DE3534178A1 - Verfahren zum betreiben einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine - Google Patents
Verfahren zum betreiben einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschineInfo
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Description
TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER · ;Komat:sܧ
VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER NUMERISCH GESTEUERTEN WERKZEUGMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Herkömmliche Universal-Werkzeugmaschinen gestatten die Bearbeitung von vier Oberflächen des Werkstücks. Wenn
man eine solche Werkzeugmaschine derart abwandelt, daß die Orientierung entweder der Spindel (bzw. des an dieser
befestigten Werkzeugs) oder des Werkstücks um 90° geändert werden kann, so erhält man eine vielseitiger
einsetzbare Werkzeugmaschine, die die Bearbeitung von fünf verschiedenen Oberflächen des Werkstücks gestattet.
Für eine derartige modifizierte Werkzeugmaschine sind zwei Grundkonfigurationen vorgeschlagen worden, die
sich hinsichtlich der Anordnung der Achse unterscheiden, die die 90°-Schwenkbewegung ermöglicht. Bei einer dieser
Bauformen weist der Werkstück-Tisch eine übliche Konstruktion auf und die Drehachse des Tisches ist parallel
zu einer der drei Achsen des rechtwinkligen Koordinatensystems. Bei der anderen Grundkonfiguration weist der
Tisch eine zusätzliche Drehachse auf, die um 45° zu einer Ebene des rechtwinkligen Koordinatensystems geneigt
ist, so daß der Tisch neigungsverstellbar ist.
Die Bauform mit herkömmlichem Werkstück-Tisch ermöglicht eine einfachere Konstruktion. Da ferner bei dieser
Bauform die Drehachse des Werkzeugs stufenlos innerhalb des Schwenkbereichs von 90° einstellbar ist, können nicht
nur die fünf zu den Koordinatenebenen parallelen Oberflächen des Werkstücks, sondern auch geneigte Oberflächen
des Werkstücks bearbeitet werden. Diesen Vorteilen steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß die gesamte Vorriehtung
sehr große Abmessungen aufweist, da die Spindel mit
TER MEER ■ MÜLLER · STEINMEISTER
Komatsu
3534
— 5 —
dem Werkzeug oder das Werkstück im Zuge der Schwenkbewegung
um 90° über verhältnismäßig große Entfernungen bewegt werden muß.
Eine Werkzeugmaschine mit neigungsverstellbarem Tisch wird beispielsweise in der britischen Patentanmeldung
2 023 027A beschrieben. Diese Bauform ermöglicht eine vorteilhafte kompakte Konstruktion/ da die Spindel
{das Werkzeug) oder das Werkstück um seine eigene geneigte Achse drehbar ist. Diese geneigte Anordnung der Achse
erfordert jedoch trotz der geringen Abmessungen eine verhältnismäßig komplexe und komplizierte Konstruktion.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei dieser Bauform allgemein - so auch im Fall der oben genannten britischen
Patentanmeldung - das Werkstück bei der 90°- Schwenkbewegung in Bezug auf die Werkzeugmaschine nur
die beiden Extremstellungen und keine Zwischenstellung einnehmen kann. Bei Werkzeugmaschinen dieser Art ist
daher bisher keine Bearbeitung geneigter Werkstückober-
20 flächen möglich.
25
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei dem das Werkstück unter einem beliebigen gewünschten Winkel bearbeitet werden
kann und bei dem insbesondere auch die Bearbeitung kegelförmiger Werkstücke möglich ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich
aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Diese Weiterbildungen gestatten
es, in vorgegebenen Positionen auf einer geneigten Qber-5 fläche des Werkstücks ein oder mehrere Bohrungen herzu-
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER KomatSU
stellen, die rechtwinklig zur Werkstückoberfläche verlaufen.
Zur Festlegung der Position der einzelnen Bohrungen brauchen lediglich die Koordinaten dieser Bohrungen in
Bezug auf die geneigte Oberfläche des Werkstücks bekannt zu sein.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht einer bevorzugten Bauform
einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und ein Diagramm einer zugehörigen numeri
schen Steuerung;
Fig. 2 bis 8 sind Diagramme zur Erläuterung der
Arbeitsweise der in Figur 1 gezeigten Werkzeugmaschine bei der Durch
führung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 9 veranschaulicht die Herstellung einer Bohrung in einem Werkstück nach einem
erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe der in Figur 1 gezeigten Werkzeugmaschine;
Fig. 10 ist eine Ansicht in Richtung des
Pfeiles X in Figur 9;
Fig. 11 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung
der räumlichen Beziehung zwischen Bohrungen, die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren in ein Werkstück eingebohrt werden;
" ORDINAL
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER " KoiP.ätSU
3dok ι
— "7 —
Fig. 12 zeigt ein Beispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu
bearbeitenden Werkstücks in der Draufsicht;
5
5
Fig. 13 ist eine verkleinerte, teilweise
aufgeschnittene Seitenansicht des Werkstücks gemäß Figur 12 und eines
Werkstücktisches, auf den das Werkstück aufgespannt ist, in Richtung
des Pfeils XIII in Figur 12;
Fig. 14 ist eine Ansicht in Richtung des
Pfeils XIV in Figur 12; 15
Fig. 15 ist eine Ansicht des Werkstücks und des Werkstücktisches in Richtung des
Pfeils XV in Figur 12;
Fig. 16 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Werkstücks gemäß
Figur 12, in Richtung des Pfeils XVI in Figur 12 gesehen;
Fig. 17 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung
der Arbeitsweise der Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 bei'der Herstellung
der zwei Bohrungen in dem in Figuren 12 bis 16 gezeigten Werkstück
nach dem erfindungsgemäßen Ver
fahren;
Fig. 18 und 19 sind perspektivische Ansichten weiterer
Beispiele von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bearbeiten
den Werkstücken.
TER MEER ■ MÜLLER · STEINMEISTER
Korncitsu
20 25 30 35
In Figur 1 ist ein typisches Beispiel einer numerisch
gesteuerten Werkzeugmaschine dargestellt, die für die Duchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet
ist. Die Werkzeugmaschine weist ein Maschinenbett 1 auf, auf dem ein Schlitten 2 derart montiert ist, daß er
gleitend längs einer waagerechten x-Achse senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1 verschiebbar ist. Ein
x-Achsen-Vorschubmotor Mx für das Werkzeug dient zum Verschieben des Schlittens 2 längs der x-Achse. Eine
Säule 3 ist auf dem Schlitten 2 montiert und gleitend entlang einer z-Achse verschiebbar, die waagerecht,
rechtwinklig zu der X-Achse verläuft. Die Säule wird durch einen ζ-Achsen-Vorschubmotor Mz für das Werkzeug
angetrieben. An der Säule 3 ist ein weiterer Schlitten oder ein Spindelhalter 4 montiert, durch den eine
Spindel 5 drehbar gehalten wird. Der Spindelhalter ist in Bezug auf die Säule 3 in Richtung einer senkrechten
y-Achse beweglich, die mit den x- und z-Achsen einen rechten Winkel bildet. Der Schlittenhalter wird durch
einen y-Achsen-Vorschubmotor My für das Werkzeug angetrieben. An der Spindel 5 ist in üblicher Weise ein
waagerecht vorspringendes Schneidwerkzeug 6 lösbar montiert, das eine beliebige gewünschte Form aufweisen kann.
Die Spindel 5 und somit das an dieser befestigte Werkzeug 6 werden durch einen Werkzeug-Antriebsmotor Ms in Drehung
versetzt. Die Drehachse der Spindel 5 und des Werkzeugs 6 verläuft parallel zu der z-Achse.
Zu der Werkzeugmaschine gehört ferner ein Tischsockel 7, der derart in Bezug auf das Maschinenbett 1 angeordnet
ist, daß die auf dem letzteren montierte Säule 3 bei der Bewegung längs der z-Achse auf den Tischsockel zu
und von diesem weg beweglich ist. Auf dem Tischsockel 7 ist ein Tischhalter 8 in geneigter Stellung montiert.
Der Tischhalter 8 ist um eine Achse A drehbar, die mit
TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER KomatSU
ο ς ~ /
O »J ^- ~ί
den y- und z-Achsen jeweils einen Winkel von 45° bildet. Durch einen Tischhalter-Antriebsmotor Ma wird die Drehbewegung
des Tischhalters 8 gesteuert. Ein von dem Tischhalter 8 vorspringender Haltearm 9 trägt einen
Tisch 10, der um eine Achse B in Bezug auf den Haltearm drehbar ist. Die Achse B bildet mit der Achse A
einen Winkel von 45°. Ein Tisch-Antriebsmotor Mb ist in geeigneter Weise mit dem Tisch 10 verbunden und bewirkt
die gesteuerte Drehung des Tisches. Die Achse B des Tisches 10 verläuft senkrecht, also parallel zu der
y-Achse, wenn sich der Tisch in waagerechter Stellung befindet, wie in Figur 1 durch durchgezogene Linien dargestellt
ist. Wenn sich der Tisch 10 dagegen in senkrechter Stellung befindet, wie in Figur 1 durch gestrichelte
Linien angedeutet ist, so verläuft die Achse B waagerecht, parallel zu der z-Achse.
Ein NC-Steuersystem oder Steuergerät 11 weist Ausgänge
auf, die mit den Antriebsmotoren Mx, Mz und My, dem Werkzeug-Antriebsmotor Ms, dem Tischhalter-Antriebsmotor
Ma und dem Tisch-Antriebsmotor Mb verbunden sind. Wenn mit der Werkzeugmaschine ein Werkstück nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren bearbeitet werden soll, so müssen die folgenden Daten in numerisch kodierter Form in das
NC-Steuersystem 11 eingegeben werden:
1. Der Neigungswinkel θ eines auf dem Tisch 10 aufgespannten Werkstücks (das in Figur 1 nicht gezeigt ist) in
Bezug auf die Achse B.
2. Der Abstand h zwischen dem Schnittpunkt O der Achsen A
und B und dem Schnittpunkt der Drehachse der Spindel 5 (und des Schneidwerkzeugs 6) und der Achse B, wenn das
Werkzeug in seiner Arbeitsposition an der zu bearbeiten-5 den geneigten Fläche des Werkstücks auf dem Tisch 10
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER KomatSU
3!~ ^. / Λ —ι
- 10 -
gehalten wird und rechtwinklig zu der geneigten Fläche ausgerichtet ist.
3. Der Abstand 1 zwischen der geneigten Werkstückoberfläche und einer parallel zu dieser Oberfläche verlaufenden
Ebene, die den Schnittpunkt O der Achsen A und B enthält.
Die Werte der oben angegebenen Parameter Θ, h und 1 sind von dem jeweils durchzuführenden speziellen Bearbeitungsvorgang abhängig. Das Steuersystem 11 liest diese kodierten
Informationen und wandelt sie in einer durch das erfindungsgemäße Verfahren vorgegebenen Weise in Werkzeugmaschinen-Befehle
zur Steuerung der einzelnen Motoren Mx, Mz, My, Ms, Ma und Mb um.
Bei der nachfolgenden Erläuterung des erfindungsgemäßen
Bearbeitungsverfahrens werden ferner die folgenden Symbole
benutzt, die in Figur 2 veranschaulicht sind: 20
P = der geometrische Mittelpunkt der oberen Oberfläche des Tisches 10;
Q = die Position des Mittelpunkts P des Tisches, wenn die Achse B senkrecht ausgerichtet ist,
wie in Figuren 1 und 2 durch durchgezogene Linien dargestellt ist;
R = die Position des Tisch-Mittelpunkts P, wenn der Tisch 10 durch Drehung des Tischhalters
8 um 180° um die Achse A in die in Figuren 1 und 2 durch gestrichelte Linien dargestellte
Position überführt wurde.
Es soll zunächst angenommen werden, daß die Strecke OP
ORIGINAL
TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER " ' KomatSU
dem oben definierten Abstand h entspricht, wie in Figur
2 dargestellt ist. Während der Drehung des Tischhalters 8 um die Achse A bewegt sich der Mittelpunkt P des
Tisches 10 auf dem Umfang der kreisförmigen Grundfläche eines gedachten Kegels, der seinen Scheitel im Punkt O
hat, einen Scheitenwinkel von 90° aufweist und dessen Mantelfläche der geometrische Ort aller Radiusvektoren
OP ist. Der Mittelpunkt der Grundfläche dieses Kegels ist mit a bezeichnet. Die Drehung des Tischhalters 8 um
die Achse A entspricht einer Drehung des Radiusvektors aP um die Achse A.
Unter Bezugnahme auf Figuren 3 und 4 sollen die Ortskoordinaten P(x, y, z) des Tisch-Mittelpunkts P in einem
ortsfesten Koordinatensystem mit Achsen x, y, ζ hergeleitet werden, wenn der Tischhalter 8 um einen Winkel
<* um die Achse A gedreht wird. Die Projektion P" des Punktes
P auf die durch den Schnittpunkt 0 verlaufende x-y - Ebene (Bezugsebene) kann geschrieben werden als
p1 (x, y, O). Die Koordinaten x, y und ζ können definiert
werden als:
χ = aP sincC = yY" sin cc (1)
Υ = T + Jf w-cosol) = — (1 + cosoL) (2)
ζ = 1 (=. - -. cosoL) = 2" Π - coso.) (3)
Wenn nun die Strecke ÖP mit der Bezugsebene den Winkel
θ bildet, so ergibt sich aus dem Dreieck OPP' (tatsächlicher Winkel Θ):
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER KomatSU
- 12 -
sin θ = == = I (1 - cosoO/h = ~ (1 - cosci) (4)
cos<i =1-2 sin θ (4 ')
cos"1 (1-2 sin Θ) (5)
Wenn der Tischhalter 8 um den Winkel <* um die Achse A
gedreht wird, erreicht somit der Mittelpunkt des Tisches 10 die Position P (x, y, ζ) , deren Koordinaten durch
die Gleichungen (1), (2) und (3) gegeben sind, und die Strecke OP bildet mit der Bezugsebene den Winkel θ.
Wenn auf den Tisch 10 ein kegelförmiges Werkstück aufgespannt
ist, dessen Scheitel im Ursprung 0 des Koordinatensystems liegt und dessen Scheitelwinkel den Wert
29 hat, so berührt die kegelförmige Mantelfläche des Werkstücks die x- y-Ebene längs der Linie OP1. Es soll
nunmehr ein anderes rechtwinkliges Koordinatensystem eingeführt werden, dessen Y-Achse längs der Geraden OP'
und dessen X-Achse rechtwinklig zu dieser verläuft, wie in Figur 4 gezeigt ist. Es zeigt sich, daß die konische
Oberfläche des Werkstücks mit einem Scheitelwinkel von 29 .Gearbeitet werden kann, indem man die Spitze des
an der Spindel 5 montierten Werkzeugs 6 längs der Geraden OP1 bewegt. Der Punkt P1 kann somit geschrieben werden
als P1(x, y, 0), der wie folgt definiert ist
x = =. since (D
Y = I (1 + cosoO (2)
z=0. (3)
Bei den obigen Überlegungen wurde angenommen, daß h der Abstand zwischen den Punkten 0 und P ist und der
5 Punkt P ferner der Mittelpunkt der oberen Oberfläche
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER " KomatSU
O C O /, -
- 13 -
des Tisches 10 ist. Sämtliche Ergebnisse sind jedoch
auch gültig/ wenn sich der Punkt P in einer beliebigen Position auf der Achse B befindet, um die der Tisch
10 drehbar ist, wie in Figur 5 veranschaulicht ist. 5
Wie ferner aus Figur 6 ersichtlich ist, kann die in Figur 1 gezeigte Werkzeugmaschine nicht nur zum Schneiden
der konischen Oberfläche mit einem Scheitelwinkel von 2Θ, sondern auch zur Bearbeitung einer geneigten
Oberfläche verwendet werden, die um den Abstand 1 in Richtung der z-Achse versetzt ist. Das Werkzeug 6 wird
in diesem Fall um den Abstand 1 in z-Richtung gegenüber der x- y-Ebene zurückgezogen.
Nachfolgend soll eine Drehung um die Achse B untersucht
werden, die es gestattet, mit Hilfe der Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 eine geneigte ebene Oberfläche eines Werkstücks
auf dem Tisch 10 zu bearbeiten. Figur 7 veranschaulicht die Bewegung eines in Bezug auf den Tisch
10 festen Koordinatensystems u,v und w bei der Drehung
des Tischhalters 8 um 180° um die Achse A, bei der der
Mittelpunkt P des Tisches 10 aus der Position Q in die Position R überführt wird, wobei der Tisch gegen
eine Drehung um die Achse B gesichert ist. Die Koordinatenachsen u und ν sind parallel zur Ebene des Tisches
und schneiden einander im Punkt P, und die Achse W steht senkrecht auf der Ebene des Tisches. Es soll angenommen
werden, daß der Tisch 10 wie oben um die Achse A gedreht wird, wobei der Punkt P mit der Spitze der Spindel
5 in Berührung gehalten wird, und es soll die Drehung der Projektion der zur z-Achse parallelen Spindelachse
auf die u- v-Ebene untersucht werden. Eine Analyse der Drehung des Tisch-Mittelpunkts P von Q nach
R bei fester z-Achse ist äquivalent zu einer Analyse 5 der Drehung der z-Achse bei festen u-, v- und w-Achsen,
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER
Komatsu
20
- 14 -
d.h., zu einer Analyse der Drehung der Spindel 5 in Bezug auf den Tisch 10 oder der Bewegung der z-Achse
in Bezug auf das Koordinatensystem u, ν und w.
Entsprechend ist in Figur 8 die zur z-Achse parallele Spindelachse durch einen Richtungsvektor PS dargestellt
und der Punkt S bewegt sich von L nach M, d.h., der Punkt S bewegt sich auf der konischen Oberfläche, die
ihren Scheitel in P hat, einen Scheitelwinkel von aufweist und einen Radiusvektor PL hat. Wenn die Projektion
des Punktes S auf die u- v-Ebene mit S1 und
der bei P gebildete Winkel des Dreiecks LPS1 mit (3
bezeichnet wird, so ist ρ der gesuchte Winkel. Für Bearbeitungsvorgänge auf der gewünschten ebenen geneigten
Oberfläche des Werkstücks ist es nicht ausreichend, den Tischhalter 8 um den Winkel öl um die Achse A zu
drehen und das Werkzeug 6 in Bezug auf das neue Koordinatensystem X und Y zu positionieren, da bei dieser
Bewegung der Tisch 10 um den Winkel β gedreht wurde.
Dieser Mangel kann jedoch behoben werden, indem man den Tisch 10 um den erforderlichen Winkel/5 dreht.
Dieser Winkel, der sich aus der Projektion des 90"-Kegels
auf die u-v-Ebene ermitteln läßt, ist der Winkel QOP1
in Figur 4 und stimmt mit dem Winkel zwischen den Koordinatensystemen X/ y und X, Y überein. Es gilt daher
die Beziehung
tan /S = | =
h sin Q^
fr
sin
h (1 + cos ) 1 + cosd
35
Mit den Gleichungen (1), (2), (3), (4) und (7) wurden nunmehr sämtliche Informationen hergeleitet, die zum
Bearbeiten geneigter Flächen mit der in Figur 1 gezeigten Werkzeugmaschine benötigt werden. Um diese Gleichungen
nach θ umzuschreiben, kann die Beziehung
OHiGlNAL fNSPECTiD
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER
£omatsu
O O ο -4
> / w1
-
=1-2 sin θ wie folgt in die Gleichung
sin οί.
-f-
eingesetzt werden:
sinoi. = Ji - (1 - 2 sin Θ)
- 4 sin θ + 4 sin2 Θ)
= y2sin θ (1 - sin Θ)
15 Einsetzen von Gleichungen (41) und (8) in die Gleichungen
(1), (2), (3) und (7) ergibt:
χ = Ji sinOC =/2 · h/sin θ (1 - sin Θ)
= h -/2 sin θ (1 - sin Θ)
y = ~ (1 + coscO = § (1 + 1 - 2 sin Θ)
= (1 - sin Θ)
ζ = I (1 - cosct) = I (1 - 1 + 2 sin Θ)
= h sin θ
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER . Komatsu
2 c; ->. £ " η ο
- 16 -
-72 | 1 | sin θ | (1 - | sin | θ)- J | 2 £ | θ | |
i/i | — | A | 1 - | sin θ | 1 | 1 - | ||
"V | (2-2 | sin | θ) | I 2 | ||||
ji = tan"1 | - sm | θ | sin θ | |||||
2 | 2 | - sin | ||||||
- sin | θ | |||||||
sin θ | ||||||||
(12)
Gleichung (5) braucht nicht umgeschrieben zu werden. Es gilt also:
Ql = cos" (1-2 sin Θ)
Die vorstehenden Überlegungen werden beispielhaft in Figuren 9 bis 11 veranschaulicht. Die nachfolgenden Bewegungen
des Tischhalters 8, des Tisches 10 und des Werkzeugs 6 werden benötigt, um in einer geneigten
ebenen Oberfläche des Werkstücks eine Bohrung senkrecht zu dieser Oberfläche herzustellen, wie in Figuren 9
bis 11 gezeigt ist;
Drehwinkel des Tischhalters 8:
A0 = oC = cos (1-2 sin Θ) .
Drehwinkel des Tisches 10:
.
B0 =ß +χ= tan-1yl - 2
Bewegung des Werkzeugs in x-Richtung:
χ = h /2 sin θ (1 - sin Θ) .
Bewegung des Werkzeugs in y-Richtung:
y = h (1 - sin Θ).
35
35
TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER ; KomatSU
Bewegung des Werkzeugs in z-Richtung
Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf Figuren 12 bis
16 erläutert werden, wie bei einem auf den Tisch 10
aufgespannten Werkstück 12, das eine um den Winkel θ in Bezug auf die Achse B geneigte Oberfläche aufweist,
zwei Bohrungen 13,14 in vorgegebenen unterschiedlichen
Positionen in dieser Oberfläche hergestellt werden, deren Achsen rechtwinklig zu der geneigten Oberfläche
verlaufen. Zum Herstellen der ersten Bohrung 13 werden die benötigten Parameter Θ, h, 1 und r bestimmt
und in das Steuersystem 11 eingegeben. Dieses Steuersystem
ist derart programmiert, daß es den Tischhalter 8 in die Position
— 1
Ao = cos (1-2 sin θ),
den Tisch 10 in die Position
den Tisch 10 in die Position
Bo =
ι - sm θ *
und die Spitze des Werkzeugs β auf die Position
χ = h y2 sin θ (1 - sin θ) ,
y = h (1 - sin θ) ,
z "
einstellt.
einstellt.
Die erste Bohrung 13 wird hergestellt, indem das Werkzeug
6 nach und nach längs der z-Achse vorgerückt wird.
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER KomatSU
Zum Herstellen der zweiten Bohrung 14 muß die räumliche
Beziehung (m,n) gemäß Figur 16 dieser Bohrung zu der ersten Bohrung 13 bekannt sein und in das
NC-Steuersystem 11 eingegeben werden. Das Steuersystem
ist derart programmiert, daß es die Spitze des Werkzeugs in eine Position verschiebt/ die gegenüber der
Position (x, y) um den Abstand m in X-Richtung und um den Abstand η in Y-Richtung versetzt ist, wobei die
X- und Y-Achsen ein Koordinatensystem bilden, das gemaß Figur 17 um den Winkel
ß ■»» 'Ι
T^GTS
gegenüber dem x-y - Koordinatensystem verdreht ist. Beim ., r Herstellen der zweiten Bohrung 14 wird das Werkzeug 6
nach und nach längs der z-Achse vorgerückt. Das gleiche Verfahren kann zum Herstellen von drei oder mehr Bohrungen
wiederholt werden.
2Q Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, die im wesentlichen den in Figur 1 gezeigten
Aufbau aufweist, zeichnet sich daher durch die folgenden Verfahrensschritte aus. In das NC-Steuersystem 11
2c werden kodierte Daten eingegeben, die die folgenden
Parameter betreffen: den Neigungswinkel θ einer zu bearbeitenden Oberfläche des auf den Tisch aufgespannten
Werkstücks in Bezug auf die Achse B des Tisches, den Abstand h zwischen dem Schnittpunkt 0 der Achsen A und
3Q B und dem Schnittpunkt der Achse B mit der Drehachse
des senkrecht zu der zu bearbeitenden Oberfläche gegen das Werkstück gehaltenen VJerkzeugs und den Abstand 1
zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks und einer zu dieser Oberfläche parallelen Ebene durch
den Schnittpunkt 0 der Achsen A und B. Das NC-Steuersystem
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTtER Komatsu
wird derart programmiert, daß der Tisch aus der waagerech ten Stellung um den Winkel
-1
Ao = cos (1-2 sin Θ)
um die Achse A gedreht wird und das Werkzeug auf einen
Punkt mit den Koordinaten
χ = h γ 2 sin θ (1 - sin θ) ,
Σ = h (1 - sin θ) ,
eingestellt wird. Das Werkstück wird bei dieser Stellung des Tisches und des Werkzeugs bearbeitet. Auf diese
Weise kann eine konische Oberfläche des Werkstücks hergestellt oder bearbeitet werden.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird das Steuersystem 11 darüber hinaus derart programmiert,
daß der Tisch um den Korrekturwinkel
Bo = tan ' _/ ·= =—: s - 2
I 1 - sxn θ
um die Achse B gedreht wird, wenn die zu bearbeitende Fläche des Werkstücks von der Drehung um die Achse A dem Werkzeug zugewandt war.
Auf diese Weise kann in einer geneigten ebenen Oberfläche des Werkstücks in einer vorgegebenen Position
eine Bohrung hergestellt werden, deren Achse rechtwinklig zu der Oberfläche des Werkstücks verläuft,
wie in Figur 18 gezeigt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens können in der geneigten Oberfläche des Werkstücks mehrere öffnungen in unterschiedlichen vor-
ORIGiNAL
TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER
Komatsu
2ό3*+ ■ /δ
- 20 -
gegebenen Positionen hergestellt werden, wie beispielsweise in Figur 19 dargestellt ist. In diesem
Fall werden in das NC-Steuersystem einer Werkzeugmaschine, die im wesentlichen den in Figur 1 gezeigten
Aufbau aufweist, in Form von kodierten Daten die folgenden Parameter eingegeben: der Neigungswinkel θ
einer zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks in Bezug auf die Achse B des das Werkstück tragenden
Tisches, der Abstand h zwischen dem Schnittpunkt der Achsen A und B und dem Schnittpunkt der Achse B mit
der Drehachse des Werkzeugs, das in einer der ersten Bohrung entsprechenden Position rechtwinklig zu der
geneigten Oberfläche des Werkstücks gegen das Werkstück gehalten wird, der Abstand 1 zwischen der geneigten
Oberfläche des Werkstück und einer zu dieser Oberfläche parallelen Ebene durch den Schnittpunkt O zwischen den
Achsen A und B und die räumliche Beziehung (m, η), zwischen den in der geneigten Oberfläche des Werkstücks
herzustellenden Bohrungen. Das Steuersystem wird derart programmiert, daß es den Tisch um den Winkel
Ao = cos" (1-2 sin Θ)
um die Achse A dreht und das Werkzeug auf einen durch die Koordinaten
χ = h J 2 sin θ (1 - sin Θ)
y_ = h (1 - sin Θ) 30
z=l
einstellt. Die erste Bohrung wird in der entsprechenden Position in der geneigten Oberfläche des Werkstücks
5 hergestellt. Anschließend wird die Steuereinrichtung
ORIGINAL iNSPSCTED
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER
Komatsu
IT O / " ■"■ ">
- 21 -
derart programmiert, daß sie das Werkzeug auf einen anderen Punkt einstellt, der gegenüber dem Punkt (x,
y) um die Werte m bzw. η längs X- und Y-Achsen versetzt ist, wobei das durch die X- und Y-Achsen gebildete
Koordinatensystem um einen Winkel
= tan
■7t-
5ΪΗΘ
in Bezug auf das durch die Achsen χ und y gebildete Koordinatensystem versetzt ist. Die zweite Bohrung
wird in dieser Position des Werkzeugs in der geneigten Oberfläche des Werkstücks ausgebildet.
Claims (1)
1. Verfahren zum Betreiben einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine
mit einem an einer Spindel montierten Werkzeug, das entlang einer waagerechten x-Achse, einer senkrechten y-Achse und
einer rechtwinklig zu den x- und y-Achsen verlaufenden waagerechten 7,-Achse vorschiebbar und mit der Spindel um eine
zu der z-Achse parallele Achse drehbar ist, einem in Rieh-
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER . Komatsu
3 r ^ / λ η ο
0 J 4 : /0
tung der z-Achse vor dem Werkzeug angeordneten Tisch zur Aufnahme eines Werkstücks, welcher Tisch um eine
um 4 5° zur Waagerechten geneigte feste Achse A und um seine eigene Achse B, die mit der festen Achse A
einen Winkel von 45° einschließt, drehbar ist, und mit einer numerischen Steuereinrichtung zur Steuerung der
Bewegung des Werkzeugs längs der x- y- und z-Achsen und der Drehung des Tisches um die Achsen A und B, dadurch
gekennzeichnet, daß in die numerische Steuereinrichtung in Form von kodierten Daten die folgenden
Parameter eingegeben werden:
- der Neigungswinkel θ einer zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks in Bezug auf die Achse B,
- der Abstand h zwischen dem Schnittpunkt der Achsen A und B und dem Schnittpunkt der Achse B mit der Drehachse
des Werkzeugs, wenn das Werkzeug rechtwinklig zu der zu bearbeitenden Oberfläche in der gewünschten
Position gegen das Werkstück gehalten wirjd, und
- der Abstand 1 zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks und einer zu dieser Oberfläche parallelen
Ebene durch den Schnittpunkt der Achsen A und B
und daß vor der Bearbeitung des Werkstücks der Tisch mit Hilfe der numerischen Steuereinrichtung um den Winkel
Ao = cos" (1-2 sin Θ)
30
30
um die Achse A gedreht wird und das Werkzeug auf einen Punkt mit den Koordinaten
TER MEER ■ MÜLLER · STEINMEISTER
Komatsu
χ = h η/ 2 sin θ (1 - sin Θ)
y_ = h ( 1 - sin Θ) , und
eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet,
daß mit Hilfe der numerischen Steuerung der Tisch zusätzlich zu der Drehung um die Achse A um
einen Korrekturwinkel
Bo = tan
-1
- 2
r 1 - sin θ
um die Achse B gedreht wird.
um die Achse B gedreht wird.
25 30
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem wenigstens
zwei rechtwinklig zur Werkstückoberfläche verlaufende Bohrungen in vorgegebenen unterschiedlichen Positionen
in der geneigten Oberfläche des Werkstücks hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in das
numerische Steuersystem zusätzlich zu den Parametern Θ, h und 1 die Relativkoordinaten (m,n) der Positionen der
Bohrungen in der geneigten Vierkstückoberf lache eingegeben werden und daß nach der Herstellung der ersten Bohrung
das Werkzeug mit Hilfe der numerischen Steuereinrichtung um die Koordinatenwerte m und η in Richtung von X- und
X-Achsen verstellt wird, welche X- und Y-Achsen gegenüber den x- und y-Achsen um den Winkel
Bo = tan
gedreht sind.
-1
1 - sin θ
- 2
35
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