DE3113970C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine numerische Bahnsteue­ rung mit Werkzeugradiuskompensation gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs; eine solche numerische Bahn­ steuerung ist beispielsweise aus der Literaturstel­ le VDI-Z. 017 (1965) Nr. 25, Sept. (1), S. 1219- 1226 bereits bekannt.
In der vorgenannten Literaturstelle ist eine Werk­ zeugradiuskompensation bei einer numerischen Bahn­ steuerung beschrieben, bei der in einer Kontur aus Geradenstücken und aus Kreisstücken ein Schnitt­ punkt zwischen zwei Geraden vorhanden ist. Die zur Kontur um den Werkzeugradius äquidistante Bahn des Werkzeugmittelpunktes weist an der Stelle des Schnittpunktes der Kontur einen Kreisbogen mit dem Werkzeugradius auf, der von den Normalen zur Kontur im Endpunkt und im Anfangspunkt der an den Kreisbogen anschließenden Geradenstücken auf der äquidistanten Bahn begrenzt wird.
Aus der DE-OS 30 05 738 ist eine numerische Steuer­ einrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugradius-Kompensationseinrichtung bekannt, bei der aus den Sollkonturen kompensierte Konturen im Abstand des Radius des Werkzeugs ermittelt wer­ den. Um an den Schnittpunkten der Sollkonturen zu tief ausgeschnittene Bereiche im Werkstück zu ver­ meiden, wird der Schnittpunkt der kompensierten Konturen bestimmt, an dem der Mittelpunkt des Werkzeugs seine Bewegungsrichtung ändert; bei die­ ser Richtungsänderung muß aber das Werkzeug kurz­ zeitig angehalten werden, um unzulässige Beschleu­ nigungen des Werkzeugs oder Beschädigungen der Sollkonturen des Werkstücks zu vermeiden.
Die GB-PS 15 06 224 beschreibt ebenfalls eine nume­ rische Bahnsteuerung, bei der zur Abrundung zweier sich schneidender Bahnen für ein Werkzeug von einem Rechner aus den Anfangskoordinaten der ersten Bahn, aus den Endkoordinaten der zweiten Bahn, aus den Schnittpunktskoordinaten der beiden Bahnen sowie aus einem Rundungsradius ein Rundungskreis berech­ net wird, der tangential in die beiden Bahnen über­ geht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nume­ rische Bahnsteuerung anzugeben, bei der das Werkzeug beim Einfahren in eine Kontur bzw. beim Ausfahren aus einer Kontur mit konstanter Bahngeschwindigkeit geführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Führung des Werkzeugs von einem außerhalb der Kontur liegenden Anfangs­ punkt bis zu einem wiederum außerhalb der Kontur liegenden Endpunkt mit konstanter, der Bearbeitungs­ geschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit er­ folgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer dreiachsigen Fräsmaschine,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer nume­ rischen Bahnsteuerung mit zwei Lageregelkreisen mit Merkmalen der Erfindung und
Fig. 3 eine Werkstückkontur mit Run­ dungskreisen nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine dreiachsige Fräsmaschine 1 schematisch dargestellt, bei der ein Schlitten 2 zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks 3 auf einem nicht gezeigten Bett horizontal in X- Richtung, ein Ausleger 4 an einem Ständer 5 verti­ kal in Z-Richtung und ein Spindelkopf 6 zur Auf­ nahme eines Fräswerkzeugs 7 am Ausleger 4 horizon­ tal in Y-Richtung verfahrbar sind. Im folgenden sollen die Bewegungen des Werkstücks 3 in X-Rich­ tung und des Werkzeugs 7 in Y-Richtung betrachtet werden.
Zur Positionierung des Werkstücks 3 in X-Richtung ist ein erster geschlossener Lageregelkreis gemäß Fig. 2 vorgesehen, bei dem ein Sollwert/Istwert- Vergleicher 9 1 einer numerischen Bahnsteuerung 8 mit seinem Analogausgang an den ersten Eingang eines Motorreglers 10 1 in Form eines Sollwert/Ist­ wert Vergleichers für die Vorschubgeschwindigkeit angeschlossen ist, der mit seinem Analogausgang einen Vorschubmotor 11 1 beaufschlagt, der mittels einer Spindel 12 die Verschiebung des Schlittens 2 in X-Richtung bewirkt. Mit dem Vorschubmotor 11 1 sind einmal ein Tachogenerator 13 1, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des Motorreglers 10 1 ver­ bunden ist, und zum anderen über die Spindel 12 ein Positionsmeßgerät 14 1 gekoppelt, dessen Aus­ gangssignale als Istwerte des Werkstücks 3 dem ersten Eingang des Sollwert/Istwert-Vergleichers 9 1 zugeführt werden, dessen zweiten Eingang die von den Interpolationseinrichtungen laufend errechneten Sollwerte des Werkstücks 3 zugeleitet werden.
Zur Positionierung des Werkzeugs 7 in Y-Richtung durch Verschiebung des Spindelkopfes 6 mittels einer Spindel 15 ist ein gleichartiger zweiter ge­ schlossener Lagerkreis mit den gleichen Be­ zugszeichen - jedoch mit einem unteren Index 2 - vorgesehen.
Die numerische Bahnsteuerung 8 weist einen Rech­ ner 16 auf, der mit den zweiten Eingängen der Soll­ wert/Istwert-Vergleicher 9 1, 9 2, mit einem Spei­ cher 17 und einer Eingabeeinheit 18 verbunden ist. Die Eingabeeinheit 18 besitzt (schematisch darge­ stellt) ein Tastenfeld 19 zur Eingabe der Sollwerte für die vorgegebenen Konturen, ein Tastenfeld 20 zur Steuerung des Programmablaufs und ein Anzeige­ feld 21 zur Anzeige der Istwerte von Werkstück 2 und Werkzeug 7 in der X-, Y- und Z-Richtung (die Ausgangssignale der Positionsmeßgeräte 14 1, 14 2 werden ebenfalls dem Rechner 16 zugeführt).
Erfindungsgemäß ist mit dem Rechner 16 eine Ein­ richtung 22 verbunden, die einen auf dem Tasten­ feld 19 eingebbaren Rundungsradius R für einen Rundungskreis RK in Rundungskreisparameter umwan­ delt, die von einer im Rechner 16 integrierten Ein­ richtung zur Kreisinterpolation zur punktweisen Be­ rechnung des Rundungskreises RK benötigt werden. Diese Umwandlung erfolgt auf Veranlasung eines Rundungssignals S R , das durch Betätigung einer Run­ dungstaste 23 im Tastenfeld 20 unter Zwischenspei­ cherung im Speicher 17 der Einrichtung 22 zugelei­ tet wird. Diese Einrichtung 22 wird vorzugsweise durch einen Mikrocomputer hoher Arbeitsgeschwindig­ keit gebildet.
Des weiteren sind im Rechner 16 eine Einrichtung zur Geradeninterpolation sowie eine Einrichtung zur Werkzeugradiuskompensation vorgesehen. Zu der aufgrund der eingegebenen Sollwerte ermittelten Kontur K wird unter Berücksichtigung des Werkzeug­ radius eine korrigierte Kontur K′ berechnet und von der Steuerung 8 an die Lageregelkreise für die X- und Y-Richtung und an den nicht dargestellten Lageregelkreis für die Z-Richtung ausgegeben, um den Mittelpunkt M des Werkzeugs 7 längs dieser kor­ rigierten, zur vorgegebenen Kontur K äquidistanten Kontur K′ zu bewegen.
Die Erfindung sei anhand der Fig. 3 näher er­ läutert. Bei einem Werkstück 2 soll eine vorge­ gebene Kontur K gefräst werden, die sich aus zwei sich schneidenden Geraden G 2 und G 3 zusammensetzt. Die Ecke im Schnittpunkt P 2 soll mit einem Rundungs­ kreis RK 2 mit dem Rundungsradius R 2 abgerundet werden. Zu Beginn des Bearbeitungsvorgangs befin­ det sich der Mittelpunkt M des Werkzeugs 7 in ei­ nem vorgegebenen Punkt P o (x o , Y o ). Durch die Ein­ gabe auf der Eingabeeinheit 18 "Gerade zum Punkt P 1 (x 1, y 1) mit dem Punkt P 1 beginnender Werkzeug­ radiuskorrektur, Rundung mit Rundungsradius R 1 und Gerade zum Punkt P 2 (x 2, y 2)" werden von der Einrichtung 22 der Anfangspunkt P o (x o ′, y o ′) und der Endpunkt A (x A , y A ) sowie der Mittelpunkt M 1 des Rundungskreises RK 1 berechnet und der Einrich­ tung zur Kreisinterpolation zur Berechnung des Rundungskreises RK 1 zugeleitet.
Durch die Eingabe "Gerade zum Punkt P 1 (x 2, y 2) mit fortgesetzter Werkzeugradiuskorrektur, Rund­ dung mit Rundungsradius R 2 und Gerade zum Punkt P 3 (x 3, y 3)" werden von der Einrichtung 22 der Anfangs­ punkt P 2(x 2′, y 2′) und der Endpunkt P 2′′ (x 2′′, y 2′′) sowie der Mittelpunkt M 2 des Rundungskreises RK 2 sowie unter Berücksichtigung der Werkzeugradius­ korrektur die entsprechenden Punkte P 2′′′ (x 2′′′, y 2′′′) und P 2′′′′ (x 2′′′′, y 2′′′′ berechnet und der Einrichtung zur Kreisinterpolation zur Berechnung des korrigierten Rundungskreises RK′ zugeleitet.
Durch die Eingabe "Gerade zum Punkt P 3 (x 3′, y 3′) mit Werkzeugradiuskorrektur, Rundung mit Rundungs­ radius R 3 und Gerade zum Punkt P 4 (x 4⁴, y 4) ohne Werkzeugradiuskorrektur" werden von der Einrich­ tung 22 der Anfangspunkt E (x E , y E ) und der End­ punkt P 4(x 4′, y 4′) sowie der Mittelpunkt M 3 des Rundungskreises RK 3 berechnet und der Einrichtung zur Kreisinterpolation zur Berechnung des Rundungs­ kreises RK 3 zugeleitet. Der Mittelpunkt M des Werkzeugs 7 kann vom Punkt P o bis zum Punkt P 4 mit konstanter Bahngeschwindig­ keit bewegt werden, da die Rundungskreise RK 1, RK′ und RK 3 tangential in die angrenzenden Geraden T 1, K′ und T 4 übergehen. Die vorgegebene Kontur K kann sich beliebig aus Geraden und/oder Kreisbögen zusammensetzen. Sollen nachfolgende Rundungskreise zwischen Geraden und/oder Kreisbögen den gleichen Rundungsradius aufweisen, so wird dieser zweck­ mäßigerweise im Speicher 17 abgespeichert.

Claims (1)

  1. Numerische Bahnsteuerung mit Werkzeugradiuskompen­ sation zur Steuerung der Bewegung eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine längs einer zu einer vorge­ gebenen Kontur aus beispielsweise Geraden und/oder Kreisbögen um den Werkzeugradius korrigierten Kon­ tur, mit einem Speicher für die die vorgegebene Kontur definierten Sollwerte sowie mit einem Rech­ ner, Einrichtungen zur Kreisinterpolation und Ge­ radeninterpolation und Antriebseinrichtungen zur Bewegung des Werkzeugs und/oder des Werkstücks, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Eingabeeinheit (18) zur Eingabe eines vorgebbaren Rundungsradius (R 1, R 3) für einen Rundungskreis (RK 1, RK 3) und zur Ein­ gabe eines Rundungssignals (S R ) mit einer Einrich­ tung (22) zur Umwandlung des Rundungsradius (R 1, R 3) in Rundungskreisparameter für eine Kreisinterpola­ tion auf Veranlassung des Rundungssignals (S R ) ver­ bunden ist, die an die Einrichtung zur Kreisinter­ polation (16 ) zur punktweisen Berechnung des Run­ dungskreises (RK 1, RK 3) aus den Rundungskreispara­ metern angeschlossen ist, so daß der Rundungskreis (RK 1, RK 3) tangential am Anfangspunkt (A) und End­ punkt (E) der korrigierten Kontur (K′) anschließt und in eine Tangente (T 1, T 4) durch einen vorgege­ benen Punkt (P 0, P 4) übergeht.
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