DE112020006463T5

DE112020006463T5 - Werkstückbearbeitungsverfahren und Werkstückbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020006463T5
Application number: DE112020006463.8T
Authority: DE
Inventors: Koji Tsuchiya
Original assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-11-03
Also published as: JP7152433B2; US20220334549A1; WO2021140876A1; KR20220097529A; JP2021111037A; TWI794711B; CN114945875A; TW202140174A; KR102645501B1

Abstract

Eine Bearbeitungsvorrichtung 1 beinhaltet: eine Positionsabweichungs-Detektionseinheit 131, die konfiguriert ist, einen Korrekturwert zum Korrigieren einer Positionsabweichung zwischen einer idealen Konturenlinie P1 und einer tatsächlichen Konturenlinie P3 in jeder einer Vielzahl von Winkelrichtungen zu berechnen, basierend auf einem Zentrum einer halbkreisförmigen Form eines Werkzeugs 3; eine Distanzeffekt-Koeffizientenrecheneinheit 332, die konfiguriert ist, einen ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed zu berechnen, der einen Einflussgrad der Positionsabweichung angibt, bei Bearbeitung eines zweiten Bearbeitungspunkts T2, anhand einer Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 in einem Fall, bei dem ein durch das Werkzeug 3 bearbeiteter Bearbeitungspunkt von Ein-Punkt-Bearbeitung, die einen ersten Bearbeitungspunkt T1 im Werkstück 5 beinhaltet, zu Zwei-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt T1 und den zweiten Bearbeitungspunkt T2 beinhaltet, übergeht; und eine Positionsabweichungs-Korrektureinheit 331, die konfiguriert ist, die Positionsabweichung des Werkzeugs 3 zu korrigieren. Die Positionsabweichungs-Korrektureinheit 331 korrigiert die Positionsabweichung auf Basis des Korrekturwerts am ersten Bearbeitungspunkt T1 und dem ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed, wenn eine Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 sich innerhalb einer vorbestimmten Distanz in einem Fall annähert, bei dem der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung zur Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht.

Description

GEBIET
Hierin beschriebene Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf ein Werkstückbearbeitungsverfahren und eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung.
HINTERGRUND
Konventioneller Weise ist eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung eingesetzt worden, in der ein Stirnfräser bzw. Schaftfräser (ein Werkzeug mit einer hemisphärischen Spitze, nachfolgend einfach als „Werkzeug“ bezeichnet) relativ zu einem Werkstück (einem zu bearbeitenden Material) unter Verwendung eines NC-Programms positioniert wird und das Werkzeug rotiert, um Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen.
In einer solchen Bearbeitungsvorrichtung wird ein Werkzeug an einer Werkzeughalteeinheit, wie etwa einer Spindel, mittels Einspannen fixiert und relativ zu einem Werkstück positioniert, um Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen. Entsprechend, wenn das Werkzeug an der Werkzeughalteeinheit fixiert ist, kann eine Positionsabweichung aufgrund defekten Einspannens oder dergleichen auftreten. Zusätzlich kann ein Anfangsformfehler im Werkzeug auftreten. In solchen Fällen ist es nicht möglich, ein Werkzeug in Bezug auf das Werkstück zu einer genauen Schneidposition zu bewegen, wodurch das Problem verursacht wird, dass die Bearbeitung nicht mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Weiterhin offenbart PTL 1 dass, wenn ein Werkstück unter Verwendung eines Werkzeugs bearbeitet wird, die Position des Werkzeugs (Stirnfräser) unter Berücksichtigung des Verschleißes des Werkzeugs aufgrund von Abnutzung korrigiert wird. Das heißt, dass PTL 1 offenbart, dass ein Fehler einer Schneidoberfläche durch Berechnen eines Formfehlers durch Laserscannen der Werkzeugform, die sich mit fortschreitender Bearbeitung des Werkstücks unter Verwendung des Werkzeugs ändert, Berechnen eines Korrekturbetrags der Werkzeugposition auf Basis des berechneten Formfehlers und Korrigieren der Werkzeugposition verhindert wird.
Jedoch bezieht sich die in PTL 1 offenbarte Technik auf eine Korrektur des Verschleißes des Werkzeugs aufgrund von Abnutzung und bezieht sich nicht auf Korrektur eines Formfehlers des Werkzeugs oder eine Korrektur eines Positionierungsfehlers desselben. Weiter, obwohl PTL 1 offenbart, dass Korrekturen von Fehlern durchgeführt werden, wenn das Werkzeug einen Punkt des Werkstücks berührt und das Werkstück bearbeitet, offenbart PTL 1 nicht, dass Korrekturen für Fehler durchgeführt werden, wenn das Werkzeug eine Vielzahl von Punkten (beispielsweise zwei Punkte) berührt und das Werkstück bearbeitet.
ZITATELISTE
Patentliteratur
PTL 1: JP S63-233403 A
ZUSAMMENFASSUNG
In der in PTL 1 offenbarten Bearbeitungsvorrichtung hat es das Problem gegeben, dass es nicht möglich ist, einen Fehler des Werkzeugs (Stirnfräser) mit hoher Genauigkeit zu korrigieren, wenn ein Werkstück bei einer Vielzahl von Punkten durch das Werkzeug (Stirnfräser) bearbeitet wird.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um dieses Problem zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkstückbearbeitungsverfahren und eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die zum Bearbeiten eines Werkstücks mit hoher Genauigkeit selbst dann in der Lage sind, wenn ein Werkstück an einer Vielzahl von Punkten durch ein Werkzeug (Stirnfräser) bearbeitet wird.
Um die obige Aufgabe zu lösen, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks zu einer gewünschten Form und beinhaltet das Bearbeitungsverfahren: Detektieren einer Positionsabweichung zwischen einer tatsächlichen Konturenlinie und einer idealen Konturenlinie, wenn ein Stirnfräser mit einem hemisphärischen unteren Ende, der um eine Rotationsachse rotiert, um Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, durch eine Werkzeughalteeinheit gehalten wird, wobei die tatsächliche Konturenlinie eine Konturenlinie des Stirnfräsers ist, und die ideale Konturenlinie eine Konturenlinie des Stirnfräsers mit Idealform ist; Berechnen eines Korrekturwerts zum Korrigieren der Positionsabweichung zwischen der idealen Konturenlinie und der tatsächlichen Konturenlinie in jeder der Vielzahl von Winkelrichtungen auf Basis eines Zentrums der hemisphärischen Form; Berechnen eines ersten Distanzeffekt-Koeffizienten, der einen Einflussgrad der Positionsabweichung angibt, wenn ein zweiter Bearbeitungspunkt bearbeitet wird, entsprechend einer Distanz zwischen einem Stirnfräser und dem zweiten Bearbeitungspunkt in einem Fall, bei dem ein durch den Stirnfräser bearbeitete Bearbeitungspunkt von einer Ein-Punkt-Bearbeitung, die einen ersten Bearbeitungspunkt auf einer ersten Bearbeitungsoberfläche im Werkstück beinhaltet, zu einer Zwei-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt und den zweiten Bearbeitungspunkt auf einer zweiten Bearbeitungsoberfläche, die sich von der ersten Bearbeitungsoberfläche unterscheidet, beinhaltet, übergeht, und Korrigieren einer Positionsabweichung des ersten Bearbeitungspunkts auf Basis des Korrekturwerts, beim Durchführen einer Ein-Punkt-Bearbeitung unter Verwendung des Stirnfräsers, und Korrigieren der Positionsabweichung auf Basis des Korrekturwerts am ersten Bearbeitungspunkt und des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten, wenn eine Distanz zwischen dem Stirnfräser und dem zweiten Bearbeitungspunkt sich innerhalb einer vorbestimmten Distanz in einem Fall annähert, bei dem der durch den Stirnfräser bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung zur Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungsvorrichtung und die Bearbeitungsvorrichtung beinhaltet: einen Stirnfräser mit einem hemisphärischen unteren Ende, der um eine Rotationsachse rotiert, um Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen; eine Werkzeughalteeinheit, die konfiguriert ist, den Stirnfräser zu halten; eine Positionsabweichungs-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, eine Positionsabweichung zwischen einer tatsächlichen Konturenlinie und einer idealen Konturenlinie zu detektieren, wenn der Stirnfräser durch die Werkzeughalteeinheit gehalten wird, wobei die tatsächliche Konturenlinie eine Konturenlinie des Stirnfräsers ist und die ideale Konturenlinie eine Konturenlinie des Stirnfräsers mit einer idealen Form ist; eine Positionsabweichungs-Korrektureinheit, die konfiguriert ist, einen Korrekturwert zum Korrigieren der Positionsabweichung zwischen der idealen Konturenlinie und der tatsächlichen Konturenlinie in jeder einer Vielzahl von Winkelrichtungen auf Basis eines Zentrums der hemisphärischen Form zu berechnen und die Positionsabweichung des Stirnfräsers auf Basis des berechneten Korrekturwerts zu korrigieren; und eine Distanzeffekt-Koeffizienten-Recheneinheit, die konfiguriert ist, einen ersten Distanzeffekt-Koeffizienten zu berechnen, der einen Einflussgrad der Positionsabweichung angibt, wenn ein zweiter Bearbeitungspunkt bearbeitet wird, entsprechend eine Distanz zwischen dem Stirnfräser und dem zweiten Bearbeitungspunkt in einem Fall, bei dem der durch den Stirnfräser bearbeitete Bearbeitungspunkt von einer Ein-Punkt-Bearbeitung, die einen ersten Bearbeitungspunkt auf einer ersten Bearbeitungsoberfläche im Werkstück beinhaltet, zu einer Zwei-Punkt-Bearbeitung, welche den ersten Bearbeitungspunkt und den zweiten Bearbeitungspunkt auf einer zweiten Bearbeitungsoberfläche, die sich von der ersten Bearbeitungsoberfläche und unterscheidet, übergeht. Die Positionsabweichungs-Korrektureinheit korrigiert eine Positionsabweichung des ersten Bearbeitungspunkts auf Basis des Korrekturwerts bei Durchführung von Ein-Punkt-Bearbeitung unter Verwendung des Stirnfräsers und korrigiert die Positionsabweichung auf Basis des Korrekturwerts am ersten Bearbeitungspunkt und des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten, wenn eine Distanz zwischen dem Stirnfräser und dem zweiten Bearbeitungspunkt sich innerhalb einer vorbestimmten Distanz in einem Fall annähert, bei dem ein durch den Stirnfräser bearbeiteter Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung zur Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht.
Das Werkstückbearbeitungsverfahren und die Werkstückbearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglichen es, ein Werkstück mit hoher Genauigkeit selbst dann zu bearbeiten, wenn ein Werkstück bei einer Vielzahl von Punkten durch das Werkzeug (Stirnfräser) bearbeitet wird.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch eine Konfiguration einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform illustriert.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein durch ein Werkzeug (Kugelstirnfräser) bearbeitendes Werkstück illustriert.
3(a) ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Konturenfehler zwischen einer tatsächlichen Konturenlinie und einer idealen Konturenlinie im Werkzeug, wenn es stationär ist, illustriert, und 3(b) ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Konturenfehler zwischen der tatsächlichen Konturenlinie und der idealen Konturenlinie illustriert, wenn das Werkzeug rotiert.
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Konturenfehler für jeden im Werkzeug auftretenden Winkel illustriert.
5 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das sich entlang eines Bearbeitungspfads des Werkstücks bewegendes Werkzeug illustriert.
6 ist ein Diagramm, das einen Ausdruck für Koordinaten der Bearbeitungspositionen unter Verwendung des Werkzeugs illustriert, und die Koordinaten der Bearbeitungspositionen illustriert, die noch nicht korrigiert worden sind, die durch Konturenfehler verursacht werden.
7 ist ein Diagramm, das einen Ausdruck für Koordinaten der Bearbeitungsposition unter Verwendung des Werkzeugs illustriert, und die Koordinaten der Bearbeitungspositionen illustriert, die bereits korrigiert worden sind, die durch Konturenfehler verursacht werden.
8(a) bis 8(d) sind erläuternde Diagramme, welche die Bearbeitungspositionen des Werkstücks unter Verwendung des Werkzeugs beim Übergehen von Ein-Punkt-Bearbeitung zu Zwei-Punkt-Bearbeitung illustrieren, wobei 8(a) einen Zustand illustriert, bei dem sich das Werkzeug dem Bearbeitungspunkt Tt1 nähert, 8(b) einen Einschneidzustand (biting state) illustriert, der erzeugt wird, wenn das Werkzeug den Bearbeitungspunkt Tt1 erreicht, 8(c) einen Korrekturzustand zum Vermeiden des Einschneidens illustriert und 8(d) einen spezifischen Korrekturzustand illustriert.
9(a) und 9(b) sind Diagramme, welche die Positionskoordinaten des Werkzeugs illustrieren, wenn die in 8(d) illustrierte Korrektur durchgeführt wird.
10(a) bis 10(c) sind erläuternde Diagramme, welche die Bearbeitungspunkte des Werkstücks illustrieren, wenn ein Konturenfehler im Werkzeug auftritt.
11(a) und 11(b) sind erläuternde Diagramme, welche die Bearbeitungspositionen, die das Werkzeug verwenden, illustrieren, wenn die tatsächliche Konturenlinie des Werkzeugs jenseits der idealen Konturenlinie des Werkzeugs vorragt.
12 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Bearbeitungszustand illustriert, wenn die tatsächliche Konturenlinie des Werkzeugs und die ideale Konturenlinie des Werkzeugs miteinander koinzidieren, einen Bearbeitungszustand, wenn die tatsächliche Konturenlinie kleiner als die ideale Konturenlinie ist, und einen Bearbeitungszustand, wenn die tatsächliche Konturenlinie größer als die ideale Konturenlinie ist.
13 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen einem Idealwert und einem Ist-Wert bei der Distanz zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück illustriert, wobei Sa angibt, dass die tatsächliche Konturenlinie und die ideale Konturenlinie miteinander koinzidieren, Sb angibt, dass die tatsächliche Konturenlinie kleiner als die ideale Konturenlinie ist, und Sc angibt, dass die tatsächliche Konturenlinie größer als die ideale Konturenlinie ist.
14 ist ein Graph, in welchem die Graphenlinien Sa, Sb und Sc, die in 13 illustriert sind, unter Verwendung von Distanzeffekt-Koeffizienten korrigiert werden.
15 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Distanz Da ab dem Bearbeitungspunkt und einen Distanzeffekt-Koeffizienten Ed illustriert.
16 ist ein Graph, in welchem die in 14 und 15 illustrierten Graphenlinien miteinander verglichen werden.
17 ist ein erläuterndes Diagramm, welches die Positionsbeziehung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück illustriert, wenn der durch die Werkzeugübergänge bearbeitete Bearbeitungspunkt von einer ersten Bearbeitungsoberfläche M1 zu einer zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 übergeht.
18 ist ein Diagramm, welches einen Ausdruck für Koordinaten illustriert, in welchem die Bearbeitungsposition des Werkzeugs unter Verwendung des Distanzeffekt-Koeffizienten korrigiert ist.
19 illustriert einen Ausdruck, der erhalten wird durch Einsetzen eines spezifischen numerischen Wertes für den Distanzeffekt-Koeffizienten in den in 18 illustrierten Ausdruck.
20 ist ein Flussdiagramm, welches die Bearbeitungsprozedur zum Korrigieren eines NC-Programms der Werkzeugverarbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform illustriert.
21 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Zustand illustriert, wenn ein Konturenfehler des Werkzeugs in kleineren Einheiten als 1 Grad eingestellt ist.
22(a) bis 22(c) sind erläuternde Diagramme, welche die Bearbeitungsoberflächen zum Durchführen von Drei-Punkt-Bearbeitung von drei im Werkstück vorhandenen Oberflächen illustrieren.
23(a) ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ebene S illustriert, die eine Normallinie der ersten Bearbeitungsoberfläche und eine Normallinie der zweiten Bearbeitungsoberfläche von den drei Ebenen, die in 22(c) illustriert sind, beinhaltet, und 23(b) ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Zustand illustriert, in welchem das Werkzeug entsprechend einem Bewegungsvektor auf der Ebene S korrigiert wird.
24(a) und 24(b) sind erläuternde Diagramme, welche die Trennung zwischen dem Werkzeug und der dritten Bearbeitungsoberfläche illustrieren, wenn das Werkzeug entsprechend dem Bewegungsvektor korrigiert wird.
25 ist ein erläuterndes Diagramm, welches den Vektor zum Korrigieren der Trennung, die in 24(b) illustriert ist, illustriert.
26(a) und 26(b) sind erläuternde Diagramme, welche einen Korrekturvektor VcA3 illustriert, wenn das Werkzeug in die dritte Bearbeitungsoberfläche aufgrund eines Konturenfehlers des Werkzeugs schneidet.
27(a) und 27(b) sind erläuternde Diagramme, die ein Verfahren des Berechnens eines Korrekturvektors rechtwinklig zur Ebene S illustrieren.
28(a) bis 28(c) sind erläuternde Diagramme, die eine Korrektur illustrieren, wenn das Werkzeug in die dritte Bearbeitungsoberfläche einschneidet.
29 ist ein Diagramm, das einen Ausdruck für einen Korrekturvektor zum Vermeiden von Eingriff in die dritte Bearbeitungsoberfläche illustriert, welche durch Korrekturprozeduren für die erste Bearbeitungsoberfläche und die zweite Bearbeitungsoberfläche verursacht wird.
30 ist ein Diagramm, das einen Ausdruck für einen Korrekturvektor für die dritte Bearbeitungsoberfläche illustriert.
31 ist ein Diagramm, das einen Ausdruck illustriert, in welchem die in Ausdruck (12) von 30 illustrierten Terme partiell expandiert worden sind.
32 ist ein Diagramm, das einen Ausdruck illustriert, in welchem die in Ausdruck (13) von 31 illustrierten Terme partiell expandiert worden sind.
33 ist ein Diagramm, das einen Ausdruck illustriert, der durch Expandieren der X-, Y- und Z-Koordinaten eines Endkorrekturvektors erhalten wird.
34 ist ein Diagramm, das einen Ausdruck zum Zusammenfassen des Endkorrekturvektors illustriert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Werkstückbearbeitungsverfahren und eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
[Beschreibung erster Ausführungsform]
1 ist ein erläuterndes Diagramm, welches schematisch eine Konfiguration einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung 1 (nachfolgend einfach als „Bearbeitungsvorrichtung 1“ bezeichnet) illustriert, bei welchem ein
Bearbeitungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform eingesetzt wird. Wie in 1 illustriert, beinhaltet die Bearbeitungsvorrichtung 1 ein Bett 19, das als eine Basis dient, einen Tisch 21, welcher auf der oberen Oberfläche des Betts 19 vorgesehen ist, einen Säule 23, die ab den Seiten des Betts 19 angeordnet sind, um das Bett 19 zu überbrücken und bei Frontsicht in eine umgekehrte U-Form gebildet sind und eine Hauptwellenhalterung 25, die nahe dem oberen Zentrum der Säule 23 angeordnet ist.
In der nachfolgenden Beschreibung ist eine auf der oberen Oberfläche des Betts 19 einzustellende Richtung als eine X-Achsenrichtung (Längsrichtung) definiert, ist eine Richtung orthogonal zur X-Achsenrichtung auf der oberen Oberfläche des Betts 19 als eine Y-Achsenrichtung (Lateralrichtung) definiert und ist eine Richtung orthogonal zur oberen Oberfläche des Betts 19 (d. h. eine Normallinienrichtung) als eine Z-Achsenrichtung definiert. Die X-, Y- und Z-Achsen sind ein orthogonales Koordinatensystem.
Der Tisch 21 beinhaltet eine Werkstückhalteeinheit 7. Die Werkstückhalteeinheit 7 fixiert das Werkstück 5, das zu bearbeiten ist, durch die Bearbeitungsvorrichtung 1. Der Tisch 21 wird auf dem Bett 19 über ein lineares Führungslager (nicht illustriert) gehalten und ist in der X-Achsenrichtung relativ zum Bett 19 durch einen (nicht illustrierten) Aktuator, wie etwa einen Linearmotor, beweglich. Das heißt, dass das Werkstück 5 relativ zu einer gewünschten Position auf der X-Achse auf dem Bett 19 positioniert werden kann, durch Steuern des Tisches 21.
Die Säule 23 ist integral mit dem Bett 19 gebildet. Die Hauptwellenhalterung 25, die in eine Gehäuseform gebildet ist, wird in der Nähe des oberen Zentrums der Säule 23 vorgesehen. Ein Hauptwellengehäuse 27 ist auf der unteren Oberfläche der Hauptwellenhalterung 25 vorgesehen.
Eine Spindel 29 zum Fixieren und Rotieren eines Kugelstirnfräsers 3 (Stirnfräser, nachfolgend als „Werkzeug“ bezeichnet) mit einem hemisphärischen unteren Ende ist an einer geeigneten Position auf der unteren Oberfläche des Hauptwellengehäuses 27 vorgesehen.
Die Spindel 29 ist mit einer Werkzeughalteeinheit 9 versehen und die Werkzeughalteeinheit 9 ermöglicht dem Werkzeug 3, angebracht und abgenommen zu werden. Mit anderen Worten kann ein gewünschtes Werkzeug an der Werkzeughalteeinheit 9 entsprechend dem Modus zum Bearbeiten des Werkstücks 5 angebracht werden. Das Werkzeug 3 ist an einer gewünschten Position in der Z-Achsenrichtung der Spindel 29 positioniert. Die Spindel 29 ist auch in der Z-Achsenrichtung beweglich. Entsprechend kann das Werkzeug 3 in der Z-Achsenrichtung durch Steuern der Spindel 29 positioniert werden.
Das Hauptwellengehäuse 27 wird durch die Hauptwellenhalterung 25 über ein lineares Führungslager (nicht illustriert) gehalten. Entsprechend kann das Werkzeug 3 in der Y-Achsenrichtung durch einen (nicht illustrierten) Aktuator, wie etwa einen Linearmotor, bewegt werden. Das heißt, dass das Werkzeug 3 an einer gewünschten Position auf der Y-Achse durch Steuern des Hauptwellengehäuses 27 positioniert werden kann.
Somit können die drei-dimensionalen Relativpositionen des Werkstücks 5 und des Werkzeugs 3 durch Steuern der Bewegung des Tisches 21, des Hauptwellengehäuses 27 und der Spindel 29 eingestellt werden. Das heißt, dass das Werkzeug 3 an einem gewünschten Bearbeitungsteil des Werkstücks 5 anstößt, wodurch es möglich gemacht wird, Bearbeitung des Werkstücks 5 durchzuführen.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Zustand illustriert, in welchem das Werkzeug 3 in Kontakt mit dem Werkstück 5 zum Zeitpunkt der Bearbeitung steht. Wie in 2 illustriert, weist das Werkzeug 3 eine Form auf, in welcher eine Seitenansicht, wenn das Werkzeug 3 rotiert, linear symmetrisch zur Zentrumlinie C1 (Zentralachse) als eine Rotationsachse ist.
Das Werkzeug 3 ist mit einer Schneidkanteneinheit (nicht illustriert) auf einer äußeren Peripherie einer Spitze 17 versehen, was es ermöglicht, Bearbeitung des Werkstücks 5 unter Verwendung der Schneidkanteneinheit durchzuführen. Das Zentrum der Halbkugelform des Stirnfräsers 3 ist als C2 definiert.
Das Werkzeug 3 hat ein oberes Ende (oberes Ende in 2), an der Werkzeughalteeinheit 9 fixiert, mittels Einspannen. Das durch die Werkzeughalteeinheit 9 gehaltene Werkzeug 3 rotiert um die Zentrumslinie C1 in der Z-Achsenrichtung, um Bearbeitung des Werkstücks 5 mit der Schneidkanteneinheit durchzuführen.
Wie in 1 illustriert, beinhaltet die Bearbeitungsvorrichtung 1 eine Steuereinheit 13 zum umfänglichen Steuern der gesamten Bearbeitungsvorrichtung 1 einschließlich Bewegungssteuerung des Tisches 21, des Hauptwellengehäuses 27 und der Spindel 29. Die Steuereinheit 13 beinhaltet eine Positionsabweichungs-Detektionseinheit 131 und einen Speicher 14 zum Speichern verschiedener Daten.
Die Steuereinheit 13 steuert die Bewegung des Tisches 21, an welchem das Werkstück fixiert ist, und die Bewegung der Spindel 29, an welcher das Werkzeug 3 fixiert ist, auf Basis eines NC-Programms. Zusätzlich steuert die Steuereinheit 13 die Rotation des Werkzeugs 3. Die Steuereinheit 13 kann als ein integrierter Computer konfiguriert sein, beispielsweise der eine Zentraleinheit (CPU) und Speichermittel wie etwa ein RAM, ein ROM und eine Festplatte enthält.
Das NC-Programm wird durch einen CAM 39 auf Basis von CAD-Daten 37 des Werkstücks 5 eingtellt. Der Bearbeitungspfad 41 bei Bewegung des Werkzeugs 3 relativ zum Werkstück 5, und drei-dimensionale Koordinaten des Bearbeitungspfads 41 werden im NC-Programm eingestellt. Das NC-Programm, welches durch das CAM 39 eingestellt ist, wird an einen Computer 33 gesendet.
Wie in 1 illustriert, beinhaltet die Bearbeitungsvorrichtung 1 eine Werkzeugformmessvorrichtung 31 zum Messen der Form des Werkzeugs 3. Die Werkzeugformmessvorrichtung 31 ist beispielsweise ein Lasermessinstrument und misst die Form des Werkzeugs 3 durch Ausstrahlen eines Laserstrahls aus der Seitenoberflächenrichtung des Werkzeugs 3 und Empfangen des abgestrahlten Laserstrahls. Die Positionsabweichungs-Detektionseinheit 131 berechnet eine Konturenlinie (als „tatsächliche Konturenlinien P3“ bezeichnet) des Werkzeugs 3 auf Basis der Form des Werkzeugs 3, welche durch die Werkzeugformmessvorrichtung 31 gemessen wird.
Das heißt, dass die Positionsabweichungs-Detektionseinheit 131 einen Abweichungsbetrag zwischen einer tatsächlichen Konturenlinie, welche eine Konturenlinie des Werkzeugs 3 ist, und einer idealen Konturenlinie (als „ideale Konturenlinie P1“ bezeichnet), welche eine Konturenlinie des Werkzeugs 3 ist, die eine Idealform aufweist, wenn das Werkzeug 3 durch die Werkzeughalteeinheit 9 gehalten wird, detektiert. Spezifisch wird ein Korrekturbild für einen Konturenfehler zum Korrigieren einer Positionsabweichung zwischen der idealen Konturenlinie P1 und der tatsächlichen Konturenlinie P3 berechnet. Zusätzlich wird ein Korrekturwert in jeder einer Vielzahl von Winkelrichtungen auf Basis des Zentrums der hemisphärischen Form der Spitze des Werkzeugs 3 berechnet. Die berechneten Korrekturwerte werden im Speicher 14 gespeichert.
Der Computer 33 beinhaltet eine Recheneinheit 33a. Die Recheneinheit 33a korrigiert den Bearbeitungspfad 41, der im NC-Programm enthalten ist, wenn ein Bearbeiten des Werkstücks 5 durch das Werkzeug 3 durchgeführt ist. Das heißt, dass die Recheneinheit 33a des Computers 33 ein den Bearbeitungspfad 41 enthaltendes NC-Programm aus dem CAM 39 erfasst, und drei-dimensionale Koordinaten des Bearbeitungspfads 41 unter Verwendung der durch die später beschriebene Verarbeitung berechneten Korrekturwerte korrigiert. Die Recheneinheit 33a des Computers 33 korrigiert das NC-Programm auf Basis der Korrekturwerte. Danach wird eine Bearbeitung des Werkstücks 5 durch das Werkzeug 3 unter Verwendung des korrigierten Bearbeitungspfads 43 durchgeführt. Spezifischer beinhaltet die Recheneinheit 33a eine Positionsabrechnungs-Korrektureinheit 331, eine Distanzeffekt-Koeffizientenrecheneinheit 332 und eine Speichereinheit 333.
Die Distanzeffekt-Koeffizientenrecheneinheit 332 berechnet einen Distanzeffekt-Koeffizienten, der den Einflussgrad einer Positionsabweichung bei Bearbeitung eines zweiten Bearbeitungspunkts anhand einer Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt in einem Fall, bei dem der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung, welche den ersten Bearbeitungspunkt auf einer ersten Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 5 beinhaltet, zur Zwei-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt und den zweiten Bearbeitungspunkt, der auf einer zweiten Bearbeitungsoberfläche ist, die sich von der ersten Bearbeitungsoberfläche unterscheidet, beinhaltet, übergeht. Die Distanzeffekt-Koeffizientenrecheneinheit 332 speichert die berechneten Distanzeffekt-Koeffizienten in der Speichereinheit 333.
Die Positionsabweichungs-Korrektureinheit 331 korrigiert das NC-Programm auf Basis der Korrekturwerte für Konturenfehler, die in dem Speicher 14 der Steuereinheit 13 gespeichert sind, und die Distanzeffekt-Koeffizienten, die in der Speichereinheit 333 der Recheneinheit 33a gespeichert sind. Die Positionsabweichungs-Korrektureinheit 331 korrigiert eine Positionsabweichung des ersten Bearbeitungspunkts auf Basis eines Korrekturwerts für einen Konturenfehler bei Durchführung von Ein-Punkt-Bearbeitung unter Verwendung des Werkzeugs 3 und korrigiert eine Positionsabweichung auf Basis des Korrekturwerts für den Konturenfehler des ersten Bearbeitungspunkts und des Distanzeffekt-Koeffizienten, wenn die Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt sich innerhalb einer vorbestimmten Distanz in einem Fall nähert, bei dem der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung zur Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht. Somit wird das NC-Programm entsprechend den Korrekturwerten für Konturfehler und dem Distanzeffekt-Koeffizienten korrigiert.
Als Nächstes wird eine Beschreibung hinsichtlich eines Prozesses zum Korrigieren einer Positionsabweichung zwischen der idealen Konturenlinie P1 des Werkzeugs 3 und der tatsächlichen Konturenlinie P3 des Werkzeugs 3 gegeben.
Wenn das Werkstück 5 unter Verwendung des Werkzeugs 3 bearbeitet wird, tritt eine Positionsabweichung auf, wenn das Werkzeug 3 an der Spindel 29 fixiert wird, wie oben beschrieben, und gibt es auch einen Formfehler beim Werkzeug 3. Entsprechend tritt ein Fehler (als „Konturenfehler“ bezeichnet) zwischen der idealen Konturenlinie P1 und der tatsächlichen Konturenlinie P3 auf. Die Anwesenheit dieses Konturenfehlers verursacht einen Fehler bei der Bearbeitungsposition des Werkstücks 5, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit reduziert wird. In der ersten Ausführungsform wird ein Prozess zum Korrigieren des Konturenfehlers, der in dem Werkzeug 3 auftritt, durchgeführt. Eine detaillierte Beschreibung wird unten gegeben.
3(a) und 3(b) sind erläuternde Diagramme, welchen den Umriss des Werkzeugs 3 illustrieren. In 3(a) ist die durch die unterbrochene Linie angegeben Kurve (Symbol P1) die Außenform des stationären Werkzeugs 3 mit einer Idealform, und ist die durch eine durchgezogene Linie angegebene Kurve (Symbol P2) die Außenform des Werkzeugs 3 mit einem Formfehler. Die äußere Form des Werkzeugs 3, das eine ideale Form aufweist, ist als eine ideale Konturenlinie P1 definiert und die äußere Form des Werkzeugs 3, das einen Formfehler aufweist, ist als eine Konturenlinie P2 definiert. Wie in 3(a) illustriert, ist die Konturenlinie P2 so positioniert, dass sie etwas zur Rechten der Zentrumslinie C1 in Bezug auf die ideale Konturenlinie P1 versetzt ist. In 3(a) wird ein Abweichungsbetrag zwischen der idealen Konturenlinie P1 und der Konturenlinie P2 übertrieben.
In 3(b) gibt die durch die unterbrochene Linie angegebene Kurve (Symbol P1) eine Konturenlinie (mit P1 in 3(a) koinzidierend) an, wenn das Werkzeug 3, das eine ideale Form aufweist, um die Zentrumslinie C1 rotiert, und gibt die durch eine durchgezogene Linie angegebene Kurve (Symbol P3) eine Konturenlinie (als die tatsächliche Konturenlinie P3 bezeichnet) an, wenn das Werkzeug 3, das einen Formfehler aufweist, um die Zentrumslinie C1 rotiert. Da die in 3(a) illustrierte Konturenlinie P2 in Bezug auf die ideale Konturenlinie P1 beeinflusst ist, weist die tatsächliche Konturenlinie P3 einen größeren Radius als die ideale Konturenlinie P1 auf. 3(b) ist lediglich ein Beispiel und die tatsächliche Konturenlinie P3 kann in einigen Fällen kleiner als die ideale Konturenlinie P1 sein.
In der ersten Ausführungsform wird ein Konturenfehler, welcher die Differenz zwischen der idealen Konturenlinie P1 und der tatsächlichen Konturenlinie P3 ist, berechnet, und werden die Daten des berechneten Konturenfehlers in dem in 1 illustrierten Speicher 14 als Korrekturwerte gespeichert. Dieser Prozess wird durch die in 1 illustrierte Positionsabweichungs-Detektionseinheit 131 durchgeführt. Das Verfahren des Berechnens des Konturenfehlers wird unten beschrieben.
[Berechnung des Konturenfehlers]
Wie in 2 illustriert, da das Werkstück 5 durch die Spitze 17 des Werkzeugs 3 bearbeitet wird, kann der Konturenfehler des Werkzeugs 3 durch einen 1/4 Bogen der Spitze 17 (d. h. dem Winkel innerhalb des Bereichs von 90°) erhalten werden, wie in 4 illustriert.
Spezifisch wird die Differenz zwischen dem Bogen (Bogen eines 1/4 Kreises) der idealen Konturenlinie P1 und des Bogens (Bogen eines 1/4 Kreises) der tatsächlichen Konturenlinie P3 als ein Konturenfehler mit der Zentrumslinie C1 in der idealen Konturenlinie P1 als einem Zentrum berechnet. Der Konturenfehler wird im in 1 illustrierten Speicher 14 gespeichert.
Als einen Anfangsprozess zum Durchführen des Prozesses zum Berechnen der Korrekturwerte wird die Form des Werkzeugs 3 unter Verwendung der Werkzeugformmessvorrichtung 31 (siehe 1) gemessen. Hier wird ein Beispiel beschrieben, in welchem ein Lasermessinstrument als die Werkzeugformmessvorrichtung 31 verwendet wird.
Das Lasermessinstrument misst die Form des Werkzeugs 3 durch Bestrahlen des Werkzeugs 3 mit einem Laser aus der Seitenoberflächenrichtung des Werkzeugs 3 und Empfangen des abgestrahlten Lasers. Als Ergebnis wird die Konturenlinie P2 des Werkzeugs 3, wie in 3(a) illustriert erhalten, und somit kann die tatsächliche Konturenlinie P3, die in 3(d) illustriert ist, erhalten werden. Die ideale Konturenlinie P1 kann aus dem Speicher 14 der Steuereinheit 13 ausgelesen werden.
Die Positionskorrektur des Werkzeugs 3 wird auf Basis eines Einheitsnormalvektors V1 an einen Bearbeitungspunkt T1 (siehe 2, Details davon werden später beschrieben) der das Werkzeug 3 bearbeitet wird, und einen Konturenfehler des Werkzeugs 3 vorgenommen. Somit kann die drei-dimensionale Position des Werkzeugs 3 in zumindest einer von X-Achsenrichtung, Y-Achsenrichtung und Z-Achsenrichtung korrigiert werden. Die Richtungen der X-, Y-, und Z-Achsen werden anhand des Einheitsnormalvektors V1 bestimmt.
4 ist ein erläuterndes Diagramm, welches die Beziehung zwischen den Winkeln des Bogens (0 bis 90 Grad) des Werkzeugs 3 und den Korrekturwerten zum Korrigieren des Formfehlers illustriert. 4 illustriert die ideale Konturenlinie P1 und die tatsächliche Konturenlinie P3 im Bogen des Werkzeugs 3. In 4 wird die vertikale Richtung als eine Richtung von 0 Grad eingestellt, und wird die horizontale Richtung als ein Winkel von 90 Grad eingestellt. Als ein Beispiel illustriert 4 eine Form, in welcher die tatsächliche Konturenlinie P3 auswärts der idealen Konturenlinie P1 in einem Bereich von 0 bis 45 Grad vorragt, basierend auf der Bogenzentrumslinie C1, und ist eine Form, in welcher die tatsächliche Konturenlinie P3 in einem Bereich von 45 Grad bis 90 Grad näher rückgesetzt ist als die Ideal-Konturenlinie P1.
Wie in 4 illustriert, werden die sich von der Zentrumslinie C1 in den Bogen zur äußeren Form des 90-Grad Bogens des Werkzeugs 3 erstreckenden 10-Grad Linien L00 bis L90 in 10-Grad Intervallen eingestellt. Die geraden Linien werden in Winkelrichtungen bei 10-Grad Intervallen eingestellt. Der Schnittwinkel zwischen der Zentrumlinie C1 des Werkzeugs 3 und der geraden Linie L00 beträgt 0 Grad. Das heißt, dass die gerade Linie L00 und die Zentrumlinie C1 parallel zueinander (kollinear) sind.
Der Schnittwinkel zwischen der Zentrumslinie C1 und der geraden Linie L10 beträgt 10 Grad. Ähnlich reichen die Schnittwinkel zwischen der Zentrumslinie C1 und den Linie L20 bis L90 von 20 Grad bis 90 Grad. Das heißt, dass die Richtung parallel zur Zentrumslinie C1 0 Grad beträgt, die Richtung orthogonal zur Zentrumslinie C1 90 Grad beträgt und die geraden Linien für jede Winkelrichtung von 10 Grad eingestellt werden.
Hier ist der Schnittpunkt zwischen der geraden Linie L00 und der idealen Konturlinie P1 als der Schnittpunkt Q00a definiert. Ähnlich sind die Schnittpunkte zwischen den geraden Linie L10, L20, ..., und L90 und der idealen Konturenlinie P1 als die Schnittpunkte Q10a, Q20a, ...., und Q90a definiert. Derweil sind die Schnittpunkte zwischen den geraden Linien L00, L10, L20 und L90 und der tatsächlichen Konturenlinie P3 als die Kreuzungen Q00b, Q10b, Q20b, ..., bzw. Q90b definiert. Entsprechend, da die Distanz (d.h. die Differenz) zwischen den zwei Schnittpunkten auf jeder geraden Linie ein Formfehler ist, wird der Differenzwert als ein „Korrekturwert“ eingestellt. Beispielsweise wird „Q10b-Q10a“ als der Korrekturwert für die gerade Linie L10 eingestellt.
Danach werden die Korrekturwerte für die entsprechenden Winkelrichtungen im Speicher 14 der in 1 illustrierten Steuereinheit 13 als Referenzzeichen #500, #510, ..., und #590 gespeichert. Spezifisch wird „#500 = Q00b - Q00a“ eingestellt, wird „#510 = Q10b - Q10a“ eingestellt, und werden Korrekturwerte danach bis zu „#590 = Q90b - Q90a“ in derselben Weise eingestellt.
Obwohl 4 ein Beispiel illustriert, in welchem die Korrekturwerte für die entsprechenden geraden Linie L00, L10, ...., und L90 in Intervallen von 10 Grad berechnet werden, um Komplikationen bei der Figur zu vermeiden, werden in der Realität die Korrekturwerte auf feinere Winkelintervalle (beispielsweise 1 Grad) eingestellt. Entsprechend werden Korrekturwerte für entsprechende Winkelintervalle von 1 Grad im Speicher 14 als Bezugszeichen #500, #501, #502, ..., #589, und #590 gespeichert.
Das heißt, dass die geraden Linien L00 bis L90 von der Zentrumslinie C1 die idealen Konturenlinie P1, die in 4 illustriert ist, bei jedem Winkel von 1 Grad gezeichnet, und werden die Korrekturwerte auf den entsprechenden geraden Linien berechnet. Die berechneten Korrekturwerte werden im Speicher 14 als die Bezugszeichen #500, #501, #502, ..., #589, und #590 gespeichert. Diese drei-dimensionalen Koordinaten des NC-Programms werden unter Verwendung der Bezugszeichen #500 bis #590 korrigiert, die in dieser Korrekturprozedur berechnet werden.
Als Nächstes wird eine Beschreibung hinsichtlich eines Prozesses zum Korrigieren der drei-dimensionalen Koordinaten des NC-Programms unter Verwendung der oben beschriebenen Korrekturwerte gegeben.
[Korrektur drei-dimensionaler Koordinaten]
Zuerst wird der Einheitsnormalvektor V1 bei einem erwünschten Bearbeitungspunkt (als T1 definiert) des Werkstücks 5 auf Basis der CAD-Daten (Daten, welche die Form des Werkstücks 5 als ein abgeschlossenes Produkt) 37, die in 1 illustriert sind, berechnet, und dem in dem CAM 39 erzeugten NC-Programm, das heißt dem NC-Programm, das zur Bearbeitung eines Werkstücks mit dem Werkzeug 3 mit einer idealen Form, verwendet wird.
5 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Werkzeug 3 illustriert, das sich entsprechend dem Bearbeitungspfad bewegt, wenn das Werkstück 5 durch das Werkzeug 3 bearbeitet wird. Wie in 5 illustriert, wenn das Werkstück 5 durch das Werkzeug 3 bearbeitet wird, wird ein Punkt, wo das Werkzeug 3 in Kontakt mit dem Werkstück 5 kommt, der Bearbeitungspunkt T1 des Werkstücks 5. Der Einheitsnormalvektor (definiert als V1) des Bearbeitungspunkts T1 wird berechnet.
Dieser Prozess wird beispielsweise durch die Recheneinheit 33a des Computers 33 (siehe 1) durchgeführt. Die drei-dimensionalen Koordinaten des Bearbeitungspunkts T1 können aus dem NC-Programm erfasst werden, oder durch tatsächliches Bewegen eines Idealwerkzeugs (Kugelstirnfräser) gemäß dem Bearbeitungspfad, wenn das ideale Werkzeug montiert ist.
Weiter, wenn das Werkstück 5 durch das Werkzeug 3 bearbeitet wird, bewegt sich das Werkzeug 3 in zumindest einer der X-Achse, Y-Achse und Z-Achsenrichtungen in Bezug auf das Werkstück 5. Das heißt, dass sich die drei-dimensionale Position des Bearbeitungspunkts T1 mit fortschreitender Bearbeitung ändert.
Die Oberfläche des auf den Bearbeitungspunkt T1 zentrierten Werkstücks 5 ist eine flache Oberfläche oder eine gekrümmte Oberfläche. Jedoch, wenn die Oberfläche auf eine extrem kleine Region beschränkt ist, kann diese Region als eine Ebene betrachtet werden, selbst falls sie eine gekrümmte Oberfläche ist.
Der Einheitsnormalvektor V1 ist ein Vektor orthogonal zur oben beschriebenen winzigen Region (Ebene) und weist eine Komponente in jeder Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse auf. Die Skalargröße des Normalvektors V1 ist natürlicherweise „1“. Mit anderen Worten, wenn die entsprechenden numerischen Werte, welche die Komponenten in den X-Achsen, Y-Achsen und Z-Achsenrichtungen des Einheitsnormalvektors V1 bilden, quadriert und addiert werden, und die Quadratwurzel (Wurzel) des Ergebniswerts berechnet wird, ist diese Lösung „1“.
In der ersten Ausführungsform werden die als die obigen Bezugszeichen #500, #501, ..., #589 und #590 gespeicherten Korrekturwerte (die Differenzen zwischen der idealen Konturenlinie P1 und der tatsächlichen Konturenlinie P3) als Abrechnungsbeträge in den jeweiligen Winkelrichtungen eingestellt. Danach wird der Einheitsnormalvektor V1 in die Komponenten in den drei-dimensionalen Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse dekomponiert, und wird der Abrechnungsbetrag in jeder Richtung berechnet. Danach wird eine spezifische Beschreibung unter Bezugnahme auf die in 6 und 7 illustrierten arithmetischen Ausdrücke gegeben.
6 illustriert drei-dimensionale Koordinaten, wenn die Position der Bearbeitung, welche das Werkzeug 3 verwendet, sich in der Reihenfolge der Bearbeitungspunkte f51, f52, f53, f54 und f55 bewegt. Die drei-dimensionalen Koordinaten geben die Koordinaten an, wenn das Werkzeug 3 in eine Idealform ausgeformt ist. Das heißt, dass 6 die drei-dimensionalen Koordinaten des Bearbeitungspfads illustriert, der anfangs im NC-Programm eingestellt ist.
In der ersten Ausführungsform werden die drei-dimensionalen Koordinaten des Bearbeitungspfads auf Basis des Einheitsnormalvektors V1 und der oben beschriebenen entsprechenden Bezugszeichen korrigiert. Spezifisch werden die Koordinaten der in 6 illustrierten entsprechenden Bearbeitungspunkte f51, f52, f53, f54 und f55 zu den Koordinaten der entsprechenden, in 7 illustrierten Bearbeitungspunkte f61, f62, f63, f64 und f65 korrigiert. Das heißt, dass die in 7 illustrierten arithmetischen Ausdrücke im Speicher 14 gespeichert sind und die Koordinaten des Bearbeitungspunkts T1 entsprechend den arithmetischen Ausdrücken korrigiert werden.
Spezifischer sind die drei-dimensionalen Koordinaten am in 6 illustrierten Bearbeitungspunkt f51 beispielsweise X =-1,60657, Y = -0,42583 und Z = -1,09809. Andererseits werden die Koordinaten, wenn die tatsächliche Konturenlinie P3 von der idealen Konturenlinie P1 abweicht, auf den in 7 illustrierten Bearbeitungspunkt f61 korrigiert.
Die Bearbeitungspunkte f51 und f61 weisen einen Winkel von 64 Grad auf, unter Verwendung des in 4 illustrierten Werkzeug 3. Entsprechend wird der als Bezugszeichen #564 gespeicherte Korrekturwert aus dem Speicher 14 ausgelesen und wird der Korrekturwert in jede Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse zerlegt, basierend auf dem oben beschriebenen Einheitsnormalvektor, wodurch der Korrekturwert in jeder Axialrichtung berechnet wird. Danach werden die drei-dimensionalen Koordinaten des Bearbeitungspunkts f51 vor Korrektur entsprechend diesem Korrekturwert korrigiert und somit werden die drei-dimensionalen Koordinaten des in 7 illustrierten Bearbeitungspunkts f61 berechnet.
Danach wird der arithmetische Ausdruck für den in 7 illustrierten Bearbeitungspunkt f61 detaillierter beschrieben. (X, Y, Z) = (-0,89101, 0,11528, -0,4391) wird beispielsweise durch Zerlegen des Einheitsnormalvektors V1 am Bearbeitungspunkt f61 in die Komponenten der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse erfasst. Weiter, da der Winkel des Bearbeitungspunkts 64 Grad ist, wird der als das Bezugszeichen #564 gespeicherte Korrekturwert eingesetzt.
Das heißt, dass [-0,89101 × #564], welcher ein Korrekturwert für in „f61“ von 7 illustrierte X-Koordinate ist, ein numerischer Wert ist, welcher durch Multiplizieren des Korrekturwerts erhalten wird, der als das Bezugszeichen #564 eingestellt wird, mit „-0,89101“, welches eine Komponente in der X-Achsenrichtung im Einheitsnormalvektor V1 ist. Zusätzlich ist [0,11528 × #564], welcher ein Korrekturwert für die Y-Koordinate ist, ein numerischer Wert, welcher durch Multiplizieren des als das Bezugszeichen #564 eingestellten Korrekturwerts mit „0,11528“ erhalten wird, welches eine Komponente in der Y-Achsenrichtung des Einheitsnormalvektors V1 ist. Zusätzlich ist [-0,4391 × #564], welches ein Korrekturwert für die Z-Koordinate ist, ein numerischer Wert, welcher durch Multiplizieren des Korrekturwerts, der als das Bezugszeichen #564 eingestellt ist, mit „-0,4391“ erhalten wird, welches eine Komponente in der Z-Achsenrichtung des Einheitsnormalvektors V1 ist.
Entsprechend sind die beim Bearbeitungspunkt f61 in 7 illustrierten drei-dimensionalen Koordinaten Koordinaten, welche die Korrekturwerte reflektieren, basierend auf einem Konturenfehler. Der Einfluss eines Konturenfehlers kann vermieden werden, um Bearbeitung mit hoher Genauigkeit durch Betreiben des Werkzeugs 3 durchzuführen, basierend auf Koordinaten, selbst wenn ein Konturenfehler zwischen der idealen Konturenlinie P1 und der tatsächlichen Korrekturenlinie P3 auftritt. Das heißt, dass die drei-dimensionalen Koordinaten des in 6 illustrierten Bearbeitungspunkts f51 zu den drei-dimensionalen Koordinaten des in 7 illustrierten Bearbeitungspunkts f61 korrigiert werden, wodurch es ermöglicht wird, Bearbeitung des Werkstücks 5 durchzuführen, indem ein gewünschter Bereich des Werkzeugs 3 in Kontakt mit dem Bearbeitungspunkt des Werkstücks 5 gebracht wird.
[Beschreibung des Vermeidungsbetrags]
Wenn der oben beschriebene Konturenfehler korrigiert ist, kann es einen Fall geben, bei dem das Werkzeug 3 in Kontakt mit einem Punkt (Kontaktpunkt) kommt, der sich von dem Bearbeitungspunkt des Werkstücks 5 unterscheidet, und das Werkzeug 3 in das Werkstück 5 an diesem Kontaktpunkt einschneidet, um das Werkstück 5 zu bearbeiten. In diesem Fall ist es notwendig, Kontakt zwischen dem Werkzeug 3 und diesem Kontaktpunkt zu vermeiden. Nachfolgend wird eine Beschreibung im Detail unter Bezugnahme auf 8(a) bis 8(d) und 9(a) und 9(b) gegeben.
Die Zwei-Punkt-Strichlinie in 8(a) gibt eine Konturenlinie des Werkzeugs 3 mit einer idealen Form ohne einen Konturenfehler an. Die Durchgezogene Linie in 8(a) gibt eine Konturenlinie des Werkzeugs 3 mit einem Konturenfehler an.
In einem Fall, bei dem der in 8(a) illustrierte Bearbeitungspunkt Tt1 durch das Werkzeug 3 bearbeitet wird, falls es keinen Konturenfehler gibt, das heißt, falls das Werkzeug 3 eine ideale Form hat, gelangt das Werkzeug 3 in Kontakt mit dem Bearbeitungspunkt Tt1 und führt Bearbeitung des Werkstücks 5 durch. Jedoch, wenn ein Konturenfehler auftritt, wie durch die durchgezogene Linie in 8(a) illustriert, wird eine Bearbeitungsposition, die das Werkzeug 3 verwendet, entsprechend dem oben beschriebenen Korrekturwert korrigiert.
Aus diesem Grund wird das untere Ende des Werkzeugs 3, das den Konturenfehler aufweist, so korrigiert, dass es in Kontakt mit dem Bearbeitungspunkt steht, wie in 8(b) illustriert. Als Ergebnis gelangt das Werkzeug 3 in Kontakt mit dem Kontaktpunkt Tt2 auf der Schräge des Werkstücks 5 und das Einschneiden 45 tritt auf. Wenn die Bearbeitung des Werkstück 5 in diesem Zustand durchgeführt wird, wird das Werkstück 5 übermäßig geschnitten.
In der ersten Ausführungsform wird die Position des Werkzeugs 3 wie in 8(c) korrigiert, um unnötige Bearbeitung aufgrund dieser Interferenz zu vermeiden. Spezifisch, wie in 8(d) illustriert, wird der Vektor VA, der auf einer Ebene existiert, welche durch einen Einheitsnormalvektor zwischen dem Bearbeitungspunkt Tt1 und dem Kontaktpunkt Tt2 definiert ist und orthogonal zum Einheitsnormalvektor VB des Bearbeitungspunkts Tt1 ist, berechnet, und wird der Vektor VA als ein Vermeidungsvektor definiert. Die, das Werkzeug 3 verwendende Bearbeitungsposition wird anhand des Vermeidungsvektors VA korrigiert, um das Einschneiden 45 in den Kontaktpunkt Tt2 zu vermeiden.
Das heißt, dass der Einschnitt 45 vermieden werden kann, indem eine Korrektur zum Verschieben um den Vermeidungsbetrag VA in der Richtung orthogonal zur Normallinie des Bearbeitungspunkts Tt1 vorgenommen wird. Der Vermeidungsbetrag VA kann durch den „Korrekturbetrag (des Bearbeitungspunkts Tt1) VB × tanθ“ berechnet werden. „θ“ ist ein Schnittwinkel zwischen der normalen Linie des Bearbeitungspunkts Tt1 und der Ebene in Kontakt mit dem Kontaktpunkt Tt2 (der Ebene, die den Bearbeitungspunkt Tt1 enthält und rechtwinklig zur Normallinie des Kontaktpunkts Tt2 ist).
Spezifischer werden die Koordinaten des Werkzeugs 3 in der X-Achsenrichtung der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung durch die Summe der Werte ausgedrückt, die in den Ausdrücken (1) und (2) von 9(a) illustriert sind.
Der Koordinatenwert in der X-Achsenrichtung des Werkzeugs 3 wird durch den Koordinatenwert (arithmetischer Ausdruck) f111 in 9(b) ausgedrückt. Eine Zahl „0,123“ im Koordinatenwert f111 ist ein Koordinatenwert in der X-Achsenrichtung des Werkzeugs 3 vor Korrektur (wenn es keine Korrektur des Konturenfehlers gibt).
Im Koordinatenwert f111 ist das durch den „Korrekturbetrag am Bearbeitungspunkt Tt1“ angegebene Bezugszeichen „#513“ ein Korrekturwert für den Konturenfehler (Skalarbetrag) am Bearbeitungspunkt Tt1 des Werkzeugs 3, wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Eine Zahl „0,216“ im Koordinatenwert f111 ist die X-Achsenrichtungskomponente des Einheitsnormalvektors am Bearbeitungspunkt Tt1.
Im Koordinatenwert f111 ist das durch den „Vermeidungsbetrag am Bearbeitungspunkt Tt1“ angegebene Bezugszeichen „#513“ ein Korrekturwert für den Konturenfehler (Skalarbetrag) am Bearbeitungspunkt Tt1 des Werkzeugs 3, wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Eine Zahl „-0,816“ im Koordinatenwert f111 ist die X-Richtungskomponente des Vermeidungsvektors (Einheitsvektor) des am Bearbeitungspunkt Tt1. Eine Zahl „0,613“ im Koordinatenwert f111 ist ein Wert des oben beschriebenen tanθ. Dasselbe gilt für die Komponenten in der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung.
Wenn der Koordinatenwert f111 oben beschrieben generalisiert wird, wird der folgende Ausdruck (1) erhalten. $\begin{array}{l} X Koordinate = Px + (i1 \times #50A + i 11 \times #50A \times tan θ) \\ Y Koordinate = Py + (j1 \times #50A + j 11 \times #50A \times tan θ) \\ Z Koordinate = Pz + (k1 \times #50A + k 11 \times #50A \times tan θ) \end{array}$
[Betrieb, wenn Arbeitspunkt von Ein-Punkt-Bearbeitung zu Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht]
Wenn das Werkzeug (Kugelstirnfräser) 3 Bearbeitung in der Umgebung der Verbindung von zwei Bearbeitungsoberflächen durchführt, kann beispielsweise der Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung zur Zwei-Punkt-Bearbeitung übergehen.
10(a) bis 10(c) sind erläuternde Diagramme, welche den Betrieb des Werkzeugs 3 illustrieren, wenn der erste Bearbeitungspunkt T1 des Werkstücks 5 durch das Werkzeug 3 bearbeitet wird, und danach der Prozess zur Bearbeitung des zweiten Bearbeitungspunkts T2 übergeht. 10(a) illustriert einen Zustand, in welchem das Werkzeug 3 den ersten Bearbeitungspunkt T1 bearbeitet und 10(b) illustriert einen Zustand, in welchem das Werkzeug 3 sowohl den ersten Bearbeitungspunkt T1 als auch den zweiten Bearbeitungspunkt T2 bearbeitet, das heißt ein Zustand, in welchem eine Zwei-Punkt-Bearbeitung durchgeführt wird.
Wenn die Bearbeitung unter Verwendung des NC-Programmes in einem Fall durchgeführt wird, bei dem ein Konturenfehler im Werkzeug 3 erzeugt wird und die tatsächliche Konturenlinie H1 (durchgezogene Linie) in Bezug auf die ideale Konturenlinie H0 (unterbrochene Linie) wie in 10(c) illustriert, vorragt, gelangt das Werkzeug 3 in Kontakt mit dem zweiten Bearbeitungspunkt T2, wenn eine nur den ersten Bearbeitungspunkt T1 enthaltende Ein-Punkt-Bearbeitung durchgeführt wird, das heißt an einem Punkt vor Übergehen zur Zwei-Punkt-Bearbeitung, und somit das Werkzeug 3 in das Werkstück 5 greift.
Beispielsweise im NC-Programm, in einem Fall, bei dem die Distanz zwischen der Spitze des Werkzeugs 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 7 µm ist, und wenn der Fehler der Spitze des Werkzeugs 3 2 µm beträgt (wenn das Werkzeug 3 einen Vorsprung von 2 µm aufweist), ist die Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 5 µm, wie in 11(a) illustriert. Weiter, wenn der Fehler der Spitze des Werkzeugs 3 7 µm übersteigt, gelangt die Spitze des Werkzeugs 3 in Kontakt mit dem Werkstück 5 und es tritt das Einschneiden auf, wie in 11(b) illustriert.
Entsprechend, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von Ein-Punkt-Bearbeitung, den ersten Bearbeitungspunkt T1 beinhaltet, zu Zwei-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt T1 und den zweiten Bearbeitungspunkt T2 enthält, übergeht, ist es notwendig, die Position des Werkzeugs 3 unter Berücksichtigung des Werkzeugs 3, welche sich dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 annähert, zu korrigieren.
In der ersten Ausführungsform wird der erste Bearbeitungspunkt T1 durch das Werkzeug 3 bearbeitet und danach, wenn das Werkzeug 3 zur Zwei-Punkt-Bearbeitung, welche den ersten Bearbeitungspunkt T1 und den zweiten Bearbeitungspunkt T2 beinhaltet, übergeht, wird ein Korrekturwert entsprechend einer Distanz (Annäherungsdistanz) zwischen dem Werkzeug 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 berechnet. Spezifisch wird ein Koeffizient, der sich gemäß der Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 (dieser Koeffizient ist als ein „erster Distanzeffekt-Koeffizient Ed“ definiert) ändert, eingestellt, und wird die Bearbeitungsposition des Werkzeugs 3 gemäß dem ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed korrigiert. Der erste Distanzeffekt-Koeffizient Ed ist ein numerischer Wert von 0 bis 1.
[Beschreibung ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed]
Als Nächstes wird eine Beschreibung hinsichtlich des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed gegeben. 12 ist ein erläuterndes Diagramm, welches die Bearbeitung des Werkstücks 5 illustriert, welches die ideale Konturenlinie q1 (unterbrochene Linie) und die tatsächliche Konturenlinie q2 (durchgezogene Linie) des Werkzeugs 3 illustriert, (a1) von 12 illustriert den Fall, bei dem die ideale Konturenlinie q1 und die tatsächliche Konturenlinie q2 miteinander koinzidieren, (a2) von 12 illustriert den Fall, bei dem die tatsächliche Konturenlinie q2 kleiner als die ideale Konturenlinie q1 (beispielsweise um 5 µm kleiner) ist, und (a3) von 12 illustriert den Fall, bei dem die tatsächliche Konturenlinie q2 größer als die ideale Konturenlinie q1 (z.B. um 5 µm größer) ist.
Danach, wenn die Werkstückbearbeitungsoberfläche M11 durch das Werkzeug 3 bearbeitet wird, welches die tatsächliche Konturenlinie q2 der in (a1) bis (a3) von 12 illustrierten Formen aufweist, werden die in (b1) bis (b3) von 12 illustrierten Ergebnisse erhalten. Spezifisch, wie in (a1) von 12 illustriert, wenn die ideale Konturenlinie q1 und die tatsächliche Konturenlinie q2 miteinander koinzidieren, ist das Werkzeug 3 in Kontakt mit dem Bearbeitungspunkt auf der Bearbeitungsoberfläche M11, wie in (b1) von 12 illustriert. Jedoch, wie in (a2) von 12 illustriert, wenn die tatsächliche Konturenlinie q2 kleiner als die ideale Konturenlinie q1 ist, erreicht das Werkzeug 3 nicht den Bearbeitungspunkt auf der Bearbeitungsoberfläche M11, wie in (b2) von 12 illustriert. Weiter, wie in (a3) von 12 illustriert, wenn die tatsächliche Konturenlinie q2 größer als die ideale Konturenlinie q1 ist, schneidet das Werkzeug 3 einwärts von Bearbeitungspunkt der Bearbeitungsoberfläche M11 ein, wie in (b3) von 12 illustriert.
13 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem Werkstück 5 (der Bearbeitungsoberfläche M11) zu dieser Zeit illustriert. In 13 repräsentiert die horizontale Achse die Idealwerte der Distanzen zwischen dem Werkzeug 3 und dem Werkstück 5, und repräsentiert die vertikale Achse die tatsächlichen Distanzen (Ist-Werte) zwischen dem Werkzeug 3 und dem Werkstück 5. Die Graphenlinie Sa illustriert den Fall, bei dem das Werkzeug 3 eine ideale Konturenlinie aufweist, wie in (a1) von 12 illustriert, die Graphenlinie Sb illustriert den Fall, bei dem die aktuelle Konturenlinie des Werkzeugs 3 kleiner ist, wie in (a2) von 12 illustriert, und die Graphenlinie Sc illustriert den Fall, bei dem die tatsächliche Konturenlinie des Werkzeugs 3 größer ist, wie in (a3) von 12 illustriert.
Wenn eine Korrektur so vorgenommen wird, dass die Graphenlinien Sb und Sc nahe zur Graphenlinie Sa sind, kann der Konturenfehler des Werkzeugs 3 in Bezug auf die Bearbeitungsoberfläche M11 korrigiert werden. In der ersten Ausführungsform, wie in 14 illustriert, wird der Konturenfehler graduell gemäß der Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und der Bearbeitungsoberfläche M11 reduziert, und wird der erste Distanzeffekt-Koeffizient Ed zum Einstellen des Konturenfehlers auf 0 eingestellt, wenn die Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und der Bearbeitungsoberfläche M11 0 wird. Danach wird der Korrekturwert so verändert, dass er zu den Graphenlinien Sb1 und Sc1 von 14 führt, durch Multiplizieren des Konturenfehlers (Korrekturwert) mit dem ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed.
Zu dieser Zeit, um die Graphenlinie Sb1 und Sc1 aus den Graphenlinien Sb und Sc zu erzeugen, wird der erste Distanzeffekt-Koeffizient Ed auf Basis des folgenden Ausdrucks (2) berechnet. $ED = 1,25 exp (- 10^{6} \cdot {Da}^{3} - 300 \cdot Da)$
Im Ausdruck (2) gibt „Da“ eine Distanz zwischen dem ideal geformten Werkzeug 3 und der Bearbeitungsoberfläche M11 an, und gibt „exp“ eine Exponentialfunktion an. Es ist anzumerken, dass der in (2) illustrierte arithmetische Ausdruck ein Beispiel ist, und es auch möglich ist, den ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed durch einen anderen arithmetischen Ausdruck zu berechnen.
Wenn Ausdruck (2) als ein Graph illustriert wird, wird eine Graphenlinie wie die Graphenlinie F1, die in 15 illustriert ist, erhalten. In 15 gibt die horizontale Achse die Distanz Da zwischen dem Werkzeug 3 in einem Idealzustand und dem Werkstück 5 an, und gibt die vertikale Achse den ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed an. Wie aus der Graphenlinie F1 zu verstehen, ist der erste Distanzeffekt-Koeffizient Ed ein Koeffizient, der sich im Bereich von „0 bis 1“ ändert und steigt die Änderungsrate (Neigung der Graphenlinie) an, mit sinkender Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem Werkstück 5.
Unter Berücksichtigung des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed, selbst wenn ein Fehler zwischen dem Werkzeug 3 und der Bearbeitungsoberfläche M11 des Werkstücks 5 erzeugt wird, wird der Korrekturwert graduell entsprechend der Annäherungsdistanz dazwischen verändert, so dass das Werkzeug 3 in Kontakt mit der Bearbeitungsoberfläche M11 kommt, wodurch es möglich gemacht wird, eine plötzliche Änderung beim Korrekturwert für das Werkzeug 3 zu vermeiden, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung zur Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht.
Spezifischer, wenn die Bearbeitungsoberfläche M11 des Werkstücks 5 durch das Werkzeug 3 bearbeitet wird, wird „+0,005“ im Bezugszeichen #50A gespeichert, basierend auf dem Konturenfehler des Werkzeug 3, der vorab in einem Fall gemessen wird, bei dem das Werkzeug 3 beispielsweise einen um 5 µm kleineren Durchmesser als den Idealwert aufweist. Weiter wird „-0,005“ im Bezugszeichen #50A in einem Fall gespeichert, bei dem das Werkzeug 3 einen um 5 µm größeren Durchmesser als den Idealwert aufweist. Es ist anzumerken, dass „#50A“ ein Winkel (0 bis 90 Grad) des Bearbeitungspunktes T1 ist, wenn der Bearbeitungspunkt T2 in Kontakt mit der Bearbeitungsoberfläche M11, von #500 bis #590 oben beschrieben. Beispielsweise bedeutet 1 Grad „#501“.
Bezugnehmend auf die in 15 illustrierte Graphenlinie F1 wenn Da = 0, das heißt wenn das Werkzeug 3 in Kontakt mit dem Bearbeitungspunkt T2 gelangt, um das Werkstück 5 zu bearbeiten, wird „Ed = 1“ erhalten. Entsprechend, wenn das Werkzeug 3 um 5 µm größer als der Idealwert ist, beträgt der Korrekturwert -5 µm.
Wenn Da = 10 µm, wird „Ed = 0,4096“ ermittelt, und wenn das Werkzeug 3 um 5 µm größer als der Idealwert ist, ist der Korrekturwert -2,048 µm (siehe 14).
Wenn Da = 3 µm, wird „Ed 0,81314“ ermittelt und wenn das Werkzeug 3 um 5 µm größer als der Idealwert ist, beträgt der Korrekturwert -4,066 µm (siehe 14).
Insbesondere, wenn das oben beschriebene Da = 3 µm, und wenn das Werkzeug 3 5 µm größer als der Idealwert ist, wird „3 - 5 = -2“ ermittelt, falls es keine Korrektur gibt, was zu einem Einschneiden von 2 µm führt. Jedoch, da die Korrektur von - 4,066 µm durch Multiplizieren des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed vorgenommen wird, kann das Einschneiden vermieden werden.
Der erste Distanzeffekt-Koeffizient Ed wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Neigung größer wird, wenn die Distanz ab dem Werkzeug 3 näher an 0 gelangt. Spezifisch, wie in 15 illustriert, wird die Neigung so eingestellt, dass sie in der Region γ1 klein ist, die weit vom Werkzeug 3 zum Werkstück 5 in der Distanz ist, und wird die Neigung so eingestellt, dass sie graduell in der Zwischenregion β1 steigt, und wird die Neigung eingestellt, dass sie sich in der Region α1, die nahe am Bearbeitungspunkt ab dem Werkzeug 3 in Distanz ist, stark ändert. Das heißt, wenn das Werkzeug 3 näher an dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 ab einer vorbestimmten Distanz gelangt, die Anstiegsrate des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed graduell steigt, was es ermöglicht, den Einfluss des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed graduell zu steigern.
[Berechnung von Koordinaten beim Übergang von Ein-Punkt-Bearbeitung zu Zwei-Punkt-Bearbeitung]
Als Nächstes wird eine Beschreibung hinsichtlich der Korrektur der Koordinaten des Werkzeugs 3 gegeben, wenn der Bearbeitungspunkt des durch das Werkzeug 3 bearbeiteten Werkstücks 5 von einem Punkt zu zwei Punkten übergeht. Wie in 17 illustriert, wird die Korrektur der X-, Y- und Z-Koordinaten des Werkzeugs 3 beschrieben, wenn sich das Werkzeug 3 dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 aus dem Zustand annähert, bei dem erste Bearbeitungspunkt T1 des Werkstücks 5 durch das Werkzeug 3 bearbeitet wird.
Der Einheitsnormalvektor des ersten Bearbeitungspunkts T1 auf der in 17 illustrierten ersten Bearbeitungsoberfläche M1 wird auf (i1, j1, k1) eingestellt und der Korrekturbetrag des ersten Bearbeitungspunkts T1 wird auf „#50B“ eingestellt. „#50B“ ist ein Winkel (0 bis 90 Grad) entsprechend dem ersten Bearbeitungspunkt T1 von #500 bis #590, die oben beschrieben sind. Das heißt, dass „#50B“ ein Winkel einer geraden Linie ist, basierend auf der Zentrumslinie C1. Die gerade Linie verbindet den Punkt des Werkzeugs 3, wenn das Werkzeug 3 in Kontakt mit dem ersten Bearbeitungspunkt T1 steht, und das Zentrum C2, das in 4 illustriert ist.
Der Einheitsnormalvektor des zweiten Bearbeitungspunkts T2 auf der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 wird auf (i2, j2, k2) eingestellt, und der Korrekturbetrag des zweiten Bearbeitungspunkts T2 wird auf #50A eingestellt. Ähnlich ist „#50A“ ein numerischer Wert des Winkels (0 bis 90 Grad) entsprechend dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 von #500 bis #590.
Weiter wird der Vermeidungsvektor des ersten Bearbeitungspunkts T1 auf (i11, j11, k11) eingestellt und wird der Schnittwinkel zwischen der Normallinie des ersten Bearbeitungspunkts T1 und der Ebene in Kontakt mit dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 auf „θ“ eingestellt (siehe 8). Zusätzlich wird der Vermeidungsvektor des zweiten Bearbeitungspunkts T2 auf (i22, j22, k22) eingestellt.
Danach werden die korrigierten X-, Y- und Z-Koordinaten berechnet, wie im Ausdruck (3) in 18 illustriert. In 18 repräsentieren Px, Py und Pz Idealwerte der drei-dimensionalen Koordinaten. In 18 gibt eine in dem ersten Term innerhalb der Klammern illustrierte Referenz „r1“ den Korrekturbetrag des ersten Bearbeitungspunkts T1 an. Eine in dem zweiten Term illustrierte Referenz „r2“ gibt den Korrekturbetrag des zweiten Bearbeitungspunkts T2 an. Eine im dritten Term illustrierte Referenz „r3“ gibt den Vermeidungsbetrag (den ersten Vermeidungsbetrag) des ersten Bearbeitungspunkts T1 an. Eine im vierten Term illustrierte Referenz „r4“ gibt den Vermeidungsbetrag (den zweiten Vermeidungsbetrag) des zweiten Bearbeitungspunkts T2 an.
Beispielsweise in dem Fall, bei dem die Distanz, wenn das Werkzeug 3 sich dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 nähert, 10 µm beträgt, wird der „erste Distanzeffekt-Koeffizient Ed = 0,4096“ ermittelt, wie in 15 illustriert. Entsprechend wird der in 18 illustrierte Ausdruck (3) zu dem in 19 illustrierten Ausdruck (4).
Wie oben beschrieben, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von Ein-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt T1 beinhaltet, zu Zwei-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt T1 und den zweiten Bearbeitungspunkt T2 beinhaltet, übergeht, ändert sich der erste Distanzeffekt-Koeffizient Ed entsprechend der Distanz, wenn sich das Werkzeug 3 den zweiten Bearbeitungspunkt T2 annähert, wie durch die Graphenlinie F1 von 15 illustriert. Entsprechend, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung zur Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht, ist es möglich, das Auftreten einer raschen Positionsfluktuation des Werkzeugs 3 aufgrund der Korrektur zu vermeiden. Somit kann das Werkstück 5 durch das Werkzeug 3 stabil bearbeitet werden.
[Beschreibung von Korrekturprozeduren von NC-Programm]
Als Nächstes wird eine Beschreibung hinsichtlich der Korrekturprozeduren für den durch die Bearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform bearbeiteten Bearbeitungspunk unter Bezugnahme auf das in 20 illustrierte Flussdiagramm gegeben. Die in 20 illustrierten Prozeduren werden durch die Steuereinheit 13 und die Recheneinheit 33a des Computers 33 ausgeführt, wie in 1 illustriert. Die nachfolgenden Prozeduren werden im Computer 33 als ein Computerprogramm gespeichert.
Zuerst wird im in 20 illustrierten Schritt 11 das als ein Bearbeitungspfad des Werkzeug 3 dienende NC-Programm durch das CAM 39, das in 1 illustriert ist, erzeugt. Der Bearbeitungspfad ist zu dieser Zeit ein Bearbeitungspfad, wenn das Werkzeug 3 genau auf der Spindel 29 der Werkzeughalteeinheit 9 montiert ist und es keinen Formfehler im Werkzeug 3 gibt.
Im Schritt 12 berechnet die Positionsabweichungs-Detektionseinheit 131 der Steuereinheit 13 die ideale Konturenlinie P1 des Werkzeugs 3. Die ideale Konturenlinie P1 kann aus den im Speicher 14 gespeicherten Abmessungen eines Idealwerkzeugs gelesen werden.
Im Schritt S13 erfasst die Positionsabweichungs-Detektionseinheit 131 die tatsächliche Konturenlinie P3 des Werkzeugs 3. Spezifisch, da die Konturenlinie P2 durch Ausstrahlen eines Laserstrahls aus der Seitenoberflächenrichtung des Werkzeugs 3 mit einem Lasermessinstrument (in 1 illustrierte Werkzeugformmessvorrichtung 31) und Detektieren des Laserstrahls, der Kontakt aufnimmt mit dem Werkzeug 3, berechnet werden kann, wird die tatsächliche Konturenlinie P3 auf Basis der Konturenlinie P2 berechnet (siehe 3(a) und 3(b)).
Im Schritt S14 berechnet die Positionsabweichungs-Detektionseinheit 131 Korrekturwerte für jede Winkelrichtung des bogenförmigen Bereichs des Werkzeugs 3 auf Basis der idealen Konturenlinie P1 und der tatsächlichen Konturenlinie P3 und stellt die berechneten Korrekturwerte auf die Bezugszeichen #500 bis #590 (siehe 4) ein.
Im Schritt S15 berechnet die Positionsabweichungs-Korrektureinheit 331 der Recheneinheit 33a den Einheitsnormalvektor V1 am ersten Bearbeitungspunkt T1 des Werkstücks 5 und korrigiert weiter die Koordinaten des Bearbeitungspunkts in der X-Achsenrichtung, Y-Achsenrichtung und Z-Achsenrichtung unter Verwendung der in dem Bezugszeichen #500 bis #590 gespeicherten Korrekturwerte. Spezifisch wird der auf das Bezugszeichen #564 eingestellte Korrekturwert basierend auf dem Winkel (0 bis 90 Grad) der Bearbeitungsposition erfasst, wo das Werkzeug 3 in Kontakt mit beispielsweise dem ersten Bearbeitungspunkt T1 steht. Weiter wird der Einheitsnormalvektor V1 in die Komponenten in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung zerlegt, und werden die Koordinaten des Bearbeitungspunkts in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung durch Multiplizieren des obigen Korrekturwertes korrigiert.
Im Schritt S16 berechnet die Distanzeffekt-Koeffizientenrecheneinheit 332 der Recheneinheit 33a den ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed anhand der Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt T2. Spezifisch wird der erste Distanzeffekt-Koeffizient Ed (ein numerischer Wert von 0 bis 1), der größer wird, wenn die Distanz zum zweiten Bearbeitungspunkt T2 sinkt, auf Basis der Graphenlinie F1, die in 15 illustriert ist, berechnet.
Im Schritt S17 korrigiert die Positionsabweichungs-Korrektureinheit 331 der Recheneinheit 33a die Koordinaten der Bearbeitungsposition unter Verwendung des Werkzeugs 3 durch Nutzen des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed. Spezifisch werden die X-, Y- und Z-Koordinaten der das Werkzeug 3 verwendenden Position basierend auf dem in 18 illustrierten Ausdruck (3) korrigiert. Danach enden die Prozeduren.
Somit, wenn ein durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von Ein-Punkt-Bearbeitung zu Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht, können die Koordinatenwerte des NC-Programmes auf angemessene Werte korrigiert werden, durch Einstellen des Korrekturwerts gemäß der Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und dem zweiten Bearbeitungspunkt T2. Somit wird die Bearbeitungsvorrichtung 1 unter Verwendung des korrigierten NC-Programms gesteuert, was es möglich macht, das Werkstück 5 stabil zu bearbeiten.
[Beschreibung von Effekt erster Ausführungsform]
Wie oben beschrieben, wird das Werkstück 5 unter Verwendung des Werkzeug 3 (Kugelstirnfräser) in der Bearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform bearbeitet. Wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt T1 beinhaltet, zur Zwei-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt T1 und den zweiten Bearbeitungspunkt T2 beinhaltet, übergeht, wird der erste Distanzeffekt-Koeffizient ED gemäß der Distanz berechnet, wenn sich das Werkzeug 3 dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 annähert. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 ändert den Korrekturwert am zweiten Bearbeitungspunkt T2 gemäß dem ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed.
Entsprechend, wenn sich das Werkzeug 3 dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 nähert, wird die Bearbeitungsposition, unter Verwendung des Werkzeugs 3 unter Berücksichtigung des Korrekturwerts gemäß dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 korrigiert. Somit ist es möglich, das Auftreten von Problemen zu vermeiden, wie etwa, dass das Werkzeug 3 den zweiten Bearbeitungspunkt T2 nicht erreicht oder das Werkzeug 3 in das Werkstück 5 am zweiten Bearbeitungspunkt T2 einschneidet, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeiteten Bearbeitungspunkt von Ein-Punkt-Bearbeitung zu Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht.
Weiter ermöglicht es die Bearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, einen plötzlichen Kontakt mit dem zweiten Bearbeitungspunkt T2 zu vermeiden, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Verarbeitung zur Zwei-Punkt-Verarbeitung übergeht, was es ermöglicht, das stabile Bearbeiten des Werkstücks 5 zu realisieren.
In der Bearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird der arithmetische Ausdruck für den korrigierten Verarbeitungspfad im Speicher 14 gespeichert, wie in 18 illustriert, und werden die Bezugszeichen #500 bis #590 in den arithmetischen Ausdruck eingesetzt, um die drei-dimensionalen Koordinaten zu korrigieren. Somit ist es möglich, die Rechenlast zum Zeitpunkt der Bearbeitung zu reduzieren, was es ermöglicht, die für die Bearbeitung des Werkstücks 5 erforderliche Zeit zu verkürzen.
In der ersten Ausführungsform ist eine Beschreibung hinsichtlich eines Beispiels gegeben worden, in welchem der Korrekturwert für jeden 1 Grad des bogenförmigen Bereichs des Werkzeugs 3 innerhalb eines Bereichs von 0 bis 90 Grad berechnet wird. Zusätzlich kann in einem Fall, bei dem ein Winkel 63,9 Grad beträgt, wie in 21 illustriert, der Korrekturwert durch proportionales Verteilen des Bezugszeichens #563 von 63 Grad und des Bezugszeichens #564 von 64 Grad, was nahe dem Winkel von 63,9 Grad ist, bei einem Verhältnis von 1 zu 9 ermittelt werden. Das Einsetzen eines solchen Verfahrens ermöglicht es, Korrekturverarbeitung des Bearbeitungspunkts mit höherer Genauigkeit durchzuführen.
[Beschreibung zweiter Ausführungsform]
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. In der ersten Ausführungsform ist eine Beschreibung hinsichtlich der Korrektur zum Durchführen von Zwei-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt T1 auf der ersten Bearbeitungsoberfläche M1, und den zweiten Bearbeitungspunkt T2 auf der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2, die auf dem Werkstück 5 vorhanden sind, beinhaltet, gegeben worden. In der zweiten Ausführungsform wird eine Beschreibung hinsichtlich Drei-Punkt-Bearbeitung gegeben.
22 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Struktur der Werkstückbearbeitungsoberfläche in Drei-Punkt-Bearbeitung illustriert. Es wird eine Form angenommen, in welcher ein ungleicher V-förmiger Schneidbereich 52 in einem rechteckigen, parallelepipeden Werkstück 51, wie in 22(a) illustriert, ausgebildet wird, und eine flache Platte 53 in den Schnittbereich 52 des Werkstücks 51 aus einer geneigten Richtung eingeführt wird, wie in 22(b) illustriert. Danach werden die durch den Schneidbereich 52 und die flache Platte 53 umgebenen drei Oberflächen jeweils als erste Bearbeitungsoberfläche M1, zweite Bearbeitungsoberfläche M2 und eine dritte Bearbeitungsoberfläche M3 definiert, wie in 22(c) illustriert. In der zweiten Ausführungsform wird ein Korrekturwert für das Werkzeug 3 eingestellt, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von Zwei-Punkt-Bearbeitung, die den Bearbeitungspunkt auf der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und dem Bearbeitungspunkt auf der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 beinhaltet, zu Drei-Punkt-Bearbeitung übergeht, die einen Bearbeitungspunkt (dritter Bearbeitungspunkt) auf der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 enthält. Eine detaillierte Beschreibung davon wird unten gegeben.
Zuerst, unter der Annahme der Zwei-Punkt-Bearbeitung, die die erste Bearbeitungsoberfläche M1 und die zweite Bearbeitungsoberfläche M2 enthält, wird die Bearbeitungsposition des Werkzeugs 3 durch Einsetzen des Verfahrens in der ersten Ausführungsform korrigiert. Als Nächstes wird eine Ebene S (eine vorbestimmte Ebene) definiert, welche die Bearbeitungspunkte oder Annäherungspunkte der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 passiert, und welche durch den Einheitsnormalvektor der Bearbeitungspunkte der entsprechenden Bearbeitungsoberflächen M1 und M2 spezifiziert ist. Zu dieser Zeit wird nicht nur der Einheitsnormalvektor der Bearbeitungspunkte der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2, sondern ein Vermeidungsvektor der Bearbeitungspunkte oder der Annäherungspunkte auch auf der Ebene S platziert, wie in 23(a) illustriert.
Das heißt, dass alle zum Korrigieren der Bearbeitungspunkte der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 verwendeten Vektoren auf der Ebene S vorhanden sind. Das heißt, dass ein Korrekturvektor zum Korrigieren des ersten Bearbeitungspunkts T1 und ein Korrekturvektor zum Korrigieren des zweiten Bearbeitungspunkts T2 auf der Ebene S vorhanden sind. Entsprechend ist in dem Prozess zum Korrigieren der Bearbeitungspositionen der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 ein Bewegungsvektor (als „Bewegungsvektor Vc12“ bezeichnet) zum Kombinieren aller Korrekturoperationen und Korrigieren der Endbearbeitungsposition auch auf der Ebene S vorhanden, unabhängig von Irregularitäten eines Konturenfehlers des Werkzeugs 3, wie in 23(b) illustriert.
Als Nächstes wird die Bearbeitung der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 unter Verwendung des Werkzeugs 3 berücksichtigt. In diesem Fall ist es notwendig, unten beschriebene (A) und (B) zu korrigieren.

(A) Korrektur in der Normallinienrichtung der dritten Bearbeitungsoberfläche M3, die konventionell ausgeführt worden ist.
(B) Um Einschneiden in oder aus unzureichendem Schneiden in der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 zu vermeiden, welche durch Korrekturoperationen für die erste Bearbeitungsoberfläche M1 und die zweite Bearbeitungsoberfläche M2 verursacht werden.

24(a) ist eine Zenit-Ansicht der ersten bis dritten Bearbeitungsoberflächen M1 bis M3 bei Sicht in der Axialrichtung des Werkzeugs 3. Der in 24A illustrierte Vektor Vc12 illustriert den „Bewegungsvektor Vc12“, der in 23B illustriert ist. Der Bewegungsvektor Vc12 wird entlang der Ebene S platziert. 24(b) illustriert ein Diagramm, in welchem eine beliebige Richtung Y1 auf eine in 24(a) illustrierte dritte Bearbeitungsoberfläche M3 eingestellt wird, bei Sicht aus der Normallinienrichtung der die Richtung Y in vertikaler Richtung passierenden Ebene. Wie in 24(b) illustriert, wenn sich das Werkzeug 3 längs dem Bewegungsvektor Vc12 bewegt, wird ein Abweichungsvektor Vne3, der in der Normallinienrichtung der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 orientiert ist, zwischen dem Werkzeug 3 und der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 erzeugt.
In einem Fall, bei dem der Einheitsnormalvektor der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 Vun3 ist, kann der Abweichungsvektor Vne3 durch ein inneres Produkt des Bewegungsvektors Vc12 und des Einheitsnormalvektors Vun3 berechnet werden. Das heißt, dass der Abweichungsvektor Vne3 durch „Vne3 = Vc12 · Vun3“ berechnet werden kann. Hier bedeutet „0“ ein inneres Produkt der Vektoren. Weiter ist die Richtung des Abweichungsvektors Vne3 die gleich wie die Richtung des Einheitsnormalvektors Vun3.
Wenn das Werkzeug 3 in Kontakt mit der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 in einem Idealzustand (einem Zustand, bei dem ein Bewegungsvektor Vc12 0 ist) ist, kann der Einfluss der zwischen der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 vorgenommenen Korrektur durch Bewegen des Abweichungsvektors Vne3 in der entgegengesetzten Richtung zu der, wie es ist, eliminiert werden. Das heißt, dass ein Vektor VcB3, der in die entgegengesetzte Richtung des Abweichungsvektors Vne3 ist, wie in 25 eingestellt wird.
Als Nächstes wird die in (A) geschriebene Korrektur vorgenommen. Spezifischer, wenn sich das Werkzeug 3 der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 nähert oder in sie schneidet, wird der Korrekturwert zum Berechnen des Werkzeugs 3 in der Normallinienrichtung der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 in derselben Weise wie die in der ersten Ausführungsform beschriebene Korrektur berechnet. Dieser Vektor wird als VcA3 definiert. Wenn beispielsweise das Werkzeug 3 sich anschickt, in die dritte Bearbeitungsoberfläche M3 einzuschneiden, wie in 26(a) illustriert, kann das Einschneiden vermieden werden, indem das Werkzeug 3 um den Betrag des Vektors VcA3 bewegt wird, wie in 26(b) illustriert.
Danach wird ein Vektor Vc3, der durch Kombinieren des Vektors VcB3 und des Vektors VcA3 erhalten wird, berechnet, was zu (Vektor Vc3) = (Vektor VcA3) + (Vektor VcB3) führt. Der kombinierende Vektor Vc3 ist ein Korrekturvektor, welcher zum Bearbeiten der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 notwendig ist.
Da die durch den Konturenfehler des Werkzeugs 3 verursachte Korrektur zwischen der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 abgeschlossen ist, gibt es eine Befürchtung, dass die Korrektur ineffektiv gemacht wird, falls eine neue Korrektur zur Bearbeitungsposition des Werkzeugs 3 addiert wird. Jedoch ist der Endbewegungsvektor zwischen der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2, das heißt der in 23(b) illustrierte Bewegungsvektor Vc12 ein Vektor auf der Ebene S, wie oben beschrieben. Entsprechend wird der Bewegungsvektor Vc12 nicht beeinträchtigt, solange wie sich das Werkzeug 3 in der Richtung rechtwinklig zur Ebene S (der Normallinienrichtung der Ebene S) bewegt. Somit ist die Korrektur zwischen der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 nicht beeinträchtigt.
Das heißt, dass es ausreicht, falls der Vektor Vc3 (der kombinierte Vektor von VcB3 und VcA3) in einen Vektor in der Normallinienrichtung der Ebene S umgewandelt werden kann, wie in 27(a) und 27(b) illustriert. Dieser Vektor in der Normallinienrichtung ist als „VcS3“ definiert.
Sowohl die Richtungen des Vektors Vc3 als auch die des Vektors VcS3 können aus den CAD-Daten ermittelt werden und können vorab berechnet werden. Entsprechend kann die Größe des Vektors VcS3 aus der Größe des Vektors Vc3 (einschließlich positiver und negativer Vorzeichen) erhalten werden.
Wie in 28(a) bis 28(c) illustriert, wenn der durch den Vektor Vc3 und den Vektor VcS3 gebildete Winkel θ2 ist, wird der folgende Ausdruck (5) erhalten. $\begin{array}{l} | VcS3 | \times cos θ 2 = | Vc3 | \\ Das heißt, | VcS3 | = | Vc3 | / cos θ 2 \end{array}$
Die Größe des Vektors VcSe (einschließlich des Vorzeichens) wird bestimmt und die Richtung des Vektors VcS3 wird aus den CAD-Daten ermittelt. Somit wird schließlich der Vektor VcS3 bestimmt.
Entsprechend ist es möglich, einen Korrekturvektor unter Berücksichtigung von Korrekturen für sowohl die erste Bearbeitungsoberfläche M1, als auch die zweite Bearbeitungsoberfläche M2 und die dritte Bearbeitungsoberfläche M3 zu erhalten, das heißt „der Vektor Vc12 + Vektor VcS3“.
Da der Vektor Vc12 bereits in der ersten Ausführungsform erhalten ist, wird eine Prozedur zum Berechnen des „Vektor VcS3“ unten im Detail beschrieben.
Wenn das Werkzeug 3 das Werkstück 5 mittels Zwei-Punkt-Kontakt, der die erste Bearbeitungsoberfläche M1 und die zweite Bearbeitungsoberfläche M2 beinhaltet, bearbeitet, werden die X-, Y-, und Z-Koordinaten anhand von in 18 illustriertem Ausdruck (3) korrigiert. Wenn die X-Achsenkomponente des Vektors Vc12 gleich Vc12x ist, die Y-Achsenkomponente des Vektors Vc12 Vc12y ist, und die Z-Achsenkomponente des Vektors Vc12 Vc12z ist, wird der in 18 illustrierte Ausdruck (3) zum nachfolgenden Ausdruck (6) : $\begin{array}{l} X [Px + Vc12x] \\ Y [Py + Vc12y] \\ Z [Pz + Vc12z] \end{array}$
Wenn das Werkstück 5 mittels Drei-Punkt-Kontakt bearbeitet wird, die drei Bearbeitungsoberflächen M1, M2 und M3 enthält, wird der obige Vektor VcS3 hinzugefügt. Wenn die X-Achsenkomponente des Vektors VcS3 VcS3x ist, die Y-Achsenkomponente des Vektors VcS3 VcS3y ist, und die Z-Achsenkomponente des Vektors VcS3 VcS3z ist, werden die X-, Y-, und Z-Koordinaten durch den nachfolgenden Ausdruck (7) gegeben $\begin{array}{l} X [Px + Vc12x + VcS3x] \\ Y [Py + Vc12y + VcS3y] \\ Z [Pz + Vc12z + VcS3z] \end{array}$
Entsprechend, wenn Ausdruck (7) in das NC-Programm programmiert werden kann, ist es möglich, Drei-Punkt-Kontaktbearbeitung, die das Werkzeug 3 verwendet, durchzuführen.
Zuerst wird ein zweiter Distanzeffekt-Koeffizient Ed3, der ein Koeffizient ist, der sich entsprechend der Distanz zwischen dem Werkzeug 3 und der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 ändert, berechnet. Das Rechenverfahren des zweiten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed3 ist das gleiche wie das Rechenverfahren des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten Ed, der oben beschrieben ist, und der zweite Distanzeffekt-Koeffizient Ed3 ist eine Variable, die sich innerhalb eines Bereichs von „0 bis 1“ verändert. Zusätzlich, wenn das Werkzeug 3 in Kontakt mit der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 gelangt, wird „Ed3 = 1“ erhalten.
Nachdem der zweite Distanzeffekt-Koeffizient Ed3 berechnet ist, wird die in (A) illustrierte Normallinienrichtung korrigiert. Spezifisch wird der Korrekturvektor für die dritte Bearbeitungsoberfläche M3 des Werkzeugs 3 berechnet. Die X-, Y- und Z-Komponenten dieses Korrekturvektors sind VcAx, VcAy bzw. VcAz. Weiter, wenn die die X-, Y- und Z-Komponenten des Einheitsnormalvektors am Bearbeitungspunkt der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 i3, j3 bzw. k3 sind, und wenn das Bezugszeichen entsprechend dem Winkel, bei welchem das Werkzeug 3 in Kontakt mit der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 gelangt, #50D ist, kann der oben beschriebene Korrekturvektor durch den nachfolgenden Ausdruck (8) berechnet werden: $\begin{array}{l} VcA3x = i3 \times #50D \times Ed3 \\ VcA3y = j3 \times #50D \times Ed3 \\ VcA3z = k 3 \times # 50 D \times Ed3 \end{array}$
Als Nächstes wird eine Beschreibung hinsichtlich eines Prozesses zum Vermeiden des Einschneidens in oder unzureichenden Schneidens in der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 gegeben, das durch den Korrekturbetrieb der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2, die in (B) oben illustriert sind, verursacht wird.
Wie in 23 illustriert, wird das Vorzeichen des inneren Produkts (dies wird als „IPS3c12“ bezeichnet) des Endbewegungsvektors Vc12 der ersten Bearbeitungsoberfläche M1 und der zweiten Bearbeitungsoberfläche M2 und der Einheitsnormalvektor der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 umgekehrt, um einen Korrekturvektor zum Vermeiden von Einschneiden in oder aus unzureichendem Schneiden in der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 zu erhalten. In einem Fall, bei dem dieser Korrekturvektor „VcB3“ ist, können die X-, Y- und Z-Komponenten des Vektors VcB3, das heißt, VcB3x, VcB3y und VcB3z durch in 29 illustrierten Ausdruck (9) berechnet werden. Im Ausdruck (9) wird „IPS3c12 = i3 × Vc12x + j3 × Vc12y + k3 × Vc12z“ ermittelt.
Die Ausdrücke (8) und (9) werden kombiniert, um den Korrekturvektor Vc3 (Vc3x, Vc3y, Vc3z) des Werkzeugs 3 in Bezug auf die dritte Bearbeitungsoberfläche M3 zu berechnen. Das heißt, dass der Korrekturvektor Vc3 durch den nachfolgenden Ausdruck (10) berechnet wird. $\begin{array}{l} Vc3x = VcA3x + VcB3x \\ Vc3y = VcA3y + VcB3y \\ Vc3z = VcA3z + VcB3z \end{array}$
Als Nächstes wird der Korrekturvektor Vc3 in den Vektor in der Normallinienrichtung der Ebene S umgewandelt und dieser Vektor ist als der Vektor VcS3 definiert.
Zu dieser Zeit wird der Einheitsnormalvektor (d.h. die Richtung des Vektors VcS3) der Ebene S vorab ermittelt. Jedoch, hinsichtlich der Größe |VcS3| des Vektors VcS3 muss die Berechnung zum Ermitteln von „|Vc3|/cosθ2“ als das NC-Programm geschrieben werden. Insbesondere kann die Größenordnung des Vektors (Skalar) durch Berechnen der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der jeweiligen X-, Y- und Z-Komponenten berechnet werden. Jedoch ist diese Berechnung zu lang, um in eine Zeile des NC-Programms zu passen.
Unter Berücksichtigung der obigen Umstände, wenn das innere Produkt des Vektors VcS3 und des Einheitsnormalvektors (i3, j3 und k3) berechnet wird, wird „cos (0 Grad) = 1“ erhalten. Entsprechend kann das Skalar berechnet werden. Weiter geht das Vorzeichen (Vorzeichen (VcS3)) des Vektors VcS3 nicht verloren. Somit wird der folgende Ausdruck (11) erhalten. $| Vc 3 | \times Vorzeichen (VcS3) = Vc3x \times i3 + Vc3y \times j3 + Vc3z \times k3$
In einem Fall, bei dem der Einheitsnormalvektor der Ebene S auf i4, j4, k4 eingestellt wird und der durch die dritte Bearbeitungsoberfläche M3 und die Ebene S gebildete Winkel auf θ2 eingestellt wird, wenn der Endkorrekturvektor Vc3 der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 expandiert wird, wird der in 30 illustrierte Ausdruck (12) erhalten. Hier sind i4, j4 und k4 in einer Richtung nahe an der Normallinie der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 orientiert, das heißt in einer Richtung, in welcher das innere Produkt der Normallinie der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 positiv wird.
Wie aus dem in 30 illustrierten Ausdruck (12) zu verstehen, ist der Ausdruck von „Vc3x × i3 + Vc3y × j3 + Vc3z × k3“ unabhängig der X-, Y- und Z-Achsen gemein. Wenn dieser Term expandiert wird, wird der in 31 illustrierte Ausdruck (13) erhalten.
Weiter, wenn im Ausdruck (13) illustrierter „IPS3c12“ expandiert wird, wird es zum in 32 illustrierten Ausdruck (14).
Entsprechend wird der Vektor VcS3 zu Ausdrücken (12) bis (14), die in 30 bis 32 illustriert sind, expandiert. Die in diesen Ausdrücken enthaltenen Terme beinhalten den Einheitsnormalvektor, den Vermeidungsvektor, den ersten Distanzeffekt-Koeffizienten, den zweiten Distanzeffekt-Koeffizienten und die trigonometrische Funktion in den Bearbeitungspunkten der jeweiligen Oberflächen. Die Terme beinhalten auch die Bezugszeichen #50A, #50C und #50D, die zum Zeitpunkt der Bearbeitung bestimmt werden, und diese Bezugszeichen sind bekannte Werte. Entsprechend kann der End-„Bewegungsvektor VcS3“ des Werkzeugs 3 berechnet werden.
Spezifisch, wenn der Ausdruck (7) auf Basis von Ausdrücken (3) und (12), die oben beschrieben sind, expandiert wird, werden die in 33 illustrierten Ausdrücke (15) bis (18) erhalten.
Weiter, bezugnehmend auf die Ausdrücke (15) und (18) ist es möglich, diese Ausdrücke zu dem in 34 illustrierten Ausdruck (19) zusammenzufassen. Der Ausdruck (19), Px, α, β und y sind reale Zahlen. Entsprechend steigt die Rechenlast unter Verwendung des NC-Programms zum Zeitpunkt der Bearbeitung nicht an.
Somit wird die Bearbeitungsposition des Werkzeugs 3 unter Verwendung des Bewegungsvektors VcS3 korrigiert, was es ermöglicht, stabile Bearbeitung durchzuführen, die einen Konturenfehler des Werkzeugs 3 in einem Fall berücksichtigt, bei dem das Werkzeug 3 in Kontakt mit drei Oberflächen des Werkstücks 5 ist, um Bearbeitung durchzuführen.
[Beschreibung von Effekt zweiter Ausführungsform]
Somit, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der, die erste Bearbeitungsoberfläche M1 und die zweite Bearbeitungsoberfläche M2 im Werkstück 5 beinhaltenden Zwei-Punkt-Bearbeiten zum die dritte Bearbeitungsoberfläche M3 enthaltenden Drei-Punkt-Bearbeiten übergeht, vermeidet die Bearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform Interferenz zwischen dem Werkzeug 3 und der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 durch Berechnen eines Vektors in der Normallinienrichtung in Bezug auf die Ebene S, und Korrigieren dieses Vektors.
Weiter wird in einem Fall, bei dem sich die Distanz zwischen dem Werkzeug 3 (Stirnfräser) und dem dritten Bearbeitungspunkt innerhalb einer vorbestimmten Distanz annähert, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Zwei-Punkt-Bearbeitung zur Drei-Punkt-Bearbeitung übergeht, die Positionsabweichung auf Basis des Korrekturwerts am ersten Bearbeitungspunkt, des Korrekturwerts an dem zweiten Bearbeitungspunkt, des Korrekturwerts am dritten Bearbeitungspunkt, des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten und des zweiten Distanzeffekt-Koeffizienten korrigiert.
Entsprechend, wenn der durch das Werkzeug 3 bearbeitete Bearbeitungspunkt von der die erste Bearbeitungsoberfläche M1 und die zweite Bearbeitungsoberfläche M2 enthaltenden Zwei-Punkt-Bearbeitung zu der die dritte Bearbeitungsoberfläche M3 enthaltenden Drei-Punkt-Bearbeitung übergeht, wird es möglich, dass das Werkzeug 3 das Einschneiden in die oder unzureichendes Schneiden in der dritten Bearbeitungsoberfläche M3 vermeidet. Als Ergebnis kann das Werkstück 5 mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden, selbst bei der Drei-Punkt-Bearbeitung.
Obwohl die Ausführungsformen oben beschrieben worden sind, sollten die Diskussion und Zeichnungen, die Teil dieser Offenbarung bilden, nicht als die Erfindung beschränkend angesehen werden. Verschiedene alternative Ausführungsformen, Beispiele und Betriebstechniken werden Fachleuten auf dem Gebiet aus dieser Offenbarung ersichtlich werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 63233403 A [0006]

Claims

Bearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks zu einer gewünschten Form, umfassend: Detektieren einer Positionsabweichung zwischen einer tatsächlichen Konturenlinie und einer idealen Konturenlinie, wenn ein Stirnfräser mit einem hemisphärischen unteren Ende, der um eine Rotationsachse rotiert, um Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, durch eine Werkzeughalteeinheit gehalten wird, wobei die tatsächliche Konturenlinie eine Konturenlinie des Stirnfräsers ist, und die ideale Konturenlinie eine Konturenlinie des Stirnfräsers mit Idealform ist; Berechnen eines Korrekturwerts zum Korrigieren der Positionsabweichung zwischen der idealen Konturenlinie und der tatsächlichen Konturenlinie in jeder der Vielzahl von Winkelrichtungen auf Basis eines Zentrums der hemisphärischen Form; Berechnen eines ersten Distanzeffekt-Koeffizienten, der einen Einflussgrad der Positionsabweichung angibt, wenn ein zweiter Bearbeitungspunkt bearbeitet wird, entsprechend einer Distanz zwischen einem Stirnfräser und dem zweiten Bearbeitungspunkt in einem Fall, bei dem ein durch den Stirnfräser bearbeitete Bearbeitungspunkt von einer Ein-Punkt-Bearbeitung, die einen ersten Bearbeitungspunkt auf einer ersten Bearbeitungsoberfläche im Werkstück beinhaltet, zu einer Zwei-Punkt-Bearbeitung, die den ersten Bearbeitungspunkt und den zweiten Bearbeitungspunkt auf einer zweiten Bearbeitungsoberfläche, die sich von der ersten Bearbeitungsoberfläche unterscheidet, beinhaltet, übergeht; und Korrigieren einer Positionsabweichung des ersten Bearbeitungspunkts auf Basis des Korrekturwerts, beim Durchführen einer Ein-Punkt-Bearbeitung unter Verwendung des Stirnfräsers, und Korrigieren der Positionsabweichung auf Basis des Korrekturwerts am ersten Bearbeitungspunkt und des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten, wenn eine Distanz zwischen dem Stirnfräser und dem zweiten Bearbeitungspunkt sich innerhalb einer vorbestimmten Distanz in einem Fall annähert, bei dem der durch den Stirnfräser bearbeitete Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung zur Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht.
Bearbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei der erste Distanzeffekt-Koeffizient eingestellt wird, größer zu werden, wenn der Stirnfräser näher an den zweiten Bearbeitungspunkt kommt.
Bearbeitungsverfahren gemäß Anspruch 2, wobei der erste Distanzeffekt-Koeffizient sich in solcher Weise ändert, dass eine Anstiegsrate des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten graduell ansteigt, wenn der Stirnfräser näher an den zweiten Bearbeitungspunkt aus der vorbestimmten Distanz herankommt.
Bearbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend: Berechnen eines Einschneidbetrags in die zweite Bearbeitungsoberfläche als ein erster Vermeidungsbetrag, wenn eine Positionsabweichung des ersten Bearbeitungspunkts in einem Fall korrigiert wird, bei dem der Stirnfräser in Kontakt mit der zweiten Bearbeitungsoberfläche gelangt; Berechnen eines Einschneidbetrags in die erste Bearbeitungsoberfläche als ein zweiter Vermeidungsbetrag, wenn eine Positionsabweichung des zweiten Bearbeitungspunkts in einem Fall korrigiert wird, bei dem der Stirnfräser in Kontakt mit der ersten Bearbeitungsoberfläche gelangt; und Korrigieren, in einem Fall, bei dem die erste Bearbeitungsoberfläche und die zweite Bearbeitungsoberfläche durch den Stirnfräser bearbeitet werden, einer Positionsabweichung des Stirnfräsers, bei Bearbeitung der ersten Bearbeitungsoberfläche und einer Positionsabweichung des Stirnfräsers, bei Bearbeitung der zweiten Bearbeitungsoberfläche, basierend auf dem ersten Vermeidungsbetrag und dem zweiten Vermeidungsbetrag.
Bearbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenn ein durch den Stirnfräser bearbeiteter Bearbeitungspunkt von Zwei-Punkt-Bearbeitung, welche den ersten Bearbeitungspunkt auf der ersten Bearbeitungsoberfläche und den zweiten Bearbeitungspunkt auf der zweiten Bearbeitungsoberfläche beinhaltet, zur Drei-Punkt-Bearbeitung, die einen dritten Bearbeitungspunkt auf einer dritten Bearbeitungsoberfläche enthält, die eine andere ist als die erste Bearbeitungsoberfläche und die zweite Bearbeitungsoberfläche, übergeht, eine vorbestimmte Ebene, die eine Ebene ist, die einen Korrekturvektor, der konfiguriert ist, den ersten Bearbeitungspunkt zu korrigieren, und einen Korrekturvektor, der konfiguriert ist, den zweiten Bearbeitungspunkt zu korrigieren, enthält, definiert ist, ein Korrekturwert an dem dritten Bearbeitungspunkt in einer Richtung orthogonal zur vorbestimmten Ebene berechnet wird und die Positionsabweichung auf Basis des Korrekturwerts am dritten Bearbeitungspunkt korrigiert wird.
Bearbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenn der durch den Stirnfräser bearbeitete Bearbeitungspunkt von der den ersten Bearbeitungspunkt auf der ersten Bearbeitungsoberfläche und den zweiten Bearbeitungspunkt auf der zweiten Bearbeitungsoberfläche beinhaltenden Zwei-Punkt-Bearbeitung zu der den dritten Bearbeitungspunkt auf der dritten Bearbeitungsoberfläche, die eine andere ist als die erste Bearbeitungsoberfläche und die zweite Bearbeitungsoberfläche, beinhaltenden Drei-Punkt-Bearbeitung übergeht, das Bearbeitungsverfahren weiter umfasst: Berechnen, durch eine Distanzeffekt-Koeffizienten-Recheneinheit, eines zweiten Distanzeffekt-Koeffizienten, der einen Einflussgrad der Positionsabweichung angibt, bei Durchführung der Zwei-Punkt-Bearbeitung, anhand einer Distanz zwischen dem Stirnfräser und dem dritten Bearbeitungspunkt; und Korrigieren, durch eine Positionsabweichungs-Korrektureinheit, der Positionsabweichung auf Basis des Korrekturwerts am ersten Bearbeitungspunkt, des Korrekturwerts am zweiten Bearbeitungspunkt, des Korrekturwerts am dritten Bearbeitungspunkt und des zweiten Distanzeffekt-Koeffizienten, wenn eine Distanz zwischen dem Stirnfräser und dem dritten Bearbeitungspunkt sich innerhalb einer vorbestimmten Distanz in einem Fall annähert, bei dem der durch den Stirnfräser bearbeitete Bearbeitungspunkt von Zwei-Punkt-Bearbeitung zur Drei-Punkt-Bearbeitung übergeht.
Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks zu einer vorgegebenen Form, umfassend: einen Stirnfräser mit einem hemisphärischen unteren Ende, der um eine Rotationsachse rotiert, um Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen; eine Werkzeughalteeinheit, die konfiguriert ist, den Stirnfräser zu halten; eine Positionsabweichungs-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, eine Positionsabweichung zwischen einer tatsächlichen Konturenlinie und einer idealen Konturenlinie zu detektieren, wenn der Stirnfräser durch die Werkzeughalteeinheit gehalten wird, wobei die tatsächliche Konturenlinie eine Konturenlinie des Stirnfräsers ist und die ideale Konturenlinie eine Konturenlinie des Stirnfräsers mit einer idealen Form ist; eine Positionsabweichungs-Korrektureinheit, die konfiguriert ist, einen Korrekturwert zum Korrigieren der Positionsabweichung zwischen der idealen Konturenlinie und der tatsächlichen Konturenlinie in jeder einer Vielzahl von Winkelrichtungen auf Basis eines Zentrums der hemisphärischen Form zu berechnen und die Positionsabweichung des Stirnfräsers auf Basis des berechneten Korrekturwerts zu korrigieren; und eine Distanzeffekt-Koeffizienten-Recheneinheit, die konfiguriert ist, einen ersten Distanzeffekt-Koeffizienten zu berechnen, der einen Einflussgrad der Positionsabweichung angibt, wenn ein zweiter Bearbeitungspunkt bearbeitet wird, entsprechend eine Distanz zwischen dem Stirnfräser und dem zweiten Bearbeitungspunkt in einem Fall, bei dem der durch den Stirnfräser bearbeitete Bearbeitungspunkt von einer Ein-Punkt-Bearbeitung, die einen ersten Bearbeitungspunkt auf einer ersten Bearbeitungsoberfläche im Werkstück beinhaltet, zu einer Zwei-Punkt-Bearbeitung, welche den ersten Bearbeitungspunkt und den zweiten Bearbeitungspunkt auf einer zweiten Bearbeitungsoberfläche, die sich von der ersten Bearbeitungsoberfläche und unterscheidet, übergeht, wobei die Positionsabweichungs-Korrektureinheit eine Positionsabweichung des ersten Bearbeitungspunkts auf Basis des Korrekturwerts bei Durchführung von Ein-Punkt-Bearbeitung unter Verwendung des Stirnfräsers korrigiert, und die Positionsabweichung auf Basis des Korrekturwerts am ersten Bearbeitungspunkt und des ersten Distanzeffekt-Koeffizienten, wenn eine Distanz zwischen dem Stirnfräser und dem zweiten Bearbeitungspunkt sich innerhalb einer vorbestimmten Distanz in einem Fall annähert, bei dem ein durch den Stirnfräser bearbeiteter Bearbeitungspunkt von der Ein-Punkt-Bearbeitung zur Zwei-Punkt-Bearbeitung übergeht, korrigiert.