DE112012001500B4

DE112012001500B4 - Maschinenwerkzeug und Bearbeitungssteuervorrichtung derselben

Info

Publication number: DE112012001500B4
Application number: DE112012001500.2T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kataoka; Eiji Nabata; Noriaki Kojima Kojima
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2032-03-24
Also published as: US20130345851A1; DE112012001500T5; WO2012133222A1; JP2012213830A; CN103476545B; CN103476545A; JP5258921B2; US9690281B2

Abstract

Bearbeitungssteuerungsvorrichtung (3) für ein Maschinenwerkzeug, wobei die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung konfiguriert ist für die Steuerung einer Drehzahl einer Spindel(Rs), an der ein Werkzeug zum Spanen eines Werkstücks befestigt ist, wobei die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung umfasst:eine Datenspeichereinheit (7), die konfiguriert ist für die Speicherung eines Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten, die ein Verhältnis zwischen einer Spindeldrehzahl (Rs) und eines Einschneide-Grenzbetrags angeben, bei welchem Ratterschwingungen vermieden werden;eine Einheit für die Einstellung einer Anfangsbedingung für die Bearbeitung (9), die konfiguriert ist für die Einstellung sowohl einer Spindeldrehzahl (Rs) als auch eines Einschneidebetrags (a) des Werkzeugs bei Beginn der Bearbeitung auf der Basis des Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten;einen Vibrationsdetektionssensor (5), der konfiguriert ist für Detektion von Vibrationen der Spindel während des Spanens;eine Einheit für die Bestimmung von Ratterschwingungen, die konfiguriert ist für die Bestimmung auf der Basis eines Detektionsergebnisses des Vibrationsdetektionssensors (5), ob Ratterschwingungen aufgetreten sind oder nicht; undeine Drehzahlsteuerungseinheit, die konfiguriert ist für die Steuerung der Spindeldrehzahl (Rs) unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten, um Ratterschwingungen zu vermeiden, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind,wobei die Einheit für die Einstellung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung (9) konfiguriert ist für: die Einstellung des Einschneidebetrags (a) derart, dass dieser bei Beginn der Bearbeitung kleiner ist als der maximale Einschneidebetrag innerhalb eines stabilen Bereichs in dem Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten; und die Einstellung der Spindeldrehzahl (Rs) derart, dass diese bei Beginn der Bearbeitung kleiner ist als eine Drehzahl bei maximalem Einschneidebetrag innerhalb des stabilen Bereichs, und wobei die Drehzahlsteuerungseinheit konfiguriert ist für die Erhöhung der Spindeldrehzahl (Rs) um einen Betrag einer vorgegebenen Drehzahl, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung und insbesondere eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung, die konfiguriert ist für die Steuerung der Drehzahl einer Spindel, an der ein Werkzeug zum Spanen eines Werkstücks befestigt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Maschinenwerkzeug, das mit der Bearbeitungssteuerungsvorrichtung versehen ist.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Beim Bohren eines Werkstücks mit einem Fräswerkzeug zum Beispiel muss das Werkzeug über eine große Länge verfügen, um zu vermeiden, dass das Werkzeug und das Werkstück einander räumlich behindern. Da der Abstand zwischen einem Klingenteil und dem Teil des Werkzeugs, der in das Futter der Spindel gespannt ist, bei einem derartigen Werkzeug groß ist, verringert sich die Steifigkeit des Werkzeugs relativ.
Das Werkzeug ist derart konfiguriert, dass bei einer Wellung, die in dem vorausgehenden Spanschritt unbearbeitet bleibt, das Werkzeug in einer Schnittbewegung versetzt wird und das Werkstück im darauffolgenden Spanungsschritt entlang eines Zielprofils bearbeitet. In diesem Fall wird angenommen, dass die Spanungsdicke variiert. Wenn die Steifigkeit des Werkzeugs gering ist, wie vorstehend beschrieben, wird durch die Variation der Schnittkraft der Normalmodus des Werkzeugs erregt, so dass während eines solchen Spanvorgangs leicht Ratterschwingungen auftreten können.
In Anbetracht dessen wurde bei einem bekannten Spanvorgang eine Bearbeitungsbedingung ermittelt, bei welcher derartige Ratterschwingungen nicht auftreten, indem mehrfache Testbearbeitungen durchgeführt wurden und dementsprechend eine optimale Bearbeitungsbedingung konfiguriert wurde.
Wie in JP-2007-167980 A beschrieben ist, wurde ferner auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem Ratterschwingungen anhand einer Stabilitätsgrenzkurve vorausberechnet wurden und dementsprechend eine Bearbeitungsbedingung festgelegt wurde. Bei dem Verfahren, das in JP-2007 - 167980 A beschrieben ist, wird ein Parameter wie beispielsweise der Kennwert einer Schnittkraft, der auf der Basis einer Werkzeugspezifikation und eines Werkstückmaterials bestimmt wird, als Eingabewert festgelegt. Entsprechend diesem Eingabewert wird ein Anfangswert für einen Einschneidebetrag bis zur Stabilitätsgrenze festgelegt, so dass Ratterschwingungen nicht auftreten. Ferner erfolgt ein Vergleich zwischen dem Anfangswert und einem auf der Basis des Anfangswert berechneten Wert, und der Anfangswert wird basierend auf dem Vergleichsergebnis modifiziert. Der vorstehend beschriebene Ablauf wird wiederholt und der Einschneidebetrag bis zur Stabilitätsgrenze bestimmt, wenn eine Abweichung zwischen dem modifizierten Anfangswert und dem berechneten Wert in einen vorgegebenen Bereich fällt.
DOKUMENTLISTE
PATENTLITERATUR

PTL 1: Japanische Patentanmeldungs-Publikation Nr. JP-A-2007-167980
PTL 2: Europäische Patentanmeldungs-Publikation EP 24 072 73 A1
PTL 3: Deutsche Patentanmeldungs-Publikation DE 10 2005 023 317 A1
PTL 4: Amerikanische Patentanmeldungs-Publikation US 2006 27 12 31 A1
PTL 5: Deutsche Patentanmeldungs-Publikation DE 10 2009 050 993 A1

ÜBERSICHT
TECHNISCHE PROBLEME
Bei einem hinreichend bekannten Verfahren zum Bestimmen einer Bearbeitungsbedingung durch einen Testbearbeitungsvorgang muss letzterer mehrere Male durchgeführt werden, und es sind komplizierte Arbeiten notwendig, um die Bearbeitungsbedingung zu bestimmen. Hinzu kommt, dass der Testbearbeitungsvorgang bei jedem Wechsel des Werkzeugs oder des Werkstücks durchgeführt werden muss.
Andererseits ist es bei dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Verfahren theoretisch möglich, den Einschneidebetrag so zu bestimmen, dass Ratterschwingungen verhindert werden, doch ist damit der folgende Nachteil verbunden.
Zunächst zeigt 1 ein Beispiel einer Stabilitätsgrenzkurve, die in Patentliteratur 1 verwendet wird. In dem Diagramm ist an der horizontalen Achse die Spindeldrehzahl (U/min) und an der vertikalen Achse ein axialer Einschneidebetrag (mm) angetragen. Ferner ist der Innenbereich (der Unterseitenbereich in dem Diagramm) einer Stabilitätsgrenzkurve A ein stabiler Bereich, in dem Ratterschwingungen unterbunden werden, wohingegen der Außenbereich (der Oberseitenbereich in dem Diagramm) der Stabilitätsgrenzkurve A ein instabiler Bereich ist, in dem Ratterschwingungen auftreten.
Wenn von einer Stabilitätsgrenzkurve A wie vorstehend beschrieben ausgegangen wird, wird vorliegend angenommen, dass ein Bearbeitungsvorgang unter einer Bedingung eines Punkts a1 innerhalb des stabilen Bereichs durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt weicht die Steifigkeit eines Werkzeugs von seiner Referenz-Steifigkeit ab, und die Rohling-Dimension eines Werkstücks enthält eine Abweichung oder eine Diskrepanz gegenüber ihrer Referenz-Dimension. Aus diesem Grund ist anzunehmen, dass sich eine tatsächliche Stabilitätsgrenzkurve (zum Teil anhand der gestrichelten Linie A' in 1 dargestellt) gegenüber der Stabilitätsgrenzkurve A, die in 1 dargestellt ist, verlagert. Demzufolge treten vermutlich Ratterschwingungen auf, selbst wenn ein Bearbeitungsvorgang unter der Bedingung a1 durchgeführt wird. Speziell die Rohling-Dimension eines Werkstücks wie ein Guss- oder Schmiedeprodukt zeigt eine große Abweichung von seiner Referenz-Dimension. Deshalb verlagert sich die tatsächliche Stabilitätsgrenzkurve oftmals gegenüber der Stabilitätsgrenzkurve, die unter der Voraussetzung einer vorab ermittelten Rohling-Abmessung bestimmt wurde. In einem solchen Fall wird davon ausgegangen, dass bei dem tatsächlichen Bearbeitungsvorgang Ratterschwingungen auftreten, selbst wenn der Bearbeitungsvorgang auf der Basis eines durch Berechnung ermittelten optimalen Einschneidebetrags a1 erfolgt.
Wenn in einem solchen Fall eine Bearbeitungsbedingung innerhalb des stabilen Bereichs zurückgesetzt wird, indem der Einschneidebetrag geändert wird, um das Auftreten von Ratterschwingungen zu vermeiden, muss der Einschneidebetrag derart eingestellt werden, dass dieser einer Bedingung a2 entspricht. Kurz gesagt, muss der Einschneidebetrag in dem Beispiel von 1 etwa der Hälfte entsprechen. Wenn der Einschneidebetrag allerdings in diesem Ausmaß reduziert wird, ist ein effizienter Bearbeitungsvorgang nicht mehr möglich.
Hinzu kommt, dass bei einer Änderung des Einschneidebetrags die Materialmenge geändert wird, die in einem Bearbeitungsschritt (mit einer einzigen Bewegung des Werkzeugs) von der Oberfläche eines Werkstücks abgetragen wird. Daher muss die Anzahl der Bearbeitungsschritte in einem Bearbeitungsprogramm geändert werden. Eine Änderung des Einschneidebetrags bedingt also eine Änderung des Bearbeitungsprogramms, die sich jedoch in manchen Fällen während eines Bearbeitungsvorgangs nicht durchführen lässt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Maschinenwerkzeug, das konfiguriert ist für die Durchführung einer spanenden Bearbeitung unter einer auf der Basis einer Stabilitätsgrenzkurve bestimmten Bedingung, Ratterschwingungen, die bisher während eines Spanungsvorgangs aufgetreten sind, auf einfache und zuverlässige Weise zu verhindern.
PROBLEMLÖSUNG
Eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung, die konfiguriert ist für die Steuerung der Drehzahl einer Spindel, an der ein Werkzeug zum Spanen eines Werkstücks befestigt ist, und umfasst eine Datenspeichereinheit, eine Einheit zum Einstellen einer Anfangsbedingung für die Bearbeitung, einen Vibrationsdetektionssensor, eine Einheit für die Bestimmung von Ratterschwingungen und eine Drehzahlsteuerungseinheit. Die Datenspeichereinheit ist konfiguriert für die Speicherung eines Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten, die ein Verhältnis zwischen einer Spindeldrehzahl und einem Einschneide-Grenzbetrag angeben, bei dem Ratterschwingungen vermieden werden. Die Einheit für die Einstellung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung ist sowohl für die Einstellung einer Spindeldrehzahl als auch eines Einschneidebetrags des Werkzeugs bei Beginn der Bearbeitung auf der Basis des Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten konfiguriert. Der Vibrationsdetektionssensor ist konfiguriert für die Detektion von Spindelvibrationen während des Spanens. Die Einheit für die Bestimmung von Ratterschwingungen ist derart konfiguriert, dass sie auf der Basis des Detektionsergebnisses des Vibrationsdetektionssensors bestimmt, ob Ratterschwingungen aufgetreten sind oder nicht. Die Drehzahlsteuerungseinheit ist konfiguriert für die Steuerung der Spindeldrehzahl unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten, um Ratterschwingungen zu vermeiden, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind. Die Einheit für die Einstellung der Anfangsbedingungen für die Bearbeitung ist für die Einstellung des Einschneidebetrags derart konfiguriert, dass dieser bei Beginn der Bearbeitung kleiner ist als ein maximaler Einschneidebetrag innerhalb des stabilen Bereichs in dem Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten; und für die Einstellung der Spindeldrehzahl derart, dass diese bei Beginn der Bearbeitung kleiner ist als eine Drehzahl bei maximalem Einschneidebetrag innerhalb des stabilen Bereichs. Ferner ist die Drehzahlsteuerungseinheit derart konfiguriert, dass sie die Spindeldrehzahl um einen Betrag einer vorgegebenen Drehzahl erhöht, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind.
Hier wird der Einschneidebetrag bei Beginn der Bearbeitung innerhalb des stabilen Bereichs eingestellt, und die Spindeldrehzahl wird auf der niedrigeren Drehzahlseite innerhalb des stabilen Bereichs eingestellt. Speziell in dem Beispiel von 1 wird der Einschneidebetrag derart eingestellt, dass dieser kleiner ist als der maximale Einschneidebetrag (etwa 3,3 mm) innerhalb eines gegebenen stabilen Bereichs. Andererseits wird die Spindeldrehzahl derart eingestellt, dass sie 2600 U/min niedriger als eine Drehzahl (etwa 3000 U/min) ist, bei welcher der Einschneidebetrag maximal ist.
Bei Betrachtung des charakteristischen Verlaufs der Stabilitätsgrenzkurve zeigt sich insbesondere in 1, dass im stabilen Bereich der Anstieg der Spindeldrehzahl auf der höheren Drehzahlseite steiler ist als auf der niedrigeren Drehzahlseite. Deshalb wird, wenn die Spindeldrehzahl bei Beginn der Bearbeitung in einer Position auf der höheren Drehzahlseite an der Stabilitätsgrenzkurve festgelegt ist, die Bedingung in Reaktion auf eine winzige Variation der Spindeldrehzahl zwischen dem stabilen Bereich und dem instabilen Bereich hin und her verschoben. In einem solchen Zustand wird die zuverlässige Verhinderung von Ratterschwingungen durch die Steuerung der Spindeldrehzahl schwierig.
Im Hinblick darauf ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die Anfangsbedingung für die Bearbeitung derart konfiguriert, dass sie auf der niedrigeren Spindeldrehzahlseite innerhalb des stabilen Bereichs eingestellt wird, um die Spindeldrehzahl einfach und zuverlässig steuern und Ratterschwingungen vermeiden zu können.
Bei vorliegender Vorrichtung wird der Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten in der Datenspeichereinheit gespeichert. Der Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten ist ein Satz von Daten, die ein Verhältnis zwischen der Spindeldrehzahl, bei welcher Ratterschwingungen während des Spanens verhindert werden, und dem Einschneide-Grenzbetrag des Werkzeugs angeben. Ratterschwingungen werden vermieden und eine stabile Durchführung der spanenden Bearbeitung ermöglicht, indem eine Bearbeitungsbedingung innerhalb des stabilen Bereichs der Stabilitätsgrenzkurve eingestellt wird. Die Spindeldrehzahl und der Einschneidebetrag des Werkzeugs bei Beginn der Bearbeitung werden auf der Basis eines solchen Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten eingestellt. Die Einstellung kann durch eine Bedienungsperson erfolgen oder wahlweise automatisch auf der Basis einer Spezifikation eines zu verwendenden Werkzeugs und/oder dergleichen. Ferner werden während der Bearbeitung Vibrationen der Spindel durch den Vibrationsdetektionssensor detektiert, und es wird auf der Basis des Detektionsergebnisses bestimmt, ob Ratterschwingungen aufgetreten sind oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass Ratterschwingungen aufgetreten sind, wird die Spindeldrehzahl unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten dahingehend gesteuert, dass Ratterschwingungen vermieden werden.
Wenn vorliegend bestimmt wird, dass Ratterschwingungen aufgetreten sind, lassen sich diese durch eine Steuerung der Spindeldrehzahl verhindern. Das bedeutet im Zusammenhang mit 1, dass die Anfangsbedingung für die Bearbeitung unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten zunächst derart eingestellt wird, dass sie der Bedingung a1 entspricht. Vorliegend wird jedoch davon ausgegangen, dass sich die Stabilitätsgrenzkurve zu einer Kurve A' verlagert, nämlich aufgrund einer Abweichung der Steifigkeit eines Werkzeugs von seiner Referenz-Steifigkeit und/oder aufgrund einer Abweichung einer Rohling-Dimension von seiner Referenz-Dimension. In diesem Fall ist die Bearbeitungsbedingung a1 in dem instabilen Bereich angetragen, und es entstehen Ratterschwingungen während der Bearbeitung. In einem solchen Fall wird die Bearbeitungsbedingung zu einem Punkt a3 verschoben, indem die Spindeldrehzahl reduziert wird. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass die Bearbeitungsbedingung in dem stabilen Bereich angetragen ist und dass unter Vermeidung von Ratterschwingungen eine stabile Bearbeitung ermöglicht wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist es erfindungsgemäß möglich, eine Bearbeitungsbedingung, die in dem instabilen Bereich angetragen ist, durch eine Änderung der Spindeldrehzahl ohne weiteres in den stabilen Bereich zu verschieben. Zu diesem Zeitpunkt ist es nicht notwendig, die Spindeldrehzahl bedeutend zu ändern, weshalb sich eine bedeutende Verschlechterung der Spanleistung verhindern lässt. Ferner erfordert die Steuerungsverarbeitung der Spindeldrehzahl keine Änderung des Bearbeitungsprogramms und kann deshalb während der Bearbeitung stattfinden. Dadurch kann die Verarbeitung von Fall zu Fall schnell auf Bearbeitungssituationen reagieren.
Eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung gemäß Aspekt eins der Erfindung, wobei die Drehzahlsteuerungseinheit konfiguriert ist für die Beibehaltung der Spindeldrehzahl bei Beginn der Bearbeitung, wenn Ratterschwingungen nicht aufgetreten sind.
Wenn die tatsächliche Stabilitätsgrenzkurve zur niedrigeren Spindeldrehzahlseite verlagert wird, auf der die Anfangsbedingung für die Bearbeitung auf eine relativ niedrige Spindeldrehzahl im stabilen Bereich eingestellt ist, treten Ratterschwingungen nicht auf, selbst ohne Änderung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung. Deshalb kann erwogen werden, die Bearbeitungszeit zu reduzieren, indem die Spindeldrehzahl erhöht wird.
Dennoch ist es möglich, dass die Bearbeitungsbedingung in den instabilen Bereich verschoben wird, wenn die Spindeldrehzahl erhöht wird. Ferner kann selbst bei einer Erhöhung der Spindeldrehzahl eine bedeutende Reduzierung der Bearbeitungszeit nicht erwartet werden.
Im Hinblick darauf ist gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Spindeldrehzahl derart ausgelegt, dass sie selbst in der vorgenannten Situation auf der bei Beginn der Bearbeitung vorliegenden Drehzahl gehalten wird.
Eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung bezieht sich darauf, dass die Einheit für die Einstellend der Anfangsbedingung für die Bearbeitung konfiguriert ist für: die Einstellung des Einschneidebetrags bei Beginn der Bearbeitung derart, dass dieser kleiner ist als ein maximaler Einschneidebetrag innerhalb eines stabilen Bereichs in dem Satz von Stabilitätskurvendaten; und die Einstellung der Spindeldrehzahl derart, dass diese bei Beginn der Bearbeitung größer ist als eine Drehzahl bei maximalem Einschneidebetrag innerhalb des stabilen Bereichs. Die Drehzahlsteuerungseinheit ist konfiguriert für die Reduzierung der Spindeldrehzahl um einen Betrag einer vorgegebenen Drehzahl, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind.
Wie vorstehend beschrieben, ist der stabile Bereich die Spindeldrehzahl betreffend groß. Wird der Fokus darauf gelegt, wird gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung die Anfangsbedingung für die Bearbeitung auf eine relative hohe Drehzahl (z.B. 3000 U/min im Beispiel von 1) eingestellt, um eine Reduzierung der Bearbeitungszeit zu erreichen.
Eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung gemäß Aspekt drei der Erfindung, wobei die Drehzahlsteuerungseinheit ist konfiguriert für die Beibehaltung der Spindeldrehzahl bei Beginn der Bearbeitung, wenn Ratterschwingungen nicht aufgetreten sind.
Wenn die tatsächliche Stabilitätsgrenzkurve zur höheren Drehzahlseite verlagert wird, auf der die Anfangsbedingung für die Bearbeitung auf die maximale Spindeldrehzahl im stabilen Bereich festgelegt ist, treten Ratterschwingungen auch ohne Änderung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung nicht auf. Deshalb kann in Betracht gezogen werden, die Bearbeitungszeit durch eine weitere Erhöhung der Spindeldrehzahl zu reduzieren.
Jedoch besteht ähnlich wie obenstehend die Wahrscheinlichkeit, dass die Bearbeitungsbedingung bei einer Erhöhung der Spindeldrehzahl in den instabilen Bereich verschoben wird. Außerdem kann eine bedeutende Verkürzung der Bearbeitungszeit auch bei einer Erhöhung der Spindeldrehzahl nicht erwartet werden.
Im Hinblick darauf ist die Spindeldrehzahl auch unter dem vierten Aspekt der Erfindung derart konfiguriert, dass sie ähnlich wie unter dem zweiten Aspekt der Erfindung auf der bei Beginn der Bearbeitung vorliegenden Drehzahl gehalten wird.
Eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis vier, wobei der Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten berechnet wird auf der Basis von: einem Kennwert des Werkzeugs, der durch eine Vibrationsanalyse ermittelt wird, einem Koeffizienten, der abhängig von einem Material des Werkstücks ermittelt wird, und einer Bearbeitungsbedingung, die einen Einschneidebetrag des Spanwerkzeuges und eine Drehzahl der Spindel enthält.
Eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis fünf, wobei die Drehzahlsteuerungseinheit eine erste Drehzahländerungseinheit, eine Bestimmungseinheit und eine zweite Drehzahländerungseinheit umfasst. Die erste Drehzahländerungseinheit ist konfiguriert für die Erhöhung oder Reduzierung der Spindeldrehzahl um einen Betrag einer ersten Drehzahl, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind. Die Bestimmungseinheit ist derart konfiguriert, dass sie bestimmt, ob die um den Betrag der ersten Drehzahl regulierte Spindeldrehzahl in einen zulässigen Bereich, der auf der Basis des Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten festgelegt wurde, fällt oder nicht. Die zweite Drehzahländerungseinheit ist konfiguriert für die Reduzierung oder Erhöhung der regulierten Spindeldrehzahl um einen Betrag einer zweiten Drehzahl, der niedriger ist als der Betrag der ersten Drehzahl, wenn die regulierte Spindeldrehzahl nicht eine Drehzahl ist, die in den zulässigen Bereich fällt.
Wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind, wird die Spindeldrehzahl zunächst um den Betrag der ersten Drehzahl geändert. Wie vorstehend beschrieben, ist es vorliegend möglich, unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten für einen gegebenen Einschneidebetrag den Spindeldrehzahlbereich zu ermitteln, in dem Ratterschwingungen nicht auftreten (der zulässige Bereich).
Im Hinblick darauf wird unter dem sechsten Aspekt der Erfindung bestimmt, ob die um den Betrag der ersten Drehzahl geänderte Spindeldrehzahl in den zulässigen Bereich fällt oder nicht. Fällt sie nicht in den zulässigen Bereich, wird die Spindeldrehzahl um den Betrag der zweiten Drehzahl, der kleiner ist als der Betrag der ersten Drehzahl, zur entgegengesetzten Seite hin geändert. Mit anderen Worten: wenn die Spindeldrehzahl um den Betrag der ersten Drehzahl erhöht wurde, wird die erhöhte Spindeldrehzahl um den Betrag der zweiten Drehzahl reduziert. Wenn die Spindeldrehzahl hingegen um den Betrag der ersten Drehzahl reduziert wurde, wird die reduzierte Spindeldrehzahl um den Betrag der zweiten Drehzahl erhöht. Sofern Ratterschwingungen auftreten, kann die Spindeldrehzahl mit einer solchen Verfahrensweise auf eine Spindeldrehzahl reguliert werden, die eine zuverlässige Verhinderung von Ratterschwingungen erlaubt.
Ein Maschinenwerkzeug gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung umfasst: eine Spindel, an deren vorderem Ende ein Spanwerkzeug befestigt ist; einen numerischen Steuerabschnitt, der konfiguriert ist für die Einstellung und Steuerung einer Bearbeitungsbedingung, die einen Einschneidebetrag des Spanwerkzeugs und eine Drehzahl der Spindel enthält; und die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Aspekte eins bis sechs, die konfiguriert ist für die Übertragung eines Steuerbefehls an den numerischen Steuerabschnitt.
Ein Bearbeitungssteuerungsverfahren für eine Maschinenwerkzeug ist ein Bearbeitungssteuerungsverfahren für ein Maschinenwerkzeug mit einem Spanwerkzeug, das an deren Spindel befestigt ist, und umfasst die Schritte eins bis sechs. In dem ersten Schritt erfolgt die Berechnung eines Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten, die ein Verhältnis zwischen einer Spindeldrehzahl und einem Einschneide-Grenzbetrag angeben, bei dem Ratterschwingungen vermieden werden, auf der Basis: eines Kennwerts des Spanungswerkzeugs; eines Koeffizienten, der abhängig von einem Material des Werkstücks bestimmt wird; und einer Schnittbedingung. In dem zweiten Schritt werden die Spindeldrehzahl und ein Einschneidebetrag des Spanungswerkzeugs als Bearbeitungsbedingung bei Beginn der Bearbeitung auf der Basis des Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten eingestellt. In dem dritten Schritt wird die Bearbeitung unter der Anfangsbedingung für die Bearbeitung begonnen. In dem vierten Schritt werden Vibrationen der Spindel während des Spanens detektiert. In dem fünften Schritt wird auf der Basis des Ergebnisses der Vibrationsdetektion im vierten Schritt bestimmt, ob Ratterschwingungen aufgetreten sind oder nicht. Im sechsten Schritt wird die Spindeldrehzahl unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten gesteuert, um Ratterschwingungen zu vermeiden, sofern Ratterschwingungen aufgetreten sind.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben, ist es erfindungsgemäß möglich, bei einem Maschinenwerkzeug, die für die Durchführung einer Bearbeitung unter einer auf der Basis der Stabilitätsgrenzkurve festgelegten Bedingung konfiguriert ist, Ratterschwingungen, die während der Bearbeitung aufgetreten sind, auf einfache und zuverlässige Weise zu vermeiden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Stabilitätsgrenzkurve zeigt;
2 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Ursache von Ratterschwingungen;
3 ist ein Diagramm, in dem das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
4 ist ein Systemblockdiagramm eines gesamten Maschinenwerkzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Flussdiagramm eines Ablaufs 1 in einer Steuerungsverarbeitung;
6 ist ein Diagramm zur Erläuterung von vorhandenen/nichtvorhandenen Ratterschwingungen, die einer Verlagerung der Stabilitätsgrenzkurve zugeschrieben werden;
7 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Regulierung einer Spindeldrehzahl;
8 ist ein Diagramm zur Erläuterung von vorhandenen/nichtvorhandenen Ratterschwingungen, die einer Stabilitätsgrenzkurve zugeschrieben werden;
9 ist ein Flussdiagramm eines Ablaufs 2 in der Steuerungsverarbeitung;
10 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Regulierung der Spindeldrehzahl;
11 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Logik für die Bestimmung einer Erhöhung/Reduzierung der Spindeldrehzahl gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist ein Flussdiagramm der Steuerungsverarbeitung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Grundprinzip der vorliegenden Erfindung.
Zunächst wird eine Stabilitätsgrenzkurve erläutert.
Ratterschwingungen werden einer Variation der Schnittdicke während eines Spanprozesses zugeschrieben. 2 zeigt die Situation. Wie in 2(a) dargestellt ist, ist ein Werkzeug in einer Schnittbewegung derart konfiguriert, dass dieses, wenn in einem vorherigen Spanschritt eine Wellung an dem Werkstück unbearbeitet geblieben ist, in dem folgenden Bearbeitungsschritt leicht verschoben wird und das Werkstück entlang eines Zielprofils bearbeitet. Aus diesem Grund variiert die Spanungsdicke, wie in 2(b) dargestellt. Dies führt zu einer vibrierenden Kraft, die die Ursache für Ratterschwingungen ist. Der Normalmodus wird erregt, weshalb anzunehmen ist, dass Ratterschwingungen auftreten.
Wie 3 zeigt, können Ratterschwingungen durch die Steuerung der Spindeldrehzahl entsprechend der Frequenz des Normalmodus eines Werkzeugs unterbunden werden, so dass die Spanungsdicke konstant bleibt. Mit anderen Worten: Ratterschwingungen ließen sich vermeiden, wenn ein vorgegebenes Verhältnis zwischen dem Betrag des Einschneidens durch das Werkzeug und dem Spanzyklus geschaffen wird. Es ist zu beachten, dass der Spanzyklus in die Drehzahl umgewandelt werden kann, wenn die Anzahl von Klingen des Werkzeugs gegeben ist.
Wie aus vorstehender Erläuterung ersichtlich ist, variiert der Einschneide-Grenzbetrag als Grenze für das Auftreten von Ratterschwingungen abhängig von der Spindeldrehzahl. Die in 1 gezeigte Stabilitätsgrenzkurve stellt die Variation des Einschneide-Grenzbetrags im Verhältnis zu der Spindeldrehzahl dar.
Die Bewegung des Werkzeugs bei einer Schnittbewegung wird durch die folgenden Bewegungsgleichungen ausgedrückt, unter Verwendung der Masse m; der Dämpfungskonstante c; der Federkonstante k und der externen Kraft Ff. Ferner ist Kf die spezifische Schnittkraft, die einen Wert darstellt, der abhängig von dem Material eines Werkstücks bestimmt wird. Weiterhin wird a als axialer Einschneidebetrag, h als Spanungsdicke und T als Zeitverzögerung (der Spanzyklus) in einem Spanschritt festgelegt. Es ist zu beachten, dass die Dämpfungskonstante c und die Federkonstante k des Spanwerkzeugs durch die Durchführung eine Vibrationsanalyse für das Werkzeug bestimmt werden können. $\begin{array}{l} m \ddot{y} (t) + c \dot{y} (t) + k y (t) = F_{ƒ} (t) = K_{ƒ} a h (t) \\ h (t) = h_{0} - [y (t) - y (t - T)] \end{array}$
Die Stabilitätsgrenzkurve lässt sich durch die Lösung der obenstehenden Bewegungsgleichungen ermitteln. Darüber hinaus kann nach der Ermittlung der Stabilitätsgrenzkurve das Auftreten von Ratterschwingungen verhindert werden, indem eine Bearbeitungsbedingung innerhalb des stabilen Bereichs eingestellt wird.
Weicht jedoch die Steifigkeit des Werkzeugs von seiner Referenz-Steifigkeit ab oder zeigt die Rohling-Dimension eines Werkstücks eine Abweichung von seiner Referenz-Dimension, ist davon auszugehen, dass sich eine tatsächliche Stabilitätsgrenzkurve gegenüber einer berechneten Stabilitätsgrenzkurve verlagert. Speziell wenn das Werkstück ein Gussprodukt oder ein Schmiedeprodukt ist, weicht seine Rohling-Dimension stark von seiner Referenz-Dimension ab, und dementsprechend variiert auch der Einschneidebetrag in großem Maße. Aus diesem Grund können Ratterschwingungen auftreten, auch wenn die Bearbeitungsbedingung innerhalb des stabilen Bereichs der Stabilitätsgrenzkurve eingestellt ist.
Im Hinblick darauf wird bei vorliegender Erfindung eine Anfangsbedingung für die Bearbeitung unter Bezug auf die Stabilitätsgrenzkurve eingestellt, und während der Bearbeitung wird das Auftreten von Ratterschwingungen detektiert. Sind tatsächlich Ratterschwingungen aufgetreten, wird die Spindeldrehzahl unter Bezug auf die Stabilitätsgrenzkurve reguliert. Auf diese Weise können Ratterschwingungen vermieden werden.
Gesamtkonstruktion
4 ist ein Blockdiagramm eines Gesamtsystems eines Maschinenwerkzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, umfasst das vorliegenden System: einen Maschinenwerkzeug-Hauptkörper 1; eine numerische Steuervorrichtung (NC-Vorrichtung) 2, die konfiguriert ist für die Steuerung der Bearbeitung durch den Maschinenwerkzeug-Hauptkörper 1; und eine Steuervorrichtung 3, die konfiguriert ist für die Erteilung eines Befehls bezüglich des Einschneidebetrags der Spindeldrehzahl an die numerische Steuervorrichtung 2. Der Maschinenwerkzeug-Hauptkörper 1 ist mit einer Spindel 1a versehen, die durch einen Motor gedreht wird und an deren vorderem Ende ein Spanungswerkzeug 4 befestigt ist. Ferner ist die Spindel 1a mit einem Vibrationsdetektionssensor 5 zum Messen der Vibrationen der Spindel 1a ausgestattet. Als Vibrationsdetektionssensor 5 wird beispielsweise ein Beschleunigungsmesser verwendet. Die numerische Steuervorrichtung 2 ist versehen mit: einer Speichervorrichtung, in der ein Bearbeitungsprogramm gespeichert ist; und einem Bedienfeld für die Einstellung einer Bearbeitungsbedingung.
Die Steuervorrichtung 3 umfasst: einen Bereich für eine Fast Fourier Transformation (FFT) 6, der konfiguriert ist für die Durchführung einer schnellen Fourier-Transformation in Bezug auf ein Signal von dem Vibrationsdetektionssensor 5; einen Speicherabschnitt 7, in dem ein Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten gespeichert ist; und einen Rechenabschnitt 8, der konfiguriert ist für die Durchführung einer Vielfalt von Berechnungen. Der Rechenabschnitt 8 hat: eine Funktion für die Bestimmung auf der Basis einer Eingabe von dem Abschnitt für eine Fast Fourier Transformation 6, ob Ratterschwingungen aufgetreten sind oder nicht; und eine Funktion für die Erteilung eines Befehls zur Regulierung der Spindeldrehzahl an die numerische Steuervorrichtung 2, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind. Ferner hat der Rechenabschnitt eine Funktion für die Bestimmung, ob die Spindeldrehzahl einen vorab eingestellten Maximalwert/Minimalwert (Einstellungsgrenzwert) überschreitet oder nicht, wenn die Spindeldrehzahl reguliert wird. Zum anderen ist der Speicherabschnitt 7 derart konfiguriert, dass dieser über eine Eingabevorrichtung wie beispielsweise eine Tastatur Eingaben erhält wie: einen Einstellungsgrenzwert, einen Schwellwert für die Bestimmung des Vorliegens/Nichtvorliegens von Ratterschwingungen; und eine regulative Drehzahl (a), die bei der Regulierung der Spindeldrehzahl verwendet wird. Außerdem wird die Eingabevorrichtung 9 verwendet, um einer Bedienungsperson die Einstellung der Spindeldrehzahl und des Einschneidebetrags des Werkzeugs bei Beginn der Bearbeitung unter Bezug auf die festgelegten Stabilitätsgrenzkurvendaten zu ermöglichen. Es ist zu beachten, dass die Spindeldrehzahl und der Einschneidebetrag des Werkzeugs bei Beginn der Bearbeitung über das Bedienfeld der numerischen Steuervorrichtung 2 eingegeben werden können. Wahlweise können die Spindeldrehzahl und der Einschneidebetrag des Werkzeugs bei Beginn der Bearbeitung unter Bezug auf die Stabilitätsgrenzkurve mittels des Rechenabschnitts 8 eingegeben und für die numerische Steuervorrichtung 2 eingestellt werden.
Bearbeitungssteuerungsverfahren
Bei dem Maschinenwerkzeug gemäß der beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Steuern der Spindeldrehzahl die folgenden Schritte.
Der erste Schritt: Ein Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten, die für eine gegebene Spindeldrehzahl den Einschneide-Grenzbetrag angeben, bei welchem Ratterschwingungen vermieden werden, wird auf der Basis der Kennwerte des Spanwerkzeugs (Masse, Dämpfungskonstante, Federkonstante) berechnet, wobei ein Koeffizient abhängig von dem Material eines Werkstücks (spezifische Schnittkraft) und von einer Arbeitsbedingung (externe Kraft) bestimmt wird. Der Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten wird vor Beginn der Bearbeitung im Voraus berechnet und in dem Steuerabschnitt 7 der Steuervorrichtung 3 gespeichert.
Der zweite Schritt: Die Spindeldrehzahl und der Einschneidebetrag des Werkzeugs werden bei Beginn der Bearbeitung auf der Basis des Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten als Bearbeitungsbedingung eingestellt. Diese Elemente werden von einer Bedienungsperson entweder über die Steuervorrichtung 3 oder die numerische Steuervorrichtung 2 als Bedingung eingegeben. Wahlweise können die Bedingungen für eine automatische Einstellung unter Verwendung des Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten konfiguriert sein.
Der dritte Schritt: Die Bearbeitung wird unter den Anfangsbedingungen für die Bearbeitung, die in dem zweiten Schritt eingestellt wurden, begonnen.
Der vierte Schritt: Der Vibrationsdetektionssensor 5 detektiert Vibrationen der Spindel während des Spanens.
Der fünfte Schritt: Auf der Basis des Ergebnisses der Vibrationsdetektion im vierten Schritt wird bestimmt, ob Ratterschwingungen aufgetreten sind oder nicht.
Der sechste Schritt: Sind Ratterschwingungen aufgetreten, wird die Spindeldrehzahl unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten derart gesteuert, dass Ratterschwingungen verhindert werden können.
Steuerungsverarbeitung
Ein Flussdiagramm für die Implementierung des vorgenannten Bearbeitungssteuerverfahrens wird anhand von 5 erläutert. Das Flussdiagramm umfasst: eine vorbereitende Verarbeitung für die Durchführung des Spanens, die getrennt von der Verarbeitung durch die Steuervorrichtung 3 erfolgt; und eine Verarbeitung für die Steuerung der Spindeldrehzahl während des Spanens, die durch die Steuervorrichtung 3 zu erfolgen hat.
Zunächst wird ein Vorbereitungsschritt P1 bei der Durchführung einer Verarbeitung für die Regulierung der Spindeldrehzahl durchgeführt. In dem Vorbereitungsschritt P1 wird eine Stabilitätsgrenzkurve erstellt, indem die vorgenannten Gleichungen auf der Basis eines zu verwendenden Werkzeugs, des Materials eines Werkstücks als geschnittener Rohling und einer Bearbeitungsbedingung gelöst werden. Wenn die Stabilitätsgrenzkurve erstellt wurde, folgt in dem Ablauf ein Vorbereitungsschritt P2, und es werden eine Spindeldrehzahl Rs (U/min) und ein Einschneidebetrag a (mm) unter Bezug auf die Stabilitätsgrenzkurve als Anfangsbedingung für die Bearbeitung eingestellt. Die Eingabe dieser Bedingungen erfolgt durch eine Bedienungsperson. Nach Ende der Vorbereitungsschritte P1 und P2 findet die Verarbeitung gemäß Schritt S1 und den folgenden Schritten statt.
Ablauf 1
Wie in 6 dargestellt ist, wird im Folgenden ein Ablauf erläutert, bei welchem der Einschneidebetrag a und eine Spindeldrehzahl Rs1 als Anfangsbedingung für die Bearbeitung (Bedingung B1) eingestellt werden. Es ist zu beachten, dass der Einschneidebetrag a auf den Beispielswert 1/√2 des maximalen Einschneidebetrags in der Stabilitätsgrenzkurve eingestellt wird. Zum anderen wird die Spindeldrehzahl Rs1, wie in 6 dargestellt, innerhalb der Reichweite eines stabilen Bereichs, in dem der Einschneidebetrag a ist, auf die minimale Drehzahl eingestellt.
In Schritt S1 wird ein Befehl für den Beginn der Bearbeitung an die numerische Steuereinheit 2 übertragen. In Schritt S2 wird ein Detektionssignal von dem Vibrationsdetektionssensor 5 empfangen. In Schritt S3 wird bestimmt, ob Ratterschwingungen aufgetreten sind oder nicht. Insbesondere führt der Bereich 6 für eine schnelle Fourier-Transformation eine schnelle Fourier-Transformation in Bezug auf das Detektionssignal von dem Vibrationsdetektionssensor 5 durch, um eine Amplitude Fp einer dominanten Frequenz zu berechnen, welche eine Frequenz mit der höchsten Potenz ist. Ferner wird bestimmt, ob die Amplitude Fp größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellwert F0 ist oder nicht.
Ereignis 1
Wenn beispielsweise die Rohling-Dimension eines Werkstücks eine Abweichung von seiner Referenz-Dimension zeigt und sich ein zu bearbeitendes Aufmaß vergrößert, wird die Stabilitätsgrenzkurve relativ nach unten verschoben und zeigt einen charakteristischen Verlauf, wie in 6 anhand der gestrichelten Linie A' dargestellt. In diesem Fall liegt die Bearbeitungsbedingung B1, die eingestellt wird, wenn die Spindeldrehzahl Rs1 und der Einschneidebetrag a ist, außerhalb des stabilen Bereichs, so dass das Auftreten von Ratterschwingungen wahrscheinlich ist.
Wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind, wird die Amplitude Fp größer oder gleich dem Schwellwert F0. In diesem Fall führt die Verarbeitung von Schritt S3 zu Schritt S4. In Schritt S4 wird ein Befehlswert der Spindeldrehzahl, der an die numerische Steuerung 2 übertragen wird (der „Befehlswert der Spindeldrehzahl“ wird im Folgenden einfach als „Spindeldrehzahl“ bezeichnet), um eine Drehzahl α (U/min) erhöht. Dementsprechend wird die Bearbeitungsbedingung in eine in 6 dargestellte Bedingung C1 geändert. Weiter erfolgt in Schritt S5 eine Verarbeitung für das Zählen der Häufigkeit der Erhöhung der Spindeldrehzahl. Es ist zu beachten, dass „n“ auf „1“ als Initialwert eingestellt ist und bei jeder Erhöhung der Drehzahl um „+1“ erhöht wird.
Als nächstes wird in Schritt S6 bestimmt, ob die regulierte Spindeldrehzahl (Rs1 + α) einen festgelegten Grenzwert (vorliegend eine festgelegte maximale Drehzahl Rmax) übersteigt oder nicht. Die festgelegte maximale Drehzahl Rmax wird vorliegend unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten, die in dem Vorbereitungsschritt P1 ermittelt wurden, vorab eingestellt. Insbesondere ist in 6 die maximale Spindeldrehzahl innerhalb einer Reichweite des stabilen Bereichs gleich R2, wenn der Einschneidebetrag a ist, und die festgelegte maximale Drehzahl Rmax wird durch Multiplizieren der Drehzahl R2 mit 1,2 ermittelt. Die tatsächlichen Stabilitätsgrenzkurven sind gegenüber den berechneten Stabilitätsgrenzkurven A häufig verlagert, und deshalb wird die Drehzahl R2 mit 1,2 multipliziert, um die maximale Drehzahl unter Berücksichtigung der Verlagerung zur höheren Drehzahlseite zu verschieben.
Wenn die regulierte Spindeldrehzahl (Rs1 + α) die festgelegte maximale Drehzahl Rmax nicht übersteigt, wie in 6 gezeigt, führt die Verarbeitung von Schritt S6 zu Schritt S7. In Schritt S7 wird ein Befehl zur Änderung der Spindeldrehzahl an die numerische Steuervorrichtung 2 übertragen, und die Verarbeitung kehrt zurück zu Schritt S2.
Wenn die regulierte Spindeldrehzahl (Rs1 + α) die festgelegte maximale Drehzahl Rmax hingegen übersteigt, führt die Verarbeitung von Schritt S6 zu Schritt S8. In Schritt S8 wird die vorgenannte regulierte Spindeldrehzahl (Rs1 + α) um eine Drehzahl α/n reduziert. Mit anderen Worten: wenn die Häufigkeit der Regulierung der Spindeldrehzahl einmal ist, wird die regulierte Spindeldrehzahl um eine Drehzahl α/2 (U/min) reduziert. Die Verarbeitung führt dann zu Schritt S7, und es wird ein Befehl zur Änderung der Spindeldrehzahl an die numerische Steuervorrichtung 2 übertragen. Anschließend führt die Verarbeitung zurück zu Schritt S2.
Mit vorstehend beschriebener Verarbeitung wird die Spindeldrehzahl geändert. Ferner werden die Schritte von Schritt S2 bis Schritt S8 wiederholt abgearbeitet. Wenn die Bearbeitung ohne das Auftreten von Ratterschwingungen beendet wird, wird die Steuerungsverarbeitung über Schritt S9 beendet.
Es ist zu beachten, dass bei Auftreten von Ratterschwingungen trotz Reduzierung der Spindeldrehzahl erstmals in Schritt S8 der Verarbeitung die Spindeldrehzahl um α/(2+1) weiter reduziert wird und eine ähnliche Verarbeitung stattfindet.
Ereignis 2
Wie in 7 dargestellt ist, kann die tatsächliche Stabilitätsgrenzkurve A' abhängig von einem Zustand eines Werkzeugs und/oder Werkstücks gegenüber der berechneten Stabilitätsgrenzkurve A verlagert sein. In diesem Fall ist die Bedingung B1, die bei einer Spindeldrehzahl gleich Rs1 und dem Einschneidebetrag gleich a als Anfangsbedingung für die Bearbeitung eingestellt wurde, innerhalb des stabilen Bereichs angetragen. Aus diesem Grund treten Ratterschwingungen nicht auf. In diesem Fall lautet die Bestimmung in Schritt S3 „NEIN“, bis die Bearbeitung beendet ist, und die Schritte S2 und S3 werden wiederholt abgearbeitet. Ist die Bearbeitung beendet, endet Steuerungsverarbeitung.
Bei dem Ereignis, das in 7 dargestellt ist, sind keine Ratterschwingungen aufgetreten. Aus diesem Grund erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Bedingung B1 nach außerhalb des stabilen Bereichs verlagert wird, wenn die Spindeldrehzahl erhöht wird. Selbst wenn die Spindeldrehzahl in einem Maß erhöht wird, dass keine Ratterschwingungen auftreten, kann keine bedeutende Reduzierung der Bearbeitungszeit erwartet werden. Deshalb ist die Spindeldrehzahl derart ausgelegt, dass sie in diesem Fall bei Beginn der Bearbeitung auf der Drehzahl Rs1 bleibt.
Ablauf 2
Anhand des Flussdiagramms von 9 wird ein Ablauf erläutert, bei dem der Einschneidebetrag a und eine Spindeldrehzahl R2 als Anfangsbedingung für die Bearbeitung (Bedingung B2) eingestellt werden, wie in 8 dargestellt. Es ist zu beachten dass die Verarbeitungsschritte, u.a. die Schritte S11 bis S13, S15, S17 und S19, ähnlich wie jene in Ablauf 1 sind. Ferner ist der Einschneidebetrag a ähnlich dem Einschneidebetrag in Ablauf 1. Wie in 8 dargestellt ist, ist die Spindeldrehzahl Rs2 die maximale Spindeldrehzahl innerhalb der Reichweite des stabilen Bereichs, wenn der Einschneidebetrag gleich a ist.
In Ablauf 2 sind die Schritte S11 bis S13 völlig identisch mit jenen in Ablauf 1 und werden daher nicht mehr näher erläutert.
Ereignis 1
Wie in 8 dargestellt ist, kann die tatsächliche Stabilitätsgrenzkurve A' abhängig von dem Zustand eines Werkzeugs und/oder Werkstücks von der berechneten Stabilitätsgrenzkurve A hin zur niedrigeren Drehzahlseite verlagert sein. In diesem Fall ist die Bearbeitungsbedingung B2, die bei einer Spindeldrehzahl gleich Rs2 und einem Einschneidebetrag gleich a eingestellt wird, außerhalb des stabilen Bereichs angetragen. Deshalb ist das Auftreten von Ratterschwingungen wahrscheinlich.
Wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind, führt die Verarbeitung in 9 von Schritt S13 zu Schritt S14. In Schritt S14 wird die Spindeldrehzahl Rs2 um α (U/min) reduziert. Dementsprechend wird die Bearbeitungsbedingung in eine in 8 dargestellte Bedingung C2 geändert. Weiter wird in Schritt S15 die Häufigkeit der Reduzierung der Spindeldrehzahl gezählt.
In Schritt S16 wird bestimmt, ob die regulierte Spindeldrehzahl (Rs2 - α) einen festgelegten Grenzwert (hier eine festgelegte minimale Drehzahl Rmin) unterschreitet. Die festgelegte minimale Drehzahl Rmin ist hier eine Drehzahl, deren Festlegung erfolgt, indem die minimale Drehzahl R1 innerhalb des stabilen Bereichs in 8, in dem der Einschneidebetrag gleich a ist, mit 0,8 multipliziert wird. Ähnlich wie oben sind die tatsächlichen Stabilitätsgrenzkurven gegenüber der berechneten Stabilitätskurve A häufig verlagert. Aus diesem Grund wird die Drehzahl R1 mit 0,8 multipliziert, um die festgelegte minimale Drehzahl (Rmin) unter Berücksichtigung der Verlagerung hin zur niedrigen Drehzahlseite zu verschieben.
Wenn die regulierte Spindeldrehzahl (Rs2 - α), wie in 8 dargestellt, größer oder gleich der festgelegten minimalen Drehzahl Rmin ist, führt die Verarbeitung von Schritt S16 zu Schritt S17. In Schritt S17 wird ein Befehl zur Änderung der Spindeldrehzahl an die numerische Steuereinheit 2 übertragen. Die Verarbeitung führt dann zurück zu Schritt S12.
Wenn die regulierte Spindeldrehzahl (Rs2 - α) die festgelegte minimale Drehzahl Rmin dagegen unterschreitet, führt die Verarbeitung von Schritt S16 zu Schritt S18. In Schritt S18 wird die regulierte Spindeldrehzahl (Rs2 - α) um eine Drehzahl α/n erhöht. Die Verarbeitung führt dann zu Schritt S17, und es wird ein Befehl zur Änderung der Spindeldrehzahl an die numerische Steuervorrichtung 2 übertragen. Anschließend führt die Verarbeitung zurück zu Schritt S12.
Ereignis 2
Wie in 10 dargestellt ist, kann die tatsächliche Stabilitätsgrenzkurve A' abhängig von dem Zustand eines Werkzeugs und/oder Werkstücks von der berechneten Stabilitätsgrenzkurve A hin zur höheren Drehzahlseite verlagert sein. In diesem Fall ist die Bedingung B2, die bei einer Spindeldrehzahl gleich Rs2 und einem Einschneidebetrag gleich a als Anfangsbedingung für die Bearbeitung eingestellt wird, innerhalb des stabilen Bereichs angetragen. Deshalb treten keine Ratterschwingungen auf. In diesem Fall lautet die Bestimmung in Schritt S13 „NEIN“, bis die Bearbeitung beendet ist, und es werden die Schritte S12 und S13 wiederholt abgearbeitet. Ist die Bearbeitung beendet, endet die Steuerungsverarbeitung.
Unter Ereignis 2 sind Ratterschwingungen nicht aufgetreten. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass die Bedingung B2 nach außerhalb des stabilen Bereichs verschoben wird, wenn die Spindeldrehzahl erhöht wird. Selbst wenn die Spindeldrehzahl in dem Maße erhöht wird, dass Ratterschwingungen nicht auftreten, kann eine bedeutende Reduzierung der Bearbeitungszeit nicht erwartet werden. Aus diesem Grund ist die Spindeldrehzahl derart ausgelegt, dass sie in diesem Fall auf der Drehzahl gehalten wird, die bei Beginn der Bearbeitung vorliegt.
Merkmale

(1) Wenn während des Spanens Ratterschwingungen aufgetreten sind, können diese durch eine Steuerung der Spindeldrehzahl vermieden werden. Hinzukommt, dass Ratterschwingungen vermieden werden können, ohne die Spindeldrehzahl nennenswert ändern zu müssen, wodurch eine nennenswerte Verschlechterung der Spanungsleistung vermeidbar ist. Ferner erfordert die Steuerungsverarbeitung der Spindeldrehzahl keine Änderung des Bearbeitungsprogramms und kann somit während der Bearbeitung stattfinden, und es ist von Fall zu Fall eine schnelle Reaktion auf Bearbeitungssituationen möglich.
(2) Unter Bezugnahme auf die Stabilitätsgrenzkurve wird bestimmt, ob die regulierte Spindeldrehzahl höher als die eingestellte maximale Drehzahl ist oder nicht oder ob die regulierte Spindeldrehzahl niedriger als die eingestellte minimale Drehzahl ist oder nicht, und es wird übereinstimmend damit eine angemessene Steuerung der Spindeldrehzahl durchgeführt. Deshalb können Ratterschwingungen schnell und zuverlässig unterbunden werden.
(3) Wenn die Anfangsbedingung für die Bearbeitung derart eingestellt ist, dass sie einer minimalen Drehzahl bei einen gegebenen Einschneidebetrag innerhalb des stabilen Bereichs entspricht, ist die Steuerung verglichen mit dem Fall, in dem die Anfangsbedingung für die Bearbeitung derart eingestellt ist, dass sie einer maximalen Drehzahl bei einem gegebenen Einschneidebetrag innerhalb des stabilen Bereichs entspricht, einfach durchführbar. Das bedeutet im Detail, dass innerhalb des stabilen Bereichs der Stabilitätsgrenzkurve die Kennlinie der niedrigeren Drehzahlseite einen sanfteren Anstieg zeigt als die Kennlinie der hohen Drehzahlseite. Deshalb können Ratterschwingungen auf einfache Weise ohne minutiöse Einstellung des Vergrößerungs-/Verkleinerungsbetrags der zu regulierenden Spindeldrehzahl verhindert werden.
(4) Wenn im Gegensatz zu vorstehendem Fall die Anfangsbedingung für die Bearbeitung derart eingestellt ist, dass sie der maximalen Drehzahl bei einem gegebenen Einschneidebetrag innerhalb des stabilen Bereichs entspricht, kann die Bearbeitungszeit reduziert werden.

Weitere beispielhafte Ausführungsformen
Vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Eine Vielfalt von Änderungen und Modifikationen ist möglich, ohne den Schutzrahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

(a) In der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform wurde als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem die Anfangsbedingung für die Bearbeitung im Hinblick auf die Stabilitätsgrenzkurve vorliegt. Hier ist es nicht erforderlich zu bestimmen, ob die Drehzahl in der Steuerungsverarbeitung für die Regulierung der Spindeldrehzahl erhöht oder reduziert werden sollte. Speziell in Schritt S4 von Ablauf 1 und in Schritt S14 von Ablauf 2 lässt sich die Bearbeitungsbedingung in den stabilen Bereich verschieben, während die Verarbeitung entweder für eine Erhöhung oder für eine Reduzierung der Spindeldrehzahl um eine vorgegebene Drehzahl α erfolgt.

Bei einer automatischen Einstellung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung ist jedoch möglicherweise nicht eindeutig, in welcher Position innerhalb des stabilen Bereichs die Spindeldrehzahl bei Beginn der Bearbeitung angetragen ist.
Das bedeutet im Detail, dass bei einer automatischen Einstellung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung dieselbe rechnerisch in dem stabilen Bereich liegen sollte. Ähnlich wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform besteht jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass die Anfangsbedingung für die Bearbeitung aufgrund einer Abweichung der Rohling-Dimension eines Werkstücks von seiner Referenz-Dimension und/oder dergleichen in einer tatsächlichen Situation nach außerhalb des stabilen Bereichs verschoben wird.
In diesem Fall treten während der Bearbeitung Ratterschwingungen auf, so dass die Bearbeitungsbedingung durch eine Regulierung der Spindeldrehzahl in den stabilen Bereich verschoben werden muss. Jedoch ist bei einer automatischen Einstellung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung möglicherweise nicht eindeutig, in welcher Position innerhalb des stabilen Bereichs die Anfangsbedingung für die Bearbeitung angetragen ist, das heißt, es ist nicht eindeutig, ob die Anfangsbedingung für die Bearbeitung auf der niedrigeren Drehzahlseite oder auf der höheren Drehzahlseite angetragen ist. Es kann also in diesem Fall nicht beurteilt werden, ob die Spindeldrehzahl bei ihrer Regulierung erhöht oder reduziert werden muss.
In Anbetracht dessen wird auf der Basis der folgenden Logik bestimmt, ob die Spindeldrehzahl erhöht oder reduziert werden muss.
Zunächst wird ein Teil der Stabilitätsgrenzkurve A entwickelt und in 11 dargestellt. Der Speicherabschnitt 7 speichert auf die Stabilitätsgrenzkurve A bezogene Datensätze als zweidimensionale Tabelle des Einschneidebetrags mit Bezug auf die Spindeldrehzahl. Unter Bezug auf die in der Tabelle enthaltenen Datensätze und auf die Daten der Anfangsbedingung für die Bearbeitung wird bestimmt, ob die Spindeldrehzahl erhöht oder reduziert werden sollte. Wie insbesondere in 11(a) dargestellt ist, wird von einem Datensatz DS ausgegangen, der unter Bezug auf die Tabelle der Stabilitätsgrenzkurve A als Anfangsbedingung für die Bearbeitung bestimmt wurde. Anschließend werden die in der Tabelle der Stabilitätsgrenzkurve A enthaltenen Datensätze gescannt und ein Datensatz DL sowie ein Datensatz DH bezogen. In dem Datensatz DL ist die Spindeldrehzahl innerhalb des stabilen Bereichs minimal, wenn der Einschneidebetrag a ist, welcher der gleiche ist wie der Einschneidebetrag in dem Datensatz DS. In dem Datensatz DH ist die Spindeldrehzahl innerhalb des stabilen Bereichs maximal, wenn der Einschneidebetrag a ist. Ferner werden eine Drehzahldifferenz DS-L zwischen dem Datensatz DS und dem Datensatz DL und eine Drehzahldifferenz DS-H zwischen dem Datensatz DS und dem Datensatz DH berechnet. Ist die Drehzahldifferenz DS-H größer als die Drehzahldifferenz DS-L, wird die Spindeldrehzahl erhöht, wie in 11 (a) dargestellt. Ist dagegen die Drehzahldifferenz DS-L größer als die Drehzahldifferenz DS-H, wird die Spindeldrehzahl reduziert, wie in 11(b) dargestellt.
12 zeigt ein Flussdiagramm einer Steuerungsverarbeitung für die Spindeldrehzahl, in der die vorgenannte Entscheidung enthalten ist. Die Schritte S21 bis S23, S27 und S29 der Verarbeitung sind die gleichen wie jene in der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform.
Wenngleich die Anfangsbedingung für die Bearbeitung innerhalb des stabilen Bereichs angesetzt ist, besteht dennoch die Wahrscheinlichkeit, wie vorstehend beschrieben, dass sich die Stabilitätsgrenzkurve gegenüber der berechneten verlagert, wenn beispielsweise die Dimension eines Werkstückrohlings von seiner Referenz-Dimension abweicht und/oder dergleichen, und dass die automatisch eingestellte Anfangsbedingung für die Bearbeitung nach außerhalb des stabilen Bereichs verlagert wird. In diesem Fall entstehen während der Bearbeitung Ratterschwingungen.
Im Hinblick darauf schreitet die Verarbeitung von Schritt S23 fort zu Schritt S30, wenn in Schritt S23 bestimmt wird, dass Ratterschwingungen aufgetreten sind. In Schritt S30 wird auf der Basis der anhand 11 erläuterten Logik bestimmt, ob die Spindeldrehzahl erhöht oder reduziert werden sollte. Anschließend wird in Schritt S24 die Spindeldrehzahl, die an die numerische Steuervorrichtung 2 zu übertragen ist, basierend auf der Entscheidung in Schritt S30 entweder erhöht oder reduziert. In Schritt S25 wird die Häufigkeit der Regulierung der Spindeldrehzahl gezählt. Es ist zu beachten, dass „n“ ähnlich wie vorstehend auf den Wert „1“ als Anfangswert eingestellt und bei jeder Regulierung der Drehzahl um „+1“ erhöht wird.
Anschließend wird in Schritt S26 unter Bezug auf den die Stabilitätsgrenzkurve A betreffenden Datensatz bestimmt, ob die regulierte Spindeldrehzahl innerhalb des Bereichs des festgelegten Grenzwerts liegt oder nicht. Mit anderen Worten: es wird bestimmt, ob die regulierte Spindeldrehzahl größer als die festgelegte minimale Drehzahl Rmin und kleiner als die festgelegte maximale Drehzahl Rmax ist. Ähnlich wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die jeweiligen Drehzahlen Rmin und Rmax vorab festgelegt.
Liegt die regulierte Spindeldrehzahl innerhalb des Bereichs einer zulässigen Drehzahl, führt die Verarbeitung von Schritt S26 zu Schritt S27. In Schritt S27 wird ein Befehl zur Änderung der Spindeldrehzahl an die numerische Steuervorrichtung 2 übertragen. Danach erfolgt die Rückkehr zu Schritt S22.
Liegt die regulierte Spindeldrehzahl hingegen außerhalb des Bereichs der zulässigen Drehzahl, führt die Verarbeitung von Schritt S26 zu Schritt S28. In Schritt S28 wird die vorher regulierte Spindeldrehzahl in der entgegengesetzten Richtung reguliert. Mit anderen Worten: wenn die Häufigkeit der Regulierung der Spindeldrehzahl eins beträgt, wird die vorher regulierte Drehzahl um eine Drehzahl α/2 (U/min) in einer zu der Richtung in Schritt S24 entgegengesetzten Richtung reguliert. Anschließend folgt Schritt S27, und es wird ein Befehl zur Änderung der Spindeldrehzahl an die numerische Steuervorrichtung 2 übertragen. Danach erfolgt die Rückkehr zu Schritt S22.
Mit der vorstehend beschriebenen Verarbeitung wird die Spindeldrehzahl geändert. Ferner werden Schritt S22 und die folgenden Schritte wiederholt ausgeführt. Wird die Bearbeitung ohne das Auftreten von Ratterschwingungen beendet, wird die Steuerungsverarbeitung über Schritt S29 beendet.
Es ist zu beachten, dass bei Auftreten von Ratterschwingungen trotz Regulierung der Spindeldrehzahl in der entgegengesetzten Richtung in Schritt S28 die Spindeldrehzahl um α/(2+1) weiter reguliert wird und eine ähnliche Verarbeitung stattfindet.
Auch bei der vorliegend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform ist es möglich, ähnlich vorteilhafte Wirkungen wie bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform zu erzielen. Insbesondere kann die Anfangsbedingung für die Bearbeitung automatisch eingestellt werden, so dass die Bearbeitung effizienter erfolgen kann.

(b) Bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wird der Einschneidebetrag bei Beginn der Bearbeitung derart eingestellt, dass dieser 1/√2 des maximalen Einschneidebetrags in der Stabilitätsgrenzkurve entspricht. Dieser Wert ist jedoch nur ein Beispielwert, auf den die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist.
(c) Bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 3 getrennt von der numerischen Steuervorrichtung 2 des Maschinenwerkzeug vorgesehen. Die Steuervorrichtung 3 kann jedoch auch in der numerischen Steuervorrichtung 2 eingebettet sein.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Bei einem Maschinenwerkzeug und deren Bearbeitungssteuerungsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung können Ratterschwingungen, die während eines Spanvorgangs aufgetreten sind, auf einfache und zuverlässige Weise vermieden werden, wenn das Spanen_unter einer Bedingung durchgeführt wird, die auf der Basis einer Stabilitätsgrenzkurve festgelegt wird.
Bezugszeichenliste

1: Maschinenwerkzeug-Hauptkörper
2: numerische Steuervorrichtung
3: Steuervorrichtung
5: Vibrationsdetektionssensor
7: Speicherabschnitt
8: Rechenabschnitt
A: Stabilitätsgrenzkurve

Claims

Bearbeitungssteuerungsvorrichtung (3) für ein Maschinenwerkzeug, wobei die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung konfiguriert ist für die Steuerung einer Drehzahl einer Spindel(Rs), an der ein Werkzeug zum Spanen eines Werkstücks befestigt ist, wobei die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung umfasst: eine Datenspeichereinheit (7), die konfiguriert ist für die Speicherung eines Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten, die ein Verhältnis zwischen einer Spindeldrehzahl (Rs) und eines Einschneide-Grenzbetrags angeben, bei welchem Ratterschwingungen vermieden werden; eine Einheit für die Einstellung einer Anfangsbedingung für die Bearbeitung (9), die konfiguriert ist für die Einstellung sowohl einer Spindeldrehzahl (Rs) als auch eines Einschneidebetrags (a) des Werkzeugs bei Beginn der Bearbeitung auf der Basis des Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten; einen Vibrationsdetektionssensor (5), der konfiguriert ist für Detektion von Vibrationen der Spindel während des Spanens; eine Einheit für die Bestimmung von Ratterschwingungen, die konfiguriert ist für die Bestimmung auf der Basis eines Detektionsergebnisses des Vibrationsdetektionssensors (5), ob Ratterschwingungen aufgetreten sind oder nicht; und eine Drehzahlsteuerungseinheit, die konfiguriert ist für die Steuerung der Spindeldrehzahl (Rs) unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten, um Ratterschwingungen zu vermeiden, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind, wobei die Einheit für die Einstellung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung (9) konfiguriert ist für: die Einstellung des Einschneidebetrags (a) derart, dass dieser bei Beginn der Bearbeitung kleiner ist als der maximale Einschneidebetrag innerhalb eines stabilen Bereichs in dem Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten; und die Einstellung der Spindeldrehzahl (Rs) derart, dass diese bei Beginn der Bearbeitung kleiner ist als eine Drehzahl bei maximalem Einschneidebetrag innerhalb des stabilen Bereichs, und wobei die Drehzahlsteuerungseinheit konfiguriert ist für die Erhöhung der Spindeldrehzahl (Rs) um einen Betrag einer vorgegebenen Drehzahl, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind.
Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Drehzahlsteuerungseinheit konfiguriert ist für die Beibehaltung der Spindeldrehzahl (Rs) bei Beginn der Bearbeitung, wenn Ratterschwingungen nicht aufgetreten sind.
Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug, wobei die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung konfiguriert ist für die Steuerung einer Drehzahl einer Spindel (Rs), an der ein Werkzeug zum Spanen eines Werkstücks befestigt ist, wobei die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung umfasst: eine Datenspeichereinheit (7), die konfiguriert ist für die Speicherung eines Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten, die ein Verhältnis zwischen einer Spindeldrehzahl (Rs) und einem Einschneide-Grenzbetrag angeben, bei welchem Ratterschwingungen vermieden werden; eine Einheit für die Einstellung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung (9), die konfiguriert ist für die Einstellung sowohl einer Spindeldrehzahl (Rs) als auch eines Einschneidebetrags (a) des Werkzeugs bei Beginn der Bearbeitung auf der Basis des Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten; einen Vibrationsdetektionssensor (5), der konfiguriert ist für die Detektion von Vibrationen der Spindel während des Spanens; eine Einheit für die Bestimmung von Ratterschwingungen, die konfiguriert ist für die Bestimmung auf der Basis des Detektionsergebnisses des Vibrationsdetektionssensors (5), ob Ratterschwingungen aufgetreten sind oder nicht; und eine Drehzahlsteuerungseinheit, die konfiguriert ist für die Steuerung der Spindeldrehzahl (Rs) unter Bezug auf den Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten dahingehend, dass Ratterschwingungen vermieden werden, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind, wobei die Einheit für die Einstellung der Anfangsbedingung für die Bearbeitung (9) konfiguriert ist für: die Einstellung des Einschneidebetrags (a) derart, dass dieser bei Beginn der Bearbeitung kleiner ist als ein maximaler Einschneidebetrag innerhalb eines stabilen Bereichs in dem Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten; und die Einstellung der Spindeldrehzahl (Rs) derart, dass diese bei Beginn der Bearbeitung größer ist als eine Drehzahl bei maximalem Einschneidebetrag innerhalb des stabilen Bereichs, und wobei die Drehzahlsteuerungseinheit konfiguriert ist für die Reduzierung der Spindeldrehzahl (Rs) um einen Betrag einer vorgegebenen Drehzahl, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind.
Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug nach Anspruch 3, wobei die Drehzahlsteuerungseinheit konfiguriert ist für die Beibehaltung der Spindeldrehzahl (Rs) bei Beginn der Bearbeitung, wenn Ratterschwingungen nicht aufgetreten sind.
Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Satz von Stabilitätsgrenzkurvendaten berechnet wird auf der Basis von: einem durch Vibrationsanalyse ermittelten Kennwert des Werkzeugs; einem abhängig von einem Material des Werkzeugs bestimmten Koeffizienten; und einer Bearbeitungsbedingung, die einen Einschneidebetrag (a) des Spanwerkzeuges und eine Drehzahl der Spindel (Rs) enthält.
Bearbeitungssteuerungsvorrichtung für ein Maschinenwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drehzahlsteuerungseinheit umfasst: eine erste Drehzahländerungseinheit, die konfiguriert ist für die Erhöhung oder Reduzierung der Spindeldrehzahl (Rs) um einen Betrag einer ersten Drehzahl, wenn Ratterschwingungen aufgetreten sind; eine Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist für die Bestimmung, ob die um den Betrag der ersten Drehzahl regulierte Spindeldrehzahl (Rs) in einen zulässigen Bereich fällt, der auf der Basis des Satzes von Stabilitätsgrenzkurvendaten festgelegt wurde; und eine zweite Drehzahländerungseinheit, die konfiguriert ist für die Reduzierung oder Erhöhung der um den Betrag einer zweiten Drehzahl, der kleiner ist als der Betrag der ersten Drehzahl, regulierten Spindeldrehzahl (Rs), wenn die regulierte Spindeldrehzahl (Rs) nicht dem zulässigen Bereich entspricht.
Maschinenwerkzeug, umfassend: eine Spindel, an deren vorderem Ende ein Spanwerkzeug befestigt ist; einen numerischen Steuerabschnitt, der konfiguriert ist für die Einstellung und Steuerung einer Bearbeitungsbedingung, die einen Einschneidebetrag (a) des Spanwerkzeugs und eine Spindeldrehzahl (Rs) enthält; und die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bearbeitungssteuerungsvorrichtung konfiguriert ist für die Übertragung eines Steuerbefehls an den numerischen Steuerabschnitt.