DE102020207868A1

DE102020207868A1 - Numerische steuervorrichtung, steuerprogramm und steuerverfahren

Info

Publication number: DE102020207868A1
Application number: DE102020207868.8A
Authority: DE
Inventors: Ryou MORIHASHI; Naoto Sonoda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2020-12-31
Also published as: CN112130524A; US11541500B2; US20200406416A1; CN112130524B

Abstract

Bereitstellung einer Technologie, die in der Lage ist, eine übermäßige Schnittgeschwindigkeit zu verhindern. Eine numerische Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Referenzdrehzahl-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Spindeldrehzahl, die eine Drehzahl der Spindel gemäß einem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, und eine Vorschubgeschwindigkeit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, berechnet; eine Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Schwingungsbefehl, der eine periodische Befehlsänderungskomponente ist, die einem Befehl der Vorschubachse überlagert ist, auf der Grundlage der Spindeldrehzahl und der Vorschubgeschwindigkeit sowie einer im Voraus festgelegten Schwingungsfrequenz-Vergrößerung berechnet; eine Einstellungs-Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen oberen Grenzwert für die Frequenz des Schwingungsbefehls erfasst; und eine Anpassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz des Schwingungsbefehls einstellt oder wenigstens entweder die Spindeldrehzahl oder die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung einstellt, so dass die Frequenz des Schwingungsbefehls den oberen Grenzwert nicht überschreitet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung, ein Steuerprogramm und ein Steuerverfahren.
Stand der Technik
Üblicherweise wurden Werkzeugmaschinen verwendet, wie beispielsweise Drehmaschinen, die eine Spindel haben, die ein Schneidwerkzeug oder ein Werkstück, das ein Bearbeitungsziel ist, in Rotation versetzt, und eine Vorschubachse, die das Schneidwerkzeug relativ zum Werkstück bewegt und bewirkt, dass die Spindel und die Vorschubachse zusammen arbeiten, um das Werkstück mit Hilfe des Schneidwerkzeugs zu schneiden. Bei einer solchen Werkzeugmaschine ist es nicht ungewöhnlich, dass die Spindel und Vorschubachse sowie andere Antriebsachsen durch eine numerische Steuervorrichtung gesteuert werden.
Da bei einer Werkzeugmaschine wie einer Drehbank die Schneidkante des Schneidwerkzeugs normalerweise kontinuierlich Material auf der Oberfläche des Werkstücks abschabt, wird das abgeschabte Material je nach Material des Werkstücks zu langen und dünnen Spänen (Spänen), und es besteht die Möglichkeit, sich um das Schneidwerkzeug zu wickeln und die Bearbeitung des Werkstücks zu verhindern. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wie beispielsweise im Patentdokument 1 beschrieben, ist eine Technologie bekannt, die ein Oszillationsschneiden durchführt, um das Schneidwerkzeug zu veranlassen, sich relativ zum Werkstück mit einer vorbestimmten Schwingungsfrequenz unter Verwendung einer numerischen Steuervorrichtung hin- und herzubewegen. Da beim Oszillationsschneiden das Schneidwerkzeug durch Hin- und Herbewegung des Schneidwerkzeugs periodisch vom Werkstück beabstandet wird, werden die Späne auf eine bestimmte Länge geschnitten.
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2018-94690
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Falle der Durchführung eines Oszillationsschneidens, bei dem das Schneidwerkzeug auf die oben genannte Weise hin- und herbewegt wird, wird die Oszillationsperiode des Schneidwerkzeugs gemäß dem Rotationszyklus der Spindel und die Oszillationsamplitude des Schneidwerkzeugs gemäß der Vorschubgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs bestimmt. Die Schnittgeschwindigkeit des Oszillationsschneidens wird zu einer Geschwindigkeit, die sich aus der Überlagerung der Umfangsgeschwindigkeit durch die Rotation der Spindel, der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs und der Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung beim Oszillationsschneiden ergibt. Genauer gesagt wird der Maximalwert V (mm/s) der Schnittgeschwindigkeit als V=v1+π·L·f1+(k1·F)/2·2π·f2 dargestellt, wobei die Vorschubgeschwindigkeit v1 (mm/s) des Werkzeugs, der Durchmesser L (mm) des Werkstücks W, die Spindeldrehzahl f1 (rev/s), der Vorschubbetrag pro Umdrehung (mm/rev), die Schwingungsfrequenz f2 (Hz) und die Vergrößerung der Oszillationsamplitude k1, die eine entsprechend eingestellte Konstante ist, verwendet werden. Mit anderen Worten, die Schnittgeschwindigkeit V wird so verstanden, dass sie gemäß der Schwingungsfrequenz f2 variiert.
Im Allgemeinen ist der Bereich der Schnittgeschwindigkeit, in dem ein geeignetes Schneiden möglich ist, in Abhängigkeit von allen Bedingungen, wie dem Schneidwerkzeug und dem Werkstoff des Werkstücks, begrenzt. Wenn die Schnittgeschwindigkeit zu groß wird, können verschiedene Störungen auftreten, wie beispielsweise Rauheit in der bearbeiteten Werkstückoberfläche aufgrund des Auftretens von ratternden Vibrationen, übermäßige Belastung oder Ermüdung des Antriebsmechanismus der Werkzeugmaschine und anormaler Verschleiß des Schneidwerkzeugs. Aus diesem Grund wurde eine Technologie gewünscht, die durch Unterdrückung der Schwingungsfrequenz verhindern kann, dass die Schnittgeschwindigkeit zu hoch wird.
Eine numerische Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung dient zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine eine Spindel zum Drehen eines Schneidwerkzeugs oder eines Werkstücks, das ein Bearbeitungsziel ist, und eine Vorschubachse zum relativen Bewegen des Schneidwerkzeugs in Bezug auf das Werkstück umfasst und bewirkt, dass die Spindel und die Vorschubachse kooperativ arbeiten, um das Werkstück mittels des Schneidwerkzeugs zu schneiden, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Referenzdrehzahl-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Spindeldrehzahl, die eine Drehzahl der Spindel gemäß einem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, und eine Vorschubgeschwindigkeit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, berechnet; eine Spindeldrehzahlbefehl-Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Spindeldrehzahlbefehl, der eine periodische Variationskomponente ist, die einem Befehl der Vorschubachse überlagert ist, auf der Grundlage der Spindeldrehzahl und der Vorschubgeschwindigkeit sowie einer im Voraus festgelegten Vergrößerung der Spindeldrehzahl berechnet; eine Einstellungs-Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen oberen Grenzwert für die Frequenz des Schwingungsbefehls erfasst; und eine Anpassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz des Schwingungsbefehls einstellt oder wenigstens entweder die Spindeldrehzahl oder die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung einstellt, so dass die Frequenz des Schwingungsbefehls den oberen Grenzwert nicht überschreitet.
Ein Steuerprogramm gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung dient zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine eine Spindel zum Drehen eines Schneidwerkzeugs oder eines Werkstücks, das ein Bearbeitungsziel ist, und eine Vorschubachse zum relativen Bewegen des Schneidwerkzeugs in Bezug auf das Werkstück umfasst und bewirkt, dass die Spindel und die Vorschubachse kooperativ arbeiten, um das Werkstück mittels des Schneidwerkzeugs zu schneiden, wobei das Steuerprogramm umfasst: einen Steuerteil für die Berechnung der Bezugsgeschwindigkeit, der eine Spindeldrehzahl, die eine Drehzahl der Spindel gemäß einem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, und eine Vorschubgeschwindigkeit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, berechnet; einen Steuerteil für die Berechnung eines Schwingungsbefehls, der einen Schwingungsbefehl, der eine periodische Änderungskomponente ist, die einem Befehl der Vorschubachse überlagert ist, auf der Grundlage der Spindeldrehzahl und der Vorschubgeschwindigkeit sowie einer im voraus festgelegten Schwingungsfrequenz-Vergrößerung berechnet; einen Einstellungserfassungs-Steuerteil, der einen oberen Grenzwert für die Frequenz des Schwingungsbefehls erfasst; und einen Einstellungs-Steuerteil, der die Frequenz des Schwingungsbefehls oder wenigstens entweder die Spindeldrehzahl oder die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung so einstellt, dass die Frequenz des Schwingungsbefehls den oberen Grenzwert nicht überschreitet.
Ein Steuerverfahren gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung dient zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine eine Spindel zum Drehen eines Schneidwerkzeugs oder eines Werkstücks, das ein Bearbeitungsziel ist, und eine Vorschubachse zum relativen Bewegen des Schneidwerkzeugs in Bezug auf das Werkstück umfasst und bewirkt, dass die Spindel und die Vorschubachse kooperativ arbeiten, um das Werkstück mittels des Schneidwerkzeugs zu schneiden, wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte umfasst: Berechnen einer Spindeldrehzahl, die eine Drehzahl der Spindel gemäß einem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, und einer Vorschubgeschwindigkeit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist; Berechnen eines Schwingungsbefehls, der eine periodische Variationskomponente ist, die einem Befehl der Vorschubachse überlagert ist, auf der Grundlage der Spindeldrehzahl und der Vorschubgeschwindigkeit sowie einer im voraus festgelegten Schwingungsfrequenz-Vergrößerung; Erfassen eines oberen Grenzwertes für die Frequenz des Schwingungsbefehls; und Einstellen der Frequenz des Schwingungsbefehls oder wenigstens entweder der Spindeldrehzahl oder der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung, so dass die Frequenz des Schwingungsbefehls den oberen Grenzwert nicht überschreitet.
Gemäß der numerischen Steuervorrichtung, dem Steuerprogramm und dem Steuerverfahren der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, zu verhindern, dass die Schnittgeschwindigkeit zu hoch wird.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer mit einer numerischen Steuervorrichtung ausgestatteten Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ist eine Ansicht, die die Flugbahn eines Schneidwerkzeugs auf einer Werkstückoberfläche während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine von 1 zeigt; und
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerung des Oszillationsschneidens in der Werkzeugmaschine aus 1 zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer mit einer numerischen Steuervorrichtung ausgestatteten Werkzeugmaschine 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Bei der Werkzeugmaschine 100 handelt es sich um eine NC-Drehmaschine, die ein Werkstück W, das ein Bearbeitungsziel darstellt, mit einem Schneidwerkzeug T bearbeitet. Die Werkzeugmaschine 100 umfasst die drei Steuerachsen einer Spindel Ac, die die Drehung eines Schneidwerkzeugs T oder eines Werkstücks W bewirkt (dreht das Werkstück W in der vorliegenden Ausführungsform); eine Vorschubachse Az, die eine Bewegung des Schneidwerkzeugs T relativ zum Werkstück W in einer Richtung parallel zur Drehachse der Spindel Ac bewirkt (bewegt das Schneidwerkzeug T in der vorliegenden Ausführungsform); und eine Einschnittachse Ax, die eine Bewegung des Schneidwerkzeugs T relativ zum Werkstück W in der radialen Richtung der Spindel Ac bewirkt (bewegt das Schneidwerkzeug T in der vorliegenden Ausführungsform). Aus diesem Grund umfasst die Werkzeugmaschine 100 Antriebsmotoren zum Antrieb dieser Steuerachsen Ac, Az, Ax (Spindelmotor Mc, Vorschubachsenmotor Mz und Schneidwerkzeugmotor Mx) und Servoverstärker zum Anlegen von Antriebsstrom an die jeweiligen Antriebsmotoren Mc, Mz, Mx (Spindelverstärker Sc, Vorschubachsenverstärker Sz und Einschnittachsenverstärker Sx).
Die numerische Steuervorrichtung 1 steuert die Werkzeugmaschine 100 so, dass sie das Werkstück W mit Hilfe des Schneidwerkzeugs T schneidet, indem sie die Spindel Ac, die Vorschubachse Az und die Zuschnittachse Ax kooperativ arbeiten lässt. Die numerische Steuervorrichtung 1 umfasst: eine Programmspeichereinheit 11, eine Datenspeichereinheit 12, eine Einstellungs-Erfassungseinheit 13, eine Referenzdrehzahl-Berechnungseinheit 14, eine Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit 15, eine Anpassungseinheit 16, eine Antriebs-Ausgabeeinheit 17 und eine Eingabevorrichtung 18.
Die numerische Steuervorrichtung 1 ist eine Einrichtung, die das Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung durchführt. Darüber hinaus kann die numerische Steuervorrichtung 1 realisiert werden, indem ein Steuerprogramm gemäß der vorliegenden Offenbarung beispielsweise in eine Computervorrichtung mit einer CPU, einem Speicher usw. eingelesen wird. Das Steuerprogramm gemäß der vorliegenden Offenbarung kann durch Aufzeichnung auf ein nicht vorübergehendes Aufzeichnungsmedium bereitgestellt werden. Die jeweiligen konstituierenden Einheiten der numerischen Steuervorrichtung 1 werden funktionell unterschieden und müssen nicht notwendigerweise Einheiten sein, die sich in den physikalischen Konfigurationen und der Struktur des Programms zur Realisierung der numerischen Steuervorrichtung 1 klar trennen lassen.
Die Programmspeichereinheit 11 speichert ein von außen eingegebenes Maschinenbearbeitungsprogramm. Das Maschinenbearbeitungsprogramm wird beispielsweise gemäß G-Code o.ä. geschrieben. Die numerische Steuervorrichtung 1 bearbeitet ein Werkstück W in eine gewünschte Form, indem sie die Steuerachsen Ac, Az, Ax der Werkzeugmaschine 100 gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm steuert.
Die Speichereinheit 12 speichert die allgemeinen Informationen, die bei der Bearbeitung des Werkstücks W benötigt werden. Als in der Speichereinheit 12 gespeicherte Informationen kann sie beispielsweise eine Tabelle oder ähnliches umfassen, die den oberen Grenzwert (f2_limit[Hz]) für die Schwingungsfrequenz f2 (Hz) für jede Kombination einer Vielzahl von Werkstoffen von Werkstücken W und einer Vielzahl von Typen von Schneidwerkzeugen T definiert.
Die Einstellungs-Erfassungseinheit 13 bezieht sich auf die Informationen der Programmspeichereinheit 11 und der Datenspeichereinheit 12 und erfasst den oberen Grenzwert f2_limit der Schwingungsfrequenz für die zu verwendende Kombination aus Schneidwerkzeug T und Werkstück W. Darüber hinaus nimmt die Einstellungs-Erfassungseinheit 13 auf die Informationen der Programm-Speichereinheit 11 und der Datenspeichereinheit 12 Bezug und erfasst die Anfangswerte der Parameter, die in der später beschriebenen Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit 15 verwendet werden sollen, die Prioritätsrangfolge der von der Anpassungseinheit 16 einzustellenden Parameter usw.
Die Referenzdrehzahl-Berechnungseinheit 14 berechnet die Spindeldrehzahl (f1[rev/s]), welche die Drehzahl der Spindel Ac gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, und die Vorschubgeschwindigkeit (v1[mm/s]), welche die Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse Az gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist. Genauer gesagt, berechnet die Referenzdrehzahl-Berechnungseinheit 14 die Spindeldrehzahl f1 und die Vorschubgeschwindigkeit v1, die optimal sind, wenn keine Steuerung der Oszillation gemäß der im Maschinenbearbeitungsprogramm geschriebenen Form des Werkstücks W durchgeführt wird.
Die Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit 15 berechnet einen Schwingungsbefehl (vo(t) (mm)), bei dem es sich um eine periodische Änderungskomponente handelt, die der Vorschubgeschwindigkeit v1 überlagert ist, auf der Grundlage der von der Referenzdrehzahl-Berechnungseinheit 14 berechneten Spindeldrehzahl f1 und Vorschubgeschwindigkeit v1 und der von der Einstellungs-Erfassungseinheit 13 erfassten Parameter. Genauer gesagt, berechnet die Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit 15 die Schwingungsanweisung vo(t) als einen Befehl mit Sinusform, bei dem die Amplitude die Schwingungsamplitude r (mm) und die Frequenz die Schwingungsfrequenz f2 ist.
Die Oszillationsamplitude r wird berechnet, indem die im Voraus eingestellte Vergrößerung der Oszillationsamplitude k1 mit einem Wert multipliziert wird, den man erhält, wenn man die Vorschubgeschwindigkeit v1 durch die Spindeldrehzahl f1 dividiert. Mit anderen Worten, sie wird als r=(k1 · v1/f1)/2 ausgedrückt. Darüber hinaus wird die Schwingungsfrequenz f2 durch Multiplikation der im Voraus eingestellten Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 mit der Spindeldrehzahl f1 berechnet. Mit anderen Worten, die Schwingungsfrequenz f2 wird ausgedrückt als f2=k2·f1.
Darüber hinaus wird die Schnittgeschwindigkeit zur Summe aus der Vorschubgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs (v1), der Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks (π×(L×f1) und der Oszillationsgeschwindigkeit des Werkzeugs (r×2π×f2) (L ist der Durchmesser des Werkstücks (mm)). Mit anderen Worten, der maximale Wert V (mm/s) für die Schnittgeschwindigkeit wird als V=v1+π· L·f1+r·2π·f2 ausgedrückt. Alternativ kann er als V=v1+π·L·f1+r·2π·k2·f1 unter Verwendung der Spindeldrehzahl f1 und der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 ausgedrückt werden.
Die Position des Schneidwerkzeugs T in Richtung der Vorschubachse Az wird als Summe des integrierten Werts der Vorschubgeschwindigkeit v1 und des Befehlswerts vo(t) der Oszillation ausgedrückt. Zeigt man dies als Änderung relativ zum Drehwinkel der Spindel Ac, so haben die Bahn des Schneidwerkzeugs T während der n-ten Umdrehung der Spindel Ac und die Bahn des Schneidwerkzeugs T während der n+1-ten Umdrehung der Spindel Ac bei einer Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2, die ein ungeradzahliges Vielfaches von 0,5 ist, um 180 Grad unterschiedliche Phasen, wie in 2 dargestellt. Aus diesem Grund stimmen die Umfangsrichtungsposition des Werkstücks W, bei der die Vorschubrichtungsposition des Schneidwerkzeugs T während der n+1-ten Umdrehung ein lokales Maximum wird, und die Umfangsrichtungsposition des Werkstücks W, bei der die Vorschubrichtungsposition des Schneidwerkzeugs T während der n+1-ten Umdrehung ein lokales Minimum wird, überein.
In einem Segment, in dem sich die Bahn des Schneidwerkzeugs T während der n-ten Umdrehung der Spindel Ac und die Bahn des Schneidwerkzeugs T während der n+1-ten Umdrehung überlappen, tritt das Schneidwerkzeug T in einen Zustand ein, der in Richtung der Vorschubachse Az vom Werkstück W entfernt ist. Die Erzeugung von Spänen, die aus dem Material gebildet werden, das von dem Schneidwerkzeug T erzeugt wird, das das Werkstück W abschabt, endet in dem Moment, in dem sich das Schneidwerkzeug T vom Werkstück W entfernt.
Die Anpassungseinheit 16 führt die Einstellung so durch, dass die von der Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit 15 berechnete Schwingungsfrequenz f2 zu einem Wert wird, der den von der Einstellungs-Erfassungseinheit 13 ermittelten oberen Grenzwert f2_limit nicht überschreitet. Durch die Einstellung kann die Schwingungsfrequenz f2 oder wenigstens die Spindeldrehzahl f1 und die Vergrößerung der Schwingungsfrequenz k2 eingestellt werden. Mit anderen Worten, wenn die von der Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit 15 berechnete Schwingungsfrequenz f2 den oberen Grenzwert f2_limit überschreitet, ändert die Anpassungseinheit 16 die Schwingungsfrequenz f2 oder ändert wenigstens die Spindeldrehzahl f1 oder die Vorschubgeschwindigkeit v1 und veranlasst eine Neuberechnung in der Referenzdrehzahl-Berechnungseinheit 14 und der Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit 15.
Die Anpassungseinheit 16 darf die Spindeldrehzahl f1 und die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 nur entweder einzeln oder beide einstellen. Im Falle der Einstellung sowohl der Spindeldrehzahl f1 als auch der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 kann die Anpassungseinheit 16 so konfiguriert werden, dass die Spindeldrehzahl f1 und die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 so eingestellt werden, dass das Verhältnis der Einstellbeträge der Spindeldrehzahl f1 und der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 oder das Beitragsverhältnis der Einstellbeträge der Spindeldrehzahl f1 und der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 relativ zum Änderungsbetrag der Schwingungsfrequenz f2 konstant wird; kann so konfiguriert werden, dass mit der Spindeldrehzahl f1 oder der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 eine Grobeinstellung und mit der anderen eine Feineinstellung durchgeführt wird; oder es kann, falls der Einstellbetrag der Spindeldrehzahl f1 oder der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 eine vorbestimmte obere Grenze erreicht hat, so konfiguriert werden, dass nur die andere eingestellt wird.
Sie kann so konfiguriert werden, dass die Wahl, welche der beiden Größen Spindeldrehzahl f1 und Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 eingestellt werden soll, das Verhältnis der Einstellbeträge von Spindeldrehzahl f1 und Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2, die Prioritätsrangfolge usw. im Maschinenbearbeitungsprogramm festgelegt und von der Erfassungseinheit 13 erfasst wird, oder so konfiguriert werden, dass sie vom Bediener über die Eingabevorrichtung 18 eingegeben werden kann. Indem auf diese Weise das Verhältnis der Einstellbeträge der Spindeldrehzahl f1 und der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 bei der Einstellung der Schwingungsfrequenz f2 verändert wird, ist es möglich, den Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit, die Bearbeitungszeit usw. beispielsweise in Abhängigkeit von der jeweiligen Bearbeitung (Bedingungen wie Werkstoff und bearbeitete Form des Werkstücks W, Art des Schneidwerkzeugs usw.) zu minimieren. Insbesondere ist es möglich, durch Änderung des Verhältnisses der Verstellbeträge der Spindeldrehzahl f1 und der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm die individuelle Bearbeitung zuverlässig zu optimieren. Durch die Wahl der Spindeldrehzahl f1 oder der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 und die Änderung des Verhältnisses der Verstellgrössen der Spindeldrehzahl f1 und der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 gemäß den Eingaben des Bedieners kann die Bearbeitung auch dann optimiert werden, wenn ein Maschinenbearbeitungsprogramm verwendet wird, das keine solchen Parameter schreibt.
Die Änderung des Verhältnisses der Verstellbeträge der Spindeldrehzahl f1 und der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 kann nicht nur durch die direkte Bezeichnung des Verhältnisses der Verstellbeträge der Spindeldrehzahl f1 und der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2, sondern auch durch die Festlegung der Obergrenze für die Verstellbeträge der Spindeldrehzahl f1 und der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 (einschließlich der Fälle, in denen diese als nicht verstellbar gelten) und durch die Bezeichnung des Beitrags der Verstellbeträge der Spindeldrehzahl f1 und der Vorschubgeschwindigkeit v1 im Verhältnis zum Änderungsbetrag der Schwingungsfrequenz f2 bewirkt werden.
Die Antriebs-Ausgabeeinheit 17 gibt ein Befehlssignal an den Spindelverstärker Sc, den Vorschubachsenverstärker Sz und den Einschnittachsenverstärker Sx ein, um das Werkstück W und das Schneidwerkzeug T mit der eingestellten Spindeldrehzahl f1 und dem Schwingungsbefehl vo(t) sowie der Vorschubgeschwindigkeit v1 relativ zueinander zu bewegen.
Die Eingabevorrichtung 18 kann, sofern es sich um eine Konfiguration handelt, die eine Eingabe durch den Benutzer erlaubt, als eine Konfiguration mit beispielsweise einer Tastatur, einem Touchpanel, Schaltern oder ähnlichem eingerichtet werden und kann eine Schnittstelle oder ähnliches zur Kommunikation mit einem vom Benutzer benutzten Terminal oder einer Host-Vorrichtung zur Steuerung sein.
Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich ist, kann das Steuerprogramm der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung, die die numerische Steuervorrichtung 1 realisiert, als eine Konfiguration einschließlich festgelegt werden: einen Steuerteil zur Berechnung der Referenzdrehzahl, der die Referenzdrehzahl-Steuereinheit 14 realisiert, die die Spindeldrehzahl f1, die die Drehzahl der Spindel Ac gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, und die Vorschubgeschwindigkeit v1, die die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubachse gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, berechnet; ein Steuerteil für die Berechnung des Schwingungsbefehls, das die Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit 15 realisiert, die den Schwingungsbefehl vo(t) berechnet, der eine periodische Komponente der Geschwindigkeitsänderung ist, die der Vorschubgeschwindigkeit v1 überlagert ist, und zwar auf der Grundlage der Spindeldrehzahl f1 und der Vorschubgeschwindigkeit v1 sowie der im voraus eingestellten Vergrößerung der Schwingungsfrequenz k2; einen Einstellungs-Erfassungs-Steuerteil, der die Einstellungs-Erfassungseinheit 13 realisiert, die den oberen Grenzwert f2_limit der Schwingungsfrequenz f2 erfasst; und einen Einstellungs-Steuerteil, der die Anpassungseinheit 16 realisiert, die die Schwingungsfrequenz f2 einstellt oder wenigstens entweder die Spindeldrehzahl f1 oder die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 einstellt, so dass die Schwingungsfrequenz f2 den oberen Grenzwert f2_limit nicht überschreitet.
Darüber hinaus wird, wie in 3 gezeigt, kann die Steuerungsform der Ausführungsform gemäß der vorliegenden, durch die numerische Steuervorrichtung 1 implementierten Offenbarung als ein Verfahren festgelegt werden, das folgendes umfasst: einen Schritt der Erfassung des oberen Grenzwertes f2_limit für die Schwingungsfrequenz f2 (Schritt S1: Schritt der Erfassung des oberen Grenzwertes); einen Schritt der Berechnung der Spindeldrehzahl f1 und der Vorschubgeschwindigkeit v1 gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm (Schritt S2: Schritt zur Berechnung der Bezugsdrehzahl); ein Schritt zur Berechnung des Schwingungsbefehls vo(t) auf der Grundlage der Spindeldrehzahl f1 und der Vorschubgeschwindigkeit v1 sowie der im Voraus festgelegten Vergrößerung der Schwingungsfrequenz k2 (Schritt S3: Schritt zum Berechnen des Schwingungsbefehls); einen Schritt des Einstellens von wenigstens entweder der Spindeldrehzahl f1 oder der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2, so dass die Schwingungsfrequenz f2 den oberen Grenzwert f2 nicht überschreitet (Schritt S4: Einstellschritt); und einen Schritt des Speicherns der Spindeldrehzahl f1 und des Schwingungsbefehls vo(t) (Schritt S5: Speicherschritt).
Der Einstellschritt von Schritt S4 kann als eine Konfiguration mit einem Bestätigungsschritt, ob die Schwingungsfrequenz f2 den oberen Grenzwert f2_limit überschreitet (Schritt S41: Schwingungsfrequenz-Bestätigungsschritt); einem Bestätigungsschritt, ob die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 einen im voraus festgelegten unteren Grenzwert k2_limit überschreitet, falls im Bestätigungsschritt von Schritt S41 festgestellt wird, dass die Schwingungsfrequenz f2 den oberen Grenzwert f2_limit überschreitet (Schritt S42: Schwingungsfrequenz-Vergrößerungs-Bestätigungsschritt); einen Schritt der Änderung der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 auf einen kleineren Wert im Falle der Feststellung, dass die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 den unteren Grenzwert k2_limit überschreitet (Schritt S43: Schritt der Änderung der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung); und einen Schritt der Änderung der Spindeldrehzahl f1 auf einen kleineren Wert im Falle der Feststellung, dass die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 den unteren Grenzwert k2_limit nicht überschreitet (Schritt S44: Schritt der Änderung der Spindeldrehzahl).
Im Verfahren der Steuerung nach 3 geht die Verarbeitung in dem Fall, dass die Schwingungsfrequenz f2 den oberen Grenzwert f2_limit im Schwingungsfrequenz-Bestätigungsschritt nicht überschreitet, in den Speicherschritt des Schrittes S5 über und veranlasst die Speicherung von Spindeldrehzahl f1 und den Schwingungsbefehl vo(t). Überschreitet die Schwingungsfrequenz f2 hingegen im Schritt der Bestätigung der Schwingungsfrequenz den oberen Grenzwert f2_limit und wird die Schwingungsfrequenz f2 im Schritt der Änderung der Oszillationsvergrößerung eingestellt oder die Spindeldrehzahl f1 im Schritt der Änderung der Spindeldrehzahl geändert, kehrt die Verarbeitung zum Berechnungsschritt des Schwingungsbefehls aus Schritt S3 zurück und führt eine Neuberechnung durch.
Um bei dem in 3 dargestellten Verfahren zur Steuerung so zu konfigurieren, dass die Schwingungsfrequenz f2 auf der bearbeitenden Werkzeugmaschine 100 letztlich den oberen Grenzwert f2_limit nicht überschreitet, regelt der Einstellschritt vorzugsweise die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 und nach Erreichen des unteren Grenzwertes k2_limit k2 die Spindeldrehzahl f1. Durch die bevorzugte Steuerung der Schwingungsfrequenz-Vergrößerung k2 wird eine Abnahme der Spindeldrehzahl f1 und damit eine Abnahme der Bearbeitungseffizienz unterdrückt.
Die numerische Steuervorrichtung 1, das Steuerprogramm, das die numerische Steuervorrichtung 1 realisiert, und das durch die numerische Steuervorrichtung 1 implementierte Steuerungsverfahren können bei der Durchführung des Oszillationsschneidens in der Werkzeugmaschine 100 durch Unterdrückung der periodischen Schwankungskomponente verhindern, dass die Schnittgeschwindigkeit zu hoch wird, indem die Schwingungsfrequenz f2 bis höchstens zum oberen Grenzwert f2_limit unterdrückt wird.
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung oben erläutert wurde, soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt werden. Darüber hinaus sind die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Wirkungen lediglich eine Auflistung der am meisten bevorzugten Wirkungen, die sich aus der vorliegenden Offenbarung ergeben, und die Wirkungen gemäß der vorliegenden Offenbarung sollen nicht auf die in der vorliegenden Ausführungsform offengelegten Wirkungen beschränkt werden.
Als Beispiel können die numerische Steuervorrichtung, das Steuerprogramm und das Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung nur eine der beiden Größen Spindeldrehzahl und Schwingungsfrequenz-Vergrößerung einstellen, gleichzeitig die Spindeldrehzahl und die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung einstellen oder vorzugsweise die Spindeldrehzahl einstellen, und wenn die Einstellung der Spindeldrehzahl ihre Grenze erreicht hat, dann die Spindelfrequenz-Vergrößerung einstellen.
Bei der numerischen Steuervorrichtung, dem Steuerprogramm und dem Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Anpassungseinheit die Frequenz eines direkten Schwingungsbefehls veranlassen. Beispielsweise kann die Anpassungseinheit so konfiguriert werden, dass sie die Frequenz des Schwingungsbefehls auf den oberen Grenzwert kompensiert und ausgibt, falls die Frequenz des von der Berechnungseinheit für den Schwingungsbefehl eingegebenen Schwingungsbefehls den oberen Grenzwert überschreitet.
Bei der numerischen Steuervorrichtung, dem Steuerprogramm und dem Steuerverfahren ist die Wellenform des Schwingbefehls gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf sinusförmig beschränkt und reicht aus, solange es sich um eine Wellenform handelt, die sich periodisch ändert, wie beispielsweise eine Sägezahnwelle, Dreieckwelle, Trapezwelle und Rechteckwelle.
Die numerische Steuervorrichtung, das Steuerprogramm und das Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf Drehmaschinen beschränkt und können beispielsweise in die Steuerung einer Bohrmaschine übernommen werden.
Bezugszeichenliste

1: numerische Steuervorrichtung
13: Einstellungs-Erfassungseinheit
14: Referenzdrehzahl-Berechnungseinheit
15: Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit
16: Anpassungseinheit
17: Antriebs-Ausgabeeinheit
100: Werkzeugmaschinen
Ac: Spindel
Az: Vorschubachse
T: Schneidwerkzeug
W: Werkstück

Claims

Numerische Steuervorrichtung (1) zum Steuern einer Werkzeugmaschine (100), wobei die Werkzeugmaschine (100) eine Spindel (ac) zum Drehen eines Schneidwerkzeugs (T) oder eines Werkstücks (W), das ein Bearbeitungsziel ist, und eine Vorschubachse (Az) zum relativen Bewegen des Schneidwerkzeugs (T) in Bezug auf das Werkstück (W) umfasst, und zum Bewirken, dass die Spindel (Ac) und die Vorschubachse (Az) zusammenwirken, um das Werkstück (W) mittels des Schneidwerkzeugs (T) zu schneiden, wobei die numerische Steuervorrichtung (1) umfasst: eine Referenzdrehzahl-Berechnungseinheit (14), die so konfiguriert ist, dass sie eine Spindeldrehzahl, die eine Drehzahl der Spindel (Ac) gemäß einem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, und eine Vorschubgeschwindigkeit berechnet, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse (Az) gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist; eine Schwingungsbefehl-Berechnungseinheit (15), die so konfiguriert ist, dass sie einen Schwingungsbefehl, bei dem es sich um eine periodische Variationskomponente handelt, die einem Befehl der Vorschubachse überlagert ist, auf der Grundlage der Spindeldrehzahl und der Vorschubgeschwindigkeit sowie einer im Voraus festgelegten Schwingungsfrequenz-Vergrößerung berechnet; eine Einstellungs-Erfassungseinheit (13), die so konfiguriert ist, dass sie einen oberen Grenzwert für die Frequenz des Schwingungsbefehls erfasst; und eine Anpassungseinheit (16), die so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz des Schwingungsbefehls oder wenigstens entweder die Spindeldrehzahl oder die Vergrößerung der Schwingungsfrequenz so einstellt, dass die Frequenz des Schwingungsbefehls den oberen Grenzwert nicht überschreitet.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anpassungseinheit entweder die Spindeldrehzahl oder die Schwingungsfrequenz-Vergrößerung gemäß dem Maschinenbearbeitungs-Programm oder einer Eingabevorrichtung durch einen Bediener auswählt und einstellt.
Steuerprogramm zum Steuern einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine (100) eine Spindel (Ac) zum Drehen eines Schneidwerkzeugs (T) oder eines Werkstücks (W), das ein Bearbeitungsziel ist, und eine Vorschubachse (Az) zum relativen Bewegen des Schneidwerkzeugs (T) in Bezug auf das Werkstück (W) umfasst und bewirkt, dass die Spindel (Ac) und die Vorschubachse (Az) zusammenwirken, um das Werkstück (W) mittels des Schneidwerkzeugs (T) zu schneiden, wobei das Steuerprogramm umfasst: einen Steuerteil zur Berechnung der Referenzgeschwindigkeit, der eine Spindeldrehzahl, die eine Drehzahl der Spindel (Ac) gemäß einem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, und eine Vorschubgeschwindigkeit berechnet, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse (Az) gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist; ein Schwingungsbefehlsberechnungs-Steuerteil, das einen Schwingungsbefehl berechnet, der eine periodische Variationskomponente ist, die einem Befehl der Vorschubachse überlagert ist, basierend auf der Spindeldrehzahl und der Vorschubgeschwindigkeit sowie einer im Voraus festgelegten Schwingungsfrequenz-Vergrößerung; ein Einstellungserfassungs-Steuerteil, das einen oberen Grenzwert für die Frequenz des Schwingungsbefehls erfasst; und ein Schwingungseinstellungs-Steuerungsteil, der die Frequenz des Schwingungsbefehls oder wenigstens die Spindeldrehzahl oder die Vergrößerung der Schwingungsfrequenz so einstellt, dass die Frequenz des Schwingungsbefehls den oberen Grenzwert nicht überschreitet.
Steuerverfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine (100), wobei die Werkzeugmaschine (100) eine Spindel (Ac) zum Drehen eines Schneidwerkzeugs (T) oder eines Werkstücks (W), das ein Bearbeitungsziel ist, und eine Vorschubachse (Az) zum relativen Bewegen des Schneidwerkzeugs (T) in Bezug auf das Werkstück (W) umfasst, und zum Bewirken, dass die Spindel (Ac) und die Vorschubachse (Az) zusammenwirken, um das Werkstück (W) mittels des Schneidwerkzeugs (T) zu schneiden, wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte umfasst: Berechnen einer Spindeldrehzahl, die eine Drehzahl der Spindel (Ac) gemäß einem Maschinenbearbeitungsprogramm ist, und einer Vorschubgeschwindigkeit, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse (Az) gemäß dem Maschinenbearbeitungsprogramm ist; Berechnen eines Schwingungsbefehls, der eine periodische Variationskomponente ist, die einem Befehl der Vorschubachse überlagert ist, auf der Grundlage der Spindeldrehzahl und der Vorschubgeschwindigkeit sowie einer im voraus festgelegten Schwi ng ungsfrequenz- Vergrößerung; Erfassen eines oberen Grenzwertes für die Frequenz des Schwingungsbefehls; und Einstellung der Frequenz des Schwingungsbefehls oder wenigstens der Spindeldrehzahl und der Vergrößerung der Schwingungsfrequenz, so dass die Frequenz des Schwingungsbefehls den oberen Grenzwert nicht überschreitet.