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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuerung und insbesondere eine numerische Steuerung, die ein Maschinenwerkzeug durch Analysieren einer Schälanweisung steuert.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Schälvorgang weist auf ein maschinelles Bearbeitungsverfahren zum Fräsen eines Werkstücks mittels eines Drehwerkzeugs hin, wobei das Drehwerkzeug in einer Tangentialrichtung des Werkstücks vorgeschoben wird, um das Werkstück zu fräsen (JIS-Norm B0106 0.209). In einem Schälvorgang einer Drehmaschine wird ein Werkstück maschinell bearbeitet, während die Y-Achse sich bewegt, wobei ein Werkzeug mit einem geraden Messer verwendet wird, das schräg in Bezug auf die Drehachse des sich drehenden Werkstücks angeordnet ist (siehe beispielsweise
WO 2001/043902 A2 ).
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Wenn ein derartiger Schälvorgang von einer herkömmlichen numerischen Steuerung durchgeführt wird, ist es erforderlich, die Y-Achsenbewegung in Verbindung mit der Z-Achsenbewegung anzuweisen. 6 ist ein Diagramm, das einen Fräsweg eines Fräsvorgangs, der an dem Werkstück durchgeführt wird, während des Schälvorgangs und einen Werkzeugbewegungsweg während des Fräsvorgangs, der entlang dem Fräsweg durchgeführt wird, darstellt.
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Wie in 6 dargestellt, ist der Fräsweg des Fräsvorgangs für das Werkstück in dem Schälvorgang in der Drehachsenrichtung (der Z-Achsenrichtung) eingestellt und das Werkzeug führt den Fräsvorgang durch, während es sich in einer Richtung bewegt, in die das gerade Messer weist (oder in einer Richtung, die im Wesentlichen orthogonal zu dem geraden Messer ist). Aus diesem Grund ist der Werkzeugweg in der Richtung des resultierenden Vektors in der Z-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung eingestellt, der in Bezug auf die Drehachsenrichtung geneigt ist.
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Wenn ein Bediener ein Bearbeitungsprogramm für den Schälvorgang erstellt, werden zwei Achsen, die Z- und die Y-Achse, gleichzeitig durch einen Schnittvorschubbefehl angewiesen, um dem Werkzeug zu ermöglichen, sich entlang dem Werkzeugweg zu bewegen, wie in 6 dargestellt. Da ein Kontaktpunkt (Fräspunkt) zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug jedoch in Abhängigkeit von der Y-Achsenposition geändert wird, stimmt der angewiesene Werkzeugweg nicht mit der tatsächlichen Bearbeitungsposition überein. Aus diesem Grund muss der Bediener ein Bearbeitungsprogramm durch Berechnen des Bewegungsumfangs in der Z- und der Y-Achse erstellen, um einen gewünschten Fräsweg zu erhalten, und der Bediener fühlt daher eine große Belastung.
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Da die angewiesene Vorschubgeschwindigkeit die synthetische Geschwindigkeit in der Z- und der Y-Achse ist und der Fräspunkt dazu geneigt ist, sich in der Z-Richtung in Abhängigkeit von der Y-Achsenposition zu bewegen, ist es des Weiteren schwierig, die Fräspunktgeschwindigkeit als eine gewünschte Geschwindigkeit anzuweisen.
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Des Weiteren ist aus
WO 2014 155 723 A1 eine numerische Steuerung bekannt, die eine Befehlsanalyseeinheit umfasst, die einen eingehenden Befehl daraufhin analysiert, ob dieser einen Werkzeugaustausch, ein Setzen eines Koordinatensystems, eine Bewegung zu einem Bearbeitungsstartpunkt oder eine Bewegung zu einem Bearbeitungsendpunkt betrifft und den Befehl in Abhängigkeit von einem Analyseergebnis entweder direkt an eine CNC-Steuerung weitergibt oder zusätzliche Berechnungen in einer Befehlserzeugungseinheit durchführt.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Hier ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine numerische Steuerung bereitzustellen, die eine Belastung des Erstellens eines Bearbeitungsprogramms für einen Schälvorgang durch einen Bediener verringern kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine numerische Steuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Eine numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert ein Maschinenwerkzeug, das einen Schälvorgang zum Fräsen einer drehsymmetrischen Oberfläche eines sich drehenden Werkstücks durch ein Werkzeug durchführt, auf der Basis eines Bearbeitungsprogramms. Das Bearbeitungsprogramm ist dazu eingerichtet, eine Schälanweisung zu beinhalten, die einen Fräspunktbewegungsweg während des Schälvorgangs bezeichnen kann. Die numerische Steuerung umfasst Folgendes: eine Anweisungsprogrammanalyseeinheit, die das Bearbeitungsprogramm analysiert und bestimmt, ob ein aus dem Bearbeitungsprogramm ausgelesener Block eine Schälanweisung ist oder nicht; und eine Schälanweisungsdatenberechnungseinheit, die einen Werkzeugweg und eine Werkzeugvorschubgeschwindigkeit auf der Basis eines Fräspunktwegs und einer Fräspunktvorschubgeschwindigkeit, die von der Schälanweisung angewiesen werden, berechnet, wenn die Anweisungsprogrammanalyseeinheit bestimmt, dass der gelesene Block die Schälanweisung ist. Das Maschinenwerkzeug wird auf der Basis des Werkzeugwegs und der Werkzeugvorschubgeschwindigkeit gesteuert, die von der Schälanweisungsdatenberechnungseinheit berechnet werden.
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Die numerische Steuerung kann weiterhin eine Werkzeugdatenspeichereinheit beinhalten, die Werkzeugwinkeldaten, die einen Werkzeugwinkel in Bezug auf die Drehachse des Werkstücks angeben, und effektive Werkzeugmesserschneidendaten, die eine effektive Werkzeugmesserschneide angeben, speichert. Die Schälanweisungsdatenberechnungseinheit kann zudem den tatsächlichen Werkzeugweg und die tatsächliche Werkzeugvorschubgeschwindigkeit auf der Basis des Fräspunktwegs und der Fräspunktvorschubrate, die von der Schälanweisung angewiesen werden, und der Werkzeugwinkeldaten und der effektiven Werkzeugmesserschneidendaten, die in der Werkzeugdatenspeichereinheit gespeichert sind, berechnen.
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Die Schälanweisung kann eine Schälzyklusanweisung beinhalten, die einen wiederholten Schälvorgang anweist.
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Da der Fräspunktbewegungsumfang und die Fräspunktvorschubrate in dem Schälvorgang direkt von dem Bearbeitungsprogramm angewiesen werden können und die Y-Achsenanweisung in dem Schälvorgang nicht benötigt wird, wird in der Erfindung eine Belastung des Erstellens des Bearbeitungsprogramms für den Schälvorgang durch einen Bediener verringert.
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Figurenliste
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Die vorstehenden und andere Gegenstände und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, in denen:
- 1 ein schematisches Diagramm eines Werkzeugs ist, das in einem Schälvorgang verwendet wird;
- 2 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem Fräsweg und einem Werkzeugweg, wenn ein Bewegungsumfang Zc und eine Vorschubgeschwindigkeit Fc für einen Fräspunkt von einer Schälanweisung angewiesen werden, während eines Schälvorgangs unter Verwendung eines Werkzeugs von 1 darstellt;
- 3 ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
- 4 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Ablauf eines Vorgangs darstellt, der von der numerischen Steuerung von 3 durchgeführt wird;
- 5A und 5B Diagramme sind, die die Bewegung des Werkzeugs darstellen, wenn eine Schälzyklusanweisung durchgeführt wird; und
- 6 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen dem Fräsweg, wenn ein Werkstück gefräst wird, während des Schälvorgangs und dem Bewegungsweg des Werkzeugs, wenn der Fräsvorgang entlang dem Fräsweg durchgeführt wird, darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hierin im Folgenden in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird ein technischer Überblick der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In der vorliegenden Erfindung wird eine Schälanweisung, die Anweisungsdaten für einen Fräspunktbewegungsweg direkt bezeichnen kann, als eine Anweisung in einer Drehmaschine eingeführt. Die Schälanweisung wird beispielsweise auf die im Folgenden beschriebene Weise angegeben.
- Z_: Bewegungsumfang eines Fräspunkts, der einen Schälvorgang durchführt
- F_: Vorschubgeschwindigkeit eines Fräspunkts, der einen Schälvorgang durchführt
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Die Schälanweisung kann durch Herstellen eines G-Codes durchgeführt werden, der für einen Schälvorgang zweckbestimmt ist. Alternativ dazu kann die Schälanweisung automatisch durchgeführt werden, wenn der Schnittvorschub G01 in einem Zustand angewiesen wird, in dem ein Schälwerkzeug ausgewählt ist.
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Wenn die Schälanweisung verwendet wird, kann die Schälanweisung weiterhin in einem Zustand vorgenommen werden, in dem das Werkzeug sich vorab zu einer Bearbeitungsstartposition bewegt hat. Zu diesem Zeitpunkt kann der Y-Achse ermöglicht werden, sich automatisch zu einer Schälstartposition (eine Position, an der ein Ende einer effektiven Messerschneide sich an einer Position Y = 0 befindet) zu bewegen.
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Wenn die Schälanweisung vorgenommen wird, so dass der Bewegungsumfang und die Vorschubgeschwindigkeit für den Fräspunkt angewiesen werden, berechnet eine numerische Steuerung der vorliegenden Erfindung einen Werkzeugweg und eine Werkzeugvorschubgeschwindigkeit auf der Basis der Anweisungsdaten und steuert das Antreiben des Werkzeugs auf der Basis des Berechnungsergebnisses.
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1 ist ein schematisches Diagramm des Werkzeugs, das für einen Schälvorgang verwendet wird.
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In der Schälanweisung der Drehmaschine ist ein Werkzeug 1 installiert, so dass ein gerades Messer 1a um einen vorherbestimmten Winkel θ in Bezug auf die Drehachsenrichtung (die Z-Achsenrichtung) eines Werkstücks geneigt ist. Ein Bereich eines Messerschneidenlängenspielraums M von dem Ende des geraden Messers 1 wird nicht für den Fräsvorgang verwendet. Das heißt, ein Abschnitt, der durch Ausschließen der Messerschneidenlängenspielräume M von beiden Enden des geraden Messers von der Messerschneidenlänge L erhalten wird, wird eine effektive Messerschneidenlänge Lv.
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2 stellt eine Beziehung zwischen einem Fräsweg und einem Werkzeugweg, wenn ein Bewegungsumfang Zc und eine Vorschubgeschwindigkeit Fc für den Fräspunkt von der Schälanweisung angewiesen werden, während des Schälvorgangs unter Verwendung des in 1 dargestellten Werkzeugs dar.
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Wie in 2 dargestellt, können die jeweiligen Werte durch die folgende Gleichung (1) unter der Voraussetzung erhalten werden, dass der Werkzeugbewegungsumfang in der Z-Achsenrichtung Za ist, der Werkzeugbewegungsumfang in der Y-Achsenrichtung Xa ist und die synthetische Werkzeugvorschubgeschwindigkeit in der Z-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung Fa ist, wenn das Werkzeug bewegt wird, so dass der Fräspunktbewegungsumfang Zc wird und die Fräspunktvorschubgeschwindigkeit Fc wird.
- • Werkzeugbewegungsumfang in Y-Achsenrichtung
- • Fräspunktbewegungsumfang in Z-Achsenrichtung in Verbindung mit der Bewegung des Werkzeugs in Y-Achsenrichtung
- • Werkzeugbewegungsumfang in Z-Achsenrichtung
- • Werkzeugvorschubgeschwindigkeit in Z-Achsenrichtung
- • Werkzeugvorschubgeschwindigkeit in Y-Achsenrichtung
- • Synthetische Werkzeugvorschubgeschwindigkeit
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Der Schälvorgang kann durch Steuern der Bewegung des Werkzeugs unter Verwendung des Werkzeugbewegungsumfangs Za in der Z-Achsenrichtung, des Werkzeugbewegungsumfangs Ya in der Y-Achsenrichtung und der synthetischen Vorschubgeschwindigkeit Fa, die wie oben beschrieben erhalten wurden, durchgeführt werden. Des Weiteren können Werkzeugdaten, wie ein Werkzeugwinkel θ und eine effektive Messerschneidenlänge Lv, Festwerte in dem Fall sein, in dem ein Werkzeug als ein Steuerziel bestimmt wird, können jedoch adäquat gemäß dem Werkzeug eingestellt sein, so dass die Werkzeugdaten von einer numerischen Steuerung vorab eingestellt werden können. Zu diesem Zeitpunkt kann die effektive Messerschneidenlänge Lv durch Ändern des Messerschneidenlängenspielraums M frei eingestellt werden.
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3 ist ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Des Weiteren zeigt der fett gedruckte Pfeil von 3 den Fluss von Daten an, wenn die in der vorliegenden Erfindung hinzugefügte Schälanweisung durchgeführt wird.
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Eine numerische Steuerung 100 der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Anweisungsprogrammanalyseeinheit 110, eine Interpolationseinheit 120, eine Servomotorsteuereinheit 130, eine Schälanweisungsdatenberechnungseinheit 140 und eine Werkzeugdatenspeichereinheit 150.
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Die Anweisungsprogrammanalyseeinheit 110 liest sequentiell einen Anweisungsblock eines Bearbeitungsprogramms aus, das in einem Speicher (nicht dargestellt) gespeichert ist, und analysiert den gelesenen Anweisungsblock. Wenn als ein Ergebnis der Analyse festgestellt wird, dass der gelesene Block eine allgemeine Anweisung ist, werden Anweisungsdaten auf der Basis des Analyseergebnisses erzeugt und an die Interpolationseinheit 120 ausgegeben. Wenn andererseits der gelesene Block ein Schälanweisungsblock ist, werden die Anweisungsdaten, die von dem Block angewiesen werden, an die Schälanweisungsdatenberechnungseinheit 140 ausgegeben.
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Die Interpolationseinheit 120 erzeugt Interpolationsdaten, die durch Anwenden einer Interpolationsberechnung an den Punkten auf dem Anweisungspfad in einem Interpolationszyklus zu erhalten sind, auf der Basis der Anweisungsdaten, die von der Anweisungsprogrammanalyseeinheit 110 oder der Schälanweisungsdatenberechnungseinheit 140 ausgegeben wurden, und gibt die erzeugten Interpolationsdaten an die Servomotorsteuereinheit 130 aus. Dann bewegt die Servomotorsteuereinheit 130 das Werkstück relativ in Bezug auf das Werkzeug durch Antreiben eines Servomotors 200 auf der Basis der Interpolationsdaten, die von der Interpolationseinheit 120 eingegeben wurden.
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Die Schälanweisungsdatenberechnungseinheit 140 berechnet den Werkzeugweg und die Vorschubgeschwindigkeit durch die oben beschriebene Gleichung (1) auf der Basis der Schälanweisungsdateneingabe von der Anweisungsprogrammanalyseeinheit 110, erzeugt Werkzeuganweisungsdaten auf der Basis des Berechnungsergebnisses und gibt die Werkzeuganweisungsdaten an die Interpolationseinheit 120 aus. Die numerische Steuerung 100 ist mit der Werkzeugdatenspeichereinheit 150 ausgestattet, die Werkzeugdaten, wie einen Werkzeugwinkel oder eine effektive Messerschneidenlänge, speichert, und die Schälanweisungsdatenberechnungseinheit 140 berechnet Schälanweisungsdaten durch Verwenden der Werkzeugdaten, die von der Werkzeugdatenspeichereinheit 150 erfasst werden.
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Darüber hinaus können die Werkzeugdaten, die in der Werkzeugdatenspeichereinheit 150 gespeichert sind, von einem Bediener durch eine Eingabeeinheit (nicht dargestellt), wie eine Steuertafel, eingestellt werden, wenn die maschinelle Bearbeitung gestartet wird, oder können durch die Anweisung des Bearbeitungsprogramms eingestellt werden. Des Weiteren können die Werkzeugdaten des Werkzeugs, das an dem Bearbeitungswerkzeug angebracht ist, automatisch erfasst und eingestellt werden.
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4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf eines Vorgangs darstellt, der in der numerischen Steuerung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. In 4 sind die Vorgänge in Schritt SA01 und Schritt SA04 dem Vorgang des Standes der Technik ähnlich und die Vorgänge in Schritt SA02 und Schritt SA03 sind Vorgänge, die in der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden. Die Verarbeitung wird im Folgenden gemäß jeweiliger Schritte erläutert.
- • [Schritt SA01] Die Anweisungsprogrammanalyseeinheit 110 liest einen Anweisungsblock eines Bearbeitungsprogramms aus einem Speicher (nicht dargestellt) aus.
- • [Schritt SA02] Die Anweisungsprogrammanalyseeinheit 110 analysiert den Anweisungsblock, der in Schritt SA01 ausgelesen wurde, und bestimmt, ob der Anweisungsblock ein Schälanweisungsblock ist oder nicht. Im Fall des Schälanweisungsblocks fährt der Vorgang zu Schritt SA03 fort. Andernfalls fährt der Vorgang zu Schritt SA04 fort.
- • [Schritt SA03] Die Schälanweisungsdatenberechnungseinheit 140 berechnet einen Werkzeugweg und eine Werkzeugvorschubgeschwindigkeit gemäß der Gleichung (1) auf der Basis der Dateneingabe von der Anweisungsprogrammanalyseeinheit 110 und der Daten, die von der Werkzeugdatenspeichereinheit 150 erfasst wurden.
- • [Schritt SA04] Die Interpolationseinheit 120 führt einen Interpolationsvorgang auf der Basis der Anweisungsdaten, die aus dem Anweisungsblock erzeugt wurden, durch und die Servomotorsteuereinheit steuert das Antreiben des Servomotors auf der Basis der Interpolationsdaten.
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Bisher wurde der Betrieb der numerischen Steuerung
100 auf der Basis der Schälanweisung beschrieben, der Schälvorgang wird jedoch oft durch das wiederholte Betreiben des Werkzeugs kontinuierlich durchgeführt. In der vorliegenden Erfindung kann daher eine Schälzyklusanweisung zusätzlich zu der Schälanweisung, die ein einziges Betreiben anweist, eingeführt werden. Eine derartige Schälzyklusanweisung wird beispielsweise wie im Folgenden erstellt.
- X_, Z_: Fräsendpunkt A' des Schälvorgangs
- F_: Vorschubgeschwindigkeit eines Fräspunkts, der einen Schälvorgang durchführt
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Wenn eine Anweisung angegeben wird, so dass ein Schälvorgang in einem Zyklus durchgeführt wird, wird das Werkzeug in der vorliegenden Erfindung vorab zu einem Frässtartpunkt A bewegt und der Fräsendpunkt A' (X_Z_) und die Schnittvorschubgeschwindigkeit F für den Fräspunkt werden durch Verwenden einer Zyklusanweisung des Schälvorgangs angewiesen.
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Die 5A und 5B sind Diagramme, die die Bewegung des Werkzeugs darstellen, wenn die Schälzyklusanweisung durchgeführt wird. 5A stellt die Bewegung des Werkzeugs dar, wenn das Werkstück aus der X-Achsenrichtung betrachtet wird, und 5B stellt die Bewegung des Werkzeugs dar, wenn dasselbe Werkstück aus der Y-Achsenrichtung betrachtet wird. In diesen Zeichnungen bezeichnet das Bezugssymbol A den Frässtartpunkt, das Bezugssymbol A' bezeichnet den Fräsendpunkt und <1> bis <4> geben die Arbeitsgänge des Werkzeugs an. Die Arbeitsgänge des Werkzeugs werden im Folgenden beschrieben.
- • Arbeitsgang <1>: Das Werkzeug bewegt sich durch einen Eilgang von dem Frässtartpunkt A zu dem X-Achsen-Anweisungskoordinatenwert. Gleichzeitig bewegt sich das Werkzeug durch einen Eilgang zu der Schälstartposition auf der Y-Achse.
- • Arbeitsgang <2>: Die Z-Achsen- und Y-Achsenbewegungen werden von dem Bewegungsumfang und der Vorschubgeschwindigkeit für den Fräspunkt auf eine Weise gesteuert, die zu dem Fall einer Schälanweisung, die einen einzigen Arbeitsgang anweist, ähnlich ist.
- • Arbeitsgang <3>: Das Werkzeug bewegt sich durch einen Eilgang zu der X-Achsenstartposition.
- • Arbeitsgang <4>: Das Werkzeug bewegt sich durch einen Eilgang zu der Z-Achsen- und der Y-Achsenstartposition.
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Durch Einführen einer derartigen Schälzyklusanweisung kann ein Bediener leicht ein Programm zum Anweisen eines Schälvorgangs in einem Zyklus erzeugen.
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Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann auf angemessene Weise zu verschiedenen Formen modifiziert werden. In der Beschreibung des Funktionsblockdiagramms von 3 ist beispielsweise die Schälanweisungsdatenberechnungseinheit 140 eine unabhängige Funktionseinheit, kann jedoch auch dazu konfiguriert werden, in die Anweisungsprogrammanalyseeinheit eingebunden zu sein.