DE19634145A1 - Arbeitsbereich-Beschränkungsverfahren bei einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Arbeitsbereich-Beschränkungsverfahren bei einer Werkzeugmaschine

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschränken des Arbeitsbereichs bzw. Arbeitsraums einer CNC-Werkzeugmaschine (computerized numerical control -Werkzeugmaschine).
Im allgemeinen wird der Arbeitsbereich einer CNC- Werkzeugmaschine durch technische Daten der Werkzeugmaschine bestimmt. Wenn sich ein Werkzeug der Werkzeugmaschine jenseits des Arbeitsbereichs befindet, kann eine mechanische Beschädigung auftreten, die durch einen Aufprall auf z. B. eine Kugelumlaufspindel eines Arbeitstisches verursacht wird, so daß die Grenzen des Arbeitsbereiches wichtig sind. Um den Arbeitsbereich zu beschränken, wurden Grenzschalter an den Grenzen des Arbeitsbereiches befestigt.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines konventionellen Verfahrens zum Begrenzen des Arbeitsbereichs einer Werkzeugmaschine. Wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, ist eine Vielzahl von Grenzschaltern S1, S2, S3 und S4 um die Umgrenzung eines Arbeitsbereichs eines Arbeitstisches 1 herum angeordnet. Die Grenzschalter sind zum Erfassen von Mitnehmern 2, die sich entsprechend der Bewegung des Werkzeuges (nicht dargestellt) bewegen. Wenn ein Mitnehmer 2 durch den Grenzschalter S1, S2, S3 oder S4 erfaßt wird, steuert eine Hauptsteuereinrichtung (nicht dargestellt) einen Nachlaufregler (nicht dargestellt) so, daß ein Impulsbreiten-Modulationssignal (PWM-Signal) beendet wird und gleichzeitig Widerstandsbremsen (nicht dargestellt) betätigt werden. Dementsprechend wird das Werkzeug gestoppt, da der Servomotor zum Versetzen des Werkzeuges aufhört zu laufen. Da die Bremsstrecke des Werkzeuges kürzer als die Länge D1 des Mitnehmers 2 ist, kann das Werkzeug hier sicher angehalten werden. Die Länge D1 in einer Bewegungsrichtung des Mitnehmers 2 liegt typischerweise zwischen 30 und 100 mm.
Jedoch weist ein solches konventionelles Verfahren zum Beschränken des Arbeitsbereiches die nachfolgenden Probleme auf.
Erstens ist es schwierig die Grenzen des Arbeitsbereiches zu ändern, da der Arbeitsbereich entsprechend den Befestigungsstellen der Grenzschalter S1, S2, S3 und S4 bestimmt wird. Fig. 5 stellt ein Beispiel eines Arbeitsbereiches 4 dar, der durch eine Hardware gesetzt wird und sich von dem Arbeitsbereich 3 unterscheidet, der tatsächlich erforderlich ist. Entsprechend dem konventionellen Arbeitsbereich-Beschränkungsverfahren erscheint der durch Hardware gesetzte Arbeitsbereich 4 größer als der tatsächlich erforderliche Arbeitsbereich 3, da es sehr schwierig ist, den durch Hardware gesetzten Arbeitsbereich 4 zu ändern. Demzufolge kann die konventionelle CNC-Werkzeugmaschine keine schnellere und genauere Steuerung durchführen.
Zweitens kann das Werkzeugmaschinensystem einen Stoß erfahren, da das Werkzeug mit Hilfe der Widerstandsbremsen abrupt angehalten wird, wenn einer der Mitnehmer 2 durch den Schalter S1, S2, S3 oder S4 erfaßt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschränken eines Arbeitsbereichs einer CNC- Werkzeugmaschine mit Hilfe von Software vorzusehen.
Die vorstehende Aufgabe wird gemäß der Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5.
Somit kann mit Hilfe dieses Verfahrens der Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine durch Software so gesteuert werden, daß eine genaue numerische Steuerung kontinuierlich durchgeführt werden kann, ohne daß ein Stoß auf das System einwirkt.
Ein Ausführungsbeispiel wird beispielsweise nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines CNC- Steuersystems zum Erläutern eines Verfahrens zum Beschränken eines Arbeitsbereiches einer Werkzeugmaschine;
Fig. 2A-2B Kurven zum Erläutern der Beschleunigungs-/ Verzögerungs-Funktion, die in einer Unterbrechungsroutine der Fig. 1 eingeschlossen ist;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern des Algorithmus der Unterbrechungsroutine der Fig. 1;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines konventionellen Verfahrens zum Beschränken des Arbeitsbereichs in einer Werkzeugmaschine; und
Fig. 5 eine Verdeutlichung eines Falls, bei dem der Arbeitsbereich, der durch Hardware gesetzt wird, sich von dem Arbeitsbereich unterscheidet, der tatsächlich erforderlich ist.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist bei einem CNC-System eine Hauptsteuereinrichtung 5 einen Interpreter 6 und eine Unterbrechungsroutine 7 in einer Firmware auf. Verschiedene Parameter, die durch einen Anwender einer Werkzeugmaschine gesetzt werden, wie die Grenzen eines Arbeitsbereichs bzw. Arbeitsraums, eine Ruhelage bzw. -position des Werkzeuges und eine Bezugsgeschwindigkeit werden mit Hilfe des Interpreters 6 in vorbestimmte Daten umgewandelt und der Unterbrechungsroutine 7 eingegeben. In einem Lage­ Steuerschritt überträgt ein Nachlaufregler bzw. eine Servosteuereinrichtung 8 periodisch ein Interrupt- bzw. Unterbrechungssignal zur Hauptsteuereinrichtung 5. Im allgemeinen werden Unterbrechungssignale in Intervallen in einem Bereich zwischen 8 msec bis 16 msec übertragen. Entsprechend wird die Unterbrechungsroutine 7 in der Hauptsteuereinrichtung 5 durchgeführt und die Hauptsteuereinrichtung 5 überträgt periodisch Zielpositionsdaten bzw. Ziellagedaten von der Unterbrechungsroutine 7 zur Servosteuereinrichtung 8. Die Servosteuereinrichtung 8 steuert einen Stell- bzw. Servomotor (nicht dargestellt), um dadurch das Werkzeug zu einer vorbestimmten Ruhelage zu versetzen bzw. transportieren.
Fig. 2A ist eine Kurve, die eine Bezugszeit tR hinsichtlich einer Bezugsgeschwindigkeit VR, die durch den Anwender eingegeben wird, darstellt. Hier stellt die rechteckige Fläche unter der Kurve das Produkt aus der eingestellten Bezugsgeschwindigkeit V₁ und der zugehörigen Bezugszeit t₂, d. h., die Bewegungsstrecke des Werkzeugs zu den Ruhelagen dar, die durch den Anwender eingestellt bzw. gesetzt sind. Wenn die Unterbrechungsroutine 7 der Fig. 1 periodisch Ziellagedaten zur Servosteuereinrichtung 8 der Fig. 1 gemäß der Kurve der Fig. 2A überträgt, kann ein Stoß auf einen Mechanismus der Werkzeugmaschine auftreten. Um irgendwelche plötzlichen Stöße zu verhindern, gibt die Unterbrechungsroutine 7 der Fig. 1 demzufolge eine vorbestimmte Beschleunigungs-/Verzögerungs-Zeitkonstante zu der Kurve der Fig. 2A so wieder, daß die Servosteuereinrichtung 8 der Fig. 1 die Lagedaten periodisch überträgt.
Fig. 2B ist eine Kurve, die eine Fahrtzeit td hinsichtlich einer Fahrgeschwindigkeit VD anzeigt, die die vorbestimmte Beschleunigungs-/Verzögerungs-Zeitkonstante wiedergibt bzw. darstellt. Es wird angemerkt, daß in Fig. 2B die Beschleunigungs- und Verzögerungs-Korrekturwerte auf einen Abschnitt von einem Versetzungs- bzw. Transport-Startpunkt t₀ bis t₁ bzw. von t₂ zu einem Endpunkt t₃ angewendet sind. Die Unterbrechungsroutine 7 überträgt die Lagedaten periodisch zur Servosteuereinrichtung 8, wie dies in der Kurve 2B dargestellt ist. Wenn z. B. ein Befehl zum langsamen Anlaufenlassen in eine CNC-Drehmaschine übertragen wird, wird sie mit einer konstanten Rate bzw. einem konstanten Verhältnis von einem Startpunkt zur vorstehend genannten Fahrgeschwindigkeit beschleunigt und von einem vorbestimmten Bremspunkt zu einem Ruhepunkt mit einer konstanten Rate verzögert. Da die rechteckige Fläche unter der Kurve der Fig. 2A die gleiche wie bei der trapezförmigen Fläche unter der Kurve der Fig. 2B ist, sind der durch den Anwender gesetzte Ruhepunkt und der tatsächliche Haltepunkt gleich.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, prüft die Hauptsteuereinrichtung 5 nach dem Start bei einem Schritt 51 zuerst, ob ein Interrupt- bzw. Unterbrechungssignal von der Servosteuereinrichtung 8 der Fig. 1 vorliegt. Wenn das Unterbrechungssignal eingegeben wird, wird beim Schritt 52 ein Zielversetzungslage-Datenwert Eingabewert(t) berechnet, d. h., das Werkzeug wird während einer entsprechenden Interrupt- bzw. Unterbrechungsdauer versetzt. Dann wird bei einem Schritt 53 ein Ausgangslage-Datenwert Ausgangswert(t) durch Multiplizieren des Zielversetzungslage-Datenwertes Eingangswert(t) mit einer Beschleunigungs-/Verzögerungs- Zeitkonstante AD(t) einer zugehörigen Unterbrechungsdauer erhalten. Als nächstes wird bei einem Schritt 54 ein Summations- bzw. Akkumulationswert ΣAusgangswert(t) der Ausgangslagedaten von einem Summations- bzw. Akkumulationswert ΣEingangswert(t) der Daten der Zielversetzungslage subtrahiert und das Subtraktionsergebnis ΣEingangswert(t) - ΣAusgangswert(t) wird zum momentanen Lagedatenwert X(t) addiert, um einen Stillstandslage-Datenwert Y(t) zu erhalten. D. h., Y(t) = ΣEingangswert(t) - ΣAusgangswert(t) + X(t). Bei einem Schritt 55 wird der Stillstandslage-Datenwert Y(t) mit dem vorbestimmten Grenzlage-Datenwert Pb verglichen. Falls Y(t) nicht größer als das vorbestimmte Pb ist, wird bei einem Schritt 56 der Ausgangswert(t) zur Servosteuereinrichtung 8 der Fig. 1 übertragen. Falls sich herausstellt, daß Y(t) größer als das vorbestimmte Pb ist, wird bei einem Schritt 57 ein vorbestimmtes Alarm- bzw. Warnsignal erzeugt und gleichzeitig wird ein vorbestimmter Korrekturdatenwert zur Servosteuereinrichtung 8 übertragen. Folglich kann der Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine mit Hilfe von Software durch das Durchführen des Algorithmus der Unterbrechungsroutine gesteuert werden. So kann eine genaue numerische Steuerung kontinuierlich durchgeführt werden, ohne daß dem System ein körperlicher Stoß versetzt wird.
Eine Beschränkung auf das vorstehende Ausführungsbeispiel ist nicht beabsichtigt. Zum Beispiel ist der vorstehende Algorithmus Y(t) = ΣEingangswert(t) - ΣAusgangswert(t) + X(t) zum Erhalten des Stillstandslage-Datenwertes Y(t) für das langsame Anlaufenlassen (Jog-Funktionsweise) einer Versetzung bzw. eines Transportes bei einer CNC- Drehmaschine geeignet. Bei einer Versetzung mit Hilfe eines Handrades, einer zunehmenden bzw. inkrementiellen Versetzung oder einer Versetzung zurück zur Anfangslage, kann der Algorithmus angewendet werden, der als Y(t) = f(Y(Θ)), Y(Θ) = ΣΘEingangswert(t) - ΣΘAusgangswert(t) + X(Θ) ausgedrückt werden kann. Hier stellt Y(t) den Stillstandslage-Datenwert dar; Y(Θ) ist ein Stillstandslage-Datenwert, der abhängig von einem vorbestimmten Parameter wiedergegeben wird; ΘEingangswert(t) ist ein Zielpositions- bzw. Ziellage-Datenwert zum Versetzen des Werkzeugs während einer zugehörigen Unterbrechungsdauer, der durch den Parameter wiedergegeben wird; ΘAusgangswert(t) ist ein Ausgangslage-Datenwert, der durch Multiplizieren von ΘEingangswert(t) mit einer Beschleunigungs-/Verzögerungs-Zeitkonstanten einer zugehörigen Unterbrechungsdauer multipliziert wird; und X(Θ) ist der momentane Lagedatenwert, der durch den Parameter wiedergegeben wird. Der Parameter ist hier beispielsweise der Winkel Θ, um den das Handrad gedreht wird.
Vorstehend ist unter Datenwert z. B. auch ein mehrdimensionaler Koordinatenwert zu verstehen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Beschränken eines Arbeitsbereichs (3) einer Werkzeugmaschine, bei der eine Servosteuereinrichtung (8) zum Versetzen eines Werkzeugs periodisch ein Unterbrechungssignal für eine Hauptsteuereinrichtung (5) erzeugt und die Hauptsteuereinrichtung (5) Lagedaten gemäß einem Algorithmus einer eingebauten Unterbrechungsroutine (7) periodisch zu der Servosteuereinrichtung (8) übermittelt, wobei der Algorithmus der Unterbrechungsroutine (7) die Schritte aufweist:
Erhalten eines Stillstandslage-Datenwertes Y(t) durch Subtrahieren eines Akkumulationswertes ΣAusgangswert(t) von Ausgangslagedaten Ausgangswert(t), die eine vorbestimmte Beschleunigungs-/Verzögerungs-Zeitkonstante wiedergeben, von einem Akkumulationswert ΣEingangswert(t) von Ziellagedaten Eingangswert(t) für jede zugehörige Unterbrechungsdauer, wenn das Unterbrechungssignal von der Servosteuereinrichtung (8) eingegeben wird, und Addieren des Subtraktionsergebnisses ΣEingangswert(t) - ΣAusgangswert(t) zum momentanen Lagedatenwert X(t); und
Übermitteln eines vorbestimmten Steuerdatenwertes nach dem Vergleichen des Stillstandslage-Datenwertes Y(t) mit einem vorbestimmten Grenzlage-Datenwert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Erhalten des Stillstandslage­ Datenwertes die Schritte aufweist:
Erhalten des Ziellage-Datenwertes Eingangswert(t), wenn das Unterbrechungssignal von der Servosteuereinrichtung (8) eingegeben wird;
Erhalten des Ausgangslage-Datenwertes Ausgangswert(t) durch Multiplizieren des Ziellage-Datenwertes Eingangswert(t) mit der Beschleunigungs-/Verzögerungs- Zeitkonstante; und
Erhalten des Stillstandslage-Datenwertes Y(t) durch Subtrahieren des Akkumulationswertes ΣAusgangswert(t) der Ausgangslagedaten Ausgangswert(t) von dem Akkumulationswert ΣEingangswert(t) der Ziellage-Datenwerte Eingangswert(t) und Addieren des Subtraktionsergebnisses ΣEingangswert(t) - ΣAusgangswert(t) zu dem Datenwert X(t) für die momentane Lage.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steuerdaten-Übermittlungsschritt aufweist die Schritte:
Vergleichen des Stillstandslage-Datenwertes Y(t) mit einem Grenzlage-Datenwert; und
falls Y(t) kleiner oder gleich dem Grenzlage-Datenwert ist, Übermitteln von Ausgangswert(t) zu der Servosteuereinrichtung (8); und
falls Y(t) größer als der Grenzlage-Datenwert ist, Erzeugen eines vorbestimmten Alarmsignals und gleichzeitiges Übermitteln von Korrekturdaten zu der Servosteuereinrichtung (8).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werte mehrdimensionale Größen darstellen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Berechnung anstelle zeitabhängiger Werte winkelabhängige Werte herangezogen werden.
DE19634145A 1995-08-24 1996-08-23 Arbeitsbereich-Beschränkungsverfahren bei einer Werkzeugmaschine Withdrawn DE19634145A1 (de)

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