DE3033202C2

DE3033202C2 - Verfahren zur Werkzeugbahn-Interpolation

Info

Publication number: DE3033202C2
Application number: DE3033202A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Gose; Harald Dipl.-Ing. 8524 Neunkirchen Thormann; Arnold Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Weser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-09-03
Filing date: 1980-09-03
Publication date: 1984-04-19
Also published as: US4381608A; DE3033202A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Werkzeugbahn-Interpolation, wobei zur Steuerung der Bewegung des Werkzeuges in einem kartesischen Koordinatensystem interpoliert wird und eine zusätzliche Rundachse vorhanden ist und wobei die Interpolation der Werkzeugbahn und die Umdrehung der Rundachse voneinander abhängig sind. Mit diesem Oberbegriff wird auf ein in der DE-AS 2138 815 beschriebenes Verfahren Bezug genommen.

Numerische Werkzeugmaschinensteuerungen, bei denen zur Bahnsteuerung in den kartesischen Koordinaten interpoliert wird und Interpolationsverfahren hierfür sind in mannigfacher Ausbildung bekannt (vgl. z.B. auch 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, wie z. B. bei einer Drehmaschine. Die Kombination von Achsbewegungen in Kartesischen Koordinaten und in einer Rundachse ermöglichen spezielle Bearbeitungskurven, wie z. B. Schraubenlinien oder Evolventen usw.

Bei der aus der DE-AS 2138 815 bekannten Drehmaschinensteuerung sind z. B. die Arbeitsgeschwindigkeit der Interpolatoren für die kartesischen Verfahrkoordinaten abhängig von der Spindeldrehzahl so gesteuert, daß sich ein konstanter Vorschub je Spindelumdrehung ergibt.

Eine erhebliche Schwierigkeit macht eine Interpolation zwischen einer Rundachse und einer kartesischen Achse, da sich die Kopplung beider Bewegungen auf einfache Weise nur durch ein System von Gleichungen beschreiben läßt, das für Interpolationszwecke nicht besonders geeignet ist.

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 Verfahrweae 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 zeigt

Fig. 1 das Prinzip einer numerischen Werkzeugmaschinensieuerung,

F i g. 2 die Transformationsverhältnisse der Rundachse,

F i g. 3 eine Geradeninterpolation zwischen Rundachse (Drehachse) und kartesischer Koordinate zwecks Erzielung einer Schraubenlinie und

Fig. 4 eine schaltungsmäßige Realisierung des Verfahrens.

Wie aus F i g. 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 einzelnen Achsen ist durch die gestrichelten Linien 12 zu den einzelnen Koordinatenachsen angedeutet.

Steuerungstechnisch, d. h. antriebs- und meßtechnisch wird die Rundachse C mit Drehmittelpunkt M wie eine lineare kartesische Achse behandelt, und zwar derart, «' daß

AX = A Y = AZ = AC = R„ ■ Aq
wobei
_w AX, A Y, AZ

Interpolations- und Programmiereinheiten für die kartesischen Achsen sind,

AC die einheitsachsenbezogene Meß-, Regel- und Steuereinheit in der Rundachse Cist,

R₀ der Einheitsradius ist, bei dem genau die vorstehend genannte Beziehung gilt und

Aq die Winkelmeßeinheit des z. B. in der Rundachse benutzten Meßsystems, die zahlenmäßig mit AC übereinstimmt.

fco Wie aus Fig. 2 ersichtlich, entspricht der Weg C] in der Rundachse C in Grad dem tatsächlichen am Werkstück gefahrenen Bogenweg C\ 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 kartesischen Koordi-

naten X, Y und Z unverändert, dagegen ändert sich die Rundachse entsprechend der Transformation

(D

Wie F i g. 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 Geradeninterpolatio.i zwischen den Punkten P₀ und P\ in der ZC- Ebene mit den Gesamtwegen C\ und Z\ ergeben sich somit Interpolationswerte P,, 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

(2)

in entsprechende Werte der C-Achse rücktransformiert werden.

Bei gleichzeitiger entsprechender Aussteuerung in der Z- und C-Achse ergibt sich dann in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig.? eine Schraubenlinie auf einem Zylindermantel.

F i g. 4 zeigt die schaltungsmäßige Realisierung.

Von einer Eingabe 11 her werden die auf den

definierten Radius R_c bezogenen Werte in der C-Rundachse, z. B. Q eingegeben. Die C-Werte werden gemäß der vorstehenden Beziehung 1 in einem Transiormationsrechenglied 13 in Werte C" 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 Interpolator 16 angeschlossen, der aus den Werten z. B. Q und Z\ die Bahnkurve zwischen den Punkten Po und P\ 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 F i g. 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 de·- flC-Ebene, d. h. zwischen den Koordinaten X. Vund C.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Werkzeugbahn-Interpolation, wobei zur Steuerung der Bewegung des Werkzeuges in einem kartesischen Koordinatensystem interpoliert wird und eine zusätzliche Rundachse vorhanden ist und wobei die Interpolation der Werkzeugbahn und die Umdrehung der Rundachse voneinander abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Rundachse bei einem definierten Radius (R₀) zu verfahrenden Wege (C]) steuerungsintern als in eine kartesische Koordinatenachse (C) unter Berücksichtigung des tatsächlichen Radius (R) transformierte Wege (Q¹) zusammen mit den zu verfahrenden Wegen (Z]) in der kartesischen Koordinatenachse (Z) zur Interpolation di»nen und daß die in der transformierten Rundachse (C) anfallenden Koordinatenwerte zur Steuerung der Rundachse (C) in auf den definierten Radius (R₀) der Rundachse bezogene Werte rücktransformiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß auf den definierten Radius (R₀) bezogene Verfahrwerte in die Steuerung eingegeben und steuerungsintern transformiert werden.