DE102020003469A1

DE102020003469A1 - Werkzeugmaschine und Steuerverfahren für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102020003469A1
Application number: DE102020003469.1A
Authority: DE
Inventors: Tomoki SHIMIZU; Yonpyo Hon
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2021-01-14
Also published as: CN112083686A; JP2020199611A; US20200391308A1; US11327463B2

Abstract

Eine Werkzeugmaschine (10) zum Durchführen eines Schneidprozesses an einem Werkstück mit einem Schneidwerkzeug umfasst: eine Vorbearbeitungsform-Erfassungseinheit (14), die konfiguriert ist, um die Form des Werkstücks vor dem Schneiden als eine Vorbearbeitungsform zu erfassen; eine Sollform-Erfassungseinheit (18), die konfiguriert ist, um eine Sollform des Werkstücks nach dem Schneiden zu erfassen; eine Differenzform-Erfassungseinheit (20), die konfiguriert ist, um eine Differenzform zwischen der Vorbearbeitungsform und der Sollform zu erfassen; und eine Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit (26), die konfiguriert ist, um Bearbeitungsbahnen so einzustellen, dass der Schneidprozess lediglich an der Differenzform durchgeführt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Durchführung eines Schneidprozesses ((maschinelle) Bearbeitung) an einem Werkstück mit einem Schneidwerkzeug sowie ein Steuerverfahren der Werkzeugmaschine.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik:

Konventionell gab es Bearbeitungsmaschinen, die den Betrag eines Konturfehlers zwischen der Vorbearbeitungsform eines Werkstücks und der Sollform des Werkstücks berechnen und die Bearbeitung des Werkstücks so lange fortsetzen, bis der berechnete Betrag des Konturfehlers in den zulässigen Bereich fällt (japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2005-122332 ).

Kurzfassung der Erfindung
Wenn der Schnittbetrag (Schnitttiefe) eines Schneidwerkzeugs in ein Werkstück klein eingestellt wird, um den Verschleiß des Schneidwerkzeugs zu reduzieren, tritt das Problem auf, dass die Bearbeitungszeit länger wird.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Werkzeugmaschine und ein Steuerverfahren einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, die die Bearbeitungszeit reduzieren können.
Gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Werkzeugmaschine zum Durchführen eines Schneidprozesses an einem Werkstück mit einem Schneidwerkzeug: eine Vorbearbeitungsform-Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, um die Form des Werkstücks vor dem Schneiden als eine Vorbearbeitungsform zu erfassen; eine Sollform-Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Sollform des Werkstücks nach dem Schneiden zu erfassen; eine DifferenzformErfassungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Differenzform zwischen der Vorbearbeitungsform und der Sollform zu erfassen; und eine Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit, die konfiguriert ist, um Bearbeitungsbahnen so einzustellen, dass der Schneidprozess lediglich an der Differenzform durchgeführt wird.
Gemäß der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuerverfahren einer Werkzeugmaschine zum Durchführen eines Schneidprozesses an einem Werkstück mit einem Schneidwerkzeug: einen Vorbearbeitungsform-Erfassungsschritt zum Erfassen der Form des Werkstücks vor dem Schneiden als eine Vorbearbeitungsform; einen Sollform-Erfassungsschritt zum Erfassen einer Sollform des Werkstücks nach dem Schneiden; einen Differenzform-Erfassungsschritt zum Erfassen einer Differenzform zwischen der Vorbearbeitungsform und der Sollform; und einen Bearbeitungsbahn-Einstellschritt zum Einstellen von Bearbeitungsbahnen, um den Schneidprozess lediglich an der Differenzform durchzuführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Die vorstehend beschriebenen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als illustratives Beispiel gezeigt wird, deutlicher hervortreten.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Blockdarstellung, die eine Werkzeugmaschine zeigt;
2 eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem eine Sonde die obere Oberfläche eines Werkstücks vor der Bearbeitung abtastet;
3 eine Darstellung, die die Positionen von mehreren Messpunkten zeigt;
4 eine Darstellung, die eine Sollform eines Werkstücks zeigt;
5 eine Darstellung, die eine Vorbearbeitungsform und eine Sollform der oberen Oberfläche eines Werkstücks zeigt;
6 eine Darstellung, die eine Differenzform zeigt;
7 eine Darstellung, die eine Bearbeitungsebene zeigt;
8 ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Bearbeitungsbahneinstellungsprozesses zeigt;
9 eine Darstellung, die eine Bearbeitungsebene zeigt; und
10 eine Darstellung, die eine Vorbearbeitungsform und eine Sollform der oberen Oberfläche eines Werkstücks zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
[Erstes Ausführungsbeispiel]
[Werkzeugmaschinen-Konfiguration]
1 zeigt eine Blockdarstellung, die eine Werkzeugmaschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Die Werkzeugmaschine 10 umfasst eine Sonde 12, eine Vorbearbeitungsform-Erfassungseinheit 14, eine Sollform-Speichereinheit 16, eine Sollform-Erfassungseinheit 18, eine Differenzformerfassungseinheit 20, eine Bearbeitungsebenen-Einstelleinheit 22, eine Bearbeitungsbereich-Einstelleinheit 24, eine Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26, eine Vorschubraten-Einstelleinheit 28 und eine Bearbeitungsmaschine 30.
Die Sonde 12 tastet die obere Oberfläche eines Werkstücks W vor dem Schneiden (Bearbeitung) ab, um die Höhe des Werkstücks W zu messen. 2 zeigt eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem die Sonde 12 die obere Oberfläche des Werkstücks W vor dem Schneiden abtastet. Die Sonde 12 misst die Höhe (Z-Koordinate) der oberen Oberfläche des Werkstücks W an jedem Messpunkt P, während sie sich entlang der oberen Oberfläche des Werkstücks W bewegt. Die Messpunkte P befinden sich auf der oberen Oberfläche des Werkstücks W in Intervallen mit einem vorbestimmten Abstand (Schritt) entlang der Y-Achse und auch in Intervallen mit einem vorbestimmten Abstand (Teilung) entlang der X-Achse. Die Schrittgröße und die Teilungsgröße werden entsprechend der Genauigkeit spezifiziert, die für eine Vorbearbeitungsform Sa des Werkstücks W gefordert wird, die später von der Vorbearbeitungsform-Erfassungseinheit 14 erfasst wird. Hier ist die Sonde 12 eine Messvorrichtung, die die Höhe der oberen Oberfläche des Werkstücks W durch Kontakt mit der oberen Oberfläche des Werkstücks W misst. Anstelle der Sonde 12 kann jedoch eine Messvorrichtung verwendet werden, die die Höhe der oberen Oberfläche des Werkstücks W berührungslos misst.
Die Vorbearbeitungs-Formerfassungsvorrichtung 14 modelliert auf der Grundlage der von der Sonde 12 gemessenen Höheninformation auf der oberen Oberfläche des Werkstücks W die Form (Kontur) der oberen Oberfläche des Werkstücks W vor dem Schneiden und erhält die modellierte Form als eine Vorbearbeitungsform Sa. 3 zeigt eine Darstellung, die die Positionen mehrerer Messpunkte P zeigt. In 3 sind die Positionen mehrerer Punkte P auf einer Ebene dargestellt, die in 2 durch Y=Ya definiert ist. Die Vorbearbeitungsform-Erfassungseinheit 14 verbindet die mehreren Punkte P, um ein Modell der Form der oberen Oberfläche des Werkstücks W zu erstellen, und erfasst das erstellte Modell als eine Vorbearbeitungsform Sa.
Die Sollform-Speichereinheit 16 liest die Koordinaten einer Sollform Sb des Werkstücks W nach dem Schneiden aus einem CAD- oder NC-Programm und speichert die Daten darin. Die Sollform-Erfassungseinheit 18 erfasst die Sollform Sb des Werkstücks W nach dem Schneiden aus der Sollform-Speichereinheit 16. 4 zeigt eine Darstellung, die die Sollform Sb des Werkstücks W zeigt. 4 zeigt die Sollform Sb der oberen Oberfläche des Werkstücks W auf der durch Y=Ya definierten Ebene. Der Einfachheit halber wird in der vorliegenden Darstellung die Sollform Sb der oberen Oberfläche des Werkstücks W als eine Ebene parallel zur X-Achse angenommen, aber die Sollform Sb der oberen Oberfläche des Werkstücks W kann eine gekrümmte Oberfläche sein.
Die Differenzformerfassungseinheit 20 erfasst eine Differenzform Sc aus der Vorbearbeitungsform Sa und der Sollform Sb des Werkstücks W. 5 zeigt eine Darstellung, die eine Vorbearbeitungsform Sa und eine Sollform Sb der oberen Oberfläche des Werkstücks W zeigt. 5 zeigt die Vorbearbeitungsform Sa und die Sollform Sb der oberen Oberfläche des Werkstücks W in der durch Y=Ya definierten Ebene. Wie in 5 dargestellt, gibt es Bereiche, in denen sich die Vorbearbeitungsform Sa und die Sollform Sb der oberen Oberfläche des Werkstücks W schneiden. Die Differenzform-Erfassungseinheit 20 verschiebt (bewegt) die Sollform der oberen Oberfläche des Werkstücks W von Sb nach Sb' in Richtung der Z-Achse, so dass die Sollform die Vorbearbeitungsform Sa nicht schneidet (d.h. die Profillinien schneiden einander nicht). Die Differenzform-Erfassungseinheit 20 erfasst die Differenz (den schraffierten Teil in 5) zwischen der Vorbearbeitungsform Sa der oberen Oberfläche des Werkstücks W und der verschobenen Sollform Sb' als eine Differenzform Sc.
Die Bearbeitungsebenen-Einstelleinheit 22 stellt auf der Grundlage der Differenzform Sc eine oder mehrere Bearbeitungsebenen F ein, die parallel zu der Sollform Sb' des Werkstücks W liegen. 6 zeigt eine Darstellung, die die Differenzform Sc zeigt. 6 zeigt die Differenzform Sc in der durch Y=Ya definierten Ebene. Hmax ist die maximale Höhe der Differenzform Sc. Die Bearbeitungsebenen-Einstelleinheit 22 definiert mehrere Bearbeitungsebenen F in Bezug auf die Differenzform Sc, eine Ebene für jeden Schnittbetrag (Schnitttiefe) ΔC des Schneidwerkzeugs, von der negativen Seite der Z-Achse zur positiven Seite der Z-Achse. Die Anzahl der Bearbeitungsebenen F ist eine Zahl, die durch Addition von 1 zu einem Quotienten erhalten wird, der sich durch Division der maximalen Höhe Hmax der Differenzform Sc durch den Schnittbetrag ΔC des Schneidwerkzeugs ergibt.
Die Bearbeitungsbereich-Einstelleinheit 24 definiert als Bearbeitungsbereiche R Bereiche, in denen die Bearbeitungsebenen F die Differenzform Sc schneiden. 7 zeigt eine Darstellung, die eine Bearbeitungsebene F zeigt. 7 zeigt die Bearbeitungsebene Fa in 6. Wie in 7 dargestellt, sind auf der Bearbeitungsebene Fa die Bearbeitungsbereiche Ra, Rb und Rc definiert.
Die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 stellt Bearbeitungsbahnen T ein, auf denen sich das Schneidwerkzeug während des Schneidens (der Bearbeitung) des Werkstücks W in jedem Bearbeitungsbereich R bewegt. Wie in 7 dargestellt, stellt die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 Bearbeitungsbahnen T lediglich in den Bearbeitungsbereichen Ra bis Rc auf der Bearbeitungsebene Fa ein. Mit anderen Worten, die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 stellt keine Bearbeitungsbahnen T in anderen Bereichen als den Bearbeitungsbereichen Ra bis Rc auf der Bearbeitungsebene Fa fest. Die Nummer, die jedem der Pfeile, die die jeweiligen Bearbeitungsbahnen T in 7 anzeigen, nachgestellt ist, gibt die Nummer des Vorschubs des Schneidwerkzeugs an. Wenn es mehrere Bearbeitungsbereiche Ra bis Rc auf einer Bearbeitungsebene Fa gibt, wie in 7 dargestellt, stellt die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 die Bearbeitungsbahnen T so ein, dass zuerst ein Bearbeitungsprozess in einem Bearbeitungsbereich R (z.B. Bearbeitungsbereich Ra) abgeschlossen wird und danach ein weiterer Schneidprozess in einem nächsten Bearbeitungsbereich R (z.B. Bearbeitungsbereich Rb) gestartet wird. Das heißt, dass die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 die Bearbeitungsbahnen T so einstellt, dass die Bearbeitung in einem Bearbeitungsbereich R durch einen einzigen Vorschubvorgang des Schneidwerkzeugs durchgeführt wird.
Die Vorschub-Einstelleinheit 28 stellt einen Vorschub für das auf den Bearbeitungsbahnen T zu verfahrende Schneidwerkzeug auf die Schnittvorschubrate ein. Weiterhin stellt die Vorschub-Einstelleinheit 28 eine Vorschubrate für das Schneidwerkzeug ein, das vor Beginn jedes Vorschubvorgangs des Schneidwerkzeugs von einer Bearbeitungsbahn T zur anderen (d.h. zwischen den Bearbeitungsbahnen T) im Eilgang verfahren werden soll.
Die Bearbeitungsmaschine 30 umfasst ein Schneidwerkzeug zum Schneiden des Werkstücks W und einen Tisch zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück W und dem Schneidwerkzeug. Die Bearbeitungsmaschine 30 führt einen Schneidprozess (Bearbeitungsprozess) an dem Werkstück W aus, basierend auf den Anweisungen zur Durchführung der Bearbeitung (Schneidprozess) mit einer Bearbeitungsgenauigkeit von 100 nm oder weniger. Die Bearbeitungsmaschine 30 führt das Fräsen oder Hobeln aus.
Die Funktionen der Vorbearbeitungsform-Erfassungseinheit 14, der Sollformerfassungseinheit 18, der Differenzformerfassungseinheit 20, der Bearbeitungsebenen-Einstelleinheit 22, der Bearbeitungsbereich-Einstelleinheit 24, der Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 und der Vorschubraten-Einstelleinheit 28 werden durch den Prozessor realisiert, der ein Programm ausführt, das in einem nicht gezeigten Speichermedium gespeichert ist. Die Sollform-Speichereinheit 16 wird durch ein Speichermedium realisiert.
[Verfahren zur Einstellung der Bearbeitungsbahn]
8 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Bearbeitungsbahneinstellungsprozesses zeigt, der in der Werkzeugmaschine 10 durchgeführt wird. Der Bearbeitungsbahneinstellungsprozess wird vor dem Schneiden des Werkstücks W ausgeführt.
In Schritt S1 erlangt die Vorbearbeitungsform-Erfassungseinheit 14 die Vorbearbeitungsform Sa des Werkstücks W, und der Prozess geht zu Schritt S2 über.
In Schritt S2 erfasst die Sollformerfassungseinheit 18 die Sollform Sb des Werkstücks W, und der Prozess fährt mit Schritt S3 fort.
In Schritt S3 erlangt die Differenzform-Erfassungseinheit 20 die Differenzform Sc, und der Prozess geht zu Schritt S4 über.
In Schritt S4 definiert die Bearbeitungsebenen-Einstelleinheit 22 eine Bearbeitungsebene F, und der Prozess geht zu Schritt S5 über.
In Schritt S5 definiert die Bearbeitungsbereich-Einstelleinheit 24 die Bearbeitungsbereiche R, und der Prozess geht zu Schritt S6 über.
In Schritt S6 legt die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 die Bearbeitungsbahnen T in jedem der Bearbeitungsbereiche R fest, und der Prozess geht zu Schritt S7 über.
In Schritt S7 legt die Vorschubraten-Einstelleinheit 28 eine Vorschubrate für das Schneidwerkzeug fest, mit der es sich auf der Bearbeitungsbahn T bewegt, sowie die Vorschubrate für das Schneidwerkzeug, mit der es sich von einer Bearbeitungsbahn T zur anderen bewegt, und der Prozess geht zu Schritt S8 über.
In Schritt S8 gibt die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 die Bearbeitungsbahnen T in jedem Bearbeitungsbereich R an die Bearbeitungsmaschine 30 aus, und die Vorschub-Einstelleinheit 28 gibt die Vorschubraten des Schneidwerkzeugs an die Bearbeitungsmaschine 30 aus. Damit ist der Bearbeitungsbahneinstellvorgang beendet.
[Betrieb und Wirkung]
Je größer der Schnittbetrag (Schnitttiefe) des Schneidwerkzeugs ist, desto kürzer ist die Bearbeitungszeit, aber der Verschleiß des Schneidwerkzeugs wird beschleunigt, so dass die nutzbare Lebensdauer des Schneidwerkzeugs kürzer wird. Wird dagegen der Schneidbetrag des Schneidwerkzeugs kleiner eingestellt, wird der Verschleiß des Schneidwerkzeugs gemindert und die nutzbare Lebensdauer des Schneidwerkzeugs kann verlängert werden, die Bearbeitungszeit wird jedoch länger. Insbesondere die Bearbeitungsmaschine 30 der Werkzeugmaschine 10 dieses Ausführungsbeispiels ist eine Ultrahochpräzisions-Bearbeitungsmaschine, die das Werkstück W auf der Grundlage von Anweisungen für die Durchführung der Bearbeitung mit einer Bearbeitungsgenauigkeit von 100 nm oder weniger bearbeitet, so dass der Schneidbetrag des Schneidwerkzeugs nicht groß eingestellt werden kann, so dass wiederum die Bearbeitungszeit länger wird. Daher wird gefordert, die Bearbeitungszeit zu verkürzen und gleichzeitig den Schneidbetrag des Schneidwerkzeugs klein zu halten.
Die Bearbeitungsbahnen T werden auf den Bearbeitungsebenen F festgelegt, die parallel zu der Sollform Sb des Werkstücks W liegen. Die Vorbearbeitungsform Sa des Werkstücks W liegt jedoch nicht parallel zu der Sollform Sb. Daher gibt es, selbst wenn das Schneidwerkzeug parallel bewegt wird, um zu versuchen, die gesamte Oberfläche der Bearbeitungsebene F zu bearbeiten, in Wirklichkeit viele Bereiche, in denen das Schneidwerkzeug nicht mit dem Werkstück W in Kontakt kommt. Diese Situation tritt häufiger auf, da der Schnittbetrag (Schnitttiefe) des Schneidwerkzeugs kleiner ist. Selbst wenn das Schneidwerkzeug das Werkstück W nicht schneidet, wird das Schneidwerkzeug mit der Schnittvorschubrate in Bewegung gehalten, was zu einer längeren Bearbeitungszeit führt.
Um dies zu bewältigen, ist die Werkzeugmaschine 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels konfiguriert, um Bearbeitungsbahnen T so einzustellen, dass die Bearbeitung lediglich auf den Differenzformen Sc zwischen der Vorbearbeitungsform Sa des Werkstücks W vor der Bearbeitung und der Sollform Sb des Werkstücks W nach der Bearbeitung durchgeführt wird. Auf diese Weise kann die Situation vermieden werden, in der das Schneidwerkzeug im Leerlauf mit der Schnittvorschubrate bewegt wird, ohne das Werkstück W zu schneiden, was zu einer Reduzierung der Bearbeitungszeit führt.
Weiterhin ist die Werkzeugmaschine 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels konfiguriert, um die Bereiche, in denen jede Bearbeitungsebene F die Differenzform Sc schneidet, als Bearbeitungsbereiche R definiert und Bearbeitungsbahnen T lediglich in den Bearbeitungsbereichen R auf jeder der Bearbeitungsebenen F einzustellen. Mit dieser Konfiguration kann vermieden werden, dass das Schneidwerkzeug im Leerlauf mit der Schnittvorschubrate entlang der Bearbeitungsbahn T bewegt wird, ohne das Werkstück W zu schneiden, was zu einer Verringerung der Bearbeitungszeit führt.
Darüber hinaus ist die Werkzeugmaschine 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels konfiguriert, um die Bearbeitungsbahnen T so einstellt, dass sie die Bearbeitung (den Schneidprozess) zunächst in einem Bearbeitungsbereich (erster Bearbeitungsbereich) R abschließt und danach die Bearbeitung in einem nächsten Bearbeitungsbereich (zweiter Bearbeitungsbereich) R beginnt, wenn es zwei Bearbeitungsbereiche R auf derselben Bearbeitungsebene F gibt. Mit dieser Konfiguration kann vermieden werden, dass das Schneidwerkzeug im Leerlauf mit der Schnittvorschubrate entlang der Bearbeitungsbahn T bewegt wird, ohne das Werkstück W zu bearbeiten, was zu einer Reduzierung der Bearbeitungszeit führt.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Eine Werkzeugmaschine 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich teilweise von der Werkzeugmaschine 10 des ersten Ausführungsbeispiels in den Prozessen, die in der Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 und der Vorschubraten-Einstelleinheit 28 durchgeführt werden.
9 zeigt eine Darstellung, die eine Bearbeitungsebene F zeigt. 9 zeigt die Bearbeitungsebene Fa in 6. Wie in 9 dargestellt, sind die Bearbeitungsbereiche Ra, Rb und Rc auf der Bearbeitungsebene Fa festgelegt.
Die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 definiert auf den Bearbeitungsbereichen R die Bearbeitungsbahnen T, auf denen das Werkzeug während des Schneidens des Werkstücks W verfahren wird. Wie in 9 dargestellt, werden die Bearbeitungsbahnen T lediglich in den Bearbeitungsbereichen Ra bis Rc auf der Bearbeitungsebene Fa definiert. Die dem Pfeil nachgestellte Nummer für jede Bearbeitungsbahn T in 9 ist die Nummer des Vorschubs des Schneidwerkzeugs. Wenn, wie in 9 dargestellt, auf derselben Bearbeitungsebene Fa die Bearbeitungsbereiche Ra und Rb entlang der Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs nebeneinander liegen, stellt die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit 26 die Bearbeitungsbahnen T so ein, dass das Schneidwerkzeug die Bearbeitungsbereiche Ra und Rb in einem einzigen Vorschubvorgang (Einzelvorschubhub) schneiden kann.
Die Vorschub-Einstelleinheit 28 stellt eine Vorschubrate für das Schneidwerkzeug ein, das sich auf den Bearbeitungsbahnen T bewegt, und zwar auf die Schnittvorschubrate. Weiterhin stellt die Vorschubraten-Einstelleinheit 28 eine Vorschubrate für das Schneidwerkzeug ein, mit der es sich vor Beginn jedes Vorschubhubes des Schneidwerkzeuges von einer Bearbeitungsbahn T zur anderen im Eilgang bewegt. Weiterhin stellt die Vorschubraten-Einstelleinheit 28 eine Vorschubrate für das Schneidwerkzeug ein, mit der es sich im Laufe eines einzelnen Vorschubhubs des Schneidwerkzeugs von einer Bearbeitungsbahn T zu einer anderen bewegt, wie in 9 gezeigt, und zwar im Eilgang.
[Betrieb und Wirkung]
In der Werkzeugmaschine 10 dieses Ausführungsbeispiels sind die Bearbeitungsbahnen T so definiert, dass, wenn zwei Bearbeitungsbereiche R nebeneinander in Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs auf derselben Bearbeitungsebene F liegen, ein Bearbeitungsbereich R und ein weiterer Bearbeitungsbereich R mit einem einzigen Vorschubhub des Schneidwerkzeugs bearbeitet werden können. Dadurch ist es möglich, die Anzahl der Vorschubhübe des Schneidwerkzeugs zu reduzieren und somit die Bearbeitungszeit zu verkürzen.
Wenn in der Werkzeugmaschine 10 dieses Ausführungsbeispiels ein Bearbeitungsbereich (erster Bearbeitungsbereich) R und ein anderer Bearbeitungsbereich (zweiter Bearbeitungsbereich) R durch einen einzigen Vorschubhub des Schneidwerkzeugs geschnitten werden, wird die Vorschubrate des Schneidwerkzeugs, das zwischen der Bearbeitungsbahn T auf dem einen Bearbeitungsbereich R und der Bearbeitungsbahn T auf dem anderen Bearbeitungsbereich R bewegt werden soll, auf den Eilgang eingestellt. Dadurch ist es möglich, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Eine Werkzeugmaschine 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich teilweise von den Werkzeugmaschinen 10 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels in dem Prozess, der in der Differenzformerfassungseinheit 20 durchgeführt wird.
Die Differenzform-Erfassungseinheit 20 erfasst eine Differenzform Sc aus der Vorbearbeitungsform Sa und der Sollform Sb des Werkstücks W. 10 zeigt eine Darstellung, die eine Vorbearbeitungsform Sa und eine Sollform Sb der oberen Oberfläche des Werkstücks W zeigt. 10 zeigt die Vorbearbeitungsform Sa und die Sollform Sb der oberen Oberfläche des Werkstücks W auf der durch Y=Ya definierten Oberfläche. Wie in 10 gezeigt, gibt es Bereiche, in denen die Vorbearbeitungsform Sa die Sollform Sb der oberen Oberfläche des Werkstücks W schneidet. Die Differenzform-Erfassungseinheit 20 verschiebt (bewegt) die Sollform der oberen Oberfläche des Werkstücks W von Sb nach Sb', so dass die Sollform die Vorbearbeitungsform Sa nicht schneidet. In den Differenzform-Erfassungseinheiten 20 in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird die Sollform Sb lediglich in Richtung der Z-Achse verschoben. In diesem Ausführungsbeispiel verschiebt (bewegt) die Differenzform-Erfassungseinheit 20 die Sollform Sb derart, dass das Volumen der Differenzform Sc minimal wird. Die Differenzform-Erfassungseinheit 20 richtet entsprechend der Bewegung der Sollform Sb ein neues Koordinatensystem X'Y'Z' ein. Auf der Grundlage des neuen Koordinatensystems X'Y'Z' werden die folgenden Prozesse durchgeführt.
[Betrieb und Wirkung]
Die Werkzeugmaschine 10 dieses Ausführungsbeispiels bewegt die Sollform Sb relativ zu der Vorbearbeitungsform Sa, so dass das Volumen der Differenzform Sc minimal wird. Infolgedessen wird das durch die Bearbeitung aus der Vorbearbeitungsform Sa abzutragende Materialvolumen minimiert, so dass die Bearbeitungszeit reduziert werden kann.
[Andere Ausführungsbeispiele]
Die vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiele sind unter der Annahme beschrieben worden, dass die obere Oberfläche des Werkstücks W bearbeitet wird, aber die vorliegende Erfindung kann in ähnlicher Weise auf das Schneiden von Seitenflächen des Werkstücks W angewandt werden.
Bei den Bearbeitungsmaschinen 30 der Werkzeugmaschinen 10 der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele handelt es sich um eine Ultrahochpräzisions-Bearbeitungsmaschine, die die Bearbeitung eines Werkstücks W gemäß den Anweisungen zur Durchführung der Bearbeitung mit einer Bearbeitungsgenauigkeit von 100 nm oder weniger durchführt. Die in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen beschriebenen Verfahren können jedoch in ähnlicher Weise auf die Werkzeugmaschine angewendet werden, die die Bearbeitung eines Werkstücks W gemäß den Anweisungen zur Durchführung der Bearbeitung mit einer Bearbeitungsgenauigkeit von mehr als 100 nm durchführt.
[Aus den Ausführungsbeispielen abgeleitete technische Ideen]
Ideen, die sich aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ableiten lassen, werden im Folgenden beschrieben.
Die Werkzeugmaschine (10) zum Durchführen eines Schneidprozesses an einem Werkstück mit einem Schneidwerkzeug umfasst: eine Vorbearbeitungsform-Erfassungseinheit (14), die konfiguriert ist, um die Form des Werkstücks vor dem Schneiden als eine Vorbearbeitungsform zu erfassen; eine Sollform-Erfassungseinheit (18), die konfiguriert ist, um eine Sollform des Werkstücks nach dem Schneiden zu erfassen; eine Differenzform-Erfassungseinheit (20), die konfiguriert ist, um eine Differenzform zwischen der Vorbearbeitungsform und der Sollform zu erfassen; und eine Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit (26), die konfiguriert ist, um Bearbeitungsbahnen so einzustellen, dass der Schneidprozess lediglich an der Differenzform durchgeführt wird. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Die vorstehend beschriebene Werkzeugmaschine kann ferner umfassen: eine Bearbeitungsebenen-Einstelleinheit (22), die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Bearbeitungsebenen parallel zu der Sollform einzustellen; und eine Bearbeitungsbereich-Einstelleinheit (24), die konfiguriert ist, um einen Abschnitt, in dem jede Bearbeitungsebene die Differenzform schneidet, als einen Bearbeitungsbereich zu definieren, und die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit kann konfiguriert sein, um die Bearbeitungsbahnen lediglich in dem Bearbeitungsbereich auf jeder der Bearbeitungsebenen einzustellen. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
In der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine, wenn es erste und zweite Bearbeitungsbereiche auf einer identischen Bearbeitungsebene gibt, kann die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit die Bearbeitungsbahnen so einstellen, dass zuerst der Schneidprozess auf dem ersten Bearbeitungsbereich abgeschlossen und danach der Schneidprozess auf dem zweiten Bearbeitungsbereich gestartet wird. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Wenn in der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine ein erster und ein zweiter Bearbeitungsbereich nebeneinander entlang der Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs auf einer identischen Bearbeitungsebene liegen, kann die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit die Bearbeitungsbahnen so einstellen, dass der Schneidprozess auf dem ersten Bearbeitungsbereich und auf dem zweiten Bearbeitungsbereich mit einem einzigen Vorschubhub des Schneidwerkzeugs durchgeführt wird. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Die vorstehend beschriebene Werkzeugmaschine kann ferner eine Vorschubraten-Einstelleinheit (28) enthalten, die konfiguriert ist, um, wenn der Schneidprozess auf dem ersten Bearbeitungsbereich und auf dem zweiten Bearbeitungsbereich durch einen einzigen Hub des Schneidwerkzeugs durchgeführt wird, die Vorschubrate des Schneidwerkzeugs, das zwischen der Bearbeitungsbahn des ersten Bearbeitungsbereichs und der Bearbeitungsbahn des zweiten Bearbeitungsbereichs bewegt werden soll, auf einen Eilgang einzustellen. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
In der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine kann die Differenzform-Erfassungseinheit so konfiguriert werden, dass die Sollform relativ zur Vorbearbeitungsform verschoben wird, um das Volumen der Differenzform zu minimieren. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Die vorstehend beschriebene Werkzeugmaschine kann ferner eine Bearbeitungsmaschine (30) umfassen, die konfiguriert ist, um den Schneidprozess an dem Werkstück auf der Grundlage von Anweisungen zur Durchführung der Bearbeitung (des Schneidprozesses) mit einer Bearbeitungsgenauigkeit von 100 nm oder weniger durchzuführen. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Ein Steuerverfahren einer Werkzeugmaschine (10) zum Durchführen eines Schneidprozesses an einem Werkstück mit einem Schneidwerkzeug umfasst: einen Vorbearbeitungsform-Erfassungsschritt zum Erfassen der Form des Werkstücks vor dem Schneiden als eine Vorbearbeitungsform; einen Sollform-Erfassungsschritt zum Erfassen einer Sollform des Werkstücks nach dem Schneiden; einen Differenzform-Erfassungsschritt zum Erfassen einer Differenzform zwischen der Vorbearbeitungsform und der Sollform; und einen Bearbeitungsbahn-Einstellschritt zum Einstellen von Bearbeitungsbahnen, um den Schneidprozess lediglich an der Differenzform durchzuführen. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Das vorstehend beschriebene Steuerverfahren der Werkzeugmaschine kann ferner umfassen: einen Bearbeitungsebenen-Einstellschritt zum Einstellen einer oder mehrerer Bearbeitungsebenen parallel zu der Sollform; und einen Bearbeitungsbereichs-Einstellschritt zum Definieren eines Abschnitts, in dem jede Bearbeitungsebene die Differenzform schneidet, als einen Bearbeitungsbereich, wobei der Bearbeitungsbahn-Einstellschritt die Bearbeitungsbahnen lediglich in dem Bearbeitungsbereich auf jeder der Bearbeitungsebenen einstellt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Bei dem vorstehend beschriebenen Steuerverfahren der Werkzeugmaschine kann der Bearbeitungsbahn-Einstellschritten, wenn es erste und zweite Bearbeitungsbereiche auf einer identischen Bearbeitungsebene gibt, die Bearbeitungsbahnen so einstellen, dass der Schneidprozess zuerst auf dem ersten Bearbeitungsbereich abgeschlossen wird und danach der Schneidprozess auf dem zweiten Bearbeitungsbereich beginnt. Diese Konfiguration erlaubt es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Bei dem vorstehend beschriebenen Steuerverfahren der Werkzeugmaschine kann der Schritt der Einstellung der Bearbeitungsbahnen, wenn es erste und zweite Bearbeitungsbereiche gibt, die nebeneinander entlang der Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs auf einer identischen Bearbeitungsebene liegen, die Bearbeitungsbahnen so einstellen, dass der Schneidvorgang auf dem ersten Bearbeitungsbereich und auf dem zweiten Bearbeitungsbereich durch einen einzigen Vorschubhub des Schneidwerkzeugs ausgeführt wird. Diese Konfiguration erlaubt es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Das vorstehend beschriebene Steuerverfahren der Werkzeugmaschine kann ferner einen Vorschubraten-Einstellschritt beinhalten, bei dem, wenn der Schneidvorgang auf dem ersten Bearbeitungsbereich und auf dem zweiten Bearbeitungsbereich durch einen einzigen Hub des Schneidwerkzeugs durchgeführt wird, die Vorschubrate des Schneidwerkzeugs, das zwischen der Bearbeitungsbahn des ersten Bearbeitungsbereichs und der Bearbeitungsbahn des zweiten Bearbeitungsbereichs bewegt werden soll, auf einen Eilgang eingestellt wird. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
Bei dem vorstehend beschriebenen Steuerverfahren der Werkzeugmaschine kann der Schritt der Erfassung der Differenzform die Sollform relativ zu der Vorbearbeitungsform verschieben, um das Volumen der Differenzform zu minimieren. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Bearbeitungszeit zu reduzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005122332 [0002]

Claims

Werkzeugmaschine (10) zur Durchführung eines Schneidvorgangs an einem Werkstück mit einem Schneidwerkzeug, umfassend: eine Vorbearbeitungsform-Erfassungseinheit (14), die konfiguriert ist, um eine Form des Werkstücks vor dem Schneiden als eine Vorbearbeitungs-Form zu erfassen; eine Sollform-Erfassungseinheit (18), die konfiguriert ist, um eine Sollform des Werkstücks nach dem Schneiden zu erfassen; eine Differenzform-Erfassungseinheit (20), die konfiguriert ist, um eine Differenzform zwischen der Vorbearbeitungsform und der Sollform zu erfassen; und eine Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit (26), die konfiguriert ist, um Bearbeitungsbahnen so einzustellen, dass der Schneidprozess lediglich an der Differenzform ausgeführt wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Bearbeitungsebenen-Einstelleinheit (22), die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Bearbeitungsebenen parallel zu der Sollform einzustellen; und eine Bearbeitungsbereich-Einstelleinheit (24), die konfiguriert ist, um einen Abschnitt, in dem jede Bearbeitungsebene die Differenzform schneidet, als einen Bearbeitungsbereich zu definieren, wobei die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit konfiguriert ist, um die Bearbeitungsbahnen lediglich in dem Bearbeitungsbereich auf jeder der Bearbeitungsebenen ei nzustellen.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit konfiguriert ist, um, wenn es erste und zweite Bearbeitungsbereiche auf einer Bearbeitungsebene der Bearbeitungsebenen gibt, die Bearbeitungsbahnen so einzustellen, dass zuerst der Schneidprozess auf dem ersten Bearbeitungsbereich abgeschlossen und danach der Schneidprozess auf dem zweiten Bearbeitungsbereich gestartet wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei die Bearbeitungsbahn-Einstelleinheit konfiguriert ist, um, wenn es erste und zweite Bearbeitungsbereiche gibt, die nebeneinander entlang einer Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs auf einer Bearbeitungsebene der Bearbeitungsebenen liegen, die Bearbeitungsbahnen so einzustellen, dass der Schneidprozess auf dem ersten Bearbeitungsbereich und dem zweiten Bearbeitungsbereich durch einen einzigen Vorschubhub des Schneidwerkzeugs durchgeführt wird.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, die ferner eine Vorschubraten-Einstelleinheit (28) umfasst, die konfiguriert ist, um, wenn der Schneidprozess auf dem ersten Bearbeitungsbereich und dem zweiten Bearbeitungsbereich durch einen einzigen Hub des Schneidwerkzeugs durchgeführt wird, eine Vorschubrate des Schneidwerkzeugs, das zwischen der Bearbeitungsbahn des ersten Bearbeitungsbereichs und der Bearbeitungsbahn des zweiten Bearbeitungsbereichs bewegt werden soll, auf einen Eilgang einzustellen.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Differenzform-Erfassungseinheit der konfiguriert, um die Sollform relativ zu der Vorbearbeitungsform zu verschieben, so dass ein Volumen der Differenzform minimiert wird.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend eine Bearbeitungsmaschine (30), die konfiguriert ist, um den Schneidprozess an dem Werkstück auf der Grundlage von Anweisungen zur Durchführung des Schneidprozesses mit einer Bearbeitungsgenauigkeit von 100 nm oder weniger durchzuführen.
Steuerverfahren einer Werkzeugmaschine (10) zur Durchführung eines Schneidprozesses an einem Werkstück mit einem Schneidwerkzeug, umfassend: einen Vorbearbeitungs-Formerfassungsschritt, bei dem eine Form des Werkstücks vor dem Schneiden als Vorbearbeitungs-Form erfasst wird; einen Sollform-Erfassungsschritt zum Erfassen einer Sollform des Werkstücks nach dem Schneiden; einen Differenzform-Erfassungsschritt, bei dem eine Differenzform zwischen der Vorbearbeitungsform und der Sollform erfasst wird; und einen Bearbeitungsbahn-Einstellschritt, bei dem die Bearbeitungsbahnen so eingestellt werden, dass der Schneidprozess lediglich auf der Differenzform ausgeführt wird.
Steuerverfahren der Werkzeugmaschine nach Anspruch 8, weiter umfassend: einen Bearbeitungsebenen-Einstellschritt zum Einstellen einer oder mehrerer Bearbeitungsebenen parallel zu der Sollform; und einen Bearbeitungsbereich-Einstellschritt zum Definieren eines Abschnitts, in dem jede Bearbeitungsebene die Differenzform schneidet, als einen Bearbeitungsbereich, wobei der Bearbeitungsbahn-Einstellschritt die Bearbeitungsbahnen lediglich in dem Bearbeitungsbereich auf jeder der Bearbeitungsebenen einstellt.
Steuerverfahren der Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Festlegens der Bearbeitungsbahnen, wenn es erste und zweite Bearbeitungsbereiche auf einer Bearbeitungsebene der Bearbeitungsebenen gibt, die Bearbeitungsbahnen so festlegt, dass zuerst der Schneidprozess auf dem ersten Bearbeitungsbereich abgeschlossen und danach der Schneidprozess auf dem zweiten Bearbeitungsbereich gestartet wird.
Steuerverfahren der Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Festlegens der Bearbeitungsbahnen, wenn es erste und zweite Bearbeitungsbereiche gibt, die nebeneinander entlang einer Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs auf einer Bearbeitungsebene der Bearbeitungsebenen liegen, die Bearbeitungsbahnen so festlegt, dass der Schneidprozess auf dem ersten Bearbeitungsbereich und dem zweiten Bearbeitungsbereich durch einen einzigen Vorschubhub des Schneidwerkzeugs durchgeführt wird.
Steuerverfahren der Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, das ferner einen Vorschubraten-Einstellschritt umfasst, bei dem, wenn der Schneidvorgang auf dem ersten Bearbeitungsbereich und dem zweiten Bearbeitungsbereich durch einen einzigen Hub des Schneidwerkzeugs durchgeführt wird, eine Vorschubrate des Schneidwerkzeugs, das zwischen der Bearbeitungsbahn des ersten Bearbeitungsbereichs und der Bearbeitungsbahn des zweiten Bearbeitungsbereichs bewegt werden soll, auf einen Eilgang eingestellt wird.
Steuerverfahren der Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Schritt der Erfassung der Differenzform die Sollform relativ zur Vorbearbeitungsform verschiebt, um ein Volumen der Differenzform zu minimieren.