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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine numerische Steuerungseinheit
für Werkzeugmaschinen
und insbesondere eine numerische Steuerungseinheit mit einer Lastüberwachungsfunktion zur Überwachung
einer auf eine Werkzeugantriebsquelle wirkenden Last während eines
Bearbeitungsvorganges.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Auf
dem Gebiet der Werkzeugmaschinen sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen
worden, um den Zerspanungswiderstand, der auf ein Werkzeug während eines
Bearbeitungsvorgangs wirkt, als eine auf eine Spindel zum Drehen
des Werkzeugs oder eine Vorschubwelle für die Vorschubbewegung des
Werkzeugs wirkende Last in Abhängigkeit
von der Größe der Last
zu erfassen, um den Bruch des Werkzeugs zu vermeiden. Im Allgemeinen
wird die Schneidkante durch häufige
Verwendung abgenutzt und bricht schließlich. In dem Fall, in dem
die Schneidkante des Werkzeugs Verschleiß unterliegt, nimmt die auf
eine entsprechende Werkzeugspindel oder Werkzeugvorschubwelle wirkende
Kraft während
der Zerspanung eines Werkstücks
durch dieses Werkzeug zu. Es ist deshalb möglich, einen unerwarteten Werkzeugbruch
durch Überwachung
der auf die Antriebsquelle der Werkzeugspindel oder Werkzeugvorschubwelle
wirkenden Last zu verhindern, wobei davon ausgegangen wird, dass
ein Werkzeugbruch wahrscheinlich eintritt, wenn die Last über einen
vorgegebenen Referenzwert ansteigt, und sofort Maßnahmen
ergriffen werden können
wie das Anhalten der Antriebsquelle.
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Die
japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 7-51991 (JP7-51991A)
z. B. offenbart ein System zum Verhindern von Werkzeugbruch bei
einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, bei dem ein Stördrehmoment,
das auf mindestens entweder eine Spindel zum Drehen eines Werkzeugs
oder eine Vorschubwelle für
den Vorschub des Werkzeugs wirkt, geschätzt wird, wobei das geschätzte Stördrehmoment
(oder wahlweise ein zusammengesetztes Stördrehmoment, das durch Kombinieren
zweier geschätzter
externer Drehmomente der Spindel und der Vorschubwelle erhalten
wird) mit einem voreingestellten Referenzdrehmoment verglichen wird
und so auf Basis des Vergleichsergebnisses die Vorschubgeschwindigkeit
des Werkzeugs verringert, der Vorschub des Werkzeugs angehalten
oder ein Werkzeugwechselbefehl ausgegeben wird. Bei einer Ausführungsform
dieses Systems kann nach Beurteilung des Vergleichsergebnisses eine
zweistufige Maßnahme
ergriffen werden, indem das geschätzte (oder zusammengesetzte)
Stördrehmoment
mit zwei hohen und niedrigen voreingestellten Referenzdrehmomenten
verglichen, (beide auf einem abnormalen Niveau zur Lasterfassung),
die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugvorschubwelle verringert
und in dem Fall, in dem das geschätzte Stördrehmoment das höhere Referenzdrehmo ment überschreitet,
der Werkzeugvorschub angehalten oder der Werkzeugwechselbefehl ausgegeben
wird.
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Wie
in der JP7-51991A offenbart wird, liegt beim herkömmlichen
Verfahren zur Überwachung
eines Lastdrehmoments zum Vermeiden von Werkzeugbruch der Referenzwert,
der als Vergleichswert relativ zu einem überwachten Lastdrehmoment voreingestellt
wird, auf einem abnormalen Niveau zur Lasterfassung (z. B. dem Wert
entsprechend dem Lastdrehmoment, das bei einem Werkzeug resultiert, dessen
Ausmaß des
Verschleißes
ein Niveau unmittelbar vor dem Werkzeugbruch erreicht hat). Außerdem ist
das oben beschriebene herkömmliche
Verfahren so konzipiert, dass das auf die Spindel oder die Vorschubwelle
wirkende Lastdrehmoment zum Vermeiden von Werkzeugbruch und nicht
der Zustand der Zerspanung eines Werkstücks durch ein Werkzeug überwacht
wird. In diesem Zusammenhang wird der auf ein Werkzeug wirkende
Zerspanungswiderstand während
der Zerspanung manchmal vorübergehend
in dem Moment ansteigen, in dem irgendein Fehler des Werkzeugs oder
der Werkzeugmaschine auftritt. In einem solchen Fall ist es wahrscheinlich,
dass die Bearbeitungsgenauigkeit der Oberfläche lokal in dem Bereich schlechter
wird, in dem der Zerspanungswiderstand zunimmt. Wenn jedoch der
Anstieg der auf die Spindel oder die Vorschubwelle wirkenden Last
aufgrund eines solchen Zerspanungsfehlers nicht den voreingestellten
Referenzwert zum Vermeiden eines Werkzeugsbruchs erreicht, ist es
mit dem herkömmlichen
Verfahren schwierig, einen solchen Zerspanungsfehler zu erkennen.
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Im
Allgemeinen nimmt der Werkzeugverschleiß allmählich im Zuge der Werkzeugverwendung
zu und der auf das Werkzeug wirkende Zerspanungswiderstand nimmt
mit der Zunahme des Verschleißes
zu. In dem Zustand, in dem das Werkzeug neu ist (d. h. das Ausmaß des Verschleißes ist
gering), ist der Zerspanungswiderstand gering und damit ist die
auf die Spindel oder Vorschubwelle wirkende Last ebenfalls gering.
In diesem Zustand geringen Verschleißes wird die vorübergehend
erhöhte
auf die Spindel oder Vorschubwelle wirkende Last bei Auftreten eines
Zerspanungsfehlers selten den zum Vermeiden eines Werkzeugsbruchs
voreingestellten Referenzwert erreichen, und deshalb ist es mit
dem herkömmlichen
Verfahren schwierig, einen Zerspanungsfehler zu erkennen, der die
Bearbeitungsgenauigkeit lokal vermindert. Mit anderen Worten, die laufende
Verwendung des Werkzeugs resultiert in fortschreitendem Verschleiß und in
einer allmählichen
Zunahme des auf das Werkzeug wirkenden Zerspanungswiderstands, so
dass es bei der Festlegung eines Bestimmungskriteriums schwierig
ist, zwischen einem normalen und einem abnormalen Zerspanungszustand
anhand der Größe der auf
die Spindel oder die Vorschubwelle wirkenden Last zu unterscheiden.
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Die
EP-1166960-A offenbart eine Maschine mit Detektion einer abnormalen
Last. Eine aktuelle Grenzlast wird auf Basis der Last berechnet,
die während
der vorangegangenen Antriebsoperationen gemessen worden ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine numerische
Steuerungseinheit mit einer Lastüberwachungsfunktion
bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Abnormalität bei der
Zerspanung zu erkennen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe stellt die in Anspruch 1 definierte vorliegende Erfindung
eine numerische Steuerungseinheit für Werkzeugmaschinen bereit,
aufweisend einen Lastüberwachungsabschnitt
zur Überwachung
einer auf einen Elektromotor wirkenden Last; einen Verschleißerkennungsabschnitt
zur Erkennung des aktuellen Ausmaßes des Werkzeugverschleißes; einen
Speicherabschnitt zum Speichern einer Mehrzahl voreingestellter
Lastgrenzwerte, die jeweils vorgegebenen verschiedenen Ausmaßen des
Werkzeugverschleißes
entsprechen; einen Berechnungsabschnitt zum Berechnen eines aktuellen
Lastgrenzwertes entsprechend dem aktuellen Werkzeugverschleiß, der vom
Verschleißerkennungsabschnitt
erkannt wird, auf Basis der Mehrzahl voreingestellter Lastgrenzwerte,
die im Speicherabschnitt gespeichert sind; und einen Vergleichsabschnitt
zum Vergleichen der auf den Elektromotor wirkenden Last, die im
Lastüberwachungsabschnitt überwacht
wird, mit dem im Berechnungsabschnitt berechneten aktuellen Lastgrenzwert
und zur Bewertung einer Abnormalität der Last.
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Mit
der obigen numerischen Steuerungseinheit kann der Verschleißerkennungsabschnitt
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugsverschleißes
durch Verwendung eines Parameters erkennen, der aus einer Gruppe
gewählt
wird, die enthält,
wie oft ein Werkzeug verwendet worden ist, die Dauer der Zerspanung
durch ein Werkzeug, den Zerspanungsweg durch ein Werkzeug und wie
oft ein Zerspanungsprogramm ausgeführt worden ist.
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Außerdem kann
der Lastüberwachungsabschnitt
mindestens entweder den Maximalwert, den Mittelwert oder den Minimalwert
der Last bei einer bestimmten Prozedur eines Zerspanungsprogramms überwachen.
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Bei
dieser Anordnung kann jeder Lastgrenzwert der Mehrzahl der voreingestellten
Lastgrenzwerte, die im Speicherabschnitt gespeichert sind, ein voreingestellter
oberer Grenzwert der Last sein, und der Vergleichsabschnitt kann
den Maximalwert der Last, der im Lastüberwachungsabschnitt überwacht wird,
mit dem aktuellen Lastgrenzwert vergleichen, der im Berechnungsabschnitt
auf Basis einer Mehrzahl voreingestellter oberer Grenzwerte berechnet wird.
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Ferner
kann jeder Lastgrenzwert der Mehrzahl der voreingestellten Lastgrenzwerte,
die im Speicherabschnitt gespeichert sind, ein voreingestellter
Mittelwert des oberen Grenzwertes der Last sein, und der Vergleichsabschnitt
kann den Mittelwert der Last, der im Lastüberwachungsabschnitt überwacht
wird, mit dem aktuellen Lastgrenzwert vergleichen, der im Berechnungsabschnitt
auf Basis einer Mehrzahl voreingestellter Mittelwert des oberen Grenzwertes
berechnet wird.
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Weiterhin
kann jeder Lastgrenzwert der Mehrzahl der voreingestellten Lastgrenzwerte,
die im Speicherabschnitt gespeichert sind, ein voreingestellter
unterer Grenzwert der Last sein, und der Vergleichsabschnitt kann
den Mittelwert der Last, der im Lastüberwachungsabschnitt überwacht
wird, mit dem aktuellen Lastgrenzwert vergleichen, der im Berechnungsabschnitt
auf Basis einer Mehrzahl voreingestellter unterer Grenzwerte berechnet
wird.
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Außerdem kann
jeder Lastgrenzwert der Mehrzahl der voreingestellten Lastgrenzwerte,
die im Speicherabschnitt gespeichert sind, ein voreingestellter
unterer Grenzwert der Last sein, und der Vergleichsabschnitt kann
den unteren Grenzwert der Last, der im Lastüberwachungsabschnitt überwacht wird,
mit dem aktuellen Lastgrenzwert vergleichen, der im Berechnungsabschnitt
auf Basis einer Mehrzahl voreingestellter unterer Grenzwerte berechnet wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher; es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Grundkonzepts einer numerischen Steuerungseinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein
Blockdiagramm einer konkreten Konfiguration der Hardware einer numerischen
Steuerungseinheit gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Flussdiagramm einer Verarbeitungsroutine zur Lastüberwachung,
die in der numerischen Steuerungseinheit von 2 ausgeführt wird;
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4 eine
Darstellung der Beziehung zwischen einem Lastgrenzwert und einer
Lastkurve bei einem gesteuerten Elektromotor mit dem herkömmlichen
Verfahren zur Vermeidung von Werkzeugbruch; und
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5 eine
Darstellung der Beziehung zwischen einem aktuellen Lastgrenzwert
und einer Lastkurve bei einem gesteuerten Elektromotor in der numerischen
Steuerungseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen ausführlich
beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Komponenten
mit gemeinsamen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In
den Zeichnungen zeigt 1 als Blockdiagramm ein Grundkonzept
einer numerischen Steuerungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Die
numerische Steuerungseinheit 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält
einen Lastüberwachungsabschnitt 12 zur Überwachung
einer auf einen Elektromotor wirkenden Last; einen Verschleißerkennungsabschnitt 14 zur
Erkennung des aktuellen Ausmaßes
des Werkzeugverschleißes;
einen Speicherabschnitt 16 zum Speichern einer Mehrzahl
voreingestellter Lastgrenzwerte, die jeweils vorgegebenen verschiedenen
Ausmaßen
des Werkzeugverschleißes
entsprechen; einen Berechnungsabschnitt 18 zum Berechnen
des aktuellen Lastgrenzwertes entsprechend dem aktuellen Ausmaß des Werkzeugverschleißes, der
vom Verschleißerkennungsabschnitt 14 erkannt
wird, auf Basis der Mehrzahl voreingestellter Lastgrenzwerte, die
im Speicherabschnitt 16 gespeichert sind; und einen Vergleichsabschnitt 20 zum
Vergleichen der auf den Elektromotor wirkenden Last, die im Lastüberwachungsabschnitt 12 überwacht
wird, mit dem im Berechnungsabschnitt 18 berechneten aktuellen
Lastgrenzwert und zur Bewertung einer Abnormalität der Last.
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2 zeigt
die Konfiguration der Hardware einer numerischen Steuerungseinheit 100 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die numerische Steuerungseinheit 100 enthält eine CPU
(Zentraleinheit) 30, die den oben beschriebenen Verschleißerkennungsabschnitt 14,
den Berechnungsabschnitt 18 und den Vergleichsabschnitt 20 bildet
sowie einen CMOS- (Komplementär-Metalloxid-Halbleiter)
Speicher 32, der den oben beschriebenen Speicherabschnitt 16 bildet.
Die numerische Steuerungseinheit 100 enthält außerdem als
die anderen Grundkomponenten einen ROM (Festspeicher) 34,
einen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 36, eine PMC
(Programmable Machine Controller – programmierbare Maschinensteuerung) 38,
eine Mehrzahl Steuerschaltungen 40, 42, 44, 46 und
eine Mehrzahl Verstärker 48, 50, 52, 54.
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Die
CPU 30 liest ein im ROM 34 gespeichertes Systemprogramm über einen
Bus 56 aus und führt
die Kommandosteuerung der numerischen Steuerungseinheit in ihrer
Gesamtheit gemäß dem Systemprogramm
aus. Der RAM 36 speichert vorläufige Berechnungsdaten, Anzeigedaten
und verschiedene von einem Bediener über eine Anzeige-/MDI- (Multiple
Document Interface – Mehrdokumenten-Schnittstelle)
Einheit 58 eingegebene Daten. Der CMOS-Speicher 32 speichert ein Zerspanungsprogramm,
das über
eine Schnittstelle 60 eingelesen wird, und ein Zerspanungsprogramm,
das über
die Anzeige-/MDI-Einheit 58 eingelesen wird, sowie ein Lastüberwachungsprogramm
zum Erkennen eines Zerspanungsfehlers, wie nachstehend beschrieben wird.
Der CMOS-Speicher 32 wird von einer nicht dargestellten
Batterie gesichert und ist als nicht flüchtiger Speicher konfiguriert,
dessen Speicherzustand selbst dann erhalten bleibt, wenn die Spannung
der numerischen Steuerungseinheit 100 ausgeschaltet ist.
Die Schnittstelle 60 bildet eine Verbindung mit externen
Vorrichtungen zur Eingabe von Zerspanungsprogrammen oder verschiedenen
Datentypen.
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Die
PMC 38 gibt Signale über
eine E/A-Einheit 64 an Zusatzgeräte 62 der Werkzeugmaschine (z.
B. Aktuatoren wie Werkzeugwechsel-Roboterhände) gemäß einem im ROM 34 gespeicherten
Folgeprogramm aus, um die Zusatzgeräte 62 zu steuern. Außerdem erhält die PMC 38 Signale
verschiedener Schalter in einer Steuerkonsole, die im Körper der Werkzeugmaschine
vorgesehen ist (nicht dargestellt), führt die notwendige Signalverarbeitung
aus und sendet danach die Signale an die CPU 30.
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Die
Anzeige-/MDI-Einheit 58 ist ein manuelles Dateneingabegerät mit einer
Flüssigkristall-Anzeige, CRT (Katodenstrahlröhre) etc.
und einer Tastatur und ist über
eine Schnittstelle 66 mit dem Bus 56 verbunden.
Die Steuerschaltungen 40, 42, 44 der X-,
Y- und Z-Achse weisen Prozessoren, Speicher etc. auf, empfangen
Bewegungsbefehle für
die entsprechenden Achsen von der CPU 30 und geben Verfahrsignale
für die
entsprechenden Achsen an die jeweiligen Servoverstärker 48, 50, 52 aus.
Die Servoverstärker 48, 50, 52 betätigen die
Servomotoren 68, 70, 72 der X-, Y- und
Z-Achse auf Basis der Bewegungsbefehle. Die Servomotoren 68, 70, 72 der
jeweiligen Achsen enthalten nicht dargestellte Positions-/Drehzahldetektoren
und die entsprechenden Steuerschaltungen 40, 42, 44 der
jeweiligen Achsen führen
eine Rückkopplungssteuerung
hinsichtlich der Position/Drehzahl auf Basis der Positions-/Drehzahl-Rückkopplungssignale
von den Positions-/Drehzahldetektoren aus.
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Auf ähnliche
Weise weist die Spindelsteuerschaltung 46 einen Prozessor,
einen Speicher etc. auf, empfängt
Spindelrotationsbefehle von der CPU 30 und gibt Spindeldrehzahlsignale
an den Spindel-Verstärker 54 aus.
Der Spindel-Verstärker 54 betätigt den
Spindelmotor 74 auf Basis der Rotationsbefehle mit einer
vorgegebenen Drehzahl. Ein Positionscodierer 76 ist zusammen
mit dem Spindelmotor 74 angeordnet. Der Positionscodierer 76 führt einen Rückkopplungsimpuls
synchron mit der Rotation des Spindelmotors 74 zur Spindelsteuerschaltung 46 zurück, wodurch
die Spindelsteuerschaltung 46 eine Rückkopplungssteuerung hinsichtlich
der Rotationsgeschwindigkeit auf Basis des Rückkopplungsimpulses ausführt.
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Für die numerische
Steuerungseinheit 100 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zur grundlegenden Bewegungssteuerung
einer Werkzeugmaschine wie oben erläutert eine Funktion zur Überwachung
der auf die verschiedenen Motoren wirkenden Last bereitgestellt,
um einen Zerspanungsfehler zu erkennen. Die Funktion zur Erkennung
eines Zerspanungsfehlers der numerischen Steuerungseinheit 100 wird
nachstehend beschrieben.
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Die
numerische Steuerungseinheit 100 der dargestellten Ausführungsform
enthält
einen Beobachter 78 zur Störungsschätzung, der in der Spindelsteuerschaltung 46 installiert
ist. Beim Beobachter 78 zur Störungsschätzung handelt es sich um Software zur
Schätzung
des auf den Spindelmotor 74 wirkenden Lastdrehmoments.
Demzufolge bildet bei der numerischen Steuerungseinheit 100 die
Spindelsteuerschaltung 46 mit dem darin installierten Beobachter 78 zur
Störungsschätzung den
Lastüberwachungsabschnitt 12 wie
oben beschrieben und überwacht die
auf den Spindelmotor 74 wirkende Last. Die CPU 30 führt somit
den später
beschriebenen Prozess auf Basis des vom Beobachter 78 zur
Störungsschätzung geschätzten Lastdrehmoments
aus, um einen Zerspanungsfehler zu erkennen.
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Andererseits übernimmt
die den Verschleißerkennungsabschnitt 14 (14) bildende CPU 30 als Parameter
zur Erkennung des aktuellen Ausmaßes des Werkzeugsverschleißes wie
oft ein Werkzeug verwendet worden ist, die Dauer der Zerspanung,
den Zerspanungsweg und wie oft ein Zerspanungsprogramm ausgeführt worden
ist, von denen ein jeder einem Werkzeug zugeordnet ist. In dem Fall,
in dem die Dauer und der Zerspanungsweg eines Werkzeugs in einer
Einheit der Verwendungshäufigkeit
(d. h. eine einmalige Verwendung), definiert als die Zeitspanne
vom Einspannen in der Spindel bis zum Auswechseln gegen ein anderes
Werkzeug, im Wesentlichen unverändert
bleibt, ist es möglich
als Parameter die Häufigkeit
der Verwendung des Werkzeug zu übernehmen
(d. h. die Häufigkeit
des Einspannens des Werkzeugs in der Spindel durch einen Werkzeugwechsel).
In diesem Fall ist es möglich,
das Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit der Häufigkeit der Verwendung des
Werkzeugs zu bestimmen, so dass die CPU 30 das aktuelle
Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
auf Basis einer kumulativen Häufigkeit
der Werkzeugverwendung erkennen kann. Ferner ist es in dem Fall,
in dem identische Zerspanungsprogramme wiederholt unter Verwendung
eines bestimmten Werkzeugs ausgeführt werden, das Ausmaß des Werkzeugverschleißes in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung
mit der Häufigkeit
der Ausführung
der Zerspanungsprogramme zu bestimmen. In diesem Fall kann die CPU 30 also
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
erkennen, indem sie den Parameter als Häufigkeit der Ausführung des
Zerspanungsprogramms des Werkzeugs verwendet. Ferner stehen sowohl
die Dauer als auch der Zerspanungsweg durch ein Werkzeug in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit
dem Ausmaß des Werkzeugsverschleißes, ungeachtet
des Inhalts des Zerspanungsprogramms. Deshalb kann die CPU 30 das
aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
erkennen, indem sie den Parameter als Dauer oder Zerspanungsweg
eines Werkzeugs verwendet.
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Der
den Speicherabschnitt 16 (1) bildende
CMOS-Speicher 32 enthält
eine darin erstellte geeignete Werkzeugdatei. Dann wird vor der
Ausführung
des Zerspanungsfehler-Detektionsprozesses durch die CPU 30 das
aktuelle Ausmaß des
Werkzeugsverschleißes über die
Anzeige-/MDI-Einheit 58 in der Werkzeugdatei im CMOS-Speicher 32 gespeichert
(d. h. in ein integrierendes Register geschrieben), indem der gewünschte Parameter
aus den obigen ver schiedenen Parametern bezüglich jedes der verschiedenen
Werkzeuge, die in der von der numerischen Steuerungseinheit 100 gesteuerten
Werkzeugmaschine eingesetzt werden können, gewählt wird. Gleichzeitig werden
als Mehrzahl der voreingestellten Lastgrenzwerte, die individuell
vorgegebenen verschiedenen Ausmaßen des Werkzeugverschleißes entsprechen,
der Grenzwert eines Maximums (d. h. der voreingestellte obere Grenzwert),
die oberen und unteren Grenzwerte eines Mittelwertes (d. h. voreingestellte
obere und untere Grenzwerte eines Mittels) und der Grenzwert eines
Minimums (d. h. der voreingestellte untere Grenzwert) eines Lastdrehmoments,
das auf den Spindelmotor 74 während eines bestimmten Abschnitts
oder einer bestimmten Prozedur (z. B. eine Prozedur zur Ausführung der
Zerspanung durch das Werkzeug) in einem Zerspanungsprogramm ebenfalls
hinsichtlich jedes der Werkzeuge gespeichert. In diesem Zusammenhang
werden diese voreingestellten Lastgrenzwerte experimentell ermittelt,
indem der Maximalwert, der Mittelwert und der Minimalwert der auf
den Spindelmotor 74 wirkenden Last in der oben beschriebenen
bestimmten Prozedur individuell entsprechend den vorgegebenen verschiedenen
Ausmaßen
des Werkzeugverschleißes
(d. h. Häufigkeit
der Verwendung, Zerspanungsdauer, Zerspanungsweg, Häufigkeit
der Ausführungen
des Zerspanungsprogramms) bestimmt werden und indem begrenzende
Werte dieser Maximal-, Mittel- und Minimalwerte (d. h. Referenzwerte
für die
Bewertung einer Abnormalität
der auf den Elektromotor wirkenden Last) in Abhängigkeit von der Zerspanungsgenauigkeit
(wie Maßgenauigkeit,
Formgenauigkeit, Oberflächengenauigkeit)
eingestellt werden.
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Wenn
die Häufigkeit
der Verwendung eines Werkzeugs als Parameter zur Erkennung des aktuellen
Ausmaßes
des Werkzeugsverschleißes
herangezogen wird, wird der Zählwert
des integrierenden Registers für
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
jedes Mal, bei dem das Werkzeug in der Spindel durch Werkzeugaustausch
eingespannt wird, um "1" inkrementiert. Analog
wird dann, wenn die Häufigkeit
der Ausführung
eines Zerspanungsprogramms eines Werkzeugs als Parameter zur Erkennung
des aktuellen Ausmaßes
des Werkzeugsverschleißes
herangezogen wird, der Zählwert
des integrierenden Registers für
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
jedes Mal, wenn das Zerspanungsprogramm ausgeführt wird, für alle im Zerspanungsprogramm
verwendeten Werkzeuge um "1" inkrementiert. Wenn
die Zerspanungsdauer durch ein Werkzeug als Parameter zur Erkennung
des aktuellen Ausmaßes
des Werkzeugsverschleißes
herangezogen wird, wird die gemessene Zerspanungsdauer integriert
und im integrierenden Register für
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
des Werkzeugs gespeichert. Analog wird dann, wenn der Zerspanungsweg
durch ein Werkzeug als Parameter zur Erkennung des aktuellen Ausmaßes des
Werkzeugsverschleißes
herangezogen wird, der gemessene Zerspanungsweg Integriert und im
integrierenden Register für
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
des Werkzeugs gespeichert.
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3 ist
ein Flussdiagramm eines Lastdrehmoment-Überwachungs- und Detektionsprozesses für Zerspanungsfehler,
der von der CPU 30 der numerischen Steuerungseinheit 100 ausgeführt wird. Die
CPU 30 der numerischen Steuerungseinheit 100 führt den
in diesem Flussdiagramm dargestellten Prozess während des Ablaufs eines Zerspanungsprogramms
mit solchen vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt aus, dass der
momentane Wert des Lastdrehmoments gemessen werden kann. Es ist
zu beachten, dass das dargestellte Flussdiagramm die oben beschriebene
Ausführungsform
betrifft, bei der der Spindelmotor 74 (2)
hinsichtlich eines auf ihn wirkenden Lastdrehmoments überwacht
wird, um einen Zerspanungsfehler zu erkennen, indem ein abnormales
auf die Spindel wirkendes Lastdrehmoment erfasst wird, und somit
die Häufigkeit
der Werkzeugverwendung als Parameter zur Erkennung des aktuellen
Ausmaßes
des Werkzeugsverschleißes
verwendet wird. Demzufolge wird wie oben beschrieben wenn ein Werkzeug
durch Werkzeugwechsel in der Spindel eingespannt wird, der Zählwert des
integrierenden Registers für
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
(d. h. die gespeicherte Verwendungshäufigkeit relativ zum eingespannten
Werkzeug), das in der Werkzeugdatei im CMOS-Speicher 32 vorgesehen
ist, um "1" inkrementiert und
das aktuelle Ausmaße
des Werkzeugsverschleißes
(d. h. der integrierte Wert der Häufigkeit der Verwendung) des
Werkzeugs wird erneuert.
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Zunächst wird
in Schritt S1 ein Lastdrehmoment T an der Spindel 74, das
vom Beobachter 78 zur Störungsschätzung (2), der
in der Spindelsteuerschaltung 46 installiert ist, geschätzt wird,
aus dem Beobachter 78 zur Störungsschätzung während eines bestimmten Abschnitts
oder einer bestimmten Prozedur (z. B. eine Prozedur zur Ausführung der Zerspanung
durch ein Werkzeug) in einem Zerspanungsprogramm ausgelesen. Danach
werden der Maximalwert Tmax, der Mittelwert Tav und der Minimalwert
Tmin des in die bestimmte Prozedur eingelesenen Lastdrehmoments
T z. B. auf die folgende Weise bestimmt.
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Im
Einzelnen werden ein Register S zum Aufsummieren des ausgelesenen
Lastdrehmoments T, ein Register C zum Zählen der Lesehäufigkeit,
ein Register Rmax zur Aufnahme des Maximalwertes Tmax und ein Register
Rmin zur Aufnahme des Minimalwertes Tmin im Voraus erstellt. Bei
jedem Lesen des Lastdrehmoments T wird der Drehmomentwert zum Summenregister
S addiert und das Zählregister C
wird um "1" inkrementiert. In
die Register Rmax und Rmin werden je nach Registergröße null
bzw. der Maximalwert als Anfangswerte eingegeben und bei jedem Mal,
bei dem das Lastdrehmoment ausgelesen wird, wird der ausgelesene
Drehmomentwert mit den numerischen Werten der Register Rmax und Rmin
verglichen. Wenn der ausgelesene Drehmomentwert größer ist
als der numerische Wert von Rmax, wird der numerische Wert von Rmax
durch den ausgelesenen Drehmomentwert ersetzt, während dann, wenn der ausgelesene
Drehmomentwert kleiner ist als der numerische Wert von Rmin, der
numerische Wert von Rmin durch den ausgelesenen Drehmomentwert ersetzt
wird. Folglich ist zu dem Zeitpunkt, in dem das Auslesen des auf
den Spindelmotor 74 wirkenden Lastdrehmoments T in einer
bestimmten Prozedur abgeschlossen ist, der Ma ximalwert Tmax des
Lastdrehmoments T in diesem Teil im Register Rmax und der Minimalwert
Tmin im Register Rmin gespeichert. Außerdem wird der Mittelwert
Tav des Lastdrehmoments T bestimmt, indem die Summe des im Register
S gespeicherten Drehmoments durch den im Zählregister C gespeicherten
Zählwert dividiert
wird (Schritt S1).
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Danach
wird in Schritt S2 das aktuelle Ausmaß des Werkzeugverschleißes (oder
die aktuelle Verwendungshäufigkeit)
aus dem integrierenden Register in der Werkzeugdatei ausgelesen,
und zwei voreingestellte obere Grenzwerte des Lastdrehmoments, die
jeweils den vorgegebenen Ausmaßen
des Werkzeugverschleißes
entsprechen (oder den vorgegebenen Verwendungshäufigkeiten), die niedriger und
höher sind
als das ausgelesene aktuelle Ausmaß des Werkzeugverschleißes (oder
die aktuelle Verwendungshäufigkeit),
werden aus der Werkzeugdatei ausgelesen. Danach werden diese voreingestellten
oberen Grenzwerte interpoliert, um den aktuellen Lastgrenzwert des
maximalen Lastdrehmoments (oder den aktuellen oberen Grenzwert)
entsprechend dem aktuellen Ausmaß des Werkzeugverschleißes (oder
der aktuellen Verwendungshäufigkeit)
zu berechnen. Wenn z. B. die aktuelle Verwendungshäufigkeit
mit Mr angegeben wird, die vorgegebene Verwendungshäufigkeit,
die niedriger ist als die und der aktuellen Verwendungshäufigkeit
Mr am nächsten liegt,
mit MA angegeben wird, der voreingestellte obere Grenzwert entsprechend
der vorgegebenen Verwendungshäufigkeit
MA mit TAu angegeben wird, die vorgegebene Verwendungshäufigkeit,
die höher als
die und der aktuellen Verwendungshäufigkeit Mr am nächsten liegt,
mit MB angegeben wird und der voreingestellte obere Grenzwert entsprechend
der vorgegebenen Verwendungshäufigkeit
MB mit TBu angegeben wird, wird der aktuelle obere Grenzwert Tru
entsprechend der aktuellen Verwendungshäufigkeit Mr durch folgende
Gleichung 1 berechnet: Tru
= TAu + {(Mr – MA)·(TBu – TAu)/(MB – MA)} (1)
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Wenn
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
(die aktuelle Verwendungshäufigkeit) im
integrierenden Register gleich ist einem der vorgegebenen Ausmaße des Werkzeugverschleißes (der vorgegebenen
Verwendungshäufigkeiten)
(z. B. Mr = MA), wird der voreingestellte obere Grenzwert (z. B. TAu)
entsprechend diesen vorgegebenen Verwendungshäufigkeiten als aktueller oberer
Grenzwert (z. B. Tru) übernommen,
wie aus Gleichung 1 folgt.
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In
Schritt S3 wird dann der in Schritt S1 bestimmte Maximalwert Tmax
des Lastdrehmoments mit dem in Schritt S2 berechneten aktuellen
oberen Grenzwert Tru verglichen, um zu bestimmen, ob Tmax ≤ Tru. Wenn
der Maximalwert Tmax des Lastdrehmoments den aktuellen oberen Grenzwert
Tru überschreitet
(d. h. Tmax > Tru),
geht die Routine zu Schritt S8 weiter, in dem ein Alarm, der einen
Zerspanungsfehler meldet, ausgegeben wird und der Lastdrehmoment-Überwachungs-
und Detektionsprozess wird abgeschlossen.
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Wenn
dagegen der Maximalwert Tmax des Lastdrehmoments den aktuellen oberen
Grenzwert Tru nicht überschreitet
(d. h. der Maximalwert Tmax des Lastdrehmoments ist normal), geht
die Routine zu Schritt S4 weiter. In Schritt S4 werden zwei voreingestellte
Mittelwerte des oberen Grenzwertes des Lastdrehmoments entsprechend
jeweils den vorgegebenen Ausmaßen
des Werkzeugverschleißes (oder
den vorgegebenen Verwendungshäufigkeiten) als
niedriger und höher
als das aktuelle Ausmaß des Werkzeugverschleißes (oder
die aktuellen Verwendungshäufigkeit)
aus der Werkzeugdatei ausgelesen. Dann werden diese voreingestellten
Mittelwerte des oberen Grenzwertes interpoliert, um den aktuellen
oberen Lastgrenzwert des mittleren Lastdrehmoments (oder einen aktuellen
Mittelwert des oberen Grenzwertes) entsprechend des aktuellen Ausmaßes des
Werkzeugverschleißes
(oder der aktuellen Verwendungshäufigkeit)
zu berechnen. Auf die gleiche Weise werden in Schritt S4 zwei voreingestellte Mittelwerte
des unteren Grenzwertes des Lastdrehmoments ausgelesen und interpoliert,
um den aktuellen unteren Lastgrenzwert des mittleren Lastdrehmoments
(oder einen aktuellen Mittelwert des unteren Grenzwertes) entsprechend
des aktuellen Ausmaßes
des Werkzeugverschleißes
(oder der aktuellen Verwendungshäufigkeit)
zu berechnen. Wenn z. B. der voreingestellte Mittelwert des oberen
Grenzwertes entsprechend der vorgegebenen Verwendungshäufigkeit
MA, die niedriger ist als die und der aktuellen Verwendungshäufigkeit
Mr am nächsten
liegt, mit TAavu angegeben ist, der voreingestellte Mittelwert des
oberen Grenzwertes entsprechend der vorgegebenen Verwendungshäufigkeit
MB, die höher
als die und der aktuellen Verwendungshäufigkeit Mr am nächsten liegt,
mit TBavu angegeben wird, der voreingestellte Mittelwert des unteren
Grenzwertes entsprechend der vorgegebenen Verwendungshäufigkeit
MA mit TAavd angegeben wird und der voreingestellte Mittelwert des
unteren Grenzwertes entsprechend der vorgegebenen Verwendungshäufigkeit
MB mit TBavd angegeben ist, werden der aktuelle Mittelwert des oberen
Grenzwertes Travu und der aktuelle Mittelwert des unteren Grenzwertes
Travd entsprechend der aktuellen Verwendungshäufigkeit Mr durch folgende
Gleichung 2 bzw. 3 berechnet: Travu = TAavu + {(Mr – MA)·(TBavu – TAavu)/(MB – MA)} (2) Travd = TAavd + {(Mr – MA)·(TBavd – TAavd)/(MB – MA)} (3)
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Wenn
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
(die aktuelle Verwendungshäufigkeit) im
integrierenden Register gleich ist einem der vorgegebenen Ausmaße des Werkzeugverschleißes (der vorgegebenen
Verwendungshäufigkeiten)
(z. B. Mr = MA), werden der voreingestellte Mittelwert des oberen
Grenzwertes (z. B. TAavu) und der voreingestellte Mittelwert des
unteren Grenzwertes (z. B. TAavd) entsprechend dieser vorgegebenen
Verwendungshäufigkeit
als aktueller Mittelwert des oberen Grenzwertes (z. B. Travu) und
aktueller Mittelwert des unteren Grenzwertes (z. B. Travd) übernommen,
wie aus den Gleichungen 2 und 3 folgt.
-
In
Schritt S5 wird dann der Mittelwert Tav des in Schritt S1 bestimmten
Lastdrehmoments mit dem in Schritt S4 berechneten aktuellen Mittelwert
des oberen Grenzwertes Travu und dem aktuellen Mittelwert des unteren
Grenzwertes Travd verglichen, um zu bestimmen, ob Travd ≤ Tav ≤ Travu. Wenn
der Mittelwert Tav des Lastdrehmoments nicht im Bereich zwischen
dem aktuellen Mittelwert des oberen Grenzwertes Travu und dem aktuellen
Mittelwert des unteren Grenzwertes Travd (d. h. Tav > Travu oder Tav < Travd) liegt, geht
die Routine zu Schritt S8 weiter, in dem ein Alarm, der einen Zerspanungsfehler meldet,
ausgegeben wird und der Lastdrehmoment-Überwachungs- und Detektionsprozess
wird abgeschlossen.
-
Wenn
dagegen der Mittelwert Tav des Lastdrehmoments den aktuellen Mittelwert
des oberen Grenzwertes Travu nicht überschreitet und nicht niedriger
ist als der aktuelle Mittelwert des unteren Grenzwertes Travd (d.
h. der Mittelwert Tav des Lastdrehmoments ist normal), geht die
Routine zu Schritt S6 weiter. In Schritt S6 werden zwei voreingestellte untere
Grenzwerte des Lastdrehmoments entsprechend jeweils den vorgegebenen
Ausmaßen
des Werkzeugverschleißes
(oder den vorgegebenen Verwendungshäufigkeiten) als niedriger und
höher als das
aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes (oder
die aktuelle Verwendungshäufigkeit)
aus der Werkzeugdatei ausgelesen. Dann werden diese voreingestellten
Mittelwerte des unteren Grenzwertes interpoliert, um den aktuellen
Lastgrenzwert des Mindest-Lastdrehmoments
(oder einen aktuellen unteren Grenzwertes) entsprechend des aktuellen
Ausmaßes
des Werkzeugverschleißes
(oder der aktuellen Verwendungshäufigkeit)
zu berechnen. Wenn z. B. der voreingestellte untere Grenzwert entsprechend der
vorgegebenen Verwendungshäufigkeit
MA, die niedriger ist als die und der aktuellen Verwendungshäufigkeit
Mr am nächsten
liegt, mit TAd angegeben ist und der voreingestellte untere Grenzwert
entsprechend der vorgegebenen Verwendungshäufigkeit MB, die höher als
die und der aktuellen Verwendungshäufigkeit Mr am nächsten liegt,
mit TBd angegeben wird, wird der aktuelle untere Grenzwert Trd entsprechend
der aktuellen Verwendungshäufigkeit Mr
durch folgende Gleichung 4 berechnet: Trd = TAd + {(Mr – MA)·(TBd – TAd)/(MB – MA)} (4)
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Wenn
das aktuelle Ausmaß des
Werkzeugverschleißes
(die aktuelle Verwendungshäufigkeit) im
integrierenden Register gleich ist einem der vorgegebenen Ausmaße des Werkzeugverschleißes (der vorgegebenen
Verwendungshäufigkeiten)
(z. B. Mr = MA), wird der voreingestellte untere Grenzwert (z. B. TAd)
entsprechend dieser vorgegebenen Verwendungshäufigkeit als aktueller unterer
Grenzwert (z. B. Trd) übernommen,
wie aus der Gleichung 4 folgt.
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In
Schritt S7 wird dann der in Schritt S1 bestimmte Minimalwert Tmin
des Lastdrehmoments mit dem in Schritt S6 berechneten aktuellen
unteren Grenzwert Trd verglichen, um zu bestimmen, ob Tmin < Trd. Wenn der Minimalwert
Tmin des Lastdrehmoments niedriger ist als der aktuelle untere Grenzwert
Trd (d. h. Tmin > Trd),
geht die Routine zu Schritt S8 weiter, in dem ein Alarm, der einen
Zerspanungsfehler meldet, ausgegeben wird und der Lastdrehmoment-Überwachungs-
und Detektionsprozess wird abgeschlossen. Wenn dagegen der Mindestwert
Tmin des Lastdrehmoments nicht niedriger ist als der aktuelle untere
Grenzwert (d. h. der Mindestwert Tmin des Lastdrehmoments ist normal), wird
daraus geschlossen, dass in dieser bestimmten Prozedur kein Zerspanungsfehler
aufgetreten ist und der Lastdrehmoment-Überwachungs- und Detektionsprozess
wird abgeschlossen.
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Wie
oben beschrieben werden bei der numerischen Steuerungseinheit 100 der
aktuelle obere Grenzwert, der aktuelle Mittelwert des oberen Grenzwertes,
der aktuelle untere Grenzwert und der aktuelle Mittelwert des unteren
Grenzwertes des Lastdrehmoments entsprechend dem aktuellen Ausmaß des Werkzeugverschleißes in einem
bestimmten Abschnitt oder einer bestimmten Prozedur eines Zerspanungsprogramms
durch Interpolation bezüglich der
voreingestellten oberen Grenzwerte, des voreingestellten Mittelwertes
der oberen Grenzwerte, der voreingestellten unteren Grenzwerte bzw.
des voreingestellten Mittelwertes der unteren Grenzwerte des Lastdrehmoments
berechnet, die entsprechend den verschiedenen Ausmaßen des
Werkzeugsverschleißes
diskret eingestellt werden. Danach wird bestimmt, ob der Maximalwert,
der Mittelwert und der Minimalwert des auf Basis der geschätzten Werte vom
Beobachter 78 zur Störungsschätzung bestimmten
Lastdrehmoments nach einem Vergleich mit dem aktuellen oberen Grenzwert,
den aktuellen oberen Mittelwerten des oberen/unteren Grenzwertes
bzw. dem aktuellen unteren Grenzwert zulässig sind, und falls nicht,
wird entschieden, dass ein Zerspanungsfehler aufgetreten ist und
der Alarm ausgegeben wird.
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Die 4 und 5 zeigen
beispielhaft die Beziehung zwischen einem Lastgrenzwert (oberer Grenzwert
Tu') und einer Lastkurve
bei einem gesteuerten Elektromotor (Spindelmotor) mit dem herkömmlichen
Verfahren zur Vermeidung von Werkzeugbruch bzw. die Beziehung zwischen
dem aktuellen Lastgrenzwert (aktueller oberer Grenzwert Tru) und
der Lastkurve bei einem gesteuerten Elektromotor in der numerischen
Steuerungseinheit 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 4 dargestellt ist, ist beim herkömmlichen
Verfahren der obere Grenzwert Tu' als
Referenzwert zur Bestimmung des Auftretens eines Werkzeugsbruchs
konstant (in einem Bereich, in dem eine abnormale Last erkennbar ist)
und bezogen auf ein Werkzeug, das in dem Moment, in dem das auf
den Spindelmotor wirkende Lastdrehmoment den oberen Grenzwert Tu' nach dem allmählichen
Anstieg desselben gemäß der Inkrementierung
der Verwendungshäufigkeit
des Werkzeugs (Ausmaß des
Werkzeugverschleißes) gegen
ein neues ausgetauscht wird. Im Gegensatz dazu werden beim Lastdrehmoment-Überwachungs- und Detektionsprozess
der numerischen Steuerungseinheit 100 wie in 5 dargestellt
die aktuellen oberen Grenzwerte T1u bis Tun, die individuell den
aktuellen Verwendungshäufigkeiten
des Werkzeugs (Ausmaßen
des Werkzeugverschleißes)
1 bis n entsprechen, bestimmt, so dass der aktuelle obere Grenzwert
Tru als Referenzwert zur Bestimmung des Auftretens eines Zerspanungsfehlers
in Abhängigkeit von
den Ausmaßen
des Werkzeugverschleißes
variiert, wie mit der Kurve Q dargestellt ist. Dann wird bezogen
auf ein Werkzeug das Werkzeug in dem Moment, in dem das Lastdrehmoment
am Spindelmotor das Maximum Tun der aktuellen oberen Grenzwerte nach
einem allmählichen
Anstieg gemäß der Inkrementierung
der Verwendungshäufigkeit
des Werkzeugs erreicht, gegen ein neues ausgetauscht.
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In
diesem Zusammenhang sei ein Fall betrachtet, bei dem ein Lastdrehmoment
Tx, das für
die maximale Last in einer bestimmten Prozedur abnormal hoch ist,
während
Zerspanungsoperationen, die von einem Werkzeug wiederholt ausgeführt werden, unter
der Bedingung erkannt wird, bei der die Anwendungshäufigkeit
des Werkzeugs relativ niedrig ist. Diese Art der abnormalen Last
kann in einer lokalen Verschlechterung der Zerspanungsgenauigkeit
resultieren. In diesem Fall ist beim herkömmlichen in 4 dargestellten
Verfahren das abnormale Lastdrehmoment Tx im Allgemeinen niedriger
als der obere Grenzwert Tu',
so dass die abnormale Last nicht erkennbar ist und die Zerspanung
unter der Annahme, dass die Zerspanung normal verläuft, fortgesetzt
wird.
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Im
Gegensatz dazu überschreitet
das abnormale Lastdrehmoment Tx im Prozess der numerischen Steuerungseinheit 100 wie
in 5 dargestellt normalerweise den aktuellen oberen
Grenzwert Tru (Kurve Q) entsprechend der Verwendungshäufigkeit des
Werkzeugs im Moment des Auftretens des abnormalen Lastdrehmoments
Tx, so dass der einen Fehler meldende Alarm ausgegeben wird und
sofort Gegenmaßnahmen
wie ein Anhalten der Maschine getroffen werden können. Obwohl dies nicht in 5 dargestellt
ist, werden ferner in der numerischen Steuerungseinheit 100 die
aktuellen Mittelwerte des oberen/unteren Grenzwertes und der aktuelle
untere Grenzwert, die in Abhängigkeit
vom Ausmaß des Werkzeugverschleißes variieren,
als Referenzwerte zur Bestimmung des Auftretens eines Zerspanungsfehlers
bezüglich
des Mittelwertes und den Minimalwertes in der bestimmten Prozedur
bestimmt. Deshalb wird in dem Fall, in dem ein Lastdrehmoment, das
für die
mittlere Last in der bestimmten Prozedur abnormal hoch ist, unter
der Bedingung, bei der die Verwendungshäufigkeit des Werkzeugs relativ
niedrig ist, erkannt; ein solches abnormales Lastdrehmoment überschreitet
normalerweise den Mittelwert des oberen Grenzwertes entsprechend
der Verwendungshäufigkeit
des Werkzeugs in dem Moment, in dem das abnormale Lastdrehmoment
auftritt, so dass ein Alarm aktiviert werden kann, der das Auftreten
eines Fehler, d. h. eine Verschlechterung der Zerspanungsgenauigkeit,
meldet. Andererseits ist in dem Fall, in dem ein Lastdrehmoment
erkannt wird, das für
die mittlere oder minimale Last in der bestimmten Prozedur abnormal
niedrig ist, ein solches abnormales Lastdrehmoment im Allgemeinen
niedriger als der aktuelle Mittelwert des unteren Grenzwertes oder
der aktuelle untere Grenzwert entsprechend der Verwendungshäufigkeit
des Werkzeugs mit dem Ergebnis, dass ebenfalls ein Alarm ausgegeben
werden kann, der das Auftreten eines Zerspanungsfehlers meldet.
Diese Art eines abnormal niedrigen Lastdrehmoments bedeutet, dass
die Schneidkante eines Werkzeugs im Moment des Auftretens eines
abnormalen Lastdrehmoments gebrochen ist, so dass die Maschine angehalten
und das Werkzeug gegen ein neues ausgetauscht werden kann.
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Wie
aus der obigen Beschreibung deutlich wird, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung selbst in einem Anfangsstadium, in dem das Ausmaß des Werkzeugverschleißes relativ
gering ist, möglich,
einen Zerspanungsfehler zu erkennen, der in einer Verschlechterung
der Zerspanungsgenauigkeit resultieren kann und Gegenmaßnahmen
zu ergreifen wie z. B. die anschließende Beobachtung des Werkzeugzustands
durch einen Bediener, so dass die Bearbeitung fortgeführt werden
kann, wenn dieser bestimmt, dass dies möglich ist, oder alternativ
das sofortige Auswechseln des Werkzeugs, wenn er bestimmt, dass
die weitere Bearbeitung nicht möglich
ist. Als Ergebnis wird verhindert, dass ein Werkstück mit verschlechterter
Zerspanungsgenauigkeit hergestellt wird, wodurch die Werkstückausbeute
verbessert wird. Außerdem
ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
einen Zerspanungsfehler, der auf einen Werkzeugbruch hinweist, ungeachtet
des Ausmaßes
des Werkzeugverschleißes
zu erkennen, so dass auch ein solcher Nachteil, dass die weitergeführte Bearbeitung
durch ein beschädigtes
Werkzeug zu einer Beschädigung
der Anlage führt,
verhindert werden kann.
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Bei
der obigen Ausführungsform
werden der Maximalwert, der Mittelwert und der Minimalwert des Lastdrehmoments
in der bestimmten Prozedur in ihrer Gesamtheit überwacht, um eine abnormale
Last oder einen Zerspanungsfehler zu erkennen. Die vorliegende Erfindung
kann jedoch auch so konzipiert werden, dass anstelle der obigen
Konfiguration einer oder zwei gewünschte Werte, die aus Maximal-,
Mittel- und Minimalwert des Lastdrehmoments in der bestimmten Prozedur
ausgewählt
werden, überwacht werden,
um einen Zerspanungsfehler zu erkennen. In dem Fall, in dem das
mittlere Lastdrehmoment in der bestimmten Prozedur überwacht
wird, kann außerdem
entweder der aktuelle Mittelwert des oberen Grenzwertes oder der
aktuelle Mittelwert des unteren Grenzwertes als Referenz zur Bestimmung
eines Zerspanungsfehlers verwendet werden.
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Ferner
ist bei der obigen Ausführungsform die
Spindelsteuerschaltung 46 zum Steuern des Spindelmotors 74 mit
dem Beobachter 78 zur Störungsschätzung versehen, dessen Aufgabe
die Überwachung
der auf den Spindelmotor 74 wirkenden Last ist. Die vorliegende
Erfindung kann jedoch auch so konzipiert werden, dass anstelle des
Beobachters 78 zur Störungsschätzung das
auf den Spindelmotor wirkende Lastdrehmoment direkt gemessen wird,
indem ein durch den Spindelmotor fließender Steuerstrom überwacht
wird, oder indem zusätzlich
ein Drehmomentsensor installiert wird, der ausschließlich zum
Messen dient.
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Außerdem wird
bei der obigen Ausführungsform
ein Zerspanungsfehler durch Überwachen
des auf den Spindelmotor 74 wirkenden Lastdrehmoments erkannt.
Andererseits kann die vorliegende Erfindung jedoch auch so konzipiert
werden, dass statt dessen ein Zerspanungsfehler durch Überwachen der
auf die Servomotoren 68, 70, 72 für die X-,
Y- und Z-Achse als Werkzeugvorschubwellen wirkenden Lastdrehmomente
erkannt wird. Bei dieser Konfiguration werden Beobachter zur Störungsschätzung jeweils
in den Achsensteuerschaltungen 40, 42, 44 installiert,
die die Funktion der Servomotoren 68, 70, 72 für die X-,
Y- und Z-Achse steuern, und die Beobachter zur Störungsschätzung dienen
zur Überwachung der
auf die jeweiligen Servomotoren wirkenden Lastdrehmomente. Alternativ
können
die auf die jeweiligen Motoren wirkenden Lastdrehmomente wie oben beschrieben
direkt gemessen werden, indem die durch die Motoren fließende Steuerströme überwacht
werden, oder indem zusätzlich
Drehmomentsensoren installiert werden, die ausschließlich zum Messen
dienen.
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In
dem Fall, in dem die auf die Servomotoren 68, 70, 72 für die X-,
Y- und Z-Achse wirkenden Lastdrehmomente überwacht werden, kann auch
ein zusammengesetztes Lastdrehmoment, das durch Kombinieren der
auf die jeweiligen Servomotoren wirkenden Lastdrehmomente erhalten
wird, zur Bestimmung eines Zerspanungsfehlers herangezogen werden.
Bei dieser Konfiguration ist es möglich, einen mit dem Prozess
von Flussdiagramm von 3 im Wesentlichen identischen
Prozess auszuführen,
mit der Ausnahme, dass das in Schritt S1 ausgelesene Lastdrehmoment
am Spindelmotor in das zusammengesetzte Lastdrehmoment geändert wird
und die voreingestellten Lastgrenzwerte in der Werkzeugdatei geringfügig variieren.
Wenn es erforderlich ist, den Detektionsprozess für einen
Zerspanungsfehler zu vereinfachen, kann alternativ aus den auf die
Servomotoren 68, 70, 20 der X-, Y- und
Z-Achse wirkenden Lastdrehmomente das maximale Lastdrehmoment anstelle
des in Schritt S2 in 3 ausgelesenen auf den Spindelmotor
wirkenden Lastdrehmoments verwendet werden.
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Ferner
kann anstelle der Überwachung
des auf alle Werkzeugvorschubwellen wirkenden Lastdrehmoments das
Lastdrehmoment an einer oder zwei gewünschten Werkzeugvorschubwellen
in Abhängigkeit
vom Inhalt des Zerspanungsgrogramms überwacht werden. Genauer gesagt
reicht es bei einer Bearbeitung mit einem Werkzeugvorschub in Längsrichtung
wie beim Bohren oder Gewindeschneiden aus, nur das auf die z-Achse
wirkende Lastdrehmoment zu überwachen.
Bei der Bearbeitung mit einem Werkzeug, dessen Vorschubrichtung seine
Längsachse
schneidet, wie beim Stirn- oder Umfangsfräsen mit einem Stirnfräser, ist
es dagegen vorteilhaft, die Lastdrehmomente an der x- und y-Achse
zu überwachen.
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Obwohl
die Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden
ist, liegt es für
den Fachmann auf der Hand, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen
vorgenommen werden können,
ohne vom Gültigkeitsbereich
der nachfolgenden Ansprüche
abzuweichen.