DE112021003161T5

DE112021003161T5 - Zahlenwertsteuerung

Info

Publication number: DE112021003161T5
Application number: DE112021003161.9T
Authority: DE
Inventors: Daisuke UENISHI; Tomohiro Oyamada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2023-04-20
Also published as: US20230251627A1; WO2022045292A1; JPWO2022045292A1; CN116056835A

Abstract

Eine Zahlenwertsteuerung (1) umfasst eine Speichereinheit (11), die ein Bearbeitungsprogramm speichert, das das Ausführen mehrerer Arbeitszyklen beinhaltet, die jeweils eine erste Operation zum Positionieren einer Bohrposition eines Werkstücks (4) bezüglich eines Werkzeugs (2), eine zweite Operation zum Bewegen des Werkzeugs (2) von einem Rückkehrpunkt zu einem Bohrungsbodenpunkt, und eine dritte Operation zum Bewegen des Werkzeugs (2) von dem Bohrungsbodenpunkt zum Rückkehrpunkt enthalten; eine Steuereinheit (12), die die Relativbewegung des Werkzeugs (2) und des Werkstücks (4) auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms steuert und die durch Beginnen der zweiten Operation vor dem Abschluss der ersten Operation und Beginnen der ersten Operation in einem nachfolgenden Arbeitszyklus vor dem Abschluss der dritten Operation das Werkzeug (2) entlang gekrümmten Wegen bewegt; eine Streckenberechnungseinheit (13), die eine Rückzugstrecke von dem Werkstück (4) zu dem Rückkehrpunkt berechnet; und eine Krümmungsberechnungseinheit (14), die einen Positionierbefehl für die Bohrposition für den nachfolgenden Arbeitszyklus aus dem Bearbeitungsprogramm liest, bevor die dritte Operation beginnt, und die einen Betrag der Krümmung für jeden der gekrümmten Wege für den nachfolgenden Arbeitszyklus auf der Grundlage des Positionerbefehls und der Rückzugstrecke

Description

{Technisches Gebiet}
{0001} Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zahlenwertsteuerung.
{Technischer Hintergrund}
{0002} Ein im Stand der Technik bekanntes Steuerverfahren für eine Werkzeugmaschine erreicht einen Hochgeschwindigkeits-Bohrprozess durch Optimieren eines Weges, entlang dem sich ein Werkzeug bezüglich eines Werkstücks bewegt (siehe z. B. Patentliteratur 1). Falls der Weg diskontinuierliche Punkte, wie z. B. Ecken, aufweist, hält das Werkzeug bezüglich des Werkstücks an jedem diskontinuierlichen Punkt an. Im Fall des Bohrprozesses in der Patentliteratur 1 sind die vertikale Bewegung des Werkzeugs und die horizontale Bewegung des Werkstücks einander zeitlich überlagert, so dass der Bewegungsweg des Werkzeugs an jeder Ecke zu einem kreisbogenartigen gekrümmten Weg wird, wodurch eine kontinuierliche Bewegung des Werkzeugs ermöglicht wird.
{Liste der Entgegenhaltungen}
{Patentliteratur}
{0003} {PTL 1} Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. Hei 09-120310
{Zusammenfassung der Erfindung}
{Technisches Problem}
{0004} Im Bohrprozess steigt das aus dem Loch gezogene Werkzeug zu einem Rückkehrpunkt auf, der sich in einer vorgegebenen Höhe befindet. Falls der Krümmungsradius jedes kreisbogenförmigen gekrümmten Weges fest ist, können das Werkzeug und das Werkstück möglicherweise miteinander zusammenstoßen.
Falls z. B. die Stecke in der horizontalen Richtung von einer Bohrposition zu einer nachfolgenden Bohrposition klein ist, beginnt das Werkzeug, in Richtung der nachfolgenden Bohrposition abzusteigen, bevor das Werkzeug bis zum Rückkehrpunkt aufgestiegen ist. Die Höhe des Werkstücks kann abhängig vom Ort variieren. Falls es zwischen der einen Bohrposition und der nachfolgenden Bohrposition einen hohen Vorsprung gibt, stößt das Werkzeug mit dem Vorsprung zusammen.
{Lösung des Problems}
{0005} Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Zahlenwertsteuerung für eine Werkzeugmaschine bereit, der ein Werkzeug und ein Werkstück in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung relativ bewegt, um unter Verwendung des Werkzeugs ein Loch in das Werkstück zu bohren. Die erste Richtung erstreckt sich entlang einer Längsachse des Werkzeugs. Die zweite Richtung schneidet die Längsachse des Werkzeugs. Die Zahlenwertsteuerung enthält eine Speichereinheit, eine Steuereinheit, eine Streckenberechnungseinheit und eine Krümmungsberechnungseinheit. Die Speichereinheit speichert ein Bearbeitungsprogramm, das das Ausführen mehrerer Arbeitszyklen beinhaltet. Jeder der mehreren Arbeitszyklen enthält eine erste Operation, eine zweite Operation und eine dritte Operation. Die erste Operation beinhaltet das relative Bewegen des Werkzeugs und des Werkstücks in der zweiten Richtung, um eine Bohrposition des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs zu positionieren. Die zweite Operation beinhaltet das relative Bewegen des Werkzeugs und des Werkstücks in der ersten Richtung, um das Werkzeug von einem von dem Werkstück in der ersten Richtung zurückgezogenen Rückkehrpunkt zu einem Bohrungsbodenpunkt zu bewegen. Die dritte Operation beinhaltet das relative Bewegen des Werkzeugs und des Werkstücks in der ersten Richtung, um das Werkzeug vom Bohrungsbodenpunkt zum Rückkehrpunkt zu bewegen. Die Steuereinheit steuert die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück basierend auf dem Bearbeitungsprogramm. Die Steuereinheit bewegt durch das Beginnen der zweiten Operation, bevor die erste Operation endet, das Werkzeug entlang einem ersten gekrümmten Weg und bewegt durch das Beginnen der ersten Operation in einem nachfolgenden Arbeitszyklus, bevor die dritte Operation endet, das Werkzeug entlang einem zweiten gekrümmten Weg. Die Streckenberechnungseinheit berechnet eine Rückzugstrecke vom Werkstück zum Rückkehrpunkt in der ersten Richtung. Die Krümmungsberechnungseinheit berechnet den Betrag der Krümmung sowohl des ersten gekrümmten Weges als auch des zweiten gekrümmten Weges. Die Krümmungsberechnungseinheit liest einen Positionierbefehl für die Bohrposition für den nachfolgenden Arbeitszyklus aus dem Bearbeitungsprogramm, bevor die dritte Operation beginnt, und berechnet den Betrag der Krümmung sowohl des ersten gekrümmten Weges als auch des zweiten gekrümmten Weges für den nachfolgenden Arbeitszyklus basierend auf dem gelesenen Positionierbefehl und der Rückzugstrecke. Die Steuereinheit bewegt das Werkzeug in dem nachfolgenden Arbeitszyklus entlang dem ersten gekrümmten Weg und dem zweiten gekrümmten Weg, die jeweils den durch die Krümmungsberechnungseinheit berechneten Betrag der Krümmung aufweisen.
Figurenliste
{0006}

1 veranschaulicht die Konfiguration einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform.
2 veranschaulicht ein Beispiel eines Bohrarbeitszyklusprogramms.
3 veranschaulicht ein Beispiel eines Bohrprozesses gemäß einem Bohrarbeitszyklus.
4 ist ein Ablaufplan, der ein Werkzeugmaschinen-Steuerverfahren veranschaulicht.
5 veranschaulicht eine Modifikation des Bohrarbeitszyklusprogramms.
6 ist ein Ablaufplan, der eine Modifikation des Werkzeugmaschinen-Steuerverfahrens veranschaulicht.
7 veranschaulicht ein Beispiel eines Bohrarbeitszyklusprogramms im Stand der Technik.
8 veranschaulicht ein Beispiel eines Bohrprozesses gemäß einem Bohrarbeitszyklus im Stand der Technik.

{Beschreibung der Ausführungsformen}
{0007} Eine Zahlenwertsteuerung gemäß einer Ausführungsform wird im Folgenden bezüglich der Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Zahlenwertsteuerung 1 für eine Werkzeugmaschine 10, die ein Werkstück 4 unter Verwendung eines Werkzeugs 2 bearbeitet.
Die Werkzeugmaschine 10 enthält eine Spindel 3, die das Werkzeug 2 hält, einen Tisch 5, der das Werkstück 4 hält, einen Spindelmotor 6, der die Spindel 3 um die Längsachse der Spindel 3 dreht, einen Z-Achsen-Vorschubmotor 7, der die Spindel 3 in einer Z-Richtung (zweiten Richtung) bezüglich des Tisches 5 bewegt, einen X-Achsen-Vorschubmotor 8 und einen Y-Achsen-Vorschubmotor 9, die den Tisch 5 in einer X-Richtung (ersten Richtung) bzw. einer Y-Richtung (ersten Richtung) bezüglich der Spindel 3 bewegen, und die Zahlenwertsteuerung 1, der die Motoren 6, 7, 8 und 9 steuert.
{0008} Die Z-Richtung erstreckt sich entlang der Längsachse des durch die Spindel 3 gehaltenen Werkzeugs 2. Die X-Richtung und die Y-Richtung sind zur Längsachse des durch die Spindel 3 gehaltenen Werkzeugs 2 orthogonal und sind zueinander orthogonal. Bei der Werkzeugmaschine 10 in 1 verläuft die Z-Richtung vertikal, wohingegen die X-Richtung und die Y-Richtung horizontal verlaufen.
Die Spindel 3 ist in der vertikalen Richtung angeordnet und ist durch einen (nicht gezeigten) Tragmechanismus in einer derartigen Weise getragen, um vertikal beweglich zu sein. Das Werkzeug 2 ist durch ein unteres Ende der Spindel 3 koaxial mit der Spindel 3 gehalten und dreht und bewegt sich zusammen mit der Spindel 3. Das Werkzeug 2 ist ein Bohrer, der in dem Werkstück 4 in dessen Tiefenrichtung (Z-Richtung) ein Loch 4a bildet. Das Werkzeug 2 kann alternativ ein weiterer Typ von Werkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks 4 in der Tiefenrichtung sein und kann z. B. ein Fräser oder ein Schaftfräser sein.
{0009} Der Tisch 5 ist horizontal unterhalb der Spindel 3 angeordnet. Das auf der Oberseite des Tisches 5 angeordnete Werkstück 4 ist unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Spannvorrichtung auf dem Tisch 5 befestigt.
Der Spindelmotor 6 ist mit dem oberen Ende der Spindel 3 verbunden und dreht die Spindel 3 um die Längsachse der Spindel 3.
Die Vorschubmotoren 7, 8 und 9 sind Servomotoren.
{0010} Die Zahlenwertsteuerung 1 enthält eine Speichereinheit 11, eine Steuereinheit 12, eine Streckenberechnungseinheit 13 und eine Krümmungsberechnungseinheit 14.
Die Speichereinheit 11 weist z. B. einen RAM, einen ROM und eine weitere Speichervorrichtung auf und speichert ein Bearbeitungsprogramm 11a (siehe 2) zum Bohren eines Lochs in das Werkstück 4 gemäß der Relativbewegung zwischen dem Werkzeug 2 und dem Werkstück 4.
Die Zahlenwertsteuerung 1 weist einen Prozessor, wie z. B. eine Zentraleinheit, auf. Die Steuereinheit 12, die Streckenberechnungseinheit 13 und die Krümmungsberechnungseinheit 14 sind durch den Prozessor implementiert.
{0011} Wie in 2 gezeigt ist, enthält das Bearbeitungsprogramm 11a ein Bohrarbeitszyklusprogramm 11b. Wie in 3 gezeigt ist, veranlasst das Arbeitszyklusprogramm 11b die Werkzeugmaschine 10, einen Arbeitszyklus, der vier Operationen enthält, mehrfach auszuführen. In 3 geben gestrichelte und durchgezogene Pfeile jeweils einen Weg an, entlang dem sich das Werkzeug 2 bezüglich des Werkstücks 4 bewegt. In 3 ist die horizontale Richtung die X-Richtung, ist die Richtung orthogonal zur Ebene der Zeichnung die Y-Richtung und ist die vertikale Richtung die Z-Richtung.
{0012} In 3 ist ein Weg, entlang dem sich das Werkzeug 2 mit einer Eilganggeschwindigkeit bezüglich des Werkstücks 4 bewegt, mit einer gestrichelten Linie angegeben, während ein Weg, entlang dem sich das Werkzeug 2 mit einer Schnittvorschubgeschwindigkeit bezüglich des Werkstücks 4 bewegt, mit einer durchgezogenen Linie angegeben ist. Die Eilganggeschwindigkeit ist die maximale Geschwindigkeit jedes der Vorschubmotoren 7, 8 und 9. Die Schnittvorschubgeschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit, die für das Werkzeug 2 geeignet ist, um ein Loch in das Werkstück 4 zu bohren, und ist eine Befehlsgeschwindigkeit, die im Bearbeitungsprogramm festgelegt ist.
{0013} Das Bearbeitungsprogramm 11a enthält Befehle zum Bestimmen eines W-Punkts (Werkstückhöhenpunkts), eines R-Punkts (Rückkehrpunkts) und eines Z-Punkts (Bohrungsbodenpunkts). Der W-Punkt ist die Position einer Werkstückoberfläche 4b in Z-Richtung. Die Werkstückoberfläche 4b ist die Oberfläche des Werkstücks 4, von der das Werkzeug 2 beginnt, einen Bohr- (Schneid-) Prozess an dem Werkstück 4 auszuführen, und ist in dieser Ausführungsform die Oberseite des Werkstücks 4. Der R-Punkt ist die Position in der Z-Richtung, die in der Z-Richtung von der Werkstückoberfläche 4b zurückgezogen ist, und befindet sich z. B. 1 mm bis 5 mm von der Werkstückoberfläche 4b entfernt. Der Z-Punkt ist die Position des Bodens der Bohrung 4a in der Z-Richtung und befindet sich gegenüber dem R-Punkt bezüglich der Werkstückoberfläche 4b.
{0014} Die erste Operation beinhaltet das Bewegen des Werkstücks 4 in der XY-Richtung relativ zum Werkzeug 2 durch Bewegen des Tischs 5 in der XY-Richtung, um eine Bohrposition des Werkstücks 4 in der XY-Richtung bezüglich des Werkzeugs 2 zu positionieren. Die Wege a, b und e sind die Wege des Werkzeugs 2 bei der ersten Operation.
Die zweite Operation beinhaltet das Bewegen einer Spitze 2a des Werkzeugs 2 vom R-Punkt in der Z-Richtung zum Z-Punkt durch Absenken der Spindel 3 in der Z-Richtung, um ein Loch an der Bohrposition des Werkstücks 4 zu bohren. Die Wege b und c sind die Wege des Werkzeugs 2 bei der zweiten Operation.
Die dritte Operation beinhaltet das Bewegen der Spitze 2a des Werkzeugs 2 vom Z-Punkt in der Z-Richtung zum R-Punkt durch Anheben der Spindel 3 in der Z-Richtung, um das Werkzeug 2 aus der Bohrung 4a zu entfernen. Die Wege d und e sind die Wege des Werkzeugs 2 bei der dritten Operation.
{0015} 2 veranschaulicht ein Beispiel des Arbeitszyklusprogramms 11b, das ein dreimaliges Wiederholen des Arbeitszyklus beinhaltet.
„G81“ ist ein Befehlscode zum Ausführen des Bohrarbeitszyklus, „G99“ ist ein Befehlscode zum Zurückkehren zum R-Punkt und „G80“ ist ein Befehlscode zum Abbrechen des Arbeitszyklus. „X0 Y0“ ist ein Positionierbefehl zum Positionieren der Bohrposition in der X-Richtung und der Y-Richtung, „Z-10“ ist ein Befehl für den Z-Punkt, „R5.“ ist ein Befehl für den R-Punkt, „W1.“ ist ein Befehl für den W-Punkt und „F1000“ ist ein Befehl für die Schnittvorschubgeschwindigkeit. Spezifisch ist der R-Punkt auf Z = 5 mm gesetzt, ist der Z-Punkt auf Z = -10 mm gesetzt und ist der W-Punkt auf Z = 1 mm gesetzt. In der zweiten und dritten Zeile sind die Befehle Y, Z, R, W und F, deren Befehlswerte völlig gleich mit denen in der ersten Zeile sind, weggelassen.
{0016} Die Steuereinheit 12 steuert die Bewegung der Spindel 3 in der Z-Richtung durch Steuern des Vorschubmotors 7, wodurch die Bewegung des Werkzeugs 2 in der Z-Richtung gesteuert wird. Weiterhin steuert die Steuereinheit 12 die Bewegung des Tisches 5 in der XY-Richtung durch das Steuern der Vorschubmotoren 8 und 9, wodurch die Bewegung des Werkstücks 4 in der XY-Richtung gesteuert wird.
Die Steuereinheit 12 steuert die Vorschubmotoren 7, 8 und 9 basierend auf dem Bearbeitungsprogramm 11a, um die Werkzeugmaschine 10 zu veranlassen, die erste Operation, die zweite Operation und die dritte Operation auszuführen.
{0017} Die Steuereinheit 12 beginnt die zweite Operation, bevor die erste Operation endet, um zu verursachen, dass die Bewegung des Werkstücks 4 in der XY-Richtung in der ersten Operation und die Bewegung des Werkzeugs 2 in der Z-Richtung in der zweiten Operation einander zeitlich überlappen. Folglich bewegt sich die Spitze 2a des Werkzeugs 2 entlang einem zweiten gekrümmten Weg b vom R-Punkt zum W-Punkt.
Weiter beginnt die Steuereinheit 12 die erste Operation in einem nachfolgenden Arbeitszyklus, bevor die dritte Operation endet, um zu verursachen, dass die Bewegung des Werkzeugs 2 in der Z-Richtung in der dritten Operation und die Bewegung des Werkstücks 4 in der XY-Richtung in der ersten Operation einander zeitlich überlappen. Folglich bewegt sich die Spitze 2a des Werkzeugs 2 entlang einem ersten gekrümmten Weg e vom W-Punkt zum R-Punkt.
{0018} Die Streckenberechnungseinheit 13 berechnet die Strecke zwischen dem W-Punkt und dem R-Punkt in der Z-Richtung als eine Rückzugstrecke von dem Werkstück 4 zu dem R-Punkt in der Z-Richtung. Ausführlich liest die Streckenberechnungseinheit 13 das Bearbeitungsprogramm 11a aus der Speichereinheit 11, wobei sie die Befehlswerte für den R-Punkt und den W-Punkt aus dem Arbeitszyklusprogramm 11b erfasst und eine Differenz |R - W| zwischen den Befehlswerten berechnet. Die Rückzugstrecke |R - W| ist ein maximaler Krümmungsradius r des gekrümmten Wegs b.
{0019} Die Krümmungsberechnungseinheit 14 liest einen Positionierbefehl für einen nachfolgenden Arbeitszyklus aus dem Arbeitszyklusprogramm 11b, bevor die dritte Operation beginnt, und berechnet basierend auf dem gelesenen Positionierbefehl einen Krümmungsradius rn (n = 2, 3) jedes der gekrümmten Wege b und e für den nachfolgenden Arbeitszyklus.
Ausführlich berechnet die Krümmungsberechnungseinheit 14 aus den Befehlswerten X_{n - 1} und Y_{n - 1} des Positionierbefehls für den aktuellen Arbeitszyklus und den Befehlswerten X_n und Y_n des Positionierbefehls für den nachfolgenden Arbeitszyklus eine Bewegungsstrecke Ln. Die Bewegungsstrecke Ln ist die Strecke, um die sich das Werkzeug 2 in der XY-Richtung von der Bohrposition im aktuellen Arbeitszyklus zur Bohrposition im nachfolgenden Arbeitszyklus bewegt, und wird aus dem folgenden Ausdruck berechnet. $Ln = {{(X_{n - 1} - X_{n})}^{2} + {(Y_{n - 1} - Y_{n})}^{2}}^{1 / 2}$
{0020} Anschließend berechnet die Krümmungsberechnungseinheit 14 den Krümmungsradius rn basierend auf der Bewegungsstrecke Ln und der Rückzugstrecke |R - W|. Falls die Hälfte von Ln größer als oder gleich |R - W| ist, berechnet spezifisch die Krümmungsberechnungseinheit 14 den maximalen Krümmungsradius r als den Krümmungsradius rn. Falls die Hälfte von Ln kleiner als |R - W| ist, berechnet die Krümmungsberechnungseinheit 14 die Hälfte von Ln als den Krümmungsradius rn.
{0021} Die Steuereinheit 12 steuert den Anfangszeitpunkt zum Absenken des Werkzeugs 2 in der zweiten Operation basierend auf dem Krümmungsradius rn, um die Spitze 2a des Werkzeugs 2 entlang dem gekrümmten Weg b mit dem Krümmungsradius rn zu bewegen.
Überdies steuert die Steuereinheit 12 den Anfangszeitpunkt zum Bewegen des Werkstücks 4 in der ersten Operation basierend auf dem Krümmungsradius rn, um die Spitze 2a des Werkzeugs 2 entlang dem gekrümmten Weg e mit dem Krümmungsradius rn zu bewegen.
{0022} Als Nächstes wird ein Verfahren bezüglich der 4 beschrieben, wie die Zahlenwertsteuerung 1 die Werkzeugmaschine 10 steuert.
Wenn das Arbeitszyklusprogramm 11b beginnt, verarbeitet die Zahlenwertsteuerung 1 zuerst die Modalinformationen, wie z. B. den R-Punkt, den Z-Punkt, die Befehlsgeschwindigkeit und die Betriebsart (Schritt S1).
Dann erfasst die Streckenberechnungseinheit 13 die Befehlswerte für den R-Punkt und den W-Punkt aus dem Bohrbearbeitungsprogramm 11a, wobei sie die Rückzugstrecke |R - W|, die als der maximale Krümmungsradius r jedes der gekrümmten Wege b und e dient, berechnet, (Schritt S2).
{0023} Wenn das Arbeitszyklusprogramm 11b beginnt, befindet sich die Spitze 2a des Werkzeugs 2 an einem Ausgangspunkt, der von dem Werkzeug 4 bezüglich des R-Punkts zurückgezogen ist. Somit senkt die Steuereinheit 12 die Spindel 3 durch Steuern des Vorschubmotors 7 dahingehend, die Spitze 2a des Werkzeugs 2 zu dem R-Punkt zu bewegen (Schritt S3).
{0024} Anschließend veranlasst die Steuereinheit 12 die Werkzeugmaschine 10, einen ersten Arbeitszyklus auszuführen (Schritt S4 bis Schritt S6). Spezifisch veranlasst die Steuereinheit 12 durch das Steuern der Vorschubmotoren 8 und 9 den Tisch 5, das Ausführen der ersten Operation zu beginnen, (Schritt S4), wobei sie eine erste Bohrposition des Werkstücks 4 bezüglich des Werkzeugs 2 positioniert.
{0025} Anschließend veranlasst die Steuereinheit 12 durch das Steuern des Vorschubmotors 7 die Spindel 3, das Ausführen der zweiten Operation zu beginnen, (Schritt S5), wobei sie das Werkzeug 2 veranlasst, ein Loch an der ersten Bohrposition zu bohren. In diesem Fall beginnt die Steuereinheit 12 die zweite Operation, bevor die erste Operation endet, wodurch sie die Spitze 2a des Werkzeugs 2 entlang dem gekrümmten Weg b bewegt.
Nach Abschluss der zweiten Operation veranlasst die Steuereinheit 12 durch das Steuern des Vorschubmotors 7 die Spindel 3, das Ausführen der dritten Operation zu beginnen, (Schritt S6), wobei sie die Spitze 2a des Werkzeugs 2 veranlasst, sich vom Z-Punkt über den W-Punkt zum R-Punkt zurückzuziehen. Wenn die Spitze 2a des Werkzeugs 2 zum R-Punkt zurückgezogen ist, endet der erste Arbeitszyklus.
{0026} Nach dem Beginn der ersten Operation berechnet die Krümmungsberechnungseinheit 14 einen Krümmungsradius r2 für einen nachfolgenden Arbeitszyklus (Schritt S7 bis Schritt S11). Ausführlich liest die Krümmungsberechnungseinheit 14 einen Positionierbefehl für den nachfolgenden Arbeitszyklus aus dem Arbeitszyklusprogramm 11b, (Schritt S7), berechnet eine Bewegungsstrecke L2 des Werkzeugs 2 zu einer nachfolgenden Bohrposition (Schritt S8), und berechnet den Krümmungsradius r2 basierend auf der Bewegungsstrecke L2 und der Rückzugstrecke |R - W| berechnet (Schritt S9 bis Schritt S11). Die Berechnung des Krümmungsradius r2 endet, bevor die Spitze 2a des aufsteigenden Werkzeugs 2 den W-Punkt erreicht.
{0027} Dann veranlasst die Steuereinheit 12 die Werkzeugmaschine 10, einen zweiten Arbeitszyklus auszuführen (Schritt S13 und die Schritte S4 bis S6). In diesem Fall beginnt die Steuereinheit 12 die erste Operation im zweiten Arbeitszyklus, bevor die dritte Operation im ersten Arbeitszyklus endet, (Schritt S4). Der Anfangszeitpunkt von der ersten Operation wird basierend auf dem Krümmungsradius r2 gesteuert. Spezifisch, falls der Krümmungsradius r2 größer als die oder gleich der Rückzugstrecke |R - W| ist, beginnt die erste Operation gleichzeitig mit dem Vorbeigehen der Spitze 2a des aufsteigenden Werkzeugs 2 an dem W-Punkt, wobei sich die Spitze 2a des Werkzeugs 2 entlang dem gekrümmten Weg e vom W-Punkt zum R-Punkt bewegt. Falls der Krümmungsradius r2 kleiner als die Rückzugstrecke |R - W| ist, beginnt die erste Operation, wenn die Strecke von der Spitze 2a zum R-Punkt in der Z-Richtung gleich dem Krümmungsradius r2 wird, nachdem die Spitze 2a des aufsteigenden Werkzeugs 2 an dem W-Punkt vorbeigegangen ist. Spezifisch bewegt sich die Spitze 2a des Werkzeugs 2 vom W-Punkt entlang einem linearen Weg, wobei sie sich anschließend entlang dem gekrümmten Weg e zum R-Punkt bewegt.
{0028} Anschließend beginnt die Steuereinheit 12 die zweite Operation, bevor die erste Operation endet, (Schritt S5). Der Anfangszeitpunkt für die zweite Operation wird basierend auf dem Krümmungsradius r2 gesteuert. Falls der Krümmungsradius r2 größer als die oder gleich der Rückzugstrecke |R - W| ist, beginnt spezifisch die zweite Operation, wenn die Strecke von dem Werkzeug 2 bis zu der Bohrposition in der XY-Richtung gleich dem Krümmungsradius r2 wird, wobei sich die Spitze 2a des Werkzeugs 2 entlang dem gekrümmten Weg b vom R-Punkt zum W-Punkt bewegt. Falls der Krümmungsradius r2 kleiner als die Rückzugstrecke |R - W| ist, beginnt die zweite Operation gleichzeitig mit dem Ende der dritten Operation, und die Spitze 2a des Werkzeugs 2 bewegt sich entlang dem gekrümmten Weg b vom R-Punkt zu einer Position, die höher als der W-Punkt ist und bewegt sich anschließend entlang einem linearen Weg über den W-Punkt zum Z-Punkt.
{0029} Die Steuereinheit 12 führt die dritte Operation im zweiten Arbeitszyklus ähnlich zu der im ersten Arbeitszyklus aus und führt ferner einen dritten Arbeitszyklus aus. Bei der dritten Operation im dritten Arbeitszyklus veranlasst die Steuereinheit 12 die Spitze des Werkzeugs 2, sich entlang einem linearen Weg vom Z-Punkt über den W-Punkt zum R-Punkt zu bewegen, wobei sie den dritten Arbeitszyklus beendet.
{0030} Die 7 und 8 veranschaulichen einen Bohrarbeitszyklus im Stand der Technik. Wie in 8 gezeigt ist, enthält das Arbeitszyklusprogramm 11b im Stand der Technik keinen Befehl bezüglich des W-Punkts, wobei der Krümmungsradius rn eines gekrümmten Wegs gemäß einem festgelegten Überlappungsbetrag bestimmt wird. Wie in 8 gezeigt ist, bewegt sich die Spitze 2a des Werkzeugs 2 spezifisch entlang einem gekrümmten Weg mit einem festen Krümmungsradius, der gemäß dem festgelegten Überlappungsbetrag bestimmt wird. Deshalb beginnt die Spitze 2a des Werkzeugs 2 abzusteigen, bevor sie zum R-Punkt aufgestiegen ist, falls die Bewegungsstrecke Ln bis zu einer nachfolgenden Bohrposition in einem Zustand, in dem ein für die Höhe eines bestimmten R-Punkts optimaler Überlappungsbetrag festgelegt ist, klein ist. Die Höhe an der Oberseite des Werkstücks 4 ist nicht notwendigerweise gleichmäßig. Die Oberseite des Werkstücks 4 kann einen Bereich enthalten, der höher als andere Bereiche ist, wie im Fall eines Vorsprungs zwischen einer zweiten Bohrposition und einer dritten Bohrposition. Folglich kann das Werkzeug 2 mit dem Werkstück 4 zusammenstoßen, bevor das Werkzeug 2 zum R-Punkt aufgestiegen ist.
{0031} In dieser Ausführungsform ist der Befehl für den W-Punkt zum Arbeitszyklusprogramm 11b hinzugefügt, und die Rückzugstrecke |R - W| wird berechnet. Ein Positionierbefehl für einen nachfolgenden Arbeitszyklus wird vorbereitend gelesen, bevor die dritte Operation in jedem Arbeitszyklus beginnt. Basierend auf der Bewegungsstrecke Ln zu einer nachfolgenden Bohrposition und der Rückzugstrecke |R - W| wird der für jeden der gekrümmten Wege b und e im nachfolgenden Arbeitszyklus geeignete Krümmungsradius rn automatisch berechnet.
{0032} Dementsprechend wird der Krümmungsradius rn für jede Bohrposition berechnet, so dass die Spitze 2a des Werkzeugs 2 zuverlässig zu dem Punkt R zurückgezogen werden kann, selbst wenn die Bewegungsstrecke klein ist, wodurch verhindert wird, dass das Werkzeug 2 mit dem Werkstück 4 zusammenstößt, während es sich zu einer nachfolgenden Bohrposition bewegt.
Weil die vorbereitend zu lesenden Informationen ein Positionierbefehl für einen nachfolgenden Arbeitszyklus allein sind, erfordert weiterhin die Zahlenwertsteuerung 1 keine hohe Leseleistung. Spezifisch kann ungeachtet der Leseleistung des Zahlenwertsteuerungs 1 ein für jede Bohrposition geeigneter Krümmungsradius rn berechnet werden.
{0033} In dieser Ausführungsform führt die Krümmungsberechnungseinheit 14 die Schritte S7 bis S11 zur Berechnung des Krümmungsradius für einen nachfolgenden Arbeitszyklus nach Beginn des Bewegens des Tisches 5 bei der ersten Operation. Der Zeitpunkt für die Ausführung von Schritt S7 bis S11 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Spezifisch können die Schritte S7 bis S11 zu einem beliebigen Zeitpunkt durchgeführt werden, solange die Berechnung des Krümmungsradius beendet wird, bevor die Spitze 2a des Werkzeugs 2 den W-Punkt bei der dritten Operation erreicht.
{0034} In dieser Ausführungsform kann es einer Bedienungsperson erlaubt sein, das Arbeitszyklusprogramm 11b zu modifizieren.
In einem Beispiel kann zu dem Arbeitszyklusprogramm 11b ein Krümmungsradius-Korrekturbefehl hinzugefügt werden. Wie in 5 gezeigt ist, ist ein Beispiel des Korrekturbefehls ein Befehl zum Bestimmen eines Multiplikationsfaktors P des Krümmungsradius. Der Multiplikationsfaktor P wird zwischen 0 % und 100 % festgelegt. Der Multiplikationsfaktor P kann für jede Bohrposition festlegbar sein. Wie in Schritt S10' und Schritt S11' in 6 angegeben ist, korrigiert die Krümmungsberechnungseinheit 14 den Krümmungsradius, indem sie ihn mit dem Multiplikationsfaktor P multipliziert, wobei die Steuereinheit 12 den Bewegungsweg des Werkzeugs 2 basierend auf dem korrigierten Krümmungsradius rn steuert. Bei der Ergänzung eines derartigen Korrekturbefehls kann der Bewegungsweg des Werkzeugs 2 feiner gemanagt werden.
{0035} Als eine Alternative zu dieser Ausführungsform, bei der der Rückkehrpunkt der R-Punkt (Referenzpunkt) ist, kann der Rückkehrpunkt ein Anfangspunkt (I-Punkt) sein. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, kann anstelle der auf G99 basierenden R-Punkt-Rückkehrbetriebsart eine auf G98 basierende Anfangspunkt-Rückkehrbetriebsart verwendet werden, die das Zurückkehren der Spitze 2a des Werkzeugs 2 zum Anfangspunkt beinhaltet. Der Anfangspunkt ist die Position der Spitze 2a in der Z-Richtung zu dem Zeitpunkt, zu dem das Arbeitszyklusprogramm 11b beginnt, und ist vom Werkstück 4 in der Z-Richtung bezüglich des R-Punktes zurückgezogen. In einem Fall, in dem z. B. der R-Punkt Z = 5 mm ist, ist der Anfangspunkt Z = 100 mm. Das Werkzeug 2, das sich am Anfangspunkt befindet, ist um eine ausreichende Strecke von dem Werkstück 4 und der Spannvorrichtung getrennt. Im Fall der Anfangspunkt-Rückkehrbetriebsart bewegt sich die Spitze 2a des Werkzeugs 2 in Schritt S6' der dritten Operation zum Anfangspunkt, wie in 6 gezeigt ist.
{0036} Falls die Anfangspunkt-Rückkehrbetriebsart verwendet werden soll, die Rückzugstrecke die Strecke zwischen dem R-Punkt und dem Anfangspunkt in der Z-Richtung sein, wie in 6 gezeigt ist. Spezifisch kann im Schritt S2' eine Rückzugstrecke |I - R| als der maximale Krümmungsradius r berechnet werden, wobei |I - R| im Schritt S9' als ein Kriterium verwendet werden kann. In diesem Fall bezeichnet I einen Befehlswert für den Anfangspunkt.
{0037} In dieser Ausführungsform berechnet die Krümmungsberechnungseinheit 14 den Krümmungsradius rn für den zweiten Arbeitszyklus und weiter basierend auf der Rückzugstrecke und dem Positionierbefehl. Zusätzlich kann die Krümmungsberechnungseinheit 14 einen Krümmungsradius r1 für den ersten Arbeitszyklus basierend auf der Rückzugstrecke und/oder dem Positionierbefehl berechnen.
Die Berechnung des Krümmungsradius r1 wird z. B. zwischen dem Positionieren am R-Punkt (Schritt S3) und dem Positionieren an der Bohrposition (Schritt S4) ausgeführt. Die Krümmungsberechnungseinheit 14 kann z. B. die Rückzugstrecke |R - W| zwischen dem R-Punkt und dem W-Punkt in der Z-Richtung als den Krümmungsradius r1 berechnen oder kann den Krümmungsradius r1 basierend auf einer Bewegungsstrecke L1 in der XY-Richtung von der Position des Werkzeugs 2 zu Beginn des Arbeitszyklusprogramms 11b zu der Bohrposition im ersten Arbeitszyklus berechnen. Im Fall der Anfangspunkt-Rückkehrbetriebsart kann die Krümmungsberechnungseinheit 14 die Strecke zwischen dem Anfangspunkt und dem R-Punkt in der Z-Richtung als den Krümmungsradius r1 berechnen.
{0038} Als eine Alternative zu dieser Ausführungsform, bei der die Steuereinheit 12 das Werkzeug 2 und das Werkstück 4 relativ zueinander mit einer Eilganggeschwindigkeit entlang den gekrümmten Wegen b und e bewegt, kann die Steuereinheit 12 das Werkzeug 2 und das Werkstück 4 relativ zueinander mit einer Geschwindigkeit bewegen, die kleiner als die Eilganggeschwindigkeit ist. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs 2 entlang den gekrümmten Wegen b und e kann zwischen der Schnittvorschubgeschwindigkeit und der Eilganggeschwindigkeit änderbar sein.
Wie in 5 gezeigt ist, kann z. B. ein Argument L, das ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen einer Schnittvorschubgeschwindigkeit F_C und einer Eilganggeschwindigkeit F_R angibt, zum Arbeitszyklusprogramm 11b hinzugefügt sein. L bezeichnet einen Wert zwischen 0 % und 100 %. Die Bewegungsgeschwindigkeit F des Werkzeugs 2 ist durch den folgenden Ausdruck definiert. $F = F_{C} \times (1 - (L / 100)) + F_{R} \times L / 100$
Durch das Festlegen des Wertes von L kann die Bedienungsperson die Geschwindigkeit F auf irgendeine Geschwindigkeit zwischen der Schnittvorschubgeschwindigkeit und der Eilganggeschwindigkeit setzen.
{0039} Als eine Alternative zu dieser Ausführungsform, bei der die gekrümmten Wege b und e kreisbogenförmig sind und der Betrag der Krümmung der Krümmungsradius ist, können die gekrümmten Wege b und e eine andere Form als die Kreisbogenform aufweisen, wobei der Betrag der Krümmung ein Parameter gemäß der Form jedes gekrümmten Weges sein kann. Jeder gekrümmte Weg kann z. B. ein Teil einer Ellipse sein.
{0040} Als eine Alternative zu dieser Ausführungsform, bei der das Werkzeug 2 in der Z-Richtung beweglich ist und das Werkstück 4 in der XY-Richtung beweglich ist, kann die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug 2 und dem Werkstück 4 gemäß der Bewegung des Werkzeugs 2 und/oder des Werkstücks 4 erreicht werden. Die Spindel 3 kann z. B. in der XY-Richtung beweglich sein, während der Tisch 5 in der Z-Richtung beweglich sein kann. Als eine weitere Alternative kann entweder die Spindel 3 oder der Tisch 5 in drei Richtungen, nämlich in der X-, der Y- und der Z-Richtung, beweglich sein.
Weiterhin können als eine Alternative zu dieser Ausführungsform, bei der die erste Richtung die horizontale Richtung (XY-Richtung) ist und die zweite Richtung die vertikale Richtung (Z-Richtung) ist, die erste Richtung und die zweite Richtung gemäß den Spezifikationen der Werkzeugmaschine gegebenenfalls spezifisch änderbar sein. In einem Fall, in dem die Werkzeugmaschine die Spindel 3 aufweist, die in der horizontalen Richtung angeordnet ist, kann z. B. die zweite Richtung die horizontale Richtung sein, während die erste Richtung irgendeine Richtung sein kann, die die zweite Richtung schneidet.
{0041} Als eine Alternative zu dieser Ausführungsform, bei der das Werkzeug 2 in der Z-Richtung beweglich ist und das Werkstück 4 in der XY-Richtung beweglich ist, können das Werkzeug 2 und das Werkstück 4 diagonal oder horizontal beweglich sein, falls die Orientierung des Werkzeugs 2 änderbar ist. In einem Fall, in dem z. B. ein zu verwendender Winkelkopf das Werkzeug 2 aufweist, das in einem geneigten Zustand an der Spindel 3 befestigt ist, kann das Werkstück 4 durch Neigen des Werkzeugs 2 in der horizontalen Richtung bearbeitet werden.
Bezugszeichenliste
{0042}

1: Zahlenwertsteuerung
11: Speichereinheit
11a: Bearbeitungsprogramm
11b: Arbeitszyklusprogramm
12: Steuereinheit
13: Streckenberechnungseinheit
14: Krümmungsberechnungseinheit
2: Werkzeug
4: Werkstück
4a: Bohrung
4b: Werkstückoberfläche
10: Werkzeugmaschine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 09120310 [0003]

Claims

Zahlenwertsteuerung für eine Werkzeugmaschine, der ein Werkzeug und ein Werkstück in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung relativ zueinander bewegt, um unter Verwendung des Werkzeugs ein Loch in das Werkstück zu bohren, wobei sich die erste Richtung entlang einer Längsachse des Werkzeugs erstreckt und die zweite Richtung die Längsachse des Werkzeugs schneidet, wobei die Zahlenwertsteuerung Folgendes umfasst: eine Speichereinheit, die ein Bearbeitungsprogramm speichert, das das Ausführen mehrerer Arbeitszyklen beinhaltet, wobei jeder der mehreren Arbeitszyklen eine erste Operation, eine zweite Operation und eine dritte Operation enthält, wobei die erste Operation das relative Bewegen des Werkzeugs und des Werkstücks in der zweiten Richtung beinhaltet, um eine Bohrposition des Werkstücks bezüglich des Werkzeugs zu positionieren, die zweite Operation das relative Bewegen des Werkzeugs und des Werkstücks in der ersten Richtung beinhaltet, um das Werkzeug von einem von dem Werkstück in der ersten Richtung zurückgezogenen Rückkehrpunkt zu einem Bohrungsbodenpunkt zu bewegen, die dritte Operation das relative Bewegen des Werkzeugs und des Werkstücks in der ersten Richtung beinhaltet, um das Werkzeug von dem Bohrungsbodenpunkt zum Rückkehrpunkt zu bewegen; eine Steuereinheit, die die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück basierend auf dem Bearbeitungsprogramm steuert, wobei die Steuereinheit durch das Beginnen der zweiten Operation, bevor die erste Operation endet, das Werkzeug entlang einem ersten gekrümmten Weg bewegt, und die Steuereinheit durch das Beginnen der ersten Operation in einem nachfolgenden Arbeitszyklus, bevor die dritte Operation endet, das Werkzeug entlang einem zweiten gekrümmten Weg bewegt; eine Streckenberechnungseinheit, die eine Rückzugstrecke von dem Werkstück in der ersten Richtung zu dem Rückkehrpunkt berechnet; und eine Krümmungsberechnungseinheit, die einen Betrag der Krümmung sowohl des ersten gekrümmten Weges als auch des zweiten gekrümmten Weges berechnet, wobei die Krümmungsberechnungseinheit einen Positionierbefehl für die Bohrposition für den nachfolgenden Arbeitszyklus aus dem Bearbeitungsprogramm liest, bevor die dritte Operation beginnt, wobei die Krümmungsberechnungseinheit basierend auf dem gelesenen Positionierbefehl und der Rückzugstrecke den Betrag der Krümmung sowohl des ersten gekrümmten Wegs als auch des zweiten gekrümmten Wegs für den nachfolgenden Arbeitszyklus berechnet, und wobei die Steuereinheit das Werkzeug in dem nachfolgenden Arbeitszyklus entlang dem ersten gekrümmten Weg und dem zweiten gekrümmten Weg, die jeweils den durch die Krümmungsberechnungseinheit berechneten Betrag der Krümmung aufweisen, bewegt.
Zahlenwertsteuerung nach Anspruch 1, wobei die Krümmungsberechnungseinheit basierend auf dem Positionierbefehl für den nachfolgenden Arbeitszyklus eine Bewegungsstrecke in der zweiten Richtung von der Bohrposition in einem der Arbeitszyklen zu der Bohrposition in dem nachfolgenden Arbeitszyklus berechnet, und wobei die Krümmungsberechnungseinheit basierend auf der Rückzugstrecke und der Bewegungsstrecke den Betrag der Krümmung berechnet.
Zahlenwertsteuerung nach Anspruch 2, wobei der Betrag der Krümmung ein Krümmungsradius sowohl des ersten gekrümmten Wegs als auch des zweiten gekrümmten Wegs ist, wobei die Krümmungsberechnungseinheit die Hälfte der Bewegungsstrecke als den Krümmungsradius in einem Fall berechnet, in dem die Hälfte der Bewegungsstrecke kleiner als die Rückzugstrecke ist, und wobei die Krümmungsberechnungseinheit die Rückzugstrecke als den Krümmungsradius in einem Fall berechnet, in dem die Hälfte der Bewegungsstrecke größer als die oder gleich der Rückzugstrecke ist.
Zahlenwertsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit das Werkzeug entlang dem ersten gekrümmten Weg und dem zweiten gekrümmten Weg mit einer Eilganggeschwindigkeit bewegt.
Zahlenwertsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit das Werkzeug entlang dem ersten gekrümmten Weg und dem zweiten gekrümmten Weg mit einer Geschwindigkeit zwischen einer Eilganggeschwindigkeit und einer Schnittvorschubgeschwindigkeit bewegt.
Zahlenwertsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs entlang dem ersten gekrümmten Weg und dem zweiten gekrümmten Weg auf irgendeine Geschwindigkeit zwischen einer Eilganggeschwindigkeit und einer Schnittvorschubgeschwindigkeit änderbar ist.
Zahlenwertsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Korrekturbefehl für den Betrag der Krümmung zu dem Bearbeitungsprogramm hinzufügbar ist, und wobei die Steuereinheit das Werkzeug entlang dem ersten gekrümmten Weg und dem zweiten gekrümmten Weg, wobei jeder den gemäß dem Korrekturbefehl korrigierten Betrag der Krümmung aufweist, bewegt.
Zahlenwertsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Rückzugstrecke eine Strecke von einer Werkstückoberfläche zu einem Referenzpunkt in der ersten Richtung ist, wobei die Werkstückoberfläche eine Oberfläche des Werkstücks ist, an der das Werkzeug beginnt, einen Bohrprozess auszuführen, und wobei der Referenzpunkt eine in der ersten Richtung von der Werkstückoberfläche zurückgezogene Position ist, und wobei der Rückkehrpunkt ein in der ersten Richtung von der Werkstückoberfläche bezüglich des Referenzpunktes zurückgezogener Anfangspunkt ist.
Zahlenwertsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Krümmungsberechnungseinheit den Betrag der Krümmung sowohl des ersten gekrümmten Wegs als auch des zweiten gekrümmten Wegs für einen ersten Arbeitszyklus basierend auf der Rückzugstrecke und/oder einem Positionierbefehl für die Bohrposition in dem ersten Arbeitszyklus berechnet.