DE112021001850T5

DE112021001850T5 - Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE112021001850T5
Application number: DE112021001850.7T
Authority: DE
Inventors: Kousuke Uno
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2023-01-26
Also published as: CN115315336B; WO2021193496A1; CN115315336A; JP6985565B1; JPWO2021193496A1; US20230376000A1

Abstract

Eine Steuervorrichtung berechnet ein spezifiziertes Quantil in gespeicherten Daten, die eine auf eine Spindel ausgeübte Belastung betreffen, als Zielspindelbelastung und steuert eine Vorschubgeschwindigkeit der Spindel in Bezug auf ein Werkstück so, dass die gemessene Belastung, die auf die Spindel ausgeübt wird, die berechnete Zielspindelbelastung wird. Ein Benutzer kann die Zielspindelbelastung mit der Belastung der Spindel, die in einem Zustand, in dem das Werkstück stabil bearbeitet wird, gemessen wurde, als Bezug festlegen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und betrifft genauer eine Steuervorrichtung, die eine Vorschubgeschwindigkeit so steuert, dass eine auf eine Spindel ausgeübte Belastung konstant wird.
Allgemeiner Stand der Technik
Es gibt eine Technologie, die die Schneidegeschwindigkeit verbessert und die Lebensdauer von Schneidewerkzeugen verlängert, indem sie eine Vorschubgeschwindigkeit so steuert, dass eine auf eine Spindel ausgeübte Belastung konstant wird. Ein derartiges Verändern der Vorschubgeschwindigkeit, dass die Belastung der Spindel konstant wird, ermöglicht eine Verkürzung der Zykluszeit und eine Verlängerung der Werkzeuglebensdauer. Es sind verschiedene Verfahren zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit im Einklang mit der Spindelbelastung vorstellbar, und allgemein kann als Steuerung, um den Wert eines Objekts bei einem konstanten Wert zu behalten, eine PID-Steuerung benutzt werden (PTL 1, 2 usw.).
7 ist eine beispielhafte Darstellung eines Blockdiagramms, wenn eine Steuerung, um die Belastung der Spindel konstant zu halten, durch eine PID-Steuerung vorgenommen wird. Wie in 7 dargestellt ist, legt eine Steuervorrichtung zur Vornahme der oben genannten Steuerung eine Zielspindelbelastung fest und erlangt dann die Spindelbelastung, die während der Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Maschine detektiert wird, als Rückmeldewert. Die Steuervorrichtung berechnet dann einen Unterschied ei_(t) zwischen der erlangten Spindelbelastung und der festgelegten Zielspindelbelastung und reguliert auf Basis des berechneten Werts eine die Geschwindigkeit betreffende Übersteuerung O(t).
Literaturliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2017-191536
PTL 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2019-149041

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn die oben beschriebene Steuerung vorgenommen wird, ist es notwendig, eine Zielspindelbelastung, die einen Zielwert für eine auf die Spindel ausgeübte Belastung darstellt, zu bestimmen. Doch das Festlegen der Zielspindelbelastung auf einen passenden Wert erfordert Fachkenntnisse, die durch menschlichen Aufwand über eine große Anzahl von wiederholten Bearbeitungen erlangt werden. Außerdem unterscheidet sich die passende Zielspindelbelastung auch je nach den Werkzeugen, die für die Bearbeitung verwendet werden, den Formen und Materialien der Werkstücke, die bearbeitet werden sollen, und so weiter, und muss dementsprechend jedes Mal neuerlich festgelegt werden.
Was das Verfahren zur einfachen Festlegung der Zielspindelbelastung betrifft, ist zum Beispiel vorstellbar, eine Versuchsbearbeitung des Werkstücks vorzunehmen und den Höchstwert der Belastung, die dabei auf die Spindel ausgeübt wird, als die Zielspindelbelastung festzulegen. Das Verwenden dieses Verfahrens bei einer Bearbeitung, bei der es Bearbeitungsstellen gibt, an denen die Belastung momentan groß wird, führt jedoch zu dem Problem, dass die Spindelbelastung, die als Ziel festgelegt wird, zu hoch ist. Wenn eine passende Umsetzung sowohl einer Verkürzung der Zykluszeit als auch einer verlängerten Werkzeuglebensdauer bei verschiedenen Arten von Bearbeitungen in Betracht gezogen wird, ist es nötig, Benutzern zu ermöglichen, die Zielspindelbelastung auf eine einfache Weise mit jener Belastung der Spindel, die in einem Zustand, in dem das Werkstück auf eine stabile Weise bearbeitet wird, gemessen wird, als Bezug festzulegen.
Lösung des Problems
Eine Steuervorrichtung nach einer Form der vorliegenden Erfindung löst das obige Problem, indem für einen Satz von Werten von Belastungen, die auf eine Spindel ausgeübt werden und bei der Vornahme der Bearbeitung eines Werkstücks gemessen wurden, ein vorab spezifiziertes Quantil als Zielspindelbelastung festgelegt wird. Wenn ein Werkstück bearbeitet wird, ändert sich der Wert der Belastung je nach dem bearbeiteten Abschnitt, der Art der Bearbeitung, der Weise, auf die das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gelangt, und so weiter. Doch der Anteil der Zeit, für die während des Prozesses der Bearbeitung eines Werkstücks eine extrem hohe Belastung auf die Spindel ausgeübt wird oder die Belastung der Spindel extrem klein wird, ist gering. Bei der vorliegenden Erfindung wird beim Messen der Belastung, die während des Prozesses der Bearbeitung eines Werkstücks auf die Spindel ausgeübt wird, als Zeitreihendaten eine vorherbestimmte Belastung oder ein vorherbestimmter Belastungsbereich, die oder der über eine verhältnismäßig lange Zeit hinweg gemessen wird, als stabile Bearbeitungsbelastung definiert. Außerdem wird ein Bearbeitungsbereich, in dem eine stabile Bearbeitungsbelastung gemessen wird, als Abschnitt mit einer stabilen Bearbeitung definiert. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Abschnitt mit einer stabilen Bearbeitung auf der Basis einer auf die Spindel ausgeübten Belastung, die während einer Versuchsbearbeitung oder dergleichen gemessen wurde, identifiziert und kann die stabile Bearbeitungsbelastung, die in dem identifizierten Abschnitt mit einer stabilen Bearbeitung gemessen wird, automatisch als die Zielspindelbelastung festgelegt werden.
Eine Form der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung, die eine Vorschubgeschwindigkeit auf der Basis einer Belastung, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks auf eine Spindel ausgeübt wird, reguliert. Die Steuervorrichtung weist eine Spindelbelastungsspeichereinheit, die Daten bezüglich der auf die Spindel ausgeübten Belastung speichert; eine Quantilspezifikationseinheit, die ein vorherbestimmtes Quantil spezifiziert; eine Zielspindelbelastungsberechnungseinheit, die das durch die Quantilspezifikationseinheit spezifizierte Quantil in den Daten bezüglich der auf die Spindel ausgeübten Belastung, die in der Spindelbelastungsspeichereinheit gespeichert sind, als Zielspindelbelastung berechnet; eine Spindelbelastungsmesseinheit, die die auf die Spindel ausgeübte Belastung misst; und eine Steuereinheit, die die Vorschubgeschwindigkeit der Spindel im Hinblick auf das Werkstück so steuert, dass die auf die Spindel ausgeübte Belastung die Zielspindelbelastung wird, auf.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Nach einer Form der vorliegenden Erfindung ist es bei einer derartigen Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit, dass eine auf eine Spindel ausgeübte Belastung konstant wird, nicht länger nötig, dass eine Person die für das Werkzeug und das Werkstück passende Zielspindelbelastung vorab auf Basis der Erfahrung und so weiter bestimmt, sondern kann die Belastung eines Abschnitts mit einer stabilen Bearbeitung als Zielspindelbelastung herangezogen werden.
Figurenliste

1 1 ist ein schematisches Hardwareaufbaudiagramm einer Steuervorrichtung nach einer Ausführungsform.
2 2 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform.
3 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Häufigkeitsverteilung von Werten der auf eine Spindel ausgeübten Belastung zeigt.
4 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Quantilberechnung zeigt.
5 5 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Quantilberechnung zeigt.
6 6 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform.
7 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Blockdiagramm einer PID-Steuerung nach der herkömmlichen Technik zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Figuren werden nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
1 ist ein schematisches Hardwareaufbaudiagramm, das Hauptabschnitte einer Steuervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel als eine Steuervorrichtung, die eine Werkzeugmaschine steuert, umgesetzt werden.
Eine CPU 11, die die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Erfindung aufweist, ist ein Prozessor, der die Steuervorrichtung 1 als Ganzes steuert. Die CPU 11 liest ein Systemprogramm, das in einem ROM 12 gespeichert ist, über einen Bus 22 und steuert die gesamte Steuervorrichtung 1 gemäß diesem Systemprogramm. Temporäre Berechnungsdaten und Anzeigedaten, verschiedene Arten von Daten, die von außen eingegeben wurden, und so weiter werden vorübergehend in einem RAM 13 gespeichert.
Ein nichtflüchtiger Speicher 14 besteht zum Beispiel aus einem Speicher, der durch eine nicht dargestellte Batterie gestützt wird, einem SSD (einem Solid-State-Laufwerk) oder dergleichen, wobei der Speicherzustand auch dann beibehalten wird, nachdem der Strom der Steuervorrichtung 1 abgeschaltet wurde. Der nichtflüchtige Speicher 14 speichert Daten und Bearbeitungsprogramme, die über eine Schnittstelle 15 von einer externen Einrichtung 72 gelesen wurden, Daten und Bearbeitungsprogramme, die über eine Eingabevorrichtung 71 eingegeben wurden, verschiedene Arten von Daten, die von Werkzeugmaschinen erlangt wurden, und so weiter. Die Daten und die Bearbeitungsprogramme, die in dem nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert sind, können zur Zeit der Ausführung/Verwendung in den RAM 13 geladen werden. Außerdem sind verschiedene Arten von Systemprogrammen wie etwa bekannte Analyseprogramme und so weiter vorab in den ROM 12 geschrieben.
Die Schnittstelle 15 ist eine Schnittstelle, die die CPU 11 der Steuervorrichtung 1 und die externe Einrichtung 72 wie etwa eine USB-Vorrichtung oder dergleichen verbindet. Von Seiten der externen Einrichtung 72 können zum Beispiel Bearbeitungsprogramme, verschiedene Parameter und so weiter, die für die Steuerung der Werkzeugmaschine verwendet werden, gelesen werden. Außerdem können Bearbeitungsprogramme, verschiedene Parameter und so weiter, die in der Steuervorrichtung 1 bearbeitet wurden, über die externe Einrichtung 72 in einem externen Speichermittel (nicht dargestellt) gespeichert werden.
Eine PLC (eine programmierbare Logiksteuerung) 16 gibt durch ein in der Steuervorrichtung 1 eingerichtetes Ablaufprogramm Signale über eine E/A-Einheit 17 an die Werkzeugmaschine und Periphergeräte der Werkzeugmaschine (z.B. Werkzeugwechselvorrichtungen, Aktuatoren wie Roboter oder dergleichen, Sensoren, die an der Werkzeugmaschine angebracht sind, und so weiter) aus und steuert diese. Bei der Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform ist über die E/A-Einheit 17 zum Beispiel ein Sensor 3 angeschlossen, der eine Belastung, die während der Bearbeitung auf eine Spindel ausgeübt wird, misst. Außerdem werden Signale von verschiedenen Arten von Schaltern an einem Steuerpult, das an einer Haupteinheit einer Industriemaschine angeordnet ist, Periphervorrichtungen und so weiter erhalten, einer erforderlichen Signalverarbeitung unterzogen und danach an die CPU 11 weitergegeben.
Verschiedene Arten von Daten, die in den Speicher gelesen wurden, Daten, die als Ergebnis der Ausführung von Bearbeitungsprogrammen oder Systemprogrammen erhalten wurden, und so weiter werden über eine Schnittstelle 18 ausgegeben und an einer Anzeigevorrichtung 70 dargestellt. Außerdem gibt die Eingabevorrichtung 71, die aus einer Tastatur, einer Zeigevorrichtung und so weiter besteht, Befehle, Daten und so weiter, die auf Betätigungen, welche von einem Arbeiter durchgeführt werden, beruhen, über eine Schnittstelle 19 an die CPU 11 weiter.
Eine Wellensteuerschaltung 30 zum Steuern einer Welle, mit der die Werkzeugmaschine versehen ist, erhält von der CPU 11 einen die Welle betreffenden Steuerbefehlswert und gibt diesen Befehl an einen Servoverstärker 40 aus. Der Servoverstärker 40 erhält diesen Befehl und treibt einen Servomotor 50 an, der einen in der Werkzeugmaschine enthaltenen Antriebsabschnitt die Welle entlang bewegt. Der Servomotor 50 der Welle weist einen eingebauten Positions-/Geschwindigkeits-Detektor auf und nimmt eine Rückmeldung von Positions-/Geschwindigkeits-Signalen von diesem Positions-/Geschwindigkeits-Detektor an die Wellensteuerschaltung 30 vor, wodurch eine Positions-/Geschwindigkeits-Rückmeldesteuerung durchgeführt wird. Obwohl in dem Hardwareaufbaudiagramm von 1 nur jeweils eine Wellensteuerschaltung 30, ein Servoverstärker 40 und ein Servomotor 50 dargestellt ist, ist zu beachten, dass sie tatsächlich in einer Anzahl bereitgestellt sind, die der Anzahl der Wellen, über die die Werkzeugmaschine, die das Ziel der Steuerung darstellt, verfügt, entspricht. Zum Beispiel sind im Fall der Steuerung einer allgemeinen Werkzeugmaschine drei Sätze der Wellensteuerschaltung 30, des Servoverstärkers 40 und des Servomotors 50 bereitgestellt, die die Spindel, an der ein Werkzeug angebracht ist, und das Werkstück relativ in die Richtungen von drei linearen Achsen (einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse) bewegen.
Eine Spindelsteuerschaltung 60 erhält einen Spindeldrehbefehl und gibt ein Spindelgeschwindigkeitssignal an einen Spindelverstärker 61 aus. Der Spindelverstärker 61 erhält dieses Spindelgeschwindigkeitssignal und dreht einen Spindelmotor 62 der Werkzeugmaschine mit der befohlenen Umdrehungsgeschwindigkeit, wodurch das Werkzeug angetrieben wird. Dem Spindelmotor 62 ist ein Positionscodierer 63 angegliedert, und der Positionscodierer 63 gibt synchron mit der Drehung der Spindel Rückmeldeimpulse aus, wobei diese Rückmeldeimpulse von der CPU 11 gelesen werden.
2 ist eine Darstellung der Funktionen, über die die Steuervorrichtung 1 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verfügt, als schematisches Blockdiagramm. Die Funktionen, über die die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform verfügt, werden umgesetzt, indem die CPU 11, mit der die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 1 versehen ist, ein Systemprogramm ausführt und die Tätigkeiten der einzelnen Einheiten der Steuervorrichtung 1 steuert.
Die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform weist eine Steuereinheit 110, eine Spindelbelastungsmesseinheit 120, eine Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130, eine Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 und eine Quantilspezifikationseinheit 160 auf. Ferner wird ein Bearbeitungsprogramm, das von der Eingabevorrichtung 71, der externen Einrichtung 72 oder dergleichen erlangt wurde, vorab in dem RAM 13 oder dem nichtflüchtigen Speicher 14 der Steuervorrichtung 1 gespeichert. Außerdem ist in dem RAM 13 oder dem nichtflüchtigen Speicher 14 der Steuervorrichtung 1 vorab eine Spindelbelastungsspeichereinheit 220 vorbereitet, die ein Bereich zum Speichern der gemessenen Spindelbelastung ist.
Die Steuereinheit 110 wird umgesetzt, indem die CPU 11, mit der die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 1 versehen ist, ein aus dem ROM 12 gelesenes Systemprogramm ausführt und hauptsächlich durch die CPU 11 eine Rechenverarbeitung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 vorgenommen wird und eine Verarbeitung zur Steuerung der Einheiten einer Werkzeugmaschine 2 unter Verwendung der Wellensteuerschaltung 30, der Spindelsteuerschaltung 60 und der PLC 16 vorgenommen wird. Die Steuereinheit 110 analysiert das Bearbeitungsprogramm 210 und erzeugt Befehlsdaten zum Steuern der Werkzeugmaschine 25 und von Periphervorrichtungen wie etwa dem Sensor 3 und so weiter. Die Steuereinheit 110 steuert dann die Einheiten der Werkzeugmaschine 2 auf Basis der erzeugten Befehlsdaten. Die Steuereinheit 110 erzeugt zum Beispiel auf Basis von Befehlen zum Bewegen der Wellen der Werkzeugmaschine 2 Daten im Zusammenhang mit der Bewegung der Wellen und gibt die Daten an den Servomotor 50 aus. Außerdem erzeugt die Steuereinheit 110 zum Beispiel auf Basis eines Befehls zum Drehen der Spindel der Werkzeugmaschine Daten im Zusammenhang mit der Drehung der Spindel und gibt sie an den Spindelmotor 62 aus. Ferner erzeugt die Steuereinheit 110 zum Beispiel auf Basis von Befehlen zum Betreiben von Periphervorrichtungen vorherbestimmte Daten zum Betreiben der Periphervorrichtungen der Werkzeugmaschine 2 und gibt sie an die PLC 16 aus. Überdies erlangt die Steuereinheit 110 den Zustand (Motorstromwert, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Drehmoment usw.) des Servomotors 50 und des Spindelmotors 62 als Rückmeldewerte, die für die einzelnen Steuerverarbeitungen verwendet werden.
Die Steuereinheit 110, mit der die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform versehen ist, steuert die Vorschubgeschwindigkeit der Spindel (die relative Vorschubgeschwindigkeit zwischen der Spindel und dem Werkstück) dann, wenn von der Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 eine Zielspindelbelastung, die einen Zielwert für die Spindelbelastung angibt, eingegeben wird, so, dass die Spindelbelastung die Zielspindelbelastung erreicht. Die Steuereinheit 110 weist außerdem die Spindelbelastungsmesseinheit 120 auf Basis von Befehlen von Blöcken des Bearbeitungsprogramms 210, Befehlen, die durch einen Betreiber an der Eingabevorrichtung 71 eingegeben werden, und so weiter an, die Messung der auf die Spindel ausgeübten Belastung zu beginnen/zu beenden.
Die Spindelbelastungsmesseinheit 120 wird umgesetzt, indem die CPU 11, mit der die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 1 versehen ist, ein aus dem ROM 12 gelesenes Systemprogramm ausführt und hauptsächlich durch die CPU 11 eine Rechenverarbeitung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 vorgenommen wird und eine Verarbeitung zur Steuerung der Einheiten der Werkzeugmaschine 2 unter Verwendung der PLC 16 durchgeführt wird. Die Spindelbelastungsmesseinheit 120 befiehlt dem Sensor 3, die Belastung, die auf die Spindel, mit der die Werkzeugmaschine ausgerüstet ist, ausgeübt wird, zu messen, und erlangt dessen Messergebnisse. Die Spindelbelastungsmesseinheit 120 kann die auf die Spindel ausgeübte Belastung zum Beispiel als Satz (Zeitreihendaten) von Werten, die zu einem bestimmten Zyklus im Zeitablauf gemessen werden, erlangen. Der von der Spindelbelastungsmesseinheit 120 erlangte Wert der auf die Spindel ausgeübten Belastung kann durch eine vorherbestimmte Einheit der Belastung (Nm usw.) ausgedrückt sein oder als Verhältnis der gemessenen Belastung (% von Teilen je einhundert usw.) in Bezug auf den fortlaufenden Nennbelastungswert des Motors zum Bewegen der Spindel in Bezug auf das Werkstück ausgedrückt sein. Der von der Spindelbelastungsmesseinheit 120 erlangte Satz von Werten der auf die Spindel ausgeübten Belastung wird an die Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130 ausgegeben.
Die Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130 wird umgesetzt, indem die CPU 11, mit der die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 1 versehen ist, ein aus dem ROM 12 gelesenes Systemprogramm ausführt und hauptsächlich durch die CPU 11 eine Rechenverarbeitung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 vorgenommen wird. Die Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130 zeichnet den von der Spindelbelastungsmesseinheit 120 erlangten Satz von Werten der auf die Spindel ausgeübten Belastung in der Spindelbelastungsspeichereinheit 220 auf. Die Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130 kann den von der Spindelbelastungsmesseinheit 120 erlangten Satz von Werten der auf die Spindel ausgeübten Belastung so, wie er ist, in der Spindelbelastungsspeichereinheit 220 aufzeichnen. Alternativ kann die Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130 auf Basis des von der Spindelbelastungsmesseinheit 120 erlangten Satzes von Werten der auf die Spindel ausgeübten Belastung eine Häufigkeitsverteilung der Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung erzeugen und die Daten bezüglich der erzeugten Häufigkeitsverteilung in der Spindelbelastungsspeichereinheit 220 aufzeichnen. Die Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130 kann in der Spindelbelastungsspeichereinheit 220 auch Ergebnisse einer Simulation der auf die Spindel ausgeübten Belastung, die durch ein nicht dargestelltes Mittel vorgenommen wurde, speichern.
Wenn der Satz von Werten der auf die Spindel ausgeübten Belastung als Daten, die eine Häufigkeitsverteilung betreffen, aufgezeichnet wird, werden vorab vorherbestimmte Klassen, die durch Unterteilen eines Bereichs von Werten, die die auf die Spindel ausgeübte Belastung annehmen kann, erhalten werden, festgelegt. Die Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130 berechnet dann für jede der obigen Klassen die Häufigkeit in Bezug auf jedes Datenelement, das in dem von der Spindelbelastungsmesseinheit 120 erlangten Satz von Werten der auf die Spindel ausgeübten Belastung enthalten ist, auf Basis seines Belastungswerts und erzeugt dadurch die Häufigkeitsverteilung.
Zum Beispiel wird der Bereich der Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung dann, wenn die Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung so wie oben beschrieben als das Verhältnis in Bezug auf den fortlaufenden Nennbelastungswert des Motors ausgedrückt sind und die Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung Werte von 0 % bis 150 % annehmen können, in 151 Klassen unterteilt, wobei etwa Daten eines Belastungswerts von nicht weniger als 0 % aber weniger als 1 % als 0 % angesetzt werden, Daten eines Belastungswerts von nicht weniger als 1 % aber weniger als 2 % als 1 % angesetzt werden, und so weiter. Es wird bestimmt, zu welcher Klasse jedes Datenelement, das in dem von der Spindelbelastungsmesseinheit 120 erlangten Satz von Werten der auf die Spindel ausgeübten Belastung enthalten ist, gehört und die Anzahl der Datenelemente, die zu jeder Klasse gehören, als Häufigkeit berechnet, wodurch die Häufigkeitsverteilung erzeugt wird.
3 zeigt ein Beispiel für die Erzeugung einer Häufigkeitsverteilung der Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung durch die Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130. Bei dem Beispiel von 3 wird die Einheit der Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung als das Verhältnis in Bezug auf den fortlaufenden Nennbelastungsbereich ausgedrückt. Außerdem wird angenommen, dass die Spindelbelastungsmesseinheit 120 die auf die Spindel ausgeübte Belastung alle 10 ms misst. Ferner wird angenommen werden, dass der Bereich der Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung wie oben beschrieben mit jedem 1 % in 151 Klassen unterteilt ist. Nun bestimmt die Spindelbelastungsmesseinheit 120, zu welcher Klasse ein jedes von 10.001 Datenelementen, die von einer Zeit 0 [ms] bis zu 100.000 [ms] erlangt wurden, gehört, und berechnet die Anzahl der Daten, die zu den einzelnen Klassen gehören, um die Häufigkeitsverteilung zu erzeugen. Unter den Belastungswertdaten, die in 3 beispielhaft dargestellt sind, zeigen die Häufigkeiten in den Klassen der Belastungswerte 60 % bis 80 % einen verhältnismäßig großen Wert, während die Häufigkeiten der anderen Klassen gering sind.
Die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 wird umgesetzt, indem die CPU 11, mit der die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 1 versehen ist, ein aus dem ROM 12 gelesenes Systemprogramm ausführt und hauptsächlich durch die CPU 11 eine Rechenverarbeitung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 vorgenommen wird. Die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 berechnet ein durch die Quantilspezifikationseinheit 160 spezifiziertes Quantil in den Daten, die in der Spindelbelastungsspeichereinheit 220 gespeichert sind, als die Zielspindelbelastung. Wenn in der Spindelbelastungsspeichereinheit 220 ein Satz von Werten der Belastung, die auf die Spindel ausgeübt wird, als Daten gespeichert ist, kann die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 die einzelnen Datenelemente in einer aufsteigenden Reihenfolge oder einer umgekehrten Reihenfolge neu anordnen, die kumulative Häufigkeit von unten her berechnen und danach das Quantil, das dem spezifizierten Quantil entspricht, berechnen. Auch dann, wenn in der Spindelbelastungsspeichereinheit 220 die Häufigkeitsverteilung der Werte der Belastung, die auf die Spindel ausgeübt wird, als Daten gespeichert ist, kann die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 die kumulative Häufigkeit für jede Klasse von unten her berechnen und das Quantil, das dem spezifizierten Quantil entspricht, berechnen. Die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 gibt das berechnete Quantil als die Zielspindelbelastung an die Steuereinheit 110 aus.
4 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zeigt, um aus den Daten der Häufigkeitsverteilung, die in 3 beispielhaft dargestellt ist, das ½-Quantil zu finden. Wie in 4 beispielhaft dargestellt ist, wird dann, wenn zum Beispiel vorab das ½-Quantil spezifiziert wurde, die kumulative Häufigkeit auf Basis der Daten in der Häufigkeitsverteilung von unten her berechnet und der Wert, der die Klasse, die das 5001. Datenelement enthält, angibt, als das ½-Quantil berechnet. Im Fall von 4 gibt die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 74 %, was das ½-Quantil ist, als die Zielspindelbelastung an die Steuereinheit 110 aus.
Die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform kann die Zielspindelbelastung durch Ändern des spezifizierten Quantils je nach dem Ziel der Bearbeitung regulieren. 5 zeigt ein Beispiel der Berechnung der Zielspindelbelastung in einem Fall, in dem durch den Betreiber das ½-Quantil oder das ¾-Quantil spezifiziert wurde. Zum Beispiel befiehlt der Betreiber der Zielspindelbelastungsberechnungseinheit in einem Fall, in dem Zykluszeit geopfert werden soll, um die Werkzeuglebensdauer zu verlängern, über die Eingabeeinheit 71 oder dergleichen, das ½-Quantil als die Zielspindelbelastung zu berechnen. In diesem Fall berechnet die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 den Wert der Klasse, die in dem Satz von Werten der auf die Spindel ausgeübten Belastung das 2500. und das 2501. Datenelement von unten her enthält, als das ¼-Quantil. Bei dem Beispiel von 5 gibt die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 58 %, was das ½-Quantil ist, als die Zielspindelbelastung an die Steuereinheit 110 aus. Umgekehrt befiehlt der Betreiber der Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 dann, wenn Werkzeuglebensdauer geopfert werden soll, um die Zykluszeit zu beschleunigen, über die Eingabeeinheit 71 oder dergleichen, das ¾-Quantil als die Zielspindelbelastung zu berechnen. In diesem Fall berechnet die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 den Wert der Klasse, die in dem Satz von Werten der auf die Spindel ausgeübten Belastung das 7500. und das 7501. Datenelement von unten her enthält, als das ¾-Quantil. Bei dem Beispiel von 5 gibt die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 80 %, was das ¾-Quantil ist, als die Zielspindelbelastung an die Steuereinheit 110 aus. Es ist zu beachten, dass dann, wenn das spezifizierten Quantil Klassen überspannt, der Durchschnittswert der Werte, die diesen Klassen entsprechen, als die Zielspindelbelastung herangezogen werden kann.
Die Quantilspezifikationseinheit 160 wird umgesetzt, indem die CPU 11, mit der die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 1 versehen ist, ein aus dem ROM 12 gelesenes Systemprogramm ausführt und hauptsächlich durch die CPU 11 eine Rechenverarbeitung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 vorgenommen wird und unter Verwendung der Schnittstelle 19 eine Eingabeverarbeitung vorgenommen wird. Die Quantilspezifikationseinheit 160 nimmt von dem Betreiber eine Eingabe zur Spezifikation des Quantils entgegen und gibt sie an die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 aus. Die Quantilspezifikationseinheit 160 kann eine direkte Eingabe zur Spezifikation des Quantils wie etwa das ½-Quantil, das ¾-Quantil und so weiter entgegennehmen oder kann eine spezifizierende Eingabe in der Form eines Perzentils wie etwa 30 %, 50 %, 70 % oder dergleichen entgegennehmen. Neben der Entgegennahme einer Spezifikation des Quantils von der Eingabevorrichtung 71 kann auch ein Quantil, das in einem Einstellbereich, der in dem nichtflüchtigen Speicher 14 der Steuervorrichtung 1 bereitgestellt ist, festgelegt ist, als das spezifizierte Quantil entgegengenommen werden oder kann ein Quantil, das über ein nicht dargestelltes Netzwerk von einem anderen Computer wie etwa einem Host-Computer oder dergleichen erhalten wurde, als das spezifizierte Quantil entgegengenommen werden.
Wenn die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform mit dem obigen Aufbau verwendet wird, misst der Betreiber die auf die Spindel ausgeübte Belastung, während er eine Versuchsbearbeitung vornimmt. Ein einfaches Spezifizieren eines vorherbestimmten Quantils in Bezug auf den durch die Messung erlangten Satz von Werten der Belastung legt dann die Zielspindelbelastung automatisch fest. Durch das wie oben beschriebene Ermöglichen der Spezifikation eines Quantils in Bezug auf Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung wird das Extrahieren eines Werts, der für eine große Anzahl von Malen gemessen wurde, aus den während der Versuchsbearbeitung gemessenen Belastungen, die auf die Spindel ausgeübt werden, erleichtert. Die auf die Spindel ausgeübte Belastung wird selbst dann, wenn das Werkstück mit der gleichen Spindelumdrehungsgeschwindigkeit, der gleichen Vorschubgeschwindigkeit und der gleichen Schneidetiefe bearbeitet wird, aufgrund von Schwingungen der Spindel, der Weise, auf die die Werkzeugschneide mit dem Werkstück in Kontakt gelangt, und so weiter kein konstanter Wert. Entsprechend ist es schwierig, einen Abschnitt mit einer stabilen Bearbeitung zu finden, wenn einfach ein Modalwert oder dergleichen verwendet wird. Die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht das Spezifizieren von Verteilungen in Bezug auf einen Satz von Messwerten der auf die Spindel ausgeübten Belastung, wodurch das Identifizieren eines Abschnitts, in dem Belastungswerte mit einer verhältnismäßig großen Häufigkeit konzentriert sind, als Abschnitt mit einer stabilen Bearbeitung erleichtert wird. Dann können mit diesem Abschnitt mit einer stabilen Bearbeitung als Bezug vorherbestimmte Verteilungen spezifiziert werden, wodurch leicht eine Spezifikation je nach dem Ziel der Bearbeitung wie etwa einer Bearbeitung mit dem Fokus auf die Zykluszeit oder einer Bearbeitung mit dem Fokus auf die Werkzeuglebensdauer bestimmt werden kann.
Bei der Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform kann der Satz der Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung so, wie er ist, in der Spindelbelastungsspeichereinheit 220 gespeichert werden, doch ermöglicht ein Speichern dieser Daten als Häufigkeitsverteilungsdaten, dass die erforderliche Datenspeicherkapazität verglichen mit einem Fall, in dem der Satz der durch die Spindelbelastungsmesseinheit 120 erlangten Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung so, wie er ist, aufgezeichnet wird, deutlich verringert wird. Außerdem ermöglicht ein Berechnen der Häufigkeitsverteilung im Voraus, dass die Berechnung zur Zeit der Vornahme der Berechnung im Hinblick auf Quantile vereinfacht wird.
Als eine Abwandlung der Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform kann die Quantilspezifikationseinheit 160 unter Verwendung von Optionsfeldern, Pulldown-Menüs oder dergleichen einstellbar sein, was die Spezifikation von Quantilen durch den Betreiber betrifft. Dabei kann zum Beispiel ein Menü, das „Zykluszeit vorrangig“, „Gleichgewicht vorrangig“, „Werkzeuglebensdauer vorrangig“ und so weiter umfasst, wählbar sein und kann durch die Wahl eines jeweiligen Punkts ein Quantil, das dem gewählten Punkt entspricht, spezifiziert werden. Durch Bereitstellen einer derartigen Ausführung kann der Betreiber ein vorherbestimmtes Quantil einfach durch Festlegen seiner Absicht spezifizieren.
6 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Funktionen der Steuervorrichtung 1 nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Funktionen, über die die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform verfügt, werden umgesetzt, indem die CPU 11, mit der die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 1 versehen ist, ein Systemprogramm ausführt und die Tätigkeiten der einzelnen Einheiten der Steuervorrichtung 1 steuert.
Die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform weist zusätzlich zu der Steuereinheit 110, der Spindelbelastungsmesseinheit 120, der Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130 und der Zielspindelbelastungsberechnungseinheit 140 ferner eine Spindelbetriebszustandsbestimmungseinheit 150 auf. Außerdem wird das Bearbeitungsprogramm 210, das von der Eingabevorrichtung 71, der externen Einrichtung oder dergleichen erlangt wurde, vorab in dem RAM 13 oder dem nichtflüchtigen Speicher 14 der Steuervorrichtung 1 gespeichert. Außerdem ist in dem RAM 13 oder dem nichtflüchtigen Speicher 14 der Steuervorrichtung 1 vorab eine Spindelbelastungsspeichereinheit 220, die ein Bereich zum Speichern der gemessenen Spindelbelastung ist, vorbereitet.
Die Steuereinheit 110, die Spindelbelastungsmesseinheit 120 und die Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130, die die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform aufweist, verfügen über die gleichen Funktionen wie die Funktionen, die die Steuervorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform aufweist.
Die Spindelbetriebszustandsbestimmungseinheit 150 wird umgesetzt, indem die CPU 11, mit der die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 1 versehen ist, ein aus dem ROM 12 gelesenes Systemprogramm ausführt und hauptsächlich durch die CPU 11 eine Rechenverarbeitung unter Verwendung des RAM 13 und des nichtflüchtigen Speichers 14 vorgenommen wird. Die Spindelbetriebszustandsbestimmungseinheit 150 bestimmt auf Basis von Informationen, die von der Steuereinheit 110 erlangt werden können, den Betriebszustand der Spindel, wie etwa zum Beispiel, ob diese beschleunigt/verlangsamt oder angehalten ist, und befiehlt der Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit 130, die Spindelbelastung, die gemessen wird, während sie beschleunigt/verlangsamt oder angehalten ist, nicht aufzuzeichnen. Ob die Spindel beschleunigt/verlangsamt oder angehalten ist, kann aus dem Zustand der Ausführung des Bearbeitungsprogramms 210 durch die Steuereinheit 110 bestimmt werden. Zum Beispiel wird die Umdrehung der Spindel unmittelbar nach der Ausführung eines Normaldrehbefehls (eines Gegendrehbefehls), eines Anhaltebefehls, eines Umdrehungsgeschwindigkeitsbefehls oder dergleichen und der Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Spindel beschleunigt oder verlangsamt und wird die Belastung der Spindel selbst in einem Zustand, in dem keine Bearbeitung vorgenommen wird, hoch. In einem solchen Zustand kann bestimmt werden, dass die Spindel beschleunigt/verlangsamt. Oder wenn nach der Ausführung eines Anhaltebefehls eine ausreichende Zeit vergangen ist, kann bestimmt werden, dass die Spindel angehalten ist.
Das Aufnehmen des Werts der auf die Spindel ausgeübten Belastung, der während des Beschleunigens/Verlangsamens oder des Stillstands gemessen wird, in die Berechnung der Zielspindelbelastung führt dazu, dass die Zielspindelbelastung hoch oder niedrig wird. Die Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform mit dem obigen Aufbau kann die auf die Spindel ausgeübte Belastung, wenn die Spindel beschleunigt/verlangsamt oder die Spindel angehalten ist, aus der Berechnung der Zielspindelbelastung ausschließen, wodurch die Festlegung einer passenderen Zielspindelbelastung erwartet wird.
Obwohl im Vorhergehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Beispiele der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann durch passendes Anwenden verschiedener Abwandlungen auf verschiedene Weisen ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuervorrichtung
2: Werkzeugmaschine
3: Sensor
11: CPU
12: ROM
13: RAM
14: nichtflüchtiger Speicher
15, 18, 19: Schnittstelle
16: PLC
17: E/A-Einheit
22: Bus
30: Wellensteuerschaltung
40: Servoverstärker
50: Servomotor
60: Spindelsteuerschaltung
61: Spindelverstärker
62: Spindelmotor
63: Positionscodierer
70: Anzeigevorrichtung
71: Eingabevorrichtung
72: externe Einrichtung
110: Steuereinheit
120: Spindelbelastungsmesseinheit
130: Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit
140: Zielspindelbelastungsberechnungseinheit
150: Spindelbetriebszustandsbestimmungseinheit
160: Quantilspezifikationseinheit
210: Bearbeitungsprogramm
220: Spindelbelastungsspeichereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017191536 [0003]
JP 2019149041 [0003]

Claims

Steuervorrichtung, die eine Vorschubgeschwindigkeit auf der Basis einer Belastung, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks auf eine Spindel ausgeübt wird, reguliert, wobei die Steuervorrichtung eine Spindelbelastungsspeichereinheit, die Daten bezüglich der auf die Spindel ausgeübten Belastung speichert; eine Quantilspezifikationseinheit, die ein vorherbestimmtes Quantil spezifiziert; eine Zielspindelbelastungsberechnungseinheit, die das durch die Quantilspezifikationseinheit spezifizierte Quantil in den Daten bezüglich der auf die Spindel ausgeübten Belastung, die in der Spindelbelastungsspeichereinheit gespeichert sind, als Zielspindelbelastung berechnet; eine Spindelbelastungsmesseinheit, die die auf die Spindel ausgeübte Belastung misst; und eine Steuereinheit, die die Vorschubgeschwindigkeit der Spindel im Hinblick auf das Werkstück so steuert, dass die auf die Spindel ausgeübte Belastung die Zielspindelbelastung wird, aufweist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zielspindelbelastungsberechnungseinheit die Zielspindelbelastung auf Basis einer kumulativen Häufigkeit, die durch Ansammeln der Häufigkeiten der in der Spindelbelastungsspeichereinheit gespeicherten Werte der auf die Spindel ausgeübten Belastung in einer Reihenfolge von niedrigen Werten her berechnet wurde, und dem durch die Quantilspezifikationseinheit spezifizierten Quantil berechnet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Spindelbelastungsaufzeichnungseinheit, die Werte, die die auf die Spindel ausgeübte Belastung annehmen kann, in mehrere Klassen unterteilt, eine Häufigkeitsverteilung, wofür die durch die Spindelbelastungsmesseinheit gemessenen Belastungen als den betreffenden Klassen entsprechend gezählt wurden, berechnet und ihre Aufzeichnung in der Spindelbelastungsspeichereinheit vornimmt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Spindelbetriebszustandsbestimmungseinheit, die der Spindelbelastungsspeichereinheit befiehlt, die auf die Spindel ausgeübte Belastung nicht zu speichern, wenn die Spindel beschleunigt/verlangsamt oder angehalten ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Quantilspezifikationseinheit ein zu spezifizierendes Quantil auf Basis der Wahl einer Option, die ein mit der Bearbeitung in Zusammenhang stehendes Ziel angibt, bestimmt.