DE2219705B2

DE2219705B2 - Numerisch arbeitende programmsteuerung

Info

Publication number: DE2219705B2
Application number: DE19722219705
Authority: DE
Inventors: Hymie Detroit Mich. Cutler (V.St.A.)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1971-04-26
Filing date: 1972-04-21
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DE2219705A1; FR2134476A1; JPS5746083B1; GB1345129A; IT953741B; CH552445A; FR2134476B1

Description

Die Erfindung betrifft eine numerisch arbeitende Programmsteuerung zur Führung eines Werkzeuges über eine vorgeschriebene Bahn, die unter Berücksichtigung von Korrekturen für verschiedene Werkzeugdurchmesser Daten für eine Bahn des Werkzeugmittelpunktes vorgibt, mit einem Datenträger, der die Koordination der einzelnen Bahnabschnitte sowie Angaben zur Bestimmung der Lage des Werkzeugmittelpunktes an den Übergangspunkten zwischen den einzelnen Bahnabschnitten enthält, mit einer Eingabeeinrichtung für die Korrekturdaten, mit Speichern für die Daten der Koordinaten der Bahnabschnitte und der Korrekturen, mit einem Rechner, der aus diesen Daten und den Angaben zur Lage des Werkzeugmittelpunktes am Übergangspunkt die korrigierten Endpunkte des Bahnabschnittes für den Werkzeugmittelpunkt berechnet, sowie mit nachgeschalteten Interpolatoren und Antrieben in den Koordinatenrichtungen der Bahnbewegung.

In der US-PS 34 30 035 ist eine solche Programmsteuerung mit Anpassung der Bewegung eines Werkzeugträgers einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine an die jeweils vorgefundenen Abmessungen des Schneidwerkzeuges beschrieben. Bei der bekannten Programmsteuerung wird davon ausgegangen, daß die gewünschte Oberfläche des Werkstückes in eine Vielzahl ebener Oberflächensegmente unterteilt werden kann. Der Werkzeugträger muß zur Bearbeitung dieser ebenen Oberflächensegmente parallel zu denselben bewegt werden, wobei der Abstand eines Bezugspunktes auf dem Werkzeugträger von der Oberfläche des Werkstückes von den Abmessungen des gerade verwendeten Werkzeuges abhängt. Um die Oberflächensegmente jeweils völlig bearbeiten zu können, muß der Bezugspunkt auf dem Werkzeugträger um Strecken verfahren werden, die größer sind als die Ausdehnung der zu bearbeitenden Oberflächensegmente, wenn diese einen stumpfen Winkel einschließen. Die Korrekturgrößen, die angeben, um wieviel der Werkzeugträger am Anfang und am Ende eines Oberflächensegmentes über das Oberflächensegment hinausgefah-

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ren werden muß, hängen von den Abmessungen des gerade verwendeten Schneidwerkzeuges und dem zwischen benachbarten Oberflächensegmenten eingeschlossenen Winkel ab.

Bei den in der US-PS 34 30 035 betrachteten ebenen Oberflächensegmenten können die Korrekturgrößen in zwei Faktoren aufgeteilt werden, wobei ein Faktor die Geometrie der Werkstückoberfläche und der andere die Abmessungen des Werkzeuges enthält Dies ist auch aus den weiter unten angegebenen Gleichungen 7 und 8 der vorliegenden Anmeldung deutlich ersichtlich. Es kann daher der nur von der gegenseitigen Lage benachbarter ebener Oberflächensegmente abhängende Geometriefaktor schon bei der Erstellung des Datenträgers für die numerische Steuerung berechnet werden. Diese Korrekturgrößen, welche die Komponenten P, Q und R eines den Winkel zwischen den Normalo benachbarter Ebenen halbierenden Referenzvektors darstellen (dessen Projektion auf die Normalen der Flächen ist gleich einer Längeneinheit), weiden zugleich mit den Segmentdaten auf den Datenträger geschrieben und zusammen mit diesen in die numerische Programmsteuerung eingelesen. Dort werden die durch die Geometrie vorgegebenen Korrekturgrößen dann noch mit dem über die Eingabeeinrichtung eingegebenen Wert für die Abmessungen des Werkzeuges multipliziert und von den die Bewegung des Werkzeugträgers bestimmenden Segmentdaten abgezogen oder zu diesen hinzugezählt.

Oben und im folgenden Teil der vorliegenden Beschreibung werden unter ebenen Oberflächensegmenten auch die konischen ^-bcrflächensegmente von Drehteilen verstanden, die im Schnitt geradlinige Begrenzungslinien aufweisen und zur Berechnung der bezüglich der Abmessungen des Werkzeuges korrigierten Bahn des Werkzeugträgers wie ebene Oberflächensegmente behandelt werden können.

Stellen die Oberflächensegmente jedoch keine Ebenen mehr dar, so kann der Einfluß der Abmessungen des Werkzeuges und der Einfluß der Geometrie der Werkstückoberfläche auf die zur Berechnung der korrigierten Bahn des Werkzeugträgers verwendeten Korrekturgrößen nicht mehr separiert werden.

Zur Anpassung der Bewegung des Werkzeugträgers einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine an die Abmessungen des verwendeten Werkzeuges sind ferner Programmsteuerungen bekannt, bei denen die bei einem Wechsel des Werkzeuges erforderliche Korrektur der Steuersignale für die Antriebe des Werkzeugträgers dadurch erfolgt, daß die Koordinatenachsen versetzt werden, auf die die auf dem Datenträger befindlichen Steuerdaten bezogen sind. Diese Versetzung wird durch eine Gruppe von Potentiometern auf der Schalttafel der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine vorgegeben. Damit werden analoge Versetzungssignale an die Antriebe des Werkzeugträgers abgegeben. Diese Programmsteuerungen weisen verschiedene Nachteile auf. Es muß eine eigene Gruppe von Bedienungsorganen und Schaltern vorgesehen werden, um die erforderlichen Korrekturen bei jedem Wechsel des Werkzeuges eingeben zu können. Die erforderlichen Schalter und Potentiometer an der Schalttafel sind kostspielig, erfordern viel Platz und komplizieren die Bedienung der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine. Ein weiterer noch schwerwiegenderer Nachteil ist, daß die Versetzungssignale Analogsignale sind und somit Fehler aufweisen, die der Größe der erforderlichen Versetzung des Werkzeugträgers proportional sind. Dieser Nachteil wird noch dadurch vergrößert, daß die Steuerdaten zur Steuerung der Werkzeugmaschine zn sich eine präzise Stellung genau vorgebende digitale Daten sind, welche zur Korrektur durch das analoge Versetzungssignal in analoge Signale umgesetzt werden müssen, wodurch die Fehler weiter vergrößert werden. Ferner gehen die Versetzungssignale bei einer Richtungsänderung des Werkzeuges mit einer gewissen Zeitkonstanten in den neuen Wert über. Zuweilen

ίο müssen daher Verweilzeiten eingeführt werden, um die sich aus der verzögerten Einstellung der Versetzungssignale ergebenden Bahnfehler zu verringern. Damit wird die Programmierung des Datenträgers wesentlich komplizierter, da die Verweilzeiten von Anfang an in das Programm eingebaut werden müssen. Ein weiterer Nachteil dieser Programmsteuerungen ist, daß sich die Versetzungen des Werkzeugträgers infolge von Schleppfehlern der Antriebe subtrahieren. Dies schränkt die maximale Werkzeugträgerkorrektur auf einen Bruchteil des maximaler Schleppfehlers ein. Der Rest des Schleppfehlers legt eine Grenze für den bei Anpassung der Bewegung des Werkzeugträgers an die Abmessungen des Werkzeuges maximal möglichen Vorschub fest.

Ferner muß die e.ste Korrektur der Stellung des Werkzeugträgers durch einen unabhängigen (off-line) Rechner durchgeführt werden. Somit muß ein Rechner entweder dauernd oder auf Zeitzuteilung zur Verfugung stehen, wobei beides die Bearbeitungskosten erhöht. Da ferner die Korrektur durch einen unabhängigen (off-line) Rechner berechnet wird, muß die Programmiersprache für die Programmsteuerung mit der des die Berechnung der ersten Korrektur durchführenden Rechners kompatibel sein. Folglich muß der das Steuerungsprogramm tragende Datenträger kompatibel mit der Maschinensprache dieses Rechners erstellt werden. Damit sind erforderliche Änderungen äußerst schwierig vorzunehmen. Ein weiterer Nachteil von Programmsteuerungen mit Versetzung der Koordinatenachsen zur Korrektur der Bewegung des Werkzeugträgers bezüglich der Werkzeugabmessungen ist der, daß bei der spanabhebenden Bearbeitung von Innenekken häufig Unterschneidungen auftreten. Dies ist das größte Hindernis für die Anwendung dieser Programm-Steuerungen.

Das Entstehen von Unterschneidungen sei anhand der F i g. 1 näher erläutert. Dort ist in einem Werkstück eine Innenecke auszuformen. Die Werkzeugmaschine wurde so programmiert, daß sie bei einem Werkzeug mit Sollabmessungen der vorgegebenen Bahn 12 folgt, wegen der Verwendung eines Werkzeuges mit größeren Abmessungen als den Sollabmessungen muß jedoch eine korrigierte Bahn 13 eingehalten werden. Diese korrigierte Bahn 13 wird durch die vorstehend beschriebenen analogen Versetzungssignale vorgegeben.

Solange das Werkzeug der korrigierten waagerechten Bahn 13 folgt, ergeben sich aus der durch die analogen Versetzungssignale vorgegebenen Versetzung der Koordinatenachsen keine Schwierigkeiten. Wenn jedoch der Mittelpunkt des Werkzeugs am Ende der korrigierten waagerechten Bahn 13 anlangt, dann muß die Laufrichtung des Werkzeuges um 90° geschwenkt werden. Wenn ein Werkzeug mit Sollabmessungen verwendet würde, dann würde das Werkzeug auf einer senkrechten Bahn 15 bewegt, und es ergäbe sich nur eine minimale Unterschneidung. Da jedoch das Werkzeug größere Abmessungen als die Sollabmessun-

gen aufweist und die versetzten Koordinatenachsen durch die analogen Versetzungssignale vorgegeben werden, kann das Werkzeug wegen der Zeitkonstanten der Versetzungssignale seine Richtung nicht unvermittelt ändern. Dadurch ergibt sich eine größere Unterschneidung an der Ecke. Um nun eine Korrektur in vertikaler Richtung durchzuführen, damit das zu große Werkzeug einer korrigierten senkrechten Bahn 14 folgt, muß das Werkzeug an den entsprechenden Punkt der korrigierten Bahn 14 geführt werden. Dabei kann das Werkzeug nicht auf der korrigierten waagerechten Bahn geführt werden, da diese Bahn durch die korrigierenden analogen Versetzungssignale und nicht durch das Programm vorgegeben ist Beim Zurückfahren des Werkzeuges auf einem Wege 17 ergibt sich damit zugleich eine weitere Korrektur in senkrechter Richtung, was zu einer zweiten Unterschneidung der zu bearbeitenden Ecke führt. Auch diese Unterschneidung ist höchst unerwünscht, da die Sollform der Ecke durch die ausgezogene Linie der F i g. 1 dargestellt wird, während die bei der Bearbeitung mit dem zu große Abmessungen aufweisenden Werkzeug erhaltene Ist-Form der Ecke Unterschneidungen aufweist, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist Mit diesen Programmsteuerungen ist somit nicht einmal eine zufriedenstellende Bearbeitung der Übergangsstellen zwischen ebenen Oberflächensegmenten möglich.

Ein ähnliches Verfahren wie das soeben beschriebene ist in der DT-OS 15 13 507 offenbart, nur werden hier die Versetzungssignale von Stellungsgebern erzeugt, die die Ist-Stellung des Werkzeuges ermitteln.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Programmsteuerung zu schaffen, bei der die Bewegung des Werkzeugträgers einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine auch bei Bearbeitung gekrümmter Gberflächensegmente zuverlässig an die Abmessungen des verwendeten Werkzeuges angepaßt wird.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Programmsteuerung ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des A 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die bei der erfindungsgemäßen Programmsteuerung verwendeten Arbeitsprogramme für den frei programmierbaren Rechner lassen sich durch geometrische Überlegungen oder durch Rechnungen aus den Gleichungen ableiten, welche die Oberflächensegmente beschreiben. Dies ist weiter unten am Beispiel der Übergangsstelle zwischen zwei ebenen benachbarten Oberflächensegmenten und der Übergangsstelle zwischen einem ebenen und einem kreisförmigen Oberflächensegment ausführlicher dargelegt Die Arbeitsprogramme werden zusammen mit den Koordinaten der Bahnabschnitte in die numerische Programmsteuerung eingelesen, welche den die Arbeitsprogramme speichernden und mit diesen arbeitenden Rechner aufweist Die Abmessungen des Werkzeuges dienen als Eingangsdaten für die Arbeitsprogramme. Damit können auch bei gekrümmten Oberflächensegmenten Änderungen der Werkzeugabmessungen einfach dadurch berücksichtigt werden, daß die Abmessungen des gerade verwendeten Werkzeuges Ober die Eingabeeinrichtung dem Rechner eingegeben werden. Mühsame und fehleranfällige Berechnungen für die bei den gegebenen Abmessungen des Werkzeuges erforderliche Korrektur der Bewegung des Werkzeugträgers entfallen. Die auf dem Datenträger befindlichen Koordinaten der Bahnsegmente sind ohne weiteres bei der Verwendung von Werkzeugen unterschiedlicher Abmessung verwendbar. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn unter Verwendung desselben Datenträgers die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstükkes zuerst grob vorbearbeitet und dann fein nachbearbeitet wird. Hierzu brauchen nur bei der Vorbearbeitung größere Abmessungen für das verwendete Werkzeug eingegeben zu werden, als dieses in Wirklichkeit aufweist Bei der Endbearbeitung werden dann die wirklichen Abmessungen des hierfür verwendeten Werkzeuges eingegeben. Gegebenenfalls kann ein erster Abschnitt des Datenträgers mit Angaben für die Vorschubgeschwindigkeit, die zu verwendende Drehzahl und dergleichen durch einen anderen diese Daten enthaltenden Abschnitt ersetzt werden.

Üblicherweise enthält der Datenträger nur Information über die Anfangsstelle und das Ende eines Bahnsegmentes sowie über seine Form (z. B. gerade oder kreisförmig). Die für die Steuerung der Bewegung des Werkzeugträgers zwischen der Anfangsstelle und dem Ende des Bahnsegmentes erforderlichen Steuersignale werden dann durch einen Kurveninterpolator aus diesen Koordinaten erstellt Bei der erfindungsgemäßen Programmsteuerung erhält der Kurveninterpolator die gemäß den Arbeitsprogrammen an die Abmessungen des Werkzeuges angepaßten Koordinaten der Bahnsegmente. Da mit der erfindungsgemäßen Programmsteuerung auch gekrümmte Bahnsegmente verwendet werden können, lassen sich mit ihm Werkzeugoberflächen herstellen, deren Oberflächensegmente glatt ineinander übergehen, während bei den oben beschriebenen bekannten Programmsteuerungen stets Kanten an der Übergangsstelle zweier benachbarter ebener Oberflächensegmente auftreten.

Zur Berechnung der korrigierten Bahnsegmentdaten, bei einem kreisförmigen Bahnsegment etwa der korrigierte Anfangspunkt der korrigierte Endpunkt und der korrigierte Radius, benötigt der Rechner unter anderem die der vorderen und hinleren Übergangsstelle des betrachteten Bahnsegmentes zugeordneten Koordinaten und Arbeitsprogramme. Obwohl die Arbeitsprogramme und Koordinaten im Prinzip gleichermaßen zu jedem der beiden eine Übergangsstelle bildenden Bahnsegmente gehören, wird man sie zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf den Datenträger nur

einmal vorsehen und in der Praxis dem Steuerdatenblock eines Bahnsegmentes zuordnen. Damit werden die Steuerdatenblöcke zweier aufeinanderfolgender Bahnsegmente benötigt, um die korrigierten Bahnsegmentdaten zu berechnen.

Die erfindungsgemäße numerische Steuereinheit weist Speicher für zwei Blöcke von Steuerdaten auf, die jeweils über Torschaltungen miteinander verbunden sind, so daß nach Beendigung der Bearbeitung eines Bahnsegmentes und Bereitstellung eines entsprechen-

den Signals der erste Speicher mit den im zweiten Speicher befindlichen Steuerdaten überschrieben wer den kann und der zweite Speicher mit einem neu vom Datenträger ausgelesenen Block von Steuerdaten gefüllt werden kann.

Neben den Bahnsegmentdaten und den Arbeitsprogrammen befinden sich unter den Steuerdaten eines Blockes auch Vorzeichendaten und Abschaltbefehle.

Die Vorzeichendaten geben an, auf welcher Seite des Bahnsegmentes das Werkzeug bei dem betrachteten Bearbeitungsvorgang steht Damit ist es möglich, dieselben Arbeitsprogramme für konvexe und konkave Bahnsegmente gleicher Form zu verwenden und zugleich ein unerwünschtes Hineinfahren des Werkzeu

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ges in das Werkstück bei der Stoßstelle zwischen zwei benachbarten Bahnsegmenten sicher zu vermeiden. Die Abschaltbefehle dienen dazu, die Anpassung der Bewegung des Werkzeugträgers an die Abmessungen des Werkzeuges zu unterbinden, und können dazu verwendet werden, den Werkzeugträger unabhängig von dem verwendeten Werkzeug in eine vorgegebene Lage zu bringen.

Vorzeichendaten und Abschaltbefehle sollen nachstehend zusammen Anpassungssteuerdaten genannt wer- ι ο den, du sie bei vorgegebenen, der Geometrie der Werkstückoberfläche zugeordneten Bahnsegmentdaten und Arbeitsprogrammen den Ablauf der Anpassungsoperati omen in der Programmsteuerung bestimmen.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung sind fur ,₅ die durch die Geometrie vorgegebenen Bahnsegmentdaten und Arbeitsprogramme einerseits und die Anpassungssteuerdaten andererseits getrennte Speicher vorgesehen. Hierdurch wird die interne Organisation der Steuereinheit übersichtlicher und vereinfacht, da die \ripassungssteuerdaten, welche anders verarbeitet und abgerufen werden als die Bahnsegmentdaten und die Arbeitsprogramme getrennt blockweise verschoben und getrennt aus den entsprechenden Blocken abgerufen werden können.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Eingabeeinrichtung über eine Torschaltung mit einem Speicher für die Abmessungen des Werkzeuges verbunden ist, wobei diese Torschaltung aktiviert wird, wenn vom Datenträger keine Abschiiltbefehle in den zweiten Speicher eingelesen wurden. Damit ist sichergestellt, daß Werkzeugabmessunger über die Eingabeeinrichtung nur dann in die mimer sehe Programmsteuerung eingegeben werden können, wenn dies bei der Programmierung des die Steueniaten tragenden Datenträgers vorgesehen wurde. Damit werden falsche Eingaben über die Eingabeeinrichtung und wird ein falsches Arbeiten der numerischen Programmsteuerung vermieden.

Ferner ist in weiterer Fortbildung der Erfindung vorgesehen, daß die korrigierten Koordinaten der Bahna»schnitte über eine Torschaltung bereitgestellt werde 1, die bei Vorliegen eines Befehles zum Anschalten der Kompensation aktiviert wird, wahrend die unveränderten Endpunkte des Bahnabschnittes an die Inierpolatoren über eine Torschaltung übertragbar sind, die bei Vorliegen eines Befehles zum Abschalten der Kompensation aktiviert wird. Damit kann die Programmsteuerung wahlweise unter Berücksichtigung der Werkzeugabmessungen oder streng gemäß den vorgegebenen Bahnsegmentdaten arbeiten.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen zweiten Rechner, der erngangsseitig mit dem zweiten Speicher und dem Speicher für die Korrekturdaten verbunden ist, der beim Einlesen eines Befehles zum An- oder Abschalten der Kompensation aktiviert wird und einem korngierten Endpunkt für einen ersten bzw. letzten der Bahnabschnitte berechnet und der ausgangsseitig über Torschaltungen, die beim Einlesen eines Befehles zum An- bzw. Abschalten der Kompensation aktiviert werden, mit den Interpolatoren verbindbar ist sowie über weitere Torschaltungen, die ebenfalls beim Einlesen eines Befehles zum An- bzw. Abschalten der Kompensation alctiviert werden, über dem Anfangspunkt bzw. dem Endpunkt eines Bahnsegmentes zugeordnete Speicher mit denn ersten Rechner verbindbar ist Damit können beim Anschalten und/oder beim Abschalten der Kompensation der Werkzeugabmessungen korrigierte Endpunkte berechnet werden, obwohl bei diesen kein benachbarter Bahnabschnitt mehr vorliegt.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 eine Darstellung des Unterschnitts einer Innenecke unter Anwendung der früheren Verfahren zur Werkzeugkorrektur,

F i g. 2 die Ableitung der Versetzungsfaktoren für den Werkzeugmittelpunkt für eine Innenecke und eine Linearbewegung,

F i g. 3 die Ableitung der Versetzungsfaktoren eines Werkzeugmittelpunkts für eine Außenecke und lineare Bewegung,

F i g. 4 und 5 die Bestimmung der Vorzeichen für die Versetzungsfaktoren des Programms,

F i g. 6 die erforderliche Lage des Werkzeugmittelpunkts beim An- oder Abschalten der Korrektur,

F i g. 7 und 8 die Ableitung der Werkzeugmittelpunktversetzung für kreisförmige Schneidbewegungen,

F i g. 9 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen numerischen Werkzeugmaschinensteuerung mit einem direkt gekoppelten (On-Line) Rechner, zur Anwendung des Korrekturverfahrens bei Änderungen in der Werkzeuggröße.

Vor der Einprogrammierung der Sollkontur des Werkstücks in den Rechner wird die Kontur in Segmente aufgeteilt, so daß jedes Segment durch eine stetige Bewegung des Werkzeugs in einer Ebene des Werkstücks bestimmt wird. Daher sind aufeinanderfolgende Segmente durch einen genieinsamen Punkt miteinander verbunden, der das Ende des vorangehenden Segments und den Beginn des nachfolgenden Segments festlegt.

Dies wird anhand der F i g. 2 näher erläutert, die das Werkstück 21 zeigt, das nach der durch die Segmente 22 und 23 festgelegten Maschinenkontur auf einer Drehmaschine abgedreht wird. Man erkennt, daß nur das halbe Werkstück 21 gezeigt ist und daß die Mittellinie 24 die Mittellinie des Werkstücks oder Teils darstellt.

Das Konturensegment 22 ist ein kontinuierlicher linearer Schnitt in der X-, Z-Ebene, und daher wird dieses Segment bei der Programmierung des Rechners durch einen im Rechner gespeicherten Datenblock dargestellt. Das Segment 22 endet am Punkt P, an welchem die Linearbewegung des bearbeitenden Werkzeugs geändert werden muß. Daher wird das Segment 23 als zweiter Block von Kettenmaßen dem Rechner eingegeben. Der Weg der Werkzeugkante auf den beiden Konturensegmenten 22 und 23 ergibt somit den Schnitt der in Fig.2 gezeigten vollständigen Kontur. Läßt man die Werkzeugkorrektur außer acht, dann ergibt sich die programmierte Kontur aus dem Segment 22 und dem Segment 23, wobei der Punkt F beiden Segmenten gemeinsam ist und als Endpunkt für die Bewegung längs des Segments 22 sowie als Anfangspunkt für die Bewegung längs des Segments 23 dient

Wegen des gemeinsamen Punktes P zwischen der beiden Segmenten und der stetigen Sollbewegung des Werkzeugs dient während des spanabhebenden Vorgangs das erste Datensegment als aktives Datensegment und steuert die Werkzeugbewegung, während das zweite Datensegment als ein Speicherdatensegmem abgerufen wird. Unmittelbar am Ende der durch da; erste Datensegment bestimmten Bewegung wird da: zweite Segment, d h. das Speichersegment aktiv, unc

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ίο

das dritte oder nachfolgende Segment wird abgerufen, um als Speichersegment zu dienen. Damit wird die stetige Bewegung der Werkzeugkante längs der Sollkontur des Werkstücks gewährleistet.

Es ist zu beachten, daß die durch die Segmente 22 und 23 beschriebene programmierte Bahn entweder eine wirkliche zu bearbeitende Werkstückkontur sein kann oder auch eine Kontur der Bewegungsbahn eines Werkzeugs mit einem angenommenen Radius. Wenn die programmierte Bahn als Werkstückkontur festgelegt ist, dann ist eine Werkzeugkorrektur für jedes Werkzeug erforderlich, so daß die Abmessung R, die dem Radius des Werkzeugs entspricht, dem Computer eingegeben werden muß, bevor mit dem ersten Segment einer Kontur begonnen wird. Wenn andererseits bei der programmierten Bahn ein Werkzeugradius angenommen wird, dann ist eine Werkzeugkorrektur nur in solchen Fällen notwendig, in welchen ein Werkzeug mit einem vom angenommenen Radius verschiedenen Radius verwendet wird. Die Daten bezüglich des neuen Werkzeugradius werden dem direkt gekoppelten (On-Line) Rechner eingegeben, der dann die Versetzungsrechnungen durchführt, wie nachstehend näher erläutert wird.

Damit das in F i g. 2 gezeigte Werkzeug 26 die durch die Wegsegmente 22 und 23 beschriebene Werkstückkontur schneiden kann, muß der Mittelpunkt O des Werkzeugs der durch die Segmente 27 und 28 bestimmten korrigierten Kontur folgen. Die korrigierten Segmente 27 und 28 sind gegenüber den programmierten Segmenten 22 und 23 um den Abstand R versetzt, der den Radius des Werkzeugs 26 bildet.

In der Zeichnung der F i g. 2 liegt der gesame Punkt O der korrigierten Segmente 27 und 28 genau gegenüber dem Punkt P, welcher der gemeinsame Punkt der programmierten Segjnente 22 und 23 ist. Angenommen, der Punkt C des Werkzeugs 26 begrenze die Schneidkante des Werkzeugs auf dem Segment 22 und der Punkt D begrenze die Schneidkante auf dem Segment 23, dann ergibt ein Versuch, das Werkstück vollständig bis zum Punkt P zu bearbeiten, einen erheblichen Unterschnitt des Teils auf dem Segment 23. Dieser Unterschnitt tritt auf, wenn der Mittelpunkt des Werkzeugs 26 bis zum Punkt O ohne Änderung der Bewegungsrichtung fahren könnte. Folglich ist der Punkt O gegenüber dem programmierten Punkt Petwas versetzt, um den Unterschnitt zu vermeiden. Das Rechenverfahren für die Versetzung des korrigierten Punktes O gegenüber dem programmierten Punkt P wird anhand der F i g. 4 näher erläutert.

Die Algorithmen oder Rechenverfahren, die zur Einprogrammierung der erforderlichen Werkzeugkorrektur in den Rechner verwendet werden, werden aus der geometrischen Beziehung zwischen den ähnlichen Dreiecken 29,31 und 32 gewonnen. Das Dreieck 29 ist das rechtwinklige Dreieck mit der Hypotenuse S\, das Dreieck 31 ist ein ähnliches rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse APund das Dreieck 32 ist ebenfalls ein ähnliches Dreieck mit der Hypotenuse AO.

Unter Verwendung der Ähnlichkeit dieser drei Dreiecke werden die Algorithmen wie folgt abgeleitet:

Es wird definiert:

R als Radius der Werkzeugspitze,

M als Versetzungsfaktor der Λ'-Achse,

L als Versetzungsfaktor der Z-Achse,

x\ und z\ als Kettenmaßdaten des Blocks 1 (Segment 22) und

X2 und z₂als Kettenmaßdaten des Blocks 2 (Segment 23),

wobei die Ähnlichkeit der rechtwinkligen Dreiecke mit 29 und 31 folgende Beziehung ergibt:

M AE .„ Mx₁ — = — .'. Ah, = ,

Da auch Winkel α = Winkel β ist, sind die Dreiecke 29 und 32 ähnlich.
Daher ist

R AO _ L + AE _

wobei

s, = Vxi

R ₌ ßO _ M + BF

V₂ ~ S₂ ~~J~^:

wobei

Die Vereinfachung von Gleichung (3) ergibt

RS, = Lz_x+ X₁M . (5)

Die Vereinfachung der Gleichung (4) ergibt

RS₂ = Mx₂ + Lz₂. (6)

Die Lösung der Gleichungen (5) und (6) für L und M sowie deren Kombination ergibt:

Die Parameter L und M bestimmen die aufgrund des Werkzeugradius R erforderliche Versetzung der x- und z-Achse. Es ist zu beachten, daß x_u x₂, z\ und Z₂ und daher auch L und M Größen mit bestimmten Richtungen

gegenüber dem Bezugsachsensystem sind. Somit besitzen diese Parameter positive oder negative Vorzeichea Das Verfahren zur Berechnung der positiven oder negativen Vorzeichen dieser Parameter wird anhand der F1 g. 4 näher erläutert

Die Gleichungen (7) und (8), welche die Parameter L und M als Werkzeugradius R und als Koordinatenstellungen in der x- und z-Achse angeben, können dem Rechner einprogrammiert werden, da die Größen χ und ζ durch die Werkstückkontur bestimmt werden und permanent programmiert werden können. Somit wird durch Eingabe eines Wertes für R gemäß dem für den Arbeitsvorgang verwendeten Werkzeug die erforderliche Versetzung durch den direkt gekoppelten (On-Line)

Computer berechnet, der zur numerischen Steuerung gehört.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf drei verschiedene Weisen angewandt werden. Erstens können die Ist-Abmessungen des zu bearbeitenden Punktes sowie die entsprechenden Algorithmen programmiert werden. Dies geschieht ohne Voraussetzung eines bestimmten Werkzeugradius. Dann wird der Radius des Werkzeugs dem Rechner eingegeben, der dann alle erforderlichen Versetzungsrechnungen durchgeführt.

Beim zweiten Verfahren werden die Algorithmen unter Verwendung eines angenommenen Werkzeugradius programmiert. Dann muß die Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem vorausgesetzten Werkzeugradius in dem Rechner eingegeben werden, der dann die Versetzungsrechnungen durchführt.

Beim dritten Verfahren wird der Werkzeugradius zusammen mit der Werkstückkonlur programmiert. Die programmierte Kontur ist dann die Kontur der Mittelbahn eines Werkzeugs mit einem angenommenen Radius. Anschließend wird der tatsächliche Werkzeugradius dem Rechner eingegeben, der die Versetzungsrechnungen durchführt.

Das erste und letzte Verfahren werden vorzugsweise angewandt, da die Daten für den Werkzeugradius den tatsächlichen Radius darstellen und die einfache Subtraktion des zweiten Verfahrens nicht erforderlich ist.

Die Zeichnung der F i g. 3 zeigt das Korrekturverfahren für den Werkzeugradius bei der Bearbeitung einer Außenecke. Man erkennt, daß die programmierte und die korrigierte Bahn der F i g. 3 gegenüber den entsprechenden Bahnen der Fig.2 umgekehrt verlaufen. Dies wird zur leichteren Erklärung der Ausformung einer Außenecke gezeigt und zur klareren Darstellung der Tatsache, daß es sich hier um die gleiche Geometrie handelt wie beim Schneiden einer Innenecke.

Die durch die Segimente 33 und 34 programmierte Bahn der F i g. 3 stellt die Konturensegmente des zu bearbeitenden Werkstücks in bezug auf die Mittellinie 36 dar. Die korrigierte Bahn 37 stellt die Bahn der Werkzeugmittellinie dar, die verfolgt wird, damit das Werkzeug entlang dem programmierten Konturensegment 33 schneidet. Ebenso beschreibt das korrigierte Segment 38 die vom Werkzeugmittelpunkt verfolgte Bahn, um die programmierte Bahn 34 zu bearbeiten.

In F i g. 3 ist R der Radius des Meißeleinsatzes, M, L sind die Versetzungsfaktoren, x\, Z\ stellen die programmierten Kettenmaßdaten des Blocks 1 dar und χι, z₂ die programmierten Kettenmaßdaten des Blocks 2. Aus einem Vergleich mit Fig.2 ersieht man, daß die Ableitungsergebnisse mit denen der Versetzung für eine Innenecke (F i g. 2) identisch sind. Natürlich können sich auch die Vorzeichen der Parameter ändern. Dies gilt insbesondere dann, wenn man in Betrachtung zieht, daß sich die programmierten Musterkontursegmente 33 und 34 beim Werkstück in der Praxis erheblich ändern können. Daher müssen auch die erforderlichen Vorzeichen der Parameter berücksichtigt werden. Dies wird anhand der F i g. 4 näher erläutert

Das Vorzeichen der Werkzeugkorrektur hängt davon ab, ob sich das Werkzeug rechts oder links der zu bearbeitenden Werkstückkontur befindet sowie davon, ob die Korrektur an- oder abgeschaltet ist Die Werkzeugkorrektur ist zu Beginn des ersten programmierten Segments abgeschaltet und auch dann, wenn ein Werkzeug mit einem programmierten Radius verwandt

wird. Somit werden die drei Werkkorrekturfunktionei in der folgenden Kodeform beschrieben:

Kode

Funktion

G 41 Werkzeugkorrektur angeschaltet, die pro

grammierte Bahn liegt links vom Werk

stück
G 42 Werkzeugkorrektur angeschaltet, die pro

grammierte Bahn liegt rechts vom Werk

stück
G 40 Werkzeugkorrektur abgeschaltet

Die programmierten Daten für die rechte oder linki Positionierung des Werkzeugs gegenüber dem Werk stück werden zur Bestimmung der Richtung de Versetzungen gebraucht. F i g. 4, die zur Erläuterung de Festlegung der Vorzeichen der Versetzungsfaktorei dient, zeigt eine programmierte Bahn mit den beide programmierten Segmenten 39 und 40. Weiterhin zeig diese Figur die vorhandenen Bedingungen, wenn eine durch die Segmente 39 und 40 beschriebene Kontur im Werkstück 43 unter Verwendung eines Werkzeugs m dem Radius R ausgeformt werden soll. Angenommen die lineare Bewegung des Werkzeugs verlaufe von links nach rechts, dann erfordert das Segment 39, welches de Datenblock 1 wäre, daß die Schneidkante auf der Lini< zwischen Po und P\ fährt Das durch den Datenblock angegebene programmierte Segment 40 erfordert, dal die Schneidkante auf der Linie von P\ nach Pi fährt. Zu Vermeidung eines Unterschnitts muß der jeweilige Endpunkt dieser Segmente um einen Betrag versetz werden, der durch den Radius Ädes Werkzeugeinsatze! bestimmt wird. Somit müssen die Punkte Po, P\ und um die Faktoren M und L versetzt werden, die Verbindung mit den F i g. 2 und 3 beschrieben wurden Die Versetzungsfaktoren dienen dann zur Abänderun der programmierten Bewegung zu und von dei Konturpunkten Po, P\ und Pi. Somit werden di notwendigen Versetzungen wie folgt beschrieben:

(9) (K)) (11) (12)

r, +(- I)⁰M₁ =z_cl, ^+(-I)⁰L₁=X₀₂ z₂-(-I)⁰M₁ = z_l2

wobei

Q = (Werkzeuggröße) + (G-Funktion), daher wird definiert

Werkzeugübergröße = 1,

Werkzeuguntergröße = 0,

G 42 = 1,

G 41 = 0,

ζ) ist stets gleich 0,1 oder 2.

Ein Beispiel:

Werkzeuggröße

G-Funktion

(-I)Q

G 41 (0)
G 41 (0)
G 42(1)
G 42 (1)

Im folgenden wird (— 1)°· als Vorzeichenfaktor (SF) bezeichnet

Die Vorzeichenfaktoren dienen dann zur Bestimmung der Vorzeichen der in den Gleichungen (9) bis (12) angegebenen· Parameter sowie zur direkten Festlegung der Vorzeichen für die Versetzungsfaktoren L und M. Somit stellen die Parameter *_ci und z& mit der erforderlichen zusätzlichen Änderung der Versetzung am Punkt P₀ die korrigierte Soll-Bewegung oder den Sollweg dar. In der gleichen Weise stellen Xa und Zq. nach der erforderlichen Modifizierung der Versetzung am Punkt Pi die korrigierte Soll-Bewegung für das korrigierte Segment 42 dar.

Fig.5 zeigt noch deutlicher das Verfahren zur Berechnung des Vorzeichenfaktors sowie die Änderungen dieses Vorzeichenfaktors bei Innen- und Außenekken. Die programmierte Bahn mit den Segmenten 44,45 und 46, die als Datenblock 1, Datenblock 2 und Datenblock 3 bezeichnet sind, wird dem Rechner eingegeben. Ein Versetzungsfaktor ist erforderlich, da ein Werkzeug mit dem Radius R verwendet wird. Dadurch ändert sich die Positionierung der Punkte P* und Ps, so daß die Punkte P₄c und P_5cum die Faktoren Lt, M\ und L₂, M₂ versetzt sind. Somit ist diese Figur charakteristisch für eine programmierte Linearbewegung, so daß das Ergebnis bzw. das Ausgangssignal der Werkzeugkorrekturrechnungen die Daten Xa und za sind, die bewirken, daß die Bahnbewegungen vollzogen werden. Wendet man die anhand der F i g. 4 beschriebenen Grundsätze an, so lassen sich die folgenden Beziehungen von F i g. 5 ableiten.

z_c2 = Z₂+ M₂(SF)-M_x(SF), (13)

*c2 = X₂ -L₂(SF) + L₁(SF). (14)

Wenn das korrigierte Programm für den Bewegungsoder Wegblock 3 festgelegt wird, dann ändert sich die zur Bestimmung des korrigierten Wegblocks 2 verwendete Größe M\ in Mi. Ebenso wird die für den Block 2 der korrigierten Bewegung errechnete Größe Li zu Lj des Blocks 3. Man erkennt, daß in den Gleichungen (13) und (14) die Größen Mt und M₂ sowie L\ und Li jeweils entgegengesetzte Vorzeichen besitzen. Dies ist wichtig, um die Anhäufung von Rundungsfehlern zu verhindern. Ein Rundungsfehler bei den Berechnungen der L- und M-Werte für ein Segment verursacht keine Akkumulativfehler in den nachfolgenden Segmenten, da Additionen in einem Segment zu Subtraktionen im nächsten Segment werden.

Am Anfang des ersten Segments ist die Werkzeugkorrektur abgeschaltet und muß angeschaltet werden, ehe die spanabhebende Bearbeitung längs des ersten programmierten Segments beginnt Bei abgeschalteter Werkzeugkorrektur wird die Maschinenbewegung durch das Programm gesteuert Bei einer programmierten Funktion (741 oder G42, die den Anschaltbefehl für die Werkzeugkorrektur geben, ist eine Versetzung erforderlich. Dies wird anhand der Fig.6 gezeigt In F i g. 6 ist 51 das programmierte und 52 das kompensierte Datensegment. Das durch die Parameter X\ und z% bestimmte Segment 51 ist der erste Block der programmierten Bewegung, die nach dem Anschalten der Korrektur ablaufen muß. Zunächst ist die Korrektur abgeschaltet, und der Werkzeugradius liegt am Punkt A. Wenn die Funktion G 41 oder G 42 anliegt, dann ist eine erste Versetzung erforderlich, um den Werkzeugmittel-Dunkt vom Punkt A zum Punkt B zu bewegen. Die logische Steuerschaltung erzeugt einen weiteren Bewegungsblock von der Form χ = L₀ und ζ = M₀. Der zurückgelegte Weg ist dem Werkzeugradius R gleich, der die erforderliche Versetzungskorrektur darstellt Die Wegrichtung verläuft senkrecht zum programmierten Segment 51. Nach Ausführung dieser Bewegung gilt die Bahn des Werkzeugmittelpunkts als Segment 52 und die Korrektur wurde durchgeführt

Eine ähnliche Bewegung tritt auf, wenn eine der Funktionen G 4t oder G 42 wirksam ist und ein Abschaltbefehl G 40 durchgeführt wird. Mit dieser Bewegung wird der Werkzeugradius zum programmierten Segment zurückgeführt

Da der Vektor R in Fig.6 senkrecht zum Vektor S verläuft, ist das durch die Vektoren R, L₀ und M₀ gebildete Dreieck dem durch x_:. z\ und 51 gebildeten Dreieck ähnlich. Somit können die folgenden Verhältnisse ausgedrückt werden:

L₀ =

M₀ =

S₁X₁
Rz₁

(15)

(16)

Lo und Mo sind mit Vorzeichen versehene Parameter, wobei der Vorzeichenfaktor SF nach einem nachstehend beschriebenen Verfahren bestimmt wird.

Daher besteht der Anschaltvorgang für die Werkzeugkorrektur aus den folgenden Schritten. Erstens liegt am Anfang die Werkzeugachse am Punkt A, welcher die zuletzt programmierte Stelle darstellt, wobei die Werkzeugkorrektur gegenüber dem vorangehenden Segment abgeschaltet ist Sodann erzeugt die Steuerung einen Weg- oder Bewegungsblock, der aus den Versetzungen L₀ und Mo besteht. Dies wird bei mäßigem Vorschub durchgeführt wenn der Kode G 41 oder G 42 abgetastet und an die Aktivspeicher des Rechners übertragen wird. Nach Beendigung der Versetzungsbewegung wird die durch die berechneten Versetzungsfaktoren geänderte Programmbewegmig wieder aufgenommen.

Somit können die Vorzeichenfaktoren (SF) für die Faktoren M₀ und Lo wie folgt definiert werden:

Für das Anschalten:

(SF)M₀= +(-lf(SF)x, (17)

(SF) L₀= -(-l)°(SF)z. (18)

Für das Abschalten:

(SF)M₀= -(-l)^e(SF)x,

(19)

(SF) L₀= -l(-\f(SF)z. (20)

In diesen Ausdrücken sind die Vorzeichenfaktoren M₀ und Lo die in den vorangehenden Figuren definierten Vorzeichen der Versetzungen Mo und L₀. Somit kann eine logische Eins zur Anzeige einer negativen Bewegung und eine logische Null zur Anzeige einer Versetzungsbewegung in positiver Richtung verwendet werden. Die Vorzeichenfaktoren χ und ζ sind die Vorzeichen des ersten Achsenbewegungsblocks nach einem Anschaltbefehl für eine programmierte Werkzeugkorrektur, d. h. ein Kode G 41 oder G 42. Im Falle

2 19

des Abschaltens der Werkzeugkorrektur sind die Vorzeichenfaktoren χ und ζ die Vorzeichen der Achsenbewegungsrichtung im letzten Block vor einem Abschaltbefehl G 40.

Die Fig.7 und 8 dienen zur Erklärung der Werkzeugkorrektur bei der Bearbeitung eines Kreissegments. In F i g. 7 folgt dem linearen Segment 56 das Kreissegment 57. Somit müssen bei Verwendung des Werkzeugradius R die korrigierten Segmente 58 und 59 verfolgt werden.

Die Koordinatenstellungen werden wieder in der x-z-Ebene durch Ableitung der Korrekturbeziehungen bestimmt Unter Verwendung der ähnlichen Dreiecke 61 und 62 können die Beziehungen der Dreieckseiten wie folgt ausgedrückt werden. ,

Verbindet man Gleichungen (27) und (28), so ergibt sich

. ₍₂₉₎

Eine Umstellung der Gleichung (29) ergibt

k_ax = i_az - [iz -SR- xk] . (30)

Wenn A = iz — SR — xk, dann wird Gleichung (30)

k_ax - i_az - A .

ρ (31)

AB =

SR

(21)

CD =

xk

Die Geometrie zeigt auch, daß

PD = 1 - (AB + CD).

(22)

(23)

.' . setzt man die Gleichungen (21) und (22) in (23) ein, so ergibt sich

Erhebt man die Gleichung (31) ins Quadrat, so ergibt sich

kjx² = ή,ζ² - 2i_azA + A². (32)

Setzt man die Gleichung (25) in die Gleichung (32) ein, so ergibt sich

R² _ax² - /²X² = /²V - 2i_azA + A². (33)

Stellt man die Glieder zusammen und setzt S² = x² + z² ein, so ergibt sich

i² _aS² - 2i_azA + A² - R² _ax² = 0. (34)

FD = 1

SR

Löst man (34) mit Hilfe der Binomialformei, so er-(²⁴> 35 gibt sich

Die Geometrie der F i g. 7 zeigt auch, daß

^z
'λ

IzA	±\|/4z

zA	±]/z²/
²A -4S²(,
2S²
I² -S²/l² -i
P-R²X²

y RIx²S²

, (35)

(36)

R„ = AP-R =]/i² + k² - R. (26)

Zur besseren Erläuterung ist ein Teil der F i g. 7 in Fig.8 neu gezeichnet. Aus der Geometrie der Fig.8 ergeben sich verschiedene Beziehungen unter Zugrundelegung der ähnlichen Dreiecke 63 und 64:

45 Jedoch

Daher:

A²(z²-S²) = A²^x²).

zA ±

^ A²

FD = k.-=-,

(27) (37)

jedoch

FD = i_a - PD
und aus Gleichung (24)

PD _{= i}- JÄ+J*.

55 Die bei der Versetzungskorrektur direkt verwendeten Gleichungen werden nachstehend noch einmal zusammengefaßt:

60

. ' . kann die Ähnlichkeitsgleichunji (27) wie folgt ausgedrückt werden:

S² = χ² + ζ² ,

A = iz - SR - xk,

. _ zA_± V'RjS¹'- A²

' a - — ςϊ

FD = /„ - ■/ -

SR + xk

j ■ (28) (26) (21a) (30a)

(37)

(25) 609 537/68

Die durch die Gleichungen (37) und (25) angegebenen Faktoren i_a und k_a sind die im Kreisinterpolator verwendeten korrigierten Vektorkomponenten des Radius.

F i g. 7 zeigt, daß die Korrektur des Linearbewegungsblocks für das dem Kreissegment 57 vorangehende Segment 56 wie folgt ausgedrückt wird:

L = i- i_a,

M = k - k„.

(38) (39)

Die Faktoren L und Msind vorzeichenlose Größen.

Es ist zu beachten, daß die Faktoren L und M den programmierten Radius von at und ζ sowohl bei Linearals auch beim Kreisbewegungsblock ändern.

Man erkennt jetzt, daß die Werkzeugkorrektur durch Einprogrammierung der Abmessung und der Kontur des Werkstücks in den Speicher des Rechners und gleichzeitig durch Einprogrammierung der Algorithmen für die Versetzung in den Rechner durchgeführt werden kann. Ist eine Korrektur erforderlich, so braucht lediglich dem Rechner der Radius des neuen Werkzeugs eingegeben zu werden. Der Rechner verwendet dann den Werkzeugradius und berechnet in Verbindung mit den programmierten Algorithmen und der Kontur die erforderliche Versetzung für das betreffende Datensegment der Kontur.

F i g. 9 ist ein Flußdiagramm zur Erklärung der Anwendung der Erfindung auf eine numerisch gesteuerte Maschine. Es ist zu beachten, daß die Fig.9 ein Flußdiagramm für den Datenverlauf durch die Anlage und für die Erzeugung der erforderlichen Steuersignale ist und kein Blockschaltbild im üblichen Sinne.

Ein Datenträger 100 mit der programmierten Kontur, das einen angenommenen Werkzeugradius enthalten kann oder nicht, dient zur Betätigung einer Eingabesteuerung 101 eines Lochstreifenlesers. Die programmierten Daten können auf verschiedenen möglichen Datenträgern gespeichert sein, wie auf einem Magnetband, einem Lochstreifen, auf Lochkarten oder anderen bekannten Datenträgern. Die auf dem Lochstreifen programmierten Daten werden in digitale Form durch die Eingabesteuerung 100 des Lochstreifenlesers umgesetzt, so daß an einem mit der Ausgangsklemme der Eingabesteuerung 101 verbundenen Knotenpunkt 102 Digitaldaten abgegriffen werden können.

Die am Knotenpunkt 102 anliegenden Datenimpulse werden den Eingabesignalen der Achsenschalter 103 und 104 funktionsmäßig aufgeschaltet, um in einem Schaltkreis 106 die Bewegungsrichtung in der x- und z-Achse zu bestimmen. Die Schalter 103 und 104 sind Symmetrieschalter, die zur Bestimmung der Bewegungsrichtung in der x- und z-Achse dienen. Die programmierten Daten enthalten die x- und z- Richtung der normalerweise als positiv geltenden Bewegung. Durch Umlegen der Schalter 103 und 104 auf die Umkehrstellung werden die negativen Richtungen befohlen. Dadurch ergibt sich die Bearbeitung eines Teils, das der programmierten Form spiegelbildlich symmetrisch ist.

Wie vorstehend erklärt wurde, wird die Kontur des zu bearbeitenden Werkstücks in Segmente unterteilt, wobei jedes Segment durch einen Datenblock dargestellt wird. In F i g. 9 ist der erste Datenblock durch die Indexzahl 1 gekennzeichnet, so daß die Bezeichnungen Xt und Z\ die Koordinaten des ersten Kontursegments in der jr-z-Ebene darstellen. Ebenso wird der zweite Datenblock mit der Indexziffer 2 bezeichnet, so daß die Bezeichnungen xi und z₂ die entsprechenden Koordinaten des zweiten Kontursegments angeben. Um einen glatten Übergang des Werkzeugs von einem Segment zum anderen zu gewährleisten, muß die Programmsteuerung gleichzeitig zwei Datenblöcke verarbeiten. Hierzu wird der erste Datenblock, d. h. die Koordinaten xu Zi einem Speicher 108 eingegeben. In dieser Stellung sind die Daten des Segments aktiv und steuern die Werkzeugbewegung. Während das Werkzeug von den Daten des Segments 1 gesteuert wird, werden die Daten des zweiten Segments in einem Speicher 107 gespeichert. Die im Speicher 107 gespeicherten Daten enthalten auch die den o. a. Algorithmen entsprechenden Arbeitsprogramme. Bei Beendigung der durch das Segment 1 gesteuerten Arbeitsvorgängen wirken die Daten des Segments 2 als aktiver Datenblock und übernehmen die Steuerung des Werkzeugs. Der Abruf der Daten des zweiten Segments vom Speicher 107 erfolgt über das UND-Glied 109, das durch ein SteuerVSperr- Eingangssignal XFR(INH) beaufschlagt

wird.

Da die gespeicherten Segmentdaten unabhängig von der durch den Werkzeugradius geforderten Versetzungskorrektur sind, müssen die gespeicherten Daten den durch den Rechner erstellten Versetzungsberechnungen aufgeschaltet werden. Diese Aufschaltung erfolgt im Rechenblock 111, in welchem die Koordinaten Xc und Zc durch Kombination der gespeicherten Segmentdaten, des in einem Rechenblock 124 errechneten Vorzeichenfaktors SF sowie der mit Hilfe der vorstehend eingegebenen Arbeitsprogramme errechneten Versetzungsfaktoren Mund L berechnet werden.

Um die Versetzungsfaktoren M und L zu berechnen, müssen der Einrichtung die Daten für den Radius des neuen Werkzeugs über eine Eingabeeinrichtung 112 eingegeben werden. Die Daten für den Radius können die tatsächlichen Werkzeugradiuswerte oder auch die Änderung des Radius gegenüber einem angenommenen Radius sein, wie vorstehend ausführlich erläutert wurde. Bei der Eingabe der Werkzeugradiusdaten muß bekannt sein, ob die im Datenträgen 100 enthaltenen programmierten Daten auch einen angenommenen Werkzeugradius umfassen oder nicht. Wenn kein angenommener Radius in den programmierten Daten enthalten ist, so wird einfach der tatsächliche Radius des zu verwendenden Werkzeugs eingegeben. Wenn die programmierten Daten jedoch einen angenommenen Radius enthalten, dann muß die Differenz zwischen den tatsächlichen und den angenommenen Radius eingegeben werden, wobei auch berücksichtigt werden muß, ob der tatsächliche Radius größer oder kleiner ist als der angenommene. Diese Daten werden dann über ein UND-Glied 113 eingegeben. Das UND-Glied 113 wird auch durch einen Befehl G 40 aktiviert, der anzeigt, daß die Kompensation für die Werkzeugabmessung abgeschaltet ist. Die Daten für den Radius R und die Daten bezüglich seiner Unter- oder Übergröße werden dann in einem Speicher 114 gespeichert. Auch die die Daten des Datenträgers 100 darstellenden Digitalsignale gelangen an den Speicher 114 über die an den Knotenpunkt 102 geführte Leitung. Die Daten für den Radius R werden dauernd im Speicher 114 gespeichert, da sie für alle Datensegmente gelten, solange kein Werkzeugwechsel durchgeführt wird.

Dann werden die programmierten Konturdaten den Radiusdaten aufgeschaltet, damit die Faktoren Λ-Zund L für jedes Segment in einem Rechenblock 116 errechnet

werden können. Sodann werden die Versetzungsfaktoren M und L für das erste Segment in einem Speicher 117 gespeichert, wo sie zu aktiven Daten werden, während die errechneten Versnfzungsfaktoren Aft und L₂ für das zweite Datensegment so lange gespeichert werden, bis sie ihrerseits bei Beendigung der Arbeitsvorgänge im ersten Segment zu aktiven Daten werden. Die aktiven Versetzungsfaktoren Mund L gelangen an den Rechenblock 111, wo sie zur Berechnung der Bewegungen x_cund z_cbeitragen.

Da die auf das unmittelbar folgende Datensegment bezogenen Faktoren M und L gespeichert werden müssen, werden die Versetzungsfaktoren vom Speicher durch einen Befehl G 41 oder G 42 abgerufen. Diese zeigen jeweils an, daß die Werkzeugkorrektur mit linksstehendem Werkzeug bzw. mit rechtsstehendem Werkzeug angeschaltet ist. Durch einen Befehl G 41 oder G 42 kann ein UND-Glied 118 aktiviert werden, dessen Ausgangssignal ein UND-Glied 119 ansteuert. Das UND-Glied 119 ist auch durch eine Übergabesignal XFR beaufschlagt, das anzeigt, daß das vorhergehende Datensegment beendet ist und die gespeicherten Segmentdaten als aktive Daten abgerufen werden sollen.

Die Befehle G 40, G 41 und G 42, welche das An- und Abschalten der Kompensation bewerkstelligen, befinden sich an den entsprechenden Stellen eines jeden Programms. Somit liegen diese Befehle in Form elektrischer Signale am Kontenpunkt 102 an und werden in einem Speicher 121 gespeichert. Die im Speicher 121 gespeicherten Befehle zur Steuerung der Kompensation werden ferner in einem Speicher 122 gespeichert, so daß der richtige Befehl aktiv ist, während der unmittelbar folgende Befehl gespeichert bleibt. Der Abruf der gespeicherten Befehle und ihre Umschaltung auf aktive Befehle erfolgt durch das Übergabesignal XFR über ein UND-Glied 123.

Der aktive G-Befehl wird den Radiusdaten aufgeschaltet, um im Rechenblock 124 den Vorzeichenfaktor SF zu berechnen. Der Vorzeichenfaktor dient auch zur Errechnung der Koordinaten x_a z_c im Rechenblock 111.

Die in den Speichern 121 und 122 liegenden G-Befehle dienen zur Erzeugung von START- und STOP-Signalen in Blöcken 126 und 127. Das im Block 126 erzeugte START-Signal entsteht, wenn ein Abschaltbefehl G 40 aktiv ist und ein Anschaltbefehl von der Form G 41 oder G 42 anliegt. Wenn kein START-Signal vom Block 126 abgegeben wird, dann wird ein Signal START abgegeben, das anzeigt, daß kein START-Signal am Ausgang anliegt.

Das im Block 127 erzeugte STOP-Signai entsteht, wenn einer der Anschaltbefehle G 41 oder G 42 aktiv ist und ein Abschaltbefehl G40 empfangen wird. In diesem Fall wird vom Block 127 ein STOP-Signal abgegeben.

Das Signal STOP zeigt an, daß kein STOP-Signal abgegeben wird.

Die im Speicher 114 gespeicherten Daten für den Radius R und die im Speicher 107 gespeicherten Daten für *2 und Zj werden über Leitungen 129 und 128 einem Rechnerblock 131 für A/o und U> eingespeist. Der Rechnerblock 131 wird ebenfalls durch die STOP- und START-Signale angesteuert, um zu gewährleisten, daß die richtigen Faktoren M₀ und Ui für jedes Konturseg ment verwendet werden. Wie vorstehend erläuter: wurde, dienen die Versetzungsfunktionen M₍₎und Ui zur Anzeige der erforderlichen Versetzungen an den Punkten, an welchen das Werkzeug die Bahn zwischen programmierten Konlursegnienten ändert, um ein Unterschneiden des Werkstücks zu verhindern. Die in Rechnerblock 131 errechneten Versetzungsfaktoren L, und M₀ dienen dann zur Berechnung der Versetzunger xo und Zo in einem Versetzungsrechner 132. Dk Rechnungen für xo und Zq erfolgen auch in Abhängigkeil vom START- und STOP-Signal sowie in Abhängigkeil von dem im Rechenblock 124 ei rechneten Vorzeichen faktor SF. Die errechneten Versetzungsfaktoren X₀ unc Za werden dann zur Verarbeitung einem interpolator-

so block 133 gemäß den in Abhängigkeit vom START- unc STOP-Signal erzeugten EIN- und AUS-Signalen aufgeschaltet Dies erfolgt über UND-Glieder 134 und 136, ar weichen außer den Versetzungsfaktoren xo und zo auch das AUS- und EIN-Signal anliegt.

Die errechneten Versetzungsfaktoren xo und z₍ dienen auch zur Bestimmung des Einflusses diesel Faktoren auf die Vorzeichenfaktoren M und L in

■ Speichern 137 und 138. Somit werden die Faktoren Ai und L ebenfalls im Rechenblock 111 zur Berechnung der Koordinaten X₁-und z_c verwendet. Damit ist die richtige Ausführung der programmierten und berechneten Daten sichergestellt.

Schaltkreise 139, 143, 149 und 151 stellen sicher, daß die STOP- und START-Signale mit den richtigen Datensegmenten korreliert sind und sichergestellt ist, daß auf dem Datenträger vorprogrammierte Änderungen zum richtigen Zeitpunkt ausgeführt werden.

Im Schaltkreis 139 werden die in den Blöcken 126 und 127 erzeugten START- und STOP-Signale zu einem Übergabe/Blockiersignal XFR(INH) zusammengesetzt. Der Schaltkreis 139 weist zwei UND-Glieder 141 und 142 auf. Das UND-Glied 141 ist mit dem Übergabesignal XFR beaufschlagt, das nach Abarbeitung von Daten von dem Interpolatorblock 133 bereitgestellt wird. Das UND-Glied 141 ist zugleich mit dem START-Signal beaufschlagt. Liegen diese beiden Signale vor, so wird am Ausgang des UND-Gliedes 141 ein Ausgangssignal erhalten, durch das dann das UND-Glied 142 aktiviert wird. Das UND-Glied 142 ist ferner durch ein STOP-Signal beaufschlagt. Somit wird dann ein Übergabe/Blockiersignal XFR (INH) erhalten, wenn von dem Interpolatorblock 133 ein Übergabesi- gn&XXFR bereitgestellt wird.Stelltder Interpolatorblock 133 dagegen kein Übergabesignal XFR bereit, so erzeugt der Schaltkreis 139 ein Blockiersignal. Das XFR(INH)-Signa\ beaufschlagt das UND-Glied 109, so daß die Weitergabe von Daten während der Abarbeitung eines aktiven Datensegmentes verhindert wird
Die zur Aktivierung der UND-Glieder 146, 136 und 147 benötigten EIN- und EIN-Signale werden im Schaltkreis 143 erzeugt, der ein steuerbarer Speicher ist. Der Schaltkreis 143 ist über ein UND-Glied 144 aktivierbar, das seinerseits mit dem START-Signal und dem XFR-Signa\ beaufschlagt ist und bei Vorliegen beider Signale den Schaltkreis 143 aktiviert. Liegt am UND-Glied 144 das Übergabesignal XFR an, so wird am Ausgang des Schaltkreises 143 ein EIN-Signal erzeugt, so daß das aktive Datensegment im Interpolatorblock 133 abgearbeitet wird. Liegt an der Eingangsklemme des UND-Gliedes 144 kein START-Signal an, so wird vom Schaltkreis 143 ein EIN-Signal erzeugt, das das Weiterschieben von Daten bewerkstelligt. Damit wird das gespeicherte Datensegment aufgerufen und wird das aktive Datensegment.

6;, Die Schaltkreise 149 und 151, die ebenfalls steuerbare Speicher sind, werden zur Erzeugung der AUS- und AUS-Signale verwendet, die ebenfalls dazu dienen, ein Aufrufen gespeicherter Daten zur falschen Zeit zu

/O

verhindern und den rechtzeitigen Aufruf gespeicherter Daten sicherzustellen. Dies erfolgt unter Verwendung eines UND-Gliedes 152, das mit dem STOP-Signal und dem Übergabesignal XFR beaufschlagt ist. Bei Ansteuerung des Schaltkreises 149 wird ein weiteres UND-Glied 153 aktiviert, das seinerseits den Schaltkreis 151 aktiviert, so daß dieser die AUS- und AUS-Signale erzeugt. Das AUS-Signal wird zu einem UND-Glied 154 zurückgekoppelt, das zugleich mit dem Übergabesignal XFR beaufschlagt ist und zum Rückstellen des einen steuerbaren Speicher darstellenden Schaltkreises 151 dient. Auf ähnliche Weise ist der Ausgang des Schaltkreises 149 mit einer der Eingangsklemmen eines UND-Gliedes 156 verbunden, das zugleich mit dem Übergabesignal XFR beaufschlagt ist und dazu dient,

den Schaltkreis 149 zurückzustellen.

Dem dem Interpolatorblock 133 vorgeschalteten UND-Glied 146 sind seinerseits zwei UND-Glieder 160 und 161 vorgeschaltet, über die das UND-Glied 146 mit dem Rechenblock tll bzw. dem Speicher 108 verbunden ist. Das UND-Glied 160 wird bei Vorliegen eines Anschaltbefehles für die Kompensation G 41 oder G42 aktiviert, während das UND-Glied 161 bei Vorliegen eines Abschaltbefehles G 40 aktiviert wird. Damit können dem Interpolatorblock 133 entweder die vom Datenträger 100 eingelesenen Daten unverändert vom Speicher 108 heir zugeführt werden oder unter Berücksichtigung der Werkzeugabmessungen korrigiert vom Rechenblock 111 her zugeführt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Numerisch arbeitende Programmsteuerung zur Führung eines Werkzeuges über eine vorgeschriebene Bahn, die unter Berücksichtigung von Korrekturen für verschiedene Werkzeugdurchmesser Daten für eine Bahn des Werkzeugmittelpunktes vorgibt, mit einem Datenträger, der die Koordinaten der einzelnen Bahnabschnitte sowie Angaben zur Bestimmung der Lage des Werkzeugmittelpunktes an den Übergangspunkten zwischen den einzelnen Bahnabschnitten enthält, die mit einer Eingabeeinrichtung für die Korrekturdaten, mit Speichern für die Daten der Koordinaten der Bahnabschnitte und der Korrekturen, mit einem Rechner, der aus diesen Daten und den Angaben zur Lage des Werkzeugmittelpunktes am Übergangspunkt die korrigierten Endpunkte des Bahnabschnittes für den Werkzeugmittelpunkt berechnet, sowie mit nachgeschalteten Interpolatoren und Antrieben in den Koordinatenrichtungen der Bahnbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem ersten Speicher (108, 122) für einen ersten Block von vom Datenträger (100) ausgelesenen Koordinaten und Angaben noch ein zweiter Speicher (107, 121) für einen darauffolgenden zweiten Block von Koordin?- ten und Angaben vorhanden ist, wobei die Angaben das jeweils erforderliche Arbeitsprogramm für den Rechner (111,116) darstellen, der frei programmierbar ist und nach Maßgabe des Arbeitsprogrammes aus den im ersten Speicher (108,122) und im zweiten Speicher (107, 121) enthaltenen Koordinaten sowie den im Speicher (114) enthaltenen Korrekturdaten, die korrigierten Endpunkte des Bahnabschnittes für den Werkzeugmittelpunkt berechnet; und daß dem ersten Speicher (108, 122) vorgeschaltete Torschaltungen (109,123) vorhanden sind, über die der Inhalt des zweiten Speichers (107, 121) in den ersten Speicher gebbar ist, während der zweite Speicher (107, 121) die Koordinaten und Angaben des folgenden Bahnabschnittes vom Datenträger (100) übernimmt, wenn an die Torschaltungen (109, 123) ein das Ende der Bearbeitung des betrachteten Bahnabschnittes anzeigendes Signal (XFR) geliefert wird.

2. Programmsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speicher und der zweite Speicher jeweils einen Speicher (107,108) für die Koordinaten der Bahnabschnitte und die Arbeitsprogramme für den Rechner (111,116) sowie jeweils einen Speicher (121, 122) für Befehle zum Anschalten und Abschalten der Kompensation der Bahn des Werkzeugmittelpunktes unter Berücksichtigung des Werkzeugdurchmessers aufweisen.

3. Programmsteuerung ntch Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtung (112) über eine Torschaltung (113) mit dem Speicher (114) für die Korrekturdaten verbunden ist, die aktiviert wird, wenn vom Datenträger (100) keine Abschaltbefehle in den zweiten Speicher (107, 121) eingelesen wurden.

4. Programmsteuerung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten Koordinaten des Bahnabschnittes über eine Torschaltung (160) abgegeben werden, die bei Vorliegen eines Befehles zum Anschalten der Kompensation aktiviert wird, während die unveränderten Endpunkte des Bahnabschnittes an die Interpolatoren (133) über eine Torschaltung (161) übertragbar sind, die bei Vorliegen eines Befehles zum Abschalten der Kompensation aktiviert wird.

5. Programmsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen zweiten Rechner (131, 132), der eingangsseitig mit dem zweiten Speicher (107) und dem Speicher (114) für die Korrekturdaten verbunden ist, der beim Einlesen eines Befehles zum An- oder Abschalten der Kompensation aktiviert wird und einen korrigierten Endpunkt für einen ersten bzw. letzten der Bahnabschnitte berechnet und ausgangsseitig über Torschaltungen (134, 136), die beim Einlesen eines Befehles zum An- bzw. Abschalten der Kompensation aktiviert werden, mit den Interpolatoren (133) verbindbar ist sowie über weitere Torschaltungen (147,148), die ebenfalls beim Einlesen eines Befehles zum An- bzw. Abschalten der Kompensation aktiviert werden, über dem Anfangspunkt bzw. dem Endpunkt eines Bahnsegmentes zugeordnete Speicher (137, 538) mit dem ersten Rechner (111, 116) verbindbar ist.