DE3700887A1 - Numerische steuervorrichtung - Google Patents

Numerische steuervorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung und insbesondere eine derartige Vorrichtung für eine Werkzeugmaschinenanordnung mit einer Rotationsachse und einem Paar Linearachsen, die senkrecht zueinander und zur Rotationsachse verlaufen, wobei die Steuervorrichtung in der Lage ist, gleichzeitig die drei Achsen entsprechend einem Verschiebungsbefehl in einem leicht programmierbaren, rechtwinkligen Koordinatensystem zu interpolieren.
In einer Werkzeugmaschine, wie beispielsweise einer Drehbank, wird ein Werkstück zu einem Rotationskörper bearbeitet und daher wird der Bearbeitungsvorgang in einem Zylinderkoordinatensystem, entsprechend den in einem Zylinderkoordinatensystem programmierten Befehlen gesteuert. Soll das Werkstück eine andere Formgebung als ein Rotationskörper erhalten, so wird gewöhnlich eine Fräsmaschine verwendet, die Steuerachsen in einem rechtwinkligen Koordinatensystem aufweist.
Wird das Werkstück mittels einer Drehbank mit Hilfe einer numerischen Steuervorrichtung gefräst, so ist es erforderlich, die Verschiebungsbefehle für die Linearachsen im rechtwinkligen Koordinatensystem in Verschiebungsbefehle für eine Rotationsachse und die Linearachsen im Zylinderkoordinatensystem umzusetzen, was eine sehr komplizierte Programmierung erfordert. Da eine derartige Umsetzung gewöhnlich manuell vorgenommen wird, ist die Anzahl der Stichproben begrenzt, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtert wird im Vergleich zu einer Werkzeugmaschine, die Steuerachsen im rechtwinkligen Koordinatensystem aufweist.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorausgehend aufgeführten Schwierigkeiten realisiert und der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine numerische Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Drehbank mit Steuerachsen im zylindrischen Koordinatensystem zu schaffen, das in der Lage ist, alle ihre Achsen gleichzeitig zu interpolieren, damit ein Fräsvorgang erfolgen kann, bei welchem automatisch ein Befehl im leicht zu programmierenden rechtwinkligen Koordinatensystem in einen Befehl im Zylinderkoordinatensystem umgesetzt wird.
Eine erfindungsgemässe numerische Steuervorrichtung umfasst eine Interpolierungsschaltung, die auf einen Verschiebungsbefehl in einem rechtwinkligen Koordinatensystem anspricht, der von einem Bearbeitungsprogramm zur Erzielung eines Koordinatenwertes eines Schneidwerkzeuges nach einer Interpolierungszeiteinheit geliefert wird, eine Koordinatenumsetzschaltung zum Umsetzen des Koordinatenwertes in einen Koordinatenwert in einem zylindrischen Koordinatensystem und eine Achsverschiebung-Rechnerschaltung, die auf die Differenz zwischen einem laufenden Zylinderkoordinatenwert und einem vorausgehenden Zylinderkoordinatenwert anspricht, um die Verschiebungsgrössen längs der jeweiligen Achsen für die Interpolierungszeiteinheit zu berechnen, so dass ein Werkstück mittels einer Drehbank gefräst werden kann, die die Rotationsachse und die beiden Linearachsen aufweist, deren Verschiebungsgrössen durch gleichzeitiges Interpolieren geliefert werden.
Das heisst, die erfindungsgemässe numerische Steuervorrichtung ermöglicht eine Fräsbearbeitung mittels einer Drehbank mit Hilfe der Umsetzung des Verschiebungsbefehls im rechtwinkligen Koordinatensystem, der in die Steuervorrichtung als Programmdaten im rechtwinkligen Koordinatensystem eingegeben wurde, in einen Verschiebungsbefehl im Zylinderkoordinatensystem, der der Werkzeugmaschine zugeführt wird.
Die eingangs genannte Aufgabenstellung wird erfindungsgemäss durch eine numerische Steuervorrichtung für eine Mehrachsen-Werkzeugmaschinenanordnung gelöst, die eine Rotationsachse und ein Paar Linearachsen aufweist, die rechtwinklig zueinander und zur Rotationsachse verlaufen und die gekennzeichnet ist durch eine Interpolierungsschaltung, die auf einen Verschiebungsbefehl eines rechtwinkligen Koordinatensystems anspricht, der von einem Bearbeitungsprogramm eingegeben wurde, um nach einer Interpolierungszeiteinheit einen Koordinatenwert zu erhalten, eine Koordinaten-Umsetzschaltung zum Umsetzen des Koordinatenwertes in einen Wert des zylindrischen Koordinatensystems und eine Achsverschiebung-Rechnerschaltung, die auf die Differenz zwischen dem zylindrischen Koordinatenwert und einem vorausgehend umgesetzten vorausgehenden zylindrischen Koordinatenwert anspricht, um eine Verschiebungsgrösse für jede der Achsen für die Interpolierungszeiteinheit zu berechnen, so dass eine Bearbeitung mittels einer gleichzeitigen Dreiachsen-Interpolierung erfolgt, indem der Verschiebungsbefehl des rechtwinkligen Koordinatensystems in den Verschiebungsbefehl des zylindrischen Koordinatensystems umgesetzt wird.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Einstellung eines Werkstückes im rechtwinkligen Koordinatensystem in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2 ein Bearbeitungsschema für das Werkstück nach Fig. 1, und
Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die erfindungsgemässe Steuervorrichtung darstellt.
Es wird nunmehr auf die bevorzugte Ausführungsform Bezug genommen.
In Fig. 1 ist ein Werkstück (W) mittels eines (nicht dargestellten) Schneidwerkzeuges einer (nicht dargestellten) drei Achsen aufweisenden Drehbank zu bearbeiten, die eine Rotationsachse (C) und rechtwinklige Achsen (X, Z) aufweist, die rechtwinklig zur Rotationsachse (C) verlaufen. Das Schneidwerkzeug kann ein Fingerfräser sein.
Der Buchstabe (O) stellt den Mittelpunkt eines zylindrischen Koordinatensystems eines Programms der Drehbank dar, wobei die verschiedenen Punkte durch die Koordinatenwerte (R, Z, C) gegeben werden. Ein Schneidwerkzeug wird zuerst entsprechend einem Befehl eines einleitenden Einstellprogramms GOX(R S )Z(Z S ) zu einem Startpunkt (S) geführt, der durch einen Zylinderkoordinatenwert P S =(R s , Z s , C s ) dargestellt wird und zwar mittels üblichen Interpolierens.
Um eine gestrichelt dargestellte Planfläche des Werkstückes (W) zu erhalten, werden die Achsen (X, C 0) verwendet. Damit das Schneidwerkzeug längs einer Geraden (SE) in Fig. 2 bewegt wird, und zwar mittels Befehlen an die Achsen (X, C), ist es erforderlich, ihnen jeweils Bewegungsblockbefehle (Delta F) zu erteilen.
Erfindungsgemäss wird eine Linearachse (Y), die rechtwinklig zu den Linearachsen (X, Z) verläuft, zugrunde gelegt und mit Befehlen versehen. Die vorliegende numerische Steuervorrichtung führt Interpolierungen mit den Achsen (X, C) aus, indem lediglich die Koordinaten eines Endpunktes E(X E , Y E ) angewiesen werden, die Werkzeugmaschine derart zu steuern, dass das Schneidwerkzeug sich längs der Geraden (SE) bewegt.
Die internen Koordinatendaten der vorliegenden numerischen Steuervorrichtung umfassen nicht nur die Zylinderkoordinatendaten, sondern auch rechtwinklige Koordinatendaten P S ′(X S , Y S , Z S ), wobei X S =R S und Y S =0, da die Mittelpunkte beider Koordinatensystem zusammenfallen.
Wird ein erster Verschiebungsbefehl GOX(X E )Y(Y E ) des rechtwinkligen Koordinatensystems eingegeben, so wird eine Interpolierung, die durch die nachfolgende Gleichung (1) dargestellt wird, in der numerischen Steuervorrichtung auf der Basis der Verschiebungsgrösse (Delta F) je Interpolationszeiteinheit (Delta T) vorgenommen, um die Koordinaten P N =(X N , Y N , Z N ) im rechtwinkligen Koordinatensystem zu erhalten.
X N = X N-1 + Delta F*cos alpha
Y N = Y N-1 + Delta F*sin alpha (1)
Z N = Z N-1
Es sei angenommen, dass (L) die Verschiebungsgrösse darstellt, die durch den Befehl GOX(X E )Y(Y E ) angezeigt wird.
cos alpha = (X E -X S )/L und sin alpha = (Y E -Y S )/L
Anschliessend wird der so erhaltene Koordinatenwert in einen Koordinatenwert des Punktes P N =(R N , Z N , C N ) im zylindrischen Koordinatensystem, entsprechend nachfolgenden Gleichungen, umgesetzt.
R N = √X N 2 + Y N 2
Z N = Z N (2)
C N = tan-1(Y N /X N )*180/pi
Das heisst, wenn sich das Schneidwerkzeug jeweils längs der Achsen (X, Z) um (Delta R) und (Delta Z) bewegt, und das Werkstück (W) sich um Delta C=C N -C N-1′ dreht, so bewegt sich das Werkzeug längs der Geraden (SE), um dadurch eine Art Fräsen vorzunehmen.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der numerischen Steuervorrichtung gemäss der Erfindung, die eine Steuerschaltung (2) umfasst, der ein Bearbeitungsprogramm (1) zugeführt wird. Die Steuerschaltung (2) enthält eine Interpolierungsschaltung (3), eine Koordinaten-Umsetzschaltung (4) und eine Achsverschiebung-Rechnerschaltung (5). Die Steuervorrichtung umfasst ferner eine Achsbewegung-Ausgangsschaltung (6), eine Impulsabgabeschaltung (7), eine Servoeinheit (8), einen Motor (9) und einen Sensor (10), der dem Motor zugeordnet ist, der mit der Werkzeugmaschine (11) verbunden ist.
Wird beim Betrieb ein Befehl (G 11) des rechtwinkligen Koordinatensystems zugeführt, so werden Bewegungsbefehle (X, Y, Z) vom Bearbeitungsprogramm der Interpolierungsschaltung (3) zugeführt, in der die Interpolierung gemäss der Gleichung (1) durchgeführt wird, um nach einer Interpolierungszeiteinheit Koordinatenwerte (X N , Y N , Z N ) zu ergeben.
Anschliessend werden diese Koordinatenwerte in der Koordinaten-Umsetzschaltung (4) unter Verwendung der Gleichung (2) in Zylinderkoordinatenwerte (R N , Z N , C N ) umgesetzt. Die Achsbewegung-Rechnerschaltung (5) differenziert diese Werte von den vorausgehenden Werten R N-1, Z N-1 und C N-1, um die Differenzen (Delta R, Delta Z, Delta C) zu erhalten, die die Bewegungsgrössen des Werkzeuges in den jeweiligen Achsen für die Interpolierungszeiteinheit (Delta T) darstellen und wie folgt lauten:
Delta R = R N - R N-1
Delta Z = Z N - Z N-1
Delta C = C N - C N-1
Diese Werte werden der Achsbewegung-Ausgangsschaltung (6) zugeführt, deren Ausgangsklemme an die Impulsabgabeschaltung (7) angeschlossen ist. Ein Ausgangsimpuls der Impulsabgabeschaltung (7) wird dazu verwendet, die Servoeinheit (8) zu betätigen und damit den Motor (9) anzutreiben. Der Sensor (10) erfasst eine Drehbewegungsgrösse des Motors, die zur Servoeinheit (8) rückgekoppelt wird, um die Drehung des Motors (10) zu regulieren. Somit wird das Werkstück (W) mit den gleichzeitigen drei Achseninterpolierungen bearbeitet, wie wenn die Interpolierung durch Steuerachsen des rechtwinkligen Koordinatensystems erfolgen würde.
Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform (G 11) als Befehl des rechtwinkligen Koordinatensystems verwendet wird, können andere G-Code, die nicht zum Einsatz kommen, verwendet werden.
Wie vorausgehend erwähnt wurde, wird erfindungsgemäss der Befehl des rechtwinkligen Koordinatensystems in einen Befehl des Zylinderkoordinatensystems umgesetzt, der der Werkzeugmaschine zugeführt wird. Die Umsetzung erfolgt bei jeder winzigen Interpolierungszeiteinheit innerhalb der Vorrichtung. Daher kann die Fräsmaschine realisiert werden, indem lediglich der Befehl des rechtwinkligen Koordinatensystems zugeführt wird, der üblicherweise leicht als Bearbeitungsprogramm programmierbar ist.

Claims (2)

1. Numerische Steuervorrichtung für eine Mehrachsen-Werkzeugmaschinenanordnung, die eine Rotationsachse und ein Paar Linearachsen aufweist, die rechtwinklig zueinander und zur Rotationsachse angeordnet sind, gekennzeichnet durch, eine Interpolierungsschaltung (3), die auf einen Verschiebungsbefehl eines rechtwinkligen Koordinatensystems anspricht, der von einem Bearbeitungsprogramm eingegeben wurde, um nach einer Interpolierungszeiteinheit einen Koordinatenwert zu erhalten, eine Koordinaten-Umsetzschaltung (4) zum Umsetzen des Koordinatenwertes in einen Wert des zylindrischen Koordinatensystems und eine Achsverschiebung-Rechnerschaltung (5), die auf die Differenz zwischen dem zylindrischen Koordinatenwert und einem vorausgehend umgesetzten vorausgehenden zylindrischen Koordinatenwert anspricht, um eine Verschiebungsgrösse für jede der Achsen für die Interpolierungszeiteinheit zu berechnen, so dass eine Bearbeitung mittels einer gleichzeitigen Dreiachsen-Interpolierung erfolgt, indem der Verschiebungsbefehl des rechtwinkligen Koordinatensystems in den Verschiebungsbefehl des zylindrischen Koordinatensystems umgesetzt wird.
2. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine eine Drehbank mit einem umlaufenden Schneidwerkzeug ist.
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