DE10027526A1 - Verfahren zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks mit einem Fräswerkzeug, und daran angepaßte Fräseinrichtung - Google Patents

Abstract

Das Verfahren und eine an die Durchführung des Verfahrens angepaßte Fräseinrichtung zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks (26) mit einem Fräswerkzeug sieht vor, dass das Fräswerkzeug (25) entlang einer Bewegungbahn in einer Bearbeitungsrichtung zyklisch von einer Bearbeitungsfläche des Werkstücks (26) entfernt wird. Dabei wird bei ausreichender Bearbeitungsstrecke des Werkstücks (26) das Fräswerkzeug (25) um einen ersten Vorschub (p1) zu einer Bearbeitungsfläche des Werkstücks (26) hin zugestellt, dann für eine Zeitdauer ohne Vorschub angehalten und anschließend um einen zweiten Vorschub (p2) von der Bearbeitungsfläche des Werkstücks (26) weg bewegt. Diese Schrittabfolge wird entlang der Bewegungsbahn in Bearbeitungsrichtung bis zur Beendigung der Fräsbearbeitung in diesem Bearbeitungsschritt wiederholt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. eine an die Durchführung des Verfahrens angepasste Fräseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 für eine Fräsmaschine, insbesondere eine CNC-Fräsmaschine.

Beim Einsatz von Werkzeugmaschinen, insbesondere CNC-Werkzeugmaschinen, zur fräsenden Bearbeitung von Werkstücken, ist es erforderlich, dass eine zu hohe thermische und mechanische Belastung der Schneiden eines Fräswerkzeugs ver­ hindert wird. Abhängig von der jeweiligen Materialbeschaffenheit eines Werkstücks werden Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit für das Fräswerkzeug entspre­ chend eingestellt, so dass die zulässigen Grenzwerte für das Fräswerkzeug nicht überschritten werden. Zusätzlich wird im Allgemeinen Kühlflüssigkeit verwendet, die während des Bearbeitungsvorgangs auf die Kontaktstelle des rotierenden Fräs­ werkzeugs mit dem Werkstück aufgebracht wird. Dadurch ist gewährleistet, dass sich das Fräswerkzeug auch bei langandauernder und permanter Bearbeitung des Werkstücks nicht überhitzt, so dass eine Schädigung des Fräswerkzeugs, wie bei­ spielsweise ein Ausbruch der Schneiden, verhindert wird.

Die Druckschrift US 5,803,683 beschreibt eine Stirnfräsmaschine insbesondere zur Bearbeitung von Nicht-Eisen-Metallen, wie z. B. Aluminium. Bei dieser Maschine wird trotz fehlender Kühlflüssigkeit eine übermäßige Erwärmung des Werkzeugs und des Werkstücks verhindert, indem die Späne zügig von der Frässtelle entfernt werden, wobei ein nochmaliges Zerspanen der Späne an den Schneiden des Fräs­ werkzeugs nahezu ausgeschlossen wird. Für eine Verarbeitung von Metallen mit ei­ ner größeren Härte ist diese Stirnfräsmaschine jedoch nicht geeignet.

Neben dem Fräsen von zweidimensionalen Flächen ist ferner das 3D-Fräsen von Bedeutung, bei dem aus einem Werkstück eine 3D-Kontur herausgearbeitet wird. Bei diesem Verfahren ist jedoch der Vorschub des Fräswerkzeugs in z-Richtung, d. h. senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks, aus Gründen der Fräswerkzeugfe­ stigkeit kritisch. Als "Faustregel" hat sich in der Produktion erwiesen, das Fräs­ werkzeug nicht um eine Strecke von mehr als ungefähr der Hälfte seines Durch­ messers in z-Richtung zuzustellen. Entsprechend den Empfehlungen von Werk­ zeugherstellern sollte der Vorschub des Fräswerkzeugs in z-Richtung jedoch maxi­ mal eine Strecke betragen, die dem 1,5-fachen seines Durchmessers beträgt.

Die Druckschrift WO 97/20259 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fräsbearbeitung dreidimensionaler Werkstücke. Dabei werden plattenförmige Roh­ linge mit vorgegebener, ggf. variabler Wandstärke nacheinander mit einer Grund­ struktur oder einem zuvor bearbeiteten Rohling flächig verbunden und nach Maß­ gabe eines NC-Programms von ihrer nach unten weisenden freien Breitseite aus über Kopf mit von unten nach oben weisenden Fräswerkzeugen bearbeitet. Das Überkopf-Fräsen gewährleistet eine gute Span- und Materialabfuhr. Dieses Fräs­ verfahren wird demnach nach der sogenannten Schichtmethode durchgeführt. Eine Bearbeitung aus dem Vollen mit den damit zusammenhängenden Schwierigkeiten ist mit diesem Verfahren jedoch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fräsbearbeitung von insbesondere dreidimensionalen Konturen eines Werkstücks mit geringem Werkzeugverschleiß und hoher Wirtschaftlichkeit zu ermöglichen.

Die Erfindung ist bei einem Verfahren zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks mit einem Fräswerkzeug erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Fräswerk­ zeug beim Fräsen entlang einer Bewegungsbahn in einer Bearbeitungsrichtung zy­ klisch von einer Bearbeitungsfläche des Werkstücks entfernt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in abhängigen Patentansprüchen definiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere in Verbindung mit CNC- Fräsmaschinen anwenden, auf denen Werkstücke entlang von vorprogrammierten Bahnen bearbeitet werden. Das Verfahren kommt vorteilhafterweise bei der Bear­ beitung von metallischen Werkstücken mit harten Oberflächen zum Einsatz. Bei der Durchführung des Verfahrens ist das Fräswerkzeug während eines Bearbei­ tungsschrittes nicht durchgehend mit der Bearbeitungsfläche des Werkstücks in Eingriff, sondern wird zyklisch von der Bearbeitungsfläche abgehoben. Durch die Unterbrechung des Eingriffs der Schneiden des Fräswerkzeugs mit der Bearbei­ tungsfläche kommt es somit zu einer kürzeren permanenten Eingriffszeit. Dies führt infolge des Kühlzeitraums, der zwischen den Bearbeitungsphasen des Werk­ stücks liegt, zu einer verbesserten Wärmeabfuhr und somit zu einer geringeren Be­ lastung des Fräswerkzeugs.

Erfindungsgemäß wird von einer Steuerungseinheit der Fräsmaschine nach dem Einlesen der Bearbeitungsdaten überprüft, ob eine Bearbeitungsstrecke für das Werkstück größer ist als ein erster Vorschub des Fräswerkzeugs in der Bearbei­ tungsrichtung. Liegt dieser Fall vor, wird das Fräswerkzeug um den ersten Vor­ schub in die Bearbeitungsrichtung bewegt, wobei der erste Vorschub beispielsweise einen Wert kleiner als 3 mm, insbesondere einen Wert von 0,2 bis 0,8 mm an­ nimmt. Durch die Bewegung des Fräswerkzeugs um den ersten Vorschub wird das Werkstück bearbeitet. Nach Beendigung des ersten Vorschubs wird das Fräswerk­ zeug für eine Zeitdauer t translatorisch angehalten, bevor es um einen zweiten Vor­ schub von der Bearbeitungsfläche des Werkstücks wegbewegt wird. Der zweite Vor­ schub nimmt beispielsweise einen Wert kleiner als 1 mm, insbesondere einen Wert von 0,05 bis 0,4 mm an. Erfindungsgemäß ist dabei der zweite Vorschub kleiner als der erste Vorschub gewählt. Durch die zyklische Wiederholung der Bewegung des Fräswerkzeugs um den ersten bzw. zweiten Vorschub wird das Werkstück in Form einer Schrittbewegung entlang der vorprogrammierten Bewegungsbahn ge­ fräst.

Im Verlauf eines Bearbeitungsschrittes wird von der Steuerungseinrichtung der Fräsmaschine ständig überprüft, ob die verbleibende Bearbeitungsstrecke für das Werkstück größer ist als der erste Vorschub. Wenn die Steuerungseinrichtung er­ fasst, daß die verbleibende Bearbeitungsstrecke kleiner ist als der erste Vorschub, wird die vorstehend beschriebene Schrittbewegung des Fräswerkzeugs in der Weise unterbrochen bzw. beendet, dass das Fräswerkzeug zu einem Endpunkt bewegt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem das Fräswerkzeug während eines Bearbeitungsschnittes entlang der Bewegungsbahn um den ersten bzw. zweiten Vorschub hin- und herbewegt wird, werden infolge der geringeren Erwärmung klei­ nere Schnittkräfte an den Schneiden des Fräswerkzeugs hervorgerufen, womit eine Beanspruchung des Fräswerkzeugs herabgesetzt und eine größere Standzeit erzielt wird. Des weiteren wird ein übermässiger Verschleiß der Schneidkanten bzw. ein Ausbruch des Fräswerkzeugs vermieden. Ein kleiner Verschleiß der Schneidkanten führt vorteilhaft zu einer geringeren Abweichung des Fräswerkzeugs und somit zu einer höheren geometrischen Genauigkeit bei der Bearbeitung des Werkstücks. Durch die geringere Beanspruchung des Fräswerkzeugs lässt sich außerdem ein Verhältnis zwischen einer Fräsertiefe und einem Fräserdurchmesser von größer als 5 erzielen, wodurch eine größere Materialabnahme von dem Werkstück möglich ist. Hierdurch lässt sich eine wirtschaftlichere Fertigung des Werkstücks insbeson­ dere bei der Herstellung von 3D-Konturen eines Werkstücks durchführen.

Eine erfindungsgemäße Fräseinrichtung für eine Fräsmaschine weist ein Eingangs­ modul zum Einlesen von Geometriedaten, einen Schrittcodegenerator zum Erzeu­ gen von Steuerdaten für eine Werkzeugbewegung, ein Steuerungsprogramm zum Steuern eines Bewegungsablaufs und ein Ausgangsmodul zum Ausgeben der Steu­ erdaten an eine Bearbeitungseinheit und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Frä­ seinrichtung dazu angepaßt ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Be­ sonders vorteilhaft ist es, diese Fräseinrichtung in die Steuerung einer CNC-Fräs­ maschine zu integrieren.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter bezug auf die Zeichnungen anhand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Steuerung einer CNC-Fräsmaschine, in der die erfindungsgemäße Fräseinrichtung vorgesehen ist;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines Programmablaufs für eine Fräs­ bearbeitung;

Fig. 3 ein Fräswerkzeug bei der Bearbeitung eines Werkstücks gemäß dem er­ findungsgemäßen Verfahren; und

Fig. 4 einen prinzipiellen Bewegungsablauf des Fräswerkzeugs während eines Bearbeitungsschrittes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In der Fig. 1 ist ein schematischer Aufbau einer Steuerung einer Fräsmaschine dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Beispielhaft wird im Folgenden die Ausführung einer Fräsmaschine mit numerischer Maschi­ nensteuerung behandelt, kurz CNC-Fräsmaschine genannt. Eine erfindungsgemä­ ße Fräseinrichtung 9 ist dabei in eine Steuerung der CNC-Fräsmaschine integriert. Eine Eingabe der Daten für eine Bearbeitungsbahn des Fräswerkzeugs erfolgt ent­ weder über Lochstreifen mittels einer Leseeinheit 3 oder aber über eine geeignete Datenübertragung mittels einer entsprechenden CAD/CAM-Schnittstelle. Alternativ lassen sich die Daten manuell über eine Tastatur 4 eingeben. Die Daten entspre­ chen jeweils der Form eines Werkstücks und einer für die Bearbeitung festzulegen­ den Bewegungsbahn eines Fräswerkzeugs. Die eingegebenen Daten werden an­ schließend in einem Mikrocomputer 5 der Steuerungseinheit verarbeitet. Der Mi­ krocomputer 5 weist ein Decodierelement 6 auf, in dem die Daten aufbereitet wer­ den. Nach dem Decodierelement 6 ist ein Positionsspeicher 7 zum Speichern der Koordinaten x, y, z vorgesehen, mit denen eine Bearbeitungsebene in einem karte­ sischen Koordinatensystem festgelegt wird. Des weiteren ist nach dem Dekodierele­ ment 6 ein Funktionsspeicher 8 angeordnet, in dem verschiedene Funktionen für die Bewegung des Fräswerkzeugs gespeichert werden. Diese Steuerfunktionen für die Bewegung des Werkzeugs sind nach DIN 66025 und DIN 66215 beispielsweise die G00-Funktion für eine Schnellbewegung, die Funktion G01 für eine Vorschub­ bewegung oder aber die Funktion G03 für eine Kreisbewegung. Zwischen dem Posi­ tionsspeicher 7 und einer Interpolationseinrichtung 10 ist die erfindungsgemäße Fräseinrichtung 9 angeordnet. Der Mikrocomputer 5 weist des weiteren ein Funkti­ onsprogramm 11 auf, das Daten 19 an eine in eine Werkzeugmaschine 20 inte­ grierte Anpassungssteuerung 21 ausgibt.

Die Werkzeugmaschine 20 ist mit einen Positionsregelkreis 17 gekoppelt, der aus einer Vergleichseinheit 13, einem Verstärker 15, einem Motor 23, einem Positions­ meßgerät 22 und einer Positionseinheit 14 besteht. Die von der Interpolationsein­ richtung 10 ausgegebenen Signale werden mit einer Stellgröße 12 beaufschlagt, in der Vergleichseinheit 13 verarbeitet und anschließend an den Verstärker 15 ausge­ geben. Anschließend wird auf Grundlage dieser geometrischen Daten der Motor 23 angesteuert, wodurch ein Stelltisch 25a bzw. ein Fräswerkzeug 25 entsprechend bewegt werden. Das Positionsmeßgerät 22 erfaßt die Position des Fräswerkzeugs 25 relativ zu einem auf dem Stelltisch 25a aufgespannten Werkstück 26 (siehe Fig. 3). Die Signale des Positionsmeßgeräts 22 werden mit einer Regelgröße 18 beauf­ schlagt und an die Positionsmeßeinheit 14 weitergeleitet. Der Positionsregelkreis 17 wird durch eine Rückführung der Signale von der Positionsmeßeinheit 14 an die Vergleichseinheit 13 geschlossen.

In der Fig. 2 ist ein Flußdiagramm gezeigt, in dem der Programmablauf für eine Fräsbearbeitung einschließlich des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. In den Schritten S24 bzw. S25 wird jeweils eine Eingangsdatei bzw. eine Ausgangs­ datei in dem Mikrocomputer 5 geöffnet. Im Schritt S26 werden die zuvor eingegebe­ nen Daten für die Bearbeitungsbahn des Fräswerkzeugs 25 eingelesen. Die Daten entsprechen dabei der herzustellenden Form des Werkstücks und der daraus abge­ leiteten Bewegungsbahn des Werkzeugs 25. Je nach Vorgabe können die eingelese­ nen Daten eine 2D- oder eine 3D-Bearbeitung des Werkstücks 26 definieren. Im Schritt S27 wird beurteilt, ob das Werkstück 26 mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren zu bearbeiten ist. In diesem Fall geht das Programm zu Schritt S28 über. Anderenfalls ist eine normale Fräsbearbeitung des Werkstücks durchzuführen, wo­ bei das Programm zu Schritt S31 geht.

Im Schritt S28 werden auf Basis der eingelesenen Daten gemäß DIN 66025 und DIN 66215 Funktionen G17, G18, G90 und G91 identifiziert. Die Funktionen G17 und G 18 definieren über die Koordinaten x, y, z eine Bearbeitungsebene in einem kartesischen Koordinatensystem. Konkret legt dabei die Funktion G17 die x-y-Ebe­ ne und die Funktion G18 die x-z-Ebene fest. Die definierte Bearbeitungsebene ist entsprechend von dem verfügbaren Platz auf dem Stelltisch 25a und der Richtung der Achsenbewegung abhängig. Ferner werden mit den Funktionen G90 und G91 die Nullpunkt-Transformation für das Koordinatensystem und die Art der Program­ mierung der NC-Steuerung durchgeführt. Im Einzelnen werden mit der Funktion G90 die Steuerdaten für die Werkzeugbewegung jeweils unter Bezug auf einen fest­ gesetzten, d. h. absoluten Nullpunkt erzeugt. Mit der Funktion G91 werden die Steuerdaten jeweils durch inkrementelle Schritte in Bezug zu den vorherigen Schritten erzeugt. Im Schritt S29 werden anschließend die Koordinaten x, y, z und das dazu gehörige Koordinatensystem in entsprechende Maschinendaten transfor­ miert. Im Schritt S30 werden danach Parameter p1 und p2 generiert. Der Parame­ ter p1 bestimmt dabei einen ersten Vorschub des Fräswerkzeugs 25 in eine Bear­ beitungsrichtung, wobei der Parameter p2 einen zweiten Vorschub des Fräswerk­ zeugs 25 in eine der Bearbeitungsrichtung entgegengesetzte Richtung festlegt.

Im Schritt S36 wird überprüft, an welcher Stelle des Werkstücks die Fräsbearbei­ tung zu starten ist. Falls das Programm feststellt, dass das Fräswerkzeug 25 eine große Strecke bis zu einem Punkt zu bewegen ist, an dem die Fräsbearbeitung ein­ setzen soll, so wird gemäß DIN 66025 die G00-Funktion abgerufen, nach der eine Schnellbewegung des Fräswerkzeugs 25 definiert ist. In diesem Fall wird die Werk­ zeugbewegung nicht mit den zuvor festgelegten Parametern p1 und p2 ausgeführt. Es findet keine Bearbeitung des Werkstücks 26 statt. Im Schritt S37 werden auf Basis der Funktion G00 die Steuerdaten für die Schnellbewegung des Werkzeugs 26 erzeugt. Die dabei von der NC-Steuerung eingestellte Verfahrgeschwindigkeit für das Werkzeug ist nicht veränderlich und beträgt beispielsweise 3.000 bis 10.000 mm/min. Anschließend geht der Programmablauf zu Schritt S26 zurück, bei dem ein neuer Eingangsdatensatz eingelesen wird.

Eine von dem Programm in Schritt S36 feststellbare Schnellbewegung kann bei­ spielsweise auch im Verlauf einer Fräsbearbeitung auftreten, wenn das Fräswerk­ zeug nach Beendigung eines Bearbeitungsschrittes zu einer entfernt liegenden Stelle des Werkstücks 26 zu bewegen ist, an der der Fräsvorgang fortgesetzt wer­ den soll. Falls im Schritt S36 keine Schnellbewegung des Fräswerkzeugs 25 gemäß der Funktion G00 festgestellt wird, geht der Programmablauf zu Schritt S38 weiter.

In Schritt S38 wird entschieden, ob eine Bearbeitungsstrecke für das Werkstück 26 größer ist als der erste Vorschub p1 des Fräswerkzeugs 25. In diesem Fall wird das Fräswerkzeug 25 um den ersten Vorschub p1 in die Bearbeitungsrichtung be­ wegt. Im Schritt S40 werden nach Beendigung des ersten Vorschubs p1 erneut Da­ ten für die Werkzeugbewegung generiert. Zu diesem Zeitpunkt wird ferner das Fräswerkzeug 25 für eine Zeitdauer t translatorisch angehalten. Anders ausge­ drückt, wird nach Beendigung des ersten Vorschubs p1 das rotierende Fräswerk­ zeug 25 am Ort der Bearbeitungsfläche gestoppt, ohne dass es zu einem Vorschub in translatorischer Richtung kommt. Im Schritt S41 wird das Fräswerkzeug 25 an­ schließend um den zweiten Vorschub p2 in eine der Bearbeitungsrichtung entge­ gengesetzte Richtung bewegt, wobei das Fräswerkzeug 25 von der Bearbeitungsflä­ che des Werkstücks 26 entfernt wird. Nach Beendigung des zweiten Vorschubs p2 geht der Programmablauf zu Schritt S38 zurück, um gegebenenfalls die Schritt­ tabfolge S39 bis S42 zu wiederholen.

Die Zeitdauer t entspricht einer Stillstandszeit für das Fräswerkzeug 25, nachdem der erste Vorschub p1 beendet worden ist. Bestimmte Materialarten eines Werk­ stücks, z. B. hochfeste Spezialstähle für die Produktion von Gießformen, erfordern eine Geometrie des Fräswerkzeugs 25 mit kleinem Durchmesser und großem Län­ genverhältnis, d. h. einer großen Länge des Werkzeugs im Verhältnis zu seinem Durchmesser. In Verbindung mit relativ hohen Drehzahlen von 10.000- 20.000 min^-1 und mehr weist ein derartiges Fräswerkzeug zwei bis maximal drei Schneiden auf. Deshalb ist es erforderlich, das rotierende Fräswerkzeug 25 vor dem Umschalten vom ersten Vorschub p1 auf den zweiten Vorschub p2 in die Ge­ genrichtung für eine Mindest-Verweildauer ohne Vorschub anzuhalten, damit das Fräswerkzeug 25 vor dem Zurückziehen um den zweiten Vorschub p2 mindestens eine halbe Umdrehung ausführen kann, um das Werkstück 26 an seiner Bearbei­ tungsfläche vollständig zu bearbeiten. Damit wird ein "Stehenbleiben" von Material in den Ecken vermieden, das sich einstellen würde, falls die Verweildauer des Fräs­ werkzeugs 25 zu kurz eingestellt ist.

Andererseits ist jedoch auch eine zu lange Stillstandszeit für das Fräswerkzeug zu vermeiden, da dieser Parameter infolge der häufigen Wiederholung der Schritte S39-S42 die Gesamtbearbeitungszeit maßgeblich beeinflußt. Im Sinne einer ökono­ mischen Fertigung ist demnach eine zu lange Zeitdauer t nicht wünschenswert. Er­ findungsgemäß nimmt die Zeitdauer einen Wert kleiner als 5 Sekunden, insbeson­ dere einen Wert zwischen 0,01 und 1 Sekunde an. In Versuchen konnten die Erfin­ der nachweisen, dass eine entsprechend den Vorgaben eingestellte Zeitdauer t zu einer um 35% erhöhten Verschleißfestigkeit für das Fräswerkzeug 25 führt.

Falls im Schritt S38 erfasst wird, daß die verbleibende Bearbeitungsstrecke für das Werkstück kleiner ist als der erste Vorschub p1, wird das Fräswerkzeug 25 direkt bis zu einem Endpunkt KT bewegt, an dem die Fräsbearbeitung beendet wird. An­ schließend geht der Programmablauf zu Schritt S26 zurück, um einen neuen Da­ tensatz für die Fräsbearbeitung einzulesen.

Wird im Schritt S27 erfaßt, dass eine normale Fräsbearbeitung des Werkstücks 25 ohne eine Vorschubbewegung mit den Parametern p1 und p2, sondern mit einem permanenten Vorschub des Fräswerkzeugs 29 in die Bearbeitungsrichtung durch­ zuführen ist, werden, analog zu den Schritten S28 und S29, in Schritt S31 auf der Grundlage der eingelesenen Daten die Funktionen G17, G18, G90 und G91 wie vorstehend erläutert identifiziert, und in Schritt S32 die Koordinaten und das Ko­ ordinatensystem in entsprechende Maschinendaten transformiert. Im Schritt S33 wird anschließend ein Datensatz entsprechend der normalen Fräsbearbeitung ge­ neriert. Nach Beendigung dieses Bearbeitungsschrittes, bei dem das Werkstück 26 mit einer mittels einer normalen, d. h. permanent in die Bearbeitungsrichtung aus­ geführten Bewegung des Fräswerkzeugs 25 bearbeitet wird, wird im Schritt S34 überprüft, ob ein weiterer Datensatz zu verarbeiten ist. In diesem Fall kehrt der Programmablauf zu Schritt S26 zurück. Andernfalls geht das Programm zu Schritt S35 über, in dem die Dateien geschlossen werden und das NC-Programm beendet wird.

Aus dem in der Fig. 2 gezeigten Programmablauf ist zu verstehen, dass das NC- Programm lediglich nach Schritt S35 beendet werden kann. Es ist zwischen einer Beendigung des Fräsvorgangs und einer Beendigung des NC-Programms zu unter­ scheiden. Eine Beendigung des Fräsvorgangs kann beispielsweise jederzeit nach den Schritten S33, S37 (Schnellbewegung des Fräswerkzeugs 25), S40 (nach der Bewegung des Fräswerkzeugs 25 um den ersten Vorschub p1) oder S42 (nach der Bewegung des Fräswerkzeugs 25 um den zweiten Vorschub p2) vorgenommen wer­ den. In diesem Zusammenhang ist jedoch ferner zu beachten, dass in Verbindung mit einer Beendigung des NC-Programms in Schritt S35 auch einige Standardfunk­ tionen der Fräsmaschine durchgeführt werden, wie z. B. Rückstellung aller Werk­ zeuge in ihre Startposition, Abschalten der Zirkulation der Kühlflüssigkeit oder Öffnen der Schutztüre zu dem Bearbeitungsraum. Insofern wird vor einer Beendi­ gung des NC-Programms stets im Schritt S26 das Vorliegen eines letzten Datensat­ zes überprüft, anschließend für diesen Fall die vorstehend beschriebene Abfolge der Schritte S31 bis S33 durchgeführt und nach Erfassen eines letzten Datensat­ zes im Schritt S34 anschließend das NC-Programm dann im Schritt S35 beendet, wobei darüber hinaus neben den oben genannten Standardfunktionen die zu Be­ ginn des Programmablaufs geöffneten Dateien wieder geschlossen werden.

In der Fig. 3 ist das Fräswerkzeug 25 bei der Bearbeitung eines Werkstücks 26 dargestellt. Beispielhaft ist hier ein konischer Schaftfräser gezeigt. Es kann jedoch in gleicher Weise ein Fräswerkzeug mit einer anderen Form verwendet werden. Un­ ter Bezugnahme auf den in der Fig. 2 erläuterten Schritt S39 wird das Fräswerk­ zeug 25 um den ersten Vorschub p1 in die Bearbeitungsrichtung bewegt, wobei die Schneide des Fräswerkzeugs 25 Material von der Bearbeitungsfläche des Werk­ stücks 26 abträgt. Nachdem das Fräswerkzeug 25 um den ersten Vorschub p1 be­ wegt worden ist, wird das Fräswerkzeug für die Zeitdauer t angehalten. Nach Ab­ lauf der Zeitdauer t wird das Fräswerkzeug 25 von der Bearbeitungsfläche des Werkstücks 26 wegbewegt bzw. abgehoben, d. h. in eine der Bearbeitungsrichtung entgegengesetzte Richtung. Wie in der Fig. 3 zu erkennen, nimmt der erste Vor­ schub p1 einen größeren Wert an als der zweite Vorschub p2. Nach Beendigung des Vorschubs p2 wird das Fräswerkzeug 25 erneut in die Bearbeitungsrichtung um den ersten Vorschub p1 bewegt. Dabei kommt jedoch das Fräswerkzeug 25 mit der Bearbeitungsfläche 26 nur für eine Strecke zum Eingriff, um die der erneute Vorschub p1 über den vorher zurückgelegten Vorschub p2 hinausgeht.

Durch das zyklische Abheben des Fräswerkzeugs 25 von der Bearbeitungsfläche 26 des Werkstücks wird eine geringe Beanspruchung des Fräswerkzeugs 25 erzielt. Als Folge hiervon ist es möglich, den Fräsvorgang derart einzustellen, daß sich ein Verhältnis zwischen einer Frästiefe a und einem Fräserdurchmesser d von größer als 5 ergibt. Durch das Verhältnis a/d < 5 läßt sich viel Material während eines Be­ arbeitungsschrittes von dem Werkstück abtragen, was den Fertigungsprozeß insbe­ sondere bei der Herstellung von konturierten Flächen aus einem Werkstück effizi­ ent macht.

Die Fig. 4 zeigt einen prinzipiellen Bewegungsablauf für das Fräswerkzeug 25 wäh­ rend eines Bearbeitungsschrittes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entlang einer Bewegungsbahn. Das Fräswerkzeug 25 wird von einem Startpunkt T_st ausge­ hend um den ersten Vorschub p1 in die Bearbeitungsrichtung bewegt, wobei diese Bewegung an einem Punkt T_end beendet wird. Ist der Punkt T_end erreicht, so wird das Fräswerkzeug 25 für die Zeitdauer t angehalten. Erfindungsgemäß beträgt die­ se Zeitdauer t zwischen 0,01 und 1 s. Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird das Fräs­ werkzeug 25 von dem Punkt T_end um den zweiten Vorschub p2 zu einem Punkt T_int bewegt, an dem der zweite Vorschub p2 beendet wird. Hinsichtlich der Bewe­ gungen um den Vorschub p1 und p2 stellt die Zeitdauer t eine Umschaltzeit dar. Nach Erreichen des Punktes T_int wird in Übereinstimmung mit der in der Fig. 2 ge­ zeigten Schrittabfolge S38 bis 542 nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer, die von der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine automatisch eingestellt wird, das Fräswerkzeug 25 erneut um den ersten Vorschub p1 in die Bearbeitungsrichtung auf das Werkstück zubewegt.

Wie in der Fig. 4 anhand der durch den mittleren Pfeil dargestellten Bewegungs­ bahn für das Fräswerkzeug 25 zu erkennen ist, wird bei einer Wiederholung der Werkzeugbewegung um den ersten bzw. zweiten Vorschub p1 bzw. p2 die Bearbei­ tungsfläche des Werkstücks nur insoweit bearbeitet, wie ein erneuter erster Vor­ schub p1 über den zurückliegenden zweiten Vorschub p2 hinausgeht. Bei einem harten Material 26 für das Werkstück wird der erste Vorschub p1 so eingestellt, daß er nur geringfügig größer als der zweite Vorschub p2 in die Gegenrichtung ist. Somit wird die effektive Vorschubstrecke auf einen kleinen Wert eingestellt. Wenn andernfalls das Material des Werkstücks 26 eine geringere Härte aufweist, so kann der Vorschub p1 auch auf einen größeren Wert eingestellt werden, womit gleichzei­ tig eine größere Vorschubstrecke erzielt wird.

Hinsichtlich der Vorschubgeschwindigkeit für den ersten bzw. zweiten Vorschub p1 bzw. p2 ist die Einstellung der Fräsmaschine beispielsweise abhängig von der Ma­ terialbeschaffenheit des Werkstücks bzw. des Fräswerkzeugs und der verwendeten Fräsmaschine. Gemäß einer ersten möglichen Maschineneinstellung werden für den ersten und zweiten Vorschub p1 und p2 die gleiche Vorschubgeschwindigkeit eingestellt. Bei harten Materialien, wie z. B. einem Spezialstahl für eine Gießform, wird die Vorschubgeschwindigkeit auf einen Wert von bspw. 10-50 mm/min einge­ stellt. Bei weicheren Materialien wie etwa Aluminium wird die Vorschubgeschwin­ digkeit beispielsweise auf einen Wert von bis zu 200 mm/min erhöht.

Bei einer alternativen Maschineneinstellung für das erfindungsgemäße Verfahren ist es ferner möglich, die Vorschubgeschwindigkeit für den zweiten Vorschub p2 um 30% höher einzustellen als für den ersten Vorschub p1, da es während des zweiten Vorschubs p2 zu keiner Bearbeitung des Werkstücks 26 durch das Fräs­ werkzeug 25 kommt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks (26) mit einem Fräs­ werkzeug (25), dadurch gekennzeichnet, dass das Fräswerkzeug (25) beim Frä­ sen entlang einer Bewegungsbahn in einer Bearbeitungsrichtung zyklisch von ei­ ner Bearbeitungsfläche des Werkstücks (26) entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bearbeitungsstrecke für das Werkstück (26), die größer als ein erster Vorschub (p1) des Fräswerkzeugs (25) in der Bearbeitungsrichtung ist, die folgenden Schritte zyklisch durchgeführt werden:

• - Bewegen des Fräswerkzeugs (25) um den ersten Vorschub (p1) in die Be­ arbeitungsrichtung, wobei das Fräswerkzeug zumindest zeitweilig die Bearbei­ tungsfläche des Werkstücks (26) bearbeitet, und
• - Bewegen des Fräswerkzeugs (25) nach Ablauf einer Zeitdauer t um einen zweiten Vorschub (p2) in eine der Bearbeitungsrichtung entgegengesetzte Rich­ tung, wobei das Fräswerkzeug (25) mit der Bearbeitungsfläche des Werkstücks (26) außer Kontakt kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorschub (p1) größer als der zweite Vorschub (p2) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorschub (p1) einen Wert kleiner als 3 mm, insbesondere einen Wert von 0,2 bis 0,8 mm, und der zweite Vorschub (p2) einen Wert kleiner als 1 mm, insbesonde­ re einen Wert von 0,05 bis 0,4 mm annehmen.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer t einen Wert kleiner als 5 Sekunden, insbesondere einen Wert von 0,01 bis 1 Sekunde annimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bearbeitungsstrecke für das Werkstück (26), die kleiner als ein erster Vorschub (p1) des Fräswerkzeugs (25) in Bearbeitungsrichtung ist, das Fräswerkzeug (25) zu einem Punkt (KT) bewegt wird, an dem die Fräsbearbeitung beendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass es ohne die Zufuhr von Kühlflüssigkeit durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass es mit einer CNC-Fräsmaschine durchgeführt wird.

9. Fräseinrichtung für eine Fräsmaschine, mit

• - einem Eingangsmodul zum Einlesen von Geometriedaten; einem Schrittcodegenerator zum Erzeugen von Steuerdaten für eine Werk­ zeugbewegung;
• - einem Steuerungsprogramm zum Steuern eines Bewegungsablaufs: und einem Ausgangsmodul zum Ausgeben der Steuerdaten an eine Bearbei­ tungseinheit,

dadurch gekennzeichnet, dass die Fräseinrichtung dazu angepaßt ist, das in einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8 definierte Verfahren auszuführen.