DE3033202A1 - Verfahren zur interpolation zwischen einer kartesischen koordinatenachse und einer rundachse, sowie zur steuerung der rundachse bei numerisch gesteuerten werkzeugmaschinen - Google Patents
Verfahren zur interpolation zwischen einer kartesischen koordinatenachse und einer rundachse, sowie zur steuerung der rundachse bei numerisch gesteuerten werkzeugmaschinenInfo
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Description
3G33202
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München
ypA 8Q ρ 3 1 5 8 DE
Verfahren zur Interpolation zwischen einer kartesischen
Koordinatenachse und einer Rundachse und zur Steuerung der Rundachse bei numerisch gesteuerten
Werkzeugmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Interpolation zwischen einer kartesischen Koordinatenachse
und einer Rundachse und auf die Steuerung der Rundachse bei numerisch gesteuerten werkzeugmaschinen, bei denen
eine Interpolation in kartesischen Koordinaten vorgesehen ist.
Numerische Werkzeugmaschinensteuerungen, bei denen zur Bahnsteuerung in den kartesischen Koordinaten interpoliert
wird und Interpolationsverfahren hierfür sind in mannigfacher Ausbildung bekannt (vgl. z.B. Siemens
Zeitschrift 1970, Beiheft "Numerische Steuerungen", insbesondere Bild 5, Seite 7 und zugehörige Beschreibung
und Seiten 52 bis 62 oder Siemens Zeitschrift 1975, Seiten 346 bis 350).
Es gibt Werkzeugmaschinen, bei denen zusätzlich zu den kartesischen Verfahrachsen auch Rundachsen vorgesehen
sind. Die Kombination von Achsbewegungen in kartesischen Koordinaten und in einer Rundachse ermöglichen
spezielle Bearbeitungskurven, wie z.B. Schraubenlinien oder Evolventen usw.
Eine Schwierigkeit macht hierbei die Interpolation zwischen einer Rundachse und einer kartesischen Achse, da
sich die Kopplung beider Bewegungen auf einfache Weise nur durch ein System von Gleichungen beschreiben läöt,
das für Interpolationszwecke nicht besonders geeignet ist.
Ch 2 Ts / 01.08.1980
- -2 - VPA 80 P 3 1 5 8 DE
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf relativ einfache
Weise zwischen einer Rundachse und einer kartesischen Achse interpoliert und die Rundachse entsprechend gesteuert
werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die in der Rundachse bei einem definierten Radius zu verfahrenden Wege steuerungsintern als in eine kartesische
Koordinatenachse unter Berücksichtigung des tatsächlichen Radius transformierte Wege zusammen mit den
zu verfahrenden Wegen in der kartesischen Koordinatenachse zur Interpolation dienen und daß die in der transformierten
Rundachse anfallenden Koordinatenwerte zur Steuerung der Rundachse in auf den definierten Radius
der Rundachse bezogene Werte rücktransformiert werden.
Hierbei werden vorteilhafterweise die Verfahrwege in der Rundachse als auf den definierten Radius bezogene
Verfahrwerte in die Steuerung eingegeben und steuerungsintern auf die tatsächlichen Verfahrwerte transformiert.
Es ist aber auch möglich, bereits die transformierten Wege, d.h. die tatsächlich am Werkstück zurückzulegenden
Wege unmittelbar in die Steuerung einzugeben und mit diesen Werten zu interpolieren.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher beschrieben; es zeigen:
30
30
Figur 1 das Prinzip einer numerischen Werkzeugmaschinensteuerung,
Figur 2 die Transformationsverhältnisse der Rundachse,
033202
- *-"- VPA so ρ 3 15 δ DE
Figur 3 eine Geradeninterpolation zwischen Rundachse
(Drehachse) und kartesischer Koordinate zwecks
Erzielung einer Schraubenlinie und
Figur 4 eine schaltungsmäßige Realisierung des Verfahrens.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, werden von einer an sich bekannten numerischen Steuerung 1 die Bewegungen in den
einzelnen kartesischen Koordinatenachsen X, Y und Z gesteuert. Zusätzlich ist noch eine Rundachse C vorgesehen,
Die Steuerung in diesen einÄnen Achsen 1st durch die gestrichelten Linien 12 zu den einzelnen Koordinatenachsen
angedeutet.
Steuerungstechnisch, d. h. antriebe- und meßtechnisch wird die Rundachse C mit Drehmittelpunkt M wie eine
lineare kartesische Achse behandelt,und zwar derart,
daß
Ax-Ay-Az=Ac-R0-A/
wobei
Δ X, A Y, A Z
Δ X, A Y, A Z
Interpolations- und Programmiereinheiten für die kartesischen Achsen sind,
Za C die einheitsachsenbezogene Meß-, Regel- und
Steuereinheit in der Rundachse C ist,
R0 der Einheitsradius ist, bei dem genau die vorstehend
genannte Beziehung gilt und
35
35
Z\y die Vinkelmeßeinheit des z.B. in der Rundachse
benutzten Meßsystem, die zahlenmäßig mit /\, C übereinstimmt
.
-Jr- VPA 80 P 3 1 5 8 DE
Wie aus Figur 2 ersichtlich, entspricht der Weg C1 in
der Rundachse C in Grad dem tatsächlichen am Werkstück gefahrenen Bogenweg C1 in mm unter Berücksichtigung
des tatsächlichen Radius R, d.h. der tatsächlichen Entfernung vom Drehmittelpunkt.
Steuerungsintern wird daher in einem transformierten
Koordinatensystem interpoliert,das den tatsächlichen Radius R vom Mittelpunkt M berücksichtigt. Bei dieser
Transformation bleiben die kartesiechen Koordinaten X, Y und Z unverändert, dagegen ändert sich die Rundachse
entsprechend der Transformation
C=C-L. (1)
Ro
Wie Figur 3 erkennen läßt, wird steuerungsintern zwischen der kartesischen Koordinate,z.B. Z und der transformierten
Rundachse C interpoliert(und zwar so, als
ob es sich bei der Rundachse um eine kartesische Koordinate handele. Bei der hier dargestellten Geradeninterpolation
zwischen den Punkten PQ und P1 in der ZC-Ebene
mit den Gesamtwegen C1 und Z1 ergeben sich somit Interpolationswerte
P1, die zu einer Schraubenlinie auf einem
Zylindermantel führen. Um dabei die in der C-Achse angefallenen Interpolationswerte steuerungsmäßig in der
C-Rundachse verwenden zu können, müssen diese in der C-Achse
angefallenen Werte gemäß der Beziehung
C * C · £2 (2)
in entsprechende Werte der C-Achse rücktransformiert werden.
--5"- VPA 80 P 3 15 8DE
Bei gleichzeitiger entsprechender Aussteuerung in der Z- und C-Achse ergibt sich dann in dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel nach Figur 3 eine Schraubenlinie auf einem Zylindermantel.
5
5
Figur 4 zeigt die schaltungsmäeige Realisierung.
Von einer Eingabe 11 her werden die auf den definierten Radius RQ bezogenen Werte in der C-Rundachse, z.B. C1
eingegeben. Die C-Werte werden gemöö der vorstehenden
Beziehung 1 in einem Transformationsrechenglied 13 in Werte C1 transformiert und in einem Speicher 14 gespeichert;
ebenso wird der Z-Wert in einem Speicher 15 aufbewahrt. An die beiden Speicher 14 und 15 ist ein Interpolsator
16 angeschlossen, der aus den Werten z.B. C1,
und Z1 die Bahnkurve zwischen den Punkten Pq und P1
interpoliert. Die dabei in der transformierten Koordinatenachse C anfallenden Werte werden über ein weiteres
Koordinatentransformationsglied 17 gemäß der Beziehung 2 wieder in Koordinatenwerte der Rundachse C rücktransformiert
und gelangen als Steuerungswerte an den Antriebsmotor 19 für die Rundachse. Ebenso gelangen die
Steuerungswerte in der kartesischen Z-Achse an den Antrieb 18 zur Bewegung in der Z-Achse.
Wird eine derartige Steuerung, z.B. zur Erzeugung der Bahnkurve nach Figur 3, ausgeführt, so ergibt sich auf
der Schraubenlinie eine konstante Bahngeschwindigkeit und eine von der Bahngeschwindigkeit unabhängige Konturgenauigkeit
in der Rundachse.
Wie leicht erkennbar, ist nicht nur eine Interpolation in der C-Z-Achse möglich, sondern auch eine Interpolation
in der RC-Ebene, d.h. zwischen den Koordinaten X, Y und C.
- £ - VPA 80 P 3 1 5 8 DE
Der Einfachheit halber wurde die steuerungsmäßige Realisierung des Verfahrens anhand einer aus einzelnen Elementen
aufgebauten Schaltung beschrieben. Es ist aber genauso gut möglich, z.B. fest verdrahtete Interpolatoren
durch entsprechende Rechner zu ersetzen, ohne daß sich etwas im Prinzip der Interpolation ändert.
2 Patentansprüche
4 Figuren
4 Figuren
-t-
- β- - vpa $} p 3 1 5 8 OE
Zusammenfassung
Verfahren zur Interpolation zwischen einer kartesischen Koordinatenachse und einer Rundachse und zur
Steuerung der Rundachse bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Interpolation zwischen einer kartesischen Koordinatenachse
(Z) und einer Rundachse (C) bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen. Hierzu wird die Rundachse (C) steuerungstechnisch wie eine lineare kartesische Achse (C)
behandelt. Zur Transformation und Rücktransforoation des Koordinatenwertes sind entsprechende Rechenschaltungen (13, 17) vorgesehen. Die Behandlung de» Rundachse vereinfacht die Dateneingabe in die Steuerung.
Claims (2)
- VPA 80 P 3 1 5Patentansprüche( 1 J Verfahren zur Interpolation zwischen einer kartesi schen Koordinatenachse und einer Rundachse und zur Steuerung der Rundachse bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, bei denen eine Interpolation in kartesi« sehen Koordinaten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die in der Rundachse bei einem definierten Radius (RQ) zu verfahrenden ¥ege (C1) steuerungsintern als in eine kartesische Koordinatenachse (C) unter Berücksichtigung des tatsächlichen Radius (R) transformierte Wege (C1') zusammen mit den zu verfahrenden Wegen (Z1) in der kartesischen Koordinatenachse (Z) zur Interpolation dienen und daß die in der transformierten Rundachse (C1) anfallenden Koordinatenwerte zur Steuerung der Rundachse (C) in auf den definierten Radius (R0) der Rundachse bezogene Werte rücktransformiert werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auf den definierten Radius (R0) bezogene Verfahrwerte in die Steuerung eingegeben und steuerungsintern transformiert werden.
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ID=6111058
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