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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung für eine Werkzeugmaschine zum Gewindeschneiden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Steuerung für eine Werkzeugmaschine, mit der Späne, die beim Gewindeschneiden anfallen, effizient zerkleinert werden können.
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Verwandte Technik
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Das Gewindeschneiden wurde in verschiedenen Verfahren durchgeführt. In vielen Fällen wurde zum Gewindeschneiden eine Werkzeugmaschine mit mehreren Achsen eingesetzt, beispielsweise durch koordinierte Bewegung der mehreren Achsen. Ein solches Gewindeschneiden wird durch Dreh- und Fräsbearbeitung auf einer Oberfläche eines kreisförmigen zylindrischen Werkstücks in ein Spiralmuster realisiert. Diese Dreh- und Fräsbearbeitung wird auf der Oberfläche des kreisförmigen zylindrischen Werkstücks wiederholt. Auf diese Weise wird schließlich eine Gewindenut 10 mit ausreichender Tiefe gebildet, wie in 4 dargestellt, um die Bearbeitung einer Schraube 12 als Ganzes abzuschließen.
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5 zeigt, wie die Dreh- und Fräsbearbeitung durchgeführt wird. Wie in 5 durch P dargestellt, wird die Gewindenut 10 durch mehrfaches Schneiden mit einem Schneidwerkzeug 16 entlang einer vorgegebenen Bahn 10a (Position der Gewindenut 10) auf dem Werkstück 14 in ein Werkstück 14 geschnitten. 5 zeigt einen Zustand unmittelbar nach Beginn des Schneidens, in dem die Gewindenut 10 flach ist. Durch mehrfaches Wiederholen des Schneidens wird die Gewindenut 10 in eine große Tiefe geformt (siehe 4), um die Ausbildung der Schraube 12 als Fertigteil abzuschließen. Wie in 5 dargestellt, existiert der Pfad 10a auch auf der Rückseite des Werkstücks 14. Der Pfad 10a auf der Rückseite ist zum besseren Verständnis durch gestrichelte Linien gekennzeichnet. In 5 ist der Pfad 10a für die Art des Pfades 10a aus Gründen der Bequemlichkeit als die gleiche Linie wie die Gewindenut 10 dargestellt.
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In 5 ist das Werkstück 14 an einer Spindelachse 18 befestigt und dreht sich. Das Werkstück 14 dreht sich in einer Weise, die durch einen kreisförmigen Pfeil C gekennzeichnet ist, der als Pfeil um die Spindelachse 18 gezeichnet ist. Eine rotierende Koordinatenachse, die durch den Pfeil C gekennzeichnet ist, wird als C-Achse bezeichnet. Mit anderen Worten, die C-Achse entspricht den Winkelkoordinaten, die einen Winkel um die Spindelachse anzeigen.
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Das Schneidwerkzeug 16 bewegt sich auf der Oberfläche des rotierenden Werkstücks 14 entlang der Bahn 10a zur Bearbeitung der Gewindenut 10 durch Schneiden. Um dies zu erreichen, muss sich das Schneidwerkzeug 16 entlang einer Z-Achse bewegen (siehe 5), die eine Koordinatenachse ist, die sich in Längsrichtung des Werkstücks 14 erstreckt, synchron mit der Drehung des Werkstücks 14 in Richtung der C-Achse. Ein Pfeil Z zeigt die Richtung einer Z-Koordinatenachse (im Folgenden Z-Achse genannt) an.
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Durch eine solche Bewegung des Schneidwerkzeugs 16 in Richtung Z-Achse wird die Gewindenut 10 mit einem sogenannten Spiralmuster zur Schraube 12 geschnitten. Wenn sich das Schneidwerkzeug 16 schnell in Richtung Z-Achse bewegt, folgt die Gewindenut 10 einem steileren Spiralmuster. Wenn sich das Schneidwerkzeug 16 langsam in Richtung Z-Achse bewegt, folgt die Gewindenut 10 einem sanfteren Spiralmuster.
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Wie vorstehend beschrieben, wird das Schneiden mehrmals durchgeführt. Zunächst wird die Gewindenut 10 in eine geringe Tiefe geformt. Nach mehrfacher Wiederholung des Schneidens wird die Gewindenut 10 in eine größere Tiefe geformt. Genauer gesagt, wird das Schneidwerkzeug 16 so gesteuert, dass sich das Schneidwerkzeug 16 infolge jedes Schneidens allmählich in Richtung einer X-Koordinatenachse (siehe 5) senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks 14 bewegt, um das Werkstück 14 an einer allmählich vertieften Position zu schneiden. Ein Pfeil X zeigt die Richtung der X-Koordinatenachse (im Folgenden X-Achse genannt) an. Als Ergebnis dieser Steuerung ist die in 4 dargestellte Bildung der Schraube 12 endgültig abgeschlossen.
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Bei dem vorgenannten Gewindeschneiden müssen auch die Späne ordnungsgemäß zerkleinert werden. Es wurden verschiedene Reaktionstechniken vorgeschlagen. So offenbart beispielsweise das Patentschriftstück 1 eine Technik in Bezug auf eine Vorrichtung zum Gewindeschneiden mittels eines mehrfach durchgeführten Zuführprozesses. Nach dieser Technik wird die Bewegung einer Antriebsachse mit einer Vibration überlagert, um verschiedene Oszillationsphasenverschiebungsbeträge zwischen den Zuführprozessen zu bestimmen. Das Patentdokument 1 besagt, dass diese Vorrichtung die Fragmentierung von Spänen mit Vibration ermöglicht, indem sie eine Vibrationsphase in jedem Zuführprozess richtig einstellt.
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Das Patentschriftstück 2 offenbart eine Vorrichtung mit Mitteln zum Verursachen von hin- und hergehenden Vibrationen in einer radialen Richtung eines Werkstücks und Vibrationseinstellmitteln, die ein Vibrationsmuster für jeden Zuführprozess mit den hin- und hergehenden Vibrationen so einstellen, dass ein bereits durch einen anderen Zuführprozess geschnittenes Teil teilweise in einem durch einen vorbestimmten Zuführprozess zu bearbeitenden Teil vorhanden ist. In Patentschrift 2 heißt es, dass bei einer solchen Oszillation in radialer Richtung die beim Schneiden auftretenden Späne fragmentiert werden.
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Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr.
JP 5 851 670 B1 .
Patentdokument *: PCT Internationale Veröffentlichung Nr.
WO 2016/ 056 526 A1 .
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Die
DE 10 2015 001 509 A1 offenbart eine numerische Steuerung, die dazu ausgebildet ist, ein Werkzeug synchron mit der Rotation eines Werkstücks zu bewegen und dadurch eine Werkzeugmaschine zu steuern, die dazu ausgebildet ist, ein Gewindeschneiden durchzuführen, und umfasst eine Zerspanungsbetragsänderungs-Einstelleinheit zum Voreinstellen der Größe einer Änderung eines Zerspanungsbetrags während des Gewindeschneidens. Die Zerspanungsbetragsänderungs-Einstelleinheit ändert den Zerspanungsbetrag periodisch während des Gewindeschneidens basierend auf einer voreingestellten Änderung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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6 zeigt das Gewindeschneiden, das konventionell unter Anwendung der Oszillation in radialer Richtung durchgeführt wird. 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs A an einem Spitzenabschnitt des Schneidwerkzeugs 16 von 5. In 6 ist die C-Achse eine Koordinatenachse, die sich in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Zeichnung erstreckt. Die X-Achse und die Z-Achse erstrecken sich in ihre Richtungen, ähnlich denen von 5. Wie in 6 dargestellt, führt das Schneidwerkzeug 16 eine Hin- und Herbewegung entlang der X-Achse als Reaktion auf einen Geschwindigkeitsbefehl für die X-Achse aus. Diese Bewegung ist eine Oszillation in radialer Richtung und eine Richtung 19 dieser Oszillation ist in 6 dargestellt.
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Wie vorstehend beschrieben, wird beim Gewindeschneiden das Werkstück 14 mit dem Schneidwerkzeug 16 mehrfach geschnitten, um eine Gewindenut allmählich tiefer zu machen. So zeigt beispielsweise 6 einen Pfad 20 des Schneidwerkzeugs 16 bei der Bearbeitung durch Schneiden auf einem ersten Pfad. Das in diesem Beispiel verwendete Schneidwerkzeug 16 hat eine Spitzenform, wie beispielsweise eine V-förmige Klinge, so dass das Schneidwerkzeug 16 dem Pfad 20 mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt folgt (siehe 6). Wie in 6 dargestellt, befindet sich ein nachfolgender Pfad 22 auf einem zweiten Pfad in einer größeren Tiefe in Richtung der X-Achse. Auf diese Weise geht die spanende Bearbeitung für jeden Pfad tiefer, um die Gewindenut 10 zu bilden.
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Die Oszillation 19 in X-Achsrichtung wird durch Zuführung und Ausschnitt erzeugt. Der Vorschub bedeutet Oszillation in einer Richtung, in der sich das Schneidwerkzeug 16 dem Werkstück 14 nähert. Das Ausschneiden bedeutet Oszillation in einer Richtung, in der das Schneidwerkzeug 16 von dem Werkstück 14 wegkommt. Insbesondere wird die Gewindenut 10 durch den Zuschnitt in eine vorgegebene Tiefe geschnitten.
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7 zeigt eine Ansicht aus der Richtung eines Pfeils D von 6. Die C-Achse ist eine rotierende Koordinatenachse, so dass sie genau eine Koordinatenachse sein sollte, die sich in einem bogenförmigen Muster erstreckt. In einem engen Bereich, wie in 6, kann die C-Achse dagegen auf im Wesentlichen lineare Koordinaten angenähert werden, wie in 7 dargestellt. Wie in 7 dargestellt, wird nach der konventionellen Technik, wenn sich das Schneidwerkzeug 16 in einer Bearbeitungsrichtung (C-Achsrichtung) bewegt, wie vorstehend beschrieben, eine oszillierende Bewegung in der X-Achsrichtung (radiale Richtung des Werkstücks 14) ausgeführt. Während die Bearbeitung durch Schneiden weitergeht, bewegt sich ein Pfad des Schneidwerkzeugs 16 in eine tiefere Position des Werkstücks 14. Dadurch wird der Pfad 22 auf dem zweiten Pfad an einer tieferen Position als der Pfad 20 auf dem ersten Pfad lokalisiert. Hier wird die Nähe zum Mittelpunkt einer Spindelachse, dem Drehpunkt des Werkstücks 14, als „tiefer“ auf der X-Achse ausgedrückt. Weiter vom Zentrum des Werkstücks 14 und näher an der Oberfläche des Werkstücks 14 entfernt zu sein, wird als „flacher“ auf der X-Achse ausgedrückt. In diesem Fall wird bezüglich des Pfades 22 auf dem zweiten Pfad eine Oszillationsphase so eingestellt, dass ein bereits durch einen anderen Zuführprozess geschnittenes Teil (Bearbeitung durch Schneiden entlang des ersten Pfades) teilweise in einem im Zuführprozess zu bearbeitenden Teil entlang dieses Pfades 22 (zweiter Pfad) vorhanden ist. Wie in 7 dargestellt, wird in diesen Teilen ein Leerlauf J erzeugt, um die Zerkleinerung von Spänen zu ermöglichen.
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8 zeigt eine Ansicht aus einem Pfeil E von 7. Wie in 7 wird die C-Achse an im Wesentlichen lineare Koordinaten angenähert. In 8 wird der Pfad 20 auf dem ersten Pfad durch zwei Grate ausgedrückt, die durch eine Messerbreite K1 des Schneidwerkzeugs 16 getrennt sind und ein sogenanntes Schnittpunkt aufweisen. Wie vorstehend beschrieben, wird die Oszillation in Richtung der X-Achse angewendet, so dass die Bahn 20 eine schwingende Form aufweist, wie im Falle von 7, etc. Der Pfad 22 auf dem zweiten Pfad wird durch zwei Grate ausgedrückt, die durch eine Messerbreite K2 des Schneidwerkzeugs 16 getrennt sind. Die Klingenbreite K2 ist größer als die Klingenbreite K1, da die Bearbeitung durch Schneiden entlang dem zweiten Pfad an einer tieferen Position erfolgt. Die Oszillation wird auch in X-Achsenrichtung auf die Bahn 22 auf dem zweiten Pfad angewendet, so dass die Bahn 22 auch eine schwingende Form aufweist, wie im Falle von 7, etc.
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Wie vorstehend beschrieben, ist bezüglich des Pfades 22 auf dem zweiten Pfad eine Oszillationsphase so eingestellt, dass ein bereits durch einen anderen Zuführprozess geschnittenes Teil (Bearbeitung durch Schneiden entlang des ersten Pfades) teilweise in einem durch den Zuführprozess zu bearbeitenden Teil entlang dieses Pfades 22 (zweiter Pfad) vorhanden ist. Dies führt zur Erzeugung des Leerlaufs J in diesen Teilen, wie in 8 dargestellt, um die Zerkleinerung von Spänen zu ermöglichen. 8 zeigt einen Bearbeitungspfad 24, gefolgt vom Schneidwerkzeug 16. Von der Oberfläche des Werkstücks 14 aus gesehen (aus der Richtung der X-Achse) folgen eine erste Bahn und eine zweite Bahn der Bearbeitungsbahn 24 ähnlichen Linien. Denn ein Bearbeitungspfad auf dem ersten Pfad und ein Bearbeitungspfad auf dem zweiten Pfad unterscheiden sich nur in der Tiefe (Position in X-Achsrichtung) und sind in der Position auf der Z-Achse und in der Position auf der C-Achse ähnlich.
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Nach der vorgenannten konventionellen Technik, beim Gewindeschneiden nur in radialer Richtung zu oszillieren, wird das Zerkleinern von Spänen jedoch nach einem Bearbeitungsverfahren schwierig. Das vorstehende Beispiel, das unter Bezugnahme auf die Bilder 6 bis 8 beschrieben ist, wendet ein Gewindeschneidverfahren mittels radialer Zuführung (rechtwinklige Zuführung) an. Bei einem Bearbeitungsverfahren mittels Flankenzuführung (Einkantenzuführung) wird es dagegen in einigen Fällen schwierig, Späne durch Aufbringen von Oszillationen nur in radialer Richtung zu zerkleinern. Der Grund dafür wird im Folgenden anhand der bis beschrieben.
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9 zeigt ein Beispiel als Ersatz für 6, das sich aus der Anwendung der Bewegung in der in 6 beschriebenen radialen Zuführung auf die Flankenzuführung ergibt. Das Beispiel von 9 unterscheidet sich von dem von 6 dadurch, dass der Pfad 20 auf dem ersten Pfad der spanabhebenden Bearbeitung und der Pfad 22 auf dem zweiten Pfad der spanabhebenden Bearbeitung gemäß 9 in Richtung Z-Achse verschoben sind. Genauer gesagt, unterscheiden sich je nach Flankenzuführung ein Bearbeitungspfad auf einem ersten Pfad und ein Bearbeitungspfad auf einem zweiten Pfad nicht nur im Wert in X-Achsrichtung (nämlich Tiefe), sondern auch im Wert in Z-Achsrichtung. In diesem Zusammenhang wird nach der vorgenannten konventionellen Technik die Oszillation nur in der radialen Richtung des Werkstücks 14 (nämlich der X-Achsenrichtung) angewendet. 9 zeigt eine Oszillationsrichtung 19 entlang des ersten Pfades und eine Oszillationsrichtung 19b entlang des zweiten Pfades. Jede dieser Richtungen ist eine Oszillation in X-Achsrichtung. 10 zeigt eine Ansicht, die von einem Pfeil F aus 9 stammt. 10 entspricht der oben genannten 7. Mit anderen Worten, 10 ist eine Ansicht, die sich aus der Anwendung der Flankenzuführung auf 7 ergibt. 10 unterscheidet sich von 7 dadurch, dass 10 einen J1 umfasst, bei dem der Leerlauf anstelle des Leerlaufs J fehlt. Während der Leerlauf in X-Achsenrichtung in J1 zu erfolgen scheint, verhindert die Verschiebung zwischen dem Bearbeitungspfad auf dem ersten Pfad und dem Bearbeitungspfad auf dem zweiten Pfad in einer Richtung orthogonal zur Ebene der Zeichnung (Z-Achsenrichtung) die Erzeugung von Leerlauf, was zu einem Ausfall von zerkleinerten Spänen führt.
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11 zeigt eine Ansicht aus einem Pfeil G von 10. 11 ist eine Ansicht, die sich aus der Anwendung der Flankenzuführung auf 8 ergibt, wie oben beschrieben. Wie in 8 wird der Pfad 20 auf dem ersten Pfad in 11 durch zwei Grate ausgedrückt, die durch die Messerbreite K1 des Schneidwerkzeugs 16 getrennt sind. Durch die Anwendung der Oszillation in X-Achsenrichtung wird die Schnittbreite der Bahn 20 auf dem ersten Pfad um eine Schnitttiefe verändert. Somit hat der Pfad 20 auf dem ersten Pfad auch eine schwingende Form. Der Pfad 22 auf dem zweiten Pfad wird durch zwei Grate ausgedrückt, die durch die Messerbreite K2 des Schneidwerkzeugs 16 getrennt sind. Wie der Pfad 20 auf dem ersten Pfad hat auch der Pfad 22 auf dem zweiten Pfad eine schwingende Form. Die Klingenbreite K2 ist größer als die Klingenbreite K1, da die Bearbeitung durch Schneiden entlang dem zweiten Pfad an einer tieferen Position erfolgt. Wie auch in 11 dargestellt, werden nach dem Bearbeitungsverfahren mit Flankenzuführung der Bearbeitungspfad auf dem ersten Pfad und der Bearbeitungspfad auf dem zweiten Pfad nicht nur in X-Achsrichtung, sondern auch in Z-Achsrichtung verschoben. Dadurch wird ein Bereich, in dem im Falle der radialen Zuführung Leerlauf erzeugt werden soll, zum Bereich J 1, in dem kein Leerlauf vorhanden ist. Daher ist es in einigen Fällen unmöglich, Späne zu zerkleinern.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des Vorstehenden gemacht und soll eine Steuerung für eine Werkzeugmaschine bereitstellen, die in der Lage ist, Späne in jedem Gewindeschneidverfahren zu zerkleinern. Gelöst wird die Aufgabe durch eine Steuerung für eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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(1) Die vorliegende Erfindung sieht eine Steuerung (beispielsweise die später beschriebene Steuerung 100) für eine Werkzeugmaschine vor, die zum Gewindeschneiden mittels Dreh- und Fräsbearbeitung an einem Werkstück (beispielsweise das später beschriebene Werkstück 214) verwendet wird, umfassend: eine Oszillationsbedingungsberechnungseinheit (beispielsweise später beschriebene Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102), die eine Oszillationsamplitude und eine Oszillationsrichtung berechnet, die das Zerkleinern von Spänen aus der Dreh- und Fräsbearbeitung basierend auf einem Einführbetrag (beispielsweise Einführbetrag L1, der später beschrieben wird) in einer radialen Richtung des Werkstücks und einem Verschiebungsbetrag (beispielsweise Verschiebungsbetrag L2, die später beschrieben wird) in einer Umfangsrichtung des Werkstücks relativ zu einem letzten Bearbeitungspfad eines Werkzeugs (beispielsweise Schneidwerkzeug 16, 216, später beschrieben), das für die Dreh- und Fräsbearbeitung an dem Werkstück verwendet wird, ermöglicht; eine Oszillationsbefehlsberechnungseinheit (beispielsweise die später beschriebene Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104), die einen Oszillationsbefehl berechnet, um das Werkstück und das Werkzeug basierend auf der Oszillationsamplitude und der von der Oszillationsbedingungsberechnungseinheit berechneten Oszillationsrichtung relativ zueinander zu schwingen; und einen Addierer (beispielsweise zweiter Addierer 110, der später beschrieben wird), der einen Bewegungsbefehl zum Bewegen des Werkstücks und des Werkzeugs relativ zueinander für die Dreh- und Fräsbearbeitung auf dem Werkstück und den Oszillationsbefehl hinzufügt.
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(2) Die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit kann die Oszillationsamplitude und die Oszillationsrichtung so berechnen, dass ein Teil, das bereits durch die Dreh- und Fräsbearbeitung entlang des letzten Bearbeitungspfades bearbeitet wurde, teilweise in der Dreh- und Fräsbearbeitung vorhanden ist, wodurch das Werkstück und das Werkzeug relativ zueinander schwingen.
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(3) Die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit darf den Oszillationsbefehl für einen EndBearbeitungspfad nicht ausgeben.
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Die vorliegende Erfindung kann eine Steuerung für eine Werkzeugmaschine bereitstellen, die Späne in jedem Gewindeschneidverfahren zerkleinern kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist ein Konfigurationsblockdiagramm einer Steuerung für eine Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform;
- 2 ist eine erklärende Ansicht, die ein Beispiel für eine Bewegung mit einem anderen Bearbeitungsverfahren (Flankenzuführung) als der radialen Zuführung gemäß der Ausführungsform zeigt;
- 3 ist eine andere erklärende Ansicht, die ein Beispiel für eine Bewegung mit dem Bearbeitungsverfahren (Flankenzuführung) zeigt, das sich von der radialen Zuführung gemäß der Ausführungsform unterscheidet;
- 4 zeigt das Erscheinungsbild einer durch Gewindeschneiden gebildeten Schraube;
- 5 ist eine erklärende Ansicht, die zeigt, wie das Gewindeschneiden zum Formen der Schraube durchgeführt wird;
- 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs A von 5 und ist eine erklärende Ansicht, die das Gewindeschneiden mit Oszillation in einer X-Achsenrichtung zeigt, nämlich relative Oszillation zwischen einem Werkstück und einem Schneidwerkzeug und Oszillation in einer radialen Richtung des Werkstücks;
- 7 ist eine Ansicht aus einem Pfeil D von 6 und ist eine erklärende Ansicht, die das Gewindeschneiden mit Oszillation in radialer Richtung des Werkstücks zeigt;
- 8 ist eine Ansicht aus einem Pfeil E von 7 und ist eine erklärende Ansicht, die das Gewindeschneiden mit Oszillation in radialer Richtung des Werkstücks zeigt;
- 9 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A von 5 und ist eine erklärende Ansicht, die die Bewegung beim Gewindeschneiden mit Oszillation in radialer Richtung des Werkstücks zeigt, auf das die Flankenzuführung angewendet wird;
- 10 ist eine erklärende Ansicht, die die Bewegung beim Gewindeschneiden aus einem Pfeil F von 9 zeigt, der eine Oszillation in radialer Richtung des Werkstücks umfasst, auf das die Flankenzuführung angewendet wird; und
- 11 ist eine Ansicht aus einem Pfeil G der 10 und ist eine erklärende Ansicht, die eine Bewegung beim Gewindeschneiden mit Oszillation in radialer Richtung des Werkstücks zeigt, auf das die Flankenzuführung angewendet wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 ist ein Konfigurationsblockdiagramm einer Steuerung 100 für eine Werkzeugmaschine gemäß der Ausführungsform. Die Steuerung 100 empfängt einen Bewegungsbefehl usw. von verschiedenen Arten von übergeordneten Steuerungen und gibt einen Antriebsbefehl zum Antreiben eines Motors 120 der Werkzeugmaschine aus, wodurch die Werkzeugmaschine gesteuert wird.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst die Steuerung 100 eine Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102, eine Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104, einen ersten Addierer 106, einen zweiten Addierer 110 und eine Steuereinheit 112. Die Steuerung 100 kann ein sogenannter Servoregler sein. Diese Strukturen der Steuerung 100 können mit Programmen konfiguriert sein, die die jeweiligen Bewegungen dieser Strukturen beschreiben, und einer CPU zur Ausführung dieser Programme. Die Steuerung 100 kann als Computer konfiguriert sein. Eine CPU in diesem Computer kann Programme ausführen, die die jeweiligen Funktionen dieser Strukturen der Steuerung 100 beschreiben, um die Strukturen zu realisieren.
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Die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 empfängt ein Bearbeitungsprogramm von außen und berechnet aus dem Bearbeitungsprogramm wenigstens die Oszillationsamplitude und die Richtung der Oszillation. In der Ausführungsform vergleicht die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 einen aktuellen Bearbeitungspfad und einen letzten Bearbeitungspfad basierend auf dem Inhalt des eingegebenen Bearbeitungsprogramms und bestimmt einen Einführbetrag in radialer Richtung eines Werkstücks (X-Achsenrichtung) relativ zum letzten Bearbeitungspfad und einen Verschiebungsbetrag in Umfangsrichtung des Werkstücks (Z-Achsenrichtung) relativ zum letzten Bearbeitungspfad. Basierend auf dem ermittelten Einführbetrag und dem Verschiebungsbetrag berechnet die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 die Oszillationsamplitude und die Richtung der Oszillation, um das Zerkleinern von Spänen während der Dreh- und Fräsbearbeitung zu ermöglichen.
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Insbesondere berechnet die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 basierend auf dem Einführbetrag in radialer Richtung des Werkstücks (X-Achsenrichtung) relativ zum letzten Bearbeitungspfad und dem Verschiebungsbetrag in Umfangsrichtung des Werkstücks (Z-Achsenrichtung) relativ zum letzten Bearbeitungspfad eine Oszillationsamplitude und eine Oszillationsrichtung, um ein Teil aufzunehmen, das teilweise bereits durch Dreh- und Fräsbearbeitung entlang des letzten Bearbeitungspfads bearbeitet wurde.
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In der Ausführungsform werden durch die Bereitstellung der vorgenannten Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 Bearbeitungsbahnen verglichen, um die Oszillationsamplitude und die Richtung der Oszillation zu berechnen. Dadurch ist es möglich, Späne, die durch die Dreh- und Fräsbearbeitung entstehen, zuverlässig zu zerkleinern. Dadurch wird es möglich, die Oszillation, die auf verschiedene Arten von Bearbeitungsverfahren anspricht, flexibel im Vergleich zur herkömmlichen Technik anzuwenden, bei der die Oszillation einfach nur in X-Achsrichtung (radiale Richtung eines Werkstücks) gesteuert wird.
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Das Bearbeitungsprogramm ist ein Programm, das die Bewegung bei der Dreh- und Fräsbearbeitung auf einem Werkstück 214 beschreibt. Die Überprüfung des Bearbeitungsprogramms ermöglicht es somit, die relativen Positionen der Bearbeitungsbahnen während der Bearbeitung durch Schneiden zu sehen. Dadurch kann die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 den aktuellen Bearbeitungspfad und den letzten Bearbeitungspfad vergleichen und den Einführbetrag in radialer Richtung des Werkstücks (X-Achsrichtung) und den Verschiebungsbetrag in Umfangsrichtung des Werkstücks (Z-Achsrichtung) sehen, wie vorstehend beschrieben. Das Bearbeitungsprogramm kann der Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 über verschiedene Schnittstellen zur Verfügung gestellt werden. In der Abbildung von 1 wird das Bearbeitungsprogramm von der Außenseite der Steuerung 100 zugeführt. Alternativ kann das Bearbeitungsprogramm in der Steuerung 100 gespeichert werden.
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Die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 kann mit einem Programm, das die vorgenannte Bewegung beschreibt, einer CPU zur Ausführung des Programms und einer Eingabeschnittstelle zur Eingabe des Bearbeitungsprogramms konfiguriert sein. Wie vorstehend beschrieben, ist die Bereitstellung dieser Eingangsschnittstelle nicht immer erforderlich, wenn das Bearbeitungsprogramm in der Steuerung 100 gespeichert ist.
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Die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 berechnet einen Oszillationsbefehl, der einem Bewegungsbefehl für jede Achse überlagert werden soll, beispielsweise zum Gewindeschneiden des Werkstücks 214. Ausgehend von der Oszillationsamplitude und der von der Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 berechneten Richtung der Oszillation berechnet die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 einen Oszillationsbefehl zur Steuerung dieser Oszillation.
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In Bezug auf eine Oszillationsfrequenz (oder Zyklus) kann die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 einen Oszillationsbefehl für diesen Oszillationsfrequenzeingang von außen berechnen (nicht dargestellt). Alternativ kann diese Oszillationsfrequenz vorab in der Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 gespeichert werden. So kann beispielsweise die Oszillationsfrequenz (oder Zyklus) ein Produkt aus der Drehzahl einer Spindelachse multipliziert mit einer Konstanten sein. Die Oszillation kann beispielsweise in Form einer Sinuswelle erfolgen. Für ein zyklisches Signal ist unterdessen beispielsweise ein Dreieckssignal anwendbar. Diese Oszillationsbedingungen können über eine vorgegebene Eingangsschnittstelle eingegeben werden. So kann beispielsweise ein Bediener die Oszillationsbedingungen über eine Tastatur oder eine Maus eingeben. Alternativ können die Oszillationsbedingungen von einem anderen Computer über eine vorgegebene Kommunikationsschnittstelle eingegeben werden.
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Die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 kann auch mit einem Programm konfiguriert sein, das die Bewegung durch die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 beschreibt, und mit einer CPU zur Ausführung des Programms. Die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 kann eine vorbestimmte Schnittstelle zur Eingabe einer Oszillationsbedingung umfassen.
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Der erste Addierer 106 empfängt den von der vorgenannten übergeordneten Steuerung gelieferten Bewegungsbefehl. Dieser Bewegungsbefehl ist ein Bewegungsbefehl, der auf die Vorrichtung (Steuerung 100) verteilt wird, zu der der erste Addierer 106 gehört. Der erste Addierer 106 subtrahiert von diesem Bewegungsbefehl einen vom Motor 120 der Werkzeugmaschine übertragenen Positionsrückmeldewert und gibt ein aus der Subtraktion resultierendes Bewegungssignal aus. Dadurch wird es möglich, eine so genannte Rückkopplungskontrolle durchzuführen. Der erste Addierer 106 kann auch mit einem Programm konfiguriert sein, das die Bewegung des ersten Addierers 106 beschreibt, und einer CPU, um das Programm auszuführen.
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Der zweite Addierer 110 addiert ein Ergebnis der Berechnung durch den ersten Addierer 106 und den Oszillationsbefehl und gibt ein Endbewegungssignal aus. Auf diese Weise kann dem Bewegungsbefehl eine Oszillation zugeführt werden. Der zweite Addierer 110 kann auch mit einem Programm konfiguriert sein, das die Bewegung des zweiten Addierers 110 beschreibt, und einer CPU zur Ausführung des Programms.
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Die Steuereinheit 112 empfängt den Bewegungsbefehl einschließlich des Oszillationsbefehls, der durch den zweiten Addierer 110 hinzugefügt wird. Anschließend berechnet die Steuereinheit 112 einen Antriebsbefehl zum Antreiben des Motors 120 als Reaktion auf eine Position und Abweichung des aus der Addition resultierenden Bewegungsbefehls. Die Steuereinheit 112 kann auch mit einem Programm konfiguriert sein, das die Bewegung der Steuereinheit 112 beschreibt, und mit einer CPU zur Ausführung des Programms. Dieser Antriebsbefehl wird dem Motor 120 der Werkzeugmaschine zugeführt und ist eine Befehlsausgabe an den Motor 120 zum Antreiben jeder Achse der Werkzeugmaschine.
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Eine der Eigenschaften der Steuerung 100 der Ausführungsform ist, dass zum Zerkleinern von Spänen, die beim Gewindeschneiden auftreten, das Werkstück 214 und ein Schneidwerkzeug 216 nach einem Gewindeschneidverfahren gegeneinander oszillieren. Diese relative Oszillation kann eine Bewegung des Schneidwerkzeugs 216 sein, während das Werkstück 214 stoppt, oder eine Bewegung des Werkstücks 214, während das Schneidwerkzeug 216 stoppt. Alternativ können sich das Werkstück 214 und das Schneidwerkzeug 216 gleichzeitig bewegen. In einem im Folgenden hauptsächlich beschriebenen Fall wird das Schneidwerkzeug 216 mit einer Oszillation beaufschlagt. Alternativ kann das Werkstück 214 zum Schwingen konfiguriert sein. Nach der herkömmlichen Technik wird die Oszillation nur in radialer Richtung des Werkstücks 214 angewendet. Im Gegensatz dazu werden in der Ausführungsform die Amplitude und die Oszillationsrichtung als Reaktion auf eine Bearbeitungsrichtung gesteuert, um eine zuverlässigere Zerkleinerung von Spänen zu ermöglichen.
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2 zeigt, wie das Gewindeschneiden der Ausführungsform abläuft. 2 ist eine Ansicht dem Werkstück 214 aus der gleichen Richtung wie die Richtung der 9, die die konventionelle Technik zeigt. Wie 9 ist 2 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs A von 5. Wie in 9 wird in 2 die Flankenzuführung als Bearbeitungsverfahren angewendet.
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Bei diesem Bearbeitungsverfahren (Flankenzuführung) bewegt sich das Schneidwerkzeug 216 nach der Durchführung der Bearbeitung durch Schneiden entlang einer ersten Bahn so, dass eine Gleitbewegung einer Oberfläche einer Werkzeugspitze des Schneidwerkzeugs 216 erfolgt (das Werkstück 214 wird nicht mit dem beweglichen Schneidwerkzeug 216 geschnitten). Genauer gesagt, wird das Schneidwerkzeug 216 in eine tiefere Position gebracht, während es in Richtung Z-Achse verschoben wird. Nachdem sich das Schneidwerkzeug 216 in der tieferen Position befindet, wird das Schneidwerkzeug 216 zur Bearbeitung durch Schneiden entlang einer zweiten Bahn verwendet (siehe 2).
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Die Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillationsamplitude und die Richtung der Oszillation basierend auf einem Werkzeugpfad 220 auf einem ersten Pfad und einem Werkzeugpfad 222 auf dem zweiten Pfad bestimmt werden. Nach der herkömmlichen Technik (siehe 9) wird bei jedem Bearbeitungsverfahren die Oszillation immer nur in X-Achsenrichtung (die radiale Richtung des Werkstücks 214) angewendet. Im Gegensatz dazu werden in der Ausführungsform die Oszillationsamplitude und die Richtung der Oszillation basierend auf dem Werkzeugpfad 220 auf dem ersten Pfad und dem Werkzeugpfad 222 auf dem zweiten Pfad bestimmt. Dies ermöglicht es der Werkzeugmaschine, oszillierende Schnitte unter Bedingungen in Bezug auf eine Oszillationsrichtung und eine Oszillationsamplitude durchzuführen, die eine zuverlässige Zerkleinerung von Spänen als Reaktion auf ein angewandtes Bearbeitungsverfahren ermöglichen.
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Gemäß dem in 2 dargestellten Beispiel zeigt beispielsweise der Vergleich zwischen dem Werkzeugpfad 220 auf dem ersten Pfad und dem Werkzeugpfad 222 auf dem zweiten Pfad, dass der Werkzeugpfad 222 auf dem zweiten Pfad zum Schneiden an einer um einen Einführbetrag L1 in X-Achsenrichtung (radiale Richtung) tieferen Position bestimmt ist und um einen Verschiebungsbetrag L2 in Z-Achsenrichtung (Umfangsrichtung) verschoben ist. Der Verschiebungsbetrag L2 wird als Vektor ausgedrückt und nimmt einen positiven Wert an und kann auch einen negativen Wert annehmen. Somit kann unter Verwendung des Verschiebungsbetrags L2 bestimmt werden, ob die Oszillation in einer positiven Z-Achsrichtung oder einer negativen Z-Achsrichtung angewendet werden soll.
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In diesem Zusammenhang berechnet die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 der Ausführungsform die Oszillationsamplitude und die Richtung der Oszillation basierend auf dem vorgenannten Einführbetrag L1 und dem Verschiebungsbetrag L2. So wird beispielsweise ein Abstand zwischen dem Werkzeugpfad 220 auf dem ersten Pfad und dem Werkzeugpfad 222 auf dem zweiten Pfad basierend auf dem Einführbetrag L1 und dem Verschiebungsbetrag L2 bestimmt. Somit kann die Amplitude der Oszillation proportional zum bestimmten Abstand berechnet werden. Weiterhin wird die Richtung dem Werkzeugpfad 222 auf dem zweiten Pfad, betrachtet von dem Werkzeugpfad 220 auf dem ersten Pfad, basierend auf dem Einführbetrag L1 und dem Verschiebungsbetrag L2 bestimmt. Somit kann die Richtung der Oszillation so berechnet werden, dass sie der bestimmten Richtung entspricht. Die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 kann die Oszillationsamplitude und die Richtung der bei der Bearbeitung anzuwendenden Oszillation berechnen, indem sie beispielsweise auf dem zweiten Pfad schneidet, indem sie diesen Prozessen folgt. Dadurch kann, wie in 2 durch eine Oszillationsrichtung 219 angegeben, die Oszillationsamplitude und die Richtung der Oszillation so berechnet werden, dass die Oszillation auch in Richtung der Z-Achse angewendet wird.
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Eine Ansicht aus einem Pfeil H von 2 ist ähnlich wie in 7 mit der konventionellen Technik. 3 zeigt eine Ansicht aus einem Pfeil I von 2. Wie 11 zeigt 3 ein Beispiel, das sich aus der Anwendung der Flankenzuführung ergibt. 3 unterscheidet sich jedoch von 11 dadurch, dass die diagonale Oszillation, wie in 2 dargestellt, durch Schneiden entlang des zweiten Pfades auf die Bearbeitung angewendet wird.
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In 3 ist der Werkzeugpfad 220 auf dem ersten Pfad ähnlich dem Werkzeugpfad 20 auf dem ersten Pfad in 11. Ein Bearbeitungspfad 224a auf dem ersten Pfad in 3 ist ebenfalls vergleichbar mit einem Bearbeitungspfad 24a in 11. Im Gegensatz zum Werkzeugpfad 22 auf dem zweiten Pfad in 11 nähert sich der Werkzeugpfad 222 auf dem zweiten Pfad in 3 jedoch dem Werkzeugpfad 220 auf dem ersten Pfad. Denn in diesem Beispiel wird die Oszillation in diagonaler Richtung auf den Werkzeugpfad 222 auf dem zweiten Pfad angewendet, wie in 2 dargestellt. Dadurch wird, wie in 3 dargestellt, in einem Bereich J2 ein Leerlauf erzeugt, um eine Zerkleinerung der Späne zu ermöglichen. In der Ausführungsform kann die Zuführung erfolgen, während die Späne auf diese Weise zerkleinert werden, und dann kann das Gewindeschneiden durchgeführt werden. Wie vorstehend beschrieben, wird durch die Anwendung der diagonalen Oszillation ein Bearbeitungspfad 224b auf dem zweiten Pfad zu einem Oszillationsweg, im Gegensatz zu einem Bearbeitungspfad 24b in 11. Inzwischen ist der Bearbeitungspfad 224b in der Zeichnung zur besseren Veranschaulichung übertrieben dargestellt und ist eigentlich eine im Wesentlichen gerade Linie.
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Gemäß der Ausführungsform bestimmt die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 einen Einführbetrag in X-Achsenrichtung und einen Verschiebungsbetrag entlang der Z-Achse relativ zu einem letzten Bearbeitungspfad (ein Werkzeugpfad auf einem ersten Pfad) basierend auf dem letzten Bearbeitungspfad und einem aktuellen Bearbeitungspfad (ein Werkzeugpfad auf einem zweiten Pfad). Basierend auf dem ermittelten Einführbetrag und dem Verschiebungsbetrag berechnet die Oszillationsbedingungsberechnungseinheit 102 die Oszillationsamplitude und die Richtung der Oszillation. So kann auch bei verschiedenen Arten von Bearbeitungsverfahren ein Leerlaufbereich auf einer Bearbeitungsbahn zuverlässig bereitgestellt werden, um eine zuverlässige Zerkleinerung von Spänen zu ermöglichen. Mit anderen Worten, die Steuerung 100, die in der Lage ist, Späne in jedem beliebigen Gewindeschneidverfahren zu zerkleinern, kann realisiert werden. Dadurch wird es je nach Ausführungsform möglich, Späne in allen Gewindeschneidverfahren zu zerkleinern, einschließlich radialer Zuführung (rechtwinklige Zuführung), Flankenzuführung (einseitige Zuführung), alternierender Zuführung (versetzte Zuführung) usw.
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Während die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereits ausführlich beschrieben wurde, zeigt die vorstehende Ausführungsform lediglich konkrete Beispiele für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung. Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorgenannte Ausführungsform. Für die vorliegende Erfindung gelten verschiedene Änderungen in einem Bereich, der nicht vom Inhalt der Erfindung abweicht. Alle diese Änderungen sind auch im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
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In dem in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Beispiel wird ein Oszillationsbefehl auf einen Bewegungsbefehl für das Schneidwerkzeug 216 angewendet. Die Ausführungsform umfasst jedoch auch einen Fall, in dem ein Oszillationsbefehl auf das Werkstück 214 angewendet wird. Ein Oszillationsbefehl kann auch auf eine andere Achse angewendet werden. In dem in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Beispiel wird eine V-förmige Klinge als Schneidwerkzeug 216 verwendet. Es ist aber auch ein Schneidwerkzeug mit einer anderen Form einsetzbar.
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In dem in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Beispiel umfasst die spanende Bearbeitung eine Oszillation, die beim Gewindeschneiden angewendet wird. Die Bearbeitung durch Schneiden ohne Oszillation kann jedoch als Endprozess durchgeführt werden. Der Schlichtvorgang kann ohne Oszillation durchgeführt werden, um die Bearbeitungsgenauigkeit zu erhöhen. Dies kann erreicht werden, indem die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 so konfiguriert wird, dass die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 keinen Oszillationsbefehl für die Endbearbeitung durch spanende Bearbeitung ausgibt. Alternativ kann die Oszillationsbefehlsberechnungseinheit 104 konfiguriert sein, um einen Oszillationsbefehl mit einem Wert 0 für die Endbearbeitung durch Zerspanung auszugeben. Hier bedeutet ein Wert von 0, dass er keine Oszillationen verursacht.
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ERLÄUTERUNG DER BEZUGSZEICHEN
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- 10, 10a
- Gewindenut
- 12
- Schraube
- 14, 214
- Werkstück
- 16, 216
- Schneidwerkzeug
- 18
- Spindelachse
- 19
- Oszillationsrichtung
- 20, 220
- Werkzeugpfad auf erstem Pfad
- 22, 222
- Werkzeugpfad auf zweitem Pfad
- 100
- Steuerung
- 102
- Oszillationsbedingungsberechnungseinheit
- 104
- Oszillationsbefehlsberechnungseinheit
- 106
- Erster Addierer
- 110
- Zweiter Addierer
- 112
- Steuereinheit
- 120
- Motor
- 224a
- Bearbeitungspfad auf erstem Pfad
- 224b
- Bearbeitungsbahn auf zweitem Pfad
- C,
- C-Achse
- J, J2
- Leerlauf
- J1
- Bereich, in dem kein Leerlauf erzeugt werden kann
- K1, K2
- Klingenbreite
- L1
- Einführbetrag
- L2
- Verschiebungsbetrag
- X
- X-Achse
- Z
- Z-Achse
