DE112021000679T5

DE112021000679T5 - Erstellungsverfahren für ein Bearbeitungsprogramm, Bearbeitungsverfahren für ein Werkstück und Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE112021000679T5
Application number: DE112021000679.7T
Authority: DE
Inventors: Daisuke UENISHI; Tomohiro Oyamada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2022-11-17
Also published as: JP7029026B2; US11642748B2; CN114929419A; US20230051567A1; JPWO2021149639A1; CN114929419B; WO2021149639A1

Abstract

Beim hocheffizienten Bearbeiten von Schaufelteilen gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es keine Umkehrung der Betriebsrichtung einer rotierenden Welle und es kann schnell eine hochwertige Bearbeitungsfläche erzielt werden. Ein Bearbeitungsprogramm wird für ein Werkstück so erstellt, dass: wenn ein Teil mit einer konvex gekrümmten Fläche und einer konkav gekrümmten Fläche, mit einem Paar von Kantenabschnitten als Begrenzung, spanabhebend bearbeitet wird, eine virtuelle konvexe Krümmung, deren Krümmung in Bezug auf die konvex gekrümmte Fläche keine Umkehrung aufweist, mit den Krümmungen der Paare Kantenpaare als Tangente, für die konkav gekrümmte Fläche eingestellt wird; eine Antriebsfläche zum Definieren der Werkzeugausrichtung ohne Krümmungsinversion unter Verwendung der virtuellen konvexen Krümmung, der konvexen Krümmung, die auf die konvex gekrümmte Fläche eingestellt ist, und der konvexen Krümmungen, die auf das Kantenpaar eingestellt sind, erstellt wird; und eine Werkzeugachsenrichtung während der spanabhebenden Bearbeitung anhand der Normalenrichtung der Antriebsfläche zur Definition der Werkzeugausrichtung eingestellt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erstellungsverfahren für ein Bearbeitungsprogramm, ein Bearbeitungsverfahren für ein Werkstück und eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine.
STAND DER TECHNIK
Beim Bearbeiten eines Schaufelteils, wie etwa einer Turbinenschaufel für ein Strahltriebwerk, wird eine Zerspanungsmaschine mit einer Drehachse, wie etwa ein fünfachsiges Bearbeitungszentrum, verwendet. Im Allgemeinen hat das Schaufelteil die Form einer dünnen Platte, und eine Vorder- und/oder Rückfläche des Schaufelteils ist als konvexe Oberfläche und die andere Oberfläche als konkave Oberfläche ausgebildet.
Bei der Bearbeitung des Schaufelteils durch die Zerspanungsmaschine werden hauptsächlich Grobzerspanung mit einem Fräser, Vorschlichten mit einem Radiusfräser und Schlichten mit einem Kugelfräser eingesetzt. Für die dünne Form niedriger Steifigkeit des Schaufelteils wird hocheffiziente spanabhebende Bearbeitung zum Fräsen des Schaufelteils aus einem Werkstück in einem Arbeitsgang, z.B. mit einem konischen Kugelfräser oder einem Kugelfräser, eingesetzt. Spanabhebende Bearbeitung wird durchgeführt, während sich ein Werkzeug relativ zu dem Werkstück bewegt (siehe z. B. Patentdokument 1). Im Allgemeinen wird ein Bearbeitungsprogramm für eine solche spanabhebende Bearbeitung gezielt für einen Festkörper des Schaufelteils anhand einer Oberfläche des Festkörpers erstellt.
Patentdokument 1: Nicht geprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2003-165012
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Bei der Endbearbeitung des Schaufelteils mit hohem Wirkungsgrad ergibt sich jedoch folgendes Problem. 12 zeigt das Schaufelteil in einem Abschnitt senkrecht zu einer Längsachsrichtung (eine Richtung senkrecht zur Papierebene von 11). Der Abschnitt des Schaufelteils 1 beinhaltet vier Krümmungen (Bögen oder Spline-Krümmungen) mit einer konvexen Fläche 11a, einer konkaven Fläche 11b, einem Kantenabschnitt 1a (einer Hinterkante) und einem Kantenabschnitt 1b (einer Vorderkante). Die konkave Fläche 11b ist derart gebildet, dass ihre Krümmung im Vergleich zu der der konvexen Fläche 11a und der Kantenabschnitte 1a, 1b umgekehrt ist.
Typischerweise wird in einem Bearbeitungsprogramm für ein solches Schaufelteil 1 die Werkzeugachsenrichtung Ta auf die Normalen zu diesen vier Krümmungen eingestellt. Eine Krümmungsrichtung der konkaven Fläche 11b wird jedoch umgekehrt, wenn sich das Schaufelteil 1 um die Längsachsrichtung relativ zum Werkzeug T dreht, und aus diesem Grund weist das Bearbeitungsprogramm eine solche Programmkonfiguration auf, dass die Betriebsrichtung einer Drehachse, die das Schaufelteil 1 in einer Werkzeugmaschine dreht, bei der spanabhebenden Bearbeitung umgekehrt wird. Infolgedessen besteht die Gefahr einer verlängerten Bearbeitungszeit und von Oberflächenfehlern aufgrund von Werkzeugspuren, die durch eine Verringerung der Geschwindigkeit verursacht werden sowie einer Zunahme von Umkehrfehlern aufgrund der Umkehrung der Betriebsrichtung der Drehachse.
Andererseits wurde ein Bearbeitungsprogramm vorgeschlagen, das, wie in 13 gezeigt, eine Richtung um die Längsachse 12 des Schaufelteils 1 als Werkzeugachsenrichtung Ta definiert, um die Umkehrung der Betriebsrichtung der Drehachse zu verringern, ohne die aus dem zu bearbeitenden Festkörper erhaltene Oberfläche zur Definition der Werkzeugstellung zu verwenden. Wenn jedoch die Werkzeugachsenrichtung Ta auf eine Richtung um einen Einwegrichtungsvektor, wie etwa die Längsachse 12 des Schaufelteils 1, eingestellt wird, ist das Bearbeiten des Schaufelteils 1 in der dünnen Plattenform ein solches Bearbeiten, dass ein Spitzenende des Werkzeugs T mit einer Umfangsgeschwindigkeit von Null verwendet wird, um das Werkstück aus der Werkzeugachsenrichtung Ta zu drücken, und führt daher zu einem bearbeiteten Oberflächenfehler aufgrund von Vibrationen des Werkzeugs T und unzureichender Spanabfuhr und ist nicht praktikabel.
Aus diesem Grund wurden ein Erstellungsverfahren für ein Bearbeitungsprogramm, ein Bearbeitungsverfahren für ein Werkstück und eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine entwickelt, die so konfiguriert sind, dass eine qualitativ hochwertige Bearbeitungsfläche bei hoher Geschwindigkeit erzielt werden kann, ohne dass die Betriebsrichtung einer Drehachse beim hocheffizienten Bearbeiten von Schaufelteilen umgekehrt werden muss.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Erstellungsverfahren für ein Bearbeitungsprogramm gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Erstellungsverfahren für ein Bearbeitungsprogramm zum Bearbeiten eines Teils mit einer konvexen Fläche und einer konkaven Fläche in Bezug auf ein Paar von Kantenabschnitten von einem Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung, wobei das Verfahren das Einstellen einer virtuellen konvexen Krümmung für die konkave Fläche beinhaltet, deren Krümmung in Bezug auf Tangenten an Krümmungen des Paars von Kantenabschnitten keine Umkehrung bzw. Krümmungsinversion zu der der konvexen Fläche aufweist, Erzeugen einer eine Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche mittels der virtuellen konvexen Krümmung, einer konvexen Krümmung, die für die konvexe Fläche eingestellt ist, und konvexen Krümmungen, die für das Paar von Kantenabschnitten eingestellt sind, so dass die Krümmung der eine Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche keine Umkehrung aufweist, und Erzeugen eines Bearbeitungsprogramms zum Einstellen einer Werkzeugachsenrichtung bei der spanabhebenden Bearbeitung in Bezug auf die Richtung der Normalen zur eine Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche.
Ein Werkstückbearbeitungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Werkstückbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Teils mit einer konvexen Fläche und einer konkaven Fläche in Bezug auf ein Paar von Kantenabschnitten von einem Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung, wobei das Verfahren das Einstellen einer virtuellen konvexen Krümmung für die konkave Fläche beinhaltet, deren Krümmung in Bezug auf Tangenten an Krümmungen des Paars von Kantenabschnitten keine Umkehrung zu der der konvexen Fläche aufweist, das Erzeugen einer eine Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche mittels der virtuellen konvexen Krümmung, einer konvexen Krümmung, die für die konvexe Fläche eingestellt ist, und konvexen Krümmungen, die für das Paar von Kantenabschnitten eingestellt sind, so dass die Krümmung der eine Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche keine Umkehrung aufweist, beinhaltet, das Einstellen einer Werkzeugachsenrichtung bei der spanabhebenden Bearbeitung in Bezug auf die Richtung der Normalen zur eine Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche beinhaltet und das Bestimmen einer Werkzeugstellung anhand der Werkzeugachsenrichtung, um das Teil durch spanabhebende Bearbeitung aus dem Werkstück zu bearbeiten, beinhaltet.
Eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Teils mit einer konvexen Fläche und einer konkaven Fläche in Bezug auf ein Paar von Kantenabschnitten von einem Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung, wobei die Steuervorrichtung eine eine Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit beinhaltet, die für die konkave Fläche eine virtuelle konvexe Krümmung einstellt, deren Krümmung in Bezug auf Tangenten an Krümmungen des Paars von Kantenabschnitten keine Umkehrung zu der der konvexen Fläche aufweist, und eine eine Werkzeugstellung definierende Antriebsfläche mittels der virtuellen konvexen Krümmung erzeugt, eine konvexe Krümmung, die für die konvexe Fläche eingestellt ist, und konvexe Krümmungen, die für das Paar von Kantenabschnitten eingestellt sind, so dass die Krümmung der eine Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche keine Umkehrung aufweist, und eine Bearbeitungsprogramm-Erstellungseinheit, die ein Bearbeitungsprogramm zum Einstellen einer Werkzeugachsenrichtung bei der spanabhebenden Bearbeitung in Bezug auf die Richtung der Normalen zur eine Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche erzeugt.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß einem Aspekt sind das Erstellungsverfahren für ein Bearbeitungsprogramm, das Werkstückbearbeitungsverfahren und eine Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine so bereitgestellt, dass eine qualitativ hochwertige Bearbeitungsfläche bei hoher Geschwindigkeit erzielt werden kann, ohne dass die Betriebsrichtung der Drehachse beim hocheffizienten Bearbeiten von Schaufelteilen umgekehrt werden muss.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine aus einem Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung bearbeitetes Schaufelteil zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform einer Werkzeugmaschine zeigt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand in Nahaufnahme zeigt, in dem eine Schaufeloberfläche des Schaufelteils durch spanabhebende Bearbeitung mit der in 2 gezeigten Werkzeugmaschine bearbeitet wird;
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine zeigt;
5 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erzeugen einer Werkzeugstellung, die eine Antriebsfläche für das Schaufelteil definiert;
6 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform der Werkzeugstellung zeigt, die die Antriebsfläche für das Schaufelteil definiert;
7 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Krümmungsrichtung der in 6 gezeigten, die Antriebsfläche definierenden Werkzeugstellung und eines Werkstückbearbeitungsverfahrens;
8 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Erzeugen einer Werkzeugstellung, die eine Antriebsfläche für das Schaufelteil definiert;
9 ist eine Ansicht, die eine weitere Ausführungsform der Werkzeugstellung zeigt, die die Antriebsfläche für das Schaufelteil definiert;
10 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Krümmungsrichtung der in 9 gezeigten, die Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche;
11 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Erzeugen einer Werkzeugstellung, die eine Antriebsfläche für das Schaufelteil definiert;
12 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines typischen Werkstückbearbeitungsverfahrens; und
13 ist eine Ansicht zum Beschreiben des typischen Werkstückbearbeitungsverfahrens.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Wie in 1 gezeigt, wird ein Schaufelteil 1 so gebildet, dass ein überflüssiger Abschnitt von einem rechteckigen quaderförmigen Werkstück W durch ein Werkzeug (in 1 nicht gezeigt) einer Werkzeugmaschine entfernt wird. Das Schaufelteil 1 weist Schaufeloberflächen 11 auf, die als vordere und hintere gekrümmte Flächen in Bezug auf ein Paar von Kantenabschnitten 1a, 1b von Hinter- und Vorderkanten ausgebildet sind, die an beiden Endabschnitten in einer Breitenrichtung angeordnet sind. Die eine Schaufeloberfläche 11 des Schaufelteils 1 ist eine konvexe Fläche 11a und die andere Schaufeloberfläche 11 ist eine konkave Fläche 11b. Bei des Schaufelteils 1 handelt es sich beispielsweise um eine Turbinen- oder Verdichterschaufel.
Eine Ausführungsform der Werkzeugmaschine, die verwendet wird, wenn ein solches Schaufelteil 1 durch spanabhebende Bearbeitung aus dem Werkstück W bearbeitet wird, wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. Die Werkzeugmaschine 2 beinhaltet auf einem Sockel 21, der auf einem Boden steht, einen X-Achsentisch 22, der sich linear in einer X-Achsrichtung bewegt, und einen Y-Achsentisch 23, der sich linear in einer Y-Achsrichtung senkrecht zur X-Achsrichtung bewegt.
Auf einer Oberseite des X-Achsentisches 22 ist ein Drehtisch 24 montiert. Der Drehtisch 24 trägt drehbar eine Drehachse 25. Die Drehachse 25 ist ein Element, das das Werkstück W hält und das gehaltene Werkstück W um eine C-Achse dreht. Das Werkstück W ist so an der Drehachse 25 befestigt, dass eine Längsachsrichtung des bearbeiteten Schaufelteils 1 parallel zur Richtung der C-Achse verläuft.
Der Drehtisch 24 dreht (neigt) die Drehachse 25 selbst um eine A-Achse. Die A-Achse des Drehtisches 24 ist parallel zur X-Achse angeordnet. Die C-Achse der Drehachse 25 ist in einer Ebene senkrecht zur X-Achsrichtung angeordnet. So dient die A-Achse des Drehtisches 24 als Neigungsachse, um die die C-Achse der Drehachse 25 in der Ebene senkrecht zur A-Achse geneigt wird.
Auf einer Oberseite des Sockels 21 steht eine Säule 26. Eine Hauptachseneinheit 27, die sich entlang einer Z-Achsrichtung senkrecht zur X-Achsrichtung und zur Y-Achsrichtung auf und ab bewegen kann, ist an einem oberen Endabschnitt der Säule 26 bereitgestellt. Das Werkzeug T ist an einem unteren Endabschnitt der Hauptachseneinheit 27 befestigt. Das Werkzeug T bearbeitet durch spanabhebende Bearbeitung das Schaufelteil 1 aus dem um die C-Achse rotierenden Werkstück W durch Betätigung der Drehachse 25 nach einem vorgegebenen Bearbeitungsprogramm. Als Werkzeug T wird beispielsweise ein Kugelfräser, ein verjüngter Kugelfräser oder ein Radiusfräser verwendet.
4 zeigt eine Ausführungsform einer Steuervorrichtung 3 der Werkzeugmaschine 2. Die Steuervorrichtung 3 verfügt über eine Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31, die eine Antriebsfläche zum Definieren einer Werkzeugstellung erzeugt, und eine Bearbeitungsprogramm-Erstellungseinheit 32, die das Bearbeitungsprogramm anhand der Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche (im Folgenden lediglich als Antriebsfläche bezeichnet) erzeugt, die von der Werkzeugstellung definierenden Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 erzeugt wird.
5 zeigt ein Erstellungsverfahren von Antriebsflächen in der Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31. In 5 ist das Schaufelteil 1 in einem Abschnitt senkrecht zur Längsachsenrichtung (eine Richtung senkrecht zur Papierebene von 5) des Schaufelteils 1 gezeigt. Die Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 stellt ein Bearbeitungsziel auf einen Festkörper des Schaufelteils 1 ein und stellt, wie in 5 gezeigt, eine virtuelle konvexe Krümmung 101 ein, die als Bogen- oder Spline-Krümmung für die konkave Fläche 11b des Schaufelteils 1 mit der konvexen Fläche 11a und der konkaven Fläche 11b ausgebildet ist.
Die virtuelle konvexe Krümmung 101 ist eine Krümmung, die entlang des äußeren Umfangs der Querschnittsform eingestellt ist und senkrecht zur Längsachsenrichtung des Schaufelteils 1 verläuft. Insbesondere wird die virtuelle konvexe Krümmung 101 so eingestellt, dass sie entlang des äußeren Umfangs der Querschnittsform senkrecht zur Längsachsenrichtung des Schaufelteils 1 in Bezug auf Tangenten an die kleinen Krümmungen des Paars von Kantenabschnitten 1a, 1b des Schaufelteils 1 nach außen hervorsteht. Die virtuelle konvexe Krümmung 101 ist also eine Krümmung, deren Krümmung nicht von der der konvexen Fläche 11a abweicht.
Dementsprechend werden in der die Werkzeugstellung definierenden Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 vier konvexe Krümmungen, einschließlich der virtuellen konvexen Krümmung 101, die für die konkave Fläche 11b eingestellt ist, einer konvexen Krümmung 102, die durch die konvexe Fläche 11a eingestellt ist, und konvexen Krümmungen 103, 104, die durch die Oberflächen des Paars von Kantenabschnitten 1a, 1b eingestellt sind, am äußeren Umfang des Schaufelteils 1 eingestellt, wie in 5 gezeigt. Die Krümmung dieser vier konvexen Krümmungen weist keine Umkehrung auf. Die Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 stellt diese vier konvexen Krümmungen ein (die virtuelle konvexe Krümmung 101 für die konkave Fläche 11b, die konvexe Krümmung 102 für die konvexe Fläche 11a, die konvexen Krümmungen 103, 104 für die Kantenabschnitte 1a, 1b) und erzeugt anschließend die Antriebsfläche 200 zum Definieren der Werkzeugstellung mittels dieser vier konvexen Krümmungen, wie in 6 gezeigt.
Die Bearbeitungsprogramm-Erstellungseinheit 32 erstellt, wie in 7 gezeigt, das Bearbeitungsprogramm zum Einstellen einer Werkzeugachsenrichtung Ta in Bezug auf die Richtung der Normalen zur Antriebsfläche 200, die in der die Werkzeugstellung definierenden Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 erstellt wurde. Die in 7 gezeigte Werkzeugachsenrichtung Ta ist in der Richtung senkrecht zur Antriebsfläche 200 angeordnet. Da die Krümmungsrichtungen der vier konvexen Krümmungen (die virtuelle konvexe Krümmung 101 für die konkave Fläche 11b, die konvexe Krümmung 102 für die konvexe Fläche 11a, die konvexen Krümmungen 103, 104 für die Kantenabschnitte 1a, 1b), die in der die Werkzeugstellung definierenden Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 eingestellt sind, alle gleich sind, ändert sich die Stellung des Werkzeugs T, die anhand der Werkzeugachsenrichtung Ta bestimmt wird, auf keiner der konvexen Krümmungen der Antriebsfläche 200 in einem solchen Ausmaß, dass die Betriebsrichtung der Drehachse 25 umgekehrt werden muss.
Die Werkzeugmaschine 2 bestimmt die Werkzeugstellung anhand des von der Bearbeitungsprogramm-Erstellungseinheit 32 erstellten Bearbeitungsprogramms und bearbeitet, wie in 7 gezeigt, das Schaufelteil 1 aus dem Werkstück W durch spanabhebende Bearbeitung mit dem Werkzeug T in einem Zustand, in dem die Werkzeugstellung beibehalten wird. Die Werkzeugachsenrichtung Ta in Bezug auf die konkave Fläche 11b an diesem Punkt wird anhand der Antriebsfläche 200 eingestellt, die unter Verwendung der virtuellen konvexen Krümmung 101 erstellt wurde, und daher wird die Betriebsrichtung der Drehachse 25 nicht von der der konvexen Fläche 11a bei der spanabhebenden Bearbeitung für die konkave Fläche 11b umgekehrt. Auf diese Weise können eine Verringerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit und ein Anstieg des Umkehrfehlers unterdrückt werden, wenn das Schaufelteil 1 durch spanabhebende Bearbeitung bearbeitet wird, während sich das Werkstück W durch Betätigen der Drehachse 25 dreht, und das Schaufelteil 1 mit einer hochwertigen Bearbeitungsfläche ohne Werkzeugspuren kann mit hoher Geschwindigkeit bearbeitet werden.
Die für die konvexe Fläche 11a des Schaufelteils 1 eingestellte konvexe Krümmung 102 der Antriebsfläche 200 schließt in vielen Fällen ohne Änderung der Krümmungsrichtung an die für die Kantenabschnitte 1a, 1b eingestellten konvexen Krümmungen 103, 104 an. In Abhängigkeit von der Form des Schaufelteils 1 beinhaltet jedoch selbst die für die konvexe Fläche 11a eingestellte konvexe Krümmung 102 bei der Modellkonvertierung mittels eines CAD/CAM-Programms (engl. Computer Aided Design (CAD)/Computer Aided Manufacturing (CAM)) in manchen Fällen einen Fehler. Dies hat zur Folge, dass die Betriebsrichtung der Drehachse 25 bei der spanabhebenden Bearbeitung der konvexen Fläche 11a in einigen Fällen umgekehrt wird.
In diesem Fall kann, wie in den 8, 9 und 10 gezeigt, die die Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 für die konvexe Fläche 11a auch eine Antriebsfläche 201 mit einer virtuellen konvexen Krümmung 105 wie in der konkaven Fläche 11b erstellen, wobei die virtuelle konvexe Krümmung 105 als Bogen- oder als Spline-Krümmung in Bezug auf Tangenten an die kleinen Krümmungen der Kantenabschnitte 1a, 1b ausgebildet ist. 8 und 9 zeigen das Schaufelteil 1 auch im Abschnitt senkrecht zur Längsachsrichtung (eine Richtung senkrecht zur Papierebene der 8 und 9) des Schaufelteils 1. So bildet die für die konvexe Fläche 11a eingestellte virtuelle konvexe Krümmung 105 eine konvexe Krümmung, die gegenüber der für das Schaufelteil 1 ausgelegten konvexen Fläche 11a nach außen hervorsteht und sich nahtlos an die kleinen Krümmungen der Kantenabschnitte 1a, 1b anschließt. Selbst wenn die Form des Schaufelteils 1 so beschaffen ist, dass die Betriebsrichtung der Drehachse 25 bei der spanabhebenden Bearbeitung der konvexen Fläche 11a umgekehrt werden muss, muss die Betriebsrichtung der Drehachse 25 also nicht umgedreht werden.
Für das Paar von Kantenabschnitten 1a, 1b kann in einem Fall, in dem der Fehler bei der Modellkonvertierung mittels CAD/CAM verursacht wird, die die Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 die Antriebsfläche 200 oder die Antriebsfläche 201 anhand einer konvexen Krümmung mit Bezug auf Tangenten an die konvexe Krümmung 102 oder die virtuelle konvexe Krümmung 105, die für die konvexe Fläche 11a eingestellt ist, und die virtuelle konvexe Krümmung 101, die für die konkave Fläche 11b eingestellt ist, erstellen.
Im Falle des Einstellens der virtuellen konvexen Krümmung 105 für die konvexe Fläche 11a kann die die Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31, wie in 11 gezeigt, alle konvexen Krümmungen verbinden, die für das Schaufelteil 1 eingestellt wurden, d. h. die virtuelle konvexe Krümmung 101, die für die konkave Fläche 11b eingestellt wurde, die virtuelle konvexe Krümmung 105, die für die konvexe Fläche 11a eingestellt wurde, und die konvexen Krümmungen 102, 103, die für die Kantenabschnitte 1a, 1b eingestellt wurden, wodurch eine Antriebsfläche 202 mit einer einzelnen gleichmäßig verlaufenden Spline-Krümmung erstellt wird. Dadurch kann eine Krümmung erzeugt werden, die einen Werkzeugachswechsel mit konstantem Abstand definiert, eine schnelle Änderung der Werkzeugstellung reduziert und die Qualität der Bearbeitungsfläche verbessert.
Es ist zu beachten, dass die vorstehend beschriebene Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 die Antriebsfläche 200, 201, 202 anhand der Krümmungen der konvexen Fläche 11a und der konkaven Fläche 11b des Schaufelteils 1 erstellt. Die Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit 31 kann jedoch eine Antriebsfläche erstellen, die so gebildet ist, dass dem Zentrum einer konvexen Fläche eine konvexe Krümmung hinzugefügt wird, oder eine Antriebsfläche, die aus mehreren konvexen Flächen gebildet wird, die aus gleichmäßig in Längsachsrichtung des Schaufelteils 1 verteilten Abschnitten erstellt werden. Dementsprechend kann ein Bearbeitungsprogramm erstellt werden, das einen sanfteren Werkzeugachswechsel (Betrieb der Drehachse 25) ermöglicht.
Um die Qualität der Bearbeitungsfläche weiter zu verbessern, ist es bevorzugt, dass ein Spitzenende des Werkzeugs T bei einer Umfangsgeschwindigkeit von Null eine Bearbeitungsfläche des Werkstücks W nicht schneidet, wenn das Schaufelteil 1 durch spanabhebende Bearbeitung aus dem Werkstück W herausgearbeitet wird. So kann die Stellung des Werkzeugs T in einen Zustand versetzt werden, in dem mindestens ein Steigungswinkel oder ein Neigungswinkel in Bezug auf die Werkzeugachsenrichtung Ta geneigt ist. Der Steigungswinkel ist ein Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Werkzeugs und einer Werkzeugachse auf einer Ebene parallel zur Bewegungsrichtung des Werkzeugs. Der Neigungswinkel ist ein Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Werkzeugs und der Werkzeugachse auf einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Werkzeugs. Bei der spanabhebenden Bearbeitung des Werkstücks W mittels des Werkzeugs T ist mindestens einer der Steigungswinkel oder der Neigungswinkel für die Stellung des Werkzeugs T geneigt, so dass das Spitzenende des Werkzeugs T bei einer Umfangsgeschwindigkeit von Null nicht über die gesamte Bearbeitungsfläche des Werkstücks W, d. h. über die gesamte Fläche des Schaufelteils 1, die Oberfläche schneidet. Dadurch kann die Qualität der Bearbeitungsfläche weiter verbessert werden.
Bezugszeichenliste

1: Schaufelteil
1a, 1b: Kantenabschnitt
11a: Konvexe Fläche
11b: Konkave Fläche
101: Virtuelle konvexe Krümmung
102, 103, 104: Konvexe Krümmung
200, 201, 202: Werkzeugstellung definierende Antriebsfläche
2: Werkzeugmaschine
3: Steuervorrichtung
31: Werkzeugstellung definierende AntriebsflächenErstellungseinheit
32: Bearbeitungsprogramm-Erstellungseinheit
Ta: Werkzeugachsenrichtung
W: Werkstück

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 2003165012 [0004]

Claims

Erstellungsverfahren für ein Bearbeitungsprogramm zum Bearbeiten eines Teils mit einer konvexen Fläche und einer konkaven Fläche in Bezug auf ein Paar von Kantenabschnitten von einem Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung, umfassend: Einstellen einer virtuellen konvexen Krümmung für die konkave Fläche, deren Krümmung zu jener der konvexen Fläche in Bezug auf Tangenten an Krümmungen des Paares von Kantenabschnitten keine Umkehrung aufweist; Erstellen einer die Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche mittels der virtuellen konvexen Krümmung, einer konvexen Krümmung, die für die konvexe Fläche eingestellt ist, und konvexen Krümmungen, die für das Paar von Kantenabschnitten eingestellt sind, so dass eine Krümmung der die Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche keine Umkehrung aufweist; und Erstellen eines Bearbeitungsprogramms zum Einstellen einer Werkzeugachsenrichtung bei spanabhebender Bearbeitung in Bezug auf eine Richtung senkrecht zu der die Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche.
Erstellungsverfahren für ein Bearbeitungsprogramm nach Anspruch 1, wobei eine Werkzeugstellung in einen Zustand eingestellt wird, in dem ein Steigungswinkel und/oder ein Neigungswinkel in Bezug auf die Werkzeugachsenrichtung geneigt ist.
Erstellungsverfahren für ein Bearbeitungsprogramm nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Teil eine Turbinen- oder Verdichterschaufel ist.
Werkstückbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Teils mit einer konvexen Fläche und einer konkaven Fläche in Bezug auf ein Paar von Kantenabschnitten von einem Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung, umfassend: Einstellen einer virtuellen konvexen Krümmung für die konkave Fläche, deren Krümmung zu jener der konvexen Fläche in Bezug auf Tangenten an Krümmungen des Paares von Kantenabschnitten keine Umkehrung aufweist; Erstellen einer die Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche mittels der virtuellen konvexen Krümmung, einer konvexen Krümmung, die für die konvexe Fläche eingestellt ist, und konvexen Krümmungen, die für das Paar von Kantenabschnitten eingestellt sind, so dass eine Krümmung der die Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche keine Umkehrung aufweist; Einstellen einer Werkzeugachsenrichtung bei spanabhebender Bearbeitung in Bezug auf eine Richtung senkrecht zu der die Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche; und Bestimmen einer Werkzeugstellung basierend auf der Werkzeugachsenrichtung, um das Teil aus dem Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung zu bearbeiten.
Werkstückbearbeitungsverfahren nach Anspruch 4, wobei die Werkzeugstellung in einen Zustand eingestellt wird, in dem ein Steigungswinkel und/oder ein Neigungswinkel in Bezug auf die Werkzeugachsenrichtung geneigt ist.
Werkstückbearbeitungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Teil eine Turbinen- oder Verdichterschaufel ist.
Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Teils mit einer konvexen Fläche und einer konkaven Fläche in Bezug auf ein Paar von Kantenabschnitten von einem Werkstück durch spanabhebende Bearbeitung, aufweisend: eine Werkzeugstellung definierende Antriebsflächen-Erstellungseinheit, die für die konkave Fläche eine virtuelle konvexe Krümmung einstellt, deren Krümmung zu jener der konvexen Fläche in Bezug auf Tangenten an Krümmungen des Paares von Kantenabschnitten keine Umkehrung aufweist, und eine eine Werkzeugstellung definierende Antriebsfläche mittels der virtuellen konvexen Krümmung, einer für die konvexe Fläche eingestellten konvexen Krümmung und für das Paar von Kantenabschnitten eingestellten konvexen Krümmungen erstellt, so dass eine Krümmung der eine Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche keine Umkehrung aufweist ist; und eine Bearbeitungsprogramm-Erstellungseinheit, die ein Bearbeitungsprogramm zum Einstellen einer Werkzeugachsenrichtung bei der spanabhebenden Bearbeitung in Bezug auf eine Richtung senkrecht zu der die Werkzeugstellung definierenden Antriebsfläche erstellt.
Steuervorrichtung für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, wobei in der Bearbeitungsprogramm-Erstellungseinheit eine Werkzeugstellung in einen Zustand eingestellt wird, in dem ein Steigungswinkel und/oder ein Neigungswinkel in Bezug auf die Werkzeugachsenrichtung geneigt ist.
Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Teil eine Turbinen- oder Verdichterschaufel ist.