DE2911376A1

DE2911376A1 - Verfahren und anordnung zur steuerung der ausrichtung eines werkzeugs

Info

Publication number: DE2911376A1
Application number: DE19792911376
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Ebata; Takao Manabe; Shoichi Shin
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1978-03-24
Filing date: 1979-03-23
Publication date: 1979-09-27
Also published as: JPS54127098A; DE2911376C2; US4305128A

Description

TOSHIBA KIKAI KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan

Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Ausrichtung eines Werkzeugs

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung der Ausrichtung eines Werkzeugs und ist insbesondere darauf abgestellt, ein Werkzeug so zu orientieren, daß seine Ausrichtung mit der Richtung der Bewegung einer Spindel beim Start der Spindel vor ihrer tatsächlichen Bewegung zusammenfällt, und zwar verursacht durch ein Datum betreffend die Bewegung des Werkzeugs relativ zu einem Werkstück.

Bei einer Bearbeitungs- oder Fertigungsmaschine, bei der ein blatt- oder plattenförmiges Werkstück längs eines vorbestimmten Profils geschnitten wird, oder in einer Frett- oder Schweifsägemaschine, bei der während des Schneidens eines unbearbeiteten plattenförmigen Werkstücks, das Sägeblatt in der senkrechten Richtung hin- und herbewegt wird, ist es im allgemeinen erforderlich, das Sägeblatt während des Schneidvorganges fortwährend in bezug auf das vorbestimmte Schnittprofil tangential auszurichten.

Der Einfachheit halber wird hier lediglich auf eine Frettsägemaschine Bezug genommen.

Wenn eine Nut mit einem vorbestimmten Profil mit Hilfe einer herkömmlichen Frettsägemaschine in einer Stanz- oder Schnittplatte ausgebildet werden soll, verdreht die Bedienungsperson die Platte auf dem Maschinentisch in einer solchen Weise, daß das Sägeblatt stets tangential mit dem Profil ausgerichtet ist. In diesem Falle ist es nicht er-

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forderlich, das Sägeblatt selbst zu drehen.

Wenn die Fläche der Stanz- oder Schnittplatte groß ist, ist es für die Bedienungsperson äußerst schwierig, dem Profil genau und schnell zu folgen. Man strebt daher die Schaffung einer automatisierten Frettsägemaschine zum Bearbeiten von Stanz- oder Schnittplatten an.

Es sind zahlreiche numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen ein Werkzeug einer auf einem Werkstück vorgegebenen Kontur genau folgt.. Die bei diesen Werkzeugmaschinen eingesetzten Werkzeuge werden jedoch im allgemeinen von einer Spindel gedreht, und es ist lediglich erforderlich, die Achse des Werkzeugs der Kontur nachzufahren. Eine Orientierung oder Ausrichtung des Werkzeugs ist nicht notwendig.

Bei einer optischen Profiliermaschine ist der Maschinenkopf mit einem Servomechanismus ausgerüstet, um ein Nachlaufen der Profilkurve zu bewirken, und die Orientierung des Werkzeugs wird mit Hilfe einer elektrischen Verriegelung mit dem Kopf erzielt. Mit dieser Maschine ist es allerdings nicht möglich, einer Profilkurve zu folgen, die eine oder mehrere Unterbrechungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nicht nur die relative Bewegung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück zu steuern, sondern auch die Ausrichtung des Werkzeugs während seiner Bewegung zu steuern, wenn die Daten betreffend die relative Axialbewegung des Werkzeugs und des Werkstücks vorgegeben sind.

Diese Aufgabe wird grundlegend durch das Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst.

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Ferner ist nach der Erfindung eine Anordnung zur Steuerung der Ausrichtung eines Werkzeugs tangential zu einem Profil auf einem von dem Werkzeug 2U bearbeitenden Werkstück nach der Erfindung gekennzeichnet durch Mittel zum Speichern einer gegenwärtigen Ausrichtung oder Orientierung Öa_BSo des Werkzeugs gemessen gegenüber einer Referenzrichtung, Mittel zum aufeinanderfolgenden Zuführen von Programmdaten zur Bewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück in bezug auf einen Abschnitt des Profils, Mittel zum aufeinanderfolgenden Verändern der Ausrichtung oder Orientierung des Werkzeugs in Übereinstimmung mit Daten, die durch die Programmdaten gegeben sind, bei einem Anfangspunkt eines neuen Abschnitts, Mittel, die bestätigen, daß die gegenwärtige Ausrichtung oder Orientierung, mit der von den Speichermitteln befohlenen Orientierung oder Ausrichtung zusammenfällt, und Mittel zum Bewegen des Werkzeugs relativ zum Werkstück im Anschluß an die Bestätigung.

Damit man eine Nut mit einer vorbestimmten Kontur durch ein plattenförmiges Werkstück mit einem Frett- oder Schweif sägeblatt schneiden kann, sind somit verschiedenartige Programmdaten betreffend die Bewegungsrichtung des Sägeblatts und die Kontur der Nut in einer Speichereinrichtung gespeichert. Das Sägeblatt wird in einer Richtung bewegt, die durch Befehle aus der Speichereinrichtung bestimmt wird. Weiterhin wird nach der Erfindung die Orientierung oder Ausrichtung des Sägeblatts am Anfangspunkt jedes Abschnitts der Nut gesteuert.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt:

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— ¹J —

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F i g . 1 eine Ansicht eines mit einem vorbestimmten Muster gestanzten Verpackungsteils,

F i g . 2 eine Ansicht einer Stanz- oder Schnittplatte mit einer darin ausgebildeten Nut zur Aufnahme eines Schneidmessers, das zum Ausstanzen des in der Fig. 1 dargestellten Teils dient, '

F i g . 3 eine vergrößerte Schnittansicht des in der Fig. 2 angedeuteten nichtgenuteten Abschnitts 105, und zwar geschnitten in der Richtung der Nut,

F i g . 4 und 5 Querschnittsansichten längs der Linien IV-IV und V-V der Fig. 3,

F i g . 6 eine schematische Darstellung eines Beispiels zur Veränderung der Orientierung oder Ausrichtung des Sägeblatts bei dem in der Fig. 2 dargestellten Abschnitt 106,

F i g . 7 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine zum Herstellen einer Schnitt- oder Stanzplatte,

F i g . 8 ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Drehen des Sägeblatts bei der Maschine nach der Fig. 7,

F i g . 9 eine Seitenansicht eines FrettSägeblatts,

F i g . 10 einen Querschnitt durch das Frettsägeblatt längs der Linie X-X in der Fig. 9,

Fig . 11 ein Blockschaltbild einer Mikrorechneranordnung, die als Steuergerät in der Maschine nach der Fig. 7 verwendet wird,

Fig. 12 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Veränderung der Ausrichtung des Sägeblatts, wobei die -Y-Achse als Referenzrichtung dient,

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F i g . 13 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Veränderung der Ausrichtung des Sägeblatts für einen Fall, bei dem während des Schneidvorgangs Bewegungen ausgeführt werden müssen, bei denen nicht geschnitten wird,

Fig . 14 eine schematische 'Darstellung zur Erläuterung der Veränderung der Ausrichtung des Sägeblatts an »Punkten A, bei denen der Schneidvorgang unter Heranziehung von Eingabedaten begonnen wird, und zur Erläuterung der Betriebszustände des Sägeblatts, das an den Anfangspunkten A in Öffnungen eingesetzt ist,

Fig . 15 ein rechteckförmiges Koordinatensystem, das in zwei Bereiche I und II unterteilt ist,

Fig . 16 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Falles, bei dem die Sägeblattzähne in Richtungen orientiert sind, die den Bereichen I und II im ersten Quadranten der Fig. 15 entsprechen, und

Fig . 17a und 17b gemeinsam ein Flußdiagramm zur Erläuterung, des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Werkzeugorientierung.

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Ein in der Fig. 2 dargestelltes Nutenmuster PTRN II entspricht einem gewünschten Stanzmuster, beispielsweise einem Verpackungsteilrauster PIRN I, wie es in der Fig. 1 gezexg-t ist. Das Nutenmuster ist in einer Schnittplatte ausgebildet, die somit als Stanzstempel oder Matrize für Papierartikel dient. In die in der Fig. 2 dargestellte Nut ist ein Schneidmesser K eingesetzt, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, bei der es sich um eine Schnittansicht längs einer Strecke der Nut handelt. Die Nut ist nicht durchgehend, sondern beispielsweise bei einem Abschnitt J unterbrochen. An dieser Stelle ist der untere Teil des Schneidmessers K mit einer dem Abschnitt J entsprechenden Ausnehmung versehen.

Wie man der Fig. 2 entnehmen kann, besteht das Nutenmuster PTRN II auf einer Vielzahl durchgehender Abschnitte 101, 102 und 103, die voneinander durch nicht genutete Abschnitte 104, 105 und 106 getrennt sind. Obgleich ein fertiges Stanz- oder Schnittmuster, wie das Muster PTRN I eine geschlossene Kontur hat, ist das Nutenmuster PTRN II zum Einsetzen des Schneidmessers K nicht kontinuierlich. Ein in die Fig. 2 eingezeichneter Pfeil gibt die Richtung zum Schneiden der Nut an.

Die Fig. 6 dient zur Erläuterung der unterschiedlichen Orientierung des Schneidwerkzeugs, d.h. bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel des SchweifSägeblattes, im Bereich des in der Fig. 2 dargestellten Abschnitts 106. Die Position eines Schweifsägeblattes T ist nach Beendigung des Schneidens des genuteten Abschnitts 102 in strichpunktierten Linien dargestellt. Die Anfangsstellung des Sägeblattes T ist zum Schneiden des genuteten Abschnitts mit voll ausgezogenen Linien dargestellt. In dieser Anfangsstellung ist das Sägeblatt T in eine Öffnung HA eingesetzt, in der der Startpunkt A des genuteten Abschnitts 103'liegt-. Der Mittelpunkt eines Zahns des Sägeblatts T ist in der

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Schneidrichtung (bei der Darstellung der Fig. 6 nach unten) mit dem Startpunkt A ausgerichtet.

Um die Orientierung des Sägeblatts T vom Endpunkt B des genuteten Abschnitts 102 zum Startpunkt A des genuteten Abschnitts 105 zu verändern, wird das Sägeblatt T zunächst am Endpunkt B aus der Schnittplatte D herausgenommen, die senkrechte Achse des Sägeblatts T wird vom Punkt B zum Punkt A verschoben, der Mittelpunkt des Zahns des Sägeblatts T wird mit dem Punkt A ausgerichtet, das Sägeblatt T wird um 180° um den Punkt A gedreht und danach wird das Sägeblatt T in die Öffnung HA eingesetzt, die bereits zuvor ausgebildet worden ist.

In der Fig. 7 ist eine Maschine zum Herstellen von Stanz- oder Schnittplatten dargestellt. Auf einem Maschinenbett 11 sind in der Y-Richtung verlaufende Führungen befestigt. Ein Y-Schlitten 13 wird von den Führungen 12 getragen. Auf dem Y-Schlitten 13 befinden sich in der X-Richtung verlaufende Führungen 14, die einen X-Schlitten 15 tragen. Der Y-Schlitten 13 und der X-Schlitten 15 werden von Impulsmotoren oder Servomotoren 16 und 17 über Vorschubsplndeln 18 und 19 angetrieben. Klemmstangen 21 und 22 dienen zum Festklemmen einer Platte oder eines Werkstücks 20. Die Klemmplatten 21 und 22 sind am Rahmen des X-Schlittens 15 in einer solchen Weise befestigt, daß sie in der X- und Y-Richtung des rechtwinkligen Koordinatensystems verschoben werden können, um den Rand des plattenförmigen Werkstücks 20 festzuklemmen. Eine Vielzahl in geeigneter Weise beabstandeter Kugeln oder Rollen 23 sind in der oberen Oberfläche des Maschinenbettes 11 vorgesehen, um eine ruckfreie Bewegung des Werkstücks 20 sicherzustellen. Am Innenende eines Werkzeugmaschinenarms 24, der sich über das Maschinenbett 11 erstreckt, ist ein Werkzeugmaschinenkopf 25 befestigt. Obere Einspannelemente 26 und 27 für Sägeblätter T^ und Tp ragen von der Unter-

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seite des Kopfes 25 nach unten. Auf der Seite des Werkzeugmascbinenkopfes 25 ist ein pneumatischer Zylinder JO ltöftstigt, mit dessen Hilfe eine Antriebseinheit 29 für einen Bohrer 28 in senkrechter Richtung verschoben werden kann. Mit Hilfe des Bohrers 28 kann man an gewünschten Positionen des plattenförmigen Werkstücks 20 Öffnungen vorsehen, in die dann das Sägeblatt geschoben wird. Darüber hinaus ist ein nicht dargestellter Mechanismus vorhanden, mit dem man die Einspannelemente 26 und 27 in senkrechter Richtung verschieben kann. Ferner sind im Kopf 25 Impulsmotoren angeordnet, die zum Drehen der Sägeblätter T^ und T~ dienen. Direkt unter dem Kopf 25 befindet sich im Maschinenbett 11 ein weiterer Kopf, der nicht dargestellt ist, jedoch mit dem Kopf 25 identisch ist. Dieser weitere Kopf weist einen Mechanismus zum vertikalen Verschieben automatischer Einspannelemente auf und enthält Impulsmotoren zum Drehen der Sägeblätter. Der Mechanismus zur vertikalen Auf-.und Abbewegung sowie die Impulsmotoren in den beiden Köpfen werden synchron betrieben. Ein digitales Steuergerät 31 dient zur Abgabe von Befehlsimpulsen an die Impulsmotoren 16 und 17, um den Y- und X-Schlitten zu bewegen, und zur Abgabe von Befehlsimpulsen an die in den Köpfen enthaltenen Impulsmotoren, die zum Drehen der Sägeblätter dienen.

In der Fig. 8 sind Einzelheiten des Mechanismus dargestellt, der zum Drehen des Sägeblatts T-, dient und im Kopf 25 (Fig. 7) enthalten ist. So wird die Drehbewegung der Ausgangswelle eines Impulsmotors 34 über eine Kupplung 35 auf eine Welle 36 übertragen, um über Zahnräder 37, 39 und 40, eine Welle 38 sowie ein Zahnrad 41 eine Keilnutmuffe 33 und damit eine Keilnutwelle 31 anzutreiben. Ein zylindrisches Teil 42 ist am oberen Ende der Keilnutwelle 31 über ein Axialdrucklagerpaar befestigt. Das zylindrische Teil 42 dient zur Übertragung der Antriebskraft von einem eine senkrechte Hin- und Herbewegung ausführenden Mechanismus, der im Kopf 25 enthalten ist. Dieser Mechanis-

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mus kann einen Drehantrieb enthalten, dessen Drehbewegung beispielsweise über einen Gelenkmechanismus in die hin- und hergehende Translationsbewegung umgesetzt wird.

Die Fig. 11 zeigt das Blockschaltbild einer digitalen Steuereinrichtung mit einem^Mikrorechner. Die Steuereinrichtung dient zum Erzeugen von Befehlsimpulsen für die Bewegung der Stanz- oder Schnittplatte in der X- und Y-Richtung in bezug auf das Sägeblatt T^ und eines Befehlsimpulses zum Ändern der Orientierung des Sägeblatts T^ und zur Umschaltung an den Ecken sowie zum Bestimmen der Positionen für die Öffnungen zum Einsetzen des Sägeblatts. Die Inhalte entsprechender Programmblöcke werden von einem Bandleser TR von einem Programmband ausgelesen. Die ausgelesenen Inhalte werden nach Durchlaufen einer Eingabe/Ausgabe-Einheit I/O und einer Sammelleitung BL in einem Zwischenspeicher BFM eines Speichers mit direktem Zugriff RAM gespeichert. Der Inhalt des Zwischenspeichers BFM wird über die Sammelleitung BL in Register R_x, R , R_i und R. eines Direktzugriffsspeichers RAM 2 gegeben, die zur Einstellung der Achsenbewegungen dienen. Informationen, die an einem Digitaldifferentialanalysator DDA überlaufen, werden Servoausgaberegistern SX, SY und SC zugeführt, die Befehlsimpulse für die Impulsmotoren abgeben. Die Ausgangssignale dieser Register gelangen zu der die Schnittplatte bearbeitenden Maschine M über die Sammelleitung BL und die Eingabe/Ausgabe-Einheit I/O, und zwar in Form von Impulssignalen XPM, YPM und CPM.

Der Ausführungsprogrammbefehl zum Ausführen der Schritte des Auslesens der Inhalte der entsprechenden Blöcke durch den Bandleser, des Speicherns der ausgelesenen Inhalte in dem Zwischenspeicher BFM, des Decodierens der gespeicherten Inhalte und schließlich des Anlegens der Befehlsimpulse XPM, YPM und CPM wird zuvor in einem Festwertspeicher ROM gespeichert, bei dem es sich um einen Programm-

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speicher handelt, der an die Sammelleitung BL angeschlossen ist. Der Festwertspeicher ROM arbeitet mit einer zentralen Verarbeitungseinheit CPU zusammen, um die oben erläuterten Schritte sequentiell auszuführen. Bei dem in der Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel dient ein mit gestrichelten Linien eingezeichneter Decqdierer DCD zum Decodieren des Inhalts des Zwischenspeichers BFM, um im Falle eines geradlinigen Schnitts die Werte zu berechnen, die in die Register R^ und R einzusetzen sind. Bei einem kreisförmigen Schnitt einschließlich eines Eckschnittes werden die Werte berechnet, die in die Register R^, R , R. und R. eingesetzt v/erden müssen. Im Direktzugriffsspeicher RATi 1 ist noch ein mit Al bezeichneter Speicherbereich vorhanden, der dem Ausmaß des Zurückschaltens entspricht.

Der Wert für A. L wird durch einen äußeren A L-Einsteller vorgegeben, oder er wird in Übereinstimmung mit der Zahndicke eines Sägeblatts T, das für das Arbeitsprogramm verwendet wird, vorgegeben, wobei dann eine Eingabe von außen nicht erforderlich ist. Der Wert von A L kann auch an jedem Wendepunkt berechnet werden.

Für jeden Fall einer Vorwärtsrückschaltoperation wird Δ LX in das Register R_x und ALY in das Register gegeben. Die Zahnstärke ST und die Zahnbreite SW (vgl. Fig. 9 und 10) sowie ein Winkel θ einer C-Welle, die das Sägeblatt dreht, werden im Direktzugriffsspeicher RAM 1 gespeichert. Der Winkel θ dient zur Steuerung der C-Welle.

Die Steuerung der Drehbewegung der C-Welle bzw. des Sägeblatts wird im folgenden an Hand der Fig. 12 erläutert. Bei dem in der Fig. 12 dargestellten rechtwinkligen X-Y-Koordinatensystem wird die Orientierung des Sägeblatts T durch einen Winkel um einen Ursprungspunkt 0 angegeben. Der Orientierungsbefehl wird dadurch erstellt, daß beispielsweise der Kreis in 2000 gleiche Winkeleinheiten von

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jeweils 0,18° unterteilt ist, wobei jede Winkeleinheit einem Impuls entspricht. Die -Y-Achse dient als Bezugsachse. Der Orientierungswinkel wird somit durch einen im Gegenuhrzeigersinn von der -Y-Achse aus gemessenen Winkel ausgedrückt. Wenn beispielsweise der Mittelpunkt eines Zahns in die Richtung eines Vektors O»GL zeigt, beträgt der absolute Zählerwert C,_BS der C-Welle:

Q₁
^CABS^^Q1 ) ⁼ OTTS" '

In ähnlicher Weise gilt im Falle der Vektoren und O»Q-z:

2
»

Q-*

Wenn ein kreisförmiger Schnitt von einem Anfangspunkt Q₁ zu einem Endpunkt Qp im Gegenuhrzeigersinn ausgeführt werden soll, beträgt der Orientierungswinkel eines Zahns des Sägeblatts T im Anfangspunkt Q₁:

θ = Q₁ + 90°.

Wenn von einem Anfangspunkt Q, ein kreisförmiger Schnitt im Uhrzeigersinn zu einem Endpunkt Q₂ ausgeführt werden soll, beträgt der Orientierungswinkel eines Zahns des Sägeblatts T im Anfangspunkt Q,:

Q = Q-,- 90°.
o

In der Fig. 12 sind der erste bis vierte Quadrant mit I bis IV bezeichnet.

Unter Bezugnahme auf die Absolutwerte C._BS der C-Welle des absoluten Zählers sind den Achsen -Y, X, Y und -X die Impulsanzahlen von 0(2000), 500, 1000 bzw. 1500 zugeordnet. Die Fig. 13 zeigt ein Beispiel eines sequentiellen

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Antriebs der C-Welle. Es wird angenommen, daß längs einer geraden Linie 1_Q von einem Punkt SPq bis zu einem Punkt E₀ eine Nut geschnitten worden ist. Die Orientierung des Zahns des Sägeblatts ist zu diesem Zeitpunkt mit T(S_Q) bezeichnet. Um den Zahn in einen Zustand T(Sp) in einem Schneidstartpunkt SP zu bringen, und zwar um entweder eine gerade Linie I₁ oder einen kreisförmigen Bogen Ip zu schneiden, werden die folgenden Befehlscodes verwendet (der Einfachheit halber sind die Sequenzen zum Einsetzen des Sägeblatts in die Schneidplatte und zum Herausnehmen des Sägeblatts aus der Schneidplatte weggelassen):

I. Schneiden der geraden Linie Punkt E₁:

vom Punkt SP bis zum

X(SP₀)-X( X(Sq)-X(SP₀) X(SP)-X(E₀), X(E^-X(SP),

Y(SP₀)-Y(
Y(Eq)-Y(SP₀) Y(SP)-X(E₀) Y(E^-Y(SP)

II. Schneiden des Bogens Ip vom Punkt SP bis zum Punkt E

₂ϊ

X(SP₀)-X(

X(E₀J-X(SP₀)

X(SP)-X(E₀),

X(Eg)-X(SP),

X(SP)-X(Z),

Y(SP₀)-Y(

Y(Eq)-Y(SP₀)

Y(SP)-Y(E₀)

Y(E₂J-Y(SP)

Y(SP)-Y(Z).

Dabei sind X( ) und Y( ) absolute X- und Y-Koordinatenwerte der Positionen in den betreffenden Klammern.

In den beiden Fällen I und II befindet sich das Sägeblatt in einem Zustand von t(S_Q) und wird aus der Stanzoder Schneidplatte herausgezogen, während die C-Welle in der X- und in der Y-Richtung bewegt wird, um den Zustand T(S₀)

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in T(S₁) zu ändern, wobei der Zustand T(S₀) unter einem Befehlscode G_Q aufrechterhalten wird. Wenn dann im Anschluß an den Code G_Q der Code G₁ oder G, ausgelesen wird, kommt es im Falle I zu einer Berechnung eines einem Vektor E₁ entsprechenden Winkels oder einer Anzahl von Impul-

sen, und zwar durch einen Vorgang, der in Verbindung mit der Fig. 12 erläutert wird. Dieser Wert wird dargestellt durch:

P₂ = P(GSP-E₁).

Wenn man die Anzahl der Impulse, die SPq»Eq entsprechen, mit

P₁ = P(QSP₀-E₀)

bezeichnet, wird die C-Welle um die folgende Differenz gedreht:

P = P₂ - P₁.

Damit wird die Orientierung des Sägeblatts T auf T(S₂) gerichtet. Damit wird die Tatsache, daß der Inhalt C_ARC, des C-Welle-Absolutzählers (Momentanwertzählers) sich auf einen Wert verändert hat, der dem Vektor SP*E,, entspricht, bestätigt.

Diese Bestätigung kann aufgrund verschiedenartiger Methoden vorgenommen werden. Bei Verwendung eines Mikrorechners, wie bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel, ist der Direktzugriffsspeicher RAM 1 (Fig. 11) mit einem Speicherbereich ausgerüstet, der dem C-Welle-Momentanwertregister (Zähler) entspricht, sowie mit einem Befehlswertregister, das dem Vektor SP^E₁ entspricht, und mit einem Vergleicher, der die Koinzidenz dieser beiden Register überprüft. Der Ausgang des Vergleichers liefert dann diese Bestätigung.

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Nachdem diese Bestätigung gemacht worden ist, wird das Sägeblatt in der X- und in der Y-Richtung auf den Punkt E₁ zu zum Sägen einer geraden Nut gerichtet. Vor dem Schneiden wird das Sägeblatt in die Öffnung eingesetzt, und dem Sägeblatt wird eine vertikale Hin- und Herbewegung mitgeteilt.

Da im Falle II das Sägeblatt im Gegenuhrzeigersinn (Code G^) gedreht wird, werden am Anfangspunkt SP, wie es an Hand der Fig. 12 erläutert wurde, 90° zu einem Winkel

QZ'SP hinzugefügt, der dem Vektor Z-SPentspricht, so daß:

P₂ = P(QZ'SP) + 500
P₁ = P(GSP₀-E₀)

Damit ist AP gegeben durch: P = Pp - P₁.

In der Zeichnung zeigen die Vektoren SP₀·Εα und SP*Z in dieselbe Richtung, so daß T(Sp) für die beiden Fälle I und II gleich ist.

In der Fig. 14 ist die Orientierung eines Zahns des Sägeblatts T dargestellt, wenn sein Zustand von einem Zustand (1) in einen Zustand (2), (3) oder (4) geändert wird.

Im Zustand (2) ist die Mitte des Zahns des Sägeblatts T am Schneidanfangspunkt angeordnet, und der Zahn ist in Richtung auf den Punkt B orientiert. Der Mittelpunkt der Öffnung Hp zur Aufnahme des Sägeblatts T ist gegenüber dem Schneidanfangspunkt A längs einer Verlängerung der Linie AB um 1/2 SW versetzt. Die Richtung der Versetzung ist der Schneidrichtung entgegengesetzt.

Die Fig. 15 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Bestimmung der Orientierung des Werkzeugs gemäß der Erfindung.

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Die Fig. 15 zeigt, daß, wenn die Mitte des Werkzeugs (in diesem Beispiel die gegenwärtige Position der Mitte eines Zahns eines Sägeblatts) mit dem Ursprungspunkt 0 zusammenfällt und wenn das Datenformat der als nächstes befohlenen Achsenbewegung eine gerade Linie G^, XL und YL ist, fallen die Richtungen von XL und YL mit den Richtungen der X- und der Y-Achse zusammen.

Wie noch später erläutert wird, zeigen XBUF und YBUF Werte von Registern für XL und YL (im Falle eines kreisförmigen Bogens für I und J). Der schraffierte Bereich II entspricht somit einem Zustand}XBUF|<|YBUFJ, wohingegen der Bereich I einem Zustand [ XBUFI = |ybUf[ entspricht.

Die Fig. 16 ist eine grafische Darstellung eines Befehls zur Änderung der Orientierung des Sägeblatts oder zum Bewegen des Sägeblatts vom Ursprungspunkt 0 zu Bereichen I und II. Diese Beziehungen sind im ersten Quadranten dargestellt.

Das Diagrammteilbild M_& in Fig. 16 zeigt den Fall, bei dem das Sägeblatt längs einer geraden Linie von einem Anfangspunkt A zu einem Endpunkt B bewegt wird, der sich im Bereich I befindet, wobei | XBUFI = | YBUF| und XBUF > O, YBUF>O. Für diesen Fall gilt:

9 - tan"¹ (I g§| ).

Die Richtung eines Vektors in bezug auf die Referenzrichtung der C-Welle ist gegeben durch: ^· + Θ.

Beim Teilbild N des Diagramms in der Fig. 16 wird das Sägeblatt in den Bereich II bewegt, wobei | XBUFJ< I YBUF I und XBUF > 0, YBUF > 0.

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Da θ = tan"¹ (I ^» ^{ist die Orientieriun}S> d.h. die Richtung des Vektors 0·2 am Anfangspunkt eines Bogens gegeben durch: ^f - θ.

In den Fig. 17a und 17b ist in einem Flußdiagramm der Vorgang zur Bestimmung der Werkzeugorientierung gemäß der Erfindung dargestellt. Ίπι Anschluß an den Start wird beim Schritt ST1 überprüft, ob der geschriebene Befehlscode ein eine Öffnung bildender Code T4 ist oder nicht. Falls dies bejaht wird, wird beim nächsten Schritt ST2 überprüft, ob der dem Code T4 folgende Code ein Befehlscode zum Schneiden einer geraden Linie, ein Befehlscode zum Schneiden eines kreisförmigen Bogens oder ein anderer Befehlscode ist oder nicht. Beim Schritt ST2 wird somit überprüft, ob des sich bei dem Code um G₁, G₂ oder G^ handelt. Beim Schritt ST3 wird überprüft, ob der Code G₁ für die gerade Linie vorliegt. Falls dies zutrifft, werden beim Schritt ST4 die dem Code G₁ folgenden Daten XL und YL in die XBUF- und YBUF-Puffer gesetzt. Dabei repräsentieren XL und YL die Inkremente in der X- und in der Y-Richtung zwischen dem Startpunkt A und dem Endpunkt B. Falls beim Schritt ST3 der Code als G₂ oder G, identifiziert wird, werden beim Schritt ST5 I und J in die XBUF- und YBUF-Puffer gesetzt, wobei I und J die Inkremente in der X- und in der Y-Richtung zwischen dem Mittelöunkt eines Bogens und dem Startpunkt A des Bogens entsprechen. Beim Schritt Sie werden dann die absoluten Werte von XBUF und YBUF miteinander verglichen. Wenn | XBUF|>|YBUF| , wird beim

Schritt ST7 der Wert von ei' = $§§ bestimmt. Beim Schritt '

XJ3UF .

ST8 wird dann der Wert von θ =„ tan" (|O°I) bestimmt. Falls beim Schritt ST6 der Vergleich anders ausfällt, also die Antwort nein ist, wird beim Schritt ST9 der Wert von<£, bestimmt, und beim Schritt ST1O wird der Wert von θ berechnet.

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Der bei den Schritten ST8 und ST10 berechnete Wert von θ kann somit immer wie folgt ausgedrückt werden:

0 i θ ^ ^

Wenn das Ergebnis der Überprüfung beim Schritt ST11 JA ist, d.h. YBUF = 0, wird beim Schritt 12 überprüft, ob XBUF = 0 oder nicht. Wenn diese Frage bejaht wird, wird beim Schritt ST13 der absolute Wert Θ_ΑΒ3 mit ψ+ θ angegeben. Im Falle des Verneinens wird beim Schritt ST14 der absolute Wert von Ö^_BS mit ^iT- θ angegeben. Lautet die Antwort beim Schritt ST11 MEIN, wird beim Schritt 15 überprüft, ob XBUF kleiner als 0 ist oder nicht. Trifft dies zu, wird beim Schritt ST17 der absolute Wert von θ^« mit ^if+ θ angegeben. Andernfalls wird beim Schritt ST16 der absolute Wert von θ/νρσ niit -k - θ angegeben.

Bei den Schritten ST18 bis ST24 werden ähnliche Verarbeitungen wie bei den Schritten ST11 bis ST17 vorgenommen, um den Wert von Qa-D₃ zu Q, Ψ - θ, "Tf + θ oder - θ zu berechnen.

Beim nächsten Schritt ST25 wird überprüft, ob es sich bei dem Code um G^ handelt oder nicht. Liegt der Code G₁ nicht vor, wird beim Schritt ST27 untersucht, ob der Code Gg (im Uhrzeigersinn) vorhanden ist oder nicht. Falls die Antwort JA ist, wird beim Schritt ST29 der Wert 0^33 - \ gleich Q^₃ gesetzt. Liegt hingegen der Code G, vor, d.h. im Falle einer KEIN-Antwort beim Schritt ST27, wird beim Schritt ST28 Q^₃ + ^ für den Wert von Q^g₃ berechnet.

Der beim Schritt ST26 berechnete Wert von P₂ gibt die Orientierung des Sägeblatts am Startpunkt des Schneidens an, und zwar entsprechend den zugeführten Bewegungs-

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daten. Wie es in der Fig. 17b unten dargestellt ist, wird der berechnete Wert von P₂ im Register R₂ des Direktzugriffsspeichers ram 1 gespeicliert und mit Hilfe des Vergleichers CMP mit dem Wert P^ des im Register R^ gespeicherten gegenwärtigen Wertes verglichen. Der Impuls CPM des Servoausgaberegisters SC (Fig. 11) wird dem Momentanwertregister R^ zugeführt, "bis Koinzidenz erreicht ist. Der Impuls CPM wird so gesteuert, daß die Richtung der Drehbewegung in Übereinstimmung mit der Frage, ob Jp₂ - P.J größer oder kleiner als 1000 ist, gesteuert wird, um die gexvünschte Orientierung sehr schnell zu erreichen.

Anstelle eines Mikrorechners kann man die Daten auch mit anderen geräte- oder schaltungstechnischen Mitteln verarbeiten.

Während bei dem in den Fig. 17a und 17b betrachteten Ausführungsbeispiel Q^qq bei den Schritten ST25, 27, 28 und 29 korrigiert wurde, nachdem Θλ-do bei den Schritten ST13, 14, 16, 17, 20, 21, 23 und 24 berechnet wurde, kann man diese Korrektur auch dadurch vornehmen, daß Θ_ΛΤ,_Ο = - |r bzw. Ö_ABS ~ ⁺ 2 S^aKLt wird, wenn die Überprüfung beim Schritt ST3 zum Ergebnis G,, bzw. G-, führt, und daß dann die Werte 0, - ¹^ bzw. + «· für G^, Gp bzw. G-* den Werten von O._B„ hinzuaddiert werden, und zwar unter Bezugnahme auf die Schritte ST13 bis ST24.

Beim Schneiden einer geraden Bahn wird die Orientierung des Sägeblatts, das während der Zeit des Startens eingestellt wird, beibehalten, wohingegen beim Schneiden einer gekrümmten Nut ein Impuls CPM synchron mit der Interpolation der Bewegungen in der X- und in der Y-Richtung zugeführt wird. Dieser Impuls korrigiert sequentiell den Inhalt des Registers R-, mit dem gegenwärtigen Wert. Wenn dieser Inhalt am Ende des Bogens mit der Orientierung zur

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- 22 - 29 1 ,376

Koinzidenz kommt, wird ein Koinzidenzsignal erzeugt, das im Register Rp gespeichert wird, nachdem dieses gelöscht worden ist.

Die Erfindung bietet die folgenden Vorteile:

1. Da das bei der Erfindung benutzte Datenformat das gleiche wie beim Bewegen einer Spindel einer üblichen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine ist, ist es möglich, die neue Orientierung des Werkzeugs durch das in den Fig. 17a und 17b erläuterte Verfahren zu bestimmen, ohne das Ausmaß der Drehbewegung des Werkzeugs anzugeben.

2. Der Wert P^ des Momentanwertregisters R^ wird durch Eingabe der Werkzeugbewegungsdaten so korrigiert, daß er gleich dem nach der Erfindung berechneten Wert wird, so daß es möglich ist, den Zahn des Sägeblatts zu Beginn des Schneidpunkts automatisch auf die gewünschte Orientierung auszurichten, selbst wenn viele Diskontinuitäten oder ungeschnittene Abschnitte vorliegen.

ORiGINAL IMSPECTED

Claims

"i©
V^ 9567 .

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TOSHIBA KIICAI KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan

Patentansprüche

( 1.) Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung eines Werkzeugs itm Arbeitsanfangspunkt,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Vorbestimmung von G^, XL, YL für eine lineare Bewegung, von G₂, XL, YL, I, J oder von G,, XL, YL, I, J für eine bogenförmige Bewegung des Werkzeugs als Programmdaten zur relativen Bewegung des Werkzeugs in bezug auf das Werkstück,

(b) Überprüfung, ob gegebene Daten einen geradlinigen Abschnitt (G^) oder einen bogenförmigen Abschnitt (G₂) oder (G^) betreffen,

(c) Speicherung der Daten XL und YL-in Pufferregistern (XBUF) bzw. (YBUF), falls die Überprüfung nach dem Schritt (b) einen geradlinigen Abschnitt als Ergebnis hat, und Speicherung der Daten I und J in den Pufferregistern (XBUF) bzw. (YBUF), wenn die Überprüfung nach dem Schritt (b) einen bogenförmigen Abschnitt als Ergebnis hat,

(d) Vergleich der Absolutwerte der Inhalte der Pufferregister (XBUF) und (YBUF) miteinander,

(e) Berechnung eines Winkels θ = tan"" hM, wenn

j XBUf| ^ J YBUfJ , wobei Φ = JJ^ sowie XBUF und YBUF die Inhalte der Pufferregister (XBUF) bzw. (YBUF) darstellen,

(f) Berechnung eines Winkels θ = tan" |cM > wenn |xBUf| < |ybUf[, wobei CO=

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(g) Überprüfung, ob die Vorzeichen von XBUF und YBUF eine der folgenden Kombinationen (+,+), (+,-)» (-,+) und (-,-) haben oder nicht, wobei das (-f)-Zeichen den Fall von Null einschließt,

(h) Kombination der Ergebnisse der Schritte (d) und (g) zwecks Addition von einem der Werte ^- + Θ, ~tt' + Θ, *K - Q, Iff+ θ, Θ, If - Q und ZT- Q zu Q^₃ als der Wert von θ_AT>q iⁿ Übereinstimmung mit dem Ergebnis dieser Kombination, um somit einen Ausrichtwinkel für das Werkzeug zu bestimmen, und

(i) Überprüfung, ob die Bearbeitung im Uhrzeigersinn (Gp) oder im Gegenuhrzeigersinn (G-*) erfolgt, falls die Überprüfung nach dem Schritt (b) einen bogenförmigen Abschnitt als Ergebnis hatte, und Subtraktion von — von dem im Schritt (h) gewonnenen θ_Λΐ,ς zwecks Bestimmung eines neuen 9a_BS im Falle von Gp und Addition von -k zu dem beim Schritt (h) gewonnenen Ö._BS zum Bestimmen eines anderen neuen Ö_ABS im Falle von G^.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt (i) 0_ABS = 0, 9_ABS = - ^ und Q_ABS = + J gesetzt wird, wenn G^, G₂ bzw. G^ vorliegt, und daß dann einer der beim Schritt (h) erhaltenen Werte zu dem θ/ma hinzuaddiert wird, um ein neues 9_ABS zu bilden.
3. Anordnung zur Steuerung der Ausrichtung eines Werkzeugs tangential zu einem Profil an einem Werkstück, das von dem Werkzeug bearbeitet wird,
gekennzeichnet durch:

Speichermittel zum Speichern einer gegenwärtigen Ausrichtung Q^g₃₀ ä^es Werkzeugs in bezug auf eine Referenzrichtung,

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Mittel zum aufeinanderfolgenden Zuführen von Programmdaten zum Bewegen des Werkzeugs relativ zum Werkstück unter Bezugnahme auf einen Abschnitt des Profils,

Mittel zum aufeinanderfolgenden Ändern der Ausrichtung des Werkzeugs entsprechend von Daten, die durch die Programmdaten gegeben sind, an einem Anfangspunkt eines neuen Abschnitts,

Mittel, die bestätigen, daß die gegenwärtige Ausrichtung mit der von den Speichermitteln befohlenen Ausrichtung übereinstimmt, und

Mittel zum Bewegen des Werkzeugs relativ zum Werkstück im Anschluß an die Bestätigung.

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