DE4021603C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine.

Mit der CH-PS 4 45 609 ist ein Steuerverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine bekannt, bei welchem zur Korrektur von Steuerwerten die am Werkstück tatsächlich erzeugten Abmessungen mit Werten verglichen werden, die in einem Informationsträger gespeichert sind. Beim Arbeitsablauf der Werkzeugmaschine wird dann der ursprüngliche Wert für die Steuerung zuzüglich des ermittelten Differenzbetrages als neue Weginformation an die Steuerung geleitet.

Ein entsprechendes Steuerverfahren ist auch mit der AT-PS 2 48 825 bekanntgeworden.

In dem Aufsatz D. Schmid, Interpolation bei numerischen Bahnsteuerungen, Steuerungstechnik, 2. Jahrgang, 1969, Nr. 9, Seiten 342 bis 349, werden verschiedene Verfahren für die Interpolation von Bahnsteuerungen angegeben.

Üblicherweise führt eine Werkzeugmaschine, die in drei Dimen­ sionen eine spanabhebende Bearbeitung und dergleichen durch­ führt, einen Bearbeitungsvorgang in allen Raumrichtungen auf solche Weise durch, daß sie Antriebseinrichtungen, die für die zugehörigen X-, Y- und Z-Achsen vorgesehen sind, zu einer zu­ sammenwirkenden Bewegung veranlaßt. Programmierte numerische Steuergeräte werden häufig für eine derartige zusammenwirkende Steuerung in mehreren Achsen eingesetzt.

Ein derartiges NC-Gerät analysiert zugehörige Bewegungs­ befehlwerte für die Achsen von einem vorbestimmten Bewegungs­ befehlprogramm, welches extern eingegeben wird, und gibt auf­ einanderfolgend die jeweiligen auf diese Weise analysierten Befehlswerte an Antriebsmechanismen aus für die zugehörigen Achsen der Werkzeugmaschine, um auf diese Weise die jeweili­ gen Antriebsmechanismen zur Zusammenarbeit zu veranlassen, und so die Werkzeugmaschine dazu zu bringen, daß sie automa­ tisch einen gewünschten Bearbeitungsvorgang durchführt, der in dem Programm eingestellt ist.

Um das NC-Gerät dazu zu veranlassen, daß es einen Betriebs­ ablauf wie den Schnitt eines vollständigen Außen- oder Innen­ kreises durchführt, ist die gleichzeitige Steuerung zumindest zweier Achsen erforderlich. Zum Beispiel ist dafür, um das NC-Gerät zu veranlassen, einen vollständigen Kreis mit einem Radius von r mit den Koordinaten (x₀, y₀) als Zentrum in einer X-Y-Ebene zu ziehen, eine X-Achsenkoordinate x und eine Y-Achsenkoordinate y erforderlich, um so zusammenzuwirken, daß sie die Gleichung (x - x₀)² + (y - y₀)² = r² erfüllen, und die jeweiligen Befehlswerte für die Achsen werden gleich­ zeitig gesteuert entsprechend einem Winkel R in den Gleichun­ gen x = (r cos R + x₀) und y = (r sin R + y₀).

Ein derartiges gleichzeitiges Steuerverfahren für die beiden Achsen ist fehlerbehaftet, und es läßt sich von sämtlichen Steuerverfahren für einen vollständigen Kreisvorgang sagen, daß sie einen elliptischen Bearbeitungsvorgang bewirken. Die Fehlereinflüsse, welche einen derartigen elliptischen Bearbeitungsvorgang hervorrufen, sind ein Fehler in der Stei­ gung zwischen benachbarten Achsen, eine thermische Abweichung bei jeder der Achsen, eine thermische Abweichung eines Haupt­ achsenkopfes, eine Stellungsänderung des Rahmens der Werkzeug­ maschine und ein Altern des Steuergerätes und des Werkzeug­ maschinenrahmens.

(1) Es werden grundlegende Maßnahmen durchgeführt, um die statische Genauigkeit und Steifigkeit jeder der Achsen zu er­ höhen. (2) Um mit den thermischen Abweichungen fertig zu wer­ den, erfolgt eine Unterdrückung oder Eliminierung von Wärme­ quellen. Zusätzlich wird eine Korrektur entsprechend jedem der Fehlereinflüsse durchgeführt; (3) eine Steigungsfehler­ korrektur, (4) eine Gradientenkorrektur, (5) eine Korrektur der thermischen Abweichungen und dergleichen.

Die Maßnahmen gegen oder die Korrektur für den Fehler infolge der Ellipse werden für jeden der betreffenden Faktoren durch­ geführt oder vorgenommen.

Daher müssen zur Erhöhung der Genauigkeit, mit welcher eine auf einen vollständigen Bearbeitungskreis orientierte Be­ arbeitung durch ein System durchgeführt wird, welches das NC-Gerät und die Werkzeugmaschine umfaßt, spezielle Techni­ ken in Betracht gezogen werden entsprechend der Eigenschaft und der Steuerart der Werkzeugmaschine selbst. Es ist daher allgemein für einen Benutzer sehr schwierig oder unmöglich, mit diesen Problemen fertig zu werden.

Beispielsweise sind (1) zur Erhöhung der statischen Genauig­ keit bestimmte Fähigkeiten erforderlich, um die Winkelhaltig­ keit des Winkels zwischen benachbarten Achsen und die Gerad­ heit der jeweiligen Achsen zu messen und einzustellen, und hierfür sind spezielle Meßgeräte erforderlich. Daher lassen sich eilige Messungen nur schwer unmittelbar durchführen. (2) Zur Unterdrückung oder Eliminierung der Wärmequellen müssen Maßnahmen gegen zahlreiche Wärmequellen durchgeführt werden, beispielsweise den Hauptachsenkopf, Kugelumlaufspindeln und Hydraulikeinheiten. Es gibt daher Probleme wie beispielsweise die Komplexität einer Änderung des Aufbaus und einen immensen Anstieg der zusätzlichen Kosten. Hinzu kommt die Tatsache, daß diese Maßnahmen nicht wirksam gewesen sind, um derartige Fehler vollständig auszuschalten.

(3) Die Korrektur von Steigungsfehlern wird bezüglich der Ex­ pansion und der Kontraktion der jeweiligen Achsen durchgeführt.

(4) Die Gradientenkorrektur wird gemacht für die Winkelhal­ tigkeit zwischen benachbarten Achsen und die Geradheit jeder der Achsen. Eine derartige Korrektur ist allerdings nur tem­ porär und erfordert die Fähigkeiten einer Fachkraft und spe­ zielle Meßinstrumente. (5) Die Korrektur bezüglich thermischer Abweichungen schließt die Korrektur derartiger Abweichungen auf der Grundlage vorher gemessener Wärmeeffekte aus unter­ schiedlichen Quellen ein und ist wirksam. Die Korrektur be­ züglich der thermischen Abweichungen ist allerdings nicht wirksam zur Verhinderung der Erzeugung von Fehlern, die bei ordnungsgemäßem Maschinenlauf auftreten.

Es läßt sich nicht verhindern, daß die mechanische Genauig­ keit der Steuervorrichtung und der Werkzeugmaschine infolge von Alterungsvorgängen ungenügend wird. Die Korrektur in dem Steuergerät wird auf optimale Werte für die Bedingungen gesetzt, unter denen die Korrektur stattfindet, da es keine wirksamen Maßnahmen gegen das Altern gibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Steuerverfahren für eine numerische Werkzeugmaschine zur Verfügung zu stellen, welches eine einfache und sichere Korrektur von Rundheitsfehlern ermöglicht, und zwar auch von solchen Fehlern, die durch das Altern der Werkzeugmaschine und der Steuervorrichtung bedingt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den einzigen Anspruch gelöst.

Beispielsweise ist der Ort einer Ellipse mit einem Hauptradius "ar" in der X-Achsenrichtung und mit einem kleineren Radius "br" in der Y-Achsenrichtung mit der Koordinate (x₀, y₀) als Zentrum gegeben durch

Die Koordinate eines Punktes P′ (x, y) auf dem Umfang der Ellipse ist gegeben durch

x = (ar cos R + x₀)
y = (br sin R + y₀)

wobei R den Winkel zwischen der X-Achse und einer geraden Linie angibt, welche das Zentrum der Ellipse mit dem Punkt P′ verbindet.

Der Ort eines vollständigen Kreises mit einem Radius von r und mit demselben Zentrum ist gegeben durch

(x - x₀)² + (y - y₀)² = r²,

wobei ein Punkt P (x, y) auf dem Umfang dieses Kreises gegeben ist durch

x = (r cos R + x₀)
y = (r sin R - y₀)

Das Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Schritte des Erhaltens von Daten bezüglich der Form einer Ellipse aus einer als vollständigen Kreis programmierten Bearbeitungsbahn die auf der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine ausgeführt wird und der Korrektur der Bearbeitungsbahn, so daß an Stelle der Ellipse, die durch die Ellipsenformdaten bestimmt ist, tatsächlich ein vollständiger Kreis als Bearbeitungsbahn erhalten wird.

Durch das erfindungsgemäße Steuerverfahren werden Bahnfehler kompensiert, ohne daß eine eingehende Untersuchung der jeweiligen Fehler und komplizierter Messungen der jeweiligen Fehlerfaktoren einschließlich des Alterns der Werkzeugmaschine und der Steuervorrichtung erforderlich ist. Eine Verbesserung der Genauigkeit bezüglich Kreisbahnen wird einfach und sicher mit der vorliegenden Erfindung erreicht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 Graphen von tatsächlich ausgeführten Bahnen (Betriebsbahnen);

Fig. 3 Graphen von auszuführenden Bahnen (Steuerbahnen);

Fig. 4 Graphen von tatsächlich ausgeführten Bahnen (Betriebsbahnen) vor einer erfindungsgemäßen Korrektur;

Fig. 5 Graphen von tatsächlich ausgeführten Bahnen (Betriebsbahnen) nach einer erfindungsgemäßen Korrektur;

Fig. 6 einen Graphen einer tatsächlich ausgeführten Bahn (Betriebsbahn), bei welchem keine erfindungsgemäße Korrektur durchgeführt wird;

Fig. 7 einen Graphen einer tatsächlich ausgeführten Bahn (Betriebsbahn) nach einer erfindungsgemäßen Korrektur; und

Fig. 8 einen Graphen einer tatsächlich ausgeführten Bahn (Betriebsbahn) mit einer modifizierten Korrektur gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 stellt ein NC-Gerät 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Regelung oder Steuerung auf der Grundlage eines eingestellten Betriebsablaufs-Befehlsprogramms 20 zur Verfügung, um auf diese Weise eine Werkzeugmaschine 10 zu veranlassen, einen zweidimensionalen Bearbeitungsvorgang einschließlich der spanabhebenden Bearbeitung eines vollständigen Kreises durchzuführen.

Die Werkzeugmaschine 10 weist eine X-Spindel 12X und eine Y-Spindel 12Y auf, die gekreuzt angeordnet sind und beispielsweise aus einer Kugelumlaufspindel-Achse bestehen, um eine Hauptspindel 11 zur spanabhebenden Bearbeitung in einer zweidimensionalen Ebene zu bewegen. Diese Spindeln 12X, Y sind mit Antriebsmotoren 13X bzw. 13Y und Bewegungsgrößendetektoren 14X bzw. 14Y verbunden.

Das Betriebsablaufs-Befehlsprogramm 20 weist im wesentlichen einen Spindelbewegungsbefehl 21 auf, welcher Anweisungen für die Bewegung der Hauptspindel 11 der Werkzeugmaschine 10 gibt, und weist zusätzlich einen Interpolationsbefehl 22 für einen kreisförmigen Bogen und einen Interpolationsbefehl 23 für eine gerade Linie auf.

Das NC-Gerät 30 umfaßt einen Programmanalysator 31, der das Programm 20 analysiert, und eine Interpolationseinheit 33, welche Bewegungsbefehle 32X, Y für die X- und Y-Spindeln auf der Grundlage des Ergebnisses der Analyse durch den Programmanalysator 31 berechnet. Für eine Bogenbewegung und eine gekippte Linearbewegung, welche die zusammenwirkende Bewegung der X- und Y-Achsen benötigen, bezieht sich die Interpolationseinheit 33 auf den Bogeninterpolationsbefehl 22 und den Interpolationsbefehl 23 für die gerade Linie und führt einen Interpolationsvorgang durch, um eine Steuerbahn Lo zu optimieren, der durch die Bewegungsbefehle 32X, Y in der X-Y-Ebene gezogen wird.

Das NC-Gerät 30 gibt Bewegungsbefehle 32X, Y an Motoren 13X, Y der Werkzeugmaschine 10 durch Differentialgeräte 34X, Y und Geschwindigkeitssteuereinheiten 35X, Y aus und stellt sicher, daß ein Nachlauf der jeweiligen X- und Y-Spindel 12X bzw. Y in bezug auf die Bewegungsbefehle 32X, Y durch Rückkopplungsschleifen 36X, Y erfolgt, über welche die Ausgangssignale der Detektoren 14X, Y auf die Differentialgeräte 34X, Y zurückgeführt werden.

Das NC-Gerät 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Ellipseninterpolations-Steuereinrichtung 40 auf, um eine Ellipseninterpolation auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung durchzuführen, wenn eine Bewegung in einem vollständigen Kreis erfolgt.

Die Ellipseninterpolations-Steuereinrichtung 40 weist einen Kreistest 41 auf, der extern an das NC-Gerät 30 angeschlossen ist, um den Betriebsort Lr der Werkzeugmaschine 10 zu messen, einen Ellipsenanalysator 42, welcher Daten Dc bezüglich der Ellipsenform aus den Ergebnissen der Messung durch den Kreistest 41 erzeugt, und Ellipsenkorrektureinheiten 43X, Y, welche Bewegungsbefehle 32X, Y auf der Grundlage von Korrekturkoeffizienten Cx, Cy korrigieren, die von dem Programmanalysator 31 auf der Grundlage der Ausgangssignale von dem Ellipsenanalysator 42 vorgegeben werden.

Der Kreistest 41 mißt den aktuellen Ort der Hauptspindel 11, wenn die Werkzeugmaschine 10 durch das NC-Gerät 30 betrieben wird. Bei der speziellen Ausführungsform mißt er die Steuerbahn Lr (vergleiche Fig. 2) in einem Zyklus, wenn die Hauptspindel 11 entlang des Umfanges eines vollständigen Kreises entsprechend Bewegungsbefehlen 32X, Y bewegt wird, und gibt automatisch die Ergebnisse der Messung in den Ellipsenanalysator 42 ein.

Der Analysator 42 betrachtet die Betriebsbahn Lr als eine Ellipse, stellt den maximalen und den minimalen Radius der Ellipse fest, und legt Daten bezüglich der Ellipsenform Dc unter Verwendung des maximalen und des minimalen Radius als Hauptachse und Nebenachse fest. Bei der speziellen Ausführungsform werden der Nebenradius und der Hauptradius A bzw. B in der X- bzw. Y-Achsenrichtung aus der in Fig. 2 dargestellten Betriebsbahn bestimmt und sind gegeben durch

Die nachstehenden Korrekturkoeffizienten für die X- und Y-Achse werden so gesetzt, daß sie einen vollständigen Kreis Lrc erzeugen, der einen Radius mit einem Zwischenwert von (A + B)/2 aufweist:

und diese Koeffizienten werden von dem Programmanalysator 31 an die Ellipsenkorrektureinheiten 43X, 43Y ausgegeben.

Die Ellipsenkorrektureinheiten 43X, 43Y korrigieren die Bewegungsbefehle 32X, Y mit den vorgegebenen Korrekturkoeffizienten Cx, Cy und wandeln die Steuerbahn Lo, die in die jeweiligen Rückkopplungsschleifen 36X, Y eingegeben wird, in die korrigierte Steuerbahn von Fig. 3 um, die gegeben ist durch:

für die Ellipseninterpolation.

Zu dieser Zeit setzt der Programmanalysator 31 die Korrekturkoeffizienten Cx, Cy von dem Ellipsenanalysator 42 in den Ellipsenkorrektureinheiten 43X, 43Y nur dann, wenn der Betriebsablauf auf der Grundlage des Programms 20 eine Bewegung entlang dem Umfang eines vollständigen Kreises ist, und setzt sonst die Wirkung der Ellipsenkorrektureinheiten 43X, Y auf die Bewegungsbefehle 32X, Y auf Null beispielsweise dadurch, daß die Ellipsenkorrektureinheiten 43X, Y so eingestellt werden, daß korrekte Bewegungsbefehle 32X, Y unverändert an die Differentialgeräte 34X, Y gegeben werden.

Diese Elemente bilden die Ellipseninterpolations-Steuereinrichtung 40, welche eine Ellipseninterpolation durchführt, wenn der auf einen vollständigen Kreis bezogene Betriebsablauf der Werkzeugmaschine 10 durch das NC-Gerät 30 gesteuert wird.

Bei der vorliegenden, auf diese Weise aufgebauten Ausführungsform, führt die Werkzeugmaschine 10 einen Bearbeitungsvorgang einschließlich einer Bewegung mit einem vollständigen Kreis unter der Steuerung des NC-Gerätes 30 durch.

Um eine Ellipseninterpolation für die Bewegung in einem vollständigen Kreis durchzuführen, führt das NC-Gerät 30 das Programm 20 durch, welches eine Bewegung in einem vollständigen Kreis befiehlt, und zwar vor der tatsächlichen Bearbeitung, und der Kreistest 41 mißt die Betriebsbahn Lr der Werkzeugmaschine 10 entsprechend der Lo. Fig. 4 zeigt die beiden Betriebsbahnen Lr₁ und Lr₂, die auf diese Weise gemessen wurden.

Daraufhin analysiert der Ellipsenanalysator 42 die gemessene Betriebsbahn Lr, und stellt fest, daß in der durch die Ellipsendaten Dc repräsentierten Betriebsbahn Lr sich die Hauptachse in der Y-Achsenrichtung erstreckt, während sich die Nebenachse in der X-Achsenrichtung erstreckt, wobei der kleinere Radius und der größere Radius A bzw. B betragen. Die folgenden Korrekturkoeffizienten für die X- und Y-Achse, die aus dem kleineren Radius und dem größeren Radius A bzw. B erhalten werden, sind gegeben durch

und werden in den Ellipsenkorrektureinheiten 43X, Y eingestellt, so daß die Lo in dem NC-Gerät 30 auf eine Steuerbahn Loc korrigiert wird.

Als Ergebnis einer derartigen Korrektur wird die Betriebsbahn Lrc der Werkzeugmaschine 10, die von der Steuerbahn Loc abhängt, im wesentlichen zu einem vollständigen Kreis hin geändert, wie durch die Betriebsbahnen Lrc₁ und Lrc₂ in Fig. 5 gezeigt ist, und auf diese Weise wird eine Ellipseninterpolation durchgeführt. Daher wird bei der tatsächlichen Bearbeitung die Rundheit eines Gegenstandes mit Hilfe der Durchführung einer derartigen Ellipseninterpolation verbessert, wenn eine Bewegung in einem vollständigen Kreis erfolgt.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ergeben sich die folgenden vorteilhaften Wirkungen:

Da die Rundheitskorrektur der Steuerbahn Lo auf der Grundlage der momentanen Betriebsbahn Lr der Werkzeugmaschine 10, die durch das NC-Gerät 30 gesteuert wird, durchgeführt wird, werden zusammen sämtliche mögliche Fehler kompensiert, die in den jeweiligen Stufen des Systems einschließlich des NC-Gerätes 30 bis zur Werkzeugmaschine 10 auftreten.

Die Wirkungen unterschiedlicher Fehler werden dadurch kompensiert, daß die Betriebsbahn Lr der Werkzeugmaschine 10 analysiert wird, daß Korrekturkoeffizienten Cx, Cy gesetzt werden, welche die Betriebsbahn Lro eines vollständigen Kreises auf der Grundlage der erhaltenen Daten Dc bezüglich der Ellipsenform angeben, beispielsweise auf der Grundlage des kleinen Radius A und des großen Radius B, und daß die durch diese Korrekturkoeffizienten Cx, Cy korrigierte Steuerbahn Loc ausgegeben wird.

Ein Werkstück wurde einer spanabhebenden Vollkreisbearbeitung in einem Vergleichsbeispiel unterworfen, bei welchem eine Anordnung von dem NC-Gerät 30 bis zu einer Werkzeugmaschine 10 ähnlich der vorliegenden Ausführungsform verwendet wurde, jedoch ohne Ellipseninterpolations-Steuereinrichtung 40, und die erhaltene Schnittform des Gegenstandes wurde mit einem Rundheits-Meßgerät gemessen. Der Ort einer Ellipsenform Lt, die erhalten wurde, weicht von einer Steuerbahn Lo eines vollständigen Kreises ab, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Im Gegensatz hierzu wurde ein Gegenstand einer spanabhebenden Vollkreisbearbeitung durch die vorliegende Ausführungsform unterzogen, bei welcher das NC-Gerät 30, die Werkzeugmaschine 10 und die Ellipseninterpolations-Steuereinrichtung 40 vorgesehen waren, und es wurde auf entsprechende Weise die erhaltene Schnittform gemessen. Hierbei wurde eine Betriebsbahn L2 erhalten, die der Steuerbahn Lo äußerst ähnlich war, wie in Fig. 7 dargestellt ist, und hieraus ergibt sich, daß eine Ellipseninterpolation durch die vorliegende Ausführungsform eine wirksame Verbesserung der Rundheitsgenauigkeit bewirkt.

Die vorliegende Ausführungsform weist einen vereinfachten Aufbau auf und läßt sich einfach bei existierenden NC-Geräten einsetzen, da die Ellipseninterpolations-Steuereinrichtung 40, die einen Ellipseninterpolationsvorgang durchführt, den Kreistest 41 umfaßt, der extern an das NC-Gerät 30 angeschlossen ist, sowie den Ellipsenanalysator 42 und die Ellipsenkorrektureinheiten 43X, Y, die in dem NC-Gerät 30 angeordnet sind.

Da der Ellipsenanalysator 42 den kleinen Radius A und den großen Radius B als Ellipsenformdaten Dc verwendet, können der große Radius und der kleine Radius aus der Betriebsbahn Lr bestimmt werden, der durch den Kreistest 41 gemessen wird, und dies vereinfacht die Verarbeitung.

Wenn die Steuerbahn Lo auf der Grundlage der Ellipsenformdaten Dc korrigiert wird, beeinflussen die Ellipsenkorrektureinheiten 43X, Y Bewegungsbefehle 32X, Y, und dies ist die Korrektur, die unmittelbar vor den Rückkopplungsschleifen 36X, Y der Ausgangsstufe durchgeführt wird, so daß der gewünschte Effekt sichergestellt ist.

Ob die Korrektur durch die Ellipsenkorrektureinheiten 43X, Y wirksam ist oder nicht, wird durch den Programmanalysator 31 abhängig von dem Inhalt des Werkzeugmaschinenbetriebs bestimmt, und bei der Steuerung wird keine nutzlose Korrektur abgesehen von der Bewegung in einem vollständigen Kreis durchgeführt, so daß eine Kreisbogenbewegung oder eine Bewegung in einer geraden Linie abgesehen von einer Bewegung in einem vollständigen Kreis nicht beeinflußt ist, und ein Betriebsablauf ähnlich dem üblichen Betriebsablauf des NC-Gerätes 30 sichergestellt ist.

Daher wird wirksam eine Bogeninterpolation oder eine geradlinige Interpolation benutzt, die von der Interpolationseinheit 23 bezüglich der richtigen Bewegungsbefehle 32X, Y durchgeführt wird, die an die Werkzeugmaschine 10 ausgegeben werden, oder eine Steuerung durch die Geschwindigkeitssteuereinheiten 35X, Y.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die voranstehende Ausführungsform beschränkt und schließt insbesondere die nachstehenden Änderungen ein.

Es ist erforderlich, daß Ellipsenformdaten Dc solche Daten sind, die eine vorbestimmte Ellipsenform als ein gesamtes Muster festlegen; insbesondere Koeffizienten für den Haupt- und Nebenradius der Betriebsbahn Lr, wie beispielsweise a = A/r, b = B/r, wobei r der Radius der Steuerbahn Lc ist, das Hauptachsen/Nebenachsen-Verhältnis A/B, der Unterschied zwischen der Haupt- und der Nebenachse A - B, zusätzlich zu dem kleinen Radius A und dem großen Radius B des Betriebsortes Lr.

Die Hauptachse oder Nebenachse der Betriebsbahn Lr fällt nicht notwendigerweise mit der X- oder Y-Achse zusammen. Die jeweiligen Verkippungen der Achsen müssen bei der Analyse der Ellipsenform gemessen werden, so daß man sich hierauf beziehen kann, wenn die Korrekturkoeffizienten Cx, Cy gemessen werden, oder wenn die Ellipsenkorrektur vorgenommen wird unter Verwendung dieser Korrekturkoeffizienten.

Wenn der Nebenradius A und der Hauptradius B relativ zum Radius r der Steuerbahn Lo variieren, beispielsweise infolge einer ungleichmäßigen Form der Betriebsbahn, so kann der Radius (A + B)/2 der durch Ellipseninterpolation erhaltenen Betriebsbahn Lrc nicht mit dem richtigen Radius r zusammenfallen, und in diesem Fall kann die Steuerbahn Lo korrigiert oder eingestellt werden mit einem Verhältnis (A + B)/2r gegen den Radius.

Die Einrichtung zum Messen der Betriebsbahn Lr der Werkzeugmaschine 10, wenn die Ellipsenformdaten Dc bestimmt werden, kann ein anderes Meßgerät sein als der Kreistest 41. Zusammenfassend kann dies ein Meßgerät sein, welches die Betriebsbahn Lr messen kann, welches es gestattet, einen Grad der Ellipsenform festzustellen.

Während die erhaltenen Daten bezüglich der Betriebsbahn Lr durch künstliche Manipulation dem NC-Gerät eingegeben werden können, wird zu diesem Zeitpunkt die Verarbeitung auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung automatisch kollektiv durch das NC-Gerät 30 durchgeführt, und daher wird die Bearbeitung verbessert und das Auftreten von Fehlern infolge falscher Eingaben dadurch verhindert, daß die erhaltenen Daten bezüglich der Betriebsbahn Lr, wie bei der vorliegenden Erfindung, automatisch eingegeben werden.

Der spezifische Aufbau der Ellipseninterpolations-Steuereinrichtung 40, die in dem NC-Gerät 30 vorgesehen ist, ist nicht auf die vorliegende Ausführungsform mit dem Ellipsenanalysator 42 und den Ellipsenkorrektureinheiten 43X, Y beschränkt. Die Anordnung der Ellipsenkorrektureinheiten 43X, Y, welche den Steuerort Lr korrigieren, und die Werte, Beiwerte und dergleichen der Korrekturkoeffizienten Cx, Cy, können geeignet geändert werden, wenn die Bearbeitung durchgeführt wird.

Beispielsweise sind die jeweiligen Axialkorrekturen nicht auf die Addition und Subtraktion der Differenzen beschränkt und können Multiplikationen unter Verwendung von Skalierverhältnissen für die Radien darstellen. Beispielsweise können die jeweiligen axialen Skalierverhältnisse wie nachstehend angegeben eingestellt werden:

wobei U eine Korrekturgröße für die X-Achse darstellt und V eine Korrekturgröße für die Y-Achse. Diese Skalierverhältnisse können mit den Axialkomponenten der Bewegungsbefehle multipliziert werden, die an den jeweiligen Zeitpunkten für Korrekturzwecke ausgegeben werden.

Das Berechnungsverfahren in dem Ellipsenanalysator 42 kann geeignet geändert werden in Übereinstimmung mit verwendeten Ellipsenformdaten Dc oder in Übereinstimmung mit den Inhalten eines gegebenen Betriebsablaufes.

Beispielsweise kann, da sich eine übermäßige spanabhebende Bearbeitung nicht korrigieren läßt, die Steuerbahn geringfügig größer gesetzt werden als eine gewünschte Steuerbahn bei der spanabhebenden Bearbeitung des Außenumfanges eines Zylinders oder dergleichen, wogegen er geringfügig geringer gesetzt werden kann als ein gewünschter Wert bei der spanabhebenden Bearbeitung eines Innenumfanges, etwa beim Bohren.

Wenn die Betriebsbahn Lr eine Ellipse ist, die einen kleineren Radius A aufweist, der sich in der X-Achsenrichtung erstreckt, und einen großen Radius B, der sich in der Y-Achsenrichtung erstreckt, so kann, wie in Fig. 8 dargestellt ist, die korrigierte Betriebsbahn Lrc ein vollständiger Kreis sein, der einen Radius von (A + B)/2 aufweist, was den Zwischenwert der jeweiligen Radien darstellt, wie in der vorliegenden Ausführungsform. Bei der spanabhebenden Bearbeitung eines Innenumfanges kann ein vollständiger Kreis Lrci verwendet werden, der einen Radius aufweist, der gleich einem kleineren Radius A ist, wogegen bei der spanabhebenden Bearbeitung eines Außenumfanges ein vollständiger Kreis Lrco verwendet werden kann, der einen Radius aufweist, der gleich dem größeren Radius B ist.

Wie voranstehend beschrieben wurde, können, wenn dies erforderlich ist, die praktischen Korrekturwerte wahlweise ausgewählt werden. Zusammenfassend ist eine Anordnung erforderlich, so daß eine Korrektur zur Wandlung einer elliptischen Betriebsbahn Lr in eine Betriebsbahn Lrc eines vollständigen Kreises erfolgt bezüglich der Steuerbahn Lr, um eine Steuerbahn Loc auszugeben, die tatsächlich für die Steuerung verwendet wird.

Wie voranstehend beschrieben wurde, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Ellipseninterpolations-Steuerverfahren mit einem NC-Gerät die Rundheitsgenauigkeit einfach und sicher verbessert, und unterschiedliche Fehlerfaktoren einschließlich des Alterns werden synthetisch ausgeglichen.

Claims (1)

1. Steuerverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der auf einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine auszuführenden Kreisbahn x² + y² = r² zunächst die Abweichung der tatsächlich ausgeführten Bahn von der programmierten Kreisbahn festgestellt wird, wobei die tatsächlich ausgeführte Bahn näherungsweise als Ellipse mit Hauptradius A und Nebenradius B dargestellt wird, daß daraus Korrekturkoeffizienten gebildet werden und daß sodann anstelle der Kreisinterpolation zur Korrektur der Abweichung eine Ellipseninterpolation durchgeführt wird, wobei die auszuführende Bahn durch die Gleichung festgelegt ist.