DE3151173C2 - Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine nach einer vorgegebenen Bahnkurve - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine nach einer vorgegebenen Bahnkurve mit einer Polarkoordinaten verarbeitenden Steuereinheit

Ein solches Verfahren ist aus der DE-PS 26 21 430 bekannt, wobei wegen der einfacheren Programmierbarkeit mit Polarkoordinaten gearbeitet wird. In manchen Fällen wäre es 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 bearbeite!!. Da?u ist es erforderlich, daß die Lage des Fräsers währenc« der Umdrehung des Werkstücks verändert wird, & h. daß im Polarkoordinatensystcm 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 für die Drehbearbeitung eines Werkstücks Bahnkurven mit im Polarkoordinatensystem winkelabhängigern 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 Koordinatenwandler in Polarkoordinaten umgewandelt werden, die der Steuereinheit zugeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigt

F i g. I ein Werkstück, F i g. 2 die Vorgabe der Bahnkurve,

F i g. 3 ein Blockschaltbild der Steuerung und

F i g. 4 ein Schaltbild des Transformationsbausteins.

F i g. 1 zeigt schematisch ein Werkstück W₁ das z. B. auf einer Drehbank mit der Drehachse M bearbeitet &5 werden soll. Die Bahnkurve der Werkstückoberfläche wird in Polarkoordinaten vorgegeben, d. h. für jeden Punkt wird ein Winkel Φ und ein Radius R eingegeben.

Diese Eingabe ist sehr einfach, solange das Werkstück W eine rotationssymmetrische Oberfläche besitzt, d. h. der Radius R vom Winkel Φ unabhängig ist Im dargestellten Beispiel weist das Werkstück W jedoch zwischen den Punkten P_A und Pe 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 P_A und P_E ist jedoch im Polarkoordinatensystem nur schwierig vorzugeben. Einfacher wäre eine Vorgabe in einem kartesischen, fest auf das Werkstück ^bezogenen, also mit diesem rotierenden kartesischen Koordinatensystem.

Wie F i g. 2 zeigt wird die Vorgabe der Bahnkurve B mit den kartesischen Koordinaten Xn, Yn ausgeführt wobei der Abstand zweier benachbarter Punkte Pn, Pn- ι 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 V-Koordinaten gewonnen. Die durch Interpolation ermittelten X- und Y-Werte können nach folgenden Gleichungen in Polarkoordinaten umgewandelt werden:

Φ_N= arctan (y_y/jf,v)

Dabei stimmt der Mittelpunkt des Polarkoordinatensystems mit dem Ursprung des kartesischen Koordinatensystems überein. Die Polarkoordinaten Rn, Φν sind fest auf das Werkstück bezogen. Die Einstellung der Ä-Koordinate geschieht nun vic üblich durch Verschiebung des Werkzeugs, beispielsweise eines Fräsers Fr. Die Einstellung der Φ-Koordinate erfolgt jedoch nicht mit dem Werkzeug, sondern durch Drehung des Werkstücks um den Winkel Φ. 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 F i g. 3 dargestellt. Aus den angegebenen Werten x, y werden mit dem Interpolationsbaustein /die Bahnpunkte Xn. Yn gewonnen. Ein Transformationsbaustein T wandelt diese Koordinaten entsprechend den angegebenen Gleichungen in die Werte Rn. Φν sowie die Differenzwerte ΔΦ, AR um. Diese Werte werden als Sollwerte einem Summierer 5 zugeführt, der diese mit den mit einem Meßsystem M erfaßten Istwerten vergleicht. Die Regelabweichung wird der Lageregeleinrichtung L zugeführt, die die -Y-Position des Werkzeugs sowie die Winkellage Φ des Werkstücks steuert.

F i g. 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 Summierers 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 nachgeschaltet, der den arc tg des Ausgangssi-

gnals des Dividierers 3 bildet Der Funktionsgeber 6 kann beispielsweise mit einem PROM realisiert werden, in dem die entsprechenden Funktionswerte abgespeichert sind. Am Ausgang des Funktionsgebers 6 steht die gewünschte Φ-Koordinate an. Die Umrechnung der X-, V-Werte in die R, Φ-Werte kann natürlich ebenso software-mäßig erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine nach einer vorgegebenen Bahnkurve mit einer Polarkoordinaten verarbeitenden Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß für die Drehbearbeitung eines Werkstücks Bahnkurven mit im Polarkoordinatensystem winkelabhängigem Radius (R) 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 Koordinatenwandler in Polarkoordinaten umgewandelt werden, die der Steuereinheit zugeführt werden.