DE3534178A1

DE3534178A1 - Verfahren zum betreiben einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3534178A1
Application number: DE19853534178
Authority: DE
Inventors: Haruo Komatsu Ishikawa Maeda; Yoshihiro Tsukiji
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1985-09-25
Publication date: 1986-04-03
Also published as: US4664570A; JPS6179508A; KR860002744A

Description

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER · ^;Komat:sÜ§

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER NUMERISCH GESTEUERTEN WERKZEUGMASCHINE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Herkömmliche Universal-Werkzeugmaschinen gestatten die Bearbeitung von vier Oberflächen des Werkstücks. Wenn man eine solche Werkzeugmaschine derart abwandelt, daß die Orientierung entweder der Spindel (bzw. des an dieser befestigten Werkzeugs) oder des Werkstücks um 90° geändert werden kann, so erhält man eine vielseitiger einsetzbare Werkzeugmaschine, die die Bearbeitung von fünf verschiedenen Oberflächen des Werkstücks gestattet.

Für eine derartige modifizierte Werkzeugmaschine sind zwei Grundkonfigurationen vorgeschlagen worden, die sich hinsichtlich der Anordnung der Achse unterscheiden, die die 90°-Schwenkbewegung ermöglicht. Bei einer dieser Bauformen weist der Werkstück-Tisch eine übliche Konstruktion auf und die Drehachse des Tisches ist parallel zu einer der drei Achsen des rechtwinkligen Koordinatensystems. Bei der anderen Grundkonfiguration weist der Tisch eine zusätzliche Drehachse auf, die um 45° zu einer Ebene des rechtwinkligen Koordinatensystems geneigt ist, so daß der Tisch neigungsverstellbar ist.

Die Bauform mit herkömmlichem Werkstück-Tisch ermöglicht eine einfachere Konstruktion. Da ferner bei dieser Bauform die Drehachse des Werkzeugs stufenlos innerhalb des Schwenkbereichs von 90° einstellbar ist, können nicht nur die fünf zu den Koordinatenebenen parallelen Oberflächen des Werkstücks, sondern auch geneigte Oberflächen des Werkstücks bearbeitet werden. Diesen Vorteilen steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß die gesamte Vorriehtung sehr große Abmessungen aufweist, da die Spindel mit

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Komatsu

3534

— 5 —

dem Werkzeug oder das Werkstück im Zuge der Schwenkbewegung um 90° über verhältnismäßig große Entfernungen bewegt werden muß.

Eine Werkzeugmaschine mit neigungsverstellbarem Tisch wird beispielsweise in der britischen Patentanmeldung 2 023 027A beschrieben. Diese Bauform ermöglicht eine vorteilhafte kompakte Konstruktion/ da die Spindel {das Werkzeug) oder das Werkstück um seine eigene geneigte Achse drehbar ist. Diese geneigte Anordnung der Achse erfordert jedoch trotz der geringen Abmessungen eine verhältnismäßig komplexe und komplizierte Konstruktion. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei dieser Bauform allgemein - so auch im Fall der oben genannten britischen Patentanmeldung - das Werkstück bei der 90°- Schwenkbewegung in Bezug auf die Werkzeugmaschine nur die beiden Extremstellungen und keine Zwischenstellung einnehmen kann. Bei Werkzeugmaschinen dieser Art ist daher bisher keine Bearbeitung geneigter Werkstückober-

20 flächen möglich.

25

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Werkstück unter einem beliebigen gewünschten Winkel bearbeitet werden kann und bei dem insbesondere auch die Bearbeitung kegelförmiger Werkstücke möglich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Diese Weiterbildungen gestatten es, in vorgegebenen Positionen auf einer geneigten Qber-5 fläche des Werkstücks ein oder mehrere Bohrungen herzu-

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stellen, die rechtwinklig zur Werkstückoberfläche verlaufen. Zur Festlegung der Position der einzelnen Bohrungen brauchen lediglich die Koordinaten dieser Bohrungen in Bezug auf die geneigte Oberfläche des Werkstücks bekannt zu sein.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht einer bevorzugten Bauform einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und ein Diagramm einer zugehörigen numeri

schen Steuerung;

Fig. 2 bis 8 sind Diagramme zur Erläuterung der

Arbeitsweise der in Figur 1 gezeigten Werkzeugmaschine bei der Durch

führung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 9 veranschaulicht die Herstellung einer Bohrung in einem Werkstück nach einem

erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe der in Figur 1 gezeigten Werkzeugmaschine;

Fig. 10 ist eine Ansicht in Richtung des

Pfeiles X in Figur 9;

Fig. 11 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der räumlichen Beziehung zwischen Bohrungen, die nach dem erfindungsgemäßen

Verfahren in ein Werkstück eingebohrt werden;

" ORDINAL

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3dok ι

— "7 —

Fig. 12 zeigt ein Beispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bearbeitenden Werkstücks in der Draufsicht;
5

Fig. 13 ist eine verkleinerte, teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Werkstücks gemäß Figur 12 und eines Werkstücktisches, auf den das Werkstück aufgespannt ist, in Richtung

des Pfeils XIII in Figur 12;

Fig. 14 ist eine Ansicht in Richtung des

Pfeils XIV in Figur 12; 15

Fig. 15 ist eine Ansicht des Werkstücks und des Werkstücktisches in Richtung des Pfeils XV in Figur 12;

Fig. 16 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Werkstücks gemäß Figur 12, in Richtung des Pfeils XVI in Figur 12 gesehen;

Fig. 17 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 bei'der Herstellung der zwei Bohrungen in dem in Figuren 12 bis 16 gezeigten Werkstück nach dem erfindungsgemäßen Ver

fahren;

Fig. 18 und 19 sind perspektivische Ansichten weiterer Beispiele von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bearbeiten

den Werkstücken.

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Korncitsu

20 25 30 35

In Figur 1 ist ein typisches Beispiel einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine dargestellt, die für die Duchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Werkzeugmaschine weist ein Maschinenbett 1 auf, auf dem ein Schlitten 2 derart montiert ist, daß er gleitend längs einer waagerechten x-Achse senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1 verschiebbar ist. Ein x-Achsen-Vorschubmotor Mx für das Werkzeug dient zum Verschieben des Schlittens 2 längs der x-Achse. Eine Säule 3 ist auf dem Schlitten 2 montiert und gleitend entlang einer z-Achse verschiebbar, die waagerecht, rechtwinklig zu der X-Achse verläuft. Die Säule wird durch einen ζ-Achsen-Vorschubmotor Mz für das Werkzeug angetrieben. An der Säule 3 ist ein weiterer Schlitten oder ein Spindelhalter 4 montiert, durch den eine Spindel 5 drehbar gehalten wird. Der Spindelhalter ist in Bezug auf die Säule 3 in Richtung einer senkrechten y-Achse beweglich, die mit den x- und z-Achsen einen rechten Winkel bildet. Der Schlittenhalter wird durch einen y-Achsen-Vorschubmotor My für das Werkzeug angetrieben. An der Spindel 5 ist in üblicher Weise ein waagerecht vorspringendes Schneidwerkzeug 6 lösbar montiert, das eine beliebige gewünschte Form aufweisen kann. Die Spindel 5 und somit das an dieser befestigte Werkzeug 6 werden durch einen Werkzeug-Antriebsmotor Ms in Drehung versetzt. Die Drehachse der Spindel 5 und des Werkzeugs 6 verläuft parallel zu der z-Achse.

Zu der Werkzeugmaschine gehört ferner ein Tischsockel 7, der derart in Bezug auf das Maschinenbett 1 angeordnet ist, daß die auf dem letzteren montierte Säule 3 bei der Bewegung längs der z-Achse auf den Tischsockel zu und von diesem weg beweglich ist. Auf dem Tischsockel 7 ist ein Tischhalter 8 in geneigter Stellung montiert. Der Tischhalter 8 ist um eine Achse A drehbar, die mit

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ο ς ~ /

O »J ^- ~ί

den y- und z-Achsen jeweils einen Winkel von 45° bildet. Durch einen Tischhalter-Antriebsmotor Ma wird die Drehbewegung des Tischhalters 8 gesteuert. Ein von dem Tischhalter 8 vorspringender Haltearm 9 trägt einen Tisch 10, der um eine Achse B in Bezug auf den Haltearm drehbar ist. Die Achse B bildet mit der Achse A einen Winkel von 45°. Ein Tisch-Antriebsmotor Mb ist in geeigneter Weise mit dem Tisch 10 verbunden und bewirkt die gesteuerte Drehung des Tisches. Die Achse B des Tisches 10 verläuft senkrecht, also parallel zu der y-Achse, wenn sich der Tisch in waagerechter Stellung befindet, wie in Figur 1 durch durchgezogene Linien dargestellt ist. Wenn sich der Tisch 10 dagegen in senkrechter Stellung befindet, wie in Figur 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, so verläuft die Achse B waagerecht, parallel zu der z-Achse.

Ein NC-Steuersystem oder Steuergerät 11 weist Ausgänge auf, die mit den Antriebsmotoren Mx, Mz und My, dem Werkzeug-Antriebsmotor Ms, dem Tischhalter-Antriebsmotor Ma und dem Tisch-Antriebsmotor Mb verbunden sind. Wenn mit der Werkzeugmaschine ein Werkstück nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden soll, so müssen die folgenden Daten in numerisch kodierter Form in das NC-Steuersystem 11 eingegeben werden:

1. Der Neigungswinkel θ eines auf dem Tisch 10 aufgespannten Werkstücks (das in Figur 1 nicht gezeigt ist) in Bezug auf die Achse B.

2. Der Abstand h zwischen dem Schnittpunkt O der Achsen A und B und dem Schnittpunkt der Drehachse der Spindel 5 (und des Schneidwerkzeugs 6) und der Achse B, wenn das

Werkzeug in seiner Arbeitsposition an der zu bearbeiten-5 den geneigten Fläche des Werkstücks auf dem Tisch 10

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3!~ ^. / Λ —ι

- 10 -

gehalten wird und rechtwinklig zu der geneigten Fläche ausgerichtet ist.

3. Der Abstand 1 zwischen der geneigten Werkstückoberfläche und einer parallel zu dieser Oberfläche verlaufenden Ebene, die den Schnittpunkt O der Achsen A und B enthält.

Die Werte der oben angegebenen Parameter Θ, h und 1 sind von dem jeweils durchzuführenden speziellen Bearbeitungsvorgang abhängig. Das Steuersystem 11 liest diese kodierten Informationen und wandelt sie in einer durch das erfindungsgemäße Verfahren vorgegebenen Weise in Werkzeugmaschinen-Befehle zur Steuerung der einzelnen Motoren Mx, Mz, My, Ms, Ma und Mb um.

Bei der nachfolgenden Erläuterung des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens werden ferner die folgenden Symbole benutzt, die in Figur 2 veranschaulicht sind: 20

P = der geometrische Mittelpunkt der oberen Oberfläche des Tisches 10;

Q = die Position des Mittelpunkts P des Tisches, wenn die Achse B senkrecht ausgerichtet ist,

wie in Figuren 1 und 2 durch durchgezogene Linien dargestellt ist;

R = die Position des Tisch-Mittelpunkts P, wenn der Tisch 10 durch Drehung des Tischhalters

8 um 180° um die Achse A in die in Figuren 1 und 2 durch gestrichelte Linien dargestellte Position überführt wurde.

Es soll zunächst angenommen werden, daß die Strecke OP

ORIGINAL

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dem oben definierten Abstand h entspricht, wie in Figur 2 dargestellt ist. Während der Drehung des Tischhalters 8 um die Achse A bewegt sich der Mittelpunkt P des Tisches 10 auf dem Umfang der kreisförmigen Grundfläche eines gedachten Kegels, der seinen Scheitel im Punkt O hat, einen Scheitenwinkel von 90° aufweist und dessen Mantelfläche der geometrische Ort aller Radiusvektoren OP ist. Der Mittelpunkt der Grundfläche dieses Kegels ist mit a bezeichnet. Die Drehung des Tischhalters 8 um die Achse A entspricht einer Drehung des Radiusvektors aP um die Achse A.

Unter Bezugnahme auf Figuren 3 und 4 sollen die Ortskoordinaten P(x, y, z) des Tisch-Mittelpunkts P in einem ortsfesten Koordinatensystem mit Achsen x, y, ζ hergeleitet werden, wenn der Tischhalter 8 um einen Winkel <* um die Achse A gedreht wird. Die Projektion P" des Punktes P auf die durch den Schnittpunkt 0 verlaufende x-y - Ebene (Bezugsebene) kann geschrieben werden als p¹ (x, y, O). Die Koordinaten x, y und ζ können definiert werden als:

χ = aP sincC = yY" sin cc (1)

Υ = T ⁺ Jf w-cosol) = — (1 + cosoL) (2)

ζ = 1 (=. - -. cosoL) = 2" Π - coso.) (3)

Wenn nun die Strecke ÖP mit der Bezugsebene den Winkel θ bildet, so ergibt sich aus dem Dreieck OPP' (tatsächlicher Winkel Θ):

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- 12 -

sin θ = == = I (1 - cosoO/h = ~ (1 - cosci) (4)

cos<i =1-2 sin θ (4 ')

cos"¹ (1-2 sin Θ) (5)

Wenn der Tischhalter 8 um den Winkel <* um die Achse A gedreht wird, erreicht somit der Mittelpunkt des Tisches 10 die Position P (x, y, ζ) , deren Koordinaten durch die Gleichungen (1), (2) und (3) gegeben sind, und die Strecke OP bildet mit der Bezugsebene den Winkel θ. Wenn auf den Tisch 10 ein kegelförmiges Werkstück aufgespannt ist, dessen Scheitel im Ursprung 0 des Koordinatensystems liegt und dessen Scheitelwinkel den Wert 29 hat, so berührt die kegelförmige Mantelfläche des Werkstücks die x- y-Ebene längs der Linie OP¹. Es soll nunmehr ein anderes rechtwinkliges Koordinatensystem eingeführt werden, dessen Y-Achse längs der Geraden OP' und dessen X-Achse rechtwinklig zu dieser verläuft, wie in Figur 4 gezeigt ist. Es zeigt sich, daß die konische Oberfläche des Werkstücks mit einem Scheitelwinkel von 29 .Gearbeitet werden kann, indem man die Spitze des an der Spindel 5 montierten Werkzeugs 6 längs der Geraden OP¹ bewegt. Der Punkt P¹ kann somit geschrieben werden als P¹(x, y, 0), der wie folgt definiert ist

x = =. since (D

Y = I (1 + cosoO (2)

z=0. (3)

Bei den obigen Überlegungen wurde angenommen, daß h der Abstand zwischen den Punkten 0 und P ist und der 5 Punkt P ferner der Mittelpunkt der oberen Oberfläche

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O C O /, -

- 13 -

des Tisches 10 ist. Sämtliche Ergebnisse sind jedoch auch gültig/ wenn sich der Punkt P in einer beliebigen Position auf der Achse B befindet, um die der Tisch 10 drehbar ist, wie in Figur 5 veranschaulicht ist. 5

Wie ferner aus Figur 6 ersichtlich ist, kann die in Figur 1 gezeigte Werkzeugmaschine nicht nur zum Schneiden der konischen Oberfläche mit einem Scheitelwinkel von 2Θ, sondern auch zur Bearbeitung einer geneigten Oberfläche verwendet werden, die um den Abstand 1 in Richtung der z-Achse versetzt ist. Das Werkzeug 6 wird in diesem Fall um den Abstand 1 in z-Richtung gegenüber der x- y-Ebene zurückgezogen.

Nachfolgend soll eine Drehung um die Achse B untersucht werden, die es gestattet, mit Hilfe der Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 eine geneigte ebene Oberfläche eines Werkstücks auf dem Tisch 10 zu bearbeiten. Figur 7 veranschaulicht die Bewegung eines in Bezug auf den Tisch 10 festen Koordinatensystems u,v und w bei der Drehung des Tischhalters 8 um 180° um die Achse A, bei der der Mittelpunkt P des Tisches 10 aus der Position Q in die Position R überführt wird, wobei der Tisch gegen eine Drehung um die Achse B gesichert ist. Die Koordinatenachsen u und ν sind parallel zur Ebene des Tisches und schneiden einander im Punkt P, und die Achse W steht senkrecht auf der Ebene des Tisches. Es soll angenommen werden, daß der Tisch 10 wie oben um die Achse A gedreht wird, wobei der Punkt P mit der Spitze der Spindel 5 in Berührung gehalten wird, und es soll die Drehung der Projektion der zur z-Achse parallelen Spindelachse auf die u- v-Ebene untersucht werden. Eine Analyse der Drehung des Tisch-Mittelpunkts P von Q nach R bei fester z-Achse ist äquivalent zu einer Analyse 5 der Drehung der z-Achse bei festen u-, v- und w-Achsen,

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20

- 14 -

d.h., zu einer Analyse der Drehung der Spindel 5 in Bezug auf den Tisch 10 oder der Bewegung der z-Achse in Bezug auf das Koordinatensystem u, ν und w.

Entsprechend ist in Figur 8 die zur z-Achse parallele Spindelachse durch einen Richtungsvektor PS dargestellt und der Punkt S bewegt sich von L nach M, d.h., der Punkt S bewegt sich auf der konischen Oberfläche, die ihren Scheitel in P hat, einen Scheitelwinkel von aufweist und einen Radiusvektor PL hat. Wenn die Projektion des Punktes S auf die u- v-Ebene mit S¹ und der bei P gebildete Winkel des Dreiecks LPS¹ mit (3 bezeichnet wird, so ist ρ der gesuchte Winkel. Für Bearbeitungsvorgänge auf der gewünschten ebenen geneigten Oberfläche des Werkstücks ist es nicht ausreichend, den Tischhalter 8 um den Winkel öl um die Achse A zu drehen und das Werkzeug 6 in Bezug auf das neue Koordinatensystem X und Y zu positionieren, da bei dieser Bewegung der Tisch 10 um den Winkel β gedreht wurde.

Dieser Mangel kann jedoch behoben werden, indem man den Tisch 10 um den erforderlichen Winkel/5 dreht. Dieser Winkel, der sich aus der Projektion des 90"-Kegels auf die u-v-Ebene ermitteln läßt, ist der Winkel QOP¹ in Figur 4 und stimmt mit dem Winkel zwischen den Koordinatensystemen X/ y und X, Y überein. Es gilt daher die Beziehung

tan /S = | =

h sin Q^

fr

^sin

h (1 + cos ) 1 + cosd

35

Mit den Gleichungen (1), (2), (3), (4) und (7) wurden nunmehr sämtliche Informationen hergeleitet, die zum Bearbeiten geneigter Flächen mit der in Figur 1 gezeigten Werkzeugmaschine benötigt werden. Um diese Gleichungen nach θ umzuschreiben, kann die Beziehung

OHiGlNAL fNSPECTiD

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£omatsu

O O ο -4 > / w¹

-

=1-2 sin θ wie folgt in die Gleichung

sin οί.

-f-

eingesetzt werden:

sinoi. = Ji - (1 - 2 sin Θ)

- 4 sin θ + 4 sin² Θ)

= y2sin θ (1 - sin Θ)

15 Einsetzen von Gleichungen (4¹) und (8) in die Gleichungen (1), (2), (3) und (7) ergibt:

χ = Ji sinOC =/2 · h/sin θ (1 - sin Θ)

= h -/2 sin θ (1 - sin Θ)

y = ~ (1 + coscO = § (1 + 1 - 2 sin Θ)

= (1 - sin Θ)

ζ = I (1 - cosct) = I (1 - 1 + 2 sin Θ)

= h sin θ

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2 c; ->. £ " η ο

- 16 -

	-72	1	sin θ	(1 -	sin	^θ)- J	2 £	θ
i/i	—	A	1 -	sin θ		1	1 -
"V	(2-2	sin	θ)	*I 2*
ji = tan"¹	- sm	θ			sin θ
2		2		- sin
- sin	θ
sin θ

(12)

Gleichung (5) braucht nicht umgeschrieben zu werden. Es gilt also:

Ql = cos" (1-2 sin Θ)

Die vorstehenden Überlegungen werden beispielhaft in Figuren 9 bis 11 veranschaulicht. Die nachfolgenden Bewegungen des Tischhalters 8, des Tisches 10 und des Werkzeugs 6 werden benötigt, um in einer geneigten ebenen Oberfläche des Werkstücks eine Bohrung senkrecht zu dieser Oberfläche herzustellen, wie in Figuren 9 bis 11 gezeigt ist;

Drehwinkel des Tischhalters 8:

A₀ = oC = cos (1-2 sin Θ) .

Drehwinkel des Tisches 10:

.

B₀ =ß +χ= tan-¹y_l - 2 Bewegung des Werkzeugs in x-Richtung:

χ = h /2 sin θ (1 - sin Θ) .

Bewegung des Werkzeugs in y-Richtung:

y = h (1 - sin Θ).
35

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Bewegung des Werkzeugs in z-Richtung

Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf Figuren 12 bis 16 erläutert werden, wie bei einem auf den Tisch 10 aufgespannten Werkstück 12, das eine um den Winkel θ in Bezug auf die Achse B geneigte Oberfläche aufweist, zwei Bohrungen 13,14 in vorgegebenen unterschiedlichen Positionen in dieser Oberfläche hergestellt werden, deren Achsen rechtwinklig zu der geneigten Oberfläche verlaufen. Zum Herstellen der ersten Bohrung 13 werden die benötigten Parameter Θ, h, 1 und r bestimmt und in das Steuersystem 11 eingegeben. Dieses Steuersystem ist derart programmiert, daß es den Tischhalter 8 in die Position

— 1

Ao = cos (1-2 sin θ),
den Tisch 10 in die Position

^{Bo =}

ι - sm θ *

und die Spitze des Werkzeugs β auf die Position

χ = h y2 sin θ (1 - sin θ) , y = h (1 - sin θ) ,

^z "
einstellt.

Die erste Bohrung 13 wird hergestellt, indem das Werkzeug 6 nach und nach längs der z-Achse vorgerückt wird.

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Zum Herstellen der zweiten Bohrung 14 muß die räumliche Beziehung (m,n) gemäß Figur 16 dieser Bohrung zu der ersten Bohrung 13 bekannt sein und in das NC-Steuersystem 11 eingegeben werden. Das Steuersystem ist derart programmiert, daß es die Spitze des Werkzeugs in eine Position verschiebt/ die gegenüber der Position (x, y) um den Abstand m in X-Richtung und um den Abstand η in Y-Richtung versetzt ist, wobei die X- und Y-Achsen ein Koordinatensystem bilden, das gemaß Figur 17 um den Winkel

ß ■»» 'Ι

T^GTS

gegenüber dem x-y - Koordinatensystem verdreht ist. Beim ., r Herstellen der zweiten Bohrung 14 wird das Werkzeug 6 nach und nach längs der z-Achse vorgerückt. Das gleiche Verfahren kann zum Herstellen von drei oder mehr Bohrungen wiederholt werden.

2Q Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, die im wesentlichen den in Figur 1 gezeigten Aufbau aufweist, zeichnet sich daher durch die folgenden Verfahrensschritte aus. In das NC-Steuersystem 11

2c werden kodierte Daten eingegeben, die die folgenden Parameter betreffen: den Neigungswinkel θ einer zu bearbeitenden Oberfläche des auf den Tisch aufgespannten Werkstücks in Bezug auf die Achse B des Tisches, den Abstand h zwischen dem Schnittpunkt 0 der Achsen A und

3Q B und dem Schnittpunkt der Achse B mit der Drehachse des senkrecht zu der zu bearbeitenden Oberfläche gegen das Werkstück gehaltenen VJerkzeugs und den Abstand 1 zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks und einer zu dieser Oberfläche parallelen Ebene durch den Schnittpunkt 0 der Achsen A und B. Das NC-Steuersystem

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wird derart programmiert, daß der Tisch aus der waagerech ten Stellung um den Winkel

-1

Ao = cos (1-2 sin Θ)

um die Achse A gedreht wird und das Werkzeug auf einen Punkt mit den Koordinaten

χ = h γ 2 sin θ (1 - sin θ) , Σ = h (1 - sin θ) ,

eingestellt wird. Das Werkstück wird bei dieser Stellung des Tisches und des Werkzeugs bearbeitet. Auf diese Weise kann eine konische Oberfläche des Werkstücks hergestellt oder bearbeitet werden.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Steuersystem 11 darüber hinaus derart programmiert, daß der Tisch um den Korrekturwinkel

Bo = tan ' _/ ·= =—: s - 2

I 1 - sxn θ

um die Achse B gedreht wird, wenn die zu bearbeitende Fläche des Werkstücks von der Drehung um die Achse A dem Werkzeug zugewandt war. Auf diese Weise kann in einer geneigten ebenen Oberfläche des Werkstücks in einer vorgegebenen Position eine Bohrung hergestellt werden, deren Achse rechtwinklig zu der Oberfläche des Werkstücks verläuft, wie in Figur 18 gezeigt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der geneigten Oberfläche des Werkstücks mehrere öffnungen in unterschiedlichen vor-

ORIGiNAL

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2ό3*+ ■ /δ

- 20 -

gegebenen Positionen hergestellt werden, wie beispielsweise in Figur 19 dargestellt ist. In diesem Fall werden in das NC-Steuersystem einer Werkzeugmaschine, die im wesentlichen den in Figur 1 gezeigten Aufbau aufweist, in Form von kodierten Daten die folgenden Parameter eingegeben: der Neigungswinkel θ einer zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks in Bezug auf die Achse B des das Werkstück tragenden Tisches, der Abstand h zwischen dem Schnittpunkt der Achsen A und B und dem Schnittpunkt der Achse B mit der Drehachse des Werkzeugs, das in einer der ersten Bohrung entsprechenden Position rechtwinklig zu der geneigten Oberfläche des Werkstücks gegen das Werkstück gehalten wird, der Abstand 1 zwischen der geneigten Oberfläche des Werkstück und einer zu dieser Oberfläche parallelen Ebene durch den Schnittpunkt O zwischen den Achsen A und B und die räumliche Beziehung (m, η), zwischen den in der geneigten Oberfläche des Werkstücks herzustellenden Bohrungen. Das Steuersystem wird derart programmiert, daß es den Tisch um den Winkel

Ao = cos" (1-2 sin Θ)

um die Achse A dreht und das Werkzeug auf einen durch die Koordinaten

χ = h J 2 sin θ (1 - sin Θ)

y_ = h (1 - sin Θ) 30

z=l

einstellt. Die erste Bohrung wird in der entsprechenden Position in der geneigten Oberfläche des Werkstücks 5 hergestellt. Anschließend wird die Steuereinrichtung

ORIGINAL iNSPSCTED

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- 21 -

derart programmiert, daß sie das Werkzeug auf einen anderen Punkt einstellt, der gegenüber dem Punkt (x, y) um die Werte m bzw. η längs X- und Y-Achsen versetzt ist, wobei das durch die X- und Y-Achsen gebildete Koordinatensystem um einen Winkel

^{= tan}

■7t-

5ΪΗΘ

in Bezug auf das durch die Achsen χ und y gebildete Koordinatensystem versetzt ist. Die zweite Bohrung wird in dieser Position des Werkzeugs in der geneigten Oberfläche des Werkstücks ausgebildet.

Claims

TER MEER-MULL E R- S TElN MEISTER PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister Dipr-lng. F. E. Müller Artur-Ladebeck-Strasse S1 Mauerkireherstr. 45 D-8000 MÜNCHEN 80 D-4SOO BIELEFELD 1 FP 85-25-Ger. St/Wi/sc K. K. KOMATSU SEISAKUSHO 3-6, Akasaka 2-chome, Minato-ku, Tokyo, Japan VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER NUMERISCH GESTEUERTEN WERKZEUGMASCHINE PRIORITÄT: 28. September 1984, Japan, Nr. 201988/1984 (P) PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Betreiben einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit einem an einer Spindel montierten Werkzeug, das entlang einer waagerechten x-Achse, einer senkrechten y-Achse und einer rechtwinklig zu den x- und y-Achsen verlaufenden waagerechten 7,-Achse vorschiebbar und mit der Spindel um eine zu der z-Achse parallele Achse drehbar ist, einem in Rieh-

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3 r ^ / λ η ο 0 J 4 : /0

tung der z-Achse vor dem Werkzeug angeordneten Tisch zur Aufnahme eines Werkstücks, welcher Tisch um eine um 4 5° zur Waagerechten geneigte feste Achse A und um seine eigene Achse B, die mit der festen Achse A einen Winkel von 45° einschließt, drehbar ist, und mit einer numerischen Steuereinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Werkzeugs längs der x- y- und z-Achsen und der Drehung des Tisches um die Achsen A und B, dadurch gekennzeichnet, daß in die numerische Steuereinrichtung in Form von kodierten Daten die folgenden Parameter eingegeben werden:

- der Neigungswinkel θ einer zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks in Bezug auf die Achse B,

- der Abstand h zwischen dem Schnittpunkt der Achsen A und B und dem Schnittpunkt der Achse B mit der Drehachse des Werkzeugs, wenn das Werkzeug rechtwinklig zu der zu bearbeitenden Oberfläche in der gewünschten Position gegen das Werkstück gehalten wirjd, und

- der Abstand 1 zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks und einer zu dieser Oberfläche parallelen Ebene durch den Schnittpunkt der Achsen A und B

und daß vor der Bearbeitung des Werkstücks der Tisch mit Hilfe der numerischen Steuereinrichtung um den Winkel

Ao = cos" (1-2 sin Θ)
30

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χ = h η/ 2 sin θ (1 - sin Θ)

y_ = h ( 1 - sin Θ) , und

eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß mit Hilfe der numerischen Steuerung der Tisch zusätzlich zu der Drehung um die Achse A um einen Korrekturwinkel

Bo = tan

-1

- 2

r 1 - sin θ
um die Achse B gedreht wird.

25 30

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem wenigstens zwei rechtwinklig zur Werkstückoberfläche verlaufende Bohrungen in vorgegebenen unterschiedlichen Positionen in der geneigten Oberfläche des Werkstücks hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in das numerische Steuersystem zusätzlich zu den Parametern Θ, h und 1 die Relativkoordinaten (m,n) der Positionen der Bohrungen in der geneigten Vierkstückoberf lache eingegeben werden und daß nach der Herstellung der ersten Bohrung das Werkzeug mit Hilfe der numerischen Steuereinrichtung um die Koordinatenwerte m und η in Richtung von X- und X-Achsen verstellt wird, welche X- und Y-Achsen gegenüber den x- und y-Achsen um den Winkel

Bo = tan

gedreht sind.

-1

1 - sin θ

- 2

35