DE3115231C3

DE3115231C3 - Copy control device for cutting machine tools

Info

Publication number: DE3115231C3
Application number: DE19813115231
Authority: DE
Inventors: Otto Schaefer
Original assignee: Heyligenstaedt and Co Werkzeugmaschinenfabrik GmbH
Current assignee: Heyligenstaedt and Co Werkzeugmaschinenfabrik GmbH
Priority date: 1981-04-15
Filing date: 1981-04-15
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2001-04-16
Also published as: DE3115231A1; DE3115231C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kopiersteuerungsvorrichtung für spanende Werkzeugmaschinen, deren Werkzeug der Bahn eines ein Modell abtastenden, auslenkbaren Fühlfingers nachführbar ist, mit Regeleinrichtungen für mindestens eine Koordinatenachse.The invention relates to a copy control device for cutting machine tools, whose tool traces the path of a model deflectable sensor finger is traceable, with control devices for at least one coordinate axis.

Eine solche Kopiersteuerungsvorrichtung ist beispielsweise in der DE-AS 15 02 067 beschrieben.Such a copy control device is, for example described in DE-AS 15 02 067.

Problematisch bei den bisher bekannten Kopiersteuerungsvorrichtungen ist die Kopiergüte besonders im Übergang von einer 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 Anpaßweg entsprechend wählt man beim Kopierfräsen Fühlfinger, welche gegenüber dem Fräser ein allseitiges Aufmaß haben.Problematic with the previously known copy control devices the copy quality is special in the transition from any surface to one surface steeply rising. The tool, for example a milling cutter, must be at this transition Suddenly change the milling direction. For this it needs due to inertial forces in the machine tool one especially of the control quality of the actuators and adjustment path dependent on the feed rate. According to this adaptation path you choose the Copy milling feeler fingers, which opposite the milling cutter have an all-round measurement.

Mit diesem Aufmaß allein läßt sich das Problem jedoch bei einem Übergang der vorgenannten Art dann nicht befriedigend lösen, wenn zwischen Fühlfinger und Modell stärkere Reibung auftritt. Diese Reibung führt dazu, daß die Position des Fühlfingers in Fahrtrichtung gesehen hinter der Position des Fräsers zurückfällt. Zum besseren Verständnis dieser Vorgänge sei auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnung Bezug genommen.With this measurement alone, however, the problem cannot be solved satisfactorily with a transition of the aforementioned type if there is greater friction between the finger and the model. This friction causes the position of the sensor finger to fall behind the position of the milling cutter when viewed in the direction of travel. For a better understanding of these processes, reference is made to FIGS. 1 and 2 of the drawing.

In Fig. 1 sind in Ruhelage die Außenkontur eines Fühlfingers 1 und eines Fräsers 2 eingezeichnet. Man erkennt, daß der Fühlfinger 1 gegenüber dem Fräser 2 ein allseitiges Aufmaß A hat. Die Fühlfingerachse und die Fräserachse fallen zusammen.In Fig. 1, the outer contour of a feeler 1 and a milling cutter 2 are drawn in the rest position. It can be seen that the feeler finger 1 has an all-round oversize A compared to the milling cutter 2 . The sensor finger axis and the milling cutter axis coincide.

Wenn nun beim Kopierfräsen der Fühlfinger 1 über ein Modell 3 gleitet, dann entstehen Reibkräfte, durch die die in Fig. 2 mit 4 gekennzeichnete Fühlfingerachse hinter der mit 5 gekennzeichneten Fräserachse in bezug auf die mit einem Pfeil gekennzeichnete Bewegungsrichtung zurückfällt, wie das in Fig. 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 Fühlfingers 1 die Funktion des Fühlfingeraufmaßes als Regelungsweg teilweise oder ganz verloren gehen kann. Die Folge davon ist, daß der Fräser 2 in die Fläche 6 hineinführt und erst nach einer Anpaßzeit exakt dem Fühlfinger 1 folgt. Fräsversuche mit verschiedenen, bekannten Kopiersteuerungsvorrichtungen bestätigen diesen Sachverhalt. Je höher die Vorschubgeschwindigkeit gewählt wurde, um so mehr fuhr der Fräser in die ansteigende Fläche hinein, so daß sogenannte Löcher im Übergangsbereich entstehen.If, during copy milling, the feeler finger 1 slides over a model 3 , then frictional forces arise, by means of which the feeler finger axis marked with 4 in FIG. 2 falls behind the cutter axis marked with 5 in relation to the direction of movement marked with an arrow, as shown in FIG. 2 is shown. If the sensing finger 1 hits a surface 6 that rises gently, for example, according to the angle of friction, then the milling cutter 2 reaches this surface 6 at exactly the same time, namely against a point 7 . It can be seen from this that the function of the measuring finger oversize as a control path can be partially or completely lost due to the friction-related deflection of the sensing finger 1 . The consequence of this is that the milling cutter 2 leads into the surface 6 and only exactly follows the feeler finger 1 after an adaptation time. Milling tests with various known copy control devices confirm this fact. The higher the feed rate was selected, the more the milling cutter moved into the rising surface, so that so-called holes are created in the transition area.

Durch die DE-AS 15 02 067 ist auch schon eine Kopiersteuervorrichtung bekannt, die während des Abtastens die beim Abtasten des Modells auftretende Reibung berücksichtigt, um eine unerwünscht große Auslenkung des Fühlfingers zu kompensieren. Hierzu wird der Betrag der Fühlfingerauslenkung mittels einer Taumelscheibe mit Spulen über Geber erfaßt. Der Betrag der Auslenkung wird für eine Sofortkorrektur und für eine Nachstellkorrektur mittels Verdrehung von Richtungspulver benutzt. Beide Regleranteile wirken so, daß die Fühlfingerauslenkung auf das gewollte Sollmaß hin geregelt wird.DE-AS 15 02 067 is also a copy control device known while scanning the friction that occurs when the model is scanned considered to have an undesirably large deflection to compensate for the tactile finger. To do this the amount of feeler deflection using a swashplate detected with coils via encoder. The amount the deflection is for an immediate correction and for an adjustment correction by twisting directional powder used. Both controller components act in such a way that the feeler deflection to the desired target dimension is regulated.

Mit einer solchen in der DE-AS 15 02 067 beschriebenen Reibkompensation läßt sich das Hineinfahren eines Fräsers in eine ansteigende Fläche grundsätzlich nicht ausschließen, weil die Kopierelektronik die Reibung nur indirekt berücksichtigt, nämlich anhand der Fühlfingerauslenkung. Ob eine zunehmende Fühlfingerauslenkung durch einen Anstieg des Reibwertes oder durch eine schräg ansteigende Fläche verursacht wird, vermag die Kopierelektronik nicht zu unterscheiden. Sie wird deshalb die zu Beginn einer ansteigenden Fläche zunächst auftretende, zunehmende Fühlfingerauslenkung für einen Reibwertanstieg halten und versuchen, diese Auslenkung zu kompensieren. Man darf deshalb bei der vorbekannten Kopiersteuerungsvorrichtung nur in einem sehr eng begrenzten Bereich schwankende Reibwerte kompensieren, damit Fühlfingerauslenkungen auf Grund von Richtungsänderungen richtig gedeutet werden.With such a described in DE-AS 15 02 067 Friction compensation allows you to drive one in Basically not in a rising surface exclude because the copier electronics only the friction indirectly taken into account, namely on the basis of the feeler deflection. Whether an increasing tactile finger deflection by an increase in the coefficient of friction or by a obliquely rising surface is capable of Indistinguishable from electronics. It will therefore the one at the beginning of an increasing area occurring, increasing tactile finger deflection for one Stop increasing the coefficient of friction and try this deflection to compensate. You can therefore at previously known copy control device only in one very narrow range fluctuating friction values compensate, so that sensitive finger deflections on Correctly interpreted due to changes in direction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kopiersteuerungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu gestalten, daß das Werkzeug auch bei sprunghaften Richtungsänderungen mit beliebigem Winkel der Modellkontur möglichst exakt dem Fühlfinger folgt und dadurch Löcher im Werkstück nicht entstehen.The invention has for its object a copy control device of the type mentioned at the beginning to be designed in such a way that the tool even in the event of erratic steps Changes of direction with any angle of Model contour follows the finger as closely as possible and this prevents holes in the workpiece.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede Koordinatenachse eine zusätzliche Stelleinrichtung mit einem dem Produkt aus Reibwert und Fühlfingerauslenkung entsprechenden Vorgabewert vorgesehen ist, durch welche die durch Reibung zwischen Modell und Fühlfinger entstehende Fehlstellung des Fühlfingers auf Grund des Vorgabewertes geometrisch kompensierbar ist.This task is combined with the characteristics of the generic term solved according to the invention that an additional adjusting device for each coordinate axis with a product of the coefficient of friction and Sensor finger deflection corresponding default value is provided, through which the friction between Model and sensor finger misalignment of the feeler can be geometrically compensated based on the default value is.

Bei einer solchen, erfindungsgemäßen Kopiersteuerungsvorrichtung wird die Fühlfingerauslenkung infolge der Reibung durch einen Vorgabewert berücksichtigt. Dadurch können, abgesehen von geringfügigen Korrekturen mittels der P- und I-Regelanteile, sich beim Abtasten ändernde Fühlfingerauslenkungen richtig als Richtungsänderungen des abzutastsenden Modells gedeutet werden. Die Stelleinrichtungen bewirken ein mechanisches Verschieben des Fühlfingers in Fahrtrichtung, also genau entgegengesetzt zu der durch Reibung entstandenen Rückverschiebung. Durch das erfindungsgemäße Verschieben des Fühlfingers wird der durch Reibung entstandene Verlust der "Voralarmstrecke" ausgeglichen oder die "Voralarmstrecke" sogar bewußt vergrößert, wenn man den Verschiebebetrag bewußt vergrößert bemißt, um auch an besonders kritischen Stellen auch bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten ein Eintauchen des Fräsers in eine stumpfwinklig abknickende Fläche zu verhindern.In such a copy control device according to the invention is the sensor finger deflection as a result the friction is taken into account by a default value. This can, apart from minor corrections by means of the P and I control components, when scanning changing tactile finger deflections correctly as changes in direction of the model to be scanned become. The actuators cause a mechanical Shifting the finger in the direction of travel, so exactly opposite to that caused by friction Relocation. By the invention The feeling finger is moved by friction compensated for the loss of the "pre-alarm route" or even deliberately enlarged the "pre-alarm route", if you consciously increase the shift amount dimensioned to also in particularly critical places Immersion even at high feed speeds of the milling cutter into an obtuse angle To prevent area.

Dank der Erfindung wird die Ursache für Abweichungen zwischen dem Modell und dem Werkstück behoben, so daß es auch bei sprunghaften Richtungsänderungen nicht zu einem Hineinfahren des Werkzeuges in die zu bearbeitende Fläche kommt.Thanks to the invention, the cause of deviations fixed between the model and the workpiece, so that even with sudden changes in direction not to move the tool into it working area comes.

Die Fehlstellung des Fühlfingers könnte unmittelbar durch Mittel im Fühler kompensiert werden, indem man die Fühlfingerposition entgegen der Reibkraft, also in Fahrtrichtung gesehen, verschiebt, so daß das Aufmaß des Fühlfingers ebenfalls in Fahrtrichtung gesehen als Regelungsweg erhalten bleibt.The misalignment of the tactile finger could be immediate can be compensated by means in the sensor by the feeler position against the frictional force, i.e. in Seen the direction of travel, shifts so that the oversize the sensor finger also seen in the direction of travel as Regulation remains intact.

Eine unmittelbare Kompensation der Fehlstellung des Fühlfingers durch Verschieben der Fühlfingerachse kann konstruktiv besonders einfach erreicht werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgesaltung der Erfindung eine den Fühlfinger führende Fühlfingerführung, welche durch vier federnde Stangen in einer Mittelstellung gehalten ist, mit vier in radialer Richtung wirkenden, langhubigen Federn verbunden ist, deren Federspannung auf Grund des Vorgabewertes entsprechend der durch die Reibung des Fühlfingers auf dem Modell hervorgerufenen Kraft mittels der zusätzlichen Stelleinrichtung veränderbar ist.Immediate compensation for the malposition of the feeler by moving the feeler axis can be achieved particularly easily in terms of construction, if according to an advantageous embodiment of the invention a feeler guide guiding the feeler, which by four resilient rods in a central position is held with four in the radial direction acting, long-stroke springs is connected, the Spring tension based on the specified value caused by the friction of the sensor finger on the Model induced force using the additional Actuator is changeable.

Zur weiteren Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung wird auf Fig. 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 Fig. 3 für die Y-Achse, letzteres unten rechts für die Z-Achse gezeigt.To further clarify the basic principle of the invention, reference is made to FIG. 3 of the drawing. This shows how correction values are obtained electronically, which are either fed directly to the synchronization system of a copying device or to the sensor. The former is shown at the top right in FIG. 3 for the Y axis, the latter at the bottom right for the Z axis.

Fig. 3 zeigt eine Kopierelektronik 8, welche eine Koordinaten- Regeleinrichtung 8a für die Y-Achse und eine Koordinaten-Regeleinrichtung 8b für die Z-Achse hat. Aus der Kopierelektronik 8 kommen die Sollwerte der Bewegungsrichtung in Y- und Z-Richtung, welche vom Fühler erzeugt werden. Den Koordinaten-Regeleinrichtungen 8a, 8b ist jeweils eine zusätzliche Stelleinrichtung 9, 10 nachgeschaltet, welche dazu dient, Korrekturwerte zur Kompensation der Fehlstellung des Fühlfingers 1 zu erzeugen. Beide Stelleinrichtungen haben jeweils ein Multiplizierglied 11, 12, in welchen die von den Koordinaten-Regeleirichtungen 8a, 8b ermittelten Fahrtrichtungsanteile mit einem Vorgabewert multipliziert werden. Der Vorgabewert 13 entspricht dem Produkt aus Auslenkung mal dem Reibwert des Fühlfingers 1. Ddurch enstehen Werte, welche dem Reibmittenversatz des Fühlfingers 1 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. Fig. 3 shows a copy electronics 8 , which has a coordinate control device 8 a for the Y axis and a coordinate control device 8 b for the Z axis. The setpoints of the direction of movement in the Y and Z directions, which are generated by the sensor, come from the electronics 8 . The coordinate control devices 8 a, 8 b are each followed by an additional adjusting device 9, 10 , which serves to generate correction values for compensating for the incorrect position of the sensor finger 1 . Both adjusting devices each have a multiplier 11, 12 , in which the travel direction components determined by the coordinate control devices 8 a, 8 b are multiplied by a preset value. The default value 13 corresponds to the product of the deflection times the coefficient of friction of the sensor finger 1 . This results in values which correspond to the friction center offset of the sensor finger 1 . These values are either fed directly to the synchronization system 14 or the sensor 15 . The former is shown in the upper part of the drawing, the synchronous system being represented by a box identified by 14 .

Wie die von den Multipliziergliedern 11, 12 erzeugten Signale einem Fühler zugeführt werden können, ist unten rechts in Fig. 3 für die Z-Achse dargestellt. Schematisch ist ein Fühler 15 mit dem Fühlfinger 1 gezeigt, der von einer Fühlfingerführung 16 geführt ist, die ihrerseits von elastischen Stangen 17, 18 gehalten wird. Ddurch vermag sich der Fühlfinger 1 allseitig parallel auszulenken. Die Zeichnung zeigt weiter 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 um 90° zueinander versetzt angeordnet. Die Spannkraft dieser Federn kann mittels eines Mikromotors 23 mit Getriebe 24 dadurch verändert werden, daß die Seilzüge 21 mehr oder weniger aufgewickelt werden. Ein Potentiometer 25 gibt die jeweilige Stellung des Mikromotors 23 und damit die Spannkaft der Federn 19, 20 an. Das von der zusätzlichen Stelleinrichtung 10 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 Fühlfingers 1 um den Betrag der Reibung kompensiert wird.How the signals generated by the multipliers 11, 12 can be fed to a sensor is shown at the bottom right in FIG. 3 for the Z axis. A sensor 15 with the sensor finger 1 is shown schematically, which is guided by a sensor finger guide 16 , which in turn is held by elastic rods 17, 18 . As a result, the finger 1 can deflect in parallel on all sides. The drawing also shows two long-stroke springs 19, 20 , through which the feeler guide 16 can be pulled to the left or right, as seen in the drawing, via a cable 21 and a deflection roller 22 . A total of four such springs 19, 20 are of course each offset by 90 ° to each other. The tension force of these springs can be changed by means of a micromotor 23 with gear 24 in that the cables 21 are wound up more or less. A potentiometer 25 indicates the respective position of the micromotor 23 and thus the clamping force of the springs 19, 20 . The signal coming from the additional control device 10 is fed via an amplifier to the micromotor 23 , which then adjusts the spring tension of the springs 19, 20 accordingly, so that the position of the sensor finger 1 is compensated for by the amount of friction.

Um die durch Reibung verursachte Fehlstellung zu kompensieren, können statt der Fühlfingerführung auch die Halterungen der vier federnden Stangen automatisch verschoben werden. Denkbar ist es auch, den gesamten Fühlerbock zu verstellen.To correct the misalignment caused by friction compensate, can instead of the finger guide the brackets of the four resilient rods automatically be moved. It is also conceivable for the whole Sensor block to adjust.

Claims

1.Copy control device for cutting machine tools, the tool of which can track the path of a model scanning, deflectable sensor finger, with control devices for at least one coordinate axis, characterized in that for each coordinate axis (y; z) an additional actuating device ( 9; 10 ) with a the product is provided from coefficient of friction and Fühlfingerauslenkung respective default value (13), through which the generated by friction between the model and the sensing finger (1) misalignment of the sensing finger (1) is geometrically compensated on the basis of the default value (13).

2. Copy control device according to claim 1, characterized in that a sensor finger ( 1 ) leading sensor finger guide ( 16 ), which is held by four resilient rods ( 17, 18 ) in a central position, with four acting in the radial direction, long-stroke springs ( 19th , 20 ), the spring tension of which can be changed by means of the additional adjusting device ( 9; 10 ) on the basis of the preset value ( 13 ) in accordance with the force caused by the friction of the sensor finger ( 1 ) on the model.