EP4698342A1

EP4698342A1 - Verfahren zur spanenden fertigung einer konkaven kontur, fräsmaschine

Info

Publication number: EP4698342A1
Application number: EP24728901.0A
Authority: EP
Inventors: Klaus Rahn
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2023-05-22
Filing date: 2024-05-08
Publication date: 2026-02-25
Also published as: EP4467270A1; CN121548477A; WO2024240498A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanenden Fertigung einer konkaven Kontur (CNT), insbesondere einer Tasche oder Kreistasche in einem Werkstück (WPC) mittels eines Fräsers (MLN) einer Fräsmaschine (MLM), wobei der Fräser (MLN) um eine Werkzeugachse (TLX) rotierbar ist, wobei der rotierende Fräser (MLN) während des Bearbeitungsvorgangs entlang einer Bewegungsbahn (PTH) geführt wird, derart, dass eine oder mehrere Schneiden (CTE) des Fräsers (MLN) Material des Werkstücks (WPC) abtragen, so dass sich die Kontur (CNT) ergibt. Um die Fertigung von konkaven Konturen (CNT) zu beschleunigen, sieht die Erfindung vor, dass die Werkzeugachse (TLX) des Fräsers (MLN) derart zu der Bewegungsbahn (PTH) geneigt ist, dass der Fräser (MLN) nur mit den in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn (PTH) vorne (FRT) befindlichen Schneiden (CTE) Material vom Werkstück (WPC) abträgt und die in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn (PTH) jeweils hinten (BCK) befindlichen Schneiden (CTE) keinen Materialabtrag vom Werkstück (WPC) leisten.

Description

Beschreibung

Verfahren zur spanenden Fertigung einer konkaven Kontur, Fräsmaschine

Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur spanenden Fertigung einer konkaven Kontur, insbesondere einer Tasche oder Kreistasche in einem Werkstück mittels eines Fräsers einer Fräsmaschine , wobei der Fräser um eine Werkzeugachse rotierbar ist , wobei der rotierende Fräser während des Bearbeitungsvorgangs entlang einer Bewegungsbahn geführt wird, derart , dass eine oder mehrere Schneiden des Fräsers Material des Werkstücks abtragen, so dass sich die Kontur ergibt .

Im Umfeld der maschinellen spanenden Bearbeitung ist eine Tasche ein Hohlraum, der durch Fräsen in ein Werkstück eingebracht wird . Sie wird typischerweise mit einem Fräser in einer speziellen Form gefräst , um eine bestimmte Taschenform zu erzeugen . Die Tasche kann dazu dienen, bestimmte Teile oder Komponenten in das Werkstück einzusetzen oder um eine bestimmte Stelle aus zusparen . Taschen können in verschiedenen Größen und Tiefen gefräst werden und erfordern in der Regel spezielle Fräswerkzeuge und Bearbeitungsstrategien .

Eine Kreistasche ist eine spezielle Art von Ausnehmung bzw . Hohlraum in einem Werkstück, die durch einen kreis förmigen Fräsvorgang in ein Werkstück eingearbeitet wird . Die Kreistasche kann auch als Ausgangspunkt für weitere Bearbeitungen dienen, wie zum Beispiel zum Fräsen von Gewinden oder Bohrungen und werden in verschiedenen Größen und Tiefen gefräst .

Eine Werkzeugmaschine ist eine Maschine , die Werkstücke durch die Bearbeitung von Materialien wie beispielsweise Metall , Hol z oder Kunststof f in bestimmte Formen und Größen bringt . Zu den wichtigsten Vertretern zählen Dreh- und Fräsmaschinen, Erodiermaschinen sowie mechanische Pressen und Maschinenhammer zum Schmieden . Die Erfindung beschäftigt sich mit Verfahren, die mittels Fräsmaschinen angewendet werden .

Eine Kontur beschreibt die äußere Form eines Obj ekts oder einer Fläche . Die Kontur der Tasche ist nach der Erfindung die Geometrie der Grenz fläche zwischen dem Material des Werkstücks und dem Umgebungsmedium - in der Regel Luft .

Das Herstellen von Kreistaschen in Werkstücken erfolgt gegenwärtig sehr langsam . Eine erste Möglichkeit sieht eine Startbohrung vor, so , dass ein weiteres Werkzeug mit Werkzeugwechsel erforderlich ist .

Alternativ oder weiterhin kann die Kreistasche mit einer langsamen 3-achsigen Helix-Bewegung erzeugt werden, wobei der Fräser mit dem in Bewegungsrichtung hinteren Teil aufgrund des axialen Vorschubs der Helix-Bewegung auch noch im Eingri f f bleibt und „nachschneidet" . Dieses Nachschneiden hat zur Folge , dass der Vorschub sehr langsam eingestellt werden muss .

Beide Fertigungsstrategien und Mischformen daraus sind zeitaufwändig infolge von zusätzlichen Werkzeugwechseln und/oder zwingend langsamen Fertigungsverfahren .

Herkömmlich gibt es keine schnellere Lösung für die Fertigung von konkaven Konturen, insbesondere Kreistaschen in Werkstücken .

Aus der EP 0 264 673 Al ist es bekannt eine geradlinige Bewegungsbahn zu fräsen, wobei die Werkzeugachse des Fräsers während der Bewegung entlang der geraden Bewegungsbahn gegen die Bewegungsrichtung geneigt ist .

Aus der US 2012 / 0207869 Al ist es bekannt , eine spiral förmige Bewegungsbahn zur stirnfräsenden Erzeugung von Ausnehmungen mittels eines speziell gestalteten Fräswerkzeugs anzuwenden . Aus der EP 2 586 551 Al ist es bekannt , eine gekrümmte , höhlenartige Ausnehmung mit kreis förmigem Querschnitt mittels eines Scheibenfräsers zu fräsen .

Ausgehend von den beschriebenen Problemen und Nachteilen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht , ein Verfahren eingangs definierter Art derart weiterzubilden, sodass die erläuterten Probleme und Nachteile vermieden werden . Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung eine schnellere Methode zur Fertigung von konkaven Konturen, Taschen, insbesondere von Kreistaschen, zu schaf fen .

Zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren eingangs definierter Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Kennzeichens des unabhängigen Anspruchs 1 vorgeschlagen . Daneben schlägt die Erfindung eine entsprechend zur Durchführung des Verfahrens vorbereitete Fräsmaschine vor .

Im Einzelnen wird das Verfahren der eingangs genannter Art vorgeschlagen, bei dem die Werkzeugachse des Fräsers derart zu der Bewegungsbahn geneigt ist , dass der Fräser nur mit den in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn vorne befindlichen Schneiden Material vom Werkstück abträgt und die in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn j eweils hinten befindlichen Schneiden keinen Materialabtrag vom Werkstück leisten .

Ein bevorzugtes Anwendungs f eld der Erfindung sieht vor, dass die Bewegungsbahn gekrümmte Abschnitte umfasst (wie beispielsweise in Figur 1 dargestellt ) . Besonders bevorzugt ist hierbei die Bewegungsbahn räumlich gekrümmt (wie beispielsweise in Figur 1 dargestellt ) , so dass die Aus fräsung von Taschen möglich ist , insbesondere entlang einer helixartigen Bewegungsbahn des Fräsers oder entlang einer helixförmigen Bewegungsbahn des Fräsers , insbesondere entlang einer Kreishelix . Hierbei erfolgt besonders bevorzugt eine permanente Anpassung der Neigung der Werkzeugachse während der Bewegung entlang der gekrümmten Abschnitte der Bewegungsbahn . Diese permanente Anpassung ist naturgemäß erforderlich, wenn eine gekrümmte Bewegungsbahn des Fräsers zur Fertigung einer konkaven Kontur, zum Beispiel zum Zweck der Fräsung einer Tasche vorgesehen ist , bei gleichzeitiger Erfüllung der erfindungsgemäßen Anforderung dass die Werkzeugachse des Fräsers derart zu der Bewegungsbahn geneigt ist , dass der Fräser nur mit den in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn vorne befindlichen Schneiden Material vom Werkstück abträgt und die in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn j eweils hinten befindlichen Schneiden keinen Materialabtrag vom Werkstück leisten . Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Krümmung der Bewegungsbahn um eine zumindest abschnittsweise stetige Krümmung, insbesondere abschnittsweise stetige räumliche Krümmung . Unter gekrümmten Abschnitten der Bewegungsbahn versteht die Erfindung, dass der Fräser sich über eine Zeitdauer und entlang einer Wegstrecke entlang des gekrümmten Abschnitts der Bewegungsbahn während der Fertigung bewegt . Im Gegensatz dazu handelt es sich nicht um eine nur punktuelle Krümmung oder Ecke der Bewegungsbahn . Die Neigung der Werkzeugachse ist in dieser Phase des Durchfahrens eines derartig gekrümmten Abschnitts permanent erforderlich, um die Anforderungen an die erfindungsgemäße Ausrichtung der Werkzeugachse zu erfüllen, so dass das ungewollte Nachschneiden unterbleibt .

Durch das reine Vorneigen des Fräsers kommt es bei einer herkömmlichen Fertigung bei Taschen ab einer bestimmten Tiefe zur Kollision zwischen Fräser und Taschenoberkante . Die Erfindung sieht daher vor, dass der Fräser bei der Vertiefung oder Tasche oder speziell bei einer Kreistasche noch in Richtung einer sich in Tiefenrichtung erstreckenden mittleren Achse geneigt ist , um eine derartige Kollision zu vermeiden . Bei einer Kreistasche kann diese mittlere Achse auch als Kreistaschenachse oder als Kreistaschentiefenachse bezeichnet werden . Diese Richtung der Neigung ändert sich infolge der Bewegung des Fräsers entlang einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Bewegungsbahn während der Fertigung ständig . Auf diese Weise findet eine dynamische Anpassung - oder auch Nachführung - der Neigung des Fräsers statt . Auf diese Weise kommt der Fräser nicht in Kollision mit insbesondere der Oberkante der Tasche .

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Erreichen der Solltiefe sich der Fräser aufstellt , so dass der Boden der Tasche auf die gewünschte Geometrie bearbeitet werden kann bzw . bearbeitet wird . Insbesondere kann der Boden der Tasche plangefräst werden, insbesondere mittels kreis förmiger Bewegungen bzw . mittels zirkularer Bewegungen beim Fräsen . Bevorzugt wird auf diese Weise ein aufgrund der erfindungsgemäß schrägen Anstellung der Fräserachse balliger Boden geebnet .

Besonders zweckmäßig ist hierzu vorgesehen, dass die Werkzeugachse um einen Voreilwinkel in Bewegungsrichtung mindestens so weit nach vorne geneigt ist , dass eine stirnseitige mittlere Endfläche des Fräsers mindestens parallel zu einer Tangente an der Bewegungsbahn ist , so dass die in Bewegungsrichtung hinten befindlichen Schneiden des Fräsers nicht infolge des im Wesentlichen axialen Vorschubs in Tiefenrichtung der Kontur schneiden bzw . nachschneiden . Vorzugsweise ist der Voreilwinkel etwas größer gewählt , so dass die hinten befindlichen Schneiden mit höherer Sicherheit keinen abtragenden Materialkontakt haben .

Um eine Kollision des Fräsers mit den Seitenwänden der Kontur infolge des Voreilwinkels wird zu verhindern, ist vorgesehen, dass die Werkzeugachse in Richtung einer Flächennormalen der zu fertigenden konkaven Kontur an dem Berührpunkt des Fräsers an dem Material geneigt wird . Auf diese Weise weicht der Fräser mit seinem der Werkzeugaufnahme näherem Bereich der bereits bearbeiteten Seitenwand der Kontur aus . Vereinfacht ausgedrückt - zur einfacheren räumlichen Vorstellung - bewegt die Fräsmaschine das Werkzeug derart in der konkaven Ausnehmung vergleichbar mit einem Koch, der aus dem Handgelenk (Neigung des Löf felstiels zur Schüsselmitte hin) mit einem Löf fel (Werkzeug ist der Löf fel , Löf felstiel ist die Werkzeugachse ) den Inhalt einer Schüssel ( konkave Kontur ) umrührt und dabei der Löf fel derart schräg gehalten wird, dass der Stiel dem Löf fel konstant etwas vorauseilt . Dadurch schneidet das Werkzeug nur mit dem gewünschten, in Bewegungsrichtung gesehen, vorderen Teil des Fräsers und es kann mit hohem Vorschub gearbeitet werden . Die konkave Kontur ist somit in kürzerer Zeit hergestellt als herkömmlich . Bei einer 5-Achsenmaschine stellt sich dem raumfesten Betrachter die Bewegung des Fräsers anders dar, weil Die Bewegung des Werkzeugs teilweise durch eine Dreh- und Schwenkbewegung des Maschinentisches und teilweise mittels der Translation der Werkzeugspindel umgesetzt wird .

Im Sinne der Erfindung ist ein Fräser ein Werkzeug, das zum Schneiden von Materialien wie Metall , Kunststof f oder Hol z verwendet wird . Der Fräser besteht aus einer rotierenden Schneide oder aus Schneiden, die in der Regel auf einer rotierenden Spindel montiert sind . Der Fräser wird in einer Fräsmaschine eingesetzt , die das Werkstück hält und die Bewegung des Fräsers steuert . Der Schaftfräser hat eine zylindrische oder konische Form und wird in der Regel in einer Fräsmaschine eingesetzt . Der Schaft des Fräsers ist so geformt , dass er in die Spannzange oder mittels des Spannfutters der Maschine eingespannt werden kann . Es gibt verschiedene Arten von Schaf tfräsern, einschließlich Endfräsern, Stirnfräsern, Nutfräsern und Kugel fräsern, die für verschiedene Fräsarbeiten eingesetzt werden können .

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die in Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn vorne befindlichen Schneiden die Schneiden sind, die sich in einer Umfangsrichtung des Fräsers bezüglich der Werkzeugachse in einem Winkelbereich bis zu j eweils betragsmäßig 90 ° zu der Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn befinden und die hinten befindlichen Schneiden diej enigen sind, die mit der Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn einen Winkel von betragsmäßig mehr als 90 ° einschließen .

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass während des Material-abtragenden Fertigungsprozesses der Fräsmaschine ein momentaner Berührpunkt des Fräsers an dem Material der zu fertigenden konkaven Kontur den Nullpunkt eines rechtwinkligen räumlichen Koordinatensystems definiert , wobei eine Flächennormale der zu fertigenden konkaven Kontur an dem Berührpunkt des Fräsers an dem Material eine erste Achse des Koordinatensystems definiert , wobei eine Tangente an der Bewegungsbahn an dem Berührpunkt eine zweite Achse des Koordinatensystems definiert und eine dritte Achse des Koordinatensystems senkrecht zu der ersten Achse und zweiten Achse angeordnet ist , wobei die Werkzeugachse gegenüber der Bewegungsbahn derart geneigt ist , dass zwischen einer Proj ektion der Werkzeugachse in der Ebene eines ebenen Koordinatensystems der zweiten Achse und dritten Achse sich im ersten Quadranten des ebenen Koordinatensystems zu der zweiten Achse ein Winkel kleiner 90 ° ausgebildet , wobei die Werkzeugachse gegenüber der ersten Achse derart geneigt ist , dass zwischen einer Proj ektion der Werkzeugachse in der Ebene eines ebenen Koordinatensystems der ersten und dritten Achse sich im ersten Quadranten dieses ebenen Koordinatensystems zu der ersten Achse ein Winkel kleiner 90 ° ausgebildet .

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kontur kreis zylinderförmige Seitenwände aufweist und die Bewegungsbahn eine Helix ist . Erfindungsgemäße wird die Werkzeugachse in Bewegungsrichtung nach vorne geneigt . Gleichzeitig wird die Werkzeugachse immer in Richtung der Kreistaschenmitte geneigt .

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Fertigung einer Kontur mit einer ebenen Bodenfläche und zur Bodenfläche senkrechten Seitenwänden, wobei der Fräser ein zylindrischer Schaftfräser ist , wobei eine erste Verfahrensphase eine Bearbeitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorsieht , wobei eine zweite Verfahrensphase eine Aufrichtung der Werkzeugachse im Bereich der zu fertigenden ebenen Bodenfläche senkrecht zur Bodenfläche und ein Fräsen der Seitenwände mittels seitlicher Schneiden des Schaf tfräsers vorsieht , wobei eine dritte Verfahrensphase ein Planfräsen der ebenen Bodenfläche mittels einer Stirnseite des Schaf tfräsers vorsieht .

Die zur Durchführung des Verfahrens vorbereitete Fräsmaschine ist besonders vorteilhaft als 5-Achsen-Fräsmaschine ausgebildet . Hierbei ist es zweckmäßig, wenn drei translatorische Verfahrachsen einer Werkzeugaufnahme eine Schwenkachse eines Maschinentisches und eine Rotationsachse des Maschinentisches vorgesehen sind .

Grundsätzlich kann das Verfahren beispielsweise mittels eines Schaf tfräser, eines torischen Fräsers , eines Kugel fräsers oder eines Tonnenfräser durchgeführt werden . Bevorzugt ist der Fräser ein zylindrischer Schaf tfräser .

Weitere Merkmale , Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren . Darin zeigen schematisch :

Figur 1 : eine schematische räumliche Darstellung einer Fräsmaschine mit einem Werkstück bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ,

Figur 2 : ein Ablauf diagramm, dass Schritte eines Verfahrens nach der Erfindung illustriert . Figur 1 zeigt beispielhaft eine Fräsmaschine MLM bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur spanenden Fertigung einer konkaven Kontur CNT in einem Werkstück WPG mittels eines Fräsers MLN, der in einer Werkzeugaufnahme TRC der Fräsmaschine MLM befestigt ist . Die Kontur kann hierbei einen über die Konturtiefe beliebig variierenden Querschnitt aufweisen, solange die Kontur konkav bleibt . Hierbei sind auch ebene Flächen als Bestandteil der Kontur möglich . Insbesondere kann es sich um eine Tasche mit konstantem Quer- schnittsverlauf in Tiefenrichtung handeln, beispielsweise eine Kreistasche .

Die Fräsmaschine MLM ist hier eine 5-Achsen-Fräsmaschine MLM mit drei translatorische Verfahrachsen TMX der Werkzeugaufnahme TRC, mit einer Schwenkachse TRX eines Maschinentisches MTB und einer Rotationsachse RTX des Maschinentisches MTB . Das Werkstück WPC ist in nicht näher dargestellter Weise an dem Maschinentisch MTB angebracht bzw . aufgespannt . Der Fräser MLN ist ein zylindrischer Schaftfräser SFM .

Der Fräser MLN ist um eine Werkzeugachse TLX rotierbar und wird rotierend während des Bearbeitungsvorgangs entlang einer Bewegungsbahn PTH geführt . Die Bewegungsbahn PTH ist hierbei derart gestaltet , dass eine oder mehrere Schneiden CTE des Fräsers MLN Material des Werkstücks WPC abtragen, so dass sich die Kontur CNT ergibt .

Entscheiden für die Erfindung ist , dass die Werkzeugachse TLX des Fräsers MLN derart zu der Bewegungsbahn PTH geneigt ist , dass der Fräser MLN nur mit den in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn PTH vorne FRT befindlichen Schneiden CTE Material vom Werkstück WPC abträgt und die in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn PTH j eweils hinten BCK befindlichen Schneiden CTE keinen Materialabtrag vom Werkstück WPC leisten . Hierbei bedeutet „vorne" befindlichen Schneiden CTE , die Schneiden CTE , die sich in einer Umfangsrichtung CDR des Fräsers MLN bezüglich der Werkzeugachse TLX in einem Winkelbereich bis zu j eweils betragsmäßig 90 ° zu der Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn PTH befinden . Entsprechend sind die übrigen hinten BCK befindlichen Schneiden GTE diej enigen, die mit der Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn PTH einen Winkel von betragsmäßig mehr als 90 ° einschließen .

Für eine etwas präzisere Betrachtungsweise der räumlichen Schrägstellung des Fräsers nach dem Verfahren ist es zweckmäßig ein Koordinatensystem zu betrachten, dass der Bewegungsbahn PTH folgt .

Ein momentaner Berührpunkt TPT des Fräsers MLN an dem Material der zu fertigenden konkaven Kontur CNT sei der Nullpunkt ZRO eines rechtwinkligen räumlichen Koordinatensystems CDS . Eine Flächennormale SEN der zu fertigenden konkaven Kontur CNT an dem Berührpunkt TPT des Fräsers MLN an dem Material sei eine erste Achse AX1 des Koordinatensystems CDS . Eine Tangente TGT an der Bewegungsbahn PTH an dem Berührpunkt TPT sei eine zweite Achse AX2 des Koordinatensystems CDS . Eine dritte Achse AX3 des Koordinatensystems CDS sei senkrecht zu der ersten Achse AX1 und zweiten Achse AX2 angeordnet . Mit dieser Definition kann die Orientierung der Werkzeugachse TLX gegenüber der Bewegungsbahn PTH als derart geneigt definiert werden, dass zwischen einer ersten Proj ektion PJ1 der Werkzeugachse TLX in der Ebene eines ebenen Koordinatensystems CDS der zweiten Achse AX2 und dritten Achse AX3 sich im ersten Quadranten QD1 des ebenen Koordinatensystems CDS zu der zweiten Achse AX2 ein erster Winkel AG1 kleiner 90 ° ausgebildet . Diese eine Di f ferenz dieses Neigungswinkels zu 90 ° kann anschaulich als Voreilwinkel des Fräsers MLN in Richtung der Bewegungsbahn PTH bezeichnet werden .

Weiterhin ist die Werkzeugachse TLX gegenüber der ersten Achse AX1 derart geneigt , dass zwischen einer Proj ektion der Werkzeugachse TLX in der Ebene eines ebenen Koordinatensystems CDS der ersten und dritten Achse AX3 sich im ersten Quadranten QD1 dieses ebenen Koordinatensystems CDS zu der ersten Achse AX1 ein Winkel kleiner 90 ° ausgebildet . Diese Winkelabweichung MIA, die auch als Mittenneigung bezeichnet werden kann, der Werkzeugachse von der momentanen dritten Achse AX3 verhindert eine Kollision des Fräsers infolge des Voreilwinkels mit der bereits gefrästen Kontur . Weil diese Winkel von der Position des Berührpunktes abhängen, ist die sich ergebende Bewegung des Fräsers vergleichbar mit einer Taumelbewegung im Verlauf der Bahnbewegung des Fräsers . Dieses Taumeln gilt nur für eine Relativbewegung des Fräsers zu dem Werkstück . Bei einer 5-Achsenmaschine wird die Bewegungsbahn teilweise durch eine Dreh- und Schwenkbewegung des Maschinentisches und teilweise mittels der Translation der Werkzeugspindel umgesetzt . Demzufolge ergibt sich absolut - also für den raumfesten Betrachter - keine Taumelbewegung .

Zweckmäßig verläuft die Bahnbewegung Helix-artig entlang der Kontur in einer Tiefenrichtung der Kontur unter Abtragung des Materials .

Handelt es sich bei der Kontur CNT um eine Kreistasche , die kreis zylinderförmige Seitenwände SWL aufweist , ist die Bewegungsbahn PTH eine im Querschnitt kreis förmige Helix HLX . Das Verfahren führt hierbei zu einem Gewinde-ähnlichen Muster an den Seitenwänden SWL . Wenn diese Schrupp-Fräs-Qualität nicht gewünscht ist , kann anschließend der Fräser MLN aufgerichtet werden und eine Schlicht-Qualität der Seitenwänden SWL - unter verhältnismäßig geringem Materialabtrag - gefräst werden .

Grundsätzlich kann - wie in Figur 2 illustriert - eine Bearbeitung in drei Verfahrensphasen MS I , MS2 , MS3 erfolgen . In einer ersten Verfahrensphase MS3 erfolgt eine Bearbeitung mit der doppelten Werkzeugachsenschrägstellung - wie bereits erläutert .

In einer zweiten Verfahrensphase MS2 erfolgt eine Aufrichtung der Werkzeugachse TLX im Bereich der zu fertigenden ebenen Bodenfläche GRA senkrecht zur Bodenfläche GRA und ein Fräsen der Seitenwände SWL mittels seitlicher Schneiden GTE des Schaf tfräsers SEM .

Während einer dritten Verfahrensphase MS3 erfolgt ein Planfräsen der ebenen Bodenfläche GRA mittels einer Stirnseite FTS des Schaf tfräsers SEM .

Ein Fertigungsverfahren zur Herstellung einer Kreistasche kann beispielhaft die folgenden Anweisungen ( SPF-Datei bzw . MPF-File ) an die Fräsmaschine mit Sinumerik-Steuerung - hier 5-Achsbearbeitung - umfassen, die die Winkel bestimmen, die zur erfindungsgemäßen räumlichen Neigung des Fräsers führen . Das Programm bzw . Unterprogramm ist beispielhaft für die Sinumerik-Steuerung, kann prinzipiell aber auch auf j ede andere Steuerung genauso adoptiert werden . Die gewählten Parameter für Durchmesser, Tiefe, Anstellung und Zustellung pro Umlauf werden in der Sinumerik mit Hilfe der Zeile N10 aus dem Hauptprogramm an das Unterprogramm übergeben .

; HELIX - 5-ACHSBEARBEITUNG

N10 PROC HELIX08 (REAL _DURCH, REAL _TIEF, REAL JSCHRAE,

REAL STEP) SAVE SBLOF DISPLOF

N20 DEE REAL APOSX

N30 DEE REAL APOSY

N40 DEE REAL APOSZ

N50 DEE REAL _KPOSZ

N60 DEE REAL _KENDZ

N70 DEE REAL _WINK

N80 DEE REAL _VORWI

N90 DEE REAL CHECK

NI 00 DEE REAL _ORGDURCH

NI 10 DEE REAL _MDURCH

N120 _APOSX=$AA_IW [X]

N130 _APOSY=$AA_IW [Y]

NI 40 _APOSZ=$AA_IW [ Z ]

NI 50 _KPOSZ=_APOSZ

NI 60 _WINK=0

NI 70 _VORWI=_SCHRAE

NI 80 _ORGDURCH=_DURCH

NI 90 MDURCH=0 /FALL mehrere Durchläufe notwendig Start

N200 CYCLE832 (0.05,_ROUGH, 1)

N210 WIED2:

N220 _MDURCH=_MDURCH+ 1

N230 IE (_MDURCH*$P_TOOLR*2) < (_ORGDURCH-2*$P_TOOLR)

N240 _DURCH= (_MDURCH+1) * ($P_TOOLR*2)

N250 ELSE

N260 _DURCH=_ORGDURCH

N270 ENDIF

N280 STOPRE

/FALL mehrere Durchläufe notwendig Ende check - sind die Parameter sinnvoll (WKZ DM?, zu Tiefe?, notwendige SCHRAEGE? - START

N290 IF _SCHRAE<= (ATAN2 (_STEP, ( 0.75*2*3.14* (_DURCH/2-

$P_TOOLR) ) ) ) /wenn Neigungswinkel zu niedrig

N300 _SCHRAE=ATAN2 (_STEP, ( 0.75*2*3.14* (_DURCH/2-

$P_TOOLR) ) ) ; Neigungswinkel_set zen

N310 ENDIF

N320 _VORWI=_SCHRAE

N330 _CHECK= (_DURCH-

($P_TOOLR*2) ) / (SQRT ( (sin (JSCHRAE) *sin (JSCHRAE) ) *2) )

N340 IF _CHECK<=_TIEF

N350 MSG ("zu tief fuer die benoetigte Anstellung")

N360 MO

N370 M30

N380 ENDIF

/check - sind die Parameter sinnvoll (WKZ DM?, zu Tiefe?, notwendige SCHRAEGE? - ENDE

/Startposition anfahren Start

N390 TRAORI

N400 OTOL=0.1

N410 ORISON

N420 FGREF [C] = (_DURCH) / Drehgeschwindigkeit Grad pro Zeit umrechnen in Weg pro Zeit

N430 _DURCH=_DURCH/2-$P_TOOLR/ Helixdurchmesser Mittelpunkbahn - ab jetzt Radius! ! ! ! N440 > KPOSZ=_ KPOSZ+sin (JSCHRAE) * $P_TOOLR/ Höhenkorrektur durch Anstellung

N450 > KENDZ=_ APOSZ+ ( -

1) *_ TIEF+sin (JSCHRAE) *$P_TOOLR/ Tiefenkorrektur durch Anstellung

N460 Gl X=_ APOSX+COS ( 0 ) *_ DURCH

Y=_ APOSY+SIN (0) *_ DURCH/ Startposition anfahren

N470 Gl

B3= (SIN (

C3= (cos (

/korrigierte Höhe durch Anstellung mit Anstellung anfahren Ende Schleife Helixbahn start

N490 STOPRE

N500 MARK1:

N510 > WINK=_ WINK+ (360/ ( 6.28 *_DURCH* 2 ) )

N520 > KPOSZ=_ KPOSZ- (_STEP/ (360/ (360/ ( 6.28 *_DURCH* 2 ) ) ) )

N530 IE _KPOSZ<_KENDZ

N540 > KPOSZ=_ KENDZ

N550 ENDIF

N560 Gl X=_ APOSX+COS (_ WINK) *_ DURCH

Y=_ APOSY+SIN (_WINK) *_DURCH Z=_KPOSZ

A3= (SIN (_WINK+180+45+_VORWI) *tan (JSCHRAE) )

B3= (SIN (_ WINK+90+45+_ VORWI ) *TAN (JSCHRAE) )

C3= (cos (JSCHRAE) )

N570 IE (_WINK+ (360/ ( 6.28 *_DURCH* 2 ) ) ) <360

N580 GOTOB MARK1

N590 ENDIF

N600 IE _KPOSZ> (_KENDZ)

N610 _WINK=0

N620 GOTOB MARK1

N630 ENDIF

/Schleife Helixbahn Ende

/Schleife auf der Endtiefe mit reduzierender Anstellung

- Start

N640 DURCH= ( ( DURCH/2 ) * ( cos ( SCHRAE ) ) * cos ( SCHRAE) ) *2 N650 _WINK=0

N660 SPRUNG:

N670 _WINK=_WINK+ (360/ ( 6.28 *_DURCH* 2 ) )

N680 Gl X=_APOSX+COS (_WINK) *_DURCH

Y=_APOSY+SIN (_WINK) *_DURCH

Z=_KENDZ+ ( (sin (_WINK/4) ) * (sin (JSCHRAE) *$P_TOOLR) )

A3= (cos (_WINK/4) ) * (COS (_WINK+ 180-_VORWI ) *tan (JSCHRAE) )

B3= (cos (_WINK/4) ) * (SIN (_WINK+ 180-_VORWI ) *TAN (JSCHRAE) )

C3= (cos (JSCHRAE) )

N690 IE (_WINK)<=360

N700 GOTOB SPRUNG

N710 ENDIF

/Schleife auf der Endtiefe mit reduzierender Anstellung

- Ende schleife auf der Endtiefe ohne Anstellung- Start

N720 _WINK=0

N730 SPRUNG:

N740 _WINK=_WINK+ (360/ ( 6.28 *_DURCH* 2 ) )

N750 Gl X=_APOSX+COS (_WINK) *_DURCH

Y=_APOSY+SIN (_WINK) *_DURCH Z=_KENDZ-

(sin (JSCHRAE) *$P_TOOLR) A3=0 B3=0 C3=l

N760 IE (_WINK)<=360

N770 GOTOB SPRUNG

N780 ENDIF

/schleife auf der Endtiefe - Ende

/Startposition wieder anfahren - Start

N790 Gl Z=_APOSZ

N800 Gl X=_APOSX Y=_APOSY A3=0 B3=0 C3=l /Startposition wieder anfahren - ENDE

/FALL mehrere Durchläufe

N810 IE (_MDURCH*$P_TOOLR*2 ) < (_ORGDURCH-

2*$P_TOOLR) /wieder org. Durch dann evtl Rücksprung

N820 _KPOSZ=_APOSZ

N830 _WINK=0

N840 GOTOB WIED2 N850 ENDIF

N860 TRAFOOF

;N870 FGREF[C]=10

N880 M17

Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur spanenden Fertigung einer konkaven Kontur (CNT) , insbesondere einer Tasche oder Kreistasche in einem Werkstück (WPG) mittels eines Fräsers (MLN) einer Fräsmaschine (MLM) , wobei der Fräser (MLN) um eine Werkzeugachse (TLX) rotierbar ist, wobei der rotierende Fräser (MLN) während des Bearbeitungsvorgangs entlang einer Bewegungsbahn (PTH) geführt wird, derart, dass eine oder mehrere Schneiden (GTE) des Fräsers (MLN) Material des Werkstücks (WPG) abtragen, so dass sich die Kontur (CNT) ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugachse (TLX) des Fräsers (MLN) derart zu der Bewegungsbahn (PTH) geneigt ist, dass der Fräser (MLN) nur mit den in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn (PTH) vorne (FRT) befindlichen Schneiden (CTE) Material vom Werkstück (WPC) abträgt und die in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn (PTH) jeweils hinten (BCK) befindlichen Schneiden (CTE) keinen Materialabtrag vom Werkstück (WPC) leisten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsbahn gekrümmte Abschnitte umfasst, wobei eine permanente Anpassung der Neigung der Werkzeugachse (TLX) während der Bewegung entlang der gekrümmten Abschnitte der Bewegungsbahn (PTH) erfolgt, derart, dass die Werkzeugachse (TLX) des Fräsers (MLN) derart zu der Bewegungsbahn (PTH) geneigt ist, dass der Fräser (MLN) nur mit den in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn (PTH) vorne (FRT) befindlichen Schneiden (CTE) Material vom Werkstück (WPC) abträgt und die in momentaner Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn (PTH) jeweils hinten (BCK) befindlichen Schneiden (CTE) keinen Materialabtrag vom Werkstück (WPC) leisten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die in Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn (PTH) vorne (FRT) befindlichen Schneiden (CTE) die Schneiden (CTE) sind, die sich in einer Umfangsrichtung (CDR) des Fräsers (MLN) bezüglich der Werkzeugachse (TLX) in einem Winkelbereich bis zu jeweils betragsmäßig 90° zu der Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn (PTH) befinden und die hinten (BCK) befindlichen Schneiden (CTE) diejenigen sind, die mit der Bewegungsrichtung entlang der Bewegungsbahn (PTH) einen Winkel von betragsmäßig mehr als 90° einschließen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein momentaner Berührpunkt (TPT) des Fräsers (MLN) an dem Material der zu fertigenden konkaven Kontur (CNT) den Nullpunkt (ZRO) eines rechtwinkligen räumlichen Koordinatensystems (CDS) definiert, wobei eine Flächennormale ( SFN) der zu fertigenden konkaven Kontur (CNT) an dem Berührpunkt (TPT) des Fräsers (MLN) an dem Material eine erste Achse (AX1) des Koordinatensystems (CDS) definiert, wobei eine Tangente (TGT) an der Bewegungsbahn (PTH) an dem Berührpunkt (TPT) eine zweite Achse (AX2) des Koordinatensystems (CDS) definiert und eine dritte Achse (AX3) des Koordinatensystems (CDS) senkrecht zu der ersten Achse (AX1) und zweiten Achse (AX2) angeordnet ist, wobei die Werkzeugachse (TLX) gegenüber der Bewegungsbahn (PTH) derart geneigt ist, dass zwischen einer ersten Projektion (PJ1) der Werkzeugachse (TLX) in der Ebene eines ebenen Koordinatensystems (CDS) der zweiten Achse (AX2) und dritten Achse (AX3) sich im ersten Quadranten (QD1) des ebenen Koordinatensystems (CDS) zu der zweiten Achse (AX2) ein erster Winkel (AG1) kleiner 90° ausgebildet, wobei die Werkzeugachse (TLX) gegenüber der ersten Achse (AX1) derart geneigt ist, dass zwischen einer Projektion der Werkzeugachse (TLX) in der Ebene eines ebenen Koordinatensystems (CDS) der ersten und dritten Achse (AX3) sich im ersten Quadranten (QD1) dieses ebenen Koordinatensystems (CDS) zu der ersten Achse (AX1) ein Winkel kleiner 90° ausgebildet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontur (CNT) kreiszylinderförmige Seitenwände (SWL) aufweist und die Bewegungsbahn (PTH) eine Helix (HLX) ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, (CNT) , zur Fertigung einer Kontur (CNT) mit einer ebenen Bodenfläche (GRA) und zur Bodenfläche (GRA) senkrechten Seitenwänden (SWL) , wobei der Fräser (MLN) ein zylindrischer Schaftfräser (SFM) ist, wobei eine erste Verfahrensphase (MS3) eine Bearbeitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorsieht, wobei eine zweite Verfahrensphase (MS2) eine Aufrichtung der Werkzeugachse (TLX) im Bereich der zu fertigenden ebenen Bodenfläche (GRA) senkrecht zur Bodenfläche (GRA) und ein Fräsen der Seitenwände (SWL) mittels seitlicher Schneiden (CTE) des Schaf tfräsers (SFM) vorsieht, wobei eine dritte Verfahrensphase (MS3) ein Planfräsen der ebenen Bodenfläche (GRA) mittels einer Stirnseite (FTS) des Schaf tfräsers (SFM) vorsieht.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fräsmaschine (MLM) eine 5-Achsen-Fräsmaschine (MLM) ist .

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei drei translatorische Verfahrachsen (TMX) einer Werkzeugaufnahme (TRC) eine Schwenkachse (TRX) eines Maschinentisches (MTB) und eine Rotationsachse (RTX) des Maschinentisches (MTB) vorgesehen sind .

9. Fräsmaschine (MLM) , insbesondere 5-Achsen-Fräsma- schine (MLM) , ausgebildet und vorbereitet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.