DE3706275C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Eine solche ist aus der EP-00 88 449 A bekannt.

Numerische Steuervorrichtungen mit einer Prozessorsteuerung werden in weitem Umfang dazu verwendet, automatische Arbeits­ vorgänge zu verwirklichen und die Bearbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen zu erhöhen.

Bei derartigen Werkzeugmaschinen wird ein Werkstück auf einem Aufspanntisch festgelegt und dieser längs einer X-Achse und einer Y-Achse auf der Grundlage von Daten bewegt oder parallel verschoben, die vorab eingegeben wer­ den, derart, daß das Werkstück einem Werkzeug, beispielsweise einem Schneidwerkzeug oder einem Bohrer gegenüberliegt. Nach einer derartigen Parallelverschiebung werden diese Werkzeuge um eine vorbe­ stimmte Strecke über die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse senkrecht zur X- und Y-Achse verschoben, um das Werkstück zu bearbeiten. Diese Werkzeuge werden so ange­ ordnet, daß sich beispielsweise eines auf der X-Achse zum Bearbeiten der Ebene des Werkstückes senkrecht zur X-Achse und das andere auf der Y-Achse zum Bearbeiten der Ebene senkrecht zur Y-Achse befindet, und sie werden in einer Inkremen­ taltranslation oder in absoluten Koordinaten verschoben. Es ist erforderlich, diese Werkzeuge so zu steuern, daß ihre Verschiebung synchron miteinander oder unabhängig voneinander erfolgen kann. Es kann auch erforderlich sein, ein Werkzeug in eine vektoriellen Richtung zu verschieben, in der die Ver­ schiebung aus mehrachsigen Anteilen besteht und daher synchron sein muß.

Die Prozeßdaten zum Steuern der Verschiebung des Aufspann­ tisches längs der X-Achse und der Y-Achse und zum Steuern der Verschiebung der Werkzeuge längs der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse werden in der numerischen Steuer­ vorrichtung als numerische Daten gespeichert.

Es ist üblich, die numerischen Daten in Achsen­ daten, Geschwindigkeitsdaten und Streckendaten aufzugliedern und diese Daten an separaten Bereichen einer Speicher­ einheit zu speichern, wie es in Fig. 3 der Zeich­ nung dargestellt ist.

In einer Speichereinheit 4 werden die Achsendaten zum Be­ zeichnen der Achse, längs der die Verschiebung zu erfolgen hat, die Geschwindigkeitsdaten zum Bezeichnen der Geschwin­ digkeit, mit der die Verschiebung längs der Achse erfolgen soll, und die Strecke, über die die Verschiebung längs der Achse erfolgen soll, jeweils in Speicherbereichen 41, 42, 43 gespeichert.

Die eingangs genannte, bekannte numerische Steuervorrichtung kann eine vektorielle Verschiebung durchführen. Die anteilige Verschie­ bung über mehrere Achsen erfolgt natürlich gleichzeitig, d. h. synchron miteinander. Bei der bekannten Vorrichtung ist es jedoch nicht möglich, mehrere Werkzeuge gleichzeitig so zu betreiben, daß sich jedes über eine Achse bewegt, die von den Achsen verschieden ist, über die sich die anderen Werkzeuge bewegen.

Durch die Erfindung soll daher, ausgehend von der eingangs genannten numerischen Steuervorrichtung, eine numerische Steuervorrichtung geschaffen werden, bei der die Verschiebung von Werk­ zeugen längs der X-Achse, der Y- und der Z-Achse gleichzeitig und synchron miteinander oder unabhängig voneinander gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur dazu benutzt werden, die oben erwähnten Werkzeugmaschinen zu steuern, sondern auch zur numerischen Steuerung von Robotern, die über mehrere Translationsachsen gesteuert werden oder Anlagen dienen, die mehrere Arme und Stell- oder Betätigungs­ glieder haben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbei­ spiels der numerischen Steuervor­ richtung,

Fig. 2 die Speicherbereiche des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen numerischen Steuervorrichtung,

Fig. 3 die Speicherbereiche einer herkömmlichen numerischen Steuervorrichtung und

Fig. 4 und 5 die Speicherbereiche in Fig. 2 jeweils im ein­ zelnen.

Fig. 1 zeigt eine numerische Steuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine. Numerische Steuerdaten, die in einem Lochstreifen 1 oder ähnlichem gespeichert sind, werden von einer Eingabeeinheit 2, beispielsweise einem Lochstreifen­ lesegerät ausgelesen und in einem Zentralprozessor 3, der im folgenden als CPU bezeichnet wird, in der erforderlichen Weise verarbeitet und anschließend in einer Speichereinheit 4 gespeichert. Auf Ausführungsbefehle ansprechend werden die numerischen Steuerdaten von der Speichereinheit 4 unter der Steuerung der CPU 3 ausgelesen und werden die erforderlichen Berechnungen in einer Recheneinheit 5 ausgeführt, um eine Werkzeugmaschine 7 über eine Antriebseinheit 6 zu steuern. Die numerische Steuervorrichtung steuert die folgenden drei Arten von Parallel­ verschiebungen, nämlich eine lineare Verschiebung, bei der zur selben Zeit eine Verschiebung längs einer Achse erfolgt, eine unabhängige Verschiebung, bei der eine Verschiebung von mehreren Werkzeugen gleichzeitig längs verschiedener Achsen erfolgt, ohne daß diese synchron miteinander betrieben werden,und eine synchrone Verschiebung, bei der gleichzeitig eine Verschiebung der Werkzeuge längs verschiedener Achsen oder eine Verschiebung eines Werkzeugs in vektorieller Rich­ tung erfolgt, wobei jeder axiale Anteil der Verschiebung gleichzeitig beginnt und endet.

Fig. 2 zeigt den Speicherinhalt der Speichereinheit 4 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Es sind ein Speicherbereich 41 zum Speichern der Daten der Verschiebungsachse, ein Speicherbereich 43 zum Speichern der Streckendaten, Speicherbereiche 421 zum Speichern von Synchron- Verschiebungs-Geschwindigkeitsdaten, ein Speicherbereich 422 zum Speichern von Geschwindigkeitsdaten für die unabhängige Verschiebung und ein Speicherbereich 440 zum Speichern von Achsendaten für die unabhängige Verschiebung vorgesehen.

Wenn die Daten für eine vektorielle Verschiebung bestimmt sind, die von mehreren Achsen gebildet wird, dann wird in der Recheneinheit 5 interpoliert, um eine gegebene vektorielle Verschiebung in eine Sammlung von axialen Anteilen infinite­ simaler Schritte sowohl in der Strecke als auch in der Ge­ schwindigkeit aufzulösen.

Die Interpolation schließt eine Linearinterpolation für die lineare vektorielle Verschiebung und eine Bogeninter­ polation für eine gekrümmte vektorielle Verschiebung ein. Diese Sammlung von Axialanteilen wird am Geschwindigkeits­ datenbereich 421 und am Streckendatenbereich 43 für die Synchronverschiebung gespeichert. Die Verschiebungsachsen werden im Verschiebungsachsendatenbereich 41 gespeichert. Wenn die Daten für die unabhängige Verschiebung bestimmt sind, dann werden sie zum Liefern der Verschiebungsachse, der Richtung und Strecke der Verschiebung längs dieser Achse und der Geschwindigkeit in dieser Richtung verarbei­ tet und am Achsendatenbereich 440 für die unabhängige Ver­ schiebung, am Speicherbereich 43 für die Streckendaten und am Geschwin­ digkeitsdatenbereich 422 für die unabhängige Verschiebung jeweils gespeichert.

Auf den Befehl der Ausführung der numerischen Steuerung werden die Daten von den entsprechenden Speicherbereichen der Speichereinheit 4 unter der Steuerung der CPU 3 ausge­ lesen und werden die sich ergebenden Daten, die in der Recheneinheit 5 berechnet wurden, zur Antriebseinheit 6 ausgegeben, um die Werkzeugmaschine 7 zu steuern. Die numerische Steuervorrichtung steuert die Werkzeugmaschine 7 bezüglich ihrer Geschwindigkeit und der Verschiebungsstrecke über die vorgeschriebene Achse, indem synchrone Verschiebun­ gen längs mehrerer Achsen oder eine Verschiebung längs einer einzigen Achse durchgeführt werden oder wird.

Somit kann die Bearbeitung eines Werkstückes nach Maßgabe der numerischen Daten erfolgen, die am Anfang vom oben beschriebenen Lochstreifen 1 eingegeben wurden.

Im folgenden wird als Beispiel eine gleichzeitige unabhängige Verschiebung beschrieben.

Ein Probebefehl
G 91G 01X 100Y 100Fx 500Fy 1000
wird in der folgenden Weise ausgeführt.

G 91 bedeutet eine Inkrementalverschiebung und G 01 eine Schneidstrecke oder einen Schneidhub in diesem Befehl. Ein Werkzeug wird längs der X-Achse 100 mm aus der vorliegenden Position mit einer Geschwindigkeit von 500 mm pro Minute (Fx 500) verschoben, und ein anderes Werkzeug wird längs der Y-Achse 100 mm von der vorliegenden Position mit einer Geschwindigkeit von 1000 mm pro Minute (Fy 1000) verschoben.

Die Werkzeuge werden unabhängig voneinander längs der X-Achse und der Y-Achse mit verschiedenen Geschwindigkeiten verschoben.

Der oben beschriebene Arbeitsvorgang wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Die oben definierten Daten, die am Lochstreifen 1 aufgezeichnet sind, werden in die CPU 3 über die Eingabeeinheit 2 eingegeben.

Die CPU 3 entschlüsselt die Daten und speichert die Kodie­ rungen für die Achsen X und Y im Speicherbereich 41 für die Verschiebungsachsendaten, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Da keine Synchronverschiebungs­ geschwindigkeit in diesem Befehl eingeschlossen ist, wird im Geschwindigkeitsdatenbereich 421 für eine Synchronver­ schiebung eine Null gespeichert. Numerische Daten 500 wer­ den an der Speicheradresse, die der X-Achse entspricht, im Geschwindigkeitsdatenbereich 422 für die unabhängige Ver­ schiebung gespeichert, und numerische Daten 1000 werden an der Speicheradresse, die der Y-Achse entspricht, des Ge­ schwindigkeitsdatenbereiches 422 für die unabhängige Ver­ schiebung gespeichert. Numerische Daten 100 werden an der Speicheradresse, die der X-Achse entspricht, des Strecken­ datenbereiches 43 gespeichert, und numerische Daten 100 werden an der Speicheradresse, die der Y-Achse entspricht, im Streckendatenbereich 43 gespeichert. Die Kodierungen für die Achsen X und Y werden im Achsendatenbereich 440 für die unabhängige Verschiebung gespeichert. Die Antriebseinheit 6 betreibt die Werkzeugmaschine 7 in einer ununterbrochenen gleich­ mäßigen Bewegung über eine Reihe aus einer großen Anzahl von infinitesimalen Schritten.

Die infinitesimalen Anteile der Geschwindigkeit und der Verschiebungsstrecke längs jeder Achse werden in der Rechen­ einheit 5 unter der Steuerung der CPU 3 auf der Grundlage der Streckendaten 100 und der Geschwindigkeitsdaten 500 für die X-Achse und der Streckendaten 100 und der Geschwindigkeits­ daten 1000 für die Y-Achse berechnet.

Die sich ergebenden Daten werden zur Antriebseinheit 6 aus­ gegeben, und gleichzeitig erfolgt eine unabhängige Verschie­ bung längs der X-Achse und der Y-Achse.

Im folgenden wird beispielsweise eine Synchronverschiebung beschrieben.

Ein Probebefehl
G 91G 01X 100Y 100Z 100Fxy 500Fy 1000
wird in der folgenden Weise ausgeführt.

Es gibt den Fall, in dem die Verschiebungen längs der X- und der Y-Achse synchron miteinander erfolgen und in dem die Verschiebung längs der Z-Achse unabhängig von den zuerst genannten Verschiebungen ist.

Kodierungen für die Achsen X, Y und Z werden im Speicherbereich 41 für die Verschiebungsachsendaten gespeichert, und ein Geschwindigkeitsvektor 500 (Fxy 500) mit seinen Anteilen auf der X- und der Y-Achse wird im Geschwindigkeitsdatenbereich 421 für die Synchronverschie­ bung gespeichert.

Sowohl im Speicherbereich, der der X-Achse entspricht, als auch im Speicherbereich, der der Y-Achse entspricht, des Geschwindigkeitsdatenbereiches 422 für die unabhängige Ver­ schiebung wird eine Null gespeichert. Numerische Daten 1000 werden in dem der Z-Achse entsprechenden Speicherbereich des Geschwindigkeitsdatenbereiches 422 für die unabhängige Ver­ schiebung gespeichert. Numerische Daten 100 werden in den Speicherbereichen, die der X-Achse, der Y-Achse und der Z- Achse jeweils entsprechen, des Streckendatenbereiches 43 gespeichert.

Eine Kodierung für die Achse Z wird im Achsendatenbereich 440 für die un­ abhängige Verschiebung gespeichert.

Es erfolgt eine Berechnung in der Recheneinheit 5 auf der Grundlage der Geschwindigkeit von 500 mm pro Minute, der Strecken­ daten 100 für die X-Achse und der Streckendaten 100 für die Y-Achse, um eine Gruppe von infinitesimalen Anteilen der Geschwindigkeit und der Strecke für die X- und die Y-Achse in Form von Signalen zu liefern, mit denen die Antriebs­ einheit 6 arbeiten kann.

Es wird eine weitere Berechnung in der Recheneinheit 5 auf der Grundlage der Streckendaten 100 und der Geschwin­ digkeit 1000 mm pro Minute für die Z-Achse durchgeführt, um für diese Achse eine Gruppe von infinitesimalen Anteilen in Form von Signalen zu liefern, mit denen die Antriebseinheit 6 arbeiten kann.

Diese Daten werden an die Antriebseinheit 6 ausgegeben, und die Antriebseinheit 6 führt damit eine synchrone Verschiebung längs der X- und der Y-Achse sowie eine unabhängige Ver­ schiebung längs der Z-Achse durch.

Claims (3)

1. Numerische Steuervorrichtung für eine Maschine, mit einem Zentralprozessor (CPU) zum Verarbeiten von Daten, die zur Durchführung der numerischen Steuerung eingegeben und in einer Speichereinheit gespeichert werden, um Verschiebungen längs mehrerer Achsen aufgrund der verarbeiteten Daten zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit verschiedene Speicherbereiche (41, 43, 421, 422, 440) zum Speichern von Verschiebungsachsendaten, Streckendaten, Geschwindigkeitsdaten für eine synchrone Verschiebung längs mehrerer Achsen, Geschwindigkeitsdaten für eine unabhängige Verschiebung längs der übrigen, nicht synchron verschobenen Achsen und Achsendaten für die unabhängige Verschiebung enthält und die Verschiebungen längs der mehreren Achsen, unabhängig oder synchron auf der Grundlage der Daten gesteuert werden, die von den Speicherbereichen (41, 43, 421, 422, 440) durch den Zentralprozessor (3) gelesen werden.

2. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Recheneinheit (5), die die Daten, die von den Speicherbereichen (41, 43, 421, 422, 440) über den Zentralprozessor (3) gelesen werden, umrechnet, um numerische Steuerdaten zu erhalten.

3. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Antriebseinheit (6), die die numerischen Steuerdaten von der Recheneinheit (5) über den Zentralprozessor (3) empfängt und diese auf die Maschine, eine zu steuernde Werkzeugmaschine (7), überträgt.