DE2232205A1

DE2232205A1 - Vorrichtung zur optimalen anpassung einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine an den bearbeitungsvorgang eines werkstueckes

Info

Publication number: DE2232205A1
Application number: DE19722232205
Authority: DE
Inventors: Roderich Dipl Ing Baisch; Gerhard Dipl Ing Sautter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-06-30
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1974-01-17
Also published as: DE2232205C3; FR2190576A2; FR2190576B2; CH566185A5; DE2232205B2; GB1437794A

Description

Vorrichtung zur optimalen Anpassung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine an den Bearbeitungsvorgang eines Werkstückes

(Zusatz zu Patent (Anmeldung P 18 03 742.8)

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optimalen Anpassung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine an den Bearbeitungsvorgang eines Werkstückes mit mehreren Werkzeugen im gleichzeitigen Eingriff, bei der die numerische Steuerung der programmierten Kontur entsprechende Befehle zur Lageregelung an die Maschine liefert und die Vorschubgeschwindigkeiten als Relativgeschwindigkeiten zwischen Werkzeugen und Werkstück in Abhängigkeit von dem am Werkstück aufgebrachten Leistungen, z.B. Zerspanungsleistung, oder davon abgeleiteten Größen regelbar sind, derart, daß jeweils die Vorschubgeschwindigkeit mit zunehmender Leistung herabsetzbar und mit abnehmender Leistung heraufsetzbar ist, daß beim Überschreiten eines vorgegebenen Wertes der Leistung Befehle zur Abweichung von der programmierten Kontur in Richtung abnehmender Bearbeitungstiefe (Sohnittiefe) ausgebbar sind, daß beim Unterschreiten eines darunter liegenden Wertes wieder Befehle zum Fahren in Richtung zunehmender Bearbeitungstiefe - bis höchstens zur programmierten Kontur abgebbar sind, daß die Abweichungen von den von der numerischen Steuerung vorgegebenen Befehlen zur Lageregelung digital speioherbar sind und zusätzlich jeweils zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück im Sinne einer Verringerung der Abweichung dienen und daß der Befehl zum Abfahren der Kontur solange wiederholbar ist, bis die tatsächliche Kontur des Werkstückes mit der programmierten Kontur übereinstimmt, nach Patent * .·· ... (Anmeldung P 18 03 742.8).

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Mit einer Werkzeugmaschine, z.B. einer Drehmaschine ist es aus technologischen und maschinentechnischen Gründen häufig nicht möglich, die gewünschte Werkstückkontur aus dem Roh'-material in einem einzigen Bearbeitungsvorgang herzustellen, sondern es muß eine Zerlegung in einzelne Schnitte vorgenommen werden. Bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bedeutet dies, daß außer den Sollwerten für die Endkontur noch zusätzliche Bearbeitungssätze für die Zwischenkonturen eingegeben werden müssen. Der Aufwand hierfür ist oft beträchtlich. Im vorgenannten Hauptpatent ist nun eine Lösung des Problems beschrieben, bei der es genügt, auf dem Lochstreifen die Information für die Endkontur aufzubringen. Die Schnittzerlegung selbst wird dann optimal von der Maschinensteuerung durch eine adaptive Regelung der eingangs genannten Art vorgenommen.

Es sind nun seit geraumer Zeit Werkzeugmaschinen, z.B. Drehmaschinen bekannt, bei denen gleichzeitig, z.B. zwei Werkzeuge am Werkstück im Eingriff sind. Da zwei Werkzeuge im Eingriff sind, werden für eine adaptive Regelung auch mindestens zwei Führungsgrößen benötigt. Diese können entweder das Drehmoment an der Hauptspindel und die Schnittkraft an einem Werkzeug und/oder die Schnittkräfte an beiden Werkzeugen sein. Diese Größen sind ihrerseits wieder ein Maß für die am Werkstück aufgebrachte Leistung. (Verformungsleistung) .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auch bei einer Werkzeugmaschine mit mehreren Werkzeugen im Eingriff für eine optimale Auslastung der Maschine zu sorgen.

Diese Aufgabe wird erfindungegemäß dadurch gelöst, daß die dem einen Werkzeug zugeordneten Werte vom Programm her eingebbar sind und die den anderen Werkzeugen zugeordneten Werte abhängig von der Differenz zwischen der zulässigen oder vorgegebenen Leistung der Werkzeugmaschine und der am

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ersten Werkzeug gemessenen Leistung zumindest teilweise bis zu zulässigen Werten veränderbar sind.

Durch diese Priorität des einen Werkzeuges und die davon abhängige Veränderung der Beanspruchung der anderen Werkzeuge wird dafür gesorgt, daß die Werkzeugmaschine bei der adaptiven Schnittzerlegung mit maximaler Auslastung arbeitet. Aus technologischen Gründen kann es dabei vorteilhaft sein, bei Unterschreiten eines vorgegebenen Vorschubes der anderen Werkzeuge relativ zum Werkstück die dem ersten Werkzeug zugeordneten Werte zusätzlich zu reduzieren.

Da bei einer adaptiven Regelung mit Schnittzerlegung die Wege der einzelnen Werkzeuge relativ zum Werkstück nicht vorher bestimmt sind, müssen bei einer derartigen Maschine zusätzlich Kollisionsbetrachtungen angestellt werden. Die beiden Supporte dürfen einen vorgegebenen Abstand zueinander nicht unterschreiten. Dieser vorgegebene Abstand kann entweder durch Näherungssohalter oder durch internen Vergleioh der Istwertzähler der beiden Supporte ermittelt werden. Ist der minimal zulässige Abstand erreicht, wird von der Steuerung einem der beiden Sohlitten die Priorität eingeräumt. Diese Aufgaben können auf einen übergeordneten Rechner übertragen werden. Der zulässige Abstand der beiden Supporte zueinander hängt im wesentlichen von der Geometrie, insbesondere von der Länge der einzelnen Werkzeuge ab. Diese Daten müssen ebenfalls in die Steuerung eingegeben werden. Es ist nun möglich, diese Daten einerseits bei der Programmierung zu berüoksiohtigen, andererseits über Dekadenschalter an der Steuertafel einzustellen und in die Masohinensteuerung einzulesen. Am vorteilhaftesten ist es jedoch, diese geometrischen Daten automatisch zu erfassen. Hierzu ist es vorteilhaft, die Informationen über die Werkzeuge selbst auf dem Werkzeugschaft kodiert aufzubringen und zwar derart, daß sie beim Einsetzen in die Haschine abgelesen werden körnten. Außer dieser Längeninformation können dann z.B. nooh die zulässige Sohnittkraft und die zulässige Sohnittgesohwin-

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digkeit kodiert auf den Werkzeugen aufgebracht werden. In weiterer Ausbildung dieses Gedankens ist es jedooh besonders vorteilhaft, wenn das Werkzeug nur mit einer kodiert aufgebrachten Nummer versehen wird, die die Adresse für den zugehörigen Speicherplatz in dem Speicher eines zur Steuerung der Werkzeugmaschine dienenden Rechners bildet. Dieser Rechner kann dann aus dem Speicherplatz für das zugeordnete Werkzeug die Länge und sonstige Daten entnehmen und für die Steuerung des Bearbeitungsvorganges benutzen. Steuerungen zum automatischen Wechseln von Werkzeug und zur Abfrage der kodierten Werkzeuge sind bereits bekannt (vgl. z.B. DAS 1 260 924). Eine derartige Ausbildung der Steuerung hat den Vorteil, daß der Programmierer nach wie vor nur eine Werkzeugnummer programmieren muß und die exakten geometrischen und technologischen Daten dieses Werkzeuges nicht zu kennen braucht.

Anhand einer Zeiohnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Steuerung einer Drehmaschine mit

zwei Werkzeugen im Eingriff und Fig. 2 zulässige und gemessene Drehmomente - aufgetragen über der Zeit.

Das Drehteil 9 ist im Putter einer nicht näher dargestellten Drehmaschine eingespannt und rotiert in Richtung des Pfeiles 18. Zur Bearbeitung des Drehteils 9 sind gleichzeitig zwei Werkzeuge 16, 17 im Eingriff, die auf Schlitten 10 und 11 angeordnet sind. Durch Stellmotoren 12 bis 15 sind die Sohlitten in Vorsohubriohtung X und Zustellriohtung Y verschiebbar. Zur Steuerung der Schlitten 10, 11 ist eine numerische Steuerung 1 mit den Ausgängen 2a, 2b vorgesehen, die ihre Daten aus einem Lochstreifenleser 19 oder einem nicht gezeigten Rechner erhält. Zur Messung der von den Werkzeugen 15, an dem Werkstück 9 ausgeübten Sohnittkräfte S, ₁, S,p ^is"t &n jedem Schlitten eine nicht gezeigte Meßvorrichtung, z.B. mit piezoelektrischen Gebern vorgesehen, die ein entsprechendes

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elektrisches Signal liefert. Ferner ist noch eine nicht gezeigte DrehmomentmeßTorrichtung vorhanden, die das Drehmoment an der Hauptspindel der Werkzeugmaschine mißt und ein entsprechendes Signal M-, liefert. Dieses Signal hängt von den Einzelschnittkräften S, .. und S, ₂ wie folgt ab:

wobei r^, τ2 der Abstand der Werkzeuge von der Spindeldrehaohse ist.

Die beiden Adaptiveteuerglieder 4, 3 der numerischen Steuerung stellen für die einzelnen Werkzeuge 16, 17 den Vorschub X und die Zustellung Y so ein, daß die Maschine optimal ausgelastet ist. Als Optimal- bzw. Grenzwerte werden dabei die ' zulässigen Schnittkräfte ^svit)» ^Sk?O P^r°g^rarcmiert.

Die Adaption funktioniert nun folgendermaßen: Solange

^Sk1 ζ ^Sk1p

wird die Vorschubgeschwindigkeit und/oderfdie Schnittiefe erhöht, bis S,-. = S-. .. wird.

Sobald S_k1> S_k1p

wird die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Sohnittiefe verringert, bis wieder S, .. = S, .. wird.

Sinngemäß der gleiche Vorgang gilt für das Werkzeug 17 mit den Parametern : S, gi ^sv2b^#

Der Vergleich der vorgenannten Größen wird in den Stufen und 6 vorgenommen und als entsprechendes Steuersignal auf die Adaptivsteuerglieder 3 und 4 gegeben.

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Die jeweilige Differenz zwischen der Sollposition-also der Endkontur - und der tatsächlichen Istlage wird dann bei den numerischen Werkzeugmaschinensfeuerungen in nicht gezeigten Zählern abgespeichert und für die nachfolgenden Schnitte entsprechend verwertet. Nähere Angaben über derartige adaptive Werkzeugmaschinensteuerungen, bei denen statt der Schnittkraft allerdings das Moment an der Hauptspindel benutzt wird, sind aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 803 742 bekannt. Relativ unproblematisch hinsichtlich der Belastung der Maschine ist die Steuerung dann,wenn das Drehmoment an der Hauptspindel

^Md = ^Sk1 ^Γ1 ^{+ S}k2 ^r2

klein ist gegenüber dem zulässigen (programmierten) Drehmoment Mj . Solange diese Bedingung und die Bedingungen

^SkX^Sk1p ^{und S}k2 ^^Sk2p

erfüllt sind, können beide adaptiven Teile ohne Rücksicht aufeinander arbeiten.

Anders sieht die Sache aus, wenn die Bedingung

^Mdp 2 ^sk1 ^r1 ^{+ S}k2 ^r2 = ^Md

nicht mehr erfüllt ist; hier muß nun dem einen Werkzeug, z.B. 16, Priorität vor dem Werkzeug 17 eingeräumt werden.

Hierzu wird in einem Rechenbaustein 7 das programmierte Drehmoment M_d mit dem gemessenen Drehmoment M_d verglichen. Sobald M, größer als M, wird, wird der Wert S^p₁₃ · ^rp ^durcil den Wert M, - S, .. . r.., also die Differenz zwischen programmiertem Drehmoment und dem duroh das Werkzeug 16 erzeugten Drehmoment S, .. . r.. ersetzt, (vgl. Mg. 2).

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Unterschreitet die so für das Werkzeug 17 gebildete Vorschubgeschwindigkeit Fp ^den Wert Fpmin' ^{B0 w}i^rd dies im Rechenbaustein 7 ebenfalls festgestellt und die programmierte Schnittkraft S^₁ am Eingang der Stufe 5 automatisch durch einen entsprechenden kleineren Wert ersetzt. Denkbar wäre es auoh, stattdessen direkt auf die Sohnittiefe über dem Adaptivbaustein 3 einzuwirken und die Sohnittiefe des Werkzeuges 16 zu reduzieren.

Bei der vorstehend geschilderten Steuerung wird davon ausgegangen, daß sowohl die einzelnen Schnittkräfte S, ^ und S.« ^als auch das Drehmoment M, an der Hauptspindel zur Verfügung steht« Dies ist nicht unbedingt notwendig.

Folgende Varianten sind denkbar:

Gemessen wird M, und S, .. oder S,«· Hierbei kann nur ein Werkzeug überwacht werden. Für das zweite Werkzeug wird von der Programmierung her keine Aussage gemacht. Dies könnte zu einer Überbelastung führen, sobald z.B. M-, relativ groß und die Schnittkraft des einen Werkzeugs relativ klein programmiert wird.

Der andere Fall ist, daß nur die Schnittkräfte S^₁ und gemessen werden. Hierbei werden zwar beide Werkzeuge über wacht, die Hauptspindel (einschließlich Futter, Getriebe, Kupplungen, Antrieb usw.) werden jedoch nicht überwacht.

5 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

1· Vorrichtung zur optimalen Anpassung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine an den Bearbeitungsvorgang eines Werkstückes mit mehreren Werkzeugen im gleichzeitigen Eingriff, bei der die numerische Steuerung der programmierten Kontur entsprechende Befehle zur Lageregelung an die Maschine liefert und die Vorschubgeschwindigkeit als Relativgesohwindigkeit zwischen Werkzeugen und Werkstück in Abhängigkeit γοη den am Werkstück aufgebrachten Leistungen oder davon abgeleiteten Größen regelbar sind, derart, daß jeweils die Vorschubgeschwindigkeit mit zunehmender Leistung herabsetzbar und mit abnehmender Leistung heraufsetzbar ist, daß beim Überschreiten eines vorgegebenen Wertes der Leistung Befehle zur Abweichung von der programmierten Kontur in Richtung abnehmender Bearbeitungstiefe ausgebbar sind, daß beim Unterschreiten eines darunter liegenden Wertes wieder Befehle zum Fahren in Richtung zunehmender Bearbeitungstiefe - bis höchstens zur programmierten Kontur - abgebbar sind, daß die Abweichungen von den von der numerisohen Steuerung vorgegebenen Befehlen zur Lageregelung digital speicherbar sind und zusätzlich jeweils zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück im Sinne einer Verringerung der Abweichung dienen, und daß der Befehl zum Abfahren der Kontur solange wiederholbar ist, bis die tatsächliche Kontur des Werkstüokes mit der programmierten Kontur übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die dem einen Werkzeug (18) zugeordneten Werte vom Programm her eingebbar sind und die den anderen Werkzeugen (19) zugeordneten Werte abhängig von der Differenz zwischen der zulässigen oder vorgegebenen Gesamtleistung der Werkzeugmaschine und der am ersten Werkzeug (18) gemessenen Leistung zumindest teilweise bis zu zulässigen Werten veränderbar äind.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten eines vorgegebenen Vorschubes der anderen Werkzeuge relativ zum Werkstück (9) die dem ersten Werkzeug zugeordneten Werte zusätzlich reduzierbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandsrechner vorgesehen ist, dem die Istposition der Werkzeuge und ihre geometrischen Daten zuführbar sind und der beim Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestabstandes der Werkzeuge in den Vorschub zur Vergrößerung des Abstandes eingreift.

4· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Daten über Geometrie des Werkzeuges und dessen Bean- ppruohfeaxkeit über eine auf dem Werkzeug kodiert aufgebrachte Information ermittelbar sind.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß die Information auf dem Werkzeug die Adresse für einen Speicherplatz in dem Speicher eines zur Steuerung der Werkzeugmaschine dienenden Reohners bildet und daß in diesem Speicherplatz die Daten über Geometrie des Werkzeuges und dessen Beanspruchbarkeit enthalten sind.

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