DE112009005397B4

DE112009005397B4 - Numerische Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE112009005397B4
Application number: DE112009005397.1T
Authority: DE
Inventors: Tomonori Sato; Naoki Nakamura; Shunro Ono; Takeshi Tsuda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: WO2011064816A1; JP5013024B2; CN102656529A; JPWO2011064816A1; US20120271446A1; DE112009005397T5; US9280150B2; CN102656529B

Abstract

Numerische Steuervorrichtung (1) zur Steuerung einer Relativposition eines Werkzeugs (102) einer Mehrachsen-Werkzeugmaschine relativ zu einem Werkstück (110), wobei die Mehrachsen-Werkzeugmaschine eine Translationsantriebswelle umfasst, die eine Translationsbewegung des Werkzeugs (102) relativ zum Werkstück (110) durchführt, und eine Rotationsantriebswelle umfasst, die einen Tisch mit dem darauf platzierten Werkstück bewegt, wobei die Steuerung auf einem Anweisungspfad in Form eines Bewegungsbetrages für jede Antriebswelle und/oder einer Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit in Form einer Bewegungsgeschwindigkeit für die gesamte Antriebswellenkombination basiert, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: – einen Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil (10), der eine relative Vorschubgeschwindigkeit einer Spitze des Werkzeugs (102) relativ zu dem Werkstück (110) ausgibt; und – einen Interpolationsteil (20), der eine Interpolationsposition jeder Antriebswelle für jeden Steuerzyklus ermittelt, der längs dem Anweisungspfad bei der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird, und wobei, wenn ein Betrag an Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück 0 oder klein ist, der Vorschubgeschwindigkeit-Bestimmungsteil (10) ausgelegt ist, – eine höchste Vorschubgeschwindigkeit (11, FMX) längs dem Anweisungspfad zu erhalten, in welchem jede Antriebswelle die Höchstgeschwindigkeit nicht übersteigt, – eine Referenz-Vorschubgeschwindigkeit (12, FMB) längs dem Anweisungspfad zu erhalten, in welcher eine Translationsgeschwindigkeit des Werkzeugpitzepunkts relativ zum Werkstück eine vorgegebene Referenzgeschwindigkeit wird, – und von der erhaltenen höchsten Vorschubgeschwindigkeit (11, FMX) und der erhaltenen Referenz-Vorschubgeschwindigkeit (12, FMB) eine kleinere Vorschubgeschwindigkeit an den Interpolationsteil (20) auszugeben.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine numerische Steuervorrichtung einer Mehrachsen-Werkzeugmaschine, die in der Lage ist, eine relative Position und eine Stellung eines Werkzeugs relativ zu einem Werkstück zu steuern, das mit einem Rotationsantriebsschaft versehen ist, typischerweise eine Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine.
Stand der Technik
Im Allgemeinen wird in einer numerischen Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine durch Durchführen der relativen Bewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück, durch Betreiben irgendeiner oder beider einer Translationsantriebswelle (einer Gradlinien-Antriebswelle wie etwa der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse) und einer Rotationsantriebswelle (einer Werkzeug-Rotationsantriebswelle oder einer Tisch-Rotationsantriebswelle, wie etwa einer A-Achse, einer B-Achse und einer C-Achse), die in der Werkzeugmaschine enthalten sind, gemäß einem Verarbeitungsprogramm die Steuerung so durchgeführt, dass eine vorgegebene Bearbeitungsform prozessiert wird. Zu dieser Zeit beinhaltet das Bearbeitungsprogramm einen Fall der Direktanweisung der Bewegung jeder Antriebswelle und einen Fall der Anweisung der Relativbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück, um die Relativbewegung in eine Bewegung jeder Antriebswelle in der numerischen Steuervorrichtung umzuwandeln.
Bei der Steuerung einer Maschine, die eine Rotationsantriebswelle beinhaltet, die auch in der Lage ist, eine Stellung des Werkzeugs in Relation zum Werkstück zu ändern, wie bei der Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine, ergibt sich in einem Fall der Verwendung des letzteren oben erwähnten Verfahrens, das heißt dem Verfahren zum Anweisen der Relativbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück ein Bearbeitungsprogramm, um die Relativbewegung in eine Bewegung jeder Antriebswelle in der numerischen Steuerung umzuwandeln, das untenstehende Problem.
Zusätzlich bezieht sich hierin der Ausdruck, das Bearbeitungsprogramm der Relativbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück anzuweisen, auf einen Fall des Bewegens einer Werkzeugschneidspitze, welche die Bearbeitung tatsächlich durchführt, relativ zum Werkstück, und dem Bearbeitungsprogramm die Relativposition und Stellung des Werkzeugspitzenpunkts relativ zum Werkstück und eine Relativvortriebgeschwindigkeit der Werkzeugschneidspitze relativ zum Werkstück (allgemein als Werkzeugschneidspitze-Steuerung bezeichnet) anzuweisen.
Das heißt, dass beispielsweise in dem Fall der Durchführung der Bewegungsanweisung, die eine große Werkzeug-Stellungsänderung durchführt, wenn die Bewegung der Position der Werkzeugschneidspitze im Bearbeitungsprogramm klein ist, falls die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschneidspitze in Bezug auf das Werkstück konstant aufrecht erhalten wird, in kurzer Zeit eine große Werkzeug-Stellungsänderung erzeugt wird, wodurch die Geschwindigkeit der Rotationsantriebswelle rasch erhöht wird und zusätzlich auch die Geschwindigkeit der Translationsantriebswelle rasch erhöht wird. Ansonsten wird als ein anderes Beispiel, selbst falls die Werkzeugstellungsänderung, die dem Berarbeitungsprogramm anzuweisen ist, klein ist, in einem Fall, bei dem sich die Werkzeugstellung einem kritischen Punkt in der Fünf-Achsen-Bearbeitungsmachine annähert, eine große Werkzeugstellungsänderung erzeugt, und ähnlich werden die Geschwindigkeiten der Rotationsantriebswelle und der Translationsantriebswelle rasch erhöht. Auf diese Weise, wenn die Geschwindigkeit jeder Antriebswelle sich rasch ändert, gibt es ein Risiko etwa einer mechanischen Kollision und eines Kontakts mit einem Bediener und es gibt ein Problem dahingehend, dass mechanische Vibrationen und übermäßiger Energieverbrauch verursacht werden.
Der kritische Punkt bezieht sich allgemein auf einen Zustand, bei dem eine Funktion eines Freiheitsgrads einer spezifischen Richtung verloren geht und im Falle einer Werkzeugmaschine, die eine Drehwelle enthält, bezieht sich der kritische Punkt auf eine Position (einen Winkel), in dem die Werkzeugstellung relativ zum Werkstück nicht verändert wird, selbst wenn sich irgendeine Rotationsantriebswelle bewegt.
Aus diesem Grund gibt es eine Technik, welche die Vortriebsgeschwindigkeit so steuert, dass sie sich in einem inneren Bereich einer numerischen Steuervorrichtung automatisch absenkt, um nicht die maximale gestattete Geschwindigkeit zu übersteigen (allgemein als eine Schnellvorschubgeschwindigkeit oder eine Schneidklammergeschwindigkeit bezeichnet) (siehe Patentreferenz 1).
Darüber hinaus gibt es getrennt von der relativen Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschneidspitze relativ zum Werkstück eine Technik, welche die Werkzeugstellungsgeschwindigkeit anweist (siehe Patentreferenz 2).
Stand der Technik-Referenz
Patentreferenzen

[Patentreferenz 1] JP-A-2002-366208
[Patentreferenz 2] JP-A-2004-185364

Erfindungsoffenbarung
Technisches Problem
Jedoch werden im, in Patentreferenz 1 offenbarten Verfahren die jeweiligen Antriebswellen der Maschine bis zu einer Geschwindigkeit einer beachtlichen Hochgeschwindigkeit angetrieben, wie etwa der Rasch-Vorschubgeschwindigkeit oder der Schneidenklemmengeschwindigkeit, was unzureichend ist. Zu dieser Zeit, falls die Rasch-Vorschubgeschwindigkeit oder die Schneidenklemmengeschwindigkeit hinreichend abgesenkt wird, werden selbstverständlich die Geschwindigkeiten jeder Antriebswelle der Maschine auf eine hinreichend niedrige Geschwindigkeit gesenkt. Jedoch ist in diesem Fall, selbst bei der Bearbeitung (beispielsweise Bearbeitung nur für Drei-Wellen-Translation), die keine Werkzeugstellungsänderung involviert, die Geschwindigkeit beschränkt, fällt die Bearbeitungsgeschwindigkeit drastisch und ist insgesamt unzureichend.
Weiterhin kann in einem in Patentreferenz 2 offenbarten Verfahren die Geschwindigkeit der Rotationsantriebswelle zum Ändern der Werkzeugstellung begrenzt werden. Jedoch wird in einem Fall, bei dem eine Strecke von der Werkzeugschneide bis zu einem Drehzentrum einer werkzeugseitigen Rotationsantriebswelle lang und in einem Fall, bei dem eine Strecke von einem Drehzentrum einer werkstückseitigen Rotationsantriebswelle zum Werkstück lang ist, die Translationsgeschwindigkeit der Maschine durch ein Produkt aus Distanz und Geschwindigkeit der Rotationsantriebswelle bestimmt. Somit gibt es Fälle, wo die Translationsgeschwindigkeiten jeder Antriebswelle der Maschine beachtlich hoch sind und andererseits Fälle, wo die Geschwindigkeiten unnötigerweise zu einer niedrigen Geschwindigkeit werden.
Auch ist das in Patentreferenz 2 offenbarte Verfahren von dem praktischen Standpunkt aus problematisch, dass ein Programmierer die Geschwindigkeit der Rotationsantriebswelle dem. Bearbeitungsprogramm separat instruieren muss.
Weiterhin, in einem Fall, wenn die Bewegung jeder Antriebswelle direkt dem Bearbeitungsprogramm instruiert wird, ohne die Relativbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück dem Bearbeitungsprogramm anzuweisen, wird in einigen Fällen der Betrag an Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück Null oder wird klein. In diesem Fall gibt es auch das Problem, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs relativ zum Werkstück 0 oder niedrigere Geschwindigkeit wird und die Bearbeitungszeit unnötig lang wird.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und eine Aufgabe derselben ist es, eine numerische Steuervorrichtung bereitzustellen, welche in der Lage ist, ein Risiko wie etwa eine mechanische Kollision und einen Kontakt mit dem Bediener durch Unterdrücken der raschen Änderung der Translationsgeschwindigkeit wie auch der Geschwindigkeit der Rotationsantriebswelle, mit der eine große Werkzeugstellungsänderung einhergeht, zu unterdrücken, und in der Lage ist, das Auftreten mechanischer Vibrationen und übermäßigen Energieverbrauch zu verhindern.
Weiterhin ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer numerischen Steuervorrichtung, die in der Lage ist, die Bearbeitungszeit durch Steuern des Betrags an Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück, hoch zu sein, in einem Fall, wo sie niedrig ist, zu verkürzen.
Mittel zum Lösen des Problems
Die vorliegende Erfindung löst das oben beschriebene Problem und um die Aufgabe zu lösen, wird eine numerische Steuervorrichtung bereitgestellt, die eine Relativposition und eine Stellung eines Werkzeugs relativ zu einem Werkstück einer Mehrachsen-Werkzeugmaschine steuert, welche eine Translationsantriebswelle, die eine Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück durchführt, eine werkstückseitige Rotationsantriebswelle, die einen Tisch mit dem darauf platzierten Werkstück rotiert und bewegt, und eine werkzeugseitige Rotationsantriebswelle, welche das Werkzeug rotiert und bewegt, basierend auf einem relativen Anweisungspfad und einer Vorschubgeschwindigkeit einer Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück, beinhaltet, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: einen Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil, der eine relative Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück ausgibt; einen Interpolationsteil, der eine Position der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück und eine Interpolationsposition der Werkzeugstellung für jeden Steuerzyklus ermittelt, der sich längs des Anweisungspfads mit einer Vorschubgeschwindigkeit bewegt; und einen Koordinaten-Umwandlungsteil, der eine Koordinatenumwandlung aus der Interpolationsposition zur Position der Antriebswelle unter Verwendung eines relationalen Ausdrucks der Position der Antriebswelle relativ zur Interpolationsposition durchführt, wobei der Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil eine höchste Vorschubgeschwindigkeit längs des Anweisungspfads, in dem jede Antriebswelle die Höchstgeschwindigkeit nicht übersteigt, erhält, eine Referenz-Vorschubgeschwindigkeit so erhält, dass die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze, bei Sicht vom mechanischen Koordinatensystem, auf eine Beobachtungszielgeschwindigkeit eingestellt wird und die Beobachtungszielgeschwindigkeit eine vorgegebene Referenzgeschwindigkeit ist, und die kleinste Vorschubgeschwindigkeit aus einer Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit, die durch ein Bearbeitungsprogramm oder dergleichen anzuweisen ist, und der erhaltenen höchsten Vorschubgeschwindigkeit, und der erhaltenen Referenz-Vorschubgeschwindigkeit an den Interpolationsteil ausgibt.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine numerische Steuervorrichtung bereit, die eine Relativposition einer Stellung des Werkzeugs relativ zu einem Werkstück einer Mehrachsen-Werkzeugmaschine steuert, die eine Translationsantriebswelle einer oder mehrerer Achsen, die eine relative Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück durchführt, und eine Rotationsantriebswelle einer oder mehrerer Achsen, die eine werkzeugseitige Rotationsantriebswelle beinhaltet, welche das Werkzeug rotiert und bewegt, basierend auf einem relativen Anweisungspfad und einer Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit einer Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück, beinhaltet, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: einen Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil, der eine relative Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück ausgibt; einen Interpolationsteil, der eine Position des Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück und eine Interpolationsposition der Werkzeugstellung für jeden Steuerzyklus erhält, der sich längs des Anweisungspfads bei Vorschubgeschwindigkeit bewegt; und einen Koordinaten-Umwandlungsteil, der eine Koordinatenumwandlung aus der Interpolationsposition zur Position der Antriebswelle durchführt, unter Verwendung eines relationalen Ausdrucks der Position der Antriebswelle relativ zur Interpolationsposition, wobei der Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil eine höchste Vorschubgeschwindigkeit längs des Anweisungspfads ermittelt, in welchem jede Antriebswelle die höchste Geschwindigkeit nicht übersteigt, einen Referenzpunkt auf einem beweglichen Teil definiert, das durch die werkzeugseitige Rotationsantriebswelle anzutreiben ist, eine Referenz-Vorschubgeschwindigkeit so erhält, dass die Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunkts bei Sicht vom mechanischen Koordinatensystem auf eine Beobachtungszielgeschwindigkeit eingestellt wird und die Beobachtungszielgeschwindigkeit eine vorbestimmte Referenzgeschwindigkeit ist, und von einer Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit, die durch ein Bearbeitungsprogramm oder dergleichen anzuweisen ist, der erhaltenen höchsten Vorschubgeschwindigkeit und der erhaltenen Referenz-Vorschubgeschwindigkeit die kleinste Vorschubgeschwindigkeit an den Interpolationsteil ausgibt.
Weiter wird in der vorliegenden Erfindung der Referenzpunkt auf einen Teil einer Rotationszentrumsachse des Werkzeugs oder einem Teil einer gegenüberliegenden Seite des Werkzeugs ab der Rotationszentrumsachse des Werkzeugs eingestellt.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine numerische Steuervorrichtung bereit, die eine relative Translationsposition und eine Stellung eines Werkzeugs relativ zu einem Werkstück einer Mehrachsen-Werkzeugmaschine steuert, die eine Translationsantriebswelle einer oder mehrerer Achsen, die eine relative Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück durchführt, und eine Rotationsantriebswelle einer oder mehrerer Achsen einschließlich einer werkseitigen Rotationsantriebswelle, die einen Tisch mit dem darauf platzierten Werkstück rotiert und bewegt, basierend auf einem relativen Anweisungspfad und einer Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit einer Werkzeugschneidenspitze zum Werkstück, beinhaltet, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: einen Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil, der eine relative Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück ausgibt; einen Interpolationsteil, der eine Position der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück und eine Interpolationsposition der Werkzeugstellung für jeden Steuerzyklus erhält, der längs dem Anweisungspfad mit der Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird; und einen Koordinaten-Umwandlungsteil, der ein Koordinatenumwandeln aus der Interpolationsposition zur Position der Antriebswelle durchführt, unter Verwendung eines rationalen Ausdrucks der Position der Antriebswelle relativ zur Interpolationsposition, wodurch der Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil eine höchste Vorschubgeschwindigkeit längs des Anweisungspfads erhält, in der jede Antriebswelle die Höchstgeschwindigkeit nicht übersteigt, einen Referenzpunkt auf einen beweglichen Teil einem Spanner oder dem durch die werksseitige Rotationsantriebswelle anzutreibenden Werkstück definiert, eine Referenz-Vorschubgeschwindigkeit so erhält, dass die Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunkts bei Betrachtung aus dem mechanischen Koordinatensystem auf eine Beobachtungszielgeschwindigkeit eingestellt wird und die Beobachtungszielgeschwindigkeit eine vorgegebene Referenzgeschwindigkeit ist und von einer Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit, die durch ein Bearbeitungsprogramm oder dergleichen anzuweisen ist, der erhaltenen höchsten Vorschubgeschwindigkeit und der erhaltenen Referenz-Vorschubgeschwindigkeit die kleinste Vorschubgeschwindigkeit an den Interpolationsteil ausgibt.
Weiterhin wird in der vorliegenden Erfindung die Referenzgeschwindigkeit durch Multiplizieren der Beobachtungszielgeschwindigkeit in einer vorhergehenden Bewegung oder einer nachfolgenden Bewegung oder der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit mit einer Konstante von 1 oder mehr oder durch Addieren einer positiven Konstante dazu erhalten.
Weiter stellt die vorliegende Erfindung eine numerische Steuervorrichtung bereit, die eine Relativposition und eine Werkzeugstellung eines Werkzeugs relativ zu einem Werkstück einer Mehrachsen-Werkzeugmaschine steuert, die eine Translationsantriebswelle, die eine Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück durchführt, und eine Rotationsantriebswelle, die einen Tisch mit dem darauf platzierten Werkstück rotiert und bewegt, basierend auf einem Anweisungspfad jeder Antriebswelle und einer Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit der gesamten Antriebswellenkombination, beinhaltet, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: einen Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil, der eine Vorschubgeschwindigkeit ausgibt; und einen Interpolationsteil, der eine Interpolationsposition jeder Antriebswelle für jeden Steuerzyklus ermittelt, der längs dem Anweisungspfad bei der Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird, wobei, wenn ein Betrag an Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück 0 oder klein ist, der Vorschubgeschwindigkeit-Bestimmungsteil eine höchste Vorschubgeschwindigkeit längs dem Anweisungspfad erhält, in welchem jede Antriebswelle die Höchstgeschwindigkeit nicht übersteigt, ohne eine Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit, die durch ein Bearbeitungsprogramm oder dergleichen anzuweisen ist, an den Interpolationsteil auszugeben, eine Referenz-Vorschubgeschwindigkeit der gesamten Antriebswellenkombination so erhält, dass die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück auf eine Beobachtungszielgeschwindigkeit eingestellt wird und die Beobachtungszielgeschwindigkeit eine vorgegebene Referenzgeschwindigkeit ist, und von der erhaltenen höchsten Vorschubgeschwindigkeit und der erhaltenen Referenz-Vorschubgeschwindigkeit eine kleinere Vorschubgeschwindigkeit an den Interpolationsteil ausgibt.
Weiter führt in der vorliegenden Erfindung der Interpolationsteil die Interpolation so durch, dass der Anweisungspfad in einer Bewegungszeit 0 oder einem minimalen Steuerzyklus bewegt wird, wenn die Werkzeugstellung relativ zum Werkstück eine besondere Stellung im, dem Bearbeitungsprogramm angewiesenen Anweisungspfad ist und es keine Translationsbewegung der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück gibt.
Vorteilhafte Wirkungen
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einer Werkzeugmaschine (typischerweise einer Mischtyp-Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine) die eine Translationsantriebswelle und eine Rotationsantriebswelle auf einer Werkstückseite und einer Werkzeugseite beinhaltet, durch Begrenzen der Translationsgeschwindigkeit einer Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus einem mechanischen Koordinatensystem, gleich oder kleiner einer vorgegebenen Referenzgeschwindigkeit zu sein, ein Risiko wie etwa eine mechanische Kollision und der Kontakt mit einem Bediener reduziert werden und es ist möglich, die Erzeugung mechanischer Vibration und übermäßigen Energieverbrauch zu verhindern, und die Bearbeitung der Effizienz sinkt nicht.
Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Werkzeugmaschine (typischerweise eine Mischtyp- oder Werkzeugkipptyp-Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine), welche die Translationsantriebswelle und die werkzeugseitige Rotationsantriebswelle enthält, durch Beschränken der Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunkts auf einem beweglichen Teil, der durch die werkzeugseitige Rotationsantriebswelle anzutreiben ist, bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem, gleich oder kleiner einer vorgegebenen Referenzgeschwindigkeit zu sein, ein Risiko wie etwa eine mechanische Kollision und ein Kontakt mit einem Bediener reduziert werden, ist es möglich, zu verhindern, dass die mechanische Vibration und der übermäßige Energieverbrauch erzeugt werden, und nimmt die Bearbeitungseffizienz nicht ab.
Weiterhin ist es gemäß der vorliegenden Erfindung in der Erfindung möglich, durch Einstellen des Referenzpunktes in der Rotationszentrumsachse des Werkzeugs oder ein einem Teil einer gegenüberliegenden Seite zum Werkzeug von der Rotationszentrumsachse des Werkzeugs aus möglich, das Risiko einer mechanischen Kollision und des Kontakts mit dem Bediener weiter zu reduzieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in der Werkzeugmaschine (typischerweise eine Mischtyp- oder Tischkipptyp-Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine), die die Translationsantriebswelle und die werkstückseitige Rotationsantriebswelle enthält, durch Begrenzen der Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunkts auf einem beweglichen Teil, um durch die werkstückseitige Rotationsantriebswelle, eine Spannvorrichtung oder das vom mechanischen Koordinatensystem betrachtete Werkstück anzutreiben ist, um gleich oder kleiner einer vorgegebenen Referenzgeschwindigkeit zu sein, das Risiko mechanischer Kollision und der Kontakt mit dem Bediener reduziert werden, ist es möglich, zu verhindern, dass mechanische Vibration und übermäßiger Energieverbrauch erzeugt werden, und sinkt die Verarbeitungseffizienz nicht.
Weiterhin ist es gemäß der vorliegenden Erfindung in den jeweiligen Erfindungen durch automatisches Erhalten der Referenzgeschwindigkeit aus der Beobachtungszielgeschwindigkeit oder einer Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit in einer vorhergehenden oder nachfolgenden Bewegung möglich, den Aufwand von Programmiererstunden eines Bearbeitungsprogrammerzeugers zu vermeiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es in der Werkzeugmaschine (typischerweise einer Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine), die eine Translationsantriebswelle und eine Rotationsantriebswelle beinhaltet, in einem Fall, bei dem der Betrag an Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück 0 oder klein ist, möglich, die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück auf einer vorgegebenen Geschwindigkeit zu halten, um zu vermeiden, dass die Vorschubgeschwindigkeit unnötig absinkt, und übermäßige Vorschubgeschwindigkeit kann verhindert werden.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Erfindung in einem Fall, wenn die Werkzeugstellung relativ zum Werkstück eine bestimmte Stellung ist und es keine translationale Bewegung der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück gibt, ein Instruktionspfad derselben in einer Bewertungszeit 0 oder einem minimalen Steuerzeitraum bewegt, wodurch es möglich ist, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine mechanische Konfiguration einer Werkzeugmaschine in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Verarbeitung in der numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Verarbeitung zeigt, die eine Vorschubgeschwindigkeit in der numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhält.
5 ist ein Diagramm, das eine Bewegung einer Maschine in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das eine Bewegung einer Maschine in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Verarbeitung in der numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Verarbeitung zeigt, die eine Vorschubgeschwindigkeit in der numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhält.
Bester Modus zum Ausführen der Erfindung
Ausführungsform 1
Nachfolgend wird Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der 1 bis 5 beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 ist Bezugszeichen 1 eine numerische Steuervorrichtung, ist Bezugszeichen 2 ein Bearbeitungsprogramm, ist Bezugszeichen 3 ein Anweisungspfad, ist Bezugszeichen 4 eine Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit, ist Bezugszeichen 10 ein Vorschubgeschwindigkeits-Detektionsteil, ist Bezugszeichen 11 eine Maximalgeschwindigkeit jeder Antriebswelle, ist Bezugszeichen 12 eine Referenzgeschwindigkeit, ist Bezugszeichen 13 eine Vorschubgeschwindigkeit, ist Bezugszeichen 20 ein Interpolationsteil, ist Bezugszeichen 21 eine Interpolationsposition, ist Bezugszeichen 22 ein Koordinaten-Umwandlungsteil und ist Bezugszeichen 23 eine Antriebswellenposition.
Eine Anordnung (Anweisung), die den festen Anweisungspfad 3 und die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit 4 durch eine CAM oder manuelles Editieren zeigt, wird dem Bearbeitungsprogramm 2 anhand eines vorbestimmten Programmformates angewiesen. Hier ist der Anweisungspfad 3 ein relativer Anweisungspfad der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück und ist die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit 4 eine relative Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück. Der Anweisungspfad 3 beinhaltet die Translationsposition und die Werkzeugstellung.
Weiterhin beziehen sich hierin die jeweiligen Antriebswellen auf die in der Werkzeugmaschine beinhaltete Translationsantriebswelle und Rotationsantriebswelle und beziehen sich auf beispielsweise insgesamt fünf Achsen der Translationsantriebswelle, drei Gerad-Linienachsen (eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse) und zwei Rotationsachsen (zwei einer A-Achse, einer B-Achse und einer C-Achse) in der Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine. Die Höchstgeschwindigkeit 11 jeder Antriebswelle ist anhand der Übertragungscharakteristik eines Aktuators und eines Kugelgewindes, welche die jeweiligen Antriebswellen antreiben, einer Masse (oder Trägheit) der anzutreibenden Maschine oder dergleichen voreingestellt, und bezieht sich auf die gestattete Maximalgeschwindigkeit der jeweiligen Antriebswellen. Weiterhin wird die Referenzgeschwindigkeit durch einen Parameter oder dergleichen vom Standpunkt der Verhinderung der mechanischen Kollision oder dergleichen aus vorab durch einen Bediener von einem Bedienpaneel und einem Bildschirm aus eingegeben oder wird automatisch aus der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit und der vorhergehenden und nachfolgenden Bewegung wie später beschrieben berechnet.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine mechanische Konfiguration der Werkzeugmaschine in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 2 ist Bezugszeichen 100 ein mechanisches Koordinatensystem und ist ein Koordinatensystem, das aus drei orthogonalen Achsen von XM, YM und ZM aufgebaut ist und mechanisch fixiert ist. Bezugszeichen 101 ist eine werkzeugseitige Rotationsantriebswelle (im vorliegenden Beispiel die um die Y-Achse rotierende B-Achse), Bezugszeichen 102 ist ein Werkzeug, ein Bezugszeichen 103 ist eine Werkzeugschneidenspitze (ein Werkzeugschneidenzentrumspunkt) und Bezugszeichen 104 ist ein Werkzeugwellenrichtungsvektor (ein Werkzeugstellungs-Vektor). Der Werkzeugwellenrichtungsvektor ist ein Einheitsvektor, der von der Werkzeugschneidenspitze zu einer Basisseite des Werkzeugs weist (eine Hauptwellen-Endoberflächenrichtung). Das Werkzeug 102 führt die Verarbeitung aus, indem es durch eine Hauptwelle um den Werkzeugwellenrichtungsvektor rotiert wird (nicht gezeigt). Bezugszeichen 110 ist ein Werkstück (ein Werk), ein Bezugszeichen 111 ist ein Werkstück-Koordinatensystem, Bezugszeichen 112 ist ein Tisch (im vorliegenden Bewegungspfad ein kreisförmiger Tisch) zum Bewegen des Werkstücks und Bezugszeichen 113 ist eine werkseitige Rotationsantriebswelle (im vorliegenden Beispiel die um die Z-Achse rotierende C-Achse) zum Rotieren des Tisches. Das Werk-Koordinatensystembesteht aus den 3 orthogonalen Achsen XW, YW und ZW, ist in einer vorgegebenen Richtung basierend auf der Referenzposition des Werkstückes (im vorliegenden Beispiel ein Winkel der Werkstückoberfläche) gebildet und auf dem Werkstück fixiert. Wenn der Tisch 112 gedreht wird, wird das Werkstück 110 gedreht, aber zu dieser Zeit wird das Werkstück-Koordinatensystem 111 in Verbindung mit dem Tisch bewegt. Das heißt, das hierin erwähnte Werk-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das auf das Werkstück fixiert ist, das in Verbindung mit dem Tisch bewegt wird. Derweil wird das mechanische Koordinatensystem nicht in Verbindung mit dem Tisch bewegt. Die Wellenkonfiguration der Maschine ist eine sogenannte Mischtyp-Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine, welche die Rotationsantriebswelle auf der Werkstückseite (der Tischseite) und der Werkzeugseite (der Hauptwellenseite) jeweils nacheinander zusätzlich zu den drei Translationsachsen beinhaltet.
Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Bearbeitung in der numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In Schritt S1 wird die dem Bearbeitungsprogramm 2 gegebene Anweisung analysiert und der Anweisungspfad 3 und die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit 4 werden eingelesen. Hier ist der Anweisungspfad 3 ein relativer Anweisungspfad der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück und ist die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit 4 eine relative Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück. Das heißt, der Anweisungspfad und die Anweisungsgeschwindigkeit sind jene der Werkzeugschneidenspitze 103, bei Sicht aus dem mit dem Tisch 112 in 2 verbundenen Werkstück-Koordinatensystem 11.
Als Nächstes wird im Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil 10 von 1 die Vorschubgeschwindigkeit 13 aus dem Anweisungspfad 3 und der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit 4, die dem Bearbeitungsprogramm gegeben sind, der Höchstgeschwindigkeit 11 jeder Antriebswelle und der Referenzgeschwindigkeit 12 erhalten. Ein Betrieb des Schrittes S2 ist ein Zentralteil der vorliegenden Erfindung und seine Details werden untenstehend unter Verwendung von 4 beschrieben.
In Schritt S3 werden im Interpolationsteil 20 von 1 eine Position (eine Translationsposition) der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück für jeden Steuerzyklus (Interpolationszyklus), bewegt mit der Vorschubgeschwindigkeit 13 längs dem Anweisungspfad 3, und die Interpolationsposition 21 der Werkzeugstellung ermittelt. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit als F, der Steuerzyklus als dT, der Anweisungspfad als eine Funktion C(s) und s als ein Parameter einer Kurve ausgedrückt wird, wird, falls ein der aktuellen Interpolationsposition entsprechender Parameter auf s1 eingestellt wird, der Parameter 2 in analytischer oder numerischer Weise ermittelt, so dass eine Strecke längs der Kurve von der aktuellen Interpolationsposition C(s1) zur nächsten Interpolationsposition C(s) mit einer Interpolationsstrecke (d. h. einem Produkt der Vorschubgeschwindigkeit F und des Steuerzyklus dT) für jeden Steuerzyklus koinzidiert, und die Position C(s) auf der dem Parameter s entsprechenden Kurve wird auf die nächste Interpolationsposition eingestellt. Zusätzlich ist bei der Werkzeugschneidenspitzensteuerung die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit eine synthetische Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück und wird die Werkzeugstellungsänderung synchron zur Werkzeugschneidenspitze interpoliert. In der den Anweisungspfad anzeigenden Funktion C(s), wenn eine Translationsbewegungskomponente Ct(s) ist und eine Werkzeugstellungsänderungs- (Rotationsbewegung) Komponente Cr(s) ist, wird der Parameter s in analytischer Weise oder numerischer Weise erhalten, so dass eine Distanz längs einer Kurve von der aktuellen Interpolationsposition Ct(s1) zur nächsten Interpolationsposition Ct(s) in Bezug auf die Translationsbewegung mit der Interpolationsstrecke (d. h. dem Produkt der Vorschubgeschwindigkeit F und des Steuerzyklus dT) für jeden Steuerzyklus koinzidiert, die Position Ct(s) auf der Kurve bezüglich der dem Parameter s entsprechenden Translationsbewegung auf die Interpolationsposition der nächsten Translationsbewegung eingestellt, und wird die Position Cr(s) auf der die Werkzeugstellungsänderung entsprechend dem Parameter s anzeigenden Kurve auf die Interpolationsposition der Werkzeugstellung eingestellt.
Im Schritt S4 wird die im Koordinaten-Umwandlungsteil 22 von 1 die Koordinatenumwandlung von der Interpolationsposition 21 zur Antriebswellenposition 23 unter Verwendung des relationalen Ausdrucks der Antriebswellenposition 23 relativ zur Interpolationsposition 21 durchgeführt. Es ist allgemein bekannt, dass die Beziehung der Koordinaten-Umwandlung mathematisch aus inverser Kinematik ausgedrückt werden kann, basierend auf einer Richtung der Rotationsantriebswelle jeder Antriebswelle, einer Ringstrecke zwischen jeder Antriebswelle oder dergleichen. Hier ist für den Zweck der Beschreibung unten, wenn eine Position jeder Translationsantriebswelle Pm (ein Vektor der drei Elemente Xm, Ym und Zr im Beispiel von 2) ist, jede Rotationsantriebswelle θ (θ ist ein Vektor von zwei Elementen, einschließlich B und C im Beispiel von 2), ist eine Werkzeugschneidenposition bei Sicht vom Werkstück-Koordinatensystem Pw (Pw ist ein Vektor von drei Elementen einschließlich Xw, Yw und Zw) und ist ein Werkzeugstellungsvektor bei Sicht vom Werkstück-Koordinatensystem Qw (ein Einheitsvektor von drei Elementen), die Beziehung wie unten hergestellt. P2 = ϕ(Pm, θ) (Formel 1) Qw = Ψ(θ) (Formel 2) Pm = ϕ^–1(Pw, θ) (Formel 3) θ = Ψ^–1(Qw) (Formel 4)
In Schritt S5 wird die Antriebswellenposition 23 an ein Servosystem (einen Verstärker) gesendet, als eine Positionsanweisung jeder Antriebswelle und die Werkzeugmaschine wird durch Antreiben der Position jeder Antriebswelle der Werkzeugmaschine betrieben.
Tatsächlich wird im Prozess einer Reihe von Abläufen die Beschleunigungsverarbeitung zum Glätten der synthetischen Geschwindigkeitsbeschleunigung vor der Interpolation für jede Welle durchgeführt (eine Beschleunigung nach der Interpolation). Da jedoch eine Beschreibung bezüglich dem, welcher Teil und in Bezug auf welche Datenbeschleunigungsverarbeitung durchgeführt wird, nicht in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung steht, wird die Beschreibung derselben weggelassen.
Als Nächstes wird ein detaillierter Betrieb der Verarbeitung (die Verarbeitung des Erhaltens der Vorschubgeschwindigkeit) von Schritt S2 in 3 unter Verwendung eines Flussdiagramms von 4 beschrieben.
In Schritt S21 wird die höchste Vorschubgeschwindigkeit FMX längs dem Anweisungspfad ermittelt, in welchem keine Antriebswelle die Höchstgeschwindigkeit übersteigt. Die Vorschubgeschwindigkeit wird unter Verwendung der Position bei Sicht aus dem Werkstückkoordinatensystem und dem relationalen Ausdruck der Koordinatenumwandlung zwischen der Werkzeugstellung und der Position jeder Antriebswelle so ermittelt, dass die Geschwindigkeit keiner Antriebswelle die Höchstgeschwindigkeit 11 jeder Antriebswelle übersteigt. Die Position der aktuellen Translationsantriebswelle, die Position jeder Rotationsantriebswelle, die Werkzeugschneidenposition bei Sicht aus dem Werkstückkoordinatensystem und der Werkzeugstellungsvektor bei Sicht aus dem Werkstückkoordinatensystem werden auf Pm, θ, Pw bzw. Qw eingestellt. Die Positionen Pw' und WW' auf dem Werkstückkoordinatensystem, das aus der aktuellen Position längs dem Anweisungspfad bei einer Einheitsgeschwindigkeit bewegt wird, werden in derselben Weise wie die Interpolationsbearbeitung von Schritt S3 von 3 erhalten. Die Position Pm' der Translationsantriebswelle nach Bewegung und die Position θ' jeder Rotationsantriebswelle werden unter Verwendung des relationalen Ausdruckes der Koordinatenumwandlung (ϕ^–1, Ψ^–1) ermittelt. die Höchstgeschwindigkeit jeder Antriebswelle wird durch einen Absolutwert (eine Distanz) einer Differenz zwischen der Position jeder Antriebswelle nach Bewegung der aktuellen Position jeder Antriebswelle geteilt, die Berechnung wird für jede Welle durchgeführt und ihr Minimalwert wird auf F eingestellt. Die höchste Vorschubgeschwindigkeit FMX längs dem Anweisungspfad wird ermittelt, in welchem F die Höchstgeschwindigkeit in allen Antriebswellen nicht übersteigt.
In Schritt S22 wird eine Referenz-Vorschubgeschwindigkeit FMB längs dem Anweisungspfad ermittelt, in welchem die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK die Referenzgeschwindigkeit BAS ist. Der Referenzpunkt pc wird auf die Translationsposition der Werkzeugschneidenspitze 103 bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem 100 eingestellt und die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK wird auf die Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunkts pc eingestellt. Wenn L auf eine Strecke parallel zum Werkzeugachsenrichtungsvektor von der Werkzeugschneidenspitze zum Rotationsantriebswellenzentrum eingestellt wird, wird die untenstehende Beziehung hergestellt. pc = Γ(Pm, θ) = (Xm – LsinB, Konst., Zm – LcosB) (Formel 5)
Ein Symbol Konst. zeigt eine Konstante an. Ein Symbol Γ ist eine Funktion, welche die Translationsposition des Referenzpunkts bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem relativ zur Position jeder Antriebswelle anzeigt. In diesem Fall sind die X-Achse, die Z-Achse und die B-Achse, die das Werkzeug bewegen, verwandt, aber sind die Y-Achse und die C-Achse der Werkstückseite nicht verwandt. Wenn die Werkzeugschneidenspitze längs dem Anweisungspfad bei der Vorschubgeschwindigkeit F bewegt wird, werden die Positionen Pw' und Qw' im Werkstückkoordinatensystem eines Falls, bei dem sie aus der aktuellen Position längs dem Anweisungspfad bei einer Einheitsgeschwindigkeit bewegt werden, in derselben Weise wie bei der Interpolationsverarbeitung von Schritt S3 von 3 erhalten.
Als Nächstes werden eine Position Pm' der Translationsantriebswelle nach Bewegung und eine Position θ' jeder Rotationsantriebswelle unter Verwendung des relationalen Ausdrucks (ϕ^–1, Ψ^–1) der Koordinatenumwandlung ermittelt. Eine Position pc' nach Bewegung des Referenzpunkts wird unter Verwendung von Pm', θ' und der Funktion Γ ermittelt. Ein Wert, der die Referenzgeschwindigkeit BAS durch die Teilung eines Absolutwerts (einer Distanz) einer Differenz zwischen der Position pc' des Referenzpunkts nach Bewegung der Position pc des aktuellen Referenzpunkts durch den Steuerzyklus teilt, ist die Referenzvorschubgeschwindigkeit FMB (FMB = BAS/(|pc' – pc|/dT)). Die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK ist dieselbe wie die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit FCMD in der Bedeutung der Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze. Jedoch ist die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit FCMD die Translationsgeschwindigkeit bei Sicht aus dem Werkstückkoordinatensystem 111 und derweil ist die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK die Geschwindigkeit bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem 100, und beide Werte unterscheiden sich voneinander im Anweisungspfad, in welchem auch die tischseitige Rotationsantriebswelle bewegt wird.
In Schritt S23 wird die Minimalgeschwindigkeit der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit FCMD, die höchste Vorschubgeschwindigkeit FMX und die Referenz-Vorschubgeschwindigkeit FMB auf F eingestellt und wird schließlich auf die Vorschubgeschwindigkeit 13 eingestellt, die an den Interpolationsteil 20 ausgegeben wird.
Zusätzlich kann in Schritt S21 und Schritt S22 die Position der Koordinatenumwandlung unter Verwendung der Funktionen φ, Ψ oder Γ unterworfen werden, um die Geschwindigkeit aus der Differenz der Position zu ermitteln, oder die in jeder Antriebswelle oder dem Referenzpunkt erzeugte Geschwindigkeit kann direkt unter Verwendung einer Jacoby-Funktion der Funktionen von φ, Ψ und Γ ermittelt werden.
Als Nächstes zeigt 5 ein Bewegungsbeispiel der Maschine des Falls der Verwendung der vorliegenden Erfindung.
5(1) ist ein Verarbeitungsprogramm, der Werkzeugschneidenspitze-Steuermodus ist in einem N2-Block wirksam. In einem N3-Block werden die X-, Y- und Z-Achsen um 0° (ein Werkstückausgangspunkt) bewegt, wird die B-Achse um 5° bewegt und wird und die C-Achse um 0° bewegt. In einem N4-Block wird die Werkzeugschneidenspitze nahezu bewegt (exakt, um einen winzigen Betrag wie etwa 0,5 in der Y-Achsen-Richtung bewegt), und wird die Programmierung so eingestellt, dass hauptsächlich der Winkel der B-Achse um 0° bewegt wird und der Winkel der C-Achse um 10° bewegt wird.
5(2) zeigt eine Bewegung des Werkzeugs bei Sicht aus dem Werkstückkoordinatensystem im N4-Block. Die Werkzeugstellung wird in dem Zustand verändert, bei dem die Position der Werkzeugschneidenspitze in im Wesentlichen derselben Position wie diejenige des N3-Blocks gehalten wird. Ein Symbol L ist eine Strecke parallel zu einem Werkzeugachsenrichtungsvektor von der Werkzeugschneidenspitze zum werkzeugseitigen Rotationsantriebswellenzentrum.
5(3) zeigt die Bewegung des Werkzeugs und des Werkstücks bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem (der XY-Ebene) im N4-Block. Ein Symbol R ist eine Distanz zwischen Werkstückausgangspunkt und dem Tisch-Rotationsantriebswellenzentrum. Wenn die C-Achse um 10° rotiert wird, wird das Werkstück um 10° rotiert und wird das Werkstück einer Stellungsänderung vom um 5° gekippten Zustand zum Zustand von 0° unterzogen. Wenn das Werkstück rotiert wird, wird die Werkzeugschneidenspitzenposition längs einer kreisförmigen Winkelform eines Radius R so bewegt, dass im Wesentlichen die Original-Spitzenposition des Werkstückkoordinatensystems am Werkstück fixiert gehalten wird. Wenn die C-Achse rotiert wird, wird die Werkzeugschneidenspitze hauptsächlich in Xm-Achsenrichtung um etwa R·10·π/180 bewegt (C ist klein und ähnlich zu sin C ≈ C).
5(4) zeigt die Bewegung des Werkzeugs und des Werkstücks bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem (der XZ-Ebene) im N4-Block. Während die Werkzeugschneidenspitze wie in 5(3) bewegt wird, wird, wenn das Werkstück simultan um die B-Achse um 5° rotiert wird, wird die werkzeugseitige Rotationsantriebsachsenzentrumsposition (ein Drehpunkt) hauptsächlich in Bezug auf die Werkzeugschneidenspitze in der -Xm-Achsenrichtung um etwa L·5·π/180 (ähnlich zu sin B ≈ B) bewegt. Wenn L/R = C Achsen-Rotationswinkel/B-Achsen-Rotationswinkel = 2 erfüllt wird, wird die Bewegung Beider verweigert und folglich ist die werkzeugseitige Rotationsantriebswellen-Zentralposition (der Drehpunkt) bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem, d. h. die Bewegung jeder Translationsantriebswelle im Wesentlichen Null. Das heißt, die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht vom Werkstück und die Geschwindigkeit jeder Translationsantriebswelle der Maschine sind ebenfalls 0 oder im Wesentlichen 0. Jedoch bewegt sich bei Sicht aus dem statischen mechanischen Koordinatensystem die Werkzeugschneidenspitze tatsächlich.
In diesem Fall wird gemäß dem in 4 beschriebenen Flussdiagramm zuerst die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit FCMD vom Bearbeitungsprogramm her 1000. Im Hinblick auf die höchste Vorschubgeschwindigkeit FMX sind, da die Bewegung die X-, Y- und Z-Achsen im Wesentlichen 0 ist, im Wesentlichen die B-Achse und die C-Achse betroffen. Wenn die Höchstgeschwindigkeit der B-Achse 10.000 ist und die Höchstgeschwindigkeit der C-Achse 15.000 ist, gilt FMX = MIN (10.000·0,5/5, 15.000·0,5/10) = 750. Falls die vorliegende Erfindung nicht angewendet wird, wird, das kleinere von FCMD oder FMX, das heißt die Bewegung wird bei der Geschwindigkeit von 750 durchgeführt. Jedoch ist in diesem Fall die Zeit, die für die Bewegung des N4-Blocks mit dem Betrag an Translationsbewegung von 0,5 erforderlich ist, 0,5/750. Wenn die Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem in dieser kurzen Zeit um etwa R·10·π/180 bewegt wird und R beispielsweise 50 ist und L = 100, ist die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem 50·10·π/180 (0,5/750) ≈ 13.090, wird bei einer Geschwindigkeit betrieben, die die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit FMCD stark übersteigt und ist gefährlich.
Derweil, wenn die vorliegende Erfindung angewendet wird, beispielsweise wenn die Referenz-Vorschubgeschwindigkeit BAS = 3.000, FMB = 3.000 (50·10·π/180/0,5) ≈ 172 eingestellt ist, so dass die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem 3.000 nicht übersteigt, und wenn F = min (100, 750, 172) = 172, kann durch Durchführen der Steuerung an der Vorschubgeschwindigkeit kleiner als der höchsten Vorschubgeschwindigkeit FMX, die nicht die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit FCMD übersteigt und die Geschwindigkeit jeder Antriebswelle, die Geschwindigkeit so gesteuert werden, dass die Konzentrationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem die bezeichnete Referenzgeschwindigkeit nicht übersteigt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, fokussierend auf die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem in einem Raum gestoppt (oder auf einen Boden einer Fabrik fixiert) die Geschwindigkeit auf die Beobachtungszielgeschwindigkeit eingestellt und die Steuerung wurde so durchgeführt, dass die Beobachtungszielgeschwindigkeit die Referenzgeschwindigkeit nicht übersteigt. Die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem ist eine Geschwindigkeit, bei der die Werkzeugspitze bei Sicht von einem Arbeiter aus sich bewegt, oder durch Beschränken der Geschwindigkeit, gleich oder kleiner dem Referenzwert zu sein, um sich so nicht rasch zu bewegen, kann das Risiko einer Interferenz für einen Arbeiter gesenkt werden. Weiterhin, um eine Kollision des Werkzeugs mit einem Element (beispielsweise einer Sensorgruppe), die an der Basis der Maschine fixiert ist, einer Abdeckung oder dergleichen eines beweglichen Teils (beispielsweise einer Peripheriewelle oder eine Welle eines anderen in der Verarbeitung nicht verwendeten Systems), die bei der aktuell durchgeführten Verarbeitung gestoppt ist, und Beschädigung am Werkzeug aufgrund der Kollision zu verhindern, ist es effektiv, die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem so zu beschränken, dass sie sich nicht rasch bewegt.
Zusätzlich werden in der oben erwähnten Beschreibung die Beobachtungsgeschwindigkeit und die Referenzgeschwindigkeit auch auf die Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunkts eingestellt. Jedoch können sie beide die synthetischen Geschwindigkeiten und der gesamten Welle gemein sein, oder die Geschwindigkeiten können für jede Welle eingestellt und verglichen werden. Weiterhin ist es auch praktisch wirksam, die vorliegende Erfindung nur bei der raschen Vorrückgeschwindigkeit, die eine Hochgeschwindigkeitsbewegung ist, während des manuellen Zufuhrmodus anzuwenden, der ein hohes Risiko für einen Menschen aufweist, und während des Einzel-Verriegelungsantriebsmodus, um so nicht unnötig die Bearbeitungszeit auszudehnen.
Weiterhin, falls die Referenzgeschwindigkeit automatisch aus der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit und der der vorhergehenden und nachfolgenden Bewegung berechnet wird, kann die Mühe der Einstellung reduziert werden, wird die Verarbeitungszeit nicht übermäßig ausgedehnt, und ist daher wirksam. Als Referenzgeschwindigkeit wird, indem die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit verwendet wird oder die Geschwindigkeit mit einem Wert gleich oder größer als 1 multipliziert wird (beispielsweise auf das 1,5-Fache der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit eingestellt wird) oder Addieren eines positiven Integrals dazu, die Geschwindigkeit automatisch in Verbindung mit der Anweisungsgeschwindigkeit eingestellt. Wenn die Bewegung der Rotationsantriebswelle nicht durchgeführt wird, d. h., nur die Bewegung der orthogonalen drei Achsen durchgeführt wird, koinzidiert die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit mit der synthetischen Geschwindigkeit im mechanischen Koordinatensystem. Es versteht sich leicht, dass die Geschwindigkeit auf das Geschwindigkeitsausmaß oder das Ausmaß etwas größer als die Geschwindigkeit beschränkt ist, bei Sicht von einem Bediener. Gemäß der vorliegenden Beschreibung wird eine Spezifikation bereitgestellt, die bis zu einer Geschwindigkeit etwas höher als die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit gestattet ist, bei Sicht von einem Bediener, und es ist eine Hochgeschwindigkeitssteuerung bei der Hochgeschwindigkeitssverarbeitung möglich und ist eine sorgfältige Geschwindigkeitssteuerung bei der Niedriggeschwindigkeitsverarbeitung möglich, während die Hochgeschwindigkeitsbewegung vermieden wird, um so die Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit nicht sehr zu übersteigen, und es ist eine geeignete Geschwindigkeitsbeschränkung möglich, ohne die Bearbeitungszeit exzessiv auszudehnen, abhängig von der Bearbeitung.
Ansonsten kann die Referenzgeschwindigkeit durch Multiplizieren des Beobachtungsziels mit dem Integral gleich oder größer als 1 oder Addieren des positiven Integrals dazu ermittelt werden, unter Verwendung der Beobachtungszielgeschwindigkeit des Falls, der in der vorstehenden oder nachfolgenden Bewegung betrieben wird (wenn auch die nachfolgende rasche Abbremsung vermieden werden kann). In diesem Fall kann die rasche Geschwindigkeitsänderung zwischen den Bewegungsblöcken vermieden werden und damit ist es gestattet, dass die Geschwindigkeit graduell zwischen den Bewegungsblöcken verändert wird (wodurch eine kontinuierliche nahtlose Geschwindigkeit erhalten wird). Im Allgemeinen wird in einem Fall, bei dem die rasche Änderung der Geschwindigkeit gefährlich ist und selbst falls die Geschwindigkeit selbst hoch ist, die Geschwindigkeit graduell verändert, ein Bediener auch in der Lage, die Bewegung der Maschine bis zu einem gewissen Ausmaß abzuschätzen, und das Risiko ist niedrig. Indem die Referenzgeschwindigkeit unter Verwendung der Beobachtungszielgeschwindigkeit der vorhergehenden oder nachfolgenden Bewegung definiert wird, kann nur die rasche Geschwindigkeitsänderung unterdrückt werden und eine unnötige Ausdehnung der Bearbeitungszeit kann vermieden werden.
Ausführungsform 2
In einer Werkzeugmaschine, welche die Rotationsantriebswelle der Werkzeugseite enthält, wenn der Betrag an Translationsbewegung der Werkzeugschneidenspitze wenig geändert wird und die Werkzeugstellung stark geändert wird, ist das Risiko hoch, wie in der oben erwähnten Ausführungsform. In Ausführungsform 1 kann durch Beschränken der Geschwindigkeit, um gleich oder kleiner als die Referenzgeschwindigkeit zu sein, die auf die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem abstellt, insbesondere wenn die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht vom Werkstück und die Geschwindigkeit jeder Translationsantriebswelle der Maschine nicht hoch sind, eine rasche Bewegung der Maschine vermieden werden.
Derweil, obwohl die Geschwindigkeit jeder Translationsantriebswelle der Maschine bis zu einem gewissen Ausmaß hoch ist und die Vorschubgeschwindigkeit so gesteuert wird, dass sie gleich oder kleiner der höchsten Geschwindigkeit jeder Antriebswelle im Stand der Technik ist, ist das in einigen Fällen immer noch unzureichend. Das heißt, da jede Antriebswelle jeweils gleich oder kleiner der höchsten Geschwindigkeit im Stand der Technik ist, ist, wenn jede Antriebswelle gleichzeitig arbeitet, wenn beispielsweise drei Achsen X, Y und Z sich gleichzeitig bewegen, falls die höchste Geschwindigkeit jeder Achse von X, Y und Z identisch ist, die synthetische Geschwindigkeit maximal das √3-Fache ist, was eine beachtlich gefährliche Geschwindigkeit ist. Weiterhin wird im Stand der Technik allgemein eine Steuerung durchgeführt, welche die Vorschubgeschwindigkeit im inneren Bereich der numerischen Steuervorrichtung automatisch so absenkt, dass die Geschwindigkeit für jede Welle die maximale gestattete Geschwindigkeit (allgemein als Rasch-Vorschubgeschwindigkeit oder Schneidklemmen-Geschwindigkeit bezeichnet) jeder Antriebswelle nicht übersteigt. Jedoch wird bei diesem Verfahren jede Antriebswelle der Maschine bis zu beachtlich hohen Geschwindigkeiten heraufgetrieben, wie etwa die Rasch-Vorschubgeschwindigkeit oder die Schneidklammergeschwindigkeit, wodurch es auch dahingehend ein Problem gibt, dass die Geschwindigkeit im Vergleich zur angewiesenen Vorschubgeschwindigkeit beachtlich erhöht ist.
Daher wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um mit dem oben erwähnten Problem klar zu kommen, beschrieben. Eine Konfiguration, eine Zielmaschinenstruktur und ein Betrieb der numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung sind grundlegend dieselben wie jene der 1 bis 4, die in Ausführungsform 1 erwähnt sind. Somit wird die Beschreibung derselben Teile weggelassen und es werden unten abweichende Teile beschrieben.
Zuerst wird die mechanische Struktur, die ein Ziel für die numerische Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 wird, eine Translationsantriebswelle einer oder mehrerer Achsen beinhalten, welche die relative Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück durchführt, und eine Rotationsantriebswelle einer oder mehrerer Achsen einschließlich einer werkzeugseitigen Rotationsantriebswelle, welche rotiert und das Werkzeug antreibt. Die mechanische Struktur ist eine Mehrachsen-Werkzeugmaschine, die auch in der Lage ist, die relative Translationsposition des Werkzeugs relativ zum Werkstück und die Werkzeugstellung zu steuern. Typischerweise ist die mechanische Struktur von einem Werkzeugkipptyp, die zwei Rotationsachsen auf der Werkzeugseite enthält, oder von einem gemischten Typ, der eine Achse jeweils auf der Werkzeugseite und der Werkstückseite enthält. 2 wird unter Verwendung der mechanischen Konfiguration später beschrieben.
In der mechanischen Struktur wird in Ausführungsform 2 der Referenzpunkt auf den beweglichen Teil eingestellt, der durch die werkzeugseitige Rotationsantriebswelle anzutreiben ist. Spezifisch, wenn ein stark bewegter Ort, wenn sich die Werkzeugstellung stark ändert, beispielsweise wenn das Rotationszentrum (Drehpunkt von 6) der werkzeugseitigen Rotationsantriebswelle oder der Hauptwellenkopf als der Ort, der leicht interferiert, auf die gegenüberliegende Seite der Werkzeugseite hinter dem Rotationszentrumspunkt der werkzeugseitigen Rotationsantriebswelle projiziert wird, kann der Endteil (ein Δ-Teil von 6) des projizierten beweglichen Teils verwendet werden.
Die Berechnungsverarbeitung in Schritt S22 in 4 unterscheidet sich teilweise. In Schritt S22 wird die Referenz-Vorschubgeschwindigkeit FMB längs dem Anweisungspfad erhalten, in welchem die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK eine vorgegebenen Routenführung BAS ist. Der Referenzpunkt pc wird auf den Hauptwellenkopf-Endteil (Δ von 6) bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem eingestellt, und die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK wird auf die Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunkts pc eingestellt. Wenn die Distanz ab der werkzeugseitigen Rotationsantriebswelle-Zentralposition (den Drehpunkt) bis zum Referenzpunkt pc auf L2 eingestellt wird, stellt sich die Beziehung unten ein pc = Γ(Pm, θ) = (Xm + L2sinB, Konst., Zm + L2cosB) (Formel 6)
Ein Symbol Γ ist eine Funktion, welche die Translationsposition des Referenzpunkts bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem relativ zur Position jeder Antriebswelle anzeigt. In diesem Fall sind die X-Achse, die Z-Achse und die B-Achse, die das Werkzeug bewegen, verwandt, sind aber die X-Achse und die C-Achse auf der Werkstückseite nicht verwandt. Wenn die Werkzeugschneidenspitze längs dem Anweisungspfad bei einer Vorschubgeschwindigkeit F bewegt wird, werden zuerst die Positionen Pw' und Qw' im Werk-Koordinatensystem des Falls, bei dem sie von der aktuellen Position längs dem Anweisungspfad bei einer Einheitsgeschwindigkeit bewegt werden, in derselben Weise wie bei der Interpolationsprozessierung von Schritt S3 erhalten. Als Nächstes werden die Position Pm' der Translationsantriebswelle nach Bewegung und die Position θ' jeder Rotationsantriebswelle unter Verwendung des relationalen Ausdrucks (ϕ^–1, Ψ^–1) der Koordinatenumwandlung erhalten. Die Position pc' nach Bewegung der Referenzpunktes wird unter Verwendung von Pm', θ' und der Funktion Γ erhalten. Ein Wert, der den Absolutwert (die Distanz) der Differenz zwischen der Position pc' des Referenzpunkts nach Bewegung und der Position pc des aktuellen Referenzpunkts durch den Steuerzyklus mit der Referenzgeschwindigkeit BAS dividiert, ist die Referenz-Vorschubgeschwindigkeit FMB.
6 ist ein Beispiel des Betriebs gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, der Betrag an Translationsbewegung der Werkzeugschneidenspitze ist relativ klein und währenddessen ist die Änderung der werkzeugseitigen Rotationsantriebswelle (der B-Achse) groß. Insbesondere ist in diesem Fall der Hauptwellenkopf groß, wird aus der werkzeugseitigen Rotationsantriebszentralposition zur gegenüberliegenden Seite des Werkzeugs projiziert, wodurch eine Konfiguration bereitgestellt wird, in welcher der Endteil desselben nicht interferiert. In diesem Beispiel wird der Referenzpunkt 122 am Endteil der gegenüberliegenden Seite des Werkzeugs des Hauptwellenkopfs eingestellt, und indem die Translationsgeschwindigkeit bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem beschränkt wird, wird die Interferenz zwischen der Position des Referenzpunkts und einem Bediener oder einem anderen Strukturteil (beispielsweise einer hinteren Hauptwelle oder dergleichen) reduziert.
In der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird die synthetische Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunkts auf den beweglichen Teil, der durch die werkzeugseitige Rotationsantriebswelle bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem zu treiben ist, das im Raum angehalten ist (oder auf den Boden einer Fabrik fixiert ist), auf die Beobachtungszielgeschwindigkeit eingestellt und wird die Steuerung so durchgeführt, dass die Beobachtungszielgeschwindigkeit nicht eine vorbestimmte Referenzgeschwindigkeit übersteigt. Insbesondere werden bei der Bewegung, in welcher sich die Werkzeugstellung stark ändert, wenn die synthetische Geschwindigkeit der Welle (in diesem Beispiel X und Z), die den Translationsantrieb der werkzeugseitigen Rotationsantriebszeit durchführt, beschränkt werden kann, durch Begrenzen der Geschwindigkeit des Punkts (insbesondere eines Teils der gegenüberliegenden Seite des Werkzeugs in Bezug auf die Rotationszentralachse, typischerweise einem Punkt am weitesten von der Rotationszentralachse, d. h. einem Punkt am weitesten von der Werkzeugschneidenspitze oder dergleichen), mit der leicht interferiert wird, am beweglichen, durch die werkzeugseitige Rotationsantriebswelle anzutreibenden Teil, Kontakt mit einer Person und mechanische Interferenz leicht erzeugt und die Steuerung kann sicherer durchgeführt werden. Weiterhin, wie in Ausführungsform 1 beschrieben, indem die Routenführung automatisch aus der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit und den vorhergehenden und nachfolgenden Bewegungen berechnet wird, ist es möglich, eine unnötige Ausdehnung der Verarbeitungszeit zu vermeiden, ohne während der Verarbeitung eine rapide Geschwindigkeitsänderung zu verursachen.
Ausführungsform 3
In den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 ist ein Verfahren beschrieben worden, in welchem die Werkzeugschneidenspitze oder ein Punkt auf dem durch die Rotationsantriebswelle der Werkzeugseite angetriebenen beweglichen Teils auf den Referenzpunkt eingestellt wird und durch Steuern der Translationsgeschwindigkeit bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem das Risiko von Interferenz oder dergleichen unterdrückt wird.
Währenddessen sind die Teile, die durch das Werkzeug oder die werkzeugseitige Rotationsantriebswelle angetrieben werden, nicht die einzigen Teile, bei denen Interferenz erzeugt wird. In der die werkstückseitige Rotationsantriebswelle beinhaltenden Maschine gibt es ein Interferenzrisiko zwischen dem Tisch, einer Klemmvorrichtung und einem auf dem Tisch platzierten Werkstück und einem Mann und einem anderen Teil der Maschine. Dieses Problem ist in dem Fall mehr zu bemerken, bei dem die Maschine den Rotationstisch enthält. Daher wird die Erfindung, um dieses Problem anzugehen, in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Eine Konfiguration, eine ein Ziel werdende Maschinenstruktur, und ein Betrieb der numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung sind im Wesentlichen dieselben wie jene der in der Ausführungsform 1 erwähnten 1 bis 4. Somit werden die Beschreibungen der identischen Teile weggelassen und es werden unten abweichende Teile beschrieben.
Zuerst beinhaltet die mechanische Struktur, welche das Ziel der numerischen Steuervorrichtung ist, gemäß Ausführungsform 2 eine Translationsantriebswelle einer oder mehrerer Achsen, die eine relative translationale Bewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück durchführt, und eine Rotationsantriebswelle einer oder mehrerer Achsen, einschließlich einer werkstückseitigen Rotationsantriebswelle, die rotiert und den Tisch mit dem darauf platzierten Werkstück antreibt. Die mechanische Struktur ist eine Mehrachsen-Werkzeugmaschine, die in der Lage ist, die relative translationale Position des Werkzeugs relativ zum Werkstück und die Werkzeugstellung zu steuern. Typischerweise ist die mechanische Struktur von einem Werkzeugkipptyp, der zwei Rotationsachsen auf der Werkstückseite enthält, oder von einem Mischtyp, der jeweils eine Achse auf der Werkzeugseite bzw. der Werkstückseite enthält. 2 wird später unter Verwendung der mechanischen Konfiguration beschrieben.
Bei der mechanischen Struktur wird in Ausführungsform 3 der Referenzpunkt auf den beweglichen Teil, der durch die werkstückseitige Rotationsantriebswelle anzutreiben ist, eine Klammer oder das Werkstück eingestellt. Spezifisch werden als ein Ort, der sich stark durch die Rotation der werkstückseitigen Rotationsantriebswelle bewegt, eine Position (typischerweise eine Position von Δ von 7 auf der äußeren Peripherie des kreisförmigen Tisches) am weitesten von der Tisch-Rotationsantriebswelle einer oberen Oberfläche des Tisches, eine Position des Werkstücks als dem Teil, mit dem leicht interferiert wird (beispielsweise als eine repräsentative Position derselben, der Werkstückausgangspunkt), eine Position eines spezifischen Winkels der auf dem Tisch platzierten Werkhalterung oder dergleichen verwendet.
Die Berechnungsverarbeitung in Schritt S22 in 4 unterscheidet sich teils. In Schritt S22 wird die Referenz-Vorschubgeschwindigkeit FMB längs dem Anweisungspfad erhalten, in welchem die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK eine vorbestimmte Routenführung BAS ist. Der Referenzpunkt pc wird auf den Hauptwellenkopf-Endteil (Δ von 6) bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem 100 eingestellt, und die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK wird auf die Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunktes pc eingestellt. Falls die Position des Referenzpunktes pc (R, 0, 0) ist, wenn die C-Achse in Bezug auf die tischseitige Rotationsantriebswelle-Zentralposition 0° ist, und R eine Distanz von der tischseitigen Rotationsantriebswelle-Zentralposition bis zum Referenzpunkt ist, stellt sich die Beziehung unten ein. pc = Γ(Pm, θ) = (RcosC, –RsinC + Ym, Konst.) (Formel 7)
Ein Symbol Γ ist eine Funktion, welche die Translationsposition des Referenzpunkts bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem relativ zur Position jeder Antriebswelle anzeigt. In diesem Fall sind die den Tisch bewegenden Y-Achse und C-Achse verwandt, sind aber die X-Achse, die Z-Achse und die B-Achse der Werkzeugseite nicht verwandt. Wenn die Werkzeugschneidenspitze längs dem Anweisungspfad bei der Vorschubgeschwindigkeit F bewegt wird, werden zuerst die Positionen Pw' und Qw' im Werkstück-Koordinatensystem des Falls, in dem sie aus der aktuellen Position längs dem Anweisungspfad bei einer Einheitsgeschwindigkeit bewegt werden, in derselben Weise wie bei der Interpolationsverarbeitung von Schritt S3 erhalten. Als Nächstes werden die Position Pm' der Translationsantriebswelle nach Bewegung und die Position θ' jeder Rotationsantriebswelle unter Verwendung des relationalen Ausdrucks (ϕ^–1, Ψ^–1) der Koordinatenumwandlung ermittelt. Die Position pc' nach Bewegung des Referenzpunktes wird durch Verwendung von Pm', θ' und der Funktion Γ ermittelt. Ein Wert, der die Routenführung BAS durch die Teilung des Absolutwertes (der Distanz) der Differenz zwischen der Position pc' des Referenzpunkts nach Bewegung und der Position pc des aktuellen Referenzpunkts durch den Steuerzyklus teilt, ist die Referenz-Vorschubgeschwindigkeit FMB.
7 ist ein Beispiel von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung und ist ein Fall, bei dem die C-Achse so angewiesen wird, das sie im Wesentlichen um 180° rotiert, während der Winkel der B-Achse gehalten wird. Da das Werkstück nahe dem Tischzentrum platziert ist, wird die Bewegung der Werkstück-Werkzeug-Translationswelle größer, und da der Verkippwinkel der B-Achse auch klein ist, wird auch die Bewegung jeder Translationsantriebswelle der Maschine kleiner. Währenddessen ist der Tisch größer als das Werkstück und die Translationsgeschwindigkeit des Tisch-Endbereichs wird erhöht. In diesem Beispiel wird der Referenzpunkt auf den am Tisch-Endteil angebrachten Halter oder dem Winkelreferenzelement eingestellt, und indem die Translationsgeschwindigkeit bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem beschränkt wird, wird die Interferenz zwischen der Position des Interferenzpunkts und einem anderen Strukturteil reduziert.
In Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung wird die synthetische Translationsgeschwindigkeit des Referenzpunkts auf die Beobachtungszielgeschwindigkeit, auf den beweglichen Teil, der durch die werkstückseitige Rotationsantriebswelle bei Sicht aus dem mechanischen Koordinatensystem im Raum gestoppt (oder auf dem Boden einer Fabrik fixiert) getriebenen beweglichen Teil, die Klemme oder das Werkstück eingestellt und die Steuerung wird so durchgeführt, dass die Beobachtungszielgeschwindigkeit eine vorgegebene Referenzgeschwindigkeit nicht übersteigt. Als Ergebnis kann die Steuerung sicherer ausgeführt werden, ohne Interferenz des Tisches, des Halters oder des Werkstücks mit einer Person oder einem anderen Element zu erzeugen. Weiterhin, wie in der Ausführungsform 1 beschrieben, ist es durch automatische Berechnung der Referenzgeschwindigkeit aus der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit und den vorherigen und nachfolgenden Bewegungen möglich, eine unnötige Ausdehnung der Bearbeitungszeit zu vermeiden, ohne rasche Geschwindigkeitsänderungen während der Bearbeitung zu verursachen.
Ausführungsform 4
In den oben erwähnten Ausführungsformen 1 bis 3 ist ein Fall (eine Werkzeugschneidenspitze-Steuerung) beschrieben worden, bei der die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück dem Bearbeitungsprogramm angewiesen wird. Währenddessen wird im Falle, bei dem die Werkzeugschneidenspitzen-Steuerung nicht verwendet wird, ein Bewegungsbetrag jeder Antriebswelle als der Anweisungspfad oder die Bewegungsgeschwindigkeit (die synthetische Geschwindigkeit der gesamten Antriebswellen) als der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit direkt dem Bearbeitungsprogramm angewiesen. Zu dieser Zeit ist in einigen Fällen der Betrag an Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück 0 oder klein, abhängig von Anweisungspfad und der Anweisung-Vorschubgeschwindigkeit, die dem Bearbeitungsprogramm mitgeteilt wird. In diesem Fall ist die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs relativ zum Werkstück 0 oder eine niedrige Geschwindigkeit und es gab das Problem, dass die Bearbeitungszeit unnötig ausgedehnt wird. Daher fördert die numerische Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 die Lösung des Problems.
Die Konfiguration, die mechanische, das Ziel werdende Struktur und der Betrieb der numerischen Steuerung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung sind grundlegend dieselben wie jene der in der Ausführungsform 1 erwähnten 1 bis 4 und somit wird die Beschreibung gleicher Teile weggelassen und unten werden abweichende Teile beschrieben.
In der numerischen Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung, da der Bewegungsbetrag jeder Antriebswelle und die Geschwindigkeit direkt angewiesen werden, kann der in 1 gezeigte Koordinatenumwandlungsteil 22 (die Reihenfolge des in 3 gezeigten Schrittes) weggelassen werden. Wenn jedoch die Position und die Position des Werkstücks, die im Bearbeitungsprogramm 2 abgeschätzt wird, oder die Position und die Stellung der Bearbeitungsoberfläche sich von Position und Stellung des Werkstücks, das tatsächlich auf der Werkzeugmaschine platziert ist, unterscheiden, oder die Position und die Stellung der bearbeiteten Bearbeitungsoberfläche, die Koordinatenumwandlung entsprechend dem Differenzbetrag (einem Betrag des Werkplatzierungsfehlers oder einem Betrag der Position der Bearbeitungsoberfläche und des Versatzes der Stellung) zwischen der Position und der Stellung der beiden und die Koordinate wird aus der Position und Stellung (jede Antriebswellenposition, die den Betrag an Werkplatzierungsfehler oder den Versatzbetrag nicht berücksichtigt) des Werkzeugs, das dem Bearbeitungsprogramm mitgeteilt wird, in jede tatsächliche Antriebswellenposition umgewandelt.
Weiterhin kann die mechanische Struktur, welche das Ziel wird, eine Mehrachsen-Werkzeugmaschine sein, die in der Lage ist, relative Position und Stellung des Werkzeugs relativ zum Werkstück zu steuern, durch die Translationsantriebswelle, welche die Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück durchführt, und die Rotationsantriebswelle, die den Tisch mit dem darauf platzierten Werkstück rotiert und bewegt, d. h. typischerweise, eine Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine, und kann irgendeine vom Tischkipptyp, einem Mischtyp und einem Werkzeugkipptyp sein.
Währendessen wird in Ausführungsform 4 der vorliegenden Ausführungsform der Referenzpunkt auf die Werkzeugschneidenspitze eingestellt und wird die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück auf die Beobachtungszielgeschwindigkeit eingestellt. Zu dieser Zeit unterscheidet sich die Berechnungsverarbeitung in Schritt S22 in 4 teilweise. Im Schritt S22 wird die Referenz-Vorschubgeschwindigkeit FMB längs dem Anweisungspfad ermittelt, in welchem die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK eine vorgegebene Referenzgeschwindigkeit BAS ist. Der Referenzpunkt pc wird auf die Werkzeugschneidenspitze (Δ von 8) bei Sicht aus dem Werkstückkoordinatensystem 100 eingestellt und die Beobachtungszielgeschwindigkeit FCHK wird auf die Translationsgeschwindigkeit bei Sicht aus dem Werkstückkoordinatensystem des Referenzpunkts pc eingestellt. Die Koordinatenumwandlung auf der Position jeder Antriebswelle zur Translationsposition der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem Werk-Koordinatensystem wird in Formel 1 angegeben. Wenn die Werkzeugschneidenspitze längs dem Anweisungspfad mit der Vorschubgeschwindigkeit F bewegt wird, werden zuerst die Positionen Pm' und θ' jeder Antriebswelle im Falle, dass sie aus der aktuellen Position längs dem Anweisungspfad bei der Einheitsgeschwindigkeit bewegt werden, in derselben Weise wie die Interpolationsverarbeitung von Schritt S3 ermittelt. Als Nächstes wird die Position Pc' nach Bewegung des Referenzpunkts bei Sicht aus dem Werkstück-Koordinatensystem unter Verwendung des relationalen Ausdrucks (ϕ) der Koordinatenumwandlung von Formel 1 erhalten. Ein Wert, der die Referenzgeschwindigkeit BAS durch die Teilung des Absolutwertes (Distanz) der Differenz zwischen der Position pc' des Referenzpunkts nach Bewegung und der Position pc des aktuellen Referenzpunkts durch den Steuerzyklus teilt, ist die Referenz-Vorschubgeschwindigkeit FMW. Weiterhin wird in Schritt S23 die FCMD nicht verwendet und die kleinere Seite der FMB und der FMX wird auf die Vorschubgeschwindigkeit eingestellt. F = min(FMX, FMB) (Formel 8)
8 ist ein Diagramm, welches die Bewegung der Maschine in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. 8(1) ist ein Fall, bei dem das Werkzeugschneidenzentrum auf der zentralen Achse der Tisch-Rotationsantriebswelle in einer bestimmten Stellung ist (ein Zustand, bei dem der Werkzeugstellungsvektor parallel zur Tisch-Rotationszentrumsachse ist) und die Bewegung nur der C-Achse wird in dieser Position angewiesen. Das heißt, dass in diesem Fall durch die Bewegung der tischseitigen Rotationsantriebswelle (der C-Achse) die Position des Werkzeugschneidenzentralpunkts (des Referenzpunkts Δ von 8) bei Sicht aus dem Werk-Koordinatensystem nicht verändert wird. In diesem Fall, unabhängig davon, wie hoch die Vorschubgeschwindigkeit FCMD (Rotationsgeschwindigkeit der C-Achse in diesem Beispiel) der gesamten Wellenkombination ist, ist die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem Werkstück-Koordinatensystem 0. In diesem Fall ist FMB unendlich und F = FMX kann in Gleichung 8 ermittelt werden.
8(2) ist ein Fall, bei dem die C-Achsenbewegung und die zirkuläre Bogenbewegung von X-Achse und Y-Achse gleichzeitig in der bestimmten Stellung angewiesen werden und die Position der Werkzeugschneidenspitze ist bei Sicht vom Werkstück aus regulär. Ähnlich ist in diesem Fall, egal wie hoch die Vorschubgeschwindigkeit FCMD (Rotationsgeschwindigkeit der C-Achse in diesem Beispiel) der gesamten Achsenkombination ist, die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem Werkstück-Koordinatensystem auch 0. In diesem Fall ist FMB unendlich und F = FMX kann in Gleichung 8 ermittelt werden. Auf diese Weise gibt es bei der Bewegung, die die tischseitige Rotationsantriebswelle in der bestimmten Stellung beinhaltet, einen Fall, bei dem die Relativgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht vom Werkstück aus 0 ist. Weiterhin gibt es im Fall, der näher an der bestimmten Stellung ist, in der Bewegung, welche die tischseitige Rotationsantriebswelle beinhaltet, einen Fall, bei dem die Relativgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem Werkstück ein kleiner Wert ist. In einem solchen Fall wird das Werkzeug bei einer höheren Geschwindigkeit als der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit bewegt, um so die relative Geschwindigkeit der Vorschubgeschwindigkeit bei Sicht vom Werkstück aus zu erhöhen.
Hier bezieht sich allgemein die besondere Stellung (die besondere Spitze) auf einem Zustand, bei dem eine Funktion eines Freiheitsgrads einer spezifischen Richtung verloren geht, und im Falle einer, die Rotationswelle beinhaltenden Werkzeugmaschine bezieht sich die bestimmte Stellung auf eine Position (einen Winkel), in welchem, selbst wenn irgendeine Rotationsantriebswelle bewegt wird, die Werkzeug-Stellung relativ zum Werkstück nicht verändert wird.
Wie oben erwähnt, werden im Falle der Durchführung der Koordinatenumwandlung für die Korrektur des Platzierungsfehlers oder dergleichen im Beispiel von 8, selbst wenn die Bewegung der C-Achse angewiesen ist und die C-Achse bei Anweisungsgeschwindigkeit interpoliert wird, die Position der Werkzeugschneidenspitze bei Sicht aus dem Werkstück-Koordinatensystem und das Werkzeug-Stellungsdrehmoment nicht verändert. Somit wird jede Antriebswellenposition nach der Koordinatenumwandlung ebenfalls nicht geändert (d. h. die Maschine wird nicht bewegt). Das heißt, dass die Maschine nicht bewegt wird, aber die Zeit für die Bewegung genommen wird. In solch einem Fall, in dem die Interpolation bei einer höheren Geschwindigkeit als der Anweisungsgeschwindigkeit unter Verwendung des oben erwähnten Verfahrens durchgeführt wird, wird die Bewegungszeit reduziert.
Gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird in der Werkzeugmaschine (typischerweise einer Fünf-Achsen-Bearbeitungsmaschine), welche die Translationsantriebswelle und die Rotationsantriebswelle beinhaltet, durch Korrigieren der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit, so dass die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück zu einer vorgegebenen Referenzgeschwindigkeit wird, die Translationsgeschwindigkeit der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück bei einer konstanten Geschwindigkeit gehalten, wodurch es möglich ist, zu vermeiden, dass die Vorschubgeschwindigkeit unnötig abgesenkt wird.
Insbesondere im durch das Bearbeitungsprogramm angewiesenen Anweisungspfad, wenn die Werkzeugstellung relativ zum Werkstück eine besondere Stellung ist und es keine Translationsbewegung der Werkzeugschneidenspitze relativ zum Werkstück gibt, schreitet der Anweisungspfad zum nächsten Anweisungspfad fort, um so zur Bewegungszeit 0 (die Bewegung wird nicht ausgeführt, die Bewegungsanweisung wird nicht ausgeführt, und der Anweisungspfad schreitet unmittelbar zur nächsten Bewegungsanweisung fort) oder dem minimalen Steuerzyklus (ein Wert, der die gesamte achsensynthetische Distanz des Anweisungspfads durch den Steuerzyklus dividiert, wird als die Vorschubgeschwindigkeit eingestellt) bewegt zu werden. Ansonsten wird durch Ändern der Vorschubgeschwindigkeit die Interpolation so realisiert, dass die Bewegungszeit nicht unnötig ausgedehnt wird, wodurch die Bearbeitungszeit reduziert werden kann.
Zusätzlich beschreiben die oben erwähnten Ausführungsformen 1 bis 4 das Beispiel eines Falls, bei dem das Bearbeitungsprogramm automatisch abgearbeitet wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ähnlich auf einem Fall einer manuellen Anweisung der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit angewendet werden, beispielsweise durch eine Drucktaste und eine Kurbel. In diesem Fall gibt es einen Effekt, dass Probleme wie etwa Interferenz in der Bearbeitung, die durch manuelle Operation verursacht sind, kaum auftreten.
Industrielle Anwendbarkeit
Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Unterdrückung des Risikos etwa von mechanischer Kollision und dem Kontakt mit einem Bediener beim Steuern der Mehrachsen-Werkzeugmaschine verwendet, die zur Steuerung der Relativposition und der Stellung des Werkzeugs relativ zum Werkstück in der Lage ist, das mit der Rotationsantriebswelle versehen ist.
Bezugszeichenliste

1: Numerische Steuervorrichtung
2: Bearbeitungsprogramm
3: Anweisungspfad
4: Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit
10: Vorschubgeschwindigkeits-Detektionsteil
11: Höchstgeschwindigkeit jeder Antriebswelle
12: Referenzgeschwindigkeit
13: Vorschubgeschwindigkeit
20: Interpolationsteil
21: Interpolationsposition
22: Koordinatenumwandlungsteil
23: Antriebswellenposition
100: Mechanisches Koordinatensystem
101: werkzeugseitige Rotationsantriebswelle
102: Werkzeug
103: Werkzeugschneidenspitze
104: Werkzeugachsenrichtungsvektor
110: Werkstück
111: Werkstückkoordinatensystem
112: Tisch
113: werkstückseitige Rotationsantriebswelle
120: werkzeugseitige Rotationsantriebswellenzentralposition (Drehpunkt=
121: Hauptwellenkopf
122: Referenzpunkt

Claims

Numerische Steuervorrichtung (1) zur Steuerung einer Relativposition eines Werkzeugs (102) einer Mehrachsen-Werkzeugmaschine relativ zu einem Werkstück (110), wobei die Mehrachsen-Werkzeugmaschine eine Translationsantriebswelle umfasst, die eine Translationsbewegung des Werkzeugs (102) relativ zum Werkstück (110) durchführt, und eine Rotationsantriebswelle umfasst, die einen Tisch mit dem darauf platzierten Werkstück bewegt, wobei die Steuerung auf einem Anweisungspfad in Form eines Bewegungsbetrages für jede Antriebswelle und/oder einer Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit in Form einer Bewegungsgeschwindigkeit für die gesamte Antriebswellenkombination basiert, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: – einen Vorschubgeschwindigkeits-Bestimmungsteil (10), der eine relative Vorschubgeschwindigkeit einer Spitze des Werkzeugs (102) relativ zu dem Werkstück (110) ausgibt; und – einen Interpolationsteil (20), der eine Interpolationsposition jeder Antriebswelle für jeden Steuerzyklus ermittelt, der längs dem Anweisungspfad bei der Anweisungs-Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird, und wobei, wenn ein Betrag an Translationsbewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück 0 oder klein ist, der Vorschubgeschwindigkeit-Bestimmungsteil (10) ausgelegt ist, – eine höchste Vorschubgeschwindigkeit (11, FMX) längs dem Anweisungspfad zu erhalten, in welchem jede Antriebswelle die Höchstgeschwindigkeit nicht übersteigt, – eine Referenz-Vorschubgeschwindigkeit (12, FMB) längs dem Anweisungspfad zu erhalten, in welcher eine Translationsgeschwindigkeit des Werkzeugpitzepunkts relativ zum Werkstück eine vorgegebene Referenzgeschwindigkeit wird, – und von der erhaltenen höchsten Vorschubgeschwindigkeit (11, FMX) und der erhaltenen Referenz-Vorschubgeschwindigkeit (12, FMB) eine kleinere Vorschubgeschwindigkeit an den Interpolationsteil (20) auszugeben.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Interpolationsteil (20) die Interpolation so durchführt, dass der Anweisungspfad in einer Bewegungszeit 0 oder einem minimalen Steuerzyklus bewegt wird, wenn die Werkzeugstellung relativ zum Werkstück (110) eine besondere Stellung in dem vom Bearbeitungsprogramm angewiesenen Anweisungspfad ist, und es keine Translationsbewegung des Werkzeugspitzenpunkts relativ zum Werkstück (110) gibt.