DE10351781B4

DE10351781B4 - Rechnergestütztes Anpassungsverfahren für ein Anwenderprogramm für eine Werkzeugmaschine und hiermit korrespondierende Gegenstände

Info

Publication number: DE10351781B4
Application number: DE10351781A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Munz; Wilhelm Dr. Westermeyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: US20050137741A1; DE10351781A1; US7110853B2

Abstract

Rechnergestütztes Anpassungsverfahren für ein Anwenderprogramm (14) für eine Werkzeugmaschine (1), das eine Folge von Steuerbefehlen (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2) für Vorschubachsen (6, 7) der Werkzeugmaschine (1) umfasst, die eine von einem Werkzeug (3) relativ zu einem Werkstück (10) abzufahrende Kontur (K) definieren,
– wobei der Rechner (5) anhand der Folge von Steuerbefehlen (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n) Folgebefehle (FB1 bis FBn) für eine entsprechend der Kontur (K) nachzuführende Rundachse (8) der Werkzeugmaschine (1) ermittelt,
– wobei der Rechner (5) anhand der Folge von Steuerbefehlen (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n) ermittelt, ob und gegebenenfalls an welchen Stellen (P1, P2, P3) die Kontur (K) Winkel- oder Krümmungssprünge aufweist,
– wobei der Rechner (5) im Falle eines Winkel- bzw. Krümmungssprungs die Folgebefehle (FB1 bis FBn) derart ermittelt, dass bei der Ausführung der Steuer- und der Folgebefehle (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2, FB1 bis FBn) bereits...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein rechnergestütztes Anpassungsverfahren für ein Anwenderprogramm für eine Werkzeugmaschine, das eine Folge von Steuerbefehlen für Vorschubachsen der Werkzeugmaschine umfasst, die eine von einem Werkzeug relativ zu einem Werkstück abzufahrende Kontur definieren, wobei der Rechner anhand der Folge von Steuerbefehlen Folgebefehle für eine entsprechend der Kontur nachzuführende Rundachse der Werkzeugmaschine ermittelt ( EP 0 797 135 B1 ).
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Rechner mit einem Programmspeicher, in dem ein Computerprogramm hinterlegt ist, so dass nach Abruf des Computerprogramms von dem Rechner ein derartiges Anpassungsverfahren ausgeführt wird.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch eine Werkzeugmaschine mit einer Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung als Rechner wie oben ausgeführt ausgebildet ist.

Aus der EP 0 797 135 B1 ist ein rechnergestütztes Anpassungsverfahren für ein Anwenderprogramm für eine Werkzeugmaschine bekannt, wobei das Anwenderprogramm eine Folge von Steuerbefehlen für Vorschubachsen der Werkzeugmaschine umfasst, die eine von einem Werkzeug relativ zu einem Werkstück abzufahrende Kontur definieren. Der Rechner ermittelt anhand der Folge von Steuerbefehlen, ob und gegebenenfalls an welchen Stellen die Kontur Winkel- oder Krümmungssprünge aufweist. Wenn zu große Sprünge auftreten, verringert der Rechner eine Sollverfahrgeschwindigkeit, so dass Beschleunigungsgrenzen eingehalten werden.

Aus der EP 0 706 104 B1 ist ein Verfahren zum Verschleifen nicht tangentialer Bereiche in programmierten Konturen bekannt, das zum Einsatz in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und Robotern bestimmt ist.

Aus der DE 40 32 770 A1 ist ein Verfahren zum Schleifen unrunder Werkstücke auf einer Werkzeugmaschine bekannt, bei dem zum aktuellen Sollwert der Position der Drehachse ein zugehöriger Geschwindigkeitskompensationswert ermittelt wird.

Werkzeugmaschinen, Anwenderprogramme für solche Werkzeugmaschinen und Anpassungsverfahren für solche Anwenderprogramme werden für verschiedenste Anwendungen eingesetzt. Bei manchen dieser Anwendungen weist das Werkzeug eine Kante auf, z. B. eine Schneidkante eines Glasschneiders. Für einen optimalen Betrieb der Werkzeugmaschine wird in einem solchen Fall das Werkzeug relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück entlang einer Kontur verfahren. Die Kontur ist dabei durch eine Folge von Steuerbefehlen für Vorschubachsen der Werkzeugmaschine definiert. Die Steuerbefehle sind dabei wiederum Bestandteil eines Anwenderprogramms. Die Kante des Werkzeugs sollte möglichst zu jedem Zeitpunkt tangential zur abzufahrenden Kontur orientiert sein. Diese Orientierung des Werkzeugs wird durch eine Rundachse bewirkt, die das Werkzeug oder das Werkstück entsprechend verdreht.

Es ist selbstverständlich möglich, dass auch die Steuerbefehle für die Rundachse Bestandteil des Anwenderprogramms sind. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, die Steuerbefehle für die Rundachse eigens mit zu programmieren. Diese Vorgehensweise erfordert somit einen erheblichen Programmieraufwand des Anwenders beim Erstellen des Anwenderprogramms.

Im Stand der Technik wird die Rundachse daher in der Regel als Folgeachse definiert, deren Sollstellung vom Rechner anhand der Steuerbefehle für die Vorschubachsen ermittelt wird. Innerhalb eines Steuerbefehls, der z. B. einen geraden oder gleichmäßig gekrümmten Abschnitt der Kontur beschreibt, arbeitet dieses Verfahren bereits recht zufriedenstellend. Weist die Kontur aber Winkel- oder Krümmungssprünge auf, kommt es zu einem Schleppfehler, der nach dem Winkel- bzw. Krümmungssprung zu einer erheblichen Fehlstellung der Werkzeugkante relativ zur Kontur führen kann. Krümmungssprünge treten beispielsweise bei einem Übergang von einer Geraden zu einem Kreisbogen oder umgekehrt auf. Winkelsprünge treten beispielsweise in Eckpunkten eines Polygonzuges auf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein rechnergestütztes Anpassungsverfahren der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass ein besseres Nachführen der Rundachse erreicht wird, obwohl die Ermittlung der Folgebefehle rechnergestützt erfolgt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird also vorausschauend ermittelt, ob ein derartiger Sprung auftritt und gegebenenfalls vorausschauend der nachteiligen Wirkung dieses Sprunges entgegen gewirkt.

Wenn ein Angriffspunkt des Werkzeugs zentrisch zur Rundachse angeordnet ist, hat das Verdrehen der Rundachse keinen Einfluss auf die Position des Angriffspunkts relativ zum Werkstück.

Wenn hingegen der Angriffspunkt des Werkzeugs einen Abstand von der Rundachse aufweist, ermittelt der Rechner vorzugsweise anhand der Folgebefehle in Verbindung mit dem Abstand Vorschubkorrekturwerte, so dass die Steuerbefehle bei deren Ausführung um die Vorschubkorrekturwerte korrigiert werden. Denn dann erfolgt auch eine automatische Korrektur der durch die exzentrische Anordnung des Angriffspunkts verursachte Positionsverschiebung des Angriffspunkts beim Verdrehen der Rundachse.

Durch die Kontur sind Idealbefehle für die Rundachse bestimmbar. Vorzugsweise ermittelt der Rechner die Folgebefehle derart, dass das Integral der Abweichung der Folgebefehle von den Idealbefehlen vor dem Winkel- bzw. Krümmungssprung und das Integral der Abweichung der Folgebefehle von den Idealbefehlen nach dem Winkel- bzw. Krümmungssprung betragsmäßig in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander stehen. Das Verhältnis sollte dabei zwischen 0,5 und 2,0 liegen, insbesondere zwischen 0,8 und 1,2. Im Idealfall liegt es meistens bei 1,0.

Das Verhältnis kann dem Rechner fest vorgegeben sein. Es ist aber auch möglich, dass das Verhältnis dem Rechner von einem Anwender vorgegeben wird. Die Vorgabe kann beispielsweise im Rahmen des Anwenderprogramms erfolgen.

Vorzugsweise ermittelt der Rechner bei einem Winkel- bzw. Krümmungssprung die Folgebefehle derart, dass das Nachführen der Rundachse entsprechend dem ermittelten Winkel- bzw. Krümmungssprung während eines Zeitraums erfolgt, der zwischen 100% und 200% eines Minimalzeitraumes liegt, der durch den ermittelten Winkel- bzw. Krümmungssprung und eine maximale Dynamik der Rundachse bestimmt ist. Denn dann ist es insbesondere möglich, dass der Rechner die Folgebefehle derart ermittelt, dass die Winkelbeschleunigung der Rundachse stetig ist.

Analog zum Verhältnis der Integrale können der Prozentsatz und die maximale Dynamik fest vorgegeben sein. Vorzugsweise aber werden der Prozentsatz und/oder die maximale Dynamik dem Rechner von einem Anwender vorgegeben, z. B. wieder im Rahmen des Anwenderprogramms.

Vorzugsweise ändert der Rechner im Fall eines Winkel- bzw. Krümmungssprungs vor der Ermittlung der Folgebefehle auch die Steuerbefehle derart ab, dass eine durch die abgeänderten Steuerbefehle definierte Kontur von der ursprünglichen Kontur maximal um eine Toleranzschranke abweicht und gleichzeitig der Winkel- bzw. Krümmungssprung reduziert bzw. eliminiert wird. Denn dadurch lassen sich im Rahmen tolerierbarer Konturabweichungen bessere Nachführmöglichkeiten für die Rundachse erreichen. Eine derartige Vorgehensweise ist für Winkelsprünge aus der EP 0 706 104 B1 bekannt.

Auch hier ist es wieder möglich, dass die Toleranzschranke dem Rechner fest vorgegeben ist. Vorzugsweise aber wird sie wieder von einem Anwender vorgegeben, z. B. im Rahmen des Anwenderprogramms.

Wie bereits erwähnt, sind durch die Kontur Idealbefehle für die Rundachse ermittelbar. Es ist daher möglich, dass der Rechner anhand der Folgebefehle und der Idealbefehle einen Winkelfehler ermittelt, der von der Rundachse bei der Ausführung der Folgebefehle maximal angenommen wird. Wenn der Rechner eine Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs relativ zum Werkstück reduziert, wenn der maximal angenommene Winkelfehler einen maximal zulässigen Winkelfehler übersteigt, kann gewährleistet werden, dass die Rundachse stets mit hinreichender Genauigkeit nachgeführt wird.

Auch der maximal zulässige Winkelfehler kann dem Rechner fest vorgegeben sein. Vorzugsweise wird aber auch er von einem Anwender vorgegeben, z. B. im Rahmen des Anwenderprogramms.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 schematisch eine Werkzeugmaschine,
2 schematisch einen als Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine von 1 ausgebildeten Rechner,
3 ein Ablaufdiagramm,
4 eine Kontur,
5 ein Zeitdiagramm,
6 ein weiteres Zeitdiagramm und
7 einen Ausschnitt von 4.
Gemäß 1 weist eine Werkzeugmaschine 1 einen Werkstücktisch 2, ein Werkzeug 3 mit einer Werkzeugkante 4 und eine Steuereinrichtung 5 auf. Der Werkzeugtisch 2 ist mittels Vorschubachsen 6, 7 in einer Ebene zweidimensional verstellbar.
Die Vorschubachsen 6, 7 wirken vorzugsweise senkrecht zueinander. Ihre Richtungen sind nachfolgend mit x bzw. y bezeichnet.
Das Werkzeug 3 ist in einer Rundachse 8 gelagert. Die Rundachse 8 steht senkrecht auf der durch die Richtungen x, y der Vorschubachsen 6, 7 definierten Ebene. Mittels der Rundachse 8 ist das Werkzeug 3 verdrehbar.
Die Steuereinrichtung 5 arbeitet ein Steuerprogramm 9 ab. Anhand des Steuerprogramms 9 wird unter anderem das Werkzeug 3 relativ zu einem Werkstück 10 entlang einer Kontur K verfahren. Dabei wird die Rundachse 8 von der Steuereinrichtung 5 entsprechend dem Steuerprogramm 9 derart angesteuert, dass die Werkzeugkante 4 jederzeit im Wesentlichen parallel zur Kontur K verläuft.
Zur Ermittlung des Steuerprogramms 9 wird gemäß 2 wie folgt vorgegangen: Zunächst wird der Steuereinrichtung 5 mittels eines geeigneten Datenträgers 11, z. B. einer CD-ROM oder einer Diskette, ein Computerprogramm 12 zugeführt. Das Computerprogramm 12 ist dabei auf dem Datenträger 11 in ausschließlich maschinenlesbarer Form gespeichert. Es wird von der Steuereinrichtung 5 in einen nicht flüchtigen Programmspeicher 13, z. B. ein EEPROM 13, übernommen und dort hinterlegt. Bei Aufruf des Computerprogramms 12 wird dieses daher aus dem Programmspeicher 13 ausgelesen. Auf Grund der Programmierung mit dem Computerprogramm 12 führt die Steuereinrichtung 5 dann ein rechnergesteuertes Anpassungsverfahren für ein Anwenderprogramm 14 aus, mittels dessen das Steuerprogramm 9 generiert wird. Dies wird nachfolgend insbesondere in Verbindung mit 3 näher erläutert.
Gemäß 3 nimmt die Steuereinrichtung 5 in einem Schritt S1 zunächst das Anwenderprogramm 14 für die Werkzeugmaschine 1 entgegen. Das Anwenderprogramm 14 umfasst gemäß 2 insbesondere eine Folge von Steuerbefehlen SB11 bis SB1n für die erste Vorschubachse 6 und eine Folge von korrespondierenden Steuerbefehlen SB21 bis SB2n für die zweite Vorschubachse 7. Die Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n definieren dabei die Kontur K, die in 4 nochmals in der Draufsicht auf die xy-Ebene dargestellt ist.
Gemäß 3 nimmt die Steuereinrichtung 5 sodann in einem Schritt S2 eine Reihe von Parametern V, P, D, T, βmax entgegen. Die Parameter V, P, D, T, βmax können der Steuereinrichtung 5 dabei beispielsweise von einem Anwender 15 direkt vorgegeben werden. Sie können beispielsweise aber auch Bestandteil des Anwenderprogramms 14 sein. In diesem Fall erfolgte eine indirekte Vorgabe durch den Anwender 15, da dieser auch das Anwenderprogramm 14 erstellt. Auch Mischformen sind möglich, bei denen die Parameter V, P, D, T, βmax vom Anwender 15 teilweise direkt und teilweise im Rahmen des Anwenderprogramms 14 vorgegeben werden.
Die Parameter V, P, D, T, βmax umfassen ein Verhältnis V, einen Prozentsatz P, eine maximale Dynamik D der Rundachse 8, eine Toleranzschranke T und einen maximal zulässigen Winkelfehler βmax. Die Bedeutung dieser Parameter V, P, D, T, βmax wird nachfolgend noch erläutert werden. Bereits jetzt sei aber erwähnt, dass das Verhältnis V vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 liegt, insbesondere zwischen 0,8 und 1,2. Beispielsweise kann es bei 1,0 liegen. Auch sollte der Prozentsatz P zwischen 100% und 200 % liegen, vorzugsweise zwischen 130 % und 200 %.
In einem Schritt S3 ermittelt die Steuereinrichtung 5 anhand der Folge von Steuerbefehlen SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n, ob und gegebenenfalls an welchen Stellen P1, P2 die Kontur K Krümmungssprünge aufweist. Gemäß dem Beispiel von 4 sind dies die Stellen P1 und P2. Denn von der Stelle P1 bis zur Stelle P2 beschreibt die Kontur K einen Viertelkreis, während sie davor und dahinter linear verläuft. Der Einfachheit halber ist dabei angenommen, dass die Kontur K vor dem Viertel kreis parallel zur Richtung x der Vorschubachse 6 verläuft, nach dem Viertelkreis parallel zur Richtung y der Vorschubachse 7.
Die Kontur K sollte vom Werkzeug 3 vorzugsweise mit einer konstanten Verfahrgeschwindigkeit v abgefahren werden. Wie aus 5 ersichtlich ist, ist daher vor einem Zeitpunkt t₁ eine Verstellgeschwindigkeit v_x der Vorschubachse 6 konstant und hat den Wert der Verfahrgeschwindigkeit v. Ab dem Zeitpunkt t₁ bis zu einem Zeitpunkt t₂ wird dann vom Werkzeug 3 der Viertelkreis abgefahren. Die Verstellgeschwindigkeit v_x sinkt daher sinusförmig auf Null ab. Hiermit korrespondierend steigt eine Verstellgeschwindigkeit v_y der anderen Vorschubachse 7 sinusförmig von Null an, bis sie den Wert der Verfahrgeschwindigkeit v erreicht. Ab dem Zeitpunkt t₂ bleibt die Verstellgeschwindigkeit v_y der zweiten Vorschubachse 7 dann konstant auf dem Wert v. Diese in Verbindung mit 5 beschriebene Vorgehensweise ist durch die Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n festgelegt.
Gemäß 5 soll erfindungsgemäß die Rundachse 8 vor und nach dem Zeitpunkt t₁ beschleunigt werden. Wie aus 5 ersichtlich ist, wird dazu eine Winkelbeschleunigung α innerhalb eines Zeitraums T₁ stetig von Null auf einen Maximalwert α₀ erhöht und dann wieder auf Null abgesenkt. Der Verlauf der Winkelbeschleunigung α ist dabei vorzugsweise symmetrisch zum Maximalwert α₀. Beispielsweise kann der Verlauf der Winkelbeschleunigung a eine Parabel oder eine Halbwelle einer Sinusschwingung beschreiben. Vorzugsweise wird dabei ferner der Maximalwert α₀ der Winkelbeschleunigung α zum Zeitpunkt t₁ erreicht.
Der Maximalwert α₀ der Winkelbeschleunigung α entspricht vorzugsweise der maximalen Dynamik D der Rundachse 8. Gegebenenfalls kann er auch geringfügig kleiner sein. In Verbindung mit dem parabel- bzw. sinusförmigen Verlauf der Winkelbeschleunigung α liegt daher der Zeitraum T₁ zwischen 100% und 200 % eines Minimalzeitraums T_M, der durch den ermittelten Krümmungssprung und die maximale Dynamik D der Rundachse 8 bestimmt ist.
Entsprechend dem Verlauf der Winkelbeschleunigung α nimmt der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit ω der Rundachse 8 daher vor und nach dem Krümmungssprung den in 5 ebenfalls mit dargestellten Verlauf an.
Gemäß 3 wird daher in einem Schritt S4 zunächst die Stelle P1 des ersten Krümmungssprungs selektiert. Für diesen Krümmungssprung werden dann von der Steuereinrichtung 5 in einem Schritt S5 Folgebefehle FB1 bis FBn für die nachzuführende Rundachse 8 ermittelt. Die Ermittlung der Folgebefehle FB1 bis FBn erfolgt dabei anhand des in Verbindung mit 5 beschriebenen Verlaufs der Winkelbeschleunigung α und/oder anhand des Verlaufs der in Verbindung mit 5 beschriebenen Winkelgeschwindigkeit ω. Die Folgebefehle FB1 bis FBn werden von der Steuereinrichtung 5 also derart ermittelt, dass bereits vor dem Krümmungssprung mit dem Beschleunigen der Rundachse 8 begonnen wird und das Beschleunigen der Rundachse 8 erst nach dem Krümmungssprung beendet wird.
Auf Grund der Wahl des Maximalwerts α₀ der Winkelbeschleunigung α (ca. maximale Dynamik D) und des zeitlichen Verlaufs der Winkelbeschleunigung α (sinus- oder parabelförmig) liegt dabei ferner der korrespondierende Zeitraum T₁ zwischen P = 100% und 200 % des Minimalzeitraums T_M, der zum Beschleunigen der Rundachse 8 minimal erforderlich ist. Der Minimalzeitraum T_M ist dabei dadurch bestimmt, dass die Rundachse 8 während des Minimalzeitraums T_M konstant mit der maximalen Dynamik D der Rundachse 8 beschleunigt wird und die sich daraus ergebende Änderung der Winkelgeschwindigkeit ω dem Krümmungssprung entspricht.
Durch die oben stehend beschriebene Art der Ermittlung ist dabei weiterhin gewährleistet, dass die Steuereinrichtung 5 die Folgebefehle FB1 bis FBn derart ermittelt, dass die Winkelbeschleunigung α der Rundachse 8 stetig ist.
Im Idealfall würde die Rundachse 8 vor und nach dem Zeitpunkt t₁ gar nicht beschleunigt werden, während sie zum Zeitpunkt t₁ in Form eines Dirac-Stoßes beschleunigt würde. Könnten derartige Folgebefehle realisiert werden, stellten diese Befehle Idealbefehle für die Beschleunigung α der Rundachse 8 dar. Derartige Idealbefehle sind jedoch nicht realisierbar. Durch die konkret beschriebene Art der Ermittlung der Folgebefehle FB1 bis FBn ist aber gewährleistet, dass das Integral der Abweichung der Folgebefehle FB1 bis FBn von den Idealbefehlen vor bzw. nach dem Krümmungssprung – in 5 mit I₁ und I₂ bezeichnet – im Verhältnis V = 1 zueinander stehen.
Wie obenstehend in Verbindung dem Schritt S1 erwähnt, kann der Steuereinrichtung 5 nicht nur die maximale Dynamik D der Rundachse 8 vorgegeben werden. Vielmehr können auch das Verhältnis V und der Prozentsatz P vorgegeben werden. Das Verhältnis V kann beispielsweise bei der Ermittlung der Folgebefehle FB1 bis FBn dadurch eingestellt werden, dass der Verlauf der Winkelbeschleunigung α nicht symmetrisch zum Zeitpunkt t₁ angeordnet ist, sondern zeitlich etwas vorgezogen oder verzögert wird. Im Bereich oberhalb von 150% kann der Prozentsatz P beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass der Maximalwert α₀ der Winkelbeschleunigung α unter die maximale Dynamik D der Rundachse 8 abgesenkt wird. Im Bereich zwischen 100% und 150% ist es beispielsweise möglich, den Verlauf der Winkelbeschleunigung α entsprechend zu variieren. Beispielsweise können am Anfang und am Ende des Beschleunigungsverlaufs relativ steile Rampen realisiert werden, während zwischen den Rampen die Winkelbeschleunigung α gleich der maximalen Dynamik D gesetzt wird.
In einem Schritt S6 ermittelt der Rechner 5 sodann anhand der Folgebefehle FB1 bis FBn und der Idealbefehle, welchen Winkelfehler β die Rundachse 8 bei der Ausführung der Folgebe fehle FB1 bis FBn maximal annimmt. Diesen maximalen Winkelfehler β vergleicht der Rechner in einem Schritt S7 mit dem maximal zulässigen Winkelfehler βmax. Übersteigt der Winkelfehler β den maximal zulässigen Winkelfehler βmax, so reduziert der Rechner 5 in einem Schritt S8 die Verfahrgeschwindigkeit v und geht zum Schritt S5 zurück. Anderenfalls verzweigt er zu einem Schritt S9.
Im Schritt S9 wird sodann geprüft, ob noch weitere Krümmungssprünge existieren. Wenn dies der Fall ist, wird in einem Schritt S10 die nächste Stelle mit einem Krümmungssprung, hier die Stelle P2, selektiert und zum Schritt S5 zurück gesprungen. Anderenfalls wird vom Schritt S9 aus zu einem Schritt S11 verzweigt.
Im Schritt S11 wird von der Steuereinrichtung 5 – analog zur Ermittlung der Krümmungssprünge im Schritt S3 – anhand der Folge von Steuerbefehlen SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n ermittelt, ob und gegebenenfalls an welchen Stellen die Kontur K Winkelsprünge aufweist. Gemäß dem Beispiel von 4 ist dies die Stelle P3.
Da auch diese Stelle P3 möglichst mit konstanter Verfahrgeschwindigkeit v abgefahren wird, sinkt gemäß 6 die Verstellgeschwindigkeit v_y zu einem korrespondierenden Zeitpunkt t₃ nahezu sprungartig von dem Wert der Verfahrgeschwindigkeit v auf Null ab, während gleichzeitig die Verstellgeschwindigkeit v_x von Null auf den Wert der Verfahrgeschwindigkeit v ansteigt. Gemäß 6 wird daher die Rundachse 8 während eines Zeitraums T₂ zuerst beschleunigt und unmittelbar darauf dann wieder verzögert. In der Regel ist der zeitliche Verlauf der Winkelbeschleunigung α dabei punktsymmetrisch zum Nulldurchgang der Winkelbeschleunigung α. Meist ist er auch symmetrisch zum Zeitpunkt t₃. Auch ist der Maximalwert α₀ der Winkelbeschleunigung α vorzugsweise gleich der maximalen Dynamik D der Rundachse 8 oder liegt geringfügig darunter. Der zeitliche Verlauf der Winkelbeschleunigung α kann z. B. wie der sinusförmig sein. Alternativ kann er beispielsweise auch eine Parabel dritter Ordnung oder eine andere punktsymmetrische Kurve sein.
Die Winkelgeschwindigkeit ω der Rundachse 8 nimmt daher den ebenfalls in 6 dargestellten zeitlichen Verlauf an. Ersichtlich wird also auch bei Winkelsprüngen mit dem Beschleunigen der Rundachse 8 bereits vor dem Winkelsprung begonnen und das Beschleunigen der Rundachse 8 erst nach dem Winkelsprung beendet.
Analog zur Vorgehensweise bei Krümmungssprüngen wird in einem Schritt S12 zunächst die erste Stelle mit einem derartigen Winkelsprung selektiert. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4 ist dies die Stelle P3. Für die selektierte Stelle P3 werden in einem Schritt S13 entsprechend dem in 6 dargestellten Verlauf der Winkelbeschleunigung α bzw. der Winkelgeschwindigkeit ω die Folgebefehle FB1 bis FBn ermittelt.
Die Vorgehensweise bei einem Winkelsprung ist dabei völlig analog zur Vorgehensweise bei einem Krümmungssprung, so dass nachfolgend von Detailerläuterungen abgesehen wird.
Auch hier wird wieder in einem Schritt S14 der Winkelfehler β ermittelt, den die Rundachse 8 bei der Ausführung der Folgebefehle FB1 bis FBn maximal annimmt. Auch wird wieder in einem Schritt S15 überprüft, ob der maximal zulässige Winkelfehler βmax überschritten wird. Gegebenenfalls wird wieder in einem Schritt S16 die Verfahrgeschwindigkeit v reduziert und erneut der Schritt S13 durchlaufen.
Anderenfalls wird in einem Schritt S17 überprüft, ob noch weitere Stellen mit Winkelsprüngen abzuarbeiten sind. Wenn dies der Fall ist, wird in einem Schritt S18 die nächste Stelle mit einem Winkelsprung selektiert und zum Schritt S13 zurück gesprungen. Anderenfalls wird mit einem Schritt S19 fortgefahren, in dem die Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n und die Folgebefehle FB1 bis FBn von der Steuereinrichtung 5 im Steuerprogramm 9 hinterlegt werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Anpassungsverfahrens kann daher auf einfache Weise erreicht werden, dass die Rundachse 8 der Kontur K erheblich besser folgen kann als im Stand der Technik. Das erfindungsgemäße Anpassungsverfahren ist aber noch erweiterbar. Insbesondere ist es nämlich möglich, dass ein wirksamer Angriffspunkt 16 der Werkzeugkante 4 nicht auf der Rundachse 8 liegt, sondern einen Abstand a von dieser Achse 8 aufweist. Dies ist aus 1 ersichtlich.
Wenn der Angriffspunkt 16 den Abstand a von der Rundachse 8 aufweist, ändert sich beim Verdrehen der Rundachse 8 nicht nur der Winkel, unter dem die Werkzeugkante 4 in der xy-Ebene verläuft. Vielmehr verschiebt sich in diesem Fall auch der Angriffspunkt 16 relativ zum Werkstück 10. Die Verschiebung ist dabei durch die derzeitige Orientierung der Rundachse 8, den Winkel, um den die Rundachse 8 gedreht wird, und den Abstand a des Angriffspunkts 16 von der Rundachse 8 bestimmt. Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung 5 in einem derartigen Fall daher in einem Schritt S14 anhand der Folgebefehle FB1 bis FBn in Verbindung mit dem Abstand a Vorschubkorrekturwerte K11 bis K1n, K21 bis K2n für die Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n. Bei der Ausführung der Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n werden dann die Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n um die Vorschubkorrekturwerte K11 bis K1n, K21 bis K2n korrigiert.
Gemäß den 2 und 3 werden die Vorschubkorrekturwerte K11 bis K1n, K21 bis K2n in einem Schritt S21 als eigene Werte im Steuerprogramm 9 hinterlegt. Sie werden in diesem Fall von der Steuereinrichtung 5 bei der Ausführung der Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n korrigierend berücksichtigt. Alternativ wäre es aber auch möglich, sofort entsprechend korrigierte Steuerbefehle zu ermitteln und im Steuerprogramm 9 zu hinterlegen. Zur Klarstellung sei dabei erwähnt, dass die Folgebefehle FB1 bis FBn unverändert bleiben. Diese werden also anhand der ursprünglichen Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n ermittelt.
Weiterhin ist es möglich, vor den Schritten S5 und 510 Schritte S22 und S23 einzufügen. In den Schritten S22 und S23 ändert die Steuereinrichtung 5 die Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n derart ab, dass die dann abgeänderten Steuerbefehle SB11' bis SB1n', SB21' bis SB2n' eine entsprechend abgeänderte Kontur K' definieren. Die abgeänderte Kontur K' weicht von der ursprünglichen Kontur K jedoch maximal um die Toleranzschranke T ab. Die abgeänderte Kontur K' wird dabei derart bestimmt, dass gleichzeitig (beim Schritt S22) der Krümmungssprung bzw. (beim Schritt S23) der Winkelsprung reduziert bzw. im Extremfall sogar eliminiert wird.
Wenn die Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n im Rahmen der Schritt S22 und S23 geändert werden, müssen selbstverständlich im Rahmen des Schrittes S21 nicht die ursprünglichen Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n, sondern die geänderten Steuerbefehle SB11' bis SB1n', SB21' bis SB2n' im Steuerprogramm 9 hinterlegt werden.
Im Falle des Vorhandenseins der Schritte S22 und S23 werden ferner die geänderten Steuerbefehle SB11' bis SB2n', SB21' bis SB2n' zur Ermittlung der Folgebefehle FB1 bis FBn heran gezogen.
Das Ermitteln der geänderten Steuerbefehle SB11' bis SB1n', SB21' bis SB2n' wird nachstehend in Verbindung mit 7 nochmals erläutert. 7 zeigt dabei exemplarisch den Bereich der Kontur K um die Stelle P1 herum. Die durchgezogene Linie in 7 zeigt den Idealverlauf der Kontur K, wie er durch die ursprünglichen Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n definiert ist. Die strichpunktierten Linien in 7 bilden ein Toleranzband um die Kontur K, das auf beiden Sei ten der Kontur K verläuft und von der Kontur K um die Toleranzschranke T beabstandet ist.
Es werden nun z. B. die Steuerbefehle SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n vor und nach der Stelle P1 abgeändert. Auf Grund der entsprechend abgeänderten Steuerbefehle SB11' bis SB1n', SB21' bis SB2n' wird die geänderte Kontur K' abgefahren. Die geänderte Kontur K' ist in 7 gestrichelt dargestellt.
Wie aus 7 ohne Weiteres ersichtlich ist, weicht die geänderte Kontur K' von der ursprünglichen Kontur K maximal um die Toleranzschranke T ab. Gleichzeitig kann aber der Krümmungssprung reduziert werden. Bei einem kleinen Krümmungssprung ist es sogar möglich, diesen vollständig zu eliminieren.
In ebensolcher Weise kann auch, bei einem Winkelsprung dieser reduziert, eventuell sogar vollständig eliminiert werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Anpassungsverfahrens lässt sich somit eine deutlich bessere Nachführung der Rundachse 8 erreichen. Ein maximaler Winkelfehler der Rundachse 8 liegt typischerweise zwischen 10% und 50 % des Winkelfehlers bei einem üblichen Verfahren des Standes der Technik. Ferner ist die Rundachse 8 stabiler ansteuerbar. Der Programmieraufwand zum Erstellen des Computerprogramms 12 ist hingegen vernachlässigbar.

Claims

Rechnergestütztes Anpassungsverfahren für ein Anwenderprogramm (14) für eine Werkzeugmaschine (1), das eine Folge von Steuerbefehlen (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2) für Vorschubachsen (6, 7) der Werkzeugmaschine (1) umfasst, die eine von einem Werkzeug (3) relativ zu einem Werkstück (10) abzufahrende Kontur (K) definieren, – wobei der Rechner (5) anhand der Folge von Steuerbefehlen (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n) Folgebefehle (FB1 bis FBn) für eine entsprechend der Kontur (K) nachzuführende Rundachse (8) der Werkzeugmaschine (1) ermittelt, – wobei der Rechner (5) anhand der Folge von Steuerbefehlen (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n) ermittelt, ob und gegebenenfalls an welchen Stellen (P1, P2, P3) die Kontur (K) Winkel- oder Krümmungssprünge aufweist, – wobei der Rechner (5) im Falle eines Winkel- bzw. Krümmungssprungs die Folgebefehle (FB1 bis FBn) derart ermittelt, dass bei der Ausführung der Steuer- und der Folgebefehle (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2, FB1 bis FBn) bereits vor dem Winkel- bzw. Krümmungssprung mit dem Beschleunigen der Rundachse (8) begonnen wird und das Beschleunigen der Rundachse (8) erst nach dem Winkel- bzw. Krümmungssprung beendet wird.
Anpassungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (5) anhand der Folgebefehle (FB1 bis FBn) in Verbindung mit einem Abstand (a) eines Angriffspunkts (16) des Werkzeugs (3) von der Rundachse (8) Vorschubkorrekturwerte (K11 bis K1n, K21 bis K2n) ermittelt, so dass die Steuerbefehle (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n) bei deren Ausführung um die Vorschubkorrekturwerte (K11 bis K1n, K21 bis K2n) korrigiert werden.
Anpassungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kontur (K) Idealbefehle für die Rundachse (8) bestimmbar sind und dass der Rechner (5) die Folgebefehle (FB1 bis FBn) derart ermittelt, dass das Integral der Abweichung der Folgebefehle (FB1 bis FBn) von den Idealbefehlen vor dem Winkel- bzw. Krümmungssprung und das Integral der Abweichung der Folgebefehle (FB1 bis FBn) von den Idealbefehlen nach dem Winkel- bzw. Krümmungssprung betragsmäßig in einem vorbestimmten Verhältnis (V) zueinander stehen.
Anpassungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (V) zwischen 0,5 und 2,0 liegt, insbesondere zwischen 0,8 und 1,2.
Anpassungsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (V) dem Rechner (5) von einem Anwender (15) vorgegeben wird.
Anpassungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (5) bei einem Winkel- bzw. Krümmungssprung die Folgebefehle (FB1 bis FBn) derart ermittelt, dass das Nachführen der Rundachse (8) entsprechend dem ermittelten Winkel- bzw. Krümmungssprung während eines Zeitraums (T₁, T₂) erfolgt, der zwischen 100% und 200 % eines Minimalzeitraums (T_M) liegt, der durch den ermittelten Winkel- bzw. Krümmungssprung und eine maximale Dynamik (D) der Rundachse (8) bestimmt ist.
Anpassungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (5) die Folgebefehle (FB1 bis FBn) derart ermittelt, dass die Winkelbeschleunigung (α) der Rundachse (8) stetig ist.
Anpassungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozentsatz (P) und/oder die maximale Dynamik (D) dem Rechner (5) von einem Anwender (15) vorgegeben werden.
Anpassungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (5) im Falle eines Winkel- bzw. Krümmungssprungs vor der Ermittlung der Folgebefehle (FB1 bis FBn) die Steuerbefehle (SB11 bis SB1n, SB21 bis SB2n) derart abändert, dass eine durch die geänderten Steuerbefehle (SB11' bis SB1n', SB21' bis SB2n') definierte Kontur (K') von der ursprünglichen Kontur (K) maximal um eine Toleranzschranke (T) abweicht und gleichzeitig der Winkel- bzw. Krümmungssprung reduziert bzw. eliminiert wird.
Anpassungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzschranke (T) dem Rechner (5) von einem Anwender (15) vorgegeben wird.
Anpassungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kontur (K) Idealbefehle für die Rundachse (8) ermittelbar sind, dass der Rechner (5) anhand der Folgebefehle (FB1 bis FBn) und der Idealbefehle einen von der Rundachse (8) bei der Ausführung der Folgebefehle (FB1 bis FBn) maximal angenommenen Winkelfehler (β) ermittelt und dass der Rechner (5) eine Verfahrgeschwindigkeit (v) des Werkzeugs (3) relativ zum Werkstück (10) reduziert, wenn der maximal angenommene Winkelfehler (β) einen maximal zulässigen Winkelfehler (βmax) übersteigt.
Anpassungsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zulässige Winkelfehler (βmax) dem Rechner (5) von einem Anwender (15) vorgegeben wird.
Rechner mit einem Programmspeicher (13), in dem ein Computerprogramm (12) hinterlegt ist, so dass nach Aufruf des Computerprogramms (12) von dem Rechner ein Anpassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgeführt wird.
Rechner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er als Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine (1) ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine mit einer Steuereinrichtung (5) nach Anspruch 14.