DE4028006C2

DE4028006C2 - Verfahren zur Kompensation von maßlichen Abweichungen von NC- oder CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE4028006C2
Application number: DE19904028006
Authority: DE
Inventors: Robert Schmid; Walter Dipl Ing Pfeiffer
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1990-09-04
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2010-09-05
Also published as: DE4028006A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von maßli chen Abweichungen einer NC- oder CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der DE 33 02 063 A1 bekannt. Dort wird eine Einrichtung zur Kompensation von Fehlern an Werkzeug- oder Meßmaschinen sowie an Industrie-Robotern mit mindestens einem Wegmeßsystem und einer Vorrichtung zur Anzeige bzw. einer Maschinensteuerung zur Weiterverarbeitung der gemessenen Werte beschrieben. Eine Kompensation der maßlichen Abweichungen wird dadurch vorgenommen, daß die Korrekturalgorithmen bzw. die möglichen Verformungszustände der Werkzeugmaschine vor dem Einsatz der Maschine ermittelt und festgelegt werden und entweder als sogenannte Look-up-Tabelle oder in Form von Verformungsalgorithmen, wie Temperatur, Belastungswerte abgespeichert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs ge nannten Art so weiterzuentwickeln, daß die Kompensation aller maßlichen Abweichungen an einer Werkzeugmaschine vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale ge löst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 2 gekennzeichnet.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Verformungszustand der Werkzeugmaschine direkt gemessen und dessen Auswirkung auf das Werkstück in Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie berechnet wird. Es wird also die tatsächliche Verformung der Maschine im Einsatz bestimmt und daraus werden erst die Korrekturwerte ermittelt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Ständerfräsmaschine mit einem Werkstück;

Fig. 2 eine Ständerfräsmaschine nach Anspruch 1 bei starker Erwärmung des Maschinenständers;

Fig. 3 das Werkstück nach Fig. 1;

Fig. 4 das Werkstück nach der Fig. 1 und 3 bei einer korrigierten Bear beitung;

Fig. 5 eine Anordnung zur Erfassung der maßlichen Abweichung des Ma schinenständers und

Fig. 6 ein Schema zur Korrektur der Sollwertvorgaben in den jeweiligen Antriebssteuerungen der Vorschubachsen einer Werkzeugmaschine.

In Fig. 1 ist eine Ständerfräsmaschine 1 dargestellt, die aus einem Werkstücktisch 2 und einem darauf angebrachten Ständer 3 besteht. An dem Ständer 3 ist eine verschiebliche Arbeitsspindel 4 mit einem Werkzeug 5 angebracht. Auf dem Werkzeugtisch 2 ist ein Werkstück 6 aufgesetzt. Die Verschiebung der Arbeitsspindel 4 erfolgt in üblicher Weise in der z-Achse. Das Werkstück 16 kann auf dem Werkstücktisch 2 in der x- und y-Achse verschoben werden.

Bei idealer Orthogonalität der drei Achsen x, y und z reichen zur Er stellung eines maßhaltigen Teiles 6 auf der Maschine 1 Megmeßeinrichtungen entlang der drei Maschinenachsen aus. Tritt nun aber beispielsweise, be dingt durch ungleichmäßige thermische Erwärmung des Ständers 3, ein Ver zug des Ständers 3 ein, so kann sich die Situation wie in Fig. 2 darge stellt ergeben. Eine Bearbeitung des Teiles 6 unter derartigen Bedingun gen führt zwangsläufig zu einem mit einem entsprechenden Winkelfehler behafteten Werkstück 6a. Dieser Fehler ist, wie direkt ersichtlich ist, abhängig von der Teilegeometrie. Zur Korrektur dieses Fehlers ist vorge sehen, aus einer Messung der maßlichen Abweichung der Werkzeugmaschine 1 Korrekturwerte für die Zustellbewegungen zu ermitteln, die dann entweder direkt in die Sollwertvorgabe der Vorschubachsen eingehen oder aber zur Erstellung eines modifizierten Werkstückprogrammes dienen.

Um das maßhaltige (gewünschte) Werkstück 6 mit einer Teilegeometrie gemäß Fig. 3, die derjenigen in Fig. 1 entspricht, zu erlangen, muß auf der Ständer fräsmaschine 1 mit den maßlichen Abweichungen des Ständers 3 (vgl. Fig. 2) die Teilegeometrie des Werkstückes 6 entsprechend dem Werk stück 6b nach Fig. 4 modifiziert werden. Mit dieser modifizierten Teilegeometrie führt die Bearbeitung des Werkstückes 6a auf der Ständerfräsmaschine 1 nach Fig. 2 zu dem eigent lich gewünschten Werkstück 6 nach Fig. 3.

In Fig. 5 ist eine mögliche Anordnung zur Erfassung der maßlichen Abwei chung des Maschinenständers (Ständer) 3 schematisch dargestellt. Hierbei werden vom Fußpunkt des Ständers 3 aus an der Rückseite senkrecht nach oben zwei parallele, hier nicht dargestellte Laserstrahlen gerichtet, die am oberen Ende des Ständers 3 auf zwei mit der Ständeroberseite verbundene, positionsempfindliche Detektoren (Sensor) 7, 8 treffen. Tritt nun ein maßli ches Abweichen des Ständers 3 mit jeweiligen Auslenkungen Δx_z, Δy_z aus seiner Sollage auf, so werden in den den Detektoren 7, 8 zugeordneten Meßachsen x_M1, y_M1, x_M2 und y_M2 proportionale Si gnale Δx_M1, Δy_M1, Δx_M2 und Δy_M2 erzeugt. Durch geeignete Verknüpfung dieser Signale läßt sich dann die Verlagerung Δx_z, Δy_z der z-Achse in der Höhe H der Detektoren ermitteln. Geht man von den Bezeichnungen nach Fig. 5 und einer allgemeinen Ständerverformung aus, die sich durch Drehung um die Maschinenkoordinatenachsen x, y und z beschreiben läßt, so ergibt sich für den Drehwinkel um die z-Achse

woraus sich die Verlagerung Δx_z, Δy_z der z-Achse in der Höhe H zu

Δx_z = 1/2 · (Δx_M1 + Δx_M2) - sin (Δϕ_z) · A

Δy_z = 1/2 · (Δy_M1 + Δy_M2) + A · [1 - cos (Δϕ_z)]

berechnen läßt.

Somit ist für jede Position z der Spindel 4 in Richtung der z-Achse ein Korrekturwert Δx(z) und Δy(z) in folgender Reihe angebbar:

Δx(z) = (Δx_z/H) · z

Δy(z) = (Δy_z/H) · z

Dieser Korrekturwert kann entweder dazu verwendet werden, im Teilepro gramm sämtliche Werte für x- bzw. y-Koordinaten zu ersetzen durch um Δx(z) und Δy(z) korrigierte Werte

x_soll → x + Δx(z)

y_soll → y + Δy(z)

oder zur Korrektur der Sollwertvorgaben in den jeweiligen Antriebssteue rungen der Vorschubachsen, wie es in Fig. 6 schematisch dargestellt ist. Dabei ist für die x-Achse der Antriebssteuerung der Ständerfräsmaschine 1 dargestellt, wie ein Istwert 9 aus einer Regelstrecke 10 der Antriebs steuerung mit dem Korrekturwert Δx(z) zum Wert x_soll für die korri gierte Sollwertvorgabe der Vorschubachse überlagert wird.

Claims

1. Verfahren zur Kompensation von maßlichen Abweichungen von NC- oder CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen,
- bei dem Verfahr- und Zustellbewegungen der Werkzeugmaschine für die Bearbeitung eines Werkstückes durch ein Teileprogramm festgelegt sind, und
- bei dem modifizierte Verfahr- und Zustellbewegungen der Werkzeugmaschine in allen Freiheitsgraden errechnet werden, um damit das Werkstück mit den Sollmaßen herzustellen, dadurch gekennzeichnet,

- daß von einem Sensor (7, 8) bei der Bearbeitung des Werkstückes (6) auftretende Werte der maßlichen Abweichungen der Werkzeugmaschine (1) in allen Freiheitsgraden ermittelt werden;
- daß aus diesen maßlichen Abweichungen für die einzelnen Freiheitsgrade der Werkzeugmaschine (1) Korrekturwerte (Δx(z), Δy(z)) errechnet werden, und
- daß die modifizierten Verfahr- und Zustellbewegungen der Werkzeugmaschine (1) dadurch erzeugt werden, daß die durch das Teileprogramm festgelegten Verfahr- und Zustellbewegungen mit den errechneten Korrekturwerten (Δx(z), Δy(z)) vorzeichenrichtig verknüpft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor eine photoelektrische Anordnung aus Laserstrahlen mit positionsempfindlichen Detektoren (7, 8) verwendet wird.