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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein numerisches Steuergerät für eine NC-Werkzeugmaschine, welches
eine Schneidlast basierend auf einem elektrischen Antriebsstrom,
welcher an ein Vorschubantriebssystem ausgegeben wird, und/oder
einem elektrischen Antriebsstrom erfasst, welcher an ein Spindelantriebssystem
ausgegeben wird, und eine Operation des Vorschubantriebssystems
steuert, welches einzufahren ist, wenn die erfasste Schneidlast einen
vorgegebenen Bezugswert überschreitet.
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US 4,451,187 offenbart eine
Werkzeugmaschine, bei welcher ein Lastdrehmoment erfasst wird, welches
an eine eine Bohrmaschine tragende Spindel angelegt ist. Wenn der
Wert der erfassten Schneidlast einen bestimmten Grenzwert überschreitet,
wird bestimmt, dass eine Zurückweisungsbewegung
der Bohrmaschine zu einer eingefahrenen Position durchgeführt wird.
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JP 62246408 und
JP 04240011 offenbaren Steuerverfahren
für eine
Bohrmaschine, welche eine Spindel zurückbringen, wenn eine Last auf
der Spindel einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER
TECHNIK
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Beim
Bohren einer tiefen Bohrung in ein Werkstück durch das Verwenden einer
Bohrmaschine oder ähnlichem,
wird ein Bohrloch mit Spänen
gefüllt,
wie in 6 gezeigt, wenn die Späne aus der Bohrung nicht fein
abgesaugt werden, und folglich steigt eine Schneidlast rasant an
und infolgedessen wird ein Werkzeug zerbrochen. Hier in 6 wird
ein Drehmoment, welches aus dem elektrischen Antriebsstrom berechnet
wird, welcher an das Spindelantriebssystem angelegt wird, als solch
eine Schneidlast verstanden.
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Zum
Beheben der oben erwähnten
Probleme wird herkömmlich
eine Einfahroperation (oder eine Pickoperation) an das Vorschubantriebssystem bevor
die Schneidlast zu hoch ansteigen wird, um das Werkzeug zu zerbrechen,
zum Absaugen der Späne
aus dem Bohrloch durch die Einfahroperation des Vorschubantriebssystems
angelegt, um die Schneidlast zu verringern. Die nachstehenden drei Ausführungsformen
sind allgemein bekannt, um die Pickoperation an das Vorschubantriebssystem
anzulegen.
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In
einer ersten Ausführungsform,
welche mit einem Verfahrensabschnitt zum Ausführen solch einer Pickoperation
versehen ist, wird ein Pickverfahren sicher nicht wahlweise gemäß einem
Pickausführungscode
ausgeführt,
welcher in einem Bearbeitungsprogramm befohlen wird. Hier wird das
Pickverfahren unabhängig
von der Ist-Schneidlast oder selbst dann bestimmt ausgeführt, wenn
die Schneidlast noch keine Last (eine Überlast) erreicht hat, welche
sicher die Pickoperation erfordert.
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In
einer zweiten Ausführungsform,
welche auch mit dem gleichen Verfahrensabschnitt zum Ausführen der
Pickoperation versehen ist, wird das Pickverfahren gemäß einem
automatischen Pickausführungscode
begonnen, welcher im Bearbeitungsprogramm befohlen wird, um das
Vorschubantriebssystem die Pickoperation nur dann ausführen zu
lassen, wenn die durch einen am Werkzeughalter eingebauten Lastdetektor
erfasste Schneidlast die Überlast
erreicht hat.
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In
einer dritten Ausführungsform,
welche auch mit dem gleichen Verfahrensabschnitt zum Ausführen der
Pickoperation versehen ist, wird das Pickverfahren gemäß dem automatischen
Pickausführungscode
begonnen, welcher im Bearbeitungsprogramm befohlen wird, wobei die
Schneidlast basierend auf dem elektrischen Antriebsstrom, welcher
an das Vorschubantriebssystem der Werkzeugmaschine ausgegeben wird,
und/oder dem elektrischen Antriebsstrom erfasst wird, welcher an
das Spindelantriebssystem ausgegeben wird, um das Vorschubsantriebssystem
die Pickoperation nur dann ausführen
zu lassen, wenn die erfasste Schneidlast einen vorgegebenen Bezugswert überschreitet
und die Überlast
erreicht.
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Bei
den oben erwähnten
drei Ausführungsformen
bestehen die folgenden Probleme, welche nachstehend beschrieben
werden. D. h., beim ersten Pickverfahren nach der ersten Ausführungsform
wird die Pickoperation selbst dann sicher ausgeführt sobald der Pickausführungscode
im Bearbeitungsprogramm befohlen wird, wenn die Ist-Schneidlast
die Überlast
noch nicht erreicht hat oder in einem Zustand, in welchem das Pickverfahren
nicht erfordert wird, daher erhöht
sich eine unnötige
Luftschnittzeit (spanlose Verfahrenszeit), was den Prozess an sich folglich
ineffizient werden lässt.
Zudem führen
unnötige
Einfahroperationen und Einfahrmengen mit Berücksichtigung der Sicherheit
folglich erst zu einem ineffizienten Prozess, da die Ist-Schneidlast
nicht erfasst wurde.
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Zudem
wird beim zweiten Pickverfahren nach der zweiten Ausführungsform
die Schneidlast durch den Lastdetektor erfasst, welcher am Werkzeughalter
installiert ist, um das Pickverfahren nur dann auszuführen, wenn
die Ist-Schneidlast die Überlast
erreicht hat. Daher ist ein effizientes Verfahren möglich, wo bei
das Pickverfahren andererseits selbst hohe Kosten wegen der Notwendigkeit
eines speziellen Werkzeughalters und eines elektrischen Schaltkreises
erfordert.
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Da
die Schneidlast gemäß einer
Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystem und einem Verschleiß und Abtrieb
eines Werkzeugs schwankt, ist es zudem nicht möglich einen Bezugswert zum
Beurteilen der oben erwähnten Überlast einheitlich
einzustellen, wodurch sich ein Problem derart ereignet, dass zum
Einstellen des optimalen Bezugswertes erfahrungsgemäße Fähigkeiten
erfordert werden. Eine Ausführungsform
wird in 7 gezeigt, wobei die Schneidlast
gemäß der Vorschubgeschwindigkeit
steigt. In 7 wurde unter Verwendung eines
beschichteten Hartmetallvollbohrers mit einer Ölbohrung (MDW085MHK, von Sumitomo
Denko Co., Ltd. erhältlich)
mit einem Durchmesser von 8,5 mm ein Werkstück FC250 mit einer Schnittgeschwindigkeit
von 150 m/Min zur Bildung von Bohrungen mit jeweils einer Tiefe
von 26,5 mm gebohrt. Zudem zeigt in 7 ein erster
Höchstwert
die Schneidlast 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 bzw. ein fünfter Höchstwert dieselbe bei 0,4 mm/U
an.
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Wie
oben beschrieben wurde, muss der oben erwähnte Bezugswert jeweils nach
der jeweiligen Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems
eingestellt werden. Zudem ist das Einstellen des Bezugswertes unter
Berücksichtigung
des Verschleißes
und Abtriebs des Werkzeugs sehr kompliziert. Das Gleiche kann für das dritte
Pickverfahren nach der dritten Ausführungsform gelten, bei welchem
der Bezugswert auch nicht einheitlich eingestellt werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zum
Lösen der
oben erwähnten
Probleme beim Pickverfahren weist die vorliegende Erfindung als
Hauptaufgabe derselben das Vorsehen eines numerischen Steuergerätes auf,
welches die Überlast unter
Verwendung eines vorgegebenen Bezugswertes ohne jegliche Beeinträchtigung
des Verschleißes und
Abriebs des Werkzeugs selbst bei einer Bearbeitung beurteilen kann,
bei welcher sich die Vorschubgeschwindigkeit jeden Moment ändert, und
auch das Pickverfahren sicher ausführen kann.
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In
der vorliegenden Erfindung weist ein numerisches Steuergerät für eine NC-Werkzeugmaschine
Folgendes auf: einen Abschnitt zum Erzeugen und Verteilen eines
Befehls zum Erzeugen eines Operationsbefehlsignals nach einem Bearbeitungsprogramm,
einen Vorschubantriebssteuerabschnitt zum Steuern einer Operation
eines Vorschubantriebssystems basierend auf dem erhaltenen Operationsbefehlsignal,
einen Spindelantriebssteuerabschnitt zum Steuern einer Drehoperation
eines Spindelantriebssystems nach dem Bearbeitungsprogramm, eine
Schneidlast-Erfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Schneidlast basierend auf einem elektrischen
Antriebsstrom, welcher vom Vorschubantriebssteuerabschnitt an das
Vorschubantriebssystem ausgegeben wird, und/oder einem elektrischen Antriebsstrom,
welcher vom Spindelantriebssteuerabschnitt an das Spindelantriebssystem
ausgegeben wird, und eine Pickoperationssteuereinrichtung, um das
Vorschubantriebssystem einfahren zu lassen, wenn die durch die Schneidlast-Erfassungseinrichtung
erfasste Schneidlast einen vorgegebenen Bezugswert während eines
Bohrverfahrens überschreitet,
wobei die Schneidlast-Erfassungseinrichtung einen Abschnitt zum
Erfassen der Festfresslast (eine Last bei Schnittbeginn) zum Erfassen
der Schneidlast in einem frühen
Stadium, welche sich in einem stationären Zustand befindet nachdem
ein Werkzeug ein Werkstück
berührt
hat, und einen Abschnitt zum Erfassen einer stationären Last
zum Erfassen der Schneidlast nach dem frühen Stadium aufweist, wobei
das numerische Steuergerät
für eine
NC-Werkzeugmaschine zudem eine Pickbeurteilungseinrichtung zum Berechnen
einer Schwankungslast durch das Reduzieren der durch den Festfresslast-Erfassungsabschnitt
erfassten Schneidlast von der Schneidlast, welche durch den Abschnitt
zum Erfassen der stationären
Last erfasst wurde, zum Beurteilen, dass das Vorschubantriebssystem
eingefahren werden sollte, wenn die berechnete Schwankungslast einen
vorgegebenen Bezugswert überschreitet, aufweist,
wobei die Pickoperationssteuereinrichtung das Vorschubantriebssystem
basierend auf der Beurteilung der Pickbeurteilungseinrichtung einfahren lässt.
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In
der vorliegenden Erfindung wird die Schneidlast in einem frühen Stadium
durch den Festfresslast-Erfassungsabschnitt erfasst, wobei die Schneidlast
nach solch einem frühen
Stadium andererseits durch den Abschnitt zum Erfassen der stationären Last
erfasst wird. Zudem wird im Pickbeurteilungsabschnitt die Schwankungslast
durch das Reduzieren der durch den Festfresslast-Erfassungsabschnitt
erfassten Schneidlast von der Schneidlast berechnet, welche durch
den Abschnitt zum Erfassen der stationären Last erfasst wurde. Wenn
die berechnete Schwankungslast den vorgegebenen Bezugswert überschreitet
oder eine durch eine Füllung
von Spänen
verursachte Überlast
erfasst wird, wird beurteilt, dass die Einfahroperation am Vorschubantriebssystem
vorgesehen werden sollte, und folglich lässt die Pickoperationssteuereinrichtung
das Vorschubantriebssystem einfahren.
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Folglich
wird in der vorliegenden Erfindung die Überlast nach der Schwankungslast
beurteilt, welche durch das Reduzieren der Schneidlast in einem
frühen
Stadium von der Schneidlast im stationären Zustand berechnet wird,
wodurch Schwankungselemente, welche von einer Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubantriebssystem sowie einem Verschleiß und Abrieb des Werkzeugs
abhängen,
entfernt werden können,
um die Überlast
gemäß den Lastdaten
zu beurteilen, welche nur von der Füllung von Spänen abhängen, und
folglich wird die überlast nach
dem vorgegebenen Bezugswert beurteilt. Dies ist, da die Schneidlast
im frühen
Stadium selbst dann nahezu gleich der Schneidlast nach dem frühen Stadium
oder der stationären
Last erkannt werden kann, wenn sich die Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubantriebssystems für
jede Bohrung des Prozesses ändert,
wobei niemals ein Schwankungselement besteht, welches von der Füllung von
Spänen
abhängt.
Zudem wird die Schneidlast im frühen
Stadium selbst dann nahezu gleich der stationären Last nach solch einem frühen Stadium
erkannt, wenn die Schneidlast zunimmt während der Verschleiß und Abrieb
des Werkzeugs fortschreiten.
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Folglich
wird nach der vorliegenden Erfindung eine Operation, welche Fähigkeiten
erfordert und einige Schwierigkeiten aufweist, welche durch ein
Einstellen eines Bezugswertes für
jede Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems wie im
herkömmlichen
Pickverfahren dargestellt ist, nie erfordert, wodurch die überlast
leicht beurteilt werden kann.
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Zudem
stellt bei der vorliegenden Erfindung die Pickbeurteilungseinrichtung
einen Bezugswert zur Beurteilung basierend auf der Schneidlast ein, welche
durch den Festfresslast-Erfassungsabschnitt erfasst
wurde, und beurteilt, dass das Vorschubantriebssystem eingefahren
werden sollte, wenn die durch den Abschnitt zum Erfassen der stationären Last
erfasste Schneidlast den Bezugswert zur Beurteilung überschreitet.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird in der Pickbeurteilungseinrichtung
der Bezugswert zur Beurteilung durch das Multiplizieren der Schneidlastdaten,
welche durch den Festfresslast-Erfassungsabschnitt
erfasst wurden, mit einem vorgegebenen Koeffizienten oder das Addieren
eines vorgegebenen Koeffizienten zur erfassten Schneidlast berechnet, wonach
beurteilt wird, dass das Vorschubsantriebssystem eingefahren werden
sollte, wenn die durch den Abschnitt zum Erfassen der stationären Last
erfasste Schneidlast den Bezugswert zur Beurteilung überschreitet.
Durch das Beurteilen, ob die Einfahroperation für das Vorschubantriebssystem
notwendig ist, basierend auf der Schneidlast im frühen Stadium, können folglich
die Schwankungselemente entfernt werden, welche von der Vorschubgeschwindigkeit des
Vorschubantriebssystems sowie vom Verschleiß und Abrieb des Werkzeugs
abhängen,
und folglich wird die Überlast
gemäß den Lastdaten
beurteilt, welche nur von der Füllung
von Spänen
abhängen,
und folglich können
die gleichen Funktionen und Effekte wie in der Erfindung nach Anspruch
1 erwartet werden.
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Bei
der Erfindung erfasst der Festfresslast-Erfassungsabschnitt zudem, dass das
Werkzeug das Werkstück
berührt
hat, wenn die Schneidlast einen vorgegebenen Bezugswert überschreitet,
und erkennt die Schneidlast als die gleiche Schneidlast im frühen Stadium,
nachdem eine Änderungsgeschwindigkeit
der Schneidlast, welche nach einem Kontakt des Werkzeugs und Werkstücks erfasst
wurde, weniger als ein vorgegebener Wert wird.
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Wenn
das Werkzeug das Werkstück
berührt, nimmt
die Schneidlast zu. Daher kann erfasst werden, dass das Werkzeug
das Werkstück
berührt
hat, wenn die Schneidlast den vorgegebenen Bezugswert überschreitet.
Da eine Bohrkante in einen Kegel mit einem vorgegebenen Winkel geformt
ist, nimmt die Schneidlast graduell zu, nachdem das Werkzeug das Werkstück berührt hat,
welches sich im stationären Zustand
befindet, nachdem die ganze Bohrkante das Werkstück berührt hat. Infolgedessen kann
durch das Überwachen
der Änderungsgeschwindigkeit
der Schneidlast nach dem Kontakt und das Erkennen, dass solch eine Änderungsgeschwindigkeit
weniger als der vorgegebene Wert geworden ist, erfasst werden, dass
die ganze Bohrkante das Werkstück
berührt
hat.
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Bei
der vorliegenden Erfindung weist das numerische Steuergerät zudem
eine Speichereinrichtung der Werkzeugformdaten zum Speichern von Formdaten
des Werkzeugs auf, wobei der Festfresslast-Erfassungsabschnitt eine
Zeit, welche benötigt wird,
damit die Schneidlast nach dem Kontakt des Werkzeugs und Werkstücks im stationären Zustand ist,
basierend auf den Formdaten, welche in der Speichereinrichtung der
Werkzeugformdaten gespeichert sind, und auch auf der Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubantriebssystems schätzt
und die Schneidlast, nachdem die geschätzte Zeit verstrichen ist,
als die gleiche Schneidlast im frühen Stadium erkennt.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist die Bohrkante in den Kegel mit dem vorgegebenen
Winkel geformt, daher kann, wenn die Form und Vorschubgeschwindigkeit
des Werkzeugs erkannt wurden, auch die Zeit geschätzt werden,
welche erfordert wird, damit die ganze Bohrkante das Werkstück berührt nachdem
das Werkzeug dasselbe berührt
hat. Nach der vorliegenden Erfindung wird die Schneidlast, nachdem
die geschätzte
Zeit verstrichen ist, als Schneidlast im frühen Stadium erfasst.
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Zudem
weist die Erfindung eine Abweichungserfassungseinrichtung für ein Werkzeug
auf, welche, wenn die Schneidlast einen Abweichungserfassungsbezugswert überschreitet,
durch das Vergleichen der durch den Abschnitt zum Erfassen der stationären Last
und/oder den Festfresslast-Erfassungsabschnitt erfassten Schneidlast
mit dem Abweichungserfassungsbezugswert beurteilt, dass sich das
Werkzeug in einem Abweichungszustand befindet. Da die Schneidlast
vor der Füllung
von Spänen zunehmen
wird während
der Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs fortschreiten, ist es durch einen Vergleich
zwischen der Schneidlast und dem Abweichungserfassungsbezugswert
möglich
zu beurteilen, ob der Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs einen Grenzwert derselben erreicht haben, und
folglich warnt eine Warnmeldung eine Bedienperson vor der erfassten
Abweichung des Werkzeugs.
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Folglich
kann der Grenzwert des Verschleißes und Abriebs des Werkzeugs
basierend auf der Schneidlast erfasst werden, welche durch den Abschnitt
zum Erfassen der stationären
Last und/oder den Festfresslast-Erfassungsabschnitt erfasst wurde,
jedoch nimmt die Schneidlast auch durch die Füllung von Spänen zu,
wenn die Abweichung des Werkzeugs nach der Schneidlast beurteilt
wird, welche durch den oben erwähnten
Abschnitt zum Erfassen der stationären Last erfasst wird, wodurch
nicht sicher beurteilt werden kann, ob die Zunahme der Schneidlast
vom Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs oder von Füllung
von Spänen
abhängt.
Daher wird wie bei der Erfindung nach Anspruch 8 eine Zeit, welche
zur Beurteilung durch die Pickbeurteilungseinrichtung erfordert
wird, kürzer
als die Zeit zur Beurteilung durch die Abweichungserfassungseinrichtung
für ein
Werkzeug eingestellt. Folglich wird durch die Pickbeurteilungseinrichtung
beurteilt, dass die Pickoperation für den Vorschubantriebsabschnitt
erforderlich ist, bevor die Abweichungsbeurteilungseinrichtung für ein Werkzeug
den Grenzwert des Verschleißes
und Abriebs eines Werkzeugs erfassen wird, und demzufolge die Pickoperation
ausgeführt, und
folglich kann eine fehlerhafte Beurteilung des Grenzwertes des Verschleißes und
Abriebs verhindert werden, da die Schneidlast, welche durch den Abschnitt
zum Erfassen der stationären
Last erfasst wird, auf weniger als den Abweichungserfassungsbezugswert
abnimmt, wenn der Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs den Grenzwert derselben nicht erreicht haben.
Da die Schneidlast im frühen
Stadium den Abweichungserfassungsbezugswert überschreitet, wenn der Verschleiß und Abrieb
des Werkzeugs den Grenzwert derselben erreicht haben, überschreitet
andererseits die Schneidlast im stationären Zustand, welche durch den
Abschnitt zum Erfassen der stationären Schneidlast fortlaufend
erfasst wird, auch den Abweichungserfassungsbezugswert, was verursacht,
dass die stationäre
Last selbst bei der Ausführung
der Pickoperation niemals geringer als der Abweichungserfassungsbezugswert
wird, wodurch der Grenzwert des Verschleißes und Abriebs durch die Abweichungserfassungseinrichtung
für ein
Werkzeug erfasst werden kann, bevor sich die Füllung von Spänen tatsächlich ereignet.
Folglich kann der Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs ohne jegliche Beeinträchtigung der Pickoperation
sicher erfasst werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Darstellung eines numerischen Steuergeräts nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Erläuterungszeichnung,
welche einen Prozess in einem numerischen Steuergerät nach der
Ausführungsform
zeigt.
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3 ist
eine Erläuterungszeichnung,
welche die Funktionen im numerischen Steuergerät nach der Ausführungsform
zeigt.
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4 ist
eine Erläuterungszeichnung,
welche die Funktionen im numerischen Steuergerät nach der Ausführungsform
zeigt.
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5 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Darstellung des numerischen Steuergeräts nach
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 ist
eine Erläuterungszeichnung,
welche die Zustände
einer Schneidlast während
einem Bohrverfahren zeigt.
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7 ist
einer Erläuterungszeichnung,
welche die Zustände
der Schneidlast zeigt, wenn die Vorschubgeschwindigkeit während dem
Bohrverfahren geändert
wird.
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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 die Anordnung eines numerischen Steuergeräts nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform zeigt das numerische
Steuergerät,
welches eine automatische Pickoperation während eines Bohrverfahrens
ermöglicht.
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Wie
in 1 gezeigt, weist ein numerisches Steuergerät 1 in
dieser Ausführungsform
hauptsächlich
Folgendes auf: einen Speicherabschnitt 2 des Bearbeitungsprogramms,
einen Programmanalyseabschnitt 3, einen Abschnitt 4 zum
Erzeugen und Verteilen eines Befehls, einen Vorschubantriebssteuerabschnitt 5,
einen Spindelantriebssteuerabschnitt 6, eine Schneidlast-Erfassungseinrichtung 7,
einen Pickbeurteilungsabschnitt 11 und einen Abschnitt 12 zum
Steuern der Dickoperation und ähnliches.
Hier weist die Schneidlast-Erfassungseinrichtung 7 einen Abschnitt 8 zum
Erfassen der Schneidlast, einen Abschnitt 9 zum Erfassen
der Festfresslast und einen Abschnitt 10 zum Erfassen der
stationären
Last auf. Jeder Abschnitt wird nachstehend detailliert beschrieben
werden. In 1 ist die Bezugsnummer 14 ein
Vorschubantriebssystem einer Werkzeugmaschine, die Bezugsnummer 15 ein
Spindelantriebssystem und die Bezugsnummer 16 eine Displayeinrichtung,
wie beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre.
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Der
Speicherabschnitt 2 des Bearbeitungsprogramms ist ein funktionsfähiger Abschnitt
zum Speichern eines vorausgehend erzeugten Bearbeitungsprogramms.
Der Programmanalyseabschnitt 3 analysiert das im Speicherabschnitt 2 des
Bearbeitungsprogramms gespeicherte Bearbeitungsprogramm, fragt Befehle
ab, welche eine Drehung des Spindelantriebssystems 15 sowie
eine Vorschubgeschwindigkeit, eine Vorschubposition und eine Pickoperation
oder ähnliches
des Vorschubantriebssystems 14 in solch einem Bearbeitungsprogramm
betreffen, überträgt ein Befehlsignal,
welches die Drehung des Spindelantriebssystems 15 betrifft,
zum Spindelantriebssteuerabschnitt 6, während er Be fehlsignale, welche
für die
Vorschubgeschwindigkeit und die Vorschubposition des Vorschubantriebssystems 14 bezeichnend
sind, zum Abschnitt 4 zum Erzeugen und Verteilen eines
Befehls überträgt und ein
Befehlsignal, welches für
die Pickoperation bezeichnend ist, zum Abschnitt 12 zum
Steuern der Pickoperation überträgt.
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Der
Spindelantriebssteuerabschnitt 6 gibt einen elektrischen
Antriebsstrom, welcher gemäß dem empfangenen
Signal erzeugt wurde, an das Spindelantriebssystem 15 zum
Steuern der Operation desselben aus. Andererseits bestimmt der Abschnitt 4 zum
Erzeugen und Verteilen eines Befehls Zielvorschubspositionen in
regelmäßig beabstandeten
Zeitpunkten für
die Operation des Vorschubantriebssystems 14 basierend
auf den empfangenen Befehlsignalen und einer vorbestimmten Zeitkonstante,
um Operationsbefehlsignale zu erzeugen, welche für die jeweiligen Zielvorschubspositionen
bezeichnend sind, und überträgt dann
die Operationsbefehlsignals nacheinander zum Vorschubantriebssteuerabschnitt 5.
Der Vorschubantriebssteuerabschnitt 5 erzeugt ein Geschwindigkeitsbefehlsignal
durch das Multiplizieren einer Abweichung eines Signals der Ist-Position, welches
vom Vorschubantriebssystem 14 rückgekoppelt wurde, von einem
empfangenen Operationsbefehlsignal mit einer Positionsschleifenverstärkung. Dann
erzeugt der Vorschubantriebssteuerabschnitt 5 ein Befehlsignal
eines elektrischen Stroms durch das Multiplizieren einer Abweichung
des Signals der Ist-Geschwindigkeit,
welches vom Vorschubantriebssystem 14 rückgekoppelt wurde, vom erzeugten
Geschwindigkeitsbefehlsignal mit einer Geschwindigkeitsschleifenverstärkung. Der
Vorschubantriebssteuerabschnitt 5 erzeugt zudem ein Antriebsbefehlsignal
durch das Multiplizieren einer Abweichung eines Signals des elektrischen
Ist-Antriebsstroms, welches vom Vorschubantriebs system 14 rückgekoppelt wurde,
vom erzeugten Befehlsignal des elektrischen Stroms mit einer Schleifenverstärkung des
elektrischen Stroms, und steuert dann die Operation des Vorschubantriebssystems 14 durch
das Ausgeben eines elektrischen Antriebsstroms nach dem Antriebsbefehlsignal
zum Vorschubantriebssystem 14. Zwar wird das einzelne Vorschubantriebssystem
in 1 gezeigt, aber Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise
Bearbeitungszentren, weisen im Allgemeinen eine Vielzahl an Vorschubantriebssystemen 14 auf,
und der Abschnitt 4 zum Erzeugen und Verteilen eines Befehls
und der Vorschubantriebssteuerabschnitt 5 sind für jedes
Vorschubantriebssystem der Vielzahl an Vorschubantriebssystemen 14 vorgesehen.
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Der
Schneidlast-Erfassungsabschnitt 8 ist ein Verfahrensabschnitt
zum Berechnen einer Schneidlast (eines Drehmoments) aus dem elektrischen
Antriebsstrom, welcher vom Spindelantriebssteuerabschnitt 6 an
das Spindelantriebssystem 15 ausgegeben wird, oder genauer,
zum Berechnen der Schneidlast durch das Multiplizieren des oben
erwähnten
elektrischen Antriebsstrom mit einer vorausgehend eingestellten
Konstante.
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Der
Festfresslast-Erfassungsabschnitt 9 erfasst die Schneidlast
(nachstehend als Festfresslast bezeichnet) in einem frühen Stadium,
welche sich in einem stationären
Zustand befindet, nachdem ein Werkzeug ein Werkstück berührt hat, überträgt die erfassten
Festfresslastdaten zum Pickbeurteilungsabschnitt 11 und
meldet gleichzeitig dem Abschnitt 10 zum Erfassen der stationären Last,
dass die Festfresslast erfasst wurde. Genauer ist der Festfresslast-Erfassungsabschnitt 9 ein
Prozessabschnitt zum Erfassen, dass das Werkzeug das Werkstück berührt hat,
wenn die durch den Schneidlast-Erfassungsabschnitt 8 erfasste
Schneidlast einen vorgegebenen Bezugswert überschrei tet, zum Erkennen
der Schneidlast, nachdem eine Änderungsgeschwindigkeit
der Schneidlast für
jede vorgegebene Zeit, welche nach dem Kontakt des Werkzeugs mit
dem Werkstück
erfasst wurde, weniger als ein vorgegebener Wert wurde, als die
gleiche Festfresslast im frühen
Stadium. Die Schneidlast nimmt zu, wenn das Werkzeug das Werkstück berührt, wodurch
erfasst werden kann, dass das Werkzeug das Werkstück berührt hat,
wenn die Schneidlast den vorgegebenen Bezugswert überschreitet.
Da eine Bohrkante in einen Kegel mit einem vorgegebenen Winkel geformt ist,
nimmt die Schneidlast graduell zu nachdem das Werkzeug das Werkstück berührt hat,
welche sich in einem stationären
Zustand befindet, nachdem die gesamte Bohrkante das Werkstück berührt hat.
Daher kann durch Überwachen
der Änderungsgeschwindigkeit
der Schneidlast nach dem Kontakt und durch eine Erfassung, dass
solch eine Änderungsgeschwindigkeit
geringer als der vorgegebene Wert geworden ist, erfasst werden,
dass die gesamte Bohrkante das Werkstück berührt hat.
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Der
Abschnitt 10 zum Erfassen der stationären Last empfängt die
Signale vom Festfresslast-Erfassungsabschnitt 9 und überträgt die nacheinander erhaltenen
Schneidlastdaten (welche nachstehend als stationäre Last bezeichnet werden),
welche vom Schneidlast-Erfassungsabschnitt 8 ausgegeben
wurden, zum Pickbeurteilungsabschnitt 11.
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Der
Pickbeurteilungsabschnitt 11 ist ein Verfahrensabschnitt
zum Empfangen der Festfresslastdaten vom Festfresslast-Erfassungsabschnitt 9 bzw. der
Daten der stationären
Last vom Abschnitt 10 zum Erfassen der stationären Last,
zum Berechnen einer Schwankungslast durch das Reduzieren der empfangenen
Festfresslastdaten von den Daten der stationären Last, zum Beurteilen, dass
eine Einfahroperation für
das Vorschubantriebs system erforderlich ist, wenn die berechnete
Schwankungslast einen vorgegebenen Bezugswert überschreitet, und folglich
zum Ausgeben eines Befehls zum Ausführen des Pickens an den Pickoperationssteuerabschnitt 12.
Der Bezugswert wird durch das Multiplizieren der Festfresslast mit
einem vorgegebenen Koeffizienten oder das Verwenden einer vorgegebenen
Konstante als solch einen Bezugswert eingestellt, wobei die vorgegebene
Konstante verwendet werden kann, wenn die Festfresslast gering ist,
während
die Festfresslast mit dem vorgegebenen Koeffizienten multipliziert
werden kann, wenn die Festfresslast hoch ist. Beispielsweise wird
0,5 (N) als Bezugswert durch das Multiplizieren der Festfresslast
mit 0,5 als Koeffizient erhalten, wobei die Festfresslast 1 (N)
beträgt,
was eine unsichere Beurteilung wegen einem sehr geringen Spielraum verursacht,
wohingegen der Bezugswert auf 1 (N) als Konstante eingestellt ist,
wenn die Festfresslast 10 (N) beträgt, was auch eine unsichere
Beurteilung verursacht, weil ein Verhältnis des Bezugswertes zur Festfresslast
zu klein ist. In 2 wird ein Verhältnis des
Bezugswertes (a), der Festfresslast (B-Pegel) und eines nachher
erwähnten
Abweichungserfassungsbezugswertes (C-Pegel) oder ähnlichem
gemäß einer
Schneidlast gezeigt, welche durch einen Prozess wie das Bohren einer
Bohrung, welcher in 6 gezeigt wird, erfasst wird.
Hier in 2 ist A ein Pegel, welcher durch
das Addieren des Bezugwertes (a) zur Festfresslast (B-Pegel) erhalten
wird und sich gemäß der Festfresslast
als Absolutwert zum Beurteilen, ob die Pickoperation erforderlich
ist, verändert.
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Der
Pickoperationssteuerabschnitt 12 ist ein Verfahrensabschnitt
zum Steuern der Pickoperation, welcher ein Pickverfahren mit dem
Empfangen eines Befehls zum Beginnen der Pickoperation vom Programmanalyseabschnitt 3 beginnt,
einen Unterbre chungsbefehl an den Abschnitt 4 zum Erzeugen
und Verteilen eines Befehls mit dem Empfangen eines Pickausführungsbefehls
vom Pickbeurteilungsabschnitt 11 ausgibt, einen Positionsbefehl
an den Abschnitt 4 zum Erzeugen und Verteilen eines Befehls gemäß einem
gespeicherten Pickoperationsprogramm ausgibt, während er das gesamte Pickverfahren
mit dem Empfangen eines Befehls zum Beenden des Pickverfahrens vom
Programmanalyseabschnitt 3 beendet.
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Der
Abweichungserfassungsabschnitt 13 empfängt die Daten der stationären Last,
welche durch den Abschnitt 10 zum Erfassen der stationären Last
erfasst wurden, vergleicht solche empfangenen Daten der stationären Last
mit dem vorausgehend eingestellten Abweichungserfassungsbezugswert und
beurteilt danach, dass sich das Werkzeug im Abweichungszustand befindet,
wenn die Daten der stationären
Last den Abweichungserfassungsbezugswert überschreiten. Wenn beurteilt
wird, dass sich das Werkzeug im Abweichungszustand befindet, werden
Informationen, welche die Abweichung des Werkzeugs anzeigen, vom
Abweichungserfassungsabschnitt 13 zur Displayeinrichtung 16 übertragen und
zeigen eine die Abweichung anzeigende Warnmeldung auf der Displayeinrichtung 16 an
und warnen folglich die Bedienperson vor solch einer Abweichung.
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Eine
Zeit (t2) zum Beurteilen der Abweichung des Werkzeugs durch den
Abweichungserfassungsabschnitt 13 sollten länger als
eine Zeit (t1) zum Beurteilen einer Füllung von Spänen durch
den Pickbeurteilungsabschnitt 11 eingestellt sein. Ein Grenzwert
eines Verschleißes
und Abriebs des Werkzeugs kann nach der Schneidlast erfasst werden,
welche durch den Abschnitt 10 zum Erfassen der stationären Last
erfasst wurde, während
es nicht möglich
ist zu beurteilen, ob eine Zunahme der Schneid last vom Verschleiß und Abrieb
des Werkzeugs oder der Füllung
von Spänen
abhängt,
weil die durch den Abschnitt 10 zum Erfassen der stationären Last
erfasste Schneidlast auch durch die Füllung von Spänen zunimmt.
Daher ist es notwendig die Zeit (t1) zur Beurteilung durch den Pickbeurteilungsabschnitt 11 kürzer als
die Zeit (t2) zur Beurteilung durch den Abweichungserfassungsabschnitt 13 einzustellen. Folglich
beurteilt der Pickbeurteilungsabschnitt 11, dass die Pickoperation
erforderlich ist bevor der Grenzwert des Verschleißes und
Abriebs durch den Abweichungserfassungsabschnitt 13 erfasst
werden wird. Danach wird die Pickoperation tatsächlich ausgeführt, wodurch
die Schneidlast, welche durch den Abschnitt 10 zum Erfassen
der stationären
Schneidlast, geringer als der Abweichungserfassungsbezugswert wird,
wenn der oben erwähnte
Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs den Grenzwert derselben noch nicht erreicht
haben, und daher kann eine fehlerhafte Beurteilung des Grenzwertes
des Verschleißes
und Abriebs verhindert werden. Andererseits überschreitet, wie in 3 gezeigt,
die Festfresslast (B-Pegel), welche durch den Abschnitt 9 zum
Erfassen der Festfresslast erfasst wurde, den Abweichungserfassungsbezugswert
(C-Pegel), wenn der Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs den Grenzwert derselben erreicht haben, wodurch
die Schneidlast im stationären
Zustand, welche fortlaufend durch den Abschnitt 10 zum
Erfassen der stationären
Last erfasst wird, auch den Abweichungserfassungsbezugswert überschreitet,
und zudem wird die stationäre
Last selbst bei der Ausführung
der Pickoperation nie geringer als der Bezugswert der Abweichungserfassung
und daher kann der Abweichungserfassungsabschnitt 13 den
Grenzwert des Verschleißes und
Abriebs erfassen bevor sich die Füllung von Spänen ereignen
wird. Folglich können
der Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs ohne jegliche Beeinträchtigung der Pickoperation
sicher erfasst werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird nach dem numerischen Steuergerät 1 in
der Ausführungsform die
Schneidlast (das Drehmoment der Spindel) durch den Schneidlast-Erfassungsabschnitt 8 basierend auf
dem elektrischen Antriebsstrom berechnet, welcher vom Spindelantriebssteuerabschnitt 6 an
das Spindelantriebssystem 15 ausgegeben wird. Zwar wird
die Festfresslast durch den Festfresslast-Erfassungsabschnitt 9 erfasst,
aber die stationäre
Last wird durch den Abschnitt 10 zum Erfassen der stationären Last
erfasst. Zudem wird die Schwankungslast durch das Reduzieren der
Festfresslast von der stationären
Last durch den Pickbeurteilungsabschnitt 11 berechnet,
welcher beurteilt, dass die Einfahroperation für das Vorschubantriebssystem
erforderlich ist, wenn die berechnete Schwankungslast einen vorgegebenen
Bezugswert überschreitet
oder die Schwankungslast eine Überlast
wird, woraufhin der Pickoperationssteuerabschnitt 12 das
Vorschubantriebssystem 14 einfährt. Der Zustand der Schneidlast
wird in 4 während dem Pickverfahren gezeigt.
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Im
Abweichungserfassungsabschnitt 13 wird die durch den Abschnitt 10 zum
Erfassen der stationären
Last erfasste stationäre
Last mit dem vorgegebenen Abweichungserfassungsbezugswert verglichen,
während
die Warnmeldung, welche die Abweichung des Werkzeugs anzeigt, auf
der Displayeinrichtung 16 angezeigt wird, wenn die Daten
der stationären
Last den Abweichungserfassungsbezugswert selbst in der Pickoperation überschreiten,
und die Bedienperson vor solch einer Abweichung warnt.
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Folglich
wird beim numerischen Steuergerät 1 in
der Ausführungsform
die Schwankungslast durch das Reduzieren der Festfresslast von der
stationären
Last zum Beurteilen der Überlast
gemäß der berechneten
Schwankungslast berechnet, wodurch die Schwankungselemente, welche
von der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems 14 sowie
dem Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs abhängen,
entfernt werden können,
und folglich kann die oben erwähnte Überlast
nach den Lastdaten beurteilt werden, welche nur von der Füllung von
Spänen
abhängen,
und folglich wird die Überlast
nach einem vorgegebenen Bezugswert beurteilt. Dies ist, weil die
stationäre
Last nahezu gleich wie die Festfresslast betrachtet wird, wenn das
Schwankungselement, welches von der Füllung von Spänen abhängt, selbst
dann nie besteht, obwohl sich die Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems 14 für jede Bohrung
des Verfahrens verändert,
und weil die stationäre
Last selbst dann nahezu gleich wie die Festfresslast betrachtet
wird, obwohl die Schneidlast zunimmt während der Verschleiß und Abrieb
des Werkzeugs fortschreiten.
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Daher
ist eine Operation, welche Erfahrungen erfordert und einige Schwierigkeiten
aufweist, welche durch ein Einstellen des Bezugswertes für jede Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubantriebssystems 14 dargestellt sind, wie im
herkömmlichen
Verfahren unnötig
und folglich kann die Überlast leicht
beurteilt werden.
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Zwar
wurde die Erfindung in Bezug auf die Ausführungsform beschrieben, aber
sie soll nicht durch eines der Details der Beschreibung beschränkt sein.
Zwar wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Schneidlast
(das Drehmoment des Schneidens) basierend auf dem elektrischen Antriebsstrom
er fasst, welcher vom Spindelantriebssteuerabschnitt 6 an
das Spindelantriebssystem 15 ausgegebene wird, aber alternativ
kann die Schneidlast (der Schneidvorschub) beispielsweise basierend auf
dem elektrischen Antriebsstrom erfasst werden, welcher vom Vorschubantriebssteuerabschnitt 5 an das
Vorschubantriebssystem 14 ausgegeben wird, und zudem kann
die Schneidlast sowohl von dem Schneiddrehmoment als auch dem Schneidvorschub berechnet
werden.
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Zudem
wird in der oben beschriebenen Ausführungsform der Abweichungserfassungsabschnitt 13 zwar
derart gebildet, dass derselbe die Abweichung des Werkzeugs nach
der stationären
Last erfasst, welche durch den Abschnitt 10 zum Erfassen der
stationären
Last erfasst wird, aber alternativ kann die Abweichung des Werkzeugs
nach der Festfresslast erfasst werden, welche durch den Abschnitt 9 zum
Erfassen der Festfresslast erfasst wird, um die Abweichung des Werkzeugs
ohne Beeinträchtigung der
Pickoperation ohne Berücksichtigung
der Zeiten sicher zu erfassen, welche zur Beurteilung durch den Pickbeurteilungsabschnitt 11 und
den Abweichungserfassungsabschnitt 13 erfordert werden.
Es ist hier auch möglich
die Abweichung des Werkzeugs durch das Verwenden von sowohl der
stationären
Last, welche durch den Abschnitt 10 zum Erfassen der stationären Last
erfasst wurde, als auch der Festfresslast zu erfassen, welche durch
den Abschnitt 9 zum Erfassen der Festfresslast erfasst
wurde.
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Der
Pickbeurteilungsabschnitt 11 kann derart gebildet sein,
dass ein Bezugswert zur Beurteilung basierend auf der Schneidlast
eingestellt wird, welche durch den Abschnitt 9 zum Erfassen
der Festfresslast erfasst wurde, um zu beurteilen, dass die Pickoperation
für das
Vorschubantriebssystem notwendig ist, wenn die durch den Abschnitt 10 zum
Erfassen der stationären
Last erfasste Schneidlast den oben erwähnten Bezugswert zur Beurteilung überschreitet.
Hier kann der Bezugswert zur Beurteilung durch das Multiplizieren
der Festfresslast mit dem vorgegebenen Koeffizienten oder das Addieren
einer vorgegebenen Konstante zur Festfresslast eingestellt werden,
wobei die vorgegebene Konstante zur Festfresslast addiert wird,
wenn die Festfresslast gering ist, und andererseits die Festfresslast
mit dem vorgegebenen Koeffizienten multipliziert wird, wenn die
Festfresslast hoch ist. Folglich können die Schwankungselemente,
welche von der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems
sowie dem Verschleiß und
Abrieb des Werkzeugs abhängen,
durch das Beurteilen der Notwendigkeit der Pickoperation nach dem
Bezugswert zur Beurteilung, welcher nach der Festfresslast eingestellt
wird, entfernt werden, und folglich kann die Überlast nach den Lastdaten
beurteilt werden, welche nur von der Füllung von Spänen abhängen, und
infolgedessen kann der gleiche Effekt wie beim numerischen Steuergerät 1 in
der Ausführungsform
erwartet werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird die Festfresslast nach der Änderungsgeschwindigkeit
der Schneidlast für
jede vorgegebene Zeit erfasst, welche erfasst wird nachdem das Werkzeug
das Werkstück
berührt
hat. Alternativ kann beim Schätzen
einer Zeit, welche von der Schneidlast benötigt, um sich im stationären Zustand
zu befinden nachdem das Werkzeug das Werkstück berührt hat, basierend auf einer
Form des Werkzeugs sowie der Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebssystems 14, die
Schneidlast als Festfresslast erfasst werden nachdem die geschätzte Zeit
verstrichen ist. Eine Darstellung eines numerischen Steuergerätes solch einer
Konstruktion wird in 5 als andere Ausführungsform
gezeigt.
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Wie
in 5 gezeigt, weist ein numerisches Steuergerät 20 einen
Speicherabschnitt 23 der Werkzeugformdaten neben den Einrichtungen
und Abschnitten des numerischen Steuergerätes 1, welche in 1 gezeigt
werden, und auch einen Abschnitt 22 zum Erfassen der Festfresslast
auf, welcher einen sich vom Prozess des Festfresslast-Erfassungsabschnitts 9 unterscheidenden
Prozess durchgeführt. Hier
werden die gleichen Einrichtungen oder der gleiche Abschnitt durch
die gleiche Bezugsnummer gezeigt. In 5 ist 21 eine
Einrichtung zum Erfassen der Schneidlast, welche mit dem Abschnitt 22 zum Erfassen
der Festfresslast und dem Speicherabschnitt 23 der Werkzeugformdaten
versehen ist.
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Der
Speicherabschnitt 23 der Werkzeugformdaten ist ein funktionsfähiger Abschnitt
zum Speichern von Daten in Bezug auf die Maße des Werkzeugs. Beispielsweise
werden Daten über
das Maß des
Durchmessers, den Werkzeugwinkel, die Werkzeuglänge und ähnliches in solch einem Speicherabschnitt 23 der
Werkzeugformdaten gespeichert, wobei eine Bohrmaschine als Werkzeug
verwendet wird.
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Der
Abschnitt 22 zum Erfassen der Festfresslast schätzt eine
Zeit, welche erforderlich ist, damit die gesamte Bohrkante das Werkstück berührt nachdem
das Werkzeug das Werkstück
berührt
hat, basierend auf den Formdaten, welche im Speicherabschnitt 23 der
Werkzeugformdaten gespeichert sind, und auch auf der Vorschubgeschwindigkeit
des Vorschubantriebssystems 14, welche vom Abschnitt 4 zum
Erzeugen und Verteilen eines Befehls empfangen wurde, und erfasst
die Schneidlast, nachdem die geschätzte Zeit verstrichen ist,
als Festfresslast.
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Die
Funktionen und Effekte wie beim numerischen Steuergerät 1 können auch
in einem derart konstruierten numerischen Steuergerät 20 erwartet werden.