DE102017122447A1 - Method for producing a workpiece with a non-circumferential profile by means of a lathe - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (14) mit einem nicht umlaufenden Profil (P1, P2) mittels einer Drehmaschine, mit einer mit einem Hauptspindelmotor (1) angetriebenen Hauptspindel (3) mit daran angebrachtem Spannfutter, einem auf einem Maschinenbett (4) in einer z-Richtung verschiebbar abgestützten und manuell zustellbaren Bettschlitten (5), einem auf dem Bettschlitten (5) in einer zur z-Richtung senkrecht verlaufenden x-Richtung manuell zustellbaren Planschlitten (6), welcher wahlweise antriebsmäßig mit einer mit einem Servomotor (9) angetriebenen Zugspindel (10) kuppelbar ist, und einem auf dem Planschlitten (6) abgestützten manuell zustellbaren Oberschlitten (7) sowie einer Steuerung (13) zum Steuern des Hauptspindel (1)- und des Servomotors (9), wobei zum Herstellen des Profils (P1, P2) folgende Schritte ausgeführt werden:a) Breitstellen eines auf dem Plan (6)- oder Oberschlitten (7) montierten Fräswerkzeugs (11, 12),b) Wahl eines in der Steuerung (13) vorgesehenen Antriebsprogramms und Einstellen eines zum Profil (P1, P2) korrespondierenden Drehwinkels (a) für die Hauptspindel (3),c) manuelles Zustellen des Plan (6)- oder Oberschlittens (7) in z- oder x-Richtung undd) Start des Antriebsprogramms, wodurch die Hauptspindel (3) ausschließlich über den Drehwinkel (a) rotiert wird, so dass mittels des Fräswerkzeugs (11, 12) das Profil (P1, P2) zumindest abschnittsweise im Werkstück (14) hergestellt wird.The invention relates to a method for producing a workpiece (14) with a non-rotating profile (P1, P2) by means of a lathe, with a main spindle (3) driven by a main spindle motor (1) with a chuck attached thereto, one mounted on a machine bed (4 ) slidably supported in a z-direction and manually deliverable bed sled (5), one on the bed carriage (5) in a direction perpendicular to the z-direction x-direction manually deliverable cross slide (6) which is either drivingly with a with a servomotor ( 9) driven Zugspindel (10) is coupled, and one on the cross slide (6) supported manually deliverable upper slide (7) and a controller (13) for controlling the main spindle (1) - and the servo motor (9), wherein for producing the Profiling (P1, P2) the following steps are carried out: a) spreading a mounted on the plan (6) - or upper slide (7) milling tool (11, 12), b) selecting a in the S (13) provided drive program and setting a profile (P1, P2) corresponding rotation angle (a) for the main spindle (3), c) manual delivery of the plan (6) - or upper slide (7) in the z or x direction and d) start of the drive program, whereby the main spindle (3) is rotated exclusively through the rotation angle (a), so that by means of the milling tool (11, 12) the profile (P1, P2) is at least partially produced in the workpiece (14).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einem nicht umlaufenden Profil mittels einer Drehmaschine sowie ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to a method for producing a workpiece with a non-circumferential profile by means of a lathe and a computer program product.
Nach dem Stand der Technik sind konventionelle Drehmaschinen allgemein bekannt. Solche Drehmaschinen weisen eine Hauptspindel auf, welche mit einem Hauptspindelmotor angetrieben wird. An der Hauptspindel ist üblicherweise ein Spannfutter angebracht. Auf einem Maschinenbett ist verschiebbar in einer z-Richtung ein Bettschlitten abgestützt, welcher manuell zustellbar ist. Der Bettschlitten wiederum trägt einen in einer zur z-Richtung senkrecht verlaufenden x-Richtung manuell zustellbaren Planschlitten. Der Planschlitten kann wahlweise antriebsmäßig mit einer mit einem Servomotor angetriebenen Zugspindel gekoppelt werden. Auf dem Planschlitten ist ferner ein manuell zustellbarer Oberschlitten abgestützt. Der Oberschlitten ist schwenkbar und kann insbesondere beispielsweise in z-Richtung oder in x-Richtung manuell zugestellt werden. Ferner ist eine Steuerung zum Steuern des Hauptspindel- und des Servomotors vorgesehen. Eine solche konventionelle Drehmaschine dient der Herstellung einzelner Werkstücke oder von Kleinserien. Damit ist es nachteiligerweise nicht ohne weiteres möglich, z. B. ein Werkstück mit einem nicht umlaufenden Profil herzustellen.Conventional lathes are well known in the art. Such lathes have a main spindle which is driven by a main spindle motor. A chuck is usually attached to the main spindle. On a machine bed, a bed carriage is slidably supported in a z-direction, which is manually deliverable. The bed carriage in turn carries a in a direction perpendicular to the z-direction x direction manually deliverable cross slide. The cross slide may optionally be drivingly coupled to a traction spindle driven by a servo motor. On the cross slide a manually deliverable upper slide is also supported. The upper slide is pivotable and can be delivered in particular, for example, in the z-direction or in the x-direction manually. Further, a controller for controlling the main spindle and the servomotor is provided. Such a conventional lathe is used to produce individual workpieces or small batches. Thus, it is disadvantageously not readily possible, for. B. produce a workpiece with a non-circumferential profile.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfach durchführbares Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einem nicht umlaufenden Profil mittels einer konventionellen Drehmaschine angegeben werden.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a process which is as simple as possible to produce a workpiece with a non-circumferential profile by means of a conventional lathe is to be specified.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 12.This object is solved by the features of
Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einem nicht umlaufenden Profil mittels einer Drehmaschine vorgeschlagen, wobei die Drehmaschine eine mit einem Hauptspindelmotor angetriebene Hauptspindel mit daran angebrachtem Spannfutter, einen auf einem Maschinenbett in einer z-Richtung verschiebbar abgestützten und manuell zustellbaren Bettschlitten, einen auf dem Bettschlitten in einer zur z-Richtung senkrecht verlaufenden x-Richtung manuell zustellbaren Planschlitten, welcher wahlweise antriebsmäßig mit einer mit einem Servomotor angetriebenen Zugspindel kuppelbar ist, und einen auf dem Planschlitten abgestützten manuell zustellbaren Oberschlitten sowie einer Steuerung zum Steuern des Hauptspindel- und des Servomotors umfasst, wobei zum Herstellen des Profils folgende Schritte aufgeführt werden:
- a) Bereitstellen eines auf dem Plan- oder Oberschlitten montierten Fräswerkzeugs,
- b) Wahl eines in der Steuerung vorgesehenen Antriebsprogramms und Einstellen eines zum Profil korrespondierenden Drehwinkels für die Hauptspindel,
- c) manuelles Zustellen des Plan- oder Oberschlittens in z- oder x-Richtung und
- d) Start des Antriebsprogramms, wodurch die Hauptspindel ausschließlich über den Drehwinkel rotiert wird, sodass mittels des Fräswerkzeugs das Profil zumindest abschnittsweise im Werkstück hergestellt wird.
- a) providing a milling tool mounted on the plan or upper slide,
- b) selecting a drive program provided in the control and setting a rotation angle corresponding to the profile for the main spindle,
- c) manual delivery of the plan or upper slide in the z or x direction and
- d) Start of the drive program, whereby the main spindle is rotated solely on the rotation angle, so that by means of the milling tool, the profile is at least partially produced in the workpiece.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem „nicht umlaufenden Profil“ ein Profil verstanden, welches sich am Werkstück über einen Winkel von weniger als 360° erstreckt. Bei dem Profil kann es sich beispielsweise um eine Radialnut an einem Außenumfang des Werkstücks oder um eine Axialnut an einer Stirnfläche des Werkstücks handeln. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch die Herstellung schräger Nuten möglich, welche sich beispielsweise an der Mantelfläche des Werkstücks auch in z-Richtung erstrecken.For the purposes of the present invention, a "non-circumferential profile" is understood to mean a profile which extends over an angle of less than 360 ° on the workpiece. The profile may, for example, be a radial groove on an outer circumference of the workpiece or an axial groove on an end face of the workpiece. With the method according to the invention, it is also possible to produce oblique grooves which also extend, for example, on the lateral surface of the workpiece in the z-direction.
Mit dem Hauptspindelmotor kann über die Steuerung die Hauptspindel um einen vorgegebenen Drehwinkel rotiert werden. Dabei kann mittels eines zuvor zugestellten Fräswerkzeugs zumindest abschnittsweise das Profil im Werkstück hergestellt werden. Indem das Profil im Antriebsprogramm eingestellt, zweckmäßigerweise auch gespeichert ist, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels konventioneller Drehmaschinen schnell und einfach Kleinserien von Werkstücken mit einer komplexen Geometrie herstellen.With the main spindle motor, the main spindle can be rotated by a predetermined angle of rotation via the control. In this case, at least in sections, the profile can be produced in the workpiece by means of a previously supplied milling tool. By setting the profile in the drive program, expediently also stored, can be produced with the inventive method using conventional lathes quickly and easily small series of workpieces with a complex geometry.
Der Drehwinkel wird zweckmäßigerweise durch Eingabe eines unteren Winkelgrenzwerts und eines oberen Winkelgrenzwerts eingestellt. Sofern lediglich der Drehwinkel, beispielsweise 60°, angegeben wird, wird als unterer Winkelgrenzwert automatisch die aktuelle Position der Hauptspindel hergenommen und als unterer Winkelgrenzwert gespeichert. Die exakte Angabe eines unteren und oberen Winkelgrenzwerts ist dagegen insbesondere dann von Vorteil, wenn das Werkstück mehrere nicht umlaufende Profile aufweist.The angle of rotation is conveniently set by entering a lower angle limit and an upper angle limit. If only the rotation angle, for example 60 °, is specified, the current position of the main spindle is automatically taken as the lower angle limit value and stored as the lower angle limit value. The exact indication of a lower and upper angular limit, however, is particularly advantageous if the workpiece has several non-circumferential profiles.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird im Antriebsprogramm eine die relative Geschwindigkeit des Werkstücks zum Fräswerkzeug beschreibende Bahngeschwindigkeit eingestellt und daraus mittels des Antriebsprogramms eine erste Rotationsgeschwindigkeit des Hauptspindelmotors bestimmt. Damit kann das Fräswerkzeug effektiv und schonend verwendet werden. Die Bahngeschwindigkeit für das Fräswerkzeug wird insbesondere durch das Material bestimmt, aus welchem das Werkstück hergestellt ist.According to a further advantageous refinement, a path speed describing the relative speed of the workpiece to the milling tool is set in the drive program and, by means of the drive program, a first rotational speed of the main spindle motor is set therefrom certainly. Thus, the milling tool can be used effectively and gently. The web speed for the milling tool is determined in particular by the material from which the workpiece is made.
Vorteilhafterweise wird die erste Rotationsgeschwindigkeit bei einer Änderung des Abstands des Fräswerkzeugs von der Drehachse der Hauptspindel automatisch angepasst. Damit kann die Bahngeschwindigkeit konstant gehalten werden. Es kann damit weiter die Effektivität des Fräsvorgangs verbessert werden.Advantageously, the first rotational speed is automatically adjusted when the distance of the milling tool from the axis of rotation of the main spindle changes. Thus, the web speed can be kept constant. It can thus be further improved the efficiency of the milling process.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann im Antriebsprogramm eine zweite Rotationsgeschwindigkeit für das Fräswerkzeug eingestellt werden. Die zweite Rotationsgeschwindigkeit ergibt sich aus der Art des verwendeten Fräswerkzeugs sowie aus dem zu fräsenden Material.According to a further embodiment, a second rotational speed for the milling tool can be set in the drive program. The second rotational speed results from the type of milling tool used and from the material to be milled.
Im Antriebsprogramm kann eine Drehrichtung der Hauptspindel und/oder eine weitere Drehrichtung des Fräswerkzeugs eingestellt werden. Ferner kann eine Kopplung der Drehrichtung der Hauptspindel mit der weiteren Richtung des Fräswerkzeugs eingestellt werden. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Drehrichtung der Hauptspindel wiederholend geändert wird.In the drive program, a direction of rotation of the main spindle and / or a further direction of rotation of the milling tool can be adjusted. Furthermore, a coupling of the direction of rotation of the main spindle with the other direction of the milling tool can be adjusted. This is particularly advantageous if the direction of rotation of the main spindle is changed repeatedly.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird nach Erreichen des oberen oder unteren Winkelgrenzwerts eine entgegengesetzte Drehbewegung der Hauptspindel erst nach Eingabe eines entsprechenden Befehls in das Antriebsprogramm durchgeführt. D. h., bei Erreichen eines oberen oder unteren Winkelgrenzwerts wird die Drehbewegung der Hauptspindel automatisch gestoppt. Es ist dann möglich, den Plan- oder Oberschlitten weiter in z- oder x-Richtung manuell zuzustellen und dann durch Eingabe eines entsprechenden Befehls im Antriebsprogramm die Hauptspindel in eine entgegengesetzte Richtung zu drehen.According to a further advantageous embodiment, after reaching the upper or lower angle limit, an opposite rotational movement of the main spindle is performed only after entering a corresponding command in the drive program. That is, upon reaching an upper or lower angle limit, the rotation of the main spindle is automatically stopped. It is then possible to supply the plan or upper slide further in the z or x direction manually and then to turn the main spindle in an opposite direction by entering a corresponding command in the drive program.
Vorteilhafterweise werden bei einer Wiederholung der Schritte c) und d) die Hauptspindel und das Fräswerkzeug jeweils in entgegengesetzte Richtung rotiert.Advantageously, in a repetition of steps c) and d), the main spindle and the milling tool are respectively rotated in the opposite direction.
Nach einer weiteren Ausgestaltung umfasst die konventionelle Drehmaschine eine Koordinatenmess- und -anzeigeeinrichtung. Damit können laufend die z- und x-Koordinaten des Oberschlittens oder eines darauf aufgenommenen Fräswerkzeugs gemessen und an die Steuerung übermittelt werden. Im Antriebsprogramm können vorteilhafterweise Endkoordinaten für das manuelle Zustellen des Plan- oder Oberschlittens eingegeben werden. Bei Erreichen der Endkoordinaten kann der Hauptspindel- und/oder der Servomotor automatisch gestoppt werden. Damit ist es beispielsweise möglich, eine Tiefe des herzustellenden Profils vorzugeben.According to a further embodiment, the conventional lathe comprises a coordinate measuring and display device. Thus, the z and x coordinates of the top slide or a milling tool received thereon can be continuously measured and transmitted to the controller. In the drive program, end coordinates can advantageously be entered for the manual infeed of the plan or upper slide. When the final coordinates are reached, the main spindle and / or servomotor can be stopped automatically. This makes it possible, for example, to specify a depth of the profile to be produced.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Herstellung eines Schrägprofils die folgenden Schritte ausgeführt:
- b1) Zusätzlich zum Schritt b): Eingabe von Anfangs- und Endkoordinaten in das Antriebsprogramm,
- c1) Einkuppeln des Planschlittens in die Zugspindel,
- c2) manuelles Zustellen des Oberschlittens in z-Richtung,
- d1) Start des Antriebsprogramms, wodurch die Hauptspindel ausschließlich über den Drehwinkel rotiert und gekoppelt dazu der Planschlitten in x-Richtung bewegt werden, so dass mittels des Fräswerkzeugs das Schrägprofil zumindest abschnittsweise im Werkstück hergestellt wird.
- b1) In addition to step b): input of start and end coordinates into the drive program,
- c1) engaging the cross slide in the traction spindle,
- c2) manual feed of the top slide in the z-direction,
- d1) start of the drive program, whereby the main spindle rotates exclusively on the rotation angle and coupled to the cross slide are moved in the x direction, so that by means of the milling tool, the inclined profile is at least partially produced in the workpiece.
Das vorgeschlagene Verfahren dient der Herstellung eines Schrägprofils z. B. in einer Stirnfläche des Werkstücks. Dabei ersetzen die Schritte c1), c2) den Schritt c) und der Schritt d1) den Schritt d).The proposed method is used to produce a helical profile z. B. in an end face of the workpiece. The steps c1), c2) replace step c) and step d1) replace step d).
Nach einer alternativen Ausgestaltung können zur Herstellung eines Schrägprofils die folgenden Schritte ausgeführt werden:
- b1) Zusätzlich zum Schritt b): Eingabe von z-Anfangs- und Endkoordinaten in das Antriebsprogramm,
- c1) Einkuppeln des Bettschlittens in die Zugspindel,
- c2) manuelles Zustellen des Plan- oder des Oberschlittens in x-Richtung,
- d1) Start des Antriebsprogramms, wodurch die Hauptspindel über den Drehwinkel rotiert und gekoppelt dazu der Bettschlitten in z-Richtung bewegt werden, so dass mittels des Fräswerkzeugs das Schrägprofil zumindest abschnittsweise im Werkstück hergestellt wird.
- b1) In addition to step b): input of z start and end coordinates into the drive program,
- c1) engaging the bed carriage in the pulling spindle,
- c2) manual feed of the plan or upper slide in the x-direction,
- d1) Start of the drive program, whereby the main spindle rotates over the rotation angle and coupled to the bed carriage are moved in the z-direction, so that by means of the milling tool, the inclined profile is at least partially produced in the workpiece.
Das alternative Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Schrägprofils z. B. in einer Mantelfläche des Werkstücks.The alternative method allows the production of a helical profile z. B. in a lateral surface of the workpiece.
Bei den vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Schrägprofils können auch zusätzlich zu den Anfangs- und Endkoordinaten Zwischenkoordinaten eingegeben werden. Das ermöglicht die Herstellung komplexer Schrägprofile, welche beispielsweise auch Stufen aufweisen können.In the aforementioned method for producing a slanted profile, intermediate coordinates can also be entered in addition to the start and end coordinates. This allows the production of complex inclined profiles, which may for example also have stages.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zur Herstellung eines Werkstücks mit einem nicht umlaufenden Profil mittels einer Drehmaschine vorgeschlagen, umfassend Computerprogrammanweisungen auf einem computerlesbaren Programmspeicher, wobei die Computerprogrammanweisungen die Steuerung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen, wenn die Anweisungen von der Steuerung gelesen und ausgeführt werden.In accordance with another aspect of the invention, a computer program product for making a Workpiece with a non-rotating profile proposed by means of a lathe comprising computer program instructions on a computer readable program memory, the computer program instructions causing the controller to carry out the inventive method when the instructions are read and executed by the controller.
Bei der Steuerung handelt es sich um einen Computer, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert sein kann.The controller is a computer on which the computer program product can be stored.
Mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt können geeignete herkömmliche Drehmaschinen nachgerüstet und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergerichtet werden.With the computer program product according to the invention, suitable conventional lathes can be retrofitted and prepared for carrying out the method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise die Herstellung von Werkstücken mit komplexen Geometrien mittels einer konventionellen Drehmaschine.The method according to the invention makes it possible in a simple and cost-effective manner to produce workpieces with complex geometries by means of a conventional lathe.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer konventionellen Drehmaschine, -
2 eine Draufsicht auf die Stirnseite eines Werkstücks, -
3 ein Werkstück mit einer sich in Axialrichtung erstreckenden Axialnut, und -
4 ein Werkstück mit einer sich in Radialrichtung erstreckenden Radialnut.
-
1 a schematic view of a conventional lathe, -
2 a plan view of the front side of a workpiece, -
3 a workpiece having an axially extending axial groove, and -
4 a workpiece having a radial groove extending in the radial direction.
In
Mit dem Bezugszeichen
Auf dem Oberschlitten
Nachfolgend wird die Funktion eines mit der Steuerung
Zur Herstellung des in
Zunächst wird im Antriebsprogramm der Drehwinkel
Als weitere Parameter können im Antriebsprogramm eine erste Rotationsgeschwindigkeit der Hauptspindel und eine zweite Rotationsgeschwindigkeit des Fräsantriebs
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- HauptspindelmotorMain spindle motor
- 22
- Zahnriementoothed belt
- 33
- Hauptspindelmain spindle
- 44
- Maschinenbettmachine bed
- 55
- Bettschlittenbedslide
- 66
- Planschlittencross slide
- 77
- Oberschlittentop slide
- 88th
- Handradhandwheel
- 99
- Servomotorservomotor
- 1010
- Zugspindelfeed shaft
- 1111
- Fräswerkzeugmilling tool
- 1212
- Fräsantriebmilling drive
- 1313
- Steuerungcontrol
- 1414
- Werkstück workpiece
- DD
- Drehachseaxis of rotation
- P1P1
- erstes Profilfirst profile
- P2P2
- zweites Profilsecond profile
- W1W1
- unterer Winkelgrenzwertlower angle limit
- W2W2
- oberer Winkelgrenzwertupper angle limit
- z1z1
- erste Z-Koordinatefirst Z-coordinate
- z2z2
- zweite Z-Koordinatesecond Z-coordinate
- αα
- Drehwinkelangle of rotation
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