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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abweichungs-Detektionsvorrichtung bzw. eine Abweichungserfassungsvorrichtung
für ein
Werkzeug zum Erfassen von abweichenden Zuständen, welche durch einen Zustand
dargestellt sind, in welchem ein Verschleiß- und Abnutzungsgrad bzw.
Abriebsgrad des zur Bearbeitung einer Werkzeugmaschine zu verwendenden
Werkzeugs zu viel ist, und betrifft auch eine numerische Steuervorrichtung,
welche mit solch einer Abweichungserfassungsvorrichtung für ein Werkzeug
versehen ist, wie durch EP-A-0 666 138 offenbart wurde.
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Erklärung der verwandten Technik
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Wenn
die zur Bearbeitung genommene Zeit verstrichen ist, nimmt herkömmlicherweise
ein Schnittwiderstand einer Spitze eines zur Bearbeitung zu verwendenden
Werkzeugs zu, während
ein Verschleiß und
Abrieb desselben fortschreitet und das Werkzeug schließlich kaputt
geht. Da der Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs fortschreitet, wird die Präzision bei der Bearbeitung
verschlechtert, wodurch eine zur Bearbeitung eines Werkstücks erforderliche, bestimmte
Präzision
nicht länger
beibehalten werden kann.
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Andererseits
wurde eine unbeaufsichtigte Bearbeitung und verlängerte automatische Bearbeitung
für selbstverständlich gehalten.
Daher wurde eine Vorrichtung zum automatischen Erfassen abweichender
Zustände erfordert,
wie z.B. einer Verschleiß-
und Abriebsgrenze des Werkzeugs und ähnlichem, was zur Folge hatte,
dass eine Vorrichtung zum Überwachen
eines Verschleißes
und Abriebs eines Werkzeugs entwickelt wurde, welche in JP 11-58113
oder ähnlichem
offenbart wurde.
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Solch
eine Vorrichtung zum Überwachen
des Verschleißes
und Abriebs eines Werkzeugs erfasst eine auf einen Spindelmotor
wirkende Drehmomentbelastung aus einem Arbeitsstrom desselben und
erfasst andererseits eine auf einen Vorschubwellenmotor wirkende
Längsbelastung
aus einem Arbeitsstrom desselben, vergleicht die erfasste Höchstdrehmomentbelastung
mit einer als Schwellenwert eingestellten Warndrehmomentbelastung
zum Anzeigen von beiden auf einer Displayvorrichtung, während sie die
erfasste Höchstlängsbelastung
mit einer als Schwellenwert eingestellten Warnlängsbelastung zum Anzeigen von
beiden auf der Displayvorrichtung vergleicht und eine Bedienperson
benachrichtigt, dass ein Verschleiß und Abrieb des Werkzeugs
jeweils eine Grenze desselben erreichen.
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Solch
eine Vorrichtung zum Überwachen
des Verschleißes
und Abriebs eines Werkzeugs, welche oben beschrieben wurde, weist
jedoch die folgenden Schwierigkeiten auf. Da sich die aus dem Arbeitsstrom
des oben erwähnten
Spindelmotors erfasste Drehmomentbelastung und die aus dem Arbeitsstrom
des Vorschubwellenmotors erfasste Längsbelastung basierend auf
der Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubwelle ändern, werden die Drehmomentbelastung
und Längsbelastung
vergleichsweise gering gehalten, obwohl der Verschleiß und Abrieb
des Werkzeugs beim Bearbeiten mit einer geringen Vorschubgeschwindigkeit
jeweils eine Grenze desselben erreichen, wohingegen die Drehmomentbelastung
und die Längsbelastung
vergleichsweise hoch gehalten werden, obwohl sich der Verschleiß und Abrieb
des Werkzeugs beim Bearbeiten mit einer hohen Vorschubgeschwindigkeit
jeweils in einem frühen Stadium
desselben befinden, und daher können
die Warndrehmomentbelastung und die Warnlängsbelastung nicht gleich eingestellt
werden. Folglich ist es notwendig gewesen, eine angemessene Warndrehmomentbelastung
bzw. eine angemessene Warnlängsbelastung
für jede
Vorschubgeschwindigkeit in der oben erwähnten Vorrichtung zum Überwachen des
Verschleißes
und Abriebs eines Werkzeugs einzustellen.
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Da
ein Spindelantriebssystem und ein Vorschubantriebssystem einer Werkzeugmaschine
hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung derselben verbessert
wurden, wird in letzter Zeit eine Operation des Vorschubantriebssystems
durch eine Adaptivsteuerung unter Verwendung solcher verbesserter
Werkzeugmaschinen gesteuert, welche auf eine Sicherheit und ein äußerst effektives
Hochgeschwindigkeitsschneiden zielt. Die Adaptivsteuerung überwacht
eine Schnittbelastung, welche auf das Spindelantriebssystem und
das Vorschubantriebssystem wirkt und allmählich die Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubantriebssystems erhöht,
um die Schnittbelastung auf einen vorbereitend eingestellten Wert
aufzurunden, so dass das Spindelantriebssystem und das Vorschubantriebssystem
optimale Funktionen derselben anzeigen können. Eine Veränderung
der Schnittbelastung (Längsbelastung)
in einem Bohrverfahren wird in 6 gezeigt,
wenn die Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems allmählich durch
die Adaptivsteuerung erhöht
wird. Unter Verwendung eines beschichteten Vollhartmetallbohrers
mit einer Ölbohrung
(MDW 085 MHK von Sumitomo Denko Co., Ltd.) mit einem Durchmesser von
8,5 mm wurde ein Werkstück
FC250 mit einer Schnittgeschwindigkeit von 150 m/Min zur Bildung von
Bohrungen mit einer Tiefe von 25,5 mm gebohrt.
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In 6 zeigt
ein erster Höchstwert
die Schnittbelastung bei einer Vorschubgeschwindigkeit (Vorschub
pro Umdrehung) von 0,2 mm/U, ein zweiter Höchstwert dieselbe bei 0,25
mm/U, ein dritter Höchstwert
dieselbe bei 0,3 mm/U, ein vierter Höchstwert dieselbe bei 0,35
mm/U und ein fünfter Höchstwert
dieselbe bei 0,4 mm/U an. Zudem zeigt in 6 eine Linie
A die Schnittbelastung an, welche als Zielwert der Adaptivsteuerung
eingestellt wurde, und eine Linie B eine untere Grenze der Schnittbelastung
an, welche zum Erfassen von Abweichungen eingestellt wurde, welche
durch den Bruch eines Werkzeugs oder ähnlichem dargestellt wird.
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Wie
in 6 gezeigt, beträgt die Schnittbelastung 1000N,
wenn die Vorschubgeschwindigkeit auf 0,2 mm/U eingestellt ist, während sie
bei 0,4 mm/U 1800N beträgt,
was zeigt, dass die Schnittbelastung die Menge derselben um das
ca. 1,8-fache erhöht,
wenn die Vorschubgeschwindigkeit verdoppelt wird. Wenn die Schnittbelastung
bei der Bearbeitung mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,2 mm/U
unter Verwendung eines Werkzeugs, welches eine Werkzeugstandzeit
desselben bereits erreicht hat (Werkzeugstandzeit wird durch einen
Verschleißzustand
beurteilt), auf 1500N eingestellt ist, wird daher die Bearbeitung
mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,4 mm/U mit der Schnittbelastung
von 1800N für
unmöglich
gehalten, wobei die Werkzeugstandzeit nach dem Einstellen der oben
erwähnten 1500N
als Schwellenwert beurteilt wird. Mit anderen Worten ist die Bearbeitung
durch die Adaptivsteuerung nicht möglich. Im Gegensatz dazu kann,
wenn die Schnittbelastung beim Bearbeiten mit einer Vorschubgeschwindigkeit
von 0,4 mm/U unter Verwendung des Werkzeugs, welches die Werkzeugstandzeit
desselben bereits erreicht hat, auf 2500N eingestellt wird, die
Bearbeitung über
die Werkzeugstandzeit mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,2 mm/U
durchgeführt
werden, wobei die Werkzeugstandzeit nach dem Einstellen der oben
erwähnten 2500N
als Schwellenwert beurteilt wird, wodurch das Werkzeug zerbrochen
werden kann. Folglich kann verständlich
sein, dass die Werkzeugstandzeit nicht durch Verwendung eines einheitlich
eingestellten Schwellenwerts unter der Adaptivsteuerung beurteilt werden
kann.
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AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung weist als Hauptaufgabe derselben die Bereitstellung
einer Abweichungserfassungsvorrichtung für ein Werkzeug, welche durch
das Verwenden eines einheitlich eingestellten Schwellenwerts in
Bezug auf eine Schnittbelastung zum Bearbeiten Abweichungszustände des Werkzeugs
beurteilen kann, wobei sich eine Vorschubgeschwindigkeit jeden Moment ändert, insbesondere
zur Bearbeitung unter einer Adaptivsteuerung, und auch die Bereitstellung
einer numerischen Steuervorrichtung auf, welche mit solch einer
Abweichungserfassungsvorrichtung für ein Werkzeug versehen ist.
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Die
vorliegende Erfindung nach Anspruch 1 zum Erfüllen der oben erwähnten Aufgabe
betrifft eine Abweichungserfassungsvorrichtung für ein zur Bearbeitung verwendetes
Werkzeug, welches zum Befestigen an einer Spindel einer Werkzeugmaschine
vorgesehen ist, welche Folgendes aufweist: eine Vorrichtung zum
Erfassen der Schnittbelastung zum Erfassen einer Schnittbelastung
basierend auf einem elektrischen Antriebsstrom, welcher an ein Vorschubantriebssystem
ausgegeben wird, und/oder einem elektrischen Antriebsstrom, welcher
an ein Spindelantriebssystem der Werkzeugmaschine ausgegeben wird,
eine Förderlast-Abschätzungsvorrichtung
bzw. eine Vorrichtung zum Berechnen der Vorschubbelastung zum Berechnen
einer Vorschubbelastung basierend auf einer Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubantriebssystems, wobei die Vorschubbelastung eine von
der Vorschubgeschwindigkeit abhängige Belastungskomponente
ist, eine Werkzeuglast-Detektionsvorrichtung bzw. Vorrichtung zum
Erfassen der Werkzeugbelastung zum Auswählen einer vom Werkzeug abhängigen Belastungskomponente durch
das Entfernen der durch die Vorrichtung zum Berechnen der Vorschubbelastung
berechneten Vorschubbelastungsdaten von den Schnittbelastungsdaten,
welche durch die Vorrichtung zum Erfassen einer Schnittbelastung
erfasst wurden, und eine Abweichungsentscheidungsvorrichtung bzw.
Abweichungsbeurteilungsvorrichtung, um basierend auf den Belastungsdaten,
welche durch die Vorrichtung zum Erfassen der Werkzeugbelastung
ausgewählt wurden,
zu beurteilen, ob sich das Werkzeug in einem abweichenden Zustand
befindet oder nicht.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird eine Schnittbelastung (Gesamtschnittbelastung)
basierend auf dem elektrischen Antriebsstrom, welcher an das Vorschubantriebssystem
ausgegeben wird, und/oder dem elektrischen Antriebsstrom erfasst, welcher
an das Spindelantriebssystem der Werkzeugmaschine ausgegeben wird,
und andererseits wird die Vorschubbelastung als Belastungskomponente
berechnet, welche von der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems
abhängt.
Dann wird die vom Werkzeug abhängige
Belastungskomponente (eine Werkzeugbelastung) durch das Verringern
der berechneten Vorschubbelastung aus der erfassten Gesamtschnittbelastung
ausgewählt.
Die ausgewählte
Werkzeugbelastung wird mit einem vorbereitend eingestellten Schwellenwert
zur Beurteilung verglichen, ob sich das Werkzeug in einem abweichenden
Zustand befindet oder nicht.
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Da
eine Werkzeugstandzeit nach der Werkzeugbelastung beurteilt wird,
welche ausgewählt wurde,
nachdem die von der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems
abhängige
Vorschubbelastung oder Belastungskomponente von der Gesamtschnittbelastung
entfernt wurde und die vom Werkzeug abhängige Belastungskomponente vollständig ausgewählt wurde,
kann nach der vorliegenden Erfindung die Werkzeugstandzeit folglich
unter Verwendung des einheitlich eingestellten Schwellenwerts sogar
bei der Bearbeitung richtig beurteilt werden, bei welcher sich die
Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems jeden Moment ändert. Daher
kann die Schwierigkeit, dass ein Einstellen des Schwellenwertes
zur Beurteilung immer dann verändert
werden muss, wenn sich die Vorschubgeschwindigkeit wie in einer
herkömmlichen
Vorrichtung ändert,
beseitigt werden.
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Die
Daten als Basis der Beurteilung der oben erwähnten Werkzeugstandzeit sind
nicht durch die Werkzeugbelastung nach Anspruch 1 beschränkt, aber
können
zum Berechnen eines Verschleiß-
und Abriebsgrads des Werkzeugs verwendet werden, woraufhin die Werkzeugstandzeit
wie in der Erfindung nach Anspruch 2 beurteilt werden kann. Hier weist
die vorliegende Erfindung nach Anspruch 2 eine Verschleiß- und Abriebsgradberechnungsvorrichtung
zum Berechnen des Verschleiß-
und Abriebsgrads des Werkzeugs basierend auf den Belastungsdaten
auf, welche zusätzlich
zur Vorrichtung nach Anspruch 1 durch die Vorrichtung zum Erfassen der
Werkzeugbelastung ausgewählt
wurden, wobei die Abweichungsbeurteilungsvorrichtung beurteilt,
ob sich das Werkzeug im abweichenden Zustand befindet oder nicht,
nachdem das Verschleiß-
und Abriebsgrad durch die Verschleiß- und Abriebsgradberechnungsvorrichtung
berechnet wurden. Zudem kann das Verschleiß- und Abriebsgrad des Werkzeugs
durch das Verwenden eines Verhältnisses
der Werkzeugbelastung eines neuen Werkzeugs zu dem eines verwendeten
Werkzeugs angezeigt werden, welches bei der Bearbeitung für eine bestimmte
Zeitdauer verwendet wurde. Zwar beinhaltet die Werkzeugbelastung
nach Anspruch 1 eine Komponente im Verhältnis zur Vorschubgeschwindigkeit,
aber das Verschleiß-
und Abriebsgrad des Werkzeugs, welches durch das oben erwähnte Verhältnis der
Werkzeugbelastung des neuen Werkzeugs zu dem des verwendeten Werkzeugs
angezeigt wird, welches bei der Bearbeitung für eine bestimmte Zeitdauer
verwendet wurde, beinhalten keine solche Komponente im Verhältnis zur
Vorschubgeschwindigkeit und daher kann die Werkzeugstandzeit sicher
beurteilt werden.
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Die
vorliegende Erfindung nach den Ansprüchen 1 und 2 kann Abweichungen
des Werkzeugs durch das Verwenden des einheitlich eingestellten Schwellenwerts
beurteilen, ohne durch die Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems
beeinträchtigt
zu werden, wodurch große
Effekte unter der Adaptivsteuerung erwartet werden können, wobei
die Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems, insbesondere
bei der numerischen Steuervorrichtung nach Anspruch 3, nach der Schnittbelastung
verändert
wird. Die vorliegende Erfindung nach Anspruch 3 ist die numerische
Steuervorrichtung, welche das Vorschubantriebssystem und das Spindelantriebssystem
der Werkzeugmaschine numerisch steuert und mit der Abweichungserfassungsvorrichtung
für ein
Werkzeug nach den Ansprüchen
1 oder 2 versehen ist, welche eine adaptive Steuervorrichtung zum
Beschleunigen oder Verlangsamen der Vorschubgeschwindigkeit des
Vorschubantriebssystems basierend auf der Schnittbelastung aufweist,
welche durch die Vorrichtung zum Erfassen der Schnittbelastung erfasst
wurde.
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Werkzeuge,
deren Abweichungen nach der vorliegenden Erfindung erfasst werden
können,
beinhalten ein an einer Spindel eines Bearbeitungszentrums befestigtes
Werkzeug, welches vorgesehen ist zur Bearbeitung verwendet zu werden,
ein sich drehendes Werkzeug einer Drehbank für eine komplexe Bearbeitung
und nahezu alle Werkzeuge, welche in der Werkzeugmaschine verwendet
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches einen Umriss einer numerischen Steuervorrichtung
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Erläuterungszeichnung,
welche ein Verfahren in einem Abschnitt zum Berechnen der Vorschubbelastung
nach der Ausführungsform zeigt.
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3 ist
eine Erläuterungszeichnung,
welche ein Verfahren in einem Abschnitt zum Erfassen einer Werkzeugbelastung
nach der Ausführungsform zeigt.
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4 ist
ein Blockdiagramm, welches einen Umriss einer numerischen Steuervorrichtung
nach einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ist
eine Erläuterungszeichnung,
welche ein Verfahren in einem Abschnitt zum Berechnen des Verschleiß- und Abriebsgrads
nach einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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6 ist
eine Erläuterungszeichnung,
welche eine Veränderung
einer Schnittbelastung während
eines Bohrverfahrens unter einer Adaptivsteuerung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden unten in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm,
welches einen Umriss einer Anordnung einer numerischen Steuervorrichtung
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform zeigt die numerische
Steuervorrichtung, welche eine Erfassung von Abweichungen eines
Werkzeugs während eines
Bohrverfahrens ermöglicht.
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Wie
in 1 gezeigt weist eine numerische Steuervorrichtung 1 in
erster Linie einen Speicherabschnitt 2 des Bearbeitungsprogramms,
einen Programmanalyseabschnitt 3, einen Abschnitt 4 zum
Erzeugen und Verteilen eines Befehls, einen den Vorschubantrieb
steuernden Abschnitt 5, einen die Spindel steuernden Abschnitt 6,
eine adaptive Steuervorrichtung 7, eine Abweichungserfassungsvorrichtung für ein Werkzeug 10,
wobei die adaptive Steuervorrichtung 7 einen Abschnitt 8 zum
Erfassen der Schnittbelastung und einen adaptiven Steuerabschnitt 9 aufweist,
wohingegen die Abweichungserfassungsvorrichtung für ein Werkzeug 10 den
Abschnitt 8 zum Erfassen der Schnittbelastung, welcher die
gleiche Konstruktion wie der adaptive Steuerabschnitt 7 besitzt,
einen Abschnitt 12 zum Berechnen der Vorschubbelastung,
einen Abschnitt 11 zum Erfassen der Werkzeugbelastung und
einen Abschnitt 13 zum Beurteilen der Abweichung aufweist.
Jeder Abschnitt wird unten detailliert beschrieben werden. In 1 ist
das Bezugszeichen 14 ein Vorschubantriebssystem einer Werkzeugmaschine,
das Bezugszeichen 15 ein Spindelantriebssystem und das
Bezugszeichen 16 eine Displayvorrichtung, wie z.B. eine
Elektronenstrahlröhre.
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Der
Speicherabschnitt 2 des Bearbeitungsprogramms ist ein Funktionsabschnitt
zum Speichern eines vorbereitend erstellten Bearbeitungsprogramms.
Der Programmanalyseabschnitt 3 analysiert das im Speicherabschnitt 2 des
Bearbeitungsprogramms gespeicherte Bearbeitungsprogramm, sucht Befehle
in Bezug auf eine Drehung der Spindel und eine Adaptivsteuerung,
Vorschubgeschwindigkeit, Vorschubposition oder ähnliches des Vorschubantriebssystems
aus dem Bearbeitungsprogramm heraus, Überträgt den Befehl in Bezug auf
die Drehung der Spindel zum den Spindelantrieb steuernden Abschnitt 6, Überträgt den Befehl
in Bezug auf die Adaptivsteuerung des Vorschubantriebssystems 14 zum
adaptiven Steuerabschnitt 9 und die Befehle in Bezug auf
die Vorschubgeschwindigkeit und Vorschubposition des Vorschubantriebssystems 14 zum Abschnitt 4 zum
Erzeugen und Verteilen eines Befehls.
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Der
den Spindelantrieb steuernde Abschnitt 6 gibt einen nach
den empfangenen Befehlsignalen erzeugten elektrischen Antriebsstrom
an das Spindelantriebssystem 15 zum Steuern einer Operation desselben
aus. Andererseits bestimmt der Abschnitt 4 zum Erzeugen
und Verteilen eines Befehls bei regelmäßig beabstandeten Zeitpunkten
Zielvorschubpositionen zur Betätigung
des Vorschubantriebssystems 14 basierend auf den empfangenen
Befehlsignalen und eine vorbestimmte Zeitkonstante zum Erzeugen
von Operationsbefehlsignalen, welche für die jeweiligen Zielvorschubpositionen
bezeichnend sind, und überträgt dann
nacheinander die Operationsbefehlsignale zum den Vorschubantrieb
steuernden Abschnitt 5. Der den Vorschubantrieb steuernde
Abschnitt 5 erzeugt ein Geschwindigkeitsbefehlsignal durch
das Multiplizieren einer Abweichung eines vom Vorschubantriebssystem 14 rückgekoppelten
Signals der Ist-Position von einem empfangenen Operationsbefehlsignal
mit einer Positionsschleifenverstärkung. Dann erzeugt der den
Vorschubantrieb steuernde Abschnitt 5 ein Strombefehlsignal
durch das Multiplizieren einer Abweichung eines vom Vorschubantriebssystem 14 rückgekoppelten
Signals der Ist-Geschwindigkeit vom erzeugten Geschwindigkeitsbefehlsignal
mit einer Geschwindigkeitsschleifenverstärkung. Der den Vorschubantrieb
steuernde Abschnitt 5 erzeugt zudem einen Antriebsstrom
gemäß einem
Antriebsbefehlsignal, welches durch das Multiplizieren einer Abweichung
eines vom Vorschubantriebssystem 14 rückgekoppelten Signals des elektrischen
Ist-Antriebsstroms vom erzeugten Strombefehlsignal mit einer Schleifenverstärkung des
elektrischen Stroms erhalten wird, und gibt solch einen elektrischen
Antriebsstrom an das Vorschubantriebssystem 14 zum Steuern
der Betätigung
desselben aus. Zwar wird das einzelne Vorschubantriebssystem in 1 gezeigt,
aber Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Bearbeitungszentren,
weisen meist eine Vielzahl von Vorschubantriebssystemen 14 auf
und der Abschnitt 4 zum Erzeugen und Verteilen eines Befehls
und der den Vorschubantrieb steuernde Abschnitt 5 sind
für jedes
der Vielzahl an Vorschubantriebssystemen 14 vorgesehen.
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Der
Abschnitt 8 zum Erfassen der Schnittbelastung ist ein Verfahrensabschnitt
zum Berechnen einer Schnittbelastung (Längsbelastung oder Gesamtschnittbelastung)
aus dem elektrischen Antriebsstrom, welcher vom den Vorschubantrieb
steuernden Abschnitt 5 an das Vorschubantriebssystem 14 ausgegeben
wird, beziehungsweise genauer zum Berechnen der Schnittbelastung
durch das Multiplizieren des elektrischen Antriebsstroms mit einer
vorbereitend eingestellten Konstante. Der adaptive Steuerabschnitt 9 beginnt
ein Verfahren der Adaptivsteuerung mit dem Empfangen eines Befehls
zum Starten der Adaptivsteuerung vom Programmanalyseabschnitt 3,
dem Ausgeben eines Befehls an den Abschnitt 4 zum Erzeugen
und Verteilen eines Befehls, um die Vorschubgeschwindigkeit des
Vorschubantriebssystems 14 schrittweise zu erhöhen, so dass
die durch den Abschnitt 8 zum Erfassen der Schnittbelastung
erfasste Schnittbelastung einen vorbereitend eingestellten Zielwert
erreicht, während sie
einen Befehl zum Beenden der Adaptivsteuerung vom Programmanalyseabschnitt 3 zum
Beenden des Verfahrens empfängt.
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Der
Abschnitt 12 zum Berechnen der Vorschubbelastung ist ein
Verfahrensabschnitt, um Informationen in Bezug auf die Vorschubgeschwindigkeit des
Vorschubantriebssystems 14 vom Abschnitt 4 zum
Erzeugen und Verteilen eines Befehls zum Berechnen einer Vorschubbelastung
(einer vom Vorschub des Vorschubantriebssystems 14 abhängigen Belastung),
welche die Gesamtschnittbelastung belegt, und zum Berechnen solch
einer Vorschubbelastung aus einem Verhältnis zwischen der Vorschubgeschwindigkeit
und der Vorschubbelastung zu erhalten, welche vorbereitend durch
ein Versuchsverfahren erhalten wurde. D.h. genauer wird ein Werkstück durch
das Verwenden eines neuen Werkzeugs mit einer sich verändernden
Vorschubgeschwindigkeit bearbeitet, um das Verhältnis zwischen der Vorschubgeschwindigkeit
und der Vorschubbelastung durch ein Verfahren wie im oben erwähnten Abschnitt 8 zum
Erfassen der Schnittbelastung zu berechnen. Folglich kann nur eine
reine Vorschubbelastung ohne das Beinhalten irgendeiner vom Verschleiß und Abrieb
des Werkzeug abhängenden
Belastungskomponente unter Verwendung solch eines neuen Werkzeugs
erhalten werden.
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Wenn
ein Werkstück
FC250 zur Bildung von Öffnungen
mit jeweils einer Tiefe von 25,5 mm unter Verwendung eines neuen
Artikels eines beschichteten Vollhartmetallbohrers mit einer Ölbohrung
(MDW 085 MHK von Sumitomo Denko Co., Ltd.) mit einem Durchmesser
von 8,5 mm gebohrt wird, werden erfasste Schnittbelastungen in 2 gezeigt,
wobei eine Schnittgeschwindigkeit von 100 m/Min, 125 m/Min, 150
m/Min, 175 m/Min schrittweise auf 200 m/Min und eine Vorschubgeschwindigkeit
von 0,2 mm/U, 0,25 mm/U, 0,3 mm/U, 0,35 mm/U auf 0,4 mm/U geändert wird.
Durch eine Berechnung des Verhältnisses
zwischen der Schnittbelastung und der Vorschubgeschwindigkeit aus
den erhaltenen Daten kann eine folgende Formel aufgestellt werden: Fneu = 3101,2 × f0,6861;wobei Fneu die
Schnittbelastung (N) bei einer Bearbeitung unter Verwendung eines
neuen Werkzeugs und f die Vorschubgeschwindigkeit (mm/U) des Vorschubantriebssystems 14 ist.
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Der
Abschnitt 12 zum Berechnen der Vorschubbelastung berechnet
die Vorschubbelastung unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der Vorschubgeschwindigkeit
und der Schnittbelastung und auch unter Verwendung der vom Abschnitt 4 zum Erzeugen
und Verteilen eines Befehls erhaltene Vorschubgeschwindigkeitsdaten.
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Der
Abschnitt 11 zum Erfassen der Werkzeugbelastung ist ein
Verfahrensabschnitt zum Empfangen sowohl der durch den Abschnitt 8 zum
Erfassen der Schnittbelastung erfassten Gesamtschnittbelastungsdaten,
als auch der durch den Abschnitt 12 zum Berechnen der Vorschubbelastung
berechneten Vorschubbelastungsdaten, Verringern der Vorschubbelastung
von der Gesamtschnittbelastung, Berechnen der Werkzeugbelastung
als Belastungskomponente, welche vom Verschleiß und Abrieb des Werkzeugs
abhängt.
Eine Ausführungsform
solch einer berechneten Werkzeugbelastung wird in 3 gezeigt.
In dieser 3 ist „C" eine Gruppe von Daten, welche die Gesamtschnittbelastung
anzeigen, welche nach der Adaptivsteuerung schwankt, und „D" eine Gruppe von
Daten, welche die durch das Verringern der Vorschubbelastung (durch
die oben erwähnte
Formel berechnete Vorschubbelastung) von der Gesamtschnittbelastung
erhaltene Werkzeugbelastung anzeigen.
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Zudem
werden die in 3 gezeigten Daten vom zweitausendsten
Bohren einer Öffnung
mit einer Tiefe von 25,5 mm im Werkstück FC250 unter Verwendung des
beschichteten Vollhartmetallbohrers mit einer Ölbohrung (MDW 085 MHK von Sumitomo Denko
Co., Ltd.) mit einem Durchmesser von 8,5 mm erhalten, wobei die
Schnittgeschwindigkeit auf 150 m/Min eingestellt ist. Im oben erwähnten „C" und „D" zeigt ein erster
Höchstwert
eine Belastung bei der Vorschubgeschwindigkeit von 0,2 mm/U, ein
zweiter Höchstwert
dieselbe bei 0,25 mm/U, ein dritter Höchstwert dieselbe bei 0,3 mm/U,
ein vierter Höchstwert
dieselbe bei 0,35 mm/U und ein fünfter Höchstwert
dieselbe bei 0,4 mm/U an.
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Wie
in 3 beschrieben, kann durch das Verringern der gemäß der Vorschubgeschwindigkeit schwankenden
Vorschubbelastung aus der Gesamtschnittbelastung, die Werkzeugbelastung
ausgewählt
werden, welche niemals gemäß der Vorschubgeschwindigkeit
schwankt.
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Zudem
empfängt
der Abschnitt 13 zum Beurteilen der Abweichung die durch
den Abschnitt 11 zum Erfassen der Werkzeugbelastung erfassten Werkzeugbelastungsdaten,
vergleicht die empfangenen Werkzeugbelastungsdaten mit einer vorbereitend
eingestellten Grenze derselben, führt ein Verfahren aus, um zu
beurteilen, ob sich das Werkzeug in einem abweichenden Zustand befindet,
wenn die erfassten Werkzeugbelastungsdaten die Grenze derselben überschreiten.
Wenn beurteilt wird, dass sich das Werkzeug im abweichenden Zustand
befindet, überträgt danach
der Abschnitt 13 zum Beurteilen der Abweichung die eine
Abweichung des Werkzeugs anzeigenden Informationen zur Displayvorrichtung 16,
um eine solch eine Abweichung anzeigende Warnmeldung anzuzeigen,
welche folglich eine Bedienperson vor der Abweichung des Werkzeugs
warnt.
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Auf
diese Weise wird nach der numerischen Steuervorrichtung 1 in
der Ausführungsform,
wie oben beschrieben wurde, die Adaptivsteuerung zum allmählichen
Erhöhen
der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems 14 nach
der durch den Abschnitt 8 zum Erfassen der Schnittbelastung
erfassten Schnittbelastung durch den adaptiven Steuerabschnitt 9 ausgeführt und
andererseits die Vorschubbelastung gemäß der Vorschubgeschwindigkeit
durch den Abschnitt 12 zum Berechnen der Vorschubbelastung
berechnet. Zudem verringert der Abschnitt 11 zum Erfassen
der Werkzeugbelastung die durch den Abschnitt 12 zum Berechnen
der Vorschubbelastung berechnete Vorschubbelastung aus der Gesamtschnittbelastung,
welche durch den Abschnitt 8 zum Erfassen der Schnittbelastung
erfasst wurde, um die Werkzeugbelastung zu berechnen, welche vom
Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs abhängt.
Danach vergleicht der Abschnitt 13 zum Beurteilen der Abweichung
die berechnete Werkzeugbelastung mit der vorbereitend eingestellten
Grenze derselben und beurteilt, dass sich das Werkzeug im abweichenden
Zustand befindet, wenn die Werkzeugbelastung die Grenze derselben überschreitet.
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Folglich
wird nach der numerischen Steuervorrichtung 1 in dieser
Ausführungsform
nach dem Verringern der Vorschubbelastung oder der Belastungskomponente,
welche von der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems 14 abhängt, aus
der Gesamtschnittbelastung, welche durch den Abschnitt 8 zum Erfassen
der Schnittbelastung erfasst wurde, und nach dem Auswählen der vom
Werkzeug abhängigen
Belastungskomponente die Werkzeugstandzeit basierend auf solch einer ausgewählten Werkzeugbelastung
beurteilt, wodurch die Werkzeugstandzeit durch das Verwenden des einheitlich
eingestellten Schwellenwerts sogar bei der Bearbeitung unter der
Adaptivsteuerung beurteilt werden kann, wobei sich die Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubantriebssystems 14 jeden Moment ändert. Daher
kann die Beurteilung leicht durchgeführt werden und folglich kann
die Schwierigkeit wie bei der herkömmlichen Vorrichtung, dass
eine Einstellung des Schwellenwerts zur Beurteilung immer dann geändert werden
muss, wenn sich die Vorschubgeschwindigkeit ändert, völlig beseitigt werden.
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Die
Erfindung wurde zwar in Bezug auf die Ausführungsform beschrieben, aber
sie soll nicht auf irgendwelche Details der Beschreibung beschränkt werden.
Beispielsweise wird zwar in der oben beschriebenen Ausführungsform
die Schnittbelastung (Schneiddruck) basierend auf dem elektrischen
Antriebsstrom erfasst, welcher vom den Vorschubantrieb steuernden
Abschnitt 5 an das Vorschubantriebssystem ausgegeben wird,
aber die Schnittbelastung (Schneiddrehmoment) kann alternativ basierend
auf dem elektrischen Antriebsstrom erfasst werden, welcher vom den
Spindelantrieb steuernden Abschnitt 6 an das Spindelantriebssystem 15 ausgegeben
wird, und zudem kann die Schnittbelastung aus sowohl dem Schneiddrehmoment,
als auch dem Schneiddruck berechnet werden.
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Zudem
wird, wie in der Ausführungsform,
die Werkzeugstandzeit basierend auf der Werkzeugbelastung beurteilt,
welche durch das Verringern der Vorschubbelastung aus der Gesamtschnittbelastung erhalten
wurde, und ein Verschleiß-
und Abriebsgrad des Werkzeugs kann aus solch einer Werkzeugbelastung
berechnet werden, um die Werkzeugstandzeit basierend auf dem berechneten
Verschleiß-
und Abriebsgrad zu beurteilen. Ein Umriss der numerischen Steuervorrichtung
wird in 4 als eine andere Ausführungsform
gezeigt, bei welcher die Werkzeugstandzeit nach solch einem Verschleiß- und Abriebsgrad
beurteilt wird.
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Wie
in 4 gezeigt, weist eine numerische Steuervorrichtung 20 einen
Abschnitt 17 zum Berechnen eines Verschleiß- und Abriebsgrads
zusätzlich
zu der Vorrichtung und den Abschnitten der in 1 gezeigten
numerischen Steuervorrichtung 1 auf. Hier wird die gleiche
Vorrichtung oder der gleiche Abschnitt durch das gleiche Zeichen
ohne eine detaillierte Beschreibung gezeigt. In 4 ist
das Bezugszeichen 21 ein Abweichungserfassungsabschnitt
für ein
mit dem Abschnitt 17 zum Berechnen des Verschleiß- und Abriebsgrads
versehenes Werkzeug.
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Nun
wurde klargestellt, dass die Gesamtschnittbelastung allgemein unter
Verwendung einer folgenden Formel erhalten wurde: F
= Kf × (1
+ Wf)× fdff × Ddfd;wobei F die Gesamtschnittbelastung
(N), Kf eine durch eine Kombination des Werkstücks und Werkzeugs bestimmte
Längskonstante,
Wf das Verschleiß-
und Abriebsgrad des Werkzeugs, f (mm/U) die Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubantriebssystems 14 pro Umdrehung der Spindel,
D (mm) ein Durchmesser des Bohrers, dff ein Exponent von f, und
dfd ein Exponent von D ist.
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Wenn
das Werkzeug neu ist, ist Wf gleich null und daher kann die Gesamtschnittbelastung Fneu
durch die folgende Formel erhalten werden: Fneu = Kf × fdff × Ddfd;wobei F durch die folgende Formel
erhalten werden kann: F = (1 + Wf) × Fneu;wobei (F – Fneu)
die oben erwähnte
Werkzeugbelastung ist, und daher kann, wenn (F – Fneu)
durch Fi ersetzt wird, das Verschleiß- und Abriebsgrad Wf durch die
folgende Formel erhalten werden: Wf = Fi/Fneu.
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Der
Abschnitt 17 zum Berechnen des Verschleiß- und Abriebsgrads
empfängt
die Werkzeugbelastungsdaten Fi vom Abschnitt 11 zum Erfassen der
Werkzeugbelastung und empfängt
andererseits einen Wert von Fneu gemäß der Vorschubgeschwindigkeit
vom Abschnitt 12 zum Berechnen der Vorschubbelastung. Folglich
kann durch Verwenden der vom Abschnitt 11 zum Erfassen
der Werkzeugbelastung empfangenen Werkzeugbelastung Fi und des vom
Abschnitt 12 zum Berechnen der Vorschubbelastung empfangenen
Wertes Fneu, das Verschleiß- und Abriebsgrad
Wf durch die oben erwähnte
Formel: Wf = Fi/Fneu erhalten werden. Der
Abschnitt 13 zum Beurteilen der Abweichung empfängt Daten
bezüglich
dem durch den Abschnitt 17 zum Berechnen des Verschleiß- und Abriebsgrads
berechneten Verschleiß-
und Abriebsgrad und vergleicht die erhaltenen Daten mit einem vorbereitend
eingestellten Schwellenwert, wodurch er beurteilt, dass sich das Werkzeug
im abweichenden Zustand befindet, wenn das Verschleiß- und Abriebsgrad
solch einen Schwellenwert übersteigt,
und folglich die die Abweichung des Werkzeugs anzeigende Warnmeldung
auf der Displayvorrichtung 16 anzeigt.
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Zudem
wird unter Verwendung der in 3 gezeigten
Werkzeugbelastungsdaten das durch den oben erwähnten Schritt berechnete Verschleiß- und Abriebsgrad
in 5 gezeigt. In 5 zeigt
eine erste Wellenform von links das Verschleiß- und Abriebsgrad bei einer
Vorschubgeschwindigkeit von 0,2 mm/U, eine zweite dasselbe bei 0,25
mm/U, eine dritte dasselbe bei 0,3 mm/U, eine vierte dasselbe bei 0,35
mm/U bzw. eine fünfte
dasselbe bei 0,4 mm/U an. Wie aus 5 hervorgeht,
kann beim Verwenden solch eines Verschleiß- und Abriebsgrads die Werkzeugstandzeit
durch den feststehenden Schwellenwert ohne Einwirkung auf die Vorschubgeschwindigkeit
beurteilt werden.
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Zwar
beinhaltet die oben erwähnte
Werkzeugbelastung (Fi) eine Komponente (fdff)
in Bezug auf die Vorschubgeschwindigkeit, aber solch eine Komponente
in Bezug auf die Vorschubgeschwindigkeit ist nicht im Verschleiß- und Abriebsgrad
Wf in dieser Ausführungsform
enthalten und daher kann die Werkzeugstandzeit genauer beurteilt
werden.
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Da
viele anscheinend sehr unterschiedliche Ausführungsformen dieser Erfindung
vorgenommen werden können,
sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen
derselben mit Ausnahme, wie sie in den anhängenden Ansprüchen definiert
ist, beschränkt
ist. Beispielsweise können
Abweichungen des Werkzeugs auch durch andere Ausführungsformen
beim Bearbeiten, wie z.B. Fingerfräsen, Fräsen, Drehen mit einer Drehbank
und ähnliches,
erfasst werden.