DE102014116481A1

DE102014116481A1 - Werkzeugmaschine zum Abkanten und Abkantverfahren

Info

Publication number: DE102014116481A1
Application number: DE102014116481.4A
Authority: DE
Inventors: c/o FANUC Corporation Uenishi Daisuke
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: CN104656560B; US20150142164A1; CN104656560A; JP5800884B2; US9690284B2; DE102014116481B4; JP2015099513A

Abstract

Nach dem Anordnen einer Z-Achse, an der ein Abkantwerkzeug befestigt ist, in einer Bearbeitungsposition für das Abkanten werden zwei orthogonale Achsen (X- und Y-Achse) senkrecht zur Z-Achse so angeordnet, dass sie für das Abkanten bereit sind. Die Z-Achse wird simultan mit der X- und Y-Achse abhängig von einem Bearbeitungspfad in einem Bearbeitungsprogramm kompensiert, und zwar mit Hilfe von Werkzeugdaten, wodurch die gesamte Schneidkante des Abkantwerkzeugs für jeden Abkantzyklus verwendet werden kann. Insbesondere wird der Radius des Werkzeugs veränderbar gemacht, damit der Abkantbereich die gesamte Schneidkante des Werkzeugs überdecken kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, die dafür ausgelegt ist, die Ecken eines Werkstücks abzukanten, und ein Abkantverfahren.
Beschreibung des Stands der Technik
Üblicherweise werden die Ecken eines Werkstücks mit Hilfe einer Werkzeugmaschine abgekantet, die eine Spindel umfasst und einen Tisch, auf dem ein Werkstück befestigt ist. Die Spindel ist an einer bestimmten Achse befestigt, die sich geradlinig bewegt. Der Tisch wird entlang von zwei oder mehr Achsen bewegt, die sich geradlinig bewegen. Die Spindel und der Tisch werden von einem numerischen Controller gesteuert. Wie 7A bis 7D zeigen erfolgt das Eckenabkanten anhand der Bewegung von zwei Linear-Bewegungs-Achsen (X- und Y-Achse) senkrecht zur axialen Richtung (Z-Achsen-Richtung) eines Werkzeugs an einer Linear-Bewegungs-Achse, das in der axialen Richtung festgehalten wird.

(I) Zuerst werden die Bearbeitungsbedingungen für den Fall eingestellt, dass ein Werkstück 3 auf eine Tiefe von 1,0 mm abgekantet wird, und zwar mit Hilfe eines 45°-Abkantwerkzeugs 2 mit einem maximalen Durchmesser von ∅6,0 mm, siehe 7A.
(II) Das Werkstück 3 wird mit den eingestellten Bearbeitungsbedingungen abgekantet, siehe 7B und 7C.
(III) Der Teil der Schneidkante des Abkantwerkzeugs 2, das für das tatsächliche Schneiden an drei abgekanteten Abschnitten 5, 6 und 7 des Werkstücks 3 in 7B verwendet wird, ist ein Bereich mit einem Durchmesser von ∅3,0 mm.

Beim oben beschriebenen Bearbeitungsverfahren wird immer der gleiche Abschnitt (Abkantbereich 8 in 7D) der Schneidkante des Abkantwerkzeugs 2 zum Abkanten verwendet, so dass ausschließlich dieser Abschnitt einem fortgesetzten Verschleiß unterliegt, siehe 7D. Auch dann, wenn die Schneidkante des verwendeten Abkantwerkzeugs 2 noch einen benutzbaren Bereich aufweist, wenn sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht, kann das Werkzeug 2 nicht mehr mit einem Bearbeitungsprogramm für das Werkstück 3 verwendet werden. Dafür müssen das Programm oder die Werkzeuglänge und Durchmesser-Kompensationswerte modifiziert werden, so dass eine hocheffiziente Automatisierung für in großen Stückzahlen hergestellte Teile usw. nicht erreichbar ist.
Daher muss bei dem beschriebenen Bearbeitungsverfahren ein Programmierexperte komplizierte Programme erzeugen, und die Veränderung des Lebensdauerwerts aufgrund einer Änderung der Form, des Werkzeugmaterials oder der Beschichtung erfordert eine wesentliche Programmänderung. Obwohl dieses Verfahren eine verbesserte Werkzeug-Lebensdauer sicherstellt, mangelt es ihm an Vielseitigkeit.
In manchen Fällen wird daher ein Verfahren zum Verbessern der Werkzeug-Lebensdauer eingesetzt, bei dem die Werkzeuglänge und der Durchmesser in einem Programm verändert werden, und zwar abhängig von einer eingestellten Lebensdauer-Häufigkeit, so dass die Berührposition der Schneidkante mit dem Werkstück 3 verschoben werden kann, um die Anzahl der Verwendungen für jedes Abkantwerkzeug zu erhöhen, siehe 8A bis 8C, 9 und 10.
Ist die Bearbeitungs-Häufigkeit nicht größer als die ”<1> Lebensdauer-Häufigkeit”, so wird der Durchmesser des Abkantwerkzeugs 2 im Abkantbereich 8 auf ∅5,0 mm gesetzt, siehe 8A. Ist die Bearbeitungs-Häufigkeit nicht größer als die ”<2> Lebensdauer-Häufigkeit”, so wird der Durchmesser des Abkantwerkzeugs 2 im Abkantbereich 8 auf ∅3,0 mm gesetzt, siehe 8B.
8C zeigt die Abkantbereiche 8 mit den Werkzeug-Durchmessern von ∅5,0 mm und ∅3,0 mm.
In 9 werden in ein Bearbeitungsprogramm (O0001) zum Abkanten (N001 und N002) eingefügt:

(1) eine Berechnungsformel (#600 = #600 + 1) zum Hochzahlen der Bearbeitungs-Häufigkeit,
(2) eine Berechnungsformel zum Vergleichen einer voreingestellten Lebensdauer-Häufigkeit mit der Bearbeitungs-Häufigkeit und zum Modifizieren der Werkzeuglänge und der Durchmesser-Kompensationswerte im Bearbeitungsprogramm (bedingte Verzweigungen <1> und <2>), und
(3) eine Berechnungsformel zum Zurücksetzen der Drehzahl der Spindel, an der das Werkzeug angebracht ist, und einer Vorschubrate abhängig vom Werkzeugdurchmesser, der modifiziert wird, damit eine konstante Rand-Bearbeitungsgeschwindigkeit gehalten wird, so dass die Qualität der Bearbeitung nicht durch die Veränderung des Werkzeugdurchmesser-Kompensationswerts geändert wird.

Auf diese Weise kann die Anzahl der Benutzungen des Abkantwerkzeugs erhöht werden, damit die Lebensdauer eines jeden Werkzeugs verbessert wird. Die Rand-Bearbeitungsgeschwindigkeit ist eine Schneidgeschwindigkeit (m/min) am Außendurchmesser des Werkzeugs, der das zu bearbeitende Werkstück berührt.
Für das in 8A bis 8C, 9 und 10 gezeigte Bearbeitungsverfahren ist jedoch die Programmierung durch einen Programmierexperten erforderlich. Die Bearbeitungsbedingungen werden abgewandelt, um die Bearbeitungsgüte zu stabilisieren, wodurch die Bearbeitungszeit nicht festliegt. Zudem erfordert eine Veränderung der Form oder des Werkzeugmaterials eine Programmänderung durch einen Programmierexperten. Damit mangelt es diesem Verfahren an Vielseitigkeit.
In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 5-8148 ist eine Vorgehensweise zum Verbessern der Werkzeug-Lebensdauer offenbart, bei der der gesamte Bereich einer kreisbogenförmigen Schneidkante eines Werkzeugs in einer Werkzeugmaschine verwendet wird, die mindestens drei steuerbare Achsen aufweist. Die gesamte Schneidkante kann eingesetzt werden, indem die Lage des Werkzeugs gegenüber einem Werkstück verändert wird. Diese Vorgehensweise ist jedoch nur bei einer Bearbeitung durch Werkzeuge mit kreisbogenförmiger Schneidkante anwendbar, und zudem nur bei einer Werkzeugmaschine mit einer rotierenden Welle, bei der die Lage des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück während der Bearbeitung geändert werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Werkzeugmaschine zum Abkanten bereitzustellen, die mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen aufweist, und die die Lebensdauer eines Abkantwerkzeugs verlängern kann, das dem Abkanten von Ecken eines Werkstücks dient, sowie ein Abkantverfahren.
Eine Werkzeugmaschine der Erfindung umfasst mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen und einen numerischen Controller, der die Linear-Bewegungs-Achsen steuert und das Abkanten der Ecken in einer Ebene gemäß einem Bearbeitungsprogramm vornimmt. Diese Werkzeugmaschine umfasst eine Speichereinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Größe eines Abkantens durch ein Abkantwerkzeug zu speichern sowie Daten über das Abkantwerkzeug, eine Analyseeinheit, die dafür ausgelegt ist, das Bearbeitungsprogramm zu analysieren, eine Berechnungseinheit für die gesamte Bearbeitungsentfernung, die dafür ausgelegt ist, die Gesamtsumme der Bearbeitungsentfernungen in dem von der Analyseeinheit analysierten Bearbeitungsprogramm zu berechnen, eine Abkant-Kompensationsgrößen-Berechnungseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Werkzeugradius-Kompensationsgröße und eine Werkzeugachsen-Kompensationsgröße abhängig von der Entfernung des Abkantwerkzeugs von einem Anfangspunkt der Bearbeitung so zu berechnen, dass das Abkanten vorgenommen wird während ein Abkantbereich des Abkantwerkzeugs verändert wird, und zwar abhängig von der berechneten Gesamtsumme der Bearbeitungsentfernungen und den Werkzeugdaten, und eine Abkant-Kompensationseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Werkzeugradiuskompensation und eine Werkzeugachsenkompensation abhängig von der Entfernung des Abkantwerkzeugs vom Anfangspunkt der Bearbeitung vorzunehmen, und zwar anhand der berechneten Werkzeugradius-Kompensationsgröße und der Werkzeugachsen-Kompensationsgröße.
Die mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen können eine Linear-Bewegungs-Achse enthalten, die eine Spindel bewegt, und zwei oder mehr Linear-Bewegungs-Achsen zum Bewegen eines Tischs, an dem ein Werkstück befestigt ist.
Die mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen können eine Achse oder Achsen zum Bewegen eines Tischs enthalten, an dem ein Werkstück befestigt ist, oder eines Spindelkopfs, an dem eine Spindel befestigt ist.
Die Abkant-Kompensationseinheit kann eine Referenzbearbeitungsbedingungs-Berechnungseinheit umfassen, die dafür ausgelegt ist, eine Bearbeitungsbedingung dafür zu berechnen, dass eine Randgeschwindigkeit konstant gehalten wird, und zwar aus der Werkzeugradius-Kompensationsgröße, die die Referenzbearbeitungsbedingungs-Berechnungseinheit berechnet, und eine Bearbeitungsbedingungs-Veränderungseinheit, die dafür ausgelegt ist, die Bearbeitungsbedingung abhängig von der Bearbeitungsbedingung zu ändern, die die Referenzbearbeitungsbedingungs-Berechnungseinheit berechnet.
In einem Verfahren zum Ausführen des Ecken-Abkantens in einer Ebene gemäß einem Bearbeitungsprogramm mit Hilfe einer Werkzeugmaschine der Erfindung umfasst die Werkzeugmaschine mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen und einen numerischen Controller, der die Linear-Bewegungs-Achsen steuert und das Abkanten der Ecken in einer Ebene gemäß einem Bearbeitungsprogramm vornimmt. Zudem umfasst das Verfahren einen Schritt zum Speichern der Größe eines Abkantens durch ein Abkantwerkzeug und von Daten über das Abkantwerkzeug, einen Schritt, in dem das Bearbeitungsprogramm analysiert wird, einen Schritt, in dem die Gesamtsumme der Bearbeitungsentfernungen in dem analysierten Bearbeitungsprogramm berechnet wird, einen Schritt, in dem die Werkzeugradius-Kompensationsgröße und eine Werkzeugachsen-Kompensationsgröße abhängig von der Entfernung von einem Bearbeitungs-Anfangspunkt des Abkantwerkzeugs berechnet wird, so dass das Abkanten erfolgt, während der Bearbeitungsbereich des Abkantwerkzeugs verändert wird, und zwar abhängig von der berechneten Gesamtsumme der Bearbeitungsentfernungen und den Werkzeugdaten, und einen Schritt, in dem eine Werkzeugradius-Kompensation und eine Werkzeugachsen-Kompensation gemäß der Entfernung des Abkantwerkzeugs vom Bearbeitungs-Anfangspunkt vorgenommen wird, und zwar abhängig von der berechneten Werkzeugradius-Kompensationsgröße und der Werkzeugachsen-Kompensationsgröße.
Der Schritt des Ausführens der Werkzeugradius-Kompensation und der Werkzeugachsen-Kompensation kann zudem das Berechnen einer Bearbeitungsbedingung umfassen, bei der die Randgeschwindigkeit konstant bleibt, und zwar abhängig von der Werkzeugradius-Kompensationsgröße, die aus den gespeicherten Abkantwerkzeugdaten berechnet wurde, und das Verändern der Bearbeitungsbedingung abhängig von der berechneten Bearbeitungsbedingung.
Gemäß der Erfindung kann eine Werkzeugmaschine zum Abkanten bereitgestellt werden, die mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen aufweist, und die die Lebensdauer eines Abkantwerkzeugs verlängern kann, das dem Abkanten von Ecken eines Werkstücks dient, sowie ein Abkantverfahren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die genannten Aufgaben und Merkmale der Erfindung und weitere Aufgaben und Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlicher hervor.
Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines numerischen Controllers, der eine Werkzeugmaschine mit mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen umfasst;
2A bis 2C Skizzen, die das Abkanten der Ecken eines Werkstücks mit Hilfe der Werkzeugmaschine der Erfindung darstellen, die von dem numerischen Controller in 1 gesteuert wird;
3 eine Skizze eines Vorgangs zum Verändern des Radiuswerts eines Werkzeugs als Reaktion auf einen Bewegungsbefehl;
4 eine Darstellung des Formats eines Abkantprogramms, das auf dem Gebrauch der gesamten Schneidkante des Werkzeugs beruht;
5A und 5B Skizzen, die das Abkantprogramm in 4 erläutern;
6 ein Flussdiagramm, dass das Abkantprogramm O0002 in 5A darstellt;
7A bis 7D Skizzen, die ein herkömmliches Beispiel für die Ecken-Abkantung erläutern;
8A bis 8C Skizzen, die ein Beispiel des Abkantens mit hoher Wirksamkeit von C1,0 mm gestützt auf ein Makroprogramm darstellen;
9 eine Skizze, die ein Beispiel des Makroprogramms für die Ecken-Abkantung in 8A bis 8C erläutert; und
10 ein Flussdiagramm des Makroprogramms in 9.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zunächst wird ein numerischer Controller, der eine Werkzeugmaschine mit mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen steuert, anhand von 1 beschrieben.
Der numerische Controller 10 ist eine Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, eine Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) zu steuern, damit ein Werkstück (nicht dargestellt) bearbeitet wird. Eine CPU 11 ist ein Prozessor, der den numerischen Controller 10 insgesamt steuert. Die CPU 11 liest ein Systemprogramm, das in einem ROM 12 abgelegt ist, über einen Bus 20, und steuert den numerischen Controller 10 insgesamt anhand des gelesenen Systemprogramms. In einem RAM 13 werden temporäre Berechnungsdaten, Anzeigedaten und verschiedene andere Daten gespeichert, die eine Bedienperson über eine Anzeigeeinheit und manuelle Dateneingabeeinheit 70 (MDI) eingibt. Ein SRAM-Speicher 14 ist als nicht flüchtiger Speicher aufgebaut, der seinen Speicherstatus auch nach dem Ausschalten des numerischen Controllers 10 beibehalten kann. In den SRAM-Speicher 14 werden vorab verschiedene Systemprogramme geladen, die dem Ausführen benötigter Editiermodusverarbeitungen für das Erzeugen und Editieren von Bearbeitungsprogrammen und Verarbeitungen für den automatischen Betrieb dienen.
Nach dem Erhalt von Bewegungsbefehlen für die einzelnen Achsen von der CPU 11 geben Achsensteuerschaltung 30, 31 und 32 für die einzelnen Achsen jeweils Achsenbefehle an die Servoverstärker 40, 41 und 42 aus. Nach dem Empfang dieser Befehle steuern die Servoverstärker 40 bis 42 jeweils die Antriebsachsen-Servomotoren 50, 51 und 52 an. Die Servomotoren 50 bis 52 für die einzelnen Achsen enthalten Positions/Drehzahl-Sensoren. Positions/Drehzahl-Rückführsignale von den Positions/Drehzahl-Sensoren werden auf die Achsensteuerschaltung 30 bis 32 zurückgeführt, damit eine Rückführregelung für Position und Drehzahl erfolgt. Die Positions/Drehzahl-Rückführung ist in 1 nicht dargestellt.
Die Servomotoren 50 bis 52 dienen dazu, jeweils die X-, Y- und Z-Achsen der Werkzeugmaschine anzutreiben. Eine Spindelsteuerschaltung 60 empfängt einen Spindeldrehbefehl und gibt ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 61 aus. Nach dem Erhalt des Spindeldrehzahlsignals treibt der Spindelverstärker 61 einen Spindelmotor 62 (SM) mit einer befohlenen Drehzahl an. Von einem Drehzahlsensor 63 erfasste Drehzahldaten werden auf die Spindelsteuerschaltung 60 zurückgeführt, wodurch eine Drehzahlregelung erfolgt.
Der beschriebene numerische Controller 10 ist wie ein herkömmlicher Controller aufgebaut und steuert eine dreiachsige Maschine (Werkzeugmaschine der Erfindung).
Zu den vom numerischen Controller 10 gesteuerten drei Linear-Bewegungs-Achsen gehört beispielsweise eine Linear-Bewegungs-Achse (M(Z)), entlang derer eine Spindel der Werkzeugmaschine für das Abkanten bewegt wird, und zwei Linear-Bewegungs-Achsen (M(X), M(Y)), entlang derer ein Tisch bewegt wird, auf dem das Werkstück befestigt ist. Der Tisch, auf dem das Werkstück angeordnet ist, kann in zwei Achsenrichtungen entlang der Linear-Bewegungs-Achsen bewegt werden.
Wahlweise kann der Tisch, auf dem das Werkstück angeordnet ist, in drei Dimensionen entlang von drei Linear-Bewegungs-Achsen bewegt werden, wobei die Spindel feststeht, oder die Spindel kann in drei Dimensionen entlang von drei Linear-Bewegungs-Achsen bewegt werden, wobei der Tisch feststeht. Die drei Linear-Bewegungs-Achsen (M(X), M(Y), M(Z)) werden in dem Beispiel vom numerischen Controller 10 in 1 gesteuert. Wahlweise können vier oder mehr Linear-Bewegungs-Achsen gesteuert werden.
Das Abkanten von Werkstück-Ecken mit Hilfe der Werkzeugmaschine, die von dem numerischen Controller 10 gesteuert wird, sei nun mit Hilfe von 2A bis 2C beschrieben.
Zuerst wird ein Abkantwerkzeug 2 an der Spindel montiert, die mit der Z-Achse als Linear-Bewegungs-Achse verbunden ist. Die Z-Achse befindet sich in einer Bearbeitungsposition zum Abkanten. Nun werden die beiden orthogonalen Linear-Bewegungs-Achsen (X- und Y-Achse) senkrecht zur Z-Achse (die in der axialen Richtung des Werkzeugs verläuft) so angeordnet, dass sie für das Abkanten bereit sind.
Ausgehend von den Werkzeugdaten über das verwendete Abkantwerkzeug 2, siehe 2A bis 2C, werden die Linear-Bewegungs-Achse (Z-Achse), an der das Abkantwerkzeug 2 montiert ist, und die beiden orthogonalen Linear-Bewegungs-Achsen (R- und Y-Achse) senkrecht zur Achsenrichtung (Z-Achsen-Richtung) des Werkzeugs 2 simultan gemäß dem Bearbeitungspfad im Bearbeitungsprogramm kompensiert. Auf diese Weise kann die gesamte Schneidkante des Abkantwerkzeugs für jeden Abkantzyklus verwendet werden, wodurch sich die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert.
2A zeigt, wie ein Werkstück 3 mit dem Abkantwerkzeug 2 abgekantet wird. Der abgekantete Abschnitt 5 des Werkstücks 3 wird so bearbeitet, dass sich der Werkzeugdurchmesser von ∅2,5 mm auf ∅3,7 mm verändert. Ein abgekanteter Abschnitt 6 wird so bearbeitet, dass sich der Werkzeugdurchmesser von ∅3,7 mm auf ∅4,3 mm verändert. Ein abgekanteter Abschnitt 7 wird so bearbeitet, dass sich der Werkzeugdurchmesser von ∅4,3 mm auf ∅5,5 mm verändert.
2B zeigt eine Vorderansicht, die darstellt, wie der abgekantete Abschnitt 5 des Werkstücks 3 abgekantet wird. Man kann erreichen, dass der Abkantbereich die gesamte Schneidkante des Abkantwerkzeugs 2 bedeckt, indem der Werkzeugradius des Werkzeugs verändert wird.
Eine stabile Bearbeitungsgüte kann man erzielen, siehe 3, indem man die Drehzahl und die Vorschubrate verändert, wenn die Bewegungsachsen (X- und Y-Achse) bewegt werden, wodurch eine konstante Bearbeitungsgeschwindigkeit am Rand erhalten bleibt, und zwar abhängig vom Durchmesser des Werkzeugs, der das Werkstück 3 während des Abkantvorgangs berührt. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit am Rand ist die Schneidgeschwindigkeit am Außendurchmesser des Werkzeugs, der das Werkstück berührt. Die Drehzahl wird aus der Randgeschwindigkeit oder Schneidgeschwindigkeit und dem Außendurchmesser des berührenden Werkzeugs berechnet.
Um die beschriebene Bearbeitung zu erzielen, müssen in dem numerischen Controller 10 die ”erforderlichen Daten” für die simultane Kompensation der Linear-Bewegungs-Achsen und das Beibehalten der konstanten Bearbeitungsgeschwindigkeit am Rand abgespeichert sein, siehe 4, 5A und 5B. Zu den ”erforderlichen Daten” gehören:

G:: Daten über die Richtung der Werkzeugdurchmesser-Kompensation und Daten über die axiale Richtung des Werkzeugs,
C:: Daten bezüglich der Kompensationsgröße,
D:: Daten über den anfänglichen Werkzeugdurchmesser,
E:: Daten über den letzten Werkzeugdurchmesser,
R:: Daten über den Spitzenwinkel (Abkantwinkel), und
F:: Daten über die Referenzvorschubrate.

Gemäß 4, 5A und 5B werden die erforderlichen Werkzeugdaten im numerischen Controller 10 durch das Befehlen eines Programmcodes 101 gespeichert, der vorab als Abkantprogrammformat definiert wird, und zwar ausgehend von einem G-Code vor einer Abkantstrecke 102. Der Programmcode 101 dient auch zum Einschalten der Funktion. Nach dem Ende der Anweisung der Abkantstrecke 102 wird ein G-Code zum Ausschalten der Funktion eingefügt.
4 zeigt den Programmcode 101 des Abkantprogrammformats, der vom Abkantprogramm als G-Code befohlen wird. Die G-Codes G17 bis G19 und G250 bis G252 stellen Befehle wie in 4 abgebildet dar. Diese Befehle sind nur als Beispiel angegeben.
Ausgehend von den gespeicherten Werkzeugdaten, siehe 4, 5A und 5B, und der eingeschalteten Funktion wird die in einem Programm (O0002) befohlene Abkantstrecke 102 vorab gesucht, siehe 6. Die gesamte Bearbeitungsstrecke L, d. h. die Summe der Bewegungsgrößen der beiden orthogonalen Linear-Bewegungs-Achsen (X- und Y-Achse) senkrecht zur axialen Richtung (Z-Achsen-Richtung) des befohlenen Werkzeugs wird ausgehend von der Vorschau der Abkantstrecke 102 berechnet.
Ausgehend von den im numerischen Controller 10 hinterlegten Werkzeugdaten (anfänglicher Werkzeugdurchmesser D und letzter Werkzeugdurchmesser E) und der gesamten Bearbeitungsstrecke L wird eine Werkzeugradius-Kompensationsgröße r_L je Entfernungseinheit wie folgt berechnet: r_L = (E – D)/2L.
Die aktuelle Bearbeitungsposition L_t reicht von 0 bis L unter Einschluss der beiden Grenzen (0 ≤ L_t ≤ L).
Eine variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r ändert sich mit der aktuellen Bearbeitungsposition L_t. Die Größe eines Abkantens ändert sich entsprechend zur variablen Werkzeugradius-Kompensationsgröße r. Wird die Drehzahl auf dem Referenzwert gehalten, so ändert sich jedoch die Randgeschwindigkeit, und die Bearbeitungsgüte weicht unvermeidbar ab. Daher werden ausgehend von dem anfänglichen Werkzeugdurchmesser D, der Referenzdrehzahl S und der Referenzvorschubrate F eine Referenz-Randgeschwindigkeit V₀ und ein Referenzvorschub f₀ als Referenzschneidbedingungen 106 wie folgt berechnet: V₀ = π × D/S, f₀ = F/S.
Da sich die Größe eines Abkantens ändert, wenn sich die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r ändert, ist zudem eine Kompensation in der Achsenrichtung (Z-Achsen-Richtung) des Abkantwerkzeugs 2 erforderlich. Daher wird ausgehend von der Werkzeugradius-Kompensationsgröße r_L je Entfernungseinheit, der aktuellen Bearbeitungsposition L_t, dem gespeicherten anfänglichen Werkzeugdurchmesser D und dem Werkzeug-Spitzenwinkel R eine variable Werkzeugachsen-Kompensationsgröße h wie folgt berechnet: h = (D/2 + r_L × L_t)/tan(R/2).
Ausgehend von der variablen Werkzeugradius-Kompensationsgröße r, den Referenzschneidbedingungen 106 und der variablen Werkzeugachsen-Kompensationsgröße h wird die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r in der XY-Ebene für die entsprechenden Bewegungsbefehle der beiden orthogonalen Linear-Bewegungs-Achsen (X- und Y-Achse) kompensiert. Zugleich wird die variable Werkzeugachsen-Kompensationsgröße h in der Achsenrichtung (Z-Achsen-Richtung) senkrecht zur XY-Ebene kompensiert. Damit man eine stabile Bearbeitungsgüte auch dann erreicht, wenn die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r geändert wird, erfolgt die Bearbeitung bei sich ändernder Drehzahl und Vorschubrate anhand der Referenzschneidbedingungen 106, damit die Bearbeitungsgeschwindigkeit am Rand konstant bleibt. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des Werkzeugs verbessert werden.
Gemäß der Erfindung:
werden die Daten über das Abkantwerkzeug 2 während des Abkantens in der XY-Ebene senkrecht zur Achsenrichtung (Z-Achsen-Richtung) des befohlenen Werkzeugs im numerischen Controller 10 gespeichert, und die im Programm befohlene Bearbeitungsstrecke wird vorab ermittelt,
werden die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r für jeden Bewegungsblock, die Referenz-Randgeschwindigkeit V₀ und der Referenzvorschub f₀ als Referenzschneidbedingungen 106 und die variable Werkzeugachsen-Kompensationsgröße h aus den gespeicherten Werkzeugdaten berechnet,
wird die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r zu der Bewegungsgröße als Bewegung der Linear-Bewegungs-Achsen (X- und Y-Achse) in der angewiesenen XY-Ebene addiert,
werden die Drehzahl und die Vorschubrate abhängig von Referenz-Randgeschwindigkeit V₀ und dem Referenzvorschub f₀ geändert, wenn sich die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r ändert, und
die Kompensation abhängig von der variablen Werkzeugachsen-Kompensationsgröße h erfolgt für die Achsenrichtung (Z-Achsen-Richtung) des Werkzeugs senkrecht zur angewiesenen XY-Ebene, damit die Bearbeitung mit der festgehaltenen Größe eines Abkantens erfolgt.
Auf diese Weise kann die Bearbeitungsgüte stabilisiert werden, indem die Referenz-Randgeschwindigkeit V₀ und die Randgeschwindigkeit für den Referenzvorschub f₀ beibehalten werden, und die Werkzeug-Lebensdauer kann verbessert werden, weil die gesamte Schneidkante des Abkantwerkzeugs genutzt wird.
Das Abkantprogramm (O0002) in 5A wird nun anhand des Flussdiagramms in 6 beschrieben.
[Schritt sa01] Der Werkzeugwechsel, die Koordinatensystemeinstellung, die Werkzeuglängen-Kompensation und die Spindeldrehzahleinstellung werden vorgenommen.
[Schritt sa02] Die Achsenrichtung (Z-Achsen-Richtung) des Werkzeugs gemäß der Ebenenfestlegung (XY-Ebene) wird eingestellt.
[Schritt sa03] ”G251: Abkantoptimierfunktion EIN”, ”G252: Abkantoptimierfunktion EIN” und Werkzeugdaten (Größe C eines Abkantens, anfänglicher Werkzeugdurchmesser D, letzter Werkzeugdurchmesser E, Werkzeugspitzenwinkel R, Referenzdrehzahl S und Referenzvorschubrate F) werden im numerischen Controller gespeichert.
[Schritt sa04] Eine Bearbeitungsstrecke, die bis zu ”G250: Abkantoptimierfunktion AUS” führt, wird gesucht.
[Schritt sa05] Die Bearbeitungsstrecke wird gesucht und die gesamte Bearbeitungsstrecke L wird wie folgt berechnet: L = L₁ + L₂ + L₃ + ... + L_n.
Zudem wird die Werkzeugradius-Kompensationsgröße r_L je Entfernungseinheit aus der gesamten Bearbeitungsstrecke L und den Werkzeugdaten einschließlich des anfänglichen Werkzeugdurchmessers D und des letzten Werkzeugdurchmessers E berechnet. r_L = (E – D)/2L.
Die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r wird aus der Größe C eines Abkantens, dem anfänglichen Werkzeugdurchmesser D, der Werkzeugradius-Kompensationsgröße r_L je Entfernungseinheit und der aktuellen Bearbeitungsposition L_t (Position eines jeden Bewegungsblocks in der Bewegung abhängig von der gesamten Bearbeitungsstrecke L) wie folgt berechnet: r = D/2 – C + r_L × L_t (0 ≤ L_t ≤ L).
Um die Randgeschwindigkeit konstant zu halten werden die Referenz-Randgeschwindigkeit V₀ und der Referenzvorschub f₀ aus dem anfänglichen Werkzeugdurchmesser D, der Referenzdrehzahl S und der Referenzvorschubrate F wie folgt berechnet: V₀ = π × D/S, f₀ = F/S.
Die Größe eines Abkantens ändert sich, wenn sich die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r ändert. Zum Beibehalten der gespeicherten Größe C eines Abkantens muss zugleich die Achsenposition des Werkzeugs verschoben werden. Daher wird abhängig vom anfänglichen Werkzeugdurchmesser D, der Einheits-Werkzeugradius-Kompensationsgröße r_L der aktuellen Bearbeitungsposition L_t und dem Werkzeugspitzenwinkel R die variable Werkzeugachsen-Kompensationsgröße h wie folgt berechnet: h = (D/2 + r_L × L_t)/tan(R/2).
[Schritt sa06] Zur variablen Werkzeugradius-Kompensationsgröße r werden 90 Grad im Gegenuhrzeigersinn für G251 addiert (an der linken Seite), und 90 Grad im Uhrzeigersinn (an der rechten Seite) für G252, und zwar bezogen auf die Fortbewegungsrichtung eines jeden Bewegungsblocks.
Die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r ändert sich bei der Bewegung entlang jeder Linear-Bewegungs-Achse, d. h. die Bewegung der aktuellen Bearbeitungsposition L_t ändert sich. Um die Randgeschwindigkeit konstant zu halten werden die Drehzahl S und die Vorschubrate F während der Bearbeitung abhängig von der variablen Werkzeugradius-Kompensationsgröße r, der Referenz-Randgeschwindigkeit V₀ und dem Referenzvorschub f₀ simultan geändert. Zum Beibehalten der gespeicherten Größe C eines Abkantens wird zudem die variable Werkzeugachsen-Kompensationsgröße h simultan zur Bewegung der Linear-Bewegungs-Achse für jeden Bewegungsblock geändert, wenn sich die variable Werkzeugradius-Kompensationsgröße r ändert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5-8148 [0011]

Claims

Werkzeugmaschine, die mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen und einen numerischen Controller umfasst, der die Linear-Bewegungs-Achsen steuert und das Abkanten der Ecken in einer Ebene gemäß einem Bearbeitungsprogramm vornimmt, wobei die Abkant-Werkzeugmaschine umfasst: eine Speichereinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Größe eines Abkantens durch ein Abkantwerkzeug zu speichern sowie Daten über das Abkantwerkzeug; eine Analyseeinheit, die dafür ausgelegt ist, das Bearbeitungsprogramm zu analysieren; eine Berechnungseinheit für die gesamte Bearbeitungsentfernung, die dafür ausgelegt ist, die Gesamtsumme der Bearbeitungsentfernungen in dem von der Analyseeinheit analysierten Bearbeitungsprogramm zu berechnen; eine Abkant-Kompensationsgrößen-Berechnungseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Werkzeugradius-Kompensationsgröße und eine Werkzeugachsen-Kompensationsgröße abhängig von der Entfernung des Abkantwerkzeugs von einem Anfangspunkt der Bearbeitung so zu berechnen, dass das Abkanten vorgenommen wird während ein Abkantbereich des Abkantwerkzeugs verändert wird, und zwar abhängig von der berechneten Gesamtsumme der Bearbeitungsentfernungen und den Werkzeugdaten; und eine Abkant-Kompensationseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Werkzeugradiuskompensation und eine Werkzeugachsenkompensation abhängig von der Entfernung des Abkantwerkzeugs vom Anfangspunkt der Bearbeitung vorzunehmen, und zwar anhand der berechneten Werkzeugradius-Kompensationsgröße und der Werkzeugachsen-Kompensationsgröße.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen eine Linear-Bewegungs-Achse enthalten, die eine Spindel bewegt, und zwei oder mehr Linear-Bewegungs-Achsen zum Bewegen eines Tischs, an dem ein Werkstück befestigt ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen eine Achse oder Achsen zum Bewegen eines Tischs enthalten, an dem ein Werkstück befestigt ist, oder eines Spindelkopfs, an dem eine Spindel befestigt ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei die Abkant-Kompensationseinheit eine Referenzbearbeitungsbedingungs-Berechnungseinheit umfasst, die dafür ausgelegt ist, eine Bearbeitungsbedingung dafür zu berechnen, dass eine Randgeschwindigkeit konstant gehalten wird, und zwar aus der Werkzeugradius-Kompensationsgröße, die die Referenzbearbeitungsbedingungs-Berechnungseinheit berechnet, und eine Bearbeitungsbedingungs-Veränderungseinheit, die dafür ausgelegt ist, die Bearbeitungsbedingung abhängig von der Bearbeitungsbedingung zu ändern, die die Referenzbearbeitungsbedingungs-Berechnungseinheit berechnet.
Verfahren zum Ausführen des Ecken-Abkantens in einer Ebene gemäß einem Bearbeitungsprogramm mit Hilfe einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen und einen numerischen Controller umfasst, der die Linear-Bewegungs-Achsen steuert und dafür ausgelegt ist, das Abkanten der Ecken in einer Ebene gemäß einem Bearbeitungsprogramm vorzunehmen, und das Verfahren umfasst: einen Schritt zum Speichern der Größe eines Abkantens durch ein Abkantwerkzeug und von Daten über das Abkantwerkzeug; einen Schritt, in dem das Bearbeitungsprogramm analysiert wird; einen Schritt, in dem die Gesamtsumme der Bearbeitungsentfernungen in dem analysierten Bearbeitungsprogramm berechnet wird; einen Schritt, in dem die Werkzeugradius-Kompensationsgröße und eine Werkzeugachsen-Kompensationsgröße abhängig von der Entfernung von einem Bearbeitungs-Anfangspunkt des Abkantwerkzeugs berechnet wird, so dass das Abkanten erfolgt, während der Bearbeitungsbereich des Abkantwerkzeugs verändert wird, und zwar abhängig von der berechneten Gesamtsumme der Bearbeitungsentfernungen und den Werkzeugdaten; und einen Schritt, in dem eine Werkzeugradius-Kompensation und eine Werkzeugachsen-Kompensation gemäß der Entfernung des Abkantwerkzeugs vom Bearbeitungs-Anfangspunkt vorgenommen wird, und zwar abhängig von der berechneten Werkzeugradius-Kompensationsgröße und der Werkzeugachsen-Kompensationsgröße.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen eine Linear-Bewegungs-Achse enthalten, die eine Spindel bewegt, und zwei oder mehr Linear-Bewegungs-Achsen zum Bewegen eines Tischs, an dem ein Werkstück befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die mindestens drei Linear-Bewegungs-Achsen eine Achse oder Achsen zum Bewegen eines Tischs enthalten, an dem ein Werkstück befestigt ist, oder eines Spindelkopfs, an dem eine Spindel befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Ausführens der Werkzeugradius-Kompensation und der Werkzeugachsen-Kompensation zudem das Berechnen einer Bearbeitungsbedingung umfasst, bei der die Randgeschwindigkeit konstant bleibt, und zwar abhängig von der Werkzeugradius-Kompensationsgröße, die aus den gespeicherten Abkantwerkzeugdaten berechnet wurde, und das Verändern der Bearbeitungsbedingung abhängig von der berechneten Bearbeitungsbedingung.