DE2219705A1 - Numerische Werkzeugmaschinensteuerung - Google Patents

Description

Patentanwalt·

Dr. Ing. H. r4eg*ndank

Dipl. Ing. H. Heu dc * Dip! Phys. W. Schmitz

Dip}, ing. E. Graalfs - Dip! Ing. VV. Wehnert

ä München % frtM^islraSe 29

Telefon 5330586

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 17. April 1972

Southfield,Mich. 48075,USA Anwaltsakte M-2131

Numerische Werkzeugmaschinenteuerung

Die Erfindung betrifft numerische Steuerungen für Werkzeugmaschinen und insbesondere ein Verfahren zur Korrektur von Änderungen der Werkzeuggrößen bei einer numerisch gesteuerten Maschine mit einer direkt gekoppelten (ON-Line) Rechnersteuerung.

Bei numerisch gesteuerten Maschinen wird die Kontur des bearbeiteten Werkstücks oder Teils von einem Bezugspunkt auf orthogonalen Koordinatenachsen aus bestimmt. Diese Bestimmung des Werkstücks wird dann einem Speicher wie einem Lochstreifen oder einem Magnetband einprogrammiert, das dann einen direkt gekoppelten Rechner (ON-Line) während des Betriebs der numerisch gesteuerten Maschine betätigt. Die Anzeige des Rechners besteht dann aus einer Sign-ilgruppe, welche die Bahn des bearbeitenden Werkzeugs über entsprechende Steuereinrichtungen.wie Servos und Schritt- i

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motoren steuert.

Das Schneidwerkzeug wird durch einen Träger oder Werkzeugspanner so gehalten, daß es der programmierten Werkstückkontur folgt, um die gewünschte Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen. Die Werkzeugbahn ist jedoch nur sehr schwer in bezug auf die Schneidkante des Werkzeugs zu bestimmen, und daher wird die Werkzeugbahn normalerweise durch den Werkzeugmittelpunkt bestimmt. Wenn beispielsweise das Werkzeug eine kreisförmige Schneidkante besitzt, dann wird die Werkzeugbahn durch den Mittelpunkt dieser Kreisform festgelegt. Infolge dieser Bestimmung der Werkzeugbahn ist die Werkstückkontur von der Ist-Bahn des Werkzeugs verschieden. Folglich muß bei der Programmierung der Werkzeugbahn eine Versetzung zur Korrektur des Abstandes zwischen dem Werkzeugmittelpunkt und der Kontur des zu bearbeitenden Werkstücks vorgesehen werden.

Bei den bisherigen numerischen Steuerungen ist zur Programmierung der Versetzung eine Vorhaltung für den Radius des Schneidwerkzeugs erforderlich. Dies wiederum bedingt unabhängige (OFF-Line) Berechnungen beim Beginn der Programmerstellung. Folglich muß, wenn ein Werkzeug gegen ein anderes mit einem anderen Radius ausgewechselt wird, der Weg des Werkzeugmittelpunkts versetzt werden, damit die Schneidkante des Werkzeugs der Sollkontur und den Sollabmessungen des Werkstücks folgen kann. Bei den vorhandenen Steuerungen wird die bei einem Wechsel der Werkzeuggrößen erforderliche Werkzeugkorrektur dadurch durchgeführt, daß anstelle einer Änderung des Teile- oder Werkstückprogramms die Koordinatenachsen der Ein-

;richtung versetzt werden. Diese Achsenversetzung wird durch eine

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Gruppe von Potentiometern auf der Schalttafel der numerisch gesteuerten Maschine bewirkt, so daß ein analoges Versetzungssignal an die Servos abgegeben wird, welche die Bahn des Schneidwerkzeugs oder Meißels steuern.

Dieses Verfahren der Werkzeugkorrektur x^eist verschiedene Nachteile auf. Bei numerisch gesteuerten Maschinen mit Werkzeugwechseleinrichtungen muß eine eigene Gruppe von Bedienorganen und Schaltern für die Werkzeugkorrektur vorgesehen werden, so daß die erforderlichen Korrekturen bei jedem Wechsel der Einsatzmeißel eingestellt werden können. Daraus ergibt sich ein kostspieliger und raumverschwendender Aufwand an Schaltern und Potentiometern an der Schalttafel der Einrichtung.

Ein anderer Nachteil beruht darauf, daß das Versetzungssignal ein Analogsignal ist und somit Fehler enthält, die der Größe der Ver- ; Setzung proportional sind. Dies gilt insbesondere deshalb, da

i die Steuersignale der Einrichtung Digitalsignale sind, so daß die ! Versetzung von einem Digitalsignal in ein Analogsignal umgesetzt werden muß, wodurch sich der Eigenfehler vergrößert. Ferner gehen die Achsenversetzungen mit einer Zeitkontante mit festem Exponential bei einer Rthtungsänderung des Werkzeugs auf den neuen Wert über. In einigen Fällen müssen daher Verweilzeiten eingeführt werden, um die sich aus der Verzögerung der Werkzeugkorrekturversetzung ergebenden Bahnfehler zu verringern. Damit wird die Teileprogrammierung wesentlich komplizierter, da die Verweilzeiten von Anfang an in das Programm miteingebaut werden müssen.

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Ein veiterer Nachteil rührt davon her, daß sich die Achsenver-Setzungen vom Servoschleppfehler subtrahieren. Dies schränkt die , !maximale Werkzeugkorrektur auf einen Bruchteil des maximalen ' Schleppfehlers der Einrichtung ein. Der Rest des Schleppfehlers V legt eine Grenze für den maximalen möglichen Vorschub fest, solange die Werkzeugkorrektur wirksam ist.

Ein anderer Nachteil entsteht daraus, daß die erste Werkeeugkorrektur durch einen unabhängigen (Off-Line) Rechner durchgeführt werden muß. Somit muß ein ' Rechner entweder dauernd oder auf Zeitzuteilung zur Verfügung stehen, wobei beides die Kosten des Arbeitsgangs erhöht. Da außerdem die Korrektur durch einen unabhängigen (Off-Line) Computer berechnet wird, muß die Programmiersprache für die Maschine mit der die Berechnung durchführenden Rechners kompatibel sein. Folglich muß das Maschinenprogramm kompatibel erstellt werden und ist damit bei erforderlichen Änderungen äußerst schwierig zu korrigieren.

Auch das Verfahren der Achsenversetzung zur Werkzeugkorrektur weist Nachteile auf, da sich häufig bei der Spanabhebenden Bearbeitung von Innenecken ein Unterschneiden der Ecke ergibt. Dies ist möglicherweise das größte Hindernis für die Anwendung der Werkzeugkorrektur auf die einfache Programmersteilung. Dieser Unterschnitt wird anhand der Fig. 1 näher erläutert· In dieser Figur ist im Werkstück eine Innenecke auszuformen. Die Maschine wurde so programmiert, daß sie der Bahn folgt, doch wegen der Verwendung eines Übergroßen Werkzeuges muß die korrigierte Bahn eingehalten werden. Diese Bahn wird durch die vorstehend

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beschriebenen Analogspannungen vorgegeben. Somit folgt die Mittellinie des Werkzeugs der Bahn anstatt der programmierten Bahn. So- ! lange das Werkzeug der waagerechten Bahn folgt, bietet die durch die Analogspannung vorgegebene Achsenversetzung keine Betriebsschwierigkeiten. Wenn jedoch der Mittelpunkt des Werkzeugs am Ende der waagerechten Bahn anlangt, dann muß das Werkzeug eine Schwenkung um 90° in seiner Laufrichtung vollziehen. Wenn keine Korrektur vorgenommen werden würde, dann würde das Werkzeug der senkrechten Bahn folgen, und es ergäbe sich ein minimaler Unterschnitt. Da jedoch das Werkzeug eine Obergröße besitzt und die Versetzungsachse durch die Analogspannung vorgegeben wird, kann das Werkzeug wegen der exponentiellen Zeitkonstante der Versetzungsspannung seine Richtung nicht ändern. Dadurch ergibt sich der Unterschnitt an der Echpartie. Um nun eine Vertikalkorrektur durchzuführen, so daß das übergroße Werkzeug die korrigierte Bahn verfolgt, muß das Werkzeug an diesem Punkt auf der Bahn geführt werden, damit es die programmierte waagerechte Bahn erreicht. Es ist zu beachten, daß das Werkzeug nicht auf der korrigierten waagerechten Bahn geführt werden kann, da diese Bahn durch die korrigierende Analogspannung und nicht durch das Programm vorgegeben wird. Folglich ergibt die weitere Korrektur in der senkrechten Richtung, damit das Werkzeug der korrigierten senkrechten Bahn folgt, ilen zweiten Unterschnitt der Ecke. Dieser Unterschnitt ist höchst unerwünscht, da die Sollform.der Ecke dutch, die ausgezogene Linie der Fig. 1 dargestellt wird, während die bearbei- tete Ist-Form der Ecke unterschnitten ist, wie durch die ge-

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strichelten Linien und die Kennzeichen gezeigt wird.

Die vorstehend aufgeführten Nachteile der bisherigen Steuerungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß eine Einrichtung für eine Werkzeugkorrektur geschaffen wird, welche anstelle einer Korrektur durch eine Analogspannung, die lediglich die Koordinatenachsen der Meißel versetzt, eine Änderung des Programms durch Digitalsignale verwendet. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Sollkontur des Werkstücks dem Rechner einprogrammiert. Falls gewünscht, kann diese Anfangsprogrammierung einen angenommen Werkzeugradius oder auch einen angenommenen Nullradius enthalten und damit die Ist-Kontur des Werkstücks bestimmen. Die Erfindung weist eine Gruppe von Algorithmen oder Rechenvorgängen auf, welche die Werkzeugkorrektur in bezug auf den Werkzeugradius festlegen. Diese Algorithmen werden dem Computer als Koordinatenachsen einprogrammiert, um welche und in welchen die Werkstückkontur festgelegt ist. Die Bahn des Werkzeugmittelpunkts wird dann durch den Rechner in Abhängigkeit von der programmierten Werkstückkontur sowie auch durch die Korrekturversetzung des Werkzeugs gesteuert. Da die Korrekturversetzung des Werkzeugs in bezug auf die Korrdinatenachsen der Werkstückkontur und auf den Werkzeugradius ^bestimmt wird, können Änderungen der Werkzeugabmessungen einfach dadurch ausgeglichen werden, daß der Radius des für die Bearbeitung <tes Werkstücks verwandten Werkzeugs dem Rechner eingegeben wird. Der Rechner vereinigt dann den Werkzeugradius mit den Daten der Algorithmen und der programmierten Werkstückkontur, um die Bahn des Werkzeugmittelpunkts festzulegen, so daß die SoIl-

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'· kontur und die Sollabmessungen erzielt werden.

,«Daher kann der Werkzeugradius mit einem Wegblock programmiert ; werden, der für die Abmessung der durch den spanabhebenden Vorgang zu erzeugenden Werkstückfläche steht. Daher ist die Einrichtung bei handprogrammierten Nachformdreh- und Naehformfräsarbeiten von Vorteil. Mühsame und fehleranfällige Berechnungen ^: für die Werkzeugversetzung entfallen, und gleichzeitig wird die < Notwendigkeit für einen unabhängigen (Off-Line) Rechner vermieden..; Die Korrektur des Programms wird vereinfacht, da das Programm- ' manuskript direkt auf die Abmessungen des Werkstückbearbeitungs- j plans bezogen ist.

Außerdem gestattet die Möglichkeit der Programmierung einer Werkzeugversetzung senkrecht zur programmierten Bahn den Einsatz von festen Arbeitszyklen, um die Teileprogrammierung abzukürzen. Diese festen Arbeitszyklen können einen Teil des Werkstückprogramms abrufen, damit er mit anderen Werten für den Vorschub, die drehzahl und die Werkzeugkorrektur wiederholt wird, der sich aber sonst den programmierten Daten gleicht. Der zu wiederholende Programmteil kann durch seine Anfangs- und Bndsatznummern gekennzeichjnet werden, um Änderungen wie Vorschub, Drehzahl und Werkzeugkorrektur können deT Anlage vor Beginn der Bearbeitungsvorgänge eingegeben werden. Dies ist besonders wertvoll, wenn nach dem VorschUchten einer Kontur der letzte Schlichtgang folgt.

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Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. In den Zeichnungen ist:

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4
und 5

eine Darstellung des Unterschnitts einer Innenecke unter Anwendung der früheren Verfahren zur Werkeeugkorrektur;

die Ableitung der Versetzungsfaktoren für den Werkzeugmittelpunkt für eine Innenecke und eine Linearbewegung;

die Ableitung der Versetzungsfaktoren eines Werkzeugmittelpunkts für eine Außenecke und lineare Bewegung;

die Bestimmung der Vorzeichen für die Versetzungsfaktoren des Programms;

Fig. 6 die erforderliche Lage des Werkzeugmittelpunkts beim An- oder Abschalten der Korrektur;

Fign. 7 die Ableitung der Werkzeugmittelpunktversetzung für und 8

kreisförmige Schneidbewegungen;

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen numerischen Werkeeqgmaschinensteuerung mit einem direkt gekoppelten (On-Line) Rechner, zur Anwendung des

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Korrekturverfahrens bei Änderungen in der Werkzeuggröße .

Vor der Einprogrammierung der Sollkontur des Werkstücks in den

Rechner wird die Kontur in Segmente aufgeteilt, so daß jedes Seg- , ment durch eine stetige Bewegung des Werkzeugs in einer Ebene des Werkstücks bestimmt wird. Daher sind aufeinanderfolgende Segmente durch einen gemeinsamen Punkt miteinander verbunden, der das Ende j

des vorangehenden Segments und dem Beginn des nachfolgenden Segments festlegt. I

Dies wird anhand der Fig. 2 näher erläutert, die das Werkstück zeigt, das nach der durch die Segmente 22 und 23 festgelegten Maschinenkontur auf einer Drehmaschine abgedreht wird. Man erkennt, daß nur das halbe Werkstück 21 gezeigt ist, und daß die Mittellinie 24 die Mittellinie des Werkstücks oder Teils darstellt.

Das Konturensegment 22 ist ein kontinuierlicher linearer Schnitt in der X-, Z-Ebene, und daher wird dieses Segment bei der Programmierung des Rechners durch einen im Rechner gespeicherten Datenblock dargestellt. Das Segment 22 endet am Punkt P, an welchem die Linearbewegung des bearbeitende^ Werkzeugs geändert werden muß. Daher wird das Segment 23 als zweiter Block von Kettenmaßen dem Rechner eingegeben. Der Weg der Werkzeugkante auf den beiden Konturensegmenten 22 und 23 ergibt somit den Schnitt der in Fig.2 gezeigten vollständigen Kontur. Läßt man die Werkzeugkorrektur

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außer acht, dann ergibt sich die programmierte Kontur aus dem Segment 22 und dem Segment 23, wobei der Punkt P beiden Segmenten ! gemeinsam ist und als Endpunkt für die Bewegung längs des Seg-

j ments 22 sowie als Anfangspunkt für die Bewegung längs des Segments 23 dient.

Wegen des gemeinsamen Punktes P zwischen den beiden Segmenten und der stetigen Sollbewegung des Werkzeugs dient während des spanahhebenden Vorgangs das erste Datensegment als aktives Datensegment und steuert die Werkzeugbewegung, während das zweite Datensegment als ein Speicherdatensegment abgerufen wird. Unmittelbar am Ende der durch das erste Datensegment bestimmten Bewegung wird das zweite Segment, dwh. das Speichersegment aktiv und das dritte \ ader nachfolgende Segment wird abgerufen, um als Speichersegment j zu dienen. Damit wird die stetige Bewegung der Werkzeugkante längs der Sollkontur des Werkstücks gewährleistet.

Es ist zu beachten, daß die durch die Segmente 22 und 23 beschriebene programmierte Bahn entweder eine wirkliche zu bearbeitende Werkstückkontur sein kann oder auch eine Kontur der Bewegungsbahn eines Werkzeugs mit einem angenommenen Radius. Wenn die programmierte Bahn als Werkstückkontur festgelegt ist, dann ist eine Werkzeugkorrektur für jedes Werkzeug erforderlich, so daß die Abmessung R, die dem Radius des Werkzeugs entspricht, den Computer eingegeben werden muß, bevor mit dem ersten Segment einer Kontur begonnen wird. Wenn andererseits bei der programmierten Bahn ein Werkzeugradius angenommen wird, dann ist eine Werk-

zeugkorrektur nur in solchen Fällen notwendig, in welchen ein Werki zeug mit einem vom angenommenen Radius verschiedenen Radius ver- j !wendet wird. Die Daten bezüglich des < neuen Werkzeugradius werden ; I dem direkt gekoppelten (On-Line) Rechner eingegeben, der dann die Versetzungsrechnungen durchführt, wie nachstehend näher erläutert

Damit das in Fig. 2 gezeigte Werkzeug 26 die durch die Wegsegmente:

22 und 23 beschriebene Werkstückkontur schneiden kann, muß der ! Mittelpunkt O des Werkzeugs der durch die Segmente 27 und 28 be- ! ', stimmten korrigierten Kontur folgen. Die korrigierten Segmente 27 und 28 sind gegenüber den programmierten Segmenten 22 und 23 um den Abstand R versetzt, der den Radius des Werkzeugs 26 bildet.

In der Zeichnung der Fig. 2 liegt der gemeinsame Punkt O der korrigierten Segmente 27 und 28 genau gegenüber dem Punkt P, welcher der gemeinsame Punkt der programmierten Segmente 22 und 23 ist. Angenommen, der Punkt C des Werkzeugs 26 begrenze die Schneidkante des Werkzeugs auf dem Segment 22 und der Punkt D begrenze die Schneidkante auf dem Segment 23, dann ergibt ein Versuch, das Werkstück vollständig bis zürn Punkt P zu bearbeiten,einen erheblichen Unterschnitt des Teils auf dem Segment 23* Dieser Ünterschnitt tritt auf, Wenn der Mittelpunkt des Werkzeugs 26 bis zum Punkt O ohne Änderung der Bewegungsrichtung fähren könnte. Folglich ist der Punkt O gegenüber dem programmierten Punkt P etwas versetzt, um den ünterschnitt zu vermeiden^ Das Rechenverfahren für die Versetzung des korrigierten Punktes Ö gegen- . Über dem programmierten Punkt P wird anhand der Fig* 4 liäher

erläuft. 209846/0819 .„.

Die Algorithmen oder Rechenverfahren, die zur Einprogrammierung der erforderlichen Werkzeugkorrektur in den Rechner verwendet werden, werden aus der geometrischen Beziehung zwischen den ähnlichen Dreiecken 29, 31 und 32 gewonnen. Das Dreieck 29 ist das rechtwinklige Dreieck mit der Hypotenuse S«, das Dreieck 31 ist ein ähliches rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse AP und das ι Dreieck 32 ist ebenfalls ein ähnliches Dreieck mit der Hypotenuse ι AO.

Unter Verwendung der Ähnlichkeit dieser drei Dreiecke werden die ; ¹ Algorithmen wie folgt abgeleitet: j

Es wird definiert:

R als Radius der Werkzeugspitze,

M als Versetzungsfaktor der X-Achse,

L als Versetzungsfaktor der Z-Achse,

x- und z- als Kettenmaßdaten des Blocks 1 (Segment 22)

und

x, und z~ als Kettenmaßdaten des Blocks 2 (Segment 23),

wobei die Ähnlichkeit der rechtwinkligen Dreiecke mit 29 und 31 folgende Beziehung ergibt:

Mx,

BF

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(D

C2)

13-

Da auch Winkel oC» Winkel ß ist, sind die Dreiecke 29 und 32 ähnlich.

Daher ist:

" . ^X1

L ₊ -M-R ,AO _τ "L + AE, ^Z1 (3)

^Zi ^S1 "⁵^j S₁

wobei:

,= /x,² ♦ Z₁ ²

M+

^X2

M »Bf _m

wobei:

Die Vereinfachung von Gleichung (3) ergibt:

RS₁ - Lz₁ + X₁M (5)

Die Vereinfachung der Gleichung (4) ergibt:

RS₂ » Mx₂ +Lz₂ (6)

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Die Lösung der Gleichungen (5) und (6) für L und M sowie deren Kombination ergibt:

^M -Ιτ^ρτ^^-) (I₁S₂ - Z₂S₁1 (β)

Die Parameter L und M bestimmen die aufgrund des Werkzeugradius R erforderliche Versetzung der tf- und z-Achse. Es ist zu beachten, ! daß χ«, X2» z* und Z2 und daher auch L und M Größen mit bestimmten Richtungen gegenüber dem Bezugsachsensystem sind.Somit besitzen diese Parameter positive oder negative Vorzeichen. Das Verfahren zur Berechnung der positiven oder negativen Vorzeichen dieser Parameter wird anhand der Fig. 4 näher erläutert.

Die Gleichungen (7) und (8), welche die Parameter L und M als Werkzeugradius R und als Koordinatenstellungen in der x- und z-Achse angeben, können dem Rechner einprogrammiert werden, da die Größen χ und ζ durch die Werkstückkontur bestimmt werden und per-| manent programmiert werden können. Somit wird durch Eingabe eines j Wertes für R gemäß dem für den Arbeitsvorgang verwendeten Werkzeug die erforderliche Versetzung durch den direkt gekoppelten (On-Line) Computer berechnet, der zur numerischen Steuerung jphört.

209848/0Ö19 ■·'-^;

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf drei verschiedene Weisen angewandt werden. Erstens können die Ist-Abmessungen des zu bearbeitenden Punktes sowie die entsprechenden Algorithmen-programmiert werden. Dies geschieht ohne Voraussetzung einest bestimmten Werkzeugradius. Dann wird der Radius des Werkzeugs dem Rechner eingegeben, der dann alle erforderlichen Versetzungs-; rechnungen durchführt.

Beim zweiten Verfahren werden die Algorithmen unter Verwendung eines angenommenen Werkzeugradius programmiert. Dann muß die Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem vorausgesetzten Werkzeugradius in dem Rechner eingegeben werden, der dann die Versetzungsrechnungen durchführt.

Beim dritten Verfahren wird der Werkzeugradius.zusammen mit der Werkstückkontur programmiert. Die programmierte Kontur ist dann die Kontur der Mittelbahn eines Werkzeugs mit einem angenommenen Radius. Anschließend wird der tatsächliche Werk zeug radius <|em Rechner eingegeben, der die Versetzungsrechnungen durchführt.

Das erste und letzte Verfahren werden vorzugsweise angewandt, da j die Daten für den Werkzeugradius den tatsächlichen Radius darstellen und die einfache Subtraktion des zweiten Verfahrens nicht erforderlich ist.

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Die Zeichnung der Fig. 3 zeigt das Korrekturverfahren für den Werkzeugradius bei der Bearbeitung einer Außenecke,.Man erkennt, daß die programmierte und die korrigierte Bahn der Fig. 3 gegenüber den entsprechenden Bahnen der Fig. 2 umgekehrt verlaufen» Dies wird zur leichteren Erklärung der Ausformung einer Außenecke gezeigt und zur klareren Darstellung der Tatsache, daß es sich hier um die gleiche Geometrie handelt wie beim Schneiden einer Innenecke.

Die durch die Segmente 33 und 34 programmierte Bahn der Fig. 3 , stellt die Konturensegmente des zu bearbeitenden Werkstücks in bezug auf die Mittellinie 36 dar. Die korrigierte Bahn 37 stellt die Bahn der Werkzeugmittellinie dar, die verfolgt wird, damit das Werkzeug entlang dem programmierten Konturensegment 33 schnei det. Ebenso beschreibt das korrigierte Segment 38 die vom Werkzeugmittelpunkt verfolgte Bahn, um die programmierte Bahn 34 zu bearbeiten.

In Fig. 3 ist R der Radius des Meißeleinsatzes, M, L sind die Versetzungsfaktoren, X₁, z. stellen die programmierten Kettenmaßdaten des Blocks 1 dar und x-, Z₂ die programmierten Kettenmaßdatea·) des Blocks 2. Aus einem Vergleich mit Fig. 2 ersieht nan, daß die Ableitungsergebnisse mit denen der Versetzung für eine Znnenecke (Fig. 2) identisch sind. Natürlich können sich auch die Vorzeichen der Parameter ändern. Dies gilt insbesondere dann, wenn man in Betrachtung zieht, daß sich die programmierten Musterkontursegmente 33 und 34 beim Werkstück in der Praxis erheblich ändern können. Daher müssen auch die erforderlichen

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Vorzeichen der Parameter berücksichtigt werden. Dies wird anhand der Fig. 4 näher erläutert.

,'Das Vorzeichen der Werkzeugkorrektur hängt davon ab, ob sich das j Werkzeug rechts oder links" der zu bearbeitenden Werkstückkontur- , befindet sowie davon, ob die Korrektur an- oder abgeschaltet ist. Die Werkzeugkorrektur ist zu Beginn des ersten programmierten Segments abgeschaltet und auch dann, wenn ein Werkzeug mit einem j programmierten Radius verwandt wird. Somit werden die drei Werkkorrekturfunktionen in der folgenden Kodeform beschrieben:

Kode Funktion

G41 Werkzeugkorrektur angeschaltet, die programmierte Bahn liegt links vom Werkstück

G42 Werkzeugkorrektur angeschaltet, die programmierte Bahn liegt rechts vom Werkstück

G4O Werkeepgkorrektur abgeschaltet.

Die programmierten Daten für die rechte oder linke Positionierung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück werden zur Bestimmung der j Richtung der Versetzungen gebraucht. Fig. 4, die zur Erläuterung

der Festlegung der Vorzeichen der Versetzungsfaktoren dient, zeigt eine programmierte Bahn mit den beiden programmierten Segmenten 39 und 40. Weiterhin zeigt diese_:Figur die vorhandenen

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Bedingungen, wenn eine durch die Segmente 39 und 40 beschriebene •Kontur im Werkstück 43 unter Verwendung eines Werkzeugs mit dem Radius R ausgeformt werden soll. Angenommen, die lineare Bewegung des Werkzeugs verlaufe von links nach rechts, dann erfordert das Segment 39, welches der Datenblock 1 wäre, daß die' Schneidkante auf der Linie zwischen P_Q und P* fährt. Das durch den Datenblock 2 angegebene programmierte Segment 40 erfordert, daß die Schneidkante auf der Linie von P₁ nach P₂ fährt. Zur Vermeidung eines Unterschnitts muß der jeweilige Endpunkt dieser Segmente um einen Betrag versetzt werden, der durch den Radius R des Werkzeugeinsatzes bestimmt wird. Somit müssen die Punkte Pq, P. und ?2 ^um die Faktoren M und L versetzt werden, die in Verbindung mit den Fign. 2 und 3 beschrieben wurden. Die Versetzungsfaktoren dienen dann zur Abänderung der programmierten Bewegung zu und von den Konturpunkten P_Q, P₁ und P₂. Somit werden die notwendigen Versetzungen wie folgt beschrieben:

x, - (-1)^Q L₁ - x_c1 , (9)

Z₁ + (-1)^Q M₁= z_c1 (10)

X₂ + (-1)^Q L₁- x_c2 (11)

Z₂ - (-1)^Q M₁ - z_c2 Ϊ12)

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¹ wobei:

-ig-

(Werkzeuggröße) + (G-Funktion)

daher wird definiert:

Werkzeugübergröße »	gleich O	1	O	(0)
Werkzeuguntergröße ■			(0)
G42 « 1		(1)
G 41 - O	,1 oder 2	(D
Q ist stets
Ein Beispiel:	6-Funktion
Werkzeuggröße	G41
O	G41
1	G42
O	G42
1

SF

Im folgenden wird (-1)^ als Vorzeichenfaktor (SF) bezeichnet.

Die Vorzeichenfaktoren dienen dann zur Bestimmung der Vorzeichen der in den Gleichungen (9) bis (12) angegebenen Parameter sowie zur direkten Festlegung der Vorzeichen für die Versetzungsfaktorei] L und M. Somit stellen die Parameter χ j und ζ j mit der erforderlichen zusatzlichen Änderung der Versetzung am funkt P_Q die korrigierte Soll-Bewegung oder den Sollweg dar. In der gleichen Weise stellen χ - und ζ - nach der erforderlichen Modifizierung der Versetzung an Punkt P₂ die korrigierte Soll-Bewegung fÜT das

korrigbrte Segment 42 dar.

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Fig. S zeigt noch deutlicher das Verfahren zur Berechnung des Vorzeichenfaktors sowie die Änderungen dieses Vorzeichenfaktors bei Innen- und Außenecken. Die programmierte Bahn nit den Segmenten 44, 45 und 46, die als Datenblock 1, Datenblock 2 itid Datenblock 3 bezeichnet sind, wird dem Rechner eingegeben. Ein Versetzungsfaktor ist erforderlich, da ein Werkzeug »it dem Radius R verwendet wird. Dadurch ändert sich die Positionierung der Punkte P₄ und P₅, so daß die Punkte P^ und P_Sc um die Faktoren Lj, Μ. und L2, M₂ versetzt sind. Somit ist diese Figur charakteristisch für eine programmierte Linearbewegung, so daß das Ergebnis bzw. das Ausgangssignal der Werkzeugkorrekturrechnungen die Daten χ - ^und 2 - sind, die bewirken, daß die Bahnbewegungen vollzogen werden. Wendet man die anhand der Fig. 4 beschriebenen Grundsätze an, so lassen sich die folgenden Beziehungen von Fig. 5 ableiten.

^zc2 " ^Z2 ^{+ M}2

" ^M1 ^(SF)

^X2 " ^L2 ^{(SF) + L}1 ^(SF)

(13) (IO

Wenn das korrigierte Programm für den Bewegung«- oder tfegblock 3 festgelegt wird, dann ändert sich die zur Bestimmung des korrigierten Wegblocks 2 verwendete Größe M₁ in M₂- Ebenso wird die für den Block 2 der korrigierten Bewegung errechnete Größe L₁ zu L₂ des Blocks 3. Man erkennt, daß in den Gleichungen (13) und (14) die Größen M₁ und M₂ sowie L₁ und Lj jeweils entgegengesetzt^

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Vorzeichen besitzen. Dies ist wichtig, um die Anhäufung von Rundungsfehlern zu verhindern. Ein Rundungsfehler bei den Berechnun-¹ : gen der L- und M-Werte für ein Segment verursacht keine Akkumula- \ tivfehler in den nachfolgenden Segmenten, da Additionen in einem i Segment zu Subtraktionen i« nächsten Segment werden. .

Am Anfang des ersten Segments ist die Werkzeugkorrektur.abgeschält

tet und muß angeschaltet werden, ehe die spanabhebende Bearbei- | tung längs des ersten programmierten Segments beginnt. Bei abge- ; schalteter Werkzeugkorrektur wird die Maschinenbewegung durch das, Programm gesteuert. Bei einer programmierten Funktion G41 oder j G42, die den Anschaltbefehl für die Werkzeugkorrektur geben, ist j eine Versetzung erforderlieh. Dies wird anhand der Fig. 6 gezeigt. In Fig. 6 ist 51 das programmierte und 52 das kompensierte Datensegment. Das durch die Parameter x« und z« bestimmte Segment 51 ist der erste Block der programmierten Bewegung, die nach dem Anschalten der Korrektur ablaufen muß. Zunächst ist die Korrektur abgeschaltet und der Werkzeugradius liegt am Punkt A. Wenn die Funktion G41 oder G42 anliegt, dann ist eine erste Versetzung erforderlich, um den Werkzeugmittelpunkt vom Punkt A zum Punkt B zu bewegen. Die logische Steuerschaltung erzeugt einen weiteren Bewegungsblock von der Form χ » L_Q und ζ ^a M_Q. Der zürütkgelegte Weg ist dem Werkzeugradius R gleich, der die erforderliche Versetzungskorrektür darstellt. Die Wegrichtung verläuft senkrecht ZUM programmierten Segment 51. Nach Ausführung -dieser Bewegung ,gilt die Bahn des Werkzeugmittelpunkts als Segment 52 und die Korrektur wurde durchgeführt .\

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Eine ähnliche Bewegung tritt auf,.wenn eine der Funktionen G41 oder G42 wirksam ist und ein Abschaltbefehl G4O durchgeführt wird. Mit dieser Bewegung wird der Werkzeugradius zum programmierten Segment zurückgeführt.

Da der Vektor R in Fig. 6 senkrecht zum Vektor S verläuft, ist das durch die Vektoren R, L_Q und M gebildete Dreieck dem durch X2, z- und 51 gebildeten Dteieck ähnlich. Somit können die folgenden Verhältnisse ausgedrückt werden:

R z.

L und M sind mit Vorzeichen versehene Parameter, wobei der Vorzeichenfaktor SF nach einem nachstehend beschriebenen Verfahren bestimmt wird.

Daher besteht der Anschaltvorgang für die Werkzeugkorrektur aus den folgenden Schritten. Erstens liegt am Anfang die Werkzeugachse am Punkt A, welcher die zuletzt programmierte Stelle darstellt, wobei die Werkzeugkorrektur gegenüber dem vorangehenden Segment abgeschaltet ist. Sodann erzeugt die Steuerung einen Weg- oder Bewegungsblock, der aus den Versetzungen L und M besteht. Dies wird bei mäßigem Vorschub durchgeführt, wenn der Kode G41 oder G42 abgetastet und an die Aktivspeicher des

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Rechner übertragen wird. Nach Beendigung der Versetzungsbewegung wird die durch die berechneten Versetzungsfaktoren geänderte Programmbewegung wieder aufgenommen.

Somit können die Vorzeichenfaktoren (SF) für die Faktoren M_Q und L_Q wie folgt definiert werden:

Für das Anschalten:

(SF) M_ft - +(-1)^Q (SF) χ (17)

(SF) L₀ - -(-1)^Q (SF) ζ (18)

Für das Abschalten:

(SF) M₀ » -(-1)^Q (SF) χ (19)

(SF) L₀ - -1(-1)^Q (SF) ζ (20)

In diesen Ausdrucken sind die Vorzeichenfaktoren M_ und L„ die

ο ο

in den vorangehenden Figuren definierten Vorzeichen der Versetzungen M und L . Somit kann eine logische Eins zur Anzeige einer negativen Bewegung und eine logische Null zur Anzeige einer Versetzungsbewegung in positiver.'Richtung verwendet werden. Die Vorzeichenfaktoren χ und ζ sind die Vorzeichen des ersten Achsenbewegungsblocks nach einem Anschaltbefehl für eine programmierte Werkzeugkorrektur, d.h. ein Kode G41 oder G42. Im Falle des Abschalten» der Werkzeugkorrektur sind die Vorzeichenfaktoren χ

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und ζ die Vorzeichen der Achsenbewegungsrichtung im letzten Block vor einem Abschaltbefehl G4O.

Die Fign. 7 und 8 dienen zur Erklärung der Werkzeugkorrektur bei der Bearbeitung eines Kreissegments. In Fig. 7 folgt dem linearen Segment 56 das Kreissegment 57. Somit müssen bei Verwendung des Werkzeugradius R die korrigferten Segmente 58 und 59 verfolgt werden.

■ _ ■

j Die Koordinatenstellungen werden wieder in der x-z-Ebene durch Ableitung der Korrekturbeziehungen bestimmt. Unter Verwendung der ähnlichen Dreiecke 61 und 62 können die Beziehungen der Dreieck-

: seiten wie folgt ausgedrückt werden:

(21)

wobei:

S 4c² ♦ z²

CD = ψ- (22) Die Geometrie zeigt auch daß:

PD = i - (AB + CD) (23)

_m\ setzt man die Gleichungen (21) und (22) in (23) ein, so ergibt sich:

PD » i - (24)

209846/0819 "²⁵~

- 25 Die Geometrie der Fig. 7 zeigt auch daß:

2 2 + k

- ^{1 a}

(25)

und

R » AP - R = 1/if + k - R

(26)

Zur besseren Erläuterung ist ein Teil der Fig. 7 in Fig. 8 neu gezeichnet. Aus der Geometrie der Fig. 8 ergeben sich verschiedene Beziehungen unter Zugrundelegung der ähnlichen Dreiecke 63 und 64: FD = k_a - (27)

jedoch

FD = i - PD

und aus Gleichung (24) ! PD = i - ^{SR + Xk}

] .'. kann die Ähnlichkeitsgleichung (27) wie folgt ausgedrückt

! werdön::

FD

SR + xk

(28)

: Verbindet man Gleichungen (27) und (28), so ergibt sich:

*a!

SR + xk

(29)

Eine Umstellung der Gleichung (29) ergibt:

^ka^{x =}

- [iz - SR - xk]

209846/0819

(30)

-26-

Wenn A = iz - SR - xk, dann wird Gleichung (30):

^k _a ^x " i_a ^z " ^A

Erhebt man die Gleichung (31) ins Quadrat, so ergibt sich:

^ka^{2 χ2 = 1}^ z² - 2i_a ζ A + A² (32)

Setzt man die Gleichung (25) in die Gleichung (32) ein, so ergibt sich:

2 7 7 7 7 7 ?

V ^x - V ^x ■ V ^z - ²ⁱa ^{z A + A} C33)

2 2 2 Stellt man die Glieder zusammen und setzt S = χ +ζ ein,

so ergibt sich:

i_a ² S² - 2i_a ζ A + A² - R_a ² x² = 0 (34)

ι Löst man (34) mit Hilfe der Binomialformel, so ergibt sich:

2 ζ A +V4z² A² - 4S² (A² - R ² x²

4
χ

ff 7 0 9 7 9 \

z A + Vz A ~ S^Z A^Z + R ^L χ^Δ S^Z i = 5 ₍₃₆)

Jedoch

2 2 2 2 2 k {Ζ*· - S^Z) = k^C (-X^

Daher:

zA ₊ x W/ S^ - A<

(37)

J 2 2 ζ A + χ VR₃ S^

209846/0819 -27-

V S2	2 ^ = χ +	7 ζ2	xk	-A2
A -	i ζ -	SR -	? 2 Z gZ
	ζ Α η	lVr&
		S2	2-
K -	u 2

Die bei der Versetzungskorrektur direkt verwendeten Gleichungen werden nachstehend noch einmal zusammengefaßt:

(26)

(21a)

(3Oa)

(37)

(25)

j ί

Die durch die Gleichungen (37) und (25) angegebenen Faktoren i und k sind die im Kreisinterpolator verwendeten korrigierten j a a _

Vektorkomponenten des Radius.

Fig. 7 zeigt, daß die Korrektur des Linearbewegungsblocks für j das dem Kreissegment 57 vorangehende Segment 56 wie folgt ausgedrückt wird: — ■ I

ι L - i - i_a (38) !

M = k - k (39)

el

Die Faktoren L und M sind vorzeichenlose Größen.

;;■ -28"

209846/0819

Es ist zu beachten, daß die Faktoren L und M den programmierten Radius von χ und ζ sowohl bei Linear- als auch beim Kreisbewegungsblock ändern.

Man erkennt jetzt, daß die Werkzeugkorrektur durch Einprogrammierung der Abmessung und der Kontur des Werkstücks in den Speicher des Rechners und gleichzeitig durch Einprogrammierung der Algo-• rithmen für die Versetzung in den Rechner durchgeführt werden ' kann. Ist eine Korrektur erforderlich, so braucht lediglich dem Rechner der Radius des neuen Werkzeugs eingegeben zu werden. Der Rechner verwendet dann den Werkzeugradius und berechnet in Verbindung mit den programmierten Algorithmen und der Kontur die erforderliche Versetzung für das betreffende Datensegment der Kontur .
I

^; Fig. 9 ist ein Flußdiagramm zur Erklärung der Anwendung der Er- '

findung auf eine numerisch gesteuerte Maschine. Es ist zu beachten, daß die Fig. 9 ein Flußdiagramm für den Datenverlauf durch ! i
die Anlage und für die Erzeugung der erforderlichen Steuersignale

ist und kein Blockschaltbild im üblichen Sinne.

Das Programm 100 mit der programmierten Kontur, das einen ange-

; nommenen Werkzeugradius enthalten kann oder nicht, dient zur Be- ^;

; tätigung der Eingabesteuerung 101 des Lochstreifenlesers. Die f

programmierten Daten lOOJkönnen auf verschiedenen möglichen Daten- ^! trägern gespeichert sein, wie auf einem Magnetband, einem Loch- | streifen, auf Lochkarten oder anderen bekannten Datenträgern. Die j

209846/0819 "²⁹" ^l

auf dem Lochstreifen programmierten Daten werden in digitale Form durch die Eingabesteuerung 100 des Lochstreifenlesers umgesetzt, so daß an dem mit der Ausgangsklemme der Eingabesteuerung 101 verbundenen Knotenpunkt 102 Digitaldaten abgegriffen werden können.

Die am Knotenpunkt 102 anliegenden Datenimpulse werden den Eingabesignalen der AchsenscJialter 103 und 104 funktionsmäßig auf-

geschaltet», um die Bewegungsrichtung in der x- und z-Achse 106 I
zu bestimmen. Die Schalter 103 und 104 sind Symmetrieschalter, die zur Bestimmung der Bewegimgsrichtung in der x- und z-Achse dienen. Die programmierten Daten enthalten die x- und ζ-Richtung der normalerweise als positiv geltenden Bewegung. Durch Umlegen der Schalter 103 und 104 auf die Umkehrsteilung werden die negativen Richtungen befohlen. Dadurch ergibt sich die Bearbeitung eines Teils, das der programmierten Form spiegelbildlich symmetrisch ist.

Wie vorstehend erklärt wurde, wird die Kontur des zu bearbeitenden Werkstück in Segmente unterteilt, wobei jedes Segment durch einen Datenblock dargestellt wird. In Fig. 9 ist der erste Datenblock durch die Indexzahl 1 gekennzeichnet, so daß die Bezeichnungen x- und Z₁ die Koordinatenstellungen in der x-z-Ebene des. ersten Kontursegments darstellen. Ebenso wird der zweite Datenblock mit der Indexziffer 2 bezeichnet, so daß die Bezeichnungen X₂ und Z₂ die entsprechenden Stellungen in der

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x-z-Ebene des zweiten Kontursegments angeben. Um einen glatten Übergang des Werkzeugs von einem Segment zum anderen zu gewährleisten, muß die Einrichtung gleichzeitig zwei Datenblöcke verarbeiten. Somit wird der erste Datenblock, d.h. die Koordinatendaten x.., z« dem Speicher 108 eingegeben. In dieser Stellung wir- '■ ken die Daten des Segments aktiv und steuern die Werkzeugbewegung. Während das Werkzeug von den Daten des Segments 1 gesteuert wird, werden die Daten des zweiten Segments im Speicher 107 gespeichert. Die im Speicher 107 gespeicherten Daten enthalten auch

die Algorithmen. Bei Beendigung der durch das Segment 1 gesteuerten Arbeitsvorgänge wirken die Daten des Segments 2 als aktiver ι Datenblock und übernehmen die Steuerung des Werkzeugs. Der Abruf der Daten des zweiten Segments von der Speicherstelle 107 erfolgt über das UND-Tor 109, das durch ein Steuer-/Sperr-Eingangssignal

; beaufschlagt wird.

Da die gespeicherten Segmentdaten unabhängig von der durch den Werkzeugradius geforderten Versetzungskorrektur sind, müssen die gespeicherten Daten den durch den Rechner erstellten Versetzungsberechnungen aufgeschaltet werden. Diese Aufschaltung erfolgt iiB Funktionsrechenblock 111, in welchem die Bewegungen x_ und z_ durch Kombination der gespeicherten Segmentdaten, des durch den Komputer errechneten Vorzeichenfaktors sowie der mit Hilfe der vorstehend eingegeben Algorithmen errechneten Ver- j

Setzungsfaktoren M und L berechnet werden.

-31-209846/0819

Um die Versetzungsfaktoren M und L zu berechnen, müssen der Einrichtung die Daten für den Radius des neuen Werkzeugs über die Dateneingabesteuerung 112 eingegeben werden. Die Daten für den Radius können die tatsächlichen Werkzeugradiuswerte oder auch die Änderungswerte des Radius von einem angenommenen Radius aus sein, wie vprstehend ausführlich erläutert wurde. Bei der Ein τ gäbe der Werkzeugradiusdaten in die Einrichtung muß bekannt sein, ob die im Speicher 100 enthaltenen programmierten Daten auch einen angenommenen Werkzeugradius umfassen oder nicht. Wenn kein angenommener Radius in den programmierten Daten enthalten ist, so wird einfach der tatsächliche Radius des zu verwendenden Werkzeugs eingegeben. Wenn die programmierten Daten jedoch einen angenommenen Radius enthalten, dann muß die Differenz zwischen den \ tatsächlichen und den angenommenen Radius eingegeben werden, wobei auch berücksichtigt werden muß, ob der tatsächliche Radius ' größer oder kleiner ist als der angenommene. Diese Daten werden dann der Einrichtung über das UND-Tor 113 eingegeben. Das UND-Tor 113 wird auch durch die Funktion G40 angesteuert, die anzeigt, daß die Werkzeugkorrektur abgeschaltet ist. Die Daten

j für den Radius R und die Daten bezüglich seiner Unter- oder

! Obergröße werden dann im Speicher 114 gespeichert. Auch die ι die Daten des Lochstreifens 100 darstellenden Digitalsignale

j gelangen an den Speicherblock 114 über die an den Knotenpunkt j 102 geführte Leitung. Die Daten für den Radius R werden dauernd in 114 gespeichert, da sie für alle Datensegmente gelten, solange kein Werkzeugwechsel durchgeführt wird.

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Dann werden die programmierten Konturdaten den Radiusdaten aufgeschaltet, damit die Faktoren M und L für jedes Segment im Komputerblock 116 errechnet werden können. Sodann werden die Ye r-Setzungsfaktoren M und L für das erste Segment im Speicher 117 gespeichert, wo sie zu aktiv wirkenden Daten werden^ während die ι errechneten Versetzungsfaktoren M^ und I^ für das zweite Daten- \ segment solange gespeichert werden, bis sie ihrerseits bei Be-

endigung der Arbeitsvorgänge im ersten Segment zu aktiv wirkenden Daten werden. Die aktiven Versetzungsfaktoren M und L gelangen an den Rechner 111, wo sie zur Berechnung der Bewegungen [ χ und ζ beitragen.

Da die auf das unmittelbar folgende Datensegment bezogenen Fakto- ι ren M und L gespeichert werden müssen, werden die Versetzungsfak- ι

) toren vom Speicher durch einen Kode G41 oder G42 abgerufen. Die kodierten Funktionen G41 und G42 zeigen jeweils an, daß die Werkzeugkorrektur mit linksstehendem Werkzeug bzw. mit rechtsstehendem Werkzeug angeschaltet ist. Dies wird durch das UND-Tor 118 angezeigt, dessen Ausgangssignal das UND-Tor 119 ansteuert. Das UND-Tor 119 wird auch durch eine Obertragungs- oder Oberleitfunktion beaufschlagt, die zur Anzeige dafür dient, daß das vorhergehende Datensegment beendet ist und die gespeicherten Segmentdaten als aktive Daten abgerufen werden sollen.

Die G-Funktionen: G4O, G41 und G42, welche die An- und Abschaltdaten weiterleiten, befinden sich an den entsprechenden Stellen eines jeden Programms. Somit liegt der die G-Funktionen zur An-

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und Abschaltung der Werkzeugkorrektur anzeigende Teil der elektrischen Signale am Knotenpunkt 102 an und wird in 121 gespeichert. Die in 121 gespeicherten Werkzeugkorrekturdaten werden ferner im ■ Block 122 gespeichert, so daß die richtige Werkzeugkorrekturfunk-

■ .

tion aktiv ist, während die unmittelbar folgende Werkzeugkorrek- ■'·

turfunktion gespeichert bleibt. Der Abruf der gespeicherten Daten und ihre Umschaltung auf aktive Daten erfolgt durch das Ober-' j tragungs- oder Überleitsignal über das UND-Tor 123. ' *

Die Daten der aktiven G-Funktion werden dea Radiusdaten aufgeschaltet, um im Rechner SF 124 den Vorzeichenfaktor SF zu berechnen. Der Vorzeichenfaktor dient auch zur Errechnung der Funktionen x_c im Komputer 111. j

j Die an den Blöcken 121 und 122 anliegenden G-Funktonen dienen j zur Erzeugung der Korrektur-START und STOP-Signale in den Blöcken 126 und 127. Das in 126 erzeugte START-Signal entsteht, wenn ein Abschaltsignal G40 wirksam ist und eine Anschaltfunktion von der Form G41 oder G42 anliegt. Wenn kein START-Signal vom Block 126 abgegeben wird, dann wird ein Signal START abgegeben, das anzeigt, daß kein START-Signal am Ausgang anliegt.

Das in 127 erzeugte Korrektur-STOP-Signal entsteht, wenn eines der Korrekturanschaltsignale G41 oder G42 wirksam ist und ein Abschaltsignal von der Form G4O empfangen wird. Wenn dieses Signal anliegt, wird vom Block 127 ein STOP-Signal abgegeben.

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Das Signal STOP zeigt an, daß kein STOP-Signal abgegeben wird.

Die im Block 114 gespeicherten Daten für den Radius R und die im Block 107 gespeicherten Daten für X₂ und z^ werden über die Leitungen 129 und 128 dem Rechnerblock 131 für M₁ und L einge- . speist. Der Rechnerblock 131 wird ebenfalls durch die STOP- und START-Signale angesteuert, um zu gewährleisten, daß die richtigen Faktoren M und L für jedes Kontürsegment verwendet werden. Wie vorstehend erläutert wurde, dienen die Versetzungsfunktioen j M und L_ozur Anzeige der erforderlichen Versetzungen an den Punkiten, an welchen das Werkzeug die Bahnen zwischen programmierten j Kontursegmenten ändert, um ein Unterschneiden des Werkstücks zu verhindern. Die in 131 errechneten Versetzungsfaktoren L_Q und M dienen dann zur Berechnung der Versetzungen x_Q und ζ im Versetzungsrechner 132. Die Rechnungen für χ und ζ erfolgen auch in Abhängigkeit vom START- und STOP-Signal sowie in Abhängigkeit j

von dem im 124 errechneten Vorzeichenfaktor (SF). Die errechne- j ten Versetzungsfaktoren x_Q und ζ werden dann dem Verarbeitungsdatenblock 133 gemäß den in Abhängigkeit vom START- und STOP-Signal erzeugten EIN- und AUS-Signalen aufgeschaltet. Dies wird an den UND-Toren 134 und 136 angezeigt, an welchen außer den Versetzungsfaktoren χ und ζ auch das AUS- und EIN-Signal anliegt. ,

Die errechneten Versetzungsfaktoren x_Q und ζ dienen auch zur ' Bestimmung des Einflusses dieser Faktoren auf die Vorzeichenfaktoren M und L in 137 und 138. Somit werden die Faktoren M !

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und L auch zur Berechnung von χ und ζ in 111 benützt, so daß die richtige Verarbeitung der programmierten und berechneten Da- . ten gegeben ist.

Die durch die Blöcke 139, 143, 149 und 151 angegebenen Funktionen sind ein Beispiel für die Maßnahmen und Mittel zur Gewährleistung dafür, daß das STOP- und START-Signal den richtigen Datensegmenten zugeordnet werden, um sicherzustellen, daß die durch die programmierten Daten befohlenen Änderungen zum richtigen Zeitpunkt ausgeführt werden. » .

j Die in 126 und 127 erzeugten Ausgangssignale START und STOP werden zur Erzeugung eines Steuer-/Sperrsignals in 139 zusammengelegt. !

Die beiden UND-Tore 141 und 142 dienen zur Erzeugung des Steuer-/

■ j

Sperrsignals. Am Tor 141 liegt das bei der Durchführung der Datenübertragung in 133 erzeugte Steuersignal sowie auch das Signal START an. Wenn diese beiden Signale anliegen, dann entsteht am Ausgang des UND-Tores 141 ein Signal, das das UND-Tor 142 ansteuert. Dieses Tor wird auch durch das Signal STOP beaufschlagt. Somit wird ein Steuersignal erzeugt, wenn vom Datenverarbeitungsblock 133 her ein Steuersignal anliegt. Liegt jedoch im Datenverarbeitungsblock kein Steuersignal an, dann erzeugt der Funk-

ι I

; tionsblock 139 ein Sperrsignal. Dieses Signal gelangt an das UND-H Tor 109, um die Datenübertragung während der Arbeit eines aktiven : Datensegments zu verhindern.

-36-

209846/08 1 9

Die zur Ansteuerung der UND-Tore 146, 13ö, 14 7 erforderlichen Signale EIN und EIN werden im Speicherfunktionsblock 143 erzeugt. Dieser Speicher wird durch das UND-Tor 144 beaufschlagt, an welchem das START-und das Steuersignal zur Ansteuerung des Speichers 143 anliegen. Wenn am UND-Tor 144 ein Steuersignal anliegt, dann wird das Signal EIN erzeugt, so daß das aktive Datensegment im Punktionsblock 133 verarbeitet wird. Liegt am Eingang des Tors 144 kein START-Signal an, dann wird das Signal EIN erzeugt, wodurch die Datenübertragung ausgelöst wird, so daß das gespeicherte Segment abgerufen und damit aktiv wird.

Eine weitere Speicherfunktion dient in 149 und 151 zur Erzeugung der Signale AUS und AUS, die ebenfalls einen unzeitgemäßen Abruf gespeicherter Daten verhindern und für den Abruf gespeicherten Daten zum richtigen Zeitpunkt sorgen. Dies wird durch das UND-Tor : 152 bewirkt, an welchem das STOP- und Steuersignal zur Betätigung j des Speichers 149 anliegen. Wenn der Speicher 149 beaufschlagt ; wird,wird auch das UND-Tor 153 angesteuert, das wiederum den Abschaltspeicher 151 zur Erzeugung der Signale AUS und AUS beauf-

' schlagt. Das .AUS-Signal wird zum Tor 154 zurückgeführt, an welchem auch das Steuersignal anliegt, um den Abschaltspeicher 151 zu löschen. Ebenso wird das Ausgangssignal des Speichers 149 über das UND-Tor 156 zurückgeführt, an welchem auch das Steuersignal anliegt, um den Speicher 149 zu löschen.

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-37-

Claims (18)

Patentansprüche

1. !Verfahren zur Werkzeugkorrektur bei einer numerisch gesteuerten Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Verfahrenssehritte umfaßt: Bestimmung einer Programmkontur '. in der Form von mindestens zwei zueinander senkrecht stehenden Koordinatenachsen, Unterteilung der Kontur in Kontursegmente, wobei jedes Segment durch einen mathematischen Ausdruck bestimmt wird, der von den Ausdrücken der unmittelbar anschließenden Segmente verschieden ist, Umsetzung der Kontursegmente in digitale Segmentdaten und Einprogrammierung dieser digitalen Segmentdaten in einen Komputerspeicher, wobei jedes dieser Kontursegmente durch einen Datenblock dargestellt wird, Festlegung der Achsenversetzung gegenüber

den für jedes Segment erforderlichen Achsen durch einen all-

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ORSGff^L INSPECTED

gemeinen Werkzeugradius, Erstellung eines Versetzungsalgorithmus für jede Achsenversetzung, wobei die Algorithmen als Koordinatenachse und der allgemeine Radius ausgedrückt werden, i mprogrammierung der Algorithmen in den Speicher zusammen mit der Programmierung der Segmentdaten, Auslösung der Werkzeugkorrektur durch Eingabe von Daten bezüglich des Radius des zu verwendenden Werkzeugs in den Rechner und Durchführung der Berechnung der erforderlichen Versetzung im Komputer in Abhängigkeit von den gespeicherten Segmentdaten und den gespeicherten Algorithmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der letzte durch den Ausdruck für ein vorangehendes Segment bestimmte Punkt identisch ist mit dem ersten durch den Ausdruck für das unmittelbar folgende Segment festgelegten ersten Punkt, so daß zwischen zwei angrenzenden Segmenten ein gemeinsamer Punkt vorhanden ist, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrens-

; schritte: Bestimmung von Versetzungsfaktoren für den gemein-

; samen Punkt gegenüber den Achsen und Einbeziehung der Ver-

■ Setzungsfaktoren für den gemeinsamen Punkt in die Algorith-

ι men, um ein Unterschneiden des bearbeitenden Werkstücks zu

verhindern.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß in ihm Korrektur-Ein- und Abschaltkode vorgesehen sind und zwar: Ein erster Ein- und Abschaltkode

-39-209846/0819

zur Anzeige, daß die Werkzeugkorrektur eingeschaltet ist und daß sich das Werkzeug rechts von der Programmkontur befindet, ein zweiter Ein- und Abschaltkode zur Anzeige, daß die Werkzeugkorrektur eingeschaltet ist und daß sich das Werkzeug links von der Programmkontur befindet, ein dritter Ein- und Abschaltkode zur Anzeige, daß die Werkzeugkorrektur abgeschaltet ist und schließlich die Programmierung der Ein- und Abschaltkode in den Speicher, so daß die Werkzeugkorrektur bei Beginn des ersten Datensegments eingeschaltet und bei Beendigung des letzten üatensegments abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Vorzeichenfaktoren zur Bestimmung der Richtung der Versetzungsfaktoren gegenüber den Koordinatenachsen vorgesehen sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmkontur die Kontur eines zu bearbeitenden Werkstücks ist sowie dadurch, daß die Algorithmen unter Verwendung entweder eines Ausdrucks für einen angenommenen oder einen allgemeinen Radius R programmiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmkontur die Mittelbahn eines Werkzeugs mit einem angenommenen oder einem allgemeinen Radius R ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-, kennzeichnet, daß die Daten für den WeTkzeugradius den Radius

des Werkzeuges darstellen. -40-

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8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten für den Werkzeugradius die Differenz zwischen dem Radius des Werkzeugs und dem angenommenen Radius sind.

9. Numerische Steuerung für eine Werkzeugmaschine mit einem gegenüber einem Werkstück einstellbaren Werkzeug sowie mit der Möglichkeit für eine Werkzeugkorrektur nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 8, die von einem gespeicherten Programm wie einem Lochstreifen oder Magnetband gesteuert wird, aus welchem Datenblöcke der Reihenfolge nach ausgelesen werden, wobei jeder Block im wesentlichen die Daten für ein Kontursegment von mindestens zwei zueinander senkrecht stehenden Koordinatenachsen enthält, und die Steuerung einen durch den Lochstreifen gesteuerten Allzweck-Digitalrechner umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Baugruppen besitzt: Eine Dateneingabesteuerung (112) zur Eingabe der Daten für den Radius des zu verwendenden Werkzeugs in den Rechner, eine Einrichtung zur Bestimmung (103,104, 106) der auf die Achsen bezogenen Bewegungsvorzeichen, Speicherstellen (107,108) für zwei vom Lochstreifen (100) ausgelesene aufeinanderfolgende Datenblöcke, welche die Versetzungsalgorithmen für jede Achsenversetzung enthalten, Speicherstellen (114) für die Eigenschaften des zu verwendenden Werkzeugs, Speicherstellen (121,122) für zwei aufeinanderfolgende Werkzeugkorrekturfunktionen in bezug auf die vorstehenden beiden aufeinanderfolgenden Datenblöcke, Rechenstellen (111,116; "124; 131 ;T32) für die folgenden Größen: Versetzungsfaktoren M

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und L für jedes Segment (116), Vorzeichenfaktor SF (124), Versetzungsfunktionen M und L für jede Stelle, an welcher sich die Werkzeugbahn zwischen zwei aneinander angrenzenden Segmenten ändert (131), entsprechende Versetzungen χ , z_Q gegenüber den Achsen (132), Endkor.rekturversetzung χ , ζ für jedes Segment gegenüber den Achsen (111) und eine Datenverarbeitungsendstelle (133).

10. Numerische Steuerung nach Anspruch 9 mit einer Eingabesteuerung für den Lochstreifenleser, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (102) des Lochstreifenlesers mit der Einrichtung zur Bestimmung der auf die Achsen bezogenen Bewegungsvorzeichen (106), mit der Speicherstelle (114) für die Werkzeugeigenschaften sowie mit der ersten Speicherstelle (121) für die Werkzeugkorrekturfunktionen parallel geschaltet ist.

11. Numerische Steuerung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherstelle (108) des aktiven Datenblocks für ein Kontursegment, die Speicherstelle (122) der aktiven Werkzeugkorrekturfunktion sowie die Speicherstelle (117) der Versetzungsfaktoren M₁, L^ des aktiven Segments jeweils an den Ausgang eines eigenen UND-Tors (109,123,119) geführt sind, das über einen seiner Eingänge mit dem Ausgang der Datenverarbeitungsstelle (133) verbunden ist.

-42-209846/0819

12. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dateneingabesteuerung (112) über das UND-Tor (113) an die Speicherstelle (114) für die Werkzeugeigenschaften geführt ist, wobei das UND-Tor (113) durch eine Korrekturfunktion (G40) beaufschlagt wird sowie dadurch, daß die Rechenstelle (116) für die Versetzungsfaktoren L und M eines jeden Segments mit der Rechenstelle (111) der Endkorrekturversetzung χ , ζ für jedes Segment gegenüber den Achsen über ein zweites UND-Tor (118) verbunden ist, wobei dieses Tor durch andere Korrekturfunktionen (G41, G42) angesteuert wird und diese Funktionen durch die Ausgänge der Speichersteilen (121, 122) für die Werkzeugkorrekturfunktionen abgegeben werden.

13. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,daß die Ausgänge der Speicherstellen \

(121,122) für die Werkzeugkorrekturfunktionene an zwei ; Blöcke (126,127) geführt sind, inweichen die Korrektur-START- und -STOP-Signale erzeugt werden. ;

14. Numerische Steuerung nach Anspruch 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge für START- und STOP dieser Blöcke (126,127) mit den Rechenstellen (131,132) für die Versetzungsfunktionen H und E und den entsprechenden Versetzungen x_Q, ζ für jedes Segment gegenüber den Achsen parallel geschaltet sind.

209846/0819

_4i_ 22 mas

15. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 9 Isis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugeigenschaften der Speicherstelle (114) der Werkzeugradius sowie dessen Überoder Untergröße gegenüber einem angenommenen Wert sind.

16. Numerische Steuerung nach Anspruch 9 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenstelle (131) der Versetzungsfunktionen ; M_Q und L_Q für jede Stelle, an welcher sich die Werkzeugbahn j zwischen zwei aneinandergrenzenden Segmenten ändert, an den Ausgang der Speicherstelle (114) für die Werkzeugeigenschaften sowie an die Speicherstelle (107) des dem gespeicherten inaktiven Segments entsprechenden Datenblocks Über die Leitungen (129,128) geführt ist. :

]

17. Numerische Steuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet^ daß der Ausgang START des ersten Blocks (126) mit der Schal- | tung (139) der beiden UND-Tore (141,142) verbunden ist und ein Steuer-/Sperrsignal erzeugt, daß der Ausgang START des ersten Blocks (126) an eine "Einschaltspeicherstelle¹¹ (143) geführt ist und die Ausgangssignale EIN und EIN erzeugt sowie, daß der Ausgang STOP des zweiten Blocks (127) mit einer "Ausschaltspeicherstelle" (149,151) verbunden ist und als Ausgangssignale AUS- und AUS-Signale erzeugt, wobei die Ausgänge der drei Stellen (139,143,151) über UND-Tore an die entsprechenden Punkte (109,146,119,123,134,136,147,148,141, 142,144,152,154,156) geführt sind, um die Datenübertragung

209846/0819 "⁴⁴~

zu verhindern, solange aktive Daten für ein Segment wirken sowie um sicherzustellen, daß die durch die programierten
Daten befohlenen Änderungen zum richtigen Zeitpunkt ausgeführt werden.

18. Numerische Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenstelle (132) der entsprechenden Versetzungen χ , ζ gegenüber den Achsen mit der Rechenstelle (111) für die Endkorrekturversetzung χ , ζ für jedes Segment gegenüber den Achsen über zwei Stellen (137,138) verbunden ist, wobei in diesen beiden Stellen die Beziehung der Versetzungsfaktoren χ , ζ zum Vorzeichen der Versetzungsfaktoren M und L geprüft wird.

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