DE3115231A1 - Copying controller for machine tools - Google Patents

Copying controller for machine tools

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DE3115231A1 DE19813115231 DE3115231A DE3115231A1 DE 3115231 A1 DE3115231 A1 DE 3115231A1 DE 19813115231 DE19813115231 DE 19813115231 DE 3115231 A DE3115231 A DE 3115231A DE 3115231 A1 DE3115231 A1 DE 3115231A1
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Abstract

In the case of a copying controller, signals are obtained which are representative of the forces produced by friction between the sensing finger and model. The sensing finger (1) can be provided with compensation by means of these signals in such a manner that it compensates for the position error produced by friction forces. It is also possible to supply the signals to a synchronising device (14). In both cases, the error in the copying accuracy resulting from sensor deflections caused by friction is avoided. <IMAGE>

Description

Kopiersteuerung für WerkzeugmaschinenCopy control for machine tools

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kopiersteuerung für Werkzeugmaschinen, deren Werkzeug der Bahn einem das Modell abtastenden auslenkbaren Fühler nachführbar ist, mit Regeleinrichtungen für eine oder mehrere Koordinatenw Solche Kopiersteuerungen sind zum Beispiel beim Kopierfräsen allgemein bekannt und gebräuchlich.The invention relates to a copy control for machine tools, whose tool of the path can be tracked to a deflectable sensor that scans the model is, with control devices for one or more coordinates. Such copy controls are generally known and used in copy milling, for example.

Problematisch bei den bisher bekannten Ilopiersteuerungen ist die Kopiergüte besonders im Übergang von eint beliebigen Fläche in eine sprunghaft steiler ansteigende Fläche. Das Werkzeug, beispielsweise ein Fräser, muß an diesem Übergang seine Fräsrichtung plötzlich ändern. Hierzu benötigt es infolge von Trägheitskräften in der Werkzeugmaschine einen vor allem von der Regelgüte der Stellantriebe und von der Vorschubgeschwindigkeit abhängigen Anpaßweg. Diesem Anpaßeg entsprechend wählt'man beim Kopierfräsen Fühifinger, welche gegenüber dem Fräser ein allseitiges Aufmaß haben.The problem with the previously known Ilopier controls is that Copy quality especially in the transition from any surface to an abruptly steep one increasing area. The tool, for example a milling cutter, must be at this transition suddenly change its milling direction. For this it needs due to inertial forces in the machine tool, one of the most important factors is the control quality of the actuators and Adaptation path dependent on the feed rate. According to this adaption For copy milling, you choose Fühifinger, which is an all-round one compared to the milling cutter Have allowance.

Mit diesem Aufmaß allein läßt sich das Problem jedoch bei einem Übergang vorgenannter Art dann nicht befriedigend lösen, wenn zwischen Fühifinger und Modell stärkere Reibung auftritt. Diese Reibung führt dazu, daß die Position des Fühifingers in Fahrtrichtung gesehen hinter der Position des Fräsers zurückfällt. Zum besseren Verständnis dieser Vorgänge sei auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnung Bezug genommen.With this allowance alone, however, the problem with a transition can be solved The aforementioned type cannot be solved satisfactorily if between the first finger and the model stronger Friction occurs. This friction causes the position of the Fühifinger falls behind the position of the milling cutter when viewed in the direction of travel. For a better understanding of these processes, refer to FIGS. 1 and 2 of the drawing Referenced.

In Figur 1 sind in Ruhelage die Außenkontur eines Fühlfingers 1 und eines Fräsers 2 eingezeichnet. Man erkennt, daß der Fühifinger 1 gegenüber dem Fräser 2 ein allseitiges Aufmaß A hat. Die Fühifingerachse und die Fräserachse fallen zusammen.In Figure 1, the outer contour of a feeler finger 1 and a milling cutter 2 is shown. It can be seen that the Fühifinger 1 opposite the cutter 2 has an oversize A on all sides. The first finger axis and the cutter axis coincide.

Wenn nun beim opierfräsen der Fühifinger 1 über ein Modell 3 gleitet, dann entstehen Reibkräfte, durch die die in Figur 2 mit 4 gekennzeichnete Fühifingerachse hinter der mit 5 gekennzeichneten Fräserachse in Bezug auf die mit einem Pfeil gekennzeichnete Bewegungsrichtung zurückfällt, wie das in Figur 2 gezeigt ist. Trifft nun der Fühlfinger 1 gegen eine beispielsweise dem Reibwinkel entsprechend sanft ansteigende Fläche 6, dann gelangt der Fräser 2 genau zur gleichen Zeit gegen diese Fläche 6, und zwar gegen einen Punkt 7. Man erkennt hieraus, daß durch die reibungsbedingte Auslenkung des Fühifingers 1 die Funktion des Fühlfingeraufmaßes als Regelungsweg teilweise oder ganz verloren gehen kann.If the guide finger 1 slides over a model 3 when milling, then frictional forces arise through which the first finger axis marked 4 in FIG behind the milling cutter axis marked with 5 in relation to the one marked with an arrow The direction of movement falls back, as shown in FIG. Now hits the feeler finger 1 against a surface that gently rises, for example, corresponding to the friction angle 6, then the milling cutter 2 comes against this surface 6 at exactly the same time, namely towards a point 7. It can be seen from this that the deflection caused by friction of the feeler finger 1 the function of the feeler finger allowance as a control path partially or can be lost entirely.

Die Folge davon ist, daß der Fräser 2 in die Fläche 6 hineinfährt und erst nach einer Anpaßzeit exakt dem Fühifinger 1 folgt. Fräsversuche mit verschienen, bekannten Hopiersteuersystemen bestätigen diesen Sachverhalt, Je höher der Vorschub gewählt wurde, um so mehr fuhr der Fräser in die ansteigende Fläche hinein, so daß sogenannte Löcher im Übergangsbereich entstanden.The consequence of this is that the milling cutter 2 moves into the surface 6 and only after an adjustment time follows the leading finger 1 exactly. Milling tests with different, known hopping control systems confirm this fact, the higher the feed was chosen, the more so the cutter drove into the rising surface into it, so that so-called holes were created in the transition area.

Um diesem Mißstand zu begegnen, ist es durch die DE-OS 28 47 o27 bekannt, mittels einer numerischen Steuerung das Abtastfeld eines Fühlers urd die Vorschubgeschwindigkeit entsprechend der Kontur eines Modells zu program -mieren. Dadurch erhält man die Möglichkeit, bei plDtzlichen Umlenkungen langsamer zu fräsen, so daß die Übereinstimmung zwischen dem Modell und dem erzeugten Werkstück größer wird. Das Entstehen von sogenannten Löchern aus den vorgenannten Gründen kann jedoch nicht vollständig vermieden werden, da, wie erläutert, durch Reibkräfte dem Fühifinger 1 das Ausmaß in Bezug auf eine flach ansteigende Fläche teilweise oder ganz genommen wird.In order to counter this deficiency, it is known from DE-OS 28 47 o27, the scanning field of a sensor and the feed speed by means of a numerical control to be programmed according to the contour of a model. This gives you the Possibility of milling more slowly in the event of sudden deflections so that the correspondence between the model and the created workpiece becomes larger. The emergence of so-called However, holes for the aforementioned reasons cannot be completely avoided. because, as explained, the trailing finger 1 the extent in relation to a frictional forces gently sloping surface is partially or completely taken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kopier steuerung der eingangs genannten Art derart zu gestalten, daß das Werkzeug auch bei sprunghaften Richtungsänderungen jedem beliebigen Winkel der Modellkontur möglichst exakt dem Fühifinger folgt und dadurch Löcher im Werkstück nicht entstehen.The invention is based on the object of a copy control of the To make the type mentioned in such a way that the tool even with erratic Changes in direction to any angle of the model contour as exactly as possible Fühifinger follows and holes are not created in the workpiece.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelost.This object is achieved according to the invention by what is specified in claim 1 Measures drawn.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Tatsache, daß die durch Reibung zwischen dem Fühifinger und dem Modell bei herkömmlichen Kopiersteuerungen erzeugte Fühlerfehistellung kompensiert wird. Dadurch ist die Ur- sache für Abweichungen zwischen dem Modell und dem Werkstück behoben, so daß es auch bei sprunghaften Richtungsänderungen nicht zu einem Hineinfahren des Werkzeuge in die zu bearbeitende Fläche kommt.The advantages of the invention result from the fact that the due to friction between the finger and the model in conventional copy controls generated sensor misalignment is compensated. As a result, the original Thing for deviations between the model and the workpiece fixed, so that it is also with sudden changes in direction do not cause the tool to retract into the surface to be processed comes.

Die Fehlatellung des Fühlfingers kann unmittelbar durch Mittel im Fühler kompensiert werden, wie das im Anspruch 2 angegeben ist. Durch eine solche Maßnahme kann man erreichen, daß sich die Fühifingerposition entgegen der Reibkraft, also in Fahrtrichtung gesehen, verschiebt, so daß das Aufmaß des Fühifingers ebenfalls in Fahrtrichtung gesehen als Regelungsweg erhalten bleibt.The misalignment of the fingertip can be directly caused by means of the Sensors are compensated, as indicated in claim 2. By such a Measure can be achieved that the first finger position against the frictional force, thus seen in the direction of travel, shifts, so that the measurement of the Fühifinger also seen in the direction of travel is retained as a control path.

Sofern der Fühifinger ut das Werkzeug mechanisch getrennt verfahrbar sind, ist es möglich, den Fühifinger durch die Reibkräfte zwar in eine Fehlstellung gelangen zu lassen, durch eine Regeleinrichtung jedoch die Position von Fühifinger und Fräser relativ so zu korrigieren, daß diese Fehlstellung des Fühifingers kompensiert ist. Diese Art der Kopiersteuerung ist im Anspruch 3 gekennzeichnet. Sie hat den Vorteil, daß sie fast ausschließlich durch elektronische Bauteile zu verwirklichen ist. Es ist deshalb mit verhältnismäßig geringem Aufwand möglich, eine herkömmliche Kopiersteuerung in die Erfindungsgemäße umzuwandeln.Provided that the Fühifinger ut the tool can be moved mechanically separately it is possible to put the first finger in a misalignment due to the frictional forces to get, but the position of Fühifinger by a control device and to correct the milling cutter relatively in such a way that this misalignment of the finger is compensated is. This type of copy control is characterized in claim 3. She has that Advantage that they can be realized almost exclusively by electronic components is. It is therefore possible to use a conventional one with relatively little effort To convert copy control into the inventive.

Die im Anspruch 2 angegebenen Mittel zum Verschieben der Fühlerachse können konstruktiv besonders einfach wie im Anspruch X gekennzeichnet ausgebildet sein Zur weiteren Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung sei auf die Figur 3 der Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt, wie auf elektronische Weise Korrekturwerte gewonnen werden, welche entweder direkt dem Synchronsystem einer Kopiereinrichtung oder dem Fühler zugeführt werden. Ersteres ist oben rechts in der Figur 3 für die Y-Achse, letzteres unten rechts für die Z-Achse gezeigt.The means specified in claim 2 for moving the sensor axis can be designed in a particularly simple manner as characterized in claim X. be To further clarify the basic principle of the invention reference is made to FIG. 3 of the drawing. This shows how to use electronic Correction values can be obtained, which either directly to the synchronizing system a copier or the sensor. The former is in the top right in FIG. 3 for the Y-axis, the latter shown at the bottom right for the Z-axis.

Die Figur 3 zeigt eine Kopierelektronik 8, welche eine Regeleinrichtung Ea für die V-Achae und eine Regelein richtung Bb für die Z-Achse hat. Aus der Kopierelektronik 8 kommen die Sollwerte der Bewegungsrichtung in Y und Z-Richtung, welche vom Fühler erzeugt werden.FIG. 3 shows an electronic copier 8, which is a control device Ea for the V-Achae and a Regelein direction Bb for the Z-axis. From copy electronics 8 the setpoints for the direction of movement in the Y and Z directions come from the sensor be generated.

Den Regeleinrichtungen ßa, Sb ist jeweils eine zusätzliche Regeleinrichtung 9, 1o nachgeschaltet, welche dazu dient, Korrekturwerte zur Kompensation der Fehlstellung des Kopierfingers zu erzeugen. Beide Regeleinrichtungen haben jeweils ein Multiplizierglied 11, 12, in welchen die von der Kopierelektronik Ba, Bb ermittelten Fahrtrichtungsanteile mit einem Vorgabewert multipliziert werden. Der Vorgabewert 13 entspricht dem Produkt aus Auslenkung mal dem Reibwert des Fühlfingers. Dadurch entstehen Werte, welche dem Reibmittenversatz des Fühifingers entsprechen. Diese Werte werden entweder unmittelbar dem Synchronsystem 14 oder dem Fühler 15 zugeführt. Im oberen Zeichnungsteil ist ersteres dargestellt, wobei das Synchronsystem durch ein mit 14 gekennzeichnetes Kästchen dargestellt ist.The control devices ßa, Sb is each an additional control device 9, 1o connected downstream, which serves to provide correction values to compensate for the misalignment of the copy finger. Both control devices each have a multiplier 11, 12, in which the components of the direction of travel determined by the electronic copier Ba, Bb be multiplied by a default value. The default value 13 corresponds to the product from deflection times the coefficient of friction of the feeler finger. This creates values, which correspond to the friction center offset of the finger. These values are either immediate the synchronizing system 14 or the sensor 15 supplied. In the upper part of the drawing is the former is shown, the synchronous system being indicated by a 14 Box is shown.

Wie die von den Multipliziergliedern 11, 12 erzeugten Signale einem Fühler zugeführt werden können, ist unten rechts in Figur 3 für die Z-Achse dargestellt.As the signals generated by the multipliers 11, 12 a Sensor can be fed is below right in Figure 3 for the Z-axis is shown.

Schematisch ist ein Fühler 15 mit dem Fühifinger 1 gezeigt, der von einer Fühifingerführung 16 geführt ist, die ihrerseits von elastischen Stangen 17, 18 gehalten wird. Dadurch vermag sich der Fühifinger 1 allseitig parallel auszulenken. Die Zeichnung zeigt desweiteren zwei langhubige Federn 19, 20, durch welche jeweils über einen Seilzug 21 und eine Umlenkrolle 22 die Fühlfingerführung 16 in der Zeichnung gesehen nach links oder rechts gezogen werden kann. Insgesamt sind natürlich vier solcher Federn 19, 20 jeweils 900 zueinander angeordnet. Die Spannkraft dieser Federn kann mittels eines Mikromotors 23 mit Getriebe 24 dadurch verändert werden, daG Seilzüge 21 mehr oder weniger aufgewickelt werden. Ein Potentiometer 25 gibt die jeweilige Stellung des Mikromotors 23 und damit die Spannkraft der Federn 19, 20 an.A sensor 15 with the trailing finger 1 is shown schematically, which is from a Fühifingerführung 16 is guided, which in turn by elastic rods 17, 18 is held. As a result, the leading finger 1 is able to deflect parallel on all sides. The drawing also shows two long-stroke springs 19, 20, through which each Via a cable pull 21 and a pulley 22, the feeler finger guide 16 in the drawing can be dragged to the left or right as seen. There are of course four in total such springs 19, 20 are each arranged 900 to one another. The resilience of these springs can be changed by means of a micromotor 23 with gear 24, daG Cable pulls 21 are wound up more or less. A potentiometer 25 gives the respective position of the micromotor 23 and thus the tension force of the springs 19, 20 at.

Das von der Regeleinrichtung 1o kommende Signal wird über einen Verstärker dem Mikromotor 23 zugeführt, der dann entsprechend die Federspannung der Federn 19, 20 einstellt, so daß die Stellung des Fühifingers 1 um den Betrag der Reibung kompensiert wird.The signal coming from the control device 1o is transmitted via an amplifier fed to the micromotor 23, which then adjusts the spring tension of the springs accordingly 19, 20 adjusts so that the position of the finger 1 by the amount of friction is compensated.

Um die durch Reibung verursachte Fehlatellung zu kompensieren, können statt der Fühlfingerfühpung auch die Halterungen der vier federnden Stangen automatisch verschoben werden. Denkbar ist es auch, den gesamten Fühlerbock zu verstellen0 LeerseiteTo compensate for the misalignment caused by friction, instead of the feeler finger, the mounts for the four spring-loaded rods are also automatic be moved. It is also conceivable to adjust the entire sensor bracket0 Blank page

Claims (4)

Ansprüche 1. Kopiersteuerung für Werkzeugmaschinen, deren Werkzeug der Bahn einem das Modell abtastenden auslenkbaren Fühler nachführbar ist, mit Regeleinrichtungen für eine oder mehrere Koordinaten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß rusätzliche Regeleinrichtungen (9, lo) vorgesehen sind, durch welche die durch Reibung zwischen Modell und Fühl~ finger (1) entstehende Fehistellung des Fühifingers (1) kompensiert wird. Claims 1. Copy control for machine tools, their tool the path can be tracked to a deflectable sensor scanning the model, with control devices for one or more coordinates, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that Additional control devices (9, lo) are provided through which the friction caused by the misalignment of the finger (1) between the model and the feeler finger (1) is compensated. 2. Kopiersteuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t , daß im Fühler (15) Mittel zum Verschieben der Fühlerachse entgegen der durch Reibung auftretenden Fühlfingerverschiebung vorgesehen sind. 2. Copy control according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e I h n e t that in the sensor (15) means for moving the sensor axis against the sliding of the sensing finger caused by friction are provided. 3. Kcpiersteuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei mechanischer Trennung zwischen dem Fühler und dem Werkzeug durch die Regeleinrichtung (9) der aus der Elektronik (8a) abgegebene Sollwert für die bewegung des Werkzeugs mit einem horrekturwert verarbeitet wird, welcher die durch Reibung hervorgerufene Verschiebung des Fühifingers in dieser Achse kompensiert. 3. Kcpier control according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that there is a mechanical separation between the sensor and the tool by the control device (9) the setpoint for the movement of the tool is processed with a correction value, which the Displacement of the finger in this axis caused by friction is compensated. 4. Kopiersteuerung nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Fühifingerhalter (16), welcher durch vier federnde Stangen (17, lß) in eine Mittelstellung gehalten ist, mit vier in radialer Richtung wirkenden lenghubigen Federn (19, 20) verbunden ist, deren Federspannung entsprechend der durch die Reibung des FühlFingers (1) auf dem Modell hervorgerufenen Kraft mittels der zusätzlichen Regeleinrichtung (lo) veränderbar ist.4. Copy control according to claims 1 or 2, d a -d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that the Fühifingerhalter (16), which by four resilient Rods (17, Lß) is held in a central position, with four in the radial direction acting long-stroke springs (19, 20) is connected, the spring tension accordingly the force caused by the friction of the feeler finger (1) on the model by means of the additional control device (lo) can be changed.
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