DE2434454B2 - Verfahren zur numerischen Steuerung einer spanabhebenden Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur numerischen Steuerung einer spanabhebenden Werkzeugmaschine gemäß der Hauptanmeldung P 2429586.1.

In der DE-OS 2138560 ist ein Verfahren zur numerischen Steuerung einer spanabhebenden Werkzeugmaschine beschrieben, bei dem das auf einem Lochstreifen aufgezeichnete Bearbeitungsprogramm für das Werkstück blockweise ausgelesen wird. Bei diesem Verfahren wird das einer vorgegebenen Aufeinanderfolge von Arbeitsschritten entsprechende Teiiprogramm in einem dem Rechner der numerisehen Steuerung zugeordneten Speicher abgespeichert, aus dem es zur mehrmaligen Durchführung dieses Teilprogramms wieder abrufbar ist. Auf diese Weise kann man das Zurücksetzen des Lochstreifens um die Länge des zu wiederholenden Teilprogramms vermeiden, wie es z. B. noch bei dem Verfahren notwendig ist, welches in der »Siemens-Zeitschrift«, 45 (1971), S. 22 bis 26, offenbart ist. In dieser Druckschrift ist auch schon ein Verfahren zur numerischen Steuerung einer spanabhebenden Werkzeugmaschine beschrieben, bei welchem völlig ohne Lochstreifen und unter ausschließlicher Verwendung von Magnetplatteneinheiten gearbeitet wird. Derartige numerische Steuerungen sind jedoch teuer.

In der »Siemens-Zeitschrift«, 44 (1970), Beiheft »Numerische Steuerungen«, S. 31 bis 34, ist ein weiteres Verfahren zur numerischen Steuerung einer spanabhebenden Werkzeugmaschine beschrieben, welches zur Durchführung genau des gleichen Unterprogramms an verschiedenen Stellen des Werkstückes dient.

Mit den» Verfahren nach Hauptanmeldung wird erreicht, daß das Zerspanen des Werkstückes ohne jegliche Mitarbeit desjenigen Lesers erfolgt, welcher mit dem das Bearbeitungsprogramm tragenden Aufzeichnungsträger zusammenarbeitet.

Durch die vorliegende Erfindung soll das Verfahren nach der Hauptanmeldung so weitergebildet werden, daß zurückspringende Oberflächensegmente von Werkstücken bearbeitet werden können.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe gelöst mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden mindestens zwei aufeinanderfolgende Datenblöcke vom Aufzeichnungsträger ausgelesen, welche zu aufeinanderfolgenden Bahnsegmenten gehören und die Angaben über die schräg zurückspringenden Oberflächensegmente enthalten. Das Unterprogramm zur Erzeugung der zurückspringenden Oberflächensegmente, welches wie bei der Hauptanmeldung iterativ arbeitet, berechnet aus diesen Daten eine rectiteckig-spiralige Bahn, längs der das Werkzeug geführt wird und deren Eckpunkte im wesentlichen auf den endgültigen Oberflächensegmenten liegen. Man erhält so ein besonders rasches und effektives Zerspanen des zu entfernenden Materialvolumens.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer numerischen Steuerung für eine spanabhebende Werkzeugmaschine,

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch einen Teil eines Werkstückes, das auf einer Drehmaschine mit zurückspringenden Oberflächensegmenten versehen wird, wobei die rechteckig-spiralige Bahn gezeigt ist, auf welcher das Werkzeug geführt wird,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Lochstreifen, welcher das Bearbeitungsprogramm für das Werkstück enthält,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines anderen Werkstückes, bei dem ein zurückspringendes Oberflächensegment in der Stirnfläche ausgebildet werden soll,

Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches das Arbeiten der numerischen Steuerung bei der Bearbeitung des Werkstückes nach Fig. 2 zeigt.

Fig. 1 zeigt eine numerische Steuerung für eine schematisch dargestellte spanabhebende Werkzeugmaschine 30. Die Steuerung hat einen 8-Kanal-Lochstreifenleser 10, welcher Zeichen von einem Lochstreifen 12 ausliest, der das Bearbeitungsprogramm in einer Form trägt, die später unter Bezugnahme auf Fig. 3 noch genauer erläutert wird. Der Lochstreifenleser 10 ist über einen Datenkanal 14 mit einem frei programmierbaren Rechner 16 verbunden.

Dem Rechner 16 ist ein Massenspeicher 18 zugeordnet, welcher ein Schreib/Lese-Spcicher ist.

Die Bedienung der numerischen Steuerung erfolgt von einem Steuerpult 20 her, welches über einen Ein- -'< > gabekanal 22 mit dem Rechner 16 verbunden ist. Der Ausgang des Rechners ist mit einem Ausgabekanal 24 verbunden, welcher einerseits zu Achseninterpolatoren 26 führt und zudem mit dem Steuerpult 20 verbunden ist, um dort Information zur Anzeige zu brin- 2 > gen.

Die Achseninterpolatoren 26 sind vorzugsweise als Differentialanalysatoren (DDA) ausgebildet und geben Steuerbefehle an Achsservoantriebe 28 ab, welche Teile der Werkzeugmaschine 30 verfahren. Die x> Ist-Stellung dieser Teile wird von der Werkzeugmaschine 30 über eine Leitung 32 an die Achsservoantriebe 28 zurückgemeldet.

Eine Vorrangschaltung 36 ist über eine Unterbrechungssignalleitung 34 mit dem Rechner 16 verbun- π den und zeigt an, wann vom Rechner wieder neue Daten bereitgestellt werden müssen, insbesondere ein weiterer Datenblock vom Lochstreifen 12 ausgelesen werden muß. Der Rechner 16 arbeitet also normalerweise in seiner Grundeinstellung in einem Datenüber- 4« tragungscode, wobei er den Abruf primärer Bearbeitungsdaten vom auf dem Lochstreifen 12 aufgezeichneten Bearbeitungsprogramm zeitlich auf die Geschwindigkeit abstimmt, mit welcher die nachfolgenden Teile der numerischen Steuerung die den π abgerufenen Daten entsprechenden verschiedenen Bearbeitungsvorgänge durchführen könnein.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Werkstück 38 mit einer strichpunktiert wiedergegebenen Achse 40, um welche es in der Werkzeugmaschine 30, die als Drehma- -.» schine zu denken ist, gedreht wird.

Das fertig bearbeitete Werkstück 38 hat einen ersten zylindrischen Oberflächenabschnitt 42, welcher an einem Punkt A₀Z₀ endet (das A-Z-Koordinatensystem ist in Fig. 2 links unten eingezeichnet). Hieran ">■■> schließt sich ein konisch zurückspringendes Oberflächensegment 44 an, welches bei einem Punkt A₁Z₁ endet. Es folgt ein konisch wieder nach außen verlaufendes Oberflächensegment 46, das bei einem Punkt A₂Z₂ endet, und hieran schließt sich ein zweiter zylin- mi drischer Oberflächenabschnitt 48 an. In Fij;. 2 ist ferner ein rechteckig-spiraliger Weg eingezeichnet, auf welchem das Schneidwerkzeug der Drehmaschine bewegt wird, um die konischen Oberflächensegmente 44 und 46 zu erzeugen. b^r>

In Fig. 2 sind ferner die nachstehenden Größen eingetragen:
a. = X. - X.

O₂-X₁- X₂

^b\ — -²O^-2I

O₂=Z₁-Z₂

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Bahn, auf welcher das Werkzeug zum Zerspanen des Werkstückes 38 unter Erzeugung der Oberflächensegmente 44 und 46 zwischen den Punkten A₀Z₀ und X₂Z₁ geführt wird, rechteckig-spiralig. Die einzelnen Schleifen dieses Weges sind so bemessen, daB Anfang und Ende mindestens eines Schleifensegments auf den Oberflächensegmenten 44 und 46 liegt. Am Ende der Bearbeitung der Oberflächensegmente 44 und 46 erfolgt noch ein Schlichten der Oberflächensegmente durch schräges Bewegen des Werkzeuges auf der Soll-Kontur vom Punkt A₀Z₀ zum Punkt X₁ Z₁ und von dort zum Punkt X₂Z₂.

Zum Bearbeiten des Werkstückes 38 wird das Werkzeug unter Steuerung durch den Lochstreifen 12 zunächst ausschließlich in Z-Richtung verfahren, um den Oberflächenabschnitt 42 herzustellen. Hat das Werkzeug den Punkt A₀Z₀ erreicht, wird es von dem im Massenspeicher gespeicherten Unterprogramm gesteuert, welches die aufeinanderfolgenden Schleifen des rechteckig-spiraligen Weges festlegt. Die erste Schleife enthält eine Schneidbewegung mit der Schnittiefe O unter der Ordinate A₀. Diese Schneidbewegung erfolgt über die Strecke B₁ + b_r Dann erfolgt eine Abhebbewegung mit fest vorgegebener Länge in negativer Α-Richtung. Hieran schließt sich an ein Rücklauf im Eilgang über eine solche Strecke, daß das Werkzeug bei einer Abszisse zum Stehen kommt, welche um eine vorgegebene Schrittlänge kleiner ist als die Abszisse Z₀. Es schließt sich an eine Zustellbewegung in Α-Richtung, die um einen vorgegebenen Zustellwert größer ist als die vorherige Abhebbewegung. Diese Zustellung bleibt entweder über die gesamte Aufeinanderfolge von Schleifen konstant, kann aber auch mit zunehmender Annäherung an den Punkt A₁Z₁ verkleinert werden. In jedem Falle endet die Zustellbewegung in Α-Richtung auf dem Oberflächensegment 44. die nachfolgende Schneidbewegung in negativer Z-Richtung endet auf dem Oberflächensegment 46.

Diese periodische Aufeinanderfolge von Bewegungen wird so lange fortgesetzt, bis das Werkzeug den Punkt A₁Z₁ erreicht. Danach wird das Werkzeug längs der Soll-Kontur vom Punkt A₀Z_n zum Punkt A₁Z₁ und von dort zum Punkt X₁Z₁ bewegt, um die stehengebliebenen dreieckigen Stufen nichtzerspanten Materials abzutragen. Wird der Punkt A₁Z₂ erreicht, so wird die Steuerung der Werkzeugbahn an das vom Lochstreifen getragene Bearbeitungsprogramm zurückgegeben.

Die Schneidbewegungen in Z-Richtung erfolgen mit einer Vorschubgeschwindigkeit, welche auf die Spindeldrehzahl abgestimmt ist. Die Abhebbewegung und die Rücklaufbewegung erfolgen mit maximaler Vorschubgeschwindigkeit, z. B. der Vorschubgeschwindigkeit für 180 U/min.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Lochstreifens 12 mit den Datenblöcken 50,52,54 und 56. Der Datenblc.~k 50 enthält die Blocknummer N₀, die Koordinaten A₀Z₀ des Endpunktes des Oberflächenabschnitts 42, die Vorschubgeschwindigkeit F für die Bearbeitung des Oberflächenabschnitts 42 sowie ein Blockendezeichen EOB. Entsprechend enthält der Datenblock 52 die Blocknummer N₁, einen Befehlscode G'Z8 für das Unterprogramm zur Erzeuguna der zu-

rückspringenden Oberflächensegmente, die Koordinaten ^₁Z₁ des Stoßpunktes zwischen den zurückspringenden Oberflächensegmenten, die Schnitttiefe /, um welche das Werkzeug bei jeder Schleife zugestellt wird, falls erforderlich zusätzlich die Schnitttiefe K in Z-Richtung, die Vorschubgeschwindigkeit F, die üblicherweise in Zentimeter pro Umdrehung der Spindel angegeben wird, sowie ein Blockendezeichen EOB. Der Block 54 enthält wieder die Blocknummer N₂, den Befehlscode G28 für das Unterprogramm, die Koordinaten -X₂Z, des Punktes_; bei welchem der Oberflächenabschnitt 48 beginnt, sowie ein Blockendezeichen EOB.

Die Datenblöcke 52 und 54 Hefern zusammen sämtliche Daten, die zu der Erzeugung der Oberflächensegmente 44 und 46 durch Führen des Werkstükkcs auf einer rechteckig-spiraligen Bahn benötigt werden. Der nächste Datenblock 56 steuert die Werkzeugbewegung zur Erzeugung des Oberflächenabschnitts 48 sowie die Rückgabe der Programmsteuerung an den Lochstreifen 12.

Das durch den Befehlscode G28 im Datenblock 52 aus dem Massenspeicher 18 abgerufene Unterprogramm sorgt dafür, daß zunächst die Koordinaten X₀Z₀ in den Massenspeicher 18 eingelesen werden, daß die Daten aus dem Block 52 ebenfalls in den Massenspeicher eingelesen werden und daß zusätzlich der Datenblock 54 ausgelesen wird und sein Inhalt ebenfalls im Massenspeicher 18 gespeichert wird.

Einzelheiten des Unterprogramms G28, welche vom Rechner 16 bei der Erzeugung der Oberflächensegmente 44 und 46 durchgeführt werden, sind aus dem Flußdiagramm von Fig. 5 ersichtlich. Dabei wird von den nachstehenden Beziehungen Gebrauch gemacht:

1. Die Länge der ersten Schneidbewegung ist gleich B_x + B₂.

2. Die Länge aller folgenden Schneidbewegungen ist gleich (J)₁ + b₂) - (L + M). Dabei ist M gleich \b₂la₂\ multipliziert mit der Differenz zwischen α, und der gesamten Tiefe des am Werkstück auf der AT-Achse ausgeführten Schneidgangs; L = 6,/fl, multipliziert mit der kumulierten Zustellung des Werkzeuges in positiver A'-Richtung minus dem aufsummierten Weg bei allen bisher durchgeführten Abhebbewegungen.

3. Die Abhebbewegungen betragen konstant 0,38 mm.

4. Die Größe aller Abhebbewegungen ist Q, wobei Q gleich (L+ M)-(b_x + b₂) ist. Auf diese Weise hören die Rücklaufbewegungen dort auf, wo die nächste Zustellung in AT-Richtung erfolgen soll.

5. Ist die auf summierte Zustellung des Werkzeuges in positiver ΑΓ-Richtung kleiner als die Summe O₁ + a₂, dann wird M gleich Null gesetzt.

6. Ist die gesamte Zustellung des Werkzeuges in positiver A'-Richtung größer als a_x + a₂, dann wird M nach der oben in 2. angegebenen Gleichung berechnet.

Das Unterprogramm G28 überwacht zugleich auch die nachstehenden. Bedingungen:
1. X₂ darf nicht größer sein als X₀. Damit ist sichergestellt, daß in der ersten Schleife des rechtekkig-spiraligen Weges des Werkzeug mit Schnitttiefe O längs der Z-Achse bewegt wird und kein Span abgehoben wird.

2. Die Schneidbewegung wird erst eingeleitet, nachdem die Vorschubsteuerung auf die Betriebsart Zentimeter pro Umdrehung umgestellt worden ist.

Fig. 4 zeigt ein Werkstück 58, bei welchem das zur Formgebung zu zerspanende Materialvolumen 60 bei der Stirnseite des Werkstückes liegt und bei dessen Mantelfläche wie im Falle von Fig. 2. Die Mittellinie

in des Werkstückes 58, um die diese auf der Drehmaschine gedreht wird, ist mit 62 bezeichnet. Der zu erzeugende zurückspringende Oberflächenabschnitt besteht wiederum aus zwei kegelförmigen Oberflächensegmenten zwischen den Punkten X₀Z₀ und

X₁Z₁ bzw. AT₁Z₁ und X₂Z₂. An das zweite Oberflächensegment schließt sich ein zylindrischer Oberflächenabschnitt vom Punkt X₂Z₂ bis zum Punkt -Sf₃Z₃ an. Statt dessen kann aber auch ein drittes kegelförmiges Oberflächensegment erzeugt werden.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, prüft das Unterprogramm G₂₈ permanent, ob ein Befehlscode G₂₈ in einem der vom Lochstreifen 12 ausgelesenen Datenblöcke enthalten ist. Ist dies nicht der Fall, gibt das Unterprogramm die Kontrolle sofort wieder ab (Rücksprung). Der Rechner 16 arbeitet dann in der normalen Betriebsart weiter, in der Datenblöcke nacheinander vom Lochstreifenleser 12 ausgelesen werden und zur Ansteuerung der Achseninterpolatoren 26 und der Achsservoantriebe 28 verwendet wer-

ii) den.

Enthält jedoch ein Datenblock den Befehlscode G28, so wird schon dieser Datenblock, bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel der Datenblock 52 durch das Unterprogramm G28 verarbeitet, welches nun zum

j-, Programmblock 66 von Fig. 5 a weiterläuft. In diesem wird die Schneidachse (X oder Z) bestimmt, dies ist beim Beispiel nach Fig. 2 die Z-Achse. Danach wird entweder der Programmblock 68 oder der Programmblock 70 durchgeführt, beim Beispiel nach Fig. 2 also der Programmblock 68. Gemäß dem nächsten Programmblock 72 wird dann der nächste Datenblock vom Lochstreifen 12 ausgelesen, beim Beispiel nach Fig. 3 ist dies der Datenblock 54. Dessen Daten werden analog verarbeitet wie die des ersten Datenblocks, wie aus Fig. 5a ersichtlich ist.

Fig. 5b zeigt einen weiteren Programmblock 76, in welchem die gemeinsam für alle Schleifen des rechteckig-spiraligen Weges geltenden Parameter berechnet werden. Dort bedeutet TD die geamte kumu-

-,o lierte Zustellung des Werkzeuges in ^T-Richtung (Beispiel nach Fig. 2) und ND steht für negative Tiefe. Dabei wird die mit dem Vorzeichen versehene Zustellung benötigt, damit für jede einzelne Schleife die richtige Zustellung (ND = -(D + 0,38 mm)) erhalten wird. Das Unterprogramm durchläuft dann die weiteren in Fig. 5 b gezeigten Programmblöcke.

Fig. 5 c schließt sich direkt an Fig. 5 b an; Fig. 5d ist die unmittelbare Fortsetzung von Fig. 5 c. In dem in Fig. 5d gezeigten Teil des Unterprogramms wird

bo unter Berechnung der im Unterprogrammteil von Fig. 5 c berechneten Zustellparameter die Geschwindigkeit für die Abhebbewegung und die Rücklaufbewegung berechnet. Außerdem wird die Größe M berechnet. Der in Fig. 5d gezeigte Teil des Unterpro-

b5 gramms besorgt auch die Steuerung der einzelnen Schleifen, welche man jeweils durch Wiedereinstieg beim Punkt EM von Fig. 5b erhält.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur numerischen Steuerung einer spanabhebenden Werkzeugmaschine, bei dem ein Bearbeitungsprogramm blockweise von einem Aufzeichnungsträger ausgelesen wird und mindestens ein Unterprogramm für eine vorgegebene Aufeinanderfolge von Arbeitsschritten gemäß einem in einem Block enthaltenen Befehlscode von ι ο einem Massenspeicher abgerufen wird, der über einen Rechner adressierbar ist, wobei das Unterprogramm häufig wiederkehrende Bewegungsabläufe beinhaltet, die bei Unterbrechung des Hauptprogramms mittels des Rechners und des Massenspeichers gesteuert werden, und bei dem ein Block des Bearbeitungsprogramms außer dem Befehlscode für das Unterprogramm noch die Anfangs- und Endgrenzwerte des zu bearbeitenden Werkstückes enthält und das Unterprogramm allein in Abhängigkeit dieser Grenzwerte durchgeführt wird, wobei dieses so lange zyklisch unter schrittweiser Erhöhung der Schnittiefe wiederholt wird, bis das Endmaß erreicht ist, gemäß Patentanmeldung P 2429586.1, dadurch gekenn- -'5 zeichnet, daß zum Schruppen zweier schräg zu den Koordinatenachsen verlaufender Oberflächensegmente des Werkstückes mindestens zwei aufeinanderfolgende Blöcke vom Datenträger ausgelesen werden und das Unterprogramm das jo Werkzeug auf einem rechteckig-spiraligen Weg von der Werkstückaußenfläche zur tiefsten Fläche der Oberflächensegmente führt, dessen Ecken im wesentlichen auf der Soll-Querschnittslinie des Werkstückes liegen. r>

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug durch das Unterprogramm zum Schlichten anschließend längs der Soll-Querschnittslinien bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schleife des rechtekkig-spiraligen Weges jeweils aufweist: eine geradlinige Zustellbewegung, eine hierzu senkrechte Schneidbewegung, eine zur letzteren senkrechte Abhebbewegung und eine zur letzteren senkrechte, mit erhöhter Geschwindigkeit durchgeführte Rücklaufbewegung.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhebbewegung bei aufeinanderfolgenden Schleifen des rechteckig-spiraligen Weges gleich groß ist und die Zustellbewegung bei aufeinanderfolgenden Schleifen des rechteckig-spiraligen Weges gleich groß ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

4, wobei die Werkzeugmaschine eine Drehmaschine ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub bei der Schneidbewegung in Abhängigkeit von der Spindeldrehzahl eingestellt wird.