-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Drehbearbeitung
durch eine mit Hilfe einer Steuereinrichtung numerisch gesteuerten
Maschine, insbesondere eine Drehmaschine, bei der ein Werkzeug mit
einer Schneide auf ein Werkstück
einwirkt, wobei eine erste (B-)Rundachse bereitgestellt ist, um
die das Werkzeug als Ganzes drehbar ist, und eine zweite (C-)Rundachse
bereitgestellt ist, bei deren Drehung sich das Werkzeug um eine
eigene Achse dreht. Die Erfindung betrifft auch eine für die Drehbearbeitung
geeignete, mit Hilfe einer Steuereinrichtung numerisch gesteuerte
Maschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.
-
Drehmaschinen
oder allgemein für
Drehbearbeitung geeignete Maschinen (welche auch Fräsmaschinen
sein können)
weisen zunehmend häufiger
die Möglichkeit
auf, das Werkzeug mit der Schneide als Ganzes zu drehen (B-Rundachse),
teilweise noch ergänzt
um die Möglichkeit,
es um die eigene Achse zu drehen (C-Rundachse).
-
Die
technische Entwicklung der Steuerung bei der Drehbearbeitung hat
mit der Bereitstellung dieser Rundachsen nicht völlig Schritt halten können. Während bei
für die
Drehbearbeitung geeigneten Maschinen ohne die genannten Rundachsen
Software zur Verfügung
steht, die als Eingangsdaten die Form (Geometrie) des Werkzeugs
und seine Position/Stellung benötigt,
gibt es eine solche Software nicht für Maschinen, die die beiden
genannten Rundachsen aufweisen. Im Stand der Technik werden die Daten
daher mit Hilfe eines CAD/CAM-Systems (computer aided design/computer
aided manufacturing, also computerunterstütztes Entwerfen beziehungsweise
Herstellen) aufbereitet und die einzelnen Zyklen (Bearbeitungsschritte
bei der numerisch gesteuerten Arbeit der Maschine) vorbereitet.
-
Es
wäre wünschenswert,
wenn man in einer Steuereinrichtung der numerisch gesteuerten Maschine
auch die Drehung um die Rundachsen berücksichtigen könnte.
-
In
der
EP 1 217 481 A1 ist
ein Steuergerät
für eine
Schneidmaschine beschrieben, in dem in Abhängigkeit von einem Drehwinkel
eines Werkzeugs die Werte von dessen Versetzung in zwei Koordinatenrichtungen
berechnet und angezeigt werden.
-
In
der
EP 1 235 125 A2 ist
ein Steuergerät
für eine
Schneidmaschine beschrieben, in dem die Länge eines Werkzeugs von dessen
Schneidkante bis zu einer Drehachse desselben bei einer Drehung
des Werkzeugs berücksichtigt
wird.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern einer Drehbearbeitung
der eingangs genannten Gattung beziehungsweise eine für Drehbearbeitung
geeignete Maschine nach dem Oberbegriff nach Patentanspruch 4 bereitzustellen,
das beziehungsweise die derart weitergebildet ist, dass die Steuereinrichtung
vollständig
die Steuerbefehle erzeugt und hierbei die Drehung um die beiden
Rundachsen berücksichtigt.
-
Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch
1 und eine für
die Drehbearbeitung geeignete Maschine mit den Merkmalen von Patentanspruch
4 gelöst.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst somit die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen
einer Software in der Steuereinrichtung, die Steuerbefehle für die Maschine
in Abhängigkeit
von Eingangsdaten erzeugt, die die Geometrie und Position eines
Werkzeugs bezogen auf eine Grundstellung der Rundachsen vorgeben,
- b) Ermitteln oder Vorgeben der Schneidenlage, der Hauptschnittrichtung,
des Freiwinkels und des Halterwinkels für das Werkzeug bei der Grundstellung
der Rundachse durch die Steuereinrichtung,
- c) Verbringen des Werkzeugs in eine beliebige Bearbeitungsstellung
durch Drehen um die Rundachsen und Ermitteln der Drehwinkel um die Rundachsen
im Vergleich zur Grundstellung der Rundachsen,
- d) Berechnen der Schneidenlage, der Hauptschnittrichtung, des
Freiwinkels und des Halterwinkels für das Werkzeug in der Bearbeitungsstellung
durch die Steuereinrichtung,
- e) Umrechnen der in Schritt d) berechneten Daten durch die Steuereinrichtung
in Eingangsdaten für die
in Schritt a) bereitgestellte Software durch Umdefinieren des realen
Werkzeugs in der Bearbeitungsstellung in ein abgewandeltes (virtuelles) Werkzeug
in der Grundstellung,
- f) Erzeugen der Steuerbefehle für das Werkzeug in der Bearbeitungsstellung
mit Hilfe der in Schritt a) bereitgestellten Software.
-
Die
Erfindung stellt somit keine vollständig neue Software bereit.
Vielmehr wird die vorhandene Software genutzt. Eine Software, die
bezüglich
einer Grundstellung der Rundachsen definierte Eingangsdaten verwendet,
ist nichts anderes als eine Software, die die Stellung der Rundachsen überhaupt
nicht berücksichtigt.
Dadurch, dass die in Schritt d) berechneten Daten den in Schritt
b) ermittelten (beziehungsweise ebenfalls berechneten) Daten gegenüberstehen,
wird der Umrechnungsschritt e) ermöglicht. Es wird hierbei gewissermaßen ein „neues" Werkzeug definiert,
und zwar wird das reale Werkzeug virtuell in ein abgewandeltes Werkzeug
umgerechnet, wobei das abgewandelte Werkzeug aus Sicht der Grundstellung
vorgegeben ist. Mit anderen Worten bewirkt das Drehen um die Rundachsen,
was die Eingangsdaten betrifft, eine Änderung des Werkzeugs; also die
Geometrie und Position des Werkzeugs ändern sich. Auf diese Weise
wird eine Abbildung der Drehung auf die Eingangsdaten ermöglicht,
so dass die in Schritt a) bereitgestellte Software, die die Drehung um
die Rundachsen nicht kennt, eingesetzt werden kann (Schritt f)).
-
Es
wird beispielsweise als Grundstellung die sogenannte Lage 2 (vergleiche 2)
definiert, wobei die hier verwendete Be nennung der Lagen die standardisierte
Lagenbenennung bei numerisch gesteuerten Maschinen sein soll.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfassen die Eingangsdaten, insbesondere die auf die Geometrie bezogenen
Eingangsdaten, eine Länge des
Werkzeugs. Diese Länge
des Werkzeugs ist eine als Eingangsdatum verwendete Länge. Hierbei
wird davon ausgegangen, dass die Schneide abgerundet ist, dass aber
als für
die Berechnung zu verwendende Schneide eine modellhafte Schneide
ohne Abrundungen zu verwenden ist. Die Länge ist auf die modellhafte
Schneide bezogen. Bei der Berechnung der Länge werden entsprechend in
Schritt e) Abrundungen der Schneide berücksichtigt, wenn die Schneidenlage
in der Bearbeitungsstellung von der Schneidenlage in der Grundstellung
verschieden ist. Grund hierfür
ist, dass die modellhafte Schneide sich je nach Lage des Werkzeugs ändert, so
dass sich auch die durch die modellhafte Schneide definierte Länge zu ändern hat.
-
Die
erfindungsgemäße, für die Drehbearbeitung
geeignete Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit:
- a) eine Grundsoftware abgespeichert ist, die
für eine
Maschine ohne die erste und zweite Rundachse aus Eingangsdaten,
die die Geometrie und die Position eines Werkzeugs vorgeben, Steuerbefehle
erzeugen kann,
- b) eine Steuersoftware für
die Rundachsen abgespeichert ist,
- c) eine aufgesetzte Software abgespeichert ist, die die Schneidenlage,
die Hauptschnittrichtungen, die Freiwinkel und die Halterwinkel
für das Werkzeug
in beliebigen, durch Drehungen der Rundachsen definierten, Bearbeitungsstellungen berechnen
kann und diese in Eingangsdaten für die Grundsoftware umrechnen
kann.
-
Diese
Darstellung zeigt, wie die Steuereinheit arbeiten muss. Die Grundsoftware
ist als solche eine im Stand der Technik herkömmliche Software, bei der die
Drehungen um die beiden Rundachsen nicht berücksichtigt werden. Auf diese
Software aufgesetzt ist eine spezielle Software, die Eingangsdaten
für die
Grundsoftware derart zur Verfügung
stellt, dass auch bei einer Drehung um die Rundachsen die Bearbeitungsschritte
korrekt durchgeführt
werden. Zur eigentlichen Drehung für die Rundachsen ist eine Steuersoftware
bereitgestellt.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung, insbesondere werden die für die Erfindung notwendigen
Begrifflichkeiten, näher
anhand der Zeichnung erläutert, wobei
-
1 schematisch
ein Werkzeug an einem Werkstück
zeigt, wobei die Drehungen, die durch die beiden Rundachsen ermöglicht sind,
erläutert
werden,
-
2 die
Definition von Schneidenlagen und Hauptschnittrichtungen veranschaulicht,
-
3 die
Definition der Begriffe Halterwinkel, Plattenwinkel und Freiwinkel
veranschaulicht,
-
4A bis 4H die
Schneidenlage, die Schnittrichtung, den Halterwinkel und den Freiwinkel für unterschiedliche
Drehwinkelkombinationen bei Drehungen um die B-Rundachse und die C-Rundachse veranschaulichen,
-
5 die
bei der Längenberechnung
des Werkzeugs zu berücksichtigende
Lageabhängigkeit des
Schneidenbezugspunkts veranschaulicht.
-
Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Maschine mit der in 1 gezeigten
Anordnung: Ein Werkzeug 10 mit einem Schaft 12 und
einer Platte 14, die eine Schneide 16 aufweist,
bearbeitet ein Werkstück 18.
Eine solche Maschine kann eine Drehmaschine sein. Moderne Fräsmaschinen
umfassen dieselbe Funktionalität,
sind also auch zur Drehbearbeitung geeignet. In der Drehmaschine
ist eine erste Rundachse, die sogenannte B-Rundachse bereitgestellt,
um die das Werkzeug 10 als Ganzes drehbar ist, also mit
seinem Schaft 12. Dargestellt ist in 1 eine
Bearbeitungsstellung, in der das Werkzeug um einen Winkel von β = 30° um die B-Rundachse
gedreht wurde. Ferner ist eine zweite Rundachse bereitgestellt,
eine sogenannte C-Rundachse, die eine Drehung des Werkzeugs um sich
selbst ermöglicht. Dargestellt
ist eine Bearbeitungsstellung, bei der die Grundstellung der C-Rundachse
eingenommen ist, der Drehwinkel γ =
0° ist.
-
In
einer numerisch gesteuerten Maschine werden üblicherweise acht Schneidenlagen
definiert. (Gelegentlich gibt es eine neunte Schneidenlage, die aber
keiner Bearbeitungsstellung entspricht.) Die acht Schneidenlagen
sind in 2 dargestellt im Vergleich zu
einem Koordinatensystem des Werkstücks 18. Dargestellt
sind die Achsen x und z des Koordinatensystems. Bezüglich dieses
Koordinatensystems werden auch die Hauptschnittrichtungen definiert. Hauptschnittrichtungen
sind die Richtungen, in die die Schneide 16 beziehungsweise
gegebenenfalls das ganze Werkzeug 10 bewegt wird. Die in 2 dargestellte
Hauptschnittrichtung 1 entspricht einer Bewegung in –x-Richtung,
die Hauptschnittrichtung 2 entspricht einer Bewegung in
+x-Richtung, die in 2 dargestellte Hauptschnittrichtung 3 entspricht einer
Bewegung in –z-Richtung,
und die Hauptschnittrichtung 4 entspricht einer Bewegung
in +z-Richtung.
-
Die
bei der Erfindung verwendeten weiteren Größen Halterwinkel und Freiwinkel
werden nun anhand der 3 erläutert. Dargestellt ist die
Werkzeugplatte 14 mit der Schneide 16 in der Schneidenlage 3.
Hauptschnittrichtung ist die –z-Richtung.
Der Halterwinkel ist der Winkel zwischen der Schneide 16,
also der Platte 14 und der durch die Hauptschnittrichtung
definierten Linie. Der Freiwinkel ist der Winkel zwischen der Platte 14 und
der inversen Hauptschnittrichtung, vorliegend also zwischen der
Platte 14 und der +z-Achse. Der Plattenwinkel summiert sich
mit dem Halterwinkel und dem Freiwinkel zu 180°. Bei der vorliegenden Erfindung
ist in den Patentansprüchen
vom Ermitteln von Freiwinkeln und Halterwinkeln die Rede. Hier mitgemeint
ist der Fall, dass der Plattenwinkel gemessen wird und nur entweder
Halterwinkel oder Freiwinkel ermittelt wird und der jeweils andere
Winkel dann automatisch mitdefiniert und berechenbar ist.
-
Die 4A bis 4H veranschaulichen
die vier bei der Erfindung ermittelten Größen, nämlich Lage, Hauptschnittrichtung,
Freiwinkel und Halterwinkel für
verschiedene Drehwinkel um die B-Rundachse
(in 1 Winkel β)
und um die C-Rundachse (in 1 Winkel γ).
-
Im
Falle, dass der Drehwinkel um beide Rundachsen = 0 ist (4A)
erhält
man die Schneidenlage 2, die Hauptschnittrichtung 2,
einen Halterwinkel von 93° und
einen Freiwinkel von 52°.
-
Im
Falle, dass eine Drehung um die B-Rundachse die 0°-Stellung
ergibt (beziehungsweise keine Drehung eingeleitet wurde) und eine
180°-Drehung vermittels
der C-Rundachse erfolgte (4B) erhält man die
Schneidenlage 3, eine Hauptschnittrichtung in –x-Richtung,
einen Halterwinkel von 93° und
einen Freiwinkel von 52°.
-
4C veranschaulicht
die Situation, dass eine 90°-Drehung
vermittels der B-Rundachse eingeleitet wurde und eine 0°-Drehung
um die C-Rundachse definiert ist. In diesem Falle erhält man die
Schneidenlage 3, die Hauptschnittrichtung –z, einen
Halterwinkel von 93° und
einen Freiwinkel von 52°.
-
4D veranschaulicht
den Fall, dass um die B-Rundachse eine Drehung von 90° eingeleitet wurde
und um die C-Rundachse eine Drehung um 180° eingeleitet wurde. Man erhält dann
die Schneidenlage 4, als Hauptschnittrichtung die +z-Richtung, einen
Halterwinkel von 93° und
einen Freiwinkel von 52°.
-
4E veranschaulicht
die Situation, dass die B-Rundachse um 30° gedreht wurde und die C-Rundachse
in der 0°-Stellung
verblieben ist. Man erhält
dann die Schneidenlage 7, eine Hauptschnittrichtung +x,
einen Halterwinkel von 63° und
einen Freiwinkel von 82°.
-
4F veranschaulicht
den Fall, dass mittels der B-Rundachse eine Drehung um 30° erfolgte und
mittels der C-Rundachse eine Drehung um 180°. Man erhält die Schneidenlage 3,
als Hauptschnittrichtung die Richtung +x, einen Halterwinkel von
28° und
einen Freiwinkel von 117°.
-
4G veranschaulicht
den Fall, dass mittels der B-Rundachse eine Drehung um 60° erfolgte und
die C-Rundachse in der 0°-Stellung verblieb. Man
erhält
dann die Schneidenlage 3, als Hauptschnittrichtung die –z-Richtung,
einen Halterwinkel von 123° und
einen Freiwinkel von 22°.
-
4H veranschaulicht
die Situation, dass um die B-Rundachse eine Drehung um 60° erfolgte und
um die C-Rundachse eine Drehung um 180°. Man erhält die Schneidenlage 8,
als Hauptschnittrichtung die –z-Richtung,
einen Halterwinkel von 78° und
einen Freiwinkel von 57°.
-
Die
unter Bezug auf die 4A bis 4H ermittelten
Winkelgrößen sind
grundsätzlich
berechenbar, wenn man sie für
eine bestimmte Stellung, zum Beispiel die Grundstellung aus 4A (Schneidenlage 2)
einmal ermittelt hat. Bei der Erfindung dienen die jeweils vier
Größen dazu,
ein virtuelles Werkzeug zu berechnen, und zwar aus Sicht des Werkstücks 18.
Man kann die Tatsache, dass sich das Werkzeug 10 in verschiedene
Stellungen bewegt, so interpretieren, dass jedes Mal ein „neues" Werkzeug aus einer
bestimmten Sicht bereitgestellt wird. Diese Sicht nimmt zwangsläufig eine
Software ein, die für die
Grundstellung von 4A programmiert ist, die anderen
Stellungen entsprechend den 4B bis 4H aber
nicht kennt. Man kann mit dieser Software dann weiterarbeiten, wenn
man jeweils das Werkzeug umdefiniert. Mit anderen Worten ändern sich
die auf das Werkzeug bezogenen Eingangsdaten der Software. Diese
können
anhand der in den 4A bis 4H gezeigten
Größen Schneidenlage,
Hauptschnittrichtung, Halterwinkel und Freiwinkel zusammen mit der
bekannten Geometrie des Werkzeugs berechnet werden. Die auf die
Grundstellung entsprechend 4A bezogene
Software kann damit zur Erzeugung von Steuersignalen für das Werkzeug 10 auch
in den Stellungen entsprechend 4B bis 4H dienen.
-
Bei
der Ermittlung der Geometrie des Werkzeugs kann folgendes Detail
eine Rolle spielen: Die Schneide 16 ist im allgemeinen
abgerundet. Die Berechnungen erfolgen jedoch jeweils so, als handele es
sich um eine ideale, nicht abgerundete Schneide. Es wird jeweils
ein Schneidenbezugspunkt ermittelt.
-
5 zeigt
für eine
bestimmte Stellung des Werkzeugs in der Schneidenlage 3 den
Schneidenbezugspunkt (linker Teil von 5).
-
Im
mittleren Teil von 5 erfolgte eine leichte Drehung
gegenüber
dem linken Bildteil von 5, es bleibt aber unverändert bei
der Schneidenlage 3. Der im mittleren Bildteil von 5 gezeigte neue
Schneidenbezugspunkt (siehe durchgezogene Linie) ist so definiert,
dass die virtuelle Kontur, wie sie durch die durchgezogene Linie
veranschaulicht ist, gleich ausgerichtet bleibt wie vor der Drehung
im linken Bildteil von 5. Der alte Schneidenbezugspunkt
dreht sich somit nicht mit, so wie es durch die punktierte Linie
angedeutet ist.
-
Der
rechte Bildteil von 5 zeigt nun eine radikale Drehung
des Werkzeugs 10 im Vergleich zum linken Bildteil von 5.
Hier ist nun die Schneidenlage verändert, es wurde nämlich von
der Schneidenlage 3 in die Schneidenlage 8 gedreht.
Der Schneidenbezugspunkt wird nun völlig anders definiert, und
zwar auf der eigentlichen abgerundeten Kontur (siehe rechter Bildteil
von 5), während der
alte Schneidenbezugspunkt mit gestrichelter Linie dargestellt ist.
Der Ort, wo sich der Schneidenbezugspunkt befindet, ändert sich
somit dadurch, dass die Schneidenlage sich ändert. Die Art der Definition ändert sich.
Somit ändert
sich insbesondere bei Variation der Schneidenlage die virtuelle
Länge des Werkzeugs,
die bei der Geometriedefinition eine Rolle spielt. Verwendet man,
wie oben beschrieben, eine Software, die auf den Grundzustand gemäß 4A zugeschnitten
ist und beschreibt das gedrehte Werkzeug aus Sicht dieses Grundzustands
als neues Werkzeug mit geänderter
Geometrie, so ist diese Längenveränderung
zu berücksichtigen.
-
Die
Erfindung stellt die Möglichkeit
bereit, eine für
eine Maschine, die zur Drehbearbeitung geeignet ist, aber die keine
B-Rundachse und keine C-Rundachse aufweist, gedachte Software auch dann
zu verwenden, wenn an sich eine Drehung um die B-Rundachse und um
die C-Rundachse zu berücksichtigen
ist.
-
Die
bisherige Software wird dann als Grundsoftware verwendet, und es
wird eine Software auf diese aufgesetzt, welche die Eingangsdaten
für die Grundsoftware
anpasst. Anstatt ein Werkzeug mit gegebener Geometrie als gedreht
anzusehen, ist es somit aus Sicht der Grundsoftware ein anderes Werkzeug.
Die Umrechnung der in 4A bis 4H veranschaulichten
Datenschneidenlage, Hauptschnittrichtung, Halterwinkel und Freiwinkel
in die Eingangsdaten erfolgt durch die aufgesetzte Software.