DE3304644C2 - - Google Patents
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- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
- G05B19/186—Generation of screw- or gearlike surfaces
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für das Gewindebearbeiten auf numerisch gesteuerten (NC-)Werkzeugmaschinen, bei der ein von einer zeitlichen Drehwinkeländerung des Werkstückes abhängiger Relativvorschub von Werkzeug zu Werkstück bei einem vorgegebenen Drehwinkel des Werkstückes durch einen Vorschubregelkreis wirksam gemacht ist.The invention relates to a control device for the Threading on numerically controlled (NC) machine tools, in which one of a temporal change in the angle of rotation of the workpiece Relative feed from tool to workpiece for a given one Angle of rotation of the workpiece effective through a feed control loop is made.
Aus der DE 28 21 760 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Drehteilen, insbesondere Gewindedrehteilen bekannt, bei der ein Folgefehler aus der Differenz zwischen einem ersten und einem zweiten Geschwindigkeitssignal bestimmt wird. Aufgrund des ermittelten Folgefehlers wird ein Werkzeug dann entlang seiner Bewegungsachse versetzt, und erst nachdem das Werkzeug seinen neuen Startpunkt erreicht hat, kann ein neuer Bearbeitungsvorgang eingeleitet werden. Die Bestimmung des Folgefehlers und das darauffolgende Anfahren des neuen Startpunktes ist sehr zeitaufwendig. Bei sehr großen Gewindesteigungen und/oder hoher Drehzahl kann der Folgefehler sehr groß werden, so daß eine Versetzung des Werkzeugschlittens vom Platzbedarf her problematisch werden kann.DE 28 21 760 A1 is a Device for producing turned parts, in particular threaded turned parts known in which a consequential error from the difference between a first and a second speed signal is determined. Based on the determined consequential error, a Tool then offset along its axis of movement, and first after the tool has reached its new starting point a new machining process can be initiated. The determination of the subsequent error and the subsequent approach to the new starting point is very time consuming. With very large thread pitches and / or high speed, the consequential error can become very large, so that the tool carriage is displaced from the space requirement can be problematic.
Beim Schneiden von Gewinden gibt ein mit der Hauptspindel gekuppelter Geber, d. h. ein Geber, der synchron zur Werkstückdrehzahl läuft, die Zuordnung zwischen Spindeldrehzahl und Vorschub von Werkzeug zu Werkstück. Über einen Interpolator kann dann entsprechend der programmierten Gewindesteigung die Vorschubgeschwindigkeit für die jeweilige Achse errechnet werden. Damit man Gewinde in mehreren Schnitten fertigen kann, beginnt der Vorschubstart bei jedem Schnitt ab der gleichen Winkelstellung des Werkstückes, die normalerweise von der Nullstellung des Gebers abgeleitet wird. Zum Schneiden mehrgängiger Gewinde kann die Startstellung mit Hilfe eines Zählers zur Gebernullstellung verschoben sein. Bei dieser bekannten Lösung müßten die Schnitte mit gleicher Geschwindigkeit, d. h. Spindeldrehzahl, ausgeführt werden, um unterschiedlichen Schleppabstand beim Schnitt zu vermeiden. Durch einen derartigen, unterschiedlichen Schleppabstand würde der Gewindegang versetzt werden.When cutting threads there is one coupled to the main spindle Donor, d. H. an encoder that is synchronous with the workpiece speed running, the assignment between spindle speed and feed from tool to workpiece. An interpolator can then be used the feed rate according to the programmed thread pitch can be calculated for the respective axis. In order to you can manufacture threads in several cuts, it starts Feed start at every cut from the same angular position of the workpiece, normally from the zero position of the Is derived. For cutting multi-start threads can set the start position to zero with the help of a counter be postponed. With this known solution cuts at the same speed, d. H. Spindle speed, run at different lag to avoid when cutting. Through such a different The thread pitch would be offset.
Ein Versatz des Gewindeganges tritt auf und wirkt in folgenden Fällen störend:An offset of the thread occurs and acts in the following Cases disturbing:
- - Beim Schruppen und Schlichten mit unterschiedlicher Spindeldrehzahl. Das Schruppen mit niedrigerer Drehzahl als beim Schlichten würde eine Leistungssteigerung durch stärkere Spanabnahme ermöglichen. Teilweise wird bereits der Gewindegangversatz befehlsmäßig vom Programmierer kompensiert, indem er die Startposition der Achse verlagert. Dies erfordert jedoch eine auf die Maschine zugeschnittene Programmierung, da der Versatz je Maschine unterschiedlich groß sein kann. Ferner ist für diesen Versatz nicht immer ausreichender Platz vorhanden, und zwar bedingt durch das Werkstück selbst oder durch den verfügbaren Maschinenfahrweg.- When roughing and finishing with different spindle speeds. Roughing at a lower speed than with Finishing would increase performance through stronger ones Allow chip removal. Sometimes the thread offset is already command compensated by the programmer by it shifts the starting position of the axis. However, this requires programming tailored to the machine, because the offset can be different for each machine. Further there is not always enough space for this offset, This is due to the workpiece itself or through the available machine path.
-
- Beim Finden des Gewindeganges für das Schneiden vorgeformter
Gewinde.
Das Abgleichen der Achse auf den gefundenen Gang wird möglichst bei Spindelstillstand oder bei Schleichdrehzahl vorgenommen, also abweichend von der erforderlichen Arbeitsdrehzahl.- When finding the thread for cutting preformed threads.
The adjustment of the axis to the gear found is carried out if possible when the spindle is at a standstill or at creep speed, i.e. deviating from the required working speed. -
- Beim Bohren von Gewinden mit Gewindebohrern mit nur kurzem
Längenausgleichsfutter. Bei Drehzahlreversierung tritt ein
Gangversatz vom doppelten Schleppabstand auf, der vom Längenausgleichsfutter
aufgenommen werden muß. Da die Länge des
Ausgleichsfutters begrenzt ist, müssen manchmal nachteilige
Kompromisse bei der Drehzahlwahl getroffen werden.
Darüber hinaus bestehen Wünsche, Gewinde auch ganz ohne Ausgleichsfutter bohren zu können, was mit der bisher üblichen Lösung wegen des Gangversatzes um den doppelten Schleppabstand nicht möglich ist.- When drilling threads with taps with only a short length compensation chuck. When reversing the speed, there is a gear offset of twice the following error, which must be absorbed by the length compensation chuck. Since the length of the compensating chuck is limited, sometimes disadvantageous compromises have to be made when choosing the speed.
In addition, there are wishes to be able to drill threads without a compensating chuck, which is not possible with the previously common solution because of the pitch offset by twice the following distance. - - Bei Temperaturgang der Spindeldrehzahl, wenn das Gewinde weder in Längsrichtung noch in Drehwinkelrichtung einen Versatz aufweisen darf, z. B., wenn das Gewindeende eines Längsgewindes einen definierten Auslauf in bezug auf eine Werkstückschulter haben muß.- With temperature change of the spindle speed, if the thread neither in the longitudinal direction nor in the rotational angle direction May have offset, e.g. B. if the thread end of a Longitudinal thread a defined outlet in relation to a Workpiece shoulder must have.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei unterschiedlichen Spindeldrehzahlen Gewinde ohne Versatz gefertigt werden können. The object of the present invention is accordingly to design a device of the type mentioned in the introduction, that even at different spindle speeds thread without Offset can be made.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils zum augenblicklichen Drehwinkel ein Kompensationswert addiert wird, der einem jeweiligen Quotienten aus dem beim augenblicklichen Drehwinkel vorliegenden Schleppfehler des Vorschubantriebs und einer Gewindesteigung proportional ist. Hierbei kann der Kompensationswert aus der Kreisverstärkung des Vorschubregelkreises, vorgegebenen Beschleunigungskennlinien und der Drehzahl des Werkstücks errechnet werden. Auf diese Weise ergibt sich eine derartige Kompensation auch bei unterschiedlichen Spindeldrehzahlen, daß im interesssierenden Bereich die tatsächlich in Abhängigkeit vom Drehwinkel zurückgelegte Wegstrecke dem Sollvorschub in Abhängigkeit von der Spindelbewegung entspricht.This object is achieved in that in each case a compensation value is added to the current angle of rotation is that of a respective quotient from that at the current Angle of rotation of the following error of the feed drive and is proportional to a thread pitch. Here can the compensation value from the loop gain of the feed control loop, predetermined acceleration characteristics and the Speed of the workpiece can be calculated. On in this way, such compensation also occurs different spindle speeds that I'm interested in Area actually covered depending on the angle of rotation Distance of the target feed depending on the Corresponds to spindle movement.
Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to a drawing; it shows
Fig. 1 das Prinzipschaltbild der Steuereinrichtung, Fig. 1 shows the principle circuit diagram of the control device,
Fig. 2 die Verhältnisse zwischen Schleppabstand des Vorschubs und Drehwinkel und Fig. 2 shows the relationship between the following error of the feed and angle of rotation and
Fig. 3 Beschleunigungskennlinien in Abhängigkeit von der Zeit. Fig. 3 acceleration characteristics as a function of time.
Von einem Motor 2 wird über die nicht gezeigte Hauptspindel das Werkstück 1 angetrieben, auf dem ein Gewinde in mehreren Schnitten hergestellt werden soll. Mit der Hauptspindel ist ein digitaler Impulsgeber 3 gekuppelt, der somit, wie durch die gestrichelte Verbindung zum Werkstück 1 angedeutet, synchron zum Werkstück 1 angetrieben wird. Die Pulse dieses Impulsgebers 3 werden in einem Zähler 4 summiert. Der Stand dieses Zählers 4 ist dann ein Maß für den jeweiligen Drehwinkel U. Die zeitliche Änderung delta U/delta T dieses Drehwinkels U, d. h., ein der Drehzahl w (=Winkelgeschwindigkeit) des Werkstücks 1 proportionales Signal, kann nach Multiplikation mit der Spindelsteigung L als Geschwindigkeitsführungsgröße des Lageregelkreises des Vorschubes benutzt werden. Diese Lösung ist bei der bekannten Ausführung vorgesehen, wobei das Wirksamwerden dieses Vorschubes durch den Nullstand des Zählers 4 ausgelöst wird, der seinerseits durch die Nullmarke im Impulsgeber 3 auf Null gesetzt wird. Bei einer derartigen Lösung ergibt sich nicht der dem Wert Zsoll entsprechende Vorschub in der Z-Achse in Abhängigkeit vom Drehwinkel U, sondern infolge des Schleppfehlers delta Z die gestrichelt gekennzeichnete Kennlinie Zist. Dieser Schleppabstand ist auf zwei Ursachen zurückzuführen: Zum einen auf die Kreisverstärkung kv des Lageregelkreises 12 des Vorschubmotors 13 für den Werkzeugschlitten 14 und andererseits auf die Beschleunigungskennlinien, d. h., der zeitlichen Änderung der Geschwindigkeit beim Aufschalten des Vorschubsollwertes.The workpiece 1 , on which a thread is to be produced in several cuts, is driven by a motor 2 via the main spindle (not shown ) . A digital pulse generator 3 is coupled to the main spindle and, as indicated by the dashed connection to workpiece 1 , is thus driven synchronously with workpiece 1 . The pulses of this pulse generator 3 are summed in a counter 4 . The status of this counter 4 is then a measure of the respective angle of rotation U. The change in time delta U / delta T of this angle of rotation U, ie a signal proportional to the speed w (= angular velocity) of the workpiece 1 , can be multiplied by the spindle pitch L can be used as the speed control variable of the position control loop of the feed. This solution is provided in the known embodiment, the effect of this feed being triggered by the zero position of the counter 4 , which in turn is set to zero by the zero mark in the pulse generator 3 . With such a solution there is not the value of Z corresponding to the feed in the Z-axis in dependence on the angle of rotation U, but because of the contouring error delta Z characteristic, the broken lines marked Z. This following error can be attributed to two causes: firstly to the circular gain k v of the position control loop 12 of the feed motor 13 for the tool slide 14 and secondly to the acceleration characteristics, ie the change in speed over time when the feed setpoint is applied.
Bei einer Kreisverstärkung kv des geschlossenen Lageregelkreises 12 für den Vorschubantrieb ergibt sich bei der Geschwindigkeit V der Schleppabstand hierzu:With a loop gain k v of the closed position control loop 12 for the feed drive, the following distance results at the speed V:
delta Zs = V/kv (1)delta Z s = V / k v (1)
Da infolge des Gewindes die Beziehung gilt:Since the relationship applies due to the thread:
V = wL (2)V = wL (2)
d. h.d. H.
und ferner auch noch die Beziehungand also the relationship
delta Z = L · U (4)delta Z = LU (4)
gilt, ergibt sich insgesamt für den Fehlerapplies, the total results for the error
delta US = delta Z/L = w/kv (5)delta U S = delta Z / L = w / k v (5)
Nimmt man ferner an, daß ein plötzlich vorgegebener Geschwindigkeitssollwert nicht schlagartig wirksam gemacht wird, sondern nach einer vorgegebenen Funktion, wobei delta T die Abtastzeit ist, wie z. B. in Fig. 3 näher angedeutet, so ergibt sich ein weiterer zusätzlicher Fehler in Z:If one also assumes that a suddenly specified speed setpoint is not suddenly activated, but according to a specified function, where delta T is the sampling time, such as. As indicated in more detail in FIG. 3, there is a further additional error in Z:
Daraus folgt dann der durch die Beschleunigung erzeugte Fehler zuThe error generated by the acceleration then follows from this to
Insgesamt gesehen ergibt sich also ein Nachlaufen folgenden Betrages in Z bzw. U:Seen overall, there is a following after Amount in Z or U:
delta Z = delta U · L = f (w) (8)delta Z = delta UL = f (w) (8)
beiat
Da der Schleppabstand delta Z eine Funktion der Drehzahl w ist, ist das Schneiden eines Gewindes in mehreren Schnitten mit unterschiedlicher Drehzahl normalerweise nicht möglich.Since the following error delta Z is a function of the speed w, is cutting a thread in multiple cuts with different speed normally not possible.
Erfindungsgemäß wird dies nun dadurch möglich, daß dem Drehwinkel U ein zusätzlicher Winkelwert delta U zugefügt wird und die Summe beider Winkel ausgewertet wird. Zur Erzeugung des Kompensationswertes delta U nach Gleichung (9) wird in einem Rechenglied 5 aus der zeitlichen Änderung des Drehwinkels U die Spindeldrehzahl w=delta U/delta T berechnet und mit dem Wert c=l/kv+½k delta T in einem Glied 6 multipliziert, so daß sich am Ausgang dieses Gliedes 6 der Wert delta U=c · w ergibt. Sei z. B. angenommen, daß der Zähler 4 bei einem Winkelstand von 1000 wieder auf 0 spränge, also hier das Nullsignal liefern würde, so käme, wenn z. B. delta U einem Kompensationswert von 30 Pulsen entspräche, bereits an der Summationsstelle 71 ein dem Wert 1000 entsprechendes Nullsignal zustande, obgleich der Zähler 4 selbst erst z. B. auf 970 stünde. Es wird also nicht die feste Nullmarke des Impulsgebers 3 ausgenutzt, sondern eine demgegenüber von der Kreisverstärkung und der Spindeldrehzahl abhängige, um den Wert delta U kompensierte "Nullmarke". Dieses Erkennen des Synchronisierpunktes veranlaßt eine Auswerteeinrichtung 7, durch Schließen des Schalters 11 den Vorschub des Lageregelkreises des Vorschubantriebes 13 wirksam zu machen. Der Sollwert für die Geschwindigkeit dieses Vorschubregelkreises wird in der Weise gebildet, daß in einem Glied 8 aus der zeitlichen Änderung des Drehwinkels U ein der Drehzahl w der Hauptspindel und damit des Werkstücks 1 proportionales Drehsignal w′ erzeugt wird. Dieses ergibt nach Multiplikation mit der Spindelsteigung L in einem Glied 9 die erforderliche Vorschubgeschwindigkeit vz.According to the invention, this is now possible in that an additional angle value delta U is added to the angle of rotation U and the sum of the two angles is evaluated. In order to generate the compensation value delta U according to equation (9), the spindle speed w = delta U / delta T is calculated in a computing element 5 from the change in the angle of rotation U over time and with the value c = l / k v + ½k delta T in one element 6 multiplied so that the value delta U = c · w results at the output of this element 6 . Be z. B. assumed that the counter 4 jumped back to 0 at an angular position of 1000, so here would deliver the zero signal, would come if z. B. delta U would correspond to a compensation value of 30 pulses, a zero signal corresponding to the value 1000 already occurs at the summation point 71 , although the counter 4 itself only z. B. would stand on 970. It is therefore not the fixed zero mark of the pulse generator 3 that is used, but rather a “zero mark” which is dependent on the loop gain and the spindle speed and is compensated for by the value delta U. This detection of the synchronization point causes an evaluation device 7 to make the feed of the position control loop of the feed drive 13 effective by closing the switch 11 . The setpoint for the speed of this feed control loop is formed in such a way that in a link 8 from the change in the angle of rotation U over time a speed w of the main spindle and thus of the workpiece 1 proportional rotary signal w 'is generated. After multiplication by the spindle pitch L in a link 9 this results in the required feed speed v z .
Durch das Regelglied 10 (Fig. 1), das als Beschleunigungskennliniengeber bezeichnet werden kann, wird eine sprunghafte Änderung der Geschwindigkeit vz in eine kontinuierliche Änderung Vz′ überführt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, in der beispielhaft drei Beschleunigungskennlinien angegeben sind, muß die Änderung der Geschwindigkeit in der konstanten Beschleunigungszeit k · delta T erfolgen. Der durch den Beschleunigungskennliniengeber 10 verursachte zusätzliche Folgefehler ist durch den Faktor ½ · k · delta T der Gleichung (9) berücksichtigt.The control element 10 ( FIG. 1), which can be referred to as an acceleration characteristic curve generator, converts an abrupt change in the speed v z into a continuous change V z '. As can be seen from FIG. 3, in which three acceleration characteristic curves are given by way of example, the change in speed must take place in the constant acceleration time k δ delta. The additional consequential error caused by the acceleration characteristic curve generator 10 is taken into account by the factor ½ · delta T of the equation (9).
Durch das Wirksammachen des Geschwindigkeitssollwertes vZ′ an einer Stelle, die um -delta U gegenüber derjenigen Winkelposition U versetzt ist, an der der Sollvorschub bei idealen Verhältnissen beginnen müßte, wird erreicht, daß sich die punktiert gezeichnete kompensierte Istkurve Zik einstellt.By making the speed setpoint v Z 'effective at a point which is offset by -delta U from that angular position U at which the nominal feed should begin under ideal conditions, the compensated actual curve Z ik shown in dotted lines is obtained.
Die vorstehend beschriebene Anordnung wird anhand von einzelnen Bausteinen dargestellt; in der Ausführung wird man sich natürlich häufig zur Realisierung der einzelnen Funktionen eines Rechners bedienen, in dem z. B. der zeitliche Abstand der Abfrage aus dem Rechentakt delta T abgeleitet ist.The arrangement described above is based on individual Blocks shown; in the execution one will Of course, often to implement the individual functions operate a computer in which, for. B. the time interval the query is derived from the computing clock delta T.
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE19833304644 DE3304644A1 (en) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | Control device for thread machining on numerically controlled machine tools (thread turn offset compensation) |
Publications (2)
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| DE3304644A1 DE3304644A1 (en) | 1984-08-16 |
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Family
ID=6190551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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