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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Fig. 1 bis Fig. 8 zeigen Darstellungen zur Erklärung
der Abtastvorgänge gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Fig. 9 stellt eine erklärende Ansicht dar, die als
Beispiel den Aufbau einer
Konturprofilierungsmaschine zum Ausführen des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 10(A) u. Fig. 10(B) zeigen erklärende Ansichten eines
Beispiels für die Rohbearbeitung gemäß dem Stand
der Technik.
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Im folgenden werden anhand der Figuren Beispiele für die
vorliegende Erfindung in einzelnen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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.
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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.
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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.
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die divergierende geklemmte
Abtastung, die im Falle eines konkaven Modells durchgeführt
wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.