DE112021000739T5 - Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine - Google Patents

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, mit der Späne zuverlässig zerteilt und ausgetragen werden können und mit der eine Beschädigung eines Werkzeugs durch Vermindern von Erschütterungen verhindert werden kann, wenn das Werkzeug in ein Werkstück einschneidet. Eine Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine, die eine Hauptachse steuert, die bewirkt, dass sich ein Werkzeug T relativ zu einem Werkstück W dreht, und die einen Schneidprozess durch Steuern einer Vorschubachse ausführt, um das Werkzeug T und das Werkstück W zu bewegen, während sie bewirkt, dass diese relativ zueinander in einer Vorschubrichtung oszillieren, ist mit einer Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16, die einen Oszillationsbefehl auf Grundlage einer vorgegebenen Oszillationsbedingung erzeugt, und einer Positions- und Drehzahl-Steuereinheit 15 ausgestattet, die einen Motor 30, der die Vorschubachse antreibt, auf Grundlage eines überlagerten Befehls steuert, der durch Überlagern des Oszillationsbefehls, der durch die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 erzeugt wird, auf einen Positionsbefehl oder eine Positionsabweichung erzeugt wird, wobei die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 ein Oszillationsbefehlsphasen-Progressionsverfahren und/oder eine Oszillationsbefehlsamplitude auf Grundlage entweder einer Oszillationsphase, die auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnet wird, oder der Zeit ändert.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine.
• Hintergrund der Technik
• Herkömmlich sind Lochschneidprozesse mithilfe eines Bohrers als Schneidwerkzeug (im Folgenden als Werkzeug bezeichnet) bekannt. Von den Lochschneidprozessen ist bei einem schrittlosen Verfahren, in dem das Lochschneiden in einem Durchgang erfolgt, bekannt, dass sich ein Bohrer leicht mit Spänen verfängt und ein bearbeitetes Loch leicht mit Spänen verstopft wird. Daher sind Maßnahmen vorgeschlagen worden, um die Späne durch schrittweises Vorschieben und Zurückziehen zu zerkleinern und auszutragen (Rückkehrvorgang). In diesem Fall kann es jedoch zu heftigen Erschütterungen kommen, wenn ein Werkzeug in ein Werkstück einschneidet, wobei die Klingenkante beschädigt wird.
• Um ein solches Problem zu lösen, ist eine solche Technologie bekannt, bei der ein Werkzeug mit einer niedrigen Frequenz in Bezug auf eine Vorschubrichtung in Schwingung versetzt wird, um in ein Werkstück einzuschneiden (siehe zum Beispiel die Patentdokumente 1 bis 3). Es heißt, dass es gemäß den Technologien möglich ist, einen Schneidprozess auszuführen und dabei die während des Schneidprozesses anfallenden Späne zu zerkleinern, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit, die Bearbeitbarkeit und die Werkzeugstandzeit verbessert werden.
• In dem oben beschriebenen Patentdokument 1 ist zwar beschrieben worden, dass die Vorschubgeschwindigkeit eines Positionsbefehls geändert wird, eine Verminderung von Erschütterungen während des Einschneidens ist jedoch noch nicht berücksichtigt worden. In ähnlicher Weise ist in dem Patentdokument 2 zwar beschrieben worden, dass eine Drehzahl zwischen einem Vorwärtsvorgang und einem Rückwärtsvorgang durch Oszillation geändert wird, jedoch werden der Vorwärtsvorgang und der Rückwärtsvorgang lediglich in einem vorgegebenen Winkel der Hauptachse umgeschaltet, und auch hier ist eine Verminderung von Erschütterungen während des Einschneidens noch nicht berücksichtigt worden.
• In dem Patentdokument 3 ist dagegen beschrieben worden, dass eine Vorschubgeschwindigkeit in einem Bereich erhöht und verringert wird, in dem sich ein Werkzeug nicht rückwärts bewegt. Es heißt, dass es während eines Einschneidens Erschütterungen mindernde Wirkungen gibt. Da sich das Werkzeug jedoch nicht rückwärts bewegt, ist es schwierig, Späne auszutragen, und das Werkzeug kann sich mit den Spänen verfangen, was zu einer anomalen Bearbeitung führt.
• Patentdokument 1: Internationale PCT-Veröffentlichung Nr. WO2015-162739
• Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2018-126863
• Patentdokument 3: japanisches Patent Nr. 5631467
• Offenbarung der Erfindung
• Durch die Erfindung zu lösende Probleme
• Gewünscht wird daher, dass eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine bereitgestellt wird, die es ermöglicht, Späne zuverlässig zu zerkleinern und auszutragen und eine Beschädigung eines Werkzeugs durch Vermindern von Erschütterungen zu verhindern, wenn das Werkzeug in ein Werkstück einschneidet.
• Mittel zur Lösung der Probleme
• Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die dazu konfiguriert ist, einen Schneidprozess auszuführen, indem sie eine Hauptachse steuert, die dazu konfiguriert ist zu bewirken, dass ein Schneidwerkzeug sich relativ zu einem Werkstück dreht, und eine Vorschubachse steuert, die dazu konfiguriert ist zu bewirken, dass das Schneidwerkzeug sich bewegt und in Bezug auf eine Vorschubrichtung relativ zu dem Werkstück oszilliert. Die Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine beinhaltet eine Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit, die dazu konfiguriert ist, auf Grundlage einer vorgegebenen Oszillationsbedingung einen Oszillationsbefehl zu erzeugen, der bewirkt, dass das Schneidwerkzeug in Bezug auf die Vorschubrichtung relativ zu dem Werkstück oszilliert, und eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, einen Elektromotor, der dazu konfiguriert ist, die Vorschubachse anzutreiben, auf Grundlage eines überlagerten Befehls zu steuern, der erzeugt wird, indem der durch die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit erzeugte Oszillationsbefehl auf einen Positionsbefehl oder einen Positionsfehler, der eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und der Positionsrückkopplung darstellt, überlagert wird. Die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit ändert zumindest eines, das aus einem Verfahren zum Vorrücken einer Phase des Oszillationsbefehls und einer Amplitude des Oszillationsbefehls ausgewählt wird, auf Grundlage entweder einer Oszillationsphase, die auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnet wird, oder der Zeit.
• Wirkungen der Erfindung
• Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die es ermöglicht, Späne zuverlässig zu zerkleinern und auszutragen und eine Beschädigung eines Werkzeugs durch Vermindern von Erschütterungen beim Einschneiden des Werkzeugs in ein Werkstück zu verhindern.
• Figurenliste
• 1 ist eine Ansicht, die einen Bohrprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
• 2 ist eine Ansicht, die veranschaulicht, wie sich ein Werkzeug in einem herkömmlichen Bohrprozess bewegt;
• 3 ist eine Ansicht, die veranschaulicht, wie sich ein Werkzeug in dem Bohrprozess gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bewegt;
• 4 ist ein Betriebsblockschaubild einer Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
• 5 ist eine Ansicht, die eine Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase in dem Bohrprozess gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
• 6 ist eine Ansicht, die eine Oszillationsphase in dem Bohrprozess gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
• 7 ist eine Ansicht, die einen Oszillationsbefehl in dem Bohrprozess gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
• 8 ist eine Ansicht, die einen überlagerten Befehl in dem Bohrprozess gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
• 9 ist eine Ansicht, die einen überlagerten Befehl veranschaulicht, der ermöglicht, Erschütterungen während eines Einschneidens zu vermindern;
• 10 ist eine Ansicht, die einen überlagerten Befehl veranschaulicht, der es unmöglich macht, Erschütterungen während eines Einschneidens zu vermindern;
• 11 ist eine Ansicht, die Bewegungsbahnen von Klingen veranschaulicht, wenn die Anzahl von Klingen eines Werkzeugs zwei beträgt;
• 12 ist eine Ansicht, die Bewegungsbahnen von Klingen veranschaulicht, wenn die Anzahl von Klingen eines Werkzeugs drei beträgt; und
• 13 ist ein Ablaufplan, der Schritte des Bohrprozesses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
• Bevorzugtes Verfahren zum Ausführen der Erfindung
• Im Folgenden wird hierin eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
• 1 ist eine Ansicht, die einen Bohrprozess gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht, handelt es sich bei dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform um einen, in dem ein Bohrer als Werkzeug T dazu verwendet wird, einen Lochschneidprozess an einem Werkstück W durchzuführen. Genauer gesagt, handelt es sich bei dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform um einen, in dem bewirkt wird, dass sich das Werkzeug T relativ zu dem Werkstück W dreht, und bewirkt wird, dass das Werkzeug T in Bezug auf eine Vorschubrichtung relativ zu dem Werkstück W oszilliert, um den Lochschneidprozess durchzuführen, wodurch ermöglicht wird, Späne zu zerkleinern. Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, in dem das Werkstück W feststehend ist und das Werkzeug T durch eine Hauptachse gedreht wird und durch eine Vorschubachse bewegt wird, um den Prozess durchzuführen.
• Hierbei ist zu beachten, dass 2 eine Ansicht ist, die veranschaulicht, wie sich ein Werkzeug in einem herkömmlichen Bohrprozess bewegt. Wie in 2 veranschaulicht, bewirken in dem herkömmlichen Bohrprozess mit Rückkehrvorgängen die Rückkehrvorgänge in Bezug auf die Vorschubrichtung jeweils, dass das Werkzeug T sich einmal in einer Richtung von einer unteren Fläche eines Lochs, das bearbeitet wird (im Folgenden als untere Fläche des Werkstücks bezeichnet), wegbewegt. Dabei werden Späne zerkleinert. Als Nächstes bewirken Einschneidvorgänge jeweils, dass sich das Werkzeug T erneut in einer Richtung näher zu dem Werkstück W bewegt und dann mit der unteren Fläche des Werkstücks in Kontakt kommt, worauf das Schneiden neu begonnen wird. Dabei kommt es zu einer Erschütterung, wenn das Werkzeug T mit der unteren Fläche des Werkstücks in Kontakt kommt. Da herkömmlich die Verminderung dieser Erschütterung noch nicht berücksichtigt worden ist und, wie in 2 dargestellt, eine Drehzahl (Neigung) des Werkzeugs konstant ist, kommt es zu einer heftigen Erschütterung.
• Demgegenüber ist 3 eine Ansicht, die veranschaulicht, wie sich das Werkzeug T in dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform bewegt. Wie in 3 veranschaulicht, bewegt sich das Werkzeug T in dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform entsprechend einem überlagerten Befehl, der erzeugt wird, indem ein Befehl zu einer sinusförmigen Oszillation zu einem Positionsbefehl addiert wird (was im Folgenden als Überlagern bezeichnet wird), wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird. Da im Besonderen bewirkt wird, dass das Werkzeug T in Bezug auf die Vorschubrichtung oszilliert, bewirkt ein Umkehrvorgang in Bezug auf die Vorschubrichtung (im Folgenden auch als Rückwärtsvorgang bezeichnet), dass sich das Werkzeug T einmal in der Richtung von der unteren Fläche des Werkstücks wegbewegt. Dabei werden Späne zerkleinert. Anschließend bewirkt ein Vorrückvorgang in Vorschubrichtung (im Folgenden auch als Vorwärtsvorgang bezeichnet), dass das Werkzeug T erneut mit der unteren Fläche des Werkstücks in Kontakt kommt, worauf das Schneiden neu begonnen wird. Dabei ist es in dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Drehzahl (Neigung) des Werkzeugs zu ändern, wie in 3 veranschaulicht, da eine Phase einer sinusförmigen Oszillation und/oder eine Amplitude einer sinusförmigen Oszillation zwischen dem Vorwärtsvorgang und dem Rückwärtsvorgang geändert werden/wird, wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird. Daher ist es darüber hinaus möglich, die Drehzahl des Werkzeugs während des Einschneidens zu verringern, wodurch ermöglicht wird, Erschütterungen während des Einschneidens zu vermindern.
• Als Nächstes wird im Folgenden eine Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die dazu konfiguriert ist, den Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform auszuführen, unter Bezugnahme auf 4 ausführlich beschrieben. Eine Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist dazu konfiguriert, den Bohrprozess durch Steuern eines (nicht dargestellten) Motors für eine Hauptachse, die dazu konfiguriert ist zu bewirken, dass sich das Werkzeug T relativ zu dem Werkstück W dreht, und durch Steuern eines Motors 30 für eine Vorschubachse, die dazu konfiguriert ist zu bewirken, dass sich das Werkzeug T bewegt und in Bezug auf die Vorschubrichtung relativ zu dem Werkstück W oszilliert, auszuführen. Die Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird dadurch erzielt, dass bewirkt wird, dass ein Computer, der eine Zentraleinheit (central processing unit, CPU) und einen Speicher beinhaltet, zum Beispiel ein Programm liest, das zum Ausführen des Bohrprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.
• 4 ist ein Betriebsblockschaubild der Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 4 veranschaulicht, beinhaltet die Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Positionsbefehls-Berechnungseinheit 21, eine Speichereinheit 22, eine Servosteuereinrichtung 10, Addiereinrichtungen 11, 13, einen Integrator 12, eine Lernsteuereinheit 14, eine Positions- und Drehzahl-Steuereinheit 15, eine Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 und eine Lasterfassungseinheit 17.
• Die Positionsbefehls-Berechnungseinheit 21 ist dazu konfiguriert, einen Positionsbefehl zu berechnen. Im Besonderen berechnet die Positionsbefehls-Berechnungseinheit 21 einen Positionsbefehl für den Motor 30 für die Vorschubachse durch Analysieren eines Bearbeitungsprogramms, das in der im Folgenden beschriebenen Speichereinheit 22 gespeichert ist.
• Die Addiereinrichtung 11 ist dazu konfiguriert, einen Positionsfehler zu berechnen. Im Besonderen berechnet die Addiereinrichtung 11 einen Positionsfehler, der eine Differenz zwischen einer Positionsrückkopplung auf Grundlage einer durch einen (nicht dargestellten) Codierer erkannten Position, die dem Motor 30 für die Vorschubachse bereitgestellt wird, und einem Positionsbefehl für die Vorschubachse darstellt, der durch die oben beschriebene Positionsbefehls-Berechnungseinheit 21 berechnet wird.
• Der Integrator 12 ist dazu konfiguriert, einen integrierten Wert des Positionsfehlers zu berechnen. Im Besonderen berechnet der Integrator 12 einen integrierten Wert des Positionsfehlers durch Integrieren des Positionsfehlers, der durch die oben beschriebene Addiereinrichtung 11 berechnet wird.
• Die Addiereinrichtung 13 ist dazu konfiguriert, einen überlagerten Befehl zu berechnen. Im Besonderen erzeugt die Addiereinrichtung 13 einen überlagerten Befehl durch Addieren (Überlagern) eines Oszillation Befehls, der durch die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16, die im Folgenden beschrieben wird, erzeugt wird, zu dem integrierten Wert des Positionsfehlers, der durch den oben beschriebenen Integrator 12 berechnet wird. Ein Verfahren zum Erzeugen eines überlagerten Befehls wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
• Die Lernsteuereinheit 14 ist dazu konfiguriert, den überlagerten Befehl durch Berechnen eines Kompensationsbetrags für den überlagerten Befehl auf Grundlage des oben beschriebenen Positionsfehlers und Addieren des berechneten Kompensationsbetrags zu dem überlagerten Befehl zu kompensieren. Genauer gesagt, berechnet die Lernsteuereinheit 14 wiederholt einen zyklischen Kompensationsbetrag auf Grundlage eines zyklischen überlagerten Befehls. Im Besonderen beinhaltet die Lernsteuereinheit 14 einen Speicher, speichert einen Fehler zwischen einer idealen Position des Motors 30, die in der Lage ist, einen Zyklus zu definieren, und einer Ist-Position in dem Speicher, liest den pro Zyklus in dem Speicher gespeicherten Fehler, berechnet einen Kompensationsbetrag, der den Fehler näher an 0 bringt, und überlagert den berechneten Kompensationsbetrag auf den überlagerten Befehl zur Kompensation. Mit einem überlagerten Befehl gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der einen Oszillationsbefehl enthält, der leicht zu einem Positionsfehler führen kann, und mit einer Kompensation durch die Lernsteuereinheit 14 besteht eine Verbesserung in der Fähigkeit, einen Befehl zu einer zyklischen Oszillation zu befolgen.
• Des Weiteren speichert die Lernsteuereinheit 14 bevorzugt einen überlagerten Befehl und eine Phase eines Oszillationsbefehls in einer zugeordneten Weise in dem Speicher und berechnet einen Kompensationsbetrag für den überlagerten Befehl auf Grundlage einer Entsprechungsbeziehung zwischen dem gespeicherten überlagerten Befehl und der gespeicherten Phase des Oszillationsbefehls. Dadurch besteht eine weitere Verbesserung in der Fähigkeit, einen Befehl zu einer zyklischen Oszillation zu befolgen.
• Die Positions- und Drehzahl-Steuereinheit 15 ist dazu konfiguriert, den Motor 30 durch Erzeugen eines Drehmomentbefehls für den Motor 30, der die Vorschubachse antreibt, auf Grundlage des überlagerten Befehls, nachdem er kompensiert worden ist, wie oben beschrieben, und mithilfe des erzeugten Drehmomentbefehls zu steuern. Dadurch erreicht die Position des Motors 30 während eines Oszillierens und Antreibens der Vorschubachse eine Befehlsposition.
• Die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 ist dazu konfiguriert, auf Grundlage einer vorgegebenen Oszillationsbedingung einen Oszillationsbefehl zu erzeugen, der bewirkt, dass das Werkzeug T in Bezug auf die Vorschubrichtung relativ zu dem Werkstück W oszilliert. Wie in 4 veranschaulicht, beinhaltet die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 eine Oszillationsphasen-Berechnungseinheit 163, eine Oszillationsamplituden-Berechnungseinheit 161 und eine Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit 162. Die Oszillationsphasen-Berechnungseinheit 163 ist dazu konfiguriert, eine Oszillationsphase durch Berechnen einer Bezugsphase auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung (nicht dargestellt) und Multiplizieren einer Zeit oder der Bezugsphase mit einer Geschwindigkeit einer Änderung auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung zu berechnen. Die Oszillationsamplituden-Berechnungseinheit 161 ist dazu konfiguriert, eine Oszillationsamplitude auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung zu berechnen. Die Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit 162 ist dazu konfiguriert, einen Oszillationsbefehl auf Grundlage der Oszillationsphase, die durch die Oszillationsphasen-Berechnungseinheit 163 berechnet wird, und der Oszillationsamplitude, die durch die Oszillationsamplituden-Berechnungseinheit 161 berechnet wird, zu berechnen. Hierbei ist zu beachten, dass die vorgegebene Oszillationsbedingung Oszillationsphaseninformationen und Oszillationsamplitudeninformationen, die aus dem Bearbeitungsprogramm erfassbar sind, das in der Speichereinheit 22 gespeichert ist, die im Folgenden beschrieben wird, eine Zeit und eine Umdrehungszahl des Werkzeugs T beinhaltet, das sich relativ zu dem Werkstück W dreht. Die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 erzeugt einen Oszillationsbefehl auf Grundlage der Oszillationsphaseninformationen und der Oszillationsamplitudeninformationen.
• Die Oszillationsphasen-Berechnungseinheit 163 ändert bevorzugt eine Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase, die auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnet wird, um eine Bearbeitungslast auf dem Werkzeug T zu verringern, die durch die Lasterfassungseinheit 17, die im Folgenden beschrieben wird, erfasst wird. In ähnlicher Weise ändert die Oszillationsamplituden-Berechnungseinheit 161 bevorzugt die Oszillationsamplitude, die auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnet wird, um eine Bearbeitungslast auf dem Werkzeug T zu verringern, die durch die Lasterfassungseinheit 17, die im Folgenden beschrieben wird, erfasst wird. Dadurch ist es möglich, die Oszillationsphase und die Oszillationsamplitude entsprechend einer Zunahme oder einer Abnahme der Bearbeitungslast zu ändern, wodurch es möglich wird, Erschütterungen während eines Einschneidens zu vermindern.
• Eines der Merkmale der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 zumindest eines, das aus einem Verfahren zum Vorrücken einer Phase eines Oszillationsbefehls und einer Amplitude des Oszillationsbefehls ausgewählt wird, auf Grundlage entweder der Zeit oder einer Bezugsphase ändert, die auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnet wird. Hierbei ist zu beachten, dass eine Änderung eines Verfahrens zum Vorrücken einer Phase eines Oszillationsbefehls zumindest eine Änderung einer Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase beinhaltet und eine Änderung der Oszillationsamplitude beinhalten kann. Durch Ändern eines Verfahrens zum Vorrücken einer Phase eines Oszillationsbefehls und einer Amplitude eines Oszillationsbefehls ist es möglich, Erschütterungen während eines Einschneidens zu vermindern. Dies wird im Folgenden ausführlich erläutert.
• Des Weiteren ändert die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 bevorzugt zumindest eines, das aus einem Verfahren zum Vorrücken einer Phase eines Oszillationsbefehls und einer Amplitude eines Oszillationsbefehls ausgewählt wird, auf Grundlage von Werkzeuginformationen. Die Werkzeuginformationen werden in der Speichereinheit 22 gespeichert, die im Folgenden beschrieben wird. Die Werkzeuginformationen beinhalten Spezifikationen des Werkzeugs T zum Beispiel einschließlich der Anzahl von Klingen des Werkzeugs T und des Durchmessers des Werkzeugs T. Wenn zum Beispiel ein Verhältnis der Bearbeitungstiefe in Bezug auf einen Werkzeugdurchmesser gleich wie oder größer als ein vorgegebener Wert ist, wird durch Erhöhen einer Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase ermöglicht, eine Leichtigkeit eines Austragens von Spänen zu verbessern. Je größer des Weiteren die Anzahl von Klingen des Werkzeugs T ist, umso einfacher ist es, dass die Bewegungsbahnen der Klingen einander überlappen, wodurch ermöglicht wird, leicht ein nichttatsächliches Schneiden (Luftschneiden) zu erzielen. Sogar durch Erhöhen einer Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase und Verringern einer Oszillationsamplitude ist es daher möglich, Späne zu zerkleinern. Die Beziehung zwischen der Anzahl von Klingen des Werkzeugs T und einem Oszillationsbefehl wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
• Des Weiteren bewirkt die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 bevorzugt, dass eine Phase eines Oszillationsbefehls mit einer Phase der Hauptachse synchronisiert wird, wodurch bewirkt wird, dass sich das Werkzeug T relativ zu dem Werkstück W dreht. Je grö-ßer zum Beispiel die Anzahl von Klingen des Werkzeugs T ist, umso schmaler ist der Spalt zwischen den Klingen, was zu Lasten der Leichtigkeit des Austragens von Spänen geht. Wenn jedoch zugelassen wird, dass eine Phase eines Oszillationsbefehls mit einer Phase der Hauptachse synchronisiert wird, wird ermöglicht, die Leichtigkeit des Austragens von Spänen zu verbessern. Die Synchronisierung zwischen einer Phase eines Oszillationsbefehls und einer Phase der Hauptachse wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
• Die Speichereinheit 22 ist dazu konfiguriert, Informationen zu speichern, die Werkzeuginformationen, die sich auf das Werkzeug T beziehen (Spezifikationen des Werkzeugs T, darunter zum Beispiel die Anzahl von Klingen des Werkzeugs T und der Durchmesser des Werkzeugs T), ein Bearbeitungsprogramm, Oszillationsphaseninformationen (zum Beispiel eine Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase) und Oszillationsamplitudeninformationen (zum Beispiel eine Vergrößerung der Oszillationsamplitude) beinhalten, die zum Beispiel aus dem Bearbeitungsprogramm, der Zeit, der Umdrehungszahl des Werkzeugs T, das sich relativ zu dem Werkstück W dreht (der Umdrehungszahl der Hauptachse) zu erfassen sind.
• Die Lasterfassungseinheit 17 ist dazu konfiguriert, eine Bearbeitungslast zu erfassen, die während eines Schneidprozesses auf das Werkzeug T ausgeübt wird. Im Besonderen erfasst die Lasterfassungseinheit 17 eine Bearbeitungslast, die das Werkzeug T während des Schneidprozesses empfängt, aus einem überlagerten Befehl oder einem Stromwert eines oder einem Drehmomentbefehl an den Motor 30.
• Als Nächstes wird ein Verfahren zum Erzeugen eines überlagerten Befehls gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn ein Verfahren zum Vorrücken einer Phase eines Oszillationsbefehls auf Grundlage der Zeit geändert wird, im Folgenden hierin unter Bezugnahme auf 5 bis 8 ausführlich beschrieben. Hierbei ist zu beachten, dass 5 eine Ansicht ist, die eine Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase in dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 6 ist eine Ansicht, die eine Oszillationsphase in dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 7 ist eine Ansicht, die einen Oszillationsbefehl in dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 8 ist eine Ansicht, die einen überlagerten Befehl in dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
• Wenn nicht zugelassen wird, dass eine Oszillationsphase und eine Drehphase der Hauptachse miteinander synchronisiert werden, wird zunächst ein Oszillationsbefehl mit der im Folgenden beschriebenen mathematischen Gleichung (1) berechnet.
  [Mathematische Gleichung 1] $$\text{Oszillationsbefehl}=\left(\text{K}\times \text{F}/2\right)\times \text{cos}\left(2\mathrm{\pi }\times \text{l}\times \text{t}\right)-\left(\text{K}\times \text{F}/2\right)$$

  
• In der oben beschriebenen mathematischen Gleichung (1) stellt K eine Vergrößerung einer Oszillationsamplitude in Bezug auf einen Bewegungsbetrag eines Werkzeugs dar, F stellt den Bewegungsbetrag des Werkzeugs, d. h., einen Vorschubbetrag pro Umdrehung [mm / eine Umdrehung der Hauptachse] dar, I stellt eine Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase pro Zeiteinheit dar, und t stellt die Zeit [s] dar. Des Weiteren stellt (K × F / 2) eine Oszillationsamplitude dar, (2π × I × t) stellt eine Oszillationsphase dar, -(K × F / 2) stellt einen Versatz zum Verhindern eines übermäßigen Schneidens in Bezug auf eine Befehlsposition während eines normalen Schneidens ohne Oszillation dar.
• Hierbei ist zu beachten, dass, wenn eine Zeit t₁, zu der eine Oszillationsphase π erreicht, und eine Zeit t₂, zu der die Oszillationsphase 2π erreicht, als Schwellenwerte verwendet werden und wenn eine Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase I geändert wird, ein überlagerter Befehl, wie in 5 bis 8 veranschaulicht, erzeugt wird. Zu dieser Zeit können I₁ und I₂ jeweils direkt aus vorgegebenen Frequenzen bestimmt werden. Anderenfalls kann I₁ als 1 bestimmt werden, während I₂ als eine Vergrößerung bestimmt werden kann, die mit einer vorgegebenen Frequenz multipliziert wird.
• Zunächst ändert sich, wie in 5 veranschaulicht, innerhalb eines Bereichs zwischen t₁ und t₂ die Geschwindigkeit der Änderung der Oszillationsphase und steigt von I₁ auf I₂. Zu dieser Zeit ist, wie in 6 veranschaulicht, in dem Bereich von t₁ bis t₂ gemeint, dass die Geschwindigkeit der Änderung der Oszillationsphase (Frequenz) im Vergleich mit derjenigen zu anderen Zeiten größer ist. Auf diese Weise lässt sich erkennen, dass die Steigung der Oszillationsphase erhöht ist. Des Weiteren stellt der zu dieser Zeit erzeugte Oszillationsbefehl einen Befehl zu einer sinusförmigen Oszillation dar, wie in 7 veranschaulicht. Selbst unter diesem Gesichtspunkt ist es auf diese Weise möglich zu erkennen, dass innerhalb des Bereichs von t₁ bis t₂ die Geschwindigkeit der Änderung der Oszillationsphase (Frequenz) erhöht ist. Ein überlagerter Befehl, der dadurch erfasst wird, dass der in 7 veranschaulichte Oszillationsbefehl über einen Positionsbefehl (ohne Oszillation) überlagert wird, stellt folglich einen solchen sinusförmigen überlagerten Befehl dar, wie in 8 veranschaulicht. Wie oben beschrieben, wird der überlagerte Befehl erzeugt.
• Als Nächstes wird im Folgenden ein Verfahren zum Vermindern von Erschütterungen während eines Einschneidens in dem Bohrprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 9 und 10 ausführlich beschrieben. Hierbei ist zu beachten, dass 9 eine Ansicht ist, die einen überlagerten Befehl veranschaulicht, der ermöglicht, Erschütterungen während eines Einschneidens zu vermindern. 10 ist eine Ansicht, die einen überlagerten Befehl veranschaulicht, der es unmöglich macht, Erschütterungen während eines Einschneidens zu vermindern.
• 9 und 10 veranschaulichen jeweils einen Oszillationszyklus. Des Weiteren stellt in 9 und 10 t₀ eine Zeit dar, in der eine Oszillationsphase = 0 (I × t₀ = 0), t₁ stellt eine Zeit dar, in der die Oszillationsphase = π (I × t₁ = 0.5), t₂ stellt eine Zeit dar, in der die Oszillationsphase = 2π (I × t₂ = 1), und t_i stellt eine Zeit in einem Moment dar, in dem das Werkzeug T mit dem Werkstück W in Kontakt kommt.
• 9 veranschaulicht den überlagerten Befehl, wenn eine Bedingung zum Vermindern von Erschütterungen auf Grundlage einer Drehzahl festgelegt ist. Bei t₁, zu der die Oszillationsphase π wird, stimmt eine Drehzahl eines überlagerten Befehls mit derjenigen eines Positionsbefehls (der keinen Oszillationsbefehl enthält) überein. Die Drehzahl wird in 9 durch eine Neigung einer Kurve des überlagerten Befehls bei t₁ dargestellt. Durch Darstellen als mathematische Gleichung wird, wenn die Oszillationsphase π wird, der Term einschließlich sin in der im Folgenden beschriebenen mathematischen Gleichung (5), die eine mathematische Gleichung einer Drehzahl eines überlagerten Befehls darstellt, gleich 0. Wie in der im Folgenden beschriebenen mathematischen Gleichung (3) veranschaulicht, stimmt die Drehzahl zu dieser Zeit mit der Drehzahl für normales Schneiden überein. Wenn des Weiteren I so geändert wird, dass 0 < I × t_i < 0,5 in dem Moment t_i erfüllt ist, in dem das Werkzeug T mit der unteren Fläche des Werkstücks in Kontakt kommt, wird die Neigung des überlagerten Befehls kleiner als die Neigung bei t₁. Auf diese Weise ist es möglich zu erkennen, dass es möglich ist, Erschütterungen in dem Moment eines Kontakts im Vergleich mit denjenigen für normales Schneiden ohne Oszillation zu vermindern. Demgegenüber ist es möglich, aus 10 zu erkennen, dass, wenn I so geändert wird, dass 0 < I × t_i < 0,5 nicht erfüllt ist, die Drehzahl in dem Moment des Kontaktes größer als diejenige für normales Schneiden wird. In diesem Fall lässt sich sagen, dass die Auswirkungen der Verminderung von Erschütterungen nicht vollständig zum Tragen kommen.
• Wenn also eine Neigung eines überlagerten Befehls in dem Moment, in dem das Werkzeug T mit der unteren Fläche des Werkstücks in Kontakt kommt, gleich wie oder geringer als die Neigung bei normalem Schneiden ist, ist es möglich, Erschütterungen zum Beispiel im Vergleich mit denjenigen während einer herkömmlichen, normalen schrittweisen Bearbeitung zu vermindern. Es lässt sich daher sagen, dass es möglich ist, die Werkzeugstandzeit zu verlängern. Es ist zu beachten, dass es, um die Werkzeugstandzeit weiter zu verbessern, wünschenswert ist, eine Oszillationsamplitude so einzustellen, dass zugelassen wird, dass das Symbol einer Neigung eines überlagerten Befehls auf halbem Wege invertiert wird. Das heißt, es ist wünschenswert, dass zugelassen wird, dass sich das Werkzeug T einmal von der unteren Fläche des Werkstücks wegbewegt und dass zugelassen wird, dass der unteren Fläche ein Kühlmittel zugeführt wird. Dadurch ist es möglich, eine Verhinderung von Schmelzspänen aufgrund von Reibungswärme und Schneidwärme und eine Verbesserung der Qualität einer Bearbeitungsfläche und der Werkzeugstandzeit zu erwarten.
• Als Nächstes wird im Folgenden hierin ein Verfahren zum Vermindern von Erschütterungen durch Beschleunigung und Ruck beschrieben. Für normales Schneiden ohne Oszillation wird eine Befehlsposition durch die im Folgenden beschriebene mathematische Gleichung (2) dargestellt, wobei eine Umdrehungszahl S der Hauptachse pro Minute verwendet wird. Eine Drehzahl wird durch die im Folgenden beschriebene mathematische Gleichung (3) dargestellt.
  [Mathematische Gleichung 2] $$\begin{array}{l}\text{Befehlsposition}=\text{F}\left[\text{mm/eine Umdrehung der Hauptachse}\right]\times \text{S}[\text{eine Umdrehung der}\\ \text{Hauptachse/Minute}]\times \text{t}\left[\text{Sekunde}\right]/60\end{array}$$

  

  $$\text{Befehlsdrehzahl}=\text{F}\times \text{S}/60$$

  
• Wenn demgegenüber ein Oszillationsbefehl überlagert wird, wird eine Befehlsposition des überlagerten Befehls durch die im Folgenden beschriebene mathematische Gleichung (4) dargestellt. Eine Drehzahl, eine Beschleunigung und ein Ruck werden jeweils durch im Folgenden beschriebene mathematischen Gleichungen (5), (6), (7) dargestellt.
  [Mathematische Gleichung 3] $$\text{Befehlsposition}=\text{F}\times \text{S}\times \text{t}/60+\left(\text{K}\times \text{F}/2\right)\times \text{cos}\left(2\mathrm{\pi }\times \text{l}\times \text{t}\right)-\left(\text{K}\times \text{F}/2\right)$$

  

  $$\text{Befehlsdrehzahl}=\text{F}\times \text{S}/60-\left(\mathrm{\pi }\times \text{l}\times \text{K}\times \text{F}\right)\times \text{sin}\left(2\mathrm{\pi }\times \text{l}\times \text{t}\right)$$

  

  $$\text{Befehlsbeschleunigung}=-2{\mathrm{\pi }}^2\times {\text{l}}^2\times \text{K}\times \text{F}\times \text{cos}\left(2\mathrm{\pi }\times \text{l}\times \text{t}\right)$$

  

  $$\text{Befehlsruck}=4{\mathrm{\pi }}^3\times {\text{Ì}}^3\times \text{K}\times \text{F}\times \text{sin}\left(2\mathrm{\pi }\times \text{l}\times \text{t}\right)$$

  
• Wie oben beschrieben, ist es, wenn eine Neigung eines überlagerten Befehls gleich wie oder geringer als eine Neigung während eines normalen Schneidens ist, d. h., F × S / 60 [mm / Sekunde], möglich, Erschütterungen während eines Einschneidens zu vermindern. Um eine Bedingung zum Vermindern von Erschütterungen auf Grundlage einer Drehzahl in dem Moment festzulegen, in dem das Werkzeug T mit der unteren Fläche des Werkstücks in Kontakt kommt, ist es ausreichend, dass F × S / 60 > F × S / 60 - (π × I × K × F) × sin(2π × I × t) erfüllt ist. Da, wenn gilt 0 < I × t < 0,5, der Term einschließlich sin als negativer Wert dargestellt wird, wird eine geringere Drehzahl als diejenige während eines normalen Schneidens erreicht.
• Da die Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine in der Lage ist, aus einer Positionsrückkopplung in Bezug auf den Motor 30 einen Bereich einer abgeschlossenen Bearbeitung zu ermitteln, und ein Verfahren zum Vorrücken einer Oszillationsphase bereits bekannt ist, ist es möglich, eine Zeit zu erfassen, zu der das Werkzeug T, das entsprechend dem überlagerten Befehl arbeitet, mit dem Werkstück W in Kontakt kommt. Daher wird durch Ändern von I, um den oben beschriebenen Ungleichheitsausdruck zu erfüllen, zu dieser Zeit ermöglicht, Erschütterungen zu vermindern.
• Des Weiteren kann eine Bedingung zum Vermindern von Erschütterungen festgelegt werden, indem die Werte von I und K so geändert werden, dass zugelassen wird, dass die oben beschriebene Beschleunigung -2π² × I² × K × F × cos(2π × I × t) innerhalb eines Zeitbereichs minimal ist, in dem das Werkzeug T in das Werkstück W einschneidet, um eine Beschleunigung des Werkzeugs T während der Bearbeitung zu verhindern.
• Durch Festlegen der Werte von I und K so, dass zugelassen wird, dass der Ruck 4π³ × I³ × K × F × sin(2π × I × t) während der gesamten Oszillation minimal ist, können Erschütterungen, die die gesamte Maschine aufgrund einer Oszillation eines Antriebsteils für die Vorschubachse empfängt, die das Werkzeug T beinhaltet, vermindert werden.
• Als Nächstes wird im Folgenden hierin eine Synchronisierung einer Oszillationsphase und einer Drehphase der Hauptachse unter Bezugnahme auf 11 und 12 beschrieben. Hierbei ist zu beachten, dass 11 eine Ansicht ist, die Bewegungsbahnen von Klingen veranschaulicht, wenn die Anzahl von Klingen des Werkzeugs T zwei beträgt. Des Weiteren ist 12 eine Ansicht, die Bewegungsbahnen von Klingen veranschaulicht, wenn die Anzahl von Klingen des Werkzeugs T drei beträgt.
• Um zuzulassen, dass eine Oszillationsphase mit einer Drehung der Hauptachse synchronisiert wird, wird zunächst ein Oszillationsbefehl durch die im Folgenden beschriebene mathematische Gleichung (8) dargestellt.
  [Mathematische Gleichung 4] $$\text{Oszillationsbefehl}=\left(\text{K}\times \text{F}/2\right)\times \text{cos}\left(2\mathrm{\pi }\times \text{S}\times \text{I'}\times \text{t}/60\right)-\left(\text{K}\times \text{F}/2\right)$$

  
• In der oben beschriebenen mathematischen Gleichung (8) stellt S eine Drehzahl der Hauptachse [Minute^-1] oder [rpm] dar, und I' stellt eine Geschwindigkeit einer Änderung der Oszillationsphase pro einer Umdrehung der Hauptachse dar. F, K und t stimmen mit denjenigen überein, die in der oben beschriebenen mathematischen Gleichung (1) verwendet worden sind. Selbst wenn zugelassen wird, dass die Oszillationsphase mit der Drehphase der Hauptachse synchronisiert wird, ist es möglich, einen überlagerten Befehl zu berechnen, ähnlich wie wenn zugelassen wird, dass eine Oszillationsphase nicht mit einer Drehphase der Hauptachse synchronisiert wird, wie oben beschrieben.
• Wie aus 11 und 12 zu ersehen ist, ist die Anzahl von Stellen, an denen Bewegungsbahnen der Klingen des Werkzeugs T einander überlappen, umso größer, je größer die Anzahl von Klingen des Werkzeugs T ist. Auf diese Weise kann es leicht zu einem nichttatsächlichen Schneiden (Luftschneiden) kommen, wobei Späne leicht zerkleinert werden. Wenn die Anzahl von Klingen beispielsweise eins beträgt, wird eine Oszillation mit einer Frequenz bevorzugt, die ein nichtganzzahliges Vielfaches pro Umdrehung der Hauptachse ist. Mit zunehmender Anzahl von Klingen ist es demgegenüber allein durch eine Synchronisierung mit einer Umdrehung der Hauptachse möglich, Späne effizient in gleichbleibende Größen zu zerkleinern. So ist es zum Beispiel möglich, ähnliche Wirkungen auch mit einer Oszillation pro einer Mehrzahl von Umdrehungen zu erzielen.
• Wie durch Vergleichen von 11 und 12 miteinander ersichtlich wird, ist des Weiteren, je größer die Anzahl von Klingen des Werkzeugs T ist, die Oszillationsamplitude, bei der es möglich ist, Späne zu zerkleinern, umso kleiner. Je kleiner die Oszillationsamplitude ist, umso größer sind die Vorteile im Hinblick auf den Stromverbrauch. Darüber hinaus bietet das Werkzeug T mit vielen Klingen zwar eine höhere Schneidleistung, ein engerer Spalt zwischen den Klingen kann jedoch zu Lasten der Leichtigkeit des Austragens von Spänen gehen. Eine mit einer Phase der Hauptachse synchronisierte Oszillationsphase ermöglicht jedoch ein zuverlässiges Zerkleinern von Spänen, wodurch dieses Problem gelöst wird. In diesem Fall lässt sich sagen, dass dies in Bezug auf die Bearbeitungseffizienz von Vorteil ist.
• Als Nächstes werden im Folgenden hierin Schritte des Bohrprozesses, der durch die Steuervorrichtung 100 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. Hierbei ist zu beachten, dass 13 ein Ablaufplan ist, der die Schritte des Bohrprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht, wenn ein Verfahren zum Vorrücken einer Oszillationsphase auf Grundlage einer Bezugsphase geändert wird.
• Zunächst werden in Schritt S1 ein Positionsbefehl, Oszillationsphaseninformationen, die Frequenzinformationen und die Geschwindigkeit der Änderungen I₁, I₂ beinhalten, und Oszillationsamplitudeninformationen aus einem Bearbeitungsprogramm bezogen. Als Nächstes wird in Schritt S2 eine Bezugsphase θ aus den bezogenen Frequenzinformationen berechnet und aktualisiert. Es ist zu beachten, dass anstelle der Frequenzinformationen die Bezugsphase θ berechnet werden kann, um eine Synchronisierung mit einer Phase der Hauptachse zu erzielen.
• Als Nächstes wird in Schritt S3 ermittelt, ob die berechnete Bezugsphase θ gleich wie oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Wenn diese Ermittlung JA entspricht, wird eine Oszillationsphase θ' aus der Bezugsphase θ berechnet (aktualisiert), mit der die Geschwindigkeit der Änderung I₁ in Schritt S4 multipliziert wird. Wenn darüber hinaus diese Ermittlung NEIN entspricht, wird die Oszillationsphase θ' aus der Bezugsphase θ berechnet (aktualisiert), mit der die Geschwindigkeit der Änderung I₂ in Schritt S5 multipliziert wird.
• In Schritt S6 wird ein Oszillationsbefehl auf Grundlage der Oszillationsphase θ' und der Oszillationsamplitude erzeugt. In Schritt S7 wird der Oszillationsbefehl zu dem Positionsbefehl addiert (überlagert), um einen überlagerten Befehl zu erzeugen. Die Verfahren zum Erzeugen des Oszillationsbefehls und des überlagerten Befehls sind wie oben beschrieben.
• In Schritt S8 wird der Motor 30 betrieben, der die Vorschubachse entsprechend dem in Schritt S7 erzeugten überlagerten Befehl antreibt. In Schritt S9 wird ermittelt, ob die Position des Motors 30 die Befehlsposition erreicht hat. Wenn diese Ermittlung NEIN entspricht, kehrt der Prozess zur erneuten Ausführung zu Schritt S2 zurück. Wenn diese Ermittlung JA entspricht, endet der Prozess.
• Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, im Folgenden beschriebene Wirkungen zu erzielen.
• (1) Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 16 bereitgestellt, die dazu konfiguriert ist, auf Grundlage einer vorgegebenen Oszillationsbedingung einen Oszillationsbefehl zu erzeugen, der bewirkt, dass das Werkzeug T in Bezug auf die Vorschubrichtung relativ zu dem Werkstück W oszilliert. Sie ist außerdem dazu konfiguriert, zumindest eines, das aus einem Verfahren zum Vorrücken einer Phase eines Oszillationsbefehls und einer Amplitude des Oszillationsbefehls ausgewählt wird, auf Grundlage einer Oszillationsphase, die auf Grundlage einer vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnet wird, oder der Zeit zu ändern. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, ein Verfahren zum Vorrücken einer Phase zwischen einem Vorwärtsvorgang und einem Rückwärtsvorgang innerhalb eines Zyklus eines Oszillationsvorgangs zu ändern, d. h., eine Frequenz und eine Amplitude zu ändern. Dadurch ist es möglich, Späne zuverlässig zu zerkleinern und auszutragen, und es ist möglich, eine Beschädigung des Werkzeugs durch Vermindern von Erschütterungen, wenn das Werkzeug T in das Werkstück W einschneidet, zu verhindern. Im Besonderen ist es zum Beispiel möglich, einen Befehl zu einer sinusförmigen Oszillation auf einen Befehl für einen Schneidvorschub mit konstanter Drehzahl zu überlagern, und innerhalb eines Intervalls von der Rückwärtsbewegung des Werkzeugs T entsprechend dem überlagerten Befehl bis zum erneuten Kontakt des Werkzeugs T mit dem Werkstück W ist es möglich, das Ausmaß des Vorrückens der Phase zu verringern, indem eine Geschwindigkeit der Änderung der Oszillationsphase pro Zeit mit einer vorgegebenen Vergrößerung multipliziert wird. Ansonsten ist es möglich, erste Frequenzinformationen und zweite Frequenzinformationen durch ein Bearbeitungsprogramm zu bestimmen und die Informationen innerhalb des oben beschriebenen Intervalls umzuschalten, um das Ausmaß des Vorrückens der Phase zu verringern. Dadurch ist es möglich, Erschütterungen während des Einschneidens zuverlässig zu vermindern. Des Weiteren ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, nur eine Frequenz der Oszillation (ein Verfahren zum Vorrücken einer Phase) zu ändern und eine Vorschubgeschwindigkeit eines Positionsbefehls unverändert beizubehalten, wodurch ermöglicht wird, einen Betrieb für eine Zykluszeit zu erzielen, die mit der Zykluszeit übereinstimmt, wenn keine Oszillation vorhanden ist. Darüber hinaus ermöglicht ein Rückwärtsvorgang durch einen Oszillationsvorgang, das Werkzeug T von der unteren Fläche des Werkstücks wegzubewegen, wodurch ermöglicht wird, einen Verschleiß der Werkzeugspitze und einen Temperaturanstieg an einer Bearbeitungsstelle zu verhindern.
• (2) Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Speichereinheit 22 bereitgestellt, die dazu konfiguriert ist, Werkzeuginformationen zu speichern, die sich auf das Werkzeug T beziehen, und dazu konfiguriert ist, auf Grundlage der Werkzeuginformationen zumindest eines zu ändern, das aus einem Verfahren zum Vorrücken einer Phase eines Oszillationsbefehls und einer Amplitude des Oszillationsbefehls ausgewählt wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es zum Beispiel möglich, zu einem Zeitpunkt, zu dem das Werkzeug T gewechselt wird, entsprechend Werkzeuginformationen, die sich auf die Werkzeugkonstante einschließlich der Anzahl von Klingen des Werkzeugs T und eines Werkzeugdurchmessers beziehen, ein Verfahren zum Vorrücken einer Phase eines Oszillationsbefehls und einer Amplitude des Oszillationsbefehls für eine ganze Phase anstelle eines Zyklus zu ändern. Daher ist es möglich, einen optimaleren Oszillationsbefehl zu erzeugen, der es ermöglicht, den Verschleiß des Werkzeugs aufgrund von übermäßiger Oszillation zu verhindern. Wenn zum Beispiel ein Verhältnis einer Bearbeitungstiefe in Bezug auf einen Werkzeugdurchmesser gleich wie oder größer als ein vorgegebener Wert ist, wird durch Erhöhen einer Oszillationsphase (Frequenz) ermöglicht, eine Leichtigkeit eines Austragens von Spänen zu verbessern. Je größer des Weiteren die Anzahl von Klingen des Werkzeugs T ist, umso einfacher ist es, dass die Bewegungsbahnen von Klingen einander überlappen, wodurch ermöglicht wird, leicht ein nichttatsächliches Schneiden (Luftschneiden) zu erzielen. Sogar durch Erhöhen einer Oszillationsphase (Frequenz) und Verringern einer Oszillationsamplitude ist es daher möglich, Späne zu zerkleinern.
• (3) Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Lasterfassungseinheit bereitgestellt, die dazu konfiguriert ist, eine Last zu erfassen, die während eines Schneidprozesses auf das Werkzeug T ausgeübt wird. Sie ist daher dazu konfiguriert, der Oszillationsphasen-Berechnungseinheit 163 zu ermöglichen, ein Verfahren zum Vorrücken der auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechneten Oszillationsphase zu ändern, um die Last zu verringern, oder der Oszillationsamplituden-Berechnungseinheit 161 zu ermöglichen, die auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnete Oszillationsamplitude zu ändern, um die Last zu verringern. Da es möglich ist, ein Verfahren zum Vorrücken einer Oszillationsphase zu ändern und eine Oszillationsamplitude zu ändern, bei der stärkere Erschütterungen während des Einschneidens auftreten, ist es möglich, eine Beschädigung des Werkzeugs selbst dann zuverlässig zu verhindern, wenn eine übermäßige Schneidlast ausgeübt wird. Indem zum Beispiel ermittelt wird, dass es zu Spanbeißen durch das Werkzeug T gekommen ist, wenn eine Last einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und indem eine Oszillationsphase und eine Oszillationsamplitude geändert werden, um die Zeit für nichttatsächliches Schneiden (Luftschneiden) zu verlängern, ist es möglich, Erschütterungen weiter zuverlässig zu vermindern, was ermöglicht, eine Beschädigung des Werkzeugs T weiter zu verhindern.
• (4) Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Lernsteuereinheit 14 bereitgestellt, die dazu konfiguriert ist, den überlagerten Befehl durch Berechnen eines Kompensationsbetrags für den überlagerten Befehl auf Grundlage eines Positionsfehlers und Addieren des berechneten Kompensationsbetrags zu dem überlagerten Befehl zu kompensieren. Dadurch ist der Motor 30 in der Lage, auch bei einer Oszillation mit höherer Frequenz einen überlagerten Befehl genau zu befolgen, was ein effizientes Zerkleinern von Spänen ermöglicht. Darüber hinaus ist es selbst dann, wenn eine größere Schneidlast besteht oder wenn es aufgrund eines größeren Rückwärtsvorgangs der in Oszillation versetzten Vorschubachse unmöglich ist, einen überlagerten Befehl zu befolgen, möglich, den überlagerten Befehl genau zu befolgen, wodurch ermöglicht wird, Späne effizient zu zerkleinern.
• (5) Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Konfiguration dergestalt, dass bewirkt wird, dass eine Phase eines Oszillationsbefehls mit einer Phase der Hauptachse synchronisiert wird, wodurch bewirkt wird, dass sich das Werkzeug T relativ zu dem Werkstück W dreht. Dadurch ist es möglich, Späne effizienter zu zerkleinern, wodurch ermöglicht wird, eine Hochgeschwindigkeitsoszillation zu befolgen.
• Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung beinhaltet zum Beispiel noch Änderungen und Modifizierungen, die in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, sofern es möglich ist, das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Wenngleich zum Beispiel bei der oben beschriebenen Ausführungsform die vorliegende Erfindung auf einen Lochschneidprozess mithilfe eines Bohrers als Schneidwerkzeug angewendet worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist zum Beispiel auch auf sonstige Schneidprozesse wie zum Beispiel Drehprozesse und Gewindeschneidprozesse anwendbar.
• Bezugszeichenliste

10

Servosteuereinrichtung

11, 13

Addiereinrichtung

12

Integrator

14

Lernsteuereinheit

15

Positions- und Drehzahl-Steuereinheit (Steuereinheit)

16

Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit

17

Lasterfassungseinheit

21

Positionsbefehls-Berechnungseinheit

22

Speichereinheit

30

Motor (Elektromotor)

100

Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine

161

Oszillationsamplituden-Berechnungseinheit

162

Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit

163

Oszillationsphasen-Berechnungseinheit

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2015162739 [0005]
• JP 5631467 [0005]

Claims (5)

1. Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die dazu konfiguriert ist, einen Schneidprozess auszuführen, indem sie eine Hauptachse steuert, die dazu konfiguriert ist zu bewirken, dass ein Schneidwerkzeug sich relativ zu einem Werkstück dreht, und eine Vorschubachse steuert, die dazu konfiguriert ist zu bewirken, dass das Schneidwerkzeug sich bewegt und in Bezug auf eine Vorschubrichtung relativ zu dem Werkstück oszilliert, wobei die Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine aufweist: eine Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit, die dazu konfiguriert ist, auf Grundlage einer vorgegebenen Oszillationsbedingung einen Oszillationsbefehl zu erzeugen, der bewirkt, dass das Schneidwerkzeug in Bezug auf die Vorschubrichtung relativ zu dem Werkstück oszilliert; und eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, einen Elektromotor, der dazu konfiguriert ist, die Vorschubachse anzutreiben, auf Grundlage eines überlagerten Befehls zu steuern, der erzeugt wird, indem der durch die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit erzeugte Oszillationsbefehl auf einen Positionsbefehl oder einen Positionsfehler, der eine Differenz zwischen dem Positionsbefehl und der Positionsrückkopplung darstellt, überlagert wird, wobei die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit zumindest eines, das aus einem Verfahren zum Vorrücken einer Phase des Oszillationsbefehls und einer Amplitude des Oszillationsbefehls ausgewählt wird, auf Grundlage entweder einer Oszillationsphase, die auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnet wird, oder der Zeit ändert.
2. Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, die des Weiteren eine Speichereinheit aufweist, die dazu konfiguriert ist, Werkzeuginformationen zu speichern, die sich auf das Schneidwerkzeug beziehen, wobei die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit zumindest eines, das aus einem Verfahren zum Vorrücken der Phase des Oszillationsbefehls und der Amplitude des Oszillationsbefehls ausgewählt wird, auf Grundlage der Werkzeuginformationen ändert.
3. Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren eine Lasterfassungseinheit aufweist, die dazu konfiguriert ist, eine Last zu erfassen, die während des Schneidprozesses auf das Schneidwerkzeug ausgeübt wird, wobei die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit beinhaltet: eine Oszillationsphasen-Berechnungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Oszillationsphase auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung zu berechnen; eine Oszillationsamplituden-Berechnungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Oszillationsamplitude auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung zu berechnen; und eine Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit, die dazu konfiguriert ist, den Oszillationsbefehl auf Grundlage der Oszillationsphase, die durch die Oszillationsphasen-Berechnungseinheit berechnet wird, und der Oszillationsamplitude, die durch die Oszillationsamplituden-Berechnungseinheit berechnet wird, zu berechnen, und die Oszillationsphasen-Berechnungseinheit ein Verfahren zum Vorrücken der Oszillationsphase ändert, die auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnet wird, um die Last zu verringern, die durch die Lasterfassungseinheit erfasst wird, oder die Oszillationsamplituden-Berechnungseinheit die Oszillationsamplitude ändert, die auf Grundlage der vorgegebenen Oszillationsbedingung berechnet wird, um die Last zu verringern, die durch die Lasterfassungseinheit erfasst wird.
4. Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren eine Lernsteuereinheit aufweist, die dazu konfiguriert ist, den überlagerten Befehl durch Berechnen eines Kompensationsbetrags für den überlagerten Befehl auf Grundlage des Positionsfehlers und Addieren des berechneten Kompensationsbetrags zu dem überlagerten Befehl zu kompensieren.
5. Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit bewirkt, dass die Phase des Oszillationsbefehls mit einer Phase der Hauptachse synchronisiert wird, wodurch bewirkt wird, dass sich das Schneidwerkzeug relativ zu dem Werkstück dreht.

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