DE112020004234T5

DE112020004234T5 - Verarbeitungssystem und Verfahren zur Herstellung eines Metallelements

Info

Publication number: DE112020004234T5
Application number: DE112020004234.0T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Maeda
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2022-06-15
Also published as: JP7504360B2; JPWO2021045013A1; US20220342390A1; CN114375241A; WO2021045013A1; US11989006B2

Abstract

Ein Verarbeitungssystem umfasst ein Werkzeug, das ein aus einem Metallelement bestehendes Werkstück bearbeitet, einen Motor, der das Werkstück oder das Werkzeug dreht, eine Steuereinheit, die den Motor steuert, und eine Messeinheit, die eine elektrische Größe des Motors erhält, wobei die Steuereinheit eine Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer ersten elektrischen Größe und einer zweiten elektrischen Größe ändert, die erste elektrische Größe eine elektrische Größe ist, die von der Messeinheit erhalten wird, während sich der Motor dreht, bevor das Werkstück bearbeitet wird, und die zweite elektrische Größe eine elektrische Größe ist, die von der Messeinheit erhalten wird, während das Werkstück bearbeitet wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verarbeitungssystem und ein Verfahren zur Herstellung eines Metallelements. Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 6. September 2019 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-163220 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Stand der Technik
PTL 1 offenbart das Bohren eines Sinterbauteils.
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2006-336078
Zusammenfassung der Erfindung
Das hierin offenbarte Verarbeitungssystem umfasst:

ein Werkzeug, das ein aus einem Metallelement bestehendes Werkstück bearbeitet;
einen Motor, der das Werkstück oder das Werkzeug dreht;
eine Steuereinheit, die den Motor steuert; und
eine Messeinheit, die eine elektrische Größe des Motors erhält, wobei
die Steuereinheit eine Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer ersten elektrischen Größe und einer zweiten elektrischen Größe ändert,
die erste elektrische Größe eine elektrische Größe ist, die von der Messeinheit erhalten wird, während sich der Motor dreht, bevor das Werkstück bearbeitet wird, und
die zweite elektrische Größe eine elektrische Größe ist, die von der Messeinheit erhalten wird, während das Werkstück bearbeitet wird.

Das hierin offenbarte Verfahren zur Herstellung eines Metallelements umfasst:

Bearbeiten eines Werkstücks, das aus dem Metallelement gebildet ist, unter Verwendung eines Werkzeugs, während durch eine Messeinheit eine elektrische Größe eines Motors erhalten wird, der das Werkzeug oder das Werkstück dreht, wobei
das Bearbeiten das Ändern einer Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer ersten elektrischen Größe und einer zweiten elektrischen Größe umfasst,
die erste elektrische Größe eine elektrische Größe ist, die durch die Messeinheit erhalten wird, während sich der Motor dreht, bevor das Werkstück bearbeitet wird, und
die zweite elektrische Größe eine elektrische Größe ist, die durch die Messeinheit erhalten wird, während das Werkstück bearbeitet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verarbeitungssystems gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens für das Verarbeitungssystem gemäß der Ausführungsform.
3 ist ein Diagramm, das einen Übergang eines Laststroms eines Motors zeigt, wie er von einer Messeinheit erhalten wird, die das Verarbeitungssystem gemäß der Ausführungsform umfasst.

Ausführliche Beschreibung
[Problem, das durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll]
Werkzeuge können während der Bearbeitung eines Werkstücks brechen. Wenn das Werkzeug einen Bruch aufweist und anschließend ein Werkstück bearbeitet, verliert das Werkzeug großflächig den Kontakt mit dem Werkstück. Verliert das Werkzeug den Kontakt mit dem Werkstück über einen zu großen Bereich, ist die Bearbeitung des Werkstücks an sich schwierig. Wenn die Bearbeitung des Werkstücks schwierig ist, würde ein fehlerhaftes Produkt hergestellt werden, das nicht der vorgegebenen Bearbeitung durch das Werkzeug unterzogen wurde.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verarbeitungssystem, das in der Lage ist, die Produktion von fehlerhaften Produkten zu verhindern, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Metallelements bereitzustellen.
[Vorteilhafte Auswirkung der vorliegenden Erfindung]
Das hierin offenbarte Verarbeitungssystem und das Verfahren zur Herstellung eines Metallelements kann die Fertigung von fehlerhaften Produkten unterdrücken.
<<Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung>>
Zunächst werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgelistet und beschrieben.
(1) Das hierin offenbarte Verarbeitungssystem umfasst:

In der folgenden Beschreibung beschreibt das Merkmal „während sich der Motor dreht, bevor das Werkstück bearbeitet wird“ einen Zustand, in dem das Werkzeug und das Werkstück einander nicht berühren, während das Werkzeug vom Motor unter den gleichen Schnittbedingungen gedreht wird wie bei der eigentlichen Bearbeitung des Werkstücks. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Werkstück auf einem Tisch gehalten wird. Im Folgenden kann ein Zustand, in dem sich der Motor dreht, bevor das Werkstück bearbeitet wird, einfach als Zustand bezeichnet werden, in dem sich der Motor im Leerlauf befindet.
Das Verarbeitungssystem kann die Herstellung von fehlerhaften Produkten unterdrücken, die nicht einer vorbestimmten Bearbeitung durch das Werkzeug unterzogen wurden. Dies liegt daran, dass das Verarbeitungssystem einen Werkzeugbruch anhand der Differenz erkennen kann, und wenn ein Werkzeugbruch verursacht wird, kann die Steuereinheit die Drehzahl des Motors ändern, wie im Folgenden beschrieben wird. Ein Bruch bedeutet, dass das Werkzeug eine abgesplitterte Schneidkante aufweist, und darüber hinaus auch, dass das Werkzeug auseinandergebrochen ist.
Ein Werkzeugbruch kann aus dem folgenden Grund an der Differenz erkannt werden: Wenn ein Werkzeug bricht, verliert es großflächig den Kontakt zum Werkstück. Verliert das Werkzeug über einen zu großen Bereich den Kontakt mit dem Werkstück, ist die Bearbeitung des Werkstücks schwierig. Dieser Zustand, in dem die Bearbeitung schwierig ist, kann als ein Zustand angesehen werden, in dem das Werkstück und das Werkzeug im Wesentlichen leerdrehen. Das heißt, die zweite elektrische Größe nähert sich der ersten elektrischen Größe, und die Differenz nimmt ab. Die zweite elektrische Größe kann im Wesentlichen gleich der ersten elektrischen Größe sein, und die Differenz kann im Wesentlichen eliminiert werden. Infolgedessen ändert sich die Differenz von einem Wert oberhalb eines Schwellenwerts zu einem Wert unterhalb des Schwellenwerts. Daher kann durch Ermittlung der Differenz festgestellt werden, ob die Differenz den Schwellenwert erreicht oder unterschreitet, und es kann festgestellt werden, ob das Werkzeug gebrochen ist. Der Schwellenwert wird im Folgenden beschrieben.
(2) Eine Ausführungsform des Verarbeitungssystems umfasst, dass die erste elektrische Größe und die zweite elektrische Größe mindestens eine der folgenden Größen sein können:

eine Größe eines Laststroms des Motors, ein Differenzwert des Laststroms des Motors und ein Integralwert des Laststroms des Motors.

Das Verarbeitungssystem erkennt leicht einen Werkzeugbruch. Das liegt daran, dass die Größe, und/oder Differenzwert und/oder Integralwert des Laststroms des Motors mit dem Werkzeugbruch korreliert.
Wenn ein Werkzeug gebrochen ist, wird die Bearbeitung an sich schwierig, und dementsprechend nimmt ein Bearbeitungswiderstand ab, der einwirkt, während das Werkstück bearbeitet wird. Wenn der Bearbeitungswiderstand abnimmt, sinkt das Lastdrehmoment des Motors und dementsprechend sinkt der Laststrom des Motors in der Größe. Das heißt, wenn das Werkzeug gebrochen ist, sinkt der Laststrom des Motors, während das Werkstück bearbeitet wird. Wenn das Werkzeug auseinandergebrochen ist und das Werkstück nicht berührt, ist die Bearbeitungstiefe null (0). Da die Bearbeitungstiefe Null ist, sind die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms des Motors, während das Werkstück bearbeitet wird, im Wesentlichen gleich der Größe, dem Differenzwert und dem Integralwert des Laststroms des Motors, der im Leerlauf erreicht wird. Wenn das Werkzeug eine abgesplitterte Schneidkante hat und das Werkstück noch berührt, verringert sich die Bearbeitungstiefe. Mit abnehmender Bearbeitungstiefe nehmen die Größe, Differenzwert und Integralwert des Laststroms des Motors bei der Bearbeitung des Werkstücks relativ ab, allerdings nicht so stark wie bei Nichtkontakt des Werkzeugs mit dem Werkstück. Das heißt, die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms des Motors, während das Werkstück bearbeitet wird, nähern sich der Größe, dem Differenzwert und dem Integralwert des Laststroms des Motors an, die im Leerlauf erreicht werden. Daher kann zumindest eine der Größen, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms des Motors verwendet werden, um festzustellen, ob das Werkzeug das Werkstück bearbeitet, d.h. ob das Werkzeug gebrochen ist.
(3) Eine Ausführungsform des Verarbeitungssystems beinhaltet, dass die Steuereinheit die Drehzahl des Motors auf null setzt, wenn die Differenz gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist.
Das Verarbeitungssystem kann eine kontinuierliche Produktion von fehlerhaften Produkten verhindern. Dies liegt daran, dass die Steuereinheit die Drehzahl des Motors auf null setzen kann, wenn die Differenz gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, d.h. wenn das Werkzeug bricht. Wenn die Motordrehzahl Null ist, wird das Werkzeug oder das Werkstück angehalten.
(4) Das hierin offenbarte Verfahren zur Herstellung eines Metallelements umfasst:

Das Verfahren zur Herstellung eines Metallelements kann die Fertigung von fehlerhaften Produkten verhindern. Dies liegt daran, dass das Verfahren zur Herstellung eines Metallelements ebenso wie das Verarbeitungssystem einen Werkzeugbruch anhand der Differenz erkennen kann, und wenn ein Werkzeugbruch verursacht wird, kann die Steuereinheit die Drehzahl des Motors ändern. Außerdem kann das Verfahren zur Herstellung eines Metallelements die Produktivität des Metallelements verbessern. Dies liegt daran, dass es nicht notwendig ist, das Werkzeug temporär zu einem Detektor zu bewegen, um auf einen Bruch zu prüfen, und somit der Überprüfungsvorgang eliminiert werden kann.
<<Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung>>
Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben.
<<Ausführungsform>>
[Verarbeitungssystem]
Ein Verarbeitungssystem 1 gemäß einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Das Verarbeitungssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Werkzeug 2, einen Motor 3, eine Messeinheit 4 und eine Steuereinheit 5. Das Werkzeug 2 bearbeitet ein Werkstück 10. Der Motor 3 dreht das Werkstück 10 oder das Werkzeug 2. Die Messeinheit 4 ermittelt eine elektrische Größe des Motors 3. Die Steuereinheit 5 steuert den Motor 3. Ein Merkmal des Verarbeitungssystems 1 der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass die Steuereinheit 5 die Drehgeschwindigkeit des Motors 3 auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer ersten elektrischen Größe und einer zweiten elektrischen Größe ändert. Die erste elektrische Größe und die zweite elektrische Größe werden im Folgenden genauer beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird zunächst das Werkstück 10 allgemein beschrieben, und anschließend wird jede Konfiguration des Verarbeitungssystems 1 im Einzelnen beschrieben.
[Werkstück]
Das Werkstück 10 ist ein vom Werkzeug 2 zu bearbeitendes Objekt. Das Werkstück 10 ist in Bezug auf Material, Art und Form nicht besonders eingeschränkt und kann nach Belieben ausgewählt werden. Das Werkstück 10 besteht typischerweise aus reinem Eisen, einer Eisenlegierung oder einem Nichteisenmetall. Das Werkstück 10 kann z. B. aus einem Grünling, einem Sinterpressling, einem Ingot oder ähnlichem bestehen. Ein Grünling wird durch Formpressen eines pulverförmigen Rohmaterials hergestellt. Ein Sinterpressling wird durch Sintern des Grünlings hergestellt. Ein Ingot wird durch Verfestigung eines geschmolzenen Rohmaterials hergestellt. Das Werkstück 10 kann z. B. eine einfache Form, wie einen einzelnen plattenförmigen, säulenförmigen oder ähnlichen Körper, oder eine komplizierte Form, wie mehrere miteinander verbundene plattenförmige, säulenförmige oder ähnliche Körper, aufweisen. Bei der Bearbeitung wird das Werkstück 10 auf einem Tisch 200 gehalten.
[Werkzeug]
Das Werkzeug 2 bearbeitet das Werkstück 10. Das Werkzeug 2 kann je nach Art der Bearbeitung ausgewählt werden. Die Art der Bearbeitung umfasst Fräsen und Drehen. Beim Fräsen umfasst der Typ des Werkzeugs 2 ein rotierendes Werkzeug. Beim Drehen umfasst der Typ des Werkzeugs 2 ein Werkzeug zum Drehen. Beispiele für ein rotierendes Werkzeug sind ein Bohrer, eine Reibahle, ein Gewindebohrer und ein Schaftfräser. Beispiele für ein Werkzeug zum Drehen sind ein Schneideinsatz. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Werkzeug 2 ein Bohrer.
Beim Fräsen, wie es in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, wird das Werkzeug 2 durch einen Antriebsmechanismus 30 in axialer Richtung des Werkzeugs 2 bewegt, um sich dem Werkstück 10 anzunähern oder sich vom Werkstück 10 wegzubewegen. Handelt es sich bei dem Werkzeug 2 um einen Schaftfräser, so wird das Werkzeug 2 durch den Antriebsmechanismus 30 vor- und zurückgefahren und zusätzlich in horizontaler Richtung orthogonal zur Drehachse des Werkzeugs 2 bewegt. Zum Drehen wird das Werkzeug 2 im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform durch den Antriebsmechanismus 30 parallel zur Drehachse des Werkstücks 10 bewegt. Der Antriebsmechanismus 30 umfasst eine Energiequelle und einen Übertragungsmechanismus, der die Energie der Energiequelle auf das Werkzeug 2 überträgt. Die Energiequelle ist ein Element, das das Werkzeug 2 mit Energie versorgt, um einen für die Bearbeitung erforderlichen Vorgang durchzuführen. Ein Beispiel für eine solche Energiequelle ist ein Motor. Bei dem Übertragungsmechanismus kann es sich um einen bekannten Übertragungsmechanismus handeln. Für den Antriebsmechanismus 30 kann zum Beispiel ein XYZ-Tisch verwendet werden. Mit dem XYZ-Tisch kann das Werkzeug 2 in jede beliebige Position entsprechend dreidimensionaler Koordinaten bewegt werden. Die Z-Richtung ist eine Richtung, in der sich das Werkzeug 2 aufwärts- und abwärtsbewegt. Die XY-Richtung verläuft orthogonal zu der Richtung, in der sich das Werkzeug 2 aufwärts- und abwärtsbewegt. Beispiele für den Antriebsmechanismus 30 sind ein Motor, ein Zylinder, eine Magnetspule und eine Kugelumlaufspindel. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Werkzeug 2 durch eine Kugelumlaufspindel und einen Motor vor- und zurückgefahren. Ein Pfeil in 1 entlang der Längsrichtung des Werkzeugs 2 zeigt eine Richtung an, in der sich das Werkzeug 2 vor- und zurückbewegt.
[Motor]
Der Motor 3 dreht das Werkstück 10 oder das Werkzeug 2. Beim Fräsen, wie es in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, dreht der Motor 3 das Werkzeug 2. Zum Drehen dreht der Motor 3 das Werkstück 10. Ein in 1 in Umfangsrichtung des Werkzeugs 2 gezeigter Pfeil zeigt eine Drehrichtung des Werkzeugs 2. Das Werkzeug 2 kann auch in eine Richtung gedreht werden, die der in 1 gezeigten Drehrichtung des Werkzeugs 2 entgegengesetzt ist.
[Messeinheit]
Die Messeinheit 4 ermittelt eine elektrische Größe des Motors 3. Beispiele für die von der Messeinheit 4 ermittelte elektrische Größe des Motors 3 umfassen eine erste elektrische Größe und eine zweite elektrische Größe.
Die erste elektrische Größe ist eine elektrische Größe des Motors 3, die von der Messeinheit 4 im Leerlauf des Motors 3 ermittelt wird. Während der Motor 3 im Leerlauf läuft, berühren sich das Werkzeug 2 und das Werkstück 10 nicht, während das Werkzeug 2 durch den Motor 3 unter denselben Schnittbedingungen gedreht wird, wie wenn das Werkstück 10 tatsächlich bearbeitet wird. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Werkstück 10 auf dem Tisch 200 gehalten wird. Die Schnittbedingungen umfassen eine Schnittgeschwindigkeit, eine Schnitttiefe, einen Vorschub und eine Schnittzeit. Die zweite elektrische Größe ist eine elektrische Größe des Motors 3, die von der Messeinheit 4 ermittelt wird, während das Werkstück 10 bearbeitet wird.
Die elektrische Größe des Motors 3, die von der Messeinheit 4 ermittelt wird, umfasst beispielsweise per se einen Wert, der von einem Stromsensor ermittelt wird, einen Wert, der mit dem vom Stromsensor ermittelten Wert korreliert ist, und einen Wert, der durch Durchführung einer vorbestimmten Operation an dem vom Stromsensor ermittelten Wert ermittelt wird. Das heißt, die erste elektrische Größe und die zweite elektrische Größe umfassen per se eine elektrische Größe für den Antrieb des Motors 3, eine physikalische Größe, die mit der elektrischen Größe korreliert, oder einen berechneten Wert, der aus der elektrischen Größe berechnet wird. Als erste elektrische Größe und als zweite elektrische Größe ist beispielsweise mindestens eine der Größen Größe eines Laststroms von Motor 3, ein Differenzwert des Laststroms von Motor 3 und ein Integralwert des Laststroms von Motor 3 vorzuziehen. Dies liegt daran, dass die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms des Motors 3 mit dem Bruch des Werkzeugs 2 korrelieren und somit die Erkennung dieses Bruchs erleichtern. Ein Bruch bedeutet, dass das Werkzeug 2 eine abgeschlagene Schneidkante hat und darüber hinaus auch, dass das Werkzeug 2 auseinandergebrochen ist. Die Größe des Laststroms des Motors 3 ist z. B. ein Wert, der durch einen Stromsensor ermittelt wird. Die Differential- und Integralwerte des Laststroms des Motors 3 werden beispielsweise durch die Durchführung einer Operation an einem Laststromwert des Motors 3 erhalten, der durch den Stromsensor erhalten wird. Diese Operation kann von der Steuereinheit 5 durchgeführt werden, die im Folgenden beschrieben wird.
Wenn das Werkzeug 2 bricht, verliert es großflächig den Kontakt zum Werkstück 10, und die Bearbeitung an sich wird schwierig. Wenn die Bearbeitung schwierig wird, sinkt der Bearbeitungswiderstand des Werkzeugs 2. Wenn der Bearbeitungswiderstand des Werkzeugs 2 abnimmt, sinkt das Lastmoment des Motors 3, und dementsprechend nimmt der Laststrom des Motors 3 ab, während das Werkstück 10 bearbeitet wird. Das heißt, wenn das Werkzeug 2 gebrochen ist, nimmt der Laststrom des Motors 3 ab.
Wenn das Werkzeug 2 auseinandergebrochen ist und das Werkstück 10 nicht berührt, ist die Bearbeitungstiefe null (0). Da die Bearbeitungstiefe null ist, sind die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms von Motor 3, während das Werkstück 10 bearbeitet wird, im Wesentlichen gleich der Größe, dem Differenzwert und dem Integralwert des Laststroms des Motors 3, der im Leerlauf erhalten wird. Wenn das Werkzeug 2 eine abgesplitterte Schneidkante hat und immer noch das Werkstück 10 berührt, verringert sich die Bearbeitungstiefe. Mit abnehmender Bearbeitungstiefe sinken die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms des Motors 3, während das Werkstück 10 bearbeitet wird, wenn auch nicht so stark wie wenn das Werkzeug 2 das Werkstück 10 nicht berührt. Das heißt, die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms des Motors 3, während das Werkstück 10 bearbeitet wird, nähern sich der Größe, dem Differenzwert und dem Integralwert des Laststroms des Motors 3, der im Leerlauf erreicht wird. Daher kann zumindest eine der Größen, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms des Motors 3 verwendet werden, um festzustellen, ob das Werkzeug 2 das Werkstück 10 ordnungsgemäß bearbeitet, d.h. ob das Werkzeug 2 gebrochen ist.
[Steuereinheit]
Die Steuereinheit 5 steuert den Motor 3. Die Steuereinheit 5 ändert die Drehzahl des Motors 3. Die Drehzahl des Motors 3 wird auf eine Drehzahl eingestellt, die einer Bearbeitungsbedingung entspricht, die vor der Bearbeitung des Werkstücks 10 gilt. Die Drehzahl des Motors 3 wird typischerweise auf der Grundlage einer im Folgenden beschriebenen Differenz geändert. Die Steuereinheit 5 besteht typischerweise aus einem Computer. Der Computer umfasst einen Prozessor, einen Speicher und dergleichen. Der Speicher speichert ein Programm, das den Prozessor veranlasst, einen Steuerungsvorgang auszuführen, der im Folgenden beschrieben wird. Der Prozessor liest das im Speicher gespeicherte Programm und führt es aus. Das Programm enthält einen Programmcode für ein Verfahren zur Bestimmung, ob ein Berechnungsergebnis einer Berechnungseinheit 51 einen Schwellenwert oder weniger erfüllt, und ein Verfahren zur Änderung der Drehzahl des Motors 3 auf der Grundlage der Bestimmung. Die Steuereinheit 5 umfasst eine Recheneinheit 51 und eine Speichereinheit 53.
(Berechnungseinheit)
Die Berechnungseinheit 51 berechnet eine Differenz zwischen der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe. Wenn die erste elektrische Größe und die zweite elektrische Größe jeweils mindestens eine Größe, ein Differenzwert und ein Integralwert des Laststroms des Motors 3 sind, umfasst die zu berechnende Differenz mindestens eine Differenz zwischen den Größen des Laststroms, eine Differenz zwischen den Differenzwerten des Laststroms und eine Differenz zwischen den Integralwerten des Laststroms, wie oben beschrieben. Die Differenz wird in der Speichereinheit 53 gespeichert.
Wenn es sich bei der ersten elektrischen Größe um die Größe und/oder Differenzwert und/oder Integralwert des Laststroms des Motors 3 handelt, nimmt die erste elektrische Größe einen im Wesentlichen festen Wert an. Die erste elektrische Größe kann im Voraus ermittelt und in der Speichereinheit 53 gespeichert werden.
Die erste elektrische Größe kann für jedes Werkstück 10 ermittelt werden, während der Motor 3 im Leerlauf läuft. Wenn die erste elektrische Größe für jedes Werkstück 10 ermittelt wird, während der Motor 3 im Leerlauf läuft, kann die erste elektrische Größe beispielsweise eine elektrische Größe des Motors 3 sein, die von der Messeinheit 4 ermittelt wird, wenn das Werkzeug 2 am weitesten vom Werkstück 10 zurückgezogen ist und somit eine Ausgangsposition einnimmt und das Werkzeug 2 auch vom Motor 3 unter denselben Schnittbedingungen gedreht wird, wie wenn das Werkzeug 2 tatsächlich bearbeitet wird.
Wenn es sich bei der zweiten elektrischen Größe um eine Größe des Laststroms des Motors 3 handelt, ist die zweite elektrische Größe ein Durchschnittswert von Stromwerten, die erhalten werden, nachdem das Werkzeug 2 mit der Bearbeitung des Werkstücks 10 begonnen hat, bevor das Werkzeug die Bearbeitung des Werkstücks abgeschlossen hat. Wenn die zweite elektrische Größe ein Differenzwert des Laststroms des Motors 3 ist, ist die zweite elektrische Größe ein Differenzwert des Laststroms des Motors 3, der unmittelbar nach dem Beginn der Bearbeitung des Werkstücks 10 durch das Werkzeug 2 ermittelt wird. „Unmittelbar nachdem das Werkzeug mit der Bearbeitung des Werkstücks begonnen hat“ bedeutet eine Zeitspanne, die nach Beginn der Bearbeitung vergeht, bevor ein Maximalwert des Stroms erreicht wird. Wenn die zweite elektrische Größe ein Integralwert des Laststroms des Motors 3 ist, ist die zweite elektrische Größe ein Integralwert des Laststroms, der erhalten wird, nachdem das Werkzeug 2 mit der Bearbeitung des Werkstücks 10 begonnen hat, bevor das Werkzeug die Bearbeitung des Werkstücks abschließt.
Beispielsweise können der Zeitpunkt des Bearbeitungsbeginns und der Zeitpunkt des Bearbeitungsabschlusses im Voraus bestimmt werden, indem eine Vielzahl von Werkstücken mit dem Werkzeug 2 ununterbrochen bearbeitet wird, und in der Speichereinheit 53 gespeichert werden. Die mehreren im Voraus zu bearbeitenden Werkstücke sind in Material, Form und Größe identisch mit dem Werkstück 10, das in großem Maßstab bearbeitet werden soll. Die mehreren im Voraus zu bearbeitenden Werkstücke werden unter denselben Bedingungen bearbeitet wie das in großem Maßstab zu bearbeitende Werkstück 10. Der Zeitpunkt des Bearbeitungsbeginns und der Zeitpunkt des Abschlusses der Bearbeitung kann anhand des Laststroms des Motors 3 bestimmt werden. Die Vielzahl der im Voraus zu bearbeitenden Werkstücke kann 2-10 Werkstücke betragen.
Der in der Speichereinheit gespeicherte Zeitpunkt des Bearbeitungsbeginns kann ein Zeitpunkt des spätesten Bearbeitungsbeginns sein, wenn die Vielzahl von Werkstücken bearbeitet wird. Die in der Speichereinheit gespeicherte Zeit, zu der die Bearbeitung abgeschlossen ist, kann eine Zeit sein, zu der die Bearbeitung am frühesten abgeschlossen ist, wenn die Vielzahl von Werkstücken 10 bearbeitet wird. Dies liegt daran, dass die Durchschnitts- und Integralwerte des Laststroms, die nach dem Beginn der Bearbeitung des Werkstücks 10 ermittelt werden, bevor diese abgeschlossen ist, und der Differenzwert des Laststroms, der unmittelbar nach dem Beginn der Bearbeitung des Werkstücks 10 ermittelt wird, weniger wahrscheinlich den Wert des Laststroms des Motors 3 enthalten, der während des Leerlaufs ermittelt wird. Daher entsprechen die Durchschnitts- und Integralwerte des Laststroms, die nach Beginn der Bearbeitung des Werkstücks 10 erhalten werden, bevor diese abgeschlossen ist, und der Differenzwert des Laststroms, der unmittelbar nach Beginn der Bearbeitung des Werkstücks 10 erhalten wird, den Durchschnitts- und Integralwerten und dem Differenzwert des Laststroms, die erhalten werden, wenn das Werkstück 10 tatsächlich bearbeitet wird. Der in der Speichereinheit gespeicherte Zeitpunkt des Bearbeitungsbeginns kann aktualisiert werden, wenn sich der Beginn der Bearbeitung des Werkstücks 10 verzögert. Ebenso kann der in der Speichereinheit gespeicherte Zeitpunkt der Beendigung der Bearbeitung aktualisiert werden, wenn der Zeitpunkt der Beendigung der Bearbeitung des Werkstücks 10 früher eintritt.
Wenn die Differenz gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, setzt die Steuereinheit 5 die Drehzahl des Motors 3 auf null. Wenn die Drehzahl des Motors 3 gleich null ist, wird die Drehung des Werkzeugs 2 gestoppt. Der Schwellenwert kann z. B. ein Wert sein, der auf dem Sicherheitsfaktor des Verarbeitungssystems 1 basiert oder darauf, ob das Werkzeug 2 eine angemessene Bearbeitung ermöglicht. Der Schwellenwert wird zuvor in der Speichereinheit 53 gespeichert. Der Zeitpunkt der Änderung der Drehzahl des Motors 3 hängt nicht von der Position des Werkzeugs 2 ab. Beispielsweise kann das Werkzeug 2 durch den Antriebsmechanismus 30 in die Ausgangsposition bewegt werden, nachdem die Drehzahl des Motors 3 Null ist, oder die Drehzahl des Motors 3 kann auf null gesetzt werden, nachdem das Werkzeug 2 durch den Antriebsmechanismus 30 in die Ausgangsposition bewegt wurde. Wenn die Differenz gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, bricht das Werkzeug 2. Dementsprechend stellt die Steuereinheit 5 die Drehzahl des Motors 3 auf null, und das Werkzeug 2 wird angehalten, wodurch eine fortlaufende Produktion von fehlerhaften Produkten verhindert wird, die nicht der vorgegebenen Bearbeitung durch das Werkzeug 2 unterzogen wurden.
Wenn die Differenz den Schwellenwert überschreitet, ändert die Steuereinheit 5 die Drehzahl des Motors 3 nicht. In diesem Fall wird das nächste Werkstück 10 von einem Werkzeug 2 bearbeitet, das sich dreht, während der Motor 3 mit der gleichen Drehzahl des Motors 3 gedreht wird wie bei der Bearbeitung des unmittelbar vorhergehenden Werkstücks 10.
[Steuerungsverfahren]
Im Nachfolgenden wird ein Steuerungsverfahren durch die Steuereinheit 5 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Wenn das Werkzeug 2 durch den Motor 3 gedreht wird, ermittelt die Messeinheit 4 den Laststrom des Motors 3, wie in 2 in Schritt S1 dargestellt.
Die Berechnungseinheit 51 berechnet die oben beschriebene Differenz, wie in 2 in Schritt S2 dargestellt.
Die Steuereinheit 5 stellt fest, ob die Differenz den Schwellenwert erreicht oder unterschreitet, wie in 2 in Schritt S3 dargestellt. Wenn zum Zwecke der Veranschaulichung ein normales Werkzeug 2 verwendet wird, wird der Schwellenwert auf einen Zwischenwert einer Differenz zwischen der Größe und/oder dem Differenzwert und/oder dem Integralwert des Laststroms, der erhalten wird, während das Werkstück 10 bearbeitet wird, und der Größe und/oder dem Differenzwert und/oder dem Integralwert des Laststroms des Motors 3, der erhalten wird, während er im Leerlauf ist, eingestellt. Der Zwischenwert ist ein Zwischenwert einer Differenz zwischen Grö-ßen des Laststroms und/oder ein Zwischenwert einer Differenz zwischen Differenzwerten des Laststroms und/oder ein Zwischenwert einer Differenz zwischen Integralwerten des Laststroms.
Wenn Schritt S3 den Schwellenwert oder weniger erfüllt, setzt die Steuereinheit 5 die Drehzahl des Motors 3 in Schritt S4 auf null. Wenn die Drehzahl des Motors Null ist, wird die Drehung des Werkzeugs 2 gestoppt. Dann wird die Steuerung beendet. Beispiele für den Fall, dass Schritt S3 den Schwellenwert oder weniger erfüllt, sind ein Fall, in dem ein gebrochenes Werkzeug verwendet wird, das nicht in der Lage ist, das Werkstück 10 zu berühren; ein Fall, in dem ein gebrochenes Werkzeug verwendet wird, das noch in der Lage ist, das Werkstück 10 zu berühren; und dergleichen, wie im Folgenden genauer beschrieben wird.
Wenn in Schritt S3 eine negative Entscheidung getroffen wird, ändert die Steuereinheit 5 die Drehzahl des Motors 3 nicht. Das heißt, ein nächstes Werkstück 10 wird bearbeitet, wobei der Motor 3 mit der gleichen Drehzahl des Motors 3 gedreht wird wie bei der Bearbeitung des unmittelbar vorhergehenden Werkstücks 10, und die Bearbeitung des nächsten Werkstücks 10 und die Schritte S1 bis S3 werden wiederholt, bis in Schritt S3 festgestellt wird, dass der Schwellenwert oder weniger erfüllt ist. Eine negative Entscheidung wird in Schritt S3 getroffen, wenn ein ungebrochenes, normales Werkzeug verwendet wird, wie nachfolgend im Detail beschrieben wird.
Anhand von 3 wird nun ein Steuerverfahren der Steuereinheit 5 für ein gebrochenes Werkzeug, das nicht in der Lage ist, das Werkstück 10 zu berühren, ein gebrochenes Werkzeug, das noch in der Lage ist, das Werkstück 10 zu berühren, und ein ungebrochenes, normales Werkzeug beschrieben. 3 zeigt den Übergang des Laststroms des Motors 3, der von der Messeinheit 4 ermittelt wird, wenn jedes der oben genannten Werkzeuge zur Bearbeitung des Werkstücks 10 verwendet wird. In 3 stellt die Abszissenachse die Zeit dar. In 3 stellt die Ordinatenachse den Wert des Laststroms dar. In 3 zeigt eine gestrichelte Linie, wie sich der Laststrom ändert, wenn ein Werkzeug verwendet wird, das gebrochen ist und das Werkstück 10 nicht berühren kann. In 3 zeigt eine Zweipunkt-Kettenlinie, wie sich der Laststrom verändert, wenn ein gebrochenes Werkzeug verwendet wird, das das Werkstück 10 noch berühren kann. In 3 zeigt eine durchgezogene Linie den Verlauf des Laststroms beim Einsatz des Werkzeugs 2, das ein ungebrochenes, normales Werkzeug ist. 3 stellt den Laststrom in Form von Wellenformen dar, die zur Veranschaulichung vereinfacht dargestellt sind und nicht unbedingt den tatsächlichen Wellenformen entsprechen.
(Wenn ein Werkzeug, das das Werkstück nicht berühren kann, verwendet wird)
Wie in 3 durch die gestrichelte Linie angedeutet, sind die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms, der erhalten wird, während das Werkstück 10 bearbeitet wird, im Wesentlichen dieselben wie die Größe, der Differenzwert bzw. der Integralwert des Laststroms, der erhalten wird, während der Motor 3 im Leerlauf ist. Dies liegt daran, dass das Werkzeug, das das Werkstück 10 nicht berühren kann, es nicht erreichen kann, wodurch die Bearbeitung des Werkstücks 10 an sich somit schwierig wird, was zu einer Bearbeitungstiefe von Null führt. Die Berechnungseinheit 51 errechnet die oben beschriebene Differenz. Die berechnete Differenz geht im Wesentlichen gegen Null. Wenn die Differenz mit dem Schwellenwert verglichen wird, erfüllt die Differenz daher den Schwellenwert oder liegt darunter. Die Steuereinheit 5 setzt die Drehzahl des Motors 3 auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses auf null. Wenn die Drehzahl des Motors 3 gleich Null ist, wird die Drehung des Werkzeugs gestoppt.
(Wenn ein gebrochenes Werkzeug verwendet wird, das noch in der Lage ist, das Werkstück zu berühren)
Wie in 3 durch die Zweipunkt-Kettenlinie angedeutet, ist der Zeitpunkt, zu dem das gebrochene Werkzeug, das noch in der Lage ist, das Werkstück zu berühren, mit der Bearbeitung des Werkstücks 10 beginnt, später als der Zeitpunkt, zu dem das normale Werkzeug 2 mit der Bearbeitung des Werkstücks 10 beginnt. Das liegt daran, dass das gebrochene Werkzeug, das noch in der Lage ist, das Werkstück zu berühren, zwar das Werkstück 10 erreicht, aber mehr Zeit zum Erreichen des Werkstücks 10 benötigt als das normale Werkzeug 2. Und die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms, die bei der Bearbeitung des Werkstücks 10 mit dem gebrochenen Werkzeug erhalten werden, sind alle kleiner als die, die bei Verwendung des normalen Werkzeugs 2 erhalten werden. Dies liegt daran, dass, wenn das gebrochene Werkzeug, das noch in der Lage ist, das Werkstück zu berühren, mit dem normalen Werkzeug 2 verglichen wird, das erstere das Werkstück 10 weniger tief bearbeitet als das letztere, und dass dementsprechend ein Bearbeitungswiderstand des Werkzeugs 2, der einwirkt, während das Werkstück 10 bearbeitet wird, abnimmt. Die Berechnungseinheit 51 errechnet die oben beschriebene Differenz. Die berechnete Differenz nimmt ab. Wenn die Differenz mit dem Schwellenwert verglichen wird, entspricht die Differenz daher dem Schwellenwert oder ist kleiner. Die Steuereinheit 5 stellt die Drehzahl des Motors 3 auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses auf null.
(Bei Verwendung eines normalen Werkzeugs)
Wie in 3 durch eine durchgezogene Linie angedeutet, sind die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms, der während der Bearbeitung des Werkstücks 10 erhalten wird, größer als die Größe, der Differenzwert und der Integralwert des Laststroms, der im Leerlauf des Motors 3 erhalten wird. Dies liegt daran, dass das normale Werkzeug 2 das Werkstück 10 über einen großen Bereich berührt und der Bearbeitungswiderstand zunimmt. Die Berechnungseinheit 51 errechnet die oben beschriebene Differenz. Die berechnete Differenz nimmt zu. Wenn die Differenz mit dem Schwellenwert verglichen wird, entspricht die Differenz daher nicht dem Schwellenwert oder weniger. Das heißt, die Differenz überschreitet den Schwellenwert. Die Steuereinheit 5 ändert nicht die Drehzahl des Motors 3 auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses.
[Funktion und Wirkung]
Das Verarbeitungssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform kann einen Bruch des Werkzeugs 2 erkennen und somit die Herstellung von fehlerhaften Produkten unterdrücken, die nicht der vorgegebenen Bearbeitung durch das Werkzeug 2 unterzogen wurden.
[Verfahren zur Herstellung eines Metallelements]
Ein Verfahren zur Herstellung eines Metallelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Bearbeitung eines aus dem Metallelement bestehenden Werkstücks mit einem Werkzeug. Diese Bearbeitung kann entweder eine Grobbearbeitung oder eine Feinbearbeitung sein. Nachfolgend wird der Bearbeitungsschritt im Detail beschrieben.
[Bearbeitungsschritt]
Der Bearbeitungsschritt wird durchgeführt, während die Messeinheit die elektrische Größe des Motors, der das Werkzeug oder das Werkstück dreht, erhält. Der Verarbeitungsschritt ändert die Drehgeschwindigkeit des Motors basierend auf einer Differenz zwischen einer ersten elektrischen Größe und einer zweiten elektrischen Größe. Wie oben beschrieben, ist die erste elektrische Größe eine elektrische Größe des Motors, die von der Messeinheit gemessen wird, während der Motor im Leerlauf ist. Wie oben beschrieben, ist die zweite elektrische Größe eine elektrische Größe des Motors, die von der Messeinheit gemessen wird, während das Werkstück bearbeitet wird.
Wenn die Differenz gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, wird die Drehzahl des Motors auf null gesetzt. Nachdem der Motor zum Stillstand gekommen ist, wird das defekte Werkzeug durch ein neues Werkzeug ersetzt. Das neue Werkzeug bearbeitet anschließend wiederholt Werkstücke, bis die Differenz gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist. Übersteigt die Differenz hingegen den Schwellenwert, bleibt die Drehzahl des Motors unverändert. In diesem Fall wird das nächste Werkstück mit dem Werkzeug mit der gleichen Drehzahl bearbeitet, die bei der Bearbeitung des unmittelbar vorhergehenden Werkstücks angewendet wurde. Das Werkzeug bearbeitet dann so lange Werkstücke, bis die Differenz gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist.
[Funktion und Wirkung]
Das Verfahren zur Herstellung eines Metallelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann den Bruch eines Werkzeugs erkennen und somit die Herstellung von fehlerhaften Produkten unterdrücken, die nicht einer vorgegebenen Bearbeitung durch das Werkzeug unterzogen wurden. Ferner kann das Verfahren zur Herstellung eines Metallelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Produktivität des Metallelements verbessern. Dies liegt daran, dass es nicht notwendig ist, das Werkzeug temporär zu einem Detektor zu bewegen, um es auf Bruch zu prüfen, und somit der Prüfvorgang eliminiert werden kann.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist und alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs umfasst, die durch die Begriffe der Ansprüche definiert sind und diesen entsprechen.
Bezugszeichenliste

1: Verarbeitungssystem
2: Werkzeug
3: Motor
30: Antriebsmechanismus
4: Messeinheit
5: Steuereinheit
51: Recheneinheit
53: Speichereinheit
10: Werkstück
200: Tisch

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 2019163220 [0001]

Claims

Verarbeitungssystem, umfassend: ein Werkzeug, das ein aus einem Metallelement bestehendes Werkstück bearbeitet; ein Motor, der das Werkstück oder das Werkzeug dreht; eine Steuereinheit, die den Motor steuert; und eine Messeinheit, die eine elektrische Größe des Motors ermittelt, wobei die Steuereinheit eine Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer ersten elektrischen Größe und einer zweiten elektrischen Größe ändert, die erste elektrische Größe eine elektrische Größe ist, die von der Messeinheit ermittelt wird, während der Motor rotiert, bevor das Werkstück bearbeitet wird, und die zweite elektrische Größe ist eine elektrische Größe, die von der Messeinheit, während der Bearbeitung des Werkstücks ermittelt wird.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die erste elektrische Größe und die zweite elektrische Größe mindestens eine der folgenden Größen sind: eine Größe eines Laststroms des Motors, ein Differenzwert des Laststroms des Motors und ein Integralwert des Laststroms des Motors.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit die Drehzahl des Motors auf null setzt, wenn die Differenz gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Metallelements, umfassend: Bearbeiten eines aus dem Metallelement bestehenden Werkstücks unter Verwendung eines Werkzeugs, wobei durch eine Messeinheit eine elektrische Größe eines Motors ermittelt wird, der das Werkzeug oder das Werkstück dreht, wobei die Verarbeitung die Änderung einer Drehzahl des Motors auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer ersten elektrischen Größe und einer zweiten elektrischen Größe umfasst, die erste elektrische Größe eine elektrische Größe ist, die von der Messeinheit ermittelt wird, während sich der Motor dreht, bevor das Werkstück bearbeitet wird, und die zweite elektrische Größe eine elektrische Größe ist, die von der Messeinheit während der Bearbeitung des Werkstücks ermittelt wird.