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Dokumentenidentifikation DE3851877T2 23.02.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0323517
Titel PROFILIERUNGSVERFAHREN.
Anmelder Fanuc Ltd., Oshino, Yamanashi, JP
Erfinder MATSUURA, Hitoshi, Hachioji-shi Tokyo 193, JP;
TSUKAMOTO, Osamu Fanuc Mansion Harimomi 6-105, Yamanashi 401-05, JP
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 3851877
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 20.06.1988
EP-Aktenzeichen 889054490
WO-Anmeldetag 20.06.1988
PCT-Aktenzeichen JP8800608
WO-Veröffentlichungsnummer 8810173
WO-Veröffentlichungsdatum 29.12.1988
EP-Offenlegungsdatum 12.07.1989
EP date of grant 19.10.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.02.1995
IPC-Hauptklasse B23Q 35/123

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Konturprofilierungsverfahren für die Ausführung einer Bearbeitung, bei der der äußere Teil oder der innere Teil eines Werkstücks längs der Kontur eines Modells ausgearbeitet wird.

Beim Bearbeiten eines Werkstücks wird das Werkstück im allgemeinen zum Erreichen einer gewünschten Form roh bearbeitet und danach einer Feinbearbeitung unterzogen. Insbesondere wenn eine Metallhohlform aus einem festen Material (Werkstück) herausgearbeitet wird, wird dem Prozeß der Rohbearbeitung häufig zuviel Gewicht beigemessen. Obwohl die Automation, nämlich das Durchführen einer numerischen Steuerung (NC), im Hinblick auf das Bearbeiten von Metallhohlformen Fortschritte macht, ist hauptsächlich eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Rohbearbeitung-Prozessen erforderlich.

Bisher ist beim Rohbearbeiten von Taschen oder dergl. ein Ausfräsen in 2 1/2 Dimensionen in einer Weise ausgeführt worden, daß, wie in Fig. 10(A) gezeigt ist, ein Schneidwerkzeug 2 in einer X-Y-Ebene bei eine Höhe Z&sub1; bewegt wird, um einen bestimmten Bereich AR1 eines Werkstücks 1 aus zufräsen, woraufhin das Schneidwerkzeug 2 auf eine Höhe Z&sub2; abge-senkt wird, um Bereiche AR2 und AR3 des Werkstücks 1 in dieser Höhe auszufräsen, wie in Fig. 10(B) gezeigt ist.

Bei einer Rohbearbeitung, die auf einem derartigen herkömmlichen Fräsvorgang beruht, ergibt sich indessen ein Problem dahingehend, daß eine lange Zeitperiode benötigt wird, wodurch die Bearbeitungs-Leistungsfähigkeit vermindert wird. Insbesondere ist bei der Bearbeitung von Metallhohlformen abgesehen von der langen Zeitperiode, über die sich die Rohbearbeitung erstreckt, ein Glätten der bearbeiteten Oberfläche bis zum höchstmöglichen Grad erforderlich, um die Leistungsfähigkeit der Feinbearbeitung, die der Rohbearbeitung folgt, zu steigern.

Die vorliegende Erfindung ist entstanden, um diese Probleme zu lösen. Ihre Aufgabe besteht darin, ein Konturprofilierungsverfahren zu schaffen, das die Zeitperiode für die Rohbearbeitung verkürzt und bei dem in einer Weiterbearbeitung eine glatte bearbeitete Oberfläche hergestellt werden kann.

Die Druckschrift EP-A-0036458 offenbart ein Konturprofilierungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem eine Klemmfunktion in der Z-Achsen-Richtung angewendet wird. Die Druckschrift EP-A-0034006 offenbart ein ähnliches Konturprofilierungsverfahren, bei dem Grenzen eines Abtastweges um die vorm eines Abtastmodells herum festgelegt werden und keine Klemmfunktion benutzt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Konturprofilierungsverfahren vorgesehen, bei dem ein Abtastkopf und ein Modell relativ zueinander in den Richtungen dreier Achsen bewegt werden, um die Form des Modells abzutasten, und der Betrag der Bewegung eines Schneidwerkzeugs relativ zu einem Werkstück synchron zu dem relativen Abtastwegversatz des Abtastkopfes gesteuert wird, wobei die relative Bewegung des Abtastkopfes in der Richtung einer der Achsen begrenzt ist, um aufeinanderfolgende Stopp-Punkte längs dieser Achse zu setzen, um dadurch eine Vielzahl von Abtastebenen senkrecht zu der Achse zu setzen, und bei dem eine Modellabtastung ausgeführt wird, wobei diese Abtastung mit einer Klemmfunktion, die angewendet wird, ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Vielzahl von Abtastebenen der Abtastkopf sich relativ zu dem Modell in der Richtung der einen Achse längs Wegen bewegt, die in positiven und negativen Richtungen begrenzt sind, und ebenso in der Richtung einer senkrechten Achse längs Wegen, die in positiven und negativen Richtungen begrenzt sind, wobei sich der Abtastkopf relativ zu dem Modell abwechselnd in den Richtungen der einen Achse und der senkrechten Achse in entweder einer konvergierenden oder einer divergierenden Art bewegt, um dadurch um eine konvexe beziehungsweise eine konkave Kontur des Modells in der einzelnen Abtastebene herum abzutasten, wobei in der Abtastebene die Klemmfunktion angewendet wird.

Auf diese Weise wird bei einem Konturprofilierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der Arbeitsgang des Schneidwerkzeugs synchron zu dem Abtastkopf gesteuert, welcher in den Richtungen der drei Achsen längs der Modellform bewegbar ist, und in beiden Fällen, in denen die Modellform konkav oder konvex ist, kann eine Rohbearbeitung durchgeführt werden, wobei die Konturprofilierungsfunktion geklemmt ist, und zwar in einem Bereich, der durch die gesetzten Grenzen definiert ist. Bei einer weiteren Durchführung kann die Bearbeitung auf der Grundlage einer Konturprofilierung äquivalent zu derjenigen der Fertigbearbeitung vorgenommen werden, wobei die Klemmfunktion aufgehoben ist. Deshalb kann zur gleichen Zeit, zu der das Rohbearbeiten durchgeführt wird, durch Benutzen der Konturprofilierungsfunktion wirksam eine glatt bearbeitete Oberflache gebildet werden.

Fig. 1 bis Fig. 8 zeigen Darstellungen zur Erklärung der Abtastvorgänge gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 stellt eine erklärende Ansicht dar, die als Beispiel den Aufbau einer Konturprofilierungsmaschine zum Ausführen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 10(A) u. Fig. 10(B) zeigen erklärende Ansichten eines Beispiels für die Rohbearbeitung gemäß dem Stand der Technik.

Im folgenden werden anhand der Figuren Beispiele für die vorliegende Erfindung in einzelnen beschrieben.

Fig. 9 zeigt eine erklärende Ansicht einer Maschine zur Ausführung der vorliegenden Erfindung. Eine Konturprofilierungsmaschine TDM hat einen Abtastkopf TC und ein Schneidwerkzeug CT. Der Abtastkopf TC hat an seinem körperfernen Ende einen Abtaststift 4. Der Abtaststift 4 ist so gehalten, daß er genau längs einer Z-Achse, einer X-Achse und einer Y-Achse bewegbar ist. Die genaue Bewegung des Abtaststifts 4 wird erfaßt und als Auslenkungsgröße ε durch einen Differentialdetektor erfaßt und ausgegeben. Das Schneidwerkzeug CT ist z. B. ein Schneidwerkzeugs 5. Das Bezugszeichen MDL bezeichnet, wie zuvor angegeben, ein Modell, und das Bezugszeichen WK bezeichnet, wie zuvor angegeben, ein Werkstück 1. Das Bezugszeichen CLM bezeichnet einen Ständer, an dem der Abtastkopf TC und das Schneidwerkzeug C T angebracht sind, und das Bezugszeichen ZM bezeichnet einen Z-Achsen-Motor, der den Ständer längs der Z-Achse treibt und vorbewegt. Bei TBL ist ein Tisch gezeigt, auf dem das Modell MDL und das Werkstück WK plaziert sind und der in den X-und Y-Richtungen bewegbar ist. Die Bezugszeichen XM und YM bezeichnen X-Achsen- und Y-Achsen-Motoren, die den Tisch längs der X-Achse bzw. der Y-Achse treiben und vorbewegen. Aus diesen Elementen ist die Konturprofilierungsmaschine TDM aufgebaut. Die Bezugszeichen SVX, SVY und SVZ bezeichnen jeweils X-, Y- und Z-Achsen-Servoschaltungen, und das Bezugszeichen NC bezeichnet eine numerische Abtast-Steuerung. Das Bezugszeichen PC bezeichnet den Prozessor der numerischen Abtast-Steuerung zum Ausfuhren gewöhnlicher Abtast- Berechnungen, und das Bezugszeichen MEM bezeichnet den Speicher der numerischen Abtast-Steuerung zum Speichern von Programmen, Daten usw.

Als nächstes werden Abtastvorgänge in der Konturprofilierungsmaschine TDM beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Maschine so gesteuert, daß sie einen konvergierenden Vorgang im Falle einer konvexen Modellform und einen divergierenden Vorgang im Falle einer konkaven Modellform durchführt.

Fig. 1(A) zeigt die Seitenform des Modells und Stopp-Punkte, wie sie im vorliegenden Fall zunächst für die Z-Achse gesetzt werden. Dies dient dazu, eine Vielzahl von X-Y- Ebenen durch die Wiederholungsfunktion der Konturprofilierungsmaschine zu setzen. In einer X-Y-Ebene, die durch Stopp-Punkte begrenzt ist, wie dies beispielhaft in Fig. 1(B) gezeigt ist, muß ein Start-Punkt bestimmt werden.

Wenn der Start-Punkt, der bestimmt ist, nicht auf oder in dem Modell MDL liegt, wird die Z-Achse geklemmt, und der Abtastkopf wird um eine Bewegungsdistanz a auf der Grundlage einer "Anfangsbewegungsgröße a", bewegt, die entsprechend der Einstellung einer "Abtastrichtung", bestimmt ist. Es können beliebige Größen ±X und ±Y von dem Start-Punkt aus als die "Abtastrichtung" gewählt werden, und die "Anfangsbewegungsgröße a" wird als eine Erhöhungsgröße gesetzt, die kein Vorzeichen hat.

Der Abtastkopf hat die Ausrichtung einer Grenze, die in der Richtung der Bewegung, die auf diese Weise durch die Abtastrichtung festgelegt ist, und wird zu einem Punkt A in einem Zustand bewegt, in dem die Konturprofilierung innerhalb eines Bereichs, der durch die gesetzte Grenze definiert ist, geklemmt. Hierbei kann der Abtastkopf nicht in Berührung mit dem Modell kommen, bevor er den Punkt A erreicht.

Bei dem Punkt A wird anstelle der Grenze, die bis dahin benutzt ist, eine neue Grenze rechtwinklig dazu gesetzt. Mit Rücksicht auf die Richtung der Drehung bei Punkt A ist die Richtung der Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn durch das Vorzeichen "+" und die Richtung der Drehung im Uhrzeigersinn durch das Vorzeichen "-" gekennzeichnet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Im vorliegenden Fall ist die Richtung der Drehung als "-" gekennzeichnet, und eine Distanz b ist als eine zweite "Anfangsbewegungsgröße b" gekennzeichnet.

Bei dem Punkt B wird eine neue Grenze im Uhrzeigersinn gerade so wie bei dem Punkt A gesetzt, und es wird ein Wert mit einer "Tiefe der Ausarbeitung d", der zu der Distanz a addiert ist, als eine Bewegungsgröße gekennzeichnet. Als Ergebnis zieht sich der Abtastkopf beim Setzen einer neuen Grenze bei dem Punkt C wiederum etwas näher an das Modell heran. Auf diese Weise wird der Abtastkopf nacheinander zu Punkten D, E, F . . . bewegt, wobei die Konturprofilierung geklemmt ist, und der Abtastkopf kommt mit der Oberfläche des Modells in einer Richtung der Bewegung, wie sie durch eine Grenze bei einem Punkt H bestimmt ist, in Berührung.

Wenn der Abtastkopf auf diese Weise das Modell berührt, während er sich bei geklemmter Konturprofilierung bewegt, wird der geklemmte Zustand aufgehoben, und es wird die Konturprofilierung längs der Form des Modells ausgeführt. Wenn sich der Abtastkopf selbst in einem Fall, in dem die Bewegungsdistanz längs der X-Achse eine vorbestimmte Distanz, die durch den Punkt H bestimmt ist, überschreitet, wie dies in den Figuren gezeigt ist, noch in Berührung mit dem Modell befindet, wird der ungeklemmte Zustand beibehalten, und die Konturprofilierung längs der Modellform wird kontinuierlich durchgeführt. Die zuvor beschriebenen Vorgänge werden wiederholt, bis die folgende Bedingung erfüllt ist:

Der Abtastkopf führt eine Umdrehung um das Modell infolge des viermaligen Neufestsetzens der Grenzen aus, und die Bewegung des Abtastkopfes wird in einem Fall beendet, in dem sich der Abtaststift des Abtastkopfes konstant in Berührung entweder mit dem Modell oder einer End-Grenze, die später zu beschreiben sein wird, während der Umdrehung befunden hat, oder in einem Fall, in dem der Wert entweder der Bewegungsdistanz a oder der Bewegungsdistanz b, die durch die "Tiefe der Ausarbeitung" aktualisiert ist, negativ geworden ist.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für Bewegungsebenen, die festgelegt werden, wenn bestimmte Z-Achsen-Stopp-Punkte in einem Modell gesetzt worden sind, das dieselben Seitenformen wie gemäß Fig. 1(A) hat. In diesem Fall bleibt, wenn die Konturprofilierung, die nur in Richtung auf das Zentrum des Modells wie in Fig. 1(B) konvergiert, durchgeführt wird, der zentrale schraffierte Teil der Modellform, welcher hohl ist, unausgearbeitet.

Gemäß Fig. 4 wird, um einen derartigen unausgearbeiteten Teil zu vermeiden, ein Ziel-Punkt M gesetzt, und es werden Grenzen derart gesetzt, daß sich der End-Punkt der Bewegung des Abtastkopfes dem Zielpunkt annähert. Beim Setzen des Punkts besteht eine Bedingung dahingehend, daß die Halbgeraden längs der X-und Y-Achsen mit diesem Punkt als Nullpunkt die Kontur des Modells nicht zweimal oder mehrmals durchschneiden.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die divergierende geklemmte Abtastung, die im Falle eines konkaven Modells durchgeführt wird.

Hinsichtlich der Richtung der Drehung von einem Start-Punkt aus ist die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn durch "+" und in der Richtung im Uhrzeigersinn durch "-" gekennzeichnet, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die divergierende geklemmte Abtastung unterscheidet sich von der zuvor angegebenen konvergierenden in dem Vorzeichen der Tiefe der Ausarbeitung d und in einer Ende-Bedingung. Beim Setzen des Start-Punkts besteht eine Bedingung dahingehend, daß Halbgeraden längs der X- und Y-Achsen mit diesem Punkt als dem Nullpunkt die Kontur des Modells nicht zweimal oder mehrmals durchschneiden, gerade so wie im Hinblick auf den Ende-Punkt der divergierenden geklemmten Abtastung ausgeführt.

Hinsichtlich der Bewegungsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs wird ein Verzögerungsbereich als ein Teil e in jedem Weg gesetzt, wie dies in Fig. 7(A) und Fig. 7(B) gezeigt ist. Das bedeutet, daß wenn ein verbleibender Betrag auf einem Weg kleiner als ein Wert geworden ist, der in einem festgelegten Systemparameter (#7941) gesetzt ist, die Bewegungsgeschwindigkeit zu einer Geschwindigkeit geändert wird, die in einem weiteren Systemparameter (#7942) gesetzt ist. Indessen ändert sich, wenn eine Sollgeschwindigkeit gleich oder kleiner als die Geschwindigkeit ist, die durch den Systemparameter festgelegt ist, die Geschwindigkeit nicht.

Fig. 8 zeigt ein Verfahren zum Setzen von Ende-Grenzen in dem Fall der divergierenden geklemmten Abtastung. In dem Fall der divergierenden Abtastung können Bereiche, die zu bearbeiten sind, durch Setzen der Grenzen von ±X und ±Y gekennzeichnet werden. In dem gezeigten Beispiel ist ein Bearbeiten mit einer Bewegung längs der Y-Achse in der negativen Richtung über -Y hinaus verboten.

Obgleich verschiedene spezielle Beispiele für die vorliegende Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt und kann in verschiedener Art und Weise modifiziert werden, ohne daß dazu der Schutzumfang der Ansprüche verlassen werden müßte.

Das Konturprofilierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Rohbearbeitung in einen Bereich, der durch gesetzte Grenzen definiert ist, in Fällen, in denen die Form eines Modells konkav und konvex ist, durchführen, wobei die Konturprofilierung geklemmt ist, und das Verfahren ist in der Lage, ein glatt bearbeitete Oberfläche wirksam durch Benutzen der Konturprofilierungsfunktion zu bilden.


Anspruch[de]

1. Konturprofilierungsverfahren, bei dem ein Abtastkopf (TC) und ein Modell (MDL) relativ zueinander in den Richtungen dreier Achsen (X, Y, Z) bewegt werden, um die Form des Modells (MDL) abzutasten, und der Betrag der Bewegung eines Schneidwerkzeugs (5) relativ zu einem Werkstück (WK) synchron zu dem relativen Abtastwegversatz des Abtastkopfes (TC) gesteuert wird, wobei die relative Bewegung des Abtastkopfes (TC) in der Richtung einer der Achsen (Z) begrenzt ist, um aufeinanderfolgende Stopp-Punkte längs dieser Achse (Z) zu setzen, um dadurch eine Vielzahl von Abtastebenen (X-Y) senkrecht zu der Achse (Z) zu setzen, und bei dem eine Modellabtastung ausgeführt wird, wobei diese Abtastung mit einer Klemmfunktion, die angewendet wird, ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Vielzahl von Abtastebenen (X-Z) der Abtastkopf (TC) sich relativ zu dem Modell (MDL) in der Richtung der einen Achse (X) längs Wegen bewegt, die in positiven und negativen Richtungen begrenzt sind, und ebenso in der Richtung einer senkrechten Achse (Y) längs Wegen, die in positiven und negativen Richtungen begrenzt sind, wobei sich der Abtastkopf relativ zu dem Modell (MDL) abwechselnd in den Richtungen der einen Achse (X) und der senkrechten Achse (Y) in entweder einer konvergierenden oder einer divergierenden Art bewegt, um dadurch um eine konvexe beziehungsweise eine konkave Kontur des Modells (MDL) in der einzelnen Abtastebene herum abzutasten, wobei in der Abtastebene die Klemmfunktion angewendet wird.

2. Konturprofilierungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Klemmfunktion freigegeben wird, wenn der Abtastkopf (TC) das Modell (MDL) berührt, während er sich mit geklemmter Konturprofilierung bewegt.

3. Konturprofilierungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem erfaßt wird, ob sich der Abtastkopf (TC) noch in Berührung mit dem Modell (MDL) befindet oder nicht mehr befindet, wenn er sich um eine vorbestimmte relative Distanz bewegt hat, und ein ungeklemmter Zustand aufrechterhalten wird, wenn der Abtastkopf (TC) und das Modell (MDL) dabei als noch in Berührung befindlich erfaßt sind.

4. Konturprofilierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, nachdem sich der Abtastkopf (TC) relativ zu dem Modell (MDL) um eine vorbestimmte Distanz (a, b) in der Richtung einer Achse (X, Y) längs einer Abtastebene (X-Y) bewegt hat, eine neue Begrenzung gebildet wird, die senkrecht zu der vorhergehenden Begrenzung innerhalb der Abtastebene (X-Y) liegt.

5. Konturprofilierungsverfahren nach Anspruch 4, wenn dieser auf Anspruch 2 oder 3 rückbezogen ist, wobei das Verfahren eine Entscheidung umfaßt, ob die neu gebildete Begrenzung innerhalb des Modells (MDL) liegt oder nicht, und wobei ein ungeklemmter Zustand ohne Rücksicht auf eine neu gesetzte Begrenzung aufrechterhalten wird, wenn entschieden ist, daß die neue Begrenzung innerhalb des Modells (MDL) liegt.

6. Konturprofilierungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem Bewegungsdistanzen gespeichert werden, so daß sich die neuen Begrenzungen, die innerhalb der Abtastebene (X-Y) zu setzen sind, mit vorbestimmten konstanten Werterhöhungen ändern.







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