DE2131079A1 - Adaptively controlled machine tool with automatic tool changing device - Google Patents
Adaptively controlled machine tool with automatic tool changing deviceInfo
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- G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
- G05B19/4163—Adaptive control of feed or cutting velocity
Description
DiPL-ING. KLAUS· NEUBECKER 9 1 Ί 1 Π 7DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER 9 1 Ί 1 Π 7
Patentanwalt 4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9Patent attorney 4 Düsseldorf 1 Schadowplatz 9
.Düsseldorf, 21. Juni 1971Düsseldorf, June 21, 1971
45-57,072
716045-57,072
7160
Makino Milling Machine Company, Limited Tokio, Japan Makino Milling Machine Company, Limited Tokyo, Japan
Adaptiv gesteuerte Werkzeugmaschine mit automatischer WerkzeugwechseleinrichtungAdaptively controlled machine tool with automatic tool changing device
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung und auf die Steuerung einer Werkzeugmaschine mit Hilfe einer numerischen sowie einer adaptiven Steuereinrichtung. The present invention relates to a numerically controlled Machine tool with an automatic tool changing device and the control of a machine tool with the help of a numerical and an adaptive control device.
Bei herkömmlichen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen müssen die Schneidbedingungen von einem Programmierer im voraus programmiert werden. Diese Schneidbedingungen ergeben sich inhärent aus dem zu schneidenden Material, Form und Art des Werkzeuges sowie Breite und Tiefe des Bearbeitungsschnitts. Jedoch wird die Form der meisten Werkstücke durch die verschiedenen Schnittbreiten, Nuten sowie gekrümmte Begrenzungsflächen kompliziert. In den meisten Fällen ist es daher üblich, die Schneidbedingungen im Programm unter Zugrundelegung angenäherter Durchschnittswerte zu programmieren. Im einem solchen Fall ist es wahrscheinlich, daß der Bearbeitungswirkungsgrad je nach dem Programmierer schwankt. Ferner muß das Programm der numerischen Steuerung geändert werden, wenn die Schneidbedingungen nicht richtig sind. Um geeignete Schneidbedingungen herauszufinden, sind viel Zeit und ein großer Aufwand erforderlich.In conventional numerically controlled machine tools, the cutting conditions are required by a programmer in advance programmed. These cutting conditions inherently result from the material to be cut, the shape and the type of tool as well as the width and depth of the machining cut. However, the shape of most workpieces is determined by the different Cutting widths, grooves and curved boundary surfaces are complicated. In most cases it is therefore customary to set the cutting conditions in the program on the basis of approximate average values to program. In such a case, the machining efficiency is likely to change depending on the Programmer vacillates. Further, the numerical control program must be changed if the cutting conditions are not are correct. To find out suitable cutting conditions are a lot of time and effort is required.
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Andererseits wird bei einer adaptiv gesteuerten Werkzeugmaschine die Schneidbelastung automatisch gemessen, und es werden dann die optimalen Schneidbedingungen für den herrschenden Maschinenzustand automatisch für die Durchführung der Bearbeitung ermittelt, Wie oben erwähnt, weichen jedoch die Schneidbedingungen je nach dem Werkzeug beträchtlich voneinander ab, so daß es schwierig ist, das herkömmliche adaptive Steuerungssystem für eine Werkzeugmaschine einzusetzen, die mit einer Vielzahl von Werkzeugen arbeitet, insbesondere für eine in jüngerer Zeit entwickelte Werkzeugmaschine, bei der der Werkzeugwechsel automatisch erfolgt. On the other hand, in an adaptively controlled machine tool, the cutting load is automatically measured and then the optimal cutting conditions for the prevailing machine condition are automatically determined for the execution of the machining, As mentioned above, however, the cutting conditions differ considerably depending on the tool, making it difficult is to use the conventional adaptive control system for a machine tool that uses a variety of tools works, especially for a recently developed machine tool in which the tool change takes place automatically.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist eine adaptive Steuerung für die einzelnen Werkzeuge durch automatische Berücksichtigung bei den Bedingungen für jedes automatisch gewechselte Werkzeug. Dabei soll die adaptive Steuerung maximal arbeiten, indem je- -■: Is entsprechend einem automatisch gewechselten Werkzeug ein optimales Verhalten eingestellt wird. Gleichzeitig soll dabei der Bearbeitungswirkungsgrad einer Werkzeugmaschine auf sein Maximum angehoben werden.The object of the present invention is an adaptive control for the individual tools by automatically taking into account the conditions for each automatically changed tool. The aim is the adaptive control work a maximum by JE - ■: Is is set according to an automatically exchanged tool optimal performance. At the same time, the machining efficiency of a machine tool should be increased to its maximum.
rösung dieser Aufgabe ist eine adaptiv gesteuerte Werkzeugmaschine mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung sowie einem numerischen Eingangsdatenleser zur Erfassung einer P Werkzeugnummer und einer Arbeitsstrecke zur Bestimmung der Bearbeitungsmaße und einem Belastungsfühler zur Erfassung der Schneidbelastung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Werkzeugdateneingabe zur Erfassung von Werkzeugdaten wie der Werkzeugabmessungen und der Auswertungsfunktion entsprechend den einzelnen Werkzeugen, einen Werkzeugdatenspeicher zur Speicherung von den Werkzeugnummern entsprechenden Daten, eine Stufe zum Zusammenstellen der Arbeitsbedingungen zur Vorgabe eines adaptiven Steuerverhaltens für die einzelnen Werkzeuge auf der Basis der Werkzeugdaten eines in Gebrauch genommenen Werkzeuges, einen Rechner zur Ermittlung der optimalen Schneidbedingungen für ein bestimmtes adaptives Steuerverhalten in Ab-The solution to this task is an adaptively controlled machine tool with an automatic tool changing device and a numerical input data reader for recording a P Tool number and a work path to determine the machining dimensions and a load sensor for detecting the cutting load, according to the invention, characterized by a tool data input for the acquisition of tool data such as the tool dimensions and the evaluation function accordingly the individual tools, a tool data memory for Storage of data corresponding to the tool numbers, a stage for compiling the working conditions for the specification an adaptive control behavior for the individual tools the basis of the tool data of a tool that has been used, a computer to determine the optimal cutting conditions for a certain adaptive control behavior in dependence
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hängigkeit von einer erfaßten' Schneidbelastung, ferner eine mit dem Werkzeugdatenspeicher in Beziehung stehende Steuereinrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel, so daß automatisch ein adaptives Steuerverhalten entsprechend einem in eine Spindel eingesetzten Werkzeug eingestellt werden kann, wenn entsprechend der Auswahl der einzelnen einzusetzenden Werkzeuge ein automatischer Werkzeugwechsel erfolgt.dependence on a detected 'cutting load, also one with the tool data memory related control device for automatic tool change, so that automatically a adaptive control behavior corresponding to one used in a spindle Tool can be set if an automatic one according to the selection of the individual tools to be used Tool change takes place.
Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is described below together with further features using an exemplary embodiment in conjunction with the associated Drawing explained. In the drawing show:
Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;1 schematically shows a block diagram of an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 2 schematisch eine Situation, die die bei Bearbeitung eines Werkstücks entsprechend der vorliegenden Erfindung auftretenden Verhältnisse erkennen läßt;2 schematically shows a situation which occurs when a workpiece is machined according to the present invention reveals occurring conditions;
Fig. 3 eine in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung arbeitende Werkzeugmaschine;3 shows a machine tool operating in accordance with the present invention;
Fig. 4 ein Diagramm einer Auswertungsfunktion;4 shows a diagram of an evaluation function;
Fig. 5 ein Diagramm, das die Ermittlung der optimalen Bedingungen unter Verwendung der Auswertungsfunktion für ein Werkzeug Nr. I veranschaulicht; und5 is a diagram showing the determination of the optimal conditions using the evaluation function illustrated for a tool # I; and
Fig. 6 ein Diagramm, das die automatische Änderung der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Änderung der Schneidbedingungen wiedergibt.Fig. 6 is a diagram showing the automatic change in the feed rate as a function of the Reflects change in cutting conditions.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Ein Eingangsdatei leser 1 wird von einem numerischen Datenträger (beispielsweise einem Lochstreifen oder einem Magnetband) 2 gespeist und ermittelt dabei eine be-1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of the present invention. An input file reader 1 is used by a numerical data carrier (for example a punched tape or a magnetic tape) 2 and determines a specific
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stimmte Bewegungsstrecke l(mm) sowie ein Werkzeug mit einer bestimmten Nummer I, wie das für die vorgesehene Bearbeitung erforderlich ist. Über eine Ausgangsleitung 3 gelangt ein der Bewegungsstrecke 1 entsprechendes Signal zu einem numerischen Regler 4. Wenn dem numerischen Regler 4 auf die später beschriebene Weise eine Vorschubgeschwindigkeit F und eine Spindeldrehzahl N eingegeben werden, so wird die Bewegungsstrecke 1 in ein auf die Zeit bezogenes Signal umgewandelt und über eine Ausgangsleitung 5 ein Vorschubsignal sowie über eine Ausgangsleitung ein Signal für die Spindeldrehzahl N ausgegeben.correct movement distance l (mm) as well as a tool with a certain Number I, as required for the intended processing. Via an output line 3 one arrives at the Movement distance 1 corresponding signal to a numerical controller 4. If the numerical controller 4 is set to the one described later If a feed rate F and a spindle speed N are entered, the distance of movement 1 is in on the time-related signal is converted and via an output line 5 a feed signal and a signal for the spindle speed N are output via an output line.
Ein Schlittenantrieb 7 sowie ein Spindelantrieb 8 treiben ein Werkstück bzw. eine Spindel S einer Werkzeugmaschine 9 an und erteilen somit der Relativbewegung zwischen einem Werkzeug T1 und dem Werkstück W eine Vorschubgeschwindigkeit pro Schneidkante f und eine Schneiddrehzahl v.A slide drive 7 and a spindle drive 8 drive a workpiece or a spindle S of a machine tool 9 and thus give the relative movement between a tool T 1 and the workpiece W a feed rate per cutting edge f and a cutting speed v.
Ein Positionsdetektor 10 erfaßt die Verschiebung der Werkzeugmaschine 9 und koppelt den dabei erfaßten Wert über eine Ausgangsleitung 11 auf den numerischen Regler 4 zurück.A position detector 10 detects the displacement of the machine tool 9 and feeds the value detected back to the numerical controller 4 via an output line 11.
Andererseits wird der dem Eingangsdatenleser 1 zugeführte Wert für das Werkzeug der Nummer I als Signal über eine Ausgangsleitung 12 an einen Werkzeugdatenspeicher 13 weitergegeben. Der Werkzeugdatenspeicher 13 überträgt ein einer Werkzeugfassung der Nummer Pj, die ein Werkzeug T1 der Werkzeugnummer I enthält, entsprechendes Signal über eine Ausgangsleitung 14 als unter einer Vielzahl weiterer Werkzeugdaten ausgewähltes Signal an eine Steuereinrichtung 15 zum automatischen Werkzeugwechsel. Die Steuereinrichtung 15 überträgt der Position M eines Magazins und der Position C eines Werkzeugaufnahmeblocks entsprechende Signale über eine Ausgangsleitung 17 an eine automatische Werkzeugwechseleinrichtung 18, so daß die Werkzeugfassung mit der Nummer P gewählt wird, wenn über eine Ausgangsleitung 16 des numerischen Reglers 4 eine Werkzeugwechselanweisung gegeben wird. Die automatische Werkzeugwechseleinrichtung 18 bewegt das Magazin und den Werkzeugaufnahmeblock entsprechend der über dieOn the other hand, the value supplied to the input data reader 1 for the tool of number I is passed on as a signal via an output line 12 to a tool data memory 13. The tool data memory 13 transmits a signal corresponding to a tool version of the number Pj, which contains a tool T 1 of the tool number I, via an output line 14 as a signal selected from a large number of other tool data to a control device 15 for automatic tool change. The control device 15 transmits signals corresponding to the position M of a magazine and the position C of a tool holder block via an output line 17 to an automatic tool changing device 18, so that the tool holder with the number P is selected when a tool change instruction is given via an output line 16 of the numerical controller 4 will. The automatic tool changing device 18 moves the magazine and the tool mounting block according to the
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Ausgangsleitung 17 erhaltenen Information, nimmt das Werkzeug T aus der Fassung P1 entfernt ein altes Werkzeug T1. aus der Spindel S und paßt statt dessen das neue Werkzeug T1 ein (vgl. Fig. 3).Output line 17 the information obtained, the tool T increases from the socket P 1 removes an old tool T. 1 from the spindle S and instead fits the new tool T 1 (see. Fig. 3).
Wenn die Werkzeugmaschine 9 ein Werkstück bearbeitet und dabei eine Schnittbelastung L erzeugt wird, so kann diese Schnittbelastung L mittels eines Belastungsfühlers 19 erfaßt und von diesem über eine Ausgangsleitung 20 an einen Signalwandler 21 gegeben werden, der den die Schnittbelastung repräsentierenden Signalwert in ein Signal L umwandelt und über eine Ausgangsleitung 22 an einen Rechner 23 gibt, der zur Ermittlung der optimalen Bedingungen dient.When the machine tool 9 machines a workpiece and a cutting load L is generated in the process, this cutting load can L is detected by means of a load sensor 19 and from this via an output line 20 to a signal converter 21 which converts the signal value representing the cutting load into a signal L and via an output line 22 to a computer 23, which is used to determine the optimal conditions.
Von einem Geber 24 gelieferte Daten, die für die jeweils in der Werkzeugmaschine 9 zu verwendenden Werkzeuge erforderlich sind, speisen eine Werkzeugdateneingabe 25, die den jeweiligen Werkzeugnummern entsprechende Signale über eine Ausgangsleitung 26 an den Werkzeugdatenspeicher 13 abgibt, wo die Daten im voraus gespeichert werden. Wenn der Werkzeugdatenspeicher 13 über die Ausgangsleitung 12 von dem Eingangsdatenleser 1 mit der Werkzeugnummer I beaufschlagt wird, so gibt er verschiedene, der Werkzeugnuramer I entsprechende Werkzeugdaten an eine Stufe 28 zur Zusammenstellung der Arbeitsbedingungen über eine Ausgangsleitung 27 ab. Diese verschiedenen Daten repräsentieren Art und Radius R (mm) des Werkzeugs, maximal für das Werkzeug zulässige Belastung L , eine Auswertungsfunktion ν (mm/min) - g (f) etc.Data supplied by an encoder 24 that are required for the tools to be used in each case in the machine tool 9, feed a tool data input 25, the signals corresponding to the respective tool numbers via an output line 26 to the tool data memory 13, where the data are stored in advance. If the tool data memory 13 via the Output line 12 is acted upon by the input data reader 1 with the tool number I, so there are different, the Tool only I corresponding tool data to a stage 28 for compiling the working conditions via an output line 27 from. These various data represent the type and radius R (mm) of the tool, the maximum permissible for the tool Load L, an evaluation function ν (mm / min) - g (f) etc.
Durch Verwertung verschiedener von der Ausgangsleitung 27 zugeführter Werkzeugdaten sorgt die Stufe 28 in Verbindung mit einer Auswertungsfunktion ν (mm/min) = g (f) und der maximal zulässigen Belastung L für ein adaptives Steuerverhalten und beauf-By utilizing various from the output line 27 supplied Level 28 provides tool data in conjunction with an evaluation function ν (mm / min) = g (f) and the maximum permissible Load L for an adaptive control behavior and
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schlagt entsprechend den Rechner 23 über eine Ausgangsleitungaccordingly beats the computer 23 via an output line
Der Rechner 23 bestimmt die für optimale Schneidverhältnisse maßgeblichen Werte von f und v, angepaßt an ein über die Ausgangs-The computer 23 determines the values of f and v that are decisive for optimal cutting conditions, adapted to a
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leitung 22 zugeführtes Schnittbelastungssignal L auf der Basis der über die Ausgangsleitung 29 ausgeübten adaptiven Steuerbeeinflussung, berechnet eine Vorschubgeschwindigkeit F und eine Spindeldrehzahl N und liefert diese Werte dann über eine Ausgangsleitung 30 an den numerischen Regler 4.cutting load signal L fed to line 22 on the basis of the adaptive control influence exerted via output line 29, calculates a feed rate F and a spindle speed N and then supplies these values via an output line 30 to numeric controller 4.
Wenn daher die Daten für die Bewegungsstrecke 1 und die Werkzeugnummer I von dem numerischen Datenträger 2 zugeführt werden, so wird durch automatische Auswahl von Werkzeugdaten, die in der oben beschriebenen Weise vorgegeben wurden, und deren Einsatz zum richtigen Zeitpunkt eine adaptive Steuerung wirksam, so daß die Bearbeitung des Werkstücks mit hohem Wirkungsgrad " erfolgen kann, dabei jedoch der Schnittbelastung entsprechend den für jedes einzelne Werkzeug günstigsten Bedingungen angepaßt wird.Therefore, if the data for the movement path 1 and the tool number I are supplied from the numerical data carrier 2, the automatic selection of tool data that is in were specified in the manner described above, and their use at the right time an adaptive control is effective, so that the workpiece can be machined with high efficiency, but in accordance with the cutting load is adapted to the most favorable conditions for each individual tool.
S «stehend soll eine Arbeitsfolge beschrieben werden, die von dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel durchlaufen wird, wenn das Werkstück der Fig, 2 mit Hilfe einer adaptiv gesteuerten Werkzeugmaschine bearbeitet wird, die eine automatische Werkzeugwp-1 se!einrichtung entsprechend Fig. 3 aufweist. S "standing to an operation sequence will be described, which is traversed by the above-explained embodiment, when the workpiece of FIG, 2 is processed using an adaptively controlled machine tool, the se an automatic Werkzeugwp- 1! Device corresponding to FIG. 3 has.
Mit Fig. 2 ist ein Arbeitsschritt eines bestimmten Schneidwerkzeuges veranschaulicht, wonach ein Teil A von einem Werkstück W mit Hilfe eines Werkzeuges T-. entfernt werden soll, das sich längs einer Bewegungsstrecke 1„ (mm) bewegt.With Fig. 2 is a working step of a particular cutting tool illustrates, after which a part A of a workpiece W with the help of a tool T-. should be removed that itself moved along a movement distance of 1 "(mm).
Wenn die Werkzeugnummer I und die Bewegungsstrecke 1 von dem Datenträger 2 eingegeben und der zweite Arbeitsschritt eingeleitet wird, so überträgt der Eingangsdaten leser 1 die Bewegungsstrecke 1 über die Ausgangsleitung 3 an den numerischen Regler 4 und die Werkzeugnummer I über die Ausgangsleitung 12 an den Werkzeugdatenspeicher 13. Der Werkzeugdatenspeicher 13 wählt die der Werkzeugnummer I entsprechenden Werkzeugdaten aus und gibt dabei über die Ausgangsleitung 27 folgende Daten ab:When the tool number I and the movement distance 1 are entered from the data carrier 2 and the second work step is initiated is, the input data reader 1 transmits the movement path 1 via the output line 3 to the numerical controller 4 and the tool number I via the output line 12 to the tool data memory 13. The tool data memory 13 selects the the tool data corresponding to the tool number I and outputs the following data via the output line 27:
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Werkzeugnummer:Tool number:
Werkzeugradius: R,,ν, mmTool radius: R ,, ν, mm
Anzahl der Schneidkanten Z (I) des Werkzeugs;Number of cutting edges Z (I) of the tool;
Maximale Spindeldrehzahl: N max (I) (Jjpm)Maximum spindle speed: N max (I) (Jjpm)
Maximale Vorschubgeschwindigkeit :Maximum feed speed:
Maximal zulässige Belastung:Maximum permissible load:
Auswertungsfunktion:Evaluation function:
F max (I) <tam/min) L max (I) Osg/mm)F max (I) <tam / min) L max (I) Osg / mm)
ν (mm/min)- g (I) (f)ν (mm / min) - g (I) (f)
Die Stufe 28 sorgt unter Verwertung der von der Ausgangsleitung 27 zugeführten Werkzeugdaten in folgender Weise für ein adaptives Steuerverhalten:The stage 28 takes care of the utilization of the output line 27 supplied tool data in the following way for an adaptive control behavior:
Der Schneidwirkungsgrad wird hauptsächlich durch die Vorschubgeschwindigkeit je Werkzeugschneidkante bestimmt, die wirtschaftliche Gesichtspunkte berücksichtigende Auswertungsfunktion wird weitgehend durch die Lebensdauer des Werkzevigs beeinflußt, die Lebensdauer des Werkzeugs wird durch die Verbindung von f und ν bestimmt, so daß die Auswertungsfunktion als Beziehung zwischen f und ν angegeben ist (vgl. Fig. 4)The cutting efficiency is mainly determined by the feed rate For each tool cutting edge, the evaluation function that takes into account economic aspects is determined is largely influenced by the life of the tool, the life of the tool is determined by the connection of f and ν are determined, so that the evaluation function is given as the relationship between f and ν (see Fig. 4)
ν (mm/min) = g (I) (f).ν (mm / min) = g (I) (f).
Die Beziehungen zwischen der Drehzahl N und der Vorschubgeschwindigkeit F der Maschine und die Schneidwerte ν und f sind geometrisch durch folgende Formeln bestimmt:The relationships between the speed N and the feed rate F of the machine and the cutting values ν and f are geometrically determined by the following formulas:
ν (mm/min) = 2iTR (I) N f (mm/Sehne idk ant e)ν (mm / min) = 2iTR (I) N f (mm / chord idk ant e)
Z (I) NZ (I) N
(D (2) (D (2)
Ferner ist für jedes Werkzeug eine maximal zulässige Belastung Lmax ^ als Werkzeugwert gegeben. Um für die Bearbeitung einen maximalen Wirkungsgrad zu erhalten, sollen durch eine adaptiveFurther, a maximum load L max ^ is for each tool as a tool press it gw t given. In order to obtain maximum efficiency for machining, an adaptive
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'Steuerung die Schneidbedingungen so ausgewählt werden, daß jeweils mit der maximal zulässigen Belastung L (I) gearbeitet wird, D. h. die Stufe 28 sorgt durch adaptive Steuerung dafür, daß die Schneidwerte f und ν so gewählt werden, daß bei Vorgabe der vorerwähnten Werkzeugdaten für das Werkzeug T1 die Schneidbelastung L einen maximal zulässigen Wert L (I) auf der Basis 'Control the cutting conditions are selected so that the maximum permissible load L (I) is used in each case, ie. the stage 28 ensures through adaptive control that the cutting values f and ν are selected so that when the aforementioned tool data are specified for the tool T 1, the cutting load L has a maximum permissible value L (I) on the basis
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der Auswertungsfunktion ν (mm/min) = g (I) (f) annehmen kann, und überträgt diesen Wert mittels der Ausgangsleitung 29 an den Rechner 23, ebenso wie R(I) (mm) und Z(I), um N max (I), ν und f für die oben erwähnten Daten in die Drehzahl für die Maschine umzuwandeln, wenn eine Berechnung mittels des Rechners 23 nicht möglich ist.the evaluation function ν (mm / min) = g (I) (f) can be assumed, and transmits this value via the output line 29 to the computer 23, as well as R (I) (mm) and Z (I), to N max (I), Convert ν and f for the above-mentioned data into the speed for the machine if a calculation by means of the calculator 23 is not possible.
Der Rechner 23 ermittelt die optimalen Werte F und N für die Maschine entsprechend dem folgenden Verfahren in Anpassung an das Signal der Schneidbelastung L, die als ausgewählter Wert über die Ausgangsleitung 22 des Signalwandlers 21 für die adaptive Steuerung eingegeben wird, die ihrerseits über die Ausgangsleitung 29 auf den Rechner 23 einwirkt.The computer 23 determines the optimal values F and N for the machine according to the following procedure in adaptation to the signal of the cutting load L, which is the selected value is input via the output line 22 of the signal converter 21 for the adaptive control, which in turn via the output line 29 acts on the computer 23.
Da erfahrungsgemäß die Schneidbelastung L im wesentlichen proportional zu der Vorschubgeschwindigkeit f/Schneidkante ist, ermittelt der Rechner 23 eine neue optimale Vorschubgeschwindigkeit j? pro Schneidkante durch Vergrößerung oder Verringerung der zur Zeit bei der Schneidbearbeitung verwendeten alten Vorschubgeschwindigkeit f ,. durch Vergleich der Schneidbelastung L und der maximal zulässigen Schneidbelastung L (I) mitein-Since experience has shown that the cutting load L is essentially is proportional to the feed rate f / cutting edge, the computer 23 determines a new optimal feed rate j? per cutting edge by enlarging or reducing the old feed rate f, currently used for cutting. by comparing the cutting load L and the maximum permissible cutting load L (I)
niet xrivet x
ander:at the:
(mm)/Schneidkante - . f _. (3)(mm) / cutting edge -. f _. (3)
* 3.ΧΪ* 3.ΧΪ
Ferner wird die Schneidgeschwindigkeit aus der Auswertungsfunktion g (I) (f) berechnet, so daß eine optimale Lebensdauer gegeben ist:Furthermore, the cutting speed is derived from the evaluation function g (I) (f) is calculated so that an optimal service life is given:
Vneu V new
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Der oben erwähnte Rechenvorgang ist mit Fig. 5 veranschaulicht, wo der Punkt "a" die geltenden Schneidbedingungen repräsentiert und dementsprechend durch die Koordinaten f _. und Vn, be-The above-mentioned calculation process is illustrated with FIG. 5, where the point "a" represents the applicable cutting conditions and accordingly by the coordinates f_. and V n , be
alt altold old
stimmt ist.is true.
Der für die ermittelte Schneidbelastung optimale Zustand entspricht hier dem Punkt "b", f und ν für diesen Punkt sind fThe optimal condition for the determined cutting load corresponds here the point "b", f and ν for this point are f
und V11111. was der adaptiven Steuerung genügt. Wenn die Schneidneu and V 11111 . what is sufficient for adaptive control. When the cutting new
belastung L abgetastet wird, wird f entsprechend der Be-load L is scanned, f is
neuNew
Ziehung (3)berechnet und f von fai+ auf f umgeschrieben.Drawing (3) is calculated and f is rewritten from f a i + to f.
Ferner wird ν _, durch Einsetzen von f in der Beziehung neu neuFurthermore, ν _, by substituting f in the relation new new
(4) errechnet und dementsprechend ν aus ν , ^. in ν umge-(4) and accordingly ν from ν, ^. in ν around
* alt neu * old new
wandelt. Die Schneidwerte f und ν werden daher durch die adaptive Steuerung von den für den Punkt a maßgeblichen Schneidwerten in Schneidwerte für einen Punkt b überführt, der zu diesem Zeitpunkt die optimalen Schneidverhältnisse repräsentiert.transforms. The cutting values f and ν are therefore determined by the adaptive Control of the cutting values relevant for point a converted into cutting values for a point b, which at this point in time represents the optimal cutting conditions.
Mittels aus den Beziehungen (1) und (2) abgeleiteter Beziehungen (5 )und (6) wer den dann f und ν wie folgt in die optimalen Bearbeitungsgeschwindigkeiten F„_„ und N „, umgewandelt:By means of relationships (5) and (6) derived from relationships (1) and (2), who then converts f and ν into the optimal ones as follows Machining speeds F "_" and N ", converted:
neu neunew new
N (Upm) - V
neu N (rpm) - V
New
(I)(I)
Fneu (mm/min) = fneu. Z (I) . N^ (6)F new (mm / min) = f new . Z (I). N ^ (6)
Wenn die Bearbeitung entsprechend Fig. 2 zunächst eingeleitet wird, nachdem die Maschine sich im Stillstand befand, so ist f Null, ebenso die Schneidbelastung L, so daß keine Berechnung möglich ist. In diesem Fall wird F gleich dem durch die Werkzeugdaten gegebenen Wert F und N = Ngemacht und über die Ausgangsleitung 30 ein entsprechendes Signal an den numerischen Regler 4 gesandt.If the processing according to FIG. 2 is first initiated after the machine has been at a standstill, so is f zero, as well as the cutting load L, so that no calculation is possible. In this case, F becomes equal to that by the tool data given value F and N = N made and over the Output line 30 sent a corresponding signal to the numerical controller 4.
Der Schlitten bewegt sich daher mit maximaler Vorschubgeschwin-The slide therefore moves at the maximum feed rate.
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digkeit F ,während die Spindel S mit maximaler Drehzahl Nspeed F, while the spindle S is at maximum speed N
max' * maxmax ' * max
umläuft, bis das Werkzeug T1 das Werkstück W berührt und die Schneidbelastung L auftritt. Gelangt dementsprechend über die Ausgangsleitung 22 ein Belastungssignal L zu dem Rechner 23, so ermittelt dieser entsprechend der Beziehung (3) einen optimalen Wert fßeu für die Vorschubgeschwindigkeit/Schneidkante f. In einem solchen Fall wird f„lt entsprechend einer Beziehung (7) unter Verwendung der Beziehung (2) wie folgt vorausberechnet:rotates until the tool T 1 touches the workpiece W and the cutting load L occurs. Reaches accordingly via the output line 22, a load signal L to the computer 23, so determined that according to the relationship (3) an optimal value f SSEU f for the feed rate / cutting edge. In such a case f "will lt according to a relationship (7) under Use of relationship (2) calculated in advance as follows:
Fmax (I) F max (I)
f ,. (mm)/Schneidkante ■= . ,^rx- (7)f,. (mm) / cutting edge ■ =. , ^ r x - (7)
alt N " Z (I) N max (I) v ' old N "Z (I) N max (I) v '
über die Beziehung (4) errechnet.calculated using relation (4).
Danach wird der optimale Wert ν der SchneidgeschwindigkeitAfter that, the optimum value ν becomes the cutting speed
Ferner werden mittels der Beziehungen (5) und (G) die optimale Vorschubgeschwindigkeit F _, und die optimale SpindeldrehzahlFurthermore, by means of the relationships (5) and (G), the optimal feed rate F _, and the optimal spindle speed
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N errechnet. Diese so errechneten Werte N und F geneu neu neu & N calculated. These values N and F calculated in this way are brand new &
langen über die Ausgangsleitung 30 zu dem numerischen Regler 4, so daß die Maschine unter zu diesem Zeitpunkt optimalen Schneidbedingungen arbeitet und der Sehneidvorgang in der wirksamsten Weise abläuft. Das mit Fig. 2 wiedergegebene Werkstück W weist eine in Schneidrichtung sich erweiternde Form auf. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die Schneidbelastung w augenblicklich ermittelt und die Bearbeitung unter den für die jeweils herrschende Belastung optimalen Bedingungen ausgeführt. Daher nimmt F_ mit Zunahme der Breite des zu bearbeitenden Materialquer schnittes ab. Wenn sich das Werkzeug T.. entsprechend der Strecke 1„ (mm) weiterbewegt hat, so wird die Schneidbelastung L wieder Null und somit f Ä entsprechend der Beziehunglong through the output line 30 to the numerical controller 4 so that the machine operates under optimal cutting conditions at that time and the cutting operation proceeds in the most efficient manner. The workpiece W shown in FIG. 2 has a shape that widens in the cutting direction. According to the present invention, the cutting load w is determined instantaneously and the machining is carried out under the optimal conditions for the respective prevailing load. Therefore, F_ decreases as the width of the material cross-section to be processed increases. When the tool T .. has moved further along the distance 1 ″ (mm), the cutting load L becomes zero again and thus f Ä according to the relationship
neuNew
(3) unendlich. Daher wird eine Berechnung unmöglich, so daß F und N die Werte F bzw. N annehmen und das Werkzeug sich(3) infinite. Therefore, a calculation becomes impossible, so that F and N take the values F and N, respectively, and the tool itself
max maxmax max
über die Strecke I3 - L„ bei der Komplettierung dieses Arbeitsschrittes mit maximaler Vorschubgeschwindigkeit bewegt. Der Arbeitsgang entsprechend Fig. 2 läuft demnach unter optimalen Bedingungen ab. Fig. 6 zeigt, wie die VorschubgeschwindigkeilisichMoved over the distance I 3 - L "when completing this work step at maximum feed speed. The operation according to FIG. 2 therefore takes place under optimal conditions. Figure 6 shows how the feed rate changes
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automatisch auf die optimale Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Änderung des Schneidzustandes ändert, wobei die Vorschubgeschwindigkeit F des Arbeitsschrittes der Fig. 2 als Ordinate für die Bewegungsstrecke 1 (mm) als Abszisse aufgetragen ist.automatically changes to the optimum speed depending on the change in the cutting condition, the feed rate F of the work step of FIG. 2 is plotted as the ordinate for the movement distance 1 (mm) as the abscissa.
Wenn der Arbeitszyklus für das Werkzeug T-. abgeschlossen ist und der Eingangsdatenleser 1 die Daten für das nächste Werkzeug T, erfaßt, so werden die Daten für das Werkzeug T_ - von dem Werkzeugdatenspeicher 13 aus eingegeben, so daß die Stufe 28 von neuem eine adaptive Steuerung entsprechend dem nächsten Werkzeug T_ .. einstellen kann, die das Werkzeug TT - in der gleichen Weise wie zuvor für das Werkzeug T, beschrieben unter optimalen Bedingungen arbeiten läßt.If the duty cycle for tool T-. is complete and the input data reader 1 detects the data for the next tool T, the data for the tool T_ - are entered from the tool data memory 13, so that the stage 28 again set an adaptive control corresponding to the next tool T_ .. that allows the tool T T - to work in the same way as previously described for the tool T under optimal conditions.
Bei einer allgemeinen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine müssen die Schneidbedingungen für jeden Schritt mittels des Datenträgers 2 eingegeben werden. Bei dem mit Fig. 2 veranschaulichten Beispiel ändert sich die Schnittbreite, wobei die Schneidbedingungen jedoch auf den ungünstigsten Fall abgestimmt sind. Es müssen dementsprechend ungünstige SchneLdbedingungen in Kauf genommen werden, so daß Schneidzeit verloren geht und ein hoher Bearbeitungswirkungsgrad sich nicht erzielen läßt.In a general numerically controlled machine tool, the cutting conditions for each step must be determined by means of the Data carrier 2 can be entered. In the example illustrated with FIG. 2, the cutting width changes, while the cutting conditions however, are tailored to the worst case scenario. Accordingly, unfavorable snow conditions have to be accepted can be taken, so that cutting time is lost and high machining efficiency cannot be obtained.
Wenn andererseits von einer adaptiven Steuerung Gebrauch gemacht wird, so kann bei üblicher spanabhebender Bearbeitung eine erhebliche Steigerung des Bearbeitungswirkungsgrades erwartet werden. Naturgemäß sind jedoch die Werkzeugdaten und die vorgesehene adaptive Steuerung entsprechend den jeweiligen Werkzeugen jeweils verschieden. Daher kann für eine Werkzeugmaschine, bei der eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeuge eingesetzt wird, eine Verbesserung des Wirkungsgrades durch Einsatz einer adaptiven Steuerung nicht erwartet werden, sofern nicht die Werkzeugdaten und die adaptive Steuerung automatisch auf die einzelnen, jeweils einzusetzenden Werkzeuge abgestimmt werden.If, on the other hand, use is made of an adaptive control, a considerable amount can be achieved in normal machining Increase in machining efficiency can be expected. However, the tool data and the intended one are natural adaptive control according to the respective tools in each case different. Therefore, for a machine tool, at which a variety of different tools is used, an improvement in efficiency through the use of an adaptive Control are not expected unless the tool data and the adaptive control are automatically transferred to the individual, the tools to be used are coordinated.
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Die vorliegende Erfindung beruht insbesondere auf der Werkzeugdateneingabe 25, dem Werkzeugdatenspeicher 13, der Steuereinrichtung 15 zum automatischen Werkzeugwechsel, der Stufe 28 zur Zusammenstellung der Arbeitsbedingungen sowie dem Rechner 23, so daß die Werkzeuge automatisch gewechselt werden und gleichzeitig eine adaptive Steuerung durch Einstellen eines stets in einem bestimmten Zusammenhang mit dem Werkzeug stehenden optimalen Verhaltens erzielt werden kann. Die Erfindung stellt somit eine eine automatische Werkzeugwechseleinrichtung aufweisende Werkzeugmaschine zur Verfügung, bei der mit Hilfe einer adaptiven Steuerung eine maximale Wirkung erhalten und der Bearbeitungswirkungsgrad der Werkzeugmaschine auf den * maximal möglichen Wert angehoben wird.The present invention is based in particular on the input of tool data 25, the tool data memory 13, the control device 15 for automatic tool change, the stage 28 to compile the working conditions and the computer 23 so that the tools are automatically changed and at the same time an adaptive control by setting something that is always related to the tool optimal behavior can be achieved. The invention thus provides an automatic tool changing device having machine tool available, in which with the help of an adaptive control a maximum effect is obtained and the machining efficiency of the machine tool is increased to the * maximum possible value.
Patentanspruch:Claim:
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| AU3056271A (en) | 1973-01-04 |
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