DE2232205B2

DE2232205B2 - Vorrichtung zur optimalen anpassung einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine an den bearbeitungsvorgang eines werkstueckes

Info

Publication number: DE2232205B2
Application number: DE19722232205
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl -Ing Baisch Roderich Dipl -Ing 8520 Erlangen Sautter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-06-30
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1977-09-29
Also published as: CH566185A5; DE2232205A1; DE2232205C3; FR2190576B2; FR2190576A2; GB1437794A

Description

Kollisionsbctrachtungen anzustellen, damit die beiden Werkzeugsupporte einen Mindestabstand einhalten (vgl. Zeitschrift »Industrieanzeiger« Nr. 60 vom 20 7 71 Seite 1534).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, auch bei s einer Vorrichtung der eingangs genannten Art für Werkzeugmaschinen mit mehreren Werkzeugen im Eingriff für eine optimale Auslastung der Maschine und die sichere Verhinderung von Kollisionen /wischen den Werkzeugen zu sorgen. _|0

Diese Aufgabe ist erfindiingsgemäü 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 Gesamtleistung der Werkzeugmaschine und der am ersten Werkzeug gemessenen Leistung zumindest teilweise bis zu zulässigen Werten veränderbar sind und daß dem Abstandsrechner zusätzlich zu den Istpositionen der Werkzeugsupporte Informationen über die geometrischen Abmessungen der Werkzeuge zuführbar 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 adapliven Schnittzerlegung mit maximaler Auslastung arbeitet, wobei Kollisionen sicher verhindert werden.

Aus technologischen Gründen kann es dabei in Ausgestaltung der Erfindung 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 — wie eingangs erwähnt — bei einer derartigen Maschine zusätzlich Kollisionsbetrachtungen angestellt werden. Die beiden Supporte zweier Werkzeuge dürfen einen vorgegebenen Abstand zueinander nicht unterschreiten. Dieser vorgegebene Abstand kann entweder durch Näherungsschalter oder durch internen Vergleich der Istwertzähler der beiden Supporte ermittelt werden. Ist der minimal zulässige Abstand erreicht, wird von der Steuerung einem der beiden Schlitten 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 werden daher erfindungsgemäß ebenfalls in die Steuerung eingegeben. Die Daten der Werkzeuggeometrie können programmiert oder über Dekadenschalter an der Steuertafel eingestellt und in die Maschinen- steuerung eingelesen werden. Am vorteilhaftesten ist es jedoch, diese geometrischen Daten automatisch zu erfassen. Hierzu können die Informationen über die Werkzeuge jeweils auf dem Werkzeugschaft kodiert aufgebracht werden, und zwar derart, daß sie beim Einsetzen in die Maschine abgelesen werden können. Außer der Längeninformation können dann z. B. noch die zulässige Schnittkraft und die zulässige Schnittgeschwindigkeit kodiert auf den Werkzeugen aufgebracht werden. In weiterer Ausbildung dieses Gedankens ist es jedoch besonders zweckmäßig, wenn das Werkzeug nur mit einer kodiert aufgebrachten Nummer versehen wird, die die Adresse für den zugehörigen Speicherplatz in dem .Speicher eines zur Gesamtslcuerung 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 Werkzeugen und zur Abfrage der kodierten Werkzeuge sind bereits bekannt (vgl. z. B. DT-AS 12 60 924). 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 der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuerung einer Drehmaschine mit zwei Werkzeugen im Eingriff und

Fig. 2 zulässige und gemessene Drehmomente, aufgetragen über der Zeit.

Ein Drehteil 9 ist als Werkstück im Futter 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 Werkzeugsupporten bzw. Schlitten 10 und 11 angeordnet sind. Durch Stellmotoren 12 bis 15 sind die Schlitten in Vorschubrichtung X und Zustellrichtung V 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 15,16 an dem Werkstück 9 ausgeübten Schnittkräfte 5*i, S/a ist an jedem Schlitten eine nicht gezeigte Meßvorrichtung, z. B. mit piezoelektrischen Gebein, vorgesehen, die ein entsprechendes elektrisches Signal liefert. Ferner ist noch eine nicht gezeigte Drehmomentmeßvorrichtung vorhanden, die das Drehmoment an der Hauptspindel 8 der Drehmaschine mißt und ein entsprechendes Signal Md liefert. Dieses Signal hängt von den Einzelscnnittkräften 5*i und 5*2 wie folgt ab:

Md — 5*1 · Γ] + 5*2 · Γ2

wobei r_u r₂ der Abstand der Werkzeuge von der Spindeldrehachse ist.

Adaptivsteuerglieder 3, 4 stellen für die einzelnen Werkzeuge 16,17 den Vorschub A"und die Schnittiefe Y so ein, daß die Maschine optimal ausgelastet ist. Als Grenzwerte werden dabei die zulässigen Schnittkräfte Skip, Sk2p programmiert.

Die Adaption funktioniert nun folgendermaßen: Solange

Ski <Sk\p

wird die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Schnitttiefe des Werkzeugs 16 erhöht, bis 5*1 = 5*i_pwird.

Sobald 5*1 > 5*_tp wird die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Schnittiefe verringert, bis wieder 5*i = 5*ipwird.

Sinngemäß der gleiche Vorgang gilt für das Werkzeug 17 mit den Parametern: 5*2,5*2p.

Der Vergleich der vorgenannten Größen wird in Vergieichsgliedern 5 und 6 vorgenommen und das Ergebnis als entsprechendes Steuersignal auf die Adaptivsteuerglieder 3 und 4 gegeben.

Die jeweilige Differenz zwischen der Sollposition — also der Endkontur — und der tatsächlichen Istlage wird dann bei der numerischen Werkzeugmaschinensteuerung 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 als Meßgröße benutzt wird, sind in der DT-OS 18 03 742 enthalten.

Relativ unproblematisch hinsichtlich der Belastung der Maschine ist die Steuerung dann, wenn das Drehmoment an der Hauptspindel

Md = Sk\ · Π + Sk2 · r₂

klein ist gegenüber dem zulässigen (programmierten) Drehmoment Mdp- Solange diese Bedingung und die Bedingungen

Sk\

und 5« < Sap

erfüllt sind, können beide adaptiven Teile für die beiden Werkzeuge ohne Rücksicht aufeinander arbeiten.
Anders sieht die Sache aus, wenn die Bedingung

Mdp >- Sk\ ■ r\ + Sk₂ ■ r₂ = Md

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

Hierzu wird in einem Rechenbaustein 7 das programmierte zulässige Drehmoment M_dp mit dem gemessenen Drehmoment Md verglichen. Sobald Md größer als M_dp wird, wird der Wert Sk2_P ■ r₂ für das Werkzeug 17 durch den Wert

η,

also durch die Differenz zwischen dem programmier tem Drehmoment und dem durch das Werkzeug Ii erzeugten Drehmoment Sn · η ersetzt (vgl. F i g. 2).

Unterschreitet die so für das Werkzeug 17 gebildete Vorschubgeschwindigkeit F₂ den Wert F_2mi„, so wird dies im Rechenbaustein 7 ebenfalls festgestellt und die ίο programmierte Schnittkraft Sk\_P am Eingang de< Vergleichsglieds 5 automatisch durch einen entsprechenden kleineren Wert ersetzt. Denkbar wäre es auch statt dessen direkt auf die Schnittiefe über der Adaptivbaustein 3 einzuwirken und die Schnittiefe des Werkzeuges 16 zu reduzieren.

Bei der vorstehend geschilderten Steuerung wird davon ausgegangen, daß sowohl die einzelnen Schnittkräfte Sk\ und Sk2 als auch das Drehmoment Md an der Hauptspindel als Meßwerte zur Verfügung stehen. Dies ist nicht unbedingt notwendig.

Folgende Varianten sind — allerdings mit Einschränkungen — denkbar:

Gemessen wird M</und Sk\ oder St₂. Hierbei kann nur ein Werkzeug überwacht werden. Für das zweite Werkzeug wird von der Programmierung her keine Aussage gemacht. Dies könnte dann zu einer Überbelastung führen, sobald z. B. Mdp relativ groß und die Schnittkraft des einen Werkzeugs relativ klein programmiert wird.

Der andere mögliche Fall ist, daß nur die Schnittkräfte Sti und S*2 gemessen werden. Hierbei werden zwar beide Werkzeuge überwacht, die Hauptspindel (einschließlich Futter, Getriebe, Kupplungen, Antrieb usw.) wird jedoch nicht überwacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur optimalen Anpassung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine an den Bearbeitungsvorgang eines Werkstückes mit mehreren auf Werkzeugsupporten angeordneten Werkzeugen im gleichzeitigen eingriff, bei der die numerische Steuerung der programmierten Kontur entsprechende Befehle zur Lageregelung an die Maschine liefert und die jeweilige Vorschubgeschwindigkeit als Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeugen und Werkstück in Abhängigkeit von den am Werkstück aufgebrachten Leistungen oder davon abgeleiteten Größen regelbar ist, derart, daß jeweils die Vorschubgeschwindigkeit mit zunehmender Leistung herabsetzbar und .nit 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 darunterliegenden 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 speicherbar sind und zusätzlich jeweils zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkzeugen und Werkstück im Sinne einer Verringerung der Abweichung dienen, daß der Befehl zum Abfahren der Kontur so lange wiederholbar ist, bis die tatsächliche Kontur des Werkstückes mit der programmierten Kontur übereinstimmt und daß ein Abstandsrechner vorgesehen ist, der beim Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestabstandes der Werk?.eugsupporte in die Vorschübe zur Vergrößerung des Abstandes eingreift, 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 sind und daß dem Abstandsrechner zusätzlich zu den Istpositionen der Werkzeugsupporte Informationen über die geometrischen Abmessungen der Werkzeuge (Ϊ8,19) zuführbar sind.

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 gekenn zeichnet, daß die Daten über Geometrie des Werkzeuges und dessen Beanspruchbarkeit über eine auf dem Werkzeug kodiert aufgebrachte Information ermittelbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Information auf dem Werkzeug die Adresse für einen Speicherplatz in dem Speicher eines zur Steuerung der Werkzeugmaschine dienenden Rechners bildet und daß in diesem Speicherplatz die Daten über Geometrie des Werkzeuges und dessen Beanspruchbarkeit enthalten sind.

Die !Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur optimalen Anpassung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine an den Bearbeitungsvorgang eines Werkstückes mit mehreren auf Werkzciigsupporten s angeordneten Werkzeugen im gleichzeitigen Eingriff, bei der die numerische .Steuerung der programmierten Kontur entsprechende Befehle zur Lageregelung an die Maschine liefert und die jeweilige Vorschubgeschwindigkeit als Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeui" gen und Werkstück in Abhängigkeit von dem am Werkstück aufgebrachten Leistungen oder davon abgeleiteten Größen regelbar ist, 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 (Schnittiefe) ausgebbar sind, daß beim Unterschreiten eines darunterliegenden 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 speicherbar sind und zusätzlich jeweils zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkzeugen und Werkstück im Sinne einer Verringerung der Abweichung dienen, daß der Befehl zum Abfahren der Kontur so lange wiederholbar ist, bis die tatsächliche Kontur des Werkstückes mit der programmierten Kontur übereinstimmt und daß ein Abstandsrechner vorgesehen ist, der beim Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestabstandes der Werkzeugsupporte in die Vorschübe zur Vergrößerung des Abstandes eingreift.

Mit diesem Oberbegriff wird auf den Stand der Technik gemäß der Literaturstelle »Industrieanzeiger« 93. Jg., Nr. 60 vom 20.7. 1971, Seite 1534, Bild 11 in Verbindung mit der rechten Spalte, vorletzter Absatz, Bezug genommen.

Mit einer Werkzeugmaschine, z. B. einer Drehmaschine, ist es aus technologischen und maschinentechnischen Gründen häufig nicht möglich, die gewünschte Werkstückkontur aus dem Rohmaterial 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. In der DT-OS 18 03 742 ist 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). Als zusätzliche Aufgabe hat hierbei die Steuerung, vorzugsweise ein Rechner,