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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Werkzeugmaschinensteuerung.
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HINTERGRUND
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Herkömmlich ist bekannt, dass sich die beim Schneiden eines Werkstücks mit einem Schneidwerkzeug kontinuierlich erzeugten Späne im Schneidwerkzeug verfangen und zu fehlerhaften Teilen, unterbrechende Stopps und mechanischem Versagen führen. Andererseits wurde das Oszillationsschneiden vorgeschlagen, bei dem ein Schneidprozess durchgeführt wird, während ein Schneidwerkzeug und ein Werkstück relativ zueinander oszillieren, um Späne zu zerkleinern (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
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Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr.2017-56515
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Da jedoch beim herkömmlichen Oszillationsschneiden ein Frequenzparameter (eine Frequenz oder ein Frequenzmultiplikationsfaktor; dasselbe gilt im Folgenden) und ein Amplitudenparameter (eine Amplitude oder ein Amplitudenmultiplikationsfaktor; dasselbe gilt im Folgenden) eines Oszillationsbefehls durch Einstellen von Bedingungen bestimmt werden, so dass Späne zerkleinert werden können, beansprucht dies Zeit.
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Daher ist es wünschenswert, dass ein Frequenzparameter und ein Amplitudenparameter des gewünschten Oszillationsbefehls, der die Zerkleinerung von Spänen ermöglicht, in der Werkzeugmaschinensteuerung, die das Oszillationsschneiden ausführt, schnell bestimmt werden kann.
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Mittel zur Lösung der Probleme
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(1) Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Werkzeugmaschinensteuerung für eine Werkzeugmaschine, die eine Bearbeitung durchführt, während sie ein Werkzeug und ein Werkstück relativ zueinander oszillieren lässt. Die Werkzeugmaschinensteuerung umfasst: eine Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit, die einen Oszillationsbefehl berechnet; eine erste Oszillationszustands-Berechnungseinheit, die als eine erste Oszillationsbedingung einen von einem Frequenzparameter und einem Amplitudenparameter bestimmt, wobei der Frequenzparameter eine Frequenz oder einen Frequenzmultiplikationsfaktor des Oszillationsbefehls umfasst, wobei der Amplitudenparameter eine Amplitude oder einen Amplitudenmultiplikationsfaktor des Oszillationsbefehls umfasst; und eine zweite Oszillationszustands-Berechnungseinheit, die als eine zweite Oszillationsbedingung den anderen von dem Frequenzparameter und dem Amplitudenparameter berechnet, basierend auf der ersten Oszillationsbedingung, die durch die erste Oszillationszustands-Berechnungseinheit bestimmt wurde.
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Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Werkzeugmaschinensteuerung bereitzustellen, die in der Lage ist, schnell einen Frequenzparameter und einen Amplitudenparameter eines gewünschten Oszillationsbefehls zu bestimmen, der in der Lage ist, Späne zu zerkleinern, wobei eine Korrelation zwischen dem Frequenzparameter und dem Amplitudenparameter verwendet wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Ansicht, die einen Schneidprozess gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 2 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Werkzeugmaschinensteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Spindelphase und einer Position eines Schneidwerkzeugs zeigt;
- 4 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Spindelphase und einer Position eines Schneidwerkzeugs zeigt;
- 5 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer Werkzeugmaschinensteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 6 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Werkzeugmaschinensteuerung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
- 7 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Schneidprozesses gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine Ansicht, die einen Schneidprozess gemäß den vorliegenden Ausführungsformen der Offenbarung zeigt. Wie in 1 dargestellt, ermöglichen Werkzeugmaschinensteuerungen gemäß den Ausführungsformen den Betrieb wenigstens einer Spindel S, die ein Schneidwerkzeug T und ein Werkstück W relativ zueinander dreht, und wenigstens einer Vorschubrichtung, die das Schneidwerkzeug T relativ zum Werkstück W bewegt, wobei das Werkstück W mit dem Schneidwerkzeug T geschnitten wird. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem das Schneidwerkzeug T durch die Vorschubrichtung in einer Vorschubrichtung Z bewegt wird, um einen Schnitt an einer äußeren Umfangsfläche des säulenförmigen Werkstücks W durchzuführen, das durch die Spindel S gedreht wird.
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Des Weiteren kann der Schneidprozess gemäß den vorliegenden Ausführungsformen Späne zerkleinern, die kontinuierlich durch Schneiden in einer Weise erzeugt werden, dass das Schneidwerkzeug T und das Werkstück W relativ zueinander gedreht werden und der Schneidprozess durchgeführt wird, während das Schneidwerkzeug T und das Werkstück W relativ zueinander in der Vorschubrichtung Z oszillieren.
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Genauer gesagt wird, wie in 1 gezeigt, ein Werkzeugpfad P, der ein Pfad des Schneidwerkzeugs T ist, so eingestellt, dass der aktuelle Pfad den vorherigen Pfad überlappt. Mit anderen Worten wird die Einstellung so vorgenommen, dass ein Teil, das in der vorherigen Bahn geschnitten wurde, in der aktuellen Bahn umfasst ist. In dem in 1 dargestellten Beispiel fällt eine Phase eines Spitzenabschnitts in Vorschubrichtung Z der vorherigen Bahn mit einer Phase eines Talabschnittes der aktuellen Bahn zusammen, und ein auf der vorherigen Bahn geschnittenes Teil wird so eingestellt, dass es die aktuelle Bahn umfasst. Aus diesem Grund kommt es zu einer Leerlaufdrehung C (Luftschnitt), bei der eine Schneidspitze des Schneidwerkzeugs T von einer Oberfläche des Werkstücks W getrennt wird.
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2 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Werkzeugmaschinensteuerung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Werkzeugmaschinensteuerung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Servosteuerung 10 und steuert den Antrieb eines Motors 30, der eine Vorschubwelle betreibt.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die Werkzeugmaschinensteuerung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 11, eine Motorsteuereinheit 12, einen Addierer 13, eine Eingabeeinheit 14 und eine Anzeigeeinheit 15.
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Die Werkzeugmaschinensteuerung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugt einen Antriebsbefehl für den Motor 30 gemäß einem Bearbeitungsprogramm. Der erzeugte Antriebsbefehl (beispielsweise ein Positionierbefehl) wird, wie in 2 gezeigt, in den Addierer 13 der Servosteuerung 10 eingegeben, die später beschrieben wird.
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Des Weiteren wird das Bearbeitungsprogramm der Werkzeugmaschinensteuerung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Weise erstellt, dass Werkzeuginformationen und Werkzeugoperationen von einem CAM-System (nicht dargestellt) für eine beispielsweise von einem CAD-System (nicht dargestellt) erstellte Bearbeitungsform eingestellt werden.
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Die Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 11 erzeugt einen Oszillationsbefehl, der das Schneidwerkzeug T und das Werkstück W relativ zueinander in Vorschubrichtung Z oszillieren lässt. Der erzeugte Oszillationsbefehl wird in den Addierer 13 eingegeben, der später beschrieben wird. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Oszillationsbefehls-Erzeugungseinheit 11 eine erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111, eine zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 und eine Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit 113.
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Die erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 bestimmt als einen ersten Oszillationszustand entweder einen Frequenzparameter, der eine Frequenz oder einen Frequenzmultiplikationsfaktor umfasst, der den Oszillationsbefehl bildet, oder einen Amplitudenparameter, der eine Amplitude oder einen Amplitudenmultiplikationsfaktor umfasst, der den Oszillationsbefehl bildet. Wie später beschrieben wird, berechnet die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 als zweiten Oszillationszustand den anderen, indem sie eine Korrelation zwischen dem Frequenzparameter und dem Amplitudenparameter verwendet. Auf diese Weise ist es möglich, die Zeit für die Einstellung der Bedingungen zu verkürzen, die herkömmlich bei der Einstellung einer nach der anderen bestätigt wurde.
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Genauer gesagt bestimmt die Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 die erste Oszillationsbedingung vorzugsweise auf Grundlage von wenigstens einer der folgenden Größen: Spanlänge, Oberflächenrauheit des Werkstücks W, Oszillationsbreite oder oberer Grenzwert der ersten Oszillationsbedingung. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Bestimmung der ersten Oszillationsbedingungen anhand der Spänelänge, der Oberflächenrauhigkeit, der * Oszillationsbreite und des oberen Grenzwerts der ersten Oszillationsbedingung beispielhaft beschrieben.
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Wenn zum Beispiel die erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 den Frequenzmultiplikationsfaktor als erste Oszillationsbedingung auf Grundlage der Spanlänge bestimmt, wird der nachstehende numerische Ausdruck (1-1) verwendet.
[Formel 1]
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Im obigen numerischen Ausdruck (1-1) steht I für einen Frequenzmultiplikationsfaktor, D für den Durchmesser (mm) des Werkstücks W und L für die Spanlänge (mm). Der Durchmesser D des Werkstücks W kann aus den Koordinatenwerten des Werkzeugs ermittelt werden, das während der Bearbeitung in radialer Richtung des Werkstücks positioniert ist. Der Frequenzmultiplikationsfaktor I ergibt sich durch Einsetzen der gewünschten Spanlänge L in den obigen numerischen Ausdruck (1-1). Unter Verwendung eines später zu beschreibenden numerischen Ausdrucks (2-2), der eine Beziehung zwischen dem Frequenzmultiplikationsfaktor und der Frequenz definiert, kann eine Frequenz als erste Oszillationsbedingung auch aus der gewünschten Spanlänge L gewonnen werden.
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Des Weiteren wird beispielsweise, wenn die erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 den Frequenzmultiplikationsfaktor als erste Oszillationsbedingung basierend auf der Oberflächenrauhigkeit bestimmt, ein Maximalwert der Oberflächenrauhigkeit gemäß dem Frequenzmultiplikationsfaktor als Tabelle gehalten, und der Frequenzmultiplikationsfaktor kann aus der gewünschten Oberflächenrauhigkeit bestimmt werden.
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Des Weiteren kann anstelle der Oberflächenrauhigkeit selbst eine Variation der Oberflächenrauhigkeit für jede Werkstückphase als Standardabweichung erhalten werden, und eine Beziehung zwischen der Standardabweichung und dem Frequenzmultiplikationsfaktor kann als Tabelle festgehalten werden. Im Folgenden werden die Schwankungen der Oberflächenrauhigkeit während des Schneidprozesses mit Oszillation anhand der 3 und 4 beschrieben. 3 und 4 sind Diagramme, die ein Beispiel und ein weiteres Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Spindelphase und einer Position des Schneidwerkzeugs T zeigen. Insbesondere zeigt 3 eine Beziehung zwischen einer Spindelphase und einer Position des Schneidwerkzeugs T, wenn ein Frequenzmultiplikationsfaktor I als erste Oszillationsbedingung 1,5 und ein Amplitudenmultiplikationsfaktor K als zweite Oszillationsbedingung, der aus einem später zu beschreibenden numerischen Ausdruck (2-1) berechnet wird, 1,0 ist. Darüber hinaus zeigt 4 eine Beziehung zwischen einer Spindelphase und einer Position des Schneidwerkzeugs T, wenn ein Frequenzmultiplikationsfaktor I als erste Oszillationsbedingung 1,2 und ein Amplitudenmultiplikationsfaktor K als zweite Oszillationsbedingung, berechnet aus dem später zu beschreibenden numerischen Ausdruck (2-1), 1,701 beträgt.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, wird eine Phase pro Umdrehung der Spindel um einen halben Zyklus verschoben, und somit fällt eine Phase eines Gipfelabschnitts in einem früheren Werkzeugpfad mit einer Phase eines Talabschnitts in einem aktuellen Werkzeugpfad in einer spezifischen Spindelphase zusammen. Die Änderung des Vorschubs pro Umdrehung der Spindel wird in der spezifischen Phase groß, zum Beispiel in der Nähe einer Spindelphase von 120°. Dies hat zur Folge, dass die Oberflächenunebenheiten des Werkstücks durch den Einfluss eines Eckradius einer Werkzeugspitze groß werden, und die Oberflächenrauhigkeit wird groß. Im Gegensatz dazu ist der Vorschub pro Umdrehung der Spindel in der Nähe der Spindelphase von 180° immer konstant, und die Oberflächenrauhigkeit wird klein. In diesem Fall wird die Variation der Oberflächenrauhigkeit in Abhängigkeit von der Spindelphase groß.
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Andererseits ist im Fall von 4 die Spindelphase nicht konstant, so dass der Vorschub pro Umdrehung der Spindel groß wird. In einem solchen Fall wird die Variation der Oberflächenrauhigkeit in Abhängigkeit von der Spindelphase klein. Da die Variation der Oberflächenrauhigkeit die Rundheit des bearbeiteten Werkstücks beeinflussen kann, kann die erste Oszillationsbedingung durch die Variation der Oberflächenrauhigkeit bestimmt werden.
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Des Weiteren kann die Oszillationsbreite zur Bestimmung der Amplitude herangezogen werden. Wenn die Oszillationsbreite X (mm) beträgt, werden K' = X und K = X/F mit Hilfe eines numerischen Ausdrucks (2-3) bestimmt, der später beschrieben wird.
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Des Weiteren werden eine Frequenz und eine Amplitude einer Oszillationsbewegung in einem Bereich bestimmt, in dem die Oszillationsbewegung gemäß der Werkzeugmaschine ausgeführt werden kann. Die erste Oszillationsbedingung kann durch Einklemmen mit einem oberen Grenzwert für eine gewünschte Frequenz oder Amplitude bestimmt werden.
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Die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 berechnet als zweiten Oszillationszustand den anderen des Frequenzparameters und des Amplitudenparameters auf Grundlage des ersten Oszillationszustandes, der von der oben beschriebenen ersten Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 bestimmt wurde. Des Weiteren berechnet die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 die zweite Oszillationsbedingung auf Grundlage der ersten Oszillationsbedingung und entweder der Anzahl der Werkzeuge oder der Anzahl der Klingen.
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Genauer gesagt, die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 berechnet die zweite Oszillationsbedingung unter Verwendung der folgenden numerischen Ausdrücke (2-1), (2-2) und (2-3).
[Formel 2]
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In den obigen numerischen Ausdrücken (2-1), (2-2) und (2-3) steht I für einen Frequenzmultiplikationsfaktor, K für einen Amplitudenmultiplikationsfaktor, n für die Anzahl der Werkzeuge oder die Anzahl (Stück) der Klingen des Werkzeugs, I' für eine Oszillationsfrequenz (Hz), S für die Spindeldrehzahl (Minute-1), K' für eine Amplitude (mm) und F für eine Vorschubgeschwindigkeit (mm/Umdrehung). Wenn der Frequenzmultiplikationsfaktor I beispielsweise 1 ist, bedeutet dies eine Oszillation bei einer Umdrehung der Spindel. Des Weiteren bedeutet der Amplitudenmultiplikationsfaktor K gleich 1, dass die Amplitude gleich dem Vorschubbetrag (Bewegungsbetrag in Vorschubrichtung) pro Umdrehung der Spindel ist.
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Des Weiteren kann unter Verwendung des obigen numerischen Ausdrucks (2-2) der andere Wert aus einem Wert der Frequenz und dem Frequenzmultiplikationsfaktor berechnet werden. In ähnlicher Weise kann unter Verwendung des obigen numerischen Ausdrucks (2-3) der andere Wert aus einem Wert der Amplitude und dem Amplitudenmultiplikationsfaktor berechnet werden. Daher kann die zweite Oszillationsbedingung auf Grundlage der ersten Oszillationsbedingung berechnet werden, wobei die Beziehung zwischen diesen numerischen Ausdrücken (2-2) und (2-3) und dem numerischen Ausdruck (2-1) verwendet wird.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 den Amplitudenparameter als zweiten Oszillationszustand-Berechnungseinheit einschließlich eines Spielraums auf Grundlage einer Schneidspitze des Schneidwerkzeugs T und einer Erschütterung des Werkstücks W berechnet. Da sich die Schneidspitze (Maschinenspitze) des Schneidwerkzeugs T und das Werkstück W aufgrund der Oszillation biegen und erschüttert werden, kann eine Leerlaufdrehung C sicher erzeugt werden und Späne können durch die Berechnung des Amplitudenparameters einschließlich des Spielraums auf Grundlage der zugehörigen Erschütterung zerkleinert werden.
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Da hier der Frequenzparameter und der Amplitudenparameter des Oszillationsbefehls gemäß dem Schneidprozess endgültig bestimmt werden müssen, müssen der Frequenzparameter und der Amplitudenparameter von einem Benutzer der Werkzeugmaschine eingestellt werden. Allerdings ist es für den Benutzer schwierig, den oben beschriebenen oberen Grenzwert für jede Maschine einzustellen und zu bestimmen, wie viel Spielraum zur Verfügung gestellt werden muss, da es je nach Werkzeugmaschine Unterschiede gibt. Daher legt ein Konstrukteur der Werkzeugmaschine den oberen Grenzwert der Werkzeugmaschine und den Spielraum der Werkzeugmaschine fest. Dann legt der Benutzer Bedingungen fest, beispielsweise einen Durchmesser des Werkstücks W, einen Öffnungsdurchmesser bei Bohr- und Schneidprozessen und eine Spänelänge, wodurch die erste Oszillationsbedingung und die zweite Oszillationsbedingung automatisch bestimmt werden können und das Oszillationsschneiden einfach durchgeführt werden kann.
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Konkret stellt der Maschinenkonstrukteur einen Amplitudenmultiplikationsfaktor K1 ein, der einem Spielraum entspricht, der sich aus der Erschütterung der Schneidspitze und des Werkstücks W ergibt, so dass die Späne unter einer Oszillationsbedingung nahe dem oberen Grenzwert der Maschine zerkleinert werden können. Getrennt davon wird auch der obere Begrenzer der Werkzeugmaschine eingestellt. Als nächstes wird der Frequenzmultiplikationsfaktor I als erste Oszillationsbedingung aus einem vom Benutzer in die Werkzeugmaschinensteuerung 1 eingegebenen Wert und dem oberen Grenzwert der Maschine ermittelt. Dann wird ein für die Leerlaufdrehung C erforderlicher Amplitudenmultiplikationsfaktor K2 unter Verwendung des obigen numerischen Ausdrucks (2-1) aus dem ermittelten Frequenzmultiplikationsfaktor I berechnet, und ein endgültiger Amplitudenmultiplikationsfaktor kann als K = K1 x K2 berechnet werden.
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Zurückkommend auf 2 berechnet die Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit 113 einen Oszillationsbefehl auf Grundlage der ersten Oszillationsbedingung, die durch die erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 bestimmt wurde, und der zweiten Oszillationsbedingung, die durch die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 berechnet wurde.
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Des Weiteren synchronisiert die Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit 113 die Phase des Oszillationsbefehls mit der Phase der Spindel, die das Schneidwerkzeug T und das Werkstück W relativ zueinander dreht, so dass die Verschiebung der Phase der Leerlaufdrehung gegenüber der Phase der Spindel verschwindet. Auf diese Weise können Späne auch unter der ersten Oszillationsbedingung und der zweiten Oszillationsbedingung, die anhand der Korrelation zwischen dem Frequenzparameter und dem Amplitudenparameter berechnet wird, zuverlässig zerkleinert werden.
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Der Addierer 13 erzeugt einen Überlagerungsbefehl. Insbesondere erzeugt der Addierer 13 einen Überlagerungsbefehl durch Addieren (Überlagern) des Oszillationsbefehls, der von der oben beschriebenen Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 11 erzeugt wird, zu einem integrierten Wert des Positionsfehlers, der eine Differenz zwischen einer Positionsrückmeldung auf Grundlage der Positionserfassung durch den Encoder, der in dem Motor 30 der Vorschubwelle (nicht gezeigt) vorgesehen ist, und dem oben beschriebenen Positionsbefehl ist.
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Die Motorsteuereinheit 12 erzeugt einen Drehmomentbefehl für den Motor 30, der die Vorschubwelle betreibt, basierend auf dem von dem oben beschriebenen Addierer 13 erzeugten Überlagerungsbefehl, und steuert den Motor 30 mit dem erzeugten Drehmomentbefehl. So erreicht der Motor 30, der die Vorschubwelle betreibt, die Befehlsposition mit Oszillation.
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Die Eingabeeinheit 14 ist eine Eingabeeinheit, die wenigstens einen von verschiedenen Parametern eingeben kann, die für die erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 zur Bestimmung des ersten Oszillationszustands erforderlich sind, verschiedene Parameter für die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 zur Berechnung des zweiten Oszillationszustands, eine später zu beschreibende Prioritätsbedingung oder dem Spielraum. Insbesondere kann die Eingabeeinheit 14 die variablen Zahlen in den oben beschriebenen numerischen Ausdrücken (2-1), (2-2) und (2-3), die Spanlänge, die Oberflächenrauhigkeit, die Oszillationsbreite, den oberen Grenzwert der ersten Oszillationsbedingung, die später zu beschreibende Prioritätsbedingung und dem Spielraum eingeben, zum Beispiel. Der vom Benutzer über die Eingabeeinheit 14 eingegebene Wert ermöglicht die Bestimmung der ersten Oszillationsbedingung und die Berechnung und Bestimmung der zweiten Oszillationsbedingung.
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Bei der Anzeigeeinheit 15 handelt es sich um eine Anzeigeeinheit, die den von der Eingabeeinheit 14 eingegebenen Eingangswert, die von der ersten Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 ermittelte erste Oszillationsbedingung, die von der zweiten Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 berechnete zweite Oszillationsbedingung oder verschiedene Spezifikationen, die aus der ersten Oszillationsbedingung und der zweiten Oszillationsbedingung ermittelt wurden, anzeigen kann. Die verschiedenen Angaben umfassen die Spanlänge, die Oberflächenrauhigkeit, die Variation der Oberflächenrauhigkeit, die Oszillationsbreite und die Operationsparameter der Werkzeugmaschine. Die Anzeigeeinheit 15 erleichtert dem Benutzer das Einstellen und Bestätigen der Oszillationsbedingung.
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Werkzeugmaschinensteuerung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 5 gezeigt, weist die Werkzeugmaschinensteuerung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform die gleiche Beschaffenheit auf wie die Werkzeugmaschinensteuerung 1 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, mit Ausnahme einer Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 11A und einer Servosteuerung 10A. Insbesondere ist in der zweiten Ausführungsform eine Bestimmungseinheit für den oberen Grenzwert 114 vorgesehen, um die erste Oszillationsbedingung auf Grundlage des oberen Grenzwerts der zweiten Oszillationsbedingung oder des oberen Grenzwerts der Betriebsparameter der Werkzeugmaschine zu ändern.
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Wenn die Bestimmungseinheit für den oberen Grenzwert 114 auf Grundlage des oberen Grenzwerts der zweiten Oszillationsbedingung eine Bestimmung bezüglich der aus der ersten Oszillationsbedingung berechneten zweiten Oszillationsbedingung vornimmt, wird die zweite Oszillationsbedingung durch den oberen Grenzwert geklemmt, der aus dem oberen Grenzwert der Operation der Werkzeugmaschine bestimmt wird. Wenn die Klemme angewendet wird, werden die zweite Oszillationsbedingung und die erste Oszillationsbedingung rückwärts aus dem oben beschriebenen numerischen Ausdruck (2-1) berechnet. Die erste Oszillationsbedingung und die zweite Oszillationsbedingung, die schließlich bestimmt werden, werden der Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit 113 mitgeteilt.
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Des Weiteren wird ein Fall beschrieben, in dem die Bestimmungseinheit für den oberen Grenzwert 114 eine Bestimmung auf Grundlage des oberen Grenzwerts der Betriebsparameter der Werkzeugmaschine vornimmt. Die Operation-Parameter der Werkzeugmaschine umfassen beispielsweise eine Vorschubgeschwindigkeit und eine Vorschubbeschleunigung. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit und die Beschleunigung begrenzt sind, werden die maximale Vorschubgeschwindigkeit und die maximale Beschleunigung mit Hilfe der folgenden numerischen Ausdrücke (3-1) bis (3-5) berechnet.
[Formel 3]
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In den oben beschriebenen numerischen Ausdrücken (3-1) bis (3-5) steht Y für einen Bewegungsbefehl (Positionierbefehl), F für einen Vorschub (mm/Umdrehung), S für die Drehzahl der Spindel (Minute-1), I für einen Frequenzmultiplikationsfaktor und K für einen Amplitudenmultiplikationsfaktor. Der Amplitudenmultiplikationsfaktor K und der Frequenzmultiplikationsfaktor I, die der zweiten Oszillationsbedingung entsprechen, sind so begrenzt, dass der maximale Vorschub und die maximale Beschleunigung, die anhand der obigen numerischen Ausdrücke (3-1) bis (3-5) berechnet werden, den oberen Grenzwert nicht überschreiten. Die obigen numerischen Ausdrücke (2-2) und (2-3) werden für die Umrechnung in die Oszillationsamplitude und die Oszillationsfrequenz verwendet.
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Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Werkzeugmaschinensteuerung 1B gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 6 gezeigt, weist die Werkzeugmaschinen-Steuerung 1B gemäß der dritten Ausführungsform die gleiche Beschaffenheit auf wie die Werkzeugmaschinen-Steuerung 1 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und die Werkzeugmaschinen-Steuerung 1A gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform mit Ausnahme einer Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit 11B und einer Servosteuerung 10B. Insbesondere ist in der dritten Ausführungsform eine Bestimmungseinheit für optimale Bedingungen 115 vorgesehen, um als eine Prioritätsbedingung wenigstens eine der Spanlänge, der Oberflächenrauhigkeit, des Frequenzparameters, des Amplitudenparameters, der Operationsparameter der Werkzeugmaschine oder verschiedener Spezifikationen, die aus diesen bestimmt werden, einzustellen.
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Die verschiedenen Vorgaben umfassen beispielsweise eine Oszillationsbreite und eine Variation der Oberflächenrauhigkeit. Die Bestimmungseinheit für optimale Bedingungen 115 teilt der ersten Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 den ersten Oszillationszustand mit, um aus dem ersten Oszillationszustand innerhalb eines vorgegebenen Bereichs den entsprechenden zweiten Oszillationszustand zu berechnen. Basierend auf der Meldung ermitteln die erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 und die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 die erste Oszillationsbedingung und die zweite Oszillationsbedingung. Die Bestimmungseinheit für optimale Bedingungen 115 berechnet eine Prioritätsbedingung auf Grundlage der ersten Oszillationsbedingung und der zweiten Oszillationsbedingung. Gleichzeitig bestätigt die Bestimmungseinheit für optimale Bedingungen 115, ob der obere Grenzwert aller Bedingungen mit Ausnahme der Prioritätsbedingung erfüllt ist. Die Bestimmungseinheit für optimale Bedingungen 115 bestätigt die Prioritätsbedingung für die erste Oszillationsbedingung innerhalb des vorgegebenen Bereichs und teilt der Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit 113 die erste Oszillationsbedingung und die zweite Oszillationsbedingung mit, die den oberen Grenzwert aller Bedingungen erfüllen und die Prioritätsbedingung minimieren.
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Wenn die vorrangige Bedingung beispielsweise die Vorschubbeschleunigung ist, wird der Oszillationsbefehl aus der ersten Oszillationsbedingung und der zweiten Oszillationsbedingung berechnet, und die maximale Vorschubbeschleunigung unter dem Befehl wird berechnet. Gleichzeitig wird geprüft, ob der obere Grenzwert aller Bedingungen, die die Vorschubbeschleunigung umfassen, überschritten wird, und nur der Fall, in dem alle oberen Grenzwerte erfüllt sind, wird aufgezeichnet. Die Bestätigung wird so lange fortgesetzt, bis die erste Oszillationsbedingung allmählich vom oberen Grenzwert abweicht und der obere Grenzwert aller Bedingungen nicht eingehalten werden kann. Wenn die Bestätigung abgeschlossen ist, werden der Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit 113 die erste Oszillationsbedingung und die zweite Oszillationsbedingung mitgeteilt, bei denen die Vorschubbeschleunigung am geringsten ist.
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Ein Ablauf des Schneidprozesses gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf des Schneidprozesses gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Zunächst wird in Schritt S1 eine erste Oszillationsbedingung bestimmt. Als erste Oszillationsbedingung wird entweder der Frequenzparameter oder der Amplitudenparameter ausgewählt.
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In Schritt S2 wird eine zweite Oszillationsbedingung auf Grundlage der in Schritt S1 bestimmten ersten Oszillationsbedingung berechnet. Als zweite Oszillationsbedingung wird der andere der Frequenzparameter und der Amplitudenparameter ausgewählt. Mit anderen Worten wird der andere der Frequenzparameter und Amplitudenparameter, der nicht als erste Oszillationsbedingung in Schritt S2 ausgewählt wurde, berechnet.
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In Schritt S3 wird ein Oszillationsbefehl auf Grundlage der in Schritt S1 bestimmten ersten Oszillationsbedingung und der in Schritt S2 berechneten zweiten Oszillationsbedingung berechnet.
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In Schritt S4 wird ein Überlagerungsbefehl erzeugt, indem der in Schritt S3 berechnete Oszillationsbefehl mit einem Positionierbefehl überlagert wird. Der erzeugte Überlagerungsbefehl steuert dann den Antrieb des Motors 30, der die Vorschubwelle betreibt. Schließlich wird dieser Vorgang beendet.
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Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die folgenden Effekte erreicht.
- (1) In den vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 vorgesehen, um als die erste Oszillationsbedingung den Frequenzparameter oder den Amplitudenparameter zu bestimmen, wobei der Frequenzparameter die Frequenz oder den Frequenzmultiplikationsfaktor des Oszillationsbefehls umfasst und der Amplitudenparameter die Amplitude oder den Amplitudenmultiplikationsfaktor des Oszillationsbefehls umfasst. Des Weiteren ist die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 vorgesehen, um als zweiten Oszillationszustand den anderen des Frequenzparameters und des Amplitudenparameters zu berechnen, basierend auf dem ersten Oszillationszustand, der durch die erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 bestimmt wurde. Da der Frequenzparameter und der Amplitudenparameter miteinander korreliert sind, wird in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Bedingung unter einer bestimmten Bedingung bestimmt, und dann wird die andere berechnet und bestimmt, wodurch die Zeit für die Einstellung der Bedingungen im Vergleich zur herkömmlichen Technik verkürzt werden kann. Daher ist es gemäß den vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglich, den Frequenzparameter und den Amplitudenparameter des gewünschten Oszillationsbefehls, der zum Zerkleinern der Späne geeignet ist, schnell zu bestimmen.
- (2) In den vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung berechnet die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 die zweite Oszillationsbedingung auf Grundlage der ersten Oszillationsbedingung und entweder der Anzahl der Werkzeuge oder der Anzahl der Klingen. Dadurch ist es möglich, den Frequenzparameter und den Amplitudenparameter des gewünschten Oszillationsbefehls, der zur Zerkleinerung der Späne geeignet ist, zuverlässiger und schneller zu bestimmen.
- (3) In den vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bestimmt die Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 die erste Oszillationsbedingung auf Grundlage der Spanlänge, der Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks W, der Oszillationsbreite oder des oberen Grenzwerts der ersten Oszillationsbedingung wenigstens eines der Elemente. Auf diese Weise ist es möglich, die erste Oszillationsbedingung und die zweite Oszillationsbedingung, die den Oszillationsbefehl bilden, so zu bestimmen, dass die gewünschte Spanlänge, die Oberflächenrauhigkeit und die Oszillationsbreite erzielt werden oder der obere Grenzwert der gemäß der Werkzeugmaschine bestimmten Frequenz und Amplitude nicht überschritten wird.
- (4) In den vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Bestimmungseinheit für den oberen Grenzwert 114 vorgesehen, um die erste Oszillationsbedingung auf Grundlage von wenigstens einem von dem oberen Grenzwert der zweiten Oszillationsbedingung oder dem oberen Grenzwert der Operationsparameter der Werkzeugmaschine zu ändern. Somit ist es möglich, die erste Oszillationsbedingung und die zweite Oszillationsbedingung, die den Oszillationsbefehl bilden, so zu bestimmen, dass der obere Grenzwert der zweiten Oszillationsbedingung und der obere Grenzwert der Betriebsparameter der Werkzeugmaschine nicht überschritten werden.
- (5) In den vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Bestimmungseinheit für optimale Bedingungen 115 vorgesehen, um als Prioritätsbedingung wenigstens eine der Spanlänge, der Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks, des Frequenzparameters, des Amplitudenparameters, der Operationsparameter der Werkzeugmaschine oder verschiedener daraus ermittelter Spezifikationen festzulegen. Dann bestimmt die Bestimmungseinheit für optimale Bedingungen 115 die erste Oszillationsbedingung und die zweite Oszillationsbedingung, die die Prioritätsbedingung minimiert, basierend auf der zweiten Oszillationsbedingung, die aus der ersten Oszillationsbedingung innerhalb des vorbestimmten Bereichs berechnet wird. Dadurch ist es möglich, wenn es eine Vielzahl von ersten Oszillationsbedingungen gibt, die jede Bedingung erfüllen können, die Prioritätsbedingung für die erste Oszillationsbedingung innerhalb des vorbestimmten Bereichs zu bestätigen, und die erste Oszillationsbedingung und die zweite Oszillationsbedingung zu bestimmen, die den oberen Grenzwert aller Bedingungen erfüllen und die Prioritätsbedingung minimieren
- (6) In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung berechnet die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 die zweite Oszillationsbedingung unter Verwendung der obigen numerischen Ausdrücke (2-1), (2-2) und (2-3). Auf diese Weise ist es möglich, den anderen Frequenzparameter und den Amplitudenparameter auf Grundlage des Frequenzparameters oder des Amplitudenparameters, die von der ersten Oszillationszustand-Berechnungseinheit 111 bestimmt wurden, zuverlässig zu berechnen.
- (7) In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung berechnet die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 den Amplitudenparameter als zweite Oszillationsbedingung einschließlich dem Spielraum, die auf der Schneidspitze des Werkzeugs T und den Erschütterungen des Werkstücks W beruht. Da sich die Schneidspitze (Maschinenspitze) des Schneidwerkzeugs T und das Werkstück W aufgrund der Oszillation biegen und erschüttern, kann gemäß den Ausführungsformen die Leerlaufdrehung C durch Berechnung des Amplitudenparameters einschließlich dem Spielraum auf Grundlage der damit verbundenen Erschütterungen sicherer erzeugt werden.
- (8) In den vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist wenigstens eine der Eingabeeinheiten 14 oder die Anzeigeeinheit 15 vorgesehen. Dabei ist die Eingabeeinheit 14 eine Eingabeeinheit, die wenigstens einen von verschiedenen Parametern, die für die erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 zur Bestimmung des ersten Oszillationszustands erforderlich sind, verschiedene Parameter für die zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 zur Berechnung des zweiten Oszillationszustands, den Prioritätszustand oder den Spielraum eingeben kann. Des Weiteren handelt es sich bei der Anzeigeeinheit 15 um eine Anzeigeeinheit, die den von der Eingabeeinheit 14 eingegebenen Eingangsinhalt, die von der ersten Oszillationszustand-Bestimmungseinheit 111 ermittelte erste Oszillationsbedingung, die von der zweiten Oszillationszustand-Berechnungseinheit 112 berechnete zweite Oszillationsbedingung oder verschiedene aus der ersten Oszillationsbedingung und der zweiten Oszillationsbedingung ermittelte Spezifikationen anzeigen kann. Dabei ermöglicht der vom Benutzer über die Eingabeeinheit 14 eingegebene Eingabewert die Bestimmung der ersten Oszillationsbedingung und die Berechnung und Bestimmung der zweiten Oszillationsbedingung. Des Weiteren erleichtert die Anzeige auf der Anzeigeeinheit 15 dem Benutzer die Einstellung und Bestätigung der Oszillationsbedingung.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und die vorliegende Erfindung umfasst Modifikationen und Verbesserungen innerhalb des Bereichs, in dem der Zweck der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann.
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Beispielsweise kann in der Werkzeugmaschinensteuerung 1 gemäß der obigen Ausführungsform eine lernende Steuereinheit vorgesehen sein. Die lernende Steuereinheit berechnet einen Kompensationsbetrag des Überlagerungsbefehls auf Grundlage des integrierten Wertes des Positionsfehlers bis zu einem Lernzyklus und überlagert den berechneten Kompensationsbetrag dem Überlagerungsbefehl zum Zweck der Kompensation. In den obigen Ausführungsformen umfasst der Überlagerungsbefehl den Oszillationsbefehl, wodurch der Positionsfehler wahrscheinlich auftritt und die Befolgbarkeit des periodischen Oszillationsbefehls aufgrund der Kompensation durch die lernende Steuereinheit verbessert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1A, 1B
- Werkzeugmaschinensteuerung
- 10, 10A, 10B
- Servosteuerung
- 11, 11A, 11B
- Oszillationsbefehl-Erzeugungseinheit
- 12
- Motorsteuereinheit
- 13
- Addierer
- 14
- Eingabeeinheit
- 15
- Anzeigeeinheit
- 30
- Motor
- 111
- Erste Oszillationszustand-Bestimmungseinheit
- 112
- Zweite Oszillationszustand-Berechnungseinheit
- 113
- Oszillationsbefehls-Berechnungseinheit
- 114
- Bestimmungseinheit für den oberen Grenzwert
- 115
- Bestimmungseinheit für optimale Bedingungen
- C
- Leerlaufdrehung
- P
- Werkzeugpfad
- S
- Spindel
- T
- Schneidwerkzeug
- W
- Werkstück
- Z
- Vorschubrichtung