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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG Verwandte Anmeldung
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/407,864, eingereicht
am 3. September 2002.
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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen Werkzeughalter mit wählbaren kritischen Winkeln,
wie zum Beispiel einem Voreilwinkel, einem Einstellwinkel, einem Spanwinkel
und einem Flankenfreiwinkel. Insbesondere betrifft diese Erfindung
eine Werkzeugmaschine für
Dreh- und Gewindeschneidvorgänge,
wie zum Beispiel eine Drehmaschine oder ein Bearbeitungszentrum,
bei der/dem eine vorgegebene Beziehung zwischen der Einsatzgeometrie
und dem Werkstück durch
ein Softwareprogramm einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine
gezielt bestimmt werden kann, um einen kritischen Winkel zwischen
dem Einsatz und dem Werkstück
aufrechtzuerhalten, wenn sich die Geometrie des Werkstücks ändert.
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Beschreibung
der zugehörigen
Technik
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Bei
ganz modernen Werkzeugmaschinen werden die Bewegung und Steuerung
der Maschine und ihrer Komponenten durch CNC-Steuerung in Gang gesetzt.
Diese Werkzeugmaschinen sind normalerweise mit einem oder mehreren
Revolverköpfen
ausgestattet. Jeder Revolverkopf kann mit einer Vielzahl von Werkzeugen
ausgestattet sein und führt mehrere
Vorgänge
an verschiedenen Flächen
des Werkstücks
durch.
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Normalerweise
wird ein Drehvorgang auf zwei Linearachsen, wie zum Beispiel der
X- und Z-Achse, durchgeführt.
Eine Drehmaschine kann zusätzlich
mit einer dritten Linearachse, wie zum Beispiel der Y-Achse, versehen
sein, um Fräsvorgänge auf
dieser Achse, aber nicht Drehvorgänge, zu unterstützen. Infolgedessen
war ein spezieller Werkzeughalter für jeden gewünschten einmaligen Voreilwinkel erforderlich,
wodurch die mit dem Bearbeitungsvorgang verbundenen Kosten erhöht wurden.
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Außerdem liegt
die Spanfläche
des Schneideinsatzes bei herkömmlichen
Gewindeschneidwerkzeugen in der X- und Z-Achse. Mit zunehmendem
Steigungswinkel wird der Winkel zwischen der Spanfläche und
dem Gewinde bedeutsam. Ebenso müssen
die Freiwinkel geändert
werden, insbesondere an der Vorderkante, wo der Winkel des Gewindes
die normalen Freiwinkel übersteigen
kann, was in einer Überlagerung
resultiert. Schneideinsätze
werden daher häufig
für Gewinde
mit einem besonderen Steigungswinkel speziell geschliffen. Hersteller
solcher Produkte mit verschiedenen Steigungswinkeln müssen daher
Schneideinsätze
für jeden
Steigungswinkel speziell einkaufen und auf Lager halten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Kurz
gesagt, gemäß dieser
Erfindung wird eine Werkzeugmaschine mit mindestens drei Linearbewegungsachsen
und mindestens einer Rotationsachse bereitgestellt, wobei die mindestens
eine Rotationsachse dahingehend steuerbar ist, dass sie sich in
sequentieller oder simultaner Synchronisation mit einer Bewegung
einer der mindestens drei Linearbewegungsachsen in eine vorgegebene
Position bewegt, und mit einem an einem Aufspannschlitten angebrachten
Werkzeughalter, wobei der Werkzeughalter ein Schneidwerkzeug aufweist,
das einen kritischen Winkel mit einem Werkstück bildet, wobei der kritische
Winkel korrigiert wird, wenn sich ein Bewegungsvektor mindestens
einer der Linearachsen ändert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Werkzeugmaschine
mindestens drei Linearbewegungsachsen und eine Drehachse oder eine
Rotationsachse, wobei die Drehachse oder die Rotationsachse dahingehend
steuerbar ist, dass sie sich synchron mit einer Bewegung einer der
mindestens drei Linearbewegungsachsen in eine vorgegebene Position
bewegt, und einen an einem Aufspannschlitten angebrachten Werkzeughalter,
wobei der Werkzeughalter ein Schneidwerkzeug aufweist, das einen
Voreilwinkel mit einem Werkstück
bildet, wobei der Voreilwinkel gezielt bestimmt wird, indem man
die Drehachse dahingehend steuert, dass sie sich synchron mit einer
Bewegung einer der mindestens drei Linearbewegungsachsen mit einer
vorgegebenen Geschwindigkeit zu einem vorgegebenen Abschnitt des
Werkstücks
bewegt.
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In
noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, einem steuerbaren
Werkzeughalter, umfasst der in einem Aufspannschlitten einer Werkzeugmaschine
angebrachte Werkzeughalter mindestens drei Linearbewegungsachsen
und mindestens eine Rotationsachse, wobei die mindestens eine Rotationsachse
dahingehend steuerbar ist, dass sie sich synchron mit einer Bewegung
einer der mindestens drei Linearbewegungsachsen in eine vorgegebene
Position bewegt. Der Werkzeughalter umfasst eine Werkzeugspindel
zum Festhalten des Werkzeughalters in einem Aufspannschlitten, einen
Adapter zum Tragen eines durch eine Klemme in dem Adapter festgehaltenen
Schneidwerkzeugs, wobei das Schneidwerkzeug einen kritischen Winkel
bildet, wobei der kritische Winkel korrigiert wird, wenn sich ein
Bewegungsvektor mindestens einer der Linearachsen ändert.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, einem Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine,
wobei die Werkzeugmaschine mindestens drei Linearbewegungsachsen,
eine Drehachse oder eine Rotationsachse und einen an einem Aufspannschlitten
angebrachten Werkzeughalter umfasst, wobei der Werkzeughalter ein
Schneidwerkzeug aufweist, das einen kritischen Winkel mit einem Werkstück bildet,
umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
die Drehachse
oder die Rotationsachse werden sychnron mit einer Bewegung einer
der mindestens drei Linearbewegungsachsen in eine vorgegebene Position
bewegt,
der kritische Winkel wird korrigiert, wenn sich ein
Bewegungsvektor mindestens einer der Linearachsen ändert.
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In
noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Verfahren
zum Steuern eines Werkzeughalters mit einem Schneidwerkzeug die
folgenden Schritte:
die Drehrichtung eines Werkstücks wird
umgekehrt; und
das Schneidwerkzeug wird auf der entgegengesetzten
Seite einer Mittellinie der Drehung des Werkstücks positioniert.
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In
noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, einem Verfahren
zum Steuern einer Werkzeugmaschine mit mindestens drei Linearbewegungsachsen,
einer Drehachse oder einer Rotationsachse und einem an einem Aufspannschlitten
angebrachten Werkzeughalter, wobei der Werkzeughalter ein Schneidwerkzeug
aufweist, umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
Bereitstellen
eines Makros mit einer Geometrie eines zu bearbeitenden Werkstücks und
einer geometrischen Beziehung des Schneidwerkzeugs zu dem Werkstück, wodurch
das Makro die erforderlichen Bewegungen der mindestens drei Linearbewegungsachsen
und der Drehachse oder der Rotationsachse berechnet, die erforderlich
sind, um eine vorgegebene Schneidwerkzeuggeometrie aufrechtzuerhalten, wenn
sich das Schneidwerkzeug über
eine Oberfläche
des Werkstücks
bewegt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie die daraus gewonnenen
Vorteile werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung anhand
der Zeichnungen deutlich, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm der Steuerung einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Werkzeughalters gemäß der Erfindung zeigt;
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3 eine
Seitenansicht des Werkzeughalters von 2 zeigt;
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4 eine
Draufsicht des Werkzeughalters von 2 zeigt;
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5(a)–(c) eine Draufsicht des Werkzeughalters gemäß der Erfindung
zeigen, der mit einem steuerbaren Voreil- und/oder Einstellwinkel
an dem Werkstück
angreift; und
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6(a) und (b) eine
perspektivische Ansicht des Schneidwerkzeugs, wie zum Beispiel eines
Schabeinsatzes, zeigen, der an dem Werkstück mit einem relativ großen Einstellwinkel
bei Rohbearbeitungsgängen
bzw. mit einem minimalen Einstellwinkel bei dem Endbearbeitungsgang
angreift.
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7 zeigt
eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter zum Optimieren des
Spanwinkels des Schneidwerkzeugs, während das Schneidwerkzeug um
das Werkstück
herumwandert;
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter zum Optimieren des
Spanwinkels des Schneidwerkzeugs, während das Schneidwerkzeug um
das Werkstück
herumwandert;
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9(a) und (b) zeigen
eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Werkzeugmaschine und
der Werkzeughalter entlang der Y-Achse bewegt werden können und
auf beiden Seiten der Längsachse
des Werkstücks
positioniert werden können;
und
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10 zeigt
eine Seitenansicht des Werkzeughalters von 2 mit einem
Versatz zwischen der Mittellinie des Werkstücks und der Sparfläche des
Werkzeughalters.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche
Elemente darstellen, veranschaulicht 1 eine Werkzeugmaschine 10, die
durch CNC-Steuerung (CNC) betätigt
wird. Die Werkzeugmaschine 10 hat einen Hauptsteuerabschnitt 12,
einen Eingabeabschnitt 14, wie zum Beispiel eine Tastatur,
einen Systemprogrammspeicher 16, eine Werkzeugdatei 18,
einen Bearbeitungsprogrammspeicher 20, einen Spindelsteuerabschnitt 22, einen
Aufspannschlittensteuerabschnitt 24 und ein Display 26,
die über
eine Busleitung 28 verbunden sind. Ein Spindelmotor 30 ist
mit dem Spindelsteuerabschnitt 22 verbunden. Der Spindelmotor 30 dreht eine
Spindel 32 mit einer axialen Mitte CT, die parallel ist
zu einer Richtung der Z-Achse. Die Werkzeugmaschine 10 umfasst
außerdem
ein Spannfutter 34 mit Futterbacken 36 zum Halten
und Lösen
eines Werkstücks 38 mit
einem Außendurchmesser
D1. Der Spindelsteuerabschnitt 22 kann das Werkstück 38 in Richtung
der X-Achse bewegen, wie durch die Pfeile C und D angedeutet. Wenn
das Werkstück 38 in
den Futterbacken 36 montiert ist, stimmt eine Längsachse
LW des Werkstücks 38 mit
der axialen Mitte CT der Rotationsachse der Spindel 32 überein.
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Die
Werkzeugmaschine
10 umfasst einen oder mehrere Aufspannschlittenantriebsmotoren
40, die
mit dem Aufspannschlittensteuerabschnitt
24 verbunden sind.
Eine Aufspannschlitten
42 ist mit dem Aufspannschlittenantriebsmotor
40 verbunden
und ist zu einer Bewegung in Richtung der Z-Achse und in Richtung
der X-Achse in der Lage, wie durch die Pfeile E und F angedeutet.
Außerdem
ist der Aufspannschlitten
42 durch den Aufspannschlittenantriebsmotor
40 zu
einer Bewegung in Richtung der Y-Achse (in und aus dem Papier) und
in Richtung der B-Achse in der Lage, wie durch die Pfeile G und
H angedeutet. Ein Beispiel für
eine CNC-gesteuerte Werkzeugmaschine ist in der
EP 1 186 367 A1 beschrieben,
deren gesamter Inhalt hierin mit einbezogen wird.
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Eine
Werkzeugspindel 42a ist auf dem Aufspannschlitten 42 ausgebildet.
Ein bei 50 allgemein dargestellter Werkzeughalter gemäß der vorliegenden
Erfindung kann mit der Werkzeugspindel 42a befestigt, gelöst und ausgewechselt
werden. Die Werkzeugspindel 42a kann vom Schnellwechseltyp
sein gemäß dem US-Patent
Nr. 6,415,696, dessen gesamter Inhalt hierin mit einbezogen wird.
Die Werkzeugspindel 42a kann den Werkzeughalter 50 und andere
Werkzeuge ungehindert in einem vorbestimmten Haltezustand fixieren
und halten und kann ungehindert um eine Rotationsachse (axiale Mitte) CT2
rotieren, antreiben und positionieren. Die Werkzeugmaschine 10 hat
also eine Drehachse (B-Achse), eine Rotationsachse CT2 und drei
Linearbewegungsachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse). Wenn der Werkzeughalter 50 in
dem Aufspannschlitten 42 montiert ist, stimmt eine Längsachse
L oder Mittellinie des Werkzeughalters 50 mit der Rotationsachse
CT2 des Aufspannschlittens 42 überein.
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Gemäß 2–4 nun
hat ein Werkzeughalter 50 einen Werkzeugschaft 52 zum
Festhalten des Werkzeughalters 50 in dem Aufspannschlitten 42 (1).
Der Werkzeughalter 50 hat außerdem einen Adapter 54 zum
Tragen eines Schneidwerkzeugs 56, das durch ein in der
Technik wohlbekanntes Mittel wie zum Beispiel eine Klemme 58 in
einer feststehenden Stellung an dem Adapter 54 angebracht
bzw. sicher befestigt ist. Wie am besten in 3 zu sehen ist,
ist ein Spanwinkel 61 definiert als der zwischen der Oberseite
des Schneidwerkzeugs 56 (Spanfläche 57) und der durch
die Längsachse
LW oder Mittellinie des Werkstücks 38 verlaufenden
Ebene gebildete Winkel. Ein Flankenfreiwinkel 63 ist definiert
als der zwischen der Schneidkante des Schneidwerkzeugs 56 und
dem Werkstück 38 gebildete
Winkel, der manchmal als Hinterschleifwinkel bezeichnet wird. Wie
am besten in 4 zu sehen ist, ist ein Voreilwinkel 60 definiert
als der zwischen der Vorderkante des Schneidwerkzeugs 56 und
dem Werkstück 38 gebildete
Winkel. Außerdem
ist ein Einstellwinkel 62 definiert als der zwischen der
Hinterkante des Schneidwerkzeugs 56 und dem Werkstück 38 gebildete Winkel.
Vorzugsweise hat das Schneidwerkzeug 56 einen Schneidwerkzeugspitzenradius 64, der
im Wesentlichen konzentrisch ist mit der Längsachse L oder der Mittellinie
des Werkzeughalters 50, um beim erneuten Ausrichten des
Voreilwinkels 60 des Schneidwerkzeugs 56 Projektionsfehler
auszuschalten. Die Erfindung kann jedoch auch praktiziert werden,
ohne dass der Schneidwerkzeugspitzenradius 64 mit der Längsachse
L oder der Mittellinie des Werkzeughalters 50 im Wesentlichen
konzentrisch ist.
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Ein
Aspekt des erfindungsgemäßen Werkzeughalters 50 besteht
darin, dass ein kritischer Winkel, wie zum Beispiel der Voreilwinkel 60 und/oder der
Einstellwinkel 62, des Schneidwerkzeugs 56 durch
das Softwareprogramm der CNC-Steuerung für jeden Abschnitt der Geometrie
des Werkstücks 38 gezielt
bestimmt wird, wenn sich ein Bewegungsvektor einer der Linearachsen ändert. Der
Voreilwinkel 60 und/oder der Einstellwinkel 62 können gezielt
bestimmt werden, indem man die Drehachse (B-Achse) und/oder Rotationsachse
CT2 der Werkzeugmaschine 10 dahingehend steuert, dass sie
sich synchron mit der Bewegung einer der drei Linearbewegungsachsen
(X-Achse, Y-Achse und Z-Achse)
in eine vorgegebene Position bewegt. Außerdem kann die Werkzeugmaschine 10 so
programmiert werden, dass sie sich in sequentieller oder simultaner
Synchronisation mit der Bewegung einer der drei Linearbewegungsachsen
(X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit
bewegt.
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Insbesondere
kann der kritische Winkel, wie zum Beispiel der Voreilwinkel 60 und/oder
der Einstellwinkel 62, gezielt bestimmt werden, indem man die
Drehachse B und/oder die Rotationsachse CT2 unabhängig von
der Linearachse (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) steuert. Wenn die
Linearachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) unabhängig von der
Drehachse und der Rotationsachse (B und CT2) programmiert sind,
wird die Geschwindigkeit normalerweise in Einheiten von Inch oder
Millimeter pro Minute ausgedrückt.
Bei den meisten Steuerungen können
die Einheiten jedoch nicht gemischt werden, so dass gleichzeitige
lineare und Drehbewegungen häufig
in "inverser Zeit" vorgegeben werden.
In diesem Fall wird die zum erneuten Positionieren der verschiedenen
Achsen erlaubte Zeit vorgegeben, und die Steuerung rechnet die Geschwindigkeit
zurück, die
erforderlich ist, damit jede Achse die Zielkoordinaten an dem vorgegebenen
Zeitpunkt erreichen kann.
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Insbesondere
kann die Werkzeugmaschine 10 mit einem Makro programmiert
werden, das dem Programmierer zur Verfügung gestellt wird und in dem
der Programmierer die Geometrie des zu bearbeitenden Teils und die
geometrische Beziehung des Schneidwerkzeugs 56 zu dem Werkstück 38 spezifiziert.
Das Makro berechnet die erforderlichen Bewegungen der Linearachse
und der Drehachse, die erforderlich sind, um die vorgegebene Schneidwerkzeuggeometrie
aufrechtzuerhalten, wenn sich das Schneidwerkzeug 56 über die
Oberfläche
des Werkstücks 38 bewegt.
Alternativ kann der Programmierer die Geschwindigkeit der Bewegung
des Schneidwerkzeugs 56 über das Werkstück 38 von
Hand vorgeben, und das Makro kann die erforderliche Geschwindigkeit
für jede
Achse berechnen.
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Gemäß 5 nun
wird ein Voreilwinkel 60 relativ zur Geometrie des Werkstücks 38 dynamisch neu
ausgerichtet, während
sich das Schneidwerkzeug 56 relativ zu dem Werkstück 38 bewegt,
wie in den Ansichten (a), (b) und (c) gezeigt. Insbesondere kann
der Voreilwinkel 60 des Schneidwerkzeugs 56 (bei
Betrachtung in der Interpolationsebene relativ zu einer spezifischen
Bezugsachse oder relativ zu Anfangsbedingungen) in der Programmsoftware
vorgegeben werden, und die CNC-Steuerung kann die Drehung des Schneidwerkzeugs 56 um
die Drehachse (B-Achse) und/oder Rotationsachse CT2 so berechnen
und befehlen, dass der Voreilwinkel 60 des Schneidwerkzeugs 56 eingestellt
wird und sequentiell oder kontinuierlich in Bezug auf die Geometrie
des Werkstücks 38 nachgestellt
wird, um einen vorgegebenen Wert aufrechtzuerhalten, wenn sich der
Bewegungsvektor mindestens einer der Linearachsen (X-Achse, Y-Achse
oder Z-Achse) ändert.
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Außerdem kann
der Voreilwinkel 60 verwendet werden, um die Interferenz
zwischen dem Schneidwerkzeug 56 und den geometrischen Merkmalen
des Werkstücks 38 zu
antizipieren. Die Programmsoftware kann zum Beispiel auf eine antizipierte
Interferenz auf mehrere Arten reagieren. Eine Möglichkeit besteht darin, einen
Alarm zu generieren, um dem Bediener die antizipierte Interferenz
zu melden. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, den vorgegebenen Voreilwinkel 60 automatisch
zu übergehen,
um die antizipierte Interferenz zu verhindern, ohne dass der Bediener
eingreifen muss.
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Ebenso
kann der Einstellwinkel 62 in der Programmsoftware vorgegeben
werden, und die CNC-Steuerung kann die Drehung des Schneidwerkzeugs 56 um
die Drehachse (B-Achse) und/oder Rotationsachse CT2 so berechnen
und befehlen, dass der Einstellwinkel 62 korrigiert wird
und sequentiell oder kontinuierlich in Bezug auf die Geometrie des Werkstücks 38 nachgestellt
werden kann, um einen vorgegebenen Wert aufrechtzuerhalten, wenn
sich der Bewegungsvektor mindestens einer der Linearachsen (X-Achse,
Y-Achse oder Z-Achse) ändert.
Indem der Voreilwinkel 60 und/oder der Einstellwinkel 62 relativ
zur Geometrie des Werkstücks 38 dynamisch
nachgestellt wird, wird die Leistung des Schneidwerkzeugs 56 optimiert,
insbesondere wenn das Schneidwerkzeug 56 einen Schabeinsatz
(wiper insert) bei einem Drehvorgang umfasst.
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Gemäß 6 nun
kann der Einstellwinkel 62 des Schabschneidwerkzeugs 56 gezielt
in Bezug auf das Werkstück 38 so
ausgerichtet werden, dass der Schaber das Werkstück 38 bei den Rohbearbeitungsgängen nicht
berührt
und das Werkstück 38 nur während der
Endbearbeitung berührt,
wodurch die Lebensdauer des Schabschneidwerkzeugs 56 verlängert wird,
wie in den Ansichten (a) und (b) gezeigt. Indem der Einstellwinkel 62 für jeden
Abschnitt der Geometrie des Werkstücks 38 gezielt optimiert
wird, wird eine überlegene
Oberflächengüte auf der
Oberfläche
des eine komplexe Geometrie aufweisenden Werkstücks 38 erreicht. Außerdem kann
die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs 56 optimiert werden, indem
der Einstellwinkel 62 nur dann auf einen optimalen Wert
für die
Endbearbeitung verkleinert werden kann, wenn die Endbearbeitung
durchgeführt wird,
wodurch jener Abschnitt des Schneidwerkzeugs 56 geschützt wird,
der während
anderer Schneidvorgänge
benützt
wird. Indem man den Einstellwinkel 62 gezielt auf einen
optimierten Wert steuert, kann ferner eine überlegene Oberflächengüte bei den
normalerweise nur mit Schabschneideinsätzen erhaltenen hohen Vorschubgeschwindigkeiten
mit herkömmlichen
Einsätzen
erreicht werden, wodurch der Werkzeugbestand und die Komplexität beim Einrichten
verringert werden können.
Alternativ kann mit herkömmlichen
Schabschneideinsätzen
eine verbesserte Oberflächengüte erreicht
werden, indem man den Einstellwinkel 62 gezielt auf einen
optimierten Wert steuert, so dass der Schabschneidabschnitt des Einsatzes
im Wesentlichen tangential zum Werkstück 38 bleibt.
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Es
gibt jedoch eine Vielzahl spezieller Drehvorgänge, wie zum Beispiel das Drehen
mit steilem Steigungswinkel (Nuten- und Gewindeschneiden), bei dem
die Werkzeugleistung mit der herkömmlichen Ausrichtung des Schneideinsatzes,
bei der die Spanfläche
in der X-Y-Ebene liegt, nicht optimal ist. Die vorliegende Erfindung
stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten des Schneidwerkzeugs
bereit, womit die Werkzeugleistung optimiert wird, indem die Spanfläche 57 (3)
senkrecht zum Weg des um das Werkstück 38 herumwandernden Schneidwerkzeugs 56 ausgerichtet
wird.
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Im
Allgemeinen verwendet die vorliegende Erfindung die Drehachse B
und/oder die Rotationsachse CT2, damit das Schneidwerkzeug 56 senkrecht
zu einem Steigungswinkel 65 des zu bearbeitenden Gewindes
positioniert werden kann. Wenn sich die Drehachse B und/oder die
Rotationsachse CT2 in einer Bezugsposition befinden, und wenn der Spanwinkel 61 im
Wesentlichen null ist, dann liegt die Spanfläche 57 im Wesentlichen
in der X-Z-Ebene, und die Freiwinkel (auf beiden Seiten des Schneidwerkzeugs 56)
sind im Wesentlichen symmetrisch. Bevor der Zyklus des Gewindeschneidens
in Gang gesetzt wird, wird die Drehachse B und/oder die Rotationsachse
CT2 gedreht, um die Spanfläche 57 senkrecht
zur Steigung des Gewindes zu stellen. Dann wird der auf der X- und
Z-Achse durchzuführende
Zyklus des Gewindeschneidens in Gang gesetzt.
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Ein
Verfahren zum Optimieren der Ausrichtung des Spanwinkels 61,
während
das Schneidwerkzeug 56 um das Werkstück 38 herumwandert, ist
in 7 dargestellt. Bei dem ersten Verfahren wird die
Spanfläche 57 des
Schneidwerkzeugs 56 lot- bzw. senkrecht zu einem Steigungswinkel 65 positioniert,
während
sich das Schneidwerkzeug 56 an der Z-Achse entlangbewegt,
um das Gewinde in dem Werkstück 38 zu
bilden. Dies wird erreicht, indem man die Rotationsachse CT2 der
Werkzeugmaschine 10 so dreht, dass sie dem Steigungswinkel 65 im Wesentlichen
gleich ist, um die Spanfläche 57 des Schneidwerkzeugs 56 senkrecht
zum Steigungswinkel 65 zu positionieren. Bei diesem Verfahren
wird die Schnitttiefe durch den Werkzeughalter 50 bestimmt, während sich
dieser an der X-Achse entlangbewegt. Dieses Verfahren nutzt also
eine Werkzeugmaschinenkonfiguration, bei der das Werkstück 38 gedreht wird
(wie durch den Pfeil angedeutet), zwei Achsen der linearen Bewegung
(X- und Z-Achse) zum Positionieren des Schneidwerkzeugs 56 und
die Rotationsachse CT2 zum Positionieren des Schneidwerkzeugs 56,
wobei die Rotationsachse CT2 eine Mittellinie in der X-Z-Ebene und
parallel zur X-Achse hat. Es versteht sich, dass der Steigungswinkel 65 in
Abhängigkeit
von der Geometrie des Werkstücks 38 und
des Schneidwerkzeugs 56 gewählt werden kann, um einen gewünschten
Freiwinkel zu erhalten, der definiert ist als der Winkel zwischen
der Freifläche des
Schneidwerkzeugs 56 und dem Werkstück 38.
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Ein
weiteres Verfahren zum Optimieren der Ausrichtung des Spanwinkels 61 ist
in 8 dargestellt. Bei diesem Verfahren wird die Spanfläche 57 des
Schneidwerkzeugs 56 ebenfalls lot- bzw. senkrecht zu dem
Steigungswinkel 65 positioniert, während sich der Werkzeughalter 50 an
der Z-Achse entlangbewegt,
um das Gewinde in dem Werkstück 38 zu
bilden. Dies wird erreicht, indem man die Drehachse B der Werkzeugmaschine 10 so
dreht, dass sie dem Steigungswinkel 65 im Wesentlichen
gleich ist, um die Spanfläche 57 des Schneidwerkzeugs 56 senkrecht
zum Steigungswinkel 65 zu positionieren. Bei diesem Verfahren
wird die Schnitttiefe durch den Werkzeughalter 50 bestimmt,
während
dieser sich an der Y-Achse entlangbewegt (in die Seite hinein).
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Schneidwerkzeug 56 auf
beiden Seiten der Längsachse
LW bzw. der Mittellinie des Werkstücks 38 positioniert
werden kann, wie in 9 dargestellt. In 9(a) ist das Schneidwerkzeug 56 auf einer
Seite (unter) der Mittellinie LW des Werkstücks 38 positioniert.
In dieser Position wird eine Flanke 56a des Schneidwerkzeugs 56 verwendet,
um den Bearbeitungsvorgang durchzuführen, während sich das Werkstück 38 in
einer ersten Richtung dreht. Indem man die Y-Achse auf beiden Seiten der Längsachse
LW bzw. der Mittellinie des Werkstücks 38 nutzt, wie
in 9(b) gezeigt, wird eine Flanke 56b des
Schneidwerkzeugs 56 verwendet, um den Bearbeitungsvorgang
durchzuführen,
während
sich das Werkstück 38 in
einer zweiten, entgegengesetzten Richtung dreht. Indem man eine
Drehrichtung des Werkstücks
umkehrt und das Schneidwerkzeug auf der entgegengesetzten Seite
einer Mittellinie der Drehung des Werkstücks positioniert, wird die
Zahl der auf das Bearbeitungsverfahren angewandten Freiflächen verdoppelt,
womit effektiv die Lebensdauer des Werkzeugs verdoppelt wird. Die Verwendung
dieser Ausgestaltung der Erfindung ist höchst wünschenswert, wenn es bei der
Schnitttiefe zum Werkzeugbruch kommt, insbesondere beim Bearbeiten
von nichtrostenden und hochtemperaturfesten Legierungen, bei denen
der stärkste
Werkzeugverschleiß an
den Flanken 56a, 56b des Schneidwerkzeugs 56 stattfindet.
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Noch
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die
Spanfläche 57 des Schneidwerkzeugs 56 auf
beiden Seiten der Längsachse
LX des Werkstücks 38 in
einem Abstand H positioniert werden kann, wie in 10 gezeigt.
Es sei angemerkt, dass die Längsachse
LX im Wesentlichen senkrecht ist zur Y-Achse und im Wesentlichen parallel
zur X-Achse. Wenn der Abstand H direkt proportional ist zum Durchmesser
des Werkstücks 38, kann
das Schneidwerkzeug 50 so programmiert werden, dass sich
der Abstand H ändert, wenn
das Schneidwerkzeug 50 Material abträgt und sich zur Mitte des Werkstücks 38 hin
bewegt. Der Freiwinkel 63 kann also so programmiert werden,
dass er konstant bleibt, wenn sich das Schneidwerkzeug 50 zur Mitte
des Werkstücks 38 hin
bewegt. Es versteht sich, dass der Abstand H je nach Ausrichtung
der Spanfläche 57 des
Schneidwerkzeugs 56 längs
der Y-Achse sowie der X-Achse verändert werden kann.
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Wie
oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung einen steuerbaren
Werkzeughalter für
eine Werkzeugmaschine mit einer Bewegung entlang mindestens einer
Linearachse und mit mindestens einer Dreh- und/oder Rotationsachse
bereit. Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen
nur ein paar der möglichen
Werkzeugmaschinenkonfigurationen darstellen, bei denen die Prinzipien
der Erfindung anwendbar sind, und dass die Prinzipien der Erfindung
auf jede Werkzeugmaschinenkonfiguration mit dem entsprechenden Bereich
an Bewegungen anwendbar sind.
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Die
hierin genannten Dokumente, Patente und Patentanmeldungen sind hierin
mit einbezogen.
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Die
Erfindung wurde zwar speziell in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen
derselben beschrieben, doch versteht es sich, dass dies der Veranschaulichung
und nicht der Einschränkung dient,
und der Umfang der beigefügten
Ansprüche sollte
so breit ausgelegt werden, wie der Stand der Technik dies zulässt.
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WERKZEUGHALTER
Zusammenfassung
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Ein
Werkzeughalter (50) mit einem steuerbaren kritischen Winkel
wie zum Beispiel einem Voreilwinkel, einem Einstellwinkel, einem
Span- oder Freiwinkel umfasst eine Werkzeugspindel (42a)
zum Festhalten des Werkzeughalters in einem Aufspannschlitten (42)
einer Werkzeugmaschine. Die Werkzeugmaschine (10) hat mindestens
eine Linearachse, zum Beispiel drei zueinander senkrechte Achsen, eine
Drehachse und eine Rotationsachse. Die Drehachse und/oder Rotationsachse
ist dahingehend steuerbar, dass sie sich synchron mit einer Bewegung
einer der Linearachsen in eine vorgegebene Position bewegt. Ein
Adapter (54) trägt
ein Schneidwerkzeug (56), das durch eine Klemme (58)
in dem Adapter festgehalten wird. Das Schneidwerkzeug (56)
bildet einen kritischen Winkel wie zum Beispiel einen Voreilwinkel,
einen Einstellwinkel, einen Spanwinkel und einen Flankenfreiwinkel,
wobei der kritische Winkel korrigiert wird, wenn sich ein Bewegungsvektor
mindestens einer der Linearachsen ändert. Außerdem kann das Schneidwerkzeug
(56) auf der entgegengesetzten Seite einer Mittellinie
der Drehung des Werkstücks
positioniert werden, um die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs effektiv
zu verdoppeln. Es wird außerdem
ein Verfahren zum Steuern eines Werkzeughalters (50) offenbart.
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