DE10144508A1

DE10144508A1 - Verfahren zur Steuerung von Relativbewegungen eines Werkzeuges gegen ein Werkstück

Info

Publication number: DE10144508A1
Application number: DE10144508A
Authority: DE
Inventors: Josef Koch
Original assignee: Open Mind Software Technologies GmbH
Current assignee: Open Mind Technologies AG
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: DE10144508B4; DE10144508C9; DE10144508C5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Relativbewegungen eines Werkzeuges (4) gegen ein Werkstück (2), bei dem eine Werkzeugachse (43) des Werkzeuges (4) in allen Raumdimensionen zur Material abtragenden Bearbeitung des Werkstückes (2) gegen dieses verschwenkt bzw. verschoben werden kann, und bei dem eine gewünschte Zielkontur (21) des Werkstückes (2) durch eine Abfolge von Relativbewegungen entlang einer Werkzeugbahn (6) des Werkzeuges (4) erzeugt wird. DOLLAR A Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass die Werkzeugbahn (6) in eine Vielzahl von Bahnsegmenten (61) unterteilt ist, entlang derer sich das Werkzeug im Eingriff mit dem Werkstück (2) befindet, wobei die Orientierung der Werkzeugachse (43) innerhalb eines Bahnsegments (61) konstant ist, während sie über die gesamte Werkzeugbahn (6) variabel ist, und wobei jeweils ein Endpunkt (63) eines Bahnsegments (61) über eine Verbindungs-Schwenkbewegung (62), bei der sich das Werkzeug nicht im Eingriff mit dem Werkstück (2) befindet und in deren Verlauf die Orientierung der Werkzeugachse (43) verändert werden kann, mit einem Startpunkt (64) eines weiteren Bahnsegments (61) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Relativbewegungen eines Werkzeuges, insbesondere eines Fräswerkzeuges, eines Werkzeuges zur Material abtragenden Bearbeitung oder dergl. gegen ein Werkstück gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Bei bekannten Verfahren zur Material abtragenden Bearbeitung von Werkstücken, wie sie bspw. als Fräsverfahren im Werkzeug- und Formenbau eingesetzt werden, wird das Werkstück, welches zur Herstellung einer gewünschten Kontur bearbeitet werden soll, mit einem Fräskopf einer Fräsmaschine spanabhebend bearbeitet. Bekannt sind Verfahren, bei dem Relativbewegungen zwischen dem rotierenden Fräskopf und dem zu bearbeitenden Werkstück entlang dreier Linearachsen möglich sind. Diese drei Linearachsen stehen typischerweise in einem Winkel von jeweils 90° zueinander und spannen damit ein orthogonales dreiachsiges Koordinatensystem auf.
Für die Bearbeitung komplizierterer Werstückformen, insbesondere solchen mit tieferen Kavitäten und/oder mit Hinterschneidungen, sind derartige dreiachsige Strategien, bei denen das Rotationswerkzeug im Wesentlichen senkrecht zu einer ebenen Hauptbearbeitungsebene steht, jedoch oftmals nicht ausreichend. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass bei steileren Bereichen der Werkstückgeometrie Kollisionen zwischen Werkstück und Rotationswerkzeug bzw. dessen Werkzeughalter oder anderen Maschinenelementen auftreten können.
Um Kollisionen zu vermeiden oder auch die Schnittbedingungen zu verbessern, sind dreiachsige Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück oft nicht mehr ausreichend. Für diese Fälle sind Bearbeitungsverfahren bekannt, bei denen zusätzliche Schwenkbewegungen des Werkstückes und/oder des Werkzeuges um eine oder mehrere Schwenkachsen erfolgen. Die über zusätzliche Drehachsen der Maschinen realisierte Anstellung des Werkzeuges ist dabei abschnittsweise nicht orthogonal zu den Achsen des kartesischen Maschinenkoordinatensystems. Je nach Anzahl der zusätzlichen Drehachsen spricht man von 4- bzw. 5- achsiger oder alternativ auch von 3 + 1- oder 3 + 2-achsiger Bearbeitung.
In diesem Fall ist eine maschinenspezifische Formulierung eines (NC-)Steuerungsprogrammes erforderlich. Unabhängig von einer Maschinenkinematik kann die schräge Anstellung des Werkzeuges zum Werkstück auch über einen Einheitsverktor der Werkzeugorientierung beschrieben werden, was eine maschinenunabhängigere Programmierung ermöglicht. Hierbei müssen bei der Programmierung die Drehwinkel der entsprechenden Rundachsen bzw. der Einheitsvektor der Werkzeugorientierung jeweils explizit für jeden Punkt der Bearbeitung definiert werden.
Für die Erstellung eines kollisionsfreien, fünfachsigen Bearbeitungsprogrammes kann zunächst eine Berechnung ohne Schrägstellung des Rotationswerkzeuges erfolgen, wonach die für die Vermeidung von Kollisionen zwischen Werkzeug und Werkstück erforderlichen Winkel zur abschnittsweise festen Anstellung des Werkzeuges nachträglich in das Programm integriert werden. Die für eine kollisionsfreie Bearbeitung notwendige Werkzeuganstellung kann dabei für die betreffenden kritischen Bereiche entweder abgeschätzt, mittels CAD-Programmen bestimmt oder auch beim Testen der Bearbeitungsprogramme auf der Bearbeitungsmaschine - dem sogenannten "Teaching" ermittelt werden. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist die relativ einfache Abgrenzbarkeit der Bearbeitungsbereiche gegeneinander, wobei zudem der Verlauf der Bearbeitungsbahnen relativ gut kontrolliert werden kann. Allerdings muss ein vergleichsweise hoher Aufwand zur Sicherstellung der Kollisionsfreiheit betrieben werden, da die Bewegungsbahnen von Werkzeug und Werkzeughalterung entweder punktuell geprüft werden müssen und/oder zusätzliche Simulationssoftware verwendet werden muss.
Bei einer weiteren Methode zur Bearbeitung mit abschnittsweiser fester Werkzeuganstellung wird die Bearbeitung bezüglich eines entsprechend gekippten Koordinatensystems berechnet, woraus eine geprüfte Kollisionsfreiheit im gesamten Bearbeitungsbereich resultiert. Allerdings ist für diese Methode ein wesentlich höherer Aufwand bei der Abgrenzung einzelner komplexer Bearbeitungsbereiche mit einer kollisionsfreien Werkzeuganstellung, die sinnvollerweise oftmals nur mit einem iterativen Prozess ermittelt werden kann, erforderlich. Zudem ist insgesamt die Kontrolle des Verlaufes der Bearbeitungsbahnen schwieriger.
Eine Alternative zu den beschriebenen Methoden ist die Erstellung von sogenannten fünfachsigen Simultanprogrammen, d. h. von Bearbeitungsprogrammen, bei denen simultane Bewegungen der Werkzeugmaschine sowohl entlang der Linearachsen wie auch um die Drehachsen ermöglicht sind. In diesem Fall kann die Anstellung des Rotationswerkzeuges gleichzeitig mit seinem Vorschub entlang der Bearbeitungsbahn permanent variiert werden.
Die Probleme dieses Verfahrens liegen weniger in der theoretischen Durchführbarkeit als in den Begrenzungen der vielfach verwendeten Werkzeugmaschinen, die aufgrund ihrer mechanischen bzw. ihrer steuerungs- und regelungstechnischer Eigenschaften oftmals nicht die geforderte Bearbeitungsgenauigkeit und damit -qualität liefern können. Somit sind der simultanen 5-Achsenbearbeitung durch die gegenwärtig verfügbare Maschinentechnik enge Grenzen gesetzt. Der kinematische Aufbau der im Werkzeug-Formenbau typischerweise verwendeten schweren Werkzeugmaschinen sieht oftmals große Abstände von den Drehachsen zum Werkstück vor, wodurch sich bereits kleinste Ungenauigkeiten in der Bewegungsführung der Rundachsen stark negativ auf die Exaktheit der Bearbeitungsergebnisse auswirken. Auch Trägheiten der bewegten Massen des schwenkenden Werkzeugkopfes wirken sich negativ auf die Maßhaltigkeit beim Bearbeiten des Werkstückes aus. So können bspw. Steuerungsfehler im Bereich von Grad-Minuten Abweichungen in der Werkstückkontur von mehreren Zehntel-Millimetern zur Folge haben. Im Werkzeugbau werden jedoch typischerweise Genauigkeitsabweichungen lediglich in einem Bereich von 0,005 mm bis maximal 0,03 mm toleriert. Aus diesem Grund ist die Verwendbarkeit derartiger Werkzeugmaschinen für die fünfachsige Simultanbearbeitung stark eingeschränkt.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Steuerung von Relativbewegungen eines Werkzeuges gegen ein Werkstück zur Verfügung zu stellen, das eine hohe Bearbeitungsgüte mit minimalen Toleranzabweichungen ermöglicht, um die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit einem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Demgemäß wird bei einem Verfahren zur Steuerung von Relativbewegungen eines Werkzeuges gegen ein Werkstück, bei dem eine Werkzeugachse des Werkzeuges in allen Raumdimensionen zur Material abtragenden Bearbeitung des Werkstückes gegen dieses verschwenkt bzw. verschoben werden kann, eine gewünschte Zielkontur im Werkstück durch eine Abfolge von Relativbewegungen entlang einer Werkzeugbahn des Werkzeuges erzeugt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Werkzeugbahn in eine Vielzahl von Bahnsegmenten unterteilt ist, entlang derer sich das Werkzeug im Eingriff mit dem Werkstück befindet. Die Orientierung der Werkzeugachse bleibt innerhalb eines Bahnsegments konstant, während sie über die gesamte Werkzeugbahn variabel ist. Dabei ist jeweils ein Endpunkt eines Bahnsegments über eine Verbindungs-Schwenkbewegung mit einem Startpunkt eines weiteren Bahnsegments verbunden. Während der Verbindungs-Schwenkbewegungen befindet sich das Werkzeug nicht im Eingriff mit dem Werkstück.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass damit kollisionsfreie Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden können, die eine abschnittsweise feste Anstellung des Werkzeuges erlauben. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es auf vielen Werkzeug- und Messmaschinen zu wesentlich exakteren Ergebnissen führt, als dies bei einem Betrieb mit einem fünfachsigen Simultan-Verfahren der Fall wäre.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgen die Relativbewegungen des Werkzeuges gegen das Werkstück durch Linearbewegungen des Werkstückes in drei unterschiedliche Längsrichtungen sowie durch Schwenkbewegungen des Werkzeuges um zwei unterschiedliche Schwenkachsen. Diese Art der Relativbewegungen des Werkzeuges gegen das Werkstück ermöglicht die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf üblichen Werkzeugmaschinen, wie sie in großer Zahl im Einsatz sind. Bei einer Fräsmaschine als Werkzeugmaschine kann dabei der Tisch mit dem darauf befestigten Werkstück in zwei verschiedene horizontale Richtungen verschoben werden. Die dritte Richtung, in die der Tisch verschoben werden kann, ist die Vertikale. Der Fräskopf mitsamt seiner Werkzeughalterung kann bei einem sogenannten fünfachsigen Fräser um zwei Schwenkachsen geschwenkt werden, die vorzugsweise orthogonal zueinander angeordnet sind.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens erfolgen die Relativbewegungen des Werkzeuges gegen das Werkstück durch Linearbewegungen des Werkstückes in zwei unterschiedliche Längsrichtungen sowie durch Schwenkbewegungen des Werkzeuges um zwei unterschiedliche Schwenkachsen sowie durch Linearbewegungen des Werkzeuges in eine dritte Längsrichtung. Auch diese Art der Bewegungssteuerung von Werkzeugmaschinen ist weit verbreitet. Beim Beispiel der Fräsmaschine kann dabei der Tisch mit dem darauf befestigten Werkstück in zwei verschiedene horizontale Richtungen verschoben werden. Der Fräskopf mitsamt seiner Werkzeughalterung kann bei einem sogenannten fünfachsigen Fräser um zwei Schwenkachsen geschwenkt werden, die vorzugsweise orthogonal zueinander angeordnet sind. Der Fräskopf kann zusätzlich in vertikale Richtung verschoben werden.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform des Verfahrens erfolgen die Relativbewegungen des Werkzeuges gegen das Werkstück durch Linearbewegungen des Werkzeuges in drei unterschiedliche Längsrichtungen sowie durch Schwenkbewegungen des Werkstückes um zwei unterschiedliche Schwenkachsen. Diese Art der Bewegungssteuerung weist insbesondere dann Vorteile auf, wenn das Werkstück mit seiner Halterung wesentlich kleiner und leichter ist als das Werkzeug mit seiner Werkzeughalterung.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform des Verfahrens erfolgen die Relativbewegungen des Werkzeuges gegen das Werkstück durch Linearbewegungen des Werkstückes in zwei unterschiedliche Längsrichtungen sowie durch Schwenkbewegungen des Werkstückes um zwei unterschiedliche Schwenkachsen. Bei diesem Verfahren wird somit ausschließlich das Werkstück geschwenkt, während das Werkzeug mitsamt seiner Halterung starr bleibt. Diese Art der Bewegungssteuerung kann bei solchen Maschinen vorteilhaft sein, deren Werkzeug möglichst geringen Erschütterungen und Beschleunigungen unterliegen soll, wie dies bspw. bei optischen Geräten der Fall ist.
Eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Relativbewegungen des Werkzeuges gegen das Werkstück durch Schwenkbewegungen des an wenigstens drei linear verschieblichen Aufhängungen befestigten Werkstückes erfolgen. Diese Art der Werkzeugmaschinen sind als sog. Hexapod-Maschinen bekannt, bei denen der Tisch mitsamt dem darauf befestigten Werkstück an sechs Punkten abgestützt ist. An diesen sechs Abstützpunkten ist jeweils mittels Kugelgelenken ein linear verschieblicher Hydraulikzylinder befestigt. Diese sechs sog. hydraulischen Linearmotoren sind an ihren jeweiligen anderen Enden wiederum über Kugelgelenke an einem Fundament der Maschine fixiert. Durch aufeinander abgestimmte Auslenkungen der Hydraulikzylinder können fünfachsige Relativbewegungen zwischen Werkzeug - bspw. ein Fräser, Laser oder dergl. - und Werkstück generiert werden. Für die Abstützung des Tisches sind wenigstens drei Linearantriebe erforderlich; am verbreitetsten sind allerdings Abstützungen mittels sechs Linearantrieben.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Fräswerkzeug als Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstückes vor. Diese in äußerst großer Zahl verbreitete Werkzeugmaschinenart eignet sich besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, da mit diesen Maschinen aufgrund ihrer bauartbedingten Einschränkungen oftmals keine hochpräzisen fünfachsigen Simultanbearbeitungen möglich sind.
Eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens sieht einen Laserkopf als Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstückes vor. Auch hier bietet das erfindungsgemäße Verfahren vielfältige Vorteile, da es den Einsatz von relativ kostengünstigen Werkzeugmaschinen einfacherer Bauart ermöglicht, um Bearbeitungsergebnisse von hoher Präzision zu erzielen. Eine typische Anwendung ist bspw. die Laserbearbeitung eines Schmiedegesenks zur Herstellung von Achsschenkeln. Dies kann auf "abtragendem" Wege erfolgen, bei dem mittels sog. Laser-Caving das zu bearbeitende Werkstück aus Metall schichtweise durch Verdampfen auf das gewünschte Maß abgetragen wird. Eine weitere Möglichkeit der Laserbearbeitung liegt im sog. Laser-Welding, das eine "auftragende" Bearbeitung darstellt. Hierbei werden Metalllagen auf ein Werkstück geringerer Abmessungen als später erforderlich aufgetragen, indem bspw. seitlich zugeführter Metallstaub mittels Laserbearbeitung auf der Werkstückoberfläche aufgeschmolzen und mit dieser verbunden wird. Diese Werkstückoberfläche wird anschließend abtragend bearbeitet, um das gewünschte Endmaß zu erreichen. Die auf diese Weise gestaltete Werkstückoberfläche weist günstige Elastizitätseigenschaften beim Schmieden auf und unterliegt dadurch einem geringeren Verschleiß unter der hohen Schwell- und Druckbelastung, wie sie beim Schmieden auftritt.
Eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Laser-Messgerät als Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstückes vor. Das Laser-Messgerät ist bspw. ein sog. Scanner zur Erfassung der dreidimensionalen Werkstückkontur. Bei dieser Anwendung bietet das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls große Vorteile, da mit einer relativ einfachen und kostengüstigen Kinematik zur Bewegungssteuerung der Messmaschine dennoch sehr exakte Messungen durchgeführt werden können.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei der Bewegung des Werkzeuges entlang eines einzelnen Bahnsegments jeweils nur Relativbewegungen von Werkzeug und Werkstück zueinander entlang der Linearachsen erfolgen. Vorzugsweise erfolgen Relativbewegungen von Werkzeug und Werkstück zueinander um die Schwenkachsen ausschließlich in den Verbindungs-Schwenkbewegungen zur Verbindung zweier jeweils aufeinander folgender Bahnsegmente. Damit ist eine präzise und sehr maßhaltige Bearbeitung des Werkstückes sichergestellt, da jegliche Schwenkbewegungen um die Schwenkachsen unterbleiben, solange sich das Werkzeug im Eingriff mit dem Werkstück befindet. Die Linearbewegungen können bei einfacheren Werkzeugmaschinen meist mit einer deutlich höheren Präzision erfolgen als die Bewegungen um die Schwenkachsen, was insgesamt zu genaueren Bearbeitungsergebnissen führt.
Eine weitere Verbesserung der Bearbeitungsgüte kann bei einfacher konstruierten Werkzeugmaschinen dadurch erreicht werden, indem zwischen zwei aufeinander folgenden Bahnsegmenten jeweils nur relativ kleine Anstellungsdifferenzen zugelassen werden. Damit sind Schwenkbewegungen - möglichst mit jeweils nur einer Schwenkachse während einer Verbindungs- Schwenkbewegung - in einem Winkelbereich von maximal 15° gemeint. Vorzugsweise sind zwischen zwei aufeinander folgenden Bahnsegmenten jeweils Anstellungsdifferenzen in einem Winkelbereich von weniger als 10°, bevorzugt jedoch von weniger als 7,5° zugelassen. Sollten in bestimmten Bearbeitungsbereichen des Werkstückes größere Schwenkbewegungen notwendig sein, kann dem durch Festlegung kleinerer Bahnsegmente begegnet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem Verfahren Gruppen jeweils aufeinander folgender Bahnsegmente gebildet werden. So kann bspw. eine Gruppierung in jeweils aufeinander folgenden benachbarten Bahnsegmenten erfolgen, die sich jeweils auf einer gemeinsamen horizontalen Querschnittsebene ("Höhenlinie") des Bearbeitungsbereiches des Werkstückes befinden. Ebenso möglich ist eine Gruppierung in sog. Bearbeitungstaschen, d. h. in Bearbeitungsbereiche mit auf jeweils unterschiedlichen Höhenlinien aufeinander folgender Bahnsegmente.
Jede der Verbindungs-Schwenkbewegungen des Werkzeuges, die teilweise auch aus sog. Verbindungsmakros bezeichnet werden, weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens drei aufeinander folgende Phasen auf. Eine erste Phase umfasst eine Bewegung, bei der sich der Eingriffsbereich des Werkzeuges mit einer tangential an das zuvor durchlaufene Bahnsegment anschließenden Kurvenbewegung vom Werkstück entfernt, ohne dass dabei die Winkelorientierung der Werkzeugachse verändert wird. D. h. es erfolgt dabei keine Schwenkbewegung um die Werkzeugdrehachsen.
Eine zweite Phase umfasst eine Bewegung, bei der die Orientierung der Werkzeugachse relativ zum Werkstück in einer tangential an die erste Phase anschließenden Kurvenbewegung kontinuierlich so verändert wird, dass sie am Ende die Orientierung des folgenden Bahnsegments annimmt. In dieser zweiten Phase sind je nach Bedarf Bewegungen um alle fünf Achsen der Maschine zulässig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in der zweiten Phase die Änderung der Orientierung der Werkzeugachse derart, dass alle Linearachsen und alle Schwenkachsen jeweils eine ruckfreie Bewegung ausführen. Diese Art der Bewegung, bei der die dritte Ableitung der mathematischen Bewegungsgleichung stetig ist, führt zu einer gleichmäßigeren Maschinensteuerung und damit zu höherer Bearbeitungs- bzw. Messgenauigkeit und -güte. Die Bearbeitungs- bzw. Messgenauigkeit kann weiterhin dadurch erhöht werden, wenn die Änderungen der Orientierung der Werkzeugachse derart erfolgen, dass alle Schwenkachsen jeweils eine minimale Bewegung ausführen. Dies umfasst auch Orientierungsänderungen der Werkzeugachse, bei denen nur jeweils eine Schwenkachse bewegt wird, während die andere starr bleibt.
Vorzugsweise umfasst eine dritte Phase jeder Verbindungs- Schwenkbewegung eine tangential an die zweite Phase anschließende Bewegung, bei der sich das Werkzeug in Richtung zum Werkstück bewegt, ohne dass dabei die Orientierung der Werkzeugachse verändert wird. Die Bewegung der dritten Phase mündet zudem tangential in die Bewegung des nachfolgenden Bahnsegments.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ausgehend von einem Startpunkt ein Bahnsegment auf die Weise bestimmt wird, dass das Werkzeug und das Werkstück innerhalb des Bahnsegments sowie die beidseitig anschließenden Verbindungs-Schwenkbewegungen keine Kollisionen aufweisen. Der Startpunkt kann bspw. von einem Benutzer vorgegeben werden. Die weitere Festlegung der Bahnsegmente erfolgt grundsätzlich unter der Prämisse der Kollisionsfreiheit, was zudem die Vorgabe mit der höchsten Priorität darstellt, denn die gewünschte Bearbeitungsgüte kann nur dann erreicht werden, wenn das Werkzeug inkl. seiner Halterung bei der Verfolgung der Werkzeugbahn nicht mit dem Werkstück kollidiert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens besteht eine weitere Vorgabe darin, dass die Bahnsegmente jeweils möglichst lang sind. D. h. es werden maximale Abschnitte bestimmt, die ohne Orientierungsveränderung der Werkzeugachse durchfahren werden können. Je weniger zeitraubende Verbindungs-Schwenkbewegungen erforderlich sind, desto zügiger kann die Bearbeitung erfolgen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Abstand der Startpunkte benachbarter Bahnen minimal ist. D. h. die Startpunkte von benachbarten Bahnsegmenten, die jeweils auf benachbarten horizontalen Querschnittsebenen des Werkstückes liegen, lassen sich annähernd durch Geraden bzw. durch schwach gekrümmte Kurvenlinien verbinden. Dies führt zu sehr regelmäßigen Konturen des Werkstückes aufgrund der flächig gruppierten Bahnsegmente. Bei einer Gussform, die mittels Fräser bearbeitet wird, kann eine derartige Gruppierung zu einem verbesserten Fließverhalten des zu gießenden Materials sorgen, das entlang der als Mikrostruktur im Werkstück abgebildeten Startpunkte fließen kann.
Vorzugsweise folgen die Positionen der Startpunkte einem vorgegebenen Kurvenverlauf. Dieser vorgegebene Kurvenverlauf wird im vorliegenden Zusammenhang auch als Segmentgrenze bezeichnet, da die Bahnsegmente entlang dieser Linien oder Kurven jeweils aneinander stoßen. Die Bildung dieser Segmentgrenzen hat den zuvor beschriebenen positiven Einfluss auf die Regelmäßigkeit der fertig bearbeiteten Oberfläche, was zudem den optischen Qualitätseindruck deutlich verbessern kann.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Winkeldifferenzen der Orientierungen der Werkzeugachse zum vorangehenden Bahnsegment einen vorgegebenen Winkel nicht überschreiten. Diese Winkeldifferenz ist vorzugsweise möglichst klein, um keine Maßabweichungen in der Bearbeitung aufeinander folgender Bahnsegmente aufgrund von maschinenspezifischen Abweichungen vom vorgesehenen Bahnverlauf zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens folgt die Orientierung der Werkzeugachse innerhalb eines Bahnsegments einer manuellen Vorgabe. Die Anstellung des Werkzeuges resultiert aus der vorhergehenden Berechnung eines kollisionsfreien Bahnverlaufs. Die Segmentgrenzen ergeben sich dann zwangsläufig aus der Vorgabe, zwischen benachbarten Segmentgrenzen keine zu großen Anstellungsdifferenzen zu erhalten. Sind dennoch größere Winkelverstellungen notwendig, kann dem durch Festlegung entsprechend kürzerer Bahnsegmente begegnet werden.
Vorzugsweise bildet der Beginn des Eingriffes des Werkzeugs im Werkstück den Startpunkt für das erste Bahnsegment, d. h. die Sortierung und Gruppierung der Bahnsegmente hinsichtlich ihrer Bearbeitungsreihenfolge richtet sich nach dem Bearbeitungsbeginn des Werkzeugs. Der Startpunkt für das erste Bahnsegment kann mittels manueller Vorgabe definiert werden. Ebenso möglich ist jedoch auch die Bestimmung mittels eines Rechenalgorithmus, der einen optimalen Startpunkt für das erste Bahnsegment vorschlägt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die nacheinander bearbeiteten Bahnsegmente jeweils im Wesentlichen derart sortiert, dass der Abstand zwischen dem Endpunkt eines Bahnsegments zum Startpunkt des darauf folgenden Bahnsegments minimal ist. Diese Bearbeitungsmethode schließt einen sogenannten "Zick- Zack-Modus" ein, bei dem nacheinander in entgegengesetzte Richtungen bearbeitet wird. Auf diese Weise erstrecken sich die sog. Eilgang- bzw. Zustellbewegungen des Werkzeuges, bei denen es sich nicht im Eingriff mit dem Werkstück befindet, über relativ kurze Abschnitte, so dass auch die gesamte Bearbeitungszeit relativ kurz ausfallen kann.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die nacheinander bearbeiteten Bahnsegmente jeweils im Wesentlichen derart sortiert, dass die Änderungen der Orientierung der Werkzeugachse minimal sind. Bei dieser Bearbeitungsmethode folgt der Eingriffsbereich des Werkzeuges in aller Regel bei aufeinander folgenden Bahnsegmenten der gleichen Bearbeitungsrichtung, woraus andererseits relativ lange Eilgangbewegungen zwischen Endpunkt eines Bahnsegments und Startpunkt des nächsten Bahnsegments resultieren. Die Qualität der Bearbeitungsergebnisse kann allerdings in manchen Fällen besser ausfallen als beim sog. Zick-Zack- Modus.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Schemadarstellung ein Werkstück mit einer Zielkontur.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Werkstück entsprechend Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Fräswerkzeuges.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung des Werkstückes sowie darin vorgesehene Segmentgrenzen.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf das Werkstück entsprechend Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Werkstückes zur Verdeutlichung einer umlaufenden Bearbeitung.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung des Werkstückes zur Verdeutlichung einer taschenweisen Bearbeitung.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf das Werkstück entsprechend Fig. 7.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Darstellung des Werkstückes zur Verdeutlichung der Verbindungsmakros bei umlaufender Bearbeitung.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Darstellung des Werkstückes zur Verdeutlichung der Verbindungsmakros bei taschenweiser Bearbeitung.
Fig. 11 zeigt einen Ausschnitt einer Werkzeugbahn entsprechend Fig. 9.
Fig. 12 zeigt einen Ausschnitt einer Werkzeugbahn entsprechend Fig. 10.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung von Relativbewegungen eines Werkzeuges gegen ein Werkstück wird anhand der Fig. 1 bis 12 beschrieben, wobei gleiche Teile grundsätzlich mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und daher teilweise nicht mehrfach erläutert sind.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Schemadarstellung ein quaderförmiges Werkstück 2, das mit einer Zielkontur 21 in Form einer wannenartigen Kavität versehen ist. Derartige Werkstücke 2 werden bspw. für den Werkzeug-Formenbau benötigt, bei dem ein Metallblock mit einer Vertiefung versehen wird, um als Positivform für eine Press- bzw. Tiefziehmatrize zu dienen. Das Werkstück 2 wird dabei typischerweise zunächst in einem Gussverfahren mit einer gewünschten Grobkontur versehen, so dass es in einem nachfolgenden Fräsverfahren zu einer exakten und passgenauen Kontur weiter verarbeitet werden kann. Bei dem Material abtragenden Fräsverfahren muss somit nicht eine Vielzahl von Schichten abgetragen werden, sondern es werden in erster Linie die exakten Abmessungen des Werkstückes 2 hergestellt. Dies verdeutlicht auch, dass eine hohe Genauigkeit beim fünfachsigen Fräsen von wesentlicher Bedeutung für die Einhaltung der gewünschten Maße des Werkstückes 2 ist. Diese Genauigkeit kann bei zügigen Linear- und Schwenkbewegungen vieler Werkzeugmaschinen aufgrund deren hoher Massenträgheitsmomente sowie unvermeidlicher Toleranzen in der Werkzeugführung nicht eingehalten werden.
Im Folgenden wird beispielhaft eine fünfachsige Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück 2 beschrieben, bei der das Werkstück 2 entlang dreier jeweils senkrecht zueinander orientierten Linearachsen 22, 23, 24 verschoben werden kann. Die vierten und fünften Achsen stellen dabei Drehachsen dar, um die das Werkzeug - im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Fräswerkzeug 4 (vgl. Fig. 3) - verschwenkt werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines als beispielhaftes Werkzeug verwendeten Fräswerkzeuges 4. Dieses Fräswerkzeug 4 weist einen länglichen, zylindrischen Fräskopf 44 auf, dessen Eingriffsbereich wie in der gezeigten Darstellung abgerundet sein kann. Der Eingriffsbereich des Fräskopfes 44 kann wahlweise auch scharfkantig ausgestaltet sein. Der Fräskopf 44 ist mittig in eine Werkzeughalterung 45 eingespannt, die während des Fräsvorganges mitsamt dem Fräskopf 44 um die Werkzeugachse 43 rotiert. Bei den im vorliegenden Zusammenhang beschriebenen Schwenkbewegungen um die winkelig zueinander orientierten Schwenkachsen 41 und 42 (vgl. Fig. 9, 10) ist grundsätzlich eine entsprechende Bewegung der Werkzeugachse 43 gemeint.
Die drei Linearachsen 22, 23, 24 sind entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils parallel zu den Werkstückkanten orientiert, so dass die erste Linearachse 22 parallel zur x-Achse des zur besseren Orientierung eingezeichneten Koordinatensystems sowie parallel zu einer waagrechten Kante des quaderförmigen Werkstückes 2 liegt. Die zweite Linearachse 23 steht senkrecht zur ersten Linearachse 22 und liegt parallel zur y-Achse sowie parallel zu einer zweiten waagrechten Werkstückkante. Die dritte Linearachse 24 steht senkrecht zur ersten und zur zweiten Linearachse 22, 23 und liegt parallel zur z-Achse sowie parallel zu einer senkrechten Werkstückkante.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine flache Oberseite 25 des quaderförmigen Werkstückes 2 gemäß Fig. 1, das mit der Zielkontur 21 in Form einer wannenförmigen Vertiefung versehen ist. Wie anhand der Fig. 1 und 2 deutlich wird, kann mit einem um eine senkrechte Rotationsachse rotierenden Fräser die gewünschte Zielkontur 21 nur dann vollständig bearbeitet werden, wenn die Einspannung des Fräsers ausreichend kompakt bzw. wenn das freistehende Ende des Fräsers hinreichend lang ist. In diesen Fällen besteht andererseits die Gefahr einer elastischen Verformung des Fräskopfes, was zu unerwünschten Maßabweichungen bei der Bearbeitung der Zielkontur 21 des Werkstückes 2 führt.
Die tieferen Bereiche und insbesondere der Bodenbereich 26 in den Übergängen zu den schräg abfallenden Wandabschnitten der wannenförmigen Zielkontur 21 lassen sich ab einer bestimmten Steilheit der Wandabschnitte nicht ohne Kollisionen der Werkzeughalterung des Fräswerkzeuges mit höher liegenden Wandabschnitten bearbeiten.
Wird nun zur Bearbeitung eines tief liegenden Wandabschnittes in Nähe des Bodenbereiches 26 die Rotationsachse des Fräswerkzeuges mitsamt dessen Werkzeughalterung um einen Anstellwinkel schräg gestellt, so dass der zwischen Rotationsachse bzw. Werkzeugachse des Fräsers und Oberfläche der Zielkontur 21 eingeschlossene Winkel größer wird, so droht bei einer Verfolgung einer Werkzeugbahn, die einer engen Kurve der Zielkontur 21 folgt, eine Kollision des Werkzeughalters mit einem weiteren angrenzenden Wandabschnitt.
Diese Problematik soll beispielhaft anhand der Fig. 2 verdeutlicht werden, bei der ein kurzer Abschnitt einer Werkzeugbahn 6 durch einen strichpunktierten Pfeil verdeutlicht ist. Diese verläuft entlang eines nahe des Bodenbereichs 26 liegenden Bereiches eines ersten schrägen Wandabschnittes 27, verfolgt einen relativ engen Radius 29 und verläuft weiter auf gleicher horizontaler Höhe des Werkstückes 2 entlang eines zweiten Wandabschnittes 28. Eine Anstellung des Rotationswerkzeuges um einen geraden Winkel gegen die Oberfläche des ersten Randabschnittes 27 lässt die Werkzeughalterung dennoch mit einem oberen Bereich des zweiten Wandabschnittes 28 kollidieren, sobald der Fräskopf bei seiner Verfolgung der Werkzeugbahn 6 in Nähe des Radius 29 gelangt.
Eine Kollision der Werkzeughalterung mit dem Werkstück 2 kann vermieden werden, indem der Fräser mit einer fest stehenden schrägen Anstellung betrieben wird, die sowohl gegen den ersten Wandabschnitt 27 wie auch gegen den zweiten Wandabschnitt 28 um annähernd den gleichen Winkel angewinkelt ist. Allerdings würde die Werkzeughalterung in diesem Fall mit dem nächsten angrenzenden Wandabschnitt kollidieren, sofern die Anstellung nicht im Betrieb verändert wird.
Eine Lösung dieser Kollisionsproblematik kann in der Bearbeitung des Werkstückes mittels eines fünfachsigen-simultanen Fräsprogrammes liegen, die allerdings auf vielen bereits vorhandenen Werkzeugmaschinen die zuvor erwähnten Probleme hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeiten zeigt. Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Problematik besteht in einer Bearbeitungsmethode, bei der die gesamte Werkzeugbahn 6 zur Bearbeitung der Zielkontur 21 in mehrere, ggf. in eine Vielzahl von Bahnsegmenten aufgeteilt wird, die mit abschnittsweise festen Werkzeuganstellungen durchfahren werden können. Beim Verfolgen dieser Bahnsegmente befindet sich das Rotationswerkzeug im Eingriff mit dem Werkstück 2. Eine Verstellung des Rotationswerkzeuges um die Werkzeugschwenkachsen erfolgt bei dieser Methode nur beim Durchfahren von sogenannten Verbindungs-Schwenkbewegungen - im Folgenden auch als Verbindungsmakros bezeichnet -, bei denen sich das Werkzeug nicht im Eingriff mit dem Werkstück befindet. Die Position der Verbindungsmakros kann dabei manuell vorgegeben werden oder auch derart automatisch berechnet werden, dass möglichst lange kollisionsfreie Bahnsegmente entstehen. Diese erfindungsgemäße Methode wird im Folgenden anhand der Fig. 4 ff. beschrieben.
Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils schematische Ansichten des Werkstückes 2 entsprechend Fig. 1, wobei Fig. 4 als perspektivische Ansicht und Fig. 5 als Draufsicht dargestellt ist. Die Werkzeugbahn 6 ist innerhalb der wannenförmigen Zielkontor 21 in eine Anzahl von jeweils zueinander parallelen Bahnsegmente 61 aufgeteilt. Segmentgrenzen 68, an denen jeweils benachbarte Bahnsegmente 61 aneinander grenzen, sind als Linien angedeutet, die jeweils senkrecht zu den Wandabschnitten 27, 28 stehen.
Die Segmentgrenzen 68 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vom Benutzer manuell gesetzte Bereichsgrenzen, an denen benachbarte Bahnsegmente 61 aneinander grenzen. Sie müssen nicht notwendigerweise für übereinander liegende Bahnsegmente 61 jeweils deckungsgleich übereinander liegen, wie dies in den Fig. 4 und 5 angedeutet ist, sondern können ebenso gut beliebig gegeneinander verschoben sein. Allerdings ist bei einer derartigen symmetrischen Werkstückkontur eine deckungsgleiche Anordnung der Segmentgrenzen 68 bzw. Bereichsgrenzen sinnvoll, da auf diese Weise jeweils parallele Vorschubbewegungen des Rotationswerkzeugs bei übereinander liegenden Bahnsegmenten 61 und damit eine homogene Oberflächenstruktur nach der Bearbeitung sichergestellt ist. Eine solch homogene Oberflächenstruktur kann bspw. aus Gründen eines verbesserten Fließverhaltens eines Gusswerkzeuges aufgrund der günstigeren Mikrostruktur in der Werkstückoberfläche wünschenswert sein. Auch kann eine derartige homogene Werkstückoberfläche aus Gründen des optischen Qualitätseindrucks von besonderem Interesse sein. Für diese Fälle bietet die beschriebene Sortierung der Segmentgrenzen 68 die gewünschte Lösung.
Wie anhand der Fig. 6 bis 8, die jeweils perspektivische Ansichten (Fig. 6 und 7) bzw. eine Draufsicht (Fig. 8) des Werkstückes 2 mit der wannenförmigen Zielkontur 21darstellen, deutlich wird, kann die Sortierung der Bahnsegmente 61 wahlweise auf zwei verschiedene Arten stattfinden.
Fig. 6 verdeutlicht eine Sortierung mit in Vorschubrichtung des Rotationswerkzeugs fortlaufender Werkzeugbahn 6, wobei die aufeinander folgenden Bahnsegmente 61 jeweils unmittelbar aneinander grenzen und an den Segmentgrenzen 68 durch Verbindungsmakros 62 (d. h. durch Verbindungs-Schwenkbewegungen des Rotationswerkzeuges) verbunden sind. Die Werkzeugbahn 6 ist hierbei in umlaufende Bahnen auf verschiedenen Höhenniveaus unterteilt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedes Höhenniveau in vier Bahnsegmente 61 unterteilt, die jeweils eine Hälfte eines ersten geraden Wandabschnittes 27, eines an diesen grenzenden zweiten geraden Wandabschnittes 28 sowie des Radius 29 umfassen, der jeweils eine Verbindung zwischen geraden Wandabschnitten bildet. Ein erstes, zweites, drittes und viertes Bahnsegment 611, 612, 613, 614 befindet sind jeweils auf einem gemeinsamen Höhenniveau der Zielkontur 21. Ein fünftes Bahnsegment befindet sich demzufolge auf einem darunter liegenden weiteren Höhenniveau.
Diese Bearbeitungsstrategie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn auf Maschinen mit relativ guten dynamischen Eigenschaften umlaufend bearbeitet werden soll. Die bearbeiteten Bahnsegmente 61 können hierbei relativ groß gewählt werden. Die Verbindungs-Schwenkbewegungen des Rotationswerkzeugs an den Segmentgrenzen 68 können hierbei relativ schnell ausgeführt werden.
Die Fig. 7 und 8 verdeutlichen eine Sortierung der Bahnsegmente 61 quer zur Vorschubrichtung, was im Folgenden als taschenartige Sortierung bezeichnet wird. Dabei werden jeweils Bahnsegmente 61, die durch benachbarte Segmentgrenzen 68 unterteilt sind, zu Gruppen von übereinander liegenden Bahnsegmenten 61 zusammen gefasst.
Eine solche Bearbeitungsstrategie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn auf Werkzeugmaschinen mit ungünstigeren dynamischen Eigenschaften bearbeitet wird und/oder wenn die Bahnsegmente 61 jeweils relativ kurz sind, so dass die notwendigen Eilgangbewegungen schneller sind als die Bewegung im Verbindungsmakro. Die beschriebene Bearbeitungsstrategie kann auch dann von Vorteil sein, wenn ein Wechsel zwischen Gleich- und Gegenlauf (sog. Zick-Zack-Bewegung) akzeptiert werden kann. Die Drehachsen der Werkzeugmaschine sind hierbei weniger im Einsatz als bei der zuvor beschriebenen Bearbeitungsmethode.
Anhand der perspektivischen Schemadarstellungen der Fig. 9 und 10 werden die Verbindungsmakros 62 bzw. Verbindungs- Schwenkbewegungen zur Beschreibung der Bewegungen des Rotationswerkzeuges - im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Fräswerkzeug 4 - zwischen aufeinander folgenden Bahnsegmenten 61 näher erläutert, die im Wesentlichen jeweils aus einer kombinierten Schwenkbewegung des Fräswerkzeuges 4 und damit auch des Fräskopfes 44 um seine erste und zweite Schwenkachse 41, 42 bestehen. Die beiden Schwenkachsen 41, 42, die vorzugsweise senkrecht zueinander orientiert sind, sind in Fig. 9 symbolisch angedeutet.
Dabei verdeutlicht Fig. 9 die ersten Verbindungsmakros 621 zwischen benachbarten Bahnsegmenten 61 bei in Vorschubrichtung fortlaufender Bearbeitung (vgl. Fig. 6). Fig. 10 verdeutlicht die zweiten Verbindungsmakros 622 zwischen benachbarten Bahnsegmenten 61 bei "taschenartiger" Bearbeitgung ("Zick-Zack-Modus", vgl. Fig. 7, 8).
Erkennbar ist in den Fig. 9 und 10 weiterhin jeweils ein Anfahrsegment 616 sowie ein Abfahrsegment 617, bei denen sich der Fräskopf 44 des Fräswerkzeuges 4 nicht im Eingriff mit dem Werkstück 2 befindet. Das Anfahrsegment 616 charakterisiert die Zustellbewegung des Fräskopfes 44 zum Werkstück 2 und stellt die Verbindung zum ersten Eingriffspunkt der Werkzeugbahn 6 und damit auch gleichzeitig zum ersten Bahnsegment 611 dar. Das Abfahrsegment 617 charakterisiert die Bewegungsbahn des Fräskopfes 44 nach Durchlaufen der Werkzeugbahn 6 und damit nach der Bearbeitung der vollständigen Zielkontur 21 bzw. eines taschenförmigen Abschnittes derselben.
Anhand der Fig. 11 und 12 werden die Verbindungsmakros 62 in ihren Einzelheiten beschrieben, wobei die Fig. 11 einen Ausschnitt einer Werkzeugbahn 6 entsprechend Fig. 9 und Fig. 12 einen Ausschnitt einer Werkzeugbahn 6 entsprechend Fig. 10 näher verdeutlicht. Jedes Verbindungsmakro 62 umfasst jeweils drei Phasen, wobei eine erste Phase 65 eine Kurvenbewegung des Fräskopfes 44 beschreibt, die tangential vom Endpunkt 63 bspw. eines ersten Bahnsegments 611 in eine Kurvenbewegung mündet. Der Endpunkt 63 des ersten Bahnsegments 611 stellt den letzten Punkt des spanabhebenden Eingriffs des Fräskopfes 44 mit dem Werkstück 2 dar. Während der ersten Phase 65 wird der Fräskopf 44 des Fräswerkzeuges 4 in einer Kurvenbewegung aus dem Eingriff mit dem Werkstück 2 geschwenkt. Die erste Phase 65 kann somit auch als Abfahrbewegung des Rotationswerkzeuges charakterisiert werden, da hierbei das Fräswerkzeug 4 aus dem Eingriffsbereich heraus gefahren wird.
Eine zweite Phase 66 kann als sogenannte Umorientierungsphase bezeichnet werden, da hierbei das Fräswerkzeug 4 eine andere Anstellung erhält, wie sie für das nachfolgende zweite Bahnsegment 612 erforderlich ist. Die erste Phase 65 des Verbindungsmakros 62 mündet tangential in die Kurvenbewegung der zweiten Phase 66, welche wiederum tangential in eine dritte Phase 67 mündet.
Diese dritte Phase 67 mündet wiederum tangential in das in der jeweiligen Gruppierung der Bahnsegmente 61 auf das erste Bahnsegment 611 unmittelbar folgende zweite Bahnsegment 612. Die dritte Phase 67 kann als Anfahrphase charakterisiert werden, da hierbei der Fräskopf 44 des Fräswerkzeuges 4 auf den Startpunkt 64 des zweiten Bahnsegments 612 gesetzt wird, der den ersten Punkt des Eingriffs des Fräskopfes 44 mit dem Werkstück 2 dieses zweiten Bahnsegments 612 darstellt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung von Relativbewegungen eines Werkzeuges (4) gegen ein Werkstück (2), bei dem eine Werkzeugachse (43) des Werkzeuges (4) in allen Raumdimensionen zur Material abtragenden Bearbeitung des Werkstückes (2) gegen dieses verschwenkt bzw. verschoben werden kann, und bei dem eine gewünschte Zielkontur (21) des Werkstückes (2) durch eine Abfolge von Relativbewegungen entlang einer Werkzeugbahn (6) des Werkzeuges (4) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugbahn (6) in eine Vielzahl von Bahnsegmenten (61) unterteilt ist, entlang derer sich das Werkzeug (4) im Eingriff mit dem Werkstück (2) befindet, wobei die Orientierung der Werkzeugachse (43) innerhalb eines Bahnsegments (61) konstant ist, während sie über die gesamte Werkzeugbahn (6) variabel ist, und wobei jeweils ein Endpunkt (63) eines Bahnsegments (61) über eine Verbindungs-Schwenkbewegung (62), bei der sich das Werkzeug (4) nicht im Eingriff mit dem Werkstück (2) befindet und in deren Verlauf die Orientierung der Werkzeugachse (43) verändert werden kann, mit einem Startpunkt (64) eines weiteren Bahnsegments (61) verbunden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungen des Werkzeuges (4) gegen das Werkstück (2) durch Linearbewegungen des Werkstückes (2) in drei unterschiedliche Längsrichtungen sowie durch Schwenkbewegungen des Werkzeuges (4) um zwei unterschiedliche Schwenkachsen (41, 42) erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungen des Werkzeuges (4) gegen das Werkstück (2) durch Linearbewegungen des Werkstückes in zwei unterschiedliche Längsrichtungen sowie durch Schwenkbewegungen des Werkzeuges (4) um zwei unterschiedliche Schwenkachsen (41, 42) und Linearbewegungen in eine dritte Längsrichtung erfolgen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungen des Werkzeuges (4) gegen das Werkstück (2) durch Linearbewegungen des Werkzeuges (4) in drei unterschiedliche Längsrichtungen sowie durch Schwenkbewegungen des Werkzeuges (4) um zwei unterschiedliche Schwenkachsen (41, 42) erfolgen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungen des Werkzeuges (4) gegen das Werkstück (2) durch Linearbewegungen des Werkstückes (2) in drei unterschiedliche Längsrichtungen sowie durch Schwenkbewegungen des Werkstückes (2) um zwei unterschiedliche Schwenkachsen erfolgen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungen des Werkzeuges (4) gegen das Werkstück (2) durch Schwenkbewegungen des an wenigstens drei linear verschieblichen Aufhängungen befestigten Werkstückes (2) erfolgen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein Fräswerkzeug (4) ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (4) ein Laserkopf ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (4) ein Laser-Messgerät ist.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bewegung des Werkzeuges (4) entlang eines einzelnen Bahnsegments (61) jeweils nur Relativbewegungen von Werkzeug (4) und Werkstück (2) zueinander entlang der Linearachsen (22, 23, 24) erfolgen.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich in den Verbindungs-Schwenkbewegungen (62) zur Verbindung zweier jeweils aufeinander folgender Bahnsegmente (61) Relativbewegungen von Werkzeug (4) und Werkstück (2) zueinander um die Schwenkachsen (41, 42) erfolgen.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei aufeinander folgenden Bahnsegmenten (61) eine nur kleine Anstellungsdifferenz zulässig ist.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gruppen jeweils aufeinander folgender benachbarter Bahnsegmente (61) gebildet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe von aufeinander folgenden benachbarten Bahnsegmenten (61) auf einer gemeinsamen horizontalen Querschnittsebene des Werkstückes (2) liegt.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungs-Schwenkbewegung (62) des Werkzeuges (4) drei aufeinander folgende Phasen (65, 66, 67) aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Phase (65) eine Bewegung aufweist, bei der sich das Werkzeug (4) mit einer tangential anschließenden Kurvenbewegung vom Werkstück (2) entfernt, ohne dass dabei die Orientierung der Werkzeugachse verändert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Phase (66) eine Bewegung aufweist, bei der die Orientierung der Werkzeugachse (43) des Werkzeuges (4) in einer tangential anschließenden Kurvenbewegung kontinuierlich so verändert wird, dass sie am Ende die Orientierung des folgenden Bahnsegments annimmt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Orientierung der Werkzeugachse (43) derart erfolgt, dass alle Linearachsen (22, 23, 24) und alle Schwenkachsen (41, 42) jeweils eine ruckfreie Bewegung ausführen.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Orientierung der Werkzeugachse (43) derart erfolgt, dass alle Schwenkachsen (41, 42) jeweils eine minimale Bewegung ausführen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Phase (67) eine Bewegung aufweist, bei der sich das Werkzeug (4) in Richtung zum Werkstück (2) in einer tangential anschließenden Kurvenbewegung an das nachfolgende Bahnsegment anschließt, ohne dass dabei die Orientierung der Werkzeugachse (43) verändert wird.

21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Startpunkt (64) ein Bahnsegment (61) auf die Weise bestimmt wird, dass das Werkzeug (4) und das Werkstück (2) innerhalb des Bahnsegments (61) sowie die beidseitig anschließenden Verbindungs- Schwenkbewegungen (62) keine Kollisionen aufweisen.

22. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bahnsegment (61) eine möglichst große Länge aufweist.

23. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Startpunkte (64) benachbarter Bahnen (61) minimal ist.

24. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der Startpunkte (64) einem vorgegebenem Kurvenverlauf folgen.

25. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkeldifferenzen der Orientierungen der Werkzeugachse (43) zum vorangehenden Bahnsegment (61) einen vorgegebenen Winkel nicht überschreiten.

26. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Werkzeugachse (43) innerhalb eines Bahnsegments (61) einer manuellen Vorgabe folgt.

27. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn des Eingriffes des Werkzeuges (4) im Werkstück (2) den Startpunkt (64) für das erste Bahnsegment (611) bildet.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Startpunkt (64) für das erste Bahnsegment (611) durch einen Benutzer vorgegeben werden kann.

29. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nacheinander bearbeiteten Bahnsegmente (61) jeweils im Wesentlichen derart sortiert sind, dass der Abstand zwischen dem Endpunkt (63) eines Bahnsegments (61) zum Startpunkt (64) des darauf folgenden Bahnsegments (61) minimal ist.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die nacheinander bearbeiteten Bahnsegmente (61) jeweils im Wesentlichen derart sortiert sind, dass die Änderungen der Orientierung der Werkzeugachse (43) minimal sind.