DE102019200053A1

DE102019200053A1 - Düsensteuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102019200053A1
Application number: DE102019200053.3A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Adachi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2039-01-05
Also published as: JP6661674B2; CN110026813A; US10710204B2; DE102019200053B4; US20190217434A1; JP2019123021A; CN110026813B

Abstract

Es wird eine Düsensteuereinrichtung vorgesehen, die ein Werkzeug in einer Werkzeugmaschine ständig kühlen kann. Eine Düsensteuereinrichtung 10 für eine Werkzeugmaschine umfasst: ein Werkzeug 12, das in einer Spindel 18 der Werkzeugmaschine gegriffen wird; eine Düse 14, deren Winkel und/oder Position in Bezug auf das Werkzeug 12 geändert werden können und die ein Fluid zu dem Werkzeug 12 ausstößt; eine Düsenantriebseinheit, die den Winkel und/oder die Position der Düse 14 antreibt; eine Kontakterfassungseinheit, die einen Kontakt zwischen dem Werkzeug 12 und einem Werkstück erfasst; und eine Steuereinheit, die die Düsenantriebseinheit steuert. Die Steuereinheit berechnet, wenn die Kontakterfassungseinheit den Kontakt erfasst, basierend auf der Länge des Werkzeugs 12 und einem Hub einer Vorschubachse in der Richtung der Spindel den Winkel und/oder die Position der Düse 14 derart, dass das von der Düse 14 ausgestoßene Fluid auf eine Seitenfläche des Werkzeugs 12 trifft, und steuert die Düsenantriebseinheit basierend auf dem Berechnungsergebnis.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsfeld
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düsensteuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine.
Stand der Technik
Es ist eine Vorrichtung bekannt, die bei einer Bearbeitung durch eine Werkzeugmaschine ein in dem Bearbeitungsprozess erhitztes Werkzeug kühlt. Das Werkzeug wird gekühlt, wodurch eine durch Wärme verursachte Expansion und Degradierung des Werkzeugs verhindert werden, sodass eine stabile Bearbeitung durchgeführt werden kann.
Als ein Gerät, das ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine effektiv kühlt, ist eine Vorrichtung bekannt, die ein Fluid wie etwa ein Kühlmittel zu der Spitze des Werkzeugs ausstößt (Patentdokument 1). In dieser Konfiguration wird das Kühlmittel zu dem Werkzeug von einer Düse zugeführt, die an einer Peripherie des Werkzeugs angebracht ist. Um das Kühlmittel zu der Spitze des Werkzeugs zuzuführen, ist eine Düsensteuereinrichtung vorgesehen, die die Spitze der Düse zu der Spitze des Werkzeugs richtet.
Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. H08-25171
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn jedoch in der Konfiguration des Patentdokuments 1 etwa während eines Bohrens die Spitze des Werkzeugs in das Innere eines Werkstücks eindringt, wird das Kühlmittel nicht zu der Spitze des Werkzeugs ausgestoßen. Während also mit anderen Worten das Kühlmittel in der Richtung zu der Spitze des Werkzeugs ausgestoßen wird, wird das Kühlmittel durch das Werkstück blockiert, sodass es das Werkzeug nicht erreicht. Es kann in Abhängigkeit von dem Typ der Verarbeitung nachteilig sein, wenn die Spitze des Werkzeugs nicht gekühlt wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Düsensteuereinrichtung vorzusehen, die ein Werkzeug in einer Werkzeugmaschine ständig kühlen kann.

(1) Eine Düsensteuereinrichtung (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Düsensteuereinrichtung 10) für eine Werkzeugmaschine (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Werkzeugmaschine 60) gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Werkzeug (zum Beispiel das weiter unten beschriebene Werkzeug 12), das in einer Spindel (zum Beispiel der weiter unten beschriebenen Spindel 18) der Werkzeugmaschine gegriffen wird; eine Düse (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Düse 14), deren Winkel und/oder Position in Bezug auf das Werkzeug geändert werden kann und die ein Fluid zu dem Werkzeug ausstößt; eine Düsenantriebseinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Düsenantriebseinheit 64, die den Winkel und/oder die Position der Düse antreibt; eine Kontakterfassungseinheit, die einen Kontakt zwischen dem Werkzeug und einem Werkstück (zum Beispiel dem weiter unten beschriebenen Werkstück 30) erfasst; und eine Steuereinheit (zum Beispiel die weiter unten beschriebene Steuereinheit 66), die die Düsenantriebseinheit steuert, wobei die Steuereinheit, wenn die Kontakterfassungseinheit den Kontakt erfasst, basierend auf der Länge des Werkzeugs und dem Hub der Vorschubachse in der Richtung der Spindel den Winkel und/oder die Position der Düse derart berechnet, dass das von der Düse ausgestoßene Fluid die Seitenfläche des Werkzeugs trifft, und die Düsenantriebseinheit basierend auf dem Berechnungsergebnis steuert.
(2) Vorzugsweise erfasst in der Düsensteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß (1) die Kontakterfassungseinheit den Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück basierend auf der Last der Spindel und/oder der Vorschubachse oder dem Ergebnis einer dreidimensionalen Bearbeitungssimulation und speichert die Steuereinheit, als die Oberflächenkoordinate des Werkstücks, eine Koordinate in der Richtung der Spindel, wenn der Kontakt erfasst wird, und treibt die Düsenantriebseinheit, basierend auf der Oberflächenkoordinate, den Winkel und/oder die Position der Düse derart an, dass die Ausstoßöffnung der Düse zu der Oberflächenkoordinate gerichtet wird.
(3) Vorzugsweise erfasst in der Düsensteuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß (1) die Kontakterfassungseinheit den Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, speichert die Steuereinheit, als eine Oberflächenkoordinate des Werkstücks, eine Koordinate in der Richtung der Spindel, wenn der Kontakt erfasst wird, bestimmt die Steuereinheit, dass das Werkzeug gehoben oder gesenkt wird, wenn der Hub der Vorschubachse in der Richtung der Spindel vergrößert oder verkleinert wird, nachdem der Kontakt erfasst wurde und kein Hub in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Spindel erzeugt wird, und hält die Düsenantriebseinheit die Düse derart, dass die Ausstoßöffnung der Düse zu der Oberflächenkoordinate gerichtet ist.
(4) Vorzugsweise berechnet in der Düsensteuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß (3), wenn die Steuereinheit bestimmt, dass das Werkzeug gehoben oder gesenkt wird, und ein Spitzenteil des Werkzeugs an einer höheren Position als der Oberfläche des Werkstücks positioniert ist, die Steuereinheit den Bereich von Winkeln und/oder den Bereich von Positionen der Düse in der Richtung der Spindel derart, dass das Fluid die Seitenfläche des Werkzeugs trifft, und treibt die Düsenantriebseinheit die Düse in Entsprechung zu dem Bereich von Winkeln und/oder dem Bereich von Positionen an.
(5) Vorzugsweise kompensiert in der Düsensteuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem von (1) bis (4) die Steuereinheit basierend auf dem Durchmesser des Werkzeugs den Winkel und/oder die Position der Düse, der bzw. die berechnet wurde.
(6) Vorzugsweise ist in der Düsensteuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem von (1) bis (5) die Steuereinheit unabhängig von einer Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinrichtung, die ein Bearbeitungsprogramm für die Werkzeugmaschine erzeugt, und/oder einer numerischen Steuereinrichtung (zum Beispiel der weiter unten beschriebenen CNC 62) der Werkzeugmaschine vorgesehen.
(7) Vorzugsweise ist in der Düsensteuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem von (1) bis (6) die Steuereinheit unabhängig von einer Vielzahl der Werkzeugmaschinen vorgesehen und steuert die Düsenantriebseinheiten der Werkzeugmaschinen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Düsensteuereinrichtung vorgesehen werden, die ein Werkzeug in einer Werkzeugmaschine ständig kühlen kann.
Figurenliste

1 ist eine Außenansicht einer Düsensteuereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm der Düsensteuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A ist eine schematische Ansicht eines Düsenspitzenteils und eines Werkzeugs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3B ist eine schematische Ansicht des Düsenspitzenteils und des Werkzeugs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3C ist eine schematische Ansicht des Düsenspitzenteils und des Werkzeugs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A ist eine schematische Ansicht eines Düsenspitzenteils und eines Werkzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4B ist eine schematische Ansicht des Düsenspitzenteils und des Werkzeugs gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4C ist eine schematische Ansicht des Düsenspitzenteils und des Werkzeugs gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A ist eine schematische Ansicht eines Düsenspitzenteils und eines Werkzeugs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5B ist eine schematische Ansicht des Düsenspitzenteils und des Werkzeugs gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5C ist eine schematische Ansicht des Düsenspitzenteils und des Werkzeugs gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Ansicht eines Düsenspitzenteils und eines Werkzeugs gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Düsensteuereinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Düsensteuereinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Düsensteuereinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Außenansicht einer Düsensteuereinrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Düsensteuereinrichtung 10 umfasst eine Steuereinheit, eine Düsenantriebseinheit, ein Werkzeug 12 und eine Düse 14, die an einem Umfang des Werkzeugs 12 angebracht ist. Alle diese Komponenten werden nachfolgend näher beschrieben.
Das Werkzeug 12 wird in einem Werkzeughalter 16 gegriffen. Der Werkzeughalter 16 ist über eine Spindel 18 an einem Spindelkopf 20 fixiert. Es wird hier angenommen, dass die Richtung der Spindel eine Z-Achse ist und dass der Z-Achse-Koordinatenwert der Ausgangsposition des Spindelkopfs 20 gleich null ist. Der Spindelkopf 20 wird ausgeführt, wenn die Vorschubachse bewegt wird. Insbesondere wird das an dem Spindelkopf 20 fixierte Werkzeug 12 nach unten in Entsprechung zu dem Hub der Vorschubachse geführt. Wenn der Spindelkopf 20 ausgeführt wird und das Werkzeug 12 nach unten geführt wird, wird der Koordinatenwert in der Z-Achse reduziert. Der Koordinatenwert in der Richtung der Z-Achse wird erhöht oder vermindert in Entsprechung zu dem Hub der Vorschubachse. Ein Werkstück (nicht gezeigt) wird unterhalb des Werkzeugspitzenteils 13 des Werkstücks 12 platziert.
Die Düse 14 stößt ein Fluid zu dem Werkzeug 12 aus. Die Düse 14 ist über einen Düsenbasisteil 22 an einem Düsenhalteteil 24 befestigt. In der Düse 14 kann der Winkel in Bezug auf das Werkzeug 12 geändert werden. Die Düse 14 wird durch die Düsenantriebseinheit wie weiter unten beschrieben geschwenkt, wobei das Düsenbefestigungsende 26 des Düsenbasisteils 22 als ein Schwenkpunkt dient. Wenn die Düse 14 geschwenkt wird, wird die Ausstoßöffnung der Düse 14 derart bewegt, dass sie einen Bogen um das Düsenbefestigungsende 26 zeichnet. Die Richtung der Ausstoßöffnung der Düse 14 wird durch einen Richtwinkel α bestimmt. Der Richtwinkel α ist ein Winkel, der durch die horizontale Fläche des Düsenhalteteils 24 und die Fläche der Düse 14 in der Längsrichtung gebildet wird. Der Richtwinkel α wird durch die Steuereinheit wie weiter unten beschrieben bestimmt.
Der Düsenhalteteil 24 ist einstückig mit dem Spindelkopf 20 ausgebildet. Die Position des Düsenbefestigungsendes 26 der Düse 14 ist relativ zu dem Düsenhalteteil 24 fixiert. Mit anderen Worten sind die Z-Achse-Koordinaten des Spindelkopfs 20 und des Düsenbefestigungsendes 26 verknüpft.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm der Düsensteuereinrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Steuereinheit 66 ist unabhängig von einer CNC (numerischen Steuereinrichtung) 62 vorgesehen. Die CNC 62 sendet Informationen zu dem Hub der Vorschubachse in der Richtung der Z-Achse zu der Steuereinheit 66. Die Steuereinheit 66 berechnet den Richtwinkel basierend auf Informationen zu dem Hub und der Länge des Werkzeugs, die als Versatzdaten gespeichert sind.
Wie weiter unten im Detail beschrieben, ist der Richtwinkel ein Winkel, mit dem ein Kühlmittel zu der Seitenfläche oder der Spitze des Werkzeugs 12 ausgestoßen wird (siehe 1). Die Steuereinheit 66 sendet einen Befehl in Entsprechung zu dem Richtwinkel zu der Düsenantriebseinheit 64. Die Düsenantriebseinheit 64 treibt die Düse 14 gemäß dem Befehl an, um den Richtwinkel zu kompensieren.
3 ist eine schematische Ansicht eines Düsenspitzenteils 28 und des Werkzeugs 12 in der ersten Ausführungsform. In der ersten Ausführungsform wird ein Kontakt zwischen dem Werkzeugspitzenteil 13 und dem Werkstück 30 erfasst. Der Richtwinkel wird in Entsprechung dazu kompensiert, ob ein Kontakt hergestellt wird oder nicht.
3A zeigt einen Zustand vor dem Beginn einer Bearbeitung. Vor dem Beginn einer Bearbeitung erreicht der Werkzeugspitzenteil 13 das Werkstück 30 nicht. Die Ausstoßöffnung des Düsenspitzenteils 28 ist zu dem Werkzeugspitzenteil 13 gerichtet. Dabei ist der Richtwinkel gleich β. Ein Pfeil gibt die Richtung an, in welcher das Kühlmittel von der Ausstoßöffnung des Düsenspitzenteils 28 ausgestoßen wird.
3B zeigt einen Zustand, in dem die Bearbeitung gestartet wird. Wenn die Bearbeitung gestartet wird, erreicht der Werkzeugspitzenteil 13 das Werkstück 30. Die Steuereinheit 66 (siehe 2) speichert eine Z-Achse-Koordinate, wenn der Kontakt erfasst wird, als die Oberflächenkoordinate des Werkstücks 30 in Entsprechung zu der Länge des Werkzeugs 12 und dem Hub der Vorschubachse in der Richtung der Z-Achse. Die Kontakterfassung wird basierend auf der Last eines Motors für die Spindel und/oder die Vorschubachse oder auf dem Ergebnis einer dreidimensionalen Bearbeitungssimulation durchgeführt. Die dreidimensionale Bearbeitungssimulation wird zum Beispiel in dem CNC 62 durchgeführt (siehe 2).
3C zeigt einen Zustand, in dem die Bearbeitung durchgeführt wird. Während der Bearbeitung tritt der Werkzeugspitzenteil 13 in das Innere des Werkzeugs 30 ein. Wenn dabei die Ausstoßöffnung des Werkzeugspitzenteils 28 bei einem Richtwinkel β gehalten wird, sodass die Ausstoßöffnung zu dem Werkzeugspitzenteil 13 gerichtet ist, wird das Kühlmittel nicht zu dem Werkzeugspitzenteil 13, sondern zu dem Werkstück 30 gerichtet (siehe die Strichlinien).
Deshalb berechnet die Steuereinheit 66 (siehe 2) basierend auf der gespeicherten Oberflächenkoordinate einen kompensierten Wert β' derart, dass die Ausstoßöffnung des Düsenspitzenteils 28 zu der Seitenfläche des Werkzeugs 12 in der Richtung der Z-Achse gerichtet ist. Die Düsenantriebseinheit 64 kompensiert den Winkel des Düsenspitzenteils 28 gemäß dem berechneten Kompensationswinkel β'. Zum Beispiel kann der Kompensationswinkel β' wie in der Figur gezeigt ein derartiger Winkel sein, dass das Kühlmittel zu der Oberflächenkoordinate ausgestoßen wird.
Wenn wie weiter oben beschrieben in der ersten Ausführungsform der Kontakt erfasst wird, wird der Richtwinkel kompensiert, sodass auch dann, wenn die Bearbeitung durchgeführt wird, das Kühlmittel zu der Seitenfläche des Werkzeugs 12 ausgestoßen wird. Das zu der Seitenfläche ausgestoßene Kühlmittel erreicht den Werkzeugspitzenteil 13 entlang der Seitenfläche. Auf diese Weise kann das Werkzeug 12 ständig gekühlt werden. Weil das Kühlmittel ohne Verlust zu dem Werkzeug 12 ausgestoßen wird, wird die Menge des verwendeten Kühlmittels reduziert. Weiterhin werden die Lebensdauer des Werkzeugs und die Qualität der bearbeiteten Fläche verbessert.
4 ist eine schematische Ansicht eines Düsenspitzenteils 28 und eines Werkzeugs 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform wird über die erste Ausführungsform hinausgehend die Hebe-/Senkoperation des Werkzeugs 12 bestimmt. Der Richtwinkel wird in Entsprechung dazu kompensiert, ob die Hebe-/Senkoperation durchgeführt wird oder nicht.
4A zeigt einen Zustand, in dem die Bearbeitung durchgeführt wird. Eine Operation während der Bearbeitung erfolgt wie oben mit Bezug auf 1C beschrieben. Dabei wird angenommen, dass die Ausstoßöffnung des Düsenspitzenteils 28 zu der Oberflächenkoordinate des Werkstücks 30 gerichtet ist. Dabei ist der Richtwinkel gleich γ. Das Kühlmittel wird zu der Seitenfläche des Werkzeugs 12 ausgestoßen.
4B zeigt einen Zustand, in dem das Werkzeug 12 nach Abschluss der Bearbeitung gehoben wird. Wenn der Hub einer Vorschubachse in der Richtung der Z-Achse erhöht oder vermindert wird, nachdem der Kontakt erfasst wurde, erfasst die Steuereinheit 66 (siehe 2), dass das Werkzeug 12 gehoben wird, nachdem ein Bodenteil 42 eines Bohrlochs 40 erreicht wurde. Wenn dann die Steuereinheit 66 basierend auf der gespeicherten Oberflächenkoordinate bestimmt, dass der Werkzeugspitzenteil 13 von der Oberfläche des Werkstücks 30 gehoben wird, sendet die Steuereinheit 66 einen Befehl zum Kompensieren des Richtwinkels zu β, sodass die Ausstoßöffnung des Düsenspitzenteils 28 zu dem Werkzeugspitzenteil 13 gerichtet wird. Wenn die Düsenantriebseinheit 64, die den Befehl empfängt, die Düseneinheit derart antreibt, dass der Richtwinkel von γ zu β geändert wird, wird das Kühlmittel zu dem Werkzeugspitzenteil 13 ausgestoßen.
4C zeigt einen Zustand, in dem das Werkzeug 12 erneut in das gleiche Bohrloch 40 eintritt. Wenn der Hub der Vorschubachse in der Richtung der Z-Achse erhöht oder vermindert wird, nachdem der Kontakt erfasst wurde, und kein Hub in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Z-Achse erzeugt wird, bestimmt die Steuereinheit 66 (siehe 2), dass das Werkzeug 12 gehoben oder gesenkt wird. Dabei wird die Düsenantriebseinheit 64 (siehe 2) bei einem derartigen Richtwinkel gehalten, dass die Ausstoßöffnung des Düsenspitzenteils 28 zu der Oberflächenkoordinate gerichtet wird. Ein in der Figur gezeigter Richtwinkel γ' zeigt einen Durchgangspunkt während des Senkens des Werkzeugs 12. Auf diese Weise wird das Kühlmittel zu der Seitenfläche des Werkzeugs 12 gerichtet.
Wie weiter oben beschrieben, wird in der zweiten Ausführungsform über den Effekt der ersten Ausführungsform hinausgehend auch dann, wenn das Werkzeug 12 gehoben und gesenkt wird und zum Beispiel Späne entfernt werden, das Werkzeug 12 ständig gekühlt.
5 ist eine schematische Ansicht eines Düsenspitzenteils 28 und eines Werkzeugs 12 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform dadurch, dass das Werkzeug 12 durch das Schwenken des Düsenspitzenteils 28 gewaschen wird.
Die Operation von 5A und 5B ist gleich derjenigen von 4A und 4B. 5C ist ein schematisches Diagramm, das die Operation des Waschens zeigt. Die Waschoperation wird durchgeführt, wenn die Steuereinheit 66 (siehe 2) bestimmt, dass das Werkzeug 12 gehoben oder gesenkt wird und der Werkzeugspitzenteil 13 höher als die Oberfläche des Werkstücks 30 positioniert ist. Die Steuereinheit 66 berechnet einen Bereich von Winkeln des Schwenkens. Der Bereich von Winkeln kann gemäß der Länge des Werkzeugs 12 bestimmt werden. Dabei liegt der Bereich von Winkeln zwischen β und δ. Die Düsenantriebseinheit 64 treibt den Düsenspitzenteil 28 schwenkend derart an, dass der Richtwinkel zwischen β und δ liegt. Auf diese Weise werden an dem Werkzeug 12 haftende Späne entfernt.
Wie in der dritten Ausführungsform beschrieben, werden die an dem Werkzeug 12 haftenden Späne entfernt. Auf diese Weise wird über den Effekt der zweiten Ausführungsform hinausgehend ein Effekt zum konstanten Aufrechterhalten der Bearbeitungsgenauigkeit erhalten.
6 ist eine schematische Ansicht eines Düsenspitzenteils und eines Werkzeugs in einer vierten Ausführungsform. 6 ist ein Diagramm, das eine sogenannte helixförmige Bearbeitung zeigt. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von den ersten bis dritten Ausführungsformen dadurch, dass ein Werkzeug 32 anstelle des Werkzeugs 12 verwendet wird.
Das Werkzeug 32 ist zum Beispiel ein Werkzeug, das als eine Schaftfräse bezeichnet wird und eine flache Spitze aufweist. Das Werkzeug 32 tritt in das Werkstück 30 in der Richtung der Z-Achse ein, während es auf einer X-Y-Ebene orthogonal zu der Z-Achse gedreht wird. Während eine Spitzenfläche 34 die Oberfläche des Werkstücks 30 schneidet, schneidet die Seitenfläche 36 des Werkzeugs 32 das Innere des Werkstücks 30, wodurch ein Bohrloch 50 ausgebildet wird.
Der Düsenspitzenteil 28 folgt der Bewegung des Werkzeugs 32. In der vierten Ausführungsform ersetzt die Steuereinheit 66 in den ersten bis dritten Ausführungsformen die Z-Achse-Koordinate der Spitzenfläche 34 des Werkzeugs 32 durch die Z-Achse-Koordinate des Werkzeugspitzenteils 13 und berechnet einen Richtwinkel ε. Mit anderen Worten werden wie in den ersten bis dritten Ausführungsformen die Erfassung des Kontakts des Werkzeugs 32, die Bestimmung der Hebe-/Senkoperation und die Waschoperation durchgeführt. Deshalb wird auch in der vierten Ausführungsform vor dem Beginn der Bearbeitung bis zu dem Abschluss der Bearbeitung das Kühlmittel zu der Spitzenfläche 34 oder zu der Seitenfläche 36 des Werkzeugs 32 ausgestoßen, sodass das Werkzeug 32 ständig gekühlt wird.
7 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Düsensteuereinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform. Eine Steuereinheit 66 (siehe 2) ist in der CNC 62 einer Werkzeugmaschine integriert. Die CNC 62 steuert den Hub einer Vorschubachse in der Richtung der Z-Achse. Die CNC 62 bestimmt einen Richtwinkel basierend auf dem Hub in der Richtung der Z-Achse und auf Informationen zu der Länge eines Werkzeugs 12 (siehe 1), die als Versatzdaten gespeichert sind, und sendet einen Befehl in Entsprechung zu dem Richtwinkel an eine Düsenantriebseinheit 64. Die Düsenantriebseinheit 64, die den Befehl empfängt, treibt die Düse 14 an, um den Richtwinkel zu kompensieren. In der fünften Ausführungsform wird das Ergebnis einer in der CNC 62 durchgeführten dreidimensionalen Bearbeitungssimulation auf die Erfassung des Kontakts angewendet.
8 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Düsensteuereinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform. In der sechsten Ausführungsform sind eine CNC (numerische Steuereinrichtung) 62 und/oder eine Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinrichtung (nicht gezeigt), die ein Bearbeitungsprogram für eine Werkzeugmaschine erzeugt, unabhängig von der Steuereinheit 66. Die Steuereinheit 66 erhält die Länge eines Werkzeugs 12 (siehe 1), die als Versatzdaten gespeichert ist, und den Hub einer Vorschubachse in der Richtung der Z-Achse von einem Positionssensor 68, der mit einem Servomotor oder ähnlichem an der Vorschubachse ausgebildet ist. Die Steuereinheit 66 bestimmt einen Richtwinkel basierend auf dem Hub und sendet einen Befehl basierend auf dem Richtwinkel zu einer Düsenantriebseinheit 64. Die Düsenantriebseinheit 64 kompensiert den Richtwinkel gemäß dem Befehl. In dieser Konfiguration kann die Düsensteuereinrichtung später zu einer Werkzeugmaschine 60, die die bestehende CNC 62 enthält, hinzugefügt werden.
9 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Düsensteuereinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform. In der siebten Ausführungsform ist eine Steuereinheit 66 unabhängig von verschiedenen Werkzeugmaschinen 60 vorgesehen. Die Steuereinheit 66 erhält den Hub einer Vorschubachse in der Richtung der Z-Achse von Positionssensoren 68, die in dem verschiedenen Werkzeugmaschinen 60 vorgesehen sind. Die Steuereinheit 66 sendet an die Düsenantriebseinheiten 64 der verschiedenen Werkzeugmaschinen 60 Befehle gemäß Richtwinkeln, die basierend auf den Hüben und den Längen von Werkzeugen in den verschiedenen Werkzeugmaschinen 60 bestimmt werden. Die Düsenantriebseinheiten 64 kompensieren die Richtwinkel gemäß den Befehlen.
Wie oben beschrieben, können in der siebten Ausführungsform durch die eine Steuereinheit 66 die Richtwinkel einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen 60 gesteuert werden. Auf diese Weise wird die Anzahl von Steuereinheiten 66 reduziert, wodurch die Herstellungskosten der Werkzeugmaschinen 60 reduziert werden können.
Die oben beschriebene Erfassung des Kontakts kann basierend auf einer Variation im Schalldruck in Nachbarschaft zu der Spindel oder auf Vibrationen in der Werkzeugmaschine 60 durchgeführt werden. In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Richtwinkel unter der Annahme bestimmt, dass der Durchmesser des Werkzeugs idealerweise gleich null ist, wobei in diesem Fall das Kühlmittel zu einer Position ausgestoßen wird, die höher als eine unter Berücksichtigung des tatsächlichen Durchmessers erhaltene Position ist. Um den Richtwinkel genauer zu bestimmen, kann die Steuereinheit 66 weiterhin die Informationen zu dem Durchmesser des Werkzeugs 12 verwenden (siehe 1).
In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind der Spindelkopf 20 und der Düsenhalteteil 24 von 1 einstückig ausgebildet, wobei die relativen Positionen des Spindelkopfs 20 und des Düsenhalteteils 24 jedoch nicht fixiert zu sein brauchen. Mit anderen Worten müssen das Werkzeug 12 und die Düse 14 nicht koordiniert gehoben und gesenkt werden. In diesem Fall sind die Z-Achse-Koordinate des Spindelkopfs 20 und die Z-Achse-Koordinate des Düsenbefestigungsendes 26 nicht verknüpft. Deshalb bestimmt die Steuereinheit 66 (siehe 2) den Richtwinkel und die Position auf der Z-Achse oder den Bereich von Positionen des Düsenspitzenteils 28 basierend auf der Länge des Werkzeugs und dem Hub der Vorschubachse in der Richtung der Z-Achse.
Bezugszeichenliste

10: Düsensteuereinrichtung
12: Werkzeug
14: Düse
18: Spindel
64: Düsenantriebseinheit
66: Steuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H0825171 [0004]

Claims

Düsensteuereinrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine (60), umfassend: ein Werkzeug (12), das in einer Spindel (18) der Werkzeugmaschine (60) gegriffen wird, eine Düse (14), deren Winkel und/oder Position in Bezug auf das Werkzeug (12) geändert werden kann und die ein Fluid zu dem Werkzeug (12) ausstößt, eine Düsenantriebseinheit (64), die den Winkel und/oder die Position der Düse (14) antreibt, eine Kontakterfassungseinheit, die einen Kontakt zwischen dem Werkzeug (12) und einem Werkstück (30) erfasst, und eine Steuereinheit (66), die die Düsenantriebseinheit (64) steuert, wobei die Steuereinheit (66), wenn die Erfassungseinheit den Kontakt erfasst, basierend auf der Länge des Werkzeugs (12) und dem Hub der Vorschubachse in der Richtung der Spindel (18) den Winkel und/oder die Position der Düse (14) derart berechnet, dass das von der Düse (14) ausgestoßene Fluid die Seitenfläche des Werkzeugs (12) trifft, und die Düsenantriebseinheit (64) basierend auf dem Berechnungsergebnis steuert.
Düsensteuereinrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine (60) nach Anspruch 1, wobei die Kontakterfassungseinheit den Kontakt zwischen dem Werkzeug (12) und dem Werkstück (30) basierend auf der Last der Spindel (18) und/oder der Vorschubachse oder dem Ergebnis einer dreidimensionalen Bearbeitungssimulation erfasst, wobei die Steuereinheit (66), als die Oberflächenkoordinate des Werkstücks (30), eine Koordinate in der Richtung der Spindel (18) speichert, wenn der Kontakt erfasst wird, und wobei die Düsenantriebseinheit (64), basierend auf der Oberflächenkoordinate, den Winkel und/oder die Position der Düse (14) derart antreibt, dass eine Ausstoßöffnung der Düse (14) zu der Oberflächenkoordinate gerichtet wird.
Düsensteuereinrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine (60) nach Anspruch 1, wobei die Kontakterfassungseinheit den Kontakt zwischen dem Werkzeug (12) und dem Werkstück (30) erfasst, wobei die Steuereinheit (66), als eine Oberflächenkoordinate des Werkstücks (30), eine Koordinate in der Richtung der Spindel (18) speichert, wenn der Kontakt erfasst wird, wobei die Steuereinheit (66) bestimmt, dass das Werkzeug (12) gehoben oder gesenkt wird, wenn der Hub der Vorschubachse in der Richtung der Spindel (18) vergrößert oder verkleinert wird, nachdem der Kontakt erfasst wurde und kein Hub in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Spindel (18) erzeugt wird, und die Düsenantriebseinheit (64) die Düse (14) derart hält, dass eine Ausstoßöffnung der Düse (14) zu der Oberflächenkoordinate gerichtet ist.
Düsensteuereinrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine (60) nach Anspruch 3, wobei, wenn die Steuereinheit (66) bestimmt, dass das Werkzeug (12) gehoben oder gesenkt wird, und ein Spitzenteil des Werkzeugs (12) an einer höheren Position als der Oberfläche des Werkstücks (30) positioniert ist, die Steuereinheit (66) einen Bereich von Winkeln und/oder einen Bereich von Positionen der Düse (14) in der Richtung der Spindel (18) derart berechnet, dass das Fluid die Seitenfläche des Werkzeugs (12) trifft, und die Düsenantriebseinheit (64) die Düse (14) in Entsprechung zu dem Bereich von Winkeln und/oder dem Bereich von Positionen antreibt.
Düsensteuereinrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinheit (66), basierend auf dem Durchmesser des Werkzeugs (12) den Winkel und/oder die Position der Düse, der bzw. die berechnet wurde, kompensiert.
Düsensteuereinrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit (66) unabhängig von einer Bearbeitungsprogramm-Erzeugungseinrichtung, die ein Bearbeitungsprogramm für die Werkzeugmaschine (60) erzeugt, und/oder einer numerischen Steuereinrichtung (62) der Werkzeugmaschine (60) vorgesehen ist.
Düsensteuereinrichtung (10) für eine Werkzeugmaschine (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit (66) unabhängig von einer Vielzahl der Werkzeugmaschinen (60) vorgesehen ist und die Düsenantriebseinheiten der Werkzeugmaschinen (60) steuert.