ellipse, die am besten zu I₁(θ) + I₂(θ) passt und den Einfluss der Beschleunigung angibt ((x/R_ax)² + (y/R_ay)² = 1), z.B. durch die Methode der kleinsten Quadrate oder ähnliches. Ferner berechnet die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 eine Ellipse, die am besten zu I₁(θ) - I₂(θ) passt und den Einfluss der Geschwindigkeit angibt ((x/R_vx)²+(y/R_vy)²=1), z.B. durch die Methode der kleinsten Quadrate oder ähnliches. Somit werden I₁(θ) + I₂(θ) und I₁(θ) - I₂(θ) durch Ausdruck 10 ausgedrückt. $\begin{array}{l} I_{1} (θ) + I_{2} (θ) = (R_{a x} cos θ, R_{a y} sin θ) \\ I_{1} (θ) - I_{2} (θ) = (R_{v x} sin θ, - R_{v y} sin θ) \end{array}$
Dagegen werden im Falle des Proportionalkoeffizienten K_x der Beschleunigung und des Drehmoments der X-Achse, des Proportionalkoeffizienten K_y der Beschleunigung und des Drehmoments der Y-Achse, des Proportionalkoeffizienten L_x der Geschwindigkeit und des Drehmoments der X-Achse und des Proportionalkoeffizienten L_y der Geschwindigkeit und des Drehmoments der Y-Achse die Lastströme I₁(θ) und I₂(θ) wie in Ausdruck 11 ausgedrückt. Es ist zu beachten, dass a die Beschleunigung und v die Geschwindigkeit angibt. $\begin{array}{l} I_{1} (θ) = (K_{x} cos θ, K_{y} sin θ) a + (L_{x} sin θ, - L_{y} cos θ) v \\ I_{2} (θ) = (K_{x} cos θ, K_{y} sin θ) a - (L_{x} sin θ, - L_{y} cos θ) v \end{array}$
Darüber hinaus werden I₁(θ) + I₂(θ) und I₁(θ) - I₂(θ) durch Ausdruck 12 unter Verwendung des Laststroms I₁(θ) und I₂(θ) aus Ausdruck 11 ausgedrückt. $\begin{array}{l} I_{1} (θ) + I_{2} (θ) = 2 (K_{x} cos θ, K_{y} sin θ) a \\ I_{1} (θ) + I_{2} (θ) = 2 (K_{x} cos θ, K_{y} sin θ) a \end{array}$
So werden die Proportionalkoeffizienten K_x und K_y der Beschleunigung und des Drehmoments der X-Achse und der Y-Achse (der Beziehungsparameter zwischen Beschleunigung und Laststrom) und die Proportionalkoeffizienten L_x und L_y der Geschwindigkeit und des Drehmoments der X-Achse und der Y-Achse (der Beziehungsparameter zwischen Geschwindigkeit und Laststrom) wie in Ausdruck 13 unter Verwendung der Werte R_ax, R_ay, R_vx, R_vy, a und v in Ausdruck 10 ausgedrückt. $K_{x} = \frac{R_{a x}}{2 a}, K_{y} = \frac{R_{a y}}{2 a}, L_{x} = \frac{R_{v x}}{2 v}, L_{y} = \frac{R_{v y}}{2 v}$
Mit anderen Worten berechnet die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 den Laststrom I₁(θ) und I₂(θ), die Beziehungsparameter K_x und K_y von Beschleunigung und Laststrom und die Beziehungsparameter L_x und L_y von Geschwindigkeit und Laststrom aus den Ausdrücken 10 und 13. Darüber hinaus gibt die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 die berechneten Beziehungsparameter K_x und K_y der Beschleunigung und des Laststroms sowie die berechneten Beziehungsparameter L_x und L_y der Geschwindigkeit und des Laststroms an die später zu beschreibende Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit 330 aus. Es sei angemerkt, dass die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 die berechneten Beziehungsparameter K_x und K_y der Beschleunigung und des Laststroms sowie die berechneten Beziehungsparameter L_x und L_y der Geschwindigkeit und des Laststroms in der Speichereinheit 100 speichern kann.
Wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels veranlasst die numerische Steuervorrichtung 10 als nächstes zur Berechnung der dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy für den Rechtwinkligkeitsfehler oder den dynamischen Kompensationsparameter Wt für den Fehler aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25 die Werkzeugmaschine 20, ein Loch mit dem Radius R₀ in das Testwerkstück 50 zu schneiden, das an der Spannvorrichtung 40 in der XY-Ebene mit konstanter Höhe in Richtung der Z-Achse befestigt ist.
Anschließend veranlasst die numerische Steuervorrichtung 10 die Werkzeugmaschine 20, das geschnittene Loch mit einem Messtaster (nicht abgebildet) auf der Maschine zu messen. Die Messeinheit 210 der numerischen Steuervorrichtung 10 erfasst Messdaten, welche die Form des auf der Maschine gemessenen Testwerkstücks 50 angeben, von der Werkzeugmaschine 20.
Wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels berechnet die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter die dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy für den Rechtwinkligkeitsfehler oder den dynamischen Kompensationsparameter Wt den Fehler aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25 basierend auf der Befehlsform, die durch den Zerspanungsbefehl angegeben wird, mit dem das Testwerkstück 50 zerspant wurde, und den erfassten Messdaten.
Darüber hinaus erfasst die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 die Lastströme I_f(X) und I_f(Y) von dem X-Achsen-Servomotor 31, dem Y-Achsen-Servomotor 31 und dem Z-Achsen-Servomotor 32 zum Zeitpunkt des Zerspanens des Testwerkstücks 50. Die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 verwendet die erfassten Lastströme I_f(X) und I_f(Y) zum Zeitpunkt des Zerspanens, um den Proportionalkoeffizienten J_x des Laststroms und der Schnittpunktbelastung F der X-Achse (den Beziehungsparameter des Laststroms und der Schnittpunktbelastung) und den Proportionalkoeffizienten J_y des Laststroms und der Schnittpunktbelastung F der Y-Achse (den Beziehungsparameter des Laststroms und der Schnittpunktbelastung) zu berechnen.
Nachfolgend werden die Berechnung des Beziehungsparameters des Laststroms und der Schnittpunktbelastung im Rechtwinkligkeitsfehler bzw. die Berechnung des Beziehungsparameters des Laststroms und der Schnittpunktbelastung in der Durchbiegung des Werkzeugs 25 beschrieben.
<Zur Berechnung des Beziehungsparameters von Laststrom und Schnittpunktbelastung im Rechtwinkligkeitsfehler>
Der beim Zerspanen des Testwerkstücks 50 entstehende Rechtwinkligkeitsfehler ist dadurch begründet, dass die Steifigkeit zwischen Achsen der Werkzeugmaschine 20 gering ist. Daher berechnet die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 eine Ellipse ((x/I_fx)² + (y/I_fy)² = 1), die am besten zum erfassten Laststrom I_f(=(I_f(X), I_f(Y)) passt, z.B. durch die Methode der kleinsten Quadrate oder ähnliches. Es ist zu beachten, dass I_fx der Radius in Richtung der X-Achse der Ellipse und I_fy der Radius in Richtung der Y-Achse der Ellipse ist.
Dabei wird der Abweichungsbetrag δ (= (R₀-R_x, R₀-R_y)) basierend auf Ausdruck 5 durch die Höhe (Koordinatenwert) z der Bearbeitung, die dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy des Rechtwinkligkeitsfehlers und die Schnittpunktbelastung F ausgedrückt und somit wie in Ausdruck 14 ausgedrückt. $(R_{0} - R_{x}, R_{0} - R_{y}) = (z W_{z x} J_{x} I_{f x}, z W_{z x} J_{y} I_{f y})$
Es ist zu beachten, dass es notwendig ist, die Beziehungsparameter des Laststroms und der Schnittpunktbelastung (Proportionalkoeffizient) J_x und J_y zu bestimmen, weil sich die erzeugten Schnittpunktbelastungen F in der X-Achse und in der Y-Achse auch bei gleichem Laststrom voneinander unterscheiden.
Die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 kann die Beziehungsparameter J_x und J_y des Laststroms und der Schnittpunktbelastung unter Verwendung von Ausdruck 15, modifiziert von Ausdruck 14, der berechneten I_fx und I_fy, der dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy, die aus den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120 gelesen werden, und R₀, R_x und R_y, die von der Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter berechnet werden, berechnen. $(J_{x}, J_{y}) = (\frac{R_{0} - R_{x}}{z W_{z x} I_{f x}}, \frac{R_{0} - R_{y}}{z W_{z y} I_{f y}})$
Darüber hinaus gibt die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 die Beziehungsparameter J_x und J_y des berechneten Laststroms und der Schnittpunktbelastung an die Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit 330 aus. Es sei angemerkt, dass die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 die Beziehungsparameter J_x und J_y des berechneten Laststroms und der Schnittpunktbelastung in der Speichereinheit 100 speichern kann.
Zum Zeitpunkt des Zerspanens des Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, berechnet die Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit 330 den Laststrom I_f des Zerspanens auf der Grundlage der Beziehungsparameter K_x und K_y der Beschleunigung und des Laststroms, der von der Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 berechnet wird, und der Beziehungsparameter L_x und L_y der Geschwindigkeit und des Laststroms, wobei der Laststrom I zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, von dem X-Achsen-Servomotor 31, dem Y-Achsen-Servomotor 32 und dem Z-Achsen-Servomotor 33 erfasst wird, und Ausdruck 16. $I_{f} = I - (K_{x} a_{x}, K_{y} a_{y}) - (L_{x} v_{x}, L_{y} v_{y})$
Es ist zu beachten, dass Ausdruck 16 erfasst wird, da der Laststrom I die Summe aus dem Laststrom aufgrund der Beschleunigung, dem Laststrom aufgrund der Geschwindigkeit und dem Laststrom lf des Zerspanens wird. Darüber hinaus gibt a_x die Beschleunigung in Richtung der X-Achse an. a_y gibt die Beschleunigung in Richtung der Y-Achse an. v_x gibt die Geschwindigkeit in Richtung der X-Achse an. v_y gibt die Geschwindigkeit in Richtung der Y-Achse an.
Darüber hinaus berechnet die Schnittpunktlastberechnungseinheit 330 die Schnittpunktbelastung F unter Verwendung der Beziehungsparameter J_x und J_y des Laststroms und der Schnittpunktbelastung, die durch die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 berechnet werden, des berechneten Laststroms I_f und Ausdruck 17. $F = (J_{x} I_{f x}, J_{y} I_{f y})$
Die dynamische Kompensationseinheit 250 berechnet den Abweichungsbetrag δ aus den dynamischen Kompensationsparametem W_zx und W_zy, die aus den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120 gelesen werden, der Schnittpunktbelastung F, die von der Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit 330 berechnet wird, und Ausdruck 5. Die dynamische Kompensationseinheit 250 kompensiert den dynamischen Fehler des Rechtwinkligkeitsfehlers in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls für das als eigentlicher Artikel dienende Werkstück auf der Grundlage des berechneten Verschiebungsbetrages δ.
<Zur Berechnung der Beziehungsparameter von Laststrom und Schnittpunktbelastung bei der durch Biegung von Werkzeug 25>
Obwohl es keine Anisotropie in der Durchbiegung des Werkzeugs 25 gibt, ist die Größe des Laststroms zur Erzeugung derselben Schnittpunktbelastung abhängig von der Trägheit einer Achse und den Motoreigenschaften unterschiedlich. Um eine Schnittpunktbelastung zu erzeugen, wird daher der Radius in der axialen Richtung größer, wenn ein großer Strom erforderlich ist (die axiale Richtung, in der die Trägheit groß ist), und der Radius wird in der axialen Richtung kleiner, wenn ein kleiner Strom erforderlich ist (die axiale Richtung, in der die Trägheit klein ist).
Daher berechnet die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 eine Ellipse ((x/I_ftx)² + (y/I_fty)² = 1), die am besten zu dem Laststrom I_f (= (I_f(X), I_f(Y)) passt, der zum Zeitpunkt des Zerspanens des Werkstücks 50 erfasst wird, z.B. durch die Methode der kleinsten Quadrate oder ähnliches. Es ist zu beachten, dass I_ftx der Radius in Richtung der X-Achse der Ellipse und I_fty der Radius in Richtung der Y-Achse der Ellipse ist.
Dabei wird der Abweichungsbetrag δ (= (R₀ - R_t, R₀ - R_t)) durch die Werkzeuglänge Lt, den dynamischen Kompensationsparameter W_t und die Schnittpunktbelastung F, und somit wie in Ausdruck 18 ausgedrückt. $(R_{0} - R_{t}, R_{0} - R_{t}) = L_{t} W_{t} (J_{x} I_{f t x}, J_{y} I_{f t y})$
Die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 kann die Beziehungsparameter J_x und J_y des Laststroms und der Schnittpunktbelastung unter Verwendung von Ausdruck 19, modifiziert von Ausdruck 18, der berechneten I_ftx und I_fty, des dynamischen Kompensationsparameters W_t, der aus den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120 gelesen wird, und R₀ und R_t, die von der Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter berechnet werden, berechnen. $(J_{x}, J_{y}) = \frac{R_{0} - R_{t}}{L_{t} W_{t}} (\frac{1}{L_{t} W_{t}}, \frac{1}{I_{f t y}})$
Darüber hinaus gibt die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 die Beziehungsparameter J_x und J_y des berechneten Laststroms und der Schnittpunktbelastung an die Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit 330 aus. Es sei angemerkt, dass die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 die Beziehungsparameter J_x und J_y des berechneten Laststroms und der Schnittpunktbelastung in der Speichereinheit 100 speichern kann.
Zum Zeitpunkt des Zerspanens des Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, berechnet die Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit 330 den Laststrom I_f des Zerspanens auf der Grundlage der Beziehungsparameter K_x und K_y der Beschleunigung und des Laststroms, der von der Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 berechnet wird, und der Beziehungsparameter L_x und L_y der Geschwindigkeit und des Laststroms, wobei der Laststrom I zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, von dem X-Achsen-Servomotor 31, dem Y-Achsen-Servomotor 32 und dem Z-Achsen-Servomotor 33 erfasst wird, und Ausdruck16.
Darüber hinaus berechnet die Schnittpunktlastberechnungseinheit 330 die Schnittpunktbelastung F unter Verwendung der Beziehungsparameter J_x und J_y des Laststroms und der Schnittpunktbelastung, die durch die Beziehungsparameterberechnungseinheit 320 berechnet werden, den berechneten Laststrom I_f und Ausdruck 17.
Die dynamische Kompensationseinheit 250 berechnet den Abweichungsbetrag δ aus dem dynamischen Kompensationsparameter W_t, der aus den dynamischen Kompensationsparameterdaten 120 gelesen wird, der Schnittpunktbelastung F, die von der Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit 330 berechnet wird, und Ausdruck 7. Die dynamische Kompensationseinheit 250 kompensiert den dynamischen Fehler des Fehlers aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs 25 in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls für das als eigentlicher Artikel dienende Werkstück basierend auf dem berechneten Abweichungsbetrag δ.
Wie oben beschrieben, erfasst die numerische Steuervorrichtung 10 des dritten Ausführungsbeispiels den Laststrom zum Zeitpunkt des Zerspanens des Testwerkstücks 50 und berechnet die Beziehungsparameter J_x und J_y des Laststroms und der Schnittpunktbelastung auf der Grundlage des erfassten Laststroms, des Abweichungsbetrags δ der Befehlsform und der Messdaten sowie des dynamischen Kompensationsparameters. Die numerische Steuervorrichtung 10 berechnet die Schnittpunktbelastung F auf der Grundlage der Beziehungsparameter J_x und J_y des Laststroms und der Schnittpunktbelastung sowie des Laststroms I zum Zeitpunkt des Zerspanens des Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, und kompensiert den dynamischen Fehler in Bezug auf den durch den Zerspanungsbefehl angegebenen Befehlskoordinatenwert auf der Grundlage der berechneten Schnittpunktbelastung F und des dynamischen Kompensationsparameters.
Mit einer solchen Konfiguration kann die numerische Steuervorrichtung 10 den dynamischen Fehler ohne den Einsatz eines Sensors akkurat kompensieren.
Außerdem kann die numerische Steuervorrichtung 10 die Schnittpunktbelastung ohne zusätzliche Modifikation der Hardware und ohne zusätzliche Hardware zu benötigen abschätzen.
Das dritte Ausführungsbeispiel wurde oben beschrieben.
<Modifikationsbeispiele des dritten Ausführungsbeispiels>
In dem dritten Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, kompensiert die numerische Steuervorrichtung 10 den dynamischen Fehler unter Bezug auf den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbereichs, der durch Analysieren des Bearbeitungsprogramms erzeugt wird, indem die Konfiguration aus 17 zu der numerischen Steuervorrichtung 10 aus 1 hinzugefügt wird; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die numerische Steuervorrichtung 10 den Kompensationsimpuls zur Kompensation des dynamischen Fehlers zu den Impulsen hinzufügen, die an den X-Achsen-Servomotor 31, den Y-Achsen-Servomotor 32 und den Z-Achsen-Servomotor 33 der Werkzeugmaschine 20 auszugeben sind, indem die Konfiguration aus 17 zu der numerischen Steuervorrichtung 10 aus 11 hinzugefügt wird.
Alternativ kann die numerische Steuervorrichtung 10 die Konfiguration aus 17 zu der numerischen Steuervorrichtung 10 aus 12 hinzufügen, um den Kompensationsbetrag der dynamischen Kompensation in den Werkzeugradius des Werkzeugs 25 einzubeziehen und dadurch den dynamischen Fehler zu kompensieren.
Auch wenn oben das erste bis dritte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist die numerische Steuervorrichtung 10 nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern schließt Modifikationen, Verbesserungen und dergleichen im Geltungsbereich ein, der das Ziel erreichen kann.
<Modifikationsbeispiele>
In dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel ist die Werkzeugmaschine 20, wie oben beschrieben, eine Werkzeugmaschine mit drei orthogonalen Achsen; allerdings kann es sich bei der Werkzeugmaschine 20 auch um eine Werkzeugmaschine mit fünf Achsen oder dergleichen handeln.
Die jeweiligen Funktionen, die in der numerischen Steuereinrichtung 10 gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel enthalten sind, können durch Hardware, Software oder eine Kombination daraus realisiert werden. Realisiert durch Software bedeutet dabei die Realisierung, wenn ein Computer ein Programm liest und ausführt.
Darüber hinaus kann jede Komponente, die in der numerischen Steuervorrichtung 10 enthalten ist, durch Hardware einschließlich einer elektronischen Schaltung oder dergleichen, Software oder eine Kombination daraus realisiert werden.
Die Programme können auf einem beliebigen aus verschiedenen Typen von nicht flüchtigen computerlesbaren Medien gespeichert und für einen Computer bereitgestellt werden. Zu den nicht flüchtigen computerlesbaren Medien zählen verschiedene Typen von materiellen Speichermedien. Zu Beispielen für nicht flüchtige computerlesbare Medien zählen magnetische Aufzeichnungsmedien (beispielsweise Disketten, Magnetbänder, Festplattenlaufwerke), magnetooptische Aufzeichnungsmedien (beispielsweise magnetooptische Disketten), CD-ROMs (Nur-Lese-Speicher), CD-Rs, CD-R/Ws, Halbleiterspeicher (beispielsweise Masken-ROMs, PROMs (programmierbare ROMs), EPROMs (Löschbare PROMs), Flash-ROMs und RAMs). Das Programm kann für den Computer auch durch verschiedene Typen von temporären computerlesbaren Medien bereitgestellt werden. Zu Beispielen für temporäre computerlesbare Medien zählen elektrische Signale, optische Signale und Funkwellen. Temporäre computerlesbare Medien können Programme über drahtgebundene Kommunikationspfade, wie beispielsweise Drähte oder optische Fasern, oder über drahtlose Kommunikationspfade an den Computer liefern.
Es sei angemerkt, dass ein Schritt zum Schreiben von Programmen zur Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium eine Verarbeitung beinhaltet, die in einer Zeitreihenfolge gemäß der Reihenfolge und Verarbeitung durchgeführt wird, die parallel oder unabhängig durchgeführt wird, auch wenn die Verarbeitung nicht unbedingt in einer Zeitreihenfolge durchgeführt werden muss.
Mit anderen Worten kann die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Offenlegungsschrift verschiedene Ausführungsbeispiele annehmen, welche die folgenden Konfigurationen aufweisen.

(1) Die numerische Steuervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift ist eine numerische Steuervorrichtung, die eine Werkzeugmaschine 20 veranlasst, das Zerspanen mit einem Befehlskoordinatenwert durchzuführen, der durch einen von einer Befehlsanalyseeinheit 230 erhaltenen Zerspanungsbefehl angezeigt wird, wobei die numerische Steuervorrichtung 10 beinhaltet: eine Messeinheit 210, welche die Werkzeugmaschine 20 veranlasst, auf der Maschine eine Form eines zerspanten Testwerkstücks 50 zu messen, und Messdaten erfasst, die eine Form des gemessenen Testwerkstücks 50 angeben; eine Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter, die einen dynamischen Kompensationsparameter zum Kompensieren eines dynamischen Fehlers berechnet, der durch eine auf die Werkzeugmaschine 20 wirkende Kraft und eine Geschwindigkeit beim Zerspanen erzeugt wird, basierend auf einer durch den Zerspanungsbefehl angegebenen Befehlsform und den durch die Messeinheit 210 erfassten Messdaten; und eine dynamische Kompensationseinheit 250, die den dynamischen Fehler in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert auf der Grundlage des berechneten dynamischen Kompensationsparameters kompensiert, wobei die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter nur den dynamischen Fehler aus einem Vergleich der Befehlsform und der Messdaten erfasst und den dynamischen Kompensationsparameter aus dem erfassten dynamischen Fehler berechnet.

Gemäß der numerischen Steuervorrichtung 10 ist es möglich, den dynamischen Fehler ohne Verwendung eines Sensors akkurat zu kompensieren.

(2) In der numerischen Steuervorrichtung 10 gemäß (1) können die Befehlsform und eine Form des Testwerkstücks 50 kreisförmig sein.

Auf diese Weise kann die numerische Steuervorrichtung 10 mühelos den dynamischen Kompensationsparameter berechnen.

(3) In der numerischen Steuervorrichtung 10 gemäß (2) kann die Messeinheit 210 die Messdaten eines Lochs mit einem Radius R₀ erfassen, das in das Testwerkstück 50 in einer XY-Ebene geschnitten ist, und die Berechnungseinheit für dynamische Kompensationsparameter 220 kann eine Ellipse am besten an die Form des Testwerkstücks 50 anpassen, die durch die Messdaten angezeigt wird, und Radien R_x und R_y einer X-Achse bzw. einer Y-Achse der Ellipse erfassen und dynamische Kompensationsparameter W_zx und W_zy in der XY-Ebene mit Ausdruck 20 berechnen,

\begin{array}{l} W_{z x} = δ_{0} / (H_{z} - H_{w}) \\ W_{z y} = δ_{90} / (H_{z} - H_{w}) \end{array}

_z

20

_w

50

₀

₉₀

_x

_y

Auf diese Weise kann die numerische Steuervorrichtung 10 den dynamischen Kompensationsparameter des Rechtwinkligkeitsfehlers berechnen.

(4) In der numerischen Steuereinrichtung 10 gemäß (2) kann die Messeinheit 210 die Messdaten des Lochs mit dem Radius R₀ erfassen, das in das Testwerkstück 50 in einer XY-Ebene geschnitten wird, und die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter kann die durch die Messdaten angezeigte Form des Testwerkstücks 50 am besten an einen Kreis anpassen und erfasst einen Radius R_t des Kreises, und kann einen dynamischen Kompensationsparameter W_t eines Durchbiegungsbetrags eines in der Werkzeugmaschine 20 enthaltenen Werkzeugs, der aus einer Schnittbelastung erzeugt wird, und eines Werkzeugradius-Kompensationsbetrags rt' mit Ausdruck 21 berechnen,

\begin{array}{l} W_{t} = (R_{0} - R_{t}) / L_{t} cos β \\ r_{t}^{'} = r_{t} - L_{t} cos β W_{t} \end{array}

Auf diese Weise kann die numerische Steuervorrichtung 10 den dynamischen Kompensationsparameter des Fehlers aufgrund der Durchbiegung des Werkzeugs berechnen.

(5) Die numerische Steuervorrichtung 10 gemäß (1) oder (2) kann des Weiteren eine Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter enthalten, in der die Messeinheit 210 die Messdaten einer Form des Testwerkstücks 50 erfassen kann, das in jeder aus einer Vielzahl von Schnittbelastungen zerspant wird, die sich voneinander unterscheiden, die Berechnungseinheit 220 für dynamische Kompensationsparameter kann den dynamischen Kompensationsparameter auf der Grundlage der Befehlsform in jeder aus der Vielzahl von Schnittbelastungen und der Messdaten berechnen, die Interpolationseinheit 310 für dynamische Kompensationsparameter kann einen dynamischen Kompensationsparameter in einer beliebigen Schnittbelastung unter Verwendung einer Vielzahl von berechneten dynamischen Kompensationsparametern interpolieren, und die dynamische Kompensationseinheit 250 kann den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls auf der Grundlage des dynamischen Kompensationsparameters in der beliebigen interpolierten Schnittbelastung kompensieren.

Dadurch ist es für die numerische Steuervorrichtung 10 möglich, den dynamischen Fehler akkurat zu kompensieren, selbst wenn sich die Größe der Schnittbelastung zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Testwerkstücks 50 von der Größe der Schnittbelastung zum Zeitpunkt der Zerspanung des Werkstücks, das als eigentlicher Artikel dient, unterscheidet.

(6) Die numerische Steuervorrichtung 10 gemäß (1) oder (2) kann des Weiteren beinhalten: eine Beziehungsparameterberechnungseinheit 320, die einen Laststrom zu einem Zeitpunkt des Zerspanens des Testwerkstücks 50 erfasst und einen Beziehungsparameter berechnet, der eine Beziehung zwischen einem Laststrom und einer Schnittpunktbelastung mindestens in einer X-Achse und einer Y-Achse basierend auf dem erfassten Laststrom, einem Abweichungsbetrag zwischen der Befehlsform und den Messdaten und dem dynamischen Kompensationsparameter berechnet, und eine Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit 330, welche die Schnittpunktbelastung basierend auf dem Beziehungsparameter und dem Laststrom berechnet.

Dadurch kann die numerische Steuervorrichtung 10 die Schnittpunktbelastung ohne zusätzliche Modifikation der Hardware und ohne zusätzliche Hardware zu benötigen abschätzen.

(7) In der numerischen Steuervorrichtung 10 gemäß (6) kann der Laststrom durch Subtrahieren eines Laststroms aufgrund einer Beschleunigung zum Zeitpunkt der Beschleunigung eines in der Werkzeugmaschine 20 enthaltenen Werkzeugs 25 und eines Laststroms aufgrund einer axialen Bewegung zum Zeitpunkt der axialen Bewegung des Werkzeugs 25 von einem Laststrom eines in der Werkzeugmaschine 20 enthaltenen Servomotors berechnet werden.

Dadurch ist es für die numerische Steuervorrichtung 10 möglich, den Laststrom I_f des Zerspanens zu berechnen.

(8) In der numerischen Steuervorrichtung 10 gemäß (7) können der Laststrom aufgrund der Beschleunigung und der Laststrom aufgrund der axialen Bewegung aus einem Laststrom zu einem Zeitpunkt der Bewegung des Werkzeugs 25 ohne das Zerspanen berechnet werden.

Auf diese Weise ist es für die numerische Steuervorrichtung 10 möglich, den Laststrom aufgrund der Beschleunigung zum Zeitpunkt der Leerlaufbearbeitung und den Laststrom aufgrund der Achsenbewegung zu berechnen.

(9) In der numerischen Steuervorrichtung (8) kann die Bewegung des Werkzeugs 25 ohne Zerspanen sowohl eine Bewegung zum Bewegen des Werkzeugs 25 in einer Kreisbewegung im Uhrzeigersinn als auch eine Bewegung zum Bewegen des Werkzeugs 25 in einer Kreisbewegung gegen den Uhrzeigersinn ausführen.

Auf diese Weise ist es für die numerische Steuervorrichtung 10 möglich, den Laststrom aufgrund der Beschleunigung und den Laststrom aufgrund der Achsenbewegung zu berechnen.

(10) Ein Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift bezieht sich auf ein Steuerverfahren, mit dem eine Werkzeugmaschine 20 veranlasst wird, ein Zerspanen mit einem Befehlskoordinatenwert durchzuführen, der durch einen von einer Befehlsanalyseeinheit 230 empfangenen Zerspanungsbefehl angezeigt wird, wobei das Steuerverfahren durch einen Computer realisiert wird und die folgenden Schritte umfasst: Veranlassen der Werkzeugmaschine 20, auf der Maschine eine Form eines zerspanten Testwerkstücks 50 zu messen, und Erfassen von Messdaten, die eine Form des gemessenen Testwerkstücks 50 angeben; Berechnen eines dynamischen Kompensationsparameters zum Kompensieren eines dynamischen Fehlers, der durch eine auf die Werkzeugmaschine 20 wirkende Kraft und eine Geschwindigkeit beim Zerspanen erzeugt wird, auf der Grundlage einer durch den Zerspanungsbefehl angegebenen Befehlsform und der erfassten Messdaten; und Kompensieren des dynamischen Fehlers in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert, basierend auf dem berechneten dynamischen Kompensationsparameter, wobei das Berechnen eines dynamischen Kompensationsparameters das Erfassen nur des dynamischen Fehlers aus einem Vergleich der Befehlsform und der Messdaten und das Berechnen des dynamischen Kompensationsparameters aus dem erfassten dynamischen Fehler beinhaltet.

Gemäß diesem Steuerverfahren kann derselbe Effekt wie in (1) erzielt werden.
Bezugszeichenliste

10: numerische Steuervorrichtung
20: Werkzeugmaschine
25: Werkzeug
50: Testwerkstück
100: Speichereinheit
200: Steuereinheit
210: Messeinheit
220: Berechnungseinheit für dynamische Kompensationsparameter
230: Befehlsanalyseeinheit
250: dynamische Kompensationseinheit
310: Interpolationseinheit für dynamische Kompensationsparameter
320: Beziehungsparameterberechnungseinheit
330: Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Takashi Matsumura, „Trends and Issues in Cutting Simulation Technologies“, Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Bd. 80, Nr. 9, 2014 [0058]
Kazuo Taniguchi, „Analytical Research on Cutting Mechanics of Metal - Report 3: Analysis of Cutting Stress-)“, Journal of the Japan Society of Precision Engineering, Bd. 29, Nr. 3, 1963 [0066]

Claims

Numerische Steuervorrichtung (10), die eine Werkzeugmaschine (20) veranlasst, das Zerspanen mit einem Befehlskoordinatenwert durchzuführen, der durch einen von einer Befehlsanalyseeinheit (230) empfangenen Zerspanungsbefehl angezeigt wird, wobei die numerische Steuervorrichtung (10) umfasst: eine Messeinheit (210), welche die Werkzeugmaschine (20) veranlasst, auf der Maschine eine Form eines zerspanten Testwerkstücks (50) zu messen, und Messdaten erfasst, die eine Form des gemessenen Testwerkstücks (50) angeben; eine Berechnungseinheit (220) für dynamische Kompensationsparameter, die einen dynamischen Kompensationsparameter zum Kompensieren eines dynamischen Fehlers berechnet, der durch eine auf die Werkzeugmaschine (20) wirkende Kraft und eine Geschwindigkeit beim Zerspanen erzeugt wird, basierend auf einer durch den Zerspanungsbefehl angegebenen Befehlsform und den durch die Messeinheit (210) erfassten Messdaten; und eine dynamische Kompensationseinheit (250), die den dynamischen Fehler in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert auf der Grundlage des berechneten dynamischen Kompensationsparameters kompensiert, wobei die Berechnungseinheit (220) für dynamische Kompensationsparameter nur den dynamischen Fehler aus einem Vergleich der Befehlsform und der Messdaten erfasst und den dynamischen Kompensationsparameter aus dem erfassten dynamischen Fehler berechnet.
Numerische Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Befehlsform und eine Form des Testwerkstücks (50) kreisförmig sind.
Numerische Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Messeinheit (210) die Messdaten eines Lochs mit einem Radius R₀ erfasst, das in das Testwerkstück (50) in einer XY-Ebene geschnitten ist, und die Berechnungseinheit für dynamische Kompensationsparameter (220) eine Ellipse am besten an die durch die Messdaten angezeigte Form des Testwerkstücks (50) anpasst und die Radien R_x und R_y einer X-Achse bzw. einer Y-Achse der Ellipse erfasst und die dynamischen Kompensationsparameter W_zx und W_zy in der XY-Ebene mit Ausdruck 1 berechnet, $\begin{array}{l} W_{z x} = δ_{0} / (H_{z} - H_{w}) \\ W_{z y} = δ_{90} / (H_{z} - H_{w}) \end{array}$
wobei H_z eine Höhe von einem Tisch zu einer X-Achse der Werkzeugmaschine (20), H_w eine Höhe von dem Tisch zu dem Testwerkstück (50), δ₀ und δ₉₀ jeweils Abweichungsbeträge in einem Fall angeben, in dem ein Winkel θ einer Bearbeitungsformposition (R_xcos(θ + a), R_ysin(θ + α)), der durch die Messdaten angegeben wird, 0 Grad und 90 Grad beträgt, und α eine Phase angibt, die durch eine Neigung in einem Fall verschoben ist, in dem die Ellipse, die am besten passt, aufgrund einer Belastung in Umfangsrichtung geneigt ist.
Numerische Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Messeinheit (210) die Messdaten eines Lochs mit dem Radius R₀ erfasst, das in das Testwerkstück (50) in einer XY-Ebene geschnitten ist, und die Berechnungseinheit (220) für dynamische Kompensationsparameter die durch die Messdaten angezeigte Form des Testwerkstücks (50) am besten an einen Kreis anpasst und einen Radius R_t des Kreises erfasst, und einen dynamischen Kompensationsparameter W_t eines Durchbiegungsbetrags eines in der Werkzeugmaschine (20) enthaltenen Werkzeugs, der aus einer Schnittbelastung erzeugt wird, und eines Werkzeugradius-Kompensationsbetrags r_t' mit Ausdruck 2 berechnet, $\begin{array}{l} W_{t} = (R_{0} - R_{t}) / L_{t} cos β \\ r_{t}^{'} = r_{t} - L_{t} cos β W_{t} \end{array}$
wobei β einen Winkel zwischen einer Normallinienrichtung eines Werkstücks zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks und einer Schnittpunktbelastungsrichtung angibt, rt einen Werkzeugradius vor der Kompensation angibt und Lt eine Werkzeuglänge angibt.
Numerische Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, des Weiteren umfassend eine Interpolationseinheit (310) für dynamische Kompensationsparameter, wobei die Messeinheit (210) die Messdaten einer Form des Testwerkstücks (50) erfasst, das in jeder aus einer Vielzahl von Schnittbelastungen zerspant wird, die sich voneinander unterscheiden, die Berechnungseinheit (220) für dynamische Kompensationsparameter den dynamischen Kompensationsparameter basierend auf der Befehlsform und den Messdaten in jeder aus der Vielzahl von Schnittbelastungen berechnet, die Interpolationseinheit (310) für dynamische Kompensationsparameter einen dynamischen Kompensationsparameter in einer beliebigen Schnittbelastung unter Verwendung einer Vielzahl von berechneten dynamischen Kompensationsparametern interpoliert, und die dynamische Kompensationseinheit (250) den Befehlskoordinatenwert des Zerspanungsbefehls basierend auf dem dynamischen Kompensationsparameter in der beliebigen interpolierten Schnittbelastung kompensiert.
Numerische Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, des Weiteren umfassend: eine Beziehungsparameterberechnungseinheit (320), die einen Laststrom zu einem Zeitpunkt des Zerspanens des Testwerkstücks (50) erfasst und einen Beziehungsparameter berechnet, der eine Beziehung zwischen einem Laststrom und einer Schnittpunktbelastung zumindest in einer X-Achse und einer Y-Achse anzeigt, basierend auf dem erfassten Laststrom, einem Abweichungsbetrag zwischen der Befehlsform und den Messdaten, und dem dynamischen Kompensationsparameter, und eine Schnittpunktbelastungsberechnungseinheit (330), welche die Schnittpunktbelastung basierend auf dem Beziehungsparameter und dem Laststrom berechnet.
Numerische Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der Laststrom durch Subtrahieren eines Laststroms aufgrund einer Beschleunigung zum Zeitpunkt der Beschleunigung eines in der Werkzeugmaschine (20) enthaltenen Werkzeugs (25) und eines Laststroms aufgrund einer axialen Bewegung zum Zeitpunkt der axialen Bewegung des Werkzeugs (25) von einem Laststrom eines in der Werkzeugmaschine (20) enthaltenen Servomotors berechnet wird.
Numerische Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei der Laststrom aufgrund der Beschleunigung und der Laststrom aufgrund der axialen Bewegung aus einem Laststrom zu einem Zeitpunkt der Bewegung des Werkzeugs (25) ohne das Zerspanen berechnet werden.
Numerische Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Bewegung des Werkzeugs (25) ohne Zerspanen sowohl eine Bewegung zum Bewegen des Werkzeugs (25) in einer Kreisbewegung im Uhrzeigersinn als auch eine Bewegung zum Bewegen des Werkzeugs (25) in einer Kreisbewegung gegen den Uhrzeigersinn ausführt.
Steuerverfahren zum Veranlassen einer Werkzeugmaschine (20), das Zerspanen mit einem Befehlskoordinatenwert durchzuführen, der durch einen von einer Befehlsanalyseeinheit (230) empfangenen Zerspanungsbefehl angezeigt wird, wobei das Steuerverfahren durch einen Computer realisiert wird und folgende Schritte umfasst: Veranlassen der Werkzeugmaschine (20), auf der Maschine eine Form eines zerspanten Testwerkstücks (50) zu messen, und Erfassen von Messdaten, die eine Form des gemessenen Testwerkstücks (50) angeben; Berechnen eines dynamischen Kompensationsparameters zum Kompensieren eines dynamischen Fehlers, der durch eine auf die Werkzeugmaschine (20) wirkende Kraft und eine Geschwindigkeit beim Zerspanen erzeugt wird, auf der Grundlage einer durch den Zerspanungsbefehl angegebenen Befehlsform und der erfassten Messdaten; und Kompensieren des dynamischen Fehlers in Bezug auf den Befehlskoordinatenwert auf der Grundlage des berechneten dynamischen Kompensationsparameters, wobei das Berechnen eines dynamischen Kompensationsparameters das Erfassen von nur dem dynamischen Fehler aus einem Vergleich der Befehlsform und der Messdaten beinhaltet, und das Berechnen des dynamischen Kompensationsparameters aus dem erfassten dynamischen Fehler.