EP4143648A1 - Herstellung durch kegelsegmente bestimmbarer flächen mittels einer werkzeugmaschine - Google Patents

Herstellung durch kegelsegmente bestimmbarer flächen mittels einer werkzeugmaschine

Info

Publication number
EP4143648A1
EP4143648A1 EP21746362.9A EP21746362A EP4143648A1 EP 4143648 A1 EP4143648 A1 EP 4143648A1 EP 21746362 A EP21746362 A EP 21746362A EP 4143648 A1 EP4143648 A1 EP 4143648A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
cycle
cone
tool
machine tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21746362.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Bretschneider
Lars Immenroth
André Vieweg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4143648A1 publication Critical patent/EP4143648A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/408—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by data handling or data format, e.g. reading, buffering or conversion of data
    • G05B19/4083—Adapting programme, configuration
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4093—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by part programming, e.g. entry of geometrical information as taken from a technical drawing, combining this with machining and material information to obtain control information, named part programme, for the NC machine
    • G05B19/40937—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by part programming, e.g. entry of geometrical information as taken from a technical drawing, combining this with machining and material information to obtain control information, named part programme, for the NC machine concerning programming of machining or material parameters, pocket machining
    • G05B19/40938—Tool management
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method for producing and/or machining a non-conical surface of a workpiece that can be determined by a segment of a cone using a machine tool, the machine tool having at least two linear axes and at least one linear axis for generating a relative movement between a tool and the workpiece Has rotary axis and a numerical control for controlling the axes. Furthermore, the invention relates to a cycle for carrying out such a method, a numerical control with such a cycle and a machine tool with such a numerical control.
  • Control uses a parts program to "control” the movements of machine elements and thus the movements of a tool, which is introduced into the machine, for example via a tool holding device, relative to a workpiece, which is also introduced into the machine
  • control is common usage and not “control” in the sense of control technology.
  • Control here means above all the position control of axes, which includes control processes in the sense of control technology.
  • the parts program is composed at least predominantly of control commands that are read in and interpreted by the control device. According to the control commands, the control device controls the movements of the machine elements of the machine tool and thus the movement of the tool relative to the workpiece.
  • a CAM system Computer Aided Manufacturing
  • a CAM system generates movement information about movements to be carried out of the tool, preferably in a standardized data format, and reads it in from a downstream postprocessor.
  • the post-processor Based on the movement information generated by the C ⁇ M system, the kinematic and machine data of the machine tool and the instruction set of the CNC control and the instruction set of the PLC control, the post-processor creates a for the specific machine tool on which the machining process is to take place adapted parts program in the form of control commands adapted to the specific control device of the machine tool.
  • the movement information generated by the C ⁇ M system preferably in a standardized data format, is converted by the post-processor into control commands that can be read in by the control device and are adapted to the respective control device.
  • the post-processor takes into account the specific machine-specific kinematic conditions of the machine tool, such as kinematics, geometric proportions, maximum travel ranges of the drive axes and maximum speeds of the machine elements. This data is in the form of machine data.
  • machine-specific PLC functionalities programmable logic control
  • lubrication, tool change, door locking etc. are taken into account by the postprocessor when generating the control commands, with the specifically available PLC functionalities being available to the postprocessor in the form of PLC command sets stand.
  • Cycles are programs stored in the CNC control, which can be called up in the form of a subprogram and enable both programming and the execution of special machining conveniently directly on the machine, i.e. without resorting to an external C ⁇ M system. In most cases, only the cycle call and the input of a few parameters are required for programming or machining the user required. The CNC control then automatically generates or parameterizes the corresponding part program for processing the workpiece.
  • the creation and use of drilling cycles, milling cycles or turning cycles is known.
  • turning cycles are known, by means of which a rotationally symmetrical cone can be turned on a component, in particular a shaft, by specifying two radii and a height specification.
  • a particular challenge in path generation is the generation of movement paths for the manufacture of valve seats or closures of shut-off valves.
  • shut-off valves For example, in the chemical industry, the oil & gas industry, or the water & waste water industry, the use of so-called eccentric shut-off valves is common.
  • 3-way offset valves triple offset butterfly valves
  • 4-way offset valves are increasingly being used in industry.
  • the sealing surfaces of the valves Due to the eccentricities, the sealing surfaces of the valves have a complicated surface geometry, in particular with regard to a surface normal of the relevant components or a workpiece axis, which is not rotationally symmetrical and therefore not conical way with means of CAD/CAM system and postprocessor are required.
  • a method for controlling a machine tool is known from publication DE 102019 100 474 A1, comprising: providing a machine tool; providing a manufacturing sequence that includes a plurality of manufacturing steps, wherein at least one tool and a tool path are defined for each manufacturing step; Generation of control data, the control data comprising: control commands, the control commands specifying machining operations of the machine tool according to the manufacturing steps of the manufacturing sequence and the machine tool is set up to convert the control commands into the machining operations, and additional data, the additional data comprising at least one list specifying parameters extracted from the control commands; Providing the control data in a control unit of the machine tool; receiving input data at the controller, where the input data indicates user input; Generating modified control commands by means of the control unit, the modified control commands being generated from the control commands in accordance with the additional data and the input data; and activation of the machine tool by the control device using the modified control commands.
  • Document EP 2216 698 A2 discloses a method and a device for generating transformed control data for controlling a tool on a machine tool for machining a workpiece clamped in a clamping means of the machine tool by machining, with the method step of determining control data that specifies Which first tool path is to be traversed by the tool of the machine tool with which first tool orientation for machining the clamped workpiece when the workpiece is placed in the clamping means according to a clamping situation target state that indicates a target state of a clamping situation of the workpiece clamped in the clamping means is clamped, characterized by the further method steps: determination of a clamping situation actual state, which indicates an actual state of the clamping situation of the clamped workpiece in the clamping means, determination of a clamping situation deviation ung between the actual clamping situation and the desired clamping situation state, which indicates a deviation between the actual clamping situation and the desired clamping situation state, and generating transformed control data by carrying out a transformation of at least part of the specific control data
  • Document EP 3 151 073 A1 discloses a method for generating control data for controlling a tool on a machine tool for machining a clamped workpiece through a machining process, in particular machining, with the machine tool comprising a control device and a tool, for Controlling the tool in relation to the clamped workpiece with a three-dimensional free tool movement by generating a path program based on target parameters generated from a target geometry for controlling the machine tool, with the path program describing at least one path, the path consisting of a number of support points and line elements consists and each line element connects a pair of support points to one another, and the machine tool is controlled in accordance with the path program generated.
  • the method comprises the following steps: - Recording actual parameters of the machining process using a feedback loop, - Iterative optimization of the path program using the recorded actual parameters to generate a new path program_new with a new path_new, which is fed to the machine tool during processing and which replaces the previous path program and dynamically change and/or dynamically replace the previous trajectory.
  • An object of the present invention is to simplify the manufacture or machining of sealing surfaces in multi-eccentric check valves.
  • This object is achieved by a method for producing and/or machining a non-conical surface of a workpiece that can be determined by a segment of a cone using a machine tool, the machine tool having at least two linear axes and to generate a relative movement between a tool and the workpiece at least one Has a rotary axis and a numerical control for controlling the axes, with the following steps:
  • the workpiece is machined in the form of turning.
  • the invention is not limited to this embodiment. For example, milling to produce the workpiece is also possible.
  • the invention is not limited to the chip-removing Bear processing of a workpiece, but other processing is also possible, for example material processing.
  • the part program that can be processed by the numerical control can be generated directly after the cycle has been called and the required parameters have been entered by the operator using the cycle and the numerical control. Furthermore, the part program that can be processed by the numerical control can also be generated by the control at runtime, i.e. during the processing of a higher-level CNC program at the time the cycle is called.
  • the invention offers the advantage that now also by a segment of a cone determinable non-conical surfaces by means of the so-called “workshop-oriented programming” can be "programmed” directly on the CNC control, i.e. without resorting to an external CAM system.
  • this is not programming in the classic sense, in which the relative movement between the tool is programmed block by block and the workpiece must be specified (“programmed"), but the process is limited to calling and entering the parameters (parameterization) of the relevant cycle, through which the path to be followed for machining the workpiece is then automatically generated by the CNC control .
  • This procedure also allows the machine operator to make simple, situation-dependent adjustments without having to recreate the CNC program at an external workstation. Examples of such adjustments are:
  • a cone is a geometric body that is created when all the points of a delimited and connected area lying in one plane are connected in a straight line with a point (the apex) outside the plane.
  • the area is called the base, the boundary line of which is the directrix and the point is the tip or apex of the cone.
  • a cone has a vertex (the vertex), an edge (the directrix) and two faces (the mantle and the base). If the area (the base) is a circular disk, the body formed in this way is called a circular cone.
  • the base area can be of any design, in particular not circular or not elliptical.
  • a “conical surface” or cone for short is a rotationally symmetrical surface that corresponds to the shape of the lateral surface of a truncated cone of a right circular cone (rotary cone).
  • any area on the lateral surface of a cone is understood.
  • the production or processing of such surfaces is of particular interest, which can be determined by segments of oblique cones, in particular oblique circular cones.
  • non-conical surface of the workpiece within the meaning of the invention can therefore result from the fact that the cone in question is not itself rotationally symmetrical, e.g. an oblique cone, or that the cone is rotationally symmetrical (i.e. a rotary cone), but this is relative to the workpiece - is pivoted in space - as described above.
  • the part of the lateral surface in between is referred to below as a ring-shaped closed cone segment. Accordingly, the two planes and the cone segment form a coherent, closed surface. The two planes create a self-contained band on the lateral surface of the cone.
  • the invention is not limited to the above-mentioned preferred geometric variants of cone segments, but can be used in principle for any non-conical surfaces that can be determined (geometrically described) by a segment of a cone.
  • any surface intended for manufacture or processing according to the invention can be passed through specify the geometry of the cone in question, as well as the size and position of the area on the lateral surface of the cone, by appropriate user input directly on the control.
  • the geometric description of the relevant surface of the finished workpiece is sufficient for the cycle to be able to generate the appropriate part program from it. If, for example, the production of a desired surface (workpiece surface) is not possible in one work step, e.g. because the greatest possible infeed with the tool used does not allow this, the CNC control in connection with the cycle takes care of this - in a manner known per se - automatically the division into several steps.
  • the method according to the invention is particularly suitable for processing or producing a sealing surface of a closure part or a valve seat (the corresponding counterpart to the closure part) of a shut-off valve.
  • a hollow-cylindrical metal part is usually used as the workpiece blank for such a valve seat, and a cylindrical metal part is used for the closure.
  • shut-off valve is an eccentric shut-off valve, in particular a multiple eccentric shut-off valve, e.g. a triple eccentric shut-off valve (triple offset butterfly valve). Due to the complicated geometric shape of the sealing surfaces of such valves, it is no longer possible to "manually" program the paths required for processing. Without the invention, the necessary part programs could no longer be run on the CNC control itself, but only on an external CAM system can be created by trained experts.
  • a compensating movement required to generate the eccentricity can take place radially in a linear axis and be programmed accordingly.
  • the part program is preferably generated in polar coordinate format.
  • the infeed axis (Z direction) and a rotary axis are required as additional axes. Machining is therefore possible with a relatively simple 3-axis machine.
  • Another variant provides for a compensating movement radially in two linear axes required to generate the eccentricity.
  • the parts program is advantageously generated in Cartesian format, including orientation, which must be based on an active transformation.
  • the machine tool must have the following kinematics:
  • At least a 4-axis machine is therefore required to carry out the machining.
  • the geometric information required for manufacturing the sealing surface is advantageously entered into the CNC control by the operator via a cycle mask.
  • the object stated at the outset is also achieved by a cycle for a numerical control for carrying out a method according to claim 14.
  • the object set at the beginning is also achieved by a machine tool with a numerical control according to claim 16.
  • FIG. 1 shows a machine tool for carrying out a method according to the invention
  • FIGS. 2 and 3 shows a turning of a sealing surface of a triple eccentric shut-off valve shown in FIGS. 2 and 3 with a compensating movement through a linear axis of the machine tool
  • FIG 7 Representation of points on ellipse segments for spline formation
  • a machine tool 20 is shown schematically in FIG.
  • machine tool 20 has six machine axes, through which a relative movement occurs between a tool 1, which is in the form of a turning tool 1 in the exemplary embodiment, and a workpiece 5, indicated in the exemplary embodiment as a valve seat 5 of a multi-eccentric shut-off valve , can be carried out.
  • the tool 1 is clamped in a tool holder 2, which is connected to a tool spindle 21, which is driven by a position-controlled motor 22 is.
  • the workpiece 5 is fastened to a workpiece table 7 by clamping means 6 .
  • the turning tool 1 can be moved in a controlled translatory manner in the X, Y and Z direction la with the machine 20 shown in the exemplary embodiment with drives not shown in FIG. 1 for the sake of clarity.
  • the machine tool 20 shown also includes the position-controlled rotary axes A and B, which can also be seen in FIG 5 can be aligned.
  • the machine 20 has a third, position-controlled rotary axis C, which runs parallel to the Z-axis and with respect to which the workpiece table 7 is rotatably mounted relative to a stationary machine frame 23 .
  • the workpiece 5 can also be positioned relative to the tool 1 in an angular position g.
  • the drive was not shown here either.
  • a speed-controlled operation with respect to the rotary axes A and/or C is also possible in the machine tool 20 shown.
  • the machine tool 20 thus has six machine axes (the 3 linear axes X, Y and Z and the 3 rotary axes A, B and C), i.e. it is a so-called 6-axis machine tool (6-axis machine) 20 .
  • machine tool 20 can, of course, also have more, but also fewer than six machine axes.
  • the machine tool 20 is connected to a numerical control 30 which uses a part program 33 and/or a manual input to determine position setpoints x, y, z, , ⁇ and g for controlling a relative movement taking place between the tool 1 and the workpiece 5 .
  • the numerical control 30 determines the position setpoints using the parts program 33, in which the movement to be carried out by the tool 1 in relation to the workpiece 5 is defined in the form of commands.
  • the movement of the tool 1 and/or the workpiece 5 can also be specified by an operator on site at the machine tool 20 by means of a manual control input via an operating device 31 in conjunction with a display device 32 of the numerical control 30 .
  • the operating device 31 has, in particular, input fields, buttons and rotary controls.
  • the parts program 33 is usually generated outside the numerical control 30 by an external CAM/CAD system (not shown) and a so-called post-processor (not shown) which may be connected downstream of the CAM/CAD system and from there transferred to the numerical control 30 gene.
  • the numerical control 30 When processing the part program 33, the numerical control 30 generates in a specific cycle, the interpolation cycle, both position setpoints x, y and z for the linear axes and , ß and g (angular positions) for the rotary axes.
  • the tool 1 is moved relative to the workpiece 5 along a movement path with a predetermined orientation by means of these reference position values.
  • cycle 34 for the production and/or machining of non-conical surfaces of the workpiece 5, which can be determined, that is to say mathematically described, by a segment of a cone.
  • the workpiece 5 in the exemplary embodiment is a valve seat 5 of a triple eccentric shut-off valve.
  • Cycle 34 Corresponding parameterization of Cycle 34, which will be discussed in more detail later, enables the desired machining, in particular turning, of the sealing surface.
  • the 6-axis machine shown could also be used, for example, to perform a milling of the valve seat 5, in which the tool 1 is designed as a milling cutter (not shown) rotating about the spindle axis A, which is in X, Y and Z direction is positioned in a position-controlled manner and in which the Ven tilsitz 5 is preferably fixed in place.
  • the milling cutter would be driven by the motor 22 and the spindle 21 in a speed-controlled manner.
  • FIG. 2 shows a triple eccentric shut-off valve (triple offset butterfly valve) as is used, for example, in the chemical industry, the oil and gas industry, or the water and wastewater industry.
  • triple eccentric shut-off valve triple offset butterfly valve
  • FIG. 2 shows a triple eccentric shut-off valve (triple offset butterfly valve) as is used, for example, in the chemical industry, the oil and gas industry, or the water and wastewater industry.
  • a particular challenge of these valves is the manufacture of the necessary sealing surfaces, such as the valve seat indicated in FIG. Programming for machine tools to produce these sealing surfaces was previously only possible using CAD/CAM systems.
  • FIG. 3 illustrates a triple eccentric Absperrven til 40 in a schematic representation. From the figure, the valve seat 41 of the shut-off valve 40 with the sealing surface 42 can be seen. Furthermore, the rotatably mounted closure part 43 of the shut-off valve 40 with the sealing surface 44 is ersicht Lich.
  • the geometry of the sealing surfaces 42 and 44 can be described using an oblique circular cone 50 with the base area 51, the radius 52, the height 53, the tip 54 and the deviation 55, which can also be seen as an example in FIG.
  • the two parallel surfaces of the valve seat 41 and the closure part 43 result in a ring-shaped closed cone segment 57 as an intersection on the lateral surface of the cone 50.
  • the sealing surfaces 42 and 44 lie on this ring-shaped closed cone segment 57 of the lateral surface of the cone 50 and can therefore be calculated mathematically describe exactly.
  • FIG. 3 shows the three eccentricities of the shut-off valve 40.
  • a first eccentricity 45 results from an offset of a pivot point 48 of the closure part 43 relative to a first center line 59 of the shut-off valve 40 running in the vertical direction in the flow direction 49 of the shut-off valve 40.
  • a second eccentricity 46 results from an offset of the pivot point 48 of the closure part 43 opposite a second horizontal center line 56 of the shut-off valve 40 in a direction perpendicular to the flow direction 49 of the shut-off valve 40.
  • a third eccentricity corresponds to an angle 47 between the second horizontal center line 56 of the shut-off valve 40 and one through the center of the base of the cone 50 and the tip 54 of the cone 50 extending cone axis 58.
  • FIG 4 illustrates the turning of the valve seat 41 (only the essentially hollow-cylindrical part of the valve seat 41 that is essential for the machining is shown) of the triple eccentric shut-off valve 40 according to FIG 3.
  • the valve seat 41 rotates for machining (corresponding to the workpiece 5 from FIG 1 ) with a preferably constant Winkelge speed around the axis of rotation C (see also FIG. 1) and a lathe tool 60 adjustable in at least two linear axes (corresponding to the tool 1 from FIG. 1) carries out a cutting operation.
  • a compensatory movement of the turning tool 60 to compensate for the eccentricities mentioned above along a first linear axis 61, for example the X-axis shown in FIG Valve seat 41 takes place.
  • a second linear axis 62 for the infeed movement of the turning tool 60 can be seen, for example the Z axis shown in FIG.
  • any angular velocity can in principle be considered.
  • the angular speed of the rotation is determined—in a manner known per se—in such a way that a constant cutting speed results.
  • a corresponding cycle is started and executed for the corresponding machining of the valve seat 41 on the CNC machine.
  • the machining is preferably carried out starting with a hollow-cylindrical workpiece blank.
  • the geometric information required for manufacturing the sealing surfaces, as well as the production-related information, is queried particularly conveniently by the operator via a cycle mask displayed on an HMI screen of the CNC control.
  • the manufacturing cycle could also with manual input of the parameters in the part program (without an HMI mask).
  • Table 1 below contains an example overview of interactively editable parameters on the CNC
  • Controller that can be queried after a corresponding cycle call using the cycle mask.
  • Table 1 also shows a brief description and, if applicable, a unit of measure for the parameter in question.
  • the specific parameter entries required can vary or can be derived from other information not mentioned here.
  • Table 1 Input parameters for the machining cycle on the CNC control.
  • FIG. 5 graphically illustrates some of the parameters which are queried during the cycle call and can be seen from Table 1.
  • the visible parameters provide all the information required to determine the visible right circular cone K and thus for the geometric description of the surface to be produced.
  • the figure shows that the cone K is pivoted ("rotated") in space relative to a surface normal of the workpiece running in the Z direction. That is, a height line h of the right circular cone with the center point M the base is not parallel to the surface normal of the workpiece and thus not parallel to the Z-axis of the machine tool.
  • CNC CNC part program
  • a (CNC) part program is generated fully automatically using the CNC control, which can either be started immediately on the machine tool or, alternatively, is generated and executed based on user input at runtime.
  • the tool path to be traversed by the tool relative to the workpiece runs generally on the lateral surface of the cone segment in question.
  • the cone is a right circular cone K and the cone segment is a ring-shaped closed segment of the man surface of the cone K, which results from the intersection of the cone K with the workpiece W.
  • the invention is not limited to this cone or shell shape.
  • surfaces that relate to an oblique cone, in particular an oblique circular cone are also relevant for technical applications.
  • the area sought is generally obtained from the intersection of the relevant cone with the workpiece blank (see FIG 5).
  • elliptical paths would result for the machining.
  • the result is essentially elliptical path sections that run spirally around the lateral surface of the relevant cone segment, as is indicated by the curve shown in FIG.
  • Such a tool path 70 (also called movement path or just path) is also illustrated by way of example in FIG.
  • the tool To process the corresponding workpiece W, the tool must therefore move relative to the workpiece substantially along elliptical shear, spiral path sections.
  • the path of movement 70 is described or generated in the form of a large number of splines directly adjacent to one another, ie polynomials of the highest nth degree.
  • This is particularly advantageous when splines of this type are processed directly by the CNC control, i.e. can be used to control the relative movement between tool and workpiece by calling up appropriate commands, as is the case, for example, with the SINUMERIK 840D CNC control from Siemens for polynomials up to the 5th degree is the case.
  • the output format here is not the usual G code consisting of straight lines or circle segments, but a polynomial code.
  • the individual program instructions can be generated block by block in the form of polynomial calls and then processed.
  • the spline (polynomial) code generated in this way enables the individual spline segments to merge "smoothly" (multiple, continuously differentiable) into one another.
  • the movement path 70 illustrated in FIG. 6 is made up of many path segments in the form of splines 71, that is to say polynomials which merge into one another in a multiple differentiable manner. Due to the "smooth" transition between the splines, the beginning and end of an individual spline 71 in the movement path 70 cannot be recognized.
  • the web is (imaginatively) unrolled on the cone.
  • a certain infeed per revolution must be observed.
  • a ball end mill milling around the conical surface rotates and continuously moves down (or up) on the cone.
  • a rotation from 0° to 360° for example, it is subdivided into 32 angular segments. An angular segment is therefore 11.52° wide. Within an angle segment, six equally distributed horizontal sections are calculated between the start height of the angle segment and the end height of the angle segment. Six points on the ellipses are then determined. The first point is on the first ellipse at 0°. The second point is on the second ellipse at 2,304°. The third point is on the third ellipse at 4.608°. The other points are further determined according to this scheme.
  • FIG. Shown are the six above-mentioned ellipse segments E1 to E6 and the respective points PI to P6 lying on the ellipse segments.
  • the points PI to P6 lying on the ellipses E1 to E6 are connected with a spline 80.
  • the coherent path can be determined for one run around the cone.
  • a corresponding Bahnab section 81 is illustrated in FIG. Many contiguous path sections of this type ultimately result in the path 70 illustrated in FIG.
  • the tool path is not described in a Cartesian coordinate system, but in a polar coordinate system that is more suitable for at least essentially circular movements.
  • the SINUMERIK 840D CNC control from Siemens is also ideally suited for this.
  • a coordinate transformation between the different coordinate systems is also possible in one embodiment of a cycle according to the invention.
  • Tool radius compensation allows the workpiece contour to be programmed independently of the geometry of the tool used.
  • a tool radius which is taken into account when generating the path using the numerical control, can therefore also be advantageously recorded when the cycle is parameterized.
  • a first method step S1 an executable cycle for producing and/or machining non-conical surfaces of a workpiece that can be determined by a segment of a cone is provided on a numerical control of a machine tool connected to the control.
  • step S2 the cycle is called up by a user of the machine tool on a graphical user interface of the numerical control of the machine tool.
  • step S3 the user enters the technology and geometry data required for the production or processing of the intended surface of the workpiece on the graphical user interface of the numerical control. This "parameterizes" the cycle.
  • a part program that can be processed by the numerical control is generated and stored in a memory of the numerical control. This means that the part program can be accessed again when manufacturing or machining identical workpieces.
  • polynomial code instructions are advantageously generated in the parts program generated in this way, so that the individual segments of the tool path defined by the parts program are not only made up of straight lines and circle segments, but at least in part also of polynomials -Assemble segments (splines).
  • a method step S5 the parts program created in this way is executed on the numerical control and thus on the machine tool for producing or machining the non-conical surface of the workpiece that can be determined by a segment of a cone. This is accompanied by the relative movement between the tool and the workpiece defined by the parts program.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer durch ein Segment eines Kegels (50, K) bestimmbaren, nicht konischen Fläche eines Werkstücks (5, 41, 43, W), insbesondere einer Dichtfläche eines mehrfach exzentrischen Absperrventils (40), mittels einer Werkzeugmaschine (20), wobei die Werkzeugmaschine (20) zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen einem Werkzeug (1, 60) und dem Werkstück (5, 41, 43, W) wenigstens zwei lineare Achsen (X, Y, Z) und wenigstens eine Rundachse (A, B, C) sowie eine numerische Steuerung (30) zur Ansteuerung der Achsen (X, Y, Z, A, B, C) aufweist, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Zyklus (34) auf der numerischen Steuerung (30), - Aufrufen des Zyklus (34) durch einen Benutzer der Werkzeugmaschine (20), - Parametrieren des Zyklus (34) durch den Benutzer, - Erzeugen eines von der numerischen Steuerung (30) abarbeitbaren Teileprogramms (33) mittels des Zyklus (34) und der numerischen Steuerung (30), - Ausführung des Teileprogramms (33) mittels der numerischen Steuerung (30) zum Erzeugen der Relativbewegung entlang einer durch das Teileprogramm (33) bestimmten Bahn (70) zur Herstellung bzw. Bearbeitung der Fläche des Werkstücks (5, 41, 43, W).

Description

Beschreibung
Herstellung durch Kegelsegmente bestimmbarer Flächen mittels einer Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer durch ein Segment eines Kegels bestimmba ren, nicht konischen Fläche eines Werkstücks mittels einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine zum Erzeugen ei ner Relativbewegung zwischen einem Werkzeug und dem Werkstück wenigstens zwei lineare Achsen und wenigstens eine Rundachse sowie eine numerische Steuerung zur Ansteuerung der Achsen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Zyklus zur Durchführung eines derartigen Verfahrens, eine numerische Steuerung mit einem derartigen Zyklus sowie eine Werkzeugma schine mit einer derartigen numerischen Steuerung.
Werkzeugmaschinen werden heutzutage mit Hilfe einer Steuer einrichtung, wie z.B. einer CNC-Steuerung, gesteuert. Dabei „steuert" die Steuereinrichtung anhand eines Teileprogramms die Bewegungen von Maschinenelementen und damit die Bewegun gen eines Werkzeuges, welches beispielsweise über eine Werk- zeughaltevorrichtung in die Maschine eingebracht wird, rela tiv zu einem Werkstück, welches ebenfalls in die Maschine eingebracht wird. Dabei ist dem Fachmann klar, dass es sich bei dem Begriff „steuern" um den üblichen Sprachgebrauch und nicht um „steuern" im Sinne der Regelungstechnik handelt. „Steuern" meint hier vor allem die Lageregelung von Achsen, wohinter sich Regelungsvorgänge im Sinne der Regelungstechnik verbergen.
Das Teileprogramm setzt sich dabei zumindest überwiegend aus Steuerbefehlen zusammen, die von der Steuereinrichtung einge lesen und interpretiert werden. Entsprechend den Steuerbefeh len steuert die Steuereinrichtung die Bewegungen der Maschi nenelemente der Werkzeugmaschine und damit die Bewegung des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück. Zur Erstellung eines Teileprogramms werden dabei von einem CAM-System (Computer Aided Manufacturing) vorzugsweise in ei nem standardisierten Datenformat Bewegungsinformationen über durchzuführende Bewegungen des Werkzeugs erzeugt und von ei nem nachgeschalteten Postprozessor eingelesen. Der Postpro zessor erzeugt anhand der vom CÄM-System erzeugten Bewegungs informationen, den Kinematik- und Maschinendaten der Werk zeugmaschine sowie dem Befehlssatz der CNC-Steuerung und dem Befehlssatz der PLC-Steuerung, ein für die jeweilige konkrete Werkzeugmaschine auf denen der Bearbeitungsvorgang stattfin den soll angepasstes Teileprogramm in Form von auf die kon krete Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine angepassten Steuerbefehlen. Solchermaßen werden vom Postprozessor die vom CÄM-System vorzugsweise in einem standardisierten Datenformat erzeugten Bewegungsinformationen in Steuerbefehle, die von der Steuereinrichtung eingelesen werden können und auf die jeweilige Steuereinrichtung angepasst sind, umgesetzt.
Der Postprozessor berücksichtigt dabei neben dem konkret ver fügbaren CNC-Befehlssatz die konkreten maschinenspezifischen kinematischen Gegebenheiten der Werkzeugmaschine, wie z.B. Kinematik, geometrische Größenverhältnisse, maximale Verfahr bereiche der Antriebsachsen und Maximalgeschwindigkeiten der Maschinenelemente. Diese Daten liegen in Form von Maschinen daten vor. Weiterhin werden vom Postprozessor bei der Erzeu gung der Steuerbefehle maschinenspezifische PLC-Funktionali- täten (Programmable Logic Control), wie z.B. Schmierung, Werkzeugwechsel, Türverriegelung etc. berücksichtigt, wobei die konkret verfügbaren PLC-Funktionalitäten in Form von PLC- Befehlssätzen dem Postprozessor zur Verfügung stehen.
Zyklen sind in der CNC-Steuerung hinterlegte Programme, die in Art eines Unterprogrammes aufgerufen werden können und so wohl die Programmierung als auch die Durchführung spezieller Bearbeitungen in bequemer Weise direkt an der Maschine, also ohne Rückgriff auf ein externes CÄM-System, ermöglichen. Zu meist sind für die Programmierung bzw. Bearbeitung nur der Zyklen-Aufruf und die Eingabe einiger weniger Parameter durch den Benutzer erforderlich. Die CNC-Steuerung generiert oder parametriert dann selbsttätig das entsprechende Teileprogramm zur Bearbeitung des Werkstücks. Bekannt ist die Erstellung und Verwendung von Bohrzyklen, Fräszyklen oder Drehzyklen. Insbesondere sind Drehzyklen bekannt, mittels derer durch An gabe zweier Radien und einer Höhen-Angabe ein rotationssym metrischer Konus an einem Bauteil, insbesondere einer Welle, gedreht werden kann.
Eine besondere Herausforderung bei der Bahngenerierung stellt die Erzeugung von Bewegungsbahnen für die Herstellung von Ventilsitzen oder Verschlüssen von Absperrventilen dar. Bei spielsweise in der Chemischen Industrie, der Oil&Gas Indust rie, oder der Water&Wastewater Industrie ist der Einsatz so genannter Exzentrischer Absperrventile üblich. Dabei kommen neben 2-fach Offset Ventilen vermehrt 3-fach Offset Ventile (triple offset butterfly valves), aber auch 4-fach Offset Ventile zum industriellen Einsatz.
Durch die Exzentrizitäten weisen die Dichtflächen der Ventile eine komplizierte, insbesondere bzgl. einer Oberflächen- Normalen der betreffenden Bauteile bzw. einer Werkstückachse nicht rotationssymmetrische und damit nicht konische Oberflä- chen-Geometrie auf, zu deren Erzeugung bislang die Erstellung von Teileprogrammen in der eingangs aufgezeigten Weise mit tels CAD/CAM-System und Postprozessor erforderlich sind.
Aus der Druckschrift DE 102019 100 474 Al ist ein Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine bekannt, umfassend: Be reitstellen einer Werkzeugmaschine; Bereitstellen einer Fer tigungsabfolge, welche mehrere Fertigungsschritte umfasst, wobei für jeden Fertigungsschritt wenigstens ein Werkzeug und eine Werkzeugbahn definiert sind; Erzeugen von Steuerdaten, die Steuerdaten umfassend: Steuerbefehle, wobei die Steuerbe fehle Bearbeitungsoperationen der Werkzeugmaschine entspre chend den Fertigungsschritten der Fertigungsabfolge angeben und die Werkzeugmaschine eingerichtet ist, die Steuerbefehle in die Bearbeitungsoperationen umzusetzen, und Zusatzdaten, wobei die Zusatzdaten wenigstens eine Liste umfassen, die aus den Steuerbefehlen extrahierte Parameter angibt; Bereitstel len der Steuerdaten in einer Steuereinheit der Werkzeugma schine; Empfangen von Eingabedaten in der Steuereinheit, wo bei die Eingabedaten eine Benutzereingabe angeben; Erzeugen modifizierter Steuerbefehle mittels der Steuereinheit, wobei die modifizierten Steuerbefehle entsprechend den Zusatzdaten und den Eingabedaten aus den Steuerbefehlen erzeugt werden; und Ansteuern der Werkzeugmaschine mittels der modifizierten Steuerbefehle durch die Steuereinrichtung.
Aus der Druckschrift EP 2216 698 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt zum Erzeugen von transformierten Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer Werkzeugma schine zum Bearbeiten eines in ein Einspannmittel der Werk zeugmaschine eingespannten Werkstücks durch Zerspanen, mit dem Verfahrensschritt Bestimmen von Steuerdaten, die angeben, welche erste Werkzeugbahn durch das Werkzeug der Werkzeugma schine mit welcher ersten Werkzeugorientierung zum Bearbeiten des eingespannten Werkstücks abzufahren ist, wenn das Werk stück entsprechend eines Einspannsituation-Sollzustands, der einen Sollzustand einer Einspannsituation des in das Ein spannmittel eingespannten Werkstücks angibt, in das Einspann mittel eingespannt ist, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte Ermitteln eines Einspannsituation- Istzustands, der einen tatsächlichen Istzustand der Einspann situation des in das Einspannmittel eingespannten Werkstücks angibt, Ermitteln einer Einspannsituation-Abweichung zwischen dem Einspannsituation-Istzustand und dem Einspannsituations- Sollzustand, die eine Abweichung zwischen dem Einspannsitua tion-Istzustand und dem Einspannsituations-Sollzustand an gibt, und Erzeugen von transformierten Steuerdaten durch Aus führen einer Transformation zumindest eines Teils der be stimmten Steuerdaten in Abhängigkeit der ermittelten Ein- spannsituation-Abweichung, wobei die transformierten Steuer daten angeben, welche zweite Werkzeugbahn durch das Werkzeug der Werkzeugmaschine mit welcher zweiten Werkzeugorientierung zum Bearbeiten des eingespannten Werkstücks abzufahren ist, wenn das Werkstück entsprechend des ermittelten Einspannsitu- ation-Istzustands mit der bestimmten Einspannsituation- Abweichung in das Einspannmittel eingespannt ist.
Aus der Druckschrift EP 3 151 073 Al ist ein Verfahren zum Erzeugen von Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines eingespannten Werk stücks durch einen Bearbeitungsprozess, insbesondere Zerspa nen, bekannt, wobei die Werkzeugmaschine eine Steuervorrich tung und ein Werkzeug umfasst, zum Steuern des Werkzeugs in Bezug auf das eingespannte Werkstück mit einer dreidimensio nalen freien Werkzeugbewegung durch Erzeugen eines Bahnpro gramms anhand von einer Sollgeometrie generierten Sollparame ter zur Steuerung der Werkzeugmaschine, wobei das Bahnpro gramm zumindest eine Bahn beschreibt, wobei die Bahn aus meh reren Stützpunkten und Linienelementen besteht und jedes Li nienelementen ein Paar der Stützpunkte miteinander verbindet, und die Steuerung der Werkzeugmaschine entsprechend des er zeugten Bahnprogramms erfolgt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: - Erfassung von Istparametern des Bearbeitungspro zesses durch eine Feedbackschleife, - Iterative Optimierung des Bahnprogramms anhand der erfassten Istparameter zur Gene rierung eines neuen Bahnprogramm_neu mit einer neuen Bahn_neu, welche während der Bearbeitung der Werkzeugmaschine zugeführt werden und welche das bisherige Bahnprogramm und die bisherige Bahn dynamisch ändern und/oder dynamisch erset zen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Herstel lung oder Bearbeitung von Dichtflächen bei mehrfach exzentri schen Absperrventilen zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer durch ein Segment eines Kegels be stimmbaren, nicht konischen Fläche eines Werkstücks mittels einer Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine zum Erzeu gen einer Relativbewegung zwischen einem Werkzeug und dem Werkstück wenigstens zwei lineare Achsen und wenigstens eine Rundachse sowie eine numerische Steuerung zur Ansteuerung der Achsen aufweist, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Zyklus auf der numerischen Steue rung,
- Aufrufen des Zyklus durch einen Benutzer der Werkzeugma schine,
- Parametrieren des Zyklus durch den Benutzer,
- Erzeugen eines von der numerischen Steuerung abarbeitba ren Teileprogramms mittels des Zyklus und der numeri schen Steuerung,
- Ausführung des Teileprogramms mittels der numerischen Steuerung zum Erzeugen der Relativbewegung entlang einer Bahn zur Herstellung bzw. Bearbeitung der Fläche des Werkstücks .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bearbeitung des Werkstücks in Form einer Drehbearbeitung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform be schränkt. Beispielsweise ist ebenso eine Fräsbearbeitung zur Herstellung des Werkstücks möglich.
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die spanabhebende Bear beitung eines Werkstücks beschränkt, sondern es sind damit auch andere Bearbeitungen möglich, zum Beispiel eine materi alauftragende Bearbeitung.
Die Erzeugung des von der numerischen Steuerung abarbeitbaren Teileprogramms kann direkt nach dem Aufruf des Zyklus und der Eingabe der erforderlichen Parameter durch den Bediener mit tels des Zyklus und der numerischen Steuerung erfolgen. Wei terhin kann die Erzeugung des von der numerischen Steuerung abarbeitbaren Teileprogramms durch die Steuerung auch zur Laufzeit, d.h. während der Abarbeitung eines übergeordneten CNC-Programms zum Zeitpunkt des Aufrufs des Zyklus erfolgen.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass nun auch durch ein Segment eines Kegels bestimmbare, nicht konische Flächen mit tels der sogenannten „werkstattorientierten Programmierung" direkt an der CNC-Steuerung, also ohne Rückgriff auf ein ex ternes CAM-System, „programmiert" werden können. Es handelt sich dabei aber gerade nicht um eine Programmierung im klas sischen Sinn, bei der Satz für Satz die Relativbewegung zwi schen dem Werkzeug und dem Werkstück angegeben („program miert") werden muss, sondern der Vorgang beschränkt sich auf den Aufruf und die Parametereingabe (Parametrierung) des be treffenden Zyklus, durch den dann die abzufahrende Bahn zur Bearbeitung des Werkstücks automatisch durch die CNC- Steuerung generiert wird.
Weiterhin erlaubt es diese Vorgehensweise dem Maschinenbedie ner, einfach und situationsabhängig Anpassungen vorzunehmen, ohne dafür das CNC-Programm am externen Arbeitsplatz neu er stellen zu müssen. Beispiele solcher Anpassungen sind:
- Berücksichtigung der konkreten Aufspannung des Werkstücks z.B. durch Angabe von Offsets;
- Angabe von Werkzeugradius oder Werkzeugverschleiß;
- Einbeziehen der Dynamikwerte von beteiligten Achsen (z.B. maximale Drehzahl);
- Prüfen bzw. Festlegung des verfügbaren Arbeitsraumes für die Fertigung (z.B. Achsenlimitierungen);
- Prüfen bzw. Festlegen der richtigen Achsbezeichner (z.B. x, z, cl);
Weitere Vorteile dieser Art der werkstattorientierten Pro grammierung sind:
- Sämtliche Eingabeparameter des Zyklus im Teileprogramm sind für Dokumentationszwecke erhalten;
- Keine aufwendige Arbeitsvorbereitung notwendig.
Ein Kegel ist definitionsgemäß ein geometrischer Körper, der entsteht, wenn man alle Punkte eines in einer Ebene liegen den, begrenzten und zusammenhängenden Flächenstücks geradli nig mit einem Punkt (der Spitze) außerhalb der Ebene verbin det. Das Flächenstück nennt man Grundfläche, deren Begrenzungsli nie die Leitkurve und den Punkt die Spitze oder den Scheitel des Kegels. Ein Kegel hat also eine Spitze (den Scheitel punkt), eine Kante (die Leitkurve) und zwei Flächen (die Man tel- und die Grundfläche). Ist das Flächenstück (die Grund fläche) eine Kreisscheibe, wird der so gebildete Körper Kreiskegel genannt. Die Grundfläche kann jedoch beliebig, insbesondere auch nicht kreisförmig oder nicht elliptisch ausgebildet sein.
Man unterscheidet insbesondere zwischen Kegeln mit kreisför miger Grundfläche und senkrecht durch den Mittelpunkt der Grundfläche verlaufender Höhen-Linie (gerade Kreiskegel bzw. Drehkegel) oder Kreiskegeln mit kreisförmiger Grundfläche, deren Höhen-Linie den Kreismittelpunkt nicht umfasst (schie fer Kreiskegel oder elliptischer Kegel).
Als „konische Fläche" oder kurz Konus wird eine rotationssym metrische Fläche verstanden, die der Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes eines geraden Kreiskegels (Drehkegels) entspricht .
Als „Segment eines Kegels" (Kegelsegment) im Sinne der Erfin dung wird jede beliebige Fläche auf der Mantelfläche eines Kegels verstanden.
Für viele technische Anwendungen und insbesondere Anwendungen im Zusammenhang mit der Erfindung ist insbesondere die Her stellung bzw. Bearbeitung solcher Flächen interessant, die sich durch Segmente schiefer Kegel, insbesondere schiefer Kreiskegel, bestimmen lassen.
Darüber hinaus ist im Zusammenhang mit der Erfindung auch die für viele technische Anwendungen interessante Herstellung bzw. Bearbeitung solcher Flächen hervorzuheben, die durch ein Segment eines Kegels, insbesondere eines geraden Kreiskegels, mit einer Höhen-Linie, die nicht parallel zu einer Werkstück- Normalen ausgerichtet ist, bestimmbar sind. Der betreffende Kegel ist damit nicht parallel zu dem Werkstück (zu einer Oberflächen-Normalen des Werkstücks) ausgerichtet, sondern diesem gegenüber im Raum geschwenkt („gedreht"). Obwohl bei einem derartigen Schnitt eines geraden Kreiskegels mit einem Werkstück somit alle Schnittpunkte auf der Mantelfläche des geraden Kreiskegels, und damit eines rotationssymmetrischen Körpers, liegen, entsteht bei dem Werkstück eine nicht rota tionssymmetrische und damit auch nicht konische (Schnitt-) Fläche.
Die Erzeugung einer „nicht konischen Fläche" des Werkstücks im Sinne der Erfindung kann also daraus resultieren, dass der betreffende Kegel selbst nicht rotationssymmetrisch ist, z.B. ein schiefer Kegel, oder aber dass zwar der Kegel rotations symmetrisch ist (also ein Drehkegel), dieser jedoch gegenüber dem Werkstück - wie oben beschrieben - im Raum geschwenkt ist.
Schneidet man einen Kegel durch 2 Ebenen, so wird der dazwi schen liegende Teil der Mantelfläche nachfolgend als ringför mig geschlossenes Kegelsegment bezeichnet. Die beiden Ebenen und das Kegelsegment bilden demnach eine zusammenhängende ge schlossene Fläche. Die beiden Ebenen erzeugen auf der Mantel fläche des Kegels ein in sich geschlossenes Band.
Für technische Anwendungen sind insbesondere solche ringför mig geschlossenen Kegelsegmente interessant, die sich aus dem Schnitt eines Kegels mit zwei parallelen Ebenen ergeben.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben genannten, bevor zugten geometrischen Varianten von Kegelsegmenten beschränkt, sondern prinzipiell für beliebige, durch ein Segment eines Kegels bestimmbare (geometrisch beschreibbare), nicht koni sche Flächen anwendbar.
Aus mathematischer Sicht lässt sich jede für eine erfindungs gemäße Herstellung oder Bearbeitung vorgesehene Fläche durch die Geometrie des betreffenden Kegels betreffende Angaben so wie die Größe und Position der Fläche auf der Mantelfläche des Kegels betreffende Angaben durch entsprechende Benutzer eingaben direkt an der Steuerung festlegen.
Vorteilhaft ist im Zusammenhang mit der Erfindung die geomet rische Beschreibung der betreffenden Fläche des fertigen Werkstücks (also der Werkstück-Oberfläche) ausreichend, damit der Zyklus daraus das passende Teileprogramm generieren kann. Ist beispielsweise die Herstellung einer gewünschten Fläche (Werkstück Oberfläche) nicht in einem Arbeitsschritt möglich, z.B. weil die mit dem verwendeten Werkzeug größtmögliche Zu stellung dies nicht zulässt, so erledigt die CNC-Steuerung in Verbindung mit dem Zyklus - in an sich bekannter Weise - selbsttätig die Aufteilung in mehrere Arbeitsschritte.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Bearbeitung bzw. Herstellung einer Dichtfläche eines Ver schlussteils oder eines Ventilsitzes (dem entsprechenden Ge genstück zum Verschlussteil) eines Absperrventils. Als Werk- stück-Rohteil für einen derartigen Ventilsitz wird zumeist ein hohlzylinderförmiges Metallteil und für den Verschluss ein zylinderförmiges Metallteil verwendet.
Die Vorteile der Erfindung kommen besonders deutlich zum Tra gen, wenn es sich bei dem Absperrventil um ein exzentrisches, insbesondere mehrfach exzentrisches Absperrventil, z.B. ein dreifach exzentrisches Absperrventil (triple offset butterfly valve) handelt. Durch die komplizierte geometrische Form der Dichtflächen derartiger Ventile ist es nicht mehr möglich, die zur Bearbeitung erforderlichen Bahnen „händisch" zu pro grammieren. Ohne die Erfindung könnten die erforderlichen Teileprogramme daher nicht mehr auf der CNC-Steuerung selbst, sondern nur noch auf einem externen CAM-System von darauf ge schulten Experten erstellt werden.
Für die Herstellung der Dichtflächen eines mehrfach exzentri schen Absperrventils durch eine Dreh-Bearbeitung gibt es meh- rere unterschiedliche Möglichkeiten, die auch vom Typ der verwendeten Maschine abhängig sind.
Einerseits kann eine zum Erzeugen der Exzentrizität erforder liche Ausgleichsbewegung radial in einer Linearachse erfolgen und entsprechend programmiert werden.
Vorzugsweise wird bei dieser Ausführungsform das Teilepro gramm im Polarkoordinaten-Format erzeugt. Neben der genannten Linearachse sind als weitere Achsen noch die Zustellachse (Z- Richtung) sowie eine Rundachse erforderlich. Die Bearbeitung ist also mit einer verhältnismäßig einfachen 3-Achs-Maschine möglich.
Eine andere Variante sieht eine zum Erzeugen der Exzentrizi tät erforderliche Ausgleichsbewegung radial in zwei Lineara chsen vor. Das Teileprogramm wird dabei vorteilhaft im karte sischen Format erzeugt, inklusive Orientierung, wofür eine aktive Transformation zugrunde liegen muss.
Die Werkzeugmaschine muss dabei folgende Kinematik aufweisen:
- Eine positionierbare Rundachse
- Eine Linearachse kollinear zur Rundachse (Vorschubbewe gung)
- Eine Linearachse radial zur Rundachse (Zustellbewe gung/Ausgleichsbewegung)
- Eine Linearachse radial zur Rundachse (Zustellbewe gung/Ausgleichsbewegung)
Es ist also zumindest eine 4-Achs-Maschine zur Durchführung der Bearbeitung erforderlich.
Die für eine Fertigung der Dichtfläche notwendigen geometri schen Informationen werden vorteilhaft über eine Zyklenmaske vom Bediener in die CNC-Steuerung eingegeben. Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Zyklus für eine numerische Steuerung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 14.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine numerische Steuerung zur Ausführung eines Zyklus gemäß An spruch 15.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Werkzeugmaschine mit einer numerischen Steuerung gemäß Anspruch 16.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbespie len näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 Eine Werkzeugmaschine zur Durchführung eines erfin dungsgemäßen Verfahrens,
FIG 2 ein dreifach exzentrisches Absperrventil,
FIG 3 ein dreifach exzentrisches Absperrventil in schemati scher Darstellung,
FIG 4 eine Drehbearbeitung einer Dichtfläche eines aus den Figuren 2 und 3 ersichtlichen, dreifach exzentrischen Absperrventils mit einer Ausgleichsbewegung durch eine Linearachse der Werkzeugmaschine,
FIG 5 einige bei dem Zyklenaufruf abgefragte, die Geometrie der Dichtfläche betreffende Parameter,
FIG 6 eine aus einer Vielzahl direkt aneinandergrenzender Splines zusammengesetzte Werkzeugbahn,
FIG 7 Darstellung von Punkten auf Ellipsensegmenten zur Splinebildung,
FIG 8 ein Splinesegmente für eine Umdrehung, FIG 9 Verfahrensschritte bei der Durchführung eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens.
In FIG 1 ist schematisiert eine Werkzeugmaschine 20 darge stellt. Die Werkzeugmaschine 20 verfügt im Rahmen des Ausfüh rungsbeispiels über sechs Maschinenachsen, durch die eine Re lativbewegung zwischen einem Werkzeug 1, das im Rahmen des Ausführungsbeispiels in Form eines Drehmeißels 1 vorliegt, und einem Werkstück 5, im Ausführungsbeispiel angedeutet als Ventilsitz 5 eines mehrfach exzentrischen Absperrventils, durchgeführt werden kann. Das Werkzeug 1 ist dabei in einen Werkzeughalter 2 eingespannt, der mit einer Werkzeugspindel 21 verbunden ist, die von einem lagegeregelten Motor 22 ange trieben wird. Das Werkstück 5 ist durch Spannmittel 6 an ei nem Werkstücktisch 7 befestigt.
Der Drehmeißel 1 lässt sich mit der im Ausführungsbeispiel gezeigten Maschine 20 mit der Übersichtlichkeit halber in FIG 1 nicht dargestellten Antrieben in X-, Y- und Z-Richtung la gegeregelt translatorisch bewegen. Neben den drei Linearach sen umfasst die gezeigte Werkzeugmaschine 20 ferner die bei den, ebenfalls aus FIG 1 ersichtlichen lagegeregelten Rund achsen A und B, mit denen das Werkzeug 1 um die jeweilige Achse gedreht und ebenfalls lagegeregelt durch die Winkella gen und ß relativ zu dem Werkstück 5 ausgerichtet werden kann.
Darüber hinaus verfügt die Maschine 20 über eine dritte lage geregelte Rundachse C, die parallel zur Z-Achse verläuft, und bezüglich der der Werkstücktisch 7 relativ zu einem ruhenden Maschinengestell 23 drehbar gelagert ist. Dadurch kann das Werkstück 5 auch in einer Winkellage g relativ zu dem Werk zeug 1 positioniert werden. Auch hier wurde der Übersicht lichkeit halber auf eine Darstellung des Antriebs verzichtet. Abhängig von der durchzuführenden Bearbeitung ist bei der ge zeigten Werkzeugmaschine 20 auch ein drehzahlgeregelter Be trieb bezüglich der Rundachsen A und/oder C möglich.
Die Werkzeugmaschine 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel weist somit sechs Maschinenachsen (die 3 Linearachsen X, Y und Z sowie die 3 Rundachsen A, B und C) auf, d.h. es handelt sich um eine sogenannte 6-achsige Werkzeugmaschine (6-Achs- Maschine) 20.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Werkzeugmaschine 20 selbstverständlich auch noch mehr, aber auch weniger als sechs Maschinenachsen aufweisen kann.
Die Werkzeugmaschine 20 ist mit einer numerischen Steuerung 30 verbunden, die anhand eines Teileprogramms 33 und/oder ei ner Handbedieneingabe Lagesollwerte x, y, z, , ß und g zur Steuerung einer zwischen dem Werkzeug 1 und dem Werkstück 5 stattfindenden Relativbewegung ermittelt. Die numerische Steuerung 30 ermittelt die Lagesollwerte anhand des Teilepro gramms 33, in dem die vom Werkzeug 1 in Bezug zum Werkstück 5 durchzuführende Bewegung in Form von Befehlen definiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegung des Werkzeugs 1 und/oder das Werkstücks 5 auch mittels einer Handbedieneinga be über eine Bedieneinrichtung 31 in Verbindung mit einer An zeigevorrichtung 32 der numerischen Steuerung 30 von einem Bediener vor Ort an der Werkzeugmaschine 20 vorgegeben wer den. Die Bedieneinrichtung 31 weist hierzu insbesondere Ein gabefelder, Tasten und Drehregler auf.
Das Teileprogramm 33 wird dabei üblicherweise von einem ex ternen CAM/CAD-System (nicht dargestellt) und einem eventuell dem CAM/CAD-System nachgeschalteten sogenannten Postprozessor (nicht dargestellt) außerhalb der numerischen Steuerung 30 erzeugt und von dort auf die numerische Steuerung 30 übertra gen. Bei der Abarbeitung des Teileprogramms 33 erzeugt die numeri sche Steuerung 30 in einem bestimmten Takt, dem Interpolati onstakt, sowohl Lagesollwerte x, y und z für die Linearachsen als auch , ß und g (Winkellagen) für die Rundachsen. Durch diese Lagesollwerte wird das Werkzeug 1 mit vorgegebener Ori entierung relativ zu dem Werkstück 5 entlang einer Bewegungs bahn bewegt.
Gemäß der Erfindung ist auf der numerischen Steuerung 30 ge mäß dem Ausführungsbeispiel ein Zyklus 34 zur Herstellung und/oder Bearbeitung nicht konischer Flächen des Werkstücks 5 vorhanden, die durch ein Segment eines Kegels bestimmbarer, das heißt mathematisch beschreibbar, sind. Wie in der Figur angedeutet ist, handelt es sich bei dem Werkstück 5 im Aus führungsbeispiel um einen Ventilsitz 5 eines dreifach exzent rischen Absperrventils. Durch eine entsprechende Parametrie rung des Zyklus 34, auf die später noch näher eingegangen wird, ist die gewünschte Bearbeitung, insbesondere Drehbear beitung der Dichtfläche möglich.
Neben der genannten Drehbearbeitung des Ventilsitzes 5 ließe sich mit der gezeigten 6-Achs-Maschine ebenso beispielsweise eine Fräsbearbeitung des Ventilsitzes 5 durchführen, bei der das Werkzeug 1 als um die Spindelachse A rotierender Fräser (nicht dargestellt) ausgebildet ist, der in X-, Y- und Z- Richtung lagegeregelt positioniert wird und bei der der Ven tilsitz 5 vorzugsweise ortsfest befestigt ist. Der Antrieb des Fräsers durch den Motor 22 und die Spindel 21 würde dabei drehzahlgeregelt erfolgen.
FIG 2 zeigt ein dreifach exzentrisches Absperrventil (triple offset butterfly valve), wie es beispielsweise in der Chemi schen Industrie, der Oil&Gas Industrie, oder der Wa- ter&Wastewater Industrie zum Einsatz kommt. Eine besondere Herausforderung dieser Ventile stellt die Herstellung der er forderlichen Dichtflächen, wie beispielsweise des in FIG 1 angedeuteten Ventilsitzes, dar. Die Erstellung von Teilepro- grammen für Werkzeugmaschinen zur Herstellung dieser Dicht flächen war bislang nur mittels CAD/CAM-Systemen möglich.
FIG 3 veranschaulicht ein dreifach exzentrisches Absperrven til 40 in einer schematischen Darstellung. Aus der Figur sind der Ventilsitz 41 des Absperrventils 40 mit der Dichtfläche 42 ersichtlich. Ferner ist das drehbar gelagerte Verschluss teil 43 des Absperrventils 40 mit der Dichtfläche 44 ersicht lich.
Die Geometrie der Dichtflächen 42 und 44 lässt sich anhand eines ebenfalls beispielhaft aus FIG 3 ersichtlichen, schie fen Kreiskegels 50 mit der Grundfläche 51, dem Radius 52, der Höhe 53, der Spitze 54 und der Abweichung 55 beschreiben. Durch die beiden parallelen Oberflächen des Ventilsitzes 41 und das Verschlussteils 43 ergibt sich als Schnittmenge auf der Mantelfläche des Kegels 50 ein ringförmig geschlossenes Kegelsegment 57. Die Dichtflächen 42 und 44 liegen auf diesem ringförmig geschlossenen Kegelsegment 57 der Mantelfläche des Kegels 50 und lassen sich daher mathematisch exakt beschrei ben.
Weiterhin sind FIG 3 die drei Exzentrizitäten des Absperrven tils 40 zu entnehmen. Eine erste Exzentrizität 45 resultiert aus einem Versatz eines Drehpunktes 48 des Verschlussteils 43 gegenüber einer ersten, in vertikaler Richtung verlaufenden Mittellinie 59 des Absperrventils 40 in Durchströmungsrich tung 49 des Absperrventils 40. Eine zweite Exzentrizität 46 resultiert aus einem Versatz des Drehpunktes 48 des Ver schlussteils 43 gegenüber einer zweiten, in horizontaler Richtung verlaufenden Mittellinie 56 des Absperrventils 40 in einer Richtung senkrecht zur Durchströmungsrichtung 49 des Absperrventils 40. Eine dritte Exzentrizität entspricht einem Winkel 47 zwischen der zweiten, horizontalen Mittellinie 56 des Absperrventils 40 und einer durch den Mittelpunkt der Grundfläche des Kegels 50 und der Spitze 54 des Kegels 50 verlaufenden Kegel-Achse 58. FIG 4 veranschaulicht die Drehbearbeitung des Ventilsitzes 41 (dargestellt ist nur der für die Bearbeitung wesentliche, im Wesentlichen hohlzylinderförmige Teil des Ventilsitzes 41) des dreifach exzentrisches Absperrventils 40 gemäß FIG 3. Zur Bearbeitung rotiert der Ventilsitz 41 (entsprechend dem Werk stück 5 aus FIG 1) mit vorzugsweise konstanter Winkelge schwindigkeit um die Rotationsachse C (siehe auch FIG 1) und ein in wenigstens zwei Linearachsen verstellbarer Drehmeißel 60 (entsprechend dem Werkzeug 1 aus FIG 1) führt eine spanab hebende Bearbeitung aus. Ersichtlich ist eine Ausgleichsbewe gung des Drehmeißels 60 zum Ausgleich der oben genannten Ex zentrizitäten entlang einer ersten Linearachse 61, zum Bei spiel der aus FIG 1 ersichtlichen X-Achse, wobei die Aus gleichsbewegung synchron mit der Drehbewegung (Rotation) des Ventilsitzes 41 pro Umdrehung des Ventilsitzes 41 erfolgt. Weiterhin ist eine zweite Linearachse 62 für die Zustellbewe gung des Drehmeißels 60 ersichtlich, beispielsweise die aus FIG 1 ersichtliche Z-Achse.
Neben der oben bereits genannten, konstanten Winkelgeschwin digkeit der Rotation um die Rotationsachse C kommt prinzipi ell eine beliebige, auch zeitlich veränderliche Winkelge schwindigkeit in Betracht. Bei einer bevorzugten Ausführungs form wird die Winkelgeschwindigkeit der Rotation - in an sich bekannter Weise - derart bestimmt, dass sich eine konstante Schnittgeschwindigkeit ergibt.
Gemäß der Erfindung wird für die entsprechende Bearbeitung des Ventilsitzes 41 auf der CNC-Maschine ein entsprechender Zyklus gestartet und ausgeführt. Die Bearbeitung wird vor zugsweise beginnend an einem hohlzylinderförmigen Werkstück- Rohteil ausgeführt.
Die für eine Fertigung der Dichtflächen notwendigen geometri schen, aber auch die fertigungstechnischen Informationen wer den dabei besonders komfortabel über eine an einem HMI- Bildschirm der CNC-Steuerung angezeigte Zyklenmaske vom Be diener abgefragt. Alternativ könnte der Fertigungszyklus auch mit händischer Eingabe der Parameter im Teileprogramm erfol gen (ohne HMI-Maske).
Die nachfolgende Tabelle 1 erhält einen exemplarischen Über- blick über interaktiv editierbare Parameter an der CNC-
Steuerung, die nach einem entsprechenden Zyklenaufruf mittels der Zyklenmaske abgefragt werden können. Neben einer bevor zugten Bezeichnung des jeweiligen Parameters sind aus der Ta belle 1 ebenfalls eine kurze Beschreibung und ggf. eine Maß- einheit des betreffenden Parameters ersichtlich. Abhängig von der Beschreibungsform können die jeweils notwendigen konkre ten Parametereingaben variieren bzw. sich aus anderen, hier nicht genannten Angaben ableiten lassen.
Tabelle 1 : Eingabeparameter für den Bearbeitungszyklus auf der CNC Steuerung.
FIG 5 veranschaulicht grafisch einige der bei dem Zyklenauf ruf abgefragten und aus der Tabelle 1 ersichtlichen Parame ter.
Durch die ersichtlichen Parameter sind alle zur Bestimmung des ersichtlichen geraden Kreiskegels K und damit zur geomet rischen Beschreibung der herzustellenden Fläche erforderli chen Angaben vorhanden. Insbesondere ist aus der Figur er sichtlich, dass der Kegel K gegenüber einer in Z-Richtung verlaufenden Oberflächen-Normalen des Werkstücks im Raum ge schwenkt („gedreht") ist. Das heißt, eine Höhen-Linie h des geraden Kreiskegels mit dem Mittelpunkt M der Grundfläche ist nicht parallel zu der Oberflächen-Normalen des Werkstücks und damit nicht parallel zu der Z-Achse der Werkzeugmaschine aus gerichtet.
Nach Eingabe aller erforderlichen Parameter wird mittels der CNC-Steuerung vollautomatisch ein (CNC-) Teileprogramm er zeugt, welches entweder sofort auf der Werkzeugmaschine ge startet werden kann oder alternativ anhand von Benutzereinga ben zur Laufzeit generiert und ausgeführt wird. Somit benö- tigt man keinen speziellen Post-Prozessor, wie er bei der Programm-Erstellung durch ein CAM System notwendig wäre, da hier die erforderlichen Maschineninformationen (Anzahl, Art und Lage der Achsen; maximale Verfahrbereiche der Achsen etc.) für den Algorithmus direkt verfügbar bzw. bekannt sind.
Die von dem Werkzeug relativ zu dem Werkstück abzufahrende Werkzeugbahn verläuft allgemein auf der Mantelfläche des be treffenden Kegelsegments. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Kegel um einen geraden Kreiskegel K und bei dem Kegelsegment um ein ringförmig geschlossenes Segment der Man telfläche des Kegels K, das sich durch den Schnitt des Kegels K mit dem Werkstück W ergibt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Kegel- bzw. Mantelform beschränkt. Für technische Anwendungen weiterhin relevant sind insbesondere Flächen, die sich auf einen schiefen Kegel, insbesondere einen schiefen Kreiskegel beziehen. Die gesuchte Fläche ergibt sich allge mein aus dem Schnitt des betreffenden Kegels mit dem Werk- stück-Rohteil (siehe FIG 5).
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 5, bei dem ein gerader Kreiskegel K gegenüber einer Oberflächen-Normalen des Werk stücks gedreht, das heißt im Raum geschwenkt ist, erzeugt ein Schnitt des Kegels durch eine zu der Werkstück-Oberfläche des Werkstücks W parallele Ebene eine Ellipse.
Ließe man die Zustellbewegung (Z-Richtung) außer Acht, so würden sich für die Bearbeitung elliptische Bahnen ergeben. Unter Beachtung der Zustellbewegung resultieren im Wesentli chen elliptische, spiralförmig um die Mantelfläche des be treffenden Kegelsegments verlaufende Bahnabschnitte, wie dies durch die gezeigte Kurve in Figur 5 angedeutet ist. Eine der artige Werkzeugbahn 70 (auch Bewegungsbahn oder nur Bahn ge nannt) ist beispielhaft auch in FIG 6 veranschaulicht, wobei die Zustellung in Z-Richtung zur Veranschaulichung wesentlich gegenüber einer einer tatsächlichen Bearbeitung entsprechen den Zustellung vergrößert dargestellt ist. Zur Bearbeitung des entsprechenden Werkstücks W muss sich daher das Werkzeug relativ zu dem Werkstück im Wesentlichen entlang ellipti scher, spiralförmig verlaufender Bahnabschnitte bewegen.
Vorteilhaft wird bei dem erfindungsgemäßen Zyklus die Bewe gungsbahn 70 in Form einer Vielzahl direkt aneinandergrenzen den Splines, also Polynomen höchsten n-ten Grades, beschrie ben bzw. erzeugt. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn derartige Splines direkt von der CNC-Steuerung verarbeitet, das heißt für die Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück durch Aufruf entsprechender Befehle verwendet werden können, wie dies beispielsweise bei der CNC- Steuerung SINUMERIK 840D von Siemens für Polynome bis 5-ten Grades der Fall ist. Das Ausgabeformat ist hierbei kein übli cher G-Code, der aus Geraden oder Kreissegmenten besteht, sondern ein Polynom-Code. Analog zu dem bei Teileprogrammen üblichen G-Code können so die einzelnen Programm-Anweisungen (Befehle) Satz für Satz in Form von Polynom-Aufrufen gene riert und anschließend abgearbeitet werden. Der so erzeugte Spline- (Polynom-) Code ermöglicht es, dass die einzelnen Spline-Segmente „glatt" (mehrfach stetig differenzierbar) in einander übergehen.
Die in FIG 6 veranschaulichte Bewegungsbahn 70 setzt sich aus vielen Bahnsegmenten in Form von Splines 71, also Polynomen, die mehrfach differenzierbar ineinander übergehen, zusammen. Durch den „glatten" Übergang zwischen den Splines sind der Anfang und das Ende eines einzelnen Splines 71 in der Bewe gungsbahn 70 nicht zu erkennen.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform bei der Bahngenerierung auf der Kegel-Mantelfläche und damit der ge nannten Splines beschrieben.
Für die technologische Beschreibung wird die Bahn auf dem Ke gel (gedanklich) abgerollt. Dabei ist eine gewisse Zustellung pro Umdrehung zu beachten. Als Veranschaulichung kann man sich einen Kugelkopffräser vorstellen, der um die Kegelfläche rotiert und sich dabei kontinuierlich nach unten (oder oben) auf dem Kegel bewegt.
Für die Berechnung einer Umdrehung von 0° auf 360° wird bei spielsweise eine Unterteilung in 32 Winkelsegmente vorgenom men. Ein Winkelsegment ist demnach 11,52° breit. Innerhalb eines Winkelsegmentes werden sechs gleichverteilte horizonta le Schnitte zwischen der Starthöhe des Winkelsegmentes und der Endhöhe des Winkelsegmentes berechnet. Nachfolgend werden sechs Punkte auf den Ellipsen bestimmt. Der erste Punkt liegt auf der ersten Ellipse bei 0°. Der zweite Punkt liegt auf der zweiten Ellipse bei 2.304°. Der dritte Punkt liegt auf der dritten Ellipse bei 4,608°. Die weitern Punkte werden nach diesem Schema weiter bestimmt.
Die gezeigte Vorgehensweise wird in FIG 7 veranschaulicht. Gezeigt sind die sechs oben genannten Ellipsen-Segmente El bis E6 und die jeweils auf den Ellipsen-Segmenten liegenden Punkte PI bis P6. Die auf den Ellipsen El bis E6 liegenden Punkte PI bis P6 werden mit einem Spline 80 verbunden. Bei einer fortlaufenden Bestimmung der Splines für die weiteren Winkelsegmente kann die zusammenhängende Bahn für einen Um lauf um den Kegel bestimmt werden. Ein entsprechender Bahnab schnitt 81 ist in FIG 8 veranschaulicht. Viele zusammenhän gende derartige Bahnabschnitte ergeben schließlich die in FIG 6 veranschaulichte Bahn 70.
Vorteilhaft erfolgt im Zusammenhang mit der Erfindung die Be schreibung der Werkzeugbahn nicht in einem kartesischen Koor dinatensystem, sondern in einem für zumindest im Wesentlichen kreisförmige Bewegungen besser geeigneten Polarkoordinaten system. Auch hierfür ist die CNC-Steuerung SINUMERIK 840D von Siemens bestens geeignet. Auch eine Koordinatentransformation zwischen den unterschiedlichen Koordinatensystemen ist bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zyklus möglich.
Weiterhin wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung bei der Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Werkzeugs eine an sich bekannte Werkzeugradiuskorrektur durchgeführt. Die Werkzeugradiuskorrektur erlaubt die Pro grammierung der Werkstückkontur unabhängig von der Geometrie des verwendeten Werkzeugs. Vorteilhaft kann daher bei der Pa rametrierung des Zyklus auch ein Werkzeugradius erfasst wer den, der bei der Bahnerzeugung mittels der numerischen Steue rung berücksichtigt wird.
Nachfolgend werden die wesentlichen Verfahrensschritte bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals in Form eines Ablaufdiagramms gemäß FIG 9 verdeutlicht.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein ausführbarer Zyklus zur Herstellung und/oder Bearbeitung von durch ein Segment eines Kegels bestimmbarer, nicht konischer Flächen eines Werkstücks auf einer numerischen Steuerung einer mit der Steuerung verbundenen Werkzeugmaschine bereitgestellt.
In einem Verfahrensschritt S2 wird der Zyklus durch einen Be nutzer der Werkzeugmaschine an einer grafischen Bedienober fläche der numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine aufge rufen.
In einem Verfahrensschritt S3 werden durch den Benutzer die für die Herstellung bzw. Bearbeitung der vorgesehenen Fläche des Werkstücks erforderlichen Technologie- und Geometrieanga ben an der grafischen Bedienoberfläche der numerischen Steue rung eingegeben. Der Zyklus wird dadurch „Parametriert".
In einem Verfahrensschritt S4 wird unter Berücksichtigung der in Verfahrensschritt S3 getätigten Eingaben von der numeri schen Steuerung ein von der numerischen Steuerung abarbeitba res Teileprogramm erzeugt und in einem Speicher der numeri schen Steuerung abgelegt. Auf das Teileprogramm kann dadurch bei der Herstellung bzw. Bearbeitung baugleicher Werkstücke erneut zurückgegriffen werden. Vorteilhaft werden bei dem so erzeugten Teileprogramm neben den üblichen G-Code-Anweisungen auch Polynom-Code-Anweisungen erzeugt, so dass sich die einzelnen Segmente der durch das Teileprogramm festgelegten Werkzeugbahn nicht nur aus Geraden und Kreissegmenten, sondern zumindest zum Teil auch aus Poly nom-Segmenten (Splines) zusammensetzen.
In einem Verfahrensschritt S5 wird das so erstellte Teilepro gramm auf der numerischen Steuerung und damit der Werkzeugma- schine zur Herstellung bzw. Bearbeitung der durch ein Segment eines Kegels bestimmbaren, nicht konischen Fläche des Werk stücks ausgeführt. Damit einher geht die durch das Teilepro gramm festgelegte Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer durch ein Segment eines Kegels (50, K) bestimmbaren, nicht koni schen Fläche (42, 44) eines Werkstücks (5, 41, 43, W) mittels einer Werkzeugmaschine (20), wobei die Werkzeugmaschine (20) zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen einem Werkzeug
(1) und dem Werkstück (5, 41, 43, W) wenigstens zwei lineare Achsen (X, Y, Z) und wenigstens eine Rundachse (A, B, C) sowie eine numerische Steuerung (30) zur Ansteuerung der Achsen (X, Y, Z, A, B, C) aufweist, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Zyklus (34) auf der numerischen Steuerung (30),
- Aufrufen des Zyklus (34) durch einen Benutzer der Werk zeugmaschine (20),
- Parametrieren des Zyklus (34) durch den Benutzer, wobei wenigstens ein den Kegel betreffender Parameter erfasst wird,
- Erzeugen eines von der numerischen Steuerung (30) abar beitbaren Teileprogramms (33) mittels des Zyklus (34) und der numerischen Steuerung (30),
- Ausführung des Teileprogramms (33) mittels der numeri schen Steuerung (30) zum Erzeugen der Relativbewegung entlang einer durch das Teileprogramm (33) bestimmten Bahn (70) zur Herstellung bzw. Bearbeitung der Fläche des Werkstücks (5, 41, 43, W).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fläche durch das Segment eines schiefen Kegels, insbesondere eines schiefen Kreiskegels (50) bestimmbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fläche durch das Segment eines Kegels, insbesondere eines geraden Kreiskegels (K), mit einer Höhen-Linie (h), die nicht parallel zu einer Werkstück-Normalen ausgerichtet ist, bestimmbar ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Fläche als ringförmig geschlossenes Kegelsegment (57) ausge führt ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Drehbearbeitung des Werkstücks (5, 41, 43, W) ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der Fläche um eine Dichtfläche (44) eines Ver schlussteils (43) oder um eine Dichtfläche (42) eines Ventil sitzes (41) eines Absperrventils (40) handelt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei es sich bei dem Absperr ventil (40) um ein exzentrisches, insbesondere mehrfach ex zentrisches Absperrventil (40) handelt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Ausgleichsbewegung zum Ausgleich einer Exzentrizität radial in wenigstens einer Linearachse (X) der Werkzeugmaschine (20) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Teileprogramm (33) zumindest teilweise in einem Polarkoordi- naten-Format erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Teileprogramm (33) zumindest teilweise in einem kartesischen Format erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei geo metrische Angaben zu der Fläche des Werkstücks (5, 41, 43, W) und/oder fertigungstechnische Angaben zur Herstellung bzw. Bearbeitung des Werkstücks (5, 41, 43, W) über eine an einer Anzeigevorrichtung (32) der numerischen Steuerung (30) dar stellbare Zyklenmaske vom Bediener eingegeben werden.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Zyklus (34) die Bahn (70) zumindest teilweise in Form direkt aneinandergrenzender Splines (71), insbesondere Splines 5-ten Grades generiert.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei für das verwendete Werkzeug (1, 60) ein Werkzeugradius angebbar ist und die Erzeugung des von der numerischen Steuerung (30) abarbeitbaren Teileprogramms (33) mittels des Zyklus (34) unter Berücksichtigung dieses Radius, insbesondere in Form einer Werkzeugradiuskorrektur erfolgt.
14. Zyklus (34) für eine numerische Steuerung zur Durchfüh rung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Numerische Steuerung (30) mit einem Zyklus (34) nach Anspruch 14.
16. Werkzeugmaschine (20) mit einer numerischen Steuerung (30) nach Anspruch 15.
EP21746362.9A 2020-07-31 2021-07-07 Herstellung durch kegelsegmente bestimmbarer flächen mittels einer werkzeugmaschine Pending EP4143648A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20188968.0A EP3945381A1 (de) 2020-07-31 2020-07-31 Herstellung durch kegelsegmente bestimmbarer flächen mittels einer werkzeugmaschine
PCT/EP2021/068838 WO2022022963A1 (de) 2020-07-31 2021-07-07 Herstellung durch kegelsegmente bestimmbarer flächen mittels einer werkzeugmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4143648A1 true EP4143648A1 (de) 2023-03-08

Family

ID=71899624

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20188968.0A Withdrawn EP3945381A1 (de) 2020-07-31 2020-07-31 Herstellung durch kegelsegmente bestimmbarer flächen mittels einer werkzeugmaschine
EP21746362.9A Pending EP4143648A1 (de) 2020-07-31 2021-07-07 Herstellung durch kegelsegmente bestimmbarer flächen mittels einer werkzeugmaschine

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20188968.0A Withdrawn EP3945381A1 (de) 2020-07-31 2020-07-31 Herstellung durch kegelsegmente bestimmbarer flächen mittels einer werkzeugmaschine

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230244206A1 (de)
EP (2) EP3945381A1 (de)
CN (1) CN116057483A (de)
WO (1) WO2022022963A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11741270B2 (en) * 2019-04-30 2023-08-29 Siemens Industry Software Inc. Computer aided design (CAD)-based foam part generation for seat designs
CN114986718A (zh) * 2022-06-16 2022-09-02 广东工业大学 一种基于动态补偿的岩板加工装置及方法
EP4343471A1 (de) * 2022-09-26 2024-03-27 Ratier-Figeac SAS Verfahren zur erzeugung eines werkzeugweges zur gravur auf unterschiedlich geformten oberflächen

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19642661A1 (de) * 1996-10-16 1998-04-23 Alfa Laval Flow Gmbh Absperrklappe
US6907313B2 (en) * 2003-01-17 2005-06-14 Dp Technology Corp. Method and system for computer aided manufacturing
DE102009008121A1 (de) * 2009-02-09 2010-08-19 Deckel Maho Pfronten Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von transformierten Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine
DE202011050054U1 (de) * 2011-05-06 2011-09-15 Klingelnberg Ag Wälzschälwerkzeug mit Messerstäben
DE102012106849A1 (de) * 2012-07-27 2014-05-28 Open Mind Technologies Ag Verfahren zur teilweisen oder vollständigen Bearbeitung einer beliebigen Kavität
JP6386871B2 (ja) * 2014-10-22 2018-09-05 オークマ株式会社 工作機械用数値制御装置
EP3151073A1 (de) * 2015-09-29 2017-04-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und steuervorrichtung zum optimierten steuern einer werkzeugmaschine
US10921779B2 (en) * 2016-11-04 2021-02-16 Siemens Industry Software Inc. Process and system for providing a machining method for manufacturing a feature in a part
DE102018117244B3 (de) * 2018-07-17 2019-10-31 Lti Motion Gmbh Verfahren zum Ermitteln einer Grobbahn aus einer vorgegebenen Kontur
DE102019100474A1 (de) * 2019-01-10 2020-07-16 Sig Sauer Gmbh Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine und Werkzeugmaschine
US11585388B2 (en) * 2019-01-30 2023-02-21 Steering Solutions Ip Holding Corporation Needle retainer for constant velocity joint and method of determining trunnion shape
JP6719790B1 (ja) * 2019-09-05 2020-07-08 キタムラ機械株式会社 Ｃａｄデータによるマシニングセンタの自動運転装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022022963A1 (de) 2022-02-03
CN116057483A (zh) 2023-05-02
US20230244206A1 (en) 2023-08-03
EP3945381A1 (de) 2022-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022022963A1 (de) Herstellung durch kegelsegmente bestimmbarer flächen mittels einer werkzeugmaschine
EP1590712B1 (de) Verfahren zur steuerung von relativbewegungen eines werkzeuges gegen ein werkstück
DE3707579C2 (de)
EP1470458B1 (de) Verfahren zur bahnsteuerung
EP2221693B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Steuerdaten zum Steuern eines Werkzeugs an einer zumindest 5 Achsen umfassenden Werkzeugmaschine
DE3752340T2 (de) Mehrfachachsenzahnradwälzmaschine zur Herstellung von Kegelrädern und Hypoidrädern
DE69232317T2 (de) Numerische Steuerungseinheit
DE69831203T2 (de) Verfahren zur korrektur von verschiebungsbefehlen und servosteuerungssystem, in dem verschiebungsbefehle korrigiert werden
DE102010036499B4 (de) Werkzeugvektor-Anzeigevorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit Drehachse
EP1981674B1 (de) Verfahren zum bearbeiten von kegelrädern im teilenden verfahren mit kompletter teilungsfehlerkompensation
DE69712824T2 (de) Verfahren zur Erzeugung diskreter Punkte, die einen Schneideweg definieren, der für einen Rohling gewählte Fertigungsbedingungen erfüllt
DE102017001783B4 (de) Numerische Steuervorrichtung, die eine Erhöhung der Anzahl Analyseziffern eines Programmbefehls ermöglicht
EP3220223B1 (de) Verfahren zur bearbeitung eines werkstücks in einer werkzeugmaschine mit optimierter bearbeitungszeit
EP1319457B1 (de) Verfahren zum spanenden Bearbeiten im wesentlichen zylindrischer, innen- oder aussenverzahnter Zahnräder
DE112014007112T5 (de) Numerisch gesteuerte Vorrichtung
EP3470943A2 (de) Verfahren zur berechnung von führungsgrössen einer präzisionsmaschine, ultrapräzisions- oder präzisionsmaschine und bauteil
DE10393527T5 (de) Systeme und Verfahren zur Darstellung komplexer n-Kurven für die Direktsteuerung einer Werkzeugbewegung
EP3625631A1 (de) Verfahren zum betrieb einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine sowie werkzeugmaschine dazu
EP3582043B1 (de) Verfahren, numerische steuereinrichtung sowie werkzeugmaschine zur bearbeitung eines werkstücks
WO2023174637A1 (de) Geschwindigkeitsabhängiges überschleifen zwischen sätzen mit unstetigen bahnverläufen
EP4246256A1 (de) Werkstückbearbeitung mit optimierter spindeldrehzahl in abhängigkeit eines schnittpunktes
EP1369759B1 (de) Bahnsteuerungsverfahren einer numerisch gesteuerten Maschine
EP3309635A1 (de) Ermittlung eines für eine jeweilige bearbeitungsmaschine optimierten teileprogramms
EP0563412B1 (de) Werkzeugmaschine mit einer numerischen Steuerung zur Unterbrechung und Fortsetzung der Bearbeitung
EP2199882A1 (de) Verfahren und Rechner zur Erzeugung eines Steuerbefehls eines Teileprogramms

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20221128

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20231207