DE4326988A1 - Verfahren zur Steuerung von Werkzeugmaschinen - Google Patents
Verfahren zur Steuerung von WerkzeugmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von
Werkzeugmaschinen aufgrund von programmierten Verfahr-
Anweisungen.
Numerische Steuerungen sollen die Funktionen Verschiebung,
Drehung, Maßstabsfaktor, Spiegelung und beliebige Kombi
nationen davon beherrschen. Aus der Programmieranleitung
SINUMERIC 880, Stand 5.91 sind solche Funktionen bekannt,
allerdings nur in beschränkter Anzahl, Reihenfolge und
Kombination.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Steuerung von Werkzeugmaschinen anzugeben,
das eine einfache anwenderfreundliche Programmierung ge
stattet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1
angegebenen Maßnahmen gelöst.
Das neue Verfahren gestattet, Konturenverläufe bzw. die
Verfahrbewegungen der Werkzeugmaschine relativ zum Werk
stück unabhängig von der späteren tatsächlichen Lage in
der Maschine zu programmieren. Die Koordinaten-Transfor
mation paßt die in einem auf das Werkstück bezogenen Koor
dinatensystem programmierte Kontur an das Maschinen-Koor
dinatensystem an. Die Koordinatensysteme sind zweckmäßig
kartesich. Prinzipiell ist jede beliebige Transformation
möglich. Im allgemeinen werden jedoch nur lineare Trans
formationen angewandt, und zwar vorteilhaft Verschiebung,
Verdrehung, Spiegelung und Maßstabsfaktor, wobei der Maß
stabsfaktor für die einzelnen Achsen unterschiedlich sein
kann. Die einzelnen Transformationen können in beliebiger
Kombination und Anzahl angewandt werden.
Die einzelnen Koordinatensysteme bzw. die Koordinaten-
Transformationen können gesondert gespeichert und verän
dert werden. In den sogenannten Teileprogrammen wird dann
lediglich der Koordinatensystemwechsel angegeben. Damit
kann ein eingestelltes Koordinatensystem über mehrere
unterschiedliche Teileprogramme Gültigkeit besitzen, und
es kann ferner durch Ändern des Koordinatensystems bei
mehrmaligem Abarbeiten von ein und demselben Teileprogramm
bei jedem Programmdurchlauf sich anders auswirken. Es kann
aber auch das Koordinatensystem unmittelbar im Teilepro
gramm angegeben sein, so daß es nur für dieses Teilepro
gramm Gültigkeit hat und nach Programmende verlorengeht.
Anhand der Zeichnungen werden im folgenden die Erfindung
sowie Weiterbildungen und Ergänzungen näher beschrieben
und erläutert.
Fig. 1 veranschaulicht das neue Verfahren.
In den Fig. 2 bis 5 sind Anwendungsbeispiele darge
stellt.
In den Fig. 6 und 7 ist die Wirkung der Funktionen
Drehung und anisotrope Maßstabsänderung verdeut
licht.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Werkstück bezeichnet, an dem eine
Teilkontur 2 mit einer numerisch gesteuerten Werkzeug
maschine bearbeitet werden soll. Dem Werkstück ist ein
erstes kartesisches Koordinatensystem, das Bezugs-Werk
stück-Koordinatensystem mit den Koordinaten X₁, Y₁ (die
Z-Achse ist der Übersichtlichkeit halber nicht darge
stellt) der Teilkontur 2 ist ein aktuelles Werkstück-
Koordinatensystem X₂, Y₂ zugeordnet. Dieses ist so gelegt,
daß die Teilkontur einfach beschrieben werden kann. Die
Beziehung zum Bezugs-Werkstück-Koordinatensystem X₁, Y₁
ist durch eine Koordinaten-Transformation KT1 gegeben.
Nach Erstellung des Teileprogramms wird die Teilkontur 2
an die Maschine angepaßt, deren Achsen ein Basis-Koordi
natensystem mit den Koordinaten XB, YB aufspannen. Hierzu
wird die Lage des eingespannten Werkstücks, d. h. die Lage
des Bezugs-Werkstück-Koordinatensystems X₁, Y₁ bezüglich
des Maschinen-Koordinatensystems XB, YB gemessen und
daraus die erforderliche Koordinaten-Transformation KT2
ermittelt. Werkstück 1 und Teilkontur 2 sind damit in dem
Maschinen-Koordinatensystem angegeben. Die programmierten
Verfahrbewegungen der Maschine zur Bearbeitung der Teil
kontur 2 können dann vorgenommen werden.
Anhand von Fig. 2 wird als Anwendungsbeispiel des neuen
Verfahrens das Einarbeiten einer ellipsenförmigen Kontur
in eine erste Seite S1 eines Würfels und von zwei kreis
förmigen Vertiefungen in zwei weitere Seiten S2, S3 be
schrieben. Zunächst wird einmal in einem Unterprogramm die
kreisförmige Vertiefung relativ zu einem Basis-Koordinaten
system XB, YB, ZB programmiert. Es werden drei aktuelle
Werkstück-Koordinatensysteme X₂₁, Y₂₁, Z₂₁; X₂₂, Y₂₂, Z₂₂
und X₂₃, Y₂₃, Z₂₃ gebildet, wobei die jeweilige Kontur in
die X-/Y-Ebenen eingearbeitet werden. Im Hauptprogramm
wird jeweils in das aktuelle Werkstück-Koordinatensystem
gewechselt und das Unterprogramm aufgerufen. Die jeweili
gen Koordinaten-Transformationen sind aus Einzeltransfor
mationen gekettet. Für die Beschreibung der in die Würfel
seite S₁ einzuarbeitenden ellipsenförmigen Kontur wird das
Unterprogramm eingesetzt, verbunden mit einer Koordinaten-
Transformation, der außer der Verschiebung vom Basis-
Koordinatensystem zum Koordinatensystem X₂₁, Y₂₁, Z₂₁ eine
anisotrope Maßstabsänderung vorgenommen wird, d. h., die
Y-Richtung erhält einen höheren Gewichtsfaktor als die
X-Richtung, derart, daß die gewünschte elliptische Kontur
erreicht wird. Für die Bearbeitung der Seite S2 ist nicht
nur eine Verschiebung erforderlich, sondern auch eine
Drehung um die Y-Achse. Da die Kontur kreisförmig sein
soll, wird für die X- und die Y-Achse ein gleicher Maß
stabsfaktor angewandt. Für die Kontur der Seite S3 ist
außer einer Verschiebung auch eine Drehung um die Z-Achse
und eine weitere Drehung um die gedrehte X-Achse erfor
derlich.
Als weiterer Anwendungsfall ist in Fig. 3 die Korrektur
einer schiefen Aufspannung veranschaulicht. Das Werk
stück, im Beispiel ein Würfel, wurde in einem Koordinaten
system "Basis" programmiert, dessen Koordinaten X, Y, Z
parallel zu den Kanten des Würfels verlaufen. Nach dem
Aufspannen sind jedoch die Achsen der Maschine nicht
parallel zu den Würfelkanten ausgerichtet. Durch eine
Koordinaten-Transformation, im Beispiel eine dreifache
Drehung, liegt das Werkstück bezüglich eines neuen Koordi
natensystems "Aufspann" (X′, Y′, Z′) wieder achsparallel,
so daß die Programmierung wie im Werkstück-Koordinaten
system erfolgen und damit dasselbe Hauptprogramm einge
setzt werden kann. Die Einstellung der Koordinaten-Trans
formation zur Berücksichtigung der Verdrehung erfolgt vor
dem Start des Bearbeitungsprogramms. Im Hauptprogramm
steht nur der Wechsel auf das andere Koordinatensystem,
das im Speicher hinterlegt ist und auf das wiederholt zu
gegriffen wird. Die Koordinaten-Transformation "Aufspann"
wird vor Programmstart oder am Programmanfang eingestellt,
z. B. durch Vermessen des Werkstücks mit Meßtastern. Mit
einer solchen Maßnahme wird erreicht, daß die Aufspannzeit
bei bereits bearbeiteten Werkstücken erheblich verkürzt
werden kann.
Als weiteres Beispiel wird in Fig. 4 die Lösung des soge
nannten Palettenproblems gezeigt, bei dem gleichartige
Teile (K1, K2; K1′, K2′), die auf einer Palette aufge
spannt sind, bearbeitet werden. Die Geometrie, die auf
jedem Teil jeweils zweimal erzeugt werden soll, sei in
einem Unterprogramm einmal hinterlegt.
Für die Bearbeitung der verschiedenen Konturen werden
folgende Koordinaten-Transformationen durchgeführt:
Für die Kontur K1: Vom Basis-Koordinatensystem KSB zum
Paletten-Koordinatensystem KSP, von dort zum Teil 1-
Koordinatensystem KST1, dann zum Kontur-Koordinatensystem
KSK1. Für die Bearbeitung der Kontur K2 findet eine Trans
formation vom Teil 1-Koordinatensystem KST1 zum Kontur-
Koordinatensystem KSK2 statt. Für die Bearbeitung der
Konturen K1′, K2′ im Teil 2 werden gleiche Transforma
tionen zwischen den Kontur-Koordinatensystemen KSK1′,
KSK2′ und dem Teil 2-Koordinatensystem KST2 wie für die
Bearbeitung der Konturen K1, K2 durchgeführt. Lediglich
die Transformation zwischen dem Paletten-Koordinatensystem
KSP und dem Teil 2-Koordinatensystem KST2 ist unterschied
lich. Jedesmal dann, wenn eine Kontur in Beziehung zum
Basis-Koordinatensystem KSB gebracht ist, kann das Unter
programm zur Bearbeitung der Kontur durchgeführt werden.
Das neue Verfahren kann auch bei Werkzeugwechsel vorteil
haft verwendet werden. Fig. 5 zeigt eine Drehmaschine,
deren Werkzeuge W1, W2 sowohl vor als auch hinter der
Drehmitte angeordnet sind. Bei einem Wechsel von Werkzeug
W1 auf Werkzeug W2 wird gleichzeitig die programmierte
Kontur gespiegelt, wobei die Spiegelachse wie in Fig. 5
nicht mit einer der Koordinatenachsen zusammenfallen muß.
Die Spiegelung ist dazu mit den anderen Werkzeugdaten
abgelegt. Es besteht die Möglichkeit zu wählen, ob die
Werkzeug-Längenkorrektur mitgespiegelt werden soll oder
nicht. Bei jedem Werkzeugwechsel wird eine Spiegelung
vorgenommen.
Wie schon erwähnt, können mit der Funktion Maßstabsfaktor
die Achsen unterschiedlich gewichtet werden. Dabei können
jedoch ein paar Besonderheiten auftreten, die berücksich
tigt werden müssen. Wirkt der Maßstabsfaktor auf ein ge
drehtes Koordinatensystem, so ist das entstehende Koordi
natensystem nicht mehr kartesisch. Fig. 6 zeigt dies an
einem Beispiel. Ausgehend von einem Basis-Koordinaten
system X, Y wird zunächst ein um 45° gedrehtes Werkstück-
Koordinatensystem X′, Y′ definiert (Fig. 6a). Danach wird
ein Maßstabsfaktor angewählt, der die Y-Achse mit 2 und
die X-Achse mit 1 skaliert. Abhängig davon, in welchem
System der Maßstabsfaktor wirkt, sind dann unterschied
liche Auswirkungen zu erkennen. In Bild 6b ist der Fall
dargestellt, daß der Maßstabsfaktor im Basis-Koordinaten
system eingerechnet wird, also im ungedrehten System,
während in Bild 6c der Maßstabsfaktor im Werkstück-Koordi
natensystem wirkt. In Bild 6b wirkt die Drehung auf den
Maßstabsfaktor, während in Bild 6c zuerst gedreht und dann
skaliert wurde. Man erkennt, daß die Vertauschung von
Drehung und Maßstabsfaktor zu unterschiedlichen Ergebnis
sen führt und daß nicht kartesische Koordinatensysteme ent
stehen können. Dies kann gewollt sein und macht, solange
die Werkzeugorientierung nicht in bezug zum Werkstück ein
gestellt werden soll, auch keine Probleme. Ist dagegen
eine Orientierung zu berücksichtigen, so kann der
Maßstabsfaktor nur mit Einschränkungen sinnvoll eingesetzt
werden.
Wird die Orientierung des Werkzeugs nicht berücksichtigt,
darf der Maßstabsfaktor ohne Einschränkungen verwendet
werden, wobei allerdings nicht kartesische Koordinaten
systeme X′′, Y′′ entstehen können (Fig. 6b). Wird die
Orientierung berücksichtigt, z. B. bei einer 5-Achs-
Bearbeitung, so wird die Orientierung des Werkzeugs durch
einen anisotropen Maßstabsfaktor ebenfalls beeinflußt.
D. h., wenn die Orientierung transformiert wird, ist die
Lage des Werkzeugs relativ zur Kontur anders als die pro
grammierte Orientierung. Wird der anisotrope Maßstabsfak
tor auch auf die Orientierung eingerechnet, so hat dies
zur Folge, daß die Orientierung relativ zum Werkstück
verändert und damit unterschiedlich zur programmierten
Orientierung ist. Wird der anisotrope Maßstabsfaktor nicht
auf die Orientierung (d. h. nur auf das Werkstück) einge
rechnet, wird auch die Orientierung relativ zum Werkstück
verändert. Die Orientierung kann aber auch unabhängig von
der Position transformiert werden, und zwar so, daß die
Lage des Werkzeugs relativ zum Werkstück genau der pro
grammierten Orientierung entspricht. Dies bedeutet aller
dings, daß Position und Orientierung nicht in einem ein
zigen Koordinatensystem dargestellt werden können. Dazu
müssen dann Position und Orientierung in unterschiedlichen
Koordinatensystemen geführt werden.
Anhand von Fig. 7 läßt sich erkennen, wie sich die unter
schiedlichen Möglichkeiten auswirken. Das Bild zeigt einen
typischen Anwendungsfall aus dem Formenbau, wobei die mit
der Form hergestellten Teile aus anisotropen Werkstoffen
bestehen, das sind Werkstoffe, die in unterschiedlichen
Richtungen unterschiedliche Schrumpfeigenschaften zeigen.
Programmiert wird der Konturverlauf im Werkstück-Koordi
natensystem X′, Y′ Nach Fertigstellung des Teileprogramms
wird ein anisotroper Maßstabsfaktor in Richtung der Aniso
tropie im Basis-Koordinatensystem X, Y wirkend eingerech
net, womit die Form so verzerrt wird, daß die unterschied
liche Schrumpfung des Werkstoffs ausgeglichen wird. Der
Konturverlauf ist in einem Werkstück-Koordinatensystem
X′′, Y′′ durchgezogen gezeichnet. Mit drei Pfeilen 1, 2, 3
sind dort auch die entsprechend den oben bezeichneten drei
Möglichkeiten sich ergebenden Orientierungen veranschau
licht. Das Werkzeug ist ursprünglich im Koordinatensystem
X′, Y′ senkrecht zu der zu bearbeitenden Oberfläche aus
gerichtet. Wird die Werkzeugorientierung nicht in das
Koordinatensystem X′′, Y′′ transformiert, bleibt die ur
sprüngliche Orientierung erhalten (Pfeil 2). Der Pfeil 1
zeigt die Orientierung des Werkzeugs, wenn die anisotrope
Transformation in gleicher Weise auf das Werkstück und die
Orientierung des Werkzeugs wirkt. Soll das Werkzeug auch
nach der anisotropen Transformation des Werkstücks senk
recht zu der zu bearbeitenden Fläche ausgerichtet sein
(Pfeil 3), muß für das Werkzeug ein eigenes Koordinaten
system geschaffen werden, in welches die Werkzeugorien
tierung transformiert wird.
Für die sogenannte 2½-D-Bearbeitung soll im Werkstück-
Koordinatensystem jeweils die aktuelle Ebene angewählt
werden können. Wenn das Werkstück-Koordinatensystem
gedreht wird, wird die Ebene mitgedreht. Es wird dabei
immer angenommen, daß, so lange die Werkzeugorientierung
nicht explizit anders programmiert wird, das Werkzeug
senkrecht zu dieser Ebene steht. Eine Drehung aus der
aktuellen Ebene oder Wechsel der aktuellen Ebene kann dazu
führen, daß das Werkzeug nicht mehr senkrecht zur aktuel
len Ebene orientiert ist und damit die Werkzeugkorrektur
falsch berechnet würde. Es ist daher erforderlich, die
Werkzeugorientierung entsprechend korrigieren zu können.
Claims (5)
1. Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken in numerisch
gesteuerte Werkzeugmaschinen aufgrund von programmierten
Verfahrbewegungen der Maschine, dadurch ge
kennzeichnet, daß die in einem auf das Werk
stück bezogenen Koordinatensysteme angegebenen Verfahr
bewegungen der Maschine durch Koordinaten-Transformation
in ein auf die Maschine bezogenes Koordinatensystem umge
setzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die in mehreren auf das
Werkstück bezogenen Koordinatensystemen angegebenen Ver
fahrbewegungen der Maschine auf ein Bezugs-Werkstück-
Koordinatensystem umgesetzt werden und daß die in diesem
angegebenen Verfahrbewegungen in das auf die Maschine
bezogene Koordinatensystem umgesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verfahrbewegungen
in Teileprogrammsätzen angegeben sind und daß mit einem
Teileprogrammsatz das jeweils aktuelle Werkstück-Koordi
natensystem angegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die
Koordinaten-Transformation Verschiebung und/oder Drehung
und/oder Spiegelung und/oder Maßstabsänderung ist.
5. Steuerung für eine Werkzeugmaschine, deren Verfahr
bewegungen aufgrund von programmierten Anweisungen ge
steuert werden, dadurch gekennzeich
net, daß die Lage des zu bearbeitenden Werkstücks
bezüglich der Achsen der Maschine bestimmt wird und daß
die Verfahrbewegungen der Maschine aus in einem auf das
Werkstück bezogenen Koordinatensystem angegebenen Verfahr
anweisungen durch eine Koordinaten-Transformation, die
durch Messen der Lage des zu bearbeitenden Werkstücks
bezüglich der Achsen der Maschine bestimmt wird, ermittelt
werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934326988 DE4326988A1 (de) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | Verfahren zur Steuerung von Werkzeugmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934326988 DE4326988A1 (de) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | Verfahren zur Steuerung von Werkzeugmaschinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4326988A1 true DE4326988A1 (de) | 1995-02-23 |
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ID=6494962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19934326988 Withdrawn DE4326988A1 (de) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | Verfahren zur Steuerung von Werkzeugmaschinen |
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Country | Link |
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- 1993-08-11 DE DE19934326988 patent/DE4326988A1/de not_active Withdrawn
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8130 | Withdrawal |