DE102020213616A1

DE102020213616A1 - Überwachungsvorrichtung und Überwachungsverfahren der Drehzahl der Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine, und Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102020213616A1
Application number: DE102020213616.5A
Authority: DE
Inventors: Shunsuke FUJIMAKI; Akihide Hamaguchi
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-05-06
Also published as: CN112783088B; US11162966B2; CN112783088A; US20210132102A1; JP2021070138A; JP7403282B2

Abstract

Eine Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl einer Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine (1) zeigt einen Änderungszustand der Drehzahl durch eine Drehzahländerungseinheit unter Verwendung einer Anzeigeeinheit (12) in der Werkzeugmaschine (1) an. Die Überwachungsvorrichtung (13) umfasst eine Zeicheneinheit, eine Änderungspositions-Anzeigeeinheit und eine Reduktionseffektindex-Anzeigeeinheit. Die Zeicheneinheit ist so konfiguriert, dass sie ein Änderungsdiagramm anzeigt, das eine Beziehung zwischen einer Änderungsamplitude und einem Änderungszyklus der Drehzahl veranschaulicht. Die Reduktionseffektindex-Anzeigeeinheit ist so konfiguriert, dass sie einen Reduktionseffektindex im Änderungsdiagramm anzeigt. Der Reduktionseffektindex stellt einen Reduktionseffekt der Ratterschwingung dar. Der Reduktionseffektindex wird auf der Grundlage eines Drehzahlverhältnisses berechnet, das ein Verhältnis einer Drehzahl von einer Umdrehung vor einer Drehzahl an einer identischen Drehposition einer Hauptspindel (3) zu irgendeiner gegebenen Zeitmessung ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Offenbarung bezieht sich auf ein Überwachungsverfahren und eine Überwachungsvorrichtung, die einen Änderungszustand einer Drehzahl, die durch eine Drehzahländerungseinheit geändert wird, unter Verwendung einer Anzeigeeinheit in einer Werkzeugmaschine anzeigt, und die Werkzeugmaschine mit der Überwachungsvorrichtung. Die Werkzeugmaschine umfasst eine Hauptspindel und die Drehzahländerungseinheit. An der Hauptspindel, die motorgetrieben ist, ist ein Werkzeug oder ein Werkstück montiert. Die Drehzahländerungseinheit verändert kontinuierlich die Drehzahl der Hauptspindel in irgendeinem gegebenen Muster.
BESCHREIBUNG VON VERWANDTEM STAND DER TECHNIK
Wenn eine Werkzeugmaschine mit einer motorgetriebenen Hauptspindel, an der ein Werkzeug oder ein Werkstück montiert ist, eine Schneidarbeit ausführt, kommt es in einigen Fällen aufgrund der geringen Steifigkeit des Werkzeugs oder des Werkstücks zu sogenannten „Ratterschwingungen“. Die Ratterschwingung verursacht Probleme, wie z.B. einen teilweisen Verlust des Werkzeugs und eine Verschlechterung der Oberflächengenauigkeit des Werkstücks. Bei der Ratterschwingung handelt es sich um eine Schwingung, die aufgrund von Änderungen der Schnittdicke des Werkstücks zunimmt, die durch eine Phasenverzögerung zwischen einer eine Umdrehung zuvor aufgetretenen Welligkeit in einer bearbeiteten Oberfläche und einer durch das aktuelle Schneiden verursachten Schwingung verursacht wird.
Als eine Technik zur Reduzierung der Ratterschwingung sind Gegenmaßnahmen bekannt, die in der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. S49-105277 und dem japanischen Patent Nr. 5507410 beschrieben sind. Die Gegenmaßnahmen variieren eine Drehzahl einer Hauptspindel um eine vorgegebene Änderungsamplitude und einen Änderungszyklus, um die Leistungszufuhr durch Änderung der Schnittdicke unregelmäßig zu machen. Insbesondere in der im japanischen Patent Nr. 5507410 beschriebenen Überwachungsvorrichtung erleichtert das Anzeigen z.B. einer Leistungsgrenzlinie eines Motors die Auswahl einer Änderungsbedingung innerhalb eines Leistungsgrenzbereichs des Motors, um die Nutzbarkeit zu verbessern.
Die Offenbarung des japanischen Patents Nr. 5507410 kann jedoch nicht bestimmen, ob der Reduktionseffekt der Ratterschwingung innerhalb des Leistungsgrenzbereichs des Motors ausreichend erreicht werden kann. Daher wird selbst dann, wenn die Änderungsbedingung, die die Ratterschwingung reduzieren kann, im Leistungsgrenzbereich des Motors fehlt, die Probebearbeitung wiederholt, was zu einer Beeinträchtigung der Produktivität führt.
Daher ist es ein Gegenstand der Offenbarung, ein Überwachungsverfahren und eine Überwachungsvorrichtung für eine Drehzahl der Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, die eine Drehzahländerungseinheit umfasst, die die Drehzahl der Hauptspindel in irgendeinem vorgegebenen Muster und die Werkzeugmaschine kontinuierlich ändert. Das Überwachungsverfahren und die Überwachungsvorrichtung ermöglichen es, einen Einstellwert zur Änderung der Drehzahl zu wählen und eine Probebearbeitung durchzuführen, nachdem die Wirkung der Reduzierung der Ratterschwingung erfasst wurde, und ermöglichen es, effizient einen Bearbeitungszustand zu finden, der optimal ist, um eine Ratterschwingung zu reduzieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist eine Überwachungsvorrichtung einer Drehzahl der Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine nach einem ersten Aspekt der Offenbarung bereitgestellt. Die Überwachungsvorrichtung zeigt einen Änderungszustand der Drehzahl durch eine Drehzahländerungseinheit unter Verwendung einer Anzeigeeinheit in der Werkzeugmaschine an. Die Werkzeugmaschine umfasst eine Hauptspindel und die Drehzahländerungseinheit. Die Hauptspindel, an der ein Werkzeug oder ein Werkstück montiert ist, ist motorgetrieben. Die Drehzahländerungseinheit variiert kontinuierlich die Drehzahl der Hauptspindel in irgendeinem vorgegebenen Muster. Die Überwachungsvorrichtung umfasst eine Zeicheneinheit, eine Einheit zur Anzeige der Positionsänderung und eine Einheit zur Anzeige des Reduktionseffektindex. Die Zeicheneinheit ist so konfiguriert, dass in der Anzeigeeinheit ein Änderungsdiagramm angezeigt wird. Das Änderungsdiagramm veranschaulicht die Beziehung zwischen einer Änderungsamplitude und einem Änderungszyklus der Drehzahl. Die Änderungspositions-Anzeigeeinheit ist so konfiguriert, dass sie eine aktuelle Änderungsposition im Änderungsdiagramm anzeigt. Die Reduktionseffektindex-Anzeigeeinheit ist so konfiguriert, dass sie einen Reduktionseffektindex im Änderungsdiagramm anzeigt. Der Reduktionseffektindex stellt einen Reduktionseffekt der Ratterschwingung dar. Der Reduktionseffektindex wird auf der Grundlage eines Geschwindigkeitsverhältnisses berechnet, das ein Verhältnis einer Drehzahl von einer Umdrehung vor einer Drehzahl an einer identischen Drehposition der Hauptspindel zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt ist.
Bei der Offenbarung eines zweiten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration ist der Reduktionseffektindex ein absoluter Wert einer Differenz zwischen dem Drehzahlverhältnis und 1.
Bei der Offenbarung eines dritten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration ist der variierende Reduktionseffektindex ein Mittelwert pro Änderungszyklus der Drehzahl.
Bei der Offenbarung eines vierten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration ist der variierende Reduktionseffektindex ein Maximalwert in einem Änderungszyklus der Drehzahl.
Die Offenbarung eines fünften Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration umfasst ferner eine Leistungsgrenzlinien-Anzeigeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Leistungsgrenzlinie eines Motors auf der Grundlage einer Berechnungsformel erzeugt und die Leistungsgrenzlinie im Änderungsdiagramm anzeigt. Die Berechnungsformel umfasst den Änderungszyklus, eine Differenz zwischen einer ersten Drehzahl und einer zweiten Drehzahl zu wechselseitig unterschiedlichen Zeitpunkten unter den Drehzahlen, die relativ zu einer Referenzdrehzahl als Referenz für die Drehzahl variiert werden, eine Trägheit eines rotierenden Körpers einschließlich des Werkzeugs oder des Werkstücks und der Hauptspindel und eine Nennleistung des Motors, der die Hauptspindel antreibt. Bei der Offenbarung eines sechsten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration lautet die Berechnungsformel Math. 1 unten. $R = \frac{2 J}{P - P_{C}} (S_{1} - S_{2}) S_{1}$

R:: Änderungszyklus
S1:: Drehzahl zu irgendeinem beliebigen Zeitpunkt t₁ (erste Drehzahl)
S2:: Drehzahl zu irgendeinem beliebigen Zeitpunkt t₂ (zweite Drehzahl)
J:: Trägheit des rotierenden Körpers
P:: Nennleistung des Motors
Pc:: Summe von Schnittleistung und Verlustleistung

Bei der Offenbarung eines siebten Aspekts im oben Beschriebenen beinhaltet die Berechnungsformel ein Verhältnis der ersten Drehzahl zur zweiten Drehzahl.
Bei der Offenbarung eines achten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration lautet die Berechnungsformel Math. 2 unten. $R = \frac{2 J}{P - P_{C}} (S_{1} - S_{2}) S_{1} \frac{S_{1}}{S_{2}}$

R:: Änderungszyklus
S1:: Drehzahl zu irgendeinem beliebigen Zeitpunkt t₁ (erste Drehzahl)
S2:: Drehzahl zu irgendeinem beliebigen Zeitpunkt t₂ (zweite Drehzahl)
J:: Trägheit des rotierenden Körpers
P:: Nennleistung des Motors

Pc:: Summe von Schnittleistung und Verlustleistung

Bei der Offenbarung eines neunten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration wird entweder die erste Drehzahl oder die zweite Drehzahl als Maximalwert der Drehzahl und ein weiterer als Minimalwert der Drehzahl festgelegt.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird eine Werkzeugmaschine gemäß eines zehnten Aspekts der Offenbarung zur Verfügung gestellt. Die Werkzeugmaschine umfasst eine Hauptspindel, eine Drehzahländerungseinheit und die Überwachungsvorrichtung der Drehzahl der Hauptspindel nach einem der ersten bis neunten Aspekte. Die Hauptspindel, an der ein Werkzeug oder ein Werkstück montiert ist, ist motorgetrieben. Die Drehzahländerungseinheit ist so konfiguriert, dass sie die Drehzahl der Hauptspindel in irgendeinem vorgegebenen Muster kontinuierlich variiert.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird ein Überwachungsverfahren einer Drehzahl der Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine gemäß eines elften Aspekts der Offenbarung bereitgestellt. Das Überwachungsverfahren zeigt einen Änderungszustand der Drehzahl durch eine Drehzahländerungseinheit unter Verwendung einer Anzeigeeinheit in der Werkzeugmaschine an. Die Werkzeugmaschine umfasst eine Hauptspindel und die Drehzahländerungseinheit. Die Hauptspindel, an der ein Werkzeug oder ein Werkstück montiert ist, ist motorgetrieben. Die Drehzahländerungseinheit variiert kontinuierlich die Drehzahl der Hauptspindel in irgendeinem vorgegebenen Muster. Das Überwachungsverfahren umfasst einen Zeichenschritt, einen Änderungspositionsanzeigeschritt und einen Reduktionseffektindex-Anzeigeschritt. Der Zeichenschritt ist ein Schritt zur Anzeige eines Änderungsdiagramms in der Anzeigeeinheit. Das Änderungsdiagramm veranschaulicht eine Beziehung zwischen einer Änderungsamplitude und einem Änderungszyklus der Drehzahl. Der Änderungspositionsanzeigeschritt ist ein Schritt zur Anzeige einer aktuellen Änderungsposition im Änderungsdiagramm. Der Anzeigeschritt des Reduktionseffektindex ist ein Schritt zur Anzeige eines Reduktionseffektindex im Änderungsdiagramm. Der Reduktionseffektindex stellt einen Reduktionseffekt der Ratterschwingung dar. Der Reduktionseffektindex wird auf der Grundlage eines Drehzahlverhältnisses berechnet, das ein Verhältnis einer Drehzahl von einer Umdrehung vor einer Drehzahl bei einer identischen Drehposition der Hauptspindel zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt ist.
Bei der Offenbarung eines zwölften Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration ist der Reduktionseffektindex ein absoluter Wert einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsverhältnis und 1.
Bei der Offenbarung eines dreizehnten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration ist der variierende Reduktionseffektindex ein Mittelwert pro Änderungszyklus der Drehzahl.
Bei der Offenbarung eines vierzehnten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration ist der variierende Reduktionseffektindex ein Maximalwert in einem Änderungszyklus der Drehzahl.
Die Offenbarung eines fünfzehnten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration umfasst ferner einen Schritt zur Anzeige einer Leistungsgrenzlinie, bei dem eine Leistungsgrenzlinie eines Motors auf der Grundlage einer Berechnungsformel erzeugt und die Leistungsgrenzlinie im Änderungsdiagramm angezeigt wird. Die Berechnungsformel umfasst den Änderungszyklus, eine Differenz zwischen einer ersten Drehzahl und einer zweiten Drehzahl zu wechselseitig unterschiedlichen Zeitpunkten zwischen den Drehzahlen, die relativ zu einer Referenzdrehzahl als Referenz für die Drehzahl variiert werden, eine Trägheit eines rotierenden Körpers einschließlich des Werkzeugs oder des Werkstücks und der Hauptspindel und eine Nennleistung des Motors, der die Hauptspindel antreibt.
Bei der Offenbarung eines sechzehnten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration lautet die Berechnungsformel Math. 1 unten. $R = \frac{2 J}{P - P_{C}} (S_{1} - S_{2}) S_{1}$

Bei der Offenbarung eines siebzehnten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration enthält die Berechnungsformel ein Verhältnis der ersten Drehzahl zur zweiten Drehzahl.
Bei der Offenbarung eines achtzehnten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration lautet die Berechnungsformel Math. 2 unten. $R = \frac{2 J}{P - P_{C}} (S_{1} - S_{2}) S_{1} \frac{S_{1}}{S_{2}}$

Bei der Offenbarung eines neunzehnten Aspekts in der oben beschriebenen Konfiguration wird eine der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl als Maximalwert der Drehzahl und eine andere als Minimalwert der Drehzahl festgelegt.
Mit der Offenbarung wird der Reduktionseffektindex der Ratterschwingung angezeigt. Nachdem die Reduktionswirkung der Ratterschwingung erfasst wurde, wird daher der Einstellwert zur Veränderung der Drehzahl gewählt und die Probebearbeitung durchgeführt. Dementsprechend kann die optimale Bearbeitungsbedingung zur Reduzierung der Ratterschwingung effizient gefunden werden.
Insbesondere mit der im fünften bis neunten Aspekt und im fünfzehnten bis neunzehnten Aspekt beschriebenen Offenbarung kann zusätzlich zu den oben beschriebenen Effekten, da die Variationsbedingung nach dem Erfassen auch der Leistungsgrenzlinie des Motors gesucht wird, vermieden werden, dass die Auswahl der Variationsbedingung die Leistungsgrenze des Motors überschreitet.
Figurenliste

1 ist ein schematischer Aufbau einer NC-Drehmaschine.
2 ist eine erklärende Ansicht, die Variationsbeispiele einer Drehzahl der Hauptspindel, eines Geschwindigkeitsverhältnisses und eines Reduktionseffektindexes zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm für ein Überwachungsverfahren.
4 ist eine erklärende Ansicht, die ein Änderungsdiagramm veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Offenbarung anhand der Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematischer Aufbau einer NC-Drehmaschine 1 als Beispiel für eine Werkzeugmaschine. In der NC-Drehmaschine 1 ist eine Hauptspindel 3, die ein Werkstück W über ein Futter 4 und eine Klaue 5 greift, drehbar auf einem Spindelstock 2 gelagert. Im Inneren des Spindelstocks 2 sind ein Motor 6, der die Hauptspindel 3 drehend antreibt, und ein Encoder 7 eingebaut, der am Spindelstock 2 befestigt ist und eine Drehzahl der Hauptspindel 3 erfasst. Ein Hauptspindel-Steuergerät 8 ist mit dem Motor 6 und dem Encoder 7 verbunden, und eine NC-Vorrichtung 9 gibt die Drehzahl an das Hauptspindel-Steuergerät 8 weiter. Während das Hauptspindel-Steuergerät 8 immer die vom Encoder 7 erfasste Drehzahl der Hauptspindel 3 überwacht, passt das Hauptspindel-Steuergerät 8 eine dem Motor 6 zugeführte elektrische Eingangsleistung so an, dass die Hauptspindel 3 mit der von der NC-Vorrichtung 9 befohlenen Drehzahl gedreht wird.
Eine Speichereinheit 10 und eine Änderungswert-Einstelleinheit 11 sind an die NC-Vorrichtung 9 angeschlossen. Die Speichereinheit 10 speichert ein Bearbeitungsprogramm und ähnliches, und die Änderungswert-Einstelleinheit 11 enthält einen Monitor 12 als Anzeigeeinheit. Dem in der Speichereinheit 10 gespeicherten Bearbeitungsprogramm folgend, während die NC-Vorrichtung 9 die Hauptspindel 3 dreht, führt die NC-Vorrichtung 9 ein Werkzeug (nicht abgebildet) in Drehachsenrichtung und radialer Richtung des Werkstücks W für Schnittarbeiten zu und bewegt es.
Darüber hinaus werden die Drehzahl der Hauptspindel 3 und deren Änderungsamplitude und Änderungszyklus über den Monitor 12 einschließlich einer Eingabeeinheit in die Änderungswert-Einstelleinheit 11 eingegeben. So kann, wie in der oberen Grafik in 2 dargestellt, die Drehzahl der Hauptspindel 3 mit einer bestimmten Änderungsamplitude Q und einem Änderungszyklus R über die NC-Vorrichtung 9 und das Hauptspindel-Steuergerät 8 variiert werden. Eine Überwachungsvorrichtung 13 umfasst die NC-Vorrichtung 9, die Speichereinheit 10, die Änderungswert-Einstelleinheit 11 und den Monitor 12. Die NC-Vorrichtung 9 dient als Drehzahländerungseinheit und die Änderungswert-Einstelleinheit 11 dient als Änderungswert-Einstelleinheit. Die Überwachungsvorrichtung 13 fungiert als Zeicheneinheit, als Anzeigeeinheit für die Abweichungsposition, als Anzeigeeinheit für den Reduktionseffektindex und als Anzeigeeinheit für die Leistungsgrenzlinie der Offenbarung.
Ein Überwachungsverfahren der Drehzahl der Hauptspindel durch die Überwachungsvorrichtung 13 wird mit dem Flussdiagramm in 3 beschrieben.
Zunächst wird bei S10, wenn die Änderungsamplitude und der Änderungszyklus in die Änderungswert-Einstelleinheit 11 eingegeben werden, ein Änderungsdiagramm wie in 4 veranschaulicht und im Monitor 12 bei S20 (Zeichenschritt) angezeigt. Hier wird ein Änderungs-Amplitudenänderungs-Zyklusdiagramm angezeigt, das die Änderungs-Amplitude zur Änderung der Drehzahl auf der vertikalen Achse und den Änderungszyklus auf der horizontalen Achse darstellt.
Der Graph zeigt auch einen Einstellwert des aktuellen Änderungs-Amplitudenänderungs-Zyklus (aktuelle Änderungsposition) als ersten Punkt durch eine schwarze Kreismarkierung an (Änderungspositionsanzeigeschritt). Ein Bediener gibt die jeweiligen Werte der Änderungsamplitude und des Änderungszyklus ein, indem er direkt auf eine beliebige Stelle im Graphen zeigt oder mit einem numerischen Tastenfeld (nicht abgebildet) o.ä., um die jeweiligen Einstellwerte der Änderungsamplitude und des Änderungszyklus zu ändern.
Als nächstes zeigt der Graph bei S30 einen Reduktionseffektindex an (Schritt der Anzeige des Reduktionseffektindex). Der Reduktionseffektindex der Ratterschwingung hat eine Korrelation mit einem Geschwindigkeitsverhältnis α, das ein Verhältnis einer Drehzahl bei einer Umdrehung davor zu einer Drehzahl bei der gleichen Drehposition der Hauptspindel 3 zu irgendeinem Zeitpunkt ist. Das Geschwindigkeitsverhältnis α ist in der folgenden Math. 3 dargestellt.
$α = \frac{S_{B}}{S_{A}}$

α:: Geschwindigkeitsverhältnis
SA:: Drehzahl zu irgendeinem Zeitpunkt t_A
SB:: Drehzahl bei einer Umdrehung davor in Bezug auf t_A

Wie in einem mittleren Graphen in 2 dargestellt, verändert sich das Geschwindigkeitsverhältnis α in Synchronisation mit der Variation der Drehzahl um 1 herum. Je größer die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsverhältnis α und 1 wird, desto stärker nimmt die Reduktionswirkung der Ratterschwingung zu. Daher wird z.B. ein Reduktionseffektindex β durch die folgende Math. 4 definiert, was bedeutet, dass der Ratterreduktionseffekt umso größer wird, je größer das Verhältnis β wird.
$β = | α - 1 |$
Deshalb werden z.B. bei S30 pro Zyklus Mittelwerte der Geschwindigkeitsvariation des Reduktionseffektindex β, der in einem unteren Diagramm in 2 dargestellt ist, für entsprechende Kombinationen der Änderungsamplituden und der im Änderungsdiagramm dargestellten Änderungszyklen berechnet. Die Durchschnittswerte werden an den jeweiligen Koordinatenpunkten in dem Graphen unter Verwendung der ihren Größen entsprechenden Farben angezeigt. In 4 werden die Koordinatenpunkte, an denen der Reduktionseffektindex groß ist, mit dunklen Farben und die Koordinatenpunkte, an denen der Reduktionseffektindex klein ist, mit hellen Farben dargestellt.
Bei der Bearbeitung, bei der eine Bearbeitungsperiode im Verhältnis zum Änderungszyklus beträchtlich kurz ist, ist die Bearbeitung gemäß einem Zeitpunkt wirksam, bei dem der Reduktionseffektindex β ansteigt. In dem Fall, kann bei S30 der Maximalwert in einem Änderungszyklus der Geschwindigkeitsänderung des Reduktionseffektindex β, der in dem unteren Graphen in 2 dargestellt ist, in dem Graphen angezeigt werden.
Bei S40 wird in dem Graphen eine Leistungsgrenzlinie L angezeigt (Leistungsgrenzlinie-Anzeigeschritt). Das Fließen eines übermäßigen Stroms zum Motor 6 erzeugt Wärme und führt zum Bruch des Motors 6, weshalb die obere Grenze der elektrischen Eingangsleistung geregelt wird. Mit anderen Worten, die Motorleistung wird begrenzt. Selbst wenn die Änderungsamplitude der Drehzahl zu groß und der Änderungszyklus zu klein eingestellt ist, kann die Änderung daher in einigen Fällen nicht mit dem eingestellten Wert durchgeführt werden.
Zum Beispiel wird die folgende Math. 5 berechnet, wodurch die Leistungsgrenzlinie L auf dem Graphen als Grenzlinie der variablen Änderungsamplitude und des Änderungszyklus angezeigt wird. Beachten Sie, dass die maximale Drehzahl Smax der Hauptspindel 3 und die minimale Drehzahl Smin der Hauptspindel 3, die in Math. 5 verwendet wurden, mit einer Referenzdrehzahl als Referenz für die variierende Drehzahl und die Änderungsamplitude berechnet werden können, wie in Math. 6 und Math. 7 gezeigt. Sie drückt aus, dass die Drehzahl als Einstellwert in einem Bereich rechts von der Leistungsgrenzlinie L variiert werden kann. Das heißt, die Änderungsbedingung in der dunkelsten Farbe innerhalb des Bereichs wird vorzugsweise in der Änderungswert-Einstelleinheit 11 gewählt. Math. 5 drückt aus, dass eine Leistung, die durch Subtraktion eines Verlustes (PC) durch z.B. Schnitt und Reibung, verursacht durch die Hauptspindeldrehung, von der maximalen Leistung des Motors 6 gefunden wird, für die Änderung der Drehzahl der Hauptspindel verwendet werden kann.
$R = \frac{2 J}{P - P_{C}} (S_{m a x} - S_{m i n}) S_{m a x}$

R:: Änderungszyklus
J:: Trägheit eines rotierenden Körpers einschließlich des Werkstücks und der Hauptspindel
P:: Nennleistung des Motors
Pc:: Summe von Schnittleistung und Verlustleistung
Smax:: Maximale Drehzahl der Hauptspindel
Smin:: Mindestdrehzahl der Hauptspindel

S_{m a x} = S_{0} (1 + \frac{Q}{200})

S0:: Referenzdrehzahl
Q:: Änderungsamplitude

S_{m i n} = S_{0} (1 - \frac{Q}{200})

Es ist anzumerken, dass im Vergleich zur Änderung der Drehzahl bei konstanter Winkelbeschleunigung die Änderung der Drehzahl bei Winkelbeschleunigung entsprechend der Zunahme und Abnahme der Drehzahl zuund abnimmt, wodurch ein größerer Ratterreduktionseffekt erzielt werden kann. In dem Fall wird anstelle von Math. 5 die Leistungsgrenzlinie L der Änderungsamplitude und des Änderungszyklus durch die folgende Math. 8 unter Verwendung eines Verhältnisses der maximalen Drehzahl zur minimalen Drehzahl berechnet.
$R = \frac{2 J}{P - P_{C}} (S_{m a x} - S_{m i n}) S_{m a x} \frac{S_{m a x}}{S_{m i n}}$
So ermöglicht die Überwachungsvorrichtung 13 der Drehzahl der Hauptspindel der Ausführungsform die Durchführung des oben beschriebenen Überwachungsverfahrens von S20 bis S40 als Zeicheneinheit, als Anzeigeeinheit für die Drehzahländerungsposition und als Anzeigeeinheit für den Reduktionseffektindex. Die Zeicheneinheit zeigt im Monitor 12 den Graphen an, das die Beziehung zwischen der Änderungsamplitude und dem Änderungszyklus der Drehzahl veranschaulicht. Die Änderungsposition-Anzeigeeinheit zeigt die aktuelle Änderungsposition (erster Punkt) auf dem Graphen an. Die Anzeigeeinheit für den Reduktionseffektindex zeigt den Reduktionseffektindex der Ratterschwingung für jede Änderungsbedingung auf dem Graphen auf der Grundlage von Math. 4 an.
Dementsprechend kann, nachdem der Reduktionseffekt der Ratterschwingung erfasst wurde, der Einstellwert zum Ändern der Drehzahl ausgewählt und eine Versuchsbearbeitung durchgeführt werden, so dass die optimale Bearbeitungsbedingung zur Reduktion der Ratterschwingung effizient gefunden werden kann.
Insbesondere, da die Leistungsgrenzlinie L der Änderungsamplitude und der Änderungszyklus des Motors 6 auf der Basis von Math.5 erzeugt werden können und in der Grafik dargestellt werden kann, wird die Änderungsbedingung nach dem Erfassen der Leistungsgrenzlinie L des Motors 6 gesucht. Dadurch kann vermieden werden, dass die Auswahl der Änderungsbedingung die Grenze des Motors 6 überschreitet.
Während die Ausführungsform den Reduktionseffektindex auch in einem Bereich auf der linken Seite von der Leistungsgrenzlinie L anzeigt, handelt es sich um einen Änderungszustandsbereich, in dem die Drehzahl nicht als Sollwert verändert werden kann. Deshalb muss der Reduktionseffektindex nicht angezeigt werden, um ihn vorzuschlagen.
Wenn der Graph auf dem Monitor angezeigt wird, werden der Reduktionseffektindex und die Leistungsgrenzlinie automatisch berechnet und angezeigt. Der Reduktionseffektindex und die Leistungsgrenzlinie können jedoch zu irgendwelchen Zeitpunkten von der Eingabeeinheit angezeigt werden, die in der Einheit für die Änderungswerteinstellung angeordnet ist. Die Konfiguration des Diagramms ist selbstverständlich nicht auf die Inhalte beschränkt, und Änderungen, wie z.B. eine Umkehrung der Achsen und eine dreidimensionale Darstellung, sind möglich. Auf die Anzeige der Leistungsgrenzlinie kann verzichtet werden.
Auch die Anzeige der Änderungsposition ist nicht auf den Kreis beschränkt. Es kann ein Marker mit einer anderen Form gewählt werden, oder die Formen der Marker der aktuellen Änderungsposition und der neuen Änderungsposition können sich voneinander unterscheiden.
Währenddessen wird die Drehzahl von Anfang an geändert und die Bearbeitung in der Ausführungsform durchgeführt. In einer Werkzeugmaschine mit der bekannten Erkennungseinheit, die eine Vibration, die durch die Erkennung einer Ratterschwingung einer Hauptspindel durch einen Schwingungssensor erhalten wird, mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und eine Ratterschwingung erkennt, kann die Hauptspindel zunächst mit einer festgelegten einheitlichen Drehzahl gedreht werden. Wenn dann in der Werkzeugmaschine die Erfassungseinheit die Ratterschwingung erkennt, können in der Drehzahländerungseinheit die Änderungsamplitude und der Änderungszyklus der Drehzahl eingegeben werden, um die Drehzahl zu ändern, und das Änderungsdiagramm, z.B. Graph, kann auf dem Bildschirm angezeigt werden.
Zusätzlich können jede Änderungsamplitude und jeder Änderungszyklus vom Bediener mit der Änderungswert-Einstelleinheit eingestellt werden. Aber auch in einem Fall, in dem der Änderungswert automatisch durch ein Programm eingestellt wird, kann der Reduktionseffektindex angezeigt werden.
Darüber hinaus, während die Konfiguration die Differenz zwischen der maximalen Drehzahl und der minimalen Drehzahl in jeder von Math. 5 und Math. 8 verwendet, ist die Konfiguration nicht auf die Konfiguration beschränkt. Entsprechende Werte in der Nähe der maximalen Drehzahl und der minimalen Drehzahl können zu jeglichem Zeitpunkt erhalten werden, um die Beziehung zwischen der Änderungsamplitude und dem Änderungszyklus zu berechnen. Dasselbe gilt für den Fall der Verwendung des Verhältnisses.
Darüber hinaus ist die Offenbarung nicht auf die NC-Drehmaschine beschränkt, und solange die Werkzeugmaschine die Drehzahl verändert und die Schnittarbeit ausführt, ist z.B. ein Bearbeitungszentrum eingeschlossen. Dementsprechend gilt die Offenbarung in ähnlicher Weise auch für eine Werkzeugmaschine, die nur eine Werkzeugspindel enthält.
Auch im Fall einer Werkzeugmaschine, die die Werkzeugspindel, an der ein Werkzeug montiert ist und die motorgetrieben werden soll, enthält, und die eine Drehzahl der Werkzeugspindel zusammen mit einer Drehzahl einer Werkstückspindel verändert, ist es nur erforderlich, dass der Reduktionseffekt-Index der Ratterschwingung in Bezug auf die Werkzeugspindel durch Math. 3 und Math. 4 wie oben beschrieben zusammen angezeigt wird.
Außerdem können die Speichereinheit, die Änderungswerteinstelleinheit und der Monitor, die die Überwachungsvorrichtung bilden, von der NC-Vorrichtung getrennt und drahtlos oder drahtgebunden mit der Werkzeugmaschine verbunden werden. In diesem Fall übernimmt eine Überwachungsvorrichtung die zentrale Steuerung mehrerer Werkzeugmaschinen, wodurch die Einstellung der Änderungsamplitude und des Änderungszyklus gewährleistet und der Reduktionseffektindex angezeigt wird.
Es wird ausdrücklich erklärt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen getrennt und unabhängig voneinander offenbart werden sollen. Es wird ausdrücklich festgestellt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Zwischeneinheit zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 49105277 [0003]
JP 5507410 [0003, 0004]

Claims

Überwachungsvorrichtung (13) einer Drehzahl der Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine (1), die einen Änderungszustand der Drehzahl durch eine Drehzahländerungseinheit unter Verwendung einer Anzeigeeinheit (12) in der Werkzeugmaschine (1) anzeigt, wobei die Werkzeugmaschine (1) eine Hauptspindel (3) und die Drehzahländerungseinheit umfasst, wobei die Hauptspindel (3), an der ein Werkzeug oder ein Werkstück (W) angebracht ist, motorgetrieben ist, wobei die Drehzahländerungseinheit die Drehzahl der Hauptspindel (3) in irgendeinem gegebenen Muster kontinuierlich ändert, wobei die Überwachungsvorrichtung (13) umfasst: eine Zeicheneinheit, die so konfiguriert ist, dass sie ein Änderungsdiagramm in der Anzeigeeinheit (12) anzeigt, wobei das Änderungsdiagramm eine Beziehung zwischen einer Änderungsamplitude und einem Änderungszyklus der Drehgeschwindigkeit veranschaulicht; eine Änderungspositions-Anzeigeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine aktuelle Änderungsposition in dem Änderungsdiagramm anzeigt; und eine Reduktionseffektindex-Anzeigeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Reduktionseffektindex auf dem Änderungsdiagramm anzeigt, wobei der Reduktionseffektindex einen Reduktionseffekt der Ratterschwingung darstellt, wobei der Reduktionseffektindex auf der Grundlage eines Geschwindigkeitsverhältnisses berechnet wird, das ein Verhältnis einer Drehzahl von einer Umdrehung vor einer Drehzahl an einer identischen Drehposition der Hauptspindel (3) zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt ist.
Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei der Reduktionseffektindex ein absoluter Wert einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsverhältnis und 1 ist.
Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der variierende Reduktionseffektindex ein Mittelwert pro Änderungszyklus der Drehzahl ist.
Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der variierende Reduktionseffektindex ein Maximalwert in einem Änderungszyklus der Drehzahl ist.
Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend eine Leistungsgrenzlinie-Anzeigeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Leistungsgrenzlinie eines Motors (6) auf der Grundlage einer Berechnungsformel erzeugt und die Leistungsgrenzlinie auf dem Änderungsdiagramm anzeigt, wobei die Berechnungsformel den Änderungszyklus, eine Differenz zwischen einer ersten Drehzahl und einer zweiten Drehzahl zu voneinander verschiedenen Zeitpunkten unter den Drehzahlen, die relativ zu einer Referenzdrehzahl als Referenz für die Drehzahl geändert werden, eine Trägheit eines rotierenden Körpers, der das Werkzeug oder das Werkstück (W) und die Hauptspindel (3) umfasst, und eine Nennleistung des Motors (6), der die Hauptspindel (3) antreibt, umfasst.
Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 5, wobei die Berechnungsformel Math. 1 unten ist. $R = \frac{2 J}{P - P_{C}} (S_{1} - S_{2}) S_{1}$
R: Änderungszyklus S₁: Drehzahl zu irgenedeinem gegebenen Zeitpunkt t₁ (erste Drehzahl) S₂: Drehzahl zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt t₂ (zweite Drehzahl) J: Trägheit des rotierenden Körpers P: Nennleistung des Motors Pc: Summe von Schnittleistung und Verlustleistung
Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 5, wobei die Berechnungsformel ein Verhältnis der ersten Drehzahl zur zweiten Drehzahl enthält.
Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 5 oder 7, wobei die Berechnungsformel Math. 2 unten ist. $R = \frac{2 J}{P - P_{C}} (S_{1} - S_{2}) S_{1} \frac{S_{1}}{S_{2}}$
R: Änderungszyklus S₁: Drehzahl zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt t₁ (erste Drehzahl) S₂: Drehzahl zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt t₂ (zweite Drehzahl) J: Trägheit des rotierenden Körpers P: Nennleistung des Motors Pc: Summe von Schnittleistung und Verlustleistung
Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei eine der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl als Maximalwert der Drehzahl und eine andere als Minimalwert der Drehzahl eingestellt ist.
Werkzeugmaschine (1) umfassend: eine Hauptspindel (3), an der ein Werkzeug oder ein Werkstück (W) montiert ist, um motorgetrieben zu werden; eine Drehzahländerungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Drehzahl der Hauptspindel (3) in irgendeinem gegebenen Muster kontinuierlich ändert; und die Überwachungsvorrichtung (13) der Drehzahl der Hauptspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Überwachungsverfahren einer Drehzahl der Hauptspindel in einer Werkzeugmaschine (1), die einen Änderungszustand der Drehzahl durch eine Drehzahländerungseinheit unter Verwendung einer Anzeigeeinheit (12) in der Werkzeugmaschine (1) anzeigt, wobei die Werkzeugmaschine (1) eine Hauptspindel (3) und die Drehzahländerungseinheit umfasst, wobei die Hauptspindel (3), an der ein Werkzeug oder ein Werkstück (W) angebracht ist, motorgetrieben ist, wobei die Drehzahländerungseinheit die Drehzahl der Hauptspindel (3) in irgendeinem gegebenen Muster kontinuierlich ändert, wobei das Überwachungsverfahren umfasst: einen Zeichenschritt zum Anzeigen eines Änderungsdiagramms in der Anzeigeeinheit (12), wobei das Änderungsdiagramm eine Beziehung zwischen einer Änderungsamplitude und einem Änderungszyklus der Drehzahl veranschaulicht; einen Änderungspositionsanzeigeschritt des Anzeigens einer aktuellen Änderungsposition in dem Änderungsdiagramm; und einen Schritt der Anzeige eines Reduktionseffektindexes zum Anzeigen eines Reduktionseffektindexes auf dem Änderungsdiagramm, wobei der Reduktionseffektindex einen Reduktionseffekt der Ratterschwingung darstellt, wobei der Reduktionseffektindex auf der Grundlage eines Geschwindigkeitsverhältnisses berechnet wird, das ein Verhältnis einer Drehzahl von einer Umdrehung vor einer Drehzahl an einer identischen Drehposition der Hauptspindel (3) zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt ist.
Überwachungsverfahren der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 11, wobei der Reduktionseffektindex ein absoluter Wert einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsverhältnis und 1 ist.
Überwachungsverfahren der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der sich ändernde Reduktionseffektindex ein Mittelwert pro Änderungszyklus der Drehzahl ist.
Überwachungsverfahren der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der sich ändernde Reduktionseffektindex ein Maximalwert in einem Änderungszyklus der Drehzahl ist.
Überwachungsverfahren der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, ferner umfassend einen Leistungsgrenzlinie-Anzeigeschritt des Erzeugens einer Leistungsgrenzlinie eines Motors (6) basierend auf der Grundlage einer Berechnungsformel und des Anzeigens der Leistungsgrenzlinie auf dem Änderungsdiagramm, wobei die Berechnungsformel den Änderungszyklus, eine Differenz zwischen einer ersten Drehzahl und einer zweiten Drehzahl zu wechselseitig unterschiedlichen Zeitpunkten unter den Drehzahlen, die relativ zu einer Referenzdrehzahl als Referenz für die Drehzahl geändert werden, eine Trägheit eines rotierenden Körpers, der das Werkzeug oder das Werkstück (W) und die Hauptspindel (3) umfasst, und eine Nennleistung des Motors (6), der die Hauptspindel (3) antreibt, umfasst.
Überwachungsverfahren der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 15, wobei die Berechnungsformel Math. 1 unten ist $R = \frac{2 J}{P - P_{c}} (S_{1} - S_{2}) S_{1}$
R: Änderungszyklus S₁: Drehzahl zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt t₁ (erste Drehzahl) S₂: Drehzahl zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt t₂ (zweite Drehzahl) J: Trägheit des rotierenden Körpers P: Nennleistung des Motors Pc: Summe von Schnittleistung und Verlustleistung
Überwachungsverfahren der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 15, wobei die Berechnungsformel ein Verhältnis der ersten Drehzahl zur zweiten Drehzahl enthält.
Überwachungsverfahren der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 15 oder 17, wobei die Berechnungsformel Math. 2 unten ist. $R = \frac{2 J}{P - P_{c}} (S_{1} - S_{2}) S_{1} \frac{S_{1}}{S_{2}}$
R: Änderungszyklus S₁: Drehzahl zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt t₁ (erste Drehzahl) S₂: Drehzahl zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt t₂ (zweite Drehzahl) J: Trägheit des rotierenden Körpers P: Nennleistung des Motors Pc: Summe von Schnittleistung und Verlustleistung
Überwachungsverfahren der der Drehzahl der Hauptspindel in der Werkzeugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei eine der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl als Maximalwert der Drehzahl und eine andere als Minimalwert der Drehzahl eingestellt ist.