DE3707579A1 - Numerische steuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung, die die Position einer Werkzeugmaschine bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstückes steuert, indem ein diesbezüglicher numerischer Befehl geliefert wird, um dadurch eine leichte, genaue und wirksame Bearbeitung des Werkstückes in eine komplexe Formgebung zu erzielen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine numerische Steuervorrichtung mit einem Anzeigesystem, das in der Lage ist, die Bewegung des Werkzeuges gegenüber dem Werkstück, abhängig von dem numerischen Befehl, in einem Simulationsbetrieb oder in einem Echtzeit-Anzeigebetrieb darzustellen.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bekannten Werkzeugmaschine mit einer umlaufenden Welle (C-Achse), die durch eine numerische Steuervorrichtung gesteuert wird. Diese Maschine stellt eine Art einer Verbund-Drehbank dar, die kontinuierlich nicht nur ein Drehen, sondern auch ein Fräsen des Werkzeuges, beispielsweise ein Bohren, vornimmt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen (1) einen Induktionsmotor, (2) einen Servomotor, (3) eine Hauptwelle (C-Achse), (5) ein Werkstück, das auf der Hauptwelle (3) montiert ist, (6) einen Bohrer, (7) eine Vorrichtung zum Antrieb des Bohrers (6), die abnehmbar an der Maschine befestigt ist, (9) ein Schneidwerkzeug und (10) einen Revolverkopf zur Steuerung der Bewegung in Richtung der X- und Z-Achse des Bohrers (6) der Vorrichtung (7) und des Schneidwerkzeuges (9).

Der Bearbeitungsvorgang mit der in Fig. 1 dargestellten Verbund-Drehbank wird anschliessend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel der erzielten Formgebung des Werkstückes darstellt.

Um es der Verbund-Drehbank zu ermöglichen, als Drehbank zu arbeiten, wird der Induktionsmotor (1) zunächst mit der Hauptwelle (3) gekoppelt, um das Werkstück (5) mit einer Umlaufgeschwindigkeit zu drehen, die durch einen zugeführten Befehl bestimmt ist. Anschliessend wird das Werkzeug (9) auf dem Revolverkopf (10) befestigt und dreht das Werkstück (5), um die in Fig. 2 dargestellten Abschnitte (5 a, 5 b) zu erzeugen, wobei die Werkzeugbewegungen in Richtung der X- und Z-Achse durch eine numerische Steuervorrichtung NC (21) gesteuert werden, die mit der Drehbank verbunden ist. Anschliessend wird, um die Betriebsart auf kontinuierlichen Fräsbetrieb umzustellen, die Welle (3) mit dem Servomotor (12) gekoppelt und die Position des Werkstückes (5) wird numerisch gesteuert, indem die Welle (C-Achse) gedreht wird, die als umlaufende Welle zur Positionssteuerung entsprechend einem Steuerbefehl von der numerischen Steuervorrichtung NC (21) dient.

In diesem Falle ist der Bohrer (6) an der Vorrichtung (7) befestigt und kann mit hoher Geschwindigkeit umlaufen. Unter Steuerung der numerischen Steuervorrichtung NC (21) wird die Hauptwelle (3) in einer vorgegebenen Richtung um einen Betrag von 45° gedreht, so dass sie aufeinanderfolgend auf die acht Löcher (5 c 1-5 c 8) positioniert wird, die in Fig. 2 dargestellt sind. Nachdem die Hauptwelle (3) in der vorausgehend beschriebenen Weise positioniert wurde, wird das Werkstück (5) gefräst, um die in Fig. 2 dargestellte fertige Formgebung zu erhalten, wobei die Bewegung des Revolverkopfes (10) in Richtung der Z- und Y-Achse durch die numerische Steuervorrichtung NC (21) gesteuert wird.

Eine üblicherweise zur Steuerung des Betriebes der vorausgehend beschriebenen Verbund-Drehbank verwendete numerische Steuervorrichtung ist mit einer Bildschirmröhren-Anzeige (14 a) versehen, die die Bearbeitungsbahn des an der Verbund-Drehbank befestigten Schneidwerkzeuges (9) gemäss Fig. 3 darstellt. Jedoch ist die Bearbeitungsbahn eines Werkzeuges, wie beispielsweise eines beim Fräsen verwendeten Bohrers, dessen Bewegung von der entsprechenden Bewegung der C-Achse begleitet wird, nicht auf der Bildschirmröhren-Anzeige (14 a) angezeigt. Dies macht es für die Bedienungsperson schwierig, den Fortschritt des Fräsens des Werkstückes bezüglich der Art des gebohrten Loches zu überprüfen (beispielsweise, ob es sich um ein durchgehendes Loch oder ein Sackloch handelt) oder bezüglich der Tiefe einer entstehenden Nut.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine numerische Steuervorrichtung zu schaffen, bei welcher die vorausgehend beschriebenen Schwierigkeiten nicht auftreten und die in der Lage ist, die Gestalt eines Werkstückes entsprechend einem Steuerbefehl von einer Zentraleinheit (CPU) anzuzeigen und ferner die Bearbeitungsbahnen des Werkzeuges anstelle der Bewegung des Werkstückes. Die Anzeige der Bearbeitungsbahn erfolgt entsprechend den Daten bezüglich der Bewegung der Bearbeitungswerkzeuge relativ zum zu bearbeitenden Werkstück, die auf der Basis eines Bewegungsbefehlssignals für das Werkstück erhalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung, die zusammengefasst ein Ausführungsbeispiel einer üblichen Verbund-Drehbank zeigt, die durch eine numerische Steuervorrichtung (NC) gesteuert wird,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erzielten Formgebung eines Werkstückes,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Anzeige einer üblichen Anzeigevorrichtung der numerischen Steuervorrichtung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen numerischen Steuervorrichtung (NC),

Fig. 5a und 5b eine Vorderansicht und eine Seitenansicht eines Werkstückes, das jeweils auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt wird,

Fig. 6a und 6b Darstellungen der Bearbeitungsbahnen von bearbeitenden Werkzeugen, die jeweils auf der Vorder- und Seitenansicht überlagert sind, die in Fig. 5a und 5b dargestellt sind,

Fig. 7a und 7b Darstellungen der Vorderansicht und der Seitenansicht des Werkstückes, die jeweils auf der Anzeigevorrichtung angegeben wird,

Fig. 8 eine Betriebsablaufdarstellung zur Darstellung der Bearbeitungsbahnen relativ zum Werkstück,

Fig. 9, 10 und 11 schematische Erläuterungen zur Beschreibung der Anzeige einer Werkzeugbahn und der Drehbewegung des Werkstückes um die C-Achse,

Fig. 12a und 12b jeweils eine Vorderansicht und eine Seitenansicht des dargestellten Werkstückes,

Fig. 13a und 13b jeweils eine Darstellung der Bearbeitungsbahn eines Bearbeitungswerkzeuges, wie beispielsweise eines Bohrers, in der Vorderansicht und der Seitenansicht gemäss den Fig. 12a und 12b, und

Fig. 14a und 14b eine Darstellung der Bearbeitungsbahnen von Bearbeitungswerkzeugen, wie beispielsweise eines Schneidwerkzeuges und des Bohrers in der Vorderansicht und der Seitenansicht gemäss jeweils den Fig. 12a und 12b.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anschliessend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen numerischen Steuervorrichtung. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen (11) eine Zentraleinheit (CPU); (12) eine Dateneingabeeinheit zur Eingabe numerischer Daten, bezüglich der Gestalt eines zu bearbeitenden Werkstückes und bezüglich der Bearbeitungsbahnen der Werkzeuge relativ zum Werkstück, in die Zentraleinheit (11), wobei die numerischen Daten von einer (nicht dargestellten) Programmierungseinheit geliefert werden; (13) eine Speichereinheit zur Speicherung numerischer Daten aus der Zentraleinheit (11); (14) eine Anzeigeeinheit für eine geometrische Figur, die abhängig von einem Steuersignal von der Zentraleinheit (11) die Ausbildung des Werkstückes (5) und die Bearbeitungsbahnen des Bearbeitungswerkzeuges relativ zum Werkstück (5) darstellt, wobei die Anzeigeeinheit (14) eine Bildschirmröhrenanzeige (14 a) und eine Bildschirmröhren-Steuereinheit (14 b) umfasst; und (15) eine Steuereinheit der Werkzeugmaschine zur Steuerung einer Werkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Verbund-Drehbank, abhängig von dem Steuerbefehl aus der Zentraleinheit (11), wobei die Steuereinheit (15) einen Ausgabeabschnitt (15 a) für ein Befehlssignal für den Werkzeugantrieb und einen Steuerabschnitt (15 b) der Werkzeugmaschine umfasst.

Die numerischen Daten für die Eingabe in die Zentraleinheit (11), die die äussere Ausbildung des Werkstückes (5) angeben, umfassen fünf (X, Z) Koordinatenwerte, nämlich P 1 (X1, Z1), P 2 (X2, Z2), P 3 (X3, Z3), P 4 (X4, Z4) und P 5 (X5, Z5), um beispielsweise fünf Punkte des Werkstückes festzulegen. Für eine Anzeige des Aufbaus des Werkstückes (5) auf der Basis dieser somit eingegebenen Koordinatenwerte, wird eine Seitenansicht des Werkstückes (5) erhalten, indem die jeweiligen Punkte (P 1, P 2, P 3, P 4, P 5) mit Geraden, gemäss Fig. 5b, verbunden werden, während eine Vorderansicht des Werkstückes durch eine Kombination zweier Kreise erhalten wird, deren Radien gemäss Fig. 5a den Abstand der jeweiligen Punkte von der Z-Achse angeben.

Ein Ausführungsbeispiel der numerischen Daten, die die Bearbeitungsbahn des Werkzeuges angeben, ist wie folgt:

was bedeutet, dass der Drehvorgang vom Ausgangspunkt (X=2000, Z=-3000) bis zum Endpunkt (X=2000, Z=-6000) durchgeführt wird. Soll die Bearbeitungsbahn auf der Basis dieser numerischen Daten angezeigt werden, so werden die Bearbeitungsbahnen dargestellt, wie wenn sie sich auf einer geraden Linie (100) gemäss Fig. 6b) sowie längs eines gestrichelten Bogens (101) in einer durch die X- und Z-Achse definierten Ebene bewegen, wie dies in Fig. 6a dargestellt ist. Der Mittelpunkt des Bogens befindet sich am Nullpunkt (0) des X-Y-Koordinatensystems.

Fig. 7a und 7b zeigen die Ausbildung des Werkstückes (5), das auf der Bildschirmröhren-Anzeigeeinheit (14 a), abhängig von einem Steuerbefehl,von der Zentraleinheit (11) dargestellt wird. Fig. 7a und 7b stellen jeweils eine Vorderansicht und eine Seitenansicht dar.

Fig. 8 ist eine Betriebsablaufdarstellung für die Überlagerung der Bearbeitungsbahnen auf dem dargestellten Werkstück (5). Zunächst liefert die Dateneingabeeinheit (12) an die Zentraleinheit (11) Daten bezüglich der Bewegung des Werkzeuges gegenüber der X-, Z- und C-Achse (Stufe 5-1). Anschliessend bestimmt die Zentraleinheit (11), ob eine Relativbewegung des Werkzeuges in einer durch die X-Achse und Z-Achse gebildeten Ebene erforderlich ist oder nicht (Stufe 5-2). Bejahendenfalls veranlasst die Zentraleinheit (11) die Anzeigeeinheit (14) auf dem in Fig. 7b dargestellten Werkstück die Bearbeitungsbahn des Werkzeuges darzustellen, die durch die Gerade (100) dargestellt ist und sowohl den Ausgangspunkt und den Endpunkt der Bewegung des Werkzeuges gemäss Fig. 6b umfasst (Stufe 5-3).

Die Zentraleinheit (11) bestimmt anschliessend, ob eine Drehbewegung um die C-Achse (Drehachse) erforderlich ist oder nicht (Stufe 5-4) und bejahendenfalls veranlasst die Zentraleinheit die Anzeigeeinheit (14) auf dem in Fig. 7a dargestellten Werkstück die Bearbeitungsbahn des Werkzeuges darzustellen, die in Fig. 6a durch den gestrichelten Boden (101) angegeben ist.

Im Falle eines Fräsvorganges dreht sich das Werkstück (5) selbst, jedoch ist die Anzeige des Umlaufens des Werkstückes auf der Bildschirmröhrenanzeige nicht zweckmässig, da die hierfür erforderliche Datenverarbeitung ziemlich zeitaufwendig ist. Daher liefert die bei der vorliegenden Erfindung vorgesehene Zentraleinheit (11) kein Bild des umlaufenden Werkstückes (5), sondern gibt statt dessen die Position des Werkzeuges und dessen Bearbeitungsbahn gegenüber dem stationären Werkstück an. Anders ausgedrückt, statt des Werkstückes (5) wird das Werkzeug umlaufend auf der Bildschirmröhrenanzeige (14 a) angegeben.

Fig. 9 zeigt einen Fall, bei welchem die Position des Werkzeuges (6) gegenüber dem Werkstück (5) geändert wird, indem das Werkstück (5) um einen Winkel (R) um die C-Achse gedreht wird. Im realen Fall bewegt sich das Werkzeug (6) längs der Bahn, die in Fig. 10 durch den gestrichelten Bogen (17) angegeben ist, doch ist, wie bereits erwähnt wurde, die Anzeige der Drehung des Werkstückes (5) um einen Winkel (R) in der Anzeigeeinheit (14 a) ziemlich zeitaufwendig im Hinblick auf die komplexen Vorgänge zur Durchführung der erforderlichen Datenverarbeitung. Diese Schwierigkeit kann gelöst werden, indem die Bearbeitungsbahn durch die in Fig. 11 gestrichelte Kurve (17′) dargestellt wird, bei welcher das Werkzeug (6) dargestellt wird als würde es anstelle des Werkstückes (5) umlaufen.

Fig. 12a und 12b stellen jeweils eine Vorderansicht und eine Seitenansicht eines Werkstückes dar, das mit einer Verbund-Drehbank bearbeitet werden soll. Es sei angenommen, dass ein Bohren an der Vorderseite des Werkstückes (5) erfolgt, um durchgehende Löcher (5 c 1-5 c 8) zu erhalten. Die in diesem Falle verwendeten Bearbeitungsbahnen sind in den Fig. 13a und 13b dargestellt. In den Fig. 13a und 13b sind die beiden Bahnen durch die Bezugszeichen (17′, 18) angegeben; die gestrichelte Kreisbogenbahn (17′) stellt eine Positionierungsbahn dar, während die voll ausgezogene Bahn (18) die Bohrbewegung darstellt. Die Reihenfolge der Werkzeugbewegung wird durch eine Folge angegeben, die mit (1) anfängt und mit (17) endet.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird, wenn die numerische Steuervorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um die Bearbeitungsbahn eines an einer Werkzeugmaschine mit einer Drehachse (C) vorgesehenen Werkzeuges anzuzeigen, das Werkzeug selbst anstelle des Werkstückes (5) auf der Anzeigeeinheit dargestellt, wie wenn es umlaufen würde. Dies ergibt eine grosse Vereinfachung bei der Bearbeitung der Daten zur visuellen Anzeige der Bearbeitung. Falls die numerische Steuervorrichtung dazu verwendet wird, den Betrieb einer Verbund-Drehbank zu steuern, so können die für das Drehen verwendeten Bahnen (19, 20) und die für das Fräsen verwendeten Bahnen (17′, 18) gleichzeitig auf der Anzeigeeinheit dargestellt werden, wie aus den Fig. 14a und 14b hervorgeht (wobei die gestrichelte Linie (17′) eine Positionierungsbahn und die voll ausgezogene Linie (18) eine Bearbeitungsbahn darstellt).

Bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung die Bearbeitungsbahn an, die bei Bearbeitung mit einer Verbund-Drehbank erhalten wird, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung auch zur Anzeige der Bearbeitungsbahn einer umlaufenden Welle verwendet werden kann, wie sie in einem Bearbeitungszentrum vorliegt.

Mit der erfindungsgemässen numerischen Steuervorrichtung, die eine Anzeigeeinheit für eine geometrische Figur verwendet, ist es möglich, nicht nur den Aufbau des Werkstückes darzustellen, sondern auch die Werkzeugbahnen anstelle der Werkstückbewegung. Da das sich bewegende Werkstück in einem Stand-Modus dargestellt wird, hat die Bedienungsperson aus der Anzeige einen mühelosen Zugang zum Fortschritt und Zustand der Bearbeitung.

Claims (4)

1. Numerische Steuervorrichtung, gekennzeichnet durch:
eine Dateneingabeeinheit (12) zur Eingabe von Daten, die die Ausbildung eines zu bearbeitenden Werkstückes darstellen, sowie die Bearbeitungsbahnen der Bearbeitungswerkzeuge relativ zum Werkstück und die Bewegung des Werkstückes,
eine Speichereinheit (13) zur Speicherung der von der Dateneingabeeinheit eingegebenen Daten,
eine Anzeigeeinheit (14) zur Anzeige des Aufbaus des Werkstückes und der Bearbeitungsbahn entsprechend den aus der Speichereinheit ausgelesenen Daten, und
eine Zentraleinheit (11) zur Steuerung des Betriebes der Speichereinheit (13) und zur Steuerung der Anzeigeeinheit (14) in solcher Weise, dass nicht nur der Aufbau des Werkstückes und die Bearbeitungsbahnen der Bearbeitungswerkzeuge relativ zum Werkstück angezeigt werden, sondern auch die Bewegung des Werkstückes als Bearbeitungsbahn einer Relativbewegung des Bearbeitungswerkzeuges gegenüber einem stationären Werkstück, wobei die Daten, die die Bearbeitungsbahn der Relativbewegung des Bearbeitungswerkzeuges darstellen, abhängig von Daten erhalten werden, die die Bewegung des Werkstückes darstellen.

2. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mittels einer Verbund-Drehbank bearbeitet wird, die mindestens ein Drehen und Fräsen ausführen kann.

3. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsen aus einem Bohrvorgang besteht.

4. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsbahnen der Bearbeitungswerkzeuge auf der Darstellung der Ausbildung des Werkstückes in der Anzeigeeinheit (14) überlagert werden.