DE112021001880T5

DE112021001880T5 - Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE112021001880T5
Application number: DE112021001880.9T
Authority: DE
Inventors: Yuuki Kumamoto; Kenta Yamamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2023-01-19
Also published as: US20230133532A1; WO2021193712A1; JPWO2021193712A1; JP7355922B2; CN115315666A

Abstract

Es wird eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine bereitgestellt, die in der Lage ist, Geräusche beim Ineinandergreifen von Zahnrädern zuverlässig zu reduzieren und die gewünschte Bearbeitungsqualität zu gewährleisten. Eine Steuereinrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine bearbeitet ein Werkstück W mit mindestens einer Zahnoberfläche und umfasst: eine Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15, die eine Bearbeitungsbedingung eingeben kann, die mindestens eines der folgenden Elemente enthält: Spezifikationen des Werkstücks W, Spezifikationen eines Werkzeugs T, eine Vorschubgeschwindigkeit, die Drehzahl einer Spindel und die Anzahl der Zähne; eine Oberflächenmuster-Berechnungseinheit 16, die auf der Grundlage der Bearbeitungsbedingung ein Oberflächenmuster berechnet, das auf der Grundlage von Intervallen von Kratzern definiert ist, die auf einer bearbeiteten Oberfläche auftreten; eine Schwenkbefehl-Erzeugungseinheit 17, die auf der Grundlage des Oberflächenmusters einen Schwenkbefehl zum Erreichen eines Oberflächenmusters erzeugt, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle der Kratzer ungleich sind; und eine Positions- und Geschwindigkeitssteuereinheit 14, die die Bearbeitung durchführt, während sie das Werkstück W und das Werkzeug T relativ zueinander auf der Grundlage des von der Schwenkbefehl-Erzeugungseinheit 17 erzeugten Schwenkbefehls schwenkt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine.
Hintergrund
Bei der maschinellen Bearbeitung bildet eine Ansammlung von kleinen Kratzern, die durch die Bearbeitung entstehen, als Ergebnis eine bearbeitete Oberfläche. Bei der Bearbeitung von Zahnrädern zum Beispiel sind solche winzigen Kratzer normalerweise gleichmäßig verteilt. Wenn jedoch die Zahnräder mit gleichmäßig verteilten Kratzern ineinandergreifen, entsteht ein periodisches Geräusch, das zur Erzeugung eines Antriebsgeräusches führt.
Um die oben erwähnten Geräusche zu vermeiden, wurde eine Technik offenbart, bei der sich die Vorschubgeschwindigkeit dynamisch ändert, so dass die Intervalle zwischen den Kratzern unregelmäßig sind (siehe z. B. das japanische Patent Nr. 4824947 ). Diese Technik soll es ermöglichen, das Geräusch zu reduzieren, wenn die Zahnräder ineinandergreifen.
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4824947
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Das japanische Patent Nr. 4824947 offenbart jedoch kein spezifisches Verfahren, um die Intervalle zwischen den Kratzern unregelmäßig zu gestalten. Daher kann der Effekt der Geräuschreduzierung in einigen Fällen aufgrund der schlechten Reproduzierbarkeit nicht erzielt werden, und darüber hinaus kann es zu Schwankungen in der Bearbeitungsqualität kommen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine, wobei die Steuereinrichtung in der Lage ist, die Geräusche beim Ineinandergreifen der Zahnräder zuverlässig zu reduzieren und die gewünschte Bearbeitungsqualität zu gewährleisten.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung sieht eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine vor, die ein Werkstück mit mindestens einer Zahnoberfläche bearbeitet. Die Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine umfasst: eine Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit, die eine Bearbeitungsbedingung eingeben kann, die mindestens eine aus Spezifikationen des Werkstücks, Spezifikationen eines Werkzeugs, einer Vorschubgeschwindigkeit, einer Spindeldrehzahl und der Anzahl von Zähnen ausgewählte Bedingung enthält; eine Oberflächenmuster-Berechnungseinheit, die auf der Grundlage der von der Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit eingegebenen Bearbeitungsbedingung ein Oberflächenmuster berechnet, das in Abhängigkeit von Intervallen zwischen auf einer bearbeiteten Oberfläche erzeugten Kratzern definiert ist eine Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit, die auf der Grundlage des von der Oberflächenmuster-Berechnungseinheit berechneten Oberflächenmusters einen Oszillationsbefehl zum Erreichen eines Oberflächenmusters erzeugt, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind; und eine Steuereinheit, die eine Bearbeitung durchführt, während sie das Werkstück und das Werkzeug relativ zueinander auf der Grundlage des von der Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit erzeugten Oszillationsbefehls oszillieren lässt.
Auswirkungen der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine zur Verfügung, wobei die Steuereinrichtung in der Lage ist, Geräusche beim Ineinandergreifen von Zahnrädern zuverlässig zu reduzieren und die gewünschte Bearbeitungsqualität zu gewährleisten.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Achsenkonfiguration einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; 2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; 3 ist ein Diagramm, das das Prinzip der Zahnradbearbeitung zeigt, die von einer Steuereinrichtung für eine Bearbeitungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auszuführen ist; 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem ein Stirnrad bearbeitet wird; 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem ein Schrägstirnrad bearbeitet wird; und 6 ist ein Flussdiagramm, das Verfahrensschritte durch eine Steuereinrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das eine Achsenkonfiguration einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks, das mindestens eine Zahnoberfläche aufweist, und ist beispielsweise eine Zahnrad-Werkzeugmaschine 1, wie in 1 gezeigt. Beispiele für die Zahnrad-Werkzeugmaschine 1 sind eine Zahnrad-Schleifmaschine, die ein Zahnrad schleifen kann, oder eine Wälzfräsmaschine, die ein Zahnrad fräsen kann.
Wie in 1 zeigt, umfasst eine Achsenkonfiguration der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf ein kreisförmiges, säulenförmiges Werkstück W eine X-Achse, die eine Vorschubachse in einer radialen Richtung (radiale Richtung des Werkstücks) ist, eine Y-Achse, die eine Vorschubachse in einer tangentialen Richtung (tangentiale Richtung des Werkstücks) ist, eine Z-Achse, die eine Vorschubachse in einer axialen Richtung (axiale Richtung des Werkstücks) ist, eine A-Achse (Werkzeugneigungsachse), die eine Drehachse ist, die eine Drehung als Drehung um die X-Achse ermöglicht, eine B-Achse (Werkzeugdrehachse), die eine Drehachse ist, die eine Drehung als Drehung um die Y-Achse ermöglicht, und eine C-Achse (Werkstückdrehachse), die eine Drehachse ist, die eine Drehung als Drehung um die Z-Achse ermöglicht. Ein Bewegungs- oder Drehmechanismus (nicht dargestellt) einschließlich eines Motors ist in jeder Achse vorgesehen, um eine Bewegung in jeder axialen Richtung oder eine Drehung um jede Achse zu ermöglichen. In der Zahnrad-Werkzeugmaschine 1 wird das Werkstück W durch eine Werkstückwelle 2 um die C-Achse gedreht und ein Werkzeug T wird durch eine Werkzeugwelle 3 um die B-Achse gedreht, wodurch das Werkstück W und das Werkzeug T in jeder axialen Richtung relativ bewegt werden, so dass ein Schleifen oder Schneiden am Werkstück W durchgeführt wird.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuereinrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Steuereinrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt das Schleifen oder Schneiden aus, indem sie einen Motor einer Spindel steuert, um das Werkzeug T und das Werkstück W relativ zueinander zu drehen, und einen Motor 30 einer Vorschubachse steuert, um das Werkzeug T und das Werkstück W relativ zueinander oszillierend zu bewegen. Die Steuereinrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht beispielsweise aus einem Computer mit einem CUP, einem Speicher und dergleichen.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Steuereinrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Addierer 11, einen Integrator 12, einen Addierer 13, eine Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 14, eine Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15, eine Oberflächenmuster-Berechnungseinheit 16, eine Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17 und eine Anzeigeeinheit 18.
Der Addierer 11 berechnet die Positionsabweichung. Insbesondere berechnet der Addierer 11 die Positionsabweichung, die eine Differenz zwischen der Positionsrückmeldung, die auf der Positionserfassung durch einen Encoder des Motors 30 der Vorschubachse basiert, und einem Positionsbefehl der Vorschubachse von einer numerischen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) oder dergleichen ist.
Der Integrator 12 errechnet einen Integrationswert der Positionsabweichung. Insbesondere integriert der Integrator 12 die durch den oben beschriebenen Addierer 11 berechnete Positionsabweichung, um so einen Integrationswert der Positionsabweichung zu berechnen.
Der Addierer 13 erzeugt einen überlagerten Befehl. Insbesondere addiert (überlagert) der Addierer 13 einen von der später beschriebenen Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17 erzeugten Oszillationsbefehl zu (auf) dem Integrationswert der von dem oben beschriebenen Integrator 12 berechneten Positionsabweichung, um dadurch einen überlagerten Befehl zu erzeugen. Alternativ kann der Addierer 13 den von der Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17 erzeugten Oszillationsbefehl zu einem Bewegungsbefehl (Positionsbefehl) addieren.
Genauer gesagt überlagert der Addierer 13 den von der später beschriebenen Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17 erzeugten Oszillationsbefehl mit dem Positionsbefehl oder der Positionsabweichung (Integrationswert) von mindestens einer Achse. Eine Achse, der der Oszillationsbefehl überlagert werden soll, ist mindestens eine, die aus den Achsen der Werkzeugmaschine ausgewählt wird, die mit der Bearbeitung in Verbindung stehen, und zwar mindestens eine, die aus insgesamt fünf Achsen ausgewählt wird, darunter drei Achsen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, die die Vorschubachsen sind, die B-Achse, die die Werkzeugdrehachse ist, und die C-Achse, die die Werkstückdrehachse ist. Wenn der Oszillationsbefehl derA-Achse, der Neigungsachse des Werkzeugs, überlagert wird, kann sich der Eingriff zwischen den Nuten des Werkstücks W und des Werkzeugs T ändern, weshalb es vorzuziehen ist, dass der Oszillationsbefehl den fünf anderen Achsen als der A-Achse überlagert wird.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform eine lernende Steuereinheit (nicht dargestellt) vorgesehen sein kann, die einen Kompensationsbetrag des überlagerten Befehls auf der Grundlage der oben beschriebenen Positionsabweichung berechnet und den berechneten Kompensationsbetrag zu dem überlagerten Befehl addiert, um dadurch den überlagerten Befehl zu kompensieren. Die lernende Steuereinheit enthält einen Speicher, der darin die Abweichung zwischen einer idealen Position und einer tatsächlichen Position des Motors 30 speichert, die einen bestimmten Zyklus definieren kann, und berechnet einen Kompensationsbetrag, der es ermöglicht, dass sich die Abweichung 0 nähert, indem sie für jeden Zyklus die im Speicher gespeicherte Abweichung liest und den berechneten Kompensationsbetrag dem überlagerten Befehl überlagert, um den überlagerten Befehl zu kompensieren. Der überlagerte Befehl der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Oszillationsbefehl, der leicht die Positionsabweichung verursacht, aber die Kompensation durch diese lernende Steuereinheit ermöglicht es, die Folgeleistung eines periodischen Oszillationsbefehls zu verbessern.
Die Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 14 erzeugt auf der Grundlage des von dem oben beschriebenen Addierer 13 erzeugten überlagerten Befehls einen Drehmomentbefehl für den Motor 30, der die Vorschubachse antreibt, und steuert den Motor 30 entsprechend dem erzeugten Drehmomentbefehl. So wird die Zahnradbearbeitung durchgeführt, während das Werkstück W und das Werkzeug T relativ oszillieren.
Die Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 14 kann mehrere Achsen synchron steuern, so dass das Werkstück W und das Werkzeug T relativ in einer Richtung entlang einer Zahnspur (Zahnoberfläche) oszillieren. Dies wird später im Detail beschrieben.
Die Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15 kann eine Bearbeitungsbedingung eingeben, die mindestens eine der folgenden Angaben enthält: Spezifikationen des Werkstücks W, Spezifikationen des Werkzeugs T, eine Vorschubgeschwindigkeit, eine Spindeldrehzahl und die Anzahl der Zähne. Beispiele für die Spezifikationen des Werkstücks W sind der Durchmesser des Werkstücks W und die Materialien des Werkstücks W, und Beispiele für die Spezifikationen des Werkzeugs T sind die Anzahl der Gewindegänge im Falle eines Schleifsteins und die Anzahl der Zähne im Falle einer Schneidklinge. Die Anzahl der Zähne bezieht sich auf die Anzahl der Zähne des Zahnrads.
Die Oberflächenmuster-Berechnungseinheit 16 berechnet auf der Grundlage der von der Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15 eingegebenen Bearbeitungsbedingungen ein Oberflächenmuster, das auf der Grundlage der Intervalle zwischen den auf einer bearbeiteten Oberfläche erzeugten Kratzern definiert ist. Die auf der bearbeiteten Oberfläche erzeugten Kratzer sind Kratzer, die entstehen, wenn das Werkzeug T mit dem Werkstück W in Kontakt kommt, und ein Oberflächenmuster wird in Abhängigkeit von den Intervallen zwischen den Kratzern definiert. Die Intervalle zwischen den Kratzern werden durch die Bearbeitungsbedingungen bestimmt, die von der Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15 eingegeben werden, und die Intervalle sind konstant. Das heißt, die Kratzer werden in gleichen Intervallen auf der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks W gebildet, das durch die eingegebene Bearbeitungsbedingung bearbeitet wird. Ein Verfahren zur Berechnung des Oberflächenmusters wird später im Detail beschrieben.
Die Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17 erzeugt auf der Grundlage des von der Oberflächenmuster-Berechnungseinheit berechneten Oberflächenmusters einen Oszillationsbefehl zum Erreichen eines Oberflächenmusters, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind. Insbesondere erzeugt die Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17 einen Oszillationsbefehl mit einer Oszillationsfrequenz oder einer Oszillationsfrequenzvergrößerung, um ein Oberflächenmuster zu erzielen, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind. Genauer gesagt erzeugt die Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17 einen Oszillationsbefehl mit einer Oszillationsfrequenz oder einer Oszillationsfrequenzvergrößerung, die sich von einer Frequenz unterscheidet, die bewirkt, dass die Kratzer in gleichen Intervallen gebildet werden. Eine Oszillationsamplitude oder eine Oszillationsamplitudenvergrößerung ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt und wird entsprechend der Oszillationsfrequenz oder der Oszillationsfrequenzvergrößerung erzeugt. Es ist zu beachten, dass das Oberflächenmuster einen Abschnitt umfasst, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind, was bedeutet, dass nicht unbedingt alle Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sein müssen, sondern dass einige Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sein müssen.
3 ist ein Diagramm, das das Prinzip der Zahnradbearbeitung zeigt, die von der Steuereinrichtung 10 für ein Bearbeitungswerkzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Stirnrad auf die gleiche Weise bearbeitet wird wie in 4, die später beschrieben wird. Ein Werkstück W1 wird durch die Werkstückwelle 2 um die C-Achse und ein Werkzeug T durch die Werkzeugwelle 3 um die B-Achse gedreht, wobei das Werkstück W1 und das Werkzeug T relativ in Z-Richtung (Auf- und Abwärtsrichtung in 3) bewegt werden, so dass ein Schleifen oder Schneiden an dem Werkstück W durchgeführt wird.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs entlang einer Zahnspur sowohl bei der herkömmlichen Zahnradbearbeitung als auch bei der Zahnradbearbeitung der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 3 gezeigt, sind bei der Zahnradbearbeitung gemäß dem herkömmlichen Positionsbefehl die Intervalle zwischen den Kontaktpunkten CT zwischen dem Werkstück W1 und dem Werkzeug T in jedem Durchgang, mit anderen Worten, die Intervalle zwischen den Kratzern sind konstant und alle Intervalle sind gleich. Im Gegensatz dazu sind bei der Zahnradbearbeitung gemäß dem überlagerten Befehl der vorliegenden Ausführungsform die Intervalle zwischen den Kontaktpunkten CT zwischen dem Werkstück W1 und dem Werkzeug T in jedem Durchgang, d. h. die Intervalle zwischen den Kratzern, ungleich.
Wenn die Intervalle zwischen den Kratzern auf diese Weise ungleich sind, wird die Spitze des Frequenzspektrums des Geräuschs, das beim Ineinandergreifen der Zahnräder entsteht, reduziert und zerstreut, wodurch das Geräusch verringert wird. Die Intervalle zwischen den Kratzern werden durch überlagern des Oszillationsbefehls ungleich verschoben, wodurch die Intervalle zwischen den Kratzern nach Wunsch regelmäßig ungleiche Intervalle wie gewünscht sein können.
Die Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17 kann ferner auf der Grundlage des Zieloberflächenmusters, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den vom Benutzer eingegebenen Kratzern ungleich sind, einen Oszillationsbefehl zum Erreichen eines Oberflächenmusters erzeugen, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind. Dadurch wird es möglich, ein Oberflächenmuster mit ungleichen Intervallen, wie vom Benutzer gewünscht, zuverlässiger zu erhalten.
Zurück zu 2: Die Anzeigeeinheit 18 kann mindestens eines der folgenden Elemente anzeigen: die von der Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15 eingegebene Bearbeitungsbedingung, das vom Benutzer eingegebene Bild des Zieloberflächenmusters, die Parameter des Zieloberflächenmusters, das von der Oberflächenmuster-Berechnungseinheit 16 berechnete Bild des Oberflächenmusters und das Bild des Oberflächenmusters, das auf der Grundlage des überlagerten Befehls bearbeitet wird. Dies ermöglicht es dem Benutzer, die Bearbeitungsbedingung, das Bild und die Parameter des Zieloberflächenmusters einschließlich ungleicher Intervalle, das Bild des zu berechnenden Oberflächenmusters einschließlich gleicher Intervalle und das Bild des Oberflächenmusters einschließlich ungleicher Intervalle, das sich aus der auf der Grundlage des überlagerten Befehls durchgeführten Bearbeitung ergibt, welche auf der Anzeigeeinheit 18 angezeigt werden, visuell zu bestätigen.
Als Nächstes werden ein Verfahren zur Berechnung des Oberflächenmusters (Intervall zwischen den Kratzern) durch die Oberflächenmuster-Berechnungseinheit 16 und ein Verfahren, mit dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich gemacht werden, unter Bezugnahme auf 4 im Detail beschrieben. 4 ist ein Diagramm, in dem ein Beispiel für die Bearbeitung eines Stirnrads dargestellt ist. In 4 stellt F eine Bearbeitungsrichtung dar, und das Werkstück W1 und das Werkzeug T werden in der axialen Richtung des Werkstücks W1 oder in der Richtung der Z-Achse (Auf- und Abwärtsrichtung in 4) relativ bewegt.
4 zeigt einen Werkzeugkontaktpunkt CT in einem aktuellen Durchgang, wenn eine Zahnspur auf dem Werkstück W1 anvisiert wird. Ein Intervall d [mm] zwischen dem Werkzeugkontaktpunkt CT im aktuellen Durchgang und dem Werkzeugkontaktpunkt CT im nächsten Durchgang wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt, wobei V [mm/min] die Schleif-/Schnittgeschwindigkeit und S [U/min] die Drehzahl des Werkstücks darstellt. Das heißt, das Intervall d zwischen benachbarten Werkzeugkontaktpunkten CT, mit anderen Worten, das Intervall d zwischen den Kratzern, wird durch die Schleif-/Schnittgeschwindigkeit V und die Werkstückdrehzahl S bestimmt und ist konstant.
[Expression 1] $d = \frac{V}{S}$
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Oszillationsbefehl Vo gemäß der folgenden Gleichung (2) überlagert, um die Intervalle d zwischen den Kratzern ungleich zu machen.
[Expression 2] $d = \frac{V + V_{o}}{S}$
Wenn beispielsweise der Oszillationsbefehl Vo als Sinuswelle V(t) = Asin(ωt) angenommen wird und eine erforderliche Zeit von einem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung des Werkstücks W begonnen wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem das Werkstück W n-mal gedreht wird, durch t(n) dargestellt wird, wird ein Änderungsbetrag Δd des Intervalls d zwischen Kratzern durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt.
[Expression 3] $\begin{array}{l} Δ d = \int \frac{V}{S} d t + \frac{V (t)}{S} d t \\ = \frac{[V \cdot {t (n + 1) - t (n)} + A c o s {ω t (n)} - A {c o s (ω t (n + 1))}]}{} \end{array}$
Die erforderliche Zeit t(n) von einem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung des Werkstücks W begonnen wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem das Werkstück W n-mal gedreht wird, wird mit Hilfe der Werkstückdrehzahl ermittelt, und es wird festgestellt, dass Δd durch A und ω gesteuert werden kann. Dies bedeutet, dass das Intervall d der Kratzer durch den Oszillationsbefehl Vo gesteuert werden kann. ω, um das Intervall d zwischen den Kratzern ungleich zu machen, wird aus einer Frequenzgruppe ausgewählt, die nicht mit der Werkstückrotationszahl synchronisiert ist. Dies liegt daran, dass in einer Frequenzgruppe (einschließlich eines ganzzahligen Vielfachen der Werkstückrotationszahl), die mit der Werkstückrotationszahl synchronisiert ist, eine cos-Komponente 0 wird und Δd 0 wird, wie aus der oben beschriebenen Gleichung (3) ersichtlich ist, und daher das Intervall d zwischen den Kratzern nicht ungleich sein kann.
Es ist zu beachten, dass die obige Beschreibung zwar ein Beispiel enthält, bei dem die Schwingung in Richtung der Z-Achse wirkt, dass aber auch die Schwingung in den anderen Achsenrichtungen beschrieben werden kann.
Als nächstes wird eine Konfiguration, bei der die Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 14 mehrere Achsen synchron steuert, so dass das Werkstück W und das Werkzeug T relativ in einer Richtung (Z-Achsen-Richtung) entlang einer Zahnspur (Zahnoberfläche) oszillieren, unter Bezugnahme auf 5 im Detail beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Bearbeitung eines schrägverzahnten Zahnrads zeigt.
5 zeigt einen Werkzeugkontaktpunkt CT in einem aktuellen Durchgang beim Anvisieren einer Zahnspur auf einem Werkstück W2. Wie in 5 gezeigt, ist die Zahnspur des Werkstücks W2 in Bezug auf die Drehachse des Werkstücks (Z-Achsen-Richtung) geneigt. Zur Bearbeitung eines solchen Schrägzahnrads muss das Werkzeug T nicht nur in Richtung der Z-Achse, sondern auch in Richtung der Y-Achse bewegt werden. Das heißt, wenn die Oszillation nur in Richtung der Z-Achse wirkt, wird die Bearbeitungsform verformt, und daher ist es notwendig, die mehreren Achsen zu oszillieren, um eine solche Verformung zu verhindern. Dementsprechend ist es in dem Fall, in dem ein solches schraubenförmiges Zahnrad bearbeitet wird, vorteilhaft, dass die Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 14 oszilliert, während sie die Vielzahl der Achsen synchron steuert.
Nachfolgend werden Verfahrensschritte der Steuereinrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, das Verfahrensschritte der Steuereinrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Zunächst gibt ein Benutzer in Schritt S1 eine Bearbeitungsbedingung über die Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15 ein. Nach der Eingabe fährt der Prozess mit Schritt S2 fort.
In Schritt S2 berechnet die Oberflächenmuster-Berechnungseinheit 16 auf der Grundlage der in Schritt S1 eingegebenen Bearbeitungsbedingungen ein Oberflächenmuster, das auf der Grundlage der Intervalle zwischen den auf einer bearbeiteten Oberfläche erzeugten Kratzern definiert ist. Insbesondere wird das Intervall zwischen den Kratzern durch die oben beschriebene Gleichung (1) berechnet. Nach der Berechnung wird der Prozess mit Schritt S3 fortgesetzt.
In Schritt S3 wird ein Oszillationsbefehl auf der Grundlage des in Schritt S2 berechneten Oberflächenmusters erzeugt. Insbesondere wird der Oszillationsbefehl Vo zum Erreichen eines gewünschten Oberflächenmusters (Intervalle zwischen Kratzern) durch die oben beschriebenen Gleichungen (2) und (3) erzeugt. Nach der Erzeugung geht der Prozess zu Schritt S4 über.
In Schritt S4 wird ein überlagerter Befehl erzeugt, indem der in Schritt S3 erzeugte überlagerte Befehl mit dem Positionsbefehl oder der Positionsabweichung überlagert wird. Nach der Erzeugung geht der Prozess zu Schritt S5 über.
In Schritt S5 wird die Positionsgeschwindigkeit des Motors 30 auf der Grundlage des in Schritt S4 erzeugten überlagerten Befehls gesteuert, und die Verarbeitung wird beendet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Effekte erzielt werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind vorgesehen: eine Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15, die eine Bearbeitungsbedingung eingeben kann, die mindestens eine ausgewählte Bedingung enthält, die ausgewählten Bedingungen enthalten Spezifikationen eines Werkstücks W, Spezifikationen eines Werkzeugs T, einer Vorschubrate, einer Spindeldrehzahl und der Anzahl von Zähnen, eine Oberflächenmuster-Berechnungseinheit 16, die auf der Grundlage der von der Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15 eingegebenen Bearbeitungsbedingung ein Oberflächenmuster berechnet, das in Abhängigkeit von Intervallen zwischen Kratzern definiert ist, die auf einer bearbeiteten Oberfläche erzeugt werden; eine Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17, die auf der Grundlage des von der Oberflächenmuster-Berechnungseinheit 16 berechneten Oberflächenmusters einen Oszillationsbefehl zum Erreichen eines Oberflächenmusters, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind, erzeugt und eine Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit 14, die eine Bearbeitung durchführt, während sie das Werkstück W und das Werkzeug T relativ zueinander auf der Grundlage des von der Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 17 erzeugten Oszillationsbefehls oszillieren lässt. Auf diese Weise werden die Intervalle zwischen den Kratzern, die auf der bearbeiteten Oberfläche erzeugt werden, ungleich, die Spitze des Frequenzspektrums des Geräusches, das erzeugt wird, wenn die Zahnräder miteinander interagieren, kann reduziert und zerstreut werden, wodurch das Auftreten des periodischen Geräusches unterdrückt und das Geräusch reduziert werden kann. Die Intervalle zwischen den Kratzern werden durch Überlagerung des Oszillationsbefehls so verschoben, dass sie ungleich sind, wodurch die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich gemacht werden können und daher die Intervalle zwischen den Kratzern die regelmäßigen ungleichen Intervalle wie gewünscht sein können und die gewünschte Bearbeitungsqualität mit guter Reproduzierbarkeit erreicht werden kann.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Addierer 13 vorgesehen, der den Oszillationsbefehl dem Bewegungsbefehl überlagert, um eine Bewegung des Werkstücks W und des Werkzeugs T relativ zueinander oder die Positionsabweichung zu bewirken. Dadurch können die oben beschriebenen Effekte zuverlässiger erzielt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration angenommen, bei der ein Oszillationsbefehl zur Erzielung eines Oberflächenmusters, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind, weiterhin auf der Grundlage des Zieloberflächenmusters, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern, die von einem Benutzer eingegeben werden, ungleich sind, erzeugt wird. Dadurch ist es möglich, die Geräusche beim Ineinandergreifen der Zahnräder zuverlässig zu reduzieren und die vom Benutzer gewünschte Bearbeitungsqualität zu erzielen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration angenommen, bei der eine Achse, der der Oszillationsbefehl überlagert werden soll, mindestens eine Achse ist, die aus der Vorschubachse, der Werkzeugdrehachse und der Werkstückdrehachse ausgewählt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass der Eingriff selbst zwischen den Nuten des Werkstücks W und des Werkzeugs T verändert wird, indem der Oszillationsbefehl mindestens einer Achse überlagert wird, die aus insgesamt fünf Achsen ausgewählt wird, einschließlich der drei Achsen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, die die Vorschubachsen sind, der B-Achse, die die Werkzeugdrehachse ist, und der C-Achse, die die Werkstückdrehachse ist, wie in dem Fall, in dem der Oszillationsbefehl der A-Achse überlagert wird, die die Werkzeugneigungsachse ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration gewählt, bei der mehrere Achsen synchron gesteuert werden, so dass das Werkstück W und das Werkzeug T relativ in einer Richtung entlang einer Zahnspur oszillieren. Wird beispielsweise ein schrägverzahntes Zahnrad bearbeitet, bei dem die Zahnspur in Bezug auf die Drehachse des Werkstücks (Richtung der Z-Achse) geneigt ist, wirkt die Oszillation nicht nur in Richtung der Z-Achse, sondern auch in Richtung der Y-Achse, wodurch verhindert werden kann, dass die Bearbeitungsform deformiert wird, wenn die Oszillation nur in Richtung der Z-Achse wirkt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration angenommen, bei der außerdem eine lernende Steuereinheit vorgesehen ist, die einen Kompensationsbetrag des überlagerten Befehls auf der Grundlage der Positionsabweichung berechnet und den berechneten Kompensationsbetrag zu dem überlagerten Befehl addiert, um dadurch den überlagerten Befehl zu kompensieren. Dadurch kann die Folgeleistung eines periodischen Oszillationsbefehls verbessert werden, wodurch die oben beschriebenen Effekte zuverlässiger erreicht werden und die Bearbeitungsqualität weiter verbessert werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration angenommen, bei der die Anzeigeeinheit 18 ferner vorgesehen ist, die mindestens eines der folgenden Elemente anzeigen kann: die von der Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit 15 eingegebene Bearbeitungsbedingung, das vom Benutzer eingegebene Bild des Zieloberflächenmusters, die Parameter des Zieloberflächenmusters, das von der Oberflächenmuster-Berechnungseinheit 16 berechnete Bild des Oberflächenmusters und das Bild des Oberflächenmusters, das einer auf der Grundlage des überlagerten Befehls durchgeführten Bearbeitung unterzogen wird. Dies ermöglicht es dem Benutzer, die Bearbeitungsbedingung, das Bild und die Parameter des Zieloberflächenmusters einschließlich ungleicher Intervalle, das Bild des zu berechnenden Oberflächenmusters einschließlich gleicher Intervalle und das Bild des Oberflächenmusters einschließlich ungleicher Intervalle, die sich aus der auf der Grundlage des überlagerten Befehls durchgeführten Bearbeitung ergeben, die auf der Anzeigeeinheit 18 angezeigt werden, visuell zu bestätigen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, und umfasst Änderungen und Verbesserungen innerhalb des Anwendungsbereichs, die das Ziel der vorliegenden Erfindung erreichen können.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugmaschine mit Getriebe (Werkzeugmaschine)
2: Werkstückwelle
3: Werkzeug Schaft
10: Steuereinrichtung für Werkzeugmaschinen
11: Addierer
12: Integrator
13: Addierer
14: Positionsgeschwindigkeits-Steuereinheit (Steuereinheit)
15: Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit
16: Oberflächenmuster-Berechnungseinheit
17: Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit
18: Anzeigeeinheit
30: Motor
CT: Werkzeugkontaktstelle
T: Werkzeug
W: Werkstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4824947 [0003, 0004, 0005]

Claims

Eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine, die ein Werkstück mit mindestens einer Zahnoberfläche bearbeitet, wobei die Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine umfasst: eine Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit, die eine Bearbeitungsbedingung eingeben kann, die mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: Spezifikationen des Werkstücks, Spezifikationen eines Werkzeugs, eine Vorschubgeschwindigkeit, eine Spindeldrehzahl und die Anzahl von Zähnen; eine Oberflächenmuster-Berechnungseinheit, die auf der Grundlage der durch die Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit eingegebenen Bearbeitungsbedingung ein Oberflächenmuster berechnet, das in Abhängigkeit von Intervallen zwischen auf einer bearbeiteten Oberfläche erzeugten Kratzern definiert ist; eine Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit, die auf der Grundlage des von der Oberflächenmuster-Berechnungseinheit berechneten Oberflächenmusters einen Oszillationsbefehl zum Erzielen eines Oberflächenmusters erzeugt, wobei das Oberflächenmuster einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind; und eine Steuereinheit, die die Bearbeitung durchführt, während sie das Werkstück und das Werkzeug relativ zueinander oszilliert, basierend auf dem Oszillationsbefehl, der von der Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit erzeugt wird.
Die Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen Addierer, der den Oszillationsbefehl einem Bewegungsbefehl überlagert, um das Werkstück und das Werkzeug relativ zueinander zu bewegen oder eine Positionsabweichung zu erzeugen, um einen überlagerten Befehl zu erzeugen.
Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine lernende Steuereinheit, die auf der Grundlage der Positionsabweichung einen Kompensationsbetrag des überlagerten Befehls berechnet und den berechneten Kompensationsbetrag zu dem überlagerten Befehl addiert, um dadurch den überlagerten Befehl zu kompensieren.
Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse, der der Oszillationsbefehl überlagert werden soll, mindestens eine Achse ist, die aus einer Vorschubachse, einer Werkzeugdrehachse und einer Werkstückdrehachse ausgewählt wird.
Die Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die ferner umfasst: eine Anzeigeeinheit, die in der Lage ist, mindestens eines der folgenden Elemente anzuzeigen: eine Bearbeitungsbedingung, die von der Bearbeitungsbedingungs-Eingabeeinheit eingegeben wird, ein Bild eines Zieloberflächenmusters, das von einem Benutzer eingegeben wird, Parameter des Zieloberflächenmusters, ein Bild eines Oberflächenmusters, das von der Oberflächenmuster-Berechnungseinheit berechnet wird, und ein Bild des Oberflächenmusters, das einer Bearbeitung unterzogen wird, die basierend auf dem überlagerten Befehl ausgeführt wird.
Die Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit ferner auf der Grundlage eines Zieloberflächenmusters, das von einem Benutzer eingegeben wird und einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind, einen Oszillationsbefehl zum Erreichen eines Oberflächenmusters erzeugt, das einen Abschnitt enthält, in dem die Intervalle zwischen den Kratzern ungleich sind.
Die Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit mehrere Achsen synchron steuert, so dass das Werkstück und das Werkzeug relativ in einer Richtung entlang einer Zahnspur oszillieren.