DE3530593C2

DE3530593C2 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3530593C2
Application number: DE3530593A
Authority: DE
Inventors: Koichi Asakura
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1984-08-27
Filing date: 1985-08-27
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2005-08-28
Also published as: GB2164878B; GB8521211D0; US4704689A; GB2164878A; DE3530593A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine nach dem Anspruch 1.

Beim Bohren mit einer Werkzeugmaschine wird im allgemeinen ein Schneidwerkzeug in diskreten, aufeinanderfolgenden Schritten in ein Werkstück eingeführt. Bei jedem Schritt, um den das Schneidwerkzeug in das Werkstück vorgeschoben wird, müssen Späne von dessen Material entfernt werden. Am Ende jedes dieser Schritte wird das Schneidwerkzeug mindestens teilweise aus dem Werkstück herausgezogen, um das Schneidwerkzeug mit Schneidöl zu kühlen.

Bei fortschreitend tieferem Einführen des Schneidwerkzeugs in das Werkstück wird es immer schwieriger, Späne zu entfernen oder auszuwerfen. Außerdem wird es für das Schneidöl immer schwieriger, das Schneidwerkzeug zu erreichen, wenn dieses in das Werkstück eindringt. Wenn also das Schneidwerkzeug in das Werkstück vorgeschoben wird, sollte die Vorschubrate des Schneidwerkzeugs in das Werkstück schrittweise verringert werden.

Bei einer vorbekannten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine gemäß der US 4 025 746 wird die Größe des jeweiligen Vorschubschrittes mit einer während des jeweiligen Arbeitsvorganges festen, von Arbeitsvorgang zu Arbeitsvorgang jedoch variablen Konstanten multipliziert. Vorzugsweise wird die Vorschubgröße mit einer Konstanten multipliziert, deren Größe weniger als eins beträgt, um eine mit dem Fortschreiten eines Bohrvorganges in gleichen Schritten abnehmende Vorschubgröße zu erzielen. Die bekannte Werkzeugmaschine weist weder eine Einrichtung zum zeitweiligen Zurückziehen des Werkzeuges, noch eine Speichervorrichtung zur Speicherung je einer festen Konstanten für jeden einzelnen der bei einem Arbeitsvorgang aufeinanderfolgenden Vorschubschritte noch eine Recheneinrichtung zur Verknüpfung dieser festen Konstanten mit mindestens einer weiteren, entsprechend den Randbedingungen des jeweiligen Arbeitsvorganges variablen Konstanten auf. Die vorbekannte Einrichtung ist daher lediglich in der Lage, die Vorschubgröße des Werkzeuges entsprechend einer geometrischen Reihe in gleichen Schritten zu reduzieren.

Eine weitere bekannte Steuereinrichtung für eine numerisch gesteuerte Tieflochbohrmaschine gemäß der DE 22 64 187 C3 weist zwar eine Einrichtung zum vorübergehenden Zurückziehen des Werkzeuges auf. Es ist aber keine Einrichtung zur Multiplikation einer vom jeweiligen Vorschubschritt abhängigen Steuergröße mit einer festen oder variablen Konstanten vorgesehen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte Werkzeugmaschine gemäß der US-4 025746 so weiter zu entwickeln, daß die Anpassung der einzelnen Vorschubschritte an den jeweiligen Bearbeitungsvorgang vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Werkzeugmaschinen gemäß der vorliegenden Erfindung arbeiten mit hohem Wirkungsgrad und sind einfach zu bedienen. Die Eingabe der für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang erforderlichen Parameter in die Maschine ist einfach und kann auch durch Bedienungspersonen erfolgen, die keine Spezialkenntnisse, beispielsweise in NC-Programmiersprachen, besitzen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung, in der im folgenden anhand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele erörtert sind. Es zeigt:

Fig. 1 den Querschnitt einer zur Realisierung der vorliegenden Erfindung geeigneten Werkzeugmaschine;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Werkzeugmaschine;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Bewegung eines Bohrwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine graphische Darstellung von konstanten Werten, die gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Bohroperation verwendet werden,

Fig. 5 eine graphische Darstellung von konstanten Werten, die gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Gewindeschneidoperation verwendet werden;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Bewegungen eines Gewindeschneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein Diagramm mit Materialkoeffizienten von Werkstücken;

Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ein Flußdiagramm einer Bohroperation gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ein Flußdiagramm einer Gewindeschneidoperation gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine Vorderansicht eines Bedienerfeldes (Steuerungsterminal), das im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und

Fig. 13-19 verschiedene Einträge, die auf dem Bildschirm des Steuerungsterminals von Fig. 12 erscheinen können, um Informationen einzugeben, die von der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Fig. 1 zeigt einen von der Seite betrachteten Querschnitt einer Werkzeugmaschine 10, die zur Realisierung der Lehre der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Werkzeugmaschine 10 ist vorzugsweise mit einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung ausgestattet und enthält eine Vorschubspindel 12, die durch einen Vorschubmotor 14 gedreht wird. Ein Spindelkopf 16 ist so montiert, daß er durch die Vorschubspindel 12 in beiden vertikalen Richtungen bewegt werden kann. Ein Spindelmotor 18 ist auf dem Spindelkopf 16 befestigt. Der Spindelmotor 18 treibt eine Spindel 20. Die Spindel 20 ihrerseits ist so ausgelegt, daß sie ein Schneidwerkzeug, beispielsweise einen Bohrer 22, aufnehmen kann, das seinerseits durch den Spindelmotor 18 in bekannter Weise angetrieben wird. Ein Werkzeugmagazin (Magazin) 24 ist so in einer Werkzeughalterung 26 befestigt, daß sich das Magazin 24 zu bestimmten, durch Index angezeigten Positionen drehen kann. Die Werkzeughalterung 26 ist außerdem so gehaltert, daß sie sich längs der Axialrichtung der Spindel 20 bewegen kann.

In Fig. 2 ist über dem Werkzeugmagazin 24 eine Abdeckung 28 angebracht. Die Werkzeugmaschine 10 enthält ferner einen Rahmen 30, an dem mit Hilfe eines Haltearms 34 ein Rechner 32 befestigt werden kann. Der Rechner 32 enthält eine Tastatur 36 und einen Speicher 60 mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Nur-Lese-Speicher 74 (ROM) und eine zentrale Verarbeitungseinheit 76 (CPU), deren Funktionen später im einzelnen beschrieben werden (Fig. 9).

Im üblichen Betrieb schneidet die Werkzeugmaschine 10 ein Loch in ein Werkstück und verwendet dazu ein Schneidwerkzeug, wie beispielsweise einen Bohrer 22. Dieser Schneidvorgang kann entsprechend der Darstellung in Fig. 3 in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Schritten erfolgen. Am Ende jedes Schrittes N ist das Schneidwerkzeug, wie beispielsweise der Bohrer 22, über eine Distanz (Schneidlänge, Vorschubdistanz, Vorschubschneidelänge, Vorschubwert X_N in das (nicht dargestellte) Werkstück eingedrungen. Nach Beendigung dieses Schritts N wird das Schneidwerkzeug mindestens teilweise herausgezogen, damit der Schneidkante des Schneidwerkzeugs Schneidöl zugeführt werden kann. Anschließend wird beim nächsten inkrementellen Schritt das Schneidwerkzeug über eine neue Distanz X_N+1 in das Werkstück vorgeschoben, wobei X_N+1 größer ist als X_N. Dieser Prozeß des in Inkrementen erfolgenden Vorschubes des Schneidwerkzeugs in das Werkstück wird solange fortgesetzt, bis die gewünschte Schneiddistanz erreicht wurde.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß der Durchmesser D des Schneidwerkzeugs eine Auswirkung auf die Distanz X_N eines jeden Vorschubs in das Werkstück haben sollte, da die Schneidoperation umso wirksamer ist und der Vorschub bei einem bestimmten Schritt (Vorschubschritt, Bearbeitungsschritt N) umso tiefer erfolgen kann, je größer der Durchmesser des Schneidwerkzeugs ist. Außerdem wurde festgestellt, daß das Verhältnis zwischen der Vorschubdistanz X_N für einen beliebigen bestimmten Schritt N und dem Bohrdurchmesser D einen bestimmten Wert aufweist, wenn die wirksamste Vorschubdistanz X_N erzielt werden soll, und zwar unabhängig vom Durchmesser D des Bohrers 22 bei einem bestimmten Materialtyp des Werkstücks. Obwohl also das Verhältnis von X_N zu D langsam abnimmt, wenn die Anzahl N der Schritte zunimmt, ergibt das Verhältnis X_N zu D eine Sättigungskurve, die in Zusammenhang mit einem beliebigen Durchmesser D des Bohrers 22 herangezogen werden kann, um bei einem beliebigen Vorschubschritt N die ideale Vorschubdistanz X_N zu ermitteln. Zusätzlich wurde festgestellt, daß diese Beziehung zwischen der Vorschubdistanz X_N und dem Durchmesser D des Schneidwerkzeugs sowohl für Bohrwerkzeuge als auch für Werkzeuge gilt, die Gewinde in Bohrlöchern schneiden.

Schließlich wurde festgestellt, daß jedem Werkstück ein Materialkoeffizient zugeordnet werden kann, der von dem Material abhängt, aus dem das Werkstück besteht. Dieser Materialkoeffizient des Werkstücks kann unabhängig von dem Durchmesser des verwendeten Schneidwerkzeugs bestimmt werden. Darüber hinaus kann dieser Materialkoeffizient des Werkstücks im Rechner 32 eingesetzt werden, um die Distanz X_N für jeden beliebigen Schritt des Schneideprozesses so abzuändern, daß sich die ideale Distanz X_N für das betreffende Werkstückmaterial ergibt. Im Idealfall kann die Distanz X_N berechnet werden als Funktion eines konstanten Werts in Form des Verhältnisses X_N/D für Schritt N mal dem Durchmesser D des verwendeten Schneidwerkzeugs mal dem Materialkoeffizienten des Werkstücks.

Beispielsweise zeigt Fig. 4 spezifische konstante Werte (5,0, 9,5, 12,5, 14,7, 16,2, 17,5, 18,5, 19,1, 19,6, 20,0) für jeden Vorschubschritt N=1 bis N=10. Wie oben erwähnt, kann jeder dieser konstanten Werte so aufgefaßt werden, daß er das Verhältnis der idealen effektiven Schneidlänge X_N für einen gegebenen Durchmesser D des Schneidwerkzeugs für jeden Schritt N darstellt. Wenn also ein beliebiger der in der Darstellung von Fig. 4 gezeigten konstanten Werte für den Vorschub mit dem Durchmesser D des Schneidwerkzeugs multipliziert wird, erhält man die idealisierte Vorschubschneidelänge X_N für einen bestimmten Schritt N.

Wie oben erwähnt, beziehen sich die in Fig. 4 dargestellten konstanten Werte auf ein Bohrwerkzeug. Vergleichbare konstante Werte sind in Fig. 5 bezüglich eines Gewindeschneidwerkzeugs für Bohrlöcher dargestellt.

Die Fig. 3 und 6 erläutern die bevorzugte Bewegung eines Schneidwerkzeugs, wenn die in den Fig. 4 und 5 angegebenen konstanten Werte verwendet werden für ein Bohrwerkzeug bzw. ein Gewindeschneidwerkzeug. In Fig. 3 erstreckt sich eine erste Vorschubdistanz X_N von einem Ausgangspunkt P₁ in ein Werkstück. Die Vorschubdistanz X_N wird errechnet, indem der Durchmesser D des Bohrers 22 mit dem angegebenen konstanten Wert (5,0 für Schritt N=1) multipliziert wird. Anschließend wird der Bohrer 22 zumindest teilweise aus dem Werkstück herausgezogen. Nach der Darstellung in Fig. 3 kann das Bohrwerkzeug auch vollständig aus dem Werkstück entfernt werden. Anschließend wird das Bohrwerkzeug erneut in das Werkstück eingeführt, und zwar über eine Distanz X_N+1, wobei diese Distanz X_N+1 durch Multiplikation des konstanten Werts (9,5 für Schritt N+1=2) mit dem Durchmesser D des Bohrwerkzeugs berechnet wird. Dieser Prozeß wird dann solange fortgesetzt, bis die gewünschte Schnittiefe im Werkstück erreicht wurde. In Fig. 6 ist eine vergleichbare Bewegung für ein Gewindeschneidwerkzeug dargestellt. Im dortigen Beispiel wird das Schneidwerkzeug nach jedem Schritt jedoch nur teilweise aus dem Werkstück herausgezogen.

An späterer Stelle erfolgt noch eine genauere Beschreibung der Arbeitsweise, die erforderlich ist, um die Bewegung der Schneidwerkzeuge entsprechend den Fig. 3 und 6 zu erzielen.

Wie schon oben erwähnt, kann der Materialkoeffizient des Werkstücks herangezogen werden, um die Distanz X_N zu errechnen, mit der ein Schneidwerkzeug in ein Werkstück bei einem bestimmten Schritt N eingeführt werden muß. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Distanz X_N bestimmt, indem einfach ein konstanter Wert (wie beispielsweise in den graphischen Darstellungen der Fig. 4 und 5 angegeben) bei einem bestimmten Schritt N sowohl mit dem Durchmesser D des verwendeten Schneidwerkzeugs als auch mit dem Materialkoeffizienten des Werkstücks (beispielsweise den Koeffizienten, die in Fig. 7 für bestimmte Werkstückmaterialien angegeben sind) multipliziert wird.

Die konstanten Werte der Fig. 4 und 5 können experimentell für ein Standardwerkstückmaterial bestimmt werden, beispielsweise Kohlenstoffstahl S45C, wobei dann diesem Materialkoeffizienten der Wert 1,0 zugeordnet wird. Der Koeffizient für weichere Werkstückmaterialien wird dann Werte größer als 1,0 aufweisen, während der Koeffizient für Materialien, die härter als Kohlenstoffstahl S45C sind, kleinere Werte als 1,0 hat. Obwohl in Fig. 7 gewisse Koeffizienten angegeben sind, können die für jede Ausführungsform der Erfindung verwendeten Materialkoeffizienten der Werkstücke experimentell bestimmt werden.

Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm der allgemeinen Struktur einer Werkzeugmaschine, die gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist. Gemäß Fig. 8 sind vorgesehen: einen Datenspeicher 50, der so betrieben wird, daß er für jeden einer Vielzahl von diskreten Schneideschritten jeweils einen konstanten Wert speichert. Rechenvorrichtungen 52, die auf den Wert eines variablen Faktors ansprechen, der den Betrieb eines Schneidwerkzeugs beeinflußt, ein solcher ist beispielsweise der Durchmesser D des Schneidwerkzeugs oder der Materialkoeffizient eines Werkstücks 2. Diese Rechenvorrichtungen 52 errechnen für jeden der diskreten Schritte N einen Vorschubwert als Funktion des entsprechenden in dem Datenspeicher 50 gespeicherten konstanten Wertes für diesen Schritt N und des Wertes des variablen Faktors, beispielsweise des Durchmessers D des Schneidwerkzeuges oder des Materialkoeffizienten des Werkstücks (oder von beiden). In Fig. 8 ist weiterhin eine Steuervorrichtung 54 dargestellt, mit der das Schneidwerkzeug in das Werkstück vorgeschoben werden kann, und zwar als Funktion der von den Rechenvorrichtungen 52 ermittelten Vorschubwerte für jeden einer Vielzahl von Schritten N; außerdem bewirken die Steuervorrichtungen 54, daß bei Beendigung des Vorschubs für einen Schritt N das Schneidwerkzeug mindestens teilweise aus dem Werkstück herausgezogen wird und anschließend wieder in das Werkstück eindringt, und zwar mit einem Vorschub, der durch den Vorschubwert des nächsten Schritts N+1 bestimmt wird. Die tatsächliche Bewegung des Schneidwerkzeugs wird durch den Vorschubmotor 56 hervorgerufen, der von den Steuervorrichtungen 54 beeinflußt wird.

Fig. 9 zeigt ein spezifisches bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dort ist ein Speicher (RAM) 60 mit wahlfreiem Zugriff dargestellt, in den für jeden Schritt N einer Schneidoperation ein konstanter Wert gespeichert werden kann. Handelt es sich bei der Schneidoperation beispielsweise um Bohren, so werden Bohrvorschubwerte, wie sie in Fig. 4 angegeben sind, im Teil 62 des RAM 60 gespeichert. Betrifft die Schneidoperation das Schneiden von Gewinden, so werden stattdessen Werte für den Vorschub beim Gewindeschneiden im Teil 64 des RAM 60 gespeichert, wie sie in Fig. 5 wiedergegeben sind. Außerdem werden Materialkoeffizienten der Werkstücke, wie beispielsweise in Fig. 7 dargestellt, im Teil 66 des RAM 60 gespeichert. Im Teil 68 des RAM 60 ist ein Bearbeitungsprogramm gespeichert, im Teil 70 des RAM 60 eine Standardvorschubkonstante für das Bohren und im Teil 72 des RAM 60 eine Standardvorschubkonstante für das Gewindeschneiden. Die Funktion der Standardvorschubkonstanten für das Bohren und das Gewindeschneiden wird im folgenden noch genauer beschrieben.

Das in Teil 68 des Speichers 60 mit wahlfreiem Zugriff gespeicherte Bearbeitungsprogramm kann durch Betätigung der Tastatur 36 des in Fig. 2 dargestellten Rechners 32 eingegeben werden. Zur Veränderung eines Bearbeitungsprogramms kann die Tastatur 36 so bedient werden, daß sie einen Schritt zur Eingabe von Zeichnungsdaten ändert oder hinzufügt, beispielsweise die Durchmesser D von Werkzeugen oder Löchern, ein Schritt zur Bestimmung der Bearbeitungsfolge, ein Schritt zur Änderung der Werkzeugmuster, ein Schritt der Zuordnung und Änderung von Werkzeugen, ein Schritt zur Änderung von Schneidbedingungen, ein Schritt zur Anzeige, Eliminierung oder Anordnung von Kapazitätsmengen, die in den Programmen und Speichern verwendet oder nicht verwendet werden, die im RAM 60 gespeichert sind, und ein Schritt zur Übertragung von Daten von und zu den internen Programmspeichern.

Fig. 9 zeigt weiterhin einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 74, der in Verbindung mit der tatsächlichen Steuerung der Position des Schneidwerkzeugs verwendet wird, wie es auf dem Gebiet der schrittgesteuerten Maschinenwerkzeuge bekannt ist.

Fig. 9 zeigt außerdem die zentrale Verarbeitungseinheit 76 des Rechners 32 von Fig. 2, die Tastatur 36 des Rechners 32, den Vorschubmotor 14 und den Spindelmotor 18, die ebenfalls in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind.

Eine tatsächliche Bohroperation nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann entsprechend dem in Fig. 10 dargestellten Flußdiagramm ausgeführt werden. Das Flußdiagramm von Fig. 10 ist für eine Bohroperation ausgelegt, während das Flußdiagramm von Fig. 11 für eine Gewindeschneidoperation vorgesehen ist.

Nach der Darstellung in Fig. 10 betrifft eine erste Instruktion 101 den Schritt, in dem der Durchmesser D des Schneidwerkzeugs und die Materialtype des Werkstücks ermittelt werden. Diese Daten können durch Betätigung der Tastatur 36 des Rechners 32 erhalten werden, wie später im einzelnen erläutert wird. Zur Erläuterung sei als Beispiel angenommen, daß als Ergebnis der Instruktion 101 ein Durchmesser D des Schneidwerkzeugs von 4 (4,0) mm erhalten wurde und daß Aluminium als Material des Werkstücks vorliegt.

In Instruktion 102 wird der Materialkoeffizient für das Werkstück aus Aluminium aus dem Teil 66 des RAM 60 ausgelesen. Im Fall von Aluminium ist dieser Koeffizient nach Fig. 7 gleich 2,0.

Im Schritt (Instruktion) 103 wird der Spindelmotor 18 eingeschaltet.

Die Instruktion 104 setzt die eigentliche Vorschubbewegung in Gang, um die Spitze des Schneidwerkzeugs schnell zum Anfangspunkt P₁ von Fig. 3 unmittelbar benachbart zum Werkstück zu führen. Dieser Vorschub wird mit Hilfe des Vorschubmotors 14 durchgeführt, wie es im Stand der Technik bekannt ist.

Die Instruktion 105 erfordert das Auslesen des ersten konstanten Werts (Vorschubkonstante) (X_N/D) des Vorschubs für den ersten Schritt N=1. Nach Fig. 4 beträgt dieser Wert 5,0.

In Instruktion 106 wird der erste Vorschubwert X₁ erhalten, indem die erste Vorschubkonstante (5,0) mit dem Werkzeugdurchmesser (4,0 mm) und dem Materialkoeffizienten des Werkstücks (2,0) multipliziert wird, um einen ersten Vorschubwert X₁ von 40,0 mm zu erhalten.

Die Verzweigungsinstruktion 107 bestimmt, ob der erste Vorschubwert X₁ (40,0) größer ist als die Bearbeitungstiefe, beispielsweise 85 mm. Wenn die Antwort "Nein" ist, wird die Instruktion 108 ausgeführt. Abhängig von der Instruktion 108 wird der Vorschub über eine Distanz X_N durchgeführt, die durch den ersten Vorschubwert X₁ (40,0 mm) bestimmt wird, und zwar mit der Vorschubgeschwindigkeit der Maschine. In der Instruktion 109 wird der gerade ausgeführte jeweilige Bearbeitungsschritt N registriert. In diesem Beispiel wird der Wert von N als 1 festgestellt.

Die Instruktion 110 bewirkt, daß die Anzahl der Schritte jeweils um 1 erhöht wird, so daß der nächste Schritt N unternommen werden kann. In dem betrachteten Beispiel ist der Wert von N nach Beendigung der Instruktion 110 gleich 2.

Die Instruktion 111 bewirkt, daß das Schneidwerkzeug schnell aus dem Werkstück herausgezogen wird, und zwar bis zu der Position (Anfangspunkt) P₁, die unmittelbar benachbart zum Werkstück liegt. An dieser Stelle kann dem Schneidwerkzeug Schneidöl zugeführt werden.

Die Instruktion 112 veranlaßt, daß der Bohrer 22 schnell bis zum vorherigen Vorschubswert X₁ (40,0 mm) minus einem Toleranzwert l_T eingeführt wird, der beispielsweise 1,0 mm beträgt.

Als Folge der Instruktion 113 wird die Vorschubkonstante für den nächsten Schritt (N=2) aus dem Teil 62 des Speichers 60 mit wahlfreiem Zugriff erhalten. Nach Fig. 4 ist diese nächste Konstante gleich 9,5.

In dem Schritt 114 wird eine Berechnung ausgeführt, um den nächsten Vorschubwert zu erhalten. Dazu wird der Vorschubwert X_N für den N-ten Schritt erhalten, indem die Vorschubkonstante für den N-ten Schritt aus Fig. 4 (9,5 für N=2) mit dem Materialkoeffizient aus Fig. 7 (2,0 für Aluminium) und mit dem Bohrdurchmesser D (4,0 mm) multipliziert wird. Es ergibt sich daher mit den oben angegebenen Beispielswerten der Vorschubswert X₂ für den zweiten Schritt N₂ von 9,5×2,0×4,0=76 mm. Da außerdem das Schneidwerkzeug in der Instruktion 112 schon bis zum Vorschubwert X₁-1 mm zurückgeführt wurde, bewirkt die Instruktion 114, daß die zusätzliche inkrementelle Distanz bestimmt wird, die das Schneidwerkzeug zurücklegen muß, nämlich X_N+1-X_N+1_T oder im Beispiel 76 mm-40 mm+1,0 mm=37 mm.

Die Verzweigungsinstruktion (Instruktion) 115 bestimmt, ob der Vorschubwert X_N für den N-ten Schritt größer ist als die gewünschte gesamte Bearbeitungsstufe. Bei negativem Ergebnis wird die Instruktion 116 ausgeführt, so daß der Vorschub entsprechend dem N-ten Schritt mit Maschinengeschwindigkeit erfolgt und das Programm zur Instruktion 110 zurückkehrt. In diesem Fall werden die Instruktionen 110 bis 115 wieder ausgeführt.

Stellt die Instruktion 115 allerdings fest, daß der N-te Vorschubwert X_N größer ist als die Vorschubtiefe, so wird die Instruktion 117 ausgeführt. In diesem Fall erfolgt der Vorschub bis zur gewünschten gesamten Bearbeitungstiefe, entsprechend der Ausführung der Instruktion 117. Anschließend bewirkt die Instruktion 118, daß das Schneidwerkzeug zur Ausgangsposition zurückgeführt wird, und die Instruktion 119 beendet die Drehung der Spindel 20.

Wenn der Vorschubwert X₁ für den ersten Schritt N=1 größer ist als die gesamte Bearbeitungstiefe, wird das Ergebnis der Instruktion 107 zu "Ja", die Instruktionen 108 bis 115 werden übersprungen und die Instruktionen 117-119 mit Vorrang ausgeführt.

Entsprechend dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann selbst eine im Bohren ungeübte Person die Vorschubdaten entsprechend dem Durchmesser D des Bohrers 22 und/oder des Materials des verwendeten Werkstücks auf einen optimalen Wert einstellen. Beim Bohrvorgang kann daher die Anzahl der Vorschubschritte N auf einen geeigneten Wert herabgesetzt werden. Anders ausgedrückt, das Bohren kann mit hohem Wirkungsgrad erfolgen.

Neben dem bisher beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel im Hinblick auf das Bohren, sind vielfältige Modifikationen möglich. Beispielsweise können die Vorschubwerte auch nur entsprechend dem Materialkoeffizienten des Werkstücks berechnet werden, obwohl es vorteilhaft ist, daß im variablen Faktor der Durchmesser D des Schneidwerkzeugs berücksichtigt wird. In dieser Hinsicht ist es notwendig, im Teil 70 des Speichers 60 einen Standardwert für die Bohrvorschubskonstante zu speichern. Dann übernimmt der Standardwert für die Bohrvorschubskonstante die Rolle des Durchmessers D des Schneidwerkzeugs, der gewöhnlich bei der Ausführung der Instruktion 110 eingegeben worden wäre. Dementsprechend wäre der erste Vorschubwert X₁, der durch Ausführung von der Instruktion 106 erhalten wird, gleich dem Standardwert für die Bohrvorschubskonstante mal der ersten Vorschubskonstante (5,0) für den ersten Schritt N=1 mal dem Materialkoeffizienten des Werkstücks (2,0). Es ist daher selbstverständlich vorzuziehen, den Standardwert für die Vorschubkonstante nicht zu verwenden und stattdessen den tatsächlichen Durchmesser D des Schneidwerkzeugs zu ermitteln und einzusetzen.

Es ist weiterhin möglich, die vorliegende Erfindung einzusetzen, ohne von dem Materialkoeffizienten des Werkstücks Gebrauch zu machen. In einem derartigen Fall kann der Materialkoeffizient für das Werkstück auf den Wert 1,0 gesetzt werden, so daß er bei der Berechnung der Vorschubwerte X_N tatsächlich keine Rolle spielt. Der Vorschubwert X_N ist dann nur eine Funktion des Durchmessers D des Schneidwerkzeugs und der entsprechenden konstanten Werte, die in Fig. 4 für den jeweiligen ausgeführten Schritt N dargestellt sind.

Fig. 11 zeigt ein Flußdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Im Flußdiagramm von Fig. 11 wird eine Gewindeschneidoperation in einem Bohrloch durchgeführt, statt des Bohrvorgangs, der Fig. 10 zugrundeliegt. Die Instruktionen, die bei der Gewindeschneidoperation durchgeführt werden, sind ähnlich denen, die beim Bohren vorkommen. In dieser Hinsicht sind die Instruktionen 201 bis 210 identisch mit den Instruktionen 101 bis 110. In der Instruktion 211 wird jedoch die (Haupt-)Spindel 20 in einer Richtung gedreht, die entgegengesetzt ist zur Schneidrichtung, um die Gewindenuten nicht zu zerstören, die auf der inneren Oberfläche des Werkstücks erzeugt wurden.

Außerdem ist bei einer Gewindeschneidoperation die Menge der ausgeworfenen Späne relativ klein. Das Schneidwerkzeug wird daher nur um eine kleine Distanz l_T aus dem Werkstück herausgezogen, beispielsweise die kleine Distanz l_T, die in Fig. 6 dargestellt ist. Bei diesem Herausziehen des Schneidwerkzeugs über die kleine Distanz l_T bleibt das Schneidwerkzeug tatsächlich innerhalb des Werkstücks. Die Instruktion 212 nimmt die normale Drehung wieder auf. Zusätzlich erfordert die Instruktion 218, daß zu einem Ausgangspunkt mit umgekehrter Drehrichtung der Spindel 20 zurückgekehrt wird. Abgesehen von diesen Unterschieden, sind die Instruktionen 213 bis 219 im wesentlichen identisch mit den Instruktionen 113 bis 119 von Fig. 10.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 bringt Vorteile, da die Vorschubwerte auf den für den Durchmesser der Gewindebohrung am besten geeignete Wert eingestellt werden können und da die Anzahl der Vorschubwerte N auf einen geeigneten Wert herabgesetzt werden kann, so daß die Gewindeschneidoperation schnell und mit hohem Wirkungsgrad ausführbar ist.

Wie im oben erläuterten Fall eines Bohrvorgangs, kann auch eine Gewindeschneidoperation entweder nur mit einer Variablen des Gewindeschneiddurchmessers und/oder nur mit einer Variablen des Materialkoeffizienten des Werkstücks durchgeführt werden. Wenn nur der Gewindeschneiddurchmesser variabel ist, kann der Materialkoeffizient des Werkstücks auf den Wert 1,0 gesetzt werden. Wenn nur der Materialkoeffizient des Werkstücks variabel ist, kann anstelle der Variablen des Durchmessers des Gewindeschneidwerkzeugs eine Standard-Gewindeschneidvorschubkonstante in Teil 72 des RAM 60 gespeichert werden.

Zusammengefaßt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Werkzeugmaschine 10 zur Bearbeitung des Werkstücks, in dem ein Schneidewerkzeug, beispielsweise ein Bohrer 22 oder ein Gewindebohrer in einer Reihe von diskreten Schritten in ein Werkstück vorgeschoben wird. Die Werkzeugmaschine 10 enthält einen Datenspeicher 60, in dem mindestens ein erster konstanter Wert für jeden dieser Schritte N gespeichert ist. Ein weiterer verwendeter Berechnungsmechanismus spricht auf den Wert eines variablen Faktors an, der die Wirkungsweise des Schneidewerkzeugs beeinflußt, beispielsweise der Durchmesser D des Schneidewerkzeugs oder ein Materialkoeffizient des Werkstücks, um für jeden der diskreten Schritte einen Vorschubwert zu berechnen, und zwar als Funktion der zugehörigen Konstante für diesen Wert und des Werts des variablen Faktors, nämlich des Durchmessers D des Schneidewerkzeugs oder des Materialkoeffizienten des Werkstücks. Schließlich wird ein Steuermechanismus verwendet, um das Schneidewerkzeug als Funktion der Vorschubwerte X_N für eine Vielzahl dieser Schritte in das Werkzeug vorzuschieben und nach Beendigung des Vorschubs für einen Schritt N mindestens teilweise wieder herauszuziehen; anschließend bewirkt der Steuermechanismus, daß das Schneidewerkzeug als Funktion des Vorschubswerts X_N des nächsten Schrittes N wieder in das Werkstück eingeführt wird.

Fig. 12 zeigt als Beispiel eine Vorderansicht des Rechners 32. Wie oben erwähnt, weist der Rechner 32 eine Tastatur 36 auf. Der Rechner 32 enthält weiterhin eine Kathodenstrahlröhre (Bildschirm) 316. Der Rechner 32 steuert die Anzeige auf dem Bildschirm 316; außerdem enthält er eine Taste 341 für einen Editierbetriebszustand, zehn numerische Tasten 342 und eine Einstelltaste 343.

Wenn die Taste 341 für den Programmeditierbetrieb (Editierbetriebszustand) auf der Tastatur 36 gedrückt wird, erscheint beispielsweise auf dem Bildschirm 316 die in Fig. 13 wiedergegebene Anzeige. Diese Anzeige kann z. B. sieben (7) Menüs enthalten, wobei die verschiedenen Zahlen in jedem dieser Menüs auf Blinken eingestellt sein können. Für den Fall, daß die gesamte Bearbeitungsoperation durchgeführt werden soll, wie es durch einen Cursor (Positionsanzeiger) 316a verlangt wird, sollten die Bearbeitungsdaten entsprechend dem Menü Nr. 1 eingegeben werden. Deshalb wird die Taste 1 von den zehn numerischen Tasten 342 sowie die Einstelltaste 343 gedrückt, um in den Eingabemodus für die Bearbeitungsdaten zu gelangen. Man erhält daraufhin auf dem Bildschirm 316 die in Fig. 14 dargestellte Anzeige, und der Cursor 316a verlangt die Eingabe einer Programmnummer. Wenn eine Programmnummer, z. B. 1000 ausgewählt ist, wird diese Nummer mit Hilfe der zehn numerischen Tasten 342 und der Einstelltaste 343 eingegeben. Die Programmnummer wird dann in das Gebiet der Programmanzeige verschoben, wie es in Fig. 15 dargestellt ist und Eingabedaten zur Bestimmung des Ursprungs des X-Werts verlangt. Wenn dieser bekannt ist, wird er eingegeben. Ist der X-Wert jedoch nicht bekannt, so wird die Einstelltaste 343 gedrückt. Im nächsten Schritt wird verlangt, den Ursprung für den Y-Wert der Bearbeitungsoperation einzugeben. Es wird deshalb in ähnlicher Weise die Einstelltaste 343 gedrückt, worauf sich das Bild auf dem Bildschirm 316 zu dem in Fig. 16 gezeigten Format ändert. Unter dieser Bedingung verlangt die Anzeige 316, daß die Anzahl der verwendeten Werkstücke eingegeben wird. Wenn diese Anzahl gleich 1 ist, wird die Ziffer "1" mit Hilfe der numerischen Tasten 342 eingegeben und anschließend die Einstelltaste 343 gedrückt. Ist die Anzahl der Werkstücke größer als eins (beispielsweise sind bis zu vier erlaubt), so wird für jedes Werkstück eine Eingabe verlangt.

Anschließend ändert sich die Anzeige auf dem Bildschirm 316 entsprechend Fig. 17, wo die Art des verwendeten Materials des Werkstücks eingegeben werden muß. Handelt es sich bei dem Material um S45C, so wird die Ziffer "1" aus dem Menü ausgewählt, das im unteren Teil der Anzeige auf Bildschirm 316 wiedergegeben ist und mit Hilfe der zehn numerischen Tasten 342 eingegeben; anschließend wird wieder die Einstelltaste 343 gedrückt.

Daraufhin ändert sich die Anzeige auf dem Bildschirm 316 zu dem in Fig. 18 gezeigten Format. Die Anzeige entsprechend Fig. 18 verlangt die Eingabe der Art der Bearbeitung, die in der ersten Operation erforderlich ist. Für den Fall, daß in der ersten Operation ein Loch zu bohren ist, wird also die Ziffer "2" eingegeben und anschließend die Einstelltaste 343 gedrückt. Das hat zur Folge, daß die Anzeige auf dem Bildschirm 316 das in Fig. 19 gezeigte Format annimmt. In dem Format von Fig. 19 verlangt der Cursor 316a die Eingabe des Lochdurchmessers. In dem oben erläuterten Beispiel mit einem Lochdurchmesser von 4 mm wird daher mit Hilfe der zehn numerischen Tasten 342 der Wert 4,0 eingegeben und wieder die Einstelltaste 343 gedrückt.

Nun kann die Operation durchgeführt werden, die Löcher mit einem Durchmesser von 4,0 mm bohrt. In der Praxis sollten jedoch die folgenden zusätzlichen Daten eingegeben werden:

Eine Angabe der Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche; eine Angabe des Bearbeitungsmusters, z. B. daß das Bohren längs eines Umfangs durchgeführt werden soll oder längs der vier Seiten eines Rechtecks oder in einer geraden Linie sowie die Abstände und Winkel des Musters; eine Angabe bezüglich der vertikalen Achse (Z-Achse), ob das Muster ein Durchgangsloch oder ein Sackloch ist; eine Angabe der gesamten Bearbeitungstiefe (z. B. 85 mm entsprechend dem oben erläuterten Beispiel); eine Angabe der Höhe des Werkstücks; und eine Angabe der Rückführhöhe.

Nachdem das Bohrprogramm entsprechend der obigen Beschreibung aufgestellt wurde, kann das Bohren gemäß den in Fig. 10 und 11 gezeigten Flußdiagrammen durchgeführt werden.

Die einzugebenden Dimensionen sind Endwerte. Für den Fall, daß die Bearbeitung auf einer gewöhnlichen, konventionellen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine (NC) durchgeführt werden soll, ist es deshalb notwendig, daß das Programm die Daten über die Lager erhält, in die das Werkstück bewegt werden soll, sowie über die Geschwindigkeit der Bewegung des Werkstücks der zu verwendenden Werkzeuge, der Geschwindigkeit der Spindel usw; diese Daten müssen dann in NC-Sprache umgesetzt werden und in das Programm der NC-Werkzeugmaschine eingebaut werden. Der NC-Programmierer derartiger konventioneller Systeme muß sich deshalb auf dem Gebiet der Bearbeitungstechniken und der NC-Sprache auskennen.

In einer Werkzeugmaschine 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch keine NC-Sprache verwendet, und die Eingabe der Bearbeitungsbedingungen und ähnlicher Daten ist von dem Programmeditiervorgang getrennt, der oben anhand der Fig. 13 bis 19 beschrieben wurde. Zum Zeitpunkt, in dem eine derartige Programmierung durchgeführt wird, kann daher jede Person, die eine technische Zeichnung richtig lesen kann, das Programmeditieren durchführen. Alles, was von dem Programmierer verlangt wird, besteht darin, der Reihe nach die endgültige Bearbeitungsoperation und die relevanten Dimensionen entsprechend den auf dem Bildschirm angezeigten Fragen einzugeben. Die Programmierung durch die Bedienungsperson der Werkzeugmaschine kann daher mit Leichtigkeit erfolgen. Die Reihenfolge der Verwendung von Werkzeugen, die Bearbeitungsbedingungen, die Auswahl von Werkzeugen u. ä. für den Bearbeitungsvorgang können getrennt als Daten für die Werkzeugmaschine 10 eingegeben werden. Außerdem können die Daten für die Programme modifiziert werden, so daß sie als Teile des Programms gespeichert sind.

Claims

1. Werkzeugmaschine mit
- einer Speichervorrichtung (50, 60) zur Speicherung
- - einer Konstanten, die vom jeweiligen Arbeitsvorgang abhängig ist, aber für alle Vorschubschritte des jeweiligen Arbeitsvorgangs konstant ist und
- - einer Vorschubkonstanten für jeden der einzelnen Vorschubschritte des jeweiligen Arbeitsvorganges,
- einer Recheneinrichtung (32, 52, 76), die die Konstante für den jeweiligen Arbeitsvorgang und die Vorschubkonstante für den nächsten Vorschubschritt des jeweiligen Arbeitsvorganges aus der Speichervorrichtung (50, 60) ausliest und miteinander multiplikativ verknüpft, um so die Größe des jeweils nächsten Vorschubschrittes zu errechnen,
- einer Steuereinrichtung (54),
- - die für jeden Arbeitsvorgang jeweils ein Schneidwerkzeug in einer Reihe von diskreten Vorschubschritten in ein Werkstück einführt,
- - die das Schneidwerkzeug nach Beendigung des jeweils aktuellen Vorschubschrittes zur Entfernung der Späne um einen von der Steuervorrichtung (54) erzeugten Rückzugweg (l_T) zurückzieht, und
- - die daraufhin im nächsten Vorschubschritt das Schneidwerkzeug wieder in das Werkstück einführt, wobei die durch die Recheneinrichtung (32, 52, 76) errechnete Größe des nächsten Vorschubschrittes um den Rückzugweg (l_T) erhöht ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante, die vom jeweiligen Arbeitsvorgang abhängig ist, vom Durchmesser des Schneidwerkzeuges gebildet wird.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante, die vom jeweiligen Arbeitsvorgang abhängig ist, ein Materialkoeffizient des Werkstückes ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialkoeffizienten verschiedener Werkstücke in der Speichervorrichtung (50, 60) gespeichert sind.

5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug ein Bohrer (22) ist.

6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug ein Gewindebohrer ist.