DE112021001468T5

DE112021001468T5 - Steuervorrichtung und steuerverfahren für werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE112021001468T5
Application number: DE112021001468.4T
Authority: DE
Inventors: Nobuhito OONISHI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-12-22
Also published as: WO2021177450A1; US20230100723A1; CN115279547A; JPWO2021177450A1

Abstract

Eine Schwingungskomponente a × sin(Mωt) (M ist die Anzahl der Seiten), die das Maximum wird, wenn ein Werkzeug die Mitte einer Bearbeitungsfläche schneidet, wird auf eine Referenzwinkelgeschwindigkeit 2ω des Werkzeugs überlagert. Die Winkelgeschwindigkeit einer Werkzeugwelle wird höher, wenn die Werkzeugwelle näher an die Mitte der Bearbeitungsfläche kommt, und wird zum Maximum, wenn sich die Werkzeugwelle an der Mitte der Bearbeitungsfläche befindet. Es ist möglich, die Ebenheit der Bearbeitungsfläche durch Anpassen eines Anpassungsparameters a der Schwingungskomponente a × sin(Mωt) anzupassen.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für eine Werkzeugmaschine zum Durchführen von Polygondrehen.
[Hintergrund der Technik]
Herkömmlicherweise wird Polygondrehen zum Verarbeiten eines Werkstücks in eine Form eines Polygons durch Drehen eines Werkzeugs und des Werkstücks in einem gleichförmigen Verhältnis eingesetzt. Beim Polygondrehen zeichnet eine Werkstückkante eine Ellipsenbahn um ein Werkstück. Wenn das Drehverhältnis eines Werkstücks und eines Werkzeugs und die Anzahl an Werkzeugen geändert wird, ändert sich die Phase oder Anzahl an Ellipsen und dementsprechend kann das Werkstück in ein Polygon, wie zum Beispiel ein Viereck oder ein Hexagon verarbeitet werden.
8A veranschaulicht einen Bewegungspfad eines Werkzeugs bezüglich eines Werkstücks, wenn die Werkstückmitte als der Ausgangspunkt definiert wird. Bei dem Beispiel ist das Drehverhältnis des Werkstücks und des Werkzeugs 1:2 und die Anzahl der Werkzeuge beträgt zwei. Der Bewegungspfad des Werkzeugs T1 bezüglich des Werkstücks ist die Bahn 1 und der Bewegungspfad des Werkzeugs T2 bezüglich des Werkstücks ist die Bahn 2. Während einer Umdrehung des Werkstücks zeichnen die Werkstücke T1 und T2 die Ellipsenbahn 1 und die Ellipsenbahn 2 um das Werkstück und es wird ein Viereck auf der Werkstückoberfläche gebildet. 8B veranschaulicht einen Fall, bei dem das Drehverhältnis 1:2 ist und die Anzahl der Werkzeuge drei beträgt. In diesem Fall zeichnen die drei Werkzeuge Ellipsenbahnen um ein Werkstück und, wenn die Werkzeuge das Werkstück entlang dieser Bahnen schneiden, wird ein Hexagon auf der Werkstückoberfläche gebildet.
Da Polygondrehen zum Bilden eines Polygons unter Verwendung einer Kombination an Ellipsen dient, weist eine entstehende Schnittfläche eine flache Kurve auf. Deshalb ist Polygondrehen nicht für solch hochgenaue Bearbeitung, die hohe Ebenheit erfordert, geeignet. Der Vorteil von Polygondrehen ist, dass eine kürzere Bearbeitungszeit als bei Polygondrehen unter Verwendung von Fräsmaschinen oder dergleichen benötigt wird. Polygondrehen wird zum Bearbeiten eines Elements verwendet, das keiner hohe Genauigkeit in der praktischen Anwendung bedarf (zum Beispiel ein Kopf eines Bolzens oder ein Aufsatz einer Drehmaschine).
Eines der Verfahren zum Erhöhen der Ebenheit beim Polygondrehen ist die Vergrößerung des Durchmessers von Werkzeugen. Die Größe eines Werkzeugmechanismus ist jedoch begrenzt. Herkömmlicherweise ist eine Technik zum Reduzieren des Durchmessers eines Werkzeugkörpers eine bekannte Technik des Vorsehens eines Gehäuseteils für einen Schneideinsatz an einem Schneidwerkzeugkörper, des Einhausens des Schneideinsatzes in dem Gehäuseteil und des Einstellens der Stellung des Schneideinsatzes unter Verwendung einer Befestigungsschraube und einer Stellschraube. Siehe zum Beispiel Patentschrift 1.
Ferner gibt es eine Technik zum Bewegen einer Drehwelle zum Verarbeiten eines Werkstücks in eine Form. Zum Beispiel werden in der Patentschrift 2 eine erste Spindel und eine zweite Spindel mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten gedreht und die erste Spindel und die zweite Spindel werden in eine Richtung einer virtuellen geraden Linie basierend auf einer Phasendifferenz für jeden ersten Zyklus versetzt, um die Werkstückoberfläche in eine beliebige Form zu verarbeiten.
[Referenzl iste]
[Patentschrift]

Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr.: 2018-140482
Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr.: 2015-79348

[Kurzfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Auch wenn die Größe eines Schneidwerkzeugkörpers in Patentschrift 1 reduziert werden kann, stehen Werkzeuge aus dem Schneidwerkzeugkörper hervor, was nicht bedeutet, dass der Werkzeugdurchmesser reduziert ist.
In Patentschrift 2 wird zum Verarbeiten eines Werkstücks in eine gewünschte Form komplexe Steuerung benötigt, wie zum Beispiel das Bewegen einer ersten Spindel und einer zweiten Spindel gemäß einer Phasendifferenz zwischen den Spindeln.
Im Gebiet des Polygondrehens besteht ein Bedarf an einer Technik zum Formen einer Bearbeitungsfläche ohne das Auswechseln des Bearbeitungswerkzeugmechanismus.
[Lösung des Problems]
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung, die Polygondrehen zum Formen eines Polygons auf einer Werkstückoberfläche steuert, und wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: eine Werkstückbefehlserstellungseinheit, die einen Befehl einer Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks erstellt; und eine Werkzeugbefehlserstellungseinheit, die einen Befehl einer Winkelgeschwindigkeit eines Werkzeugs erstellt, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs bezüglich der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks durch Anpassung beider oder einer der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks und der Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs erhöht oder verringert wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren des Steuerns von Polygondrehen zum Bilden eines Polygons auf einer Oberfläche einer Werkstückoberfläche durch gleichzeitiges Drehen des Werkstücks und eines Werkzeugs, und wobei das Steuerverfahren Folgendes aufweist: Anpassen beider oder einer einer Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks und einer Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs, um damit die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs bezüglich der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks zu erhöhen oder zu verringern; Erstellen eines Befehls der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks; und Erstellen eines Befehls der Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs.
[Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung]
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Bearbeitungsfläche zu formen, ohne den Bearbeitungswerkzeugmechanismus auszuwechseln.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Hardwareauslegungsdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung in der vorliegenden Offenbarung.
[2] 2 ist ein Blockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung in der vorliegenden Offenbarung.
[3] 3 ist ein Diagramm, das herkömmliches Polygondrehen veranschaulicht.
[4] 4 ist ein Diagramm, das Winkelgeschwindigkeitsschwankung in der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
[5A] 5A ist ein Diagramm, das die Form einer Bearbeitungsfläche beim herkömmlichen Polygondrehen veranschaulicht.
[5B] 5B ist ein Diagramm, das die Form einer Bearbeitungsfläche, wenn ein Anpassungsparameter auf 0,1 eingestellt ist, veranschaulicht.
[6A] 6A ist ein Diagramm, das die Form einer Bearbeitungsfläche, wenn der Anpassungsparameter auf 0,3 eingestellt ist, veranschaulicht.
[6B] 6B ist ein Diagramm, das die Form einer Bearbeitungsfläche, wenn der Anpassungsparameter auf 0,5 eingestellt ist, veranschaulicht.
[7] 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Polygondrehverfahren der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
[8A] 8A ist ein Diagramm, das eine Bahn eines Werkzeugs, wenn ein Viereck auf einer Werkstückoberfläche beim herkömmlichen Polygondrehen gebildet wird, veranschaulicht.
[8B] 8B ist ein Diagramm, das eine Bahn eines Werkzeugs, wenn ein Hexagon auf einer Werkstückoberfläche beim herkömmlichen Polygondrehen gebildet wird, veranschaulicht.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Ein Beispiel einer numerischen Steuervorrichtung 100 der vorliegenden Offenbarung wird unten veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht weist die numerische Steuervorrichtung 100 eine CPU 111, die die gesamte numerische Steuervorrichtung 100 steuert, einen ROM 112, der ein Programm oder Daten speichert, und einen RAM 113, in den Daten temporär geladen werden, auf und die CPU 111 liest ein Systemprogramm, das in dem ROM 112 gespeichert ist, über einen Bus 120 aus und steuert die gesamte numerische Steuervorrichtung 100 gemäß dem Systemprogramm.
Ein nichtflüchtiger Speicher 114 wird zum Beispiel durch eine Batterie (nicht veranschaulicht) oder dergleichen gesichert und der Speicherzustand wird aufrechterhalten, auch wenn die numerische Steuervorrichtung 100 abgeschaltet wird. Der nichtflüchtige Speicher 114 speichert ein Programm, das von einer externen Vorrichtung 72 über eine Schnittstelle 115, 118 oder 119 geladen wird, oder verschiedene Daten, die von einer Benutzerbedienung, die über eine Eingabeeinheit 30 eingegeben wird, erhalten werden oder von jeder Einheit der numerischen Steuervorrichtung 100, einer Werkzeugmaschine 200 oder dergleichen (zum Beispiel einen Einstellungsparameter, Sensorinformationen oder dergleichen) erhalten werden.
Die Schnittstelle 115 ist eine Schnittstelle 115 zum Verbinden der numerischen Steuervorrichtung 100 und der externen Vorrichtung 72, wie zum Beispiel einem Adapter, miteinander. Ein Programm, verschiedene Parameter oder dergleichen werden von der Seite der externen Vorrichtung 72 geladen. Ferner können ein Programm, verschiedene Parameter oder dergleichen, die in der numerischen Steuervorrichtung 100 modifiziert werden, über die externe Vorrichtung 72 in einer externen Speichereinheit gespeichert werden. Eine programmierbare Maschinensteuervorrichtung (PMC) 116 führt Eingabe und Ausgabe eines Signals mit der Werkzeugmaschine 200, einem Roboter und einer Vorrichtung, wie zum Beispiel einem Sensor, der an der Werkzeugmaschine 200 oder dem Roboter angebracht ist, über eine E/O-Einheit 117 durch und steuert damit dieselben unter Verwendung eines Sequenzprogramms, das in der numerischen Steuervorrichtung 100 gebaut wird.
Auf einer Anzeigeeinheit 70 werden ein Bedienbildschirm der Werkzeugmaschine 200, ein Anzeigebildschirm, der den Betriebszustand der Werkzeugmaschine 200 angibt, oder dergleichen angezeigt. Die Eingabeeinheit 30 wird aus einer MDI, einer Bedientafel, einer Berührungstafel oder dergleichen gebildet und leitet Bedieneingabe, die durch einen Arbeiter vorgenommen wird, an die CPU 111.
Der Hilfsverstärker 140 steuert jeweilige Wellen der Werkzeugmaschine 200. Der Hilfsverstärker 140 treibt einen Hilfsmotor 150 in Reaktion auf Empfangen eines Befehls über das Maß an Wellenbewegung von der CPU 111 an. Der Hilfsmotor 150 weist einen eingebauten Positions-/Geschwindigkeitsdetektor auf und leitet ein Positions-/Geschwindigkeits-Feedbacksignal von dem Positions-/Geschwindigkeitsdetektor zu dem Hilfsverstärker 140 zurück, um Rückkopplungsregelung der Position/Geschwindigkeit durchzuführen. Eine Werkzeugwelle ist an dem Hilfsmotor 50 angebracht. Eine Vielzahl an Werkzeugen T zum Durchführen von Polygondrehen sind an dem Werkzeugkörper angebracht.
Ein Spindelverstärker 161 treibt einen Spindelmotor 162 in Reaktion auf das Empfangen eines Spindeldrehbefehls für eine Spindel 164 der Werkzeugmaschine 200 an. Die Leistung des Spindelmotors 162 wird über ein Getriebe an die Spindel 164 übertragen und die Spindel 164 dreht sich mit einer angewiesenen Drehgeschwindigkeit. Ein Positionscodierer 163 ist mit der Spindel 164 gekoppelt, wobei der Positionscodierer 163 Feedbackimpulse in Synchronisation mit der Spindel 164 ausgibt und die Feedbackimpulse werden von der CPU 111 gelesen.
Das Werkstück W ist an der Spindel 164 angebracht. Die Achsrichtungen der Spindel 164 und die Werkzeugwelle sind parallel und die Spindel 164 und die Werkzeugwelle drehen sich in einem vorbestimmten Drehverhältnis. Wenn die Spindel 164 und die Werkzeugwelle sich gleichzeitig drehen, schneidet das Werkzeug T, das an der Werkzeugwelle angebracht ist, die Werkstückoberfläche und es wird ein Polygon auf der Werkstückoberfläche gebildet.
2 ist ein Blockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung 100, die eine Anpassungsfunktion des Polygondrehens aufweist. Die Funktion in diesem Blockdiagramm wird implementiert, wenn die CPU 111 ein Programm ausführt, das in einer Speichervorrichtung, wie zum Beispiel dem ROM 112, gespeichert ist.
Die numerische Steuervorrichtung 100 weist eine Polygondrehsteuereinheit 10 auf. Die Polygondrehsteuereinheit 10 weist eine Werkstückbefehlserstellungseinheit 11, die einen Drehbefehl für die Werkstückwelle erstellt, und eine Werkzeugbefehlserstellungseinheit 12, die einen Drehbefehl für die Werkzeugwelle erstellt, auf.
Die Werkstückbefehlserstellungseinheit 11 erstellt einen Drehbefehl für die Spindel 164. Die Werkstückbefehlserstellungseinheit 11 erstellt einen Befehl zum Drehen der Spindel 164 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω und gibt den Befehl an den Spindelverstärker 161 aus. Der Spindelverstärker 161 steuert den Spindelmotor 162 gemäß dem Befehl von der Werkstückbefehlserstellungseinheit 11. Der Spindelmotor 162 dreht die Spindel 164 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω. Dementsprechend dreht sich das Werkstück W, das an der Spindel 164 angebracht ist, mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit ω.
Die Werkzeugbefehlserstellungseinheit 12 weist eine Schwingungskomponentenerstellungseinheit 13 und eine Schwingungskomponentenüberlagerungseinheit 14 auf. Die Schwingungskomponentenerstellungseinheit 13 erstellt eine Schwingungskomponente, die auf die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs T überlagert werden soll. Auch wenn ein bestimmtes Berechnungsverfahren später beschrieben wird, wird eine Schwingungskomponente von den Phasen des Werkstücks W und des Werkzeugs T, dem Drehverhältnis zwischen dem Werkstück W und dem Werkzeug T, den Winkelgeschwindigkeiten des Werkstücks W und des Werkzeugs T, der Anzahl von Werkzeugen T oder dergleichen bestimmt. Die Schwingungskomponentenüberlagerungseinheit 14 berechnet eine korrigierte Winkelgeschwindigkeit durch Überlagern einer Schwingungskomponente, die durch die Schwingungskomponentenerstellungseinheit erstellt wird, auf eine Referenzwinkelgeschwindigkeit des Werkzeugs T. Bei einem Beispiel, das später beschrieben wird, beträgt die Referenzwinkelgeschwindigkeit des Werkzeugs T 2ω und die Schwingungskomponente ist a × sin(Mω) (wobei M die Anzahl der Seiten eines Polygons ist).
Die Schwingungskomponentenüberlagerungseinheit 14 berechnet eine korrigierte Winkelgeschwindigkeit durch Überlagern einer Schwingungskomponente auf die Referenzwinkelgeschwindigkeit. Die Werkzeugbefehlserstellungseinheit 12 gibt eine korrigierte Winkelgeschwindigkeit an den Hilfsverstärker 140 aus. Der Hilfsverstärker 140 steuert den Hilfsmotor 150 gemäß einem Befehl von der Werkzeugbefehlserstellungseinheit 12. Der Hilfsmotor 150 dreht das Werkzeug T mit der korrigierten Winkelgeschwindigkeit.
Es ist anzumerken, dass die Referenzwinkelgeschwindigkeit eine Werkzeugwinkelgeschwindigkeit vor Anpassung an die Drehung des Werkzeugs T beim herkömmlichen Polygondrehen bezeichnet. Beim herkömmlichen Polygondrehen wird das Werkzeug T mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit gedreht. In der vorliegenden Offenbarung wird eine Schwingungskomponente auf die Regerenzbeschleunigung überlagert, um die Drehgeschwindigkeit des Werkzeugs T zu ändern und dadurch wird die Ebenheit einer Bearbeitungsfläche angepasst.
[Herkömmliches Polygondrehen]
Als erstes wird das herkömmliche Polygondrehen beschrieben.
Beim herkömmlichen Polygondrehen sind die Winkelgeschwindigkeiten der Werkzeugwelle und der Werkstückwelle konstant. In der folgenden Beschreibung ist das Drehverhältnis zwischen der Werkstückwelle und der Werkzeugwelle 1:2. Das heißt, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Werkstückwelle ω beträgt, dann beträgt die Winkelgeschwindigkeit der Werkzeugwelle das Zweifache, nämlich 2ω. Wenn zwei Werkzeuge t1 und t2 mit einem Drehverhältnis von 1:2 angebracht sind, schneiden die zwei Werkzeuge t1 und t2 jeweils die Werkstückoberfläche zweimal während einer Drehung des Werkstücks W und es wird ein Viereck auf der Werkstückoberfläche gebildet. Es ist anzumerken, dass, wenn die Anzahl an Werkzeugen T auf drei erhöht wird, die drei Werkzeuge jeweils die Werkstückoberfläche zweimal während einer Drehung des Werkstücks W schneiden und ein Hexagon auf der Werkstückoberfläche gebildet wird.
Die Bahn einer Werkzeugkante auf dem orthogonalen XY-Koordinatensystem, das auf dem Werkstück W befestigt ist, wird mit Bezug auf 3 beschrieben. Der Ausgangspunkt O ist die Werkstückmitte. Der Abstand zwischen der Mitte des Werkstücks W und des Werkzeugs T wird mit I bezeichnet und der Werkstückradius wird mit r bezeichnet. Wenn sich das Werkstück W mit einer Winkelgeschwindigkeit ω im Uhrzeigersinn dreht, bewegt sich die Mitte P des Werkstücks T mit der Winkelgeschwindigkeit ω auf einer Kreislinie des Radius I um den Punkt O. Da sich das Werkzeug T mit einer Winkelgeschwindigkeit ω (Werkzeugwinkelgeschwindigkeit 2ω - Werkstückwinkelgeschwindigkeit ω) gegen den Uhrzeigersinn dreht, ändert sich die Position Q (x, y) der Werkzeugkante bezüglich der Werkstückmitte über Zeit t wie folgt. $\begin{array}{l} x = l cos (- ω t) + r cos (ω t) \\ y = l sin (- ω t) + r sin (ω t) \end{array}$
Des Weiteren, wenn die Werkzeugzahl mit n (= 1, ..., N; N ist die Anzahl an Werkzeugen) bezeichnet wird, da die Phase jedes Werkzeugs um 2π/n verschoben ist, befindet sich der geometrische Ort jedes Werkzeugs wie folgt. $\begin{array}{l} x_{n} = l cos (ω t) + r cos (ω + \frac{2 π}{n}) \\ y_{n} = l sin (ω t) + r sin (ω + \frac{2 π}{n}) \end{array}$
Da die Anzahl an Werkzeugen T zwei ist, befinden sich die geometrischen Orte (x1, y1) und (X2, y2) des Werkzeugs t1 und des Werkzeugs t2 jeweils wie folgt. $\begin{array}{l} x_{1} = l cos (ω t) + r cos (ω t) \\ y_{1} = - l sin (ω t) + r sin (ω t) \\ x_{2} = l cos (ω t) + r cos (ω t + π) \\ y_{2} = - l sin (ω t) + r sin (ω t + π) \end{array}$
[Erstellung der Schwingungskomponente]
Die Werkzeugbefehlserstellungseinheit 12 erstellt eine Winkelgeschwindigkeit, die durch Überlagerung einer Schwingungskomponente auf die Referenzwinkelgeschwindigkeit korrigiert wurde (im Folgenden als korrigierte Winkelgeschwindigkeit bezeichnet).
Eine Schwingungskomponente in der vorliegenden Offenbarung ist a × sin (Mωt). Der Wert M bezeichnet die Anzahl an Seiten eines Polygons und die Schwankungskomponente schwingt mit einer Frequenz eines Vielfachen der Anzahl an Seiten des Werkstücks W. Der Wert a bezeichnet einen Anpassungsparameter.
Eine Änderung des Anpassungsparameters a ändert eine Anpassungsmenge der Schwingungskomponente. Eine Erhöhung oder Verringerung des Anpassungsparameters a ändert, wie die Bearbeitungsfläche konkav oder konvex gemacht wird, wie später beschrieben. Wenn eine flache Bearbeitungsfläche gewünscht wird, wird ein Anpassungsparameter a, der konkav und konvex eliminiert, ausgewählt. Der Anpassungsparameter a kann manuell durch einen Techniker eingestellt werden oder der Maximalwert, der die Bearbeitungsfläche nicht konkav macht, kann aus einer numerischen Analyse abgeleitet werden.
Das Verhältnis zwischen der Schwankung der Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs T und der Drehung des Werkstücks W ist mit Bezug auf 4 veranschaulicht. In 4 sind drei Werkzeuge t1, t2 und t3 an dem Werkzeugkörper angebracht. Ferner drehen sich das Werkstück W und das Werkzeug T mit einem Drehverhältnis von 1:2, wobei die drei Werkzeuge t1, t2 und t3 jeweils das Werkstück W zweimal während einer Drehung des Werkstücks W schneiden, um ein Hexagon zu bilden. Wie in 4 veranschaulicht ist die Referenzwinkelgeschwindigkeit ω konstant und die korrigierte Winkelgeschwindigkeit schwankt um ω. Die Phase der korrigierten Winkelgeschwindigkeit wird zum Maximum, wenn die Werkzeuge t1, t2 und t3 die Mitte der Bearbeitungsfläche erreichen. Der Schwankungsbereich der korrigierten Winkelgeschwindigkeit beträgt ω - a bis ω + a. Die Schwingungsfrequenz der korrigierten Winkelgeschwindigkeit ist ein Produkt der Anzahl an Seiten und der Drehfrequenz der Werkstückwelle. In dem Beispiel von 4 schwankt die korrigierte Winkelgeschwindigkeit sechs Mal während einer Drehung des Werkstücks W.
Die Schwingungskomponente a × sin (Mωt) ist eine Sinuskurve, die zum Maximum wird, wenn das Werkzeug T die Mitte der Bearbeitungsfläche schneidet. Wenn eine Schwingungskomponente auf die Referenzwinkelgeschwindigkeit überlagert wird, wird die Winkelgeschwindigkeit der Werkzeugwelle höher, wenn die Werkzeugwelle näher an der Mitte der Bearbeitungsfläche ist, und wird zum Maximum, wenn sich die Werkzeugwelle an der Mitte der Bearbeitungsfläche befindet. Beim Polygondrehen der vorliegenden Offenbarung ermöglicht das Überlagern der Schwingungskomponente auf die Referenzwinkelgeschwindigkeit Anpassung der Schneidgeschwindigkeit an oder nahe der Mitte der Bearbeitungsfläche und es ist möglich, die Form der Bearbeitungsfläche zu ändern.
Die Anzahl der Werkzeuge kann auf eine beliebige Anzahl geändert werden. Die Anzahl an Werkzeugen ist N. Da das Drehverhältnis zwischen dem Werkstück W und dem Werkzeug T üblicherweise 1:2 ist, ist die Beziehung zwischen der Anzahl an Bearbeitungsseiten M und der Anzahl an Werkzeugkanten N M = 2N und die Schwingungskomponente ist a × sin (2ωt). Die Schwingungskomponente entspricht einer Sinuskurve mit einer Amplitude a, die mit einem Produkt der Referenzwinkelgeschwindigkeit ω der Werkzeugwelle und der Anzahl an Bearbeitungsseiten schwankt. Die Schwingungskomponente befindet sich an dem Maximalwert a, wenn jedes Werkzeug T die Mitte der Bearbeitungsfläche schneidet. Der geometrische Ort jedes Werkzeugs n (n = 1, 2, ...), wenn die Anzahl an Werkzeugen T N ist, ist wie folgt. $\begin{array}{l} x_{n} = l cos (ω t) + r cos (ω t + α sin (2 N ω t) + \frac{2 π}{n}) \\ y_{n} = - l sin (ω t) + r sin (ω t + α sin (2 N ω t) + \frac{2 π}{n}) \end{array}$
Wenn die zwei Werkzeuge (Werkzeug t1, Werkzeug t2) verwendet werden, sind die geometrischen Orte des Werkzeugs t1 und des Werkzeugs t2 (x1, y1) und (x2, y2) wie folgt. $\begin{array}{l} x_{1} = l cos (ω t) + r cos (ω t + α sin (2 N ω t)) \\ y_{1} = - l sin (ω t) + r sin (ω t + α sin (2 N ω t)) \\ x_{2} = l cos (ω t) + r cos (ω t + α sin (2 N ω t) + π) \\ y_{2} = - l sin (ω t) + r sin (ω t + α sin (2 N ω t) + π) \end{array}$
Die Graphen, die in 5A und 5B veranschaulicht sind, stellen Ergebnisse dar, wenn die obige Gleichung berechnet wird, unter der Annahme, dass N = 2, I = 10, r = 5, a = 0,1, und ω = 20, π/3 (= 200 U/min). Es ist ersichtlich, dass die Ebenheit der Bearbeitungsfläche eines Vielecks beim Polygondrehen der vorliegenden Offenbarung (5B) im Vergleich zum herkömmlichen Polygondrehen (5A) verbessert ist. Die Ebenheit der Bearbeitungsfläche kann durch Anpassen des Werts des Anpassungsparameters a geändert werden. Der Anpassungsparameter a kann manuell durch einen Techniker eingestellt werden oder der Maximalwert, der die Bearbeitungsfläche nicht konkav macht, kann aus einer numerischen Analyse abgeleitet werden.
[Modifikationen der Bearbeitungsfläche]
Beim Polygondrehen, das in 6A und 6B veranschaulicht ist, wird Berechnung unter der Annahme, N = 2, I = 10, r = 5, a = 0,1, und ω = 20π/3 (= 200 U/min) vorgenommen. Eine Änderung des Werts von a modifiziert die Bearbeitungsfläche. 6A veranschaulicht eine verarbeitete Form mit a = 0,3. Eine Erhöhung des Werts von a ergibt eine Form, deren Mitte der Bearbeitungsfläche konkav ist. Wie in 6B veranschaulicht, macht eine weitere Erhöhung des Werts von a (a = 0,5) die Mitte der Bearbeitungsfläche mehr konkav. Ein höherer Wert des Anpassungsparameters a ergibt eine höhere Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs T bezüglich des Werkstücks W an oder nahe der Mitte der Bearbeitungsfläche und somit eine größere Konkavität der Bearbeitungsfläche. Im Gegensatz dazu ergibt ein niedrigerer Wert des Anpassungsparameters a eine niedrigere Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs T bezüglich des Werkstücks W an oder nahe der Mitte der Bearbeitungsfläche und somit eine kleinere Konkavität der Bearbeitungsfläche. Wenn der Anpassungsparameter a Null ist, ergibt dies eine leicht konvexe Form, wie beim herkömmlichen Bearbeiten. Auf eine solche Weise ist es möglich, die Werkstückoberflächenform durch Erhöhen oder Verringern der Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs bezüglich der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks anzupassen.
Wie oben beschrieben überlagert die numerische Steuervorrichtung 100 der vorliegenden Offenbarung eine Schwingungskomponente, die zum Maximum wird, wenn die Werkzeugkante an der Mitte der Bearbeitungsfläche ist, auf die Referenzwinkelgeschwindigkeit und erhöht dadurch die Winkelgeschwindigkeit an oder nahe der Mitte der Bearbeitungsfläche, um die Ebenheit der Bearbeitungsfläche zu verbessern. Durch Ändern des Anapassungsparameters a der Schwingungskomponente ist es möglich, nicht nur die Ebenheit der Bearbeitungsfläche anzupassen, sondern auch eine Konkavität in der Bearbeitungsfläche zu bilden.
[Anpassungsverfahren der Bearbeitungsfläche]
Ein Anpassungsverfahren beim Polygondrehen der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf das Flussdiagramm in 7 beschrieben. Als erstes werden das Werkstück W und das Werkzeug T an der Werkzeugmaschine 200 angebracht und der Abstand zwischen dem Drehpunkt des Werkstücks W und der Mitte der Werkzeugdrehung (1), der Werkzeugradius (r), die Drehgeschwindigkeit des Werkstücks W (ω) und die Anzahl an Werkzeugen (N) werden in die numerische Steuervorrichtung 100 eingegeben (Schritt S1). Der Betrieb ist soweit gleich dem herkömmlichen Polygondrehen.
Als nächstes wird der Anpassungsparameter a eingestellt (Schritt S2). Der Techniker der Werkzeugmaschine 200 beobachtet die Ebenheit der Bearbeitungsfläche unter Berücksichtigung des Graphen der Gleichungen, die oben beschrieben wurden, oder dergleichen und stellt dann einen geeigneten Anpassungsparameter a für die numerische Steuervorrichtung ein. Der Anpassungsparameter a kann manuell durch einen Techniker eingestellt werden oder der Maximalwert, der die Bearbeitungsfläche nicht konkav macht, kann aus einer numerischen Analyse abgeleitet werden.
Wenn die Bedienperson der Werkzeugmaschine 200 einen Befehl zum Starten von Polygondrehen (Schritt S3) angibt, gibt die Werkstückbefehlserstellungseinheit einen Drehbefehl des Werkstücks W an den Spindelverstärker 161 aus (Schritt S4). Der Spindelmotor 162 dreht das Werkstück W mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω gemäß der Steuerung des Spindelverstärkers 161 (Schritt S5). Gleichzeitig erstellt die Schwingungskomponentenerstellungseinheit 13 eine Schwingungskomponente (Schritt S6) und die Schwingungskomponentenüberlagerungseinheit 14 überlagert die Schwingungskomponente, die durch die Schwingungskomponentenerstellungseinheit 13 erstellt wurde, auf die Referenzwinkelgeschwindigkeit (Schritt S7). Die Werkzeugbefehlserstellungseinheit 12 gibt eine korrigierte Winkelgeschwindigkeit, die durch Überlagern der Schwingungskomponente über die Referenzbeschleunigung erhalten wird, an den Hilfsverstärker aus (Schritt S8).
Der Hilfsmotor 150 dreht das Werkzeug T mit der korrigierten Winkelgeschwindigkeit 2ω + a × sin(2Nω) gemäß der Steuerung von dem Hilfsverstärker (Schritt S9). Polygondrehen wird durchgeführt, während das Werkzeug T mit der korrigierten Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, und dadurch wird ein Polygon mit angepasster Ebenheit auf der Werkstückoberfläche gebildet (Schritt S10).
Wie oben beschrieben wird in der vorliegenden Offenbarung eine Schwingungskomponente auf die Referenzwinkelgeschwindigkeit einer Werkzeugwelle für Polygondrehen überlagert. Die Schwingungskomponente wird das Maximum, wenn die Werkzeugkante die Mitte der Bearbeitungsfläche erreicht. Wenn die Schwingungskomponente überlagert wird, wird die Drehgeschwindigkeit der Werkzeugwelle höher, wenn sich die Werkzeugkante der Mitte der Bearbeitungsfläche nähert. Daher wird der Schneidabstand an oder nahe der Bearbeitungsfläche höher und die Ebenheit wird verbessert.
Die Oberflächenform des Polygondrehens ändert sich in Reaktion auf eine Änderung des Werts des Anpassungsparameters a der Schwingungskomponente a × sin(4ω). Wenn eine Erhöhung der Konkavität der Bearbeitungsfläche gewünscht wird, wird der Wert des Anpassungsparameters a erhöht.
Auch wenn eine Sinuskurve als eine Schwingungskomponente in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, kann eine andere Schwingungskomponente als eine Sinuskurve verwendet werden. Ferner, auch wenn das Drehverhältnis zwischen dem Werkstück W und dem Werkzeug T in der vorliegenden Offenbarung 1:2 ist, ist es auch möglich die Bearbeitungsfläche durch Ändern des Drehverhältnisses anzupassen.
Auch wenn eine Ausführungsform oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Offenbarung beschränkt und kann auf verschiedene Weisen unter Hinzufügung einer geeigneten Änderung implementiert werden. Zum Beispiel, auch wenn die vorliegende Offenbarung derart ausgelegt ist, dass die Werkstückwelle die Spindelwelle ist und die Werkzeugwelle die Hilfswelle ist, kann Polygondrehen zwischen Spindeln, bei dem beide der zwei Wellen die Spindelwellen sind, eingesetzt werden.
Ferner, auch wenn in der vorliegenden Offenbarung eine Schwingungskomponente auf der Werkzeugwelle überlagert wird, um die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs T zu ändern, ist es nicht unbedingt notwendig, die Schwingungskomponente nur auf die Werkzeugwelle zu überlagern. Solange die relative Winkelgeschwindigkeit zwischen der Werkstückwelle und der Werkzeugwelle schwankt, kann die Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks W angepasst werden oder beide, die Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks W und des Werkzeugs T, können angepasst werden.
Auch wenn die Fälle eines Quadrats und eines regelmäßigen Hexagons in der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, selbst wenn die gebildete Form kein regelmäßiges Polygon ist, ist ein solcher Fall in der vorliegenden Offenbarung aufgenommen. Zum Beispiel wird die Werkstückform bei einem Polygonschneidwerkzeug mit zwei Werkzeugen, wenn die Phasendifferenz zwischen den Werkzeugen 90 Grad statt 180 Grad ist, ein Rhombus statt ein Quadrat sein. Die vorliegende Offenbarung gilt auch für ein anderes Polygon als ein Rhombus.
Ferner, auch wenn das Beispiel, bei dem die Schwingungskomponente das Maximum an der Mitte der Bearbeitungsfläche ist, in dem obigen Beispiel beschrieben wurde, kann die Schwingungskomponente auf geeignete Weise geändert werden, um die Ebenheit zu verbessern.
Bezugszeichenliste

100: Numerische Steuervorrichtung
200: Werkzeugmaschine
10: Polygondrehsteuereinheit
11: Werkstückbefehlserstellungseinheit
12: Werkzeugbefehlserstellungseinheit
13: Schwingungskomponentenerstellungseinheit
14: Schwingungskomponentenüberlagerungseinheit
111: CPU
112: ROM
113: RAM
140: Hilfsverstärker
150: Hilfsmotor
161: Spindelverstärker
162: Spindelmotor
164: Spindel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018140482 [0006]
JP 201579348 [0006]

Claims

Steuervorrichtung, die Polygondrehen zum Bilden eines Polygons auf einer Werkstückoberfläche durch gleichzeitiges Drehen eines Werkzeugs und eines Werkstücks steuert, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: eine Werkstückbefehlserstellungseinheit, die einen Befehl einer Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks erstellt; und eine Werkzeugbefehlserstellungseinheit, die einen Befehl einer Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs erstellt, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs bezüglich der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks durch Anpassung beider oder einer der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks und der Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs erhöht oder verringert wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs bezüglich der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks an oder nahe der Mitte der Bearbeitungsfläche des Polygons erhöht oder verringert wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes aufweist: eine Schwingungskomponentenerstellungseinheit, die eine Schwingungskomponente erstellt, die veranlasst, dass die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs bezüglich der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks das Maximum an oder nahe der Mitte der Bearbeitungsfläche des Polygons ist; und eine Schwingungskomponentenüberlagerungseinheit, die die Schwingungskomponente auf eine Werkstückwinkelgeschwindigkeit oder eine Werkzeugwinkelgeschwindigkeit vor der Anpassung für das Polygondrehen überlagert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Schwingungskomponente mit einer Frequenz eines Vielfachen der Anzahl an Seiten des Polygons bezüglich einer Werkstückwinkelgeschwindigkeit vor der Anpassung für das Polygondrehen schwankt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Schwingungskomponente einen Anpassungsparameter aufweist und die Form der Bearbeitungsfläche gemäß dem Anpassungsparameter verändert wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Formanpassung, die an der Bearbeitungsfläche durchgeführt wird, die Ebenheit verbessert.
Steuerverfahren des Polygondrehens zum Bilden eines Polygons auf einer Oberfläche eines Werkstücks durch gleichzeitiges Drehen des Werkstücks und eines Werkzeugs, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Anpassen beider oder einer der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks und einer Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs, um damit die Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs bezüglich der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks zu erhöhen oder zu verringern; Erstellen eines Befehls der Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks; und Erstellen eines Befehls der Winkelgeschwindigkeit des Werkzeugs.