DE102015112577B4

DE102015112577B4 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102015112577B4
Application number: DE102015112577.3A
Authority: DE
Inventors: Daisuke UENISHI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2035-08-01
Also published as: DE102015112577A1; CN105373070A; US9815125B2; CN105373070B; US20160039014A1; JP5855715B1; JP2016036869A

Abstract

Eine Werkzeugmaschine enthält eine Linearbewegungsachse zum Bewegen einer Hauptspindel, zumindest zwei Linearbewegungsachsen zum Bewegen eines Tischs und einen Drehtisch, der zumindest eine Drehbewegungsachse enthält, wobei der Drehtisch auf dem Tisch angeordnet ist. Eine numerische Steuerung führt Bearbeitung durch Ausführen eines Bearbeitungsprogramms zur Werkzeugmittelpunktsteuerung, in dem die Werkzeugausrichtung auf eine bestimmte Achse oder eine bestimmte Oberfläche festgelegt ist, und durch Ändern der Werkzeugausrichtung durch Steuern jeder Achse der Werkzeugmaschine auf Grundlage eines eingestellten Werkzeugbenutzungsbereichs und Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters durch.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, die dazu imstande ist, die Werkzeugnutzdauer zu verlängern, durch Bewirken, dass ein Bearbeitungsprogramm für Werkzeugmittelpunktsteuerung an einer bestimmten Werkzeugausrichtung arbeitet, und Durchführen von Bearbeitung, während die Werkzeugausrichtung auf Grundlage eines eingestellten Werkzeugbenutzungsbereichs und Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters geändert wird.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Es ist ein Bearbeitungszentrum mit einer Hauptspindel, die auf einer Linearbewegungsachse oder einer Drehachse befestigt ist, einem Tisch zum Befestigen eines Werkstücks mit einer oder mehr Linearbewegungsachsen oder Drehachsen, und einer numerischen Steuerung zum Steuern der Hauptspindel und der Linearbewegungsachse und der Drehachse des Tischs bekannt.
Im Allgemeinen wird eine Turbinenschaufel, die ein für ein Luftfahrzeug oder einen Stromgenerator benutztes Turbinenbauteil ist durch ein Bearbeitungszentrum mit drei Linearbewegungsachsen und zumindest eine Drehachse bearbeitet. Wie in 1A, die eine Turbinenschaufelform zeigt, und 1 B, die einen Bearbeitungsweg zeigt, gezeigt, wird im Falle von Bearbeiten auf Grundlage simultaner Steuerung der Linearbewegungsachsen und der Drehachse durch einen Mikrolinearbefehl, wie im Falle von Semi-Finishing-Bearbeitung oder einer Finishing-Bearbeitung beim Konturbearbeiten der Turbinenschaufel oder dergleichen (Bearbeitungsform 1), helixförmige Bearbeitung entlang des Bearbeitungswegs, der durch einen Bearbeitungsweg 3 gezeigt ist, unter Benutzung einer Seitenfläche eines Kugelfräsers (ein Werkzeug 2) in einer bestimmten Ausrichtung bezüglich einer bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks ausgeführt. Ein derartiges Bearbeitungsverfahren nutzt im Allgemeinen eine Werkzeugmittelpunktsteuerfunktion.
Das oben beschriebene Bearbeitungsverfahren wird nicht nur für Turbinenschaufeln verwendet und ist ein allgemeines Bearbeitungsverfahren, das beim Konturbearbeiten unter Benutzung einer Linearbewegungsachse und einer Drehachse genutzt wird. Bei dem Bearbeitungsverfahren, wie in 1A und 1B gezeigt, ist häufig ein Verfahren, durch CAM-Software, des Erstellens eines Bearbeitungsprogramms durch Bestimmen, bezüglich einer bestimmten Achse, einer bestimmten Oberfläche oder einer bestimmten bearbeiteten Oberfläche, einer Werkzeugausrichtung durch Annehmen, wie in 2A und 2B gezeigt, eines Winkels, der durch eine Werkzeugachse 4 und die Bewegungsrichtung eines Werkzeugs (eine Werkzeugbewegungsrichtung 5) bezüglich der Werkzeugbewegungsrichtung 5 und einer senkrecht zur Werkzeugbewegungsrichtung 5 verlaufenden Ebene als einen Steigungswinkel 6 und eines Winkels, der durch die Werkzeugachse 4 und eine Schnittstrecke der Oberfläche der Bearbeitungsform 1 und einer senkrecht zur Werkzeugbewegungsrichtung 5 verlaufenden Ebene als einen Kippwinkel 7.
Jedoch bearbeitet, wie in 3 gezeigt, bei diesem Bearbeitungsverfahren immer dasselbe Teil des Werkzeugblatts das Werkstück, und Verschleiß des Werkzeugs schreitet nur an einem Teil fort. Bezugszeichen 2a zeigt den Teil eines Werkzeugs 2, an dem Verschleiß aufgrund von Benutzung fortschreitet. Da beim Bearbeiten einer Turbinenschaufel oder dergleichen ein als hitzebeständige Legierung bezeichnetes Metall, wie etwa eine nickelbasierte Legierung, mit äußerst schlechter Bearbeitbarkeit verwendet wird, schreitet der Verschleiß des Werkzeugs schnell fort. Dementsprechend müssen Bearbeitungsbedingungen herabgesetzt werden, oder das Werkzeug muss ersetzt werden. Infolgedessen werden die Werkzeuge sehr kostspielig, und außerdem kann aufgrund des Werkzeugaustauschs eine Abstufung auf der bearbeiteten Fläche hervorgerufen werden und zu Produktausfall führen, wodurch eine effiziente Bearbeitung schwierig wird.
Dementsprechend wird als ein Verfahren zum Durchführen effizienterer und wirtschaftlicherer Bearbeitung manchmal ein in der JP H05-8148 A offenbartes Verfahren angenommen . Bei diesem Verfahren ändert eine Werkzeugmaschine, die zu zumindest Dreiachsensteuerung imstande ist, während der Bearbeitung die Werkzeugausrichtung eines Werkzeugs, dessen Schneidkante in einer Bogenform am Spitzenende ausgebildet ist, bezüglich eines Werkstücks, das ein Bearbeitungsziel ist, um die gesamte Schneidkante einheitlich zu benutzen, um dadurch die Werkzeugnutzdauer zu verlängern.
Gemäß dem in der JP H05-8148 A offenbarten Bearbeitungsverfahren kann die Schneidkante breit genutzt und die Werkzeugnutzdauer verlängert werden, durch ein Verfahren des Durchführens der Bearbeitung, während die Kontaktposition eines Kugelfräsers durch ein Bearbeitungsprogramm zum Durchführen von Bearbeitung während des Änderns der Werkzeugausrichtung wie in 4 gezeigt geändert wird.
Wie in 5 gezeigt werden jedoch in dem Fall, in dem die Hauptspindeldrehzahl (U/min) und die Zufuhrgeschwindigkeit (mm/min) konstant sind, bei dem Verfahren zum breiten Nutzen der Schneidkante durch Ändern der Werkzeugausrichtung bearbeitete Oberflächen mit verschiedenen Bearbeitungsqualitäten geschaffen, da die Schneidgeschwindigkeit (m/min) abhängig vom Kontaktdurchmesser der Schneidkante des Werkzeugs 2 abweicht. Dies kann zu instabiler Bearbeitung einer hitzebeständigen Metalllegierung, insbesondere einer nickelbasierten Legierung, führen.
Bezüglich einer Turbinenschaufel, deren Hauptmaterial eine nickelbasierte Legierung und dergleichen ist, ist es vom Standpunkt ihrer Nutzungsumgebung erheblich, dass die Teileleistung unter rauen Bedingungen bei hoher Temperatur und hohem Druck nicht beeinträchtigt wird. Daher ist der Zusammensetzungszustand der bearbeiteten Oberfläche, an der Bearbeitung durchgeführt wird, streng vorgeschrieben. Der Zusammensetzungszustand variiert in hohem Maße mit der Schneidgeschwindigkeit (m/min) und der Zufuhr f (mm).
Bei dem in 5 gezeigten Verfahren des breiten Nutzens der Schneidkante durch Ändern der Werkzeugausrichtung variiert die Schneidgeschwindigkeit (m/min) in hohem Maße gemäß dem Kontaktdurchmesser der Schneidkante. In 5 beträgt beispielsweise im Falle des Änderns der Werkzeugausrichtung für eine R5.0 Kugelfräse innerhalb des Positionsbereichs von 10° bis 80° des Werkzeugspitzenendes die Schneidgeschwindigkeit des äußeren Kontaktdurchmessers an der 80°-Position 62 m/min, die Schneidgeschwindigkeit an der 10°-Position jedoch 11 m/min, wenn die Hauptspindeldrehzahl (U/min) 2000 U/min beträgt. Dabei besteht, da ein ungefähr sechsfacher Geschwindigkeitsunterschied abhängig von der Werkzeugausrichtung vorliegt, eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Zusammensetzungszustand der bearbeiteten Oberfläche in hohem Maße beeinflusst wird, und eine einheitliche Qualität der bearbeiteten Oberfläche ist schwer zu erzielen.
Als ein Verfahren zu Erzielen einer einheitlichen Qualität der bearbeiteten Oberfläche wird manchmal ein in der JP 2002-96243 A offenbartes Verfahren angenommen. Dieses Verfahren ist geeignet zum Durchführen fortlaufenden Bearbeitens unter einer optimalen Bearbeitungsbedingung, unter der die Schneidgeschwindigkeit und die Zufuhr konstant sind, durch Hinzufügen, zu Bearbeitungsprogrammdaten, der Vergrößerung zwischen dem Abstand vom Kontaktpunkt zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück zur Mitte des Werkzeugs und dem Radius des Werkzeugs und durch Ausführen von Neuberechnung und Neuanweisung hinsichtlich der Drehzahl und der Zufuhrgeschwindigkeit durch eine numerische Steuerung auf Grundlage der Vergrößerung.
Es ist möglich, eine einheitliche Qualität der bearbeiteten Oberfläche durch eine Bearbeitungsvorrichtung zu erzielen, die Steuerung zum Erzielen einer bestimmten Schneidgeschwindigkeit (m/min) ausführt, welche für einen Werkzeugdurchmesser in einer bestimmten Werkzeugausrichtung eingestellt ist, durch Nutzen des in der JP 2002 - 96243 A offenbarten Bearbeitungsverfahrens. Jedoch ist in dem Falle, in dem das Werkzeug 2, wie in 6A und 6B gezeigt, eine Kugelfräse ist aufgrund ihrer Formeigenschaft der Radius klein und die Hauptspindeldrehzahl (U/min) an einer Position nahe der Mitte des Werkzeugs groß. In 6A und 6B ist im Falle des Änderns der Werkzeugausrichtung einer Kugelfräse mit einem Radius von 5,0 mm innerhalb des Positionenbereichs von 10° bis 80° des Werkzeugspitzenendes, wenn die Hauptspindeldrehzahl 2000 U/min an der 80°-Position ist (äußerer Kontaktdurchmesser φ 9,848 mm) (6A), die Hauptspindeldrehzahl 11345 U/min an der 10°-Position (äußerer Kontaktdurchmesser φ 1,736 mm) (6B).
Wenn auf diese Art und Weise ein großer Unterschied in der Hauptspindeldrehzahl (U/min) abhängig von der Werkzeugausrichtung bewirkt ist, besteht die Befürchtung, dass ein Verschiebungsunterschied auf Grundlage von Erhöhungen der Temperatur der Hauptspindel zum Zeitpunkt geringer Drehung und zum Zeitpunkt hoher Drehung die Bearbeitungsgenauigkeit beeinflusst. Außerdem wird, da die Zufuhrgeschwindigkeit (mm/min) in Proportion zur Hauptspindeldrehzahl (U/min) erhöht oder verringert werden muss, die Zufuhrgeschwindigkeit (mm/min) übermäßig groß hergestellt, und es besteht eine Möglichkeit, dass die Wellenbewegung aufgrund der Überdrehzahl der Hauptspindeldrehzahl oder der übermäßigen Zufuhrgeschwindigkeit nicht folgen kann. Zum Verhindern einer Überdrehzahl des Hauptspindeldrehzahl oder der übermäßigen Zufuhrgeschwindigkeit kann das in der JP 2002-96243 A beschriebene Verfahrendie maximale Drehzahl und die minimale Drehzahl einstellen, aber wenn die Schneidgeschwindigkeit konstant gesetzt ist, wird der Werkzeugbenutzungsbereich begrenzt, und dies ist kein realistisches Verfahren.
Wie oben beschrieben, ist eine herkömmliche Bearbeitungsvorrichtung, die eine bestimmte Schneidgeschwindigkeit (m/min) steuert, die beim Benutzen einer Kugelfräse eingestellt wird, nicht geeignet zur Turbinenschaufelbearbeitung.
Dementsprechend wird in den letzten Jahren manchmal ein Trommelwerkzeug 8, wie in 8 gezeigt, mit einem Trommelradius R mit einem großen Krümmungsradius an der Werkzeugseitenflächenform benutzt. Aufgrund seiner Formeigenschaft weist dieses Trommelwerkzeug 8 einen kleinen Unterschied zwischen dem Minimaldurchmesser und dem Maximaldurchmesser am Werkzeugspitzenende auf. Wie in 8A bis 8C gezeigt, beträgt beispielsweise im Falle der Verwendung des Bereichs von φ 6,0 mm bis φ 8,0 mm eines Trommelwerkzeugs 8 mit φ 8,0 mm, dessen Krümmungsradius 100 mm beträgt, wenn die Hauptspindeldrehzahl an der Position von φ 8,0 mm 2000 U/min beträgt, die Schneidgeschwindigkeit der äußeren Kontaktfläche φ 8,0 mm 50 m/min, wie in 8A gezeigt. Im Falle des Steuerns einer bestimmten eingestellten Schneidgeschwindigkeit (m/min) wie in 8B gezeigt, beträgt die Hauptspindeldrehzahl 2290 U/min an der Position von φ 7,0 mm. Im Falle des Steuerns einer bestimmten eingestellten Schneidgeschwindigkeit (M/min) wie in 8C gezeigt, beträgt die Hauptspindeldrehzahl 2667 U/min an der Position von φ 6,0 mm.
Durch Benutzen eines derartigen Trommelwerkzeugs 8 wird die Variation der Hauptspindeldrehzahl (U/min) verringert, und der Versetzungsunterschied auf Grundlage von Erhöhungen der Temperatur der Hauptspindel zum Zeitpunkt geringer Drehung und zum Zeitpunkt hoher Drehung wird verringert, und der Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit kann klein hergestellt sein. Außerdem wird, da die Zufuhrgeschwindigkeit (mm/min) in Proportion zur Hauptspindeldrehzahl (U/min) erhöht oder verringert wird, eine Variation der Zufuhrgeschwindigkeit ebenfalls verringert, und der Einfluss des Folgekennzeichens der Wellenbewegung wird verringert.
Jedoch ist im Falle des Bearbeitens der Form der Turbinenschaufel, da das Trommelwerkzeug 8 aufgrund seiner Formeigenschaft einen großen Krümmungsradius auf der Werkzeugseitenfläche aufweist, die Bearbeitungsneigung (Aufnahmezufuhr) durch eine herkömmliche Kugelfräse zu klein, und dies kann zu schlechtem Schneiden aufgrund ungenügenden Angreifens der Werkzeugblattkante führen, das aus einer übermäßig kleinen Schnitttiefe resultiert. Daher muss die Bearbeitungsneigung im Falle der Benutzung des Trommelwerkzeugs 8 im Vergleich zur Bearbeitungsneigung im Falle der Benutzung einer Kugelfräse erhöht werden. Infolgedessen wird durch Erhöhen der Bearbeitungsneigung die Bearbeitungslänge verringert und die Bearbeitungszeit verringert, wobei jedoch die Schnitttiefe durch die Erhöhung des Bearbeitungsbereichs aufgrund des großen Radius R des Trommelwerkzeugs 8 und der großen Neigung erhöht wird, und die Schneidhitze, die erzeugt wird, ist im Vergleich mit der Kugelfräse erhöht. Im Falle des Bearbeitens einer hitzebeständigen Legierung besteht das Problem, dass die Schneidhitze im Werkzeug akkumuliert und die Werkzeugnutzdauer herabgesetzt wird.
Als ein Verfahren zum Lösen dieses Problems gibt es ein Verfahren zum Erstellen eines Bearbeitungsprogramms, durch präzises Spezifizieren der Bearbeitungsausrichtung aufgrund einer Bearbeitungsposition und Neuberechnen des Bearbeitungsprogramms, um dadurch die Bearbeitungsausrichtung zu ändern. Zum Erstellen eines Bearbeitungsprogramms zum Ändern der Bearbeitungsausrichtung ist jedoch eine kostspielige CAD/CAM-Hochleistungsvorrichtung, die zum Definieren einer Bearbeitungsausrichtung durch eine Bearbeitungsanweisung notwendig, und außerdem ist ein Ingenieur mit vollumfassender Kenntnis des CAD/CAM-Betriebs notwendig. Zudem ist es selbst für einen Ingenieur mit vollumfassender Kenntnis des CAD/CAM-Betriebs nicht leicht, ein Bearbeitungsprogramm zu erstellen, bei dem die Bearbeitungsausrichtung geändert wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend strebt die vorliegende Erfindung hinsichtlich der obigen herkömmlichen Probleme danach, eine Werkzeugmaschine vorzusehen, die eine Linearbewegungsachse zum Bewegen einer Hauptspindel, zumindest zwei Linearbewegungsachsen zum Bewegen eines Tischs, einen Drehtisch zum Befestigen eines Werkstücks, wobei der Drehtisch zumindest eine Drehachse enthält und auf dem Tisch angeordnet ist, und eine numerische Steuerung zum Steuern der Hauptspindel, der Linearbewegungsachsen und der Drehachse und zum Bearbeiten eines Werkstücks, das am Drehtisch befestigt ist, enthält, wobei die Werkzeugmaschine dazu imstande ist, die Werkzeugnutzdauer zu verlängern, durch Durchführen des Bearbeitens durch Bewirken, dass ein Bearbeitungsprogramm zur Werkzeugmittelpunktsteuerung auf Grundlage einer bestimmten Werkzeugausrichtung ausgeführt wird, und während des Änderns der Werkzeugausrichtung auf Grundlage eines eingestellten Werkzeugbenutzungsbereichs und Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters.
Eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Linearbewegungsachse zum Bewegen einer Hauptspindel, zumindest zwei Linearbewegungsachsen zum Bewegen eines Tischs, einen Drehtisch mit zumindest einer Drehbewegungsachse, wobei der Drehtisch auf dem Tisch angeordnet ist, und eine numerische Steuerung zum Steuern der Hauptspindel, der Linearbewegungsachsen und der Drehbewegungsachse gemäß einem Bearbeitungsprogramm, in dem eine Werkzeugausrichtung festgelegt ist, und zum Bearbeiten eines Werkstücks, das am Drehtisch befestigt ist. Diese numerische Steuerung enthält eine Werkzeugforminformations-Speichersektion zum Speichern von Werkzeugforminformation, die benutzt werden soll, eine Bezugsbearbeitungsausrichtungswerkzeugdurchmesser-Speichersektion zum Speichern eines Bezugsbearbeitungsausrichtungs-Werkzeugdurchmessers eines Werkzeugs, das beim Ausführen des Bearbeitungsprogramms benutzt werden soll, in dem eine Werkzeugausrichtung festgelegt ist, eine Werkzeugausrichtungsänderungswellenformmuster-Speichersektion zum Speichern eines Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters und der Anzahl von Wiederholungen zum periodischen Ändern einer Werkzeugausrichtung des Werkzeugs, das beim Ausführen des Bearbeitungsprogramms benutzt werden soll, eine Bearbeitungsrichtungsvektor-Speichersektion zum Speichern eines Bearbeitungsrichtungsvektors, der durch das Bearbeitungsprogramm befohlen ist, eine Bewegungsachsenbefehls-Speichersektion zum Lesen des Bearbeitungsprogramms und Speichern von Bewegungsachsenbefehlen für die Linearbewegungsachsen und die Drehbewegungsachse, eine Gesamtbearbeitungshöhen-Berechnungssektion zum Berechnen einer Gesamtbearbeitungshöhe zum Ändern der Werkzeugausrichtung aus dem Bearbeitungsrichtungsvektor und dem Bewegungsachsenbefehl, eine Bewegungsachsenbefehlswert-Berechnungssektion zum Berechnen, durch eine Werkzeugmittelpunktsteuerfunktion, eines Bewegungsachsenbefehlswerts für jede der Linearbewegungsachsen und die Drehbewegungsachse, die Bewegungsachsen sind, auf Grundlage des Bewegungsachsenbefehls, eine Bewegungsachsenbefehlswertadditionsbetrags-Berechnungssektion zum Berechnen eines Additionsbetrags zu jedem Bewegungsachsenbefehlswert zum Ändern der Werkzeugausrichtung auf Grundlage der Werkzeugforminformation, des Bezugsbearbeitungsausrichtungs-Werkzeugdurchmessers, der Werkzeugausrichtungsänderungswellenform und der Gesamtbearbeitungshöhe, eine Bewegungsachsenbefehlswert-Addiersektion zum Addieren des Additionsbetrags, der durch die Bewegungsachsenbefehlswertadditionsbetrags-Berechnungssektion berechnet wurde, zu jedem Bewegungsachsenbefehlswert, der durch die Bewegungsachsenbefehlswert-Berechnungssektion berechnet wurde, und eine Steuersektion zum Durchführen des Betriebs gemäß jedem Bewegungsachsenbefehlswert, zu dem der Additionsbetrag durch die Bewegungsachsenbefehlswert-Addiersektion addiert wurde.
Der Bearbeitungsrichtungsvektor kann ein Element zum Bestimmen einer Achsenrichtung der Werkzeugausrichtungsänderungswellenform beim Ändern der Werkzeugausrichtung sein.
Die Gesamtbearbeitungshöhe kann ein Element zum Bestimmen eines Bereichs der Werkzeugausrichtungsänderungswellenform beim Ändern der Werkzeugausrichtung sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Werkzeugmaschine vorgesehen sein, die eine Linearbewegungsachse zum Bewegen einer Hauptspindel, zumindest zwei Linearbewegungsachsen zum Bewegen eines Tischs, einen Drehtisch zum Befestigen eines Werkstücks, wobei der Drehtisch zumindest eine Drehachse enthält und auf dem Tisch angeordnet ist, und eine numerische Steuerung zum Steuern der Hauptspindel, der Linearbewegungsachsen und der Drehachse und zum Bearbeiten eines Werkstücks, das am Drehtisch befestigt ist, enthält, wobei die Werkzeugmaschine dazu imstande ist, die Werkzeugnutzdauer zu verlängern, durch Durchführen des Bearbeitens durch Bewirken, dass ein Bearbeitungsprogramm zur Werkzeugmittelpunktsteuerung auf Grundlage einer bestimmten Werkzeugausrichtung ausgeführt wird, und während des Änderns der Werkzeugausrichtung auf Grundlage eines eingestellten Werkzeugbenutzungsbereichs und Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters.
Figurenliste
Die oben beschriebenen und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der unten angegebenen Beschreibung der Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:

1A und 1B Diagramme, die das Bearbeiten einer Turbinenschaufel zeigen, wobei 1A die Form einer Turbinenschaufel zeigt und 1B ein Diagramm zum Beschreiben des Bearbeitungswegs beim Turbinenschaufelbearbeiten ist;
2A und 2B Diagramme, die die Werkzeugausrichtung bezüglich einer bearbeiteten Oberfläche konkret zeigen, wobei 2A eine Seitenansicht bezüglich einer Werkzeugausrichtung und ein Diagramm ist, das die Werkzeugausrichtung (einen Steigungswinkel) vergrößert zeigt, und 2B eine Obenansicht bezüglich einer Werkzeugausrichtung und ein Diagramm ist, das die Werkzeugausrichtung (einen Kippwinkel) vergrößert zeigt;
3 ein Diagramm, das, bezüglich des Turbinenschaufelbearbeitens, das in 1 gezeigt ist, das Bearbeiten in einer Werkzeugausrichtung zeigt, die bezüglich der bearbeiteten Oberfläche festgelegt ist (ein Diagramm, das den Bearbeitungsweg von vorn zeigt), und ein Diagramm, das einen Teil des Bearbeitungswegs vergrößert zeigt;
4 ein Diagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bearbeiten während des Änderns der Werkzeugausrichtung (Werkzeugausrichtungen 80°, 45°, 10°);
5 ein Diagramm zum Beschreiben einer Änderung der Schneidgeschwindigkeit beim Bearbeiten, wobei die Werkzeugausrichtung bezüglich der bearbeiteten Oberfläche beim Turbinenschaufelbearbeiten, das in 1 gezeigt ist, geändert wird;
6A und 6B Diagramme zum Beschreiben einer Änderungen der Bearbeitungsbedingungen, wobei die Schnittgeschwindigkeit konstant ist;
7 ein Diagramm, das ein Trommelwerkzeug zeigt;
8A bis 8C Diagramme zum Beschreiben eines Verfahrens des Bearbeitens, das unter Benutzung eines Trommelwerkzeugs und während des Änderns der Werkzeugausrichtung durchgeführt wird;
9 eine Perspektivansicht des Erscheinungsbilds einer Ausführungsform einer Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 eine vergrößerte Teilansicht von 9;
11A und 11B Diagramme, die Beispiele von Berechnungsergebnissen einer Änderung der Werkzeugausrichtung bezüglich 13A bis 13D und 14 zeigen;
12 ein Diagramm zum Beschreiben der Berechnungsergebnisse in 11A und 11B im Detail;
13A ein Diagramm, das ein Beispielprogrammformat zeigt;
13B ein Diagramm, das einen Beispielprogrammbefehl zeigt;
13C ein Diagramm, das die Ausrichtung eines Trommelwerkzeugs zeigt;
13D ein Diagramm, das Trommelwerkzeugabmessungen zeigt;
14 ein Diagramm, das einen Werkzeugbenutzungsbereich und eine Werkzeugausrichtungsänderungswellenform zeigt;
15 ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess des Durchführens von Bearbeitung durch Steuern der Werkzeugmaschine der vorliegenden Erfindung und Ändern der Werkzeugausrichtung zeigt;
16 ein Diagramm zum Beschreiben einer Berechnungsformel zum Berechnen eines Additionsbetrags für jeden Bewegungsachsenwert; und
17 ein Blockdiagramm einer numerischen Steuerung zum Steuern der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird eine Ausführungsform einer Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 9 (Perspektivansicht des Erscheinungsbilds) und 10 (vergrößerte Teilansicht) beschrieben.
Eine Werkzeugmaschine 20 ist durch ein Bett 21, eine Säule 24, die stehend an der Rückseite des Betts 21 angeordnet ist, einen Tisch 22, der in einer Mitte des Betts 21 angeordnet ist, einen Drehtisch 23, der auf dem Tisch 22 angeordnet ist und um zwei Achsen drehen kann, einen Hauptspindelkopf 25, der am oberen Abschnitt der Säule 24 angebracht ist, und eine Hauptspindel 26, die am Hauptspindelkopf 25 befestigt ist, gebildet. Ein Trommelwerkzeug 8 ist an der Hauptspindel 26 angebracht. Das Trommelwerkzeug 8 wird durch einen Motor gedreht. Der Hauptspindelkopf 25 kann sich in einer vertikalen Richtung entlang einer Linearbewegungsachse (Z-Achse) bewegen.
Der Tisch 22 kann sich entlang zweier Linearbewegungsachsen (X-Achse, Y-Achse) bewegen. Außerdem kann sich der Tisch 23, der auf dem Tisch 22 angeordnet ist, um zwei Drehachsen (B-Achse, C-Achse) drehen. Jede Achse der Werkzeugmaschine wird durch eine numerische Steuerung (nicht gezeigt) gesteuert, und das Bearbeiten eines Werkstücks 27 (beispielsweise das Bearbeiten einer Turbinenschaufel) wird ausgeführt. Beim Bearbeiten einer Turbinenschaufel durch die Werkzeugmaschine der vorliegenden Erfindung wird das Trommelwerkzeug 8 anstelle einer Kugelfräse benutzt, um ein praktisches Bearbeitungsverfahren vorzusehen. In diesem Falle ist, wenn das Bearbeiten unter Nutzung eines Bearbeitungsprogramms für Werkzeugmittelpunktsteuerung auf Grundlage einer bestimmten Werkzeugausrichtung durchgeführt wird, der Schnittbereich aufgrund der Formeigenschaft des Trommelwerkzeugs 8 breit, und daher besteht ein Problem der Akkumulation von Schneidhitze, die eine Ursache für Herabsetzung der Werkzeugnutzdauer ist. Wie in 11A und 11B gezeigt, wird als ein Verfahren zum Abführen der Schneidhitze die Werkzeugkontaktposition durch Ändern, innerhalb eines Bereichs, der im Voraus eingestellt wird, der Ausrichtung des Werkzeugs geändert, um die Schneidhitze, die erzeugt wird, abzuführen. Akkumulation der Schneidhitze im Trommelwerkzeug 8 wird dadurch verhindert. Zudem sind 11A und 11B Diagramme, die Beispiele eines Berechnungsergebnisses einer Änderung der Werkzeugausrichtung in 13A bis 13D und 14 zeigen. Außerdem ist 12 ein Diagramm zum Beschreiben der Berechnungsergebnisse in 11A und 11B im Detail.
Zum Verwirklichen der oben beschriebenen Bearbeitung ändert die Werkzeugmaschine 20, durch eine numerische Steuerung 29 (siehe 17) zum Ausführen des Bearbeitungsprogramms zur Werkzeugmittelpunktsteuerung auf Grundlage einer bestimmten Werkzeugausrichtung, die Werkzeugausrichtung des Trommelwerkzeugs 8 auf Grundlage eines eingestellten Werkzeugbenutzungsbereichs und Werkzeugausrichtungs-Änderungswellenformmusters, und dadurch ist es möglich, die Nutzlebensdauer eines Werkzeugs zu verlängern, das beim Bearbeiten einer Turbinenschaufel benutzt werden soll, deren Hauptmaterial eine hitzebeständige Legierung ist, wie etwa eine nickelbasierte Legierung, durch einfache Betriebsweise und Einstellung.
13A ist ein Diagramm, das ein Beispielprogrammformat zeigt.
Eine Programmformatfunktion EIN (101) zum Starten der Steuerung der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch einen M-Code „M303“ ausgedrückt, und Befehle werden durch Argumente R, D, B, S, E, V, W und K gegeben. Jedes Argument ist wie folgt beschrieben: R ist ein Trommelradius, D ist ein Werkzeugdurchmesser, B ist ein Bezugsbearbeitungsausrichtungs-Werkzeugdurchmesser, S ist ein Werkzeugbenutzungsbereich (Start), E ist ein Werkzeugbenutzungsbereich (Ende), V ist ein Bearbeitungsrichtungsvektor, W ist ein Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmuster und K ist die Anzahl der Male der Ausrichtungsänderung.
13B ist ein Diagramm, das einen Beispielprogrammbefehl zeigt.
Ein Bearbeitungsprogramm (O1000) 9 zum Ausführen der Steuerung der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Programmformatfunktion EIN (101), ein Bearbeitungswegprogramm 10 und eine Programmformatfunktion AUS (102).
13C ist ein Diagramm, das die Ausrichtung eines Trommelwerkzeugs zeigt, und 13D ist ein Diagramm, das Trommelwerkzeugabmessungen zeigt.
Werkzeugforminformation des Trommelwerkzeugs 8 beinhaltet den Trommelradius R, den Werkzeugdurchmesser D, den Werkzeugbenutzungsbereich (Start) S und den Werkzeugbenutzungsbereich (Ende) E, wie in 13D gezeigt. Der Bezugsbearbeitungsausrichtungs-Werkzeugdurchmesser B ist ein Bezugswerkzeugdurchmesser, wenn die Werkzeugausrichtung konstant ist. Diese Informationselemente werden zum Zeitpunkt des Ausführens des Bearbeitungsprogramms 9 in einer Speichervorrichtung gespeichert, mit der die numerische Steuerung zum Steuern einer Werkzeugmaschine versehen ist. Zudem zeigt Bezugszeichen d1 in 13D einen Bezugswerkzeugdurchmesser an, wenn die Werkzeugausrichtung konstant ist, und Bezugszeichen p1 zeigt eine Bearbeitungswegprogrammbefehlsposition an.
14 ist ein Diagramm, das einen Werkzeugbenutzungsbereich und eine Werkzeugausrichtungs-Änderungswellenform zeigt.
Beim Bearbeiten durch die Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung bearbeitet das Trommelwerkzeug 8 das Werkstück 27, während die Werkzeugausrichtung innerhalb des Werkzeugbenutzungsbereichs (Start) S zum Werkzeugbenutzungsbereich (Ende) E geändert wird. Änderungsmuster der Ausrichtung des Trommelwerkzeugs 8 beinhalten zwei Arten eines linearen Ausrichtungsänderungsmusters, das durch W = 1 befohlen wird, und ein Sinuswellenausrichtungsänderungsmuster, das durch W = 2 befohlen wird. Die Anzahl der Male, die das Trommelwerkzeug 8 die Ausrichtung zwischen dem Werkzeugbenutzungsbereich (Start) S und dem Werkzeugbenutzungsbereich (Ende) E ändern soll, wird durch die Anzahl von Malen der Ausrichtungsänderung K befohlen. In 14 zeigt (a) einen Fall, in dem die Anzahl der Male der Ausrichtungsänderung eins ist (K = 1), und (b) zeigt einen Fall, in dem die Anzahl der Male der Ausrichtungsänderung zwei ist (K = 2).
Wie in 13B gezeigt, wird der M303 Befehl, der die „Programmformatfunktion EIN (101)“ ist, die vor dem „Bearbeitungswegprogramm (10)“ befohlen werden soll, mit den Argumenten des Trommelradius R, des Werkzeugdurchmessers D, des Bezugsbearbeitungsausrichtungs-Werkzeugdurchmessers B, des Werkzeugbenutzungsbereichs (Start) S, des Werkzeugbenutzungsbereichs (Ende) E, des Bearbeitungsrichtungsvektors V, der Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters W und der Anzahl von Malen der Ausrichtungsänderung K ausgegeben, und dann wird, nach dem „Bearbeitungswegprogramm (10)“ ein M305 Befehl ausgegeben, der die „Programmformatfunktion AUS (102)“ ist.
15 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess des Durchführens von Bearbeitung durch Steuern der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung und Ändern der Werkzeugausrichtung zeigt.
Die Argumente werden durch M303 (Schritt sa01), der die „Programmformatfunktion EIN (101)“ ist, in der numerischen Steuerung gespeichert (Schritt sa02). Die Argumente, die gespeichert werden sollen, sind der Trommelradius R, der Werkzeugdurchmesser D, der Bezugsbearbeitungsausrichtungs-Werkzeugdurchmesser B, der Werkzeugbenutzungsbereich (Start) S, der Werkzeugbenutzungsbereich (Ende) E, der Bearbeitungsrichtungsvektor V, das Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmuster W und die Anzahl von Malen der Ausrichtungsänderung K.
Als Nächstes wird alles des „Bearbeitungswegprogramms (10)“ bis zu M305, der die „Programmformatfunktion AUS (102)“ ist, ausgelesen (Schritt sa03).
Als Nächstes wird eine Gesamtbearbeitungshöhe H durch Ausdruck (1) unten auf Grundlage des Maximalwerts H_MAX der Bearbeitungshöhe und des Minimalwerts H_MIN der Bearbeitungshöhe im ausgelesenen „Bearbeitungswegprogramm (10)“ auf Grundlage des Bearbeitungsrichtungsvektors V berechnet (Schritt sa04). Die Ausdrücke (2), (3) und (4) unten sind Ausdrücke zum Bestimmen der Gesamtbearbeitungshöhen, wobei die Bearbeitungsrichtungsvektoren V = 1, 2 und 3 sind. In diesem Falle entspricht V = 1 der X-Achse, V = 2 der Y-Achse und V = 3 der Z-Achse. $H = H_{MAX} - H_{MN}$

- Im Fall des Bearbeitungsrichtungsvektors V = 1, $H = X_{MAX} - X_{MN}$
- Im Fall des Bearbeitungsrichtungsvektors V = 2, $H = Y_{MAX} - Y_{MN}$
- Im Fall des Bearbeitungsrichtungsvektors V = 3, $H = Z_{MAX} - Z_{MN}$

Die akkumulierte Anzahl von Malen der Ausrichtungsänderung ist als Kc gegeben, wobei Kc = k (k = 1, 2, 3, ..., n) ist und sein Anfangswert eins ist.
Als Nächstes wird Argumentfehlerprüfung auf Grundlage der Anzahl von Malen der Ausrichtungsänderung K (Schritt sa05) und Argumentfehlerprüfung aufgrund des Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters W (Schritt sa07, sa10) durchgeführt. Außerdem ist der Anfangswert der akkumulierten Anzahl von Malen der Ausrichtungsänderung Kc als eins gegeben. In dem Fall, in dem das Ergebnis der Argumentfehlerprüfung einen Argumentfehler anzeigt, wird ein Fehler ausgegeben (Schritt sa06).
In dem Fall, in dem das Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmuster W eins ist (Schritt sa07), wird ein Bearbeitungsbetrieb durch das „Bearbeitungswegprogramm (10)“ gestartet und ein Kontaktwerkzeugaußendurchmesser Dc aus einem Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi berechnet (Schritt sa09). Der Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi zu diesem Zeitpunkt wird durch einen Linearbewegungsachsenbefehl bestimmt, der auf Grundlage des Bearbeitungsrichtungsvektors V ausgelesen wird. Eine Bearbeitungsposition Hp wird auf Grundlage des Bearbeitungshöhenbefehlswerts Hi zwischen dem Maximalwert H_MAX der Bearbeitungshöhe und dem Minimalwert H_MIN der Bearbeitungshöhe auf der Linearbewegungsachse, die ausgelesen wurde, berechnet. Zudem gibt es, wie in 14 gezeigt, bezüglich des Kontaktwerkzeugaußendurchmessers Dc zwei Arten der Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmuster, nämlich das lineare Ausrichtungsänderungsmuster und das Sinuswellen-Ausrichtungsänderungsmuster.
Im Falle des Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters W = 1 (lineares Ausrichtungsänderungsmuster) wird der Kontaktwerkzeugaußendurchmesser Dc aus dem Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi in Schritt sa09 berechnet.
Im Falle des Bearbeitungsrichtungsvektors V = 1 wird der Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi durch Ausdruck (5) unten berechnet. $H_{i} = X_{i}$
Im Falle des Bearbeitungsrichtungsvektors V = 2 wird der Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi durch Ausdruck (6) unten berechnet. $H_{i} = Y_{i}$
Im Falle des Bearbeitungsrichtungsvektors V = 3 wird der Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi durch Ausdruck (7) unten berechnet. $H_{i} = Z_{i}$
Die Bearbeitungsposition Hp wird durch Ausdruck (8) unten berechnet. $\begin{array}{l} H_{P} = H_{MAX} - H_{i} \\ (i = MAX,1,2,3 \dots,MN) \end{array}$
Der Kontaktwerkzeugaußendurchmesser Dc wird durch Ausdruck (9) unten berechnet. $D_{C} = S + ((E - S) - | 2 (E - S) (\frac{H_{P}}{H} K - (K_{C} - 1)) - (E - S) |)$
Im Falle des Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters W = 2 (Sinuswellenausrichtungsänderungsmuster) (Schritt sa10) wird der Kontaktwerkzeugaußendurchmesser Dc aus dem Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi in Schritt sa11 berechnet.
Im Falle des Bearbeitungsrichtungsvektors V = 1 wird der Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi durch Ausdruck (5) berechnet.
Im Falle des Bearbeitungsrichtungsvektors V = 2 wird der Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi durch Ausdruck (6) berechnet.
Im Falle des Bearbeitungsrichtungsvektors V = 3 wird der Bearbeitungshöhenbefehlswert Hi durch Ausdruck (7) berechnet.
Die Bearbeitungsposition Hp wird durch Ausdruck (8) berechnet.
Der Kontaktwerkzeugaußendurchmesser Dc wird durch Ausdruck (10) unten berechnet. $D_{C} = S + \frac{(E - S)}{2} (1 + sin (360 \times (\frac{H_{P}}{H} K - (K_{C} - 1))))$
Jeder Bewegungsachsenwert wird durch eine Werkzeugmittelpunktsteuerfunktion berechnet (Schritt sa13), und ein Kippachsenadditionswert θ_T, ein erster Bewegungsachsenadditionswert V₁ und ein zweiter Bewegungsachsenadditionswert V₂ werden auf Grundlage des Kontaktwerkzeugaußendurchmessers Dc, der in Schritt sa09 oder sa12 berechnet wurde, durch Ausdruck (11) bis (26) unten aus der Werkzeugposition und dem Kippwinkel berechnet, die sich auf Grundlage des Kontaktwerkzeugaußendurchmessers Dc ändern (Schritt sa14). Die berechneten Additionswerte werden zu den jeweiligen Bewegungsachsenbefehlswerten addiert (Schritt sa15), und jede Achse der Maschine wird durch jeden Bewegungsachsenbefehlswert betrieben, zu dem der Additionsbetrag addiert wurde (Schritt sa16).
Wiederholung wird auf Grundlage des Verhältnisses der Anzahl von Malen der Ausrichtungsänderung K und der akkumulierten Anzahl von Malen der Ausrichtungsausrichtung Kc und des Verhältnisses der Bearbeitungsposition Hp und des Bearbeitungshöhenbefehlswerts H berechnet, und das Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmuster wird um die eingestellte Anzahl von Malen der Ausrichtungsänderung K wiederholt (Schritt sa17 bis sa20.
Beispielsweise wird, wie in 11A und 11B gezeigt, im Falle eines Bearbeitungsprogramms mit einem Bearbeitungswegprogramm, bei dem die Werkzeugausrichtung konstant an einer φ 7,0 mm-Position hergestellt ist, wenn φ 8,0 mm-Trommelwerkzeug benutzt ist, wenn φ 6,0 mm bis φ 8,0 mm als der Werkzeugausrichtungsbereich gegeben ist, die Bearbeitungsposition durch das Ablaufdiagramm, das in 15 gezeigt ist, und Ausdruck (11) bis (26) unten berechnet.
In Ausdruck (14) bis (24) unten sind die Additionswerte (die Additionsbeträge), die sich abhängig vom Kontaktwerkzeugaußendurchmesser Dc ändern, als ein erster Bewegungsachsenwerkzeugpositions-Additionswert V_1A und ein zweiter Bewegungsachsenwerkzeugpositions-Additionswert V_2A gegeben, und die Additionswerte (die Additionsbeträge) gemäß der Winkeländerung, die aus dem Kontaktwerkzeugaußendurchmesser Dc und dem Bezugsbearbeitungsausrichtungswerkzeugdurchmesser B berechnet wird, sind als ein erster Bewegungsachsenwinkelpositions-Additionswert V_1B und ein zweiter Bewegungsachsenwinkelpositions-Additionswert V_2B gegeben.
Zudem zeigt in 16 das Bezugszeichen w1 einen Werkstückkontaktpunkt an, p1 eine Bearbeitungswegprogrammbefehlsposition und p2 eine neue Bearbeitungswegprogrammbefehlsposition.
Diese zwei Arten von Additionswerten (V_1A, V_2A, Via, V_2B) werden durch Ausdruck (11) bis (24) auf Grundlage von Werkzeuginformation berechnet, die durch M303, die die „Programmformatfunktion EIN (101)“ ist, gespeichert ist, und der erste Bewegungsachsenadditionswert V₁ und der zweite Bewegungsachsenadditionswert V₂ werden durch Ausdruck (25) und (26) unter Nutzung der zwei Arten von Additionswerten (Additionsbeträge) berechnet.
Ein Kontaktwerkzeugaußendurchmesserwinkel θ_Dc wird durch Ausdruck (1) unten berechnet. $θ_{D_{C}} = {cos}^{- 1} (1 - \frac{D - D_{C}}{2R})$
Ein Bezugsbearbeitungsausrichtungs-Werkzeugaußendurchmesserwinkel θ_B wird durch Ausdruck (12) unten berechnet. $θ_{B} = {cos}^{- 1} (1 - \frac{D - B}{2R})$
θ_T wird durch Ausdruck (13) unten berechnet. $θ_{T} = θ_{B} - θ_{D_{C}}$
Eine Gesamtlänge L wird durch Ausdruck (14) unten berechnet. $L = \sqrt{R^{2} - {(R - (\frac{D - S}{2}))}^{2}}$
Eine Bezugslänge L_B wird durch Ausdruck (155) unten berechnet. $L_{B} = L - \sqrt{R^{2} - {(R - (\frac{D - B}{2}))}^{2}}$
Ein Bezugsradius R_B wird durch Ausdruck (16) unten berechnet. $R_{B} = \sqrt{L_{B}^{2} + {(\frac{B}{2})}^{2}}$
Ein Bezugswinkel α_B wird durch Ausdruck (17) unten berechnet. $α_{B} = {tan}^{- 1} (\frac{{2L}_{B}}{B})$
Eine geänderte Länge L_Dc wird durch Ausdruck (18) unten berechnet. $L_{D_{C}} = L - \sqrt{R^{2} - {(R - (\frac{D - D_{C}}{2}))}^{2}}$
Ein geänderter Radius R_Dc wird durch Ausdruck (19) unten berechnet. $R_{D_{C}} = \sqrt{L_{D_{C}}^{2} + {(\frac{D_{C}}{2})}^{2}}$
Ein geänderter Winkel α_Dc wird durch Ausdruck (20) unten berechnet. $α_{D_{C}} = {tan}^{- 1} (\frac{2 L_{D_{C}}}{D_{C}})$
Der erste Bewegungsachsenwerkzeugpositions-Additionswert V_1A wird durch Ausdruck (21) unten berechnet. $V_{1A} = R_{B} \times cos (α_{B} + θ_{B}) - R_{D_{C}} \times cos (α_{D_{C}} + θ_{B})$
Der zweite Bewegungsachsenwerkzeugpositions-Additionswert V_2A wird durch Ausdruck (22) unten berechnet. $V_{2A} = R_{B} \times sin (α_{B} + θ_{B}) - R_{D_{C}} \times sin (α_{D_{C}} + θ_{B})$
Der erste Bewegungsachsenwinkelpositions-Additionswert V_1B wird durch Ausdruck (23) unten berechnet. $V_{1B} = R_{D_{C}} \times cos (α_{D_{C}} + θ_{B}) - R_{D_{C}} \times cos (α_{D_{C}} + θ_{D_{C}})$
Der zweite Bewegungsachsenwinkelpositions-Additionswert V_2B wird durch Ausdruck (24) unten berechnet. $V_{2B} = R_{D_{C}} \times sin (α_{D_{C}} + θ_{B}) - R_{D_{C}} \times sin (α_{D_{C}} + θ_{D_{C}})$
V₁ wird durch Ausdruck (25) unten berechnet. $V_{1} = V_{1A} + V_{1B}$
V₂ wird durch Ausdruck (26) unten berechnet. $V_{2} = V_{2A} + V_{2B}$
In den Berechnungsbeispielen einer Änderung der Werkzeugausrichtung, die in 11A und 11B gezeigt sind, enthält die Werkzeugmaschine 20 (siehe 9 und 10) drei Linearbewegungsachsen, X-Achse, Y-Achse und Z-Achse, und zwei Drehachsen, B-Achse und C-Achse, wobei die B-Achse eine Kippachse ist, die parallel zur Y-Achsenrichtung ist, und die C-Achse eine Drehachse ist, die parallel zur Z-Achsenrichtung ist, wobei die Drehung für beide Achsen im Uhrzeigersinn ist.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 17 die numerische Steuerung zum Steuern der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Bearbeitungsprogramm 9 wird durch eine Analysesektion 30 analysiert und durch eine Interpolationssektion 31 interpoliert, und Antriebsglieder 50x, 50y, 50z, 50b und 50c jeweiliger Achsen des Maschinenwerkzeugs werden angetrieben. Die Interpolationssektion 31 berechnet durch die Werkzeugmittelpunktsteuerfunktion den Bewegungsachsenbefehlswert jeder Bewegungsachse (Linearbewegungsachsen, Drehbewegungsachse) auf Grundlage eines Bewegungsachsenbefehls, der durch das Bearbeitungsprogramm 9 ausgegeben wird.
Eine Speichereinheit 32 enthält eine Werkzeugforminformationsspeichersektion 33 zum Speichern von Werkzeugforminformation, die benutzt werden soll, wobei die Werkzeugforminformation durch Analyse des Bearbeitungsprogramms 9 durch die Analysesektion 30 erfasst wird, eine Bezugsbearbeitungsausrichtungswerkzeugdurchmesser-Speichersektion 34 zum Speichern des Kontaktwerkzeugdurchmessers eines Werkzeugs, das in Bezug zu einem Bearbeitungsprogramm benutzt werden soll, in dem eine Werkzeugausrichtung festgelegt ist, eine Werkzeugausrichtungsänderungswellenform-Speichersektion 35 zum Speichern des Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters und der Anzahl von Wiederholungen zum periodischen Ändern der Werkzeugausrichtung des Werkzeugs, das in Ausführung des Bearbeitungsprogramms 9 benutzt werden soll, eine Bearbeitungsrichtungsvektor-Speichersektion 36 zum Speichern eines Bearbeitungsrichtungsvektors, der durch das Bearbeitungsprogramm 9 befohlen ist, und eine Bewegungsachsenbefehl-Speichersektion 37 zum Auslesen des Bearbeitungsprogramms 9 und Speichern von Bewegungsachsenbefehlen für die Linearbewegungsachsen und die Drehbewegungsachse.
Eine Gesamtbearbeitungshöhen-Berechnungssektion 38 berechnet eine Gesamtbearbeitungshöhe zum Ändern der Werkzeugausrichtung aus dem Bearbeitungsrichtungsvektor, der in der Bearbeitungsrichtungsvektor-Speichersektion 36 gespeichert ist, und dem Bewegungsachsenbefehl, der in der Bewegungsachsenbefehl-Speichersektion 37 gespeichert ist. Eine Bewegungsachsenbefehlswertadditionsbetrags-Berechnungssektion 39 berechnet den Additionsbetrag zu jedem Bewegungsachsenbefehlswert zum Ändern der Werkzeugausrichtung auf Grundlage der Werkzeugforminformation, die in der Werkzeugforminformation-Speichersektion 33 gespeichert ist, des Kontaktwerkzeugdurchmessers, der in der Bezugsbearbeitungsausrichtungswerkzeugdurchmesser-Speichersektion 34 gespeichert ist, der Werkzeugausrichtungsänderungswellenform, die in der Werkzeugausrichtungsänderungswellenform-Speichersektion 35 gespeichert ist, und der Gesamtbearbeitungshöhe, die von der Gesamtbearbeitungshöhe-Berechnungssektion 38 ausgegeben wird. Eine Bewegungsachsenbefehlswertadditionsbetrags-Addiersektion 40 addiert den Additionsbetrag, der durch die Bewegungsachsenbefehlswertadditionsbetrags-Berechnungssektion 39 berechnet wurde, zu jedem Bewegungsachsenbefehlswert, der durch eine Bewegungsachsenbefehlswert-Berechnungssektion (die Interpolationssektion 31) berechnet wurde.
Jeder Bewegungsachsenbefehlswert, der durch die Bewegungsachsenbefehlswertadditionsbetrags-Addiersektion 40 bestimmt wurde, treibt eine Antriebssektion (einen Servomotor) der Werkzeugmaschine durch jedes axiale Antriebsglied (das X-Achsenantriebsglied 50x, das Y-Achsenantriebsglied 50y, das Z-Achsenantriebsglied 50z, das B-Achsenantriebsglied 50b, das C-Achsenantriebsglied 50c) an, die eine Steuersektion zum Steuern des Betriebs ist.
Wie oben beschrieben ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, Akkumulation von Schneidhitze zu verhindern und die Werkzeugnutzdauer zu verlängern, durch Bewirken, dass eine numerische Steuerung zum Steuern einer Werkzeugmaschine Bearbeitung durch Ändern der Werkzeugausrichtung (Ändern der Werkzeugkontaktposition auf Grundlage einer bestimmten Wellenform), durch Speichern auf Grundlage eines Bearbeitungsprogramms, in dem die Werkzeugausrichtung auf eine bestimmte Achse oder eine bestimmte Oberfläche festgelegt ist, eines Bearbeitungsprogrammpfads, des Trommelradius R eines Trommelwerkzeugs, das benutzt werden soll, des Bezugswerkzeugdurchmessers D, des Bezugsbearbeitungsausrichtungswerkzeugdurchmessers B, des Werkzeugbenutzungsbereichs, des Bearbeitungsrichtungsvektors V, des Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters W und der Anzahl von Malen der Ausrichtungsänderung K, Berechnen der Bearbeitungsposition zum Zeitpunkt des Änderns der Werkzeugausrichtung auf Grundlage der gespeicherten Informationselemente und Durchführen eines Betriebs durch Addieren des berechneten Ergebnisses zu jedem Bewegungsachsenbefehl durchführt.

Claims

Werkzeugmaschine, umfassend: eine Linearbewegungsachse zum Bewegen einer Hauptspindel; zumindest zwei Linearbewegungsachsen zum Bewegen eines Tischs; einen Drehtisch, der zumindest eine Drehbewegungsachse enthält, wobei der Drehtisch auf dem Tisch angeordnet ist; und eine numerische Steuerung zum Steuern der Hauptspindel, der Linearbewegungsachsen und der Drehbewegungsachse gemäß einem Bearbeitungsprogramm, in dem eine Werkzeugausrichtung festgelegt ist, und zum Bearbeiten eines Werkstücks, das am Drehtisch befestigt ist, wobei die numerische Steuerung Folgendes enthält: eine Werkzeugforminformations-Speichersektion zum Speichern von Werkzeugforminformation, die benutzt werden soll, eine Bezugsbearbeitungsausrichtungswerkzeugdurchmesser-Speichersektion zum Speichern eines Bezugsbearbeitungsausrichtungs-Werkzeugdurchmessers eines Werkzeugs, das beim Ausführen des Bearbeitungsprogramms benutzt werden soll, in dem eine Werkzeugausrichtung festgelegt ist, eine Werkzeugausrichtungsänderungswellenformmuster-Speichersektion zum Speichern eines Werkzeugausrichtungsänderungs-Wellenformmusters und der Anzahl von Wiederholungen zum periodischen Ändern einer Werkzeugausrichtung des Werkzeugs, das beim Ausführen des Bearbeitungsprogramms benutzt werden soll, eine Bearbeitungsrichtungsvektor-Speichersektion zum Speichern eines Bearbeitungsrichtungsvektors, der durch das Bearbeitungsprogramm befohlen ist, eine Bewegungsachsenbefehls-Speichersektion zum Lesen des Bearbeitungsprogramms und Speichern von Bewegungsachsenbefehlen für die Linearbewegungsachsen und die Drehbewegungsachse, eine Gesamtbearbeitungshöhen-Berechnungssektion zum Berechnen einer Gesamtbearbeitungshöhe zum Ändern der Werkzeugausrichtung aus dem Bearbeitungsrichtungsvektor und dem Bewegungsachsenbefehl, eine Bewegungsachsenbefehlswert-Berechnungssektion zum Berechnen, durch eine Werkzeugmittelpunktsteuerfunktion, eines Bewegungsachsenbefehlswerts für jede der Linearbewegungsachsen und die Drehbewegungsachse, die Bewegungsachsen sind, auf Grundlage des Bewegungsachsenbefehls, eine Bewegungsachsenbefehlswertadditionsbetrags-Berechnungssektion zum Berechnen eines Additionsbetrags zu jedem Bewegungsachsenbefehlswert zum Ändern der Werkzeugausrichtung auf Grundlage der Werkzeugforminformation, des Bezugsbearbeitungsausrichtungs-Werkzeugdurchmessers, der Werkzeugausrichtungsänderungswellenform und der Gesamtbearbeitungshöhe, eine Bewegungsachsenbefehlswert-Addiersektion zum Addieren des Additionsbetrags, der durch die Bewegungsachsenbefehlswertadditionsbetrags-Berechnungssektion berechnet wurde, zu jedem Bewegungsachsenbefehlswert, der durch die Bewegungsachsenbefehlswert-Berechnungssektion berechnet wurde, und eine Steuersektion zum Durchführen des Betriebs gemäß jedem Bewegungsachsenbefehlswert, zu dem der Additionsbetrag durch die Bewegungsachsenbefehlswert-Addiersektion addiert wurde.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei der Bearbeitungsrichtungsvektor ein Element zum Bestimmen einer Achsenrichtung der Werkzeugausrichtungsänderungswellenform beim Ändern der Werkzeugausrichtung ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Gesamtbearbeitungshöhe ein Element zum Bestimmen eines Bereichs der Werkzeugausrichtungsänderungswellenform beim Ändern der Werkzeugausrichtung ist.