DE3700887C2

DE3700887C2 -

Info

Publication number: DE3700887C2
Application number: DE3700887A
Authority: DE
Inventors: Kenji Nagoya Aichi Jp Shirakata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-01-14
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1990-08-30
Also published as: DE3700887A1; US4811235A; JPS62163109A

Description

Die Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1

In einer Werkzeugmaschine, wie beispielsweise einer Drehbank, wird ein Werkstück zu einem Rotationskörper verarbeitet. Es wird der Bearbeitungsvorgang in einem Zylinderkoordinatensystem entsprechend den im Zylinderkoordinatensystem programmierten Befehldaten 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, daß die Verschiebungsbefehle für die Linearachsen im rechtwinkligen Koordinatensystem in Verschiebungsbefehle für eine Rotationsachse und die Linearachsen im Zylinderkoordinatensystem umgesetzt werden, 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.

Aus der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde liegenden DE-PS 30 33 202 ist ein Verfahren zur Werkzeugbahn-Interpolation bekannt, das sich mit der Interpolation zwischen einer Rundachse und einer karthesischen Achse befaßt. Hierbei dienen die in der Rundachse bei einem definierten Radius zu verfahrenden Wege steuerungsintern als in eine karthesische Koordinatenachse unter Berücksichtigung des tatsächlichen Radius transformierte Wege zusammen mit den zu verfahrenden Wegen in der karthesischen Koordinatenachse zur Interpolation. Die in der transformierten Rundachse anfallenden Koordinatenwerte werden zur Steuerung der Rundachse in auf den definierten Radius der Rundachse bezogene Werte rücktransformiert. Ein solches Verfahren ist für die Erfindung nicht geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine numerische Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in der Lage ist, ihre sämtlichen Achsen gleichzeitig zu interpolieren, um einen Fräsvorgang zu ermöglichen, bei welchem ein Befehl im leicht zu programmierenden rechtwinkligen Koordinatensystem automatisch in einen Befehl im Zylinderkoordinatensystem umgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird durch die numerische Steuervorrichtung der eingangs genannten Art in Verbindung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Das bedeutet, daß die erfindungsgemäße numerische Steuervorrichtung eine Fräsbearbeitung mit Hilfe einer Drehbank ausführt mittels Umsetzung des Verschiebungsbefehls im rechtwinkligen Koordinatensystem, welcher in die Steuervorrichtung als Programmdaten im rechtwinkligen Koordinatensystem eingegeben wurde, in einen Verschiebungsbefehl im Zylinderkoordinatensystem. Dieser Verschiebungsbefehl wird der Werkzeugmaschine zugeführt.

In vorteilhafter Weise werden die Differenzen der Koordinatenwerte im zylindrischen Koordinatensystem eines Zwischenpunktes und des jeweils vorausgehenden Zwischenpunktes ermittelt, um für jede Achse des zylindrischen Koordinatensystem pro Interpolationszeiteinheit ein Weginkrement zu erhalten. Diese so erhaltenen Weginkremente werden einer Achsenbewegungs-Ausgangsschaltung zugeführt. Diese Weginkremente bzw. die Achsenbewegungsausgangsschaltung veranlassen die Ansteuerung der der Rotationsachsen und der Linearachsen zugeordneten Motoren entsprechend den Weginkrementen.

In vorteilhafter Weise ist die Werkzeugmaschine eine Drehbank mit einem rotierenden Schneidwerkzeug.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

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) 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 Interpolationen 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=O, da die Mittelpunkte beider Koordinatensysteme zusammenfallen.

Wird ein erster Verschiebungsbefehl GOX(X _E)Y(Y _E) des rechtwinkligen Koordinatensystems eingegeben, so wird eine Interpolation, 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.

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 Interpolationsschaltung (3), eine Koordinaten-Umsetzschaltung (4) und eine Rechnerschaltung (5). Die Steuervorrichtung umfaßt ferner eine 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 Interpolationsschaltung (3) zugeführt, in der die Interpolation gemäß der Gleichung (1) durchgeführt wird, um nach einer Interpolationszeiteinheit 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 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 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 beim Bearbeiten des Werkstücks (W) gleichzeitig in drei Achsen interpoliert, wie wenn die Interpolation 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

1. Numerische Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einer Rotationsachse (C), mit rechtwinklig zueinander angeordneten Linearachsen (X, Y, Z), von denen eine mit der Rotationsachse zusammenfällt, mit einer eine Interpolierungsschaltung (3) enthaltenden Steuerschaltung (2) zur Interpolation zwischen der Rotationsachse (C) und mindestens einer Linearachse und mit einer Eingabevorrichtung zur Eingabe von Befehlen, insbesondere von Wegbefehlen,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Wegbefehle die Information über den vom Werkzeug entsprechend der gewünschten Werkstückkontur zurückzulegenden Weg in Koordinaten (X _s, Y_s, Z_s; X_E, Y_E, Z_E) des rechtwinkligen Koordinatensystems enthalten,
- daß die Interpolationsschaltung (3) auf der Basis eines Weginkrements ( Δ F) je Interpolationszeiteinheit ( Δ T) in Koordinaten des rechtwinkligen Koordinatensystems Zwischenpunkte (P _N≠(X _N, Y_N, Z_N) ermittelt,
- daß in einer Koordinatenumsetzschaltung (4) die so erhaltenen Koordinatenwerte der Zwischenpunkte (P _N) in Koordinatenwerte (R _N, Z_N, C_N) eines zylindrischen Koordinatensystems umgesetzt werden,
- daß in einer Rechnerschaltung (5) die Differenzen ( Δ R, Δ Z, Δ C) der Koordinatenwerte im zylindrischen Koordinatensystem eines Zwischenpunktes (P _N) und des jeweils vorausgehenden Zwischenpunktes (P _N-1) ermittelt werden, um für jede Achse (R, Z, C) des zylindrischen Koordinatensystems pro Interpolationszeiteinheit ( Δ T) ein Weginkrement ( Δ R, Δ Z, Δ C) zu erhalten, und
- daß die so erhaltenen Weginkremente ( Δ R, Δ Z, Δ C) einer Ausgangsschaltung (6) zugeführt werden, welche die Ansteuerung der der Rotationsachsen und der Linearachsen zugeordneten Motoren entsprechend den Weginkrementen ( Δ R, Δ Z, Δ C) veranlaßt.

2. Numerische Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine eine Drehbank mit einem rotierenden Schneidwerkzeug ist.