DE3910893A1

DE3910893A1 - Numerische steuervorrichtung zur bearbeitung von unrunden werkstuecken

Info

Publication number: DE3910893A1
Application number: DE3910893A
Authority: DE
Inventors: Ikuo Suzuki; Takao Yoneda
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1988-04-05
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1989-11-02
Also published as: JPH01255903A; JPH077296B2; US5031107A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuervor richtung, um die maschinelle Bearbeitung von unrunden Werk stücken, wie Nocken u. dgl., zu steuern.

Im Stand der Technik ist ein Verfahren zum Schleifen eines unrunden Werkstücks, das im folgenden lediglich als Werk stück bezeichnet wird, wie eines Nockens, durch Steuerung der Zustellung einer Schleifscheibe, deren Ausrichtung rechtwinklig zu einer Hauptspindel verläuft, mit einer nu merischen Steuervorrichtung in Synchronität mit der Drehung der Hauptspindel bekannt. Es ist notwendig, der NC-Vorrich tung für eine synchrone Steuerung der Schleifscheibenzustel lung Profildaten einzugeben. Die Profildaten liefern den Zustellwert der Schleifscheibe pro einem Einheitsdrehwin kel der Hauptspindel, um die Schleifscheibe hin- und herzu bewegen, d.h., ihr die profilerzeugende Bewegung längs der fertigbearbeiteten Gestalt des Werkstücks zu vermitteln.

Wenngleich die Profildaten aus den Hubdaten des unrunden Werkstücks sowie dem Schleifscheibendurchmesser gewonnen werden, so werden lediglich gemeinsame Profildaten für die Grob- sowie Feinbearbeitung, die im folgenden als Schrup pen und Schlichten bezeichnet werden, verwendet.

Da die aus der fertigbearbeiteten Gestalt bestimmten Pro fildaten das Fertigprofil getreu in dieser Weise realisie ren, sind quadratische Differentialkomponenten oder Be schleunigungs- bzw. Geschwindigkeitszunahmekomponenten, die auf den Winkel bezogen sind, in hohem Maß enthalten.

Wegen der frequenzcharakteristischen Beschränkung im An sprechverhalten des Stellantrieb- oder Servosystems muß, je mehr große Beschleunigungskomponenten enthalten sind, die Bearbeitungsgeschwindigkeit für die getreue Bearbei tung umso langsamer sein. Das bedeutet, daß die Bearbei tungsgeschwindigkeit, um den Nachlauffehler zu minimieren, herabgesetzt werden muß, damit das Ansprechverhalten des Servosystems verbessert wird.

Wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit vermindert wird, so tritt jedoch ein Problem auf, daß durch Erhitzung im Werk stück Risse erzeugt werden, wobei selbstverständlich die niedrige Bearbeitungsgeschwindigkeit auch noch eine mäßige Produktionsleistung zum Ergebnis hat.

Wenn die Profildaten für das Schlichten, die nur aus den Fertigbearbeitungsdaten bestimmt werden, für ein Schruppen mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden, dann kann die Zustellposition der Schleifscheibe nicht dem Befehl an der Stelle folgen, an der die Beschleunigung groß ist, so daß ein großer ungeschliffener Bereich verbleibt. In diesem Fall erfordert das Schlichten, wenn es mit niedriger Ge schwindigkeit durchgeführt wird, um die Oberflächengenauig keit der Bearbeitungsfläche zu steigern, viel Zeit, weil der Zustellwert der Schleifscheibe auf der Grundlage des größten ungeschliffenen Bereichs bestimmt wird. Das bedeu tet, daß kein großer Unterschied bezüglich der Gesamtstück zeit zu dem Fall besteht, wobei das Schruppen von Anfang an langsam durchgeführt wird.

Da dem Befehlswert nicht gefolgt wird, wenn das Schruppen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird, tritt im schlechtesten Fall ein Überschleifen ein und verbleibt keine Schlichtzugabe, was Ausschuß zum Ergebnis hat.

Die Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Probleme zu lösen, und es ist deshalb eine Aufgabe, bei einem Schrup pen die Bildung von Rissen in einem Werkstück, was auf eine Erhitzung wegen einer Drehung der Hauptspindel mit hoher Geschwindigkeit zurückzuführen ist, zu verhindern.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, die Stück-Bearbeitungs zeit zu verkürzen und die Produktionsleistung durch ein Schruppen mit hoher Geschwindigkeit zu steigern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist in einer Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit durch Vergleichmäßigen der Schlichtzugabe so weit wie möglich zu sehen.

Um die Aufgabe zu lösen und die Ziele zu erreichen, werden gemäß der Erfindung die Schrupp-Profildaten und die Schlicht- Profildaten in dieser Folge aufbereitet, um das Schruppen und Schlichten durch die jeweiligen Profildaten durchzufüh ren.

Die Gestalt oder das Profil eines unrunden Werkstücks ist im Fall eines Nockens durch Hubdaten gegeben, die die Be ziehung zwischen dem Drehwinkel des Nockens und dem Hub wert eines den Nocken berührenden Anschlags wiedergeben. Die Hubdaten werden durch die Betriebskennwerte des Nockens bestimmt und in einer Folge von Punkten der Hubgröße an einer Anzahl von diskreten Drehwinkeln gegeben. Wenn der Anschlag ein ebener oder flacher Anschlag ist, so werden in diesem Fall die Hubdaten vom flachen Anschlag in die Hubdaten durch die Polarkoordinaten, die die Beziehung des normalen Vektors eines Punkts auf der Umrißlinie am Winkel R mit Bezug zum Winkel R wiedergeben, umgewandelt. Somit werden die Hubdaten beispielsweise durch die Punktfolge r (R ₁), r (R ₂), r (R ₃), . . ., r (R _w) bei jeweils 0,5° gegeben.

Im folgenden bedeuten die Hubdaten durch die Polarkoordina ten dargestellte Daten.

Unter Verwendung der aus der Punktfolge bestehenden Hubda ten werden die Schrupphubdaten, die durch die Punktfolge, welche sich stetig ändert derart, daß Abweichungen für das fertigbearbeitete Profil innerhalb einer Toleranz einer Schlichtzugabe liegen und das quadratische Differential einer Zustellposition einer Werkzeug-Zustellspindel mit Be zug zum Hauptspindel-Drehwinkel, d.h. die Geschwindigkeits zunahme wird langsamer als der Sollwert, gewonnen. Die ste tigen Schrupphubdaten werden beispielsweise in der folgen den Weise erhalten. Aus den in einem konstanten Winkelbe reich D _i (R _i-Δ≦D _i≦R _i+Δ) vorhandenen Hubdaten werden Hubdaten an n-Punkten herausgezogen, um eine Regressions kurve zu bestimmen, die sich stetig den Hubdaten durch das Regressionspolynom f _i (R) annähert. Hierauf wird der Wert f _i (R _i) am Zentralwinkel R _i auf der Regressionskurve als der Schrupphubwert am Winkel R _i erhalten. Dann werden der Winkel R _i und der Winkelbereich D _i um einen Einheitswin kel, z.B. 0,5°, verschoben, um die Regressionskurve in gleichartiger Weise zur Bestimmung der Schrupphubdaten am nächsten Winkel R _i darzustellen. Durch Wiederholen der obi gen Vorgänge werden die Schrupphubdaten als die Folge f ₁ (R ₁), f ₂ (R ₂), . . ., f _z (R _z) gegeben. Dann wird bestimmt, ob die Abweichung für das Fertigprofil (die fertigbearbei tete Gestalt) unter der Toleranz der Schlichtzugabe liegt oder |r (R _k)-f _k (R _k)| ≦ ε für alle Daten erfüllt. Es wird ebenfalls bestimmt, ob die Beschleunigungskomponenten der Schrupphubdaten kleiner sind als der Sollwert für alle Da ten. Wenn die vorgenannten Bedingungen nicht erfüllt werden, dann wird der Winkelbereich D _i vermindert oder vergrößert, um die Anzahl n der im Winkelbereich D _i herausgezogenen Folge von Punkten zu erhöhen oder zu verkleinern, oder es werden die Punktfolgedaten in geeigneter Weise verringert oder es werden die obigen Vorgänge durch ein Erhöhen oder Vermindern der Ordnung des Regressionspolynoms wiederholt, um die Schrupphubdaten zu gewinnen, die die beiden oben ge nannten Bedingungen erfüllen. Das bedeutet, daß durch die Anzahl der Punkte der sich annähernden Punktfolge und die Ordnung des Regressionspolynoms die Stetigkeit der Punkt folge der erzeugten Schrupphubdaten und die Abweichung für das Fertigprofil geändert werden können.

Danach werden aus den Schrupphubdaten die Schruppprofilda ten, die die Schleifscheiben-Zustellposition mit Bezug zum Drehwinkel regeln, erzeugt.

Auch werden aus den das Fertigprofil und den Schleifschei bendurchmesser bestimmenden Hubdaten die Schlichtprofilda ten, die die Scheibenposition mit Bezug zum Drehwinkel re geln, aufbereitet. Auf der Grundlage der erwähnten Schrupp oder Schlichtprofildaten werden Positionen der Hauptspindel und der Werkzeug-Zustellspindel synchron geregelt, um ein Schruppen oder Schlichten eines unrunden Werkstücks exklu siv unter Verwendung der jeweiligen Profildaten zu ermög lichen.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine spezielle Aus führungsform und auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer NC-Schleifmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 ein Blockdiagramm des elektrischen Aufbaus einer NC-Vorrichtung;

Fig. 3 einen Flußplan von Verarbeitungsmethoden einer Front- Zentraleinheit (Front-ZE) 71, wenn ein Profildaten- Aufbereitungsmodus eingestellt ist;

Fig. 4 einen Flußplan zu Glättungsverarbeitungsvorgängen durch die Front-ZE 71;

Fig. 5 einen Flußplan von Verarbeitungsmethoden der Front- ZE 71, wenn ein Werkstück-Bearbeitungsmodus einge stellt ist;

Fig. 6 einen Flußplan von Verarbeitungsmethoden einer Haupt-ZE 31;

Fig. 7 ein Kurvenbild zum Unterschied von Beschleunigungs komponenten in Schrupphubdaten und Schlichthubdaten;

Fig. 8A eine erläuternde Darstellung zur Hubgröße eines flachen Anschlags mit Bezug zum Drehwinkel eines Nockens;

Fig. 8B eine Darstellung zur Erläuterung von Polarkoordi naten-Hubdaten;

Fig. 8C eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens, um aus Hubdaten Profildaten aufzubereiten;

Fig. 8D eine Darstellung zur Beziehung von Nockenprofilen durch Schrupp- und Schlichthubdaten;

Fig. 9 eine Darstellung zur Erläuterung eines Glättungs verfahrens von Hubdaten.

Gemäß Fig. 1 weist eine NC-Schleifmaschine ein Bett 10 auf, auf dem ein von einem Stellmotor 16 über einen Zustellspin delmechanismus getriebener Tisch 11 in der Z-Achsenrichtung, die parallel zur Achse einer Hauptspindel 13 verläuft, ver schiebbar angeordnet ist. Auf dem Tisch 11 befindet sich ein die von einem Antriebsmotor 14 gedrehte Hauptspindel 13 lagernder Spindelstock 12. Am rechten Ende des Tisches 11 ist ein Reitstock 15 angebracht, wobei ein Werkstück W, das eine Nockenwelle ist, zwischen eine Zentrierspitze 19 des Reitstocks 15 und eine Zentrierspitze 17 der Hauptspin del 13 eingespannt ist. Das Werkstück W ist mit einem Posi tionierzapfen 18, der von der Hauptspindel 13 vorsteht, in Eingriff, damit es in einer Drehphase mit der Hauptspindel 13 verriegelt ist.

Hinter dem Bett 10 befindet sich ein Schleifkopf 20, der gegenüber dem Werkstück W geführt vor- und zurückbewegbar sowie mit einer von einem Motor 21 getriebenen Schleifschei be G versehen ist. Der Schleifkopf 20 steht über eine Zu stellspindel 22 mit einem Stellmotor 23 in Verbindung und wird durch die Drehung des Stellmotors 23 in der einen oder anderen Richtung vor- und zurückbewegt.

Antriebseinheiten 51, 52 und 53 sind Schaltungen, die von einem NC-Steuergerät 30 Befehlsimpulse empfangen, um die Stellmotoren 14, 16 und 23 jeweils zu betreiben.

Das NC-Steuergerät 30 regelt in der Hauptsache die Drehung der Regelachsen numerisch, um ein Schleifen des Werkstücks W und ein Abrichten der Fläche der Schleifscheibe G in gere gelter Weise durchzuführen. Wie die Fig. 2 zeigt, umfaßt das NC-Steuergerät 30 in der Hauptsache eine Haupt-ZE 31 zur Steuerung der Schleifmaschine, einen das Steuerprogramm speichernden ROM 33 und einen Eingabedaten speichernden RAM 32. Im RAM 32 sind ein NC-Schruppprofil-Datenfeld 321 und ein NC-Schlichtprofil-Datenfeld 322 zur Speicherung der NC- Profildaten ausgebildet.

Als Antriebssysteme der Stellmotoren 14, 16 und 23 sind im NC-Steuergerät 30 eine Antriebs-ZE 36, ein RAM 35 und ein Impuls-Verteilerkreis 37 vorgesehen. Der RAM 35 ist ein Speicher, dem Positionsdaten der Schleifscheibe G, des Ti sches 11 und der Hauptspindel 13 von der Haupt-ZE 31 einge geben werden.

Die Antriebs-ZE 36 berechnet den Vorgang des Verlangsamens, des langsamen Anlaufens und der Interpolation auf den Ziel punkt im Hinblick auf die Regelung der Achsen, die auf die Bearbeitung bezogen sind, und sie gibt Positionsdaten der Interpolationspunkte periodisch aus. Der Impuls-Verteiler kreis 37 liefert nach der Impulsverteilung Befehlsimpulse für den Betrieb der jeweiligen Antriebseinheiten 51, 52 und 53.

Ein mit dem NC-Steuergerät 30 verbundenes automatisches Programmiergerät 70 erzeugt aus den Hubdaten und dem Schleifscheibendurchmesser automatisch Profildaten. Dieses Gerät 70 umfaßt eine Front-ZE 71, einen RAM 72 und eine Ein gabe-Ausgabe-Schnittstelle 73. Im RAM 72 sind ausgebildet: ein Hub-Datenfeld 721, das die Hubdaten einer Mehrzahl von Werkstücken speichert, ein Schrupphub-Datenfeld 722, das aus den Hubdaten erzeugte Schrupphubdaten speichert, ein Schruppprofil-Datenfeld 723, das aus den Schrupphubdaten erzeugte Schruppprofildaten speichert, ein Schlichthub-Da tenfeld 724, das aus den Hubdaten erzeugte Schlichthubdaten speichert, ein Schlichtprofil-Datenfeld 725, das aus den Schlichthubdaten erzeugte Schlichtprofildaten speichert, ein Schrupptoleranz-Datenfeld 726, das eine Toleranz von Schlichtzugaben für die Fein- oder Schlichtbearbeitung des Werkstücks speichert, d.h. die obere Abweichgrenze des Schruppprofils für das Schlichtprofil als die Schrupptole ranz, ein Schlichttoleranz-Datenfeld 727, das zulässige Fehler im Feinbearbeiten für das Fertigprofil des Werk stücks als eine Schlichttoleranz speichert, ein Beschleu nigungs-Sollwert-Datenfeld 728, das einen gegenwärtig obe ren Grenzwert für die Beschleunigung der Werkzeug-Zustell spindel mit Bezug zum Drehwinkel der Hauptspindel speichert, welcher aus den Nachlauf-Betriebseigenschaften des Servo systems, um eine stetige, gleichförmige Bearbeitung zuzu lassen, bestimmt ist, und ein Schleifscheibendurchmesser- Datenfeld 729, das den gegenwärtigen Schleifscheibendurch messer, wenn die Profildaten erzeugt werden, speichert.

Mit der Front-ZE 71 sind über die E/A-Schnittstelle 73 ein Bandlesegerät 41, das Hubdaten usw. liefert, ein Tastenfeld 42 für die Eingabe der Daten und ein Leuchtschirm 43 zur Darstellung der Daten verbunden.

Im folgenden wird die Arbeitsweise näher erläutert.

Wenn die Vorrichtung in den Dateneingabemodus versetzt ist, werden alle für eine Bearbeitung notwendigen Hubdaten durch die Front-ZE 71 über die E/A-Schnittstelle 73 vom Bandleser 41 ausgelesen und im Hub-Datenfeld 721 gespeichert.

Wie die Fig. 8A zeigt, werden die Hubdaten, wenn der fla che Anschlag 3 verwendet wird, durch eine Bewegungsgröße oder einen Hubwert des flachen Anschlags 3, der mit dem Noc ken 1 in Berührung sowie in der Richtung der X-Achse ent sprechend der Drehung des Nockens 1 bewegbar ist, wieder gegeben. Wenn der Drehwinkel R des Nockens 1 durch den Dreh winkel des Bezugspunkts Q an einem Grundkreis 2 bestimmt ist, so wird der Hubwert Δ x (R) als eine Funktion von R er halten. Der einzugebende Hubwert wird beispielsweise in einer Punktfolge des Hubwerts Δ x (R) bei jedem Drehwinkel von 0,5° gegeben. Da sich die Berührungsstelle am flachen Anschlag 3 zum Nocken 1 in Abhängigkeit von der Drehung des Nockens 1 verändert, werden die Hubdaten vom flachen An schlag nicht zu der Punktfolge an jedem gleichzentrischen Winkel auf der Umrißlinie des Nockens 1. Deshalb müssen die Hubdaten vom flachen Anschlag, wie in Fig. 8B gezeigt ist, in Polarkoordinaten-Hubdaten umgewandelt werden, die durch Spezifizierung der Punktfolge an der Umrißlinie des Nockens 1 durch den Zentriwinkel R und den Radius r (R) erhalten wer den. Die Polarkoordinaten-Hubdaten werden aus den Hubdaten vom flachen Anschlag umgewandelt, wobei die relative Berüh rung zwischen dem flachen Anschlag 3 und dem Nocken 1, wie in Fig. 8A gezeigt ist, berücksichtigt wird. Die Hubdaten eines Schneidenanschlags sind die Polarkoordinaten-Hubdaten. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform sind folglich alle im Hub-Datenfeld 721 gespeicherten Hubdaten in die Polar koordinaten-Hubdaten umgewandelt worden, wobei die Hubdaten für die Polarkoordinaten-Hubdaten stehen.

Wenn die Vorrichtung in den Profildaten-Aufbereitungsmodus versetzt wird, führt die Front-ZE 71 zuerst das Programm von Fig. 3 durch.

Im Schritt 100 werden die im Hub-Datenfeld 721 gespeicher ten Hubdaten gelesen.

Dann geht die ZE 71 zum Schritt 102 über, so daß die Vor richtung in den Schruppdaten-Aufbereitungsbetrieb durch Ein gabe vom Tastenfeld 42 versetzt wird.

Anschließend geht die ZE 71 zum Schritt 104 und hierauf zum Schritt 106 über, wenn sie sich im Schruppdaten-Aufbe reitungsbetrieb befindet, und Abmessungen eines bestimmten Winkelbereichs D _i werden, wenn die zu einer Punktfolge auszu bildenden Hubdaten durch eine stetige Kurve angenähert wer den, initialisiert, wie auch die herausgezogene Anzahl von Punkten der Hubdaten in dem Bereich, d.h. die Anzahl der zu glättenden Punkte, zu allen Punkten n in dem Bereich initialisiert wird.

Dann geht die ZE 71 zum Schritt 108 über, um den Glättungs prozeß der Hubdaten durchzuführen.

Im folgenden werden die Glättungsvorgänge mit Bezug auf den Flußplan der Fig. 4 und die Fig. 9, die einen Überblick gibt, erläutert.

Im Schritt 150 werden aus den Hubdaten im Winkelbereich D _i (R _i-Δ≦D _i≦R₁+Δ), wobei Δ normalerweise gleich 10° ist, um den Winkel R _i, damit geglättete Hubdaten gewonnen werden, Datensätze r (R₁), r (R₂), . . ., r (R _n) der Anzahl der Punkte n, die zu glätten sind, ausgewählt.

Dann geht die ZE 71 zum Schritt 152 über, in dem eine Regressionsanalyse durch die letzte Quadratannäherung gegen die ausgewählten Datensätze durchgeführt wird:

f (R) = a₀ + a₁R + a₂R² + . . . + a _m R ^m (1)

worin a₀, a₁, a₂, . . ., a _m Regressionskoeffizienten sind und m eine Ordnung des Regressionspolynoms ist.

Zwischen den Datensätzen r (R₁), r (R₂), . . ., r (R _n) und dem Regressionspolynom f (R) wird die folgende Matrixgleichung aufgestellt:

R = X · A + E (2)

worin ist:

Das Element e _k der Matrix E bedeutet einen Fehler zwischen dem Funktionswert f (R _k) und der Angabe r (R _k).

Aus der Gleichung (2) wird erhalten

E = R - X · A (7)

und

E ^t = R ^t - A ^t · X ^t (8)

worin E ^t, R ^t, A ^t und X ^t transponierte Matrizen E, R, A und X jeweils sind.

Deshalb ist aus den Gleichungen (7) und (8) die Quadrat summe g der Fehler gegeben durch

g = e₁² + e₂² + . . . + e _n² = E ^t · E = (R ^t-A ^t X ^t ) (R-XA) = R ^t R - A ^t X ^t R - R ^t XA + A ^t X ^t XA (9)

Die Bedingungen zur Minimierung der Quadratsumme g sind

Wird die Gleichung (9) durch A differenziert, so wird erhalten:

δ g/δ A = -X ^t R - (R ^t X) ^t + X ^t XA + (A ^t X ^t X) ^t = -X ^t R - X ^t R + X ^t XA + X ^t XA = -2 X ^t R + 2 X ^t XA (11)

Aus δ g/δ A = 0 wird erhalten

2 X ^t XA = 2 X ^t R

und dann ist

A = (X ^t X) ^-1 · X ^t · R (12)

worin (X ^t X) ^-1 die inverse Matrix von X ^tX ist.

Aus der Gleichung (12) kann der Regressionskoeffizient des Regressionspolynoms f (R) erhalten werden.

Auf diese Weise wird das Regressionspolynom, das sich dem Datensatz r (R ₁), r (R ₂), . . ., r (R _n) stetig nähert, und damit auch die durch das Regressionspolynom bestimmte Regressions kurve erhalten.

Das Regressionspolynom wird mit f _i (R) als dem Winkelbereich D _i entsprechend bestimmt.

Dann geht die ZE 71 zum Schritt 154 über, um Schrupphubda ten am Winkel R _i aus dem Regressionspolynom f _i (R) durch den Funktionswert f _i (R _i) am Winkel R _i zu erzeugen.

Hierauf geht die ZE 71 zum Schritt 156 über, um zu bestim men, ob alle Schrupphubdaten erzeugt wurden; ist das nicht der Fall, so geht sie zum Schritt 158 über, in dem der Schrupphubdaten-Erzeugungswinkel R _i um α (=0,5°) erhöht und der Winkelbereich D _i um α verschoben wird. Hierauf kehrt die ZE 71 zum Schritt 150 zurück, um die vorgenannten Pro zesse zu wiederholen, bis im Schritt 156 entschieden wird, daß alle Schrupphubdaten erzeugt wurden. Wenn die Entschei dung im Schritt 156 lautet, daß alle Schrupphubdaten erzeugt wurden so werden diese erhalten als f ₁ (R ₁), f ₂ (R ₂), f ₃ (R ₃), . . ., f _z (R _z).

Anschließend geht die ZE 71 zum Schritt 110 in Fig. 3 über, in dem aus den oben erwähnten Schrupphubdaten ein quadrati sches Differential mit Bezug zum Winkel R oder die Beschleu nigungskomponente J (R) berechnet wird.

Die Beschleunigung am Winkel R _i ist im Fall einer gleich förmigen Winkelteilung:

J (R₁) = [f _i+2 (R _i+2) - 2 f _i+1 (R _i+1) + f _i (R _i)]/α² (13)

Hierauf geht die ZE 71 zum Schritt 112 über, um die Abwei chung zwischen den resultierenden Schrupphubdaten f₁ (R₁), f₂ (R₂), . . ., f _z (R _z) und den Hubdaten r₁ (R₁), r₂ (R₂), . . ., r _z (R _z) an den jeweiligen Winkeln zu berechnen. Es wird dann bestimmt, ob die Abweichungen alle innerhalb der Schrupptoleranz, die im Schrupptoleranz-Datenfeld 726 ge speichert ist, liegen. Die Schrupptoleranz gibt den oberen Abweichungsgrenzwert des Schruppprofils mit Bezug zum Schlichtprofil an und wird aus Zeitbeschränkungen, die für das Schlichten erforderlich sind, aus Belastungsbeschrän kungen, die auf die Schleifscheibe im Schlichten wirken, und die Oberflächengenauigkeit bestimmt. Das bedeutet, daß die Abweichungen, die überall Null sind, kennzeichnen, daß das Schruppprofil durch die Schrupphubdaten völlig dasselbe ist wie das Schlichtprofil, und die Schlichtzugabe wird dann ohne Rücksicht auf den Winkel zu einem konstanten Wert H, wie in Fig. 8B gezeigt ist. Im Gegensatz hierzu sind, wie in Fig. 8D gezeigt ist, gemäß der Erfindung Änderungen der Schlichtzugabe zwischen H-ε und H+ε zulässig.

Wenn die Abweichungen nicht innerhalb der Toleranz liegen, so bedeutet das, daß das Schruppprofil in hohem Maß vom Schlichtprofil durch ein Überglätten abweicht. In diesem Fall geht folglich die ZE 71 zum Schritt 134 über, um die Anzahl n der zu glättenden Punkte durch Verengen des Winkel bereichs D _i zu vermindern oder die Ordnung des Regressions polynoms zu erhöhen und das Regressionspolynom erneut zu erlangen, um die Schrupphubdaten zu erzeugen.

Wenn die Abweichungen an allen Winkeln als innerhalb der Schrupptoleranz liegend bestimmt werden, dann geht die ZE 71 zum Schritt 114 über, um zu entscheiden, ob die Beschleu nigungen J (R) an allen Winkeln, die im Schritt 110 berech net wurden, innerhalb des im Beschleunigungs-Sollwert-Daten feld 728 gespeicherten Beschleunigungs-Sollwerts liegen.

Wenn die Hubdaten-Beschleunigung oder -Geschwindigkeitszu nahme groß ist, weil aus der Beschränkung in den Nachlauf- Betriebseigenschaften des Servosystems ein Schleifen mit hoher Geschwindigkeit nicht möglich ist, muß die Beschleu nigung begrenzt werden, um ein Schleifen mit hoher Geschwin digkeit zu ermöglichen.

Demzufolge wird der Sollwert des Entscheidungskriteriums durch die für ein Schruppen erforderliche Zeitbeschränkung und die Nachlaufbeschränkung des Servosystems bestimmt.

Da das Nicht-Vorhandensein von Beschleunigungskomponenten im Sollwert kennzeichnet, daß die Hubdaten getreu zu stark angenähert sind und keine Stetigkeit besteht, geht die ZE 71 zum Schritt 116 über, um die Anzahl n der durch Vergrö ßern des Winkelbereichs D _i zu glättenden Punkte zu erhöhen oder die Punktfolge in gleichen Intervallen oder an geeig neten Stellen, an denen die Änderungsrate des Nockenprofils groß ist, zu verringern, worauf zum Schritt 108 zurückge kehrt wird, in welchem die durch das Regressionspolynom an genäherte Regressionskurve erneut bestimmt wird.

Wenn im Schritt 112 die Entscheidung JA lautet, d.h., daß ein Zustand vorliegt, in dem eine Bedingung erfüllt wird, daß Abweichungen an jeweiligen Punkten zwischen der bestimm ten Kurve und den Punktfolge-Hubdaten innerhalb der Schrupp toleranz liegen, werden die Prozesse vom Schritt 108 zum Schritt 116 wiederholt, bis im Schritt 114 entschieden wird, daß die Beschleunigungskomponenten im Sollwert sind, bis z.B. die Beschleunigungskomponenten eine Kurve T zeigen, die unter dem Sollwert in Fig. 7 liegt.

Wenn bestimmt wird, daß die Abweichungen innerhalb der Schrupptoleranz sind und die Beschleunigungskomponenten im Sollwert liegen, dann geht die ZE zum Schritt 118 über, um resultierende Schrupphubdaten f ₁ (R ₁), f ₂ (R ₂), . . ., f _z (R _z) im Schrupphub-Datenfeld 722 zu speichern.

Anschließend geht die ZE 71 zum Schritt 120 über, um den gegenwärtigen, im Schleifscheibendurchmesser-Datenfeld 729 gespeicherten Durchmesser zu lesen, und sie geht dann zum Schritt 122 über, in dem aus dem gegenwärtigen Schleif scheibendurchmesser und den im Schrupphub-Datenfeld 722 ge speicherten Schrupphubdaten die Schruppprofildaten berech net werden.

Die Profildaten werden so erhalten, wie das in Fig. 8C ge zeigt ist. An diskreten Punkten P ₁, P ₂, . . ., P _n am gleich zentrischen Winkel auf einer Umrißlinie des Nockens 1 wird ein Ort des Zentrums M eines Kreises C mit dem Radius R (Schleifscheibendurchmesser), der die Umrißlinie A berührt, bestimmt, und dann werden die Profildaten, die die Schleif scheibenposition an jedem gleichzentrischen Winkel angeben, aus dem Abstand zwischen dem Zentrum M sowie dem Zentrum 0 des Nockens 1 gewonnen. Die Schruppprofildaten werden im Schruppprofil-Datenfeld 723 gespeichert, und dann werden die gespeicherten Daten über die Front-ZE 71 sowie die Haupt- ZE 31 bei der tatsächlichen Bearbeitung des Nockens zum NC- Schruppprofil-Datenfeld 321 übertragen.

Nachdem die Schruppprofildaten auf diese Weise aufbereitet wurden, geht die ZE 71 im Prozeß zu ihrem Schritt 124 über, um Schlichtprofildaten zu erzeugen, wobei die Vorrichtung in einen Schlichtprofil-Ableitungsmodus versetzt wird und die ZE 71 zum Schritt 104 zurückgeht.

Dann wird im Schritt 104 auf NEIN entschieden, worauf die ZE 71 zum Schritt 126 übergeht, um die Hubdaten als Schlicht daten zu glätten, wobei die im Schlichttoleranz-Datenfeld 727 gespeicherte Schlichttoleranz in Betracht gezogen wird. Dieses Glätten ist dasselbe wie die Glättungsvorgänge bei der Aufbereitung der Schrupphubdaten mit der Ausnahme, daß die Schlichttoleranz im Vergleich zur Schrupptoleranz klei ner festgesetzt und eine Bestimmung für die Beschleunigung nicht getroffen wird. Die auf diese Weise erhaltenen Schlichthubdaten werden im Schlichthub-Datenfeld 724 gespei chert.

Anschließend geht die ZE 71 zum Schritt 130 über, um den gegenwärtigen Schleifscheibendurchmesser, der im Schleif scheibendurchmesser-Datenfeld 729 gespeichert ist, zu lesen, worauf im Schritt 132 Schlichtprofildaten aus dem derzei tigen Schleifscheibendurchmesser und den Schlichthubdaten, die im Schlichthub-Datenfeld 724 gespeichert sind, in der gleichen Weise wie bei der Erzeugung der obigen Schrupppro fildaten gewonnen werden. Die Schlichtprofildaten werden im Schlichtprofil-Datenfeld 725 für die ZE 71 gespeichert, um alle Prozesse des gegenwärtigen Programms zu vervollstän digen.

Wenn sich die Abweichung noch nicht als innerhalb der Schrupptoleranz vorhanden zeigt und die Beschleunigung über dem Sollwert liegt, und zwar selbst bei einem Vergrößern oder Vermindern der Anzahl der zu glättenden Punkte und bei einem Vergrößern und Vermindern der Ordnung des Regressions polynoms, müssen die Schrupptoleranz oder der Beschleuni gungs-Sollwert geändert werden.

Wird die Anzahl der zu glättenden Punkte unstetig vergrö ßert oder vermindert, dann gibt es Fälle, wobei die Vergrö ßerung oder Verminderung übermäßig auf einmal erfolgt, so daß in diesem Fall der Prozeß der ZE 71 zum Schritt 108, nachdem die Anzahl der zu glättenden Punkte geringfügig wieder vermindert oder erhöht wurde, zurückgeführt werden kann.

Im folgenden werden die Prozesse bei einem Schleifen er läutert.

Wenn die Vorrichtung in einen Werkstück-Bearbeitungsmodus versetzt wird, führt die ZE 71 das in Fig. 5 gezeigte Pro gramm aus.

Im Schritt 200 wird geprüft, ob sich der Schleifscheiben durchmesser geändert hat, und wenn das der Fall ist, müssen erneut Profildaten bestimmt werden. Insofern geht die ZE 71 zum Schritt 202 über, um den gegenwärtigen, im Schleif scheibendurchmesser-Datenfeld 729 gespeicherten Durchmes ser zu lesen, worauf im nächsten Schritt 204 Schruppprofil daten aus dem gegenwärtigen Schleifscheibendurchmesser und Schrupphubdaten, die in dem Schrupphub-Datenfeld 722 gespei chert sind, berechnet und im Schrupprofil-Datenfeld 723 ge speichert werden.

Anschließend geht die ZE zum Schritt 206 über, um aus dem derzeitigen Schleifscheibendurchmesser und aus im Schlicht hub-Datenfeld 724 gespeicherten Schlichthubdaten Schlicht profildaten zu berechnen, die im Schlichtprofil-Datenfeld 725 gespeichert werden.

Hierauf erfolgt ein Übergang der ZE 71 zum Schritt 208, in dem die im Schruppprofil-Datenfeld 723 gespeicherten Schrupp profildaten und die im Schlichtprofil-Datenfeld 725 gespei cherten Schlichtprofildaten in das NC-Schruppprofil-Daten feld 321 oder in das NC-Schlichtprofil-Datenfeld 322 über die Front-ZE 71 und die Haupt-ZE 31 für eine tatsächliche Bearbeitung des Nockens übertragen werden, um das Programm zu vervollständigen.

Da hier eine erneute Aufbereitung der Profildaten nicht notwendig ist, wenn sich der Schleifscheibendurchmesser im Schritt 200 nicht geändert hat, geht die ZE 71 zum Schritt 208 über, um die im Schruppprofil-Datenfeld 723 gespeicher ten Schruppprofildaten und die im Schlichtprofil-Datenfeld 725 gespeicherten Schlichtprofildaten als die Initialwerte zu übertragen und das Programm zu vervollständigen.

Wenn dann von einem Steuerpult 45 ein Befehlssignal für die Bearbeitung gegeben wird, so führt die ZE 31 das Programm von Fig. 6 durch.

Im Schritt 300 liest die ZE 31 NC-Daten, um zu entscheiden, ob ein Schruppen befohlen ist, und wenn das der Fall ist, dann geht die ZE 31 im Prozeß zum Schritt 302 über, in dem NC-Schruppprofildaten, die im NC-Schruppprofil-Datenfeld 321 gespeichert sind, abgerufen werden. Anschließend erfolgt ein Übergang zum Schritt 304, um ein Schleifen des Nockens im Schruppzyklus durch den gemäß den NC-Profildaten ausge gebenen Schruppbefehl auszuführen.

Hierauf liest die ZE 31 im Schritt 306 NC-Daten, um zu ent scheiden, ob ein Schlichten befohlen ist. Ist das der Fall, so geht die ZE 31 zum Schritt 308 über, in welchem im NC- Schlichtprofil-Datenfeld 322 gespeicherte NC-Schlichtprofil daten abgerufen werden, worauf ein Übergang zum Schritt 310 erfolgt, um ein Schleifen des Nockens im Schlichtzyklus ent sprechend dem nach den NC-Profildaten ausgegebenen Schlicht befehl durchzuführen und das Programm zu beenden.

Ist im Schritt 300 ein Schruppen nicht befohlen, so geht die ZE 31 zum Schritt 306 über, um das folgende Schlicht programm abzuarbeiten, und wenn im Schritt 306 ein Schlich ten nicht befohlen ist, so ist das Programm beendet.

Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform Regressions kurven jeweils im jeweiligen Winkelbereich D _i, der sich über einen Infinitesimalwinkel bewegt, bestimmt werden, kann ein Regressionspolynom von höherer Ordnung, das sich der Punkt folge annähert, über die gesamten Winkelbereiche mit Ausnah me für den Grundkreis des Nockens erhalten werden, um die gesamten Schrupphubdaten aus dem Regressionspolynom zu er zeugen.

Wenngleich eine Schrupphub-Datenangabe am Zentriwinkel R _i von einer Regressionskurve im Winkelbereich D _i erzeugt wird, um den Winkelbereich D _i um einen minimalen Winkel zu ver schieben, der die Schrupphub-Datenangabe hervorruft, können Schrupphubdaten an zwei oder drei Zentriwinkeln im Winkel bereich D _i erlangt werden, um den Winkelbereich D _i um den zwei- oder dreifachen Winkel des minimalen Winkels, der die Schrupphubangaben liefert, zu verschieben. Durch eine Anord nung dieser Art wird ein Glätten mit schneller Geschwindig keit verwirklicht.

Wie beschrieben wurde, werden gemäß der Erfindung stetige Schrupphubdaten, deren Abweichung gegen die Hubdaten inner halb einer Toleranz der Schlichtzugabe bei einer Feinbear beitung ist und quadratische Differentialkomponenten mit Bezug auf den Drehwinkel ober Beschleunigungskomponenten, die unter dem vorgegebenen Wert liegen, erhalten, um dar aus Schruppprofildaten zu erzeugen, um Schlichtprofildaten aus den Hubdaten zu erzeugen und um eine Hauptspindel sowie eine Schleifscheiben-Zustellspindel numerisch durch die Schruppprofildaten bei einem Schruppen und die Schlichtpro fildaten bei einem Schlichten oder Feinbearbeiten zu steu ern. Demzufolge ist, da eine Bearbeitung durch die Schrupp profildaten durchgeführt wird, wobei die Beschleunigungs komponenten beim Schruppen eingeschränkt werden, ein Nach lauf für den Befehlswert gut, selbst wenn die Umlaufgeschwin digkeit der Hauptspindel erhöht wird, so daß Bearbeitungs fehler durch ungeschliffene Stellen minimiert werden. Da die Beschleunigungskomponenten der Schruppprofildaten klein sind, kann ein Hochleistungsschleifen mit hoher Geschwin digkeit durchgeführt werden, wobei Risse im Werkstück, die durch ein Erhitzen hervorgerufen werden, in Fortfall kommen. Da eine präzise Bearbeitung im Schlichtzyklus durch Schlicht profildaten bewirkt werden kann, indem die Umlaufgeschwin digkeit der Hauptspindel herabgesetzt wird, können Bear beitungsfehler minimiert werden, selbst wenn die Beschleuni gungskomponenten groß sind. Auch bei einem Schlichten mit niedriger Geschwindigkeit kann das Schruppen mit hoher Ge schwindigkeit durchgeführt werden, so daß als Ergebnis die das Schruppen und Schlichten einschließende gesamte Bear beitungszeit verkürzt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird eine numerische Steuervorrichtung zur Bearbeitung von unrunden Werkstücken, wie ein Nocken u. dgl., offenbart. Erfindungsgemäß werden aus das Profil eines unrunden Werkstücks bestimmenden Hubdaten Schrupppro fil- sowie Schlichtprofildaten erzeugt. Die Schruppprofil daten werden aus Schrupphubdaten gewonnen. Die Schrupphub daten werden als stetige Änderung so erzeugt, daß die Abwei chung von den Hubdaten, die das endbearbeitete Profil regeln, innerhalb der Toleranz einer Schlichtzugabe liegt und auf den Drehwinkel bezogene quadratische Differentialkomponenten kleiner als der vorbestimmte Wert sind. Maschinelle Bear beitungsvorgänge werden durch die Schruppprofildaten bei einem Schruppen und durch die Schlichtprofildaten bei einem Schlichten durchgeführt. Als Ergebnis werden Bearbeitungs vorgänge mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, und die Stück zeit in der Bearbeitung kann verkürzt werden.

Claims

1. Numerische Steuervorrichtung, die Profildaten, welche die Beziehung zwischen dem Drehwinkel einer Hauptspindel und der Schleifscheiben-Zustellposition angeben, aus Hubdaten, die das feinbearbeitete Profil eines unrunden Werkstücks und den Schleifscheibendurchmesser spezifizieren, aufbe reitet, um eine maschinelle Bearbeitung des unrunden Werk stücks im Ansprechen auf die Profildaten zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung umfaßt:

- eine Schrupphubdaten-Aufbereitungseinrichtung, die unter Verwendung der Hubdaten Schrupphubdaten, die sich stetig ändern und bei denen die Abweichung gegenüber den Hubda ten innerhalb einer vorgegebenen Toleranz der Schlichtzu gabe in der Feinbearbeitung liegt, wobei quadratische, auf den Drehwinkel bezogene Differentialkomponenten unter einem vorgegebenen Wert sind, darstellt,
- eine erste Profildaten-Aufbereitungseinrichtung, die aus den von der Schrupphubdaten-Aufbereitungseinrichtung dargestellten Schrupphubdaten sowie dem gegenwärtigen Schleifscheibendurchmesser Schruppprofildaten darstellt, die die Schleifscheiben-Zustellposition mit Bezug zum Drehwinkel einer Hauptspindel im Schruppen regeln,
- eine zweite Profildaten-Aufbereitungseinrichtung, die aus den Hubdaten sowie dem gegenwärtigen Schleifscheiben durchmesser Schlichtprofildaten darstellt, die die Schleif scheiben-Zustellposition mit Bezug zum Drehwinkel der Hauptspindel im Schlichten regeln, und
- eine Positionssteuereinrichtung, die die Hauptspindel und eine Schleifscheiben-Zustellspindel numerisch steu ert, um ein Schruppen oder Schlichten auf der Grundlage der Schruppprofil- oder der Schlichtprofildaten durchzu führen.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schruppprofildaten speichernde Einrichtung, die durch die erste Profildaten-Aufbereitungseinrichtung dargestell te Schruppprofildaten speichert, und durch eine Einrich tung zur Speicherung von Schlichtprofildaten, die die von der zweiten Profildaten-Aufbereitungseinrichtung darge stellten Schlichtprofildaten speichert.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schruppprofildaten-Aufbereitungseinrichtung eine Regressionskurve bestimmt, die sich einer Punktfolge annä hert, welche durch die Hubdaten gegeben ist, um die Schrupp hubdaten aus Punkten auf der Regressionskurve aufzube reiten.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrupphubdaten-Aufbereitungseinrichtung eine Re gressionskurve, die sich einer Folge von Punkten annähert, welche durch die in einem vorbestimmten engen Winkelbe reich vorhandenen Hubdaten gegeben ist, und einen der Schrupphubdatenwerte vom zentralen Punkt in diesem Winkel bereich auf der Regressionskurve bestimmt, um alle Schrupp hubdaten zu erzeugen, wenn sich der Winkelbereich um einen bestimmten Winkel verschiebt, sowie diese Prozesse in Auf einanderfolge ausführt.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrupphubdaten-Aufbereitungseinrichtung den Win kelbereich verengt, um die Anzahl der Punkte der Punktfol ge, die durch die Hubdaten in Aufeinanderfolge gegeben ist, zu verringern, bis die Abweichung zwischen allen er zeugten Schrupphubdaten und den Hubdaten innerhalb der Toleranz für die Schlichtzugabe, um die Regressionskurve zu bestimmen, liegt.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrupphubdaten-Aufbereitungseinrichtung den Winkelbereich erweitert, um die Anzahl der Punkte der Punktfolge, die durch die Hubdaten gegeben ist, zu vergrö ßern oder Punkte mit einer großen Änderungsrate zu ver ringern, bis quadratische Differentialkomponenten mit Be zug zum Winkel der erzeugten Schrupphubdaten geringer als der vorbestimmte Wert für das Bestimmen der Regressions kurve werden.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrupphubdaten-Aufbereitungseinrichtung die Re gressionskurve durch das Regressionspolynom bestimmt.

8. Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrupphubdaten-Aufbereitungseinrichtung die Ord nung des Regressionspolynoms in Aufeinanderfolge erhöht, bis die Abweichung zwischen allen erzeugten Schrupphubda ten und den Hubdaten innerhalb der Toleranz der Schlicht zugabe liegt, um die Regressionskurve zu bestimmen.