DE3234946C2

DE3234946C2 -

Info

Publication number: DE3234946C2
Application number: DE3234946A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokio/Tokyo Jp Inoue; Akihiko Kawasaki Kanagawa Jp Shimizu; Jinzo Yokohama Kanagawa Jp Yabe
Original assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP; JAPAX Inc KAWASAKI KANAGAWA JP
Current assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP; JAPAX Inc KAWASAKI KANAGAWA JP
Priority date: 1981-09-21
Filing date: 1982-09-21
Publication date: 1987-08-13
Also published as: IT8249150A0; JPS5850414A; FR2513161A1; US4558977A; GB2108287B; DE3234946A1; IT1197432B; GB2108287A; FR2513161B1; JPH0531162B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gewünschten dreidimensionalen Profils in einem Werkstück und eine numerische Steuervorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 8.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE-AS 25 15 907 bekannt, die ein Verfahren zur Herstellung eines gewünschten dreidimensionalen Profils in einem Werkstück durch Bearbeitung des Werkstücks mittels einer durch eine numerische Steuerung gesteuerten Werkzeugmaschine beschreibt, wobei eine Reihe von aufeinanderfolgenden Punkten auf dem gewünschten, im Werkstück zu bearbeitenden Profil durch Koordinatenwerte in einem vorbestimmten dreidimensionalen Koordinatensystem vorgeschrieben und auf einem Speichermedium gespeichert sind.

Beim Bearbeiten eines dreidimensionalen Profils in einem Werkstück war es üblich, ein rotierendes Fräs- oder Schleifwerkzeug zu verwenden, das bei Rotation an seinem axialen Ende eine rotierende Schneidfläche bildet. Das rotierende Fräswerkzeug und das Werkstück werden in einen im wesentlichen tangentialen Kontakt gebracht und darin gehalten, während sie relativ translatorisch in einem vorbestimmten dreidimensionalen Koordinatensystem bewegt werden, um fortlaufend das bearbeitete Profil im Werkstück zu entwickeln. Die Bahn der translatorischen Relativbewegung zwischen dem Fräswerkzeug und dem Werkstück bestimmt das jeweilige bearbeitete Profil, das in seiner Form allgemein von der rotierenden Schneidkante des Werkzeugs abweicht.

Ein gewünschtes dreidimensionales Profil, das von komplizierter Form sein kann, läßt sich in einem Werkstück auch durch ein Elektroerosionsverfahren erzeugen. Während es hierfür lange die übliche Praxis war, eine Werkzeugelektrode mit einer vorgeformten oder bearbeiteten Form zu verwenden, die dem gewünschten Profil komplementär ist, so daß die Werkzeugelektrode zur Erzeugung des gewünschten bearbeiteten Profils im Werkstück axial vorgerückt werden kann, wurde es auch vorgeschlagen, ein einfaches Elektrodenwerkzeug zu verwenden, das eine vom gewünschten dreidimensionalen Profil abweichende Form hat. In diesem letzteren Fall wie auch beim mechanischen Fräsverfahren müssen das Elektrodenwerkzeug und das Werkstück relativ translatorisch in einem vorbestimmten multiaxialen Koordinatensystem bewegt werden, während sie in geringem Abstand voneinander über den mit einem Elektroerosions-Fluidmedium gespülten Bearbeitungsspalt gehalten werden. Das Elektrodenwerkzeug kann entweder rotierend oder nichtrotierend sein.

Bei den beschriebenen Fräs- und Elektroerosionsverfahren ist es das Hauptinteresse der Industrie, die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück unter Zuhilfenahme eines numerischen Steuersystems (NC) automatisch zu erreichen. In NC-Systemen werden den gewünschten Lagen der Werkzeuge entsprechende numerische Werte auf Speichermedien, wie z. B. Lochpapierstreifen, Lochkarten oder Magnetbändern, gespeichert, an daß sie zur automatischen Steuerung des Betriebs verwendet werden können.

Für die unter numerischer Steuerung automatisch durchzuführenden beschriebenen dreidimensionalen Bearbeitungsverfahren muß ein bestimmter fester Punkt im Werkzeug für seine gesteuerte Bewegung relativ zum Werkstück bestimmt werden. Es ist praktisch erforderlich, einen solchen Bezugspunkt auf die Achse des Werkzeugs, d. h. die Drehachse eines Bezugsfrässchneiders, oder die Achse einer rotierenden Elektroerosionwerkzeugelektrode oder einer nichtrotierenden, axial symmetrischen Elektroerosionswerkzeugelektrode zu legen. Es ist günstig für NC-Zwecke, daß das rotierende Fräs- oder Elektroerosionswerkzeug eine wirksame Bearbeitungsfläche aufweist, die zur Rotationsachse symmetrisch ist und einen Drehkörper bildet. Ähnlich sollte ein nichtrotierendes Elektroerosionswerkzeug praktisch die Form eines Drehkörpers haben und axial symmetrisch sein, so daß man den Bezugspunkt auf die Werkzeugachse legen kann. Dann kann, da das im Werkstück zu bearbeitende gewünschte Profil bekannt ist, eine Anzahl von Punkten, denen durch im wesentlichen tangentialen Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück nacheinander zu folgen ist, in einem vorbestimmten dreidimensionalen Koordinatensystem auf dem gewünschten Profil voreingestellt werden, und die dreidimensionalen Koordinaten jeder der Lagen für den Bezugspunkt auf der Werkzeugachse, die jedem tangentialen Kontaktpunkt entsprechen, lassen sich aus den dreidimensionalen Koordinaten der letzteren errechnen, wenn die Krümmung der Bearbeitungsfläche an jedem solchen Tangentialkontaktpunkt bekannt ist. Allgemein ändert sich die Krümmung von Punkt zu Punkt als Funktion des Abstandes zwischen dem Bezugspunkt im Werkzeug und dem Punkt des tangentialen Kontakts auf der Werkzeugbearbeitungsfläche.

Demgemäß war es nach Festlegung einer vorgeschriebenen Zahl von Punkten in einem gegebenen dreidimensionalen Koordinatensystem, die auf einer gegebenen Bearbeitungsbahn liegen, der die wirksame Bearbeitungsfläche des Werkzeugs zu folgen hat, während sein im wesentlichen tangentialer Kontakt mit dem Werkstück beibehalten wird, um nach und nach das gewünschte Profil darin zu entwickeln, die übliche Praxis bei der früheren NC-Bearbeitung, vor dem tatsächlichen Bearbeitungsvorgang den Schritt vorzusehen, einzeln aus den dreidimensionalen Koordinaten jedes gegebenen Punktes auf der Bearbeitungsbahn die dreidimensionalen Koordinaten der entsprechenden Lage für den Bezugspunkt auf der Werkzeugachse zu berechnen, wonach die Daten für sämtliche einzeln berechneten dreidimensionalen Koordinaten der Bezugslagen in einem Speichermedium gespeichert werden müssen, so daß sie beim tatsächlichen Bearbeitungsvorgang reproduziert werden können, um das Werkzeug und das Werkstück längs der vorgeschriebenen Bearbeitungsbahn relativ zu bewegen. Es ist offensichtlich, daß diese der Bearbeitung vorausgehende Prozedur ein komplizierter, zeitaufwendiger und mühsamer Programmier- oder Vorprogrammiervorgang ist. Die Schwierigkeiten vervielfachen sich, wo zwei oder mehr getrennte Speichermedien (z. B. Lochstreifen) hergestellt werden müssen, wie es sehr häufig erforderlich ist, wo das Werkstück in einem Grob- und End- oder mehreren Schritten zu bearbeiten ist, um die mögliche Genauigkeit eines Endoberflächenprofils zu erreichen. Wo solche Vielfachbearbeitungsvorgänge benötigt werden, sind entsprechende unabhängige Rechenschritte zum Erhalten der dreidimensionalen Koordinaten des Bezugspunktes für getrennte Werkzeuge erforderlich, die ähnlich, jedoch von verschiedener Größe sind, und die berechneten Koordinatendaten müssen in getrennten Speichermedien (z. B. Lochstreifen) gespeichert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und hochgradig wirksames Verfahren der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln, mit dem ein hochgradig genaues und mit ausgezeichneter Oberflächenqualität bearbeitetes Profil unter Verwendung mehrfacher aufeinanderfolgender Bearbeitungsschritte erhalten wird, jedoch die numerischen Steuervorgänge gegenüber dem Stand der Technik sehr vereinfacht sind oder die Notwendigkeit getrennter Berechnung und Speicherung numerischer Werte entsprechend der gewünschten Lage für den Bezugspunkt relativ zum Werkstück für solche aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritte beseitigt ist, und eine verbesserte numerische Steuervorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln.

Die Erfindung verwendet ein axiales Werkzeug, dessen aktives Werkzeugende zur Bildung einer wirksamen Bearbeitungsfläche eingerichtet ist, die Kugelform hat, oder eine Mehrzahl von axialen Werkzeugen, die zur Bildung solcher wirksamen Bearbeitungsflächen eingerichtet sind, die von verschiedenem Kugelradius sind. Es sei darauf hingewiesen, daß der Begriff "Kugel" nicht nur eine vollständige Kugel, sondern auch einen Teil der Kugel, wie z. B. eine Halbkugel bedeuten soll. Gleichfalls soll unter dem Adjektiv "kugelförmig" nicht nur ein Adjektiv für eine vollkommene Kugel, sondern auch ein Adjektiv für eine teilweise Kugel, wie z. B. eine Halbkugel verstanden werden.

Die Erfindung macht weiter Gebrauch von der Tatsache, daß, wenn irgendein Punkt (im folgenden als "Bearbeitungspunkt" bezeichnet) auf dem gewünschten Profil oder einer Bahn (im folgenden als "Bearbeitungsbahn" bezeichnet) gegeben ist, längs dem bzw. der die wirksame kugelförmige Bearbeitungsfläche des axialen Werkzeugs dreidimensional relativ zum Werkstück zu bewegen ist, um im Werkstück nach und nach das gewünschte Profil zu entwickeln, der Bezugspunkt auf der Achse des Werkzeugs, der relativ zum Werkstück zu bewegen ist, fest in den Mittelpunkt der die wirksame Bearbeitungsfläche bildenden Kugel ohne Rücksicht auf die Lage des Bearbeitungspunktes gelegt werden kann, und der Bezugspunkt oder der Mittelpunkt liegt auf der Senkrechten auf dem Bearbeitungspunkt. So lassen sich die dreidimensionalen Koordinaten des Bezugspunktes ohne weiteres von den dreidimensionalen Koordinaten des Bearbeitungspunktes und der Richtung oder den Winkelkoordinaten, die die Senkrechte auf dem Bearbeitungspunkt definieren, erhalten, nachdem einmal der Radius bestimmt ist, für einen gegebenen Bearbeitungsvorgang stets konstant ist, oder nachdem einmal das Werkzeug der Erfindung gegeben ist. So brauchen nur die numerischen Werte entsprechend aufeinanderfolgenden vorgeschriebenen Bearbeitungspunkten oder -lagen zusammen mit den numerischen Werten entsprechend der zugehörigen Senkrechten auf diesen Bearbeitungspunkten in einem Speichermedium (z. B. einem Lochstreifen) gespeichert zu werden, und da der Radius der wirksamen kugelförmigen Bearbeitungsfläche des Werkzeugs ein feststehender Wert ist, kann er einfach eingegeben oder lediglich als Eingabeparameter in einem Rechner in einer mit Rechner arbeitenden numerischen Steuereinrichtung (CNC) verwendet werden. So beseitigt die Erfindung die herkömmliche Notwendigkeit zum Speichern der numerischen Werte für die gewünschten Lagen des Bezugspunktes auf der Werkzeugachse in einem Speichermedium (z. B. einem Band) und beseitigt damit das herkömmliche Erfordernis der Vorberechnung dieser numerischen Werte.

So muß man, auch wenn das gewünschte dreidimensionale Profil unter Anwendung von zwei oder mehr Bearbeitungsschritten (z. B. Grob- und Feinbearbeitung) zu bearbeiten ist, nur ein einziges gespeichertes Speichermedium (z. B. einen einzigen Lochstreifen) herstellen, das die numerischen Werte für die aufeinanderfolgenden vorgeschriebenen Bearbeitungspunkte auf der wirksamen Werkzeugbearbeitungsfläche in Verbindung mit den zugehörigen numerischen Werten für die Senkrechten auf diesen Bearbeitungspunkten speichert. Bei jedem tatsächlichen Bearbeitungsschritt (z. B. sowohl zur Grobbearbeitung als auch zur Feinbearbeitung) muß lediglich der feststehende Radius der jeweiligen kugelförmigen wirksamen Werkzeugbearbeitungsfläche eingegeben werden, um zu ermöglichen, daß die dreidimensionalen Koordinaten des Mittelpunktes oder Bezugspunktes auf der Werkzeugachse auf einer Echtzeitbasis berechnet werden.

Die genannte Aufgabe wird daher durch die im Anspruch 1 bzw. 8 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet. Die wirksame Bearbeitungsfläche des Werkzeugs kann im wesentlichen von halbkugelförmiger Gestalt sein. Das Werkzeug kann ein rotierendes Werkzeug sein. Die kugelförmige oder halbkugelförmige wirksame Bearbeitungsfläche kann bei Rotation des Werkzeuges um seine Achse gebildet werden. Das Werkzeug kann ein Fräswerkzeug oder ein Elektroerosionselektrodenwerkzeug sein.

Mit dem Fräswerkzeug kann der konstante Wert im Schritt (c) genau gleich dem Radius der Kugel sein. Das Werkzeug kann auch ein Elektroerosionselektrodenwerkzeug sein, das relativ zum Werkstück unter Beibehaltung eines kleinen Elektroerosionsspaltabstandes dazwischen zu bewegen ist. Dann sollte im Schritt (c) der konstante Wert gleich der Summe des Radius' der Kugel und das Spaltabstandes sein.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

Fig. 1 (a), 1 (b), 1 (c) und 1 (d) jeweils ein Werkzeug beim Bearbeiten eines dreidimensionalen Profils in einem Werkstück;

Fig. 2 (a), 2 (b) und 3 die Beziehung zwischen den dreidimensionalen Koordinaten eines Bearbeitungspunktes und den dreidimensionalen Koordinaten der diesem entsprechenden Lage des Mittelpunktes;

Fig. 4 (a) und 4 (b) ein Grobbearbeitungswerkzeug beim Grobbearbeiten eines Werkstücks im Vergleich zu dem in Fig. 2 (a) und 2 (b) dargestellten Endbearbeitungswerkzeug beim Endbearbeiten des Werkstücks; und

Fig. 5 schematisch ein Schaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 verwendet die Erfindung zum Bearbeiten eines Werkstücks 1 zwecks Erzeugung eines dreidimensionalen Profils 2 darin ein axiales Werkzeug 3, 3′. In den Fig. 1 (a) und 1 (c) ist eine Projektion eines Teils des dreidimensionalen Profils 2 auf einer Z-X-Ebene eines dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystems gezeigt. in den Fig. 1 (b) und 1 (d) ist eine Projektion des Teils 2 auf einer X-Y-Ebene des dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystems gezeigt. Das gezeigte axiale Werkzeug 3, 3′ hat an seinem axialen Ende eine wirksame halbkugelförmige Bearbeitungsfläche M, M′, die in tangentialem Kontakt mit dem Werkstück 1 an einem Bearbeitungspunkt A auf einer Bearbeitungsbahn gezeigt ist, die hier mit dem dreidimensionalen Profil 2 übereinstimmt, das nach und nach im Werkstück 1 zu entwickeln ist. Bei dem in den Fig. 1 (a) und 1 (b) gezeigten Werkzeug 3 hat seine halbkugelförmige Bearbeitungsfläche M einen größeren Radius R₁, während beim in Fig. 1 (c) und 1 (d) gezeigten Werkzeug 3′ dessen halbkugelförmige Bearbeitungsfläche M′ einen kleineren Radius R₂ hat. Die Werkzeuge 3 und 3′ sind zur Verwendung beim Grob- bzw. Fein- oder Endbearbeiten des Profils 2 ausgelegt. Die Mittelpunkte der die wirksame Bearbeitungsfläche M bzw. M′ der Grob- und Endbearbeitungswerkzeuge 3 und 3′ bildenden Halbkugeln sind mit O₁ bzw. O _s bezeichnet. Man sieht, daß bei irgendeinem gegebenen gemeinsamen Bearbeitungspunkt A die Lagen der Mittelpunkte O₁ und O _s verschieden sind und verschiedene Koordinaten (X₁, Y₁, Z₁) und (X _s, Y _s, Z _s ) haben. Aus diesem Grunde müssen nach dem Stand der Technik zwei getrennte gespeicherte Speichermedien (z. B. Lochstreifen) einzeln für die jeweiligen Lagen der Bezugspunkte O₁ und O _s hergestellt werden, was zeitaufwendige und mühsame Programmier- und Streifenlochvorgänge erfordert.

Es soll nun die Erfindung anhand der Fig. 2 bis 5 erläutert werden. Die Fig. 2 und 3 zeigen die Beziehung zwischen den dreidimensionalen Koordinaten der Lage eines Bearbeitungspunktes A und den dreidimensionalen Koordinaten der Lage des dementsprechenden Mittelpunktes O. In Fig. 2 (a) bezeichnet die Linie 4 die Tangente im Punkt A am Profil 2 oder an der auf die Z-X-Ebene projizierten Bearbeitungsbahn. In Fig. 2 (b) bezeichnet die Linie 5 die Tangente am Punkt A oder an der auf die X-Y-Ebene projizierten Bearbeitungsbahn. Die Senkrechte am Bearbeitungspunkt A auf dem Profil 2 oder der Bearbeitungsbahn, d. h. die Linie, die am Punkt A zu den Tangenten 4 und 5 senkrecht ist, ist in Fig. 3 mit 6 bezeichnet, die durch den Mittelpunkt O der Halbkugel M auf der Achse des Werkzeugs 3 gehende Senkrechte. Bei Annahme, daß der Mittelpunkt O bei den Koordinaten (Xo, Xo, Zo) liegt und der Bearbeitungspunkt A bei den Koordinaten (Xa, Ya, Za) liegt, kann man die folgenden Formeln erhalten:

Xo = Xa - Δ X
= Xa - l 1 cos β
= Xa - R 1 sin α cos β (1)

Yo = Ya + Δ Y
= Ya + l 1 sin b
= Ya + R 1 sin α sin β (2)

Zo = Za + Δ Z
= Za + R 1 cos α (3),

worin

R 1 der Radius der Halbkugel M ist, α der durch die Senkrechte 6 mit der Achse Z 1 des Werkzeugs 3 gebildete Winkel ist, β der durch die Projektion der Senkrechten 6 auf die X-Y-Ebene und die X-Achse definierte Winkel, d. h. der Winkel ist, der durch die Senkrechte 6 a vom Bearbeitungspunkt A auf die Achse Z 1 mit der Linie X 1 definiert wird, die zur X-Achse parallel ist und durch den Schnittpunkt P 1 geht, l 1 der Abstand zwischen dem Bearbeitungspunkt A und dem Schnittpunkt P 1 ist, Δ X die X-Achsenkomponente zwischen dem Bearbeitungspunkt A und dem Mittelpunkt O, d. h. der Abstand zwischen dem Bearbeitungspunkt A und dem Schnittpunkt P 2 der Linie X 2, die parallel zur X-Achse ist und durch den Bearbeitungspunkt A geht, mit der Linie Y 1 ist, die zur Y-Achse parallel ist und durch den Schnittpunkt geht, Δ Y die Y-Achsenkomponente zwischen dem Bearbeitungspunkt A und dem Mittelpunkt O, d. h. der Abstand zwischen den Schnittpunkten P 1 und P 2 ist, und Δ Z die Z-Achsenkomponente zwischen dem Bearbeitungspunkt A und dem Mittelpunkt O, d. h. der Abstand zwischen dem Mittelpunkt O und dem Schnittpunkt P 1 ist.

Weiter ist der in Fig. 3 gezeigte Winkel α′ der Winkel, der durch die Projektion 6 b der Senkrechten 6′ auf die Z-X-Ebene mit der Linie Z 2 definiert wird, die parallel zur Z-Achse ist und durch den Punkt P 2 läuft. Es ist ersichtlich, daß es keine Abhängigkeit der Winkel α ( α′) und β vom Radius R 1 gibt; die Formeln (1) bis (3) gelten in gleicher Weise für eine Änderung des Radius' R 1, z. B. des Grobbearbeitungswerkzeuges 3 nach Fig. 2, zum Radius R 2, z. B. einem kleineren wie dem des Endbearbeitungswerkzeuges 3′ in Fig. 4.

Dementsprechend wurde nun erkannt, daß nur die numerischen Werte entsprechend den fünf axialen Koordinaten Xa, Ya, Za, α und β für aufeinanderfolgende Bearbeitungspunkte A auf einem Speichermedium zur Ablesung im Stadium eines tatsächlichen Bearbeitungsvorganges gespeichert werden können. Im späteren Stadium wird ein numerischer Wert für den Radius R eingegeben, und die gespeicherte numerische Information wird vom Speichermedium abgelesen. Die gespeicherten numerischen Werte können nacheinander für aufeinanderfolgende Bearbeitungspunkte abgelesen und einem Rechenvorgang durch einen Rechner oder eine Datenverarbeitungseinrichtung unterworfen werden, worin die Formeln (1), (2) und (3) programmiert sind und die Konstante R eingegeben ist, um die dreidimensionalen Koordinaten jeder der aufeinanderfolgenden Lagen für den Mittelpunkt O (Xo, Yo, Zo) der die wirksame Bearbeitungsfläche M des Werkzeugs 3 bildenden Halbkugel zu bestimmen.

Fig. 5 zeigt eine numerische Steuervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das System umfaßt einen Bandableser 7 zum Ablesen eines Lochbandes 7 a, in dem die numerischen Werte entsprechend den Variablen Xa, Ya, Za, α und β für aufeinanderfolgende Bearbeitungspunkte A gespeichert sind. Ein zweiter Bandableser 8 ist vorgesehen, um ein Magnetband abzulesen, in welchem ein Rechenprogramm für die Formeln (1) bis (3) gespeichert ist. Ein dritter Ableser 9 liest einen Magnetblasenspeicher ab, in dem eine oder mehrere mögliche Rechenkonstanten gespeichert sind. Die Ausgänge der Ableser 7, 8 und 9 werden nach der Darstellung in eine numerische Steuervorrichtung 10 eingespeist, die drei zentrale Verarbeitungseinheiten 10 a, 10 b und 10 c enthält. Die erste Einheit 10 a der Steuervorrichtung 10 ist dazu bestimmt, die eingehenden Eingangsdaten zu verarbeiten, und mit einer Eingabeeinheit 11 und einer Kathodenstrahlröhre-Anzeigeeinrichtung 12 nachgerüstet, so daß der von der Einrichtung 11 eingegebene Eingabewert für den Radius R und die numerischen Koordinatenwerte für den Bearbeitungspunkt A auf der Anzeigeeinrichtung 12 angezeigt werden können. Die zweite Einheit 10 b arbeitet im Ansprechen auf die erste Einheit 10 a zum Errechnen der Koordinatenwerte X(t), Y(t) und Z(t) des Mittelpunktes O der Bearbeitungsfläche M aus den eingegebenen Daten in einer im folgenden beschriebenen Weise. Die dritte Einheit 10 c ist vorgesehen, um die errechneten Koordinatenwerte zu verarbeiten und Steuerbefehle zu erzeugen, die verteilt und den drei Betätigungs- oder Antriebsorganen 13 X, 13 Y und 13 Z zugeführt werden.

Im Betrieb wird die erste Einheit 10 a vom Bandableser 7 mit numerischen Koordinatenwerten (X _i, Y _i, Z _i, α _i, β _i ) für einen vorgeschriebenen Bearbeitungspunkt Ai und numerischen Koordinatenwerten (X _{i +1}, Y _{i +1}, Z _{i +1}, α _{i +1}, β _{i +1}) für den folgenden vorgeschriebenen Bearbeitungspunkt A _{i +1} gespeist, um den Unterschied bei jeder der Koordinatenkomponenten X, Y, Z, α und β zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Bearbeitungspunkten A _{i +1} und A _i, wie folgt, zu berechnen:

Xd = X _{i +1} - X _i (4)
Yd = Y _{i +1} - Y _i (5)
Zd = Z _{i +1} - Z _i (6)
a d = α _{i +1} - d _i (7)
β d = β _{i +1} - β _i (8)

Dann arbeitet die zweite Einheit 10 b, um aus diesen Differenzwerten die Koordinatenwerte (X _i, Y _i, Z _i, α _i, b _i ) für den Bearbeitungspunkt A _i, dem durch die Einrichtung 11 eingegebenen Wert des Radius' R und dem Koeffizient t, der zur schrittweisen Änderung von 0 bis 1 ausgelegt ist, die Koordinatenwerte X(t), Y(t) und Z(t) zu berechnen, die der Mittelpunkt O von der dem Bearbeitungspunkt A _i (X _i, Y _i, Z _i ) entsprechenden Lage zu der dem Bearbeitungspunkt A _{i +1} (X _{i +1}, Y _{i +1}, Z _{i +1} entsprechenden Lage durchlaufen muß, wie folgt:

X(t) = X _i + Xd.t - R sin ( α _i + α d.t) cos ( β _i + -β d.t) (9)

Y(t) = Y _i + Yd.t + R sin ( α _i + α d.t) sin ( β _i + -β d.t) (10)

Z(t) = Z _i + Zd.t + R cos ( a _i + α d.t) (11)

In den Formeln (9) bis (11) stellt bei t = 0 die Lage (X (0), Y (0), Z (0)) die Lage des Mittelpunktes entsprechend der Ausgangslage A _i des Bearbeitungspunktes A dar, und bei t = 1 stellt die Lage (X (1), Y (1), Z (1)) die Lage des Mittelpunktes entsprechend der nächsten Lage A _{i +1} des Bearbeitungspunktes A dar.

Wenn die von der Lage mit t = 0 bis zur Lage t = 1 zu durchlaufende Strecke auf 1 mm festgelegt wird, kann der Bewegungszuwachs auf 1 µm festgelegt werden, wenn die Weite für t gleichmäßig in 1000 Zuwächse unterteilt wird. In gleicher Weise kann der Bewegungszuwachs auf 10 µm festgesetzt werden, wenn die Weite für t gleichmäßig in 100 Zuwächse unterteilt wird. Die Einheit 10 b arbeitet so, um erfolgreich die numerischen Koordinatenwerte jeder der so in kleinen Stufen unterteilten Lagen zu errechnen, die der Mittelpunkt O zu durchlaufen hat, während der Bearbeitungspunkt A von A _i zu A _{i +1} übergeht. Befehle für die stufenweisen Änderungen können im Speicher gespeichert werden, der vom Ableser 9 abgelesen wird.

Die dritte Einheit 10 c, die ausgelegt ist, um als Antriebssteuereinheit für die Antriebsorgane 13 X, 13 Y und 13 Z zu dienen, arbeitet zur Umwandlung der von der zweiten Einheit 10 b errechneten numerischen Werte in Steuersignale zur Verteilung von Steuerimpulsen in die drei Betätigungs- oder Antriebsorgane 13 X, 13 Y und 13 Z, deren jedes ein Schrittmotor, Gleichstrommotor oder Wechselstrommotor sein kann. Es ist klar, daß es auch möglich ist, daß die errechneten Werte von der Einheit 10 b oder der Einheit 10 c zur Speicherung verwendet werden können, um ein neues gespeichertes Speichermedium (z. B. einen Lochstreifen) zu erzeugen.

In Fig. 5 ist außerdem eine Programmiereinrichtung 14, z. B. eine Bandlocheinheit zur Herstellung des NC-Bandes 7 a aus einem Lochstreifen 15 gezeigt, der eine Kennzeichnung einer Reihe der vorgeschriebenen Punkte A auf dem Profil 2 trägt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines gewünschten dreidimensionalen Profils in einem Werkstück durch Bearbeitung des Werkstücks mittels einer durch eine numerische Steuerung gesteuerten Werkzeugmaschine, wobei eine Reihe von aufeinanderfolgenden Punkten auf dem gewünschten, im Werkstück zu bearbeitenden Profil durch Koordinatenwerte in einem vorbestimmten dreidimensionalen Koordinatensystem vorgeschrieben und auf einem Speichermedium gespeichert sind, gekennzeichnet durch:

(a) Ein axiales Werkzeug, das an seinem axialen Ende mit einer wirksamen Bearbeitungsfläche ausgebildet ist, die um einen von der Werkzeugachse geschnittenen Mittelpunkt kugelförmig ist,
(b) die zusätzliche Kennzeichnung der vorgeschriebenen Punkte durch die die Richtung einer Senkrechten in diesen Punkten auf dem gewünschten Profil definierenden Winkelwerte und deren zusätzliche Abspeicherung auf dem Speichermedium,
(c) Eingeben einer numerischen Größe für einen konstanten Wert, der dem Radius der Kugel gleich ist, von der wenigstens ein Teil die wirksame Bearbeitungsfläche darstellt, in die numerische Steuerung,
(d) Errechnen der dreidimensionalen Koordinatenwerte der Lage des Mittelpunktes der Kugel für jeden der vorgeschriebenen Punkte aus den auf dem Speichermedium abgespeicherten Daten und der eingegebenen Größe des Radius in der numerischen Steuerung und
(e) Erzeugen von Steuersignalen aus den errechneten numerischen Koordinatenwerten zur Betätigung der Antriebsorgane, wodurch das Werkstück und der Mittelpunkt im Werkzeug relativ längs einer definierten Bahn bewegt werden und die fortlaufende Entwicklung des gewünschten Profils im Werkstück ermöglichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Bearbeitungsfläche von Halbkugelform ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein rotierendes Werkzeug ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Bearbeitungsfläche bei Rotation des Werkzeugs um seine Achse gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Elektroerosionselektrodenwerkzeug ist, das relativ zum Werkstück unter Beibehaltung eines kleinen Elektroerosionsspaltabstandes zu diesem zu bewegen ist, und daß im Schritt (c) der konstante Wert gleich der Summe des Radius' der Kugel und des Spaltabstandes ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Werkzeug ein Endbearbeitungswerkzeug zur Materialabtragung einer vorgeschriebenen Dicke vom Werkstück zwecks Erzeugung des gewünschten Profils darin ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grobbearbeitung des Werkstücks mittels eines Grobbearbeitungswerkzeugs mit einer wirksamen Kugelbearbeitungsfläche erfolgt, die einen größeren Kugelradius als die des Endbearbeitungswerkzeuges hat, und der Schritt der Grobbearbeitung vorsieht:

(co) Eingabe einer numerischen Größe in die numerische Steuerung für einen konstanten Wert, der im wesentlichen gleich der Summe des größeren Radius' und der Dicke ist,
(do) Errechnen der dreidimensionalen Koordinatenwerte der Lage des Mittelpunktes der Kugel mit dem größeren Radius für jeden der vorgeschriebenen Punkte in der numerischen Steuerung und
(eo) Erzeugen von Steuersignalen aus den im Schritt (do) errechneten numerischen Koordinatenwerten zur Betätigung der Antriebsorgane, wodurch das Werkstück und der Mittelpunkt im Grobbearbeitungswerkzeug relativ längs einer definierten Bahn bewegt werden und die fortlaufende Entwicklung eines dem gewünschten Profil gleichartigen grobbearbeiteten Profils im Werkstück ermöglichen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Grobbearbeitungswerkzeug ein Elektroerosionselektrodenwerkzeug ist, das relativ zum Werkstück unter Beibehaltung eines kleinen Elektroerosionsspaltabstandes zu diesem zu bewegen ist, und daß im Schritt (co) der konstante Wert gleich der Summe des größeren Radius', des Spaltabstandes und der Dicke ist.

8. Numerische Steuervorrichtung zur Herstellung eines gewünschten dreidimensionalen Profils in einem Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch

(a) ein axiales Werkzeug (3), das an seinem axialen Ende mit einer wirksamen Bearbeitungsfläche (M) ausgebildet ist, die um einen von der Werkzeugachse (Z₁) geschnittenen Mittelpunkt (O) kugelförmig ist,
(b) einen Lochstreifen (15) zum Speichern einer Reihe vorgeschriebener Punkte (A, A _i, A _{i +1}, . . . ) auf dem gewünschten, im Werkstück (1) zu bearbeitenden Profil (2), wobei jeder der vorgeschriebenen Punkte durch seine Koordinatenwerte in einem vorbestimmten Koordinatensystem und durch die die Richtung einer Senkrechten (6) zu diesen Punkten auf dem gewünschten Profil (2) definierten Winkelwerte gekennzeichnet wird,
(c) eine Programmiereinrichtung (14) zum Speichern der Daten für die gekennzeichneten Koordinatenwerte und Winkelwerte vom Lochstreifen (15) auf einem Speichermedium (7 a) nacheinander für die aufeinanderfolgenden vorgeschriebenen Punkte (A),
(d) eine Einrichtung (11) zur Eingabe einer numerischen Größe für einen konstanten Wert, der dem Radius (R) der Kugel gleich ist, von der wenigstens ein Teil die wirksame Bearbeitungsfläche (M) darstellt, in die numerische Steuervorrichtung (10),
(e) eine Ableseeinrichtung (7) zum Ablesen des Speichermediums (7 a) zwecks Wiedergabe der Daten für die dreidimensionalen Werte und die Winkelwerte jedes der aufeinanderfolgenden Punkte (A, A _i, A _{i +1}, . . . ) auf dem gewünschten Punkt (2),
(f) eine Einheit (10 b) in der numerischen Steuervorrichtung (10) zum Errechnen der dreidimensionalen Koordinatenwerte der Lage des Mittelpunktes (O) der Kugel aus den auf dem Speichermedium abgespeicherten und wiedergegebenen Daten und der eingegebenen Größe für jeden der vorgeschriebenen Punkte (A, A _i, A _{i +1}, . . . ) und
(g) die Antriebssteuereinheit (10 c) zur Erzeugung von Steuersignalen aus den errechneten numerischen Koordinatenwerten zur Betätigung der Antriebsorgane (13 X, 13 Y, 13 Z), wodurch das Werkstück (1) und der Mittelpunkt (O) im Werkzeug (3) relativ längs einer definierten Bahn beweglich sind und die fortlaufende Entwicklung des gewünschten Profils (2) im Werkstück (1) ermöglichen.