DE112009004909T5

DE112009004909T5 - Numerische Steuervorrichtung und numerisch gesteuertes Bearbeitungssystem

Info

Publication number: DE112009004909T5
Application number: DE112009004909T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Sakata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2012-06-21
Also published as: US20120065768A1; WO2010143227A1; JP5287986B2; JPWO2010143227A1

Abstract

Ein NC-Bearbeitungssystem umfasst ein Futter, das ein Werkstück einspannt; eine erste Drehachse, die gegenüber dem Futter lokalisiert ist, die als eine Hauptachse rotiert; eine zweite Drehachse, die um dessen Zentrum an der ersten Drehachse rotiert; eine numerische Steuervorrichtung, die, gemäß vorprogrammierter Bearbeitungsanweisungen, Drehanweisungen für die erste und die zweite Drehachse ausgibt; und ein Werkzeug, das an der zweiten Drehachse fixiert ist, das entlang einer peripheren Oberfläche des Werkstücks durch eine Rotation der ersten Drehachse bewegt wird, und dessen Bearbeitungsradius durch eine Rotation der zweiten Drehachse bestimmt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft numerische Steuervorrichtungen (engl. Numerical Controllers) (im Folgenden ”NC-Vorrichtungen”) und NC-Bearbeitungssysteme. Die Erfindung betrifft insbesondere eine NC-Vorrichtung und ein NC-Bearbeitungssystem, die ein Bearbeitungswerkzeug steuern, das, an einer ersten Drehachse als seine Hauptachse, eine zweite Drehachse aufweist, die ein Werkzeug steuert, und das einen Werkstück-Bearbeitungsradius aufweist (eine virtuelle Achse, die mit einer geraden Linienachse zusammenhängt, die in einem herkömmlichen Drehmaschinen-Bearbeitungswerkzeug als X-Achse (im Folgenden als ”virtuelle Achse X”) bezeichnet wird.
Stand der Technik
Ein herkömmliches Drehmaschinen-Bearbeitungswerkzeug rotiert ein Werkstück mit, das an einer Hauptachse davon eingesetzt ist. Das Bearbeitungswerkzeug bearbeitet das Werkstück, in dem bewirkt wird, dass ein Werkstück-Drehwerkzeug entlang einer geraden Linienachse in einer radialen Richtung des Werkstücks und einer Achse in einer longitudinalen Richtung davon bewegt wird.
Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, wobei ein Werkzeug rotiert wird, wie zum Beispiel ein Bohrwerkzeug, ohne das Werkstück zu rotieren, wenn das Werkstück in einer zylindrischen oder verjüngten Form bearbeitet wird, und durch Steuern zweier gerader Linienachsen (X- und Y-Achse), die orthogonal zu dem Werkzeug sind, um in einem ringförmigen Kreisbogen bewegt zu werden – d. h., ein Verfahren, das verwendet wird, um das Werkstück in einer zylindrischen Form zu bearbeiten, wobei ein Werkzeug bewegt wird, das bezüglich des Werkstücks rotiert (ein Werkzeug, das wie ein Bohrer rotiert), und zwar in einem ringförmigen Kreisbogen mit Bezug auf ein fixiertes Werkstück.
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte veröffentlichte Patentanmeldung mit der Nummer H8-126938
Offenbarung der Erfindung
Das durch die Erfindung zu lösende Problem
Ein Problem besteht darin, dass die herkömmliche NC-Vorrichtung, wie die oben stehende, ein Werkstück rotiert, in dem das Werkstück an dessen Hauptachse platziert wird, und wenn das Werkstück in seinem Durchmesser relativ groß ist und in seiner Länge lang ist, steigt das Gewicht an und dessen mechanische Stabilität wird während der Rotation reduziert, wodurch es erforderlich ist, dass die Geschwindigkeit der Hauptachse gering gehalten wird.
Ein Problem mit einem Bearbeitungsverfahren, das in Patentdokument 1 offenbart ist, besteht darin, dass eine Zeitperiode zum Bearbeiten eines Werkstücks länger ist, als wenn ein Drehmaschinen-Bearbeitungswerkzeug verwendet wird, da der Betrieb zum Bearbeiten des Werkstücks in einer zylindrischen oder verjüngten Form die Bewegung in einem ringförmigen Kreisbogen entlang zweier orthogonaler gerader Linienachsen (X-, Y-Achsen) involviert.
Die Erfindung, die mit dieser NC-Vorrichtung assoziiert ist, ist auf die Überwindung derartiger Probleme gerichtet und ein Ziel der Erfindung ist die Bearbeitung eines Werkstücks, in dem eine zweite Achse, bei der es sich um eine Werkzeugpositionierungs-Steuerachse handelt, an einer ersten Drehachse angeordnet wird, bei der es sich um eine Drehachse handelt, die als eine Hauptachse rotiert.
Mittel zum Lösen des Problems
Ein NC-Bearbeitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Futter, das ein Werkstück einspannt; eine erste Drehachse, die gegenüber dem Futter lokalisiert ist, die als eine Hauptachse rotiert; eine zweite Drehachse, die um dessen Zentrum an der ersten Drehachse rotiert; eine numerische Steuervorrichtung, die, gemäß vorprogrammierter Bearbeitungsanweisungen, Drehanweisungen für die erste und die zweite Drehachse ausgibt; und ein Werkzeug, das an der zweiten Drehachse fixiert ist, das entlang einer peripheren Oberfläche des Werkstücks durch eine Rotation der ersten Drehachse bewegt wird, und dessen Bearbeitungsradius durch eine Rotation der zweiten Drehachse bestimmt wird.
Das NC-Bearbeitungssystem gibt, gemäß den vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen, Drehanweisungen für die erste und die zweite Drehachse aus, so dass sich das Werkzeug auf einer virtuellen Achse bewegt – bei der es sich um eine gerade Linie handelt, die die Werkzeugposition mit dem Zentrum der ersten Drehachse verbindet.
Das NC-Bearbeitungssystem gibt, gemäß den vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen, eine Bewegungsanweisung aus, die bewirkt, dass das Werkzeug sich in eine Richtung einer geraden Linie bewegt, die das Werkstück und das Futter verbindet.
Eine NC-Vorrichtung gemäß der Erfindung gibt eine Drehanweisung aus, die eine erste Drehachse anweist, sich entlang einer peripheren Oberfläche eines Werkstücks zu bewegen; und eine Drehanweisung, welche eine zweite Drehachse anweist, einen Bearbeitungsradius eines Werkzeugs zu bestimmen, gemäß vorprogrammierter Bearbeitungsanweisungen für die erste Drehachse, die sich gegenüber einem Futter zum Einspannen des Werkstücks befindet, die als eine Hauptachse rotiert, für die zweite Drehachse, an der das Werkzeug fixiert ist und die um dessen Zentrum an der ersten Drehachse rotiert.
Die NC-Vorrichtung gibt, gemäß der vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen, Drehanweisungen für die erste und die zweite Drehachse aus, so dass sich das Werkzeug auf einer virtuellen Achse bewegt, bei der es sich um eine gerade Linie handelt, die eine vorbestimmte Position des Werkzeugs und das Zentrum der ersten Drehachse verbindet.
Die NC-Vorrichtung gibt, gemäß der vorprogrammierten Bewegungsanweisungen, eine Drehanweisung aus, die das Werkzeug in eine Richtung einer geraden Linie bewegt, die das Werkstück mit dem Futter verbindet.
Die NC-Vorrichtung umfasst eine Programmanalyseeinheit, die die vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen auf einer Blockbasis kontrolliert und eine Bewegungsgröße der virtuellen Achse in einem einzelnen Block analysiert; eine Interpolationseinheit, die, auf Grundlage von Resultaten der Analyse, die durch die Programmanalyseeinheit erfolgt, eine Bewegungsgröße der virtuellen Achse berechnet, die in Intervallen einer Interpolationsperiode erzeugt werden; und eine Bewegungszuweisungseinheit, die die Bewegungsgröße der virtuellen Achse, die durch die Interpolationseinheit berechnet wird, in eine Bewegungsgröße eines Drehwinkels für die erste und die zweite Drehachse wandelt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Da in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Werkstück-Drehwerkzeug an einer ersten Drehachse positioniert ist, die als eine Hauptachse rotiert, muss das Werkstück selbst nicht rotiert werden, und das Werkstück kann mit einer konstant gehaltenen Stabilität bearbeitet werden. In der Vorrichtung gemäß der Erfindung muss ein Verfahren zum Einspannen des Werkstücks kein Bearbeitungsprozess in einem Bearbeitungszentrum verwenden, bei dem ein Drehwerkzeug in eine ringförmigen Kreisbogen betrieben wird, wie in Patentdokument 1, sondern einen Drehmaschinen-Bearbeitungsprozess – Drehen – verwendet, bei dem das Werkzeug selbst rotiert; der Prozess zum Drehen ermöglicht somit, dass das Werkstück ringförmig mit einer konstanten Stabilität und einer hohen Geschwindigkeit bearbeitet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm zur Darstellung einer NC-Vorrichtung und eines Hauptteils eines NC-Bearbeitungswerkzeugs, das durch die NC-Vorrichtung gesteuert wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein konzeptionelles Diagramm der ersten und der zweiten Drehachsen, gesehen von einem Achsenerweiterungspunkt der Drehachsen, in Situationen, wenn ein Schneidwerkzeug in einem äußersten Bearbeitungsradius eines Werkstückes lokalisiert ist;
3 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Darstellung eines Betriebs einer zweiten Drehachse in Situationen, wenn angenommen wird, dass FdT der virtuellen Achse K, berechnet durch eine Interpolationseinheit, eine virtuelle Achse X zu einer Position Xb bewegt;
4 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Darstellung einer Situation, wenn eine Korrelationsoperation für die erste Drehachse eine Position des Schneidwerkzeugs relativ zu der ersten Drehachse verbessert;
5 ist ein konzeptionelles Diagramm in Situationen, wenn, obwohl die Korrelationsoperation für die erste Drehachse die Position des Schneidwerkzeuges relativ zu der ersten Drehachse des Schneidwerkzeuges verbessert, die Richtung einer Werkzeugschneidekante falsch ausgerichtet ist; und
6 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Situation, wenn ein Kegelgewindeschneiden (engl. Taper-thread Cutting) durch eine Sequenz von Steueroperationen durchgeführt wird.
Bezugszeichen

NC-Bearbeitungswerkzeug: 100, NC-Vorrichtung: 50, Erste Ansteuereinheit: 1, Zweite Ansteuereinheit: 2, Dritte Ansteuereinheit: 3, Servomotor: 4, Erste Drehachse: 5, Zweite Drehachse: 6, Schneidewerkzeug: 7, Kugelumlaufspinde: 8, Spindelstock: 10, Futter: 11, Werkstück: 12, Servosignal-Verarbeitungsarbeit: 55, Servosignal-Verarbeitungseinheit: 50, Programmanalyseeinheit: 51, Interpolationseinheit: 52, Manuelanweisungseinheit: 53, Bewegungszuweisungseinheit: 54, Servosignal-Verarbeitungseinheit: 55, vorprogrammierte Bearbeitungsanweisungen: 60, Steuerpult: 61, Manuelpuls-Generator: 62.

BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
1 ist ein Diagramm zur Darstellung wesentlicher Teile einer NC-Vorrichtung 50 und eines NC-Bearbeitungswerkzeugs 100, das durch die NC-Vorrichtung 50 gesteuert wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Gemäß 1 steuert die NC-Vorrichtung 50 das NC-Bearbeitungswerkzeug 100, bei dem es sich um ein Ziel-Bearbeitungswerkzeug handelt, das gesteuert werden soll.
Das NC-Bearbeitungswerkzeug 100 enthält eine erste Ansteuereinheit 1, eine zweite Ansteuereinheit 2, eine dritte Ansteuereinheit 3, einen Servomotor 4, eine erste Drehachse 5, eine zweite Drehachse 6, eine Werkzeug 7, eine Kugelumlaufspindel 9, einen Spindelstock (engl. Headstock) 10 und ein Futter 11. Ein Werkstück 12 wird durch des Futter 11 eingespannt. Auf Grundlage von Anweisungen von einer Servosignal-Verarbeitungseinheit 55, wie später beschrieben wird, bewirkt die erste Ansteuereinheit 1 eine Rotation der ersten Drehachse 5, die als eine Hauptachse dient. Die erste Drehachse 5 wird an dem Spindelstock 10 gehalten. Die zweite Ansteuereinheit 2 bewirkt, dass die zweite Drehachse 6 an der ersten Drehachse 5 rotiert, und dass sich das Schneidewerkzeug 7 (engl. Cutting Tool) in eine radiale Richtung des Werkstücks 12 bewegt (virtuelle X-Achse). Auch die dritte Ansteuerachse 3 bewirkt eine Rotation des Servomotors 4, und der Servomotor 4 bewirkt wiederum eine Rotation der Kugelumlaufspindel 9, wodurch sich der Spindelstock 10 und die erste Drehachse 5, die an dem Spindelstock lokalisiert ist, bewegen, und zwar entlang einer geraden Linie, welche die erste Drehachse 5 mit dem Futter 11 verbindet – in eine longitudinale Richtung des Werkstücks 12. Ein Schneidewerkzeug wird als ein Beispiel des Werkzeugs 7 beschrieben; ein Typ des Werkzeugs 7 ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Andererseits enthält die NC-Vorrichtung 50 eine Programmanalyseeinheit 51, eine Interpolationseinheit 52, eine Manuellanweisungseinheit 53, eine Bewegungszuweisungseinheit 54 und eine Servosignal-Verarbeitungseinheit 55. Die Programmanalyseeinheit 51 kontrolliert analytisch vorprogrammierte Bearbeitungsanweisungen 60 auf der Grundlage von Blöcken, um eine Bewegungsgröße jeder Achse in einem einzelnen Block zu analysieren.
Die vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen 60 beziehen sich auf dedizierte programmierte Instruktionen mit Anweisungen, die einen Betrieb des NC-Bearbeitungswerkzeugs 100 bewirken. Zum Beispiel wird ein G-Code oder ein m2-Code in einigen Fällen verwendet, wie in JIS B 6315-2 definiert, jedoch ist der Code nicht darauf beschränkt. Ein einzelner Block der vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen 60 bezieht sich auf Codes in einer einzelnen Zeile der vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen. Da die vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen typischerweise Zeile um Zeile interpretiert werden, wird diese Verarbeitungseinheit als „Block” bezeichnet.
Die Manuellanweisungseinheit 53 verarbeitet eine manuelle Bewegungsanweisung, die von einem Steuerpult 61 und einem Manuellpuls-Generator 62 dafür bereitgestellt wird. Die Interpolationseinheit 52 berechnet eine Bewegungsgröße (im Folgenden „FdT”), die bei Intervallen einer Interpolationsperiode auf einer Achsengrundlage erzeugt wird, auf Grundlage eines Resultats, das durch die Programmanalyseeinheit 51 und der Manuellanweisungseinheit 53 berechnet wird. Die Bewegungszuweisungseinheit 54 weist eine angewiesene Bewegungsgröße für die virtuelle Achse X des Werkstücks 12 zu, basierend auf FdT, berechnet durch die Interpolationseinheit 52, und zwar an die Bewegungsgrößen der ersten und der zweiten Drehachse 5 und 6. Die Servosignal-Verarbeitungseinheit 55 überträgt FdTs, berechnet durch die Interpolationseinheit 52 und die Bewegungszuweisungseinheit 54, an die erste, die zweite und die dritte Ansteuereinheit 1, 2 und 3. Das Steuerpult 10 und der Manuellpuls-Generator 62 werden als externe Vorrichtungen der NC-Vorrichtung 50 beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf solche Vorrichtungen beschränkt. In einigen Fällen existieren das Steuerpult 10 und der Manuellpuls-Generator 62 als ein Teil der NC-Vorrichtung 50.
Als Nächstes werden automatische und manuelle Betriebsmodi für die NC-Vorrichtung separat beschrieben.
In dem automatischen Betriebsmodus enthalten die vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen 60 eine Drehzahlanweisung zum Betrieben der ersten Drehachse 5 als die Hauptachse, und eine Bewegungsanweisung für die virtuelle Achse X, sowie Bewegungsanweisungen für andere Betriebsachsen (Y- und Z-Achsen) neben der virtuellen Achse. Die Programmanalyseeinheit 51 liest die vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen 60, um die gelesenen Bearbeitungsanweisungen 60 auf einer Blockbasis analytisch zu kontrollieren und berechnet eine Drehzahl der ersten Drehachse 5, die als die Hauptachse dient, und eine Bewegungsgröße durch einen einzelnen Block für jede der Achsen, einschließlich der virtuellen Achse X.
In dem manuellen Betriebsmodus enthält das Steuerpult 61 einen Betriebsschalter für die virtuelle Achse, sowie einen Betriebsschalter für andere Betriebsachsen. Ferner enthält dieses einen Schalter zum Verteilen von manuellen Pulsen, die durch den Manuellpuls-Generator 62 erzeugt wurden, an die virtuelle Achse X. Die Manuellanweisungseinheit 53 berechnet, als eine Bewegungsgröße für jede Achse, einschließlich der virtuellen Achse, eine manuelle Bewegungsgröße, die durch den Schalter an dem Steuerpult 61 erzeugt wird, oder durch den Manuellpuls-Generator.
Die Interpolationseinheit 52 wird in festen Intervallen (z. B. 1 Millisekunde) aktiviert, die als Interpolationsperiode bezeichnet wird, und berechnet, gemäß einem gut bekannten Interpolationsverfahren, FdT für jede Achse, einschließlich der virtuellen Achse, unter Verwendung von Bewegungsgrößen, die durch die Programmanalyseeinheit 51 in dem automatischen Betriebsmodus und durch die Manuellanweisungseinheit 53 in dem manuellen Betriebsmodus berechnet werden.
Basierend auf FdT für die virtuelle Achse aus den FdTs, die für die Achsen durch die Interpolationseinheit 52 berechnet werden, führt die Bewegungszuweisungseinheit 14 eine Zuweisung von FdTs der ersten und der zweiten Drehachsen 5 und 6 durch. Ein Berechnungsverfahren für die Zuweisung wird im Folgenden beschrieben. Zuerst wird mit einem Verweis auf 2 das Verfahren hinsichtlich einer Wandlung einer Positionsanweisung für die virtuelle Achse X in einen Drehwinkel der zweiten Drehachse 6 beschrieben.
2 ist ein konzeptionelles Diagramm, betrachtet aus Sicht des Werkstücks 12, wenn sich das Schneidewerkzeug 7 in einem äußersten Bearbeitungsradius des Werkstücks 12 befindet. Es wird angenommen, dass dieser Zustand die Positionsreferenz einer Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Drehachse 5 und 6 und der virtuellen Achse darstellt. In diesem Fall wird die Position des Schneidewerkzeugs 7 an der virtuellen Achse X als Xa gegeben. Ein Drehwinkel (D) der ersten Drehachse – ein Winkel, der zwischen der virtuellen Achse und einer geraden Linie ausgebildet wird, welche das Schneidewerkzeug 7 mit dem Zentrum (Cw) der ersten Drehachse verbindet – wird als Null behandelt. Auch ein Drehwinkel (U) der zweiten Drehachse – ein Winkel, der zwischen der virtuellen Achse X und einer geraden Linie ausgebildet wird, welche das Schneidwerkzeug 7 mit dem Zentrum (Cs) der zweiten Drehachse verbindet – wird als Null behandelt. Das Zentrum (Cw) der ersten Drehachse in den 2–4 bewegt sich entlang der Peripherie der zweiten Drehachse 6, an der das Schneidewerkzeug 7 fest angebracht ist.
Unter der Annahme, dass der Radius der zweiten Drehachse 6 gleich R ist, wird die Position Xa an der virtuellen Achse X des Schneidewerkzeugs 7 in 2 durch die Gleichung: Xa = 2Rcos(0) = 2R dargestellt.
Typischerweise wird die Beziehung zwischen dem Drehwinkel (U) der zweiten Drehachse 6 und der virtuellen Achse X durch die Gleichung: U = 2cos^–1(X/2R) dargestellt.
3 ist ein konzeptionelles Diagramm, wobei die erste Drehachse 5 einmal rotiert (360 Grad), und die zweite Drehachse 6 Ub mal rotiert, relativ zur zweiten Drehachse (Cs). Dabei wird der Drehwinkel (Ub) der zweiten Drehachse durch die Gleichung: Ub = 2cos^–1(Xb/2R) dargestellt.
Wenn zum Beispiel ein Gewindeschneiden an einem Werkstück ausgeführt wird, bewirkt ein herkömmlicher Drehprozess, dass die Z-Achse während der Rotation um eine Umdrehung (360 Grad) der Hauptachse sich um eine Gewindesteigung (einen Abstand zwischen Gewindezähnen) bewegt. Wenn bei einem Kegelgewindeschneiden (wobei ein Gewinde geformt wird, dessen Durchmesser für eine Verjüngung variiert) unter Verwendung des NC-Bearbeitungswerkzeug 100 die erste Drehachse 5 eine Umdrehung (360 Grad) macht, während des Übergangs des Zustands von 2 zu 3, wird der Drehwinkel der ersten Drehachse 5 als Ergebnis der Drehung der zweiten Drehachse 6 relativ zum Zentrum (Cs) der zweiten Drehachse 6 zu Db. Mit anderen Worten wird das Schneidewerkzeug positioniert, um sich relativ zu der virtuellen Achse um Db zu neigen. Deswegen rotiert das Schneidewerkzeug 7 tatsächlich mehr als eine Umdrehung (360 + Db Grad) um das Zentrum (Cw) der ersten Drehachse, was zu einem ungeeigneten Abstand zwischen den Gewindezähnen führt. Aus diesem Grund ist ein Kegelgewindeschneiden erforderlich, bei dem die Position des Schneidewerkzeugs 7 auf die korrigiert wird, die in 4 gezeigt wird, und das Schneidewerkzeug 7 dadurch um 360 Grad rotiert wird. Mit anderen Worten muss das Schneidewerkzeug 7 gemäß 3 sich an der virtuellen Achse bewegen, so dass der Drehwinkel (Ub) der zweiten Drehachse zu Null Grad wird.
Als nächstes wird eine Berechnung einer Korrekturgröße beschrieben, wobei die Größe zusätzlich der ersten Rotationsachse 5 bereitgestellt wird, so dass das Schneidewerkzeug 7 an der virtuellen Achse geradlinig bewegt wird. Da das Schneidewerkzeug 7 mit der Rotation der zweiten Drehachse 6 bewegt wird, wenn, wie in 3 gezeigt, das Schneidewerkzeug 7 bei einem Abstand Xb entfernt von dem Zentrum (Cw) der ersten Drehachse ist, wird der Drehwinkel der ersten Drehachse zu Db. Und zwar wird das Schneidewerkzeug 7 an eine geneigte Position Db von der Positionsreferenz an der ersten Drehachse 5 bewegt. Die Neigung Db wird durch die Gleichung: Db = Ub/2 dargestellt.
Wenn insbesondere bei dem Werkstück 12 an dessen Oberfläche in dessen Zentrum nach innen gebohrt wird, mit einem Löcher-bohrenden Bohrer, der an dem Schneidewerkzeug 7 angebracht ist, muss verhindert werden, dass das Werkzeug 7 in dessen geneigte Position bewegt wird, wie in 3 gezeigt. 4 ist ein konzeptionelles Diagramm in Situationen, wenn ein Korrekturbetrieb für die erste Drehachse 5 eine Position des Schneidewerkzeugs 7 relativ zu der ersten Drehachse verbessert – und zwar, wenn der Drehwinkel der zweiten Drehachse 6 scheinbar 0° ist. In der zweiten Drehachse 6 wird, synchron mit dem Winkel der zweiten Drehachse, eingestellt auf Ub – insbesondere wenn das Schneidewerkzeug 7 zu der Position Ub bewegt wird – die Position des Schneidewerkzeugs 7 korrigiert, in dem das Schneidewerkzeug 7 an eine Position von 360° – Db bezüglich der ersten Drehachse 5 bewegt wird, wie in 4 gezeigt.
Mit anderen Worten wird ein Zustand in 3 gezeigt, wenn das Schneidewerkzeug 7 an dessen geneigte Position bewegt wird, und die Werkzeugposition verglichen mit der in 2 geneigt ist. Ein Zustand, bei dem diese geneigte Position in eine nicht geneigte Position im Vergleich mit der in 2 korrigiert wird, ist in 4 gezeigt. Wenn der Zustand der 2 in den der 3 übergeht, wobei keine korrigierende Aktion durchgeführt wird, rotiert die erste Drehachse 5 um 360°, was dazu führt, dass das Schneidewerkzeug 7 um 360° + Db rotiert. Aus diesem Grund rotiert das NC-Bearbeitungswerkzeug 10 die erste Drehachse um 360° – Db, wodurch bewirkt wird, dass das Schneidewerkzeug 7 um 360° rotiert und der Zustand von 2 zu 4 übergeht. Die Erzeugung von Db begleitet die Bewegung der virtuellen Achse X, und Db wird gemäß einer Bewegungsgröße der virtuellen Achse X während des Übergangs des Zustands von 2 zu 3 (4) erzeugt; der Drehwinkel der ersten Drehachse 5 wird somit entsprechend korrigiert.
Wenn der Zustand von 2 zu dem der 4 übergeht, wird das Schneidewerkzeug 7 in eine unbeabsichtigte Richtung orientiert, wie in 5 gezeigt. Dieses Problem wird somit in dem zu steuernden Ziel-NC-Bearbeitungswerkzeug 10 behandelt, wodurch bewirkt wird, dass das Schneidewerkzeug 7 immer zum Zentrum der ersten Drehachse 5 zeigt.
Die Reihe der Steueroperationen wird in einer analogen Art und Weise ausgeführt, während die erste Drehachse 5 als die Hauptachse rotiert. Insbesondere hängt in der Reihe von Steueroperationen FdT der ersten Drehachse 5 mit FdT bei einer Drehzahl zusammen, in Situationen, wenn angewiesen wird, dass die erste Drehachse 5 als die Hauptachse rotiert, und mit FdT aufgrund einer Positionskorrektur des Schneidewerkzeugs 7, das die Bewegung der virtuellen Achse X begleitet.
Die FdTs der ersten und der zweiten Drehachse, die wie oben beschrieben an der Bewegungszuweisungseinheit 54 berechnet werden, und die FdTs der anderen Achsen, die an der Interpolationseinheit 52 berechnet werden, werden durch die Servosignal-Verarbeitungseinheit 15 an die erste, zweite und dritte Ansteuereinheit 1, 2 und 3 übertragen.
6 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Situation, wenn durch die Reihe von Steueroperationen ein Gewindeschneiden durchgeführt wird. Bei dem herkömmlichen Gewindeschneiden können konstante Gewindesteigungen durch die Hauptachse gefertigt werden, die in einer Zeit einmal rotiert, wenn die Achse, die in die longitudinale Richtung eines Werkstücks 12 bewegt wird, um eine angewiesene Größe bezüglich einer Gewindesteigung bewegt wird.
Mit dem NG-Bearbeitungswerkzeug 100 können konstante Gewindesteigungen durch die Tatsache gefertigt werden, dass die Position des Schneidewerkzeugs 7 relativ zu der ersten Drehachse 5 in einer Zeit einmal rotiert, wenn die Achse, die in die longitudinale Richtung des Werkstücks 12 bewegt wird, um eine angewiesene Größe bezüglich einer Gewindesteigung bewegt wird; das Gewindeschneiden bewirkt somit, dass eine Korrekturgröße für die erste Drehachse 5 synchron mit der longitudinalen Bewegung des Werkstücks 12 variiert.
Gemäß 6 hängt eine Korrekturgröße Cc für die erste Drehachse 5 mit einer longitudinalen Position Zc eines Werkstücks zusammen, während eine Korrekturgröße Cd daher mit einer longitudinalen Position Zd des Werkstücks zusammenhängt. Da die Korrekturgröße für die erste Drehachse 5 durch die Interpolationseinheit 52 berechnet wird, jedes Mal dann, wenn die virtuelle Achse X seine Position variiert, variiert die Korrekturgröße synchron mit der Bewegung des Werkstücks in der longitudinalen Richtung des Werkstücks 12, die durch die Interpolationseinheit 52 berechnet wird.
Die NC-Vorrichtung 50 und das NC-Bearbeitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann als eine Vorrichtung zum Steuern von Bearbeitungswerkzeugen verwendet werden, die zum Bearbeiten eines Werkstücks vorgesehen sind – wie zum Beispiel mit einem großen Bearbeitungsradius, einer großen Länge oder einer teilweise zylindrischen oder verjüngten Form – in einer zylindrischen oder verjüngten Form, ohne das Werkstück zu rotieren.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann für numerische Steuervorrichtungen (NC-Vorrichtungen) und numerische Verarbeitungssysteme verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 8-126938 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS B 6315-2 [0024]

Claims

Numerisch gesteuertes Bearbeitungssystem, mit: einem Futter, das ein Werkstück einspannt; eine erste Drehachse, die gegenüber dem Futter lokalisiert ist, die als eine Hauptachse rotiert; einer zweiten Drehachse, die um dessen Zentrum an der ersten Drehachse rotiert; einer numerischen Steuervorrichtung, die, gemäß vorprogrammierter Bearbeitungsanweisungen, Drehanweisungen für die erste und die zweite Drehachse ausgibt; und einem Werkzeug, das an der zweiten Drehachse fixiert ist, das entlang einer peripheren Oberfläche des Werkstücks durch eine Rotation der ersten Drehachse bewegt wird, und dessen Bearbeitungsradius durch eine Rotation der zweiten Drehachse bestimmt wird.
Numerisch gesteuertes Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die NC-Vorrichtung gemäß den vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen, Drehanweisungen für die erste und die zweite Drehachse ausgibt, so dass sich das Werkzeug auf einer virtuellen Achse bewegt, bei der es sich um eine gerade Linie handelt, die die Werkzeugposition mit dem Zentrum der ersten Drehachse verbindet.
Numerisch gesteuertes Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die NC-Vorrichtung gemäß den vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen, eine Bewegungsanweisung ausgibt, die bewirkt, dass das Werkzeug sich in eine Richtung einer geraden Linie bewegt, die das Werkstück und das Futter verbindet.
Numerisch gesteuertes Bearbeitungssystem nach Anspruch 2, wobei die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Programmanalyseeinheit, die die vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen auf Basis von Blöcken kontrolliert, und eine Bewegungsgröße der virtuellen Achse in einem einzelnen Block analysiert; eine Interpolationseinheit, die, auf Grundlage von Resultaten der Analyse, die durch die Programmanalyseeinheit erfolgt, die Bewegungsgröße der virtuellen Achse berechnet, die in Intervallen einer Interpolationsperiode erzeugt werden; und eine Bewegungszuweisungseinheit, die die Bewegungsgröße der virtuellen Achse, die durch die Interpolationseinheit berechnet wird, in eine Bewegungsgröße eines Drehwinkels für die erste und die zweite Drehachse wandelt.
Numerische Steuervorrichtung, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist zum Ausgeben: einer Drehanweisung, die eine erste Drehachse anweist, sich entlang einer peripheren Oberfläche eines Werkstücks zu bewegen; und einer Drehanweisung, welche eine zweite Drehachse anweist, einen Bearbeitungsradius eines Werkzeugs zu bestimmen, gemäß vorprogrammierter Bearbeitungsanweisungen für die erste Drehachse, die sich gegenüber einem Futter zum Einspannen des Werkstücks befindet, die als eine Hauptachse rotiert, für die zweite Drehachse, an der das Werkzeug fixiert ist und die um dessen Zentrum an der ersten Drehachse rotiert.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung, gemäß der vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen, Drehanweisungen für die erste und die zweite Drehachse ausgibt, so dass sich das Werkzeug auf einer virtuellen Achse bewegt, bei der es sich um eine gerade Linie handelt, die eine vorbestimmte Position des Werkzeugs und das Zentrum der ersten Drehachse verbindet.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung eine Bewegungsanweisung ausgibt, die, gemäß der vorprogrammierten Bewegungsanweisungen, das Werkzeug in einer Richtung einer geraden Linie bewegt, die das Werkstück und das Futter verbindet.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Programmanalyseeinheit, die die vorprogrammierten Bearbeitungsanweisungen auf einer Blockbasis kontrolliert und eine Bewegungsgröße der virtuellen Achse in einem einzelnen Block analysiert; eine Interpolationseinheit, die, auf Grundlage von Resultaten der Analyse, die durch die Prorammanalyseeinheit erfolgt, eine Bewegungsgröße der virtuellen Achse berechnet, die in Intervallen einer Interpolationsperiode erzeugt werden; und eine Bewegungszuweisungseinheit, die die Bewegungsgröße der virtuellen Achse, die durch die Interpolationseinheit berechnet wird, in eine Bewegungsgröße eines Drehwinkels für die erste und die zweite Drehachse wandelt.