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  • 权利要求
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    • 专利摘要:
    Beim hier vorgeschlagenen Verfahren zum Fräsen einer Nut (1) auf einem Zylindermantel (7) wird ein Fräser (2) mit einem Fräserradius (RFräser) eingesetzt, der kleiner ist als der Nutradius (RNut). Zur Bestimmung einer Fräserbahn (5) wird von einer Mittelpunktsbahn (3) der Nut (1) ausgegangen, indem von der Mittelpunktsbahn (3) Korrekturvektoren (4) mit einer Länge L = RNut - RFräser abgetragen werden. Die Mittelpunktsbahn (3) weist Bereiche auf, in denen die Richtung der Mittelpunktsbahn (3) von der Richtung einer Zylinderachse (8) und von der Richtung eines Zylinderumfangs abweicht. Die Richtung der Korrekturvektoren (4) steht dabei senkrecht auf eine Fräsrichtung eines hypothetischen Fräsers (10) mit voller Nutbreite in einer Nuttiefe (T) ungleich Null (Figur 3).
    公开号:DE102004006164A1
    申请号:DE200410006164
    申请日:2004-02-07
    公开日:2005-09-01
    发明作者:Gerhard Dipl.-Ing. Mühlbauer (FH)
    申请人:Dr Johannes Heidenhain GmbH；
    IPC主号:B23B3-32
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Fräsen einer Nut auf einem Zylindermantel.Mit einem solchen Verfahren werden häufig sogenannte Steuerkurvenoder Führungsnutenerzeugt, mit deren Hilfe eine rein mechanische Ablaufsteuerung einerMaschine bewerkstelligt werden kann.
    [0002] Ineiner solchen Führungsnutauf einem Zylindermantel soll ein zylindrisches Steuerelement mit einemDurchmesser entsprechend der Nutbreite möglichst spielfrei und ohnezu verklemmen gleiten können. Üblicherweisewerden solche Nuten mit einem Fräsergefräst,dessen Durchmesser der Nutbreite auf der Zylindermantelfläche entspricht.Eine derart hergestellte Nut weist dabei in Bereichen, die wederparallel zur Zylinderachse verlaufen noch auf einem Zylinderumfangliegen, äußerst komplexgeformte Seitenwändeauf, die keine Regelflächendarstellen.
    [0003] Nachteiligan diesem Verfahren zum Fräsen einerNut auf einem Zylindermantel ist zum einen, daß zwangsläufig von den beiden Seitenwänden der Nutdie eine im Gegenlauf, die andere im Gleichlauf gefräst wird.Dies führtzu unterschiedlichen Oberflächen.Zum anderen muß für jede Nutbreiteein passender Fräserbereitgestellt und eingewechselt werden, was einen hohen Aufwandan Rüstzeitenund Bevorratung von passenden Fräsernbedeutet.
    [0004] Esexistieren daher bereits Verfahren zum Fräsen von Nuten, bei denen Fräser mitRadien eingesetzt werden können,die kleiner sind als der Radius (entsprechend der halben Breite)der Nut. Solche Verfahren werden z.B. als vorprogrammierte Zyklen aufNumerischen Steuerungen fürWerkzeugmaschinen bereit gestellt. Bis zu einem Fräserradiusentsprechend dem halben Radius der Nut kann mit einem solchen Zykluseine Nut mit zwei Durchläufen gefräst werden,wobei mit jedem Durchlauf eine der beiden Seitenwände derNut gefrästwird. Fürnoch kleinere Fräserradienmuß entsprechend öfter gefräst werden,um Material zwischen den Seitenwändenauszuräumen.Die Seitenwändeder Nut können inbeiden Fällenunabhängigvoneinander wahlweise im Gegenlauf oder im Gleichlauf gefräst werden.
    [0005] ZurBestimmung der Fräserbahnen,mit denen die beiden Seitenwändeerzeugt werden, wird üblicherweisevon der Mittelpunktsbahn der Nut auf dem Zylindermantel ein Korrekturvektorabgetragen, der senkrecht auf der Mittelpunktsbahn steht und dessenLänge derDifferenz aus dem Radius der Nut und dem Fräserradius entspricht.
    [0006] Eineso erzeugte Nut entspricht auf der Zylinderoberfläche genaueiner Nut, die mit einem Fräser miteinem Fräserradiusentsprechend dem Nutradius erzeugt wurde. In der Tiefe der nachgeahmtenNut weichen die Seitenwändeaber erheblich von den Seitenwändender gewünschtenNut ab. Die Abweichungen sind um so größer, je tiefer die Nuten sind, undsind am Boden der Nut am größten. Dasoben erwähnteSteuerelement wird in einer solchen nachgeahmten Nut in Bereichen,die weder parallel zur Zylinderachse verlaufen noch auf einem Zylinderumfangliegen, unweigerlich verklemmen.
    [0007] Esist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Fräsen einerNut auf einem Zylindermantel anzugeben, bei dem die mit einem Fräser mitFräserradiuskleiner als der Nutradius gefertigte Nut möglichst gut mit einer Nut übereinstimmt,die mit einem Fräsermit Fräserradiusgleich dem Nutradius gefertigt wurde.
    [0008] DieseAufgabe wird gelöstdurch ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Details des Verfahrensergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
    [0009] Beidem hier vorgeschlagenen Verfahren zum Fräsen einer Nut auf einem Zylindermantelwird ein Fräsermit einem FräserradiusRFräsereingesetzt, der kleiner ist als der Nutradius RNut. Zur Bestimmungeiner Fräserbahnwird von einer Mittelpunktsbahn der Nut ausgegangen, indem von der MittelpunktsbahnKorrekturvektoren mit einer Länge L = RNut – RFräserabgetragenwerden. Die Mittelpunktsbahn weist dabei Bereiche auf, in denendie Richtung der Mittelpunktsbahn von der Richtung einer Zylinderachse undvon der Richtung eines Zylinderumfangs abweicht. Die Richtung derKorrekturvektoren steht dabei senkrecht auf einer Fräsrichtungeines hypothetischen Fräsersmit voller Nutbreite in einer Nuttiefe ungleich Null.
    [0010] Wieweiter unten noch nähererläutertwird, entspricht nämlichdie Fräsrichtungeines Fräsersmit voller Nutbreite in der Tiefe der Nut nicht der Fräsrichtungam Zylindermantel. Dies verursacht letztlich die äußerst komplexgeformten Seitenwändesolcher Nuten. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können Nuten,die mit kleineren Fräserradiengefertigt werden, der eigentlich gewünschten Form angenähert werden.Jede Seitenwand der Nut wird dabei vorzugsweise mehrmals bearbeitet,wobei unterschiedliche Korrekturvektoren zum Einsatz kommen, diefür unterschiedlicheNuttiefen berechnet werden.
    [0011] Esist nach dem vorgeschlagenen Verfahren auch möglich, die gefertigten Nutenbis auf eine vorgegebene Toleranz einer Nut anzunähern, diemit einem Fräsermit voller Nutbreite gefrästwurde.
    [0012] WeitereVorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sichaus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Verfahrens anhandder Figuren. Dabei zeigt
    [0013] 1 eineNut,
    [0014] 2 einenZylinder mit einer Nut,
    [0015] 3 einenZylinder mit Nut und Fräser,
    [0016] 4 einenabgewickelten Zylindermantel,
    [0017] 5 Fräserbahnenin verschiedenen Nuttiefen,
    [0018] 6 Schnittkanteneines Fräsers,und
    [0019] 7 eineNut mit Korrekturvektoren, die für eineNuttiefe größer Nullberechnet wurden.
    [0020] 8–11 sindTeil des Anhangs.
    [0021] 1 zeigteine Nut 1, die mit einem Fräser 2 gefräst wird,dessen Radius RFräserkleiner ist als der Radius RNut der Nut 1. Zur Bestimmungder Fräserbahnen 5 werdenKorrekturvektoren 4 von der Mittelpunktsbahn 3 abgetragen.Der Fräserwird dann nicht auf der Mittelpunktsbahn 3 geführt, sondernauf der Fräserbahn 5,die durch die Endpunkte der Korrekturvektoren 4 bestimmtwird. Da der Fräserradius RFräser kleinerist als der Radius der Nut RNut muß der Fräser 2 mehrmals durchdie Nut geführtwerden. Die Seiten der Nut 1 werden durch je eine Fräserbahn 5 bestimmt,die erhalten wird, wenn die Korrekturvektoren mit einer Länge L =RNut – RFräser senkrechtauf die Mittelpunktsbahn 3 abgetragen werden.
    [0022] Für eine ebeneOberflächeeines zu bearbeitenden Rohlings stimmt eine so erzeugte Nut genau miteiner Nut überein,die mit einem hypothetischen Fräser 10 mitRFräser= RNut (in der 1 gestrichelt dargestellt) erzeugtwurde. Beim Verfahren mit dem kleineren Fräserradius RFräser kannman jedoch wahlweise beide Seiten der Nut im Gegenlauf oder Gleichlauffräsen, esist außerdemder Aufwand an Rüstzeitenund Bevorratung von Fräsernunterschiedlicher Radien reduziert.
    [0023] Völlig andereVerhältnisseherrschen in 2, in der die zu bearbeitendeOberflächeein Zylindermantel 7 eines Zylinders 6 ist. Nuten 1,die von der Richtung der Zylinderachse 8 und von der Richtungdes Zylinderumfangs abweichen, könnenmit dem in 1 dargestellten Verfahren für kleineFräserradienRFräsernicht so hergestellt werden, daß sieeiner mit einem Fräser 2 mitRFräser= RNut hergestellten Nut (im Folgenden auch als gewünschte Nutbezeichnet) gleichen.
    [0024] 3 zeigteinen Zylinder 6, der auf dem Werkstücktisch 9 einer Werkzeugmaschineaufgespannt ist. Mit einem Fräser 2,der senkrecht zum Zylindermantel 7 in Richtung X zustellbar,und im Berührpunktin einer Y-Z-Ebeneparallel zum Zylindermantel verschiebbar ist, wird eine Nut 2 gefräst. Der Zylinder 6 istdrehbar um eine Winkelachse C. Für einesolche Bearbeitung ist daher wenigstens eine Werkzeugmaschine vom4-Achstyp notwendig, mit drei linearen Achsen X, Y, Z und einerWinkelachse C.
    [0025] Die 4 stellteine Abwicklung des Zylindermantels 7 dar. In diesem Beispielstellt die Nut 1 in der Abwicklung des Zylindermantelseinen Viertelkreis dar. Alle relevanten Richtungen der Nut 1 treten indiesem Kreissegment einmal auf.
    [0026] 5 betrachtetdie Abwicklung der Fräserbahn 5 für verschiedeneNuttiefen T. In Nuttiefe T = 0, also auf dem Zylindermantel 7,ergibt sich genau der selbe Verlauf wie in 4, alsoein Viertelkreis. Am Boden der Nut 1, bei T = Tmax, hatder Fräser 2 zwar inZ-Richtung genau die gleiche Strecke zurückzulegen, in Richtung derC-Achse ist die Strecke aber reduziert, da der Radius des in RichtungC beschriebenen Kreises um RMantel – RBoden reduziert ist. Dadurchbeschreibt die Spitze des Fräsers 2 amBoden der Nut 1 keine Kreisbahn, sondern eine Ellipsenbahn.Wie der 5 zu entnehmen ist, unterscheidet sichdie Richtung der Fräserbahnen 5 (Pfeilrichtung) für eine bestimmteZ-Koordinate je nach Nuttiefe T.
    [0027] DieAuswirkung dieser unterschiedlichen Richtungen der Fräserbahnen 5 inunterschiedlichen Nuttiefen T ist in 6 dargestellt.In der linken Hälfteder 6 ist oben ein Schnitt durch einen Fräser 2 gezeigt,der sich nach rechts durch einen ebenen Körper bewegt und dabei eineNut 1 erzeugt. Hier verlaufen die Schnittkanten 11 gerade über denganzen Fräser 2.In jeder Tiefe T der Nut 2 ist die Richtung der Fräserbahn 5 gleich.
    [0028] AndereVerhältnisseherrschen in der rechten Hälfteder 6. Hier ist in etwa die Situation der 5 dargestellt.Am Boden der Nut 2 (Schnitt B) liegt eine andere Richtungder Fräserbahn 5 vorals am Zylindermantel 7 bei Nuttiefe T = 0. Die Schnittkanten 11 desFräsers 2 sindhier "verbogen", ein Effekt, dernur dadurch zustande kommt, daß derin Richtung C zurückgelegteWeg in der Tiefe der Nut 1 kleiner ist als am Zylindermantel 7.
    [0029] Wirdder beschriebene Effekt beim Fräsen einerNut 1 auf einem Zylindermantel 7 mit einem Fräser 2 mitRFräser < RNut nicht berücksichtigt,und lediglich in bekannter Weise gemäß 1 mit senkrechtzur Mittelpunktsbahn 3 und damit senkrecht zur Fräserbahn 5 amZylindermantel abgetragenen Korrekturvektoren 4 gearbeitet,sind die entstehenden Nuten 1 nicht mit den gewünschtenNuten vergleichbar, die mit einem Fräser 2 mit RFräser = RNutgefrästwurden.
    [0030] Eswerden daher die Korrekturvektoren 4 der Länge L =RNut – RFräser nichtmehr senkrecht zur Mittelpunktsbahn 3 abgetragen, sondernsenkrecht zur Richtung der Fräserbahn 5 eineshypothetischen Fräsers 10 mitvoller Nutbreite (2·RNut)in einer Nuttiefe T verschieden von Null. Wie z.B. in 5 gezeigt,ist diese Richtung der Fräserbahn 5 amBoden der Nut 1 nicht parallel zur Richtung der Nut 1 amZylindermantel 7 – diesgilt immer, wenn keine der C- und Z- Komponenten der Nut 1 verschwinden.
    [0031] Eskann nun bereits genügen,wenn statt der in 1 beschrieben Methode mit zurMittelpunktsbahn 3 senkrechten Korrekturvektoren 4,solche Korrekturvektoren 4 eingesetzt werden, die senkrecht aufdie Fräserbahn 5 eineshypothetischen Fräsers 10 inz.B. halber Nuttiefe (T = 0,5·Tmax)stehen. Dies ist in 7 schematisch dargestellt. Manerkennt, daß zwardie Oberkanten (bei T = 0) der gewünschten Nut 1 jetztnicht mehr genau bearbeitet werden, die maximale Abweichung dererhaltenen Nut 1 von der gewünschten Nut kann aber dennochkleiner sein, als mit dem herkömmlichenVerfahren, bei dem auf die Nuttiefe T = 0 korrigiert wird.
    [0032] Vorzugsweisewird die Nut 1 jedoch in mehreren Schritten bearbeitet.Jede Seitenwand der Nut 1 könnte z.B. einmal herkömmlich,also mit fürdie Tiefe T = 0 berechneten Korrekturvektoren 4 senkrechtzur Mittelpunktsbahn 3 bearbeitet werden, und ein weiteresmal mit füreine Tiefe T = Tmax. Jede Wand der Nut 1 wird so zweimalbearbeitet, die maximale Abweichung von der gewünschten Nut wird deutlich reduziert.Die Nutbreite am Boden der Nut 1 und am Zylindermantel 7 stimmtnun mit der gewünschtenNut 1 überein.
    [0033] Weiterevorteilhafte Schritte eines Verfahrens zum Fräsen einer Nut auf einem Zylindermantel sollenim Folgenden beschrieben werden. Grundlage dieser Schritte ist diegeometrische Berechnung der Abweichungen einer mit einem Fräser mitRFräser < RNut gefrästen Nut 1 gegenüber einergewünschten Nut.Diese Berechnung ist im Anhang näherausgeführt.
    [0034] SchrittA: Anhand der Form der gewünschten Nutwird die Richtung der Mittelpunktskurve 3 mit der größten Abweichungder Fräserbahnrichtungen 5 zwischenZylindermantel 7 und Boden der Nut 1 berechnet.Diese tritt fürein bestimmtes VerhältnisK = RBoden/RMantel immer in einer bestimmten Richtung auf dem Zylindermantel 7 auf.bestimmend für diegesuchte Richtung sind also nur der Radius RMantel des bearbeitetenZylinders 6 und die Tiefe Tmax der Nut 1, über dieja auch RBoden festgelegt ist.
    [0035] SchrittB: Der Winkel der größten Abweichungder Fräserbahnrichtungen 5 wirdfür diein Schritt A ermittelte Richtung berechnet.
    [0036] SchrittC: Die maximale Abweichung der Nut 1 von der gewünschtenNut wird anhand des Winkel der größten Abweichung der Fräserbahnrichtungen 5 berechnet.
    [0037] Istdie in Schritt C ermittelte maximale Abweichung kleiner als einezulässigeToleranz, so ist die Bearbeitung der Nut beendet. Ist die Abweichungjedoch größer, somuß weiternachgeräumtwerden. Hierfürseinen hier zwei Möglichkeitengenannt, die auch automatisch, also von einer Numerischen Steuerungselbsttätigausgeführtwerden können,nachdem eine Toleranz vorgegeben wurde.
    [0038] Ineinem Schritt D wird fürjeden Punkt der Mittelpunktsbahn 3 die Richtung des Korrekturvektors 4 zwischendem Winkel auf dem Zylindermantel und dem Winkel am Boden der Nutgleichmäßig variiert.Zwischen den Korrekturvektor 4 für T = 0 und den Korrekturvektor 4 für T = Tmaxwerden dabei weitere, gleichmäßig verteilteKorrekturvektoren 4 eingefügt. Die Anzahl der Zwischenschrittemuß so gewählt werden,daß diemaximale Abweichung der Nut 1 von der gewünschtenNut kleiner oder gleich der geforderten Toleranz wird.
    [0039] Alternativund bevorzugt wird in einem Schritt D' der maximal zulässige Wert für den inSchritt B berechneten Winkel der größten Abweichung der Fräserbahnrichtungermittelt, daraus ein minimal zulässiger Wert für das Verhältnis K= RBoden/RMantel gebildet, und mit dieser Information die Korrekturauf verschiedene Tiefen T der Nut 1 berechnet werden. DieTiefen T(n), T(n+1)... müssenso gewähltwerden, daß dasVerhältnisdes Radius auf dieser Höhezum jeweiligen VorgängerradiusK = R(n+1)/R(n) das zuvor ermittelte zulässige Radienverhältnis nichtunterschreitet. R(n) ist dabei der weiter außen liegende Radius, entsprechendRMantel. Anders ausgedrückt wirdein minimal zulässigerWert fürdas VerhältnisK = RBoden/RMantel gebildet, und werden die Tiefen T zur Berechnungder Korrekturvektoren (4) so gewählt, daß K = (RMantel – T(n +1))/(RMantel – T(n)) größer alsdieser minimal zulässigeWert bleibt. Dabei gilt T(n) < T(n+ 1) bzw. R(n) > R(n+ 1).
    [0040] Für alle Fräsbearbeitungendes beschriebenen Verfahrens gilt, daß die Korrekturvektoren 4 eine Länge L =RNut – RFräser aufweisen,und daß sie vonder Mittelpunktsbahn 3 in der Y-Z-Ebene parallel zum Zylindermantel 7 abgetragenwerden. Lediglich die Richtung der Korrekturvektoren 4 stehtsenk recht auf der Richtung der Fräserbahn 5 eines hypothetischenFräsers 10 mitvoller Nutbreite in der jeweils betrachteten Nuttiefe T.
    [0041] Natürlich istes auch möglich,von einer Mittelpunktsbahn 3 auszugehen, die nicht aufdem Zylindermantel 7, sondern innerhalb des Zylinders 6 läuft.
    [0042] Indiesem Anhang sollen die mathematischen Grundlagen des beschriebenenVerfahrens nähererläutertwerden.
    [0043] 1.Bahn und Bewegungsrichtung an der Zylinderoberfläche und am Boden des Kanalsbei Fräserdurchmesser= Nutbreite Zur Erklärungder Problematik muß zuerstdie Bewegung der Mittelpunktsbahn eines Fräsers mit Fräserdurchmesser gleich Nutbreitebetrachtet werden.
    [0044] Aufden Zylindermantel wird ein Viertelkreis abgewickelt. Dabei entstehtam Boden des Fräskanalseine Viertel Ellipse. Die axiale Bewegung (Z) ist unverändert, wogegendie Bewegung am Umfang im VerhältnisRBoden/RMantel reduziert ist: (8)
    [0045] Bedingtdurch diese unterschiedliche Bewegung in Umfangsrichtung ist auchdie Bewegungsrichtung in jedem Punkt der Kurve unterschiedlich zwischender Zylinderoberflächeund dem Boden des Kanals. Dadurch bestimmen am Boden des Kanals andereBerührpunktedie Berandung des Fräskanals alsan der Zylinderoberfläche.
    [0046] Mansieht also, daß für genauin Richtung des Umfangs liegende und genau axiale Bewegungen aufdem Zylindermantel die Bewegungsrichtung in allen Höhen derNut gleich ist. Bei allen Zwischenrichtungen ist die Bewegungsrichtungin verschiedenen Schnitthöhender Nut unterschiedlich.
    [0047] Abhängig vomVerhältnisdes Radius am Boden zum Mantel-Radius (RBoden/RMantel = K) kann eineRichtung angegeben werden, in der die maximale Abweichung der Fräsrichtungzwischen Boden und Mantel auftritt. Für eine beliebige Mittelpunktsbahn aufdem Zylindermantel soll fürdie Koordinate in Umfangsrichtung Ym gelten Ym=f1(Z),wobei Z die axiale Koordinate sei.
    [0048] Für die Bahnam Boden des Kanals gilt dann Yb = K·Ym = K·f1(Z).
    [0049] DieSteigung der Kurve auf dem Mantel sei Sm = df1(Z)/dZ,dieSteigung der Kurve am Boden sei Sb = K·Sm.
    [0050] DieRichtung der Kurve auf dem Mantel sei α = atan(Sm),dieRichtung der Kurve am Boden sei β = atan(Sb)= atan(K·Sm).
    [0051] Gesuchtist die größte Abweichungder beiden Winkel α und β voneinander,also F(S) = δ = α –β. F(S) = atan(S) – atan(K·S) F'(Sm) = 1/(1 + S2) – (1/(1+ K2·S2))·K= 1/(1 + S2) – K/(1 + K2·S2) F'(S) = 0 ⇒ (1+ K2S2) – K·(1 + S2) = 0
    [0052] DurchUmformung ergibt sich eine Nullstelle der Ableitung und damit einMaximum der Winkelabweichung bei der Kurvensteigung Sm= S = 1/SQRT(K)
    [0053] Smist hier die Richtung auf dem Zylindermantel als Quotient zwischenUmfangsrichtung und axialer Richtung. Man sieht, das es für ein bestimmtesVerhältnisK zwischen RBoden und RMantel immer eine bestimmte Richtung aufdem Zylindermantel gibt, in der die Winkelabweichung zwischen Fräsrichtungam Boden und auf dem Mantel am größten ist.
    [0054] Beidem bekannten Verfahren wird der Fräser auf beiden Seiten auf einerum (RNut – RFräser) verschobenenBahn an der Mittelpunktsbahn entlang geführt. Dabei wird die Fräsbahn ander Zylinderoberflächezugrunde gelegt und die Korrektur erfolgt senkrecht zur Richtungder Fräsbahnan der Zylinderoberfläche.
    [0055] Nachdemdiese Bewegungsrichtung nur an der Zylinderoberfläche zutrifft,entspricht das Ergebnis auch nur dort dem eines Fräsers inNutbreite.
    [0056] Umam Boden der Nut ein korrektes Ergebnis zu erreichen, muß der Kanalnochmals gefräst werden.Diesmal wird wieder die Fräsbahnan der Zylinderoberflächezugrunde gelegt. Die Korrektur wird jetzt jedoch senkrecht zur Bewegungsrichtungam Boden abgetragen. Auf diese Weise wird ein Kanal gefräst, deram Boden das korrekte Maß aufweist.
    [0057] Dasgezeigte Verfahren liefert die richtige Nutbreite am Zylindermantelund am Boden des Kanals. Im Zwischenbereich ist die Nut zu eng.Evtl. müssenmehrere Nachbearbeitungen erfolgen um eine vorgegebene Toleranzeinzuhalten. Die Anzahl der nötigenNachbearbeitungen kann folgendermaßen ermittelt werden: Ermittlungder Richtung mit der größten Winkelabweichunggemäß Punkt2 als S = 1/(SQRT(K))
    [0058] Ermittlungder Winkelabweichung zwischen Fräsrichtungam Zylindermantel und am Boden als δ = atan(S) – atan(K·S) Berechnung des Fehlersan dieser Stelle.
    [0059] Unterder Annahme, daß dieNut an dieser Stelle nicht gekrümmtist ergibt sich laut 10 ein maximaler Fehler vonFehler = (RNut – RFräser)·(1-cos(δ/2).
    [0060] Wenndie Nut Krümmungenaufweist, die nicht groß sindgegenüberdem Radius RNut, so muß eineverbesserte Formel fürdie Berechnung des Fehlers benutzt werden:
    [0061] Bezogenauf die Krümmungder Bahn bedeutet das: Fehler = Rbahn – Rnf·cos(δ/2) – SQRT( (Rbahn – Rnf)2 – (Rnf·sin(δ/2))2) FürRNut < Rbahn < ∞
    [0062] Übersteigtder Wert fürden Ausdruck Fehler , der in einer der beiden gezeigten Weisen ermittelt wurdedie vorgegebene Toleranz, so muß mehrmals nachgeräumt werden.
    [0063] Dazuwird fürjeden Bahnpunkt der Winkelwert fürden Abtrag der Bahnkorrektur zwischen dem Winkel an der Zylinderoberfläche unddem Winkel am Kanalboden gleichmäßig variiert.Die ermittelten korrigierten Bahnpunkte liegen dabei jeweils aufeinem Kreissegment vom Radius RNut – RFräser um den unkorrigierten Bahnpunktzwischen den beiden Korrekturpunkten für den Zylindermantel und denBoden. Die Anzahl n der Zwischenschritte muß so gewählt werden, daß der Ausdruck(RNut – RFräser)·(1-cos(δ/n/2)) kleineroder gleich der geforderten Toleranz wird.
    [0064] Alternativzu 5. kann auch der maximal zulässigeWert für δ ermitteltwerden, daraus ein minimal zulässigerWert fürdas VerhältnisRBoden/RMantel gebildet werden und mit dieser Information die Korrekturauf verschiedenen Höhendes Kanals berechnet werden. Die Höhen müssen so berechnet werden, daß das Verhältnis desRadius auf dieser Höhezum jeweiligen VorgängerradiusR(n + 1)/R(n) das zuvor ermittelte zulässige Radienverhältnis nichtunterschreitet.
    [0065] Eswurde ein Verfahren zur Fertigung von Nuten auf einem Zylindermantel(sog. Steuerkurven) beschrieben, das Fräser verwendet, deren Durchmesserkleiner als die Nutbreite ist.
    [0066] DasVerfahren zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus.
    [0067] DieKorrektur der Fräserbahnzur Mittelpunktsbahn der Nut erfolgt nicht nur in einer Höhenlage(also z.B. nur auf dem Zylindermantel oder nur am Boden des Kanals),sondern vorzugsweise am Zylindermantel und am Boden und gegebenenfalls nochin Zwischentiefen.
    [0068] Eswurde aufgezeigt, wie aus dem Verhältnis der Radien RBoden / RMantelermittelt werden kann, in welcher Bahnrichtung auf dem Zylindermantelmit der größten Richtungsabweichungzwischen Bewegungsrichtung des Fräsers am Mantel und am Boden zurechnen ist und damit mit dem größten Fehler.
    [0069] Eswurde weiter gezeigt, wie der zu erwartende Fehler bei der Bearbeitungabgeschätztwerden kann und damit bei einer vorgegebenen Toleranz die Anzahlder Nachbearbeitungsschritte ermittelt werden kann.
    [0070] Außerdem wurdegezeigt, wie fürdie einzelnen Nachbearbeitungsschritte die Bahnkorrektur gewählt werdenmuß. Hierzuwurden zwei alternative Vorgehensweisen aufgezeigt.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Verfahren zum Fräsen einer Nut auf einem Zylindermantel,bei dem ein Fräser(2) mit einem Fräserradius(RFräser)eingesetzt wird, der kleiner ist als ein Nutradius (RNut), wobeizur Bestimmung einer Fräserbahn(5) von einer Mittelpunktsbahn (3) der Nut (1)ausgegangen wird, die Bereiche aufweist, in denen die Richtung derMittelpunktsbahn (3) von der Richtung einer Zylinderachse(8) und von der Richtung eines Zylinderumfangs abweicht,und wobei zur Bestimmung der Fräserbahn(5) von der Mittelpunktsbahn (3) Korrekturvektoren(4) mit einer Länge L= RNut – RFräser abgetragenwerden, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Korrekturvektoren(4) senkrecht steht auf einer Fräsrichtung eines hypothetischenFräsers(10) mit voller Nutbreite (2·RNut) in einer Nuttiefe (T)ungleich Null.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß mehrereFräserbahnen(5) bestimmt werden, indem von der Mittelpunktsbahn (3)jeweils mehrere Korrekturvektoren (4) für verschiedene Nuttiefen (T)in unterschiedliche Richtungen abgetragen werden.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß eineFräserbahn(5) mit Korrekturvektoren (4) bestimmt wird, dieentsprechend einer Nuttiefe T von T = 0 senkrecht zur Mittelpunktsbahn(3) stehen, und eine zweite Fräserbahn (5) bestimmt wird,für diedie Richtung der Korrekturvektoren (4) für eine NuttiefeT = Tmax = RMantel – RBodenbestimmt wurde.
    [4] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß anhand derForm der gewünschtenNut eine Richtung der Mittelpunktskurve (3) mit der größten Abweichung derFräserbahnrich tungen(5) zwischen Zylindermantel (7) und Boden derNut (1) berechnet wird.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß einWinkel der größten Abweichung derFräserbahnrichtungfür dieRichtung der Mittelpunktskurve (3) mit der größten Abweichungder Fräserbahnrichtungen(5) berechnet wird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß einemaximale Abweichung der Nut (1) von der gewünschtenNut berechnet und mit einer maximal zulässigen Abweichung vergleichenwird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß weitereFräserbahnenzum Ausräumen derNut (1) fürzusätzlicheTiefen (T) bestimmt werden, wenn die maximale Abweichung größer alsdie maximal zulässigeAbweichung ist.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß für jedenPunkt der Mittelpunktsbahn (3) zwischen den Korrekturvektor(4) fürT = 0 und den Korrekturvektor (4) für T = Tmax weitere, gleichmäßig verteilteKorrekturvektoren (4) eingefügt werden.
    [9] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß einminimal zulässigerWert fürdas VerhältnisK = RBoden/RMantel gebildet wird, und die Tiefen (T) zur Berechnungder Korrekturvektoren (4) so gewählt werden, daß K = (RMantel – T(n + 1))/(RMantel – Tn) größer alsdieser minimal zulässigeWert bleibt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004006164B4|2011-07-14|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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    法律状态:
    2005-09-01| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2012-01-19| R020| Patent grant now final|Effective date: 20111015 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410006164|DE102004006164B4|2004-02-07|2004-02-07|Method for milling a groove on a cylinder jacket|DE200410006164| DE102004006164B4|2004-02-07|2004-02-07|Method for milling a groove on a cylinder jacket|
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