DE3908844A1 - Numerische steuerung fuer werkzeugmaschinen oder roboter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuerung für Werkzeugmaschinen oder Roboter, wobei über eine Eingabe die Bewegung mindestens eines Elementes der Werkzeugmaschine oder des Roboters mittels Programmbefehlen vorgebbar ist, die Weg- und Geschwindigkeitswerte beinhalten, wobei die über eine Ein­ heit zur Geometrieverarbeitung miteinander verknüpfbaren Weg­ informationen als Satzinformationen einer Interpolationsstufe zuführbar sind, die außer den eigentlichen Interpolationsbau­ steinen eine Geschwindigkeitsführungsstufe beinhaltet und die über eine Ausgabestufe an eine Lageregelungsstufe für die zu bewegenden Elemente schaltbar ist, und wobei entsprechend einer vorgebbaren Eingabefeinheit die Geometrieverarbeitung und die Interpolation durchführbar ist.

Handelsübliche CNC-Steuerungen dieser Art werden zunehmend für die Steuerung von Komplettbearbeitungszentren eingesetzt. Diese Bearbeitungszentren sind mit mehreren Arbeitseinheiten ausge­ stattet, die eine Komplettbearbeitung auch in mehreren Techno­ logien, z.B. Drehen, Fräsen, Bohren, ermöglichen. Neben der Bearbeitung der Werkstücke wird dabei von der CNC-Steuerung auch der Werkstücktransport geregelt. An die Arbeitseinheiten und die Transportsysteme werden in Bezug auf die erforderliche Wegauf­ lösung und die angestrebte Maximalgeschwindigkeit jedoch sehr unterschiedliche Anforderungen gestellt.

Transportachsen erfordern nur eine relativ grobe Wegauflö­ sung, z.B. 10^-2 mm, allerdings bei einer hohen Geschwindigkeit, z.B. 500 m/min. Bearbeitungsachsen erfordern eine mittlere Wegauflösung, z.B. 10^-3 mm, bei einer mittleren Geschwindigkeit, z.B. 50 m/min, und Zustellachsen erfordern - insbesondere beim Schleifen - eine feine Wegauflösung, z.B. 10^-4 mm, bei einer niedrigen Geschwindigkeit, z.B. 10 m/min.

Bei handelsüblichen Steuerungen wird ohne besondere Berück­ sichtigung der verschiedenen Achstypen für alle Achsen jeweils eine gleiche Wegauflösung vorgegeben. Durch die Gleichbehand­ lung der verschiedenen Achstypen ist damit entsprechend der Wegauflösung die Geschwindigkeit der Bearbeitung begrenzt. Dies führt bei hoher Wegauflösung zu Zeitverlusten bei der Bearbeitung. Bei grober Wegauflösung wird zwar eine hohe Bear­ beitungsgeschwindigkeit erreicht, jedoch wird dabei die Be­ arbeitungsgenauigkeit reduziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine numerische Steuerung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei einer feinen Wegauflösung hohe Geschwindigkeiten ermöglicht werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Geschwindigkeitsführungsstufe eine Interpolationsfein­ heit vorgebbar ist, die mit wachsender Bewegungsgeschwindig­ keit vergröberbar ist. Damit wird zwar die Bestimmung der Bahn­ inkremente in ihrer Genauigkeit reduziert, jedoch bleibt stets gewährleistet, daß die vorprogrammierte Bahn nicht verlassen wird, so daß die Einführung der Interpolationsfeinheit keine Auswirkungen hinsichtlich Konturfehlern nach sich zieht.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Interpolationsfeinheit mit einem Faktor 2 ⁿ , mit n = 1 bis n = maximale Stellenzahl eines verarbeitbaren Binärwortes, zur Eingabefeinheit in Bezug setzbar ist. Da in der Geschwindigkeitsführung nur additive Berechnungen durchge­ führt werden, muß lediglich die Mantisse verarbeitet werden. Der Exponent muß nur am Ein- bzw. Ausgang der Stufe berücksich­ tigt werden. Durch die obengenannten Maßnahmen wird demzufol­ ge Rechenzeit eingespart.

Der Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Interpolations­ feinheit kann relativ einfach dadurch dargestellt werden, daß jeweils für Geschwindigkeitsbänder ein zugeordneter Faktor vorgesehen ist. Die Geschwindigkeitsbänder können dabei sehr leicht durch eine Schwellwertstufe aus den vorgegebenen Ge­ schwindigkeitswerten gebildet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Gesamtanordnung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Interpolationsstufe,

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen Interpolationsfeinheit und Geschwindigkeit sowie

Fig. 4 eine Bewegungsbahn.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 sind die Funktionsblöcke einer numerischen Steuerung dargestellt, die auf eine Maschine M, sei es eine Werkzeugmaschine oder sei es ein Roboter, einwirkt. Die numerische Steuerung weist dabei eingangsseitig eine Eingabe­ stufe E auf, der das jeweilige Programm zuführbar ist. Dabei ist in der Darstellung ein Programmbefehl N 10 angenommen, bei dem es sich entsprechend dem Hinweis G 01 um einen Linearsatz handelt. Als Weginformation sei dabei die Position einer Achse X mit X = 100,12345 mm vorgesehen. Die Angabe der jeweiligen Weginformation kann dabei so getroffen sein, daß jeweils acht Dezimalstellen als Summe der Vor- und Nachkommastellen möglich sind. Die Angabe F 300 zeigt an, wie groß eine dem Befehl N 10 zugeordnete Bahngeschwindigkeit, z.B. 300 mm/min, sein soll.

Der Eingabestufe E wird ferner beispielsweise mittels eines Maschinendatums eine Eingabefeinheit EF zugeordnet. Diese Ein­ gabefeinheit EF möge im Ausführungsbeispiel EF = 10^-4 mm betra­ gen.

Die der Eingabestufe E zugeleiteten Daten gelangen dann an eine Geometrieverarbeitungsstufe G. In dieser werden die not­ wendige Geometrieberechnungen, wie z.B. Fräserradiuskorrektur, Koordinatendrehung usw., vorgenommen. Die Geometrieverarbeitung erfolgt dabei mindestens entsprechend der vorgegebenen Eingabe­ feinheit EF. Im Ausführungsbeispiel würde damit aus dem Wert X = 100,12345 mm ein Wert X = 1001234 der in Form von units in der Geometrieverarbeitung binär bzw. hexadezimal verarbeitet werden. Durch interne Maßnahmen wird die Geometriefeinheit allerdings gegenüber der Eingabefeinheit EF nochmals um einen Faktor zwei erhöht.

Am Ausgang der Geometrieverarbeitungsstufe G liegen damit inter­ polationsfähige Daten, u.a. Satzanfang und Satzende angebende Daten in Form von units vor und werden einer Interpolationsstufe I zugeleitet. Diese besteht, wie gestrichelt angedeutet, aus Blöcken 1 und 2. Im Block 1 der Interpolationsstufe I wird die Geschwindigkeitsfühung bewerkstelligt, d.h. es werden Beschleuni­ gungs- und Bremsvorgänge eingeleitet. Die Geschwindigkeitsfüh­ rung bestimmt dazu letztlich Bahnwegstücke pro Abtastzeit. Dieser Wert entspricht einer Geschwindigkeit. Die Bahnwegstücke, Bahninkremente, errechnen sich als eine Funktion des vorge­ gebenen Bahnvorschubs, der Beschleunigung und des Bahnrestwegs.

An diesem Block 1 der numerischen Steuerung verwirklicht sich die Erfindung, indem über einen Umsetzer U, der integraler Be­ standteil der numerischen Steuerung sein kann, gemäß dem pro­ grammierten Geschwindigkeitswert, im Ausführungsbeispiel F = 300 mm/min die Interpolationsfeinheit F für den Block 1 der Interpolationsstufe I bestimmt wird.

Einzelheiten hierzu werden im folgenden noch ausführlich erläu­ tert. Im Block 2 der Interpolationsstufe I wird das jeweils ermittelte Bahninkrement, im weiteren als BI bezeichnet, in die jeweiligen achsspezifischen Komponenten zerlegt. Bei dieser Zer­ legung wird für verschiedene Interpolationsarten unterschieden.

Prinzipiell weist die Interpolationsstufe I damit eine Struktur auf, wie diese in Fig. 2 gezeigt ist.

Der Block 1 beinhaltet den Baustein zur Geschwindigkeitsführung GF, der Block 2 weist parallele Zweige auf, von denen ein Bau­ stein LI für Linearinterpolation, ein Baustein ZI für Zirku­ larinterpolation und ein Baustein SI für Splineinterpolation vorgesehen ist. Angeschlossen an diese eigentlichen Interpola­ tionsbausteine ist ein Baustein V für Verteilungs-, Über­ wachungs- und Transformationsfunktionen. Für die Arbeitsweise der Bausteine LI, ZI, SI und V wird von der Geometriefeinheit ausgegangen.

Zurück zu Fig. 1. Wie dieser entnehmbar ist, speist die Inter­ polationsstufe I eine Lageregelungsstufe L, die im bidirek­ tionalen Verkehr mit den zu steuernden Elementen einer Maschine M steht. Der obengenannte Baustein V kann auch in die Lagerege­ lungsstufe L integriert sein.

In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist gezeigt, wie beim Ausführungs­ beispiel der Zusammenhang zwischen der Interpolationsfeinheit IF und der Geschwindigkeit F getroffen ist. So wird in einem Ge­ schwindigkeitsband von 0 bis 4,9 m/min die Interpolationsfein­ heit IF entsprechend der Geometriefeinheit belassen. In einem Geschwindigkeitsband von 4,9 bis 490 m/min wird die Interpola­ tionsfeinheit IF um Faktoren 2, 4, 8 bis 128 reduziert. Diese Erhöhung, die kontinuierlich oder stufenweise erfolgen kann, ist in der Darstellung durch einen offenen Pfeil angedeutet.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist die Auswirkung der reduzier­ ten Interpolationsfeinheit IF beim Abfahren einer Bewegungsbahn anschaulich dargestellt. Es sei dabei angenommen, daß in einem kartesischen Koordinatensystem ein Verfahrvorgang von einem Punkt mit den Koordinaten x _A und y _A zu einem Punkt mit den Koor­ dinaten x _E und y _E erfolgen soll. Entsprechend der zu verfahren­ den Geschwindigkeit wird die in diesem Fall lineare Bahn inter­ poliert, wobei sich die Bahninkremente BI ergeben. Wie durch die Einzelheitsdarstellung in Fig. 4 angedeutet ist, wird durch die Einführung der Interpolationsfeinheit IF dabei eine gewisse, mit wachsender Geschwindigkeit steigende Unschärfe für die An­ gabe der Länge der Bahninkremente BI in Kauf genommen, jedoch ist dabei sichergestellt, daß die programmierte Bewegungsbahn nicht verlassen wird. Die Unschärfen haben damit einzig und allein Einfluß auf die Geschwindigkeitsgenauigkeit und eben nicht auf das Wegverhalten, d.h. die Konturtreue.

Die Summe aller Bahninkremente BI entspricht im Regelfall nicht der Länge des zu verfahrenden Weges, so daß stets ein Restinkre­ ment zu berücksichtigen ist, das jedoch leicht unter Zuhilfe­ nahme des Bahnendpunktes bestimmbar ist.

Claims (4)

1. Numerische Steuerung für Werkzeugmaschinen oder Roboter, wobei über eine Eingabe die Bewegung mindestens eines Elemen­ tes der Werkzeugmaschine oder des Roboters mittels Programm­ befehlen vorgebbar ist, die Weg- und Geschwindigkeitswerte beinhalten, wobei die über eine Einheit zur Geometrieverarbei­ tung miteinander verknüpfbaren Weginformationen als Satzin­ formationen einer Interpolationsstufe zuführbar sind, die außer den eigentlichen Interpolationsbausteinen eine Geschwindig­ keitsführungsstufe beinhaltet und die über eine Ausgabestufe an eine Lageregelungsstufe für die zu bewegenden Elemente schaltbar ist, und wobei entsprechend einer vorgebbaren Ein­ gabefeinheit die Geometrieverarbeitung und die Interpolation durchführbar sind, dadurch gekennzeich­ net, daß für die Geschwindigkeitsführungsstufe (GF) eine Interpolationsfeinheit (IF) vorgebbar ist, die mit wachsender Bewegungsgeschwindigkeit (F) vergröberbar ist.

2. Numerische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationsfeinheit (IF) mit einem Faktor 2 ⁿ , mit n = 1 bis n = maximale Stellen­ zahl eines verarbeitbaren Binärwortes, zur Eingabefeinheit (EF) in Bezug setzbar ist.

3. Numerische Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils für Geschwindig­ keitsbänder ein zugeordneter Faktor vorgesehen ist.

4. Numerische Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsbän­ der durch eine Schwellwertstufe (U) aus den vorgegebenen Geschwindigkeitswerten gebildet werden.