DE2621430A1

DE2621430A1 - Kompensationssystem fuer eine numerisch gesteuerte werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2621430A1
Application number: DE19762621430
Authority: DE
Inventors: Hajimu Kishi; Masashi Takahashi
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1975-05-19
Filing date: 1976-05-14
Publication date: 1977-04-14
Also published as: US4084243A; IT1078811B; FR2361194A1; GB1532067A; DE2621430C2

Description

Kompensationssystem für eine numerischgesteuerte Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft ein Kompensationssystem für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zur Kompensierung des Unterschieds zwischen einem programmierten Werkzeugradius und dem tatsächlichen Werkzeugradius bei einer Werkzeugmaschine mit einer linear beweglichen und einer sich drehenden Steuerwelle.

Bei Werkzeugmaschinen mit lediglich einer linear beweglichen Steuerwelle ist es bekannt, den zuvor erwähnten Unterschied zu kompensieren. Bis jetzt ist jedoch noch kein System bekannt, mit dem es möglich wäre, den zuvor erwähnten Unterschied zu kompensieren, wenn die Werkzeugmaschine neben einer linear beweglichen Steuerwelle auch eine sich drehende Steuerwelle aufweist, wobei beide Steuerwellen gleichzeitig gesteuert werden. Treten bsi einer solchen Werkzeugmaschine Unterschiede zwischen dem programmierten Werkzeugradius und

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dem tatsächlichen Werkzeugradius auf, dann ist eine Neuprogrammierung mit dem tatsächlichen Werkzeugradius erforderlich. Die Neuprogrammierung der numerischen Steuerdaten ist sehr teuer und problemreich. Auf diese Weise wird die Fertigungskapazität der Werkzeugmaschine beträchtlich vermindert.

Es besteht daher die Aufgabe, bei einer Werkzeugmaschine mit einer linear beweglichen und einer sich drehenden Steuerwelle den Unterschied zwischen einem programmierten Werkzeugradius und dem tatsächlichen Werkzeugradius zu kompensieren, ohne daß hierbei eine Neuprogrammierung erforderlich wäre.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Kompensationssystems,

Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer Nockenschleifmaschine, die durch ein Kompensationssystem gemäß Fig. 1 gesteuert wird,

Fig. 3 eine Darstellung, wie sich Nocken und Schleifscheibe berühren,

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Fig. 4 eine Teildarstellung der Verhältnisse nach Fig. 3 und

Pig. 5 ein Blockdiagramm des Kompensationsrechenschaltkreises .

S¹Xg. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Kompensationssystems für die Schleifscheibe einer Eockenschleifmaschine. Hierbei stellt A den Eingangsschaltkreis zur Eingabe der numerischen Steuerdaten dar. B ist ein W; Operationsschaltkreis zur Summierung der Zuwachssteuerveränderlichen der. numerischen Steuerdaten, C ist ein weiterer Operationsschaltkreis zur Errechnung der Stellung einer Schleifscheibe, die einen Radius aufweist, der unterschiedlich zu dem programmierten Radius ist und D stellt eine andere Eingangssehaltung dar zur Eingabe eines Kompensationswerts, nämlich der Differenz zwischen dem programmierten und dem tatsächlichen Radius der Schleifscheibe. E ist ein Register zur Speicherung der Kompensationsdaten, welche über die Eingangsschaltung D zugeführt wurden. F ist ein weiterer Operationsschaltkreis zur Errechnung der Zuwachsveränderlichen der tatsächlich vorhandenen Schleifscheibe und G ist ein Kompensationsrechenschaltkreis, der die Operationsschaltkreise B, C und G und das Register E umfaßt.

Fig. 2 zeigt eine Nockenschleifmaschine, welche durch ein Kompensationssystem gemäß Fig. 1 gesteuert wird. Diese Werkzeugmaschine weist eine lineare Steuerwelle X zum Zustellen der Schleifscheibe auf, und weiterhin

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ist eine sich drehende Steuerwelle O vorgesehen, mit welcher das Werkstück gedreht wird. Beide Steuertewegungen werden gleichzeitig, d.h. simultan durchgeführt .

Fig. 3 zeigt die Verhältnisse zwischen einer programmierten und einer tatsächlich vorhandenen Schleifscheibe, wenn beide zur Bearbeitung eines Nockens mit diesem in Kontakt stehen. Die Bezugsziffer 21 stellt eine programmierte Schleifscheibe und die Bezugsziffer 22 die tatsächlich vorhandene Schleifscheibe zur Bearbeitung des Nockens 23 dar.

Fig. 4 verdeutlicht die Verhältnisse nach Fig. in vergrößertem Maßstab. In den Figuren 3 und 4 "bedeutet R den programmierten Radius der Schleifscheibe, R' den tatsächlichen Radius der Schleifscheibe,Δ R die Radiuskompensation A R=R-R', r und r'die Steuerveränderlichen für die lineare Steuerwelle für die Schleifscheibenradien R und R', θ und Q die Steuerveränderlichen für die drehbare Steuerwelle bei den Schleifscheibenradien von R und R¹ und J θ eine Differenz für die drehbare Steuerwelle, wobeicTö=©¹-© ist.

Das System arbeitet wie folgt: Als erstes werden die Steuerveränderlichen Λ r und Δ θ der Wellen X und C durch den ersten Eingangsschaltkreis .A dem System zugeführt und sodann durch den ersten und zweiten Operationsschaltkreis B und G verarbeitet. Im Operationsschaltkreis B werden die Steuerveränderlichen Δ r und Λ θ zusammen-'addiert und die entsprechenden Summen

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• f.

r= T: A r= r_Q + Δ r und θ= J\ A G=Gq+ Α θ errechnet. Die errechneten Resultate werden im ersten Operationsschaltkreis B gespeichert und gleichzeitig dem zweiten Operationsschaltkreis C zugeführt. Im zweiten Operationsschaltkreis C werden die Werte r^f und Q' für jede Steuerwelle bei einem Schleifscheibenradius R' erhalten von Δ R» wobei dieser Wert empfangen wird über den Eingangsschaltkreis D, der sodann gespeichert wird im Register E. Me Werte A z* ^und A Q werden vom Eingangs schaltkreis A zugeführt, r und Θ, d.h. die Werte für jede Steuerwelle bei einem SchleifScheibenradius R werden vom Schaltkreis B zugeführt. Die resultierenden Werte r^T und Θ¹ werden in den Operationsschaltkreis i¹ gegeben. Der Operationsschaltkreis i¹ speichert die Werte r¹ und θ' und errechnet die Steuerwerte A ^r=r~^r

n Δ Q=Q-Qq. In diesem Operationsschaltkreis werden

die Steuerveränderlichen Λ γ'=γ'-γ'« und A θ¹=©'-©^ für die Kompensation des Schleifscheibenradiuses bestimmt aus den Werten r^f und Q¹ für die Wellen der Schleifscheibe, errechnet durch den zweiten Operationsschaltkreis C, wobei gleichzeitig die Werte r' und Θ' im dritten Operationsschaltkreis F gespeichert werden.

Werden die vorbeschriebenen Operationen wiederholt, dann werden die Steuerveränderlichen A r und A Q der Wellen für die Kompensation aufeinanderfolgend bestimmt, so daß das Nockenschleifen gesteuert wird entsprechend dieser Steuerveränderlichen.

Im Operationsschaltkreis 0 werden die Werte r¹ und Θ' für die Wellen bei einem Schleifscheibenradius von R^f,

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zur Kompensierung des Schleifscheibenradiuses wie folgt errechnet:

Entsprechend Fig. 3 und 4 wird der Wert r' durch Näherung bestimmt entsprechend folgender Formel:

r¹ = r -^R cosc*. (1)

Da m=r'*£ie und m' = AR°<* ist, und für cfö =Δ R'^/r' gilt, und wenn vorausgesetzt wird, daß m=m· ist, dann gilt

θ· =θ+</θ = θ+Δ R-a/r¹ (2)

Der WinkelOC der Gleichungen (1) und (2) wird wie folgt errechnet:

Jl = tan"¹ 1/r " Jr/ci θ (3) Ersetzt man (Tr/ O θ durch «ir/4 θ und 1/r "ir/iö durch

(a), und vernachlässigt man die Ausdrücke höherer Ordnung durch Bilden eines Serienwertes für tan" , dann ergibt sich

CL = a - a³/3 (4)

Durch Einsetzen der Gleichung (4) in (1) und durch Vernachlässigen der Ausdrücke höherer Ordnung bei einer Serienbildung für den Cosinus, dann ergibt sich

r¹ = r - Δ R (1 - a²/2) (5)

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Hierbei ist a=i/r-Ar/i Q.

Durch Einsetzen der Gleichung C4~) in die Gleichung (2) und Vernachlässigen der Ausdrücke höherer Ordnung ergibt sich

O¹ = G +AIT a/r»

= Q +AR'a/[r -AR (1 - a²/2)] (6)

Hierbei ist a=i/r*Ar/A9.

Auf diese Weise werden also die Steuerveränderlichen r¹ für die linear bewegbare Steuerwelle und Θ¹ für die drehbewegliche Steuerwelle der tatsächlich vorhandenen Schleifscheibe abgeleitet von den Steuerveränderlichen r für die linear bewegbare Steuerwelle und θ für die drehbewegbare Steuerwelle der programmierten Schleifscheibe und von den entsprechenden Kompensationswert en<i"r unddö, nämlich

d r = -Δ R(1 - a²/2)

cT θ = AR'a/ζτ -ΔΒ(1 - a²/2)J

Durch aufeinanderfolgendes Errechnen dieser Steuerveränderlichen r¹ und Θ' werden die Steuerveränderlichen A r' und^θ' für die jeweilige Steuerwelle bezogen auf den tatsächlichen Durchmesser der Schleifscheibe erhalten und auf diese Weise die Schleifmaschine gesteuert.

Die Tabelle 1 zeigt eine Liste der Kompensationen d r und dθ für die entsprechenden Steuerwellen, die Steuerveränderlichen r^f un-d θ' für die entsprechenden

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Steuerwellen der tatsächlich vorhandenen Schleifscheibe, die Steuerveränderlichen A r' undAÖ'für die entsprechenden Fälle bei einer Nockenschleifmaschine, bei welcher der Kompensationswert der Schleifscheibe ΔΗ=-5,0 mm beträgt.

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?able 1

293.3050

Programmierte Scheibe

Couponsation

!Tatsächliche Scheibe

118.4800

r¹.

θ¹

Δθ

-5.0000 0.0000 23ί.3050

118.4300

2^.4970 0.1920 124.7800 6.3000 -4.9998 0.0001 283.4972 0.1922 124.7301

6.3001

CO . | ν*

	.7350	^%>3	.2380	140	.5000	15	.7200	-4	.9960	0	.0391	291.	7390	3	.2418	140	.5391	15	.7590
O
	.4340	2	.6990	15 9	.95QO	19	.4500	-4	.9982	0	.0258	294.	4358	2	.6968	159	.9758	19	.4367
βο

ro

N) _C

Ca)

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Die Pig. 5 zeigt ein Schaltdiagramm zur Durchführung der vorgenannten Berechnung.

Pig. 5 stellt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Kompensationssystems für die Radiuskompensierung eines Werkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Schaltung umfaßt einen Entscheidungsschaltkreis 1, Gatterschaltkreise 2a- 2e, ein Register 3, in welchem ein Signal "0" gespeichert wird, Teilerschaltkreise 4a, 4b und 4c, einen akkumulativen Addiererschaltkreis 5, Quadriererschaltkreis 6, einen Dividiererschaltkreis 7, einen Komplementrechenschaltkreis 8 zur Bildung des Komplements von "1", Multipliziererschaltkreise 9a und 9b, einen Subtraktionsschaltkreis 10, Eingangsanschlüsse 11a, 11b und 11c, Ausgangsanschlüsse 13a und 13b des Entscheidungsschaltkreises 1 und Eingangsanschlüsse 14a und 14b der Subtraktionsschaltkreise 4a, 4b und 4c

Wenn den Eingangsanschlüssen 11a, 11b und 11c eine Zuwachssteuerveränderliche A r für die linear bewegbare Steuerwelle, eine Zuwachssteuerveränderliche A θ für die sich drehende Steuerwelle und eine Radiuskompensation Λ R zugeführt werden, dann entscheidet der Entscheidungsschaltkreis 1, ob die Zuwachssteuerveränderliche Δ Q "0" ist oder nicht. Wenn diese Zuwachssteuerveränderliche Δ θ nicht 0 ist, d.h. wenn dieser Wert positiv oder negativ ist, dann tritt an den Anschlüssen 13a und 13b ein Steuersignal "1" bzw. "0" auf. Ist dagegen die Zuwachssteuervariable Δ θ gleich 0, dann liegt am Anschluß 13a das Signal "0" und am

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Anschluß 13a und 13b das Signal "1". Der Ausgangsanschluß 13a ist verbunden mit den Gatterschaltkreisen 2a, 2b und 2c, während der Anschluß 13b verbunden ist mit den Gattern 2d und 2e. Jeder dieser Gatterschaltkreise wir.d leitend, wenn ein Steuersignal "1" anliegt, die Gatterschaltkreise befinden sich jedoch im nicht leitenden Zustand, wenn das Steuersignal "0" ist. Wenn also die Zuwachssteuerveränderliche A θ für die sich drehende Steuerwelle nicht null ist, dann gelangt die Veränderliche Δ r über das Gatter 2a zu dem akkumulativen Addiererschaltkreis 5 und dem Teilerschaltkreis 4a. Die Zuwachssteuerveränderliche Δ θ gelangt über das Gatter 2b zum Teilerschaltkreis 4a, während die Kompensation des Scheibendurchmessers Δ R durch das Gatter 2c zu den Multipliziererschaltkreisen 9a und 9b gelangt. Ist dagegen die Veränderliche δ θ gleich null, dann gelangt die Veränderliche & R über das Gatter 2d und wird als Kompensationcf r für die linear bewegbare Steuerwelle dem Ausgangsanschluß 12c zugeführt. Das Signal "0", welches im Register 3 gespeichert ist, gelangt über das Gatter 2e als KompensationssignaldQ für die sich drehende Steuerwelle zum Ausgangsanschluß 12d.

Wenn die Zuwachssteuerveränderliche A Q für die sich drehende Steuerwelle nicht null ist, dann erzeugt der akkumulative Addiererschaltkreis eine akkumulative Summe r(riAr) der Zuwachssteuerveränderlichen ^ r für die linear bewegbare Steuerwelle, wobei diese Summe dem Subtraktionsschaltkreis 10 und dem Teilerschaltkreis 4b zugeführt wird. Im Teilerschaltkreis

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4a wird eine Teilung durchgeführt der Zuwachssteuerveränderlichen Δ r, die über das Gatter 2a zugeführt wird, mit der VeränderlichenΔ Q als Divisor, die über das Gatter 2b an den Teilerschaltkreis 4a gelangt. Das Ausgangssignal wird von dort dem Teilerschaltkreis 4b zugeführt. An dieser Stelle ist zu bemerken, daß die Teilerschaltkreise 4a, 4b und 4c jeweils zwei Eingangsanschlüsse 14a und 14b haben, von denen dem Anschluß 14a jeweils der Divisor und dem anderen Anschluß 14b jeweils der Multiplikant zugeführt wird. Diese Teilerschaltkreise liefern dem jeweiligen Ausgang einen Quotient, der ein Dezimalteil aufweist, welches aus Digits besteht. Bei den Teilerschaltkreisen handelt es sich also um realzahlige Operationsschaltkreise. Der Teilerschaltkreis 4b führt eine Division a=(ir/A ö)/r durch Dividieren des Eingangs Λ. τ/Α θ vom Teilerschaltkreis 4a mit dem Divisor r, wobei die akkumulative Summe r vom akkumulativen Addiererschaltkreis 5 abgegriffen wird. Der Ausgang des TeilerSchaltkreises 4b wird dem Multipliziererschaltkreis 9b und dem Quadriererschaltkreis 6 zugeführt. Im Schaltkreis 9b wird eine Multiplikation des vom Dividiererschaltkreis 4b gelieferten Resultats (a= ) ,mit der Werkzeugradiuskompensation Δ R durchgeführt. Letzterer Wert gelangt über das Gatter 2c. Das Resultat a ·Α R dieser Multiplikation wird dem Eingang des Teilerschaltkreises 4c zugeführt. Andererseits wird der Ausgang a des Teilerschaltkreises 4b im Quadriererschai-tkreig 6 quadriert und sodann im Teilerschaltkreis 7 halbiert. Der Ausgang 1/2 (a) des Teilerschaltkreises 7 ist verbunden mit dem Komplementrechenschaltkreis 8, der

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das Komplement zu "1" des Signals 1/2 (a) errechnet. Der Ausgang 1 - a /2 des Schaltkreises 8 gelangt an den Eingang des Multiplizierschaltkreises 9» wo eine Multiplikation des vorgenannten Wertsam Ausgang des Schaltkreises 8 durchgeführt wird mit der Werkzeugradiuskompensation -AR, wobei letzterer Wert vom Gatter 2c abgegriffen wird. Es ergibt sich somit ein Ausgang Δ R*(1-a /2), wobei dieser Wert dann dem Subtraktionsschaltkreis 10 zugeführt wird, gleichzeitig jedoch am Ausgangsanschluß 12b liegt, und zwar dort als Kompensationswert - S r für die linear bewegliche Steuerwelle. Im Subtraktionsschaltkreis 10 wird eine Subtraktion durchgeführt und zwar wird von der akkumulativen Summe r vom Ausgang des akkumulativen Addiererschal tkreises 5 der Ausgangswert des Multipliziererschaltkreises 9a abgezogen. Die so erhaltene Differenz r-AE * (1-a /2) wird dem Dividiererschaltkreis 4c zugeführt. Sie liegt dort als Divisor vor. Der Multiplikant wird abgegriffen vom Multipliziererschaltkreis 9a. Am Ausgang des Teilerschaltkreises 4c liegt also als Kompensationswert O θ für die sich drehende Steuerwelle der Quotient Λ R ' a/fr -/^E · (1 - a²/2)J vor. Dieser Kompensationswert kann vom Anschluß 12a abgegriffen werden. Dies bedeutet also, daß, wenn die Zuwachssteuerveränderliche für die sich drehende Steuerwelle positiv oder negativ ist,zur Kompensation für die linear beweglichen und die sich drehende Steuerwelle die Kompensationswerte cf r=-^R"(1-a /2) und ·.J Q = A R.a/fr-Ar"(1-a²/2)J erhalten werden. Ist dagegen die Veränderliche ΔΘ für die sich drehende Steuerwelle 0, dann werden als Kompensationswerte die

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Werte Jr=AR undd θ=0 geliefert. Das vorliegende Kompensationssystem ist natürlich nicht auf das zuvor beschriebene Anwendungsbeispiel einer Nockenschleifmaschine begrenzt. Es ist in jeder Weise anwendbar auf Werkzeugmaschinen, bei denen eine linear bewegte Steuerwelle und eine sich drehende Steuerwelle vorhanden ist, wie beispielsweise bei Drehbänken, Fräßmaschinen usw..Das System ist in gleicher Weise verwendbar bei Werkzeugmaschinen, die noch weitere Steuerwellen als die linear beweglichen und die sich drehenden Steuerwellen aufweist, wenn die Differenz im Radius des Werkzeuges die Stellungen der beiden letztgenannten Wellen beeinflußt. Grundsätzlich ist es mit der Erfindung möglich, die Notwendigkeit der Herstellung numerischer Steuerprogramme unter Berücksichtigung verschiedener Werkzeugdurchmesser zu vermeiden. Es genügt also ein Steuerprogramm, welches für verschiedene Werkzeugdurchmesser anwendbar ist. Das vorstehend beschriebene Verfahren berücksichtigt also nicht nur den bei Werkzeugen auftretenden Verschleiß, sondern ist auch grundsätzlich geeignet, Werkzeuge unterschiedlichen Nenndurchmessers zur Anwendung zu bringen.

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Claims

Ansprüche;

h. /Kompensationssystem für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zur Kompensierung des Unterschieds zwischen einem programmierten Werkzeugradius und dem tatsächlichen Werkzeugradius bei einer Werkzeugmaschine mit einer linear beweglichen und einer sich drehenden Steuerwelle, dadurch gekennzeichnet, daß neben den numerischen Steuerwerten ein Kompensationswert eingegeben wird, der der Differenz zwischen dem im Programm berücksichtigten Werkzeugradius und dem tatsächlichen Werkzeugradius entspricht, hieraus der geometrische Ort eines Kompensationswerkzeugs an einem Werkstück errechnet wird, derart, daß das programmierte Werkzeug das Werkstück an der gleichen Stelle wie das Kompensationswerk berührt und das Resultat der obigen Rechnung zur gleichzeitigen Steuerung der linear beweglichen und der sich drehenden Steuerwelle dient.
2. Kompensationssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Steuerwelle rechtwinkelig zur sich drehenden Steuerwelle verläuft.
3„ Kompensationssystem nach Anspruch 2dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Werkzeugs parallel zur sich drehenden Steuerwelle verläuft.
4. Kompensationssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Zuwachssteuerveränderliche der sich drehenden Steuerwelle nicht 0 ist, die

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Zuwachssteuerveränderliche Δ r der linear "beweglichen Steuerwellen durch diese Zuwachssteuerveränderliche der Drehwelle Δ θ dividiert wird, sodann der so erhaltene Quotient (-r-κ) dividiert wird mit der akkumulativen Summe (r=£ Λ r) der Zuwachs steuerveränderlichen Δ r der Linearwelle Δ r zur Bildung

λ r
eines Quotienten a = — , mit diesem Wert der

Wert (1 - 2 ^a ) errechnet wird durch Quadrieren, Halbieren und Komplementbildung, dieser errechnete Wert (1 - -R- a ) sodann mit dem Wert Δ R multipliziert wird zur Bildung von b = Δ R (1 - -1 a²), wobei A R der Unterschied zwischen dem programmierten und dem tatsächlichen Durchmesser ist, sodann die Differenz c = r-AE-(1 -jt) gebildet wird durch Subtraktion des Wertes b von der akkumulierten Summe r, danach

der Quotient d = — 5· gebildet wird durch

r - Δ B- (1 -al)

2 Multiplizieren von a und Δ R und Dividieren mit c

und letztlich der Wert b zur Steuerung der Kompensation der Drehwelle abgegriffen wird, und daß, wenn die Zuwachssteuerveränderliche der Drehwelle O ist, der Kompensationswert Δ R zur Steuerung der Linearwelle und der Wert O zur Steuerung der Drehwelle abgegriffen wird.

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Zusammengefaßt arbeitet das System wie folgt: Ausgehend von einer Anfangsstellung r_Q und Q_Q wird die Differenz zwischen Soll- und Istdurchmesser der Schleifscheibe Λ R eingegeben. Hierbei wird die linear bewegliche Steuerwelle um Δ. R verschoben. Bei der Schleifscheibe liegen somit die Werte r'_o =Tq - Δ R und Θ' = Q_Q vor. Werden nunmehr über den Steuereingang die Befehle Δ r und Δ θ zugeführt, würde bei einer SollsdiLeif scheibe dies zu den neuen Stellungen r = r_Q + A r und Q = Ö_Q + Δ Q führen. Die Steuerwellen haben jedoch Stellungen entsprechend den Werten r'=r + - r und θ'=θ + d θ einzunehmen. Die Werte d r und ^ Q werden wie zuvor beschrieben bestimmt. Die Steuerbefehle A r und.Δ θ werden somit umgesetzt in die tatsächlichen auf den Durchmesser R¹ bezogenen Änderungen Ar'=r' - r'_Q undAO» = Q'_q'_q

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