DE3151173A1

DE3151173A1 - Verfahren zur steuerung einer werkzeugmaschine nach einer vorgegebenen bahnkurve

Info

Publication number: DE3151173A1
Application number: DE19813151173
Authority: DE
Inventors: Arnold Dipl.Ing. 8520 Erlangen Weser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1983-07-14
Also published as: BR8207418A; JPS58114102A; DE3151173C2

Description

Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine für
Drehbearbeitung nach einer vorgegebenen Bahnkurve Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine für Drehbearbeitung nach einer vorgegebenen Bahnkurve mit einer Polarkoordinaten verarbeitenden Steuereinheit.
Werkzeugmaschinensteuerungen für die Drehbearbeitung arbeiten im allgemeinen wegen der einfacheren Programmierbarkeit mit Polarkoordinaten. In manchen Fällen wäre es aber zweckmäßig, z.B. auf einer Drehbank auch nicht rotationssymmetrische Gegenstände zu bearbeiten, um ein Umspannen auf eine andere Werkzeugmaschine zu vermeiden.
Wenn man beispielsweise bei einer Drehbank den Drehstahl durch einen Fräser ersetzt, so kann man damit auch beliebig geformte Flächen bearbeiten. Dazu ist es erforderlich, daß die Lage des Fräsers während der Umdrehung des Werkstücks verändert wird, d.h. daß im Polarkoordinatensystem der Radius vom Drehwinkel abhängt. Diese Abhängigkeit stößt jedoch bei der Programmierung im Polarkoordinatensystem auf erhebliche Schwierigkeiten, so daß nicht rotationssymmetrische Werkstücke bisher stets mit Werkzeugmaschinensteuerungen bearbeitet wurden, die im kartesischen Koordinatensystem arbeiten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auch nicht rotationssymmetrische Bahnkurven einfach eingegeben werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Bahnkurven mit im Polarkoordinatensystem winkelabhängigem Radius in einem kartesischen, fest auf ein Werkstück bezogenen Koordinatensystem vorgegeben werden, dessen Ursprung mit dem Mittelpunkt des Polarkoordinatensystems übereinstimmt und daß die kartesischen Koordinaten in einem Eoordinatenwandler in Polarkoordinaten umgewandelt werden, die der Steuereinheit zugeführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch ein Werkstück W, das z.B. auf einer Drehbank mit der Drehachse M bearbeitet werden soll.
Die Behnkurve der Werkstückoberfläche wird in Polarkoordinaten vorgegeben, d.h. für jeden Punkt wird ein Winkel und ein Radius R eingegeben. Diese Eingabe ist sehr einfach, solange das Werkstück W eine rotationssymmetrische Oberfläche besitzt9 d.h. der Radius R vom Winkel 0 unabhängig ist. Im dargestellten Beispiel weist das Werkstück W jedoch zwischen den Punkten PA und keinen Kreisumfang, sondern eine Kreissehne B auf. Ein derartiges Werkstück kann auf einer Drehbank bearbeitet werden, wenn man den üblicherweise vorhandenen Drehstahl durch einen rotierenden Fräser Fr ersetzt, der in seiner X-Lage der gewünschten Bahnkurve entsprechend geführt wird. Der nicht rotationssymmetrische Teil B der Bahnkurve zwischen den Punkten PA und PE ist jedoch im Polarkoordinatensystem nur sehr schwierig vorzugeben. Einfacher wäre eine Vorgabe in einem kartesischen, fest auf das Werkstück W bezogenen, also mit diesem rotierenden kartesischen Koordinatensystem.
Die Vorgabe der Bahnkurve 3 wird mit den kartesischen Koordinaten XN, In ausgeführt, wobei der Abstand zweier benachbarter Punkte Pg PN 1 durch das Produkt aus der Arbeitsgeschwindigkeit des Werkzeugs und der Taktzeit des Steuerungssystems gegeben ist. Die Bahnkurve B kann eine beliebige Form aufweisen und wird auf üblichem Weg durch Interpolation der X- und Y-Koordinaten gewonnen.
Die durch Interpolation ermittelten X- und Y-Werte können nach folgenden Gleichungen in Polarkoordinaten umgewandelt werden: arc tan (yN/xN) Dabei stimmt der Mittelpunkt des Polarkoordinatensystems mit dem Ursprung des kartesischen Koordinatensystems überein. Die Polarkoordinaten RN, N sind fest auf das Werkstück bezogen. Die Einstellung der R-Koordinate geschieht nun wie üblich durch Verschiebung des Werkzeugs, beispielsweise eines Fräsers Fr. Die Einstellung der -Koordinate erfolgt jedoch nicht mit dem Werkzeug, sondern durch Drehung des Werkstücks um den Winkel . Damit kann also jede beliebige Bahnkurve auf einer Werkzeugmaschine für Drehbearbeitung, bei der das Werkzeug nur in einer Richtung verschiebbar ist, realisiert werden.
Ein Blockschaltbild für den Aufbau der Steuerung ist in Figur 3 dargestellt. Aus den angegebenen Werten x, y werden mit dem Interpolationsbaustein I die Bahnpunkt XN, YN gewonnen. Ein Transformationsbaustein T wandelt diese Koordinaten entsprechend den angegebenen Gleichungen in die Wert RN, N sowie die Differenzwerte A 0, b R um.
Diese Werte werden als Sollwerte einem Summierer S zugeführt, der diese mit den mit einem Meßsystem M erfaßten Istwerten vergleicht. Die Regelabweichung wird der Lageregeleinrichtung L zugeführt, die die X-Position des Werkzeugs sowie die Winkellage des Werkstücks steuert.
Figur 4 zeigt schließlich ein Beispiel für die hardwaremäßige Realisierung des Transformationsbausteins T. Die kartesischen Koordinaten xN, YN werden entsprechend den angegebenen Gleichungen jeweils einem Quadrierer 1 bzw.
2 sowie einem Dividierglied 3 zugeführt. Die beiden Quadrierer 1 und 2 sind mit den Eingängen eines Suamierers 4 verbunden, dessen Ausgang ein Radizierer 5 nachgeschaltet ist. Am Ausgang des Radizierers 5 steht die gewünschte Koordinate RN an. Dem Dividierer 3 ist ein Funktionsgeber 6 nachgeschaltet9 der den arc tg des Ausgangssignals des Dividierers 3 bildet. Der Funktionsgeber 6 kann beispielsweise mit einem PROM realisiert erden, in dem die entsprechenden Funktionswerte abgespeichert sind. Am Ausgang des Funktionsgebers 6 steht die gewünschte 0-Koordinate an. Die Umrechnung der X-, Y-Werte in die R, -Werte kann natürlich ebenso software-mäßig erfolgen.
4 Figuren 1 Patentanspruch

Claims

Patentansruch 10 Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine für Drehbearbeitung nach einer vorgegebenen Bahnkurve mit einer Polarkoordinaten verarbeitenden Steuereinheit, d a d u r o h g e k e n n z e i 0 h n e t , daß 3ahnkurven mit im Polarkoordinatensystem winkelabhängigem Radius (R) in einem kartesischen, fest auf ein Werkstück bezogenen Koordinatensystem vorgegeben werden, dessen Ursprung mit dem Mittelpunkt des Folarkoordinatensystems übereinstimmt, und daß die kartesischen Koordinaten in einem Koordinatenwandler in Polarkoordinaten umgewandelt werdenR die der Steuereinheit zugeführt werden.