DE3940621A1

DE3940621A1 - Verfahren zur numerischen steuerung einer drehmaschine

Info

Publication number: DE3940621A1
Application number: DE19893940621
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Moesser; Paul-Josef Dipl Ing Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-12-08
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1991-06-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Bei Drehmaschinen ist es allgemein bekannt (siehe z. B. europäische Patentanmeldung 00 18 710 A1) zum oder nach dem Abstechen die Stirnseite des Werk stückes zu bearbeiten. Weiterhin ist es bekannt, bei der Drehbearbeitung eines Werkstückes nach einer in einem kartesischen Koordinatensystem vorgegebenen Bahnkurve auch nicht rotationssymetrische Gegenstände zu bearbeiten (siehe DE-OS 34 42 246 und DE-OS 31 51 173). Hierbei ist es be kannt, daß dann, wenn die jeweilige Bahnkurve der Drehachse relativ nahe kommt, selbst bei geringer Bahngeschwindigkeit, die maximal zulässige Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel überschritten werden kann, und um dies zu vermeiden, die Bahngeschwindigkeit reduziert werden muß.

Bei einer Bearbeitung der Stirnseite eines Werkstückes zum Beispiel mit einem Fräser, ist diese Gefahr einer unzulässig hohen Drehgeschwindigkeit noch größer, da hier die Bearbei tungsbahn durch jeden Punkt der Stirnseite, das heißt in un mittelbarer Nähe an der Drehmitte vorbei, oder durch die Drehmitte verlaufen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung hierfür so auszubilden, daß mit möglichst geringem Rechner- und Programmieraufwand für beliebige Bahnkurven eine Bear beitung der Stirnseite möglich wird.

Erfindungsgemäß läßt sich die Aufgabe mit den kennzeichnen den Merkmalen des Anspruches 1 lösen. Durch die Bearbeitung mit einem quer zur Hauptspindelachse numerisch steuerbarem Werkzeug, dessen Rotationsachse immer in einer Ebene ver bleibt, die entlang der Drehachse der Hauptspindel verläuft wird eine einfache Programmierung und Reduzierung der Bahn geschwindigkeit möglich, die selbsttätig und dynamisch er folgen kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens ist es möglich, eine Werkzeugradiuskompensation durchzuführen, die keinen Mehraufwand bei der Ermittlung der Reduzierung der Bahngeschwindigkeit bedingt. Dies wird möglich, wenn die Werkzeugradiuskompensation vor der Behandlung der aktuel len Einzelsätze mit der Ermittlung des Reduzierabstandes und einer eventuell erforderlichen Reduzierung durchgeführt wird. Eine besonders vorteilhafte Reduzierung ergibt sich, wenn diese mit jedem Interpolationsschritt erfolgt. Hierbei ergibt sich eine sehr dynamische Veränderung der Bahnge schwindigkeit, die ohne abrupte Änderungen eine optimale Bahnbearbeitung ermöglicht.

Ist eine Bearbeitung in unmittelbarer Nähe der Drehachse der Hauptspindel, z. B. mit einem Minimalabstand unter 10 µm er forderlich, oder soll die Bearbeitungsbahn durch die Dreh achse verlaufen, läßt sich dies in Weiterbildung der Erfin dung durch besondere Maßnahmen verwirklichen. So kann durch eine entsprechende Programmierung eine Aufteilung der Bear beitungsbahn mit einem Verfahren in die Drehmitte erfolgen, dort ein Zwischensatz gebildet werden, der eine Drehbewegung der Hauptspindel zur Folge hat und erst danach ein Heraus fahren aus der Drehmitte bewirkt werden.

Aus der DE-OS 34 42 246 ist es bekannt, bei einer Drehbear beitung eines Werkstückes mit nicht rotationssymetrischer Kontur die Rotationsgeschwindigkeit der Hauptspindel auf das Nichtüberschreiten einer maximal zulässigen Rotationsge schwindigkeit zu überwachen und ab Erreichen dieser Rota tionsgeschwindigkeit die Bahngeschwindigkeit zu reduzieren. Hierbei wird die Rotationsgeschwindigkeit in einem aufwen digen Rechenverfahren ermittelt. Überschreitet diese den maximal zulässigen Wert, wird der Teil der Bearbeitungsbahn ermittelt, der die höchste Rotationsgeschwindigkeit bewirkt und die Bahngeschwindigkeit so weit reduziert, daß diese eine Rotationsgeschwindigkeit zur Folge hat, die unter dem maxi mal zulässigen Wert liegt. Abgesehen davon, daß dies einen erheblichen Rechenaufwand erfordert, muß die Ermittlung des größten Rotationsgeschwindigkeitswertes vor der Bearbeitung erfolgen und eine Umschaltung auf den reduzierten Wert er gibt eine abrupte Änderung der Bahngeschwindigkeit, die sich häufig nachteilig auf die Bearbeitung auswirkt. Wird wie dort weiterhin vorgeschlagen, der Bearbeitungspunkt mit der größten Rotationsgeschwindigkeit ermittelt und die Bahnge schwindigkeit dieses Bearbeitungspunktes der ganzen Bahn zu grunde gelegt, ergibt sich eine sehr lange Bearbeitungs dauer.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Werkstückes mit der erfindungsgemäßen Führung eines Werkzeuges zur Stirnbearbeitung,

Fig. 2 der Bearbeitungsablauf in einzelnen Softwarestufen und

Fig. 3 die Auswirkungen eines derartigen Bearbeitungsab laufes auf die Bearbeitungsbahn.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein zylinderförmiges Werkstück 1 dargestellt, dessen Stirnfläche 2 bearbeitet wird und dessen nicht dargestelltes zweite Endstück in der Hauptspindel einer Drehmaschine eingespannt ist. Vor der Stirnseite 2 ist ein rotierendes Werkzeug 3 angeordnet, das in Richtung einer X-Achse quer zur Hauptspindelachse 4 nume risch steuerbar ist. Die Rotationsachse des Werkzeuges 4 ist hierbei in einer Ebene 5 verstellbar, die planparallel zur Hauptspindelachse 4 verläuft, d. h. die verlängerte Haupt spindelachse 4 verläuft in dieser Ebene 5. Das Werkzeug 3 kann weiterhin in einer parallel zur Hauptspindelachse 4 liegenden Z-Achse 6 verstellbar oder numerisch steuerbar sein.

Die Bearbeitung einer Bearbeitungsbahn 7 erfolgt durch nume rische Steuerung der Drehstellung um die Hauptspindelachse 4 der C-Achse, bei gleichzeitiger Steuerung der X-Achse, die das Werkzeug 3 entlang der Ebene 5 führt. Um von der darge stellten Stellung aus das Werkzeug über die Bearbeitungsbahn 7 zu führen, wird im ersten Bahnabschnitt im wesentlichen nur ein Verstellen der X-Achse nach vorn bei geringfügiger Verstellung der C-Achse im Uhrzeigersinn erforderlich. Je weiter das Werkzeug 3 zur Mitte geführt wird, um so größer wird die Verstellgeschwindigkeit der C-Achse, wenn die Bahn geschwindigkeit, d. h. das Verfahren des Werkzeuges entlang der Bearbeitungsbahn 7 konstant gehalten werden soll. Bevor das Werkzeug 3 die Drehmitte 8 der Hauptspindelachse 4 er reicht, muß die Stellbewegung der X-Achse zum Stillstand kommen und danach wieder in die Ausgangslage zurückgeführt werden. Ist die vorgesehene, programmierte Bahngeschwindig keit nicht sehr klein, ist es möglich, daß die erforderliche Schwenkbewegung der C-Achse so groß wird, daß die maximal zulässige Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel schon vor dem mittleren Bahnbereich überschritten wird. Dies tritt vor allem dann ein, wenn die Bearbeitungsbahn 7 direkt an der Drehmitte 8 vorbeiläuft.

Um zu verhindern, daß die maximal zulässige Drehgeschwindig keit F_Cmax überschritten wird, erfolgt eine Datenverarbei tung in Softwarestufen gemäß Fig. 2. In einer ersten Stufe 10 erfolgt eine Satzvorbereitung, das heißt, aus den einge gebenen bzw. programmierten Daten zum Verfahren entlang einer Bearbeitungsbahn mit den Endpunkten X, Y, Z im karthe sischen, orthogonalen Koordinatensystem, dessen Nullpunkt in der Drehmitte 8 liegt, der programmierten Bahngeschwindig keit F_Prog usw. werden die Daten in bekannter Weise bereit gestellt, die zur Bearbeitung des nächsten Satzes erforder lich sind. Diese Daten werden an die nächste Stufe 11 ge geben, in der zur Werkzeugradiuskompensation korrigierte X-Y-Werte errechnet werden. Diese gelangen dann zusammen mit den anderen Daten zur Stufe 12, in der eine Behandlung des aktuellen Satzes erfolgt. In dieser Stufe wird auch ermit telt, ob eine Reduzierung der vorprogrammierten Bahnge schwindigkeit erforderlich ist, wobei ein gemäß der Formel:

ermittelter Reduzierabstand R_reduz mit dem Abstand zur Dreh mitte verglichen wird. Ist der Abstand zur Drehmitte kleiner, erfolgt eine Reduzierung der Bahngeschwindigkeit gemäß der Formel:

F_Reduz [mm/min]=F_Prog [mm/min] · l/l_reduz [mm/mm] (2)

Hierdurch ergeben sich in der nächsten Stufe 13, in der die Interpolation erfolgt, kleinere Interpolationsschritte. Die x-y-Werte der einzelnen Interpolationsschritte werden dann an eine weitere Stufe 14 gegeben, in der durch eine an sich bekannte Transformation Stellwerte C für die C-Achse und x-Wert für die x-Achse errechnet werden. Durch die zuvor in der Stufe 11 erfolgte Werkzeugradiuskorrektur und das Ver stellen der Werkzeugdrehachse in der Ebene 5 entspricht der x-Wert hierbei dem jeweiligen Abstandswert 1 der Bearbei tungsbahn von der Drehmitte 8. So kann dieser Wert über eine Verbindung 15 zur Stufe 12 zur Errechnung von FR_eduz gemäß der Formel (2) verwendet werden. Die X- und C-Werte werden dann an die Lageregelung 16 für die einzelnen Achsen gege ben.

Wie aus den Formeln (1) und (2) ersichtlich, läßt sich hier bei mit sehr geringem Rechenaufwand eine dynamische Reduzie rung der Bahngeschwindigkeit erzielen, der optimal an die Bearbeitung der Bearbeitungsbahn angepaßt ist.

Die Wirkungsweise soll an einem vereinfachten Beispiel gemäß Fig. 3 erläutert werden. Hier ist eine gerade Bearbeitungs bahn 20 auf der Stirnseite 21 eines Werkstückes dargesellt. Das zu Beginn außerhalb liegende Werkzeug 22 wird unter Schwenken des in der Hauptspindel eingespannten Werkstückes im Gegenuhrzeigersinn herangeführt. Der Eingriff in das Werkstück an der Stelle 23 erfolgt durch die Werkzeugradius kompensation hierbei so, daß der unterste Punkt des Werk zeuges 22 an diese Stelle 23 geführt wird, wobei das Werk zeug in x-Richtung in der Ebene 24 gesteuert wird. Auf der Bearbeitungsbahn 20 ist ein Teil der einzelnen Interpola tionsschritte (z. B. jeder zehnte Interpolationsschritt) durch Striche 25 gekennzeichnet. Bis zum Erreichen des Ab standes L_reduz 26 von der Drehmitte 27 haben die Interpola tionsschritte einen gleichgroßen Abstand voneinander. Wird der Abstand 26 unterschritten, wird der Abstand der einzel nen Interpolationsschritte voneinander entsprechend dem Abstand von der Drehmitte verringert. Ist der kürzeste Ab stand zur Drehmitte erreicht, steht das Werkzeug vor der Drehmitte im Abstand des Werkzeugradius zusätzlich zum Ab stand der Bearbeitungsbahn 20 zur Drehmitte und die Bearbei tungsbahn ist über die C-Achse in eine senkrechte Lage ge schwenkt. Danach fährt das Werkzeug 22 in Richtung seiner Ausgangslage zurück, wobei die Abstände der einzelnen Inter plationsschritte wieder größer werden, bis der Reduzierab stand 26 von der Drehmitte wieder erreicht ist. Gleichzeitig ist zu erkennen, daß sich die dazugehörenden einzelnen Ver stellwinkel bis zum Erreichen des Reduzierabstandes ver größern, innerhalb des Reduzierabstandes 26 jedoch gleich groß bleiben.

Wie aus der Formel (2) zu erkennen ist, wird bei einem Ab stand 1 von der Drehmitte gleich Null die reduzierte Bahn geschwindigkeit F_Reduz gleichfalls zu Null. Es muß daher ein Minimalabstand verbleiben, um zu vermeiden, daß die Bearbei tung zum Stillstand kommt. Dies bedeutet, es muß ein Mini malabstand vorgegeben werden, der bei der Programmierung nicht unterschritten werden darf. Im allgemeinen gentügt es jedoch, diesen Minimalabstand auf einige z. B. 10 µm zu be grenzen.

Soll eine Bearbeitungsbahn innerhalb dieses Minimalabstandes liegen oder durch die Drehmitte verlaufen, kann dies dadurch erfolgen, daß innerhalb des Minimalbereiches keine weitere Reduzierung mehr erfolgt, in einem getrennten Satz eine Pro grammierung zur Drehmitte erfolgt, und/oder dort ein Zwischensatz erzeugt wird, der lediglich eine Drehung der C-Achse bewirkt, bevor mit einem anschließenden Verfahrsatz aus der Drehmitte herausgefahren wird. Die Zerlegung des zu sätzlichen Zwischensatzes in einen Dreh- und nachfolgenden Verfahrsatz kann hierbei auch automatisch in entsprechenden Softwarestufen erfolgen.

Claims

1. Verfahren zur numerischen Steuerung einer Drehmaschine mit ei ner Einrichtung zur Bearbeitung der Stirnseite eines von der Hauptspindel getragenen Werkstückes mit einem rotierendem Werk zeug, insbesondere mit einem Fräser, dadurch gekenzeichnet, daß

a) das Werkzeug (4) mit seiner Rotationsachse in eine Ebene (5) positionierbar ist, die planparallel zur Drehachse (4) der Hauptspindel verläuft und in dieser Ebene (4), durch Dreh bewegungen der Hauptspindel (C-Achse) sowie einer Stellbewe gung (X-Achse) quer zur Hauptspindelachse numerisch steuer bar, die Bearbeitung der Stirnfläche (2) ermöglicht,
b) zur Bearbeitung einer Bearbeitungsbahn (7) deren Abstand von der Drehmitte (8) der Hauptspindel größer ist als ein Mini malabstand, eine programmierte Bahngeschwindigkeit abhängig vom Abstand zur Drehmitte (8) dermaßen reduziert wird, daß eine vorgegebene, maximale Drehgeschwindigkeit der Haupt spindel nicht überschritten wird,
c) ein Reduzierabstand l_reduz durch folgende Näherung ermit telt wird: wobei F_Prog der programmierten Bahngeschwindigkeit und F_{C max} der maximalen Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel entspricht und, daß
d) eine Reduzierung der Bahngeschwindigkeit einsetzt, wenn der Abstand zur Drehmitte (8) kleiner wird als l_reduz, wobei die Reduzierung in folgender Weise erfolgt: F_Reduz [mm/min]=F_prog [mm/min] · l/l_reduz [mm/mm]und l der Abstand der Bearbeitungsbahn zur Drehmitte (8) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Reduzierabstandes l_reduz bei der Bearbei tung eines jeden einzelnen Datensatzes für die Bearbeitungs bahn (7) erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Programmierung der einzelnen Punkte der Bearbeitungsbahn (7) in x-y-Werte eines Koordinatensys tems erfolgt, dessen Nullpunkt der Drehmitte (8) der Haupt spindelachse (4) entspricht, diese Werte durch eine Trans formation in entsprechende C-Werte für die Drehstellung der Hauptspindel und entsprechende X-Werte für die Stellbewegung (X-Achse) umgerechnet werden, wobei der jeweilige X-Wert dem Abstand l der Bearbeitungsbahn (7) von der Drehmitte (8) der Hauptspindel entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bearbeitung der einzelnen Datensätze für die Bearbeitungsbahn in folgender Reihenfolge in Software stufen erfolgt: Satzvorbereitung (10), Werkzeugradiuskom pensation (11), Behandlung des aktuellen Einzelsatzes mit Ermittlung des Reduzierabstandes l_reduz (12), Inter polation (13) in einzelne x-y-Werte mit eventueller dyna mischer Reduzierung der Bahngeschwindigkeit bei jedem Inter polationsschritt, Transformation (14) in Drehstellungen der Hauptspindel (C-Werte) sowie in entsprechend abgewandelte Abstandswerte (X-Werte) für die X-Achse und Ausgabe dieser Werte zur Lageregelung (16).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Bearbeitung einer Bearbeitungsbahn die durch die Drehmitte (8) der Hauptspindel verläuft, durch eine entsprechende Programmierung, eine Aufteilung der Bearbeitungsbahn mit einem Verfahren in die Drehmitte (8) erfolgt, dort ein Zwischensatz gebildet wird, der eine Drehbewegung der Hauptspindel zur Folge hat und danach ein Herausfahren aus der Drehmitte (8) erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Drehmitte (8) herausführende Datensatz intern in einen als Zwischensatz wirkenden Drehsatz für die Haupt spindel und in einen nachfolgenden Verfahrsatz zerlegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bearbeitung in Richtung auf die Drehmitte (8) der Hauptspindel, durch eine entsprechende Programmierung, die Werkzeugradiuskorrektur und/oder die Reduzierung der Bahngeschwindigkeit abschaltbar ist.