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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung einer Drehbearbeitung an einem Werkstück durch eine Werkzeugmaschine, eine Werkzeugmaschine und ein Bearbeitungsprogramm, das zur Ausführung des Verfahrens konfiguriert ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Wenn ein Werkstück aus SUS, einer Titanlegierung, einer hitzebeständigen Legierung oder ähnlichem gedreht wird, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass die Standzeit des Werkzeugs aufgrund von Grenzverschleiß verkürzt wird. Als Gegenmaßnahme ist es bekannt, dass es effektiv ist, den Schneidekantenwinkel eines Einsatzes zu verringern, zum Beispiel auf weniger als 90°, wie in der Japan Society for Precision Engineering offenbart. Text des 342. Workshops: [Die Nachfrage wird steigen! A la carte der fortschrittlichen Bearbeitungstechnologie für schwer zu bearbeitende Werkstoffe wie Superlegierungen, Keramiken und Verbundwerkstoffe] Juyo ga takamaru! Nankakouzai (chougoukin, seramikkusu, fukugouzairyou) no senshin kakou gijutsu arakaruto (auf Japanisch): [Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsschneidwerkzeug für Komponenten von Flugzeugtriebwerken] Koukuukijetto enjin buhin no kousoku, kouseinou sessaku kougu (auf Japanisch). Jun 10, 2010: Seiten 6 bis 7.
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Wenn jedoch ein Werkstück mit einer Stufenform gedreht wird, die einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt mit großem Durchmesser umfasst, entsteht ein Schneiderückstand, wenn der Schneidekantenwinkel klein ist. Dies liegt daran, dass der kleine Schneidekantenwinkel eine Überschneidung des Einsatzes mit dem Werkstück in der Nähe einer Endfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser verursacht, die mit dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser verbunden ist. Dementsprechend muss der Schneiderückstand mit einem anderen Werkzeug bearbeitet werden, die Anzahl der Werkzeuge steigt und die Schneidezeit wird länger.
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Daher werden in
JP H3-19701 A und
JP 2003-71601 A Bearbeitungsverfahren offenbart, die den Randverschleiß unterdrücken, indem sie die Vorschubmenge eines Werkzeugs ändern, um einen Rand zu verschieben.
JP 2006-68874 A offenbart ein Bearbeitungsverfahren , das eine kontinuierliche Bearbeitung durch Drehen einer Werkzeug-Hauptspindel, die mit einem Knopfwerkzeug ausgestattet ist, um eine B-Achse ermöglicht, um sequentiell eine Schneidekantenposition zu ändern.
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Bei den Bearbeitungsverfahren von
JP H3-19701 A und
JP 2003-71601 A kann jedoch der Randverschleiß einer Seitenschneidekante nicht unterdrückt werden, da die Schnittmenge konstant bleibt. Im Falle der Bearbeitungsmethode von
JP 2006-68874 A ist ein Mechanismus zum Drehen des Werkzeugs um die B-Achse erforderlich, und die Werkzeugmaschine wird teuer.
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Daher ist es ein Ziel der Offenbarung, ein Drehverfahren für ein Werkstück, eine Werkzeugmaschine und ein Bearbeitungsprogramm bereitzustellen, die Grenzverschleiß auch bei einer Seitenschneidekante mit einer kostengünstigen Ausgestaltung unterdrücken können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist eine erste Ausgestaltung der Offenbarung ein Drehverfahren zur Durchführung einer Drehung eines Werkstücks in einer Werkzeugmaschine. Das Drehverfahren umfasst: Vorschieben eines Werkzeugs in einer Drehachsenrichtung und/oder einer radialen Richtung eines Werkstücks, während das Werkstück gedreht wird, wobei das Werkzeug einen Einsatz mit einer Seitenschneidekante umfasst, wobei die Seitenschneidekante einen geradlinigen Abschnitt umfasst; und Vorschieben des Werkzeugs in der Drehachsenrichtung und der radialen Richtung und in einer vorbestimmten schrägen Richtung, die nicht parallel zu einer endgültigen Bearbeitungsfläche des Werkstücks ist, um ein Drehen durchzuführen, so dass ein Schneidekantenwinkel als ein Winkel, der durch den geradlinigen Abschnitt der Seitenschneidekante und die schräge Richtung gebildet wird, kleiner als 90° wird.
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In einem anderen Aspekt der ersten Ausgestaltung der Offenbarung, die der obigen Ausgestaltung entspricht, umfasst das Werkzeug den Einsatz, bei dem ein Winkel, der durch eine Richtung parallel oder senkrecht zur Richtung der Drehachse und dem geradlinigen Abschnitt der Seitenschneidekante gebildet wird, ein rechter Winkel oder ein stumpfer Winkel ist.
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In einem anderen Aspekt der ersten Ausgestaltung der Offenbarung, die in der obigen Ausgestaltung ist, wird ein Winkel der schrägen Richtung aus einer Form der endgültigen Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks und einer Form des Einsatzes bestimmt.
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Ein weiterer Aspekt der ersten Ausgestaltung der Offenbarung, die in der obigen Ausgestaltung vorliegt, beinhaltet ferner, dass die Werkzeugmaschine veranlasst wird, automatisch ein Bearbeitungsprogramm auf der Grundlage des bestimmten Winkels der schrägen Richtung zu erzeugen, um eine Drehung in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm durchzuführen.
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In einem weiteren Aspekt der ersten Ausgestaltung der Offenbarung, die in der obigen Ausführungsform vorliegt, umfasst ein Teil einer Abfolge von Bearbeitungsprozessen von einem Bearbeitungsbeginn bis zu einem Bearbeitungsende den Vorschub in der schrägen Richtung.
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Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist eine zweite Ausgestaltung der Offenbarung eine Werkzeugmaschine, die dazu angepasst ist, das Drehverfahren für ein Werkstück einer der ersten Ausgestaltungen auszuführen.
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Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist eine dritte Ausgestaltung der Offenbarung ein Bearbeitungsprogramm, das eine Steuereinrichtung einer Werkzeugmaschine veranlasst, das Drehverfahren für ein Werkstück der ersten Ausführungsform auszuführen. Die Werkzeugmaschine ist so konfiguriert, dass sie ein Drehen an einem Werkstück durch Vorschieben eines Werkzeugs in einer Drehachsenrichtung und/oder einer radialen Richtung eines Werkstücks durchführt, während sie das Werkstück dreht. Das Werkzeug umfasst einen Einsatz mit einer Seitenschneidekante. Die Seitenschneidekante umfasst einen geradlinigen Abschnitt.
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Durch die Offenlegung kann der Randverschleiß auch bei der Seitenschneidekante unterdrückt werden, indem der Schneidekantenwinkel durch schräge Bearbeitung scheinbar verkleinert wird. Darüber hinaus, da ein Drehmechanismus und dergleichen um eine Drehachse des Werkzeugs nicht erforderlich ist, kann der Randverschleiß mit einer kostengünstigen Ausgestaltung unterdrückt werden.
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Figurenliste
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- ist eine erklärende Ansicht, die eine Ausführungsform einer CNC-Drehmaschine zeigt.
- Die und zeigen die Erläuterung eines Drehverfahrens.
- und sind vergrößerte Ansichten eines schrägen Bearbeitungsteils.
- 4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung von Bearbeitungsprogrammen.
- 5 ist eine erläuternde Ansicht eines Drehverfahrens, wenn die Form des Werkstücks unterschiedlich ist.
- 6 ist eine erläuternde Ansicht eines Drehverfahrens, wenn die Form des Werkstücks unterschiedlich ist.
- ist eine erläuternde Ansicht eines Drehverfahrens, wenn die Form des Einsatzes unterschiedlich ist.
- ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel für ein herkömmliches Drehverfahren zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Offenbarung anhand der Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung einer Drehbearbeitung mit einer CNC-Drehmaschine als Beispiel für eine Werkzeugmaschine. Eine CNC-Drehmaschine 1 hat ein Spannfutter 2 zum Halten eines Werkstücks 3 an einer drehbar angetriebenen Hauptspindel. Ein Werkzeug 5, z. B. ein Einpunkt- Werkzeug, mit einem Einsatz 51 an einem distalen Ende ist an einem Werkzeughalter 4 befestigt und wird von einer NC-Vorrichtung 6 gesteuert. Der Einsatz 51 hat eine Rautenform, bei der eine Seitenschneidekante 52, die eine Hauptschneidekante ist, in einer geraden Linie verläuft.
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Die NC-Vorrichtung 6 hat eine Speichereinheit 7, eine Berechnungseinheit 8, eine Programmerzeugungseinheit 9, eine Programminterpretationseinheit 10 und eine Maschinenbetriebssteuerungseinheit 11. Die Speichereinheit 7 speichert eine Produktform und eine Werkzeugform. Die Berechnungseinheit 8 berechnet aus der Produktform und der Werkzeugform einen Winkel der schrägen Bearbeitung. Die Programmerzeugungseinheit 9 erzeugt ein Bearbeitungsprogramm. Die Programminterpretationseinheit 10 interpretiert das Bearbeitungsprogramm. Die Maschinenbetriebssteuerungseinheit 11 steuert eine Maschine.
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2A und 2B sind schematische Darstellungen eines Drehverfahrens für das Werkstück 3. Um den Randverschleiß der Seitenschneidekante 52 beim Drehen zu unterdrücken, wird das in 8 dargestellte Werkzeug 5 verwendet, und die Bearbeitung erfolgt durch Vorschub des Werkzeugs 5 wie eine Schneidbahn 30. Das Werkzeug 5 umfasst den Einsatz 51, der einen kleinen (spitzen) Schneidekantenwinkel α aufweist, der durch die Seitenschneidekante 52 und eine Drehachsenrichtung des Werkstücks 3 gebildet wird. Wenn das Werkstück 3 jedoch eine Stufenform hat, entsteht ein Schneiderückstand 33, wie in 8 dargestellt. Daher sollte der Schneiderückstand 33 mit einem anderen Werkzeug bearbeitet werden, bei dem der Schneidekantenwinkel α zu einem rechten oder stumpfen Winkel wird. Dementsprechend wird die Anzahl der Werkzeuge erhöht und die Bearbeitungszeit verlängert.
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Daher wird, wie in 2A dargestellt, in einem bearbeiteten Abschnitt 102 die Bearbeitung durch Vorschub des Werkzeugs 5 in einer Richtung A durchgeführt, die in Bezug auf eine endgültige Bearbeitungsfläche des Werkstücks 3 schräg ist. Der Vorschub kann eine Hin- und Herbewegung oder eine sich wiederholende Bewegung in einer Richtung sein. Durch die schräge Bearbeitung verringert sich der Schneidekantenwinkel α in Bezug auf die Richtung A scheinbar auf weniger als 90°, wodurch der Grenzverschleiß unterdrückt werden kann.
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In diesem Fall kann, wie in 2A dargestellt, die schräge Bearbeitung auf dem gesamten Bereich des bearbeiteten Abschnitts 102 durchgeführt werden. Zusätzlich kann, wie in 2B dargestellt, in einer Abfolge von Bearbeitungsprozessen ein mittlerer Abschnitt des bearbeiteten Abschnitts 102 durch die schräge Bearbeitung bearbeitet werden, und ein bearbeiteter Abschnitt 101 am Anfang und ein bearbeiteter Abschnitt 103 am Ende, die beide Enden des bearbeiteten Abschnitts 102 sind, können durch parallele Bearbeitung bearbeitet werden. Die parallele Bearbeitung ist eine Bearbeitung, die in einer Richtung B parallel zur endgültigen Bearbeitungsfläche 31 des Werkstücks 3 durchgeführt werden soll.
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So wird der Vorschub in einer schrägen Richtung in die Abfolge der Bearbeitungsprozesse vom Beginn bis zum Ende der Bearbeitung einbezogen. Dann werden die schräge Bearbeitung und die parallele Bearbeitung richtig genutzt, was eine ausgewogene Bearbeitung ermöglicht, die sowohl die Schneidezeit als auch die Werkzeugstandzeit durch den Randverschleiß berücksichtigt. Da insbesondere das Drehen auch an dem bearbeiteten Teil 103 am Ende mit demselben Werkzeug 5 durchgeführt werden kann, kann die Bearbeitung mit demselben Werkzeug 5 abgeschlossen werden, ohne dass Schneiderückstände entstehen.
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3A und 3B sind vergrößerte Ansichten der schrägen Bearbeitung. Wenn die parallele Bearbeitung auf einer Bearbeitungsfläche 32 vor der abschließenden Bearbeitung in Richtung der Z-Achse mit dem Einsatz 51 durchgeführt wird, der einen großen Schneidekantenwinkel β hat, wie in 3B dargestellt, wird der Schneidekantenwinkel β 90° oder mehr, und es entsteht Grenzverschleiß. Die schräge Bearbeitung wird jedoch so durchgeführt, dass die Bearbeitungsfläche 32 um einen Neigungswinkel 201, d. h. einen Winkel in der schrägen Richtung, gegenüber der Z-Achsenrichtung schräg ist, wie in 3A dargestellt. Dadurch wird der Schneidekantenwinkel α in Bezug auf die Bearbeitungsfläche 32 scheinbar kleiner als 90°. Dementsprechend wird der Randverschleiß unterdrückt.
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Erzeugung eines Bearbeitungsprogramms durch die NC-Vorrichtung 6 zeigt. In Schritt 1 wird die Produktform mit z.B. einer Eingabe von einem Bediener erfasst und in der Speichereinheit 7 gespeichert. Dieser Schritt wird im Folgenden mit „S“ bezeichnet. In Schritt S2 wird die Werkzeugform, die eine Form des Einsatzes 51 ist, z.B. durch eine Eingabe des Bedieners erfasst und in der Speichereinheit 7 gespeichert. In Schritt S3 berechnet die Berechnungseinheit 8 auf der Grundlage der in den Schritten S 1 und S2 erfassten Daten einen Winkel der schrägen Bearbeitung, d.h. den Neigungswinkel 201. In Schritt S4 erzeugt die Programmerzeugungseinheit 9 das Bearbeitungsprogramm basierend auf dem in Schritt S3 berechneten Neigungswinkel 201.
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Dementsprechend steuert die Maschinenbetriebssteuerungseinheit 11 das Werkzeug 5 auf der Grundlage des von der Programminterpretationseinheit 10 interpretierten Bearbeitungsprogramms und führt die Drehbearbeitung des Werkstücks 3 durch.
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Durch die Bestimmung des Neigungswinkels 201 aus der Form der endgültigen Bearbeitungsfläche eines Werkstücks und der Form des Einsatzes 51 als Werkzeug kann der Aufwand für die Bestimmung des Neigungswinkels 201 durch den Bediener reduziert werden.
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Durch die automatische Erstellung des Bearbeitungsprogramms auf der Grundlage des ermittelten Neigungswinkels 201 und die Durchführung des Drehvorgangs in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm können außerdem Zeit und Aufwand für die Erstellung des Bearbeitungsprogramms reduziert werden.
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Somit führen das Drehverfahren, die CNC-Drehmaschine 1 und das Bearbeitungsprogramm der oben beschriebenen Ausgestaltung das Werkzeug 5 in Richtung der Drehachse und in einer radialen Richtung des Werkstücks 3 sowie in einer vorbestimmten schrägen Richtung A zu, die nicht parallel zur endgültigen Bearbeitungsfläche 31 des Werkstücks 3 verläuft. Somit wird das Drehen so ausgeführt, dass der Schneidekantenwinkel α als der Winkel, der durch einen geradlinigen Abschnitt der Seitenschneidekante 52 und die schräge Richtung A gebildet wird, kleiner als 90° wird.
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Mit der Ausgestaltung kann der Randverschleiß auch bei der Seitenschneidekante 52 unterdrückt werden, indem der Schneidekantenwinkel α durch die schräge Bearbeitung scheinbar verkleinert wird. Da zudem ein Drehmechanismus oder ähnliches um die Drehachse des Werkzeugs nicht erforderlich ist, kann der Randverschleiß mit einer kostengünstigen Ausgestaltung unterdrückt werden.
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Insbesondere wird die schräge Bearbeitung mit dem Werkzeug 5 einschließlich des Einsatzes 51 durchgeführt, bei der der Schneidekantenwinkel β ein stumpfer Winkel oder ein rechter Winkel in Bezug auf eine Richtung parallel zur Richtung der Drehachse eines Werkstücks wird. Auf diese Weise wird kein Schneiderückstand an einem senkrechten Endflächenabschnitt des Werkstücks mit großem Durchmesser erzeugt, und das Drehen kann mit einem einzigen Werkzeug 5 durchgeführt werden. Dementsprechend kann der Anstieg in der Anzahl der Werkzeuge und der für den Werkzeugwechsel erforderliche Zeit reduziert werden.
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Während ein Werkstück, in dem eine endgültige Bearbeitungsfläche parallel zu einer Drehachsenrichtung wird in der oben beschriebenen Ausgestaltung dargestellt ist, ist die Offenlegung nicht auf diese beschränkt.
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Wie in 5 dargestellt, wird z. B. auch bei einem Werkstück 3A mit einem konischen Abschnitt 34, der zur Richtung der Drehachse schräg ist, die schräge Bearbeitung auf der endgültigen Bearbeitungsfläche 31 durchgeführt, die durch eine Punkt-Punkt-Strich-Linie angezeigt wird. Dann wird der Schneidekantenwinkel α kleiner als der Schneidekantenwinkel β bei einer Bearbeitung parallel zur endgültigen Bearbeitungsfläche 31.
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Außerdem wird, wie in 6 dargestellt, bei einem Werkstück 3B, bei dem die endgültige Bearbeitungsfläche 31 senkrecht zur Richtung der Drehachse liegt, die schräge Bearbeitung auf der endgültigen Bearbeitungsfläche 31 auch dann durchgeführt, wenn das Werkzeug 5 parallel zur Richtung der Drehachse des zuzuführenden Werkstücks 3B montiert ist. Dann wird der Schneidekantenwinkel α kleiner als der Schneidekantenwinkel β für den Fall der Bearbeitung parallel zur endgültigen Bearbeitungsfläche 31.
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In der oben beschriebenen Ausgestaltung ist ein Einsatz dargestellt, bei dem der Schneidekantenwinkel zu einem stumpfen Winkel wird, wenn das Werkzeug parallel zur Drehrachsenrichtung des Werkstücks zugeführt wird. Wie jedoch in 7 dargestellt, wird die schräge Bearbeitung an der endgültigen Bearbeitungsfläche 31 auch dann durchgeführt, wenn das Werkzeug 5 einschließlich des Einsatzes 51, bei dem der Schneidekantenwinkel β zu einem spitzen Winkel wird, parallel zur endgültigen Bearbeitungsfläche 31 des Werkstücks 3 zugeführt wird. Der Schneidekantenwinkel α wird dann kleiner als der Schneidekantenwinkel β bei einer Bearbeitung parallel zur endgültigen Bearbeitungsfläche 31.
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Zusätzlich wird in der oben beschriebenen Ausgestaltung das Bearbeitungsprogramm, das die schräge Bearbeitung beinhaltet, automatisch erzeugt. Allerdings kann der Neigungswinkel, bei dem der Grenzverschleiß weniger wahrscheinlich ist, für jede Werkzeugform durch ein Experiment oder ähnliches ermittelt werden, und der Neigungswinkelwert kann jedes Mal verwendet werden.
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Wenn der Neigungswinkel berechnet wird, kann ein Bediener den Neigungswinkel bestimmen, indem er Parameter der Schnittbedingungen, wie z. B. die Schnittzeit und die Anzahl der Bearbeitungszyklen, einbezieht und dem Bediener ein Berechnungsergebnis der Schneidezeit und der durch den Randverschleiß verursachten Werkzeugstandzeit präsentiert.
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Außerdem ist die Werkzeugmaschine nicht auf die CNC-Drehmaschine beschränkt und kann eine Multitasking-Maschine oder ähnliches sein, die das Drehen ermöglicht. Die Form des Einsatzes ist nicht auf die in der oben beschriebenen Ausgestaltung beschriebene Diamantform beschränkt, sondern kann auch eine andere Form haben, z. B. eine dreieckige Form.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zwecke der Einschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen getrennt und unabhängig voneinander offenbart werden sollen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Entitäten sowohl im Sinne der ursprünglichen Offenbarung als auch im Sinne der Einschränkung der beanspruchten Erfindung jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Zwischenentität offenbaren, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP H319701 A [0004, 0005]
- JP 200371601 A [0004, 0005]
- JP 200668874 A [0004, 0005]
