DE112012000203T5

DE112012000203T5 - Schneidwiderstand-Analysevorrichtung, mit derselben ausgestattete Zerspanungs- und Bearbeitungsvorrichtung und Schneidwiderstand-Analyseprogramm

Info

Publication number: DE112012000203T5
Application number: DE112012000203T
Authority: DE
Inventors: Ryo Yamaguchi; Noriaki Kojima; Takayuki Kataoka
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: US9459166B2; DE112012000203B4; JP5204934B1; WO2013069363A1; JPWO2013069363A1; CN103201069B; CN103201069A; US20130336736A1

Abstract

Eine Steuerung (11) einer Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung (10) umfasst einen Schneidwiderstand-Rechner (32), der die Größe des auf einen Fräser (T) ausgeübten Schneidwiderstands berechnet, einen Rechner (33) zum Zählen der kontaktierenden Schneiden, der die Anzahl von Schneiden (T1) des Fräsers (T) berechnet, die sich gleichzeitig mit der Bearbeitungssseite eines Werkstücks (W) in Kontakt befinden, und einen Rechner (34) zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide, der den Schneidwiderstandswert je Schneide der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung (T) auf der Basis des Betrags des Schneidwiderstands und des Berechnungsergebnisses des Rechners (33) zum Zählen der kontaktierenden Schneiden berechnet.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidwiderstand-Analysevorrichtung, die von einem mehrschneidigen Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung verwendet wird, und eine mit dieser Vorrichtung ausgestattete Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung sowie ein Schneidwiderstand-Analyseprogramm.
Beschreibung des Standes der Technik
Zur gewünschten Formgebung eines Werkstücks durch Zerspanung und maschinelle Bearbeitung wurde die Zerspanungsarbeit bisher mit einem rotierenden Schneidwerkzeug durchgeführt.
Patentliteratur 1 zum Beispiel beschreibt ein Zerspanungsverfahren mit einem rotierenden Schneidwerkzeug, das den Effekt hat, dass die Lebensdauer des rotierenden Schneidwerkzeugs verlängert wird und die Zerspanung und Bearbeitung effizienter erfolgen können, indem in einem Schneidwiderstand-Detektionsschritt der von dem Werkstück auf das rotierende Werkzeug ausgeübte Schneidwiderstand detektiert und die Bewegungsrate des rotierenden Werkzeugs derart angepasst wird, dass die Größe des Schneidwiderstands im Wesentlichen konstant bleibt.
Ferner beschreibt Patentliteratur 2 ein Schneidverfahren, mit welchem der Schneidwiderstand bei jeweils konstanter Drehgeschwindigkeit des Werkzeugs und konstanter Vorschubrate im Wesentlichen konstant gehalten werden kann, indem vor dem Schlichten ein Vorzerspanung durchgeführt wird, so dass das Schneidvolumen bei einer gegebenen Drehschnittgeschwindigkeit an einer dreidimensionalen, gekrümmten Oberfläche im Wesentlichen konstant ist oder allmählich abnimmt.
ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Offengelegte Japanische Patentanmeldung H8-25178 (offengelegt am 30. Januar 1996)
Patentliteratur 2. Offengelegte Japanische Patentanmeldung H10-113846 (offengelegt am 6. Mai 1998).

ÜBERSICHT
Bei den vorstehend genannten üblichen Schneidwiderstand-Analysevorrichtungen haben sich jedoch die folgenden Probleme ergeben.
Bei den Schneidewiderstand-Analysevorrichtungen, die in den vorgenannten Publikationen beschrieben sind, wird speziell die Vorschubrate des rotierenden Schneidwerkzeugs etc. unter Berücksichtigung der Größe des Schneidwiderstands eingestellt, der auf das gesamte rotierende Schneidwerkzeug ausgeübt wird, ungeachtet dessen, ob es sich dabei um ein mehrschneidiges Werkzeug oder um ein einschneidiges Werkzeug wie beispielsweise eine Drehbank handelt.
Bei einem Zerspanungsschritt, der mit einem mehrschneidigen Werkzeug durchgeführt wird, lässt sich der Schneidwiderstand, der pro Schneide ausgeübt wird, daher nicht genau feststellen, so dass die Gefahr besteht, dass Probleme entstehen. Wird beispielsweise berücksichtigt, die Beschädigung von Schneiden zu verhindern, kommt es zu Verlusten beim Schneideschritt, da die Vorschubrate nicht ausreichend erhöht werden kann. Wenn andererseits die Effizienz des Schneidens berücksichtigt wird, wird die Vorschubrate möglicherweise derart erhöht, dass der Schneidwiderstand pro Schneide zunimmt und die Schneide beschädigt wird.
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schneidwiderstand-Analysevorrichtung anzugeben, mit welcher eine Beschädigung eines mehrschneidigen Werkzeugs wirksam verhindert und die Produktivität im Schneide- und Bearbeitungsschritt gleichzeitig erhöht werden kann, sowie eine damit ausgestattete Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung und ein Schneidwiderstand-Analyseprogramm.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung (kann auch als Spanwiderstand-Analysevorrichtung bezeichnet werden) gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Schneidwiderstand-Analysevorrichtung, die beim Schneiden (oder Zerspanen) und Bearbeiten eines Werkstücks mit Hilfe eines mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs (das auch als ein Zerspanungswerkzeug bezeichnet werden kann) den Schneidwiderstand (oder Spanwiderstand) an einer Mehrzahl von Bearbeitungspunkten entlang der Bewegungsbahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs berechnet, wobei die Vorrichtung einen Datenspeicherungsabschnitt, einen Schneidwiderstand-Rechner, einen Rechner zum Zählen der kontaktierenden Schneiden (der auch als Kontaktschneidenzählrechner bezeichnet werden kann) und einen Rechner zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide (der auch als Einzelschneideschneidwiderstandrechner bezeichnet werden kann) umfasst. Der Datenspeicherungsabschnitt speichert Daten, die sich auf die Form des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs, die Anzahl von Schneiden und die Form des Werkstücks beziehen. Der Schneidwiderstand-Rechner berechnet die Größe des Schneidwiderstands, der auf das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug ausgeübt wird. Der Rechner zum Zählen der kontaktierenden Schneiden berechnet die Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs, die sich gleichzeitig mit Bearbeitungsseite des Werkstücks in Kontakt befinden. Der Rechner zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide berechnet den Schneidwiderstand je Schneide des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands und des Berechnungsergebnisses des Rechners zum Zählen der kontaktierenden Schneiden.
Hier wird beim Schneiden (oder Zerspanen) und Bearbeiten eines Werkstücks mit einem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug, das eine Mehrzahl von Schneiden aufweist, die Größe des Schneidwiderstands je Klinge auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands an dem Kontaktbereich, der Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs, die einem Schneidwiderstand ausgesetzt sind, usw. berechnet.
Die Größe des Schneidwiderstands je Schneide kann hier je nach Form des Werkstücks an einem speziellen Bearbeitungspunkt berechnet werden, oder sie kann an einer Mehrzahl von Punkten entlang der Bewegungsbahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs berechnet werden. Das heißt, wenn das Werkstück eine einfache Form hat, ändert sich die Größe des Schneidwiderstands kaum, so dass der Schneidwiderstand je Schneide an einem einzigen Bearbeitungspunkt berechnet werden kann. Hat das Werkstück hingegen eine komplexe Form, kann der Schneidwiderstand je Schneide an einer Mehrzahl von Bearbeitungspunkten, an denen der Schneidwiderstand variiert, berechnet werden.
Folglich lässt sich bei einem Schneid-(oder Zerspanungs-) und Bearbeitungsschritt, der mit einem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug durchgeführt wird, die Vorschubrate des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands je Schneide vergrößern oder verkleinern, wodurch eine Beschädigung der Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs effektiv verhindert und die Produktivität beim Schneiden (oder Zerspanen) und Bearbeiten gleichzeitig verbessert wird.
Die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung, ferner umfassend einen Schneidabtragvolumen-Rechner, der verschiedenartige Daten nutzt, die in dem Datenspeicherungsabschnitt gespeichert sind, um das Volumen des Abtrags durch das mehrschneidige rotierenden Schneidwerkzeug an einem speziellen Bearbeitungspunkt entlang der Bahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs zu berechnen. Der Schneidwiderstands-Rechner berechnet den Schneidwiderstand, der auf das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug ausgeübt wird, auf der Basis des werkstückinhärenten spezifischen Widerstands und des durch den Schneidabtragvolumen-Rechner berechneten Schneidabtragvolumens.
Die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung, wobei der Rechner zum Zählen der kontaktierenden Schneiden auf der Basis der äußersten Bogenlänge an dem Kontaktbereich zwischen dem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug und dem Werkstück die Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs berechnet, die sich gleichzeitig mit der Bearbeitungsseite des Werkstücks in Kontakt befinden.
Die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung ist die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis drei der Erfindung, wobei der Rechner zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide den Schneidwiderstand je Schneide an einer Mehrzahl von Bearbeitungspunkten berechnet, die entlang der Bahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs im Wesentlichen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
Hier wird die Größe des Schneidwiderstands je Schneide an einer Mehrzahl von Bearbeitungspunkten berechnet, die entlang der Bahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs im Wesentlichen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
Folglich lässt sich beim Schneiden und Bearbeiten eines Werkstücks mit einer komplexen Form die Größe des Schneidwiderstands an Bearbeitungspunkten auch dann ermitteln, wenn der Schneidwiderstand stark variiert, indem der Schneidwiderstand an jedem der Bearbeitungspunkte berechnet wird. Wenn also das Ergebnis der Analyse dieses Schneidwiderstands für die Durchführung des Schneid- und Bearbeitungsvorgangs herangezogen wird, kann zum Beispiel die Vorschubrate des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands an den verschiedenen Bearbeitungspunkt vergrößert oder verkleinert werden.
Die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung ist die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis vier der Erfindung, ferner umfassend einen Schneidwiderstand-Interpolator, der durch lineare Interpolation den Schneidwiderstand je Schneide zwischen Bearbeitungspunkten auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands je Schneide an einem speziellen Bearbeitungspunkt berechnet, der durch den Rechner zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide und der Größe des Schneidwiderstands je Schneide an dem diesem benachbarten Bearbeitungspunkt berechnet wurde.
Hier wird die Größe des Schneidwiderstands je Schneide zwischen den Bearbeitungspunkten auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands je Schneide an einem speziellen Bearbeitungspunkt entlang der Bewegungsbahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs und der Größe des Schneidwiderstands je Schneide an einem diesem benachbarten Bearbeitungspunkt durch Geradeninterpolation berechnet.
Die Größe des Schneidwiderstands je Schneide über die gesamte Bahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs kann ohne Weiteres berechnet werden, indem lediglich der Schneidwiderstand je Schneide an jedem einer Mehrzahl von Bearbeitungspunkten entlang des Bewegungswegs des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs berechnet wird.
Die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung ist die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach dem fünften Aspekt der Erfindung, wobei der Schneidwiderstand-Interpolator den Schneidwiderstand je Schneide an einem nachgeschaltet gelegenen Bearbeitungspunkt als Größe des Schneidwiderstands je Schneide zwischen diesem Punkt und dem diesem benachbarten Bearbeitungspunkt festlegt, wenn der Schneidwiderstand je Schneide an einem vorgeschaltet gelegenen Bearbeitungspunkt entlang des Weges des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs kleiner ist als der Schneidwiderstand je Schneide an einem nachgeschaltet gelegenen Bearbeitungspunkt.
Hier wird die Größe des Schneidwiderstands je Schneide nachgeschaltet als Größe des Schneidwiderstands zwischen benachbarten Bearbeitungspunkten festgelegt, von denen bekannt ist, dass der Schneidwiderstand je Schneide entlang der Bearbeitungsbahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs während der Bearbeitung größer wird.
Infolgedessen lassen sich Probleme wie eine Beschädigung des Werkzeugs aufgrund einer plötzlich zunehmenden Belastung an einer Schneide des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs wirksam vermeiden, indem ein größerer nachgeschaltet gelegener Schneidwiderstand je Schneide als Referenz für die Festlegung des Schneidwiderstands zwischen Bearbeitungspunkten gewählt wird, an denen während der Bearbeitung zum Beispiel die Möglichkeit eines plötzlichen Anstiegs des Schneidwiderstands je Schneide besteht.
Die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung (oder Schneid-/Zerspanungs- und Bearbeitungsanalysevorrichtung) gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung ist die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung (oder Schneid-/Zerspanungs- und Bearbeitungsanalysevorrichtung) nach einem der Aspekte eins bis sechs, ferner umfassend einen Vorschubrateneinsteller, der die Vorschubrate des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs auf der Basis des Ergebnisses der Berechnung des Schneidwiderstands je Schneide durch den Schneidwiderstand-Rechner einstellt.
Hier wird die Vorschubrate des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs auf der Basis der durch die vorstehend beschriebene Schneidwiderstand-Analysevorrichtung berechneten Größe des Schneidwiderstands je Schneide eingestellt.
Insbesondere wird bei einem Schneidwiderstand, der an einem gegebenen Bearbeitungspunkt kleiner als ein Zielwert ist, die Vorschubrate des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs zum Beispiel vergrößert, so dass sich der Schneidwiderstand je Schneide dem Zielwert nähert. Wenn der Schneidwiderstand je Schneide an einem gegebenen Bearbeitungspunkt dagegen größer als ein Zielwert ist, wird die Vorschubrate des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs verkleinert, so dass sich der Schneidwiderstand dem Zielwert nähert.
Dadurch kann eine Beschädigung der Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs bei gleichzeitiger Maximierung der Effizienz des Schneid- und Bearbeitungsprozesses verhindert werden, indem die Größe des Schneidwiderstands, der je Schneide des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs ausgeübt wird, berücksichtigt und die Vorschubrate während der Zerspanung und Bearbeitung mit dem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug vergrößert oder verkleinert wird.
Die Schneid-(oder Zerspanungs-) und Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem achten Aspekt der Erfindung umfasst die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, eine Positionssteuerung, eine Ratensteuerung und einen Werkzeugmaschinenabschnitt. Die Positionssteuerung positioniert das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug relativ zu dem Werkstück. Die Ratensteuerung steuert die Vorschubrate des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs. Der Werkzeugmaschinenabschnitt schneidet (oder zerspant) und bearbeitet das Werkstück.
Das Schneidwiderstand-Analyseprogramm gemäß dem neunten Aspekt der Erfindung analysiert den Schneidwiderstand von einem Werkstück beim Schneiden (oder Zerspanen) und Bearbeiten mit einem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug, wobei das Schneidwiderstand-Analyseprogramm einen Computer zur Ausführung eines Schneidwiderstand-Analyseverfahrens veranlasst, die folgenden Schritte auszuführen: Berechnen der Größe des auf das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug ausgeübten Schneidwiderstands durch Verwendung von Daten, die sich auf die Form des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs, die Anzahl von Schneiden und die Form des Werkstücks beziehen, Berechnen der Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs, die sich gleichzeitig in Kontakt mit der Bearbeitungsseite des Werkstücks befinden, und Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands und der Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs umfasst.
Hier ist ein Schneidwiderstand-Analyseprogramm vorgesehen zum Berechnen der Größe des Schneidwiderstands je Schneide auf der Basis des Schneidwiderstands an dem Kontaktbereich, der Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs, die beim Schneiden (oder Zerspanen) und Bearbeiten eines Werkstücks mit einem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug, das eine Mehrzahl von Schneiden besitzt, an dem Kontaktbereich (Bogenbereich) angesetzt werden, etc.
Je nach Werkstückform usw. kann die Größe des Schneidwiderstands hier an einem speziellen Bearbeitungspunkt oder an mehreren Bearbeitungspunkten entlang der Bewegungsbahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs berechnet werden. Das heißt, wenn das Werkstück eine einfache Form hat, ändert sich die Größe des Schneidwiderstands kaum, so dass der Schneidwiderstand je Schneide an einem einzigen Bearbeitungspunkt berechnet werden kann. Wenn das Werkstück hingegen eine komplexe Form hat, kann der Schneidwiderstand je Schneide an einer Mehrzahl von Bearbeitungspunkten, an denen die Größe des Schneidwiderstands variiert, berechnet werden.
Somit kann die Vorschubrate eines mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs beim Schneid-(oder Zerspanungs-) und Bearbeitungsschritt, der mit dem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug durchgeführt wird, auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands je Schneide vergrößert oder verkleinert werden, wodurch eine Beschädigung der Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs wirksam verhindert und die Effizienz während des Schritts der Zerspanung und Bearbeitung verbessert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schrägansicht der Konfiguration einer Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung, die mit der Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
2 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration von Steuerblöcken, die in der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung in 1 gebildet sind;
3a, 3b sind eine Schräg- und eine Seitenansicht der Konfiguration einer Fräse, die in der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung von 1 montiert ist;
4 ist ein Blockdiagramm von Funktionsblöcken, die durch die Steuerung in 1 gebildet werden;
5 ist ein Flussdiagramm des Ablaufs der Berechnung des Schneidwiderstands je Schneide in einer Simulation einer Schneidwiderstands-Analyse durch die Steuerung, die in der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung in 1 eingebaut ist;
6 ist ein Konzeptdiagramm des Schneidens und Bearbeitens gemäß dem Flussdiagramm in 5;
7a, 7b sind ein Konzeptdiagramm und eine Bodenansicht eines Fräsers, der in der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung in 1 montiert ist;
7c ist eine Schrägansicht des Bereichs, der sich mit dem Werkstück in Kontakt befindet;
8 ist ein Konzeptdiagramm, das das Positionsverhältnis zwischen dem Werkstück und dem in der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung in 1 montierten Fräser darstellt;
9 eine Ansicht zur Darstellung des Positionsverhältnisses zwischen dem Fräser und der Form des Werkstücks, das durch die Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung in 1 geschnitten und bearbeitet wird; und
10 ein Flussdiagramm des Ablaufs zum Umschreiben eines Schneid- und Bearbeitungsprogramms unter Verwendung eines Schneidwiderstandswerts, der in dem in 5 dargestellten Ablauf berechnet wurde.
DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10, die mit einer Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 beschrieben.
Konfiguration der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10
Die Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform wird verwendet zum Schneiden (oder Zerspanen) und Bearbeiten eines Werkstücks aus einem Metallmaterial mit einem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug (Fräser T) und umfasst eine Steuerung 11 (Schneidwiderstand-Analysevorrichtung), einen Werkzeugmaschinenabschnitt 16 usw., wie in 1 gezeigt.
Die Steuerung 11 bezieht sich auf 3D-CAD-Vordruckzeichnungsdaten, die in einem Speicher 22a (Datenspeicherungsabschnitt; siehe 2) gespeichert sind, oder auf ein Objekt-NC-Programm, auf Informationen über die Werkzeugform oder dergleichen, um den gewünschten Schneid- und Bearbeitungsvorgang durchzuführen und um den Schneidwiderstand je Schneide durch Simulation vor dem tatsächlichen Schneid- und Bearbeitungsvorgang zu berechnen. Das Verfahren zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide durch diese Simulation wird an späterer Stelle erläutert.
Ein NC-Programm wird durch G-Code-Funktionen zur Verarbeitung einer Axialbewegung, zur Einstellung der Koordinaten usw. in der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 ausgedrückt. Zum Beispiel bewegt G00 X200.0 Y 150.0 das Werkzeug zu den Koordinaten (200, 150). G01 X300.0 y200.0 F60 bewegt das Werkzeug bei einer Vorschubrate von 60 in Richtung auf die Koordinaten (300, 200).
Wie 1 zeigt, umfasst der Werkzeugmaschinenabschnitt 16 eine Hauptwelle 12, einen Sattel 13 usw. und schneidet und bearbeitet ein Werkstück W, um diesem die gewünschte Form zu geben.
Wie 1 zeigt, ist die Hauptwelle 12 an einem Hauptwellenkopf 12a befestigt, und das Schneiden und Bearbeiten des Werkstücks W erfolgt durch einen rotierenden Fräser T (mehrschneidiges rotierendes Schneidwerkzeug), der an deren distalem Ende montiert ist, unter der Drehantriebskraft eine Servomotors 12b für die Hauptwellendrehung.
Der Sattel 13 ist ein Sitz, auf dem das Werkstück W angeordnet wird, und bewegt das Werkstück W in X- und Y-Richtung durch die Drehung einer Kugelspindel 28 (siehe 2) oder dergleichen unter der Drehantriebskraft von Servomotoren 25a und 25b oder dergleichen. In dieser Ausführungsform wird die Hauptwelle 12 relativ zu dem Werkstück W in der in 1 gezeigten Z-Richtung (Richtung, in der sich das Werkzeug auf und ab bewegt) bewegt, indem eine Säule mit einem Servomotor 25c auf und ab bewegt wird. Das Werkstück W ist durch eine nicht dargestellte Aufspannvorrichtung auf einem Tisch fixiert. Das Werkstück W kann daher relativ zu dem Fräser T bewegt werden und durch Schneiden und Bearbeiten in die gewünschte Form gebracht werden.
Wie 2 zeigt, umfasst die Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 einen Eingabeabschnitt 21, eine Rechensteuerung 22, eine Servosteuerung 23 auf der Seite der Steuerung 11 und einen Tachogenerator 24, die Servomotoren 25a bis 25c und einen Positionsdetektor 27 auf der Seite des Werkzeugmaschinenabschnitts 16.
Der Eingabeabschnitt 21 liest den Inhalt, der auf einem bekannten Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, zum Beispiel auf einer Floppy^®Disk oder in einem Flash-Speicher, gibt die gelesene Information an die Rechensteuerung 22 aus und gibt verschiedene Einstellbedingungen und dergleichen weitere Informationen von einer Bedienungsperson ein.
Die Rechensteuerung 22 steuert den Antrieb der Servomotoren 25a bis 25c durch die Berechnung der relativen Vorschubrate des Fräsers T hinsichtlich des Werkstücks W, die Berechnung der relativen Position, die Durchführung einer Interpolation (Geradeninterpolation, Kreisinterpolation) oder dergleichen auf der Basis von Informationen, die von dem Eingabeabschnitt 21 gesendet werden. Die Rechensteuerung 22 hat auch einen Speicher 22a und einen Computer 22b.
Wie 2 zeigt, speichert der Speicher 22a Daten für ein Diagramm des Werkstücks W nach dem Schneiden und Bearbeiten (ein 3D-CAD-Diagramm), ein Objekt-NC-Programm, Informationen über die Werkzeugform des Fräsers T usw., und diese Informationen können von der Steuerung 11 gelesen werden, um an dem Werkzeugmaschinenabschnitt 16 den gewünschten Schneid- und Bearbeitungsvorgang durchzuführen.
Der Computer 22b führt die notwendigen Berechnungen für den Schneid- und Bearbeitungsvorgang (Berechnung der Vorschubrate, Berechnung der relativen Position, Interpolation etc.) entsprechend den in dem Speicher 22a gespeicherten verschiedenen Programmen auf der Basis der durch den Eingabeabschnitt 21 gelesenen Informationen durch und konvertiert die Ergebnisse der Berechnung in ein Pulssignal und gibt dieses an die Servosteuerung 23 aus.
Die Servosteuerung 23 hat eine Positionssteuerung 23a und eine Ratensteuerung 23b und steuert die Drehgeschwindigkeit der Servomotoren 25a bis 25c etc. auf der Basis des Pulssignals, das von der Rechensteuerung 22 ausgegeben wird. Die Servosteuerung 23 steuert auch die Drehung der Servomotoren 25a bis 25c, während sie einen der Drehgeschwindigkeit der Servomotoren 25a bis 25c entsprechenden Spannungswert von dem Tachogenerator 24 (nachstehend erläutert) empfängt.
Die Positionssteuerung 23a führt einen Schneid- und Bearbeitungsvorgang durch und bewegt dabei den Fräser T relativ zu dem Werkstück W auf der Basis des von der Rechensteuerung 22 empfangenen Pulssignals und führt auch eine Feedbacksteuerung der Servomotoren 25a bis 25c durch, während sie die Zielpositions-Informationen mit den aktuellen Positionsinformationen, die von dem Positionsdetektor 27 ausgegeben werden, vergleicht.
Die Ratensteuerung 23b führt eine Feedbacksteuerung bezüglich der relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Fräsers T hinsichtlich des Werkstücks W auf der Basis des Pulssignals durch, das von der Rechensteuerung 22 empfangen wird, und vergleicht dabei die Zieldrehgeschwindigkeit mit der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit der Servomotoren 25a bis 25c, die von dem Tachogenerator 24 ausgegeben wird.
Der Tachogenerator 24 ist für jeden der Servomotoren 25a bis 25c vorgesehen und detektiert die induzierte elektromotorische Kraft, die durch elektromagnetische Induktion erzeugt wird, und detektiert dadurch die Drehgeschwindigkeit jedes der Servomotoren 25a bis 25c.
Die Servomotoren 25a bis 25c sind Antriebsquellen für eine dreidimensionale Bewegung des Sattels 13, auf dem das Werkstück W angeordnet ist, und werden durch die Servosteuerung 23 gesteuert.
Der Positionsdetektor 27 detektiert die Position des Sattels 13, der sich unter der Drehantriebskraft der Servomotoren 25a bis 25c dreidimensional bewegt, und gibt diese Position an die Servosteuerung 23 aus.
Die Art des zu spanenden Materials, das Werkzeug, die Schneidbedingungen, die Bearbeitungsschwierigkeit und weitere derartige Informationen betreffend den Schneid- und Bearbeitungsvorgang werden zum Beispiel auf der vorgenannten Floppy^®Disk oder in dem Flash-Speicher gespeichert.
Folglich liest die Steuerung 11 die auf der Floppy^®Disk etc. gespeicherten Informationen, und der Werkzeugmaschinenabschnitt 16 wird eingesetzt, um den Schneid- und Bearbeitungsvorgang durchzuführen, so dass aus dem Werkstück W das gewünschte Endprodukt W1 hergestellt wird.
Fräser T
Bei der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 gemäß Darstellung in den 3a und 3b wird der Schneid- und Bearbeitungsvorgang an dem Werkstück W unter Einsatz eines Fräsers T (mehrschneidiges rotierendes Schneidwerkzeug) durchgeführt, der an dem distalen Ende der Hauptwelle 12 befestigt ist.
Der Fräser T ist ein mehrschneidiges rotierendes Schneidwerkzeug mit acht Schneiden T1 (siehe 7b) und schneidet und bearbeitet das Werkstück W zur Erzielung der gewünschten Form, indem er sich relativ zu dem Werkstück W bewegt.
Steuerblöcke der Steuerung 11
Bei der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 in dieser Ausführungsform werden die durch die Funktionsblöcke in 10 (ein Schneidabtragvolumen-Rechner 31, ein Schneidwiderstand-Rechner 32, ein Rechner 33 zum Zählen der kontaktierenden Schneiden, ein Rechner 34 zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide, ein Schneidwiderstand-Interpolator 35 und ein Vorschubrateneinsteller 36) angegebenen verschiedenen Funktionen ausgeführt, indem der in 2 gezeigte Computer 22b die verschiedenen Arten von Daten und Programmen liest, die in dem Speicher 22a gespeichert sind. In dieser Ausführungsform erfolgt eine Simulation zum Ermitteln der Größe des Schneidwiderstands je Schneide des Fräsers T vor Durchführung des tatsächlichen Schneid- und Bearbeitungsvorgangs mit diesen Funktionsblöcken.
Ein Schneidabtragvolumen-Rechner 31 berechnet das Volumen des Abtrags des Kontaktbereichs C zwischen dem Fräser T und dem Werkstück W an verschiedenen Bearbeitungspunkten auf der Basis der Position, Orientierung usw. des Fräsers T an verschiedenen Bearbeitungspunkten entlang der Bahn der Bewegung (Werkzeugbahn) des Fräsers T relativ zu dem Werkstück W.
Der Schneidwiderstand-Rechner 32 berechnet die Größe des auf den gesamten Fräser T ausgeübten Schneidwiderstands auf der Basis des spezifischen Schneidwiderstands des Werkstücks W und des Schneidabtragvolumens an verschiedenen, durch den Schneidabtragvolumen-Rechner 31 berechneten Bearbeitungspunkten.
Der Begriff ”spezifischer Schneidwiderstand” bezieht sich auf den materialinhärenten Schneidwiderstand pro Abtragvolumeneinheit. Hier wird das Einheitsabtragvolumen durch die Schnitttiefe und den Vorschubbetrag des Werkzeugs bestimmt, so dass das Abtragvolumen die Parameter der Schnitttiefe und des Vorschubbetrags des Werkzeugs enthält.
Dabei gilt: Schneidwiderstand F = Kr × V (wobei Kr der spezifische Schneidwiderstand und V das Abtragvolumen ist).
Der Rechner 33 zum Zählen der kontaktierenden Schneiden berechnet die Anzahl der Schneiden, die sich von den acht Schneiden T1 des Fräsers T1 an den verschiedenen Bearbeitungspunkten im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Werkstück W in Kontakt befinden. Insbesondere wird die Anzahl der Schneiden T1, die sich in den Bogenbereich hinein bewegen, der durch die Drehung des Fräsers T geschnitten und bearbeitet wird, auf der Basis der Länge des Bogenbereichs, des Durchmessers des distalen Endbereichs des Fräsers T und der Anzahl der Schneiden berechnet.
Der Rechner 34 zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide berechnet die Größe des Schneidwiderstands, der je Schneide des Fräsers T an den verschiedenen Bearbeitungspunkten ausgeübt wird, durch Teilen des durch den Schneidwiderstand-Rechner 32 berechneten Schneidwiderstands durch die Anzahl von kontaktierenden Schneiden, die durch den Rechner 33 zum Zählen der kontaktierenden Schneiden berechnet wurde (siehe die nachstehenden Schritte S1 bis S14).
Der Schneidwiderstand-Interpolator 35 berechnet durch Geradeninterpolation die Größe des Schneidwiderstands zwischen verschiedenen Bearbeitungspunkten auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands an den verschiedenen Bearbeitungspunkten, die durch den Rechner 34 zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide berechnet wurde.
Der Vorschubrateneinsteller 36 stellt die Vorschubrate des Werkzeugs auf der Basis des Schneidwiderstands je Schneide an den verschiedenen Bearbeitungspunkten, die durch den Rechner 34 zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide berechnet wurde, derart ein, dass die Größe des Schneidwiderstands je Schneide an den verschiedenen Bearbeitungspunkten im Wesentlichen die gleiche ist wie die Zielgröße des Schneidwiderstands je Schneide (siehe die nachstehenden Schritte S21 bis S30).
Ablauf der Simulation für die Berechnung des Schneidwiderstands je Schneide
Bei der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 in dieser Ausführungsform erfolgt eine Simulation gemäß dem Flussdiagramm in 5, und es wird der Wert des Schneidwiderstands je Schneide der Schneiden T1 berechnet. Bei dem Schneid- und Bearbeitungsvorgang wird vorausgesetzt, dass die Werkzeugvorschubrate und die Schnitttiefe auf einer Stufe sind, die eine Bearbeitung stets ohne Beschädigung der Schneiden erlaubt.
Wie in 7a gezeigt ist, wird bei der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 in dieser Ausführungsform angenommen, dass sich der Fräser T entlang der Werkzeugbahn bewegt und in einer Ebene spanend arbeitet, die parallel zu dem Werkzeugrichtungsvektor (x, y, z) ist. Ebenso wird bei dieser Ausführungsform angenommen, dass die Anzahl der Schneiden T1 des Fräsers T acht beträgt, wie in 7b dargestellt. Wie 7c zeigt, wird der Kontaktbereich C zwischen dem Werkstück W und dem Fräser T durch die Vorwärtsrichtung und die Neigung des Fräsers T (Werkzeugs) bestimmt.
Die 7a und 7c sind vereinfachte Darstellungen, und zur Vereinfachung der Beschreibung ist der Fräserteil des Fräsers T nicht gezeigt.
In Schritt S1 wird die Bewegungsbahn des Fräsers T hinsichtlich des Werkstücks W (Werkzeugbahn) ausgelesen, und es werden verschiedene Bearbeitungspunkte ((x₁, y₁, z₁), ..., (x_n, y_n, z_n)) entlang der Werkzeugbahn festgelegt. Die Bearbeitungspunkte werden entlang der Werkzeugbahn des Werkstücks W im Wesentlichen in regelmäßigen Abständen festgelegt.
In Schritt S2 wird n = 1 eingegeben, und die Ausgangsposition an der Werkzeugbahn wird festgelegt wie in 8 gezeigt.
In Schritt S3 wird angenommen, dass der aktuelle Wert an der für das Werkstück W festgelegten Werkzeugbahn (x_n, y_n, z_n) beträgt (siehe 8).
In Schritt S4 werden Informationen, die sich auf das Werkzeug und auf die Orientierung des Werkzeugs beziehen, an dem aktuellen Wert der Werkzeugbahn gelesen. Insbesondere werden die Werkzeugmittenkoordinate = aktueller Ort der Werkzeugbahn, die Werkzeugorientierung = Werkzeugrichtungsvektor (x_a, y_a, z_a), der Werkzeugradius r (siehe 7a) und die Anzahl von Werkzeugschneiden N = 8 eingegeben.
In Schritt S5 wird der Einheitsvektor der Vorwärtsrichtung des Werkzeugs berechnet, und es erfolgt die Berechnung des Schneidabtragvolumens V (des schraffierten Bereichs in 6). Der Einheitsvektor der Vorwärtsrichtung des Werkzeugs wird wie folgt berechnet. (x_n+1 – x_n, y_n+1 – y_n, z_n+1 – z_n)/√{(x_n+1 – x_n)² + (y_n+1 – y_n)² + (z_n+1 – z_n)²}
Der Begriff ”Schneidabtragvolumen”, das anhand des schraffierten Bereichs in 6 dargestellt ist, bezieht sich auf das Volumen, das weggeschnitten wird, wenn das Werkzeug ausgehend von dem aktuellen Wert relativ zu dem Werkstück um einen kleinen Betrag in Vorwärtsrichtung bewegt wird. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist in 6 ein Zustand dargestellt, in dem die Werkzeugachse senkrecht zur Schnittfläche des Werkstücks W liegt.
In Schritt S6 erfolgt die Berechnung der Größe des Schneidwiderstands, der an einem gegebenen Bearbeitungspunkt auf den Fräser T ausgeübt wird. Wenn angenommen Kr der spezifische Schneidwiderstand des Materials des Werkstücks W ist, lautet die Berechnung: Schneidwiderstand (Kraft) = Kr × V.
In Schritt S7 wird die äußerste Bogenlänge 12 des Fräsers T an dem Kontaktbereich C des vorgenannten Bearbeitungspunkts berechnet. Die ”äußerste Bogenlänge” umfasst nicht nur den Bogenbereich, an dem sich das Werkzeug und das Werkstück W an dem Kontaktbereich C (an dem der äußerste Bogen ein Bogen ist, der die Schneidspitzen des Fräsers verbindet) tatsächlich in Kontakt befinden, sondern auch die Länge des Bereichs eines imaginären Bogens, der an der Außenseite von diesem gebildet wird.
In Schritt S8 wird bestimmt, ob an dem Kontaktbereich C des vorgenannten Bearbeitungspunkts ein Kontakt einer Mehrzahl von Bogenbereichen vorliegt oder nicht. Wenn hier an dem Kontaktbereich C ein Kontakt einer Mehrzahl von Bogenbereichen vorliegt, bedeutet dies einen Zustand, in dem der Bereich des Werkstücks W, in dem eine Nut Wa entlang der Werkzeugbahn gebildet wird, geschnitten und bearbeitet wird, wie das zum Beispiel in 9 gezeigt ist. Wenn bestimmt wird, dass eine Mehrzahl von Bogenbereichen vorhanden ist, folgt Schritt S9 in dem Ablauf. Wenn jedoch bestimmt wird, dass eine Mehrzahl von Bogenbereichen nicht vorhanden ist (d. h. wenn lediglich ein Bogenbereich vorhanden ist), folgt Schritt S11 in dem Ablauf.
Da in Schritt S8 bestimmt worden ist, dass eine Mehrzahl von Bogenbereichen vorhanden ist, wird in Schritt S9 bestimmt, dass in Vorwärtsrichtung entlang der Werkzeugbahn ein Kontakt mit lediglich dem nachgeschaltet gelegenen Bogenbereich vorliegt. Es wird lediglich der nachgeschaltet gelegene Bogenbereich ausgewählt und der Kontaktbereich C berechnet. Dies deshalb, weil der entlang der Werkzeugbahn vorgeschaltet gelegene Bogenbereich bereits geschnitten und bearbeitet worden ist und nicht von einem Kontakt der Schneiden T1 des Fräsers T während der tatsächlichen Bearbeitung ausgegangen wird.
In Schritt S10 wird der Abstand L1 der Schneiden T1 des Fräsers T in der Umfangsrichtung auf der Basis der Anzahl von Schneiden T1 des Fräsers T berechnet. Da in dieser Ausführungsform acht Schneiden des Fräsers T vorhanden sind, ist der Abstand L1 der Quotient der Division der äußeren Peripherie des Fräsers T (2πr) durch 8.
In Schritt S11 erfolgt die Berechnung der Anzahl von kontaktierenden Schneiden Tn des Fräsers T an dem Kontaktbereich C an dem Werkstück W an einem gegebenen Bearbeitungspunkt auf der Basis der äußersten Bogenlänge L2, die in Schritt S7 berechnet wurde, und des Abstands L1 der Schneiden T1 in der Umfangsrichtung, der in Schritt S10 berechnet wurde. Insbesondere ist die Anzahl der kontaktierenden Schneiden Tn der numerische Wert des ganzzahligen Teils des Quotienten, der ermittelt wird, indem die äußerste Bogenlänge L2 durch den Abstand L1 der Schneiden T1 dividiert wird.
In Schritt S12 wird der Schneidwiderstand je Schneide an einem gegebenen Bearbeitungspunkt berechnet und gespeichert. insbesondere wird der Schneidwiderstand je Schneide an dem n-ten Bearbeitungspunkt als Quotient der Division des in Schritt S6 berechneten Schneidwiderstands (Kraft) durch die Anzahl der Kontaktschneiden Tn berechnet.
In Schritt S13 sei n = n + 1, und es folgt ein Schritt zur Berechnung des Schneidwiderstands je Schneide an dem nächsten Bearbeitungspunkt.
In Schritt S14 wird bestimmt, ob das Ende der Werkzeugbahn erreicht ist oder nicht. insbesondere werden die Schritte S3 bis S13 wiederholt bis n = e, d. h. bis das Ende der Werkzeugbahn erreicht ist.
Der Schneidwiderstand je Schneide zwischen den Bearbeitungspunkten wird durch den vorstehend beschriebenen Schneidwiderstand-Interpolator 35 durch eine Geradeninterpolation des Schneidwiderstands je Schneide an einem benachbarten Bearbeitungspunkt berechnet.
Liegt die Differenz des Werts des Schneidwiderstands je Schneide an dem benachbarten Bearbeitungspunkt über einer bestimmten Schwelle, kann eine Steuerung wie folgt durchgeführt werden, anstatt die Größe des Schneidwiderstands zwischen den Bearbeitungspunkten einfach durch eine Geradeninterpolation zu ermitteln.
Speziell wenn der Schneidwiderstand je Schneide an einem entlang der Bewegungsbahn des Fräsers T (Werkzeugbahn) vorgeschaltet gelegenen Bearbeitungspunkt kleiner ist als der Schneidwiderstand je Schneide an dem nachgeschaltet gelegenen Bearbeitungspunkt, wird die Größe des Schneidwiderstands je Schneide an dem nachgeschaltet gelegenen Bearbeitungspunkt als Größe des Schneidwiderstands je Schneide an dem benachbarten Bearbeitungspunkt festgelegt.
In dieser Ausführungsform kann die Größe des Schneidwiderstands je Schneide des Fräsers T (ein mehrschneidiges rotierendes Schneidwerkzeug) durch die Durchführung der vorstehenden Simulation ermittelt werden.
Ablauf zur Erstellung des Schneid- und Bearbeitungsprogramms
In dieser Ausführungsform wird das im tatsächlichen Schneid- und Bearbeitungsvorgang verwendete NC-Programm durch die Durchführung der folgenden Simulation gemäß dem Flussdiagramm in 10 auf der Basis der als Ergebnis der vorstehenden Simulation berechneten Größe des Schneidwiderstands je Schneide erstellt.
In Schritt S21 wird die Spanne der Werkzeugbahn (der Anfangspunkt ns und der Endpunkt ne) durch eine manuelle Eingabe der Bedienungsperson benannt, und es wird der Ziel-Schneidwiderstand je Schneide Fmax innerhalb der benannten Spanne festgelegt. Der Ziel-Schneidwiderstand je Schneide Fmax wird beispielsweise ermittelt, indem der vorher ermittelte Maximalwert des Schneidwiderstands je Schneide an den verschiedenen Bearbeitungspunkten (x₁, y_y, z₁), ..., (x_n, y_n, z_n) festgelegt wird.
In Schritt S22 wird die relative Bewegungsgeschwindigkeit des Fräsers T hinsichtlich des Werkstücks W stetig erhöht.
In Schritt S23 erfolgt die Eingabe von ns, nämlich des Anfangspunkts der Werkzeugbahn, als n.
In Schritt S24 wird der Wert des Schneidwiderstands je Schneide Fnow an dem Bearbeitungspunkt n als Ergebnis der vorstehenden Simulation berechnet.
In Schritt S25 wird bestimmt, ob der Wert des Schneidwiderstands je Schneide Fnow an dem Bearbeitungspunkt n kleiner ist als der Ziel-Schneidwiderstand je Schneide Fmax, der in Schritt S21 durch die Bedienungsperson festgelegt wurde. Wenn hier bestimmt wird, dass der Wert des Schneidwiderstands je Schneide Fnow kleiner ist als der Ziel-Schneidwiderstand je Schneide Fmax, folgt Schritt S26 in dem Ablauf, und wenn bestimmt wird, dass dieser Wert größer ist, folgt Schritt S28 in dem Ablauf.
Insbesondere wird in Schritt S25 bestätigt, ob der Schneidwiderstand je Schneide Fnow an dem Bearbeitungspunkt n den als Obergrenze festgelegten Ziel-Schneidwiderstand je Schneide Fmax überschritten hat, und wenn ja, wird die Vorschubrate des Fräsers T hinsichtlich des Werkstücks W verkleinert, so dass die Größe des Schneidwiderstands je Schneide Fnow im Wesentlichen die gleiche ist wie der Ziel-Schneidwiderstand je Schneide Fmax. Wenn dagegen der Schneidwiderstand je Schneide Fnow kleiner als der Ziel-Schneidwiderstand je Schneide Fmax ist, wird die Vorschubrate des Fräsers T hinsichtlich des Werkstücks W vergrößert, so dass die Größe des Schneidwiderstands je Schneide Fnow im Wesentlichen die gleiche ist wie der Ziel-Schneidwiderstand je Schneide Fmax. Ein spezielles Beispiel für den Inhalt der Einstellung wird nachstehend angegeben.
Da in Schritt S25 bestimmt wurde, dass der Schneidwiderstand je Schneide Fnow kleiner ist als der Ziel-Schneidwiderstand je Schneid Fmax, wird in Schritt S26 der proportionale Anstieg des Schneidwiderstands (upf) gemäß dem Verhältnis zwischen Fmax und Fnow (Fmax/Fnow) berechnet.
In Schritt S27 wird der vorgenannte proportionale Anstieg (upf) mit der Vorschubrate fnow des Fräsers T hinsichtlich des Werkstücks W an dem Bearbeitungspunkt n multipliziert, und es wird der Erhöhungswert der Vorschubrate (fup) berechnet.
In Schritt S28 wird die durch das ursprünglich NC-Programm festgelegte Vorschubrate ausgehend von fup umgeschrieben.
In Schritt S29 sei n = n + 1, und es folgt ein Schritt zum Berechnen der Vorschubrate an dem nächsten Bearbeitungspunkt.
In Schritt S30 wird bestimmt, ob der Endpunkt der Werkzeugbahn erreicht ist oder nicht. Insbesondere werden die Schritte S24 bis S29 wiederholt, bis n = e ist, d. h. bis der Endpunkt der Werkzeugbahn erreicht ist.
In dieser Ausführungsform kann die relative Bewegung des Fräsers T hinsichtlich des Werkstücks W so angepasst werden, dass die Größe des Schneidwiderstands je Schneide an jedem Bearbeitungspunkt im Wesentlichen die gleiche ist, indem ein Schneid- und Bearbeitungsprogramm erstellt wird, bei dem die vorgenannten Ergebnisse der Simulation der Analyse des Schneidwiderstands je Schneide für das tatsächliche Schneiden verwendet werden.
Dadurch kann die Vorschubrate derart gesteuert werden, dass die auf die Schneiden T1 des Fräsers T wirkende Last per Schneide den Zielwert nicht übersteigt, wodurch eine Beschädigung der Schneiden T1 des Fräsers T vermieden wird, und die Vorschubrate kann derart gesteuert werden, dass die Last je Schneide im Wesentlichen dem Zielwert entspricht. Dies ermöglicht ein Anheben der Vorschubrate auf ihren Grenzwert, wodurch die Effizienz des Schneidens und Bearbeitung im Vergleich zu früher verbessert wird.
Weitere Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der Erfindung wurde vorstehend beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt oder durch diese Ausführungsform eingeschränkt. Verschiedene Modifikationen sind möglich, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.
(A)
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurden als Beispiel der vorliegenden Erfindung eine Schneidwiderstand-Analysevorrichtung (die Steuerung 11) und die Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 angegeben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung ausgeführt sein als das vorgenannte Schneidwiderstand-Analyseprogramm zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide und als Aufzeichnungsmedium, auf dem das Programm gespeichert ist.
(B)
In der vorstehenden Ausführungsform wurde ein Beispiel angegeben, bei das Schneiden und Bearbeiten durch einen Fräser T als das mehrschneidigen rotierende Schneidwerkzeug erfolgt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel auch angewendet werden, wenn das Schneiden und Bearbeiten durch einen Stirnfräser oder ein ähnliches mehrschneidiges rotierendes Schneidwerkzeug erfolgt.
(C)
In der vorstehenden Ausführungsform wurde als Beispiel ein Schneiden und eine Bearbeitung durch ein mehrschneidiges rotierendes Schneidwerkzeug (Fräser T) mit acht Schneiden angegeben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug kann über eine beliebige Anzahl von Schneiden verfügen, solange mindestens zwei Schneiden vorhanden sind.
(D)
In der vorstehenden Ausführungsform wurde als Beispiel die Ermittlung des Schneidwiderstands auf der Basis des spezifischen Schneidwiderstands Kr und des Schneidabtragvolumens V, das durch den Schneidabtragvolumen-Rechner 31 berechnet wird, angegeben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Das Verhältnis des Schneidwiderstands zur Schnitttiefe und zu dem Vorschubbetrag kann in einem Tabellenspeicher eingetragen sein und der Schneidwiderstand aus den aktuellen Werten der Schnitttiefe und des Vorschubbetrags ermittelt werden. Das heißt, wenn die Größe des Schneidwiderstands berechnet wird, kann diese auf der Basis der Schnitttiefe des Werkzeugs und des Vorschubbetrags ohne Berechnung des Schneidabtragvolumens direkt ermittelt werden.
(E)
In der vorstehenden Ausführungsform wurde als Beispiel die Durchführung der Analyse des Schneidwiderstands je Schneide durch die Steuerung 11 der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 angegeben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Zum Beispiel kann das vorgenannte Schneidwiderstand-Analyseprogramm zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide auf einem Computer installiert sein, der außerhalb der Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung 10 angeordnet ist, und es kann eine Simulation mit Hilfe von 3D-CAD-Diagrammdaten und Werkzeugformdaten und des NC-Programms durchgeführt werden, das infolge der Übertragung dieser Daten zum dem Eingabebauteil der Schneid- und Bearbeitungsmaschine 10 erstellt wird.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung vorliegender Erfindung hat den Effekt, dass sie eine Beschädigung des mehrschneidigen Werkzeugs verhindert und gleichzeitig die Effizienz bei der Bearbeitung verbessert. Die Erfindung eignet sich daher weitgehend zur Anwendung bei Schneid- und Bearbeitungsvorrichtungen, die verschiedene Arten von Schneiden und Bearbeiten durchführen.
Bezugszeichenliste

10: Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung
11: Steuerung (Schneidwiderstand-Analysevorrichtung)
12: Hauptwelle
12a: Hauptwellenkopf
13: Sattel
16: Werkzeugmaschinenabschnitt
21: Eingabeabschnitt
22: Rechensteuerung
22a: Speicher (Datenspeicherungsabschnitt)
22b: Computer
23: Servosteuerung
23a: Positionssteuerung
23b: Ratensteuerung
24: Tachogenerator
24a bis 25c: Servomotoren
27: Positionsdetektor
28: Kugelspindel
31: Schneidabtragvolumen-Rechner
32: Schneidwiderstand-Rechner
33: Rechner zum Berechnen der Anzahl der in Kontakt stehenden Schneiden
34: Rechner zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide
35: Schneidwiderstand-Interpolator
36: Vorschubrateneinsteller
C: Kontaktbereich
T: Fräser (mehrschneidiges rotierendes Schneidwerkzeug)
T1: Schneide
W: Werkstück
Wa: Nut
W1: fertigbearbeitetes Produkt

Claims

Schneidwiderstand-Analysevorrichtung, die den Schneidwiderstand an einer Mehrzahl von Bearbeitungspunkten entlang einer Bewegungsbahn eines mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs beim Schneiden und Bearbeiten eines Werkstücks unter Verwendung des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs berechnet, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Datenspeicherungsabschnitt, der Daten speichert, die sich auf die Form des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs, die Anzahl von Schneiden und die Form des Werkstücks beziehen; einen Schneidwiderstand-Rechner, der die Größe des auf das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug ausgeübten Schneidwiderstands berechnet; einen Rechner zum Zählen der kontaktierenden Schneiden, der die Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs berechnet, die sich gleichzeitig mit der Bearbeitungsseite des Werkstücks in Kontakt befinden; und einen Rechner zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide, der den Schneidwiderstand je Schneide des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands und des Ergebnisses der Berechnung des Rechners zum Zählen der kontaktierenden Schneiden berechnet.
Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Schneidabtragvolumen-Rechner, der zum Berechnen des Volumens des Schneidabtrags durch das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug an einem speziellen Bearbeitungspunkt entlang der Bahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs verschiedenartige Daten verwendet, die in dem Datenspeicherungsabschnitt gespeichert sind, wobei der Schneidwiderstand-Rechner die Größe des auf das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug ausgeübten Schneidwiderstands auf der Basis des werkstückinhärenten spezifischen Schneidwiderstands und des durch den Schneidabtragvolumen-Rechner berechneten Schneidabtragvolumens berechnet.
Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rechner zum Zählen der kontaktierenden Schneiden auf der Basis der äußersten Bogenlänge an dem Kontaktbereich zwischen dem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug und dem Werkstück die Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs berechnet, die sich gleichzeitig mit der Bearbeitungsseite des Werkstücks in Kontakt befinden.
Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rechner zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide den Schneidwiderstand je Schneide an einer Mehrzahl von Bearbeitungspunkten berechnet, die entlang der Bahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs im Wesentlichen in gleichen Abständen angeordnet sind.
Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Schneidwiderstand-Interpolator, der durch lineare Interpolation den Schneidwiderstand je Schneide zwischen Bearbeitungspunkten auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands je Schneide an einem durch den Rechner zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide berechneten speziellen Bearbeitungspunkt und der Größe des Schneidwiderstands je Schneide an einem diesem benachbarten Bearbeitungspunkt berechnet.
Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Schneidwiderstand-Interpolator den Schneidwiderstand je Schneide an einem nachgeschaltet gelegenen Bearbeitungspunkt als Größe des Schneidwiderstands je Schneide zwischen diesem Punkt und seinem benachbarten Bearbeitungspunkt festlegt, wenn der Schneidwiderstand je Schneide an einem entlang der Bahn des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs vorgeschaltet gelegenen Bearbeitungspunkt kleiner ist als der Schneidwiderstand je Schneide an dem nachgeschaltet gelegenen Bearbeitungspunkt.
Schneidwiderstand-Analysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Vorschubrateneinsteller, der die Vorschubrate des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs auf der Basis des Berechnungsergebnisses des Rechners zum Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide einstellt.
Schneid- und Bearbeitungsvorrichtung, umfassend: die Schneidwiderstand-Analysevorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2; eine Positionssteuerung, die das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug hinsichtlich des Werkstücks positioniert; eine Ratensteuerung, die die Vorschubrate des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs steuert; und einen Werkzeugmaschinenabschnitt, der das Werkstück schneidet und bearbeitet.
Schneidwiderstand-Analyseprogramm, das den Schneidwiderstand von einem Werkstück beim Schneiden und Bearbeiten mit einem mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeug analysiert, wobei das Schneidwiderstand-Analyseprogramm einen Computer zur Durchführung des Schneidwiderstand-Analyseverfahrens veranlasst, das die folgenden Schritte umfasst: Berechnen der Größe des auf das mehrschneidige rotierende Schneidwerkzeug ausgeübten Schneidwiderstands durch die Verwendung von Daten, die sich auf die Form des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs, die Anzahl von Schneiden und die Form des Werkstücks beziehen; Berechnen der Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs, die sich gleichzeitig mit der Bearbeitungsseite des Werkstücks in Kontakt befinden; und Berechnen des Schneidwiderstands je Schneide des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs auf der Basis der Größe des Schneidwiderstands und der Anzahl von Schneiden des mehrschneidigen rotierenden Schneidwerkzeugs.