DE3005738C2

DE3005738C2 - Numerische Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3005738C2
Application number: DE19803005738
Authority: DE
Inventors: Itsuo Tokyo Hayashi; Masayoshi Yurugi
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1984-08-16
Also published as: JPS6244282B2; DE3005738A1; GB2043957B; JPS55110307A; GB2043957A; FR2449303A1; FR2449303B1

Description

Die Erfindung betrifft eine numerische Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Palentanspruches.

Aus der FR-PS 2 134476 ist eine derartige numerische Steuereinrichtung bekannt. Für die Berechnung der Kontur wird bei dieser Steuereinrichtung ein on-l:ne-C'ompuler verwendet, der infolge der zu verarbeitenden komplizierten Gleichungen eine beträchtliche Kapazität aufweisen muß. wodurch die Rechenzeil erhöht wird. Auch ist es mil der bekannten Steuereinrichtung nicht möglich, eine aus /wci Bogen zusammengesetzte Werkstückkontur so zu korrigieren, daß das gewünschte Ergebnis erhallen wird. Relativ komplizierte Werkslückkonluren sind also mil dieser Steuereinrichtung nicht genau auszuführen.

Weiterhin beschreibt die DE-AS 1186 537 eine Korreklurvorrichtung für die digitale Steuerung von Werkzeugmaschinen. Bei dieser Korrekturvorrichtung wird die Bahn des Werkzeugmittelpunktes aus einzelnen geradlinigen Abschnitten zusammengesetzt und die Korrek-Un in bezug auf diese Abschnitte vorgenommen. Auch eine mit dieser Korrekturvorrichtung ausgestattete Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine vermag daher keine komplizierten Konturen mit hoher Genauigkeit auszuführen.

In den Fig. I bis 3.sind einige Beispiele gezeigt, wie ein Werkstück mit einer herkömmlichen Werk/eugdurchmesser-Korreklurcinrichtung gefräst oder geschnitten wird. In diesen Figuren sind ein Meißel, ein Fräsmesser oder ein Werkzeug mil dem Radius/· und ein /u bearbeitendes Werkstück 2 gezeigt. /', und /', sind die programmierten oder Sollkonturen des Werkstückes, die durch dasTcilcprogmmm vorgegeben sind, und F₁ und F₁ sind die korrigierten Konturen, die zu den programmierten Konturen /^J, und P₂ gehören. Eine Wcrkzeugdurchmes-

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ser-Korrektur wird so durchgeführt, daß die Lunge zwischen der Sollkontur P₁ und der korrigierten Kontur F_x gleich r ist, und daß die Länge zwischen der Sollkonlur P, und der korrigierten Kontur F₂ ebenfalls r ist, wobei r gleich dem Radius des Werkzeuges 1 ist. Der Punkt Q, ist der Kreuzungspunki der Kontur P, und der Kontur P₂ das Symbol R ist der Bogen, der die geradlinigen Konturen F₁ und P₂ miteinander verbindet.

In Fig. 1 werden die koirigiertcn Konturen P', und P₂ aus den programmierten Sollkonturcn P₁ und P, dadurch bestimmt, daß der Radius r des Werkzeuges 2 korrigiert wird, und der Bogen R wird erzeugt, um die Linien P_x und F₂ zu verbinden. Der Bogen R hat den Radius r. der gleich dem Radius des Werkzeuges ist. und den Mittelpunkt Q_x. der der Kreuzungspunki der Sollkonturen P, und P₁ ist. Das Werkzeug 1 wird so gesteuert, das der Mittelpunkt des Werkzeuges I sich auf der korrigierten Kontur P₁. dem Bogen R und der korrigierten Kontur P₁ entlangfcewegt. Dann wird die Kontur des Werkstückes so geschnitten oder gefräst, wie die Kontur programmiert und durch die Konturen P₁ und P₂ dargestellt ist. In Fig. ! zeigt die dick ausgezogene Linie die tatsächliche Bahn des Mittelpunktes des Werkzeuges 1. Eine solche Korrektureinrichtung ist aus der US-PS 3 866027 bekannt.

Die Nachteile dieser bekannten Einrichtung werden im folgenden anhand der Fig. 2 bis 4 beschrieben. In Fig.2 sind die programmierten Konturen durch die geraden Linien P₁ und P₂ dargestellt, und der Winkel zwischen den Linien P₁ und P₂ ist weniger als 180°. Wenn die Kurve oder die Bahn des Mittelpunktes des Werkzeuges I in der in Fig. 1 angegebenen Weise berechnet wird, bewegt sich in diesem Fall der Mittelpunkt entlang der Linie P₁ von dem Punkt A zu dem Punkt Q_x. um die gewünschte Kontur P_x zu liefern. Als nächstes bewegt sich der Mittelpunkt des Werkzeuges 1 zu dem Punkt Q"_x entlang dem Bogen R, und er bewegt sich dann entlang der Linie P₁ von dem Punkt Q[ zu dem Punkt B. um die Kontur P₂ zu erzeugen. Wenn jedoch der Mittelpunkt des Werkzeuges in dem Punkt Q\ liegt, wird ein Abschnitt K₁ und, wenn der Mittelpunkt des Werkzeuges in dem Punkt Q"_x liegt, ein Abschnitt K₁ zu viel gefräst. Da die Sollkonturcn P₁ und P₂ sind, sollten die Abschnitte K_x und K₂ nicht herausgeschnitten oder gefräst werden. Daher unterscheidet sich die tatsächliche Kontur, die durch die Bearbeitung des Werkstückes erhalten wird, von der programmierten Sollkontur. Die Anwesenheit der Abschnitte K_x und K₁, die die u.v-'rwünschtc Kontur bilden, ist ein erheblicher Nachteil dieser bekannten Korrektureinrichtung.

Fig. 3 zeigt eine andere Situation, wo zuviel von dem Werkstück weggeschnitten oder weggefräsl wird, obwohl der Winkel zwischen den beiden Konturlinien mehr als 180° betrügt. In Fig. 3 sind die programmierten Süllkonturen als Linien P₁. P₁ und P, dargestellt, wobei die Länge der Linie P₁ kürzer als der Radius ;■ des Werkzeuges I ist. In diesem Fall bewegt sich der Mittelpunkt Cdes Werkzeuges I entlang der Linie P_x von dem Punkt C zu dem Punkt Q\. um die Sollkonlur P_x von dem Punkt C" zu dem Punkt Q_x herzustellen. Dann bewegt sich der Mittelpunkt entlang dem Bogen R_x zu dem Punkt Q"_x. um die zweite Kontur P₂ herzustellen. Sodann bewegt sieh der M ittelpunkt entlang der geraden Linie P₁ von dem Punkt Q" zu dem Punkt Q₁. um die Kontur P₁ von dem Punkt Q_x bis zu dem Punkt Q₁ herzustellen. Als nächstes bewegt sich der Mittelpunkt entlang dem Bogen R₁ zu dem Punkt Q₂. um die dritte Kontur P, herzustellen. Sodann bewegt sich der Mittelpunkt entlang der geraden Linie P¹, von dem Punkt Q\ zu dem Punkt /)', um die Sollkontur Pi Von dem Punkt Q₂ bis zu dem Punkt D zu bilden. Es ist jedoch zu beachten, daß der Abschnitt K₁ auf der Kontur P₃ überflüssig weggefräst ist. wenn der Mittelpunkt des Werkzeuges sich entlang dem Bogen R₁ und der Linie F₂ bewegt. Ferner ist der Abschnitt A'₂ aufden Konturen P₁ und P, zu viel gefräst, wenn der Mittelpunkt des Werkzeuges sich entlang dem Bogen R₂ und der Linie P₃ bewegt. Folglieh ist. wenn der Werkzeugdurchmesser entsprechend Fig. I korrigiert wird, die tatsächliche

ίο Kontur P₁-K₁-K_x-P₃. die sich stark von der programmierten Sollkontur P₁-P₂-Pj unterscheidet.

Fig. 4 zeigt eine andere Situation, wo zu viel weggefräst wird, wenn die Sollkontur ein Bogen und eine daran anschließende, gerade Linie ist. In Fig. 4 ist dieSpllkontür der Bogen P₁. an den sich die gerade Linie P₂ in dem Punkt Q_x anschließt. In diesem Fall bewegt sich der Mittelpunkt des Werkzeuges zuerst entlang dem Bogen P₁. der zu dem Bogen P₁ konzentrisch liegt, von dem Punkt C" zu dem Punkt Q_x. Der Punkt Q_x steht auf der

3> selben Rudiuslinie wie der Punkt Q₁. Auf diese Weise wird der erwünschte Bogen in der Kontur von dem Punkt A bis zu dem Punkt O ■ erhalten. Soiitnn bewegt sich der Mittelpunkt entlang dem Bogen R von dem Punkt Q_x zu dem Punkt Q\ und sodann entlang der geraden Linie F₂

2} von dem Punkt Q"_x zu dem Punkt B. um die programmierte Kontur P₂ von dem Punkt Q_x zu dem Punkt B zu liefern, es ist jedoch unvermeidbar, daß der Abschnitt K_x zu viel weggefräst wird, wenn sich das Werkzeug entlang dem Bogen R und der geraden Linie P₂ bewegt.

.«ι Für den Fall, daß die Sollkonturen P_x und P₂ gerade Linien sind, wurde zur Lösung der erwähnten Nachteile folgendes erwogen. Es werden die korrigierten Konturen F_x und P₂ zunächst für die programmierten Sollkonturen P_x. P₂ errechnet. Sodann werden die Koordinaten des

3> Krcu/ungspunktcs der beiden nebeneinander liegenden korrigierten Konturen berechnet. Das Werkzeug wird dann so gesteuert, daß sein Mittelpunkt sich entlang der ersten korrigierten Kontur bis zu dem Kreuzungspunkt mit der nächsten korrigierten Kontur bewegt, und dann

M) bewegt sich das Werkzeug entlang der zweiten korrigierten Kontur bis zu dem nächsten Kreazungspunkt. Dieser Vorschlag hat jedoch den Nachteil, daß die Berechnung des Kreuzungspunktcs aus den Konturen, die in dem Teileprogramm programmiert sind, «ehr kompliziert ist

-H und zu lange Zeit in einem in der numerischen Steuerung vorgesehenen Mikrocomputer auf einer Echtzcilbasis in Anspruch nimmt. Daher muß das Werkzeug gelegentlich angehalten werden, bis diese Berechnungen abgeschlossen sind. Das Anhalten des Werkzeuges führt jedoch zu unerwünschten Fräsmarkierungen auf dem Werkstück. Mit anderen Worten wird, wenn das Werkzeug anhält, während es sich dreht, das Werkstück zu tief geschnitten, und die Genauigkeit an dem Produkt wird herabgesetzt. Vor/'.ii'sweise ist die Vorbereitungszeit für die Berechnung jeder einzelnen korrigierten Kontur kleiner als 200 ms. und die Vorschubunterbreehungs,zeit, während der das Werkzeug wegen der Berechnung der korrigierten Kontur angehallen wird, ist kleiner als 10ms. Wenn die Vorbereitungs/eil und/oder die Unterbrechungszeit dip.·

«ι se Werte ühcrsch·eilen, ergibt sich eine erkennbare Fräsmarkicrimgaufdcm Werkstück, und die Genauigkeit des Produktes ist nicht mehr befriedigend. Außerdem kann mil dem Vorschlag eine Kontur nich! korrigiert werden, die einen Bogen umfaßt.

ι·5 Hin anderer Vorschlag zur Lösung der genannten Nachteile besteht dai in. dif korrigierten Konturen P",. P₂ für den Mittelpunkt des Werkzeugs statt der Sollkonturen P_x und P₁ so /u berechnen, daß keine zu tief eingc-

schnittcnen Fräsbereiche auftreten. Wenn man den Weg des Mittelpunktes des Werkzeugs programmiert, müssen eine Reihe von Faktoren, beispielsweise der Radius des Werkzeugs, das talsächlich benutzt wird, die Drehzahl des Werkzeugs, die Art des Materials des Werkstückes u.dgl. bereits bei der programmierten Stufe der numerischen Steuerung in Betracht gezogen werden. Du der genaue Radius des Werkzeugs gewöhnlich nicht bekannt ist. wenn die Konturen programmiert werden, ist es nahezu unmöglich, die Bahnen des Mittelpunktes des Werkzeugs zu programmieren. Folglich muli man hei dem Programmieren der Konturen auf die Art der bekannten Korrckturcinrichiungcn zurückgreifen, so dal) nur eine eingeschränkte Zahl von Konturen an dem Produkt hergestellt werden können. Diese Einschränkungen machen es unmöglich, eine komplizierte Kontur auf einer numerisch gesteuerten Maschine herzustellen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aulgabe zugrunde, eine numerische Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine anzugeben, welche die aus dem Stand der Technik bekannte on-linc Werkzeugdurehnicsser-Korrektur mit wesentlich geringerem Hardware-Aufwand und bei Werkslückkonturen die aus zwei Bogen zusammengesetzt sind, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer numerischen Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Palentanspruches erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Die crfindungsgemäUe Steuereinrichtung ermöglicht eine Wcrkzeugdurchmesscr-Korrcklur in vorteilhafter Weise auf on-line Basis infolge der Koordinaten-Transformation mit geringem Hardware-Aufwand und kann auch aus zwei Bogen zusammengesetzte Konturen genau verwirklichen.

Die Arbeitsweise der numerischen Steuereinrichtung kann wie folgt zusammengefaßt werden: Wenn die Sollkonturen P_x und P₁ des fertigen Produktes vorgegeben sind, wird der Weg des Mittelpunktes des Werkzeuges oder des Fräsmesscrs. das den Radius r hat. zur Bearbeitung der Sollkonturen P₁ und P₂ festgestellt, so daß an dem Verbindungspunkt zwischen zwei nebeneinander liegenden Konturen P₁ und P₂ keine überschüssigen Abschnitte des Werkstückes weggefräst oder weggeschnitten werden. Die korrigierten Kontoren P_x und P₁ werden zunächst so bestimmt, daß der Absland zwischen P_x und P_x und der Absland zwischen P₂ und P₂ gleich r ist. was gleich dem Radius des Frasmessers ist. wobei die Ausgangspunkte und die Hndpunkte der korrigierten Konturen P_x und P₂ die Punkte .S₁. .S", bzw. E_x und E₁ sind. Als nächstes wird der Schnittpunkt Q' zwischen den korrigierten Konturen P_x und P₂ auf der Basis eines speziellen Koordinatensystem« bestimmt, wodurch die Berechnung wesentlich vereinfacht wird. Dann verläuft die Bahn des Wcrkzeugmiuelpunktes entlang der ersten korrigierten Kontur P₁ von dem Ausgangspunkt S~_x bis zu dem Schnittpunkt Q. zu dem F.ndpunkt E-,. Mit anderen Worten geht die Bahn des VVcrkzeugniittelpunktes von der ersten korrigierten Kontur P₁ in die zweite korrigierte Kontur P₁ an dem Schnittpunkt Q über, und der Übergangspunkt liegt nicht an dem Endpunkt E_x. der ersten korrigierten Kontur P₁ oder dem Ausgangspunkt S", der zweiten korrigierten Kontur P₁. Indem das Konzept des Schnittpunktes Q eingefühn wird, kann verhindert werden, daß das Werkzeug zuviel von dem Werkstück abträgt. Die Bestimmung der Korrektur und oder des Schnittpunktes wird durchgeführt, während das Werkzeug tatsächlich das Werkstück bearbeitet, d.h. im sogenannten on-üne Betrieb.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie Beispiele aus dem Stand der Technik ergeben sich aus den folgenden Zeichnungen im Zusammenhang mil der Beschreibung. Es zeigen:

Fig. I bis 4 Beispiele für das Fräsen unter Verwendung einer herkömmlichen Werkzeugdurehmesscr-Korrektureinrichlung:

Fig. I bis 9 Beispiele für das Fräsen mit der bei der Erfindung vorgesehenen Werkzeugdurchmesser-Korrektureinrichtung;

Fig. IO ein Blockdiagramm der numerischen Steuereinrichtung:

Fig. Il ein Blockdiagramm der Schaltung 6-7 (Fig. 10) für die Bestimmung des Krcuzungspunktcs; Fig. 12 ein Flußdiagramm für die Bestimmung des Kreuzungspunktes bei der in den Fig. 10 und i I gezeigten Einrichtung:

Fig. 13 das Flußdiagramm für einen Mikrocomputer, der anstelle der Kompensationseinrichtung 6 in Fig. Il :n einsetzbar ist und

Fig. i 4 ein numerisch«· Beispiel für einer· Fräsvorgang mit der bei der Erfindung vorgesehenen Korrektureinrichtung.

Zunächst wird die bei der Erfindung angewandte Wcrkzcugdurchmesscr-Korrcktur anhand der Fig. 5 bis 9 erläutert. In diesen Figuren sind die programmierten Sollkonluren P_x. P₁. P_y die korrigierten Konturen P_x. P, und P_x, ein F'räsmesscr 1 und ein Werkstück 2 gezeigt. S_x..S₁ und .V, sind die Ausgangspunkte der Konturen P₁, mi P₁ bzw. /',. und H_x. H₁ und /:_, sind die Endpunkte der Konturen P₁. P, bzw. P,. Entsprechend sind .V₁. S₂ und .S", und A",. E₁ und /·.", die Ausgangspunkte bzw. Endpunkte der korrigierten Konturen P",. P₁ bzw. P_x.

Fig. 5 zeigt den Fall, wo die Konturen P₁ und P,

i> gerade Linien sind, wobei die Abstände zwischen der programmierten Sollkonlur P, und der korrigierten Kontur /' und zwischen der programmierten Sollkontur P, und der korrigierten Kontur P₁ gleich r sind, was gicich dem Radius des Frasmessers ! ist. !n diesem Fall

-κι wird der Ausgangspunkt S¹, der korrigierten Kontur P₁ als Ursprung O des Koordinatensystems (v,y) bestimmt.

Daher können die korrigierten Konturen P_x und P₂ wie folgt ausgedrückt werden:

V = A-V-H

wobei (/ eine Konstante, die die Steigung der Linie P_x .so darstellt, h eine Konstante, die die Steigung der Linie P₂ darstellt, und reine Konstante ist, die die r-Koordinate angibt, bei der die Linie P₁ die v-Achse kreuzt.

Daher können die Koordinaten (Q_x. Q'_x) des Kieu-

zungspunkles Q' oder des Schnittpunktes zwischen den Linien P_x und P₁ aus den Gleichungen (1) und (2) wie folgt berechnet werden:

o;=

a-h

Daher wird der Kreuzungspunkl Q' erhalten, indem

f.5 man die Konstanten a. h, c, die aus den programmierten Sollkonturen erhalten werden, in diese Formeln einsetzt.

Der Krcuzungspunki Q isi der gleiche wie der effektive Kreuzungspunkl Q'^ In diesem Fall wird das Fräsmesser

I so gesteuert, daß der M iltclpunkt O des Schneidmessers I sieh entlang der korrigierten Kontur F_x von dem Ausgangspunkt .">', bis /u dem Kreuxungspunkl Q bewegt. Sodann bewegt sieh der Mittelpunkt enthing der /weilen korrigierten Koniur F₁ von dem Kreuzungspiinki Q zu dem Endpunkt R₂. so daß die Solikonturen P_x und /', erhalten werden. In diesem KaIl wird ein kleiner, bogenförmiger Bereich bei der Heke S, nicht weggefräsl. und dieser Bereich kann durch ein anderes Bearbeiluiigsverfahren in die gewünschte Korm gebracht werden. Hs ist zu beachten, daß bei Einsatz der Korrektureinrichtung der Fall nicht eintritt, daß das Fräsmesser über die Sollkonturen hinausgehende Bereiche des Werkstückes wegfräsl. Im Gegensatz dazu würde sich der Mittelpunkt des Fräsmessers bei der herkömmliehen Korrektureinrichtung entlang der ersten korrigierten Kontur F_x von dem Ausgangspunkt S_x bis zu dem Endpunkt R_x bewegen, dann würde er sich entlang dem Bogen R bewegen und dann würde sieh der Mittelpunkt entlang der zweiten korrigierten Kontur F, von dem Ausgangspunkt .S", bis zu dem Endpunkt E¹ bewegen, so daß es unvermeidbar wäre, daß das Früsmesser über die Sollkonlur hinaus schneidet, wie anhand von Kig. 2 erläutert wurde.

Fig. 6 zeigt einen anderen KaII. wo die erste programmierte Sollkonlur P_x eine gerade Linie und die /weile Sollkontur P-,. die sich an die erste Koniur P_x anschließt, ein Bogen ist. In diesem KaIl ist der Absland /wischen der CJeraden P_x und der korrigierten Geraden F_x sowie der Abstand zwischen dem Bogen /■·, und dem korrigierten Bogen P₁ jeweils gleich ;·. was gleich dem Radius des Fräsmessers I ist. und es wird der Ursprung O des Koordinatensystems (.v, r) als Mittelpunkt des Bogens /'_, festgelegt. Daher können die korrigierten Konturen F_x und F₁ in diesem Koordinatensystem wie folgt ausgedrückt werden:

Geraden /'', von dem Ausgangspunkt S\ bis zu dem Endpunkt /·.", und dann entlang dem Bogen R von dem Punki R_x bis zu dem Punkt S₁ und dann entlang dem Bogen F, von dem Ausgangspunkt S₂ bis zu dem Endpunkt R, bewegen, so daß über die Sollkontur hinausgefräst würde, wie in Fig.4 gezeigt.

Fig. 7 zeigt den Fall, wo die erste Sollkontur P_x ein Bogen und die /weile Sollkonlur /'. ebenfalls ein Bogen ist. der sich an den ersten Bogen an dem Punkt Q_x an-

iii schließt. In diesem Fall sind die Abstände zwischen dem programmierten Bogen /', und dem korrigierten Bogen F_x und /wischen dem /weilen programmierten Bogen P₁ und dem korrigierten Bogen F₁ gleich r. was gleich dem Radius des Fräsmessers 1 ist. In diesem Fall wird der Ursprung des Koordinatensystems als Mittelpunkt O, des ersten Bogens P_x bestimmt, so daß die korrigierten Bögen F_x und F, unier Verwendung dieses Koordinatensystems wie folgt ausgedrückt werden können:

wobei ti. />. c und (/Konstanten sind, die aus den program- :.< mierien Konturen P_x und P₁ erhalten werden. Der Kreu-/ungspunkl oder der Schnittpunkt zwischen den Bögen F₁ und F₁ wird durch Lösung der Gleichungen (9) und (10) wie folgt erhalten:

tif ±h Ι ί·-(</- +/>-) -<·^: tr+h-

ae±h

ν — a ■ χ + h

wobei a. b und <· Konstanten sind. Die Koordinaten [Q\, Q'_r) des Kreuzungspunktcs Q werden aus den Gleichungen (I) und (2) und aus den vorstehenden Gleichungen wie folgt berechnet:

ah±\ V-(I + tr)-h^l I + tr

Die Koordinaten des Kreuzungspunktcs können daher bestimmt werden, indem man die Konstanten ti. h und <·. die aus den programmierten Sollkonturen erhalten werden, in die Gleichungen (7) und (K) einsetzt. Wenn eine kreisförmige Kontur vorhanden ist, werden aus den Gleichungen (7) und (8) zwei Kreuzungspunktc Q_x und Q-, erhalten. In diesem Fall wird der Kreu/ungspunkt Q₁ als effektiver Kreuzungspunkt genommen. Das Frä.smesser 1 wird so gesteuert, daß sein Mittelpunkt entlang der ersten korrigierten Geraden F_x von dem Ausgangspunkt S_x bis zu dem Kreuzungspunkt Q₁ und dann entlang dem zweiten korrigierten Bogen F₁ von dem Kreuzungspunkt Q₂ bis zu dem Endpunkt E₁ bewegt, so daß nicht über die Soükonturen hinausgefräsi wird. In diesem rail würde sich bei Verwendung der herkömmliehen Korrektureinrichtung das FYäsmesser entlang der ersten korrigierten mit '.· = , (<r Λ h¹ + c^: — ti¹).

an Daher kann man die Koordinaten des Kreuzungspunktes erhalten, indem man die Konstanten u. h. <■ und ti einsetzt, die aus den programmierten Konturen P_x und P, erhallen werden. In diesem Fall werden zwei Kreuzungspunkie Q\ und Q₁ erhalten, und der erste Kreu-

-K zungspunki Q_x wird als effektiver Kreuzungspunkt gewählt. Folglich wird das Fräsmesser I so gesteuert, daß der Mittelpunkt des Fräsmessers sich entlang dem ersten korrigierten Bogen F_x von dem Ausgangspunkt S\ bis zu dem effektiven Kreuzungspunkt Q_x und dann entlang dem zweiten korrigierten Bogen F₂ von dem effektiven Kreiizungspunkt Q\ bis zu dem Endpunkt R₁ bewegt. Auf diese Weise werden die Sollkonturen /', und P_: erhallen, ohne daß über diese hinausgefräsi würde. Bei Verwendung der herkömmlichen Korrektureinrichtung würde sich der Mittelpunkt des Fräsmessers entlang dem ersten korrigierten Bogen von dem Ausgangspunkt 5", bis zu dem Endpunkt R_x durch den Kreuzungspunkt Q_x, sodann entlang dem Bogen R und schließlich entlang dem zweiten korrigierten Bogen F₁ von dem Ausgangs-

Mi punkt 5", bis zu dem Endpunkt R₁ bewegen, so daß das Fräsmcsser über die Sollkontur hinausfräsen würde.

Fig. 8 zeigt einen anderen Fall, wo eine geradlinige Koniur einbezogen isl, die kürzer als der Radius r des Fräsmesser isl. In diesem Fall sind die programmierten

(.5 Sollkonturcn die geraden Linien P₁. P₂ und P₃. wobei P₂ kürzer als der Radius r des Fräsmessers ist. Da die Solikonturen alle gerade Linien sind, können die effektiven Kreuzungspunkte mil den Gleichungen (3) und (4) erhal-

ten werden, wie im Zusammenhang mit Fig. 5 besehrieben wurde. So werden die Iindpunktc £", der Geraden F₁ und der Ausgangspunkt .V, der Geraden P₁ geändert in den Punkt Q\, und der Hndpunkt /", der zweiten kompensierten Geraden F₁ und der Ausgangspunkt .V, der dritten kompensierten Geraden P", werden in den effektiven Kreuzungspunkt Q₁ geändert. Dann wird das TrUsmesscr so gesteuert, daß der Mittelpunkt des Früsmessers sieh von dem Punkt S\ bis /u dem Punkt Q\ entlang der Geraden P',. von dem Punkt Q\ bis zu dem Punkt Q\ entlang der Geraden F₁ und von dem Punkt Q', bis zu dem Punkt £", entlang der (leraden Γ, bewegt. Der effeklivc Kreuzungspunkt Q\ liegt auf der Verlängerung der Geraden F₁ und der Verlängerung der Geraden F₁. und der effektive Kreu/ungspunkt Q\ liegt auf der Verlängerung der Geraden F₁ und der Verlängerung der Geraden Fy während die effektiven Krcuzungspunkte bei den Ausluhrungsbeispielcn aus den Fig. 5 bis 7 auf den Linien P\ und F₁ selbst liegen.

Wenn eine korrigierte Kontur P_{ ein Bogen ist. gibt es zwei Kreuzungspunkie. wie uuc-u im Zusarnnicnhung mi! den Fig. 6 und 7 beschrieben wurde, wobei einer der Kreuzungspunktc als effektiver Krcuzungspunkl ausgewählt wird. Der effektive Kreuzungspunkt wird so gewählt, daß er dichter bei dem Endpunkt /:₍ der ersten Kontur Pj oder dichter bei dem Ausgangspunkt .V₁, , der zweiten Kontur P₁ , , als der andere Kreuziingspunkl liegt.

F i g. 9 zeigt die Ausnahme für die Auswahl des effektiven Kreuzungspunktes. In Fig. 9 ist der Winkel θ an dem Punkt Q zwischen den programmierten Sollkonturen P₁ und P₂ sehr klein, so daß der Kreuzungspunkt Q' zwischen den korrigierten Geraden F₁ und F₁ weit von dem Punkt Q entfernt liegt. In diesem Fall wird der maximale Abstand des Fräsmessermittelpunkls von dem

Punkt Q begrenzt auf | 2r. Wenn ein effektiver Kreu-

zungspunkl Q' innerhalb des Ahsiandcs r von dem Kndpunki £*, der korrigierter. Kontur F_i liegt, wird der Punkt A im Abstand r von dem Endpunkt /*, auf der Verlängerung der korrigierten Kontur P", definiert, und der Punkt B wird auf der Verlängerung der korrigierten Kontur F₁ definiert, wobei der Abstand zwischen dem Punkt B und dem Ausgangspunkt S₂ gleich r ist. In diesem Fall bewegt sich der Mittelpunkt des Früsmessers entlang der ersten korrigierten Kontur P", von dem Ausgangspunkt S", bis zu dem definierten Punkt .4. dann entlang der Linie M zwischen den Punkten A und B und schließlich entlang der korrigierten Kontur F, von dem Punkt B zu dem Endpunkt F₂. Dadurch wird der tatsächliche Weg des Fräsmessers erheblich verkürzt.

Die Koordinaten des Ursprungs für die Bestimmung des Kreuzungspunktes werden nach folgenden Kriterien ausgewählt. Wenn die erste Kontur eine gerade Linie und die zweite Kontur eine zweite gerade Linie ist (Fig. SK sind die Koordinaten des Ursprungs gleich den Koordinaten des Ausgangspunktes .S", der ersten korrigierten Kontur F₁. Wenn die erste Kontur eine gerade Linie und die zweite Kontur ein Bogen ist (Fig. 6). sind die Koordinaten des Ursprungs gleich den Koordinaten des Mittelpunktes des Bogens. Wenn die erste Kontur ein Bogen und die zweite Kontur eine gerade Linie ist. sind die Koordinaten des Ursprungs gleich den Koordinaten des Bogenmittelpunktes. Wenn die erste Kontur ein Bogen und die zweite Kontur ebenfalls ein Bogen ist. sind die Koordinaten des Lirsprungs gleich den Koordinaten des Mittelpunktes des ersten Bogens. Diese Koordinatensysteme vereinfachen die Bestimmung des Kreui.angspunk-

tes und/oder der Bcwegungsbahn des Früsmcsscrmittclpunktes erheblich.

Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm für die numerische Steuerung. Hs ist eir, Lochstreifen 3 vorgesehen, der die Information über die Sollkonturen enthält, die durch das Tcileprogramm programmiert sind. Ein Lochstreifenleser 4 liest die Informationen auf dem Lochstreifen und gibt sie an die numerische Steuereinheit 5 weiter, die Steuerimpulse liefert, um das Fräsmesser I einer Maschinc zu bewegen, wobei die Daten von dem Lochstreifenleser 4 und die korrigierten Daten von der Wcrkz.eugdurchmesser-Korrektureinriehtung 6 benutzt werden. Die numerische Steuereinheit 5 hut eine F.ingabc-Wähleinrichlung 5». um den Radius r eines Fräsmcsscrs einzugeben. Der Bcdiciuingsmann für die numerisch gesteuerte Maschine kann die Wähleinrichtung 5« von Hand einstellen, so daß der Radius r des Fräsmessers eingestellt ist. Durch die Steuerimpulse der numerischen Steuereinheit 5 wird eine Maschine 7 mit dem F'räsmcsser 1 gesteuert. Die Korrektureinrichtung 6 liefert die korrigierten Konturen, wie »b>.-n im Zusammenhang mit den Fig. 5 bis ^l) beschrieben wurde, aus den digitalen Informationen P₁H = I. 2. 3 usw.), die in dem Teileprogramm vorprogrammiert sind. Der Aufbau der Korrektureinrichtung 6 wird im folgenden beschrieben.

Das Ρ,-Registcr 6-1 empfängt und speichert die erste programmierte Kontur P₁ von der numerischen Steuereinheit 5 (Fig. 10). Die Steuereinheit 5 liefert auch die digitalen Daten für den Radius r eines Fräsmessers an einen Korrekturrechner 6-3, und der Korrekturrechner 6-3 liefert die korrigierte PJ. indem er eine Korrektur für den Radius ;· des F'räsmessers vornimmt. In dieser Stufe wird die korrigierte Kontur P,- mil dem Ausgangspunkt S'j und dem Hndpunkt /ij bestimmt, wie im Zusammenhang mit den Fig. 5 bis 9 beschrieben wurde. Die L) rsprungseinheil 6-4 stellt fest, ob alle Daten für die Berechnung des Kreuzungspunktes geliefert worden sind. Wenn zusätzliche Daten erforderlich sind, fordert die Ursprungseinheit 6-4 die Daten von der Steuereinheit 5 an. Die Steuereinheil 5 liefert sodann die nächste programmierte Kontur P,, , an das P₁₁ ,-Register 6-2. Sodann bestimmt der Korrekturrechncr 6-3 die korrigierte Kontur P_it , mit dem Ausgangspunkt S), , und dem Endpunkt Ε-,,,, indem er eine Korrektur für den Radius r des Fräsmessers vornimmt.

Als nächstes bestimmt die Ursprungscinheit 6-4 die Koordinaten des Ursprungs für die Bestimmung des Kreuzungspunkles. Die Koordinaten des Ursprungs werden entsprechend den beiden nebcneinandcrliegcnden Konturen ausgewählt, wie oben beschrieben wurde und zwar wie folgt:

firste Kontur /', /.weite Kontur /^y, Ursprung

gerade Linie

Bogen

gerade Linie

Bogen

gerade Linie
Bogen

Ausgangspunkt .S", der ersten Kontur Mittelpunkt des Bogens Mittelpunkt des Bogens Mittelpunkt des ersten Bogens

Der KoelTrzicntenrcchner 6-5 berechnet die Koeffizienlen ei. h. <·. el in den Gleichungen (1) und (2) und/oder den Gleichungen (5) und {(:) und/oder den Gleichungen {9} und (10) von den beiden nebeneinanderlicgenden Konturen auf der Basis der Koordinaten des Ursprungs.

IZu hiredinev-n Koeffizienten (/, />. <· und ti werden in dem Register 6-6 gespeichert.

Der Kreuzungspunkt-Rechner iS-7 liefert die Koordinaten des Kreuzungspunkles Q\ und,oiler des Kieuzungspunktes Q\ /wischen den beiden nchencimnulcrlicgeiulen Konturen, indem die Koeffizienten ti. h. c und ti entsprechend den Gleichungen (3) und (4) oder den Gleicliungen (7) und (S) oder den Gleichungen (I I) und (12) bestimmt werden. Der Aufbau des Kreuzungspunkt-Rechners 6-7 wird noch anhand von l^;i(i. Il beschrieben. Eine den effektiven Kreuz.ungspunkt auswählende Wählschaltung O'-8 ist für den Fall vorgesehen, daß zwei Kreuzungspunkte sich aus der Berechnung ergeben. In diesem Stadium sind alle Koordinaten der Konturen bezogen auf den Ursprung angegeben, der oben in der Tabelle angegeben ist. Daher transformiert der Koordinaten-Umsetzer 6-9 die Koordinaten des errechneten effektiven Kreuzungspunktcs, des Ausgangspunktes, des Endpunktes und des Bogenmittelpunktes in das Koordinutcnsystem, welches in der Steuereinheit 5 hcrtuizt wird. Die transformierten Koordinaten und der Radius werden an die Steuereinheit 5 durch ein Ural-Glied 6-10 abgegeben, wenn das Endsignal für die Steuereinheit 5 an den Anschluß 6-11 angelegt wird. Das Endsignal wird erzeugt, wenn der Mittelpunkt des Fräsmessers 1 den Endpunkt E₁ der ersten korrigierten Kontur /*, oder den effektiven Kreuz.ungspunkt erreicht.

Das Endsignal zeigt an. daß die Steuereinheit 5 den Betrieb einstellt, nachdem die Steuereinheil 5 entsprechend dem Ergebnis der vorherigen Berechnung gearbeitet hat. Mit anderen Worten kann die Berechnung des nächsten Weges durchgeführt werden, während sich das Werkzeug entlang dem augenblicklichen Weg bewegt« so daß der Betrieb der Steuereinheit 5 und die Korrekiurberechnung für die nächste Wegstrecke gleichzeitig ausgeführt werden können, wodurch sich das Werkzeug ohne Pause bewegen kann. Wenn ein Kreuzungspunkt zwischen zwei ncbcneinanderliegcndcn korrigierten Konturen vorhanden ist, wird die Korrektur in herkömmlicher Weise durchgeführt, wobei der Endpunkt der ersten korrigierten Kontur mit dem Ausgangspunkt der /weilen korrigierten Kontur durch einen Bogen mit dem Radius r verbunden wird.

Wenn die Korrektureinrichtung 6 die korrigierte Kontur Fj zusammen mit dem Kreuz.ungspunkt mil der nächsten korrigierten Kontur F,,, an die Steuereinheit 5 abgibt, gibt die Steuereinheit 5 Befehlsimpulse an die Maschine? ab. um das Fräsmesser zu bewegen. Gleichzeitig gibt die Steuereinheit 5 die nächste programmierte Sollkontur P_H 2 an die Korrektureinrichtung 6 ab. Auf diese Weise erstellt die Korrektureinrichtung 6 die korrigierte Kontur Fn, unter Verwendung der programmierten Konturen />,+ , und/⁵,, ,. Daher wird die Berechnung der korrigierten Kontur F_n , auf einer Echtzeilbasis durchgeführt, während das Fräsmesser die vorherige, korrigierte Kontur F₁ nachfährt. Durch Wiederholung dieses Verfahrens werden die korrigierten Konturen eine nach der anderen erhalten.

Einige Abwandlungen sind an der Korrektureinrichtung 6 (Fig 10) möglich. Beispielsweise kann die Korrektureinrichtung 6 einen großen Speicher haben, um alle Konturen, die von der Steuereinheit 5 abgegeben werden, sowie alle korrigierten Konturen und die Koordinaten der Kreuzungspunkte zu speiehern, die einen Bearbeitungsprozeß an dem Werkstück betreffen, so daß nicht nur die Daten von zwei aneinander angrenzenden Konturen gleichzeitig verarbeitet werden können. Fig. 11 zeigt das Blockdiagramm der Kreuzungspunki-Rechenschultung 6-7 in Fig. 10. Die Rechenschallung 6-7 (Fig. II) arbeilet auf der Basis der Programmsteuerung durch ein festes Programm.

In Fig. 11 sind eine Registergruppe Il mit sechzehn

* Speichern W-I bis Λ-Ι6, ein A-Register 12, das mit dein Ausgang der Kcyistcrgruppe 11 verbunden ist. ein B-Register 13, das mit dem Ausgang der Registergruppe 11 verbunden ist. eine Additionsstufe 14 /um Summieren des Inhaltes des A-Regisleis 12 und des B-Rcgislcrs 13.

ι» eine Suhirakiionsstule 15, um die Differenz A B zwischen dem Inhalt des A-Registers 12 und des B-Rcgislers 13 /u liefern, eine Multiplikationsstufe 16, um das Produkt des Inhaltes des A-Rcgisters 12 und dem B-Register 13 zu liefern, eine Divisionsstufe 17, um den Quotienten

n A/B /u liefern, und eine Quadralwurzelschaltung 18 gezeigt, um die Quadratwurzel | A des Inhaltes des A-

Registers zu liefern. F.in Steuerregister 19 dient dazu, die Instruktion für den Betrieb der oben genannten Stufen zu :ü speicher«. während ein Festwertspeicher 20',ROM) das feste Programm speichert. Eine Torschaltung 21 ist vorgesehen. UHi die Registergruppe Il mit externen Schaltungen (Register 6-6 und Wählschaltung 6-8 für den effektiven Kreuzungspunkt) zu verbinden. Die Ausgänge :> derAdditionsstufe 14, derSubtraktionsstufe 15, der MuI-liplikationsstule 16, der Divisionsstufe 17 und der Quadratwurzelschaltung 18 werden an den Eingang der Regisiergruppe 11 durch eine Sammelleitung S angelegt.

Das Steuerregister 19 hat einundzwanzig Bitpositionen .in 0 bis 20. um den Betrieb der Registergruppe 11, des A-Registers 12, des B-Registers 13 und der Schaltungen 14 bis 18 /u steuern. Die Bilpositionen 0 bis 4 des Steuerregisters 19 bilden eine Adresse für die Übertragung von Informationen von der Registergruppe Il an das A-Re- « gister 12, d.h. der Inhalt der Rcgislergruppc 11, der durch die Adresse in den Bitpositionen 0 bis 4 bezeichnet wird, wird in das A-Register 12 eingelcsen. Die Bitpositionen 5 his 4 bilden die Adresse für die Übertragung von Informationen von der Registergruppe 11 an das B-Register 13. Die Bitpositionen 10 his 14 bilden die Adresse der Registergruppe 11, an der das Ergebnis der Berechnung der Schaltungen 14 bis 18 gespeichert ist. Die Bitpositionen 15 bis 20 bezeichnen jede spezielle Operation in den Rechenschallungen. Wenn die Bitposition 15 ö-s Steucr- -15 registers 19 auf EIN steht, öffnet sich die Torschaltung 21, und externe Daten kommen in die Registergruppe 11 oder berechnete Daten gehen aus der Registergruppe 11 an eine externe Schaltung durch die Torschaltung 21. Die Bitposition 16 betäligt die Quadratwurzelschaltung 18, Mt die Bitposilion 17 betätigt die Divisionsschaltung 17, die Bilposition IK betätigt die Multiplikationsstufe 16, die Bilposition I¹) betätigt die Sublraktionsstufe 15 und die Bitposition 20 betätigt die Additionsstufe 14, Die Instruktionen sind in dem Festwertspeicher 20 gespeichert und werden in das Steuerregister 18 nacheinander ausgelesen, um jeden Befehl auszuführen.

Der Inhalt der Registergruppe 11 ist so geordnet, daß die Adressen Ä-l, Λ-2, Λ-9 und Λ-11 die Koeffizienten a. Λ, ί· und </in den Gleichungen (1), (2). (5), (6), (9) und (10) «ι speichern, und die Adressen Λ-7, Λ-8, Ä-15 und Λ-Ι6 speichern die errechneten Koordinaten der ICreuzungspunkte Q'_xl. Q'_r,.Q',₂ und Q'_xl. Andere Adressen werden zeitweise als Arbeitsbereich in der Berechnung zugeteilt. Es können auch weitere sechzehn Arbeitsregister für (ö einen Arbeitsbereich in der Berechnung vorgesehen sein. Eines dieser Register wird durch das Steuerregister bezeichnet (A-Register-Wahl oder B-Register-Wahl mit jeweils 5 Bitposilionen).

Fig. 12 zeigt das Flußdiagramm für die Berechnung des Kreuzungspunktes Q' ({£. QJ in den Gleichungen (3) und (4) unter Verwendung der Einrichtung von Fig. 11. wobei angenommen wird, daß die Konstanten a. h und c in den Bereichen R-I. Λ-9 bzw. /f-2 gespeichert sind und die Gleichungen Q^^c/io-b) sowie ö.r ^{= e}öi gelten. Durch die Instruktionen in dem Block 31wird der Inhalt von R-I in der Registergruppc 11 an das A-Register 12 übertragen. Dies wird durch die Instruktionen bewirkt, die die Adresse R-I in den Bitpositionen 0 bis 4 haben. Die Instruktionen in dem Block 32 bringen den Inhalt von R-9 in das B-Register 13. Die Instruktionen in dem Block 33 fuhren die Berechnung (A-Regisler minus B-Reyster) durch, und das Resultat wird in der Adresse R-3 gespeichert. Diese Berechnung wird durch die Befehle durchgeführt, bei denen die Bit-Position 20 auf EIN ist. um die Additionsstufc 14 zu betreiben, und hei denen die Bitpositionen 0 bis 4 die Adresse R-3 anzeigen. Als nächstes wird durch die Instruktionen in dem Block 34 der Inhalt c der Adresse R-2 an das A-Rcgistcr übertragen, und die Instruktionen in dem Block 35 übertragen den Inhalt α h der Adresse R-3 an das B-Register. Durch die Instruktionen in dem Block 36 wird die Division A/B durchgeführt, und das Resultat wird in der Adresse R-I als Λ-Koordinatc Q_x gespeichert. Durch den Inhalt des Blockes 37 wird der Inhalt Q_x der Adresse R-I an das A-Register 12 übertragen. Durch die Befehle in dem Block 38 WTd der Inhalt α der Adresse Ä-l an das B-Rcgister übertragen, und durch die Befehle in dem Block 39 wird die Berechnung A χ B ausgeführt, und das Resultat wird in der Adresse Λ-15 als r-Koordinale Q\ gespeichert. Somit sind die x- und r- Koordinaten berechnet und in den Adressen R-I und Ä-I5 gespeichert.

Das in dem Festwertspeicher 20 gespeicherte, feste Programm kann die gewünschten Koordinaten des Kreuzungspunktes unter Verwendung der Hinrichtung von Fig. 11 liefern.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Werkzeugdurchmesscr-Korrektureinrichtung 6 durch einen programmierten Mikrocomputer verwirklicht werden. Fig. 13 zeigt das Flußdiagramm für solch einen Mikrocomputer.

Die numerische Steuereinheit 5 gibt die Koordinaten, den Radius und/oder die Befehle der /-ten Kontur P₁. die von dem Teileprogramm auf dem Lochstreifen ausgelesen werden, und die Informationen der Wähleinrichtung Sa an die Korrektureinrichtung 6 (Block 50) ab. und die Korrektureinrichtung 6 errechnet die korrigierte Kontur F-, entsprechend den Daten von der Steuereinheit 5 (Block 51). Als nächstes gibt die Steuereinheit 5 die Koordinaten, den Radius und/oder den Instruktionscode dcr(/ + IMen Kontur P_itl an die Korrektureinrichtung 6 (Block 53) ab. und die Korrektureinrichtung 6 berechnet die korrigierte Kontur F aus der Kontur l\ ., (Block 53). Als nächstes werden die Koordinaten des Ursprungs für die Berechnung des Krcu/ungspunktcs bestimmt. Wenn die erste Kontur P₁ ein Bogen ist (Block 54), wird der Ursprung so bestimmt, daß er im Mittelpunkt des ersten Bogcns Pj liegt (dieser Fall umfaßt sowohl den Spe/ialfall. daß die erste Kontur ein Bogen und die /weite Kontur eine gerade Linie ist als auch den Spczialfull. dal) die erste Kontur ein Bogen und die /weite Kuniiir ebenfalls ein Bogen ist), wie in Block 55 gezeigt ist. Wenn die erste Kontur kein Bogen und die /weite Kontur ein Bogen ist (Block 63), wird der Ursprung so bestimmt, da 13 er auf dem Mittelpunkt der zweiten Kontur P,,, liegt, wie in Block 64 gezeigt ist. Wenn die erste Kontur kein Bogen und die zweite Kontur ebenfalls kein Bogen ist. d.h.

wenn beide Konturen gerade Linien sindj wird der Ursprung so festgelegt, daß er auf dem Ausgangspunkt SJ der ersten korrigierten Kontur F, (Block 65) liegt In Abhängigkeit von den Koordinaten des festgelegten Ur sprungs werden die Konstanten α, h, c und d in den Gleichungen (I), (2). (5), (6). (9) und (10) ermittelt, wie dies durch den Block 56 dargestellt ist. Als nächstes werden die Koordinaten des Kreuzungspunktes oder des Schnittpunktes in dem Koordinatensystem ermittelt, das

■ο auf dem festgelegten Ursprung beruht, wobei die Gleichungen (3h (4)Γ(7), (11) und~(l2) benutzt werden, wie dies durch den Block 57 dargestellt ist. Wenn die Zahl der auf diese Weise berechneten Kreuzungspunkte gleich eins ist (Block 58), wird der berechnete Kreuzungspunkt als effektiver Krcir/ungspunki (£ gewählt, wie dies durch den Block 58tf dargestellt ist. Wcna zwei Kreuzungspunkte vorhanden sind (Block 66), wird einer der Kreuzungspunkte als cflcktigcr Kreuzungspunkt ausgewählt (Block 67). Dann wird das Koordinatensystem, das zur

2i) Vereinfachung der Berechnung des Kreuzungspunktes angewandt worden ist. in das ursprüngliche Koordinatensystem zurück transformiert (Block 60). und die zurücktransformicrtcn Daten werden an die Steuereinheit 5 abgegeben (Block 61). Wenn es keinen Kreuzungspunkt .zwischen den korrigierten Konturen gibt (Block 68), wird die herkömmliche Korrektur angewandt (Block 69). d. h.. der Bogen R₁. der die Endpunkte E₁ der korrigierten Kontur F₁ mit dem Ausgangspunkt SJ₊₁ der nächsten korrigierten Kontur F,,, verbindet und den Radius r hat, wird, nachdem das Endsignal von der Steuereinheit 5 abgegeben worden ist. die entsprechend der kompensierten Kontur Fj gearbeitet hat, an die Steuereinheit 5 abgegeben (Block 69). Sodann treibt die Steuereinheit 5 das Fräsmesser 1 an der Maschine entsprechend den Daten

Λ.ι von dem Tcilcprogramm auf dem Lochstreifen und entsprechend den korrigierten Konturen F, von der Korrektureinrichtung 6 durch VorschutvBcfehlsimpulse an. die an die Maschine abgegeben werden (Block 62). Aufdiese Weise wird das Fräsmcsser 1 so gesteuert, daß das Werk-

■lo stück entsprechend den programmierten Sollkonlurcn gefräst wird.

Fig. 14 zeigt ein numerisches Beispiel für die Arbeitsweise der Steuereinrichtung. In dem Beispiel wird folgendes Tcilcprogramm vorgegeben, um die gewünschten

Konturen P_x. P₂ und P_y zu liefern:

G 90

G92X20Y110

G42HO1 HC)I = + 10 „, NI GOI X60 Y140 1·· 10 IP₁)

N2 GOI X 120 Y 120 (P₂)

N3 GOl X 150 Y 60 (/».,)

In dem Programm bezeichnet G 90 das absolute Koor _w dinalen.syslcrn. G92 bezeichnet die Befehle IOr den Ausgang des Koordinatensystems, IIO I bezeichnet die Zahl der Hinslcllung an der Wähleinrichtung, durch die der Radius des l-räsmcsscrs festgelegt wird. G 42 ist der Code für den Befehl, den Radius des l-'räsmessers /u korrigieren, GOI ist der Befehl für eine geradlinige Kontur. X und Y sind Koordinaten und I·* ist die Vorschubgeschwindigkeit. Durch dieses Programm wird vorgegeben, daßder Radius des Fräsmessers gleich IO ist. indem HO I = 10 gilt, und daß die Sollkonturen P₁. P₁ und P_x wie folgt lauten:

P₁ is¹, eine Gerade von ( 20. 110) nach ( 60. 140). V₁ ist eine Gerade von ( 60. 14») nach (120. 120). und /\ ist eine (ieradc von (120. 120) nach (1*0. 60).

Daher ist das Inkrcmcnt zwischen dem Endpunkt und dem Ausgangspunkt jeder Kontur P₁, P₁, P₃ wie folgt:

P₁ ;.v, =40. r, =30
P,;-v, =60. is= -20
Λ» -"-Vj = I-J =-60.

e) Die Koordinaten des Kreuzungspunktes ß'i.werden dann wie folgt erhalten:

Ö'i. = <V(«i -A]) = 36

Wenn für den Radius r des Fräsmess« r= H) gilt, sind Der Kreuzungspunkt Q₁ wird als effektiver Kreu-

die aus der Instruktion G42 resultierenden, korrigierten zungspunkt genommen, da nur ein Kreuzungspunkt vorKonturen F₁, P'₂ und P'₃. Der Befehl G92 bestimmt den io handen ist.

Ausgangspunkt S₁ als (20. HO). Die Korrekturberech- 0 Die Koordinaten des Kreuzungspunktes Q_x in be-

nung wird in folgenden Schritten ausgeführt: zug auf den ursprünglichen Ursprung 0 sind:

a) Die Steuereinheil 5 liefert die Daten über /",an die Korrekturrechenschallung 6-3 in Fig. 10. und r, Ir_1x, r_Ir), was den Koordinaten des Radius r des Frfismesscrs an dem Punkt S₁ entspricht, wird wie folgt berechnet:

3Ox 10
1-'4O² + 30^Ί

-.ν, χ r -40x10

27+102=129

r. =

= -8

Die Koordinaten Q\ (62. 129). werden an die Steuereinheit 5 abgegeben, die das Fräsmesser so bewegt, daß Si dessen Miüeipunki sich von S", (26. 102) nach Q] (62, 129) bewegt.

h) Wenn das Fräsmesser sich entlang dem Weg F_x von .V₁ nach Q₁ bewegt, wird die Berechnung des Kreuzungspunktes Q, /wischen F, und />j durchgeführt: Daher ist der Punkt S*,, der der Ausgangspunkt der ■><, korrigierten Kontur F₁ ist, ausgedrückt durch S]_x = 20 + 6 = 26, und S^=HO-S= 102.

b) Auch T₁ (r₂,. r_2j), was die Koordinaten des Radius r an dem Ausgangspunkt S₁ der zweiten Kontur P, darsiellt. wird wie folgt berechnet:

h I) Berechnung von r_} [r_3x, r,_r)
-6Ox 10

is χ r

-2Ox IO

-6Ox 10

-3

-30x10

= —4

c) Da beide Konturen P, und P₁ gerade Linien sind, wird der neue Ursprung als Ausgangspunkt S] der ersten Kontur P₁ gewählt: mit anderen Worten sind die Koordinaten des neuen Ursprungs gleich

S^₁=(S;.,!',,) = (20+ 6, 110-8) = (26. 102)

wie dies in Fig. 14 dargestellt ist.

d) Die Koordinaten des Punktes S₁. (Sy,. .V₂₁.) in bezug auf den augenblicklichen Ursprung .V, (26. 102) sind:

Si., = r, _x + .v, + r₂, = - 6 + 40 - 3 = 31

Daher können die Koeffizienten «/,. />, und c, der Geraden P", und F₁ wie folgt iiusgcdriickl werden:

a, = ι,/.ν, = 30/40
A₁=S₁I-,/.ν,= -20/60

Folglich sind die Gleichungen für die Geraden /'', und

P_x y = 30/40 v

F₁ y= -20/60 X + 3';

h2) Die Koordinaten von .V, in bezug auf den Ursprung Q] sind:

v'= -6 + 40 + 60-9-36 = 49

.!■' = 8 + 30 - 20 - 4 - 27 = - 13
h3) Die Koeffizienten U₁. A₁. r, sind:

U₁=It₁ = -20.60

A, - - 60/30

< j = .·' - <> -V =-13 + (60/30) χ 49 = 85
Daher gilt:

F,:x= - 20/60·.v

F_f: x= -60/30-.v+ 85
h4) Die Koordinaten des Kreii/uncspunktes Q₁ sind:

Dann sind die Koordinaten von Q₁ on bezug auf den ursprünglichen Ursprung 0 folgende:

Cjy, + C?ia = -^s' +62=113
Öi. + C?;,= ~ 17+ 129= 112

i) Die Koordinaten von OV(Gi_x. C_2x) werden an die Steuereinheit 5 angelegt, wenn das Endsignal, welches erzeugt wird, wenn das Fräsmesser den Punkt Q\ erreicht, an die Torschaltung 6-10 in Fig. 10 angelegt ist.

Durch Wiederholen der Korrekturberechnung des Kreuzungspunktes in der oben beschriebenen Weise wird daher der korrigierte Weg des Mittelpunktes des Fräsmessers erhalten. Es ist zu beachten, daß die Steuereinrichtung adaptiv auch Änderungen des Werkzeugdurchmessers aufgrund von Herstellungsfehlern und/oder von Abnutzung des Fräsmessers berücksichtigen kann.

Durch die Steuereinrichtung kann vermieden werden, daß das Fräsmesser über die Solikonturen hinausfräsl. weil der Ausgangspunkt und/oder der Endpunkt der korrigierten Konturen in den Kreuzungspunkt dieser Konturen gelegt wird, und die Berechnung des Kreuzungspunktes kann wegen der besonderen Wahl des Ursprungs der Koordinatensysteme stark vereinfacht werden. Daher kann die Korrektur durch einen geringen Aufwand an Hardware odts durch einen programmierten Mikrocomputer ausgeführt werden, ohne das Fräsmesser anzuhalten. Somit gibt es keine Fräsmarken, die durch Anhalten des Fräsmessers erzeugt werden und die Genauigkeit des Produktes beeinträchigen würden. Es können daher auch komplizierte Formen an den» Produkt gefräst oder geschnitten werden, wobei man nur eine einfache Werkzeugdurchmesser-Korrektureinrichtung benötigt.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Numerische Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einem Lochstreifenleser (4) /um Ausle- s sen gewünschter, programmierter Konturen P, und Pi+1 (i⁼ ganzzahlig), welche in einem ersten Koordinatensystem ausgedrückt sind, mit einer numerischen Steuereinheit (5), die Befehlsimpulse an eine Maschine (7) mit einem Bearbeitungswcrk/cug (I) abgibt, m das einen Radius mit dem Wert r hat. und mit einer Werkzeugdurchmesser-Korreklureinrichlung (6). welche on-line korrigierte Konturen F₁ und F₁ ,, erzeugt, wobei die Strecke zwischen der korrigierten Kontur und der ursprünglich programmierten Kontür den Abstand r hat, und die Koordinaten der Schnittstelle zwischen den korrigierten Konturen F₁ und F₁₁ , ermittelt, in der das Bcarbeilungswerkzeug (!) seinen Weg ändert, dadurch gekennzeichnet, daß diese Werk/eugdurchmesscr-Korrekturein- 2u richtung (6) aufweist:

a) eine Scbattungseinrichlung (6-4) zur Bestimmung der Koordinaten eines Zwischenursprungs eines /weiten Koordinatensystems, wobei der Zwischenursprung der Ausgangspunkt :> (Sj) der ersten korrigierten Kontur /' ist. wenn die erste korrigierte Kontur Fj und die /weile korrigierte Kontur F_t ,, h;?ide gerade Linien sind, wobei der Zwischensprung der Mittelpunkt eines Bogcns ist. wenn die erste korrigierte Kon- w tür Fj eine gerade Linie ist und die zweite korrigierte Kontur F₁ ,, der Bogen ist. und wobei der Zwischenursprung der Mittelpunkt eines weiteren Bogens ist. wem die -e-sic Kontur F, der weitere Bogen ist: 'J

b) einen Koeffizientenrechner [f -5) zum Erzeugen der Koeffizienten («. h. c, J). um die korrigierten Konturen P_{ und F₁,, im /weiten Koordinatensystem auszudrücken, wobei wenn beide korrigierten Konturen F₁ und F,,, gerade Linien sind -in

drei Koeffizienten (ti. h. <·) erzeugt werden und die Gleichungen der beiden geraden Linien r = o.v und r = /i.v + c sind, wobei wenn eine korrigierte Kontur eine gerade Linie und die andere ein Bogen ist drei Koeffizienten (</, />. <·) -»J erzeugt werden und die Gleichungen der Konturen r = α.ν + b und \^! + y¹ = C²SImI. und wobei wenn beide korrigierten Konturen Bogen sind vier Koeffizienten U/, h. ι: ti) erzeugt werden und die Gleichungen der Konturen .v' + y² ■- r¹ und Jt) (.v - ff)² + (r - h)^z - ti¹ sind:

c) ein Register (6-6) /um Speichern der Koeffizienten (i/. h. c. d);

d) einen Kreu/ungspunkt-Rcchner (6-7) /um Erzeugen der Koordinaten {Q\. Q'_y) des Schnitt- JJ punkles /wischen der ersten korrigierten Kontur Fj und der /.weilen korrigierten Kontur /',, mittels der im Register(6-6) gespeicherten Koeffizienten :

c) eine Wähleinrichtung (6-8) /um Wühlen des el- «> lcktiven Kreii/ungspunklesaus dem vom Kreu-/iingspunkl-Kcclmcr (6-7) erzeugten Schnittpunkt, wobei der effektive Kieu/ungspunkl der gleiche Punkt wie der berechnet!.· Kreu/tingspunkt ist. wenn die beiden Konturen gerade Ii- (>J men sind, und wobei der effektive Kreu/ungspunkt der zu dem den Ausgangspunkt (.V₁, ,) der /weiten programmierten Kontur /',, , darstellenden Endpunkt ist, wenn wenigstens eine der korrigierten Konturen ein Bogen ist;

0 eine Einrichtung (6-9) zum Rück-Umsetzen der auf das zweite Koordinatensystem bezogenen Koordinaten in auf das erste Koordinatensystem bezogene Koordinaten, und

g) eine Einrichtung (6-10), um die so erhaltenen Werkzeugdurchmesscr-Korrekturdaten an die numerische Steuereinheit (5) abzugeben,
und &Λ& der Kreuzungspunkt-Rechner (6-7) aufweist :

h) eine Registergruppe (11) mit einer Vielzahl von Speicherbereichen;

i) zwei Register (12, 13) die als mit der Registergruppe (11) verbundene Akkumulatoren dienen;

j) Rechengleichcr einschließlich eines Addierers, eines Sublrahierers, eines Multiplizierers, eines Dividicrcrs und einer Quadratwurzelschaltung, um die Inhalte der Register (12, 13) zu berechnen;

k) ein Torglicd für die Eingabe und die Ausgabe von Daten zwischen der Registergruppe (11) und

einer externen Schaltung:

tr· ,.

ein Steuerregister zum Steuern der Betriebsweise der Registergruppe (11), der beiden Register (12, 13) und der Rcchenglieder. und
m) einen Festwertspeicher (20) zum Speichern der festen Daten, die in das Steuerregister nacheinander eingelcsc-n werden.