DE4042514C2 - Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit automatischer Werkzeugwechseleinrichtung und einer Indexvorrichtung - Google Patents

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit automatischer Werkzeugwechseleinrichtung und einer Indexvorrichtung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerisch gesteuerte Werk­ zeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des An­ spruchs 4. Diese Werkzeugmaschine bearbeitet mehrere Oberflä­ chen eines Werkstückes aufeinanderfolgend, wobei ein Werkzeug in einem Werkzeugmagazin in Übereinstimmung mit einem Arbeits­ programm ausgetauscht wird. Die numerisch gesteuerte Werkzeug­ maschine weist eine Einrichtung zum Wechseln einer bearbeiteten Oberfläche, wie z. B. eine Indexvorrichtung, auf, die das Werk­ stück um eine zur Spindelachse senkrechte Achse dreht, um die bearbeitete Oberfläche zu wechseln.
Herkömmlicherweise bearbeiten Werkzeugmaschinen nacheinander mehrere Oberflächen eines Werkstückes, während ein Werkzeug in einem Werkzeugmagazin in Übereinstimmung mit einem Arbeitspro­ gramm gewechselt wird.
Eine derartige Maschine ist in der JP 63-123646 (≘ US 4,833,772, DE 37 35 384 A1) beschrieben. Bei dieser bekannten Werkzeugmaschine sind das Werkzeugmagazin und der Spindelkopf zusammen montiert.
Wenn ein Werkzeug ersetzt werden soll, wird der Kopf vertikal entlang einer Säule bewegt, um die Entfernung zwischen dem Werkstück und der Spitze des Werkzeuges zu ändern. Im Magazin werden verschiedene Werkzeuge mit unterschiedlichen Formen und Größen, wie z. B. Gewindebohrer, Bohrer und Räumer bereitgehal­ ten. Wenn die Werkzeuge ersetzt werden sollen, wird das Magazin gedreht, um das Werkzeug zu indizieren. Dann wird die Drehvor­ richtung betrieben, um einen Werkzeugtopf derart zu drehen, daß das Werkzeug für den nächsten Bearbeitungsschritt zum Werkzeug für den momentanen Bearbeitungsschritt ausgerichtet wird. An­ schließend wird ein Wechselarm betrieben, um die Werkzeuge aus­ zutauschen.
Wenn die Werkzeuge auf dieser Maschine ausgetauscht sind, wird der Spindelkopf auf der Säule zurück nach oben bewegt, um zu verhindern, daß sich das Werkzeug für den gegenwärtigen Bear­ beitungsprozeß und das Werkzeug für den nächsten Bearbeitungs­ prozeß gegenseitig stören und das Werkstück nicht eine periphe­ re Einrichtung behindert. Daher dauert es eine lange Zeit, vom gegenwärtigen Bearbeitungsprozeß zum nächsten Bearbeitungspro­ zeß zu kommen. Ferner wird das Werkstück während dieser Zeit nicht bearbeitet. Folglich kann die Bearbeitungseffizienz für das Werkstück nicht verbessert werden.
Falls das Werkzeugmagazin gemeinsam mit dem Spindelkopf mon­ tiert und die Werkzeugmaschine selbst miniaturisiert wird, kön­ nen die Werkzeuge nicht ohne größere Bewegungen ausgetauscht werden. Dies unterscheidet sich nicht von einer Maschine mit separatem Werkzeugmagazin oben auf der Säule. Dieser integrier­ te kleine Typ der Werkzeugmaschine weist daher nicht die beste Verwendungsfähigkeit auf.
Aus der US 4,628,441 ist eine numerisch gesteuerte Werkzeugma­ schine zu entnehmen, bei der ein drehbarer Rundtisch vorgesehen ist, auf dem das Werkstück angeordnet wird. Eine verfahrbare Spindel trägt ein Werkzeug, mit dem das Werkstück bearbeitet werden kann. Ein Kontrollsystem steuert die Bewegung sowohl des Rundtisches als auch der Spindel. Zur Bearbeitung des Werkstüc­ kes muß dies gedreht werden, so daß es eine Problematik von Kollisionen zwischen Werkzeug und Werkstück während der Drehung gibt.
Eine andere bei der Anmelderin vorhandene Werkzeugmaschine ist ebenfalls mit einer Indexvorrichtung ausgerüstet, und das Werk­ stück wird zum Bearbeiten auf einem Indextisch der Indexvor­ richtung positioniert. Da das Werkstück vom Indextisch gedreht werden kann, können verschiedene Oberflächen des Werkstückes bearbeitet werden. Wenn das Werkstück gedreht wird, um die zu bearbeitende Oberfläche zum Werkzeug auszurichten, nachdem eine Oberfläche bearbeitet worden ist, wird das Werkstück um den mi­ nimalen Winkel in die Position für den nächsten Bearbeitungs­ prozeß gedreht. Damit durchläuft das Werkstück die kürzeste Strecke. Diese Werkzeugmaschine weist jedoch die folgenden Pro­ bleme auf.
  • 1. Wenn das Werkstück die kürzeste Strecke durchläuft, muß der Spindelkopf der Werkzeugmaschine zurückgezogen werden, um zu verhindern, daß das Werkstück und die periphere Einrichtung das am Spindelkopf befestigte Werkzeug beeinflussen. Der zurückge­ zogene Spindelkopf wird unabhängig vom Bereich der Drehung in eine gegebene Position gebracht. Daher bewegt sich das am Ende des Spindelkopfes angebrachte Werkzeug erheblich. Folglich wird Bearbeitungszeit vergeudet.
  • 2. Wenn die absolute Winkelposition der als nächstes zu bear­ beitenden Oberfläche des Werkstückes angezeigt wird, ist die gegenwärtige Winkelposition des Werkstückes kaum bekannt. Daher weiß der Bediener häufig nicht, ob das Werkstück im oder entge­ gen dem Uhrzeigersinn gedreht werden sollte, so daß das Werk­ stück den kürzesten Weg für den nächsten Bearbeitungsprozeß nimmt. Entsprechend muß der Bediener den Spindelkopf zur Si­ cherheit zurückziehen, wenn das Werkstück gedreht wird, unab­ hängig davon, ob das Werkstück im oder entgegen dem Uhrzeiger­ sinn rotiert. Wenn jeder Schritt des Bearbeitungsprozesses im Einzelschritt- oder Testmodus manuell geprüft wird, kann der Spindelkopf in eine geeignete, nicht auf einem NC-Programm ba­ sierende Position verschoben werden, bevor das Werkstück durch die Indexvorrichtung gedreht wird. Der Spindelkopf muß an­ schließend derart bewegt werden, daß er das Werkstück oder an­ dere Komponenten unabhängig davon, ob das Werkstück im oder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, nicht stört, da die Richtung der nächsten Drehung nicht bekannt ist. Folglich wird Maschinenzeit vergeudet. Falls der Spindelkopf positioniert wird, nachdem die Drehrichtung des Werkstückes falsch festge­ legt worden ist, kann das Werkstück das Werkzeug stören und be­ schädigen.
  • 3. Wenn das Werkstück bearbeitet wird, während es derart ge­ steuert wird, daß es die kürzeste Strecke durchläuft, kann wäh­ rend der Operation in Abhängigkeit von der Art des Werkstückes, der Weise, wie das Werkstück an der Indexvorrichtung befestigt ist oder der Art der Indexvorrichtung ein Anschlag auftreten. Dann kann das Werkstück mit dem Maschinentisch kollidieren und diesen, ein Kabel auf der Indexvorrichtung oder andere Kompo­ nenten zerstören. Um diese Situationen zu verhindern, muß bei der Erstellung eines Bearbeitungsprogrammes ausreichend Vor­ sicht geübt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße numerisch ge­ steuerte Werkzeugmaschine (US 4,628,441) so weiterzuentwickeln, daß der Werkzeugwechsel mit geringstem Betriebsaufwand und zei­ toptimal durchgeführt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 4 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.
Wie in Fig. 1A dargestellt ist, umfaßt die Werkzeugmaschine ei­ nen Spindelkopf M3 zum Antreiben einer Spindel M2, die ein ge­ genwärtiges Werkzeug M1 für den gegenwärtigen Bearbeitungspro­ zeß zum Bearbeiten eines Werkstückes W trägt, ein Werkzeugmaga­ zin M5 zum Bereithalten mehrerer Werkzeuge T und zum Bewegen eines weiteren (nächsten) Werkzeuges M4 für den nächsten Bear­ beitungsprozeß, um das gegenwärtige Werkzeug M1 zu ersetzen, in eine gegebene indizierte Position P1, eine Vorbereitungsein­ richtung M6 für das nächste Werkzeug M4 zum Bewegen des nächsten Werkzeuges M4 von der indizierten Position P1 in Richtung des Werkstückes W und zum Plazieren des nächsten Werkzeuges M4 in eine Aufnahmeposition P2, einen Werkzeugwechselarm M7 zum Greifen des gegenwärtigen Werkzeuges M1 an einem Ende und des nächsten Werkzeuges M4 am anderen Ende und zum Drehen und Er­ setzen des gegenwärtigen Werkzeuges M1 durch das nächste Werk­ zeug M4, und eine Relativpositions-Änderungseinrichtung M8 zum Ändern der Entfernungen zwischen dem Spindelkopf M3, dem Werk­ zeugmagazin M5, dem Werkzeugwechselarm M7 und dem Werkstück W.
Die Werkzeugmaschine umfaßt ferner eine arithmetische Einrich­ tung M9 zum Berechnen der Positionen, bei denen das gegenwärti­ ge Werkzeug M1 und das nächste Werkzeug M4 einem Interferenzbe­ reich, der durch die Form einer peripheren Einrichtung WT, wie z. B. einem Werktisch, und die Form des Werkstückes W definiert ist, und bei denen keines der Werkzeuge während der Werkzeug­ wechseloperation in den Interferenzbereich eindringt, am näch­ sten kommt, aus den Dimensionen und den Formen des gegenwärti­ gen Werkzeuges M1 und des nächsten Werkzeuges M4.
Weiterhin umfaßt die Werkzeugmaschine eine Rückzieheinrichtung M10 zum Antreiben der Relativpositions-Änderungseinrichtung M8 entsprechend den Ergebnissen der Berechnungen, die von der arithmetischen Einrichtung M9 durchgeführt worden sind, wenn das gegenwärtige Werkzeug M1 durch das nächste Werkzeug M4 er­ setzt werden soll, um den Spindelkopf M3, das Werkzeugmagazin M5 und den Werkzeugwechselarm M7 von der peripheren Einrichtung WT und dem Werkstück W zurückzuziehen, so daß diese einander nicht behindern und trotzdem einander am nächsten sind, und ei­ ne Werkzeugwechsel-Verhinderungseinrichtung M11 zum Verhindern eines Betriebes der Vorbereitungseinrichtung M6 für das nächste Werkzeug M4 und des Werkzeugwechselarmes M7, bis die Rückzie­ heinrichtung M10 ihre Operation vervollständigt hat.
Wie durch die teilweise unterbrochene Linie in Fig. 1A darge­ stellt ist, umfaßt die Werkzeugmaschine ferner eine Bearbei­ tungsoberflächen-Änderungseinrichtung M12 zum Ändern der bear­ beiteten Oberfläche des Werkstückes W in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprozeß, eine Interferenzbereich-Meldungsein­ richtung M13 zum Benachrichtigen der Arithmetikeinrichtung M9 über den Interferenzbereich, der durch den Überlapp der Opera­ tion zum Ändern der bearbeiteten Oberfläche und der Operation zum Wechseln der Werkzeuge definiert ist, wenn der Wechsel der Werkzeuge und eine Änderung der bearbeiteten Oberfläche für den nächsten Bearbeitungsprozeß angewiesen werden, und eine Bear­ beitungsoberflächen-Änderungsverhinderungseinrichtung M14 zum Verhindern eines Betriebes der Bearbeitungsoberflächen- Änderungseinrichtung M12, bis die Rückzieheinrichtung M10 ihre Operation vervollständigt hat, wenn der nächste Bearbeitungs­ prozeß die Änderung der Werkzeuge und die Änderung der bearbei­ teten Oberfläche beinhaltet.
Wenn bei der in Fig. 1A gezeigten Werkzeugmaschine die Werkzeuge ausgetauscht werden, ohne daß die bearbeitete Oberfläche des Werkstückes W geändert wird, berechnet die Arithmetikeinrichtung M9 aus den Dimensionen und den Formen des gegenwärtigen Werkzeu­ ges M1 und des nächsten Werkzeuges M4 diejenigen Positionen, bei denen weder das Werkzeug M1 noch das Werkzeug M4 in den Interfe­ renzbereich, der durch die Form der peripheren Einrichtung WT, wie z. B. des Werktisches, und die Form des Werkstückes W defi­ niert ist, eintritt und bei denen eines der Werkzeuge dem Inter­ ferenzbereich während der Operation zum Wechseln der Werkzeuge am nächsten liegt. Wenn die Werkzeuge ausgetauscht werden, treibt die Rückzieheinrichtung M10 die Relativpositions- Änderungseinrichtung M8 entsprechend den Ergebnissen der Berech­ nungen, die von der Arithmetikeinrichtung M9 ausgeführt worden sind, an, um den Spindelkopf M3, das Werkzeugmagazin M5 und den Werkzeugwechselarm M7 von der peripheren Einrichtung WT und dem Werkstück W zurückzuziehen, so daß sie einander nicht behindern und trotzdem möglichst nah beieinander sind. Die Werkzeugwech­ sel-Verhinderungseinrichtung M11 verhindert, daß die Vorberei­ tungseinrichtung M6 für das nächste Werkzeug M4 und der Werk­ zeugwechselarm M7 betrieben werden, bis die Rückzieheinrichtung M10 ihre Operation vervollständigt hat. Dadurch, daß der Spin­ delkopf M3, das Werkzeugmagazin M5 und der Werkzeugwechselarm M7 in ihre geringsten Entfernungen zurückgezogen worden sind, stö­ ren während der Operation zum Wechseln der Werkzeuge weder das gegenwärtige Werkzeug M1 noch das nächste Werkzeug M4 das Werk­ stück W oder seine periphere Einrichtung WT. Auf diese Weise werden die Werkzeuge in den nahesten Positionen ausgetauscht, bei denen keine gegenseitigen Beeinflussungen auftreten.
Die Werkzeugmaschine umfaßt ferner die Bearbeitungsoberflächen- Änderungseinrichtung M12 zum Ändern der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes W entsprechend dem Bearbeitungsprozeß, wie z. B. einen Indextisch. Wenn der Wechsel der Werkzeuge und die Ände­ rung der bearbeiteten Oberfläche für den nächsten Bearbeitungs­ prozeß angewiesen werden, meldet die Interferenzbereich- Meldungseinrichtung M13 der Arithmetikeinrichtung M9 den Inter­ ferenzbereich, der auf der Basis des Überlappes der Änderung der bearbeiteten Oberfläche und dem Wechsel der Werkzeuge defi­ niert ist. Anschließend berechnet die Arithmetikeinrichtung M9 die nahesten Positionen, bei denen keine Interferenz auftritt, wobei die Operation zum Ändern der bearbeiteten Oberfläche in Betracht gezogen wird. Damit zieht die Rückzieheinrichtung M10 den Spindelkopf M3, das Werkzeugmagazin M5 und den Werkzeug­ wechselarm M7 in ihre nahesten Positionen zurück, in denen kei­ ne Interferenzen auftreten, wobei die Positionen angenommen werden, wenn die bearbeitete Oberfläche geändert wird.
Andererseits verhindert die Werkzeugwechsel-Verhinderungsein­ richtung M11 einen Betrieb der Vorbereitungseinrichtung M6 für das nächste Werkzeug M4 und den Werkzeugwechselarm M7. Zur sel­ ben Zeit verhindert die Bearbeitungsoberflächen-Änderungs­ verhinderungseinrichtung M14 einen Betrieb der Bearbeitungs­ oberflächen-Änderungseinrichtung M12, bis die Rückzieheinrich­ tung M10 ihre Operation vervollständigt hat. Folglich werden die Operation zum Wechseln der Werkzeuge und die Operation zum Ändern der bearbeiteten Oberfläche mit dem geringsten Bewe­ gungsaufwand ausgeführt.
Die Operation zum Ändern der bearbeiteten Oberfläche ist nicht auf eine Drehung des Indextisches beschränkt. Die Operation kann auch den Austausch einer bearbeiteten Oberfläche durch ei­ ne andere Oberfläche mit unterschiedlicher Höhe durch einen X- Y-Tisch umfassen.
Wie in Fig. 1B dargestellt ist, umfaßt eine numerisch gesteu­ erte Maschine einen Spindelkopf H zum Antreiben einer Spindel, die ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstückes W hält, eine Relativpositions-Änderungseinrichtung M21 zum Ändern der rela­ tiven Position zwischen dem Spindelkopf H und dem Werkstück W, und eine Bearbeitungsoberflächen-Änderungseinrichtung M22 zum Ändern der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes durch Dre­ hen des Werkstückes W um eine zur Spindelachse senkrechte Ach­ se. Die Maschine bearbeitet das Werkstück W in der eingegebe­ nen Reihenfolge von Bearbeitungsprozessen. Die Maschine umfaßt auch eine Speicherungseinrichtung M23 für Nächstpositionen oh­ ne Interferenz zum Speichern der Positionen, bei denen das Werkzeug nicht in einen Interferenzbereich eintritt, in dem das Werkzeug vom Werkstück W oder einer peripheren Einrich­ tung, wie z. B. einem Werkstück W, gestört wird, und bei denen das Werkzeug dem Interferenzbereich am nächsten liegt, ent­ sprechend jeder Winkelposition des Werkstückes W, eine Rotationsauswahleinrichtung M24 zum Auswählen der Richtung und des Winkels der Minimaldrehung auf der Basis der Winkelpositionen des gegenwärtigen und nächsten Bearbeitungsprozesses, um das Werkstück W in die Winkelposition für den nächsten Bearbei­ tungsprozeß zu bringen, eine Entferntest-Positions-Auswahl­ einrichtung M25 zum Auswählen derjenigen Position, die inner­ halb der Nächstpositionen ohne Interferenz im Bereich der Dre­ hung, die von der Rotationsauswahleinrichtung M24 ausgewählt worden ist, am weitesten vom Werkstück W entfernt ist, eine Verschiebungsanweisungseinrichtung M26, die bewirkt, daß die Relativpositions-Änderungseinrichtung M21 den Spindelkopf H in die von der Entferntest-Positions-Auswahleinrichtung M25 aus­ gewählte entfernteste Position bewegt, und eine Rotationsan­ weisungseinrichtung M27, die bewirkt, daß die Bearbeitungs­ oberflächen-Änderungseinrichtung M22 in der durch die Rotati­ onsauswahleinrichtung M24 ausgewählten Weise rotiert, nachdem der Spindelkopf H durch die Anweisungen der Verschiebungsan­ weisungseinrichtung M26 in die entfernteste Position verscho­ ben worden ist. Falls der Winkel der Drehung des Werkstückes W in die Winkelposition für den nächsten Bearbeitungsprozeß in beiden Richtungen gleich ist, vergleicht die Rotationsaus­ wahleinrichtung M24 die von der Entferntest-Positions-Auswahl­ einrichtung M25 ausgewählten entferntesten Positionen in den Bereichen für die Drehung in beiden Richtungen und wählt die Drehrichtung mit den weniger entfernten Positionen aus.
Um das oben genannte Problem (2) zu lösen, umfaßt die numerisch gesteuerte Maschine zusätzlich eine Rotationsrichtungs- Anzeigeeinrichtung M28 zum Anzeigen der Drehrichtung, die durch die Rotationsauswahleinrichtung M24 ausgewählt worden ist, wie dies in Fig. 1B durch die gestrichelte Linie darge­ stellt ist.
Wie in Fig. 1C gezeigt ist, löst eine numerisch gesteuerte Ma­ schine das oben beschriebene Problem (3) und bearbeitet ein Werkstück W mittels eines Werkzeuges, das durch den Spindelkopf H gehalten wird, in der eingegebenen Reihenfolge von Bearbei­ tungsprozessen. Die Maschine umfaßt eine Bearbeitungsoberflä­ chen-Änderungseinrichtung M32 zum Ändern der bearbeiteten Ober­ fläche durch Drehen des Werkstückes W um eine zur Spindelachse senkrechte Achse in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprozeß, eine Begrenzungsspeichereinrichtung M39 zum Speichern von Be­ grenzungen bezüglich der Richtung und des Winkels der Drehung des Werkstückes W entsprechend der Art der Bearbeitungsoberflä­ chen-Änderungseinrichtung M32 und der Art des auf der Bearbei­ tungsoberflächen-Änderungseinrichtung M32 montierten Werkstüc­ kes W, eine Rotationsauswahleinrichtung M34 zum Auswählen der Richtung und des Winkels der Minimalrotation auf der Basis der Winkelpositionen des gegenwärtigen und des nächsten Bearbei­ tungsprozesses, um das Werkstück W in die Winkelposition des nächsten Bearbeitungsprozesses zu bringen, eine Rotationsände­ rungseinrichtung 40 zum Ändern der Richtung und des Winkels der Rotation in diejenige Richtung, die zur ausgewählten Richtung entgegengesetzt ist, oder den Winkel [2π-(ausgewählter Win­ kel)], wenn die durch die Rotationsauswahleinrichtung M34 aus­ geführte Auswahl nicht durch die in der Begrenzungsspeicherein­ richtung M39 gespeicherten Begrenzungen erlaubt ist, und eine Rotationsanweisungseinrichtung M37 zum Benachrichtigen der Be­ arbeitungsoberflächen-Änderungseinrichtung M32 über entweder die von der Rotationsauswahleinrichtung M34 ausgewählte Drehung oder die von der Rotationsänderungseinrichtung M40 geänderte Drehung, wie dies in Fig. 1C dargestellt ist. Wo die oben be­ schriebenen Begrenzungen existieren, wird der Drehwinkel in Form einer geraden Linie im Bereich von der reversen Richtung 2Nπ (N ganzzahlig größer oder gleich 2) bis zur Vorwärtsrich­ tung 2Nπ angezeigt. Wenn keine Begrenzungen existieren, wird der Winkel innerhalb des Bereiches einer Drehung 2π angezeigt. Auf diese Weise werden diese zwei Situationen auf der Anzeige voneinander unterschieden.
Bei der numerisch gesteuerten Maschine der Fig. IB wählt die Rotationsauswahleinrichtung M24 die Richtung und den Winkel der minimalen Drehung aus, die die bearbeitete Oberfläche des Werk­ stückes W von der gegenwärtigen Winkelposition in die Winkelpo­ sition für den nächsten Bearbeitungsprozeß bewegt. Dann wählt die Entferntest-Positions-Auswahleinrichtung M25 diejenige Po­ sition aus, die von den in der Speicherungseinrichtung M23 für die nahesten Positionen gespeicherten störungsfreien nahesten Positionen im Bereich der von der Rotationsauswahleinrichtung M24 ausgewählten Drehung am weitesten vom Werkstück W entfernt ist. Anschließend bewirkt die Verschiebungsanweisungseinrich­ tung M26, daß die Relativpositions-Änderungseinrichtung M21 den Spindelkopf H in die von der Entferntest-Positions- Auswahleinrichtung M25 ausgewählte Position bewegt wird. Dann teilt die Rotationsanweisungseinrichtung M27 die ausgewählte Drehung zur Änderung der zu bearbeitenden Oberfläche der Bear­ beitungsoberflächen-Änderungseinrichtung M22 mit. Auf diese Weise bewegt sich das am Ende des Spindelkopfes H angebrachte Werkzeug in eine Position, die der peripheren Einrichtung und dem Werkstück W am nächsten ist, ohne diese zu behindern, bevor das Werkstück W um den minimalen Winkel in die nächste Winkel­ position gedreht wird.
Bei der in Fig. 1B dargestellten numerisch gesteuerten Maschine zeigt die Rotationsrichtungs-Anzeigeeinrichtung M28 die Rich­ tung der Drehung des Werkstückes W an, das derart gesteuert wird, daß es auf der kürzesten Strecke gedreht wird.
Bei der numerisch gesteuerten Maschine in Fig. 1C wählt die Ro­ tationsauswahleinrichtung M34 die Richtung und den Winkel für die minimale Drehung, um die bearbeitete Oberfläche des Werk­ stückes W von der gegenwärtigen Winkelposition in die Winkelpo­ sition für den nächsten Bearbeitungsprozeß zu bewegen. Falls die gewählte Drehung von den Beschränkungen, die vorher in der Begrenzungsspeichereinrichtung M39 gespeichert und der Richtung und dem Winkel der Drehung auferlegt worden sind, nicht erlaubt wird, ändert die Rotationsänderungseinrichtung M40 die gewählte Drehung in die umfangreichere Drehung ab, um die bearbeitete Oberfläche des Werkstückes W in die Winkelposition für den nächsten Bearbeitungsprozeß zu bringen. Dann weist die Rotati­ onsanweisungseinrichtung M37 die Bearbeitungsoberflächen- Änderungseinrichtung M32 an, entweder in der von der Rotations­ auswahleinrichtung M34 ausgewählten oder von der Rotationsände­ rungseinrichtung M40 modifizierten Weise zu drehen, um die be­ arbeitete Oberfläche zu ändern. Damit nimmt das Werkstück W die kürzere Route. Falls die Beschränkungen das Werkstück W daran hindern, die kürzere Route zu nehmen, nimmt das Werkstück W die längere Route.
Weitere Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1A-1C Blockdiagramme von erfindungsgemäßen Werk­ zeugmaschinen;
Fig. 2 eine Perspektive des Maschinenblocks des inte­ grierten kleinen Types der Erfindung;
Fig. 3A eine Frontansicht eines Werkzeugmagazines des Maschinenblocks der Fig. 2;
Fig. 3B ein longitudinaler Querschnitt entlang der Linie X-X in Fig. 3A;
Fig. 3C eine Rückansicht des in den Fig. 3A und 3B dar­ gestellten Werkzeugmagazines;
Fig. 4 eine Frontansicht, teilweise im Querschnitt, des inneren Bereiches des in Fig. 2 dargestellten Maschinenblockes zur Erläuterung der Indexvor­ richtung für den Werkzeugwechselarm;
Fig. 5 eine Bodenansicht des in Fig. 4 dargestellten Werkzeugwechselarmes;
Fig. 6 eine Frontansicht des ein Werkstück tragenden Indextisches aus Fig. 2;
Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Steuerschaltkreises für den in Fig. 2 dargestellten Maschinenblock;
Fig. 8A ein Diagramm zur Darstellung der Art und Weise, in der ein Interferenzbereich für jede bearbei­ tete Oberfläche des Werkstückes erzeugt wird;
Fig. 8B ein der Fig. 8A ähnliches Diagramm, in dem je­ doch eine Drehung um die Achse B erfolgt;
Fig. 9 ein Flußdiagramm zur Darstellung des Prozesses für die Berechnung der nichtinterferierenden nächsten Höhe;
Fig. 10A und 10B Flußdiagramme zur Erläuterung des Prozesses zum Wechseln der Werkzeuge;
Fig. 11A und 11B Flußdiagramme zur Erläuterung einer Hauptrou­ tine zur Bearbeitung des Werkstückes; und
Fig. 12 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Routine der Einzelschrittverarbeitung.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt ein Maschinenblock 1 ei­ nen Spindelkopf 5, ein Werkzeugmagazin 7, das an einer Seite des Spindelkopfes (Kopf) 5 angebracht ist, einen Werkzeugwech­ selarm 9, der zwischen dem Kopf 5 und dem Werkzeugmagazin 7 an­ geordnet ist, eine Säule 11, die die Rückseite des Spindelkop­ fes 5 trägt, einen Werktisch 13, der unter der Säule 11 mon­ tiert ist, und einen Indextisch 15, der auf der rechten Seite der Deckfläche des Werktisches 13 montiert ist. Der Indextisch 15 dreht ein Werkstück W um eine Achse B. Ein Werkzeug 3 zum Bearbeiten wird entfernbar vom Spindelkopf 5 gehalten. Der Werktisch 13 kann sich innerhalb der in Fig. 2 dargestellten X- Y-Ebene bewegen.
Der Spindelkopf 5 ist über ein Paar von Schienen 17, die verti­ kal entlang der Frontfläche der Säule 11 laufen, gleitend an der Säule 11 montiert. Durch einen Vertikalbewegungsmotor 19 wird der Kopf 5 vertikal auf dem Schlitten 17 verschoben. Das Werkzeug 3 wird über eine Klemmvorrichtung von einer Spindel 21 gehalten, wobei die Spindel 21 von einem Spindelmotor 23 angetrieben wird. Das am Ende der Spindel 21 gehaltene Werkzeug 3 bearbeitet ein Werkstück W.
Das Werkzeugmagazin 7 ist integral derart an einer Seite des Spindelkopfes 5 montiert, daß es um eine zur Achse Z der Spin­ del 21 senkrechte Achse M des Magazines 7 drehbar ist. Wie in den Fig. 3A bis 3C gezeigt ist, umfaßt das Werkzeugmagazin 7 acht Werkzeugtopfarme (Arm) 27a bis 27, die radial auf der Rückseite des Grundkörpers 25 des Werkzeugmagazines 7 montiert sind, und Werkzeugtöpfe 29a bis 29h, die jeweils drehbar auf den Armen 27a bis 27h montiert sind. Jedes der verschiedenen Werkzeuge, wie z. B. Bohrer, Gewindebohrer und Räumer ist in den jeweiligen Werkzeugtöpfen 29a bis 29h abgelegt. Ein Hypo­ idantrieb 37 mit hohem Untersetzungsverhältnis ist im Zentrum der rückseitigen Oberfläche des Werkzeugmagazines 7 montiert. Der Hypoidantrieb 37 umfaßt ein Ritzel 33, das von einem Maga­ zinmotor 31 und einem mit dem Ritzel 33 auf Taumelachsen käm­ menden Zahnrad 35 angetrieben wird. Das Werkzeugmagazin 7 wird vom Magazinmotor 31 über den Hypoidantrieb 37 um die Achse M gedreht, um einen der Werkzeugtöpfe 29a bis 29h mit dem ge­ wünschten Werkzeug in eine unterhalb des Werkzeugmagazines lie­ gende Werkzeugindexposition P1 zu bewegen.
Der in die Werkzeugindexposition P1 gebrachte Werkzeugtopf 29e wird um 90° gedreht und durch einen Rotationsmotor 41 über eine auf der Rückseite des Werkzeugtopfes 29e gebildete Greifstange 39e nach unten gelenkt. Wie durch die unterbrochenen Linien in Fig. 3B dargestellt, ist die Greifstange 39e zwischen Greifzan­ gen 45 eines Rotationsarmes 43 in der Werkzeugindexposition P1 eingesetzt. Dieser Rotationsarm 43 wird vom Rotationsmotor (Drehmotor) 41 angetrieben, der oben auf dem Spindelkopf 5 ne­ ben den Magazinmotor 31 gebildet ist. Wenn der Rotationsmotor 41 den Rotationsarm 43 nach oben zieht, wird der Werkzeugtopf 29e nach unten gedreht und in eine Position P2 zum Herausnehmen des Werkzeuqes 3 gebracht.
Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, ist der Werkzeugwechselarm 9 am unteren Ende eines innerhalb des Spindelkopfes 5 gebilde­ ten Wechselarmschaftes 47 montiert. Der Werkzeugwechselarm 9 weist ein Paar von Fingern 49a und 49b jeweils an einander ge­ genüberliegenden Enden auf. Eine neben dem Wechselarmschaft 47 gebildete Nockenwelle 51 hebt den Wechselarmschaft 47 an, senkt ihn ab, dreht ihn oder öffnet und schließt die Finger 49a und 49b. Die Nockenwelle 51 wird von einem auf der rechten Seite des Spindelkopfes 5 angeordneten Werkzeug­ wechselmotor 53 gedreht.
Wie ebenfalls in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, werden die Finger 49a und 49b normalerweise vom Werkzeugwechselarm 9 in einem Abstand gehalten. Die Länge L9 des Werkzeugwechselarmes 9 ist normalerweise so eingestellt, daß ein Paar der Finger 49a das auf der Spindel 21 gehaltene Werkzeug 3 und das andere Paar von Fingern 49b ein Werkzeug 3next, das auf einer Werkzeugauf­ nahmeachse C in der Werkzeugaufnahmeposition P2 plaziert ist, erreicht, wobei das Werkzeug 3next für den nächsten Bearbei­ tungsprozeß benutzt wird. Der Wechselarmschaft 47 befindet sich zwischen der Werkzeugaufnahmeachse C, die sich über die Werk­ zeugaufnahmeposition P2 erstreckt, und der Spindel 21. Wenn der Werkzeugwechselarm 9 um 180° gedreht wird, werden entsprechend die Finger 49a an einem Ende durch die Finger 49b am anderen Ende ersetzt, wodurch die Werkzeuge auf der Werkzeugaufnahme­ achse C in eine zur Spindel 21 ausgerichteten Stellung ergrif­ fen werden.
Als nächstes wird der Betrieb des Werkzeugwechselarmes 9 unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben. Unter der oben beschriebenen normalen Bedingung dreht eine in der Deckfläche des ersten Nockens gebildete Nockenaussparung 55a ein Zahnrad 57a um einen gegebenen Winkel, wenn die Nockenwelle 51 durch den Werkzeugwechselmotor 53 gedreht wird. Ein Zahnrad 57b kämmt mit dem Zahnrad 57a. Da sich das Zahnrad 57b um einen gewissen Winkel dreht, wird eine durch den Wechselarmschaft 47 hindurch­ gehende Stange 59 gedreht, um die Finger 49a, 49b gleichzeitig zu schließen. Auf diese Weise werden die Werkzeuge 3, 3next gleichzeitig vom Werkzeugwechselarm 9 ergriffen.
Anschließend arbeitet eine in der äußeren Oberfläche eines zweiten Nockens 61 gebildete Nockenaussparung 61a, um ein Spannfutter 63, das in der Spindel 21 montiert ist, herunterzu­ drücken und zu öffnen, um das Werkzeug 3 freizugeben. Eine in der äußeren Oberfläche eines dritten Nockens 65 gebildete Noc­ kenaussparung 65a drückt den Wechselarmschaft 47 nach unten, wodurch die Werkzeuge 3, 3next von der Spindel 21 und dem Werk­ zeugtopf 29next gleichzeitig freigegeben werden. Zur selben Zeit greift der Wechselarmschaft 47 durch einen auf seiner Um­ fangsfläche gebildeten Splint in die Manschette 67 ein. Die Nockenwelle 51 weist einen dritten Nocken 69 mit einer Nocken­ platte 69a auf. Die Nockenplatte 69a dreht den Wechselarm 47 zusammen mit der Manschette 67 um 180°.
Dann hebt der dritte Nocken 69 den Werkzeugwechselarm 9 an. Da­ mit tauscht der Werkzeugwechselarm 9 das Werkzeug 3 durch das Werkzeug 3next aus und positioniert die Werkzeuge 3, 3next im Werkzeugtopf 29next bzw. in der Spindel 21. Anschließend arbei­ tet der zweite Nocken 61, um das Spannfutter 63 der Spindel 21 zu schließen. Bevor die Nockenwelle 51 eine vollständige Dre­ hung ausführt, dreht der erste Nocken 55 das Zahnrad 57a in um­ gekehrter Richtung. Damit werden die Finger 49a und 49b in ei­ nem Abstand voneinander getrennt.
Auf diese Weise werden die Werkzeuge schnell und korrekt ausge­ tauscht. Die Operation der Nocken 55, 61, 65 und 69, während die Nockenwelle 51 eine vollständige Umdrehung ausführt, ist in der JP 63-123646 beschrieben.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, hält der Indextisch 15 drehbar das Werkstück W. Der Indextisch 15 greift das Werkstück W von oben und unten und von beiden Seiten auf einer Werkstückinstallati­ onsfläche 15a. Das Werkstück W wird von einem B-Achsen-Motor 15b um die Achse B gedreht, um die bearbeitete Oberfläche zu wechseln.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, steuert bei der vorliegenden Ausführungsform eine elektronische Steuerung 70 die Motoren. Die elektronische Steuerung 70 umfaßt eine Master-CPU 71 zum Steuern der gesamten Operation, eine Slave-CPU 72 zum Steuern der Bearbeitung des Werkstückes W und eine CPU 73 für den auto­ matischen Werkzeugwechsel (im weiteren als ATC-CPU 73 bezeich­ net) zur Steuerung des Werkzeugwechsels.
Die Master-CPU 71 ist mit einem Master-ROM 74 zum Speichern beispielsweise des Programmes und der Konstanten für den Be­ trieb der elektronischen Steuerung 70, einem ersten Master-RAM 75 zum temporären Speichern von Variablen und Flags und einem zweiten Master-RAM 76 zum Speichern der Werkzeugwechsel- Zeitabstimmungen und der Programme zur Steuerung der Werkzeuge für die Werkstückbearbeitung ausgerüstet. Wenn die Maschine ausgeschaltet ist, wird der zweite Master-RAM 76 gesichert, um einen Verlust der darin enthaltenen Daten zu verhindern.
Ein Slave-ROM 77 zum Speichern von Programmen und Konstanten zum Treiben der Motoren für die Bearbeitung des Werkstückes W und ein Slave-RAM 78 zum temporären Speichern von Variablen und Flags sind mit der Slave-CPU 72 zur Steuerung der Bearbeitung des Werkstückes W verbunden.
Die ATC-CPU 73 ist mit einem ATC-ROM 79 und einem ATC-RAM 80 verbunden. Der ATC-ROM 79 speichert Programme zum Betreiben des Werkzeugwechselarmes 9 und Konstanten. Der ATC-RAM 80 speichert temporär Variablen und Flags, die benutzt werden, während der Werkzeugwechsel gesteuert wird.
Ein Master-Slave-RAM 81 (im weiteren als M-S-RAM 81 bezeichnet) ist zwischen die Master-CPU 71 und die Slave-CPU 72 geschaltet. Der M-S-RAM 81 speichert Anweisungen, die von der Master-CPU 71 an die Slave-CPU 72 gesandt werden, Signale, die von der Slave- CPU 72 an die Master-CPU 71 gesandt werden, und andere Daten. Sowohl von der Master-CPU 71 als auch der Slave-CPU 72 werden Daten in den M-S-RAM 81 geschrieben oder aus diesem gelesen.
Ein Master-ATC-RAM 82 (im weiteren als M-A-RAM 82 bezeichnet) zur Speicherung von Anweisungen, die von der Master-CPU 71 an die ATC-CPU 73 gesandt werden, Signalen, die in entgegengesetz­ ter Richtung gesandt werden, und anderen Daten, ist zwischen die Master-CPU 71 und die ATC-CPU 73 geschaltet. In derselben Weise wie beim M-S-RAM 81 werden Daten sowohl von der Master- CPU 71 als auch der ATC-CPU 73 in den M-A-RAM 82 eingeschrieben oder aus diesem ausgelesen.
Eine Tastatur 83 zum Eingeben eines Bearbeitungsprogrammes und ein Monitor (Bildschirm) 84 zum Anzeigen des Programmes sind mit der Master-CPU 71 verbunden. Die Tastatur 83 weist Tasten und Schalter zum Starten der einzelnen Schritte des Bearbei­ tungsprozesses und individuell betätigte manuelle Schalter zum Prüfen eines jeden Bearbeitungsschrittes auf. Die Master-CPU 71 ist auch mit einem Vertikalpositionssensor 85 zum Erfassen der absoluten vertikalen Position des Spindelkopfes 5 entsprechend der Rotation des Vertikalbewegungsmotores 19 verbunden. Die Ma­ ster-CPU 71 empfängt Ausgangssignale vom Vertikalpositionssen­ sor 85.
Die Slave-CPU 72 ist mit einem X-Achsen-Motor 13a, einem Y- Achsen-Motor 13b und einem B-Achsen-Motor 15b verbunden. Der X- Achsen-Motor 13a bewegt den Werktisch 13 entlang der X-Achse, der Y-Achsen-Motor 13b den Werktisch 13 entlang der Y-Achse, und der B-Achsen-Motor 15b dreht den Indextisch 15 um die Achse B. Die Slave-CPU 72 sendet Steuersignale an die Motoren 13a, 13b und 15b, um die bearbeitete Oberfläche und die bearbeitete Stelle des Werkstückes W zu ändern. Die Slave-CPU 72 ist auch mit dem Vertikalbewegungsmotor 19 verbunden und sendet an die­ sen Steuersignale, um die vorbestimmte bearbeitete Oberfläche des Werkstückes W mit einem gegebenen Werkzeug an der vorgege­ benen zu bearbeitenden Stelle des Werkstückes W zu bearbeiten.
Demgegenüber ist die ATC-CPU 73 mit dem Magazinmotor 31 und dem Drehmotor 41 verbunden. Die ATC-CPU 73 sendet ein Steuersignal an den Magazinmotor 31, um das Werkzeugmagazin 7 zu drehen, wo­ durch das nächste Werkzeug 3next in die Werkzeugindexposition P1 gebracht wird. Die ATC-CPU 73 legt auch ein Steuersignal an den Rotationsmotor (Drehmotor) 41 an, um den nächsten Werkzeug­ topf 29next von der Indexposition P1 in Richtung der Werkzeug­ aufnahmeachse C zu drehen. Damit ist das nächste Werkzeug 3next vorbereitet. Die ATC-CPU 73 ist ebenfalls mit dem Werkzeugwech­ selmotor 53 verbunden und sendet ein Steuersignal an diesen, um die Nockenwelle 51 zu betreiben, so daß die Werkzeuge 3, 3next ausgetauscht werden.
Die Slave-CPU 72 und die ATC-CPU 73 steuern die Bearbeitung des Werkstückes und den Werkzeugwechsel unter der Aufsicht der Ma­ ster-CPU 71. Die Master-CPU 71 liest einen Schritt des über die Tastatur 83 eingegebenen Bearbeitungsprogrammes zu einem Zeit­ punkt vom zweiten Master-RAM 76. Die Master-CPU 71 schreibt die zur Bearbeitung des Werkstückes W gehörenden Daten in den M-S- RAM 81, und die Slave-CPU 72 liest die Daten vom M-S-RAM 81 und bestimmt die Rotationsgeschwindigkeit des Spindelmotores 23, um die Bearbeitung des Werkstückes W zu steuern. Die Master-CPU 71 schreibt Daten, die dem Werkzeugwechsel entsprechen, in den M- A-RAM 82, und die ATC-CPU 73 liest die Daten vom M-A-RAM 82, wodurch der Werkzeugwechsel gesteuert wird. Wenn die Werkzeuge ausgetauscht sind, steuert die Slave-CPU 72 die Drehbewegung des Werktisches 13 und des Indextisches 15 zur selben Zeit. Die Master-CPU 71 sendet Zeitabstimmungssignale an die Slave-CPU 72 und die ATC-CPU 73, um zu verhindern, daß das Werkstück W und seine peripheren Einrichtungen, wie z. B. der Indextisch 15, die Werkzeuge 3, 3next während des Werkzeugwechsels berühren.
Um zu verhindern, daß das Werkstück W und seine peripheren Ein­ richtungen mit den Werkzeugen 3 interferieren, werden die Daten über den Interferenzbereich in der unten beschriebenen Weise unter Verwendung des Bearbeitungsprogrammes und der über die Tastatur 83 eingegebenen Daten verarbeitet.
Wenn das Werkstück W nicht um die Achse B gedreht wird, werden die Daten des Interferenzbereiches eingegeben. Wenn das Werk­ stück W gedreht wird, werden die anderen Daten des Interferenz­ bereiches eingegeben.
Wenn das Werkstück W nicht um die Achse B gedreht wird, wie dies in Fig. 8A dargestellt ist, werden die Höhen ZW1 und ZW2 der bearbeiteten Oberflächen W1 und W2 des Werkstückes W einge­ geben. Die Höhen ZW1, ZW2 werden mit einer hinzuaddierten Tole­ ranz 20 als Interferenzhöhen Zfix1, Zfix2 an gegebenen Adressen im zweiten Master-RAM 76 gespeichert. Die Interferenzhöhen der anderen bearbeiteten Oberflächen W3, W4 werden in derselben Weise eingegeben.
Wenn das Werkstück W um die Achse B gedreht wird, wie dies in Fig. 8B gezeigt ist, wird jede Interferenzhöhe der bearbeiteten Oberflächen W1 bis W4 vor und nach der Drehung um die Achse B in jeder Richtung in der folgenden Weise eingegeben.
Wie in Fig. 8B durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, wird das Werkstück W mit der ersten zu bearbeitenden Fläche W1 nach oben positioniert, und, wie durch den gestrichelten Pfeil dargestellt, entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß die zweite zu bearbeitende Fläche W2 nach oben zeigt. Während einer derartigen Drehung durchläuft eine Ecke K1, die zwischen den ersten und zweiten zu bearbeitenden Flächen W1 und W2 gebildet ist, die höchste Position. Folglich wird die Höhe Z1-2 der Ecke K1 in Fig. 8B über die Tastatur 83 eingegeben. Die Höhe Z1-2 in Fig. 8B mit der hinzuaddierten Toleranz ZO wird unter einer ge­ gebenen Adresse im zweiten Master-RAM 76 als Interferenzhöhe Zindex1-2, wenn die zu bearbeitende Oberfläche von der ersten Fläche W1 in die zweite Fläche W2 geändert wird, gespeichert.
Wie durch die zweifach unterbrochene Linie in Fig. 8B darge­ stellt ist, durchläuft die zwischen den zu bearbeitenden Ober­ flächen W1 und W4 gebildete Ecke K4 den höchsten Punkt, wenn das Werkstück W im Uhrzeigersinn, wie durch den zweifach unter­ brochenen Pfeil dargestellt, gedreht wird, so daß die zu bear­ beitende Fläche von der ersten Bearbeitungsfläche W1 in die vierte Bearbeitungsfläche W4 geändert wird. Die Höhe Z1-4 der Ecke mit der hinzuaddierten Toleranz ZO wird unter einer gege­ benen Adresse im zweiten Master-RAM 76 als Interferenzhöhe Zin­ dex1-4 gespeichert. Wenn das Werkstück W um die Achse B in ei­ ner beliebigen Richtung gedreht wird, wird somit eine der Rich­ tung der Änderung der zu bearbeitenden Fläche und anderen Be­ dingungen entsprechende Interferenzhöhe eingegeben. Falls die Form und die zu bearbeitenden Positionen des Werkstückes W und andere Daten in ein CAD-System eingegeben worden sind, können die eingegebenen Daten gedreht werden. Die Interferenzhöhe Zin­ dex zum Zeitpunkt der Drehung des Werkstückes W um die Achse B kann auf der Basis des Ortes der gedrehten Daten automatisch aufbereitet werden.
Die Arten, Dimensionen und andere Daten der acht Werkzeuge in den Werkzeugtöpfen 29a bis 29h des Werkzeugmagazines 7 werden über die Tastatur 83 eingegeben und in einem Werkzeugverwal­ tungs-Speicherabbild im zweiten Master-RAM 76 gespeichert.
Die Master-CPU 71 benutzt die Interferenzhöhen Zfix1, Zindex1-2 etc. und berechnet die minimale vertikale Entfernung, um die die Spindel 21 entsprechend den Bearbeitungsbedingungen im nächsten Bearbeitungsschritt des Programmes, wie z. B. die zu bearbeitende Fläche, das entsprechende Werkzeug, etc., zurück­ gezogen wird. Die minimale vertikale Entfernung wird im weite­ ren als "nichtinterferierende nächste Höhe" bezeichnet. Die Ausführung dieser Berechnung ist in Fig. 9 dargestellt.
Zuerst liest der Schritt S1 die Bearbeitungsbedingungen im nächsten Bearbeitungsprozeß, wie z. B. das nächste Werkzeug 3next und die Drehung um die Achse B, bevor der gegenwärtige Bearbeitungsprozeß beendet ist. Schritt S2 bestimmt, ob die Drehung des Werkstückes W um die Achse B für den nächsten Bear­ beitungsprozeß angewiesen ist. Falls im Schritt S2 die Drehung um die Achse B angewiesen ist, wird im nächsten Schritt S3 die Interferenzhöhe Zindex als Referenzwert Zbase für die nichtin­ terferierende nächste Höhe gesetzt, wobei die Interferenzhöhe Zindex aus den bearbeiteten Flächen im gegenwärtigen oder näch­ sten Bearbeitungsprozeß und deren Drehung um die Achse B be­ stimmt wird. Falls im Schritt S2 der nächste Bearbeitungsprozeß keine Drehung um die Achse B mit sich bringt, wird in Schritt S4 eine Interferenzhöhe Zfix, wie z. B. die in Fig. 8A gezeigten Interferenzhöhen Zfix1 und Zfix2, als Referenzwert Zbase der nichtinterferierenden nächsten Höhe gesetzt.
Anschließend liest und vergleicht Schritt S5 die Länge Lnext des nächsten Werkzeuges 3next und die Länge Lnow des gegenwär­ tigen Werkzeuges 3 aus dem Werkzeugverwaltungs-Speicherabbild im zweiten Master-RAM 76 und setzt die größere Länge als zu­ rückgezogene Werkzeuglänge Lavoid. Wenn sich der Werkzeugwech­ selarm 9 zum Zeitpunkt des Werkzeugwechsels vertikal bewegt, werden die Werkzeuge um eine Strecke Zdown herausgenommen. Schritt S6 ermittelt eine nichtinterferierende nächste Höhe Zchange durch Addieren der zurückgezogenen Werk­ zeuglänge Lavoid und der Strecke Zdown zum Referenzwert Zbase der nichtinterferierenden nächsten Höhe.
Die nichtinterferierende nächste Höhe Zchange wird berechnet, bis der gegenwärtige Bearbeitungsprozeß beendet und in den M-S- RAM 81 eingeschrieben ist. Das als Bearbeitungsbedingung im nächsten Bearbeitungsprozeß ausgewählte nächste Werkzeug 3next wird in den M-S-RAM 81 und auch den M-A-RAM 82 eingeschrieben.
Die Größe der Bewegung oder Drehung des Werkstückes W wird in den M-S-RAM 81 eingeschrieben. Die in den M-S-RAM 81 eingeschriebenen Daten des nächsten Werkzeuges 3next werden von der Slave-CPU 72 z. B. zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit der Spindel 21 aus der Steigung des Bohrers benutzt. Die in den M-A-RAM 82 eingeschriebenen Daten des nächsten Werkzeuges 3next werden von der ATC-CPU 73 dazu benutzt, z. B. den Umfang der Drehung des Magazinmotors 31 beim Adressieren der Werkzeuge zu berechnen.
Wenn der gegenwärtige Schritt endet, lesen die Slave-CPU 72 und die ATC-CPU 73 Daten aus dem M-S-RAM 81 und dem M-A-RAM 82 und führen die im Flußdiagramm der Fig. 10 gezeigte Werkzeugwech­ selroutine aus. In Fig. 10 sind die Anweisungen von der Master- CPU 71 in der Mitte, die Anweisungen von der Slave-CPU 72 auf der rechten Seite und die Anweisungen von der ATC-CPU 73 auf der linken Seite dargestellt.
Wenn der gegenwärtige Bearbeitungsprozeß endet, sendet die Ma­ ster-CPU 71 in Schritt S11 ein Anweisungssignal zum Anhalten des Spindelmotors 23 und in Schritt S12 ein Anweisungssignal zum Anheben des Spindelkopfes 5 aus. Die Slave-CPU 72 empfängt die Anweisungssignale von der Master-CPU 71, hält in Schritt S13 den Spindelmotor 23 an und startet in Schritt S14 den Ver­ tikalbewegungsmotor 19.
Anschließend liest die Master-CPU 71 in Schritt S15 den vom Vertikalpositionssensor 85 erfaßten Wert und bestimmt, ob der Spindelkopf 5 die im Prozeß der Fig. 9 berechnete nichtinterfe­ rierende nächste Höhe Zchange erreicht hat. Falls in Schritt S15 der Spindelkopf 5 die nichtinterferierende nächste Höhe Zchange erreicht hat, sendet die Master-CPU 71 in Schritt S16 eine Anweisung zum Anhalten des Spindelkopfes 5 aus, und in Schritt S17 stoppt die Slave-CPU 72 den Vertikalbewegungsmotor 19.
Nachdem der Spindelkopf 5 in die nichtinterferierende nächste Höhe Zchange gebracht worden ist, weist Schritt S18 die Spin­ delausrichtung und Schritt S19 die Adressierung des nächsten Werkzeuges 3next an. In Schritt S20 startet oder stoppt die Slave-CPU 72 den Spindelmotor 23, wodurch die Spindel 21 ausge­ richtet wird. In Schritt S21 startet oder stoppt die ATC-CPU 73 den Magazinmotor 31, um das nächste Werkzeug 3next zu adressie­ ren.
In Schritt S22 erwartet die Master-CPU 71 ein Beendigungssignal für die Werkzeugadressierung von der ATC-CPU 73 und sendet eine Anweisung zum Vorbereiten des Werkzeuges für den nächsten Bear­ beitungsprozeß aus. Beim Empfang der Anweisung startet oder stoppt die ATC-CPU 73 in Schritt S23 erneut den Antriebsmotor 41, um das nächste Werkzeug 3next zur Werkzeugaufnahmeachse C nach unten zu drehen.
Oben sind die Schritte S18 bis S23 als aufeinanderfolgend be­ schrieben worden. In der Praxis können diese Schritte jedoch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Genauer gesagt, führt die Slave-CPU 72 den Schritt S20 und die ATC-CPU 73 die Schritte S21 und S23 unabhängig voneinander aus. Da zum Zeit­ punkt der Werkzeugadressierung keine Interferenz mit dem Werk­ stück W auftritt, kann das Werkzeug adressiert werden, bis der Spindelkopf 5 vollkommen zurückgezogen worden ist. Folglich werden beim Betrieb die Zeitabstimmungen derart eingestellt, daß die Schritte S22 und S23 das Werkzeug für den nächsten Be­ arbeitungsprozeß sofort nach dem vollständigen Zurückziehen des Spindelkopfes 5 vorbereiten, wodurch die Betriebszeit verkürzt wird.
Wenn die Master-CPU 71 von der ATC-CPU 73 ein Signal empfängt, das angibt, daß das nächste Werkzeug 3next bereitgestellt wor­ den ist, weist Schritt S24 die ATC-CPU 73 an, den Werkzeugwech­ selarm 9 anzutreiben, und Schritt S25 startet oder stoppt den Werkzeugwechselmotor 53. Daher greift der Werkzeugwechselarm 9 das gegenwärtige Werkzeug 3 und das nächste Werkzeug 3next, nimmt sie heraus, dreht sie, setzt sie ein und gibt sie wieder frei, wenn die Nockenwelle 51 eine Umdrehung ausführt.
Im wesentlichen ähnlich zum Wechsel der Werkzeuge 3, 3next weist in Schritt S26 die Master-CPU 71 die Slave-CPU 72 an, die Achse B zu drehen und die zu bearbeitenden Flächen W1 bis W4 für den nächsten Bearbeitungsprozeß zu adressieren. Schritt S27 startet oder stoppt den B-Achsen-Motor 15b, wodurch die zu be­ arbeitenden Oberflächen W1 bis W4 indiziert werden. Falls für den nächsten Bearbeitungsprozeß keine Änderung der zu bearbei­ tenden Fläche angewiesen wird, wird weder der Schritt S26 noch der Schritt S27 ausgeführt.
Oben sind die Schritte S24 bis S27 als aufeinanderfolgend be­ schrieben worden. Da die Schritte S25 und S27 jedoch unabhängig voneinander von der Slave-CPU 72 und der ATC-CPU 73 ausgeführt werden, können die Schritte S25 und S27 gleichzeitig ausgeführt werden. Die Schritte S22, S23 zum Vorbereiten des nächsten Werkzeuges 3next können gleichzeitig mit den Schritten S26, S27 zum Adressieren der zu bearbeitenden Fläche ausgeführt werden. Beim Betrieb kann daher die zu bearbeitende Oberfläche in den Schritten S26, S27 adressiert werden, kurz nachdem der Spindel­ kopf 5 in den Schritten S11 bis S17 vollkommen zurückgezogen worden ist.
Anschließend weist der Schritt S28 die ATC-CPU 73 an, den Werk­ zeugtopf 29next von der Aufnahmeachse C in seine ursprüngliche Position zurückzubringen, und Schritt S29 startet oder stoppt, den Rotationsmotor 41, wodurch der Werkzeugtopf 29next in seine ursprüngliche Stellung zurückgefahren wird.
Wenn die ATC-CPU 73 ein Signal aussendet, das angibt, daß der Werkzeugtopf 29next in seine ursprüngliche Position zurückge­ kehrt ist, weist Schritt S30 die Slave-CPU 72 an, den Spindel­ kopf 5 abzusenken und Schritt S31 startet den Vertikalbewe­ gungsmotor 19 in umgekehrter Richtung. Wenn der Spindelkopf 5 anschließend nach unten fährt und die Spitze des nächsten Werk­ zeuges 3next in Schritt S32 diejenige Höhe erreicht, bei der sie mit den zu bearbeitenden Oberflächen W1 bis W4 des Werk­ stückes W in Kontakt kommen, werden der Vertikalbewegungsmotor 19 und der Spindelmotor 23 angetrieben und entsprechend dem Be­ arbeitungsprogramm gesteuert, wodurch die Bearbeitung des Werk­ stückes W im nächsten Bearbeitungsprozeß gestartet wird. Schritt S32 bestimmt, ob die Interferenzhöhe Zfix erreicht ist. Wenn in Schritt S32 der Spindelkopf 5 abgesenkt wird, bis die Spitze des nächsten Werkzeuges 3next eine der zu bearbeitenden Oberflächen W1 bis W4 berührt, werden der Vertikalbewegungsmo­ tor 19 und der Spindelmotor 23 angetrieben und entsprechend dem Bearbeitungsprogramm gesteuert, wodurch der nächste Bearbei­ tungsprozeß gestartet wird.
Wie oben beschrieben worden ist, wird bei der vorliegenden Aus­ führungsform der Spindelkopf 5 schnell zurückgezogen, nachdem der gegenwärtige Bearbeitungsprozeß endet, um die Werkzeuge zu wechseln und die zu bearbeitende Oberfläche zu ändern. Zur sel­ ben Zeit wird die Position, in die der Spindelkopf 5 zurückge­ zogen wird, auf die naheste Rückzughöhe Zheight, die in den Schritten S1 bis S6 berechnet worden ist, gesteuert.
Daher stört weder das Werkzeug 3 noch das Werkzeug 3next das Werkstück W. Der Spindelkopf 5 benötigt eine minimale Zeit für das Zurückziehen. Die indirekte Betriebszeit zum Wechseln der Werkzeuge kann erheblich verkürzt werden und das Werk­ stück W kann effizient bearbeitet werden.
Da der Maschinenblock 1 des kleinen integrierten Types nur eine minimale Operation zum effizienten Bearbeiten des Werkstückes W benötigt, erfolgt eine sehr vorteilhafte Benutzung des Maschi­ nenblockes 1. Gleichzeitig belegt der Maschinenblock 1 nur ei­ nen minimalen Platz in einer Maschinenfabrik.
Der Spindelkopf 5, das Werkzeugmagazin 7 und der Werkzeugwech­ selarm 9, die ein Teil bilden, behindern einander nicht. Ohne die Beachtung derartiger Interferenzen kann die nichtinterfe­ rierende nächste Höhe Zchange berechnet werden, und es kann auf der Basis des vom Vertikalpositionssensor 85 erfaßten Wertes eine einfache Steuerung ohne Fehler ausgeführt werden. Damit kann der Spindelkopf 5 sicher zurückgezogen werden.
Das Werkzeugmagazin 7 ist derart ausgebildet, daß die Werkzeuge entlang der zur Spindel 21 senkrechten Achse M ausgerichtet sind. Sofort nachdem der Spindelkopf 5 in den Schritten S11 bis S17 zurückgezogen worden ist, wird in Schritt S22 der Rotati­ onsarm 43 gedreht, der Werkzeugtopf 29next nach unten gedreht und das nächste Werkzeug 3next auf der Werkzeugaufnahmeachse C bereitgestellt. Damit werden die Werkzeuge schnell gewechselt. Selbst wenn das nächste Werkzeug 3next für den nächsten Bearbei­ tungsprozeß viel länger als das gegenwärtige Werkzeug 3 für den gegenwärtigen Bearbeitungsprozeß ist, wird verhindert, daß das nächste Werkzeug 3next in die Werkzeugaufnahmeposition P2 ge­ bracht wird und das Werkstück W stört, bevor der Spindelkopf 5 vollständig zurückgezogen worden ist. Damit kann jede Art von Werkzeugen schnell gewechselt werden.
Wie in Fig. 8B dargestellt ist, wird der höchste Punkt des Werkstückes W für die Berechnung der nichtinterferierenden nächsten Höhe Zchange betrachtet. Falls der Spindelkopf 5 ein­ mal zurückgezogen worden ist, tritt damit keine Interferenz mit dem Werkstück W auf, wenn die Werkzeuge gewechselt werden oder die zu bearbeitende Fläche geändert wird. Nachdem der Spindel­ kopf 5 vollständig zurückgezogen worden ist, kann die bearbei­ tete Fläche sofort gewechselt werden, und zwar unabhängig vom Fortschritt beim Wechseln der Werkzeuge. Falls die Werkzeuge und gleichzeitig die zu bearbeitende Oberfläche gewechselt wer­ den, stören weder das Werkzeug 3 noch das nächste Werkzeug 3next das Werkstück W. Damit kann die Vorbereitung des nächsten Bearbeitungsprozesses schnell erfolgen. Da die nichtinterferie­ rende nächste Höhe Zchange aus der geometrischen Position be­ stimmt wird, muß der Werkzeugwechsel nicht mit der Änderung der zu bearbeitenden Oberfläche abgestimmt werden. Der Werkzeug­ wechsel und die Änderung der zu bearbeitenden Oberfläche kann individuell ausgeführt und einfach und sicher gesteuert werden.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wurde ein Maschinenblock 1 des kleinen integrierten Types beschrieben. Der Maschinen­ block 1 ist jedoch nicht auf diesen kleinen integrierten Typ beschränkt. Getrennte Antriebsquellen können den Spindelkopf 5, das Werkzeugmagazin 7 und den Werkzeugwechselarm 9 vertikal be­ wegen. Da der Spindelkopf 5, das Werkzeugmagazin 7 und der Werkzeugwechselarm 9 vor dem Werkzeugwechsel in die nichtinter­ ferierende nächste Position zurückgezogen werden, können die Werkzeuge schnell gewechselt werden, wodurch die Betriebseffi­ zienz verbessert wird.
Bei dieser Ausführungsform werden die nichtinterferierenden nächsten Positionen aus den Längen der Werkzeuge berechnet. Es können jedoch die Dicke, die Konfiguration der Spitze und ande­ re Faktoren der Werkzeuge für eine derartige Berechnung in Be­ tracht gezogen werden. Ferner kann der geometrische Ort der ge­ drehten Werkzeuge eingehen.
Um die Operationszeit zu reduzieren, können die Schritte S19 und S21 zum Adressieren der Werkzeuge vor der Vervollständigung des gegenwärtigen Bearbeitungsprozesses beendet werden. Die Än­ derung der zu bearbeitenden Oberfläche kann entweder gestartet werden, bevor der Spindelkopf 5 die nichtinterferierende näch­ ste Höhe Zchange oder wenn die Ecke K1 oder K4 des Werkstückes W die Höhe Z1-2 oder Z1-4 bei der Änderung der zu bearbeitenden Fläche erreicht. Damit kann die Betriebszeit durch ein genaue­ res Steuern verschiedener Zeitabstimmungen weiter verkürzt wer­ den.
Die zu bearbeitende Oberfläche kann durch Bewegen des Werkstüc­ kes W innerhalb der X-Y-Ebene anstelle der Drehung des Werk­ stückes W um die Achse B gewechselt werden. Die nichtinterfe­ rierende nächste Höhe Zchange kann aus der Konfiguration und der zu bearbeitenden Stelle des Werkstückes W berechnet werden. Auch können der Werkzeugwechsel und die Änderung der bearbeite­ ten Fläche zur selben Zeit ausgeführt werden und der Spindel­ kopf 5 in eine minimale Entfernung zurückgezogen werden.
Bei dieser Ausführungsform wird aus der absoluten Position des Spindelkopfes 5 bestimmt, ob dieser zurückgezogen worden ist. Es kann jedoch auch ein inkrementeller Sensor benutzt werden. Da die Ausführungsform von der absoluten Position abhängt, ist es unnötig, zu bestimmen, wie weit der Vertikalbewegungsmotor 19 angetrieben werden soll, um den Spindelkopf 5 in seine nichtinterferierende nächste Höhe Zchange zu bringen. Damit sind die Berechnung und die Steuerung einfach.
Bei der Ausführungsform bewegt sich der Spindelkopf 5 vertikal. Statt dessen kann auch der Werktisch 13 nach unten und oben be­ wegt werden. Der mechanische und elektrische Aufbau des Maschi­ nenblockes 1 für eine weitere Ausführungsform stimmt mit demje­ nigen der oben beschriebenen Ausführungsform überein. Für diese Ausführungsform wird eine Indexvorrichtung 12 im Detail erläu­ tert.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist ein Sockel 2 wie die Säule 11 einen Tisch 14 auf. Der Tisch 14 kann durch den X-Achsen- Motor 13a und den Y-Achsen-Motor 13b innerhalb einer horizonta­ len Ebene entlang der X- und Y-Achsen bewegt werden. Die Index­ vorrichtung (Werkstückrundtisch) 12 umfaßt den Indextisch 15 als eine auf dem Tisch 14 montierte Bearbeitungsflächen- Änderungseinrichtung. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann das Werk­ stück W auf dem Indextisch 15 installiert und um die zur Achse der Spindel 21 senkrechte Achse B mittels des B-Achsen-Motors 15b in der Indexvorrichtung 12 gedreht werden.
Beim Betrieb dreht der B-Achsen-Motor 15b das auf den Index­ tisch 15 gesetzte Werkstück W um die Achse B, um die zu bear­ beitende Fläche des Werkstückes W anzugeben. Vor oder während der Bearbeitung des Werkstückes W wird dieses auf dem Tisch 14 positioniert, der Vertikalbewegungsmotor 19 bewegt die Spindel 21 vertikal, und der X-Achsen-Motor 13a und der Y-Achsen-Motor 13b treiben den Tisch 14 an. Nachdem der Vertikalbewegungsmotor 19 die Spindel 21 vertikal bewegt, um das am vorderen Ende der Spindel 21 angebrachte Werkzeug 3 vom Werkstück W wegzube­ wegen, dreht die Indexvorrichtung 12 das Werkstück W, wodurch jegliche Interferenz mit dem Werkstück W verhindert wird.
Unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform wird die Bear­ beitung des Werkstückes W mit mehreren zu bearbeitenden Flächen erläutert. Falls erforderlich kann die Indexvorrichtung 12 ent­ sprechend der Art des Werkstückes W geändert werden. Bei der zweiten Ausführungsform wird das Werkzeug 3 während des gesam­ ten Bearbeitungsprozesses nicht gewechselt.
Wenn die Richtung oder der Drehwinkel in Übereinstimmung mit der Form des zu bearbeitenden Werkstückes W begrenzt ist, oder falls die Richtung oder der Drehwinkel der Transporteinrichtung entsprechend der Art der Indexvorrichtung 12 oder der damit verbundenen Kabel begrenzt ist, werden diese Beschränkungen vorher über die Tastatur 83 eingegeben und unter gegebenen Adressen im zweiten Master-RAM 76 gespeichert.
Wenn das Werkstück W im oder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, um eine zu bearbeitende Oberfläche des Werkstückes W, die der gerade bearbeiteten Fläche benachbart ist, in die Position der gerade angesprochenen Oberfläche zu bringen, wird das Werk­ zeug 3 die kürzeste Strecke, die eine Interferenz mit dem Werk­ stück W oder anderen Komponenten verhindert, zurückbewegt. Die bei dieser Operation angenommenen Positionen sind im zweiten Master-RAM 76 gespeichert. Genauer gesagt, wird die der Spindel 21 gegenüberliegende Oberfläche von einer beliebigen zu bear­ beitenden Oberfläche des Werkstückes W in eine hierzu benach­ barte Oberfläche des Werkstückes W geändert, indem das Werk­ stück W mittels der Indexvorrichtung 12 um die Achse B gedreht wird. Innerhalb des Drehbereiches wird das Werkstück W in nächste Nähe zu einem Interferenzbereich gebracht, in dem das Werkzeug 3 eine periphere Einrichtung, wie z. B. den Tisch 14 und das Werkstück W, stört, ohne in den Interferenzbereich ein­ zudringen. Die nahesten Positionen werden im weiteren als nichtinterferierende nächste Positionen bezeichnet, die vorher über die Tastatur 83 eingegeben und unter gegebenen Adressen im zweiten Master-RAM 76 abgespeichert werden.
Über die Tastatur 83 wird auch ein Bearbeitungsprogramm einge­ geben und im zweiten Master-RAM 76 gespeichert. Im Bearbei­ tungsprogramm wird die Winkelposition des Werkstückes W um die Achse B als ein absoluter Wert dargestellt. Nachdem die Daten, wie oben erläutert, eingegeben worden sind, wird eine Hauptrou­ tine zur Bearbeitung ausgeführt, wie dies im Flußdiagramm der Fig. 11 dargestellt ist.
Zuerst bestimmt der Schritt S101, ob ein (nicht dargestellter) Betriebsschalter betätigt ist. Falls im Schritt S101 der Be­ triebsschalter nicht betätigt ist, wartet der Prozeß, bis die­ ser betätigt wird. Falls in Schritt S101 der Betriebsschalter eingeschaltet ist, positioniert der Schritt S102 das Werkstück W in Richtung der X-, Y- und Z-Achse relativ zum Werkzeug 3 am vorderen Ende des Spindelkopfes 5. Anschließend bearbeitet der Schritt S103 das Werkstück entsprechend dem Bearbeitungspro­ gramm. Schritt S104 bestimmt, ob die Bearbeitung des Werkstüc­ kes W beendet ist. Falls in Schritt S104 die Bearbeitung des Werkstückes W vervollständigt ist, endet der Prozeß. Falls dies nicht der Fall ist, ermittelt der Schritt S105, ob die nächste Operation die Drehung der Indexvorrichtung 12 mit sich bringt. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt der Prozeß zum Schritt S102 zurück und die Schritte S102 bis S105 werden wiederholt.
Falls im Schritt S105 die Drehung hinzukommt, ermittelt Schritt S106, ob die Beschränkungen bezüglich der Richtung und des Drehwinkels des Werkstückes W und der Indexvorrichtung 12 im zweiten Master-RAM 76 gespeichert sind. Falls in Schritt S106 diese Beschränkungen gespeichert sind, wird in Schritt S107A ein Flag FL auf eins gesetzt. Falls dies nicht der Fall ist, wird in Schritt S107B das Flag FL auf null zurückgesetzt. An­ schließend springt der Prozeß zum Schritt S108, in dem durch Subtrahieren der gegenwärtigen Winkelposition von der Winkelpo­ sition für den nächsten Schritt eine Winkeldifferenz θ berechnet wird. Die Winkelpositionen werden durch absolute Werte darge­ stellt. Schritt S108 bestimmt, ob das Vorzeichen der Winkeldif­ ferenz θ negativ oder positiv ist und ermittelt einen Absolut­ wert |θ| der Winkeldifferenz θ. Schritt S109 bestimmt, ob der Absolutwert |θ| kleiner, gleich oder größer als π ist.
Falls in Schritt S109 der Absolutwert |θ| kleiner als π ist, wählt in Schritt S110 die Master-CPU 71 eine nahe Drehung um |θ| in derselben Richtung wie das in Schritt S108 ermittelte Vorzeichen aus. Falls in Schritt S109 der Absolutwert |θ| den Winkel π übersteigt, wählt Schritt S111 eine Drehung um 2π - |θ| in einer Richtung aus, die der Richtung des in Schritt S108 er­ mittelten Vorzeichens entgegengesetzt ist. Anschließend ermit­ telt Schritt S112, ob das Flag FL auf eins gesetzt worden ist oder nicht. Falls in Schritt S112 das Flag FL auf eins gesetzt worden ist, bestimmt Schritt S113, ob die im Schritt S110 oder S111 ausgewählte Drehung innerhalb des vorher gespeicherten Be­ reiches der Beschränkungen liegt. Falls die Beschränkungen die ausgewählte Drehung nicht erlauben, ändert Schritt S114 die ausgewählte Drehung in eine umfangreichere Drehung um den Win­ kel [2π-(den in Schritt S110 oder S111 ausgewählten Winkel)] in einer Richtung ab, die der im Schritt S110 oder S111 ausgewählten Richtung entgegengesetzt ist. Falls in Schritt S112 das Flag FL auf null zurückgesetzt worden ist, oder falls in Schritt S113 die im Schritt S110 oder S111 ausge­ wählte Drehung innerhalb des Bereiches der Beschränkungen liegt, schreitet der Prozeß mit Schritt S115 fort. Genauer ge­ sagt, nimmt die Drehrichtung die kürzere Route, falls die Be­ schränkungen die Drehung erlauben, und die Drehrichtung nimmt die längere Route, falls die Drehung nicht innerhalb der Be­ schränkungen stattfinden kann. Schritt S115 vergleicht die vor­ her über die Tastatur 83 eingegebenen und der in den Schritten S110, S111 oder S114 ausgewählten oder geänderten Drehung ent­ sprechenden nichtinterferierenden nächsten Positionen, und wählt die Position mit dem größten Wert der nichtinterferieren­ den nächsten Position als entfernteste Position aus. Der Schritt S116 bewegt durch den Vertikalbewegungsmotor 19 den Spindelkopf 5 in die im Schritt S115 ausgewählte entfernteste Position. In Schritt S117 werden das Vorzeichen der Drehrich­ tung, die im Schritt S110 oder S111 ausgewählt oder in Schritt S114 geändert worden ist, und der absolute Wert der für den nächsten Bearbeitungsprozeß erreichten Winkelposition in einem ersten Bereich auf dem Monitor 84 angezeigt. In Schritt S118 dreht die Indexvorrichtung 12 das Werkstück W um die Achse B entsprechend der angezeigten Drehrichtung und der erreichten Winkelposition, so daß die nächste zu bearbeitende Oberfläche der Spindel 21 gegenüberliegt. Wenn sich das Werkstück W dreht, stört das Werkzeug 3 das Werkstück W oder andere Komponenten nicht, befindet sich jedoch möglichst nahe beim Werkstück W, da der Schritt S116 den Spindelkopf 5 in die entfernteste Position bewegt hat.
Schritt S119 bestimmt, ob das Flag FL auf eins gesetzt ist oder nicht. Falls in Schritt S119 das Flag FL auf eins gesetzt ist und die Beschränkungen im zweiten Master-RAM 76 gespeichert sind, bewirkt Schritt S120 eine gerade Anzeige innerhalb des Bereiches 2Nπ (N = 3) in einem zweiten Teil auf dem Bild­ schirm (Monitor) 84, um den Abstand der Winkelposition des aus­ gerichteten Werkstückes W von der anfänglichen Winkelposition darzustellen. Es wird angezeigt, um wie viele Grad das Werk­ stück W in positiver oder negativer Richtung im gesamten ro­ tiert, um die Winkelposition zu erreichen. Falls in Schritt S119 das Flag FL auf null zurückgesetzt worden ist und keine Beschränkungen gespeichert sind, zeigt der Schritt S121 die Winkelposition des ausgerichteten Werkstückes W innerhalb des Bereiches von -2π bis +2π an. Der Prozeß kehrt zum Schritt S102 zurück, und der Schritt S102 und die nachfolgenden Schritte werden wiederholt.
Falls in Schritt S109 der Absolutwert |θ| der Winkeldifferenz gleich π ist, wird in Schritt S122 die entfernteste Position der nichtinterferierenden nächsten Positionen innerhalb des Winkelbereiches +π mit der entferntesten Position der nichtin­ terferierenden nächsten Positionen innerhalb des Winkelberei­ ches -π verglichen. Schritt S123 wählt die Drehrichtung des Werkstückes W mit einer kürzeren Entfernung von der entfernte­ sten Position und dem Winkel π aus. Es werden die den Schritten S112 bis S122 ähnlichen Schritte S5 ausgeführt, wodurch das Werkstück W um die Achse B gedreht und die Richtung und der Winkel der Drehung angezeigt werden. Der Prozeß kehrt zum Schritt S102 zurück, und der Schritt S102 und die nachfolgenden Schritte werden wiederholt.
Wie oben erwähnt worden ist, wird der Bearbeitungsprozeß auto­ matisch ausgeführt, wenn der Betriebsschalter betätigt wird. Falls die Schritte des Bearbeitungsprozesses unterbrochen aus­ geführt werden, wird eine im Flußdiagramm der Fig. 12 gezeigte Einzelschrittmodus-Bearbeitungsroutine durch Betätigen eines (nicht dargestellten) manuellen Schalters ausgeführt.
Zuerst liest in Schritt S124 das zweite Master-RAM 76 den näch­ sten Bearbeitungsprozeß. Schritt S125 ermittelt, ob das Werk­ stück W durch die Indexvorrichtung 12 um die Achse B gedreht wird. Falls in Schritt S125 das Werkstück W gedreht wird, führt der Schritt S126 die Operationen des Schrittes S106 und der nachfolgenden Schritte in Fig. 11 aus. Falls in Schritt S125 das Werkstück W nicht gedreht wird, führt der Schritt S127 an­ dere Prozesse aus. Der Prozeß kehrt dann in eine Bereitschafts­ stellung zurück.
Bei der zweiten Ausführungsform, wird das Werkstück W durch die Indexvorrichtung 12 derart gedreht, daß es die kürzere Route nimmt, so daß die nächste zu bearbeitende Oberfläche im näch­ sten Bearbeitungsprozeß bearbeitet werden kann. Die Spindel 21 wird derart bewegt, daß das Werkzeug 3 nicht mit dem Werkstück W oder der peripheren Einrichtung, wie z. B. dem Tisch 14, in­ terferiert und das Werkzeug 3 sich nur über eine minimale Di­ stanz bewegt. Damit kann das Werkstück W schnell bearbeitet werden.
Falls die Beschränkungen aufgrund der Form des Werkstückes W und anderer Faktoren es dem Werkstück W nicht erlauben, die kürzere Route zu nehmen, wird das Werkstück W durch die Index­ vorrichtung 12 in umgekehrter Richtung gedreht. Damit wird ver­ hindert, daß das Werkstück W den Tisch 14 oder andere Komponen­ ten berührt. Es wird außerdem verhindert, daß die mit der In­ dexvorrichtung 12 oder dem Tisch 14 verbundenen Kabel beschä­ digt werden.
Wie oben beschrieben worden ist, bewegt sich das Werkzeug 3 über eine minimale Distanz, und es wird auf der Basis der vor­ her über die Tastatur 83 eingegebenen Daten eine beschränkte Drehung des Werkstückes W verhindert. Folglich müssen bei der Erstellung des Bearbeitungsprogrammes Schritte zur Vermeidung der beschränkten Rotation des Werkstückes W nicht in Betracht gezogen werden. Das Bearbeitungsprogramm kann somit einfach er­ stellt und muß nicht modifiziert werden.
Die Winkelposition wird durch einen absoluten Wert im Bearbei­ tungsprogramm angegeben. Die nächste Drehrichtung des Werkstüc­ kes W wird jedoch im ersten Feld auf dem Monitor 84 darge­ stellt. Da der Bediener die Drehrichtung auf dem Monitor 84 be­ stätigen kann, kann das Werkstück W sicher bearbeitet werden. Falls jeder Schritt des Bearbeitungsprozesses entsprechend dem Flußdiagramm der Fig. 12 manuell geprüft wird, falls die Spin­ del 21 in eine beliebige, nicht auf dem Programm basierende Po­ sition bewegt worden ist, um das Werkstück W zu prüfen, bevor es von der Indexvorrichtung 12 gedreht worden ist, kann die Po­ sition der Spindel 21 auf einfache Weise wieder einjustiert werden. Die Spindel 21 kann derart erneut einjustiert werden, daß der Spindelkopf 5 nicht mit dem sich in der bekannten Rich­ tung drehenden Werkstück W interferiert. Da die korrekte Dreh­ richtung bekannt ist, wird verhindert, daß das Werkzeug 3 in fehlerhafter Weise das Werkstück W stört.
Falls der Drehung des Werkstückes W durch die Indexvorrichtung 12 Beschränkungen auferlegt sind, wird der Anzeigemodus automa­ tisch in den linearen Modus geändert, in dem die Winkelposition des ausgerichteten Werkstückes W linear angezeigt wird. Der Be­ diener kann erfahren, wie oft das Werkstück W von Anfang an bis zum Erreichen der gegenwärtigen Position gedreht worden ist. Falls z. B. der Bearbeitungsprozeß Schritt für Schritt manuell geprüft wird, muß der Bediener den Anzeigemodus nicht zwischen der linearen Anzeige und der Winkelanzeige umschalten, bevor das Werkstück W gedreht wird. Das Werkstück W kann ohne An­ schlag gedreht werden.
Bei dieser Ausführungsform wird das Werkstück W ohne Wechseln des Werkzeuges 3 durch den Werkzeugwechselarm 9 bearbeitet. Wenn das Werkzeug 3 durch den Werkzeugwechselarm 9 während des Bearbeitungsprozesses ausgetauscht wird, kann die nichtinterfe­ rierende nächste Position aus den Längen des gegenwärtigen Werkzeuges 3 und des nächsten Werkzeuges 3next und der vertika­ len Distanz des Werkzeugwechselarmes 9 zum Zeitpunkt des Werk­ zeugwechsels ermittelt werden. Die ermittelte nichtinterferie­ rende nächste Position kann im zweiten Master-RAM 76 gespei­ chert werden. Die oben erwähnten Vorteile können auch während des Bearbeitungsprozesses mit Werkzeugwechsel erwartet werden. Der Bearbeitungsprozeß kann für eine breite Anwendung schnell ausgeführt werden.
Falls bei der zweiten Ausführungsform das im Schritt S109 be­ rechnete θ gleich π ist, wird die Drehrichtung derart ausge­ wählt, daß der Spindelkopf 5 minimal zurückgezogen wird. Das Werkstück W kann jedoch auch jedesmal, wenn θ gleich π ist, in einer festen Richtung gedreht werden.
Jede Winkelposition des Werkstückes W innerhalb des Bereiches von 0 bis 2π kann im wesentlichen kontinuierlich im zweiten Ma­ ster-RAM 76 als nichtinterferierende nächste Positionen gespei­ chert werden. Die Art und Weise des Datenspeicherns kann in an­ gepaßter Weise verändert werden. Bei der zweiten Ausführungs­ form wird die Anzeige des zweiten Feldes auf dem Monitor 84 zwischen linearer und Winkelanzeige umgeschaltet. Die Winkelpo­ sition der zu bearbeitenden Oberfläche für den nächsten Bearbeitungsprozeß kann im zweiten Feld auf dem Monitor 84 ange­ zeigt werden.
Bei der zweiten Ausführungsform kann die Anzeige der Drehrich­ tung des Werkstückes W unterlassen werden. Falls der Drehung des Werkstückes W durch die Indexvorrichtung 12 keine Beschrän­ kungen auferlegt sind, kann die Funktion zum Bestimmen, ob Be­ schränkungen existieren oder nicht, weggelassen werden.

Claims (6)

1. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit
einer in einem Spindelstock (5) um eine erste Achse (Z) drehbaren Spindel (21) zur Aufnahme eines Werkzeuges (3),
einem Werktisch (13) zum Tragen eines Werkstückes (W),
einem Maschinenbett (2) zum Tragen des Spindelstockes (5) und des Werktisches (13) derart, daß eine Relativbewegung zwischen dem Spindelstock (5) und dem Werktisch (13) in Richtung der ersten Achse (Z) möglich ist,
einem auf dem Werktisch (13) montierten Werkstückrundtisch (Indexvorrichtung) (12) zum Halten und Drehen des Werkstückes (W) um eine vierte Achse (B), die zu einer die erste Achse (Z) enthaltenden Ebene orthogonal ist,
einer Rundtischsteuereinrichtung zum Steuern des Werkstückrundtisches (12) derart, daß das Werkstück (W) von einer letzten Position, in der das Werkzeug (3) eine letzte Oberfläche (W1) des Werkstückes (W) bearbeitet hat, in eine nächste Position, bei der das Werkzeug (3) eine nächste Oberfläche (W2, W4) des Werkstückes (W) bearbeiten wird, um einen Drehwinkel (θr) in einer Drehrichtung gedreht wird,
einer Eingabevorrichtung (83) zum Eingeben von Positionen für das Werkstück (W) und das Werkzeug (3), an denen das Werkstück (W) und das Werkzeug (3) zwar nicht miteinander kollidieren, aber während der Drehung des Werkstückes (W) von der letzten Position zu der nächsten Position sich einander am nächsten kommen, in einen Speicher (zweiter Master-RAM) (76),
einer Rotationsauswahleinrichtung zum Auswählen der Drehrichtung und des Drehwinkels (θr), wobei die
Rotationsauswahleinrichtung (M24)
einen Änderungswinkel (θ) berechnet, der eine Winkeldifferenz zwischen einem letzten Winkel, bei dem das Werkzeug (3) die letzte Oberfläche (W1) bearbeitet hat, und einem nächsten Winkel, bei dem das Werkzeug (3) die nächste Oberfläche (W2, W4) bearbeiten wird, darstellt,
die Drehrichtung so festlegt, daß sie der Drehrichtung des Änderungswinkels (θ) entspricht, falls der Absolutwert (|θ|) des Änderungswinkels (θ) kleiner als π ist, oder daß sie der durch den Änderungswinkel (θ) dargestellten Drehrichtung entgegengesetzt ist, falls der Absolutwert (|θ|) des Änderungswinkels (θ) größer als π ist, und
den Drehwinkel (θr) so festlegt, daß er gleich dem Änderungswinkel (θ) ist, falls der Absolutwert (|θ|) des Änderungswinkels (θ) kleiner als π ist, oder daß er gleich einer Differenz von 2π und dem Absolutbetrag (|θ|) des Änderungswinkels (θ) ist, falls der Absolutwert (|θ|) des Änderungswinkels (θ) größer als π ist,
einer ersten Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Maximalkollisionsgröße zwischen dem Spindelstock (5) und dem Werktisch (13) für den Drehwinkel (θr) und die Drehrichtung auf der Grundlage der in dem Speicher (76) gespeicherten Positionen, wobei die Maximalkollisionsgröße eine minimale Sicherheitsentfernung zwischen dem Werkzeug (3) in der Spindel (21) und dem Werkstück (W) ist, daß eine Kollision zwischen dem Werkzeug (3) und dem Werkstück (W) während der Drehung des Werkstückes (W) durch den Werkstückrundtisch (12) um den ermittelten Drehwinkel (θr) in der ermittelten Drehrichtung nicht auftritt, und
einer Antriebseinrichtung (Vertikalbewegungsmotor) (19) zum Bewegen des Spindelstockes (5) in Richtung der ersten Achse (Z) relativ zum Werktisch (13) derart, daß der Spindelstock (5) die Maximalkollisionsgröße vom Werkstück (W) entfernt ist, bevor der Werkstückrundtisch (12) das Werkstück (W) um die vierte Achse (B) dreht.
2. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Werkzeugwechselarm (9) zum Wechseln des Werkzeuges (3) in der Spindel (21) gegen das nächste gewünschte Werkzeug (3next).
3. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch
eine Positionsrichtungs-Anzeigeeinrichtung (M28), und
eine Anzeigesteuereinrichtung zum Steuern der Positionsrichtungs-Anzeigeeinrichtung (M28) derart, daß diese das Vorzeichen der Drehrichtung und den Drehwinkel (θr) anzeigt, die von der Rotationsauswahleinrichtung (M24) ausgewählt worden sind, falls sich die von der Rotationsauswahleinrichtung (M24) ausgewählte Drehrichtung im Vorzeichen vom berechneten Änderungswinkel (θ) unterscheidet.
4. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, mit
einer in einem Spindelstock (5) um eine erste Achse (Z) drehbaren Spindel (12) zur Aufnahme eines Werkzeuges (3),
einem Werktisch (13) zum Tragen eines Werkstückes (W),
einem Maschinenbett (2) zum Tragen des Spindelstockes (5) und des Werktisches (13) derart, daß eine Relativbewegung zwischen dem Spindelstock (5) und dem Werktisch (13) in Richtung der ersten Achse (Z) möglich ist,
einem auf dem Werktisch (13) montierten Werkstückrundtisch (12) zum Halten und Drehen des Werkstückes (W) um eine vierte Achse (B), die zu einer die erste Achse (Z) enthaltenden Ebene orthogonal ist,
einer Rundtischsteuereinrichtung zum Steuern des Werkstückrundtisches (12) derart, daß das Werkstück (W) von einer letzten Position, in der das Werkzeug (3) eine letzte Oberfläche (W1) des Werkstückes (W) bearbeitet hat, in eine nächste Position gedreht wird, in der das Werkzeug (3) eine nächste Oberfläche (W2, W4) des Werkstückes (W) bearbeiten wird um einen Drehwinkel (θr) in eine Drehrichtung gedreht wird,
einer Beschränkungsermittlungseinrichtung zum Ermitteln von durch die Eigenschaften des Werstückrundtisches (12) und des Werkstückes (W) verursachten Beschränkungen für den Drehwinkel (θr) und die Drehrichtung,
einer Sicherheitsentfernungsermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer minimalen Sicherheitsentfernung zwischen dem Werkzeug (3) in der Spindel (21) und dem Werkstück (W), bei der eine Kollision zwischen dem Werkzeug (3) und dem Werkstück (W) während der Drehung des Werkstückes (W) durch den Werkstückrundtisch (12) um den ermittelten Drehwinkel (θr) und in der ermittelten Drehrichtung nicht auftritt,
einer Rotationsauswahleinrichtung zum Auswählen des Drehwinkels (θr) und der Drehrichtung, wobei die Rotationsauswahleinrichtung (M24)
einen Änderungswinkel (θ) berechnet, der die Winkeldifferenz zwischen einem letzten Winkel, bei dem das Werkzeug (3) die letzte Oberfläche (W1) bearbeitet hat, und einem nächsten Winkel, bei dem das Werkzeug (3) die nächste Oberfläche (W2, W4) bearbeiten wird, darstellt,
die Drehrichtung so festlegt, daß sie der Drehrichtung des Änderungswinkels (θ) entspricht, falls der Absolutwert (|θ|) des Änderungswinkels (θ) kleiner als π ist, oder daß sie der durch den Änderungswinkel (θ) dargestellten Drehrichtung entgegengesetzt ist, falls der Absolutwert (|θ|) des Änderungswinkels (θ) größer als π ist,
den Drehwinkel (θr) so festlegt, daß er gleich dem Änderungswinkel (θ) ist, falls der Absolutwert (|θ|) des Änderungswinkels (θ) kleiner als π ist, oder daß er gleich einer Differenz von 2π und dem Änderungswinkel (θ) ist, wenn der Absolutwert (|θ|) des Änderungswinkels (θ) größer als π ist, und
die jeweils andere Drehrichtung als die festgelegte Drehrichtung auswählt und den jeweils anderen Drehwinkel (θr) als den festgelegten Drehwinkel (θr) auswählt, wenn die Beschränkungsermittlungseinrichtung eine Beschränkung für den Drehwinkel (θr) oder die Drehrichtung ermittelt, und
einer Antriebseinrichtung (19) jeweils zum Bewegen des Spindelstockes (5) in Richtung der ersten Achse (Z) derart relativ zum dem Werktisch (13), daß das Werkzeug (3) um die minimale Sicherheitsentfernung von dem Werkstück (W) entfernt ist, bevor der Werkstückrundtisch (12) das Werkstück (W) um die vierte Achse (B) dreht.
5. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
für den Fall, daß der Betrag des Änderungswinkels (|θ|) gleich π ist, die erste Ermittlungseinrichtung neben der ersten Maximalkollisionsgröße noch eine zweite Maximalkollisionsgröße ermittelt, die den Drehungen des Werkstückes (W) durch den Werkstückrundtisch (12) um einen Winkel π in eine erste oder in eine entgegengesetzte zweite Richtung entsprechen, und
die Rotationsauswahleinrichtung (M24) den Drehwinkel (θr) gleich π und die Drehrichtung gleich der ersten Richtung setzt, falls die erste Maximalkollisionsgröße kleiner als die zweite Maximalkollisionsgröße ist, oder die Drehrichtung gleich der entgegengesetzten zweiten Richtung setzt, falls die zweite Maximalkollisionsgröße kleiner als die erste Maximalkollisionsgröße ist.
6. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ermittlungseinrichtung eine Positionsrichtungs- Anzeigeeinrichtung (M28) und eine Anzeigesteuereinrichtung zum Steuern der Positionsrichtungs-Anzeigeeinrichtung (M28) umfaßt, um das Vorzeichen der Drehrichtung und selektiv den beschränkten Drehwinkel (θr), der von der Beschränkungsermittlungseinrichtung gesetzt worden ist anzuzeigen, oder um einen Gesamtdrehwinkel anzuzeigen, um den das Werkstück (W) durch den Werkstückrundtisch (12) während eines gesamten Bearbeitungsprozesses gedreht wurde und um die Bestimmung der Maximalkollisionsgröße durch die erste Ermittlungseinrichtung zu ermöglichen, wenn durch die Beschränkungseinstelleinrichtung keine Beschränkungen gesetzt worden sind.
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