CH409583A - Einrichtung für eine Korrektion der Änderung des Werkzeughalbmessers oder für eine Einstellung der Äquidistante der Bahn des Werkzeugmittelpunktes bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen mit allgemeinem Zyklus - Google Patents

Description

  Einrichtung für eine     Korrektion    der Änderung des Werkzeughalbmessers oder für     eine     Einstellung der     Äquidistante    der Bahn des     Werkzeugmittelpunktes    bei numerisch  gesteuerten     Werkzeugmaschinen    mit allgemeinem Zyklus    Beim Bearbeiten an numerisch gesteuerten Werk  zeugmaschinen, namentlich beim Fräsen von ge  krümmten Oberflächen ist es erforderlich, das  Arbeitsprogramm auf einem Lochband oder einem  Magnetband so zu erfassen, dass es die Bahn der  Mitte des Werkzeuges angibt.

   Diese Bahn ist bei  einer Bewegung in einer ebenen Fläche die     Äquidi-          stante    der bearbeiteten Oberfläche, die von ihr um  den Halbmesser r des Werkzeuges entfernt ist. Der  aktive Halbmesser des Werkzeuges ist jedoch nicht  konstant, sondern ändert sich namentlich durch Ab  nützung und Schleifen des Werkzeuges, aber auch  zum Beispiel durch exzentrisches Einspannen, durch  Unterschneiden und durch Abdrücken.  



  Dadurch entsteht der     unerwünschte    Zustand, dass  die Abmessungen und Form des Werkstückes sich  von den vorausgesetzten Abmessungen und Formen  unterscheidet und falls der Unterschied das tolerierte  Abmass überschreitet, ist es nötig, ein neues Bewe  gungsprogramm der Bahn des Werkzeuges auszu  arbeiten und zu verwirklichen, die mit der ursprüng  lichen     äquidistant    und um die erforderliche     Korrek-          tion    des Werkzeughalbmessers Ar entfernt ist.  



  Das Ausarbeiten eines neuen Programms ist       ziemlich    umständlich, und es wurden schon Geräte  vorgeschlagen, die eine selbsttätige     Korrektion    er  lauben, d. h. sie ermöglichen ein Bearbeiten mit  einem Werkzeug von anderem Halbmesser, als mit  welchem bei der Aufstellung des Programms ge  rechnet wurde.  



  Diese Einrichtungen beruhen auf dem elektro  nischen Prinzip und sind sehr     kompliziert,    da sie  Schaltungskreise besitzen müssen, die verschiedene  mathematische Operationen     ausführen.       Die erfindungsgemässe Einrichtung löst diese  Aufgabe auf verhältnismässig einfache Weise da  durch, dass zur     Ermittlung    der Richtung der Werk  zeugbewegung eine Kugel     vorm.        Besehen    ist, die durch  Rollen in     zwei    um 90  versetzten Punkten mit den  Geschwindigkeitskomponenten in zwei Richtungen  proportionalen Geschwindigkeiten bewegt     wird,

      so  wie eine Schlepprolle zur Feststellung der Richtung  der     Vektorsumme    beider Geschwindigkeiten, welche  die Kugel in einem gegenüber den beiden Berüh  rungspunkten der Antriebsrollen um 90      versetzten     Punkt berührt und an einem Arm     einer    einen Kurbel  zapfen tragenden Welle angeordnet ist, der einen  Kreuzsupport betätigt, der zwei durchsichtige Gitter  besitzt mit gegenseitig senkrechter     Richtung    der Risse,  welche der Zerlegung der Zapfenbewegung in zwei  gegeneinander senkrechten Richtungen dienen, und  dass Lichtquellen und Lichtzellen vorgesehen sind,

         in    welchen Impulse mit einer     Zahl    proportional der  Verstellung des Zapfens in Richtung der betreffenden  Achse entstehen, welche Impulse für die zusätzliche  Bewegung des Tisches der Werkzeugmaschine aus  genützt werden.  



  Die grundlegendsten Operationen können somit  mechanisch ausgeführt werden. Die Einrichtung kann  bevorzugt für die     Korrektion    bei einer Änderung des  Werkzeughalbmessers, die aus den oben erwähnten  Gründen erforderlich     ist,    verwendet werden, sie kann  aber auch eine     Aquidistante    der Bahn des Mittel  punktes des Werkzeuges festlegen, falls die Ober  fläche des Gegenstandes direkt programmiert ist.  Auf diese Weise können wesentliche Ersparnisse an  Zeit bei der Ausarbeitung des Programms an Werk  zeugmaschinen erzielt werden.      In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der  erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt.

   Es zei  gen:       Fig.    1 einen Umriss eines bearbeiteten Gegen  standes, wobei eine     Äquidistante    der Bahn der Werk  zeugmitte und die korrigierte     Äquidistante    für einen  geänderten Werkzeughalbmesser dargestellt ist,       Fig.    2 einen schematischen Aufriss der Einrich  tung in ihrer grundlegenden Ausführung,       Fig.    2a einen Grundriss des Antriebes der Ein  richtung gemäss     Fig.    2,       Fig.    2b einen Grundriss der Einrichtung gemäss       Fig.    2 nach Abnahme des Antriebes,

         Fig.    2c das Zerlegen des Geschwindigkeitsvektors  des Scheitelpunktes 11 der Kugel 4 und       Fig.    3 das Zerlegen der Änderung des Halb  messers<I>Ar</I> in die Komponenten     4x,        4y.     



  In     Fig.    1 ist durch eine volle Linie 1 der Umriss  des gefrästen Gegenstandes dargestellt, mit Nummer  2 ist die     Äquidistante    der Bahn des Werkzeugmittel  punktes bezeichnet     (strichliert),    mit Nummer 3 die  Bahn des Werkzeugmittelpunktes bei dessen um<I>Ar</I>       verringertem    Halbmesser.  



  In     Fig.    2 bis 2b ist die Anordnung schematisch  in einer grundlegenden Ausführung gezeichnet; eine  Kugel 4 liegt auf einer Rolle 5 auf und stützt sich,  bzw. wird angetrieben durch Rollen 6, 7, 8, 9, die am  Kugelumfang um 90  gegenseitig versetzt sind. Die  Rolle 6 dreht sich     gleichsinnig    mit der Bewegung  des Tisches der Fräsmaschine in Richtung x in  einem gewissen Verhältnis, zum Beispiel in einem  derartigen, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der  Rolle zehnmal höher ist als die Geschwindigkeit des  Maschinentisches in Richtung x. Ähnlich besitzt die  Rolle 8 eine gleichsinnige Bewegung, die in gleichem  Verhältnis erhöht ist, wie die     Maschinentischbewe-          gung    in Richtung y.  



  Die Verbindung der Rollen 6 und 8 mit den  Mechanismen der Maschine ist auf eine bekannte  Weise ausgeführt, zum Beispiel mittels einer bieg  samen Welle oder mittels einer sogenannten elektri  schen Welle, oder sie werden durch eigene     Servo-          antriebe    angetrieben, die durch dieselben elektrischen  Signale     gesteuert    werden, welche die Bewegung des  Maschinentisches steuern. Die Rollen 7 und 9 sind       Andrückrollen    und werden durch Federn angedrückt.  Auf diese Weise macht jeder Kugelpunkt gleichzeitig  zwei     Rotationsbewegungen    um zwei gegeneinander  senkrechte Achsen. Die resultierende Bewegung ist       immer    eine Rotation um eine in der waagrechten  Ebene liegende Achse.

   Im höchsten Punkt 10 der  Kugel und im niedrigsten Punkt 11 ist deshalb die  Oberflächengeschwindigkeit der Kugel den Geschwin  digkeiten     V.    und     V9    des Maschinentisches propor  tional; beide diese Geschwindigkeitskomponenten wer  den als Vektoren     addiert    und die     Oberflächengeschwin-          digkeit    in den Punkten 10 und 11 hat gegenüber den  Achsen X', Y' die Richtung der resultierenden  Geschwindigkeit des     Werkzeuges    gegenüber den  Achsen<I>X, Y</I> des Werkstückes.

   Die Geschwindig-         keitsrichtung    im Punkt 11 wird durch eine Schlepp  rolle 5 festgestellt, die in einer Gabel 12 auf der  Welle 13 befestigt ist, welche mittels der Gabel 12  immer in Richtung der resultierenden Geschwindig  keit des Punktes 11 verdreht wird.  



  Am unteren Ende der Welle 13 ist eine Kurbel  14 befestigt, mit einem Kurbelzapfen 15 mit ein  stellbarer Exzentrizität, zum Beispiel mittels einer  mikrometrischen Schraube. Der Kurbelzapfen 15 be  wegt den Längstisch 16 des     Kreuzsupportes;    der  untere Tisch dieses     Supportes    ist mit 17 bezeichnet.  Im Längstisch 16 sind zwei mit durchsichtigen (zum  Beispiel gläsernen) Platten verdeckte Fenster, die mit  Gittern versehen sind, und zwar bei der Platte 18 in  Richtung<I>Y</I> und bei der Platte 19 in Richtung<I>X</I>  (siehe     Fig.    2b).

   Falls wir oberhalb der Platten Licht  quellen 20, 20' anordnen und unterhalb zwei un  bewegliche Lichtzellen 21, 21', die durch Gitter 22,  22' gleicher Weite und Richtung wie in den Fenstern  oberhalb der Lichtzellen verdeckt sind, wird der  durch die Lichtzellen führende Strom davon abhängig  sein, ob sich die Linien beider Gitter verdecken und  Licht durchlassen oder ob die Linien eines Gitters  die Lücken des zweiten Gitters verdecken und so  den Lichtdurchgang verhüten.  



       Während    der Bewegung des Längstisches 16  geben die Lichtzellen einen pulsierenden Strom, wo  bei die Zahl der Impulse durch die Grösse des  Weges des Tisches in der betreffenden Richtung  <I>X', Y'</I> gegeben ist, dividiert durch die Gitterweite.  Falls wir vor jedes Gitter wenigstens zwei Licht  zellen anordnen, deren Gitter 22 gegeneinander um  einen Teil der Gitterweite versetzt sind, entstehen in  den Lichtzellen pulsierende Ströme mit Phasenver  schiebung, was beim weiteren Steuern in an sich be  kannter Weise zur Feststellung der Richtung der  Bewegung ausgenützt werden kann.

   Falls sich der  Zapfen 15 schräg gegenüber den Achsen<I>X'</I> und<I>Y'</I>  verschiebt, entspricht die Impulszahl der Lichtzelle  21 unter dem Gitter 18 der Bewegungskomponente  in Richtung x' und bei der Lichtzelle 21' unter dem  Gitter 19 der Bewegung in Richtung Y'.  



  In     Fig.    3 ist dargestellt, dass falls     wir    die Bahn 2  um den Wert Ar korrigieren wollen, wie in jedem  Punkt der     vorbeanschlagten    Lage des Mittelpunktes  des Werkzeuges eine     Korrektion        4x    und     4y    beifügen  müssen, die die Projektionen von     dr    in Richtung  der Achsen<I>X</I> und<I>Y</I> vorstellen.

   Falls von Hand  die     Exzentrizität    der Zapfens 15 um den Wert<I>n Ar</I>  eingestellt wird (n ist ein Koeffizient der     Vergrösse-          rung,    das ist das Verhältnis zwischen der Grösse der       Exzentrizität    des Zapfens 15 und des korrigierten  Wertes<I>Ar</I> und ist gleich dem Verhältnis der Gitter  entfernungen     am    Tisch 16 und der Gitterentfernungen  des     Abmesssystems    der Maschine), dann werden bei  jedem Verdrehen der Gabel 12, das ist bei jeder  Änderung der Bewegungsrichtung des Werkzeuges,  die Lichtzellen eine Impulszahl geben,

   die dem nöti  gen zusätzlichen Verstellen des Werkzeugmittelpunk  tes     derart    entspricht damit dieser die korrigierte           Äquidistante    beschreibt. Es ist deshalb nötig, dass  die in den Lichtzellen entstehenden Impulse ein zu  sätzliches Verstellen des Tisches der Fräsmaschine  verursachen. Das wird auf bekannte Art zum Bei  spiel derart erzielt, dass die     Korrektionsimpulse    zu  den     Hauptstieuerimpulsen    einer     nummerngesteuerten     Maschine beigefügt werden. So korrigiert die Ma  schine selbsttätige Fehler bis zum weiteren Ein  stellen auf einen neuen Werkzeugdurchmesser.  



  Die beschriebene Anordnung spricht auf Rich  tungsänderungen des Werkzeuges mit einer gewissen  Verspätung an, so dass das Werkzeug nicht genau  die gewünschte Bahn verfolgt. Wie Berechnungen  und Versuche bestätigt haben, können diese Ab  weichungen in den meisten Fällen vernachlässigt  werden und sie haben die Eigenschaft, dass sie sich  nicht addieren.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung für eine Korrektion der Änderung des Werkzeughalbmessers oder für eine Einstellung der Äquidistante der Bahn des Werkzeugmittelpunk tes bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen mit allgemeinem Zyklus, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Richtung der Werkzeug bewegung eine Kugel (4) vorgesehen ist, die durch Rollen (6, 8) in zwei um 90 versetzten Punkten mit den Geschwindigkeitskomponenten in zwei Richtun gen<I>(X,</I> Y) proportionalen Geschwindigkeiten be wegt wird, sowie eine Schlepprolle (5) zur Fest stellung der Richtung der Vektorsumme beider Ge schwindigkeiten,

   welche die Kugel in einem gegen über den beiden Berührungspunkten der Antriebs rollen (6, 8) um 90 versetzten Punkt (11) berührt und an einem Arm einer einen Kurbelzapfen (15) tragenden Welle (13) angeordnet ist, der einen Kreuz support betätigt, der zwei durchsichtige Gitter (18, 19) besitzt mit gegenseitig senkrechter Richtung der Risse, welche der Zerlegung der Zapfenbewegung in zwei gegeneinander senkrechten Richtungen dienen, und dass Lichtquellen und Lichtzellen vorgesehen sind, in welchen Impulse mit einer Zahl proportional der Verstellung des Zapfens (15) in Richtung der betreffenden Achse entstehen, welche Impulse für die zusätzliche Bewegung des Tisches der Werkzeug maschine ausgenützt werden.