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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern von Zustellachsen in einer Werkzeugmaschine, um ein Erzeugen einer Ratterschwingung und ein Abplatzen eines Werkzeugs durch Steuern der Zustellachsen in Anbetracht von Unrundheitsbeträgen an Schneidkanten des Werkzeugs während einer Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine, insbesondere während eines Schwerlastschneidens eines schwer zu schneidenden Materials, wie etwa einer Titanlegierung, zu unterdrücken. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Werkzeugmaschine, die ein Schneiden unter Verwendung des Verfahrens zum Steuern von Zustellachsen ausführt.
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Wenn das schwer zu schneidende Material durch Fräsen bearbeitet wird, wird ein Werkzeug, an das abnehmbare sogenannte ”Einweg-” oder ”Einsatz-” Schneidkanten angebracht sind, verwendet, um Bearbeitungskosten zu verringern. Die Höhen der angebrachten Schneidkanten sind in diesem Werkzeug aufgrund des Effekts einer Bearbeitungsgenauigkeit bei einer Auflagerfläche zum Anbringen der Schneidkanten des Werkzeugs selbst und bei den Schneidkanten selbst nicht gleichmäßig, und daher werden Unrundheitsbeträge (relative Montagefehler zwischen jeweiligen Schneidkanten) erzeugt. In einem Fall von Schneidkanten mit einem großen Unrundheitsbetrag tritt ein Abplatzen des Werkzeugs auf und eine Werkzeuglebensdauer wird herabgesetzt. Dementsprechend haben die gegenwärtigen Erfinder die Erfindung in der Offenlegung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-240837 (
JP-A-2013-240837 ) bereitgestellt. In
JP-A-2013-240837 werden basierend auf jeweiligen Positionen von Schneidkanten und zuvor gemessenen Unrundheitsbeträgen eine Amplitude und eine Phase bestimmt und Zustellachsen werden in einer entgegengesetzten Richtung einer Bearbeitungsfortschrittsrichtung synchron zu einer Hauptspindel verfahren, um so die Unrundheitsbeträge aufzuheben, so dass ein Ein-Schneidkanten-Zustellbetrag nahe einem ursprünglich vorgesehenen Wert von jeder Schneidkante erzeugt wird.
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In dem Bearbeitungsverfahren von
JP-A-2013-240837 wird, wenn eine Bearbeitung unter Verwendung des Werkzeugs, das eine Mehrzahl von Schneidkanten (eine Mehrzahl von Schneidkantenreihen) in einer Rille hat, durchgeführt wird, der Betrag einer Betätigung der Zustellachsen in der entgegengesetzten Richtung eines Bearbeitens auf einen durchschnittlichen Wert des in einer Schneidrille gemessenen Unrundheitsbetrags in jeweiligen Schneidkantenreihen bestimmt, da der Unrundheitsbetrag bei jeweiligen Schneidkanten variiert. Jedoch ist es schwierig, eine ausreichende Werkzeuglebensdauer zu erzielen, wenn der Unrundheitsbetrag bei dem Durchschnittswert nicht minimal wird. Als eine Gegenmaßnahme für das Obige wird in Betracht gezogen, dass es ein Berechnungsverfahren von Steuerungsbeträgen, beispielsweise unter Verwendung einer Lösungsfunktion einer Tabellenkalkulationsanwendung, gibt, so dass aktuelle Bearbeitungszugaben für jeweilige Schneidkanten gemittelt werden. Da der Wert in diesem Verfahren durch wiederholtes Ausführen einer Berechnung zum Erhalten der maximalen Lösung zusammenläuft, ist es jedoch erforderlich, das Verfahren mehrere Male auszuführen, es verbraucht Zeit und eine Berechnungsformel wird kompliziert.
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Hinsichtlich des Obigen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern von Zustellachsen in einer Werkzeugmaschine und eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die in der Lage sind, einen Steuerungsbetrag, in dem Maximalwerte der aktuellen Bearbeitungszugaben durch eine einfache Berechnung gemittelt werden, bereitzustellen, und die in der Lage sind, die Lebensdauer des Werkzeugs zu erhöhen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern von Zustellachsen in einer Werkzeugmaschine bereitgestellt, wobei die Werkzeugmaschine ein Werkstück durch Rotieren eines Werkzeugs bearbeitet, das eine Mehrzahl von Reihen enthält, die eine Mehrzahl von in der Achsrichtung auf konzentrischen Kreisen angeordneten Schneidkanten haben. Das Verfahren enthält Schritte eines Berechnens einer Zunahme oder Abnahme von Bearbeitungszugaben eines Werkstücks, das derzeitig durch jeweilige Schneidkanten zu bearbeiten ist, basierend auf zuvor gemessenen Unrundheitsbeträgen der Schneidkanten, eines Berechnens von Steuerungsbeträgen, wobei Maximalwerte der Bearbeitungszugaben in jeweiligen Schneidrillen gemittelt werden, und eines Überlagerns eines Steuerns von geringfügig in einer entgegengesetzten Richtung eines Bearbeitens basierend auf den Steuerungsbeträgen verfahrenen Zustellachsen, während ein Bearbeiten ausgeführt wird.
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In dem obigen Aufbau wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Steuerungsbetrag Ri durch die folgenden Prozeduren berechnet.
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Wenn ein Index für eine Nummer der Schneidrille ”i” ist (1 ≤ i ≤ Z, Z: die Anzahl von Schneidkanten), ein Index für eine Nummer der Reihe der Schneidkanten in jeder Schneidrille ”j” ist (1 ≤ j ≤ N, N: die Anzahl von Schneidkantenreihen, die in der Schneidrille beim derzeitigen Bearbeiten verwendet werden), und der gemessene Unrundheitsbetrag von jeder Schneidkante Ci,j (μm) ist, kann eine Zunahme oder Abnahme Di,j der aktuellen Bearbeitungszugabe an jeder Schneidkante durch die folgende Formel (1) berechnet werden. Di,j = Ci,j – Ci-1,j (1) (wenn i – 1 0(Null) ist, wird es durch Z ersetzt)
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Als nächstes wird, wenn R1 = 0, der Steuerungsbetrag Ri durch die folgende Formel (2) berechnet, Ri = (Maximalwert von Di,1 bis Di,j) – {durch Dividieren der Gesamtsumme von (den Maximalwerten von Di,1 bis Di,j) in jeder Schneidrille ”i” durch die Anzahl von Schneidkanten Z erhaltener Wert) + Ri-1 (2)
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Werkzeugmaschine bereitgestellt, die ein Werkstück durch Rotieren eines Werkzeugs bearbeitet, das eine Mehrzahl von Reihen enthält, von denen jede eine Mehrzahl von in der axialen Richtung auf konzentrischen Kreisen angeordneten Schneidkanten hat. Die Werkzeugmaschine enthält eine Steuerungswertberechnungseinheit zur Berechnung einer Zunahme oder Abnahme von Bearbeitungszugaben eines Werkstücks, das derzeitig durch jeweilige Schneidkanten zu bearbeiten ist, basierend auf zuvor gemessenen Unrundheitsbeträgen der Schneidkanten, und zur Berechnung eines Steuerungsbetrags, wobei die Maximalwerte der Bearbeitungszugaben in jeweiligen Schneidrillen gemittelt werden, und eine Steuerungseinheit zum Überlagern einer Steuerung von geringfügig in einer entgegengesetzten Richtung eines Bearbeitens basierend auf den Steuerungsbeträgen verfahrenen Zustellachsen, während eine Bearbeitung ausgeführt wird.
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In dem Aufbau gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsbetrag Ri durch die folgenden Prozeduren berechnet.
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Wenn ein Index für eine Nummer der Schneidrillen ”i” ist (1 ≤ i ≤ Z, Z: die Anzahl von Schneidkanten), ein Index für eine Reihennummer der Schneidkanten in jeder Schneidrille ”j” ist (1 ≤ j ≤ N, N: die Anzahl von Reihen von Schneidkanten, die bei einem derzeitigen Bearbeiten in der Schneidrille verwendet werden), und der gemessene Unrundheitsbetrag von jeder Schneidkante Ci,j (μm) ist, kann eine Zunahme oder Abnahme Di,j der aktuellen Bearbeitungszugabe bei jeder Schneidkante durch die folgende Formel (1) berechnet werden. Di,j = Ci,j – Ci-1, j (1) (wenn i – 1 0(Null) ist, wird es durch Z ersetzt)
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Als nächstes wird, wenn R1 = 0, der Steuerungsbetrag Ri durch die folgende Formel (2) berechnet, Ri = (Maximalwert von Di,1 bis Di,j) – {durch Dividieren der Gesamtsumme von (den Maximalwerten von Di,1 bis Di,j) in jeder Schneidrille ”i” durch die Anzahl von Schneidkanten Z erhaltener Wert} + Ri-1 (2)
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Unrundheitsbeträge des Werkzeugs in jeweiligen Achsrichtungen entsprechend der Werkzeugposition (Rotationswinkel) auf der Zustellachsenseite während einer Bearbeitung nicht durch ein kompliziertes Berechnungsverfahren, das Zeit benötigt, korrigiert, sondern durch eine einfache Berechnung. Daher werden die Steuerungsbeträge erhalten, wobei die Maximalwerte von aktuellen Bearbeitungszugaben gemittelt werden. Dementsprechend kann die Bearbeitung ausgeführt werden, während der Effekt des Unrundheitsbetrags des Werkzeugs unterdrückt wird, was die Lebensdauer des Werkzeugs erhöht.
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1 ist eine strukturelle Ansicht, die ein Beispiel einer Werkzeugmaschine zeigt.
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2 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern von Zustellachsen.
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3 ist eine Ansicht eines horizontalen Querschnitts eines Werkzeugs.
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4 zeigt Messergebnisse von Unrundheitsbeträgen von jeweiligen Schneidkanten und Berechnungsergebnisse einer Zunahme oder Abnahme von aktuellen Zugaben, wenn eine Bearbeitung unter Verwendung von Schneidkanten in vier Rillen mit drei Reihen pro Rille durchgeführt wird.
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5 zeigt Messergebnisse von Unrundheitsbeträgen von jeweiligen Schneidkanten und Berechnungsergebnisse einer Zunahme oder Abnahme von aktuellen Zugaben, wenn ein Bearbeiten unter Verwendung von Schneidkanten in vier Rillen mit drei Reihen pro Rille ausgeführt wird, und Berechnungsergebnisse, die erhalten werden, wenn Mittelwerte von Unrundheitsbeträgen eines Werkzeugs als Steuerungsbeträge verwendet werden.
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6 zeigt Messergebnisse von Unrundheitsbeträgen von jeweiligen Schneidkanten und Berechnungsergebnisse einer Zunahme oder Abnahme von aktuellen Zugaben, wenn eine Bearbeitung unter Verwendung von Schneidkanten in vier Rillen mit drei Reihen pro Rille durchgeführt wird, und Berechnungsergebnisse von Steuerungsbeträgen, in denen die Maximalwerte von derzeitigen Zugaben gemittelt sind.
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
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1 ist eine strukturelle Ansicht, die ein Beispiel einer Werkzeugmaschine zeigt, die ein Verfahren zum Steuern von Zustellachsen gemäß der vorliegenden Erfindung ausführt. In der Zeichnung bezeichnet 1 ein Bett und 2 bezeichnet eine Säule. Ein Spindelkopf 3 ist vor der Säule 2 vorgesehen, um durch eine X-Achsen-Steuerungseinheit 4 und eine Z-Achsen-Steuerungseinheit 5 in einer X-Achsen-Richtung und einer Z-Achsen-Richtung gesteuert zu werden. Ein Werkzeug 7 ist an einer unter dem Spindelkopf 3 vorgesehenen Hauptspindel 6 angebracht, um nach unten gerichtet zu sein. Ein Tisch 9, der durch eine Y-Achsen-Steuerungseinheit 8 gesteuert werden kann, um sich in einer Y-Achsen-Richtung zu bewegen, ist oberhalb des Betts 1 vorgesehen und ein Werkstück 10 kann auf dem Tisch 9 befestigt werden.
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Ein Steuerungssystem der Werkzeugmaschine enthält eine Hauptspindelrotationssteuerungseinheit 11, die eine Drehzahl der Hauptspindel 6 steuert, eine arithmetische Einheit 12, die Steuerungsbeträge von Zustellachsen berechnet (jeweilige Steuerungseinheiten 4, 5 und 8), eine Numerischer-Wert-Steuerungseinheit 13, die die Zustellachsen steuert und eine Speichereinheit (nicht gezeigt). Später beschriebene Unrundheitsbeträge an Schneidkanten des Werkzeugs 7 können durch eine externe Eingabeeinheit 14 in die arithmetische Einheit 12 eingegeben werden.
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In der Werkzeugmaschine, die die obige Konfiguration hat, wird eine Bearbeitung basierend auf einem Ablaufdiagramm von 2 ausgeführt. Wie in 3 gezeigt, wird das Werkzeug 7 durch Vorsehen von drei Reihen, von denen jede vier Schneidkanten 7a, 7a ..., die in Abständen von 90° auf konzentrischen Kreisen in der axialen Richtung in vorgegebenen Abständen vorgesehen sind, gebildet. Die Schneidkanten 7a in jeder Rille (von in 3 gezeigten Kreisen umschlossene Nummer) sind in der axialen Richtung so angebracht, dass die Schneidkanten 7a von einem spitzen Ende des Werkzeugs 7 an der Vorderseite in der Rotationsrichtung nacheinander versetzt sind, d. h. drei Schneidkanten 7a, 7a ... sind in jeweiligen Rillen der von Kreisen umschlossenen Nummern 1 bis 4 in einer Spiralrichtung angeordnet.
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Zuerst werden in S1 Unrundheitsbeträge an jeweiligen Schneidkanten 7a des Werkzeugs 7 gemessen und im Voraus durch die externe Eingabeeinheit 14 in die arithmetische Einheit 12 eingegeben. Die arithmetische Einheit 12 berechnet in S2 unter Verwendung einer vorgegebenen Berechnungsformel die Steuerungsbeträge von jeweiligen Schneidrillen bei einem Rotationswinkel. Die Berechnung des Steuerungsbetrags wird in der folgenden Art und Weise ausgeführt.
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Zuerst kann, wenn ein Index für eine Nummer der Schneidrille ”i” ist (1 ≤ i ≤ Z, Z: die Anzahl von Schneidkanten), ein Index für eine Reihennummer der Schneidkanten 7a in jeder Schneidrille ”j” ist (1 ≤ j ≤ N, N: die Anzahl von Reihen von Schneidkanten, die bei der derzeitigen Bearbeitung in der Schneidrille verwendet werden), und der gemessene Unrundheitsbetrag von jeder Schneidkante Ci,j (μm) ist, eine Zunahme oder Abnahme Di,j bei der aktuellen Bearbeitungszugabe an jeder Schneidkante durch die folgende Formel (1) berechnet werden. Di,j = Ci,j – Ci-1,j (1)
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Jedoch wird, wenn i – 1 = 0 (Null) ist, es durch Z ersetzt.
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Das heißt, dass die Größe des Unrundheitsbetrags an jeder Schneidkante 7a nicht der aktuellen Bearbeitungszugabe an jeder Schneidkante 7a entspricht, und die Differenz der Unrundheitsbetrags in jeweiligen Schneidkanten 7a (Zunahme oder Abnahme) der Differenz von aktuellen Bearbeitungszugaben entspricht. Je größer die Differenz an den Schneidkanten 7a ist, umso schneller schreitet das Abplatzen fort und umso kürzer ist die Lebensdauer, daher werden die Werte berechnet.
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Dann wird ein Steuerungsbetrag Ri in jeder Schneidrille durch die folgende Formel (2) berechnet.
Wenn R1 = 0, Ri = (Maximalwert von Di,1 bis Di,j – {durch Dividieren der Gesamtsumme von (den Maximalwerten von Di,1 bis Di,j) in jeder Schneidrille ”i” durch die Anzahl von Schneidkanten Z erhaltener Wert} + Ri-1 (2)
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Die Berechnungsformel besagt, dass der Maximalwert der aktuellen Zugabe in der Schneidrille nicht kleiner als ein Mittelwert der in jeweiligen Schneidrillen berechneten Maximalwerte ist.
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Als eine Steuerungsposition (Werkzeugrotationswinkel), wird ein Mittelwert eines Rotationswinkels (α in 3) von einer Position (Referenzposition) verwendet, in der die Unrundheitsbeträge in jeweiligen Reihen der Schneidrillen von nur den Schneidkanten 7a, die für die derzeitige Bearbeitung verwendet werden, beispielsweise an Rotationswinkeln gemessen werden. Ein Phasenverhältnis zwischen jeder Position der Schneidkante 7a und dem Körper des Werkzeugs 7 kann durch einen mit der Hauptspindel 6 verbundenen Encoder erfasst werden. Die Hauptspindelrotationssteuerungseinheit 11 erhält die Phaseninformation der Schneidkante 7a basierend auf der Ausgabe des Encoders.
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Wenn der Steuerungsbetrag Ri in jeder Schneidrille berechnet ist, wandelt die arithmetische Einheit 12 in S3 den in S2 berechneten Steuerungsbetrag in einen Betrag in jeder Achsenrichtung um und subtrahiert in einem in der Speichereinheit gespeicherten NC-Programm den Wert von einem Zustellachsenanwendungswert. Dann führt die Numerischer-Wert-Steuerungseinheit 13 in S4 ein Bearbeiten durch Ansteuern von jeweiligen Zustellachsen (Steuerungseinheiten) basierend auf den subtrahierten Zustellachsenanweisungswerten aus. Zum Beispiel wird beim Bearbeiten in einer X-Y-Ebene der mit Bezug auf die Bearbeitungsvorschubrichtung berechnete Steuerungsbetrag auf die X-Achsen- und Y-Achsen-Richtung verteilt und die Zustellachsen werden in der entgegengesetzten Richtung eines Bearbeitens gesteuert. Das Abarbeiten in S3 und S4 wird wiederholt bis die Bearbeitung in S5 endet.
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Aufgrund der obigen Steuerung wird eine winzige erzwungene Schwingung hinsichtlich der Zustelloperation überlagert. Da die erzwungene Schwingung eine Frequenz hat, die gleich der Unrundheit des Werkzeugs 7 ist, was bewirken kann, dass der Effekt des Unrundheitsbetrags in dem Werkzeug ausgelöscht wird, kann jedoch die Schwingung auf den Zustellachsen überlagert werden, um den Unrundheitsbetrag des Werkzeugs 7 bei einer Rotation der Hauptspindel 6 zu unterdrücken. Als ein Ergebnis wird die maximale auf die Schneidkanten 7a wirkende Schnittkraft reduziert, um dabei den Grad eines Auftretens von Abplatzen des Werkzeugs zu reduzieren. Dies führt durch Reduzieren der maximalen Schnittkraft auch zu dem Unterdrücken einer Ratterschwingung.
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4 zeigt gemessene Werte der Unrundheitsbetrags von jeweiligen Schneidkanten und berechnete Werte von Zunahmen oder Abnahmen der aktuellen Bearbeitungszugaben, wenn angenommen wird, dass das Werkzeug, das Schneidkanten in vier Rillen mit drei Reihen pro Rille hat, verwendet wird. In diesem Fall ist die Schneidkante mit der relativ größten Bearbeitungszugabe, die 30 μm ist, eine in der ersten Reihe der dritten Rille (ein durch mit dicken Linien umgebener Abschnitt).
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5 zeigt berechnete Werte, die erhalten werden, wenn ein Mittelwert von Unrundheitsbeträgen von Schneidkanten in jeder Reihe, die in einer Schneidrille gemessen werden, als ein Steuerungsbetrag gewählt wird, berechnete Werte von Unrundheitsbeträgen von Schneidkanten, die erhalten werden, wenn basierend auf den berechneten Werten gesteuert wird, und berechnete Werte von Zunahmen oder Abnahmen von aktuellen Bearbeitungszugaben. In diesem Fall ist die Schneidkante mit der relativ größten Bearbeitungszugabe, die 12,3 μm beträgt, eine in der ersten Reihe der dritten Rille (ein mit dicken Linien umgebener Abschnitt).
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Andererseits zeigt 6 durch die obige Berechnungsformel berechnete Steuerungsbeträge, berechnete Werte von Unrundheitsbeträgen von Schneidkanten, die erhalten werden, wenn basierend auf den Steuerungsbeträgen gesteuert wird, und berechnete Werte einer Zunahme oder Abnahme der derzeitigen Bearbeitungszugaben. In diesem Fall werden die Schneidkanten mit der relativ größten Bearbeitungszugabe auf vier Stellen erhöht (stärker Bemittelt), die Zugabe davon ist 6,3 μm (mit dicken Linien umgebene Abschnitte), d. h. der Effekt von Unrundheitsbeträgen ist fast ausgelöscht. Das Ergebnis entspricht fast dem Ergebnis der Analyse durch die Lösungsfunktion der Tabellenkalkulationsanwendung.
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Wie oben beschrieben, werden, wenn die Werkzeugmaschine verwendet wird, die das Verfahren zum Steuern der Zustellachsen gemäß der Ausführungsform ausführt, die Unrundheitsbeträge des Werkzeugs in jeweiligen Achsrichtungen entsprechend der Werkzeugposition (Rotationswinkel) auf der Seite der Zustellachsen während einer Bearbeitung nicht durch ein kompliziertes Berechnungsverfahren korrigiert, das Zeit verbraucht, sondern durch eine einfache Berechnung. Als ein Ergebnis werden die Steuerungsbeträge erhalten, wobei die Maximalwerte der aktuellen Bearbeitungszugaben gemittelt werden. Dementsprechend kann die Bearbeitung ausgeführt werden während der Effekt des Unrundheitsbetrags des Werkzeugs unterdrückt wird, was die Lebensdauer des Werkzeugs 7 erhöht.
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Die Anzahl von Reihen von Schneidkanten und die Anzahl von Schneidkanten in einer Reihe in dem Werkzeug sind nicht auf die obigen beschränkt, und können in geeigneter Weise erhöht oder verringert werden. Insbesondere sind die Typen von Werkzeugmaschinen nicht eingeschränkt, solange eine Bearbeitung durch Steuern der Zustellachsen ausgeführt wird, während das Werkzeug rotiert wird, in dem eine Mehrzahl von Reihen, von denen jede eine Mehrzahl von Schneidkanten hat, in der axialen Richtung auf konzentrischen Kreisen angeordnet ist, und die Erfindung kann z. B. auf eine kombinierte Bearbeitungseinrichtung, ein Bearbeitungszentrum, etc. angewendet werden.
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Es wird explizit festgestellt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale vorgesehen sind, zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck eines Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammenstellung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen, separat und unabhängig voneinander offenbart zu sein. Es wird explizit festgestellt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Formationen zum Zweck einer ursprünglichen Offenbarung sowie zu dem Zweck eines Einschränkens der beanspruchten Erfindung jeden möglichen Zwischenwert oder Zwischenformation, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen offenbaren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013-240837 A [0002, 0002, 0003]