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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.
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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
verhindert wird. Abhängig
von der jeweiligen Materialbeschaffenheit eines Werkstücks werden
Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit für das Fräswerkzeug entsprechend 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 Fräswerkzeugs 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 beispielsweise ein Ausbruch der Schneiden, verhindert wird.
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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 Fräswerkzeugs
nahezu ausgeschlossen wird. Für
eine Verarbeitung von Metallen mit einer größeren Härte ist diese Stirnfräsmaschine
jedoch nicht geeignet.
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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 Fräswerkzeugfestigkeit
kritisch. Als "Faustregel" hat sich in der
Produktion erwiesen, das Fräswerkzeug
nicht um eine Strecke von mehr als ungefähr der Hälfte seines Durchmessers in
z-Richtung zuzustellen. Entsprechend den Empfehlungen von Werkzeugherstellern
sollte der Vorschub des Fräswerkzeugs
in z-Richtung jedoch maximal eine Strecke betragen, die dem 1,5-fachen
seines Durchmessers beträgt.
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Die
Druckschrift WO 97/20259 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Fräsbearbeitung dreidimensionaler
Werkstücke.
Dabei werden plattenförmige
Rohlinge mit vorgegebener, ggf. variabler Wandstärke nacheinander mit einer
Grundstruktur oder einem zuvor bearbeiteten Rohling flächig verbunden
und nach Maßgabe
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 Fräsverfahren wird demnach nach
der sogenannten Schichtmethode durchgeführt. Eine Bearbeitung aus dem
Vollen mit den damit zusammenhängenden
Schwierigkeiten ist mit diesem Verfahren jedoch nicht möglich.
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Aus
JP 2000061777 A ,
JP 63278751 A und
JP 58196934 A ist
es jeweils bekannt, die Bearbeitung eines Werkstücks im Hinblick auf eine bessere Oberflächenqualität bzw. höhere Werkzeugstandzeiten
durch einen oszilierenden Werkzeugeingriff zu bewerkstelligen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fräsbearbeitung von insbesondere
dreidimensionalen Konturen eines Werkstücks mit geringem Werkzeugverschleiß und hoher
Wirtschaftlichkeit zu ermöglichen.
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Die
Erfindung ist bei einem Verfahren zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks mit
einem Fräswerkzeug
erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß das
Fräswerkzeug
beim Fräsen
entlang einer Bewegungsbahn in einer Bearbeitungsrichtung zyklisch
von einer Bearbeitungsfläche
des Werkstücks
entfernt wird.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in abhängigen Patentansprüchen definiert.
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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 Bearbeitung von metallischen Werkstücken mit
harten Oberflächen
zum Einsatz. Bei der Durchführung
des Verfahrens ist das Fräswerkzeug
während
eines Bearbeitungsschrittes 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 Bearbeitungsfläche kommt
es somit zu einer kürzeren
permanenten Eingriffszeit. Dies führt infolge des Kühlzeitraums,
der zwischen den Bearbeitungsphasen des Werkstücks liegt, zu einer verbesserten
Wärmeabfuhr
und somit zu einer geringeren Belastung des Fräswerkzeugs.
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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 Bearbeitungsrichtung. Liegt dieser Fall vor, wird das Fräswerkzeug
um den ersten Vorschub 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 annimmt. Durch die Bewegung des Fräswerkzeugs
um den ersten Vorschub wird das Werkstück bearbeitet. Nach Beendigung
des ersten Vorschubs wird das Fräswerkzeug für eine Zeitdauer
t translatorisch angehalten, bevor es um einen zweiten Vorschub
von der Bearbeitungsfläche
des Werkstücks
wegbewegt wird. Der zweite Vorschub 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
gefräst.
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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 erfasst,
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.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren,
bei dem das Fräswerkzeug
während
eines Bearbeitungsschrittes entlang der Bewegungsbahn um den ersten
bzw. zweiten Vorschub hin- und herbewegt wird, werden infolge der
geringeren Erwärmung
kleinere 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 insbesondere bei der Herstellung
von 3D-Konturen eines Werkstücks
durchführen.
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Eine
erfindungsgemße
Fräseinrichtung
für eine
Fräsmaschine
weist ein Eingangsmodul zum Einlesen von Geometriedaten, einen Schrittcodegenerator
zum Erzeugen von Steuerdaten für
eine Werkzeugbewegung, ein Steuerungsprogramm zum Steuern eines
Bewegungsablaufs und ein Ausgangsmodul zum Ausgeben der Steuerdaten
an eine Bearbeitungseinheit und ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Fräseinrichtung
dazu angepaßt
ist, das erfindungsgemäße Verfahren
auszuführen.
Besonders vorteilhaft ist es, diese Fräseinrichtung in die Steuerung
einer CNC-Fräsmaschine
zu integrieren.
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Die
Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter
bezug auf die Zeichnungen anhand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Aufbau einer Steuerung einer CNC-Fräsmaschine,
in der die erfindungsgemäße Fräseinrichtung
vorgesehen ist;
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2 ein
Flußdiagramm
zur Darstellung eines Programmablaufs für eine Fräsbearbeitung;
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3 ein
Fräswerkzeug
bei der Bearbeitung eines Werkstücks
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
und
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4 einen
prinzipiellen Bewegungsablauf des Fräswerkzeugs während eines
Bearbeitungsschrittes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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In
der 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 Maschinensteuerung 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 entweder 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 festzulegenden Bewegungsbahn eines Fräswerkzeugs.
Die eingegebenen Daten werden anschließend in einem Mikrocomputer 5 der
Steuerungseinheit verarbeitet. Der Mikrocomputer 5 weist
ein Decodierelement 6 auf, in dem die Daten aufbereitet
werden. Nach dem Decodierelement 6 ist ein Positionsspeicher 7 zum Speichern
der Koordinaten x, y, z vorgesehen, mit denen eine Bearbeitungsebene
in einem kartesischen Koordinatensystem festgelegt wird. Des weiteren
ist nach dem Dekodierelement 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 Vorschubbewegung oder aber die Funktion G03 für eine Kreisbewegung.
Zwischen dem Positionsspeicher 7 und einer Interpolationseinrichtung 10 ist
die erfindungsgemäße Fräseinrichtung 9 angeordnet.
Der Mikrocomputer 5 weist des weiteren ein Funktionsprogramm 11 auf,
das Daten 19 an eine in eine Werkzeugmaschine 20 integrierte
Anpassungssteuerung 21 ausgibt.
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Die
Werkzeugmaschine 20 ist mit einem Positionsregelkreis 17 gekoppelt,
der aus einer Vergleichseinheit 13, einem Verstärker 15,
einem Motor 23, einem Positionsmeßgerät 22 und einer Positionseinheit 14 besteht.
Die von der Interpolationseinrichtung 10 ausgegebenen Signale
werden mit einer Stellgröße 12 beaufschlagt,
in der Vergleichseinheit 13 verarbeitet und anschließend an
den Verstärker 15 ausgegeben.
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 3).
Die Signale des Positionsmeßgeräts 22 werden
mit einer Regelgröße 18 beaufschlagt
und an die Positionsmeßeinheit 14 weitergeleitet.
Der Positionsregelkreis 17 wird durch eine Rückführung der
Signale von der Positionsmeßeinheit 14 an
die Vergleichseinheit 13 geschlossen.
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In
der 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 Ausgangsdatei in dem Mikrocomputer 5 geöffnet. Im
Schritt S26 werden die zuvor eingegebenen 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 eingelesenen Daten eine 2D- oder eine 3D-Bearbeitung des Werkstücks 26 definieren.
Im Schritt S27 wird beurteilt, ob das Werkstück 26 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu bearbeiten ist. In diesem Fall geht das Programm zu Schritt S28 über. Anderenfalls
ist eine normale Fräsbearbeitung des
Werkstücks
durchzuführen,
wobei das Programm zu Schritt S31 geht.
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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 G18 definieren über
die Koordinaten x, y, z eine Bearbeitungsebene in einem kartesischen
Koordinatensystem. Konkret legt dabei die Funktion G17 die x-y-Ebene
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 Programmierung der NC-Steuerung durchgeführt. Im
Einzelnen werden mit der Funktion G90 die Steuerdaten für die Werkzeugbewegung
jeweils unter Bezug auf einen festgesetzten, 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 transformiert. Im Schritt S30 werden danach Parameter
p1 und p2 generiert. Der Parameter p1 bestimmt dabei einen ersten
Vorschub des Fräswerkzeugs 25 in
eine Bearbeitungsrichtung, wobei der Parameter p2 einen zweiten
Vorschub des Fräswerkzeugs 25 in
eine der Bearbeitungsrichtung entgegengesetzte Richtung festlegt.
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Im
Schritt S36 wird überprüft, an welcher Stelle
des Werkstücks
die Fräsbearbeitung
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
einsetzen soll, so wird gemäß DIN 66025
die G00-Funktion abgerufen, nach der eine Schnellbewegung des Fräswerkzeugs 25 definiert
ist. In diesem Fall wird die Werkzeugbewegung 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.
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Eine
von dem Programm in Schritt S36 feststellbare Schnellbewegung kann
beispielsweise auch im Verlauf einer Fräsbearbeitung auftreten, wenn
das Fräswerkzeug
nach Beendigung eines Bearbeitungsschrittes zu einer entfernt liegenden
Stelle des Werkstücks 26 zu
bewegen ist, an der der Fräsvorgang
fortgesetzt werden soll. Falls im Schritt S36 keine Schnellbewegung
des Fräswerkzeugs 25 gemäß der Funktion
G00 festgestellt wird, geht der Programmablauf zu Schritt S38 weiter.
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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 bewegt. Im Schritt
S40 werden nach Beendigung des ersten Vorschubs p1 erneut Daten
für die
Werkzeugbewegung generiert. Zu diesem Zeitpunkt wird ferner das
Fräswerkzeug 25 für eine Zeitdauer
t translatorisch angehalten. Anders ausgedrückt, wird nach Beendigung des
ersten Vorschubs p1 das rotierende Fräswerkzeug 25 am Ort der Bearbeitungsfläche gestoppt, ohne
dass es zu einem Vorschub in translatorischer Richtung kommt. Im
Schritt S41 wird das Fräswerkzeug 25 anschließend um
den zweiten Vorschub p2 in eine der Bearbeitungsrichtung entgegengesetzte Richtung
bewegt, wobei das Fräswerkzeug 25 von der
Bearbeitungsfläche
des Werkstücks 26 entfernt wird.
Nach Beendigung des zweiten Vorschubs p2 geht der Programmablauf
zu Schritt S38 zurück,
um gegebenenfalls die Schritttabfolge S39 bis S42 zu wiederholen.
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Die
Zeitdauer t entspricht einer Stillstandszeit für das Fräswerkzeug 25, nachdem
der erste Vorschub p1 beendet worden ist. Bestimmte Materialarten
eines Werkstücks,
z.B. hochfeste Spezialstähle
für die
Produktion von Gießformen,
erfordern eine Geometrie des Fräswerkzeugs 25 mit
kleinem Durchmesser und großem
Längenverhältnis, 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 Gegenrichtung 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 Bearbeitungsfläche
vollständig
zu bearbeiten. Damit wird ein "Stehenbleiben" von Material in
den Ecken vermieden, das sich einstellen würde, falls die Verweildauer des
Fräswerkzeugs 25 zu
kurz eingestellt ist.
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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 ökonomischen
Fertigung ist demnach eine zu lange Zeitdauer t nicht wünschenswert.
Erfindungsgemäß nimmt
die Zeitdauer einen Wert kleiner als 5 Sekunden, insbesondere einen
Wert zwischen 0,01 und 1 Sekunde an. In Versuchen konnten die Erfinder
nachweisen, dass eine entsprechend den Vorgaben eingestellte Zeitdauer
t zu einer um 35% erhöhten
Verschleißfestigkeit
für das
Fräswerkzeug 25 führt.
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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.
Anschließend
geht der Programmablauf zu Schritt S26 zurück, um einen neuen Datensatz
für die
Fräsbearbeitung
einzulesen.
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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 durchzuführen
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 Koordinatensystem
in entsprechende Maschinendaten transformiert. Im Schritt S33 wird
anschließend
ein Datensatz entsprechend der normalen Fräsbearbeitung generiert. Nach Beendigung
dieses Bearbeitungsschrittes, bei dem das Werkstück 26 mit einer mittels
einer normalen, d.h. permanent in die Bearbeitungsrichtung ausgeführten 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.
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Aus
dem in der 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 werden. In diesem Zusammenhang ist
jedoch ferner zu beachten, dass in Verbindung mit einer Beendigung
des NC-Programms in Schritt S35 auch einige Standardfunktionen der
Fräsmaschine durchgeführt werden,
wie z.B. Rückstellung
aller Werkzeuge in ihre Startposition, Abschalten der Zirkulation
der Kühlflüssigkeit
oder Öffnen
der Schutztüre
zu dem Bearbeitungsraum. Insofern wird vor einer Beendigung des
NC-Programms stets im Schritt S26 das Vorliegen eines letzten Datensatzes überprüft, anschließend für diesen
Fall die vorstehend beschriebene Abfolge der Schritte S31 bis S33
durchgeführt
und nach Erfassen eines letzten Datensatzes im Schritt S34 anschließend das
NC-Programm dann im Schritt S35 beendet, wobei darüber hinaus
neben den oben genannten Standardfunktionen die zu Beginn des Programmablaufs
geöffneten
Dateien wieder geschlossen werden.
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In
der 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. Unter Bezugnahme auf den in
der 2 erläuterten
Schritt S39 wird das Fräswerkzeug 25 um
den ersten Vorschub p1 in die Bearbeitungsrichtung bewegt, wobei die
Schneide des Fräswerkzeugs 25 Material
von der Bearbeitungsfläche
des Werkstücks 26 abträgt. Nachdem
das Fräswerkzeug 25 um
den ersten Vorschub p1 bewegt worden ist, wird das Fräswerkzeug für die Zeitdauer
t angehalten. Nach Ablauf 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 3 zu erkennen, nimmt der erste
Vorschub 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.
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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
Bearbeitungsschrittes von dem Werkstück abtragen, was den Fertigungsprozeß insbesondere
bei der Herstellung von konturierten Flächen aus einem Werkstück effizient
macht.
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Die 4 zeigt
einen prinzipiellen Bewegungsablauf für das Fräswerkzeug 25 während eines Bearbeitungsschrittes
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
entlang einer Bewegungsbahn. Das Fräswerkzeug 25 wird
von einem Startpunkt Tst ausgehend um den
ersten Vorschub p1 in die Bearbeitungsrichtung bewegt, wobei diese
Bewegung an einem Punkt Tend beendet wird.
Ist der Punkt Tend erreicht, so wird das
Fräswerkzeug 25 für die Zeitdauer t
angehalten. Vorteilhaft beträgt
diese Zeitdauer t zwischen 0,01 und 1 s. Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird
das Fräswerkzeug 25 von
dem Punkt Tend um den zweiten Vorschub p2
zu einem Punkt Tint bewegt, an dem der zweite
Vorschub p2 beendet wird. Hinsichtlich der Bewegungen um den Vorschub
p1 und p2 stellt die Zeitdauer t eine Umschaltzeit dar. Nach Erreichen
des Punktes Tint wird in Übereinstimmung mit
der in der 2 gezeigten Schrittabfolge S38
bis S42 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.
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Wie
in der 4 anhand der durch den mittleren Pfeil dargestellten
Bewegungsbahn für
das Fräswerkzeug 25 zu
erkennen ist, wird bei einer Wiederholung der Werkzeugbewegung um
den ersten bzw. zweiten Vorschub p1 bzw. p2 die Bearbeitungsfläche des
Werkstücks
nur insoweit bearbeitet, wie ein erneuter erster Vorschub 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 gleichzeitig eine größere Vorschubstrecke
erzielt wird.
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Hinsichtlich
der Vorschubgeschwindigkeit für den
ersten bzw. zweiten Vorschub p1 bzw. p2 ist die Einstellung der
Fräsmaschine
beispielsweise abhängig
von der Materialbeschaffenheit 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 eingestellt. Bei weicheren Materialien wie etwa Aluminium
wird die Vorschubgeschwindigkeit beispielsweise auf einen Wert von
bis zu 200 mm/min erhöht.
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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 Fräswerkzeug 25 kommt.