DE112021001073T5 - Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine - Google Patents

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DE112021001073T5
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oscillation
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machining
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Kenta Yamamoto
Yuuki Morita
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Fanuc Corp
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Abstract

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine anzugeben, die zuverlässig Späne zerkleinern kann, während eine Vibration der Werkzeugmaschine unterdrückt wird. Eine Steuervorrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine, die durch relatives Oszillieren eines Werkzeugs und eines Werkstücks arbeitet, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit (13), die eine Oszillationsamplitude und eine Oszillationsfrequenz aus einem Zerspanungsbearbeitungszustand berechnet und einen Oszillationsbefehl erzeugt; und eine Positions-/Geschwindigkeitssteuereinheit (17), die das Werkzeug und das Werkstück auf der Grundlage eines überlagerten Befehls, der durch Überlagern des von der Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit (13) erzeugten Oszillationsbefehls mit einem Positionsbefehl oder einer Positionsabweichung erzeugt wird, relativ oszilliert. Die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit (13) ändert die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz während der Zerspanungsbearbeitung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Normalerweise wird in einigen Fällen das Oszillationsschneiden eingesetzt, weil eine Belastung zu Schwankungen neigt und es schwierig ist, Späne mit einem Brecher zu Beginn des Schneidens bei einem Bohr- oder Drehvorgang zu zerkleinern. Das Patentdokument 1 offenbart beispielsweise eine Technik, bei dem ein Schneidvorgang ausgeführt wird, während ein Schneidwerkzeug und ein Werkstück relativ zueinander oszillieren, wodurch es möglich wird, Späne zu zerkleinern.
  • Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2017-56515
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Wenngleich es jedoch notwendig ist, eine Oszillationsamplitude zu erhöhen, um die Späne zu Beginn der Zerspanung zuverlässig zu zerkleinern, wird eine starke Vibration in der Werkzeugmaschine verursacht, wenn die Zerspanungsbearbeitung mit derselben Oszillationsamplitude fortgesetzt wird, auch nachdem die Zerspanungsbearbeitung stabilisiert ist. Die Vibration der Werkzeugmaschine beeinträchtigt die Genauigkeit der Zerspanungsbearbeitung und stellt somit ein wichtiges technisches Problem dar, das es zu lösen gilt.
  • Daher ist es wünschenswert, dass eine Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine, die eine Zerspanungsbearbeitung durchführt, während ein Werkzeug und ein Werkstück relativ zueinander oszillieren, in der Lage ist, Späne zuverlässig zu zerkleinern und gleichzeitig eine Vibration der Werkzeugmaschine zu verhindern oder zu reduzieren.
  • Mittel zur Lösung der Probleme
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine, die eine Zerspanungsbearbeitung durchführt, während bewirkt wird, dass ein Werkzeug und ein Werkstück relativ zueinander oszillieren. Die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung umfasst: eine Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit, die eine Oszillationsamplitude und eine Oszillationsfrequenz aus einem Zerspanungsbearbeitungszustand berechnet und einen Oszillationsbefehl erzeugt; und eine Steuereinheit, die das Werkzeug und das Werkstück veranlasst, relativ zueinander zu oszillieren, basierend auf einem Überlagerungsbefehl, der durch Überlagerung des von der Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit erzeugten Oszillationsbefehls mit einem Positionsbefehl oder einer Positionsabweichung erzeugt wird. Die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit ändert während der Zerspanungsbearbeitung wenigstens eine der beiden Größen, nämlich die Oszillationsamplitude oder die Oszillationsfrequenz.
  • Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung anzugeben, die in der Lage ist, Späne zuverlässig zu zerkleinern und gleichzeitig eine Vibration der Werkzeugmaschine während der Zerspanungsbearbeitung zu verhindern oder zu reduzieren, indem ein Oszillationszustand (Oszillationsamplitude, Oszillationsfrequenz) entsprechend der Zerspanungsbearbeitung geändert wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Funktionsblockschaltbild einer Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 ist ein Diagramm, das eine Änderung eines Oszillationszustandes bei einem Bohrvorgang von Beispiel 1 zeigt;
    • 3 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Bohrvorgang aus Beispiel 2 zeigt;
    • 4 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Bohrvorgang aus Beispiel 3 zeigt;
    • 5 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Bohrvorgang aus Beispiel 4 zeigt;
    • 6 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Drehvorgang von Beispiel 5 zeigt; und
    • 7 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Drehvorgang von Beispiel 6 zeigt.
  • Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • 1 ist ein Funktionsblockschaltbild einer Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 dargestellt, umfasst die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Servo-Steuereinrichtung 10 und steuert den Antrieb eines Motors 30, der eine Vorschubwelle antreibt.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Addierer 11, einen Integrator 12, eine Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13, einen Addierer 14, eine lernende Steuereinrichtung 15, einen Addierer 16 und eine Positions-/Geschwindigkeitssteuereinheit 17.
  • Die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugt aus einem Zerspanungsbearbeitungsprogramm einen Antriebsbefehl für den Motor 30. Der erzeugte Antriebsbefehl (Positionsbefehl) wird in den Addierer 11 der später zu beschreibenden Servo-Steuereinrichtung 10 eingegeben, wie in 1 dargestellt.
  • Zudem ist das Zerspanungsbearbeitungsprogramm der Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so erstellt, dass die Werkzeuginformationen und die Werkzeugbetriebsinformationen von einem CAM-System (nicht gezeigt) für eine Zerspanungsbearbeitungsform festgelegt werden, die beispielsweise von einem CAD-System (nicht gezeigt) erstellt wurde.
  • Der Addierer 11 errechnet eine Positionsabweichung. Insbesondere berechnet der Addierer 11 eine Positionsabweichung, die eine Differenz zwischen einer Positionsrückmeldung, die auf der Positionserfassung durch einen im Motor 30 der Vorschubwelle vorgesehenen Encoder basiert, und einem Positionsbefehl ist.
  • Der Integrator 12 errechnet einen integrierten Wert der Positionsabweichung. Insbesondere berechnet der Integrator 12 den integrierten Wert der Positionsabweichung, indem er die von dem Addierer 11 berechnete Positionsabweichung integriert.
  • Die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 berechnet eine Oszillationsamplitude und eine Oszillationsfrequenz aus den Zerspanungsbearbeitungszuständen und erzeugt einen Oszillationsbefehl. Mit anderen Worten berechnet die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 einen Oszillationszustand einschließlich der Oszillationsamplitude und der Oszillationsfrequenz aus den Zerspanungsbearbeitungszuständen und erzeugt einen Oszillationsbefehl basierend auf dem berechneten Oszillationszustand.
  • Zudem ist die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass sie die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz ändert, die den Oszillationszustand während der Zerspanungsbearbeitung bilden. Wenn ein Oszillationsamplituden-Multiplikationsfaktor mit K und eine Vorschubgeschwindigkeit mit F (mm/Umdrehung) bezeichnet wird, wird eine Oszillationsamplitude K' (mm) durch K' = F × K dargestellt, und wenn ein Oszillationsfrequenz-Multiplikationsfaktor mit I und die Spindeldrehzahl pro Minute mit S (Minute-1) bezeichnet wird, wird eine Oszillationsfrequenz I' (Hz) durch I' = S/60 × I dargestellt. Aus diesem Grund umfasst die Änderung der Oszillationsamplitude und der Oszillationsfrequenz in der vorliegenden Ausführungsform zudem eine Änderung des Multiplikationsfaktors der Oszillationsamplitude und des Multiplikationsfaktors der Oszillationsfrequenz.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist es, wie oben beschrieben, durch die Änderung des Oszillationszustandes entsprechend der Zerspanungsbearbeitung während der Zerspanungsbearbeitung möglich, zuverlässig Späne zu zerkleinern und gleichzeitig eine Vibration der Werkzeugmaschine zu verhindern oder zu reduzieren. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zerspanungsbearbeitung in der vorliegenden Ausführungsform nicht nur das Schneiden nach dem Beginn des Schneidens, sondern auch den Schneidvorschub vor dem Schneiden umfasst. Zudem umfasst die Änderung des Oszillationszustandes beispielsweise die kontinuierliche Änderung des Oszillationszustandes und das Stoppen des Oszillationsbetriebs in der Mitte, d.h. das Setzen der Oszillationsamplitude auf Null.
  • Genauer gesagt, ändert die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 der vorliegenden Ausführungsform die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz auf der Grundlage einer Zerspanungsbearbeitungsposition, einer seit dem Beginn des Schneidvorschubs verstrichenen Zeit oder eines Bewegungsumfangs in einer Zerspanungsbearbeitungsrichtung. Beispielsweise kann die Änderung des Oszillationszustandes unmittelbar nach Erreichen einer vorbestimmten Zerspanungsbearbeitungsposition, einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit Beginn des Schneidvorschubs oder eines vorbestimmten Bewegungsumfangs in der Zerspanungsbearbeitungsrichtung gestartet werden, oder die Änderung des Oszillationszustandes kann nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit gestartet werden. Darüber hinaus kann der Oszillationszustand beispielsweise entsprechend einer Änderung der Zerspanungsbearbeitungsposition, der verstrichenen Zeit seit Beginn des Schneidvorschubs oder des Bewegungsumfangs in der Zerspanungsbearbeitungsrichtung geändert werden.
  • Alternativ dazu ändert die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 der vorliegenden Ausführungsform die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz auf der Grundlage einer Spindellast und/oder einer Spindeldrehzahl und/oder einer Spindeldrehzahlabweichung und/oder einer Spindeldrehzahlschwankung und/oder einer Vorschubwellenlast und/oder einer Vorschubwellendrehzahl und/oder einer Vorschubwellen-Drehzahlabweichung und/oder einer Vorschubwellen-Drehzahlschwankung. Beispielsweise kann die Änderung des Oszillationszustandes unmittelbar nach Erreichen einer vorbestimmten Spindellast, einer vorbestimmten Spindeldrehzahl, einer vorbestimmten Spindeldrehzahlabweichung, einer vorbestimmten Spindeldrehzahlschwankung, einer vorbestimmten Vorschubwellenlast, einer vorbestimmten Vorschubwellendrehzahl, einer vorbestimmten Vorschubwellen-Drehzahlabweichung und einer vorbestimmten Vorschubwellen-Drehzahlschwankung eingeleitet werden, oder die Änderung des Oszillationszustandes kann nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit eingeleitet werden. Weiterhin kann der Oszillationszustand zum Beispiel entsprechend einer Änderung der Spindellast, der Spindeldrehzahl, der Spindeldrehzahlabweichung, der Spindeldrehzahlschwankung, der Vorschubwellenlast, der Vorschubwellendrehzahl, der Vorschubwellen-Drehzahlabweichung und der Vorschubwellen-Drehzahlschwankung geändert werden.
  • Als spezifisches Verfahren zum Ändern des Oszillationszustandes kann der Oszillationszustand mit einer Zeitkonstante geändert werden, oder der Oszillationszustand kann geändert werden, indem er beispielsweise schrittweise in einer bestimmten Oszillationsphase umgeschaltet wird. Beispiele für die spezifische Oszillationsphase können 0° und 90° sein. Zudem kann die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 die Oszillationsamplitude oder die Oszillationsfrequenz auf einen kleineren Wert oder umgekehrt auf einen größeren Wert ändern. Da es verschiedene Arten der Änderung des Oszillationszustandes während der Zerspanungsbearbeitung durch die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 gibt, wird im Folgenden ein spezifisches Beispiel ausführlich beschrieben.
  • Der Addierer 14 erzeugt einen Überlagerungsbefehl. Insbesondere erzeugt der Addierer 14 einen Überlagerungsbefehl, indem er den von der Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 erzeugten Oszillationsbefehl mit einem integrierten Wert der von dem Integrator 12 berechneten Positionsabweichung überlagert. Der Addierer 14 kann derart eingerichtet sein, dass er den von der Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 erzeugten Oszillationsbefehl zu dem Positionsbefehl addiert.
  • Die lernende Steuereinrichtung 15 berechnet einen Kompensationsumfang des Überlagerungsbefehls auf der Grundlage der Positionsabweichung und kompensiert den Überlagerungsbefehl, indem sie dem Addierer 16 ermöglicht, den berechneten Kompensationsumfang zu dem Überlagerungsbefehl zu addieren. Die lernende Steuereinrichtung 15 enthält einen Speicher, speichert eine Abweichung zwischen einer idealen Position und einer tatsächlichen Position des Motors 30, die einen bestimmten Zyklus im Speicher definieren kann, und liest die im Speicher gespeicherte Abweichung für jeden Zyklus, wodurch der Kompensationsumfang berechnet wird, um die Abweichung nahe 0 zu bringen. Der Überlagerungsbefehl der vorliegenden Ausführungsform neigt dazu, eine Positionsabweichung aufgrund der Einbeziehung des Oszillationsbefehls zu verursachen, wobei jedoch die Befolgbarkeit des zyklischen Oszillationsbefehls aufgrund der Kompensation durch die lernende Steuereinrichtung 15 verbessert wird.
  • Die Positions-/Drehzahlsteuereinheit 17 erzeugt auf der Grundlage des Überlagerungsbefehls einen Drehmomentbefehl für den Motor 30, der die Vorschubwelle antreibt, und steuert den Motor 30 mit dem erzeugten Drehmomentbefehl. So wird die Zerspanungsbearbeitung ausgeführt, während das Werkzeug und das Werkstück relativ zueinander oszillieren.
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 spezifische Beispiele für die Änderung des Oszillationszustandes während der Zerspanungsbearbeitung durch die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 detailliert beschrieben. In jedem in 2 bis 7 gezeigten Beispiel wird ein Beispiel für die Änderung der Oszillationsamplitude (einschließlich des Oszillationsamplituden-Multiplikationsfaktors) oder der Oszillationsfrequenz (einschließlich des Oszillationsfrequenz-Multiplikationsfaktors) gezeigt, wobei jedoch die Oszillationsfrequenz anstelle der Oszillationsamplitude geändert werden kann, oder die Oszillationsamplitude anstelle der Oszillationsfrequenz geändert werden kann. Alternativ dazu können sowohl die Oszillationsamplitude als auch die Oszillationsfrequenz geändert werden. In jedem Beispiel kann der Oszillationszustand mit einer Zeitkonstante geändert oder schrittweise umgeschaltet werden.
  • Wenn bei jedem später zu beschreibenden Beispiel die Späne zerkleinert werden können, können die Späne bis zu einer Oszillationsamplitude, die keinen Luftschnitt (Leerlaufschwingung) verursacht und nicht zurückgeht, klein gemacht werden. Zudem kann der Oszillationsbetrieb in der Mitte gestoppt werden (d.h. die Oszillationsamplitude wird auf Null gesetzt), und der Spanbrecher kann zum Zerkleinern der Späne verwendet werden. In der Praxis werden die Oszillationsamplitude und die Oszillationsfrequenz mit fortschreitender Zerspanungsbearbeitung verringert, wobei jedoch die Oszillationsamplitude und die Oszillationsfrequenz erhöht werden können, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • 2 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Bohrvorgang von Beispiel 1 zeigt. Beispiel 1 ist ein Beispiel, bei dem die vorliegende Ausführungsform auf einen Bohrvorgang angewendet wird und bei dem die Oszillationsamplitude in Abhängigkeit von einer Zerspanungsbearbeitungsposition geändert wird. Als Zerspanungsbearbeitungsposition wird eine Z-Achsen-Position verwendet, d.h. ein Bewegungsumfang von einem R-Punkt, der eine Referenzposition der Z-Achse ist. Die Oszillationsamplitude kann jedoch anstelle der Zerspanungsbearbeitungsposition auch auf der Grundlage der seit dem Beginn des Schnittvorschubs verstrichenen Zeit und des Bewegungsumfangs in der Zerspanungsbearbeitungsrichtung geändert werden.
  • In Beispiel 1 wird, wie in 2 gezeigt, die Oszillationsamplitude bis zu einem vorbestimmten Abstand in einer Richtung von dem R-Punkt weg auf einen kleineren Wert geändert, wenn sich die Position der Z-Achse von dem R-Punkt in Richtung eines Lochbodens bewegt. Dies ermöglicht es, Späne zu zerkleinern und gleichzeitig eine Vibration der Werkzeugmaschine zu vermeiden oder zu reduzieren. Zu diesem Zeitpunkt wird die Oszillationsamplitude mit einer derartigen Zeitkonstante geändert, dass durch die Änderung der Oszillationsamplitude während der Zerspanungsbearbeitung kein Stoß entsteht. Da sich die Oszillationsamplitude sanft und allmählich ändert, kann die Erschütterung aufgrund einer plötzlichen Änderung der Oszillationsamplitude verringert und die Zerspanungsbearbeitungsgenauigkeit verbessert werden.
  • Als Modifikationsbeispiel dieses Beispiels kann der Oszillationszustand bei einer bestimmten Oszillationsphase geändert werden. So kann beispielsweise die Oszillationsamplitude umgeschaltet und geändert werden, wenn die Oszillationsphase 0° oder 90° beträgt. Auf diese Weise kann auch die Erschütterung durch eine plötzliche Änderung der Oszillationsamplitude verringert und die Zerspanungsbearbeitungsgenauigkeit verbessert werden.
  • 3 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Bohrvorgang von Beispiel 2 zeigt. Beispiel 2 ist ein Beispiel, bei dem die vorliegende Ausführungsform auf einen Bohrvorgang angewendet wird, und ist ein Beispiel, bei dem die Oszillationsamplitude basierend auf einer Spindellast geändert wird. Wie in 3 gezeigt, steigt die Spindellast zu Beginn der Zerspanungsbearbeitung schnell an, um einen Spitzenwert zu erreichen, und nimmt dann allmählich ab und nähert sich einem vorgegebenen Wert an. Da bestimmt wird, dass die Zerspanungsbearbeitung in einen stabilen Zustand eingetreten ist, wenn sich die Spindellast dem vorgegebenen Wert angenähert hat, wird die Oszillationsamplitude zu diesem Zeitpunkt mit einer Zeitkonstante geändert. Dadurch kann derselbe Effekt wie in Beispiel 1 erzielt werden. Wie in Beispiel 2 wird die Oszillationsamplitude einmal auf einen kleineren Wert geändert und dann nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit auf einen größeren Wert geändert.
  • Als Modifikationsbeispiel dieses Beispiels kann der Oszillationszustand basierend auf einer Spindeldrehzahl oder einer Spindeldrehzahlabweichung anstelle der Spindellast geändert werden, oder der Oszillationszustand kann basierend auf einer Spindeldrehzahlschwankung geändert werden. Alternativ kann der Oszillationszustand auf der Grundlage einer Vorschubwellenlast, einer Vorschubwellendrehzahl, einer Vorschubwellen-Drehzahlabweichung oder einer Vorschubwellen-Drehzahlschwankung geändert werden.
  • 4 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Bohrvorgang von Beispiel 3 zeigt. Beispiel 3 ist ein Beispiel, bei dem die vorliegende Ausführungsform auf einen Bohrvorgang angewendet wird, und ist ein Beispiel, bei dem die Oszillationsamplitude auf der Grundlage einer Spindeldrehzahl geändert wird. Wie in 4 gezeigt, nimmt die Spindeldrehzahl zu Beginn der Zerspanungsbearbeitung einmal ab, steigt dann allmählich an und nähert sich einem vorgegebenen Wert. Da bestimmt wird, dass die Zerspanungsbearbeitung in einen stabilen Zustand eingetreten ist, wenn die Spindeldrehzahl sich dem vorgegebenen Wert angenähert hat, wird die Oszillationsamplitude zu diesem Zeitpunkt mit einer Zeitkonstante geändert. Auf diese Weise wird derselbe Effekt wie in den Beispielen 1 und 2 erzielt.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Bohrvorgang von Beispiel 4 zeigt. Beispiel 4 ist ein Beispiel, bei dem die vorliegende Ausführungsform auf einen Bohrvorgang angewendet wird, und ist ein Beispiel, bei dem eine Oszillationsamplitude basierend auf einer Spindeldrehzahlabweichung geändert wird. Wie in 5 gezeigt, steigt und fällt die Spindeldrehzahlabweichung bei Beginn der Zerspanungsbearbeitung wiederholt, um instabil zu werden, und nähert sich dann einem ursprünglichen vorgegebenen Wert. Da bestimmt wird, dass die Zerspanungsbearbeitung in einen stabilen Zustand eingetreten ist, wenn sich die Spindeldrehzahlabweichung dem vorgegebenen Wert angenähert hat, wird die Oszillationsamplitude zu diesem Zeitpunkt mit einer Zeitkonstante geändert. Auf diese Weise wird derselbe Effekt wie in den Beispielen 1 und 3 erzielt.
  • 6 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Drehvorgang von Beispiel 5 zeigt. Beispiel 5 ist ein Beispiel, bei dem die vorliegende Ausführungsform auf einen Drehvorgang angewendet wird, und ist ein Beispiel, bei dem eine Oszillationsamplitude basierend auf einem Bewegungsumfang in der Zerspanungsbearbeitungsrichtung geändert wird. Wie in 6 gezeigt, nimmt der Bewegungsumfang in der Zerspanungsbearbeitungsrichtung mit dem Zeitablauf zu, wobei die Oszillationsamplitude auf einen kleineren Wert umgeschaltet wird, wenn die Zerspanungsbearbeitung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit ab Beginn der Zerspanungsbearbeitung in einen stabilen Zustand eintritt. Dadurch ist es möglich, Späne zu zerkleinern und gleichzeitig die Vibration der Werkzeugmaschine zu vermeiden oder zu reduzieren.
  • 7 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Oszillationszustandes bei einem Drehvorgang von Beispiel 6 zeigt. Beispiel 6 ist ein Beispiel, bei dem die vorliegende Ausführungsform auf einen Drehvorgang angewendet wird, und ist ein Beispiel, bei dem eine Oszillationsfrequenz auf der Grundlage eines Bewegungsumfangs in der Zerspanungsbearbeitungsrichtung geändert wird. Wie in 7 gezeigt, nimmt bei Beginn der Zerspanungsbearbeitung der Bewegungsumfang in Zerspanungsbearbeitungsrichtung mit dem Zeitablauf zu, wobei die Oszillationsfrequenz mit einer Zeitkonstante geändert wird, wenn die Zerspanungsbearbeitung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit ab Beginn der Zerspanungsbearbeitung in einen stabilen Zustand übergeht. Dadurch ist es möglich, Späne zu zerkleinern und gleichzeitig die Vibration der Werkzeugmaschine zu vermeiden oder zu reduzieren. Darüber hinaus ist es möglich, die Erschütterung aufgrund einer plötzlichen Änderung der Oszillationsfrequenz zu reduzieren und die Zerspanungsbearbeitungsgenauigkeit zu verbessern.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die folgenden Effekte erreicht. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung: die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13, die die Oszillationsamplitude und die Oszillationsfrequenz aus dem Zerspanungsbearbeitungszustand berechnet und den Oszillationsbefehl erzeugt; und die Positions-/Geschwindigkeits-Steuereinheit 17, die das Werkzeug und das Werkstück veranlasst, relativ zueinander zu oszillieren, basierend auf dem Überlagerungsbefehl, der durch Überlagerung des von der Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 erzeugten Oszillationsbefehls mit dem Positionsbefehl oder der Positionsabweichung erzeugt wird, wobei die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 derart eingerichtet ist, dass sie die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz während der Zerspanungsbearbeitung ändert. Da normalerweise die Last zu Beginn des Schneidens groß ist, wird die Oszillationsamplitude so eingestellt, dass sie groß ist, um zuverlässig Späne zu zerkleinern, weshalb die Vibration in der Werkzeugmaschine auftritt, wobei jedoch gemäß der obigen Konfiguration die Vibration der Werkzeugmaschine durch Ändern der Oszillationsamplitude und dergleichen auf einen geeigneten Wert während der Zerspanungsbearbeitung reduziert oder verhindert werden kann. Daher ist es gemäß einer derartigen Konfiguration möglich, Späne zu zerkleinern und gleichzeitig die Vibration der Werkzeugmaschine zu verhindern oder zu reduzieren, wodurch die Zerspanungsbearbeitungsgenauigkeit verbessert werden kann.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 derart eingerichtet, dass sie die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz auf der Grundlage der Zerspanungsbearbeitungsposition, der seit dem Beginn des Schneidvorschubs verstrichenen Zeit und des Bewegungsumfangs in der Zerspanungsbearbeitungsrichtung ändert. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung wird der Oszillationszustand auf der Grundlage der Zerspanungsbearbeitungsposition, der verstrichenen Zeit ab dem Beginn des Schneidvorschubs oder der Größe der Bewegung in der Zerspanungsbearbeitungsrichtung geändert, wodurch der Oszillationszustand geändert werden kann, nachdem die Zerspanungsbearbeitung stabil geworden ist, wobei der Oszillationszustand zu einem weiteren geeigneten Zeitpunkt geändert werden kann.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 derart eingerichtet, dass sie die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz basierend auf der Spindellast und/oder der Spindeldrehzahl und/oder der Spindeldrehzahlabweichung und/oder der Spindeldrehzahlschwankung und/oder der Vorschubwellenlast und/oder der Vorschubwellendrehzahl und/oder der Vorschubwellen-Drehzahlabweichung und/oder der Vorschubwellen-Drehzahlschwankung ändert. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung wird der Oszillationszustand basierend auf der Spindellast und/oder der Spindeldrehzahl und/oder der Spindeldrehzahlabweichung und/oder der Spindeldrehzahlschwankung und/oder der Vorschubwellenlast und/oder der Vorschubwellendrehzahl und/oder der Vorschubwellen-Drehzahlabweichung und/oder der Vorschubwellen-Drehzahlschwankung geändert, wobei der Oszillationszustand geändert werden kann, nachdem die Zerspanungsbearbeitung stabil geworden ist, und der Oszillationszustand zu einem weiteren geeigneten Zeitpunkt geändert werden kann.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 derart eingerichtet, dass sie die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz mit einer Zeitkonstante ändert. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung wird der Oszillationszustand mit der Zeitkonstante geändert, wodurch es möglich ist, den Stoß infolge einer Änderung des Oszillationszustandes zu reduzieren und die Zerspanungsbearbeitungsgenauigkeit zu verbessern.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 derart eingerichtet, dass sie die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz in einer bestimmten Oszillationsphase ändert. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung wird der Oszillationszustand bei der spezifischen Oszillationsphase geändert, beispielsweise bei einer Oszillationsphase von 0° oder 90°, wodurch es möglich ist, den Stoß aufgrund einer Änderung des Oszillationszustandes zu reduzieren und die Zerspanungsbearbeitungsgenauigkeit zu verbessern.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 13 derart eingerichtet, dass sie die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz auf einen kleineren Wert ändert. Da die Last zu Beginn des Schneidens normalerweise groß ist, wird die Oszillationsamplitude so eingestellt, dass sie groß ist, um zuverlässig Späne zu zerkleinern, wodurch eine Vibration in der Werkzeugmaschine auftritt, wobei jedoch gemäß der obigen Ausgestaltung eine Vibration der Werkzeugmaschine zuverlässiger verhindert oder reduziert wird, indem die Oszillationsamplitude und dergleichen auf einen kleinen Wert während der Zerspanungsbearbeitung geändert wird. Daher ist es möglich, Späne zu zerkleinern und gleichzeitig die Vibration der Werkzeugmaschine zuverlässiger zu verhindern oder zu reduzieren, wodurch die Zerspanungsbearbeitungsgenauigkeit verbessert werden kann.
  • In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung weiterhin die lernende Steuereinrichtung 15, die den Kompensationsumfang des Überlagerungsbefehls auf der Grundlage der Positionsabweichung berechnet und den Überlagerungsbefehl durch Hinzufügen des berechneten Kompensationsumfangs zum Überlagerungsbefehl kompensiert. Gemäß einer derartigen Beschaffenheit neigt der Überlagerungsbefehl der vorliegenden Ausführungsform dazu, eine Positionsabweichung aufgrund der Einbeziehung des Oszillationsbefehls zu verursachen, wobei die Folgefähigkeit des zyklischen Oszillationsbefehls aufgrund der Kompensation des Überlagerungsbefehls verbessert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, wobei die vorliegende Erfindung Änderungen und Verbesserungen innerhalb des Bereiches umfasst, in dem das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung
    10
    Servo-Steuereinrichtung
    11
    Addierer
    12
    Integrator
    13
    Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit
    14
    Addierer
    15
    Lernende Steuereinrichtung (Lernende Steuereinheit)
    16
    Addierer (Lernende Steuereinheit)
    17
    Positions-/Geschwindigkeitssteuereinheit (Steuereinheit)
    30
    Motor

Claims (7)

  1. Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine, die eine Zerspanungsbearbeitung durchführt, während sie ein Werkzeug und ein Werkstück dazu veranlasst, relativ zueinander zu oszillieren, wobei die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung umfasst: eine Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit, die eine Oszillationsamplitude und eine Oszillationsfrequenz aus einem Zerspanungsbearbeitungszustand berechnet und einen Oszillationsbefehl erzeugt; und eine Steuereinheit, die das Werkzeug und das Werkstück veranlasst, relativ zueinander zu oszillieren, basierend auf einem Überlagerungsbefehl, der durch Überlagerung des von der Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit erzeugten Oszillationsbefehls mit einem Positionsbefehl oder einer Positionsabweichung erzeugt wird, wobei die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit während der Zerspanungsbearbeitung die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz ändert.
  2. Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz auf der Grundlage einer Zerspanungsbearbeitungsposition, einer verstrichenen Zeit ab dem Beginn des Schneidvorschubs oder eines Bewegungsumfangs in einer Zerspanungsbearbeitungsrichtung ändert.
  3. Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz basierend auf einer Spindellast und/oder einer Spindeldrehzahl und/oder einer Spindeldrehzahlabweichung und/oder einer Spindeldrehzahlschwankung und/oder einer Vorschubwellenlast und/oder einer Vorschubwellendrehzahl und/oder einer Vorschubwellen-Drehzahlabweichung und/oder einer Vorschubwellen-Drehzahlschwankung ändert.
  4. Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz mit einer Zeitkonstante ändert.
  5. Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz in einer bestimmten Oszillationsphase ändert.
  6. Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit die Oszillationsamplitude und/oder die Oszillationsfrequenz auf einen kleineren Wert ändert.
  7. Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend eine lernende Steuereinheit, die einen Kompensationsumfang des Überlagerungsbefehls auf der Grundlage der Positionsabweichung berechnet und den Überlagerungsbefehl kompensiert, indem sie den berechneten Kompensationsumfang zu dem Überlagerungsbefehl addiert.
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