DE3005738A1 - Numerische steuereinrichtung fuer eine werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine numerische Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

In den Figuren 1 bis 3 sind einige Beispiele dafür gezeigt, wie ein Werkstück mit einer herkömmlichen Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtung gefräst oder geschnitten wird. In diesen Figuren sind ein Meißel, ein Fräsmesser oder ein Werkzeug mit dem Radius r und ein zu bearbeitendes Werkstück 2 gezeigt. P₁ und P₂ sind die Sollkonturen des Werkstückes, die durch das Teileprogramm vorgegeben sind, und P₁ ¹ und P₉ ¹ sind die kompensierten Konturen, die zu den programmierten Konturen P. und P-gehören. Eine Werkzeuggrößen-Kompensation wird so durchgeführt, daß die Länge zwischen der Sollkontur P₁ und der kompensierten Kontur P ' gleich r ist, und daß die Länge zwischen der Sollkontur P₂ und der kompensierten Kontur P ' ebenfalls r ist, wobei r gleich dem Radius des Werkzeuges 1 ist. Der Punkt Q₁ ist der Kreuzungspunkt der Kontur P- und der Kontur P₂, das Symbol R ist der Bogen, der die geradlinigen Konturen P ' und P₂' miteinander verbindet.

In Figur 1 werden die kompensierten Konturen P ' und P₃ ¹ aus den programmierten Sollkonturen P₁ und P dadurch bestimmt, daß der Radius r des Werkzeuges 1 kompensiert wird, und der Bogen R wird erzeugt, um die Linien P ' und P₃ ¹ zu koppeln. Der Bogen R hat den Radius r, der gleich dem Radius des Werkzeuges ist, und den Mittelpunkt Q₁, der der Kreuzungspunkt der Sollkonturen P₁ und P₂ ist. Das Werkzeug 1 wird so gesteuert, daß der Mittelpunkt des Werkzeuges 1 sich auf der kompensierten Kontur P ', dem Bogen R und der kompensierten Kontur P₂ ¹ entlangbewegt. Dann wird die Kontur des Werkstückes so geschnitten oder gefräst,

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wie die Kontur programmiert ist, und wie durch die Konturen P₁ und P₂ dargestellt ist. In Figur 1 zeigt die dick ausgezogene Linie die tatsächliche Bahn des Mittelpunktes des Werkzeuges Solch eine Kompensationseinrichtung ist aus der US-PS 3 866 027 bekannt.

Die Nachteile dieser bekannten Einrichtung werden im folgenden anhand der Figuren 2 bis 4 beschrieben. In Figur 2 sind die programmierten Konturen durch die geraden Linien P. und P„ dargestellt, und der Winkel zwischen den Linien P₁ und P₂ ist weniger als 180 . Wenn die Kurve oder die Bahn des Mittelpunktes des Werkzeuges 1 in der in Fig. 1 angegebenen Weise berechnet wird, bewegt sich in diesem Fall der Mittelpunkt entlang der Linie P₁' von dem Punkt Λ zu dem Punkt Q ', um die gewünschte Kontur P₁ zu liefern. Als nächstes bewegt sich der Mittelpunkt des Werkzeuges 1 zu dem Punkt Q₁" entlang dem Bogen R, und er bewegt sich dann entlang der Linie P₂' von dem Punkt Q₁" zu dem Punkt B um die Kontur P~ zu erzeugen. Wenn jedoch der Mittelpunkt des Werkzeuges an dem Punkt Q₁' steht, wird der Abschnitt K₁ und, wenn der Mittelpunkt des Werkzeuqes an dem

Punkt Q." steht, der Abschnitt K₂ zu viel gefräst. Da die Sollkonturen P₁ und P₂ sind, sollten die Abschnitte K₁ und K₂ nicht herausgeschnitten oder gefräst werden. Daher unterscheidet sich die tatsächliche Kontur, die durch die Bearbeitung dos Werkstückes erhalten wird, von der programmierten Sollkontur. Die Anwesenheit der Abschnitte K₁ und K~ , die die unerwünschte Kontur bilden, ist ein erheblicher Nachteil der bekannten Kompensationseinrichtung .

Fig. 3 zeigt eine andere Situation, wo zuviel von dem Werkstück weggeschnitten oder weggefräst wird, obwohl der Winkel zwischen den beiden Konturlinien mehr als 180 beträgt. In Fig. 3 sind die programmierten Sollkonturen als Linien P^ , P₂ und P₃ darge-

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stellt, wobei die Länge der Linie P„ kürzer als der Radius r des Werkzeuges 1 ist. In diesem Fall bewegt sich der Mittelpunkt C des Werkzeuges 1 entlang der Linie P₁' von dem Punkt C zu dem Punkt Q ' , um die Sollkontur P₁ von dem Punkt A zu dem Punkt Q. herzustellen. Dann bewegt sich der Mittelpunkt entlang dom Bogen R. zu dem Punkt Q₁", um die zweite Kontur P₂ herzustellen. Sodann bewegt sich der Mittelpunkt entlang der geraden Linie P₂' vom dem Punkt Q₁" zu dem Punkt Q ', um die Kontur P„ vom dem Punkt Q₁ bis zu dem Punkt Q„ herzustellen. Als nächstes bewegt sich der Mittelpunkt entlang dem Bogen R₂ zu dem Punkt Q₂", um die dritte Kontur P_ herzustellen. "Sodann bewegt sich der Mittelpunkt entlang der geraden .Linie P₃I von dem Punkt Q₂" zu dem Punkt D¹, um die Sollkontur P₃ von dem Punkt Q₂ bis zu dem Punkt D zu bilden. Es ist iedoch zu beachten, daß der Abschnitt K₁ auf der Kontur P₃ überflüssig weggefräst ist, wenn der Mittelpunkt des Werkzeuges sich entlang dem Bogen R₁ und der Linie P₂' beweqt. Ferner ist der Abschnitt K₃ auf den Konturen P₁ und P₃ zu viel gefräst, wenn der Mittelpunkt des Werkzeuges sich entlang dem Bogen R„ und der Linie P ' bewegt. Folglich ist, wenn die Werkzeuggröße entsprechend Fig. 1 kompensiert wird, die tatsächliche Kontur P₁-K₃-K₁-P₃^dIe sich stark von der programmierten Sollkontur P₁-P₃-P₃ unterscheidet.

Fig. 4 zeigt eine andere Situation, wo " zu viel weggefräst wird, wenn die Sollkontur ein Bogen und eine daran anschließende, gerade Linie ist. In Fig. 4 ist die Sollkontur der Bogen P₁, an den sich die gerade Linie P„ an dem Punkt Q₁ anschließt. In diesem Fall bewegt sich der Mittelpunkt des Werkzeuges zuerst entlang dem Bogen P₁', der zu dem Bogen P₁ konzentrisch liegt, von dem Punkt C zu dem Punkt Q₁ ¹. Der Punkt Q₁' steht auf der selben Radiuslinie wie der Punkt Q₁. Auf diese Weise wird der erwünschte Bogen in der Kontur von dem Punkt A bis zu dem Punkt Q₁ erhalten. Sodann bewegt sich

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der Mittelpunkt entlang dem Bogen R von dem Punkt Q₁' zu dem Punkt Q₁" und sodann entlang der geraden Linie P₂' von dem Punkt Q₁" zu dem Punkt B', um die programmierte Kontur P₂ von dem Punkt Q₁ zu dem Punkt B zu liefern. Es ist jedoch unvermeidbar, daß der Abschnitt K₁ zu viel weggefräst wird, wenn der Mittelpunkt des Werkzeuges sich entlang dem Bogen P₁· und dem Bogen R bewegt. Es ist auch unvermeidbar, daß der Abschnitt K₂ zu viel weggefräst wird, wenn sich das Werkzeug entlang dem Bogen R und der geraden Linie P₂' bewegt.

Für den Fall, daß die Sollkonturen P₁ und P₂ gerade Linien sind, wurde zur Lösung der erwähnten Nachteile folgendes vorgeschlagen. Es werden die kompensierten Konturen P₁', P-' zunächst für die programmierten Sollkonturen P₁, P₂ errechnet. Sodann werden die Koordinaten des Kreuzungspunktes der beiden nebeneinander liegenden, kompensierten Konturen berechnet. Das Workzeug wird dann so gesteuert, daß sein Mittelpunkt sich entlang der ersten kompensierten Kontur bis zu dem Kreuzungspunkt mit der nächsten kompensierten Kontur bewegt, und dann bewegt sich das Werkzeug entlang der zweiten kompensierten Kontur bis zu dem nächsten Kreuzungspunkt. Dieser Vorschlag hat jedoch den Nachteil, daß die Berechnung des Kreuzungspunktes aus den Konturen, die in dem Teileprogramm programmiert sind, sehr kompliziert ist und zu lange Zeit in einem in der numerischen Steuerung vorgesehenen Mikrocomputer auf einer Echtzeitbasis in Anspruch nimmt. Daher muß das Werkzeug gelegentlich angehalten werden, bis diese Berechnungen abgeschlossen sind. Das Anhalten des Werkzeugs führt jedoch zu unerwünschten Fräsmarkierungen auf dem Werkstück. Mit anderen Worten wird, wenn das Werkzeug anhält, während es sich dreht, das Werkstück zu tief geschnitten, und die Genauigkeit an dem Produkt wird herabgesetzt. Vorzugsweise ist die Vorbereitungszeit für die Berechnung jeder einzelnen kompensierten Kontur kleiner als 200 ms, und die Vorschubunterbrechungszeit, während der das Werkzeug wegen der

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Berechnung der kompensierten Kontur angehalten wird, ist kleiner als 10 ms. Wenn die Vorbereitungszeit und/oder die Unterbrechungszeit diese Werte überschreiten, ergibt sich eine erkennbare Fräsmarkierung auf dem Werkstück, und die Genauigkeit des Produktes ist nicht mehr befriedigend. Außerdem kann mit dem Vorschlag eine Kontur nicht kompensiert werden, die einen Bogen umfaßt.

Ein anderer Vorschlag zur Lösung der genannten Nachteile besteht darin, die kompensierten Konturen P₁', P_?' für den Mittelpunkt des Werkzeugs statt der Sollkonturen P und P₂ so zu berechnen, daß keine zu tief eingeschnittenen Fräsbereiche auftreten. Wenn man den Weg des Mittelpunktes des Werkzeugs programmiert, müssen eine Reihe von'Faktoren, beispielsweise der Radius des Werkzeugs das tatsächlich benutzt wird, die Drehzahl des Werkzeugs die Art des Materials des Werkstückes und dgl. bereits bei der programmierten Stufe der numerischen Steuerung in Betracht gezogen werden. Da der genaue Radius des Werkzeugs gewöhnlich nicht bekannt ist, wenn die Konturen programmiert werden, ist es nahezu unmöglich, die Bahnen des Mittelpunktes des Werkzeugs zu programmieren. Folglich muß man bei dem Programmieren der Konturen auf die Art der bekannten Kompensationseinrichtungen zurückgreifen, so daß nur eine eingeschränkte Zahl von Konturen an dem Produkt hergestellt werden können. Diese Einschränkungen machen es unmöglich, eine komplizierte Kontur auf einer numerisch gesteuerten Maschine herzustellen. '

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile und Einschränkungen der bekannten Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtungen so weit wie möglich zu beheben, und eine neue und verbesserte Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtung anzugeben, bei der zu tief ausgefräste oder ausgeschnittene Bereiche vermieden werden.

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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Lösung dieser Aufgabe ist in dem Hauptanspruch gekennzeichnet, während der Unteranspruch eine vorteilhafte Ausgestaltung charakterisiert. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung arbeitet die Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtung in vorteilhafter Weise auf der Basis einer fortlaufenden Korrektur (on-line basis) mit einer einfachen Rechenschaltung.

Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden. Wenn die Sollkonturen P₁ und P₂ des fertigen Produktes vorgegeben sind, wird der Weg des Mittelpunktes des Werkzeuges oder des Fräsmessers, das den Radius r hat, zur Bearbeitung der Sollkonturen P. und P₂ festgestellt, so daß an dem Verbindungspunkt zwischen zwei nebeneinander liegenden Konturen P. und P keine überschüssigen Abschnitte des Werkstückes weggefräst oder weggeschnitten werden. Die kompensierten Konturen P₁' und P₂' werden zunächst so bestimmt, daß der Abstand zwischen P. und P₁' und der Abstand zwischen P₂ und P₂' gleich r ist, was gleich dem Radius des Fräsmessers ist, wobei die Ausgangspunkte und die Endpunkte der kompensierten Konturen P · und P₂ ¹ die Punkte S.,¹, S₂ ¹ bzw. E..¹ und E₂' sind. Als nächstes wird der Schnittpunkt Q¹ zwischen den kompensierten Konturen P ' und P₂' auf dor Basis eines speziellen Koordinatensystems bestimmt, wodurch die Berechnung wesentlich vereinfacht wird. Dann verläuft die Bahn des Werkzeugmittelpunktes entlang der ersten kompensierten Kontur P₁' von dem Ausgangspunkt S₁ ¹ bis zu dem Schnittpunkt Q¹ und entlang der zweiten kompensierten Kontur Ρ«' von dem Schnittpunkt Q' zu dem Endpunkt E₂ ¹. Mit anderen Worten geht die Bahn des Werkzeugmittelpunktes von der ersten kompensierten Kontur P₁' in die zweite kompensierte Kontur P₂' an dem Schnittpunkt Q' über, und der Ubergangspunkt liegt nicht an dem Endpunkt E₁' der ersten kompensierten Kontur P₁' öler dem Ausgangspunkt S ' der zweiten kompensierten

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Kontur P₂ ¹* ^{Indem das} Konzept des Schnittpunktes Q¹ eingeführt wird, kann verhindert werden, daß das Werkzeug zuviel von dem Werkstück abträgt. Die Bestimmung der Kompensation und/oder des Schnittpunktes wird durchgeführt, während das Werkzeug tatsächlich das Werkstück bearbeitet, d.h. im sogenannten on-line Verfahren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie Beispiele aus dem Stand der Technik ergeben sich aus den folgenden Zeichnungen im Zusammenhang mit der Beschreibung. Es zeigen:

Figuren 1 bis 4 Beispiele für das Fräsen unter Verwendung einer herkömmlichen Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtung;

Figuren 5 bis 9 Beispiele für das Fräsen mit der erfindungsgemäßen Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtung;

Fig. 10 ein Blockdiagramm der numerischen Steuereinrichtung;

Fig. 11 ein Blockdiagramm der Schaltung 6-7 (Fig. 10) für die Bestimmung des Kreuzungspunktes;

Fig. 12 ein Flußdiagramm für die Bestimmung des Kreuzungspunktes bei der in den Figuren 10 und 11 gezeigten Einrichtung;

Fig. 13 u*s Flußdiagramm für einen Mikrocomputer, der anstelle der Kompensationseinrichtung 6 in Fig. 11 einsetzbar ist; und

Fig. 14 ein numerisches Beispiel für einen Fräsvorgang mit der erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung.

Zunächst wird die erfindungsgemäße Werkzeuggrößen-Kompensation anhand der Figuren 5 bis 9 erläutert. In diesen Figuren sind

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Konturen	P1	P	I /	2
2 gezeigt	•	S1	und
P1, P2 bzw.	F
türen P1,
E1 ' L2

die programmierten Sollkonturen P , P_, P,, die kompensierten P₂' und P₃ ¹/ ein Fräsmesser 1 und ein Werkstück , S„ und S sind die Ausgangspunkte der Konturen ₃₇ und E-, E„ und E₃ sind die Endpunkte der Konbzw. P.,. Entsprechend sind S-¹, S~ ' und S₃' und E₃ ¹ die Ausgangspunkte bzw. Endpunkte der kompensierten Konturen P₁', P₂' bzw. P₃'·

Fig. 5 zeigt den Fall, wo die Konturen P₁ und P₂ gerade Linien sind, wobei die Abstände zwischen der programmierten Sollkontur P₁ und der kompensierten Kontur P-' und zwischen der programmierten Sollkontur P₂ und der kompensierten Kontur P₂' gleich r sind, was gleich dem Radius des Fräsmessers 1 ist. In diesem Fall wird der Ausgangspunkt S-' der kompensierten Kontur P₁' als Ursprung O des'Koordinatensystems (x,y) bestimmt, Daher können die kompensierten Konturen P₁ ¹ und P„' wie folgt ausgedrückt werden:

Y = ax (1)

γ = b_x + c (2)

wobei a eine Konstante, die die Steigung der Linie P ' darstellt, b eine Konstante, die die Steigung der Linie P₂' darstellt, und c eine Konstante ist, die die y-Koordinate abgibt, bei der die Linie P ' die y-Achse kreuzt.

Daher können die Koordinaten (Q ', Q ') des Kreuzungspunktes Q¹

χ y

oder des Schnittpunktes zwischen den Linien P₁' und P~' aus den Gleichungen (1) und (2) wie folgt berechnet werden:

v -	a	a	-	b	(3)
			• c		(4)
		■u

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Daher wird der Kreuzungspunkt Q¹ erhalten, indem man die Konstanten a, b, c, die aus den programmierten Sollkonturen erhalten werden, in diese Formeln einsetzt. Der Kreuzungspunkt Q¹ ist der gleiche wie der effektive Kreuzungspunkt Q '. In diesem Fall wird das Fräsmesser 1 so gesteuert, daß der Mittelpunkt des Schneidmessers 1 sich entlang der kompensierten Kontur P₁ ¹ von dem Ausgangspunkt S-¹ bis zu dem Kreuzungspunkt Q¹ bewegt. Sodann bewegt sich der Mittelpunkt entlang der zweiten kompensierten Kontur P₂ ¹ von dem Kreuzungspunkt Q¹ zu dem Endpunkt E„', so daß die Sollkonturen P. und P₂ erhalten werden. In diesem Fall wird ein kleiner, bogenförmiger Bereich bei der Ecke S₀ nicht weggefräst, und dieser Bereich kann durch ein anderes Bearbeitungsverfahren in die gewünschte Form gebracht werden. Es ist zu beachten, daß bei Einsatz der erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung der Fall nicht eintritt, daß das Fräsmesser über die Sollkonturen hinausgehende Bereiche des Werkstückes wegfräst. Im Gegensatz dazu würde sich der Mittelpunkt des Fräsmessers bei der herkömmlichen Kompensationseinrichtung entlang der ersten kompensierten Kontur P-' von dem Ausgangspunkt S₁' bis zu dem Endpunkt E-' bewegen, dann würde er sich entlang dem Bogen R bewegen und dann würde sich der Mittelpunkt entlang der zweiten kompensierten Kontur P₉ ¹ von dem Ausgangspunkt S₂' bis zu dem Endpunkt E₃ ¹ bewegen, so daß es unvermeidbar wäre, daß das Fräsmesser über die Sollkontur hinaus schneidet, wie anhand von Fig. 2 erläutert wurde.

Fig. 6 zeigt einen anderen Fall, wo die erste programmierte Sollkontur P- eine gerade Linie und die zweite Sollkontur P₉, die sich an die erste Kontur P anschließt, ein Bogen ist. In diesem Fall ist der Abstand zwischen der Geraden P- und der kompensierten Geraden P-' sowie der Abstand zwischen dem Bogen P₂ und dem kompensierten Bogen P₂' jeweils gleich r, was gleich dem Radius des Fräsmessers 1 ist. In diesem Fall wird der

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Ursprung O des Koordinatensystems (x, y) als Mittelpunkt des Bogens P₃ ¹ festgelegt. Daher können die kompensierten Konturen P · und P₂ ¹ in diesem Koordinatensystem wie folgt ausgedrückt werden:

y '= a · x + b (5)

TOT

χ + y* = c (6)

wobei a, b und c Konstanten sind. Die Koordinaten (Q_x'/ Q ') des Kreuzungspunktes Q¹ werden aus den Gleichungen(1)und(2)und aus den vorstehenden Gleichungen wie folgt berechnet:

α ■ -b *

^x 1 + a²

Q ■ - a ()

y V ι + a^j /

Die Koordinaten des Kreuzungspunktes können daher bestimmt werden, indem man die Konstanten a, b und c, die aus den programmierten Sollkonturen erhalten werden, in die Gleichungen (7) und (8) einsetzen. Wenn eine kreisförmige Kontur vorhanden ist, werden aus den Gleichungen (7) und (8) zwei Krouzungspunkt Q₁ ¹ und Q₂ ¹ erhalten. In diesem Fall wird der Kreuzungspunkt Q₂' als effektiver Kreuzungspunkt genommen. Das Fräsmesser 1 wird so gesteuert, daß sein Mittelpunkt entlang der ersten kompensierten Geraden P.' von dem Ausgangspunkt S-' bis zu dem Kreuzungspunkt Qy' und dann entlang dem zweiten kompensierten Bogen P~ ' von dem Kreuzungspunkt Q₃ ¹ bis zu dem Endpunkt E-' bewegt, so daß nicht über die Sollkonturen hinausgefräst wird. In diesem Fall würde sich bei Verwendung der herkömmlichen Kompensationseinrichtung aas Fräsmessers entlang der ersten kompensierten

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Geraden P₁' von dem Ausgangspunkt S₁' bis zu dem Endpunkt E₁' und dann entlang dem Bogen R von dem Punkt E,· bis zu dem Punkt S · und dann entlang dem Bogen P₂" von dem Ausgangspunkt S - bis zu dem Endpunkt E₂' bewegen, so daß über die Sollkontur hinausgefräst würde, wie in Fig. 4 gezeigt.

Fig 7 zeigt den Fall, wo die erste Sollkontur P₁ ein Bogen und die zweite Sollkontur P₂ ebenfalls ein Bogen ist, der sxch an den ersten Bogen an dem Punkt Q₁ anschließt. In diesem Fall sind die Abstände zwischen dem programmierten Bogen P₁ und dem kompensierten Bogen P₁· und zwischen dem zweiten programmierten Bogen P₉ und dem kompensierten Bogen P₂' gleich r, was glexch dem RadLs des Fräsmessers 1 ist. In diesem Fall wird der Ursprung des Koordinatensystems als Mittelpunkt O₁ des ersten ^Bogens P₁ bestimmt, so daß die kompensierten Bögen P₁' und P₂' unter verwendung dieses Koordinatensystems wie folgt ausgedrückt werden können:

x² ₊ y² - c²
(x-a)² ₊-(y-b)²-d²

wobei a, b, c und d Konstanten sind, die aus den programmierten Konturen P₁ und P₂ erhalten werden. Der Kreuzungspunkt oder der Schnittpunkt zwischen den Bögen P,· und P₂' wird durch Losung der Gx«ichungen (9) und (10) wie folgt erhalten:

ς . = ae ± b / e²(a²+b²)-e² _(n)

a² + b²

«4-ie - _{a( }} ^b a² + b²

mit e = -L (a²+b²+c²-d²).

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Daher kann man die Koordinaten des Kreuzungspunktes erhalten,

man

indem^die Konstanten a, b, c und d einsetzt, die aus den programmierten Konturen P. und P_ erhalten werden. In diesem Fall werden zwei Kreuzungspunkte Q ' und Q„· erhalten, und der erste Kreuzungspunkt Q₁' wird als effektiver Kreuzungspunkt gewählt. Folglich wird das Fräsmesser 1 so gesteuert, daß der Mittelpunkt des Fräsmessers sich entlang dem ersten kompensierten Bogen P-¹ von dem Ausgangspunkt S..' bis zu dem effektiven Kreuzungspunkt Q.· und dann entlang dem zweiten kompensierten Bogen P-¹ von dem effektiven Kreuzungspunkt Q · bis zu dem Endpunkt E₂ ¹ bewegt. Auf diese Weise werden die Sollkonturen P.. und P„ erhalten, ohne daß über diese hinausgefräst würde. Bei Verwendung der herkömmlichen Kompensationseinrichtung würde sich der Mittelpunkt des Fräsmessers entlang dem ersten kompensierten Bogen von dem Ausgangspunkt S ' bis zu dem Endpunkt E..¹ durch den Kreuzungspunkt Q₁', sodann entlang dem Bogen R und schließlich entlang dem zweiten kompensierten Bogen P ' von dem Ausgangspunkt S₃ ¹ bis zu dem Endpunkt E' bewegen, so daß das Fräsmesser über die Sollkontur hinausfräsen würde.

Fig. 8 zeigt einen anderen Fall, wo eine geradlinige Kontur einbezogen ist, die kürzer als der Radius r des Fräsmessers ist. In diesem Fäll sind die programmierten Sollkonturen die geraden Linien P₁, P„ und P₃, wobei P„ kürzer als der Radius r des Fräsmessers ist. Da die Sollkonturen alle gerade Linien sind, können die effektiven Kreuzungspunkte mit den Gleichungen (3) und (4) erhalten werden, wie im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben wurde. So werden die Endpunkte E₁' der Geraden P₁' und der Ausgangspunkt S₃ ¹ der Geraden P₃ ¹ geändert in den Punkt Q₁ ¹, und der Endpunkt E₃ ¹ der zweiten kompensierten Geraden P₃ ¹ und der Ausgangspunkt S₃' der dritten kompensierten Geraden P₃ ¹ werden in den effektiven Kreuzungspunkt Q«' geändert. Dann wird das Fräsmesser so gesteuert, daß der Mittelpunkt des Fräsmessers

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sich von dem Punkt S.. ' bis zu dem Punkt Q₁ ' entlang der Geraden P₁', von dem Punkt Q₁' bis zu dem Punkt Q₂' entlang der Geraden p2' und von dem Punkt.Q₂' bis zu dem Punkt E₃ ¹ entlang der Geraden P ' bewegt. Der effektive Kreuzungspunkt Q₁' liegt auf der Verlängerung der Geraden P₁' und der Verlängerung der Geraden P₂', und der effektive Kreuzungspunkt Q₂' liegt auf der Verlängerung der Geraden P„' und der Verlängerung der Geraden P₃ ¹, während die effektiven Kreuzungspunkte bei den Ausführungsbeispielen aus den Figuren 5 bis 7 auf den Linien P₁' und P₂ ¹ selbst liegen.

Wenn eine kompensierte Kontur P. ein Bogen ist, gibt es zwei Kreuzungspunkte, wie oben im Zusammenhang mit den Figuren 6 und 7 beschrieben wurde, wobei einer der Kreuzungspunkte als effektiver Kreuzungspunkt ausgewählt wird. Der effektive Kreuzungspunkt wird so gewählt, daß er dichter bei dem Endpunkt E. der ersten Kontur P. oder dichter bei dem Ausgangspunkt S.₊₁ der zweiten Kontur P-.-i als der andere Kreuzungspunkt liegt.

Fig. 9 zeigt die Ausnahme für die Auswahl des effektiven Kreuzungspunktes. In Fig. 9 ist der Winkel θ an dem Punkt Q zwischen den programmierten Sollkonturen P₁ und P₂ sehr klein, so daß der Kreuzungspunkt Q¹ zwischen den kompensierten Geraden P · und P₂ ¹ weit von dem Punkt Q entfernt liegt. In diesem Fall wird der maximale Abstand des Fräsmessermittelpunkts von dem Punkt Q begrenzt auf s/ 2 r. Wenn ein effektiver Kreuzungspunkt Q¹ innerhalb des Abstandes r von dem Endpunkt E₁ ¹ der kompensierten Kontur P. · liegt, wird der Punkt A im Abstand r von dem Endpunkt E₁' auf der Verlängerung der kompensierten Kontur P₁' definiert, und der Punkt B wird auf der Verlängerung der kompensierten Kontur P₂' definiert, wobei der Abstand zwischen dem Punkt B und dem Ausgangspunkt S₂ ¹ gleich r ist. In diesem Fall bewegt sich der Mittelpunkt des Fräsmessers entlang der der ersten kompensierten Kontur P₁ ¹ von dem Ausgangspunkt S₁'

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bis zu dem definierten Punkt A, dann entlang der Linie M zwischen den Punkten A und B und schließlich entlang der kompensierten Kontur P ' von dem Punkt B zu dem Endpunkt E₂'. Dadurch wird der tatsächliche Weg des Fräsmessers erheblich verkürzt.

Die Koordinaten des Ursprungs für die Bestimmung des Kreuzungspunktes werden nach folgenden Kriterien ausgewählt. Wenn die erste Kontur eine gerade Linie und die zweite Kontur eine zweite gerade Linie ist (Fig. 5), sind die Koordinaten des Ursprungs gleich den Koordinaten des Ausgangspunktes S₁' der ersten kompensierten Kontur P₁'. Wenn die erste Kontur eine gerade Linie und die zweite Kontur ein Bogen ist (Fig. 6), sind die Koordinaten des Ursprungs gleich den Koordinaten des Mittelpunktes des Bogens. Wenn die erste Kontur ein Bogen und die zweite Kontur eine gerade Linie ist, sind die Koordinaten des Ursprungs gleich den Koordinaten des Bogenmittelpunktes. Wenn die erste Kontur ein Bogen und die zweite Kontur ebenfalls ein Bogen ist, sind die Koordinaten des Ursprungs gleich den Koordinaten des Mittelspunktes des ersten Bogens. Diese Koordinatensystem vereinfachen die Bestimmung des Kreuzungspunktes und/oder der Bewegungsbahn des Fräsmessermittelpunktes erheblich.

Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm für die numerische Steuerung. Es ist ein Lochstreifen 3 vorgesehen, der die Information über die Sollkonturen enthält, die durch das Teileprogramm programmiert sind. Ein Lochstreifenleser 4 liest die Informationen auf dem Lochstreifen und gibt sie an die numerische Steuereinheit 5 weiter, die Steuerimpulse liefert, um das Fräsmesser 1 einer Maschine zu bewegen, wobei die Daten von dem Lochstreifenleser und die kompensierten Daten von der Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtung 6 benutzt werden. Die numerische Steuereinheit 5 hat einii Eingabe-Wähleinrichtung 5a, um den Radius r eines Fräsmessers einzugeben. Der Bedienungsmann für die numerisch

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gesteuerte Maschine kann die Wähleinrichtung 5a von Hand einstellen, so daß der Radius r des Fräsmessers eingestellt ist. Durch die Steuerimpulse der numerischen Steuereinheit 5 wird eine Maschine 7 mit dem Fräsmesser 1 gesteuert. Die Kompensationseinrichtung 6 liefert die kompensierten Konturen, wie oben im Zusammenhang mit den Figuren 5 bis 9 beschrieben wurde, aus den digitalen Informationen p. (i = 1,2, 3 usw.), die in dem Teileprogramm vorprogrammiert sind. Der Aufbau der Kompensationseinrichtung 6 wird im folgenden beschrieben.

Das P.-Register 6-1 empfängt und speichert die erste programmierte Kontur P. von der numerischen Steuereinheit 5 (Fig. 10). Die Steuereinheit 5 liefert auch die digitalen Daten für den Radius r eines Fräsmessers an den Kompensationsrechner 6-3, und der Kompensationsrechner 6-3 liefert die kompensierte Kontur P.', indem er eine Kompensation für den Radius r des Fräsmessers vornimmt. In dieser Stufe wird die kompensierte Kontur P.' mit dem Ausgangspunkt S-' und dem Endpunkt E.' bestimmt, wie im Zusammenhang mit den Figuren 5 bis 9 beschrieben wurde. Die Ursprungseinheit 6-4 stellt fest, ob alle Daten für die Berechnung des Kreuzungspunktes geliefert worden sind. Wenn zusätzliche Daten erforderlich sind, fordert die Ursprungseinheit 6-4 die Daten von der Steuereinheit 5 an. Die Steuereinheit 5 liefert sodann die nächste programmierte Kontur P. ₁ an das P. ..-Register 6-2. Sodann bestimmt der Kompensationsrechner 6-3 die kompensierte Kontur P-₊₁' mit dem Ausgangspunkt S.₊₁' und dem Endpunkt E.₊₁', indem er eine Kompensation für den Radius r des Fräsmessers vornimmt.

Als nächstes bestimmt die Ursprungseinheit 6-4 die Koordinaten des Ursprungs für die Bestimmung des Kreuzungspunktes. Die Koordinaten des Ursprungs werden entsprechend den beiden nebeneinanderliegenden Konturen ausgewählt, wie oben beschrieben wurde, und zwar wie folgt:

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Erste Kontur P1' gerade Linie	Zweite Kontur P„' gerade Linie	Ursprung Ausgangspunkt S1· der ersten Kontur
gerade Linie	Bogen	"Mittelpunkt des Bogens
Bogen	gerade Linie	Mittelpunkt des Bogens
Bogen	Bogen	Mittelpunkt des ersten Bogens

Der Koeffizientenrechner 6-5 berechnet die Koeffizienten a, b, c, d in den Gleichungen (1) und (2) und/oder den Gleichungen (5) und (6) und /oder den Gleichungen (9) und (10) von den beiden nebeneinanderliegenden Konturen auf der Basis der Koordinaten des Ursprungs. Die berechneten Koeffizienten a, b, c und d werden in dem Register 6-6 gespeichert.

Der Kreuzungspunkt-Rechner 6-7 liefert die Koordinaten des Kreuzungspunktes Q₁' und/oder des Kreuzungspunktes Q„' zwischen den beiden nebeneinanderliegenden Konturen, indem die Koeffizienten a, b, c und d entsprechend den Gleichungen (3) und (4) oder den Gleichungen (7) und (8) oder den Gleichungen (11) und (12) bestimmt werden. Der Aufbau des Kreuzungspunkt-Rechners 6-7 wird noch anhand von Fig. 11 beschrieben.

Eine den effektiven Kreuzungspunkt auswählende Wählschaltung G-ii ist für den Fall vorgesehen, daß zwei Kreuzungspunkte sich aus der Berechnung ergeben. In diesem Stadium sind alle Koordi naten der Konturen bezogen auf den Ursprung angegeben, der oben in der Tabelle angegeben ist. Daher setzt der Koordinaten-Umsetzer 6-9 die Koordinaten des errechneten effektiven Kreu-

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zungspunktes, des Ausgangspunktes, des Endpunktes und des Bogenmittelpunktes in das Koordinatensystem um, welches in der Steuereinheit 5 benutzt wird.

Die umgesetzten Koordinaten und der Radius werden an die Steuereinheit 5 durch ein Und-Glied 6-10 abgegeben, wenn das Endsignal für die Steuereinheit 5 an den Anschluß 6-11 angelegt wird. Das Endsignal wird erzeugt, wenn der Mittelpunkt des Fräsmessers 1 den Endpunkt E · der ersten kompensierten Kontur P₁' oder den effektiven Kreuzungspunkt erreicht.

Das Endsignal zeigt an, daß die Steuereinheit 5 den Betrieb einstellt, nachdem die Steuereinheit 5 entsprechend dem Ergebnis der vorherigen Berechnung gearbeitet hat. Mit anderen Worten kann die Berechnung des nächsten Weges durchgeführt werden, während sich das Werkzeug entlang dem augenblicklichen Weg bewegt, so daß der Betrieb der Steuereinheit 5 und die Kompensationsberechnung für die nächste Wegstrecke gleichzeitig ausgeführt werden können, so daß sich das Werkzeug ohne Pause bewegen kann. Wenn ein Kreuzungspunkt zwischen zwei nebeneinanderliegenden kompensierten Konturen vorhanden ist, wird die Kompensation in herkömmlicher Weise durchgeführt, wobei der Endpunkt der ersten kompensierten Kontur mit dem Ausgangspunkt der zweiten kompensierten Kontur durch einen Bogen mit dem Radius r verbunden

Wenn die Kompensationseinrichtung 6 die kompensierte Kontur P.' zusammen mit dem Kreuzungspunkt mit der nächsten kompensierten Kontur Pj _{+ 1} ' an die Steuereinheit 5 ab.gibt, gibt die Steuereinheit 5 Befehlsimpulse an die Maschine 7 ab, um das Fräsmesser zu bewegen. Gleichzeitig gibt die Steuereinheit 5 die nächste programmierte Sollkontur P^₊2 ^an die Kompensationseinrichtung 6 ab. Auf diese Weise erstellt die Kompensationseinrichtung 6 die kompensierte Kontur Ρ·₊₁ unter Verwendung der programmierten

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Konturen Pj₊₁ und Ρ·₊₂· Daher wird die Berechnung der kompensierten Kontur P_i+i' auf einer Echtzeitbasis durchgeführt, während das Fräsmesser die vorherige, kompensierte Kontur P.' nachfährt. Durch Wiederholung dieses Verfahrens werden die kompensierten Konturen eine nach der anderen erhalten.

Einige Abwandlungen sind an der Kompensationseinrichtung 6 (Fig. 10) möglich. Beispielsweise kann die Kompensationseinrichtung 6 einen großen Speicher haben, um alle Konturen, die von der Steuereinheit 5 abgegeben werden, sowie alle kompensierten Konturen und die Koordinaten der Kreuzungspunkte zu speichern, die einen Bearbeitungsprozeß an dem Werkstück betreffen, so daß nicht nur die Daten von zwei aneinander angrenzenden Konturen gleichzeitig verarbeitet werden können.

Fig. 11 zeigt das Blockdiagramm der Kreuzungspunkt-Rechenschaltung 6-7 in Fig. 10. Die Rechenschaltung 6-7 (Fig. 11) arbeitet auf der Basis der Programmsteuerung durch ein festes Programm.

In Fig. 11 sind eine Registergruppe 11 mit sechzehn Speichern R-1 bis R-16, ein A-Register 12, das mit dem Ausgang der Registergruppe 11 verbunden ist, ein B-Register 13, das mit dem Ausgang der Registergruppe 11 verbunden ist, eine Additionsstufei4 zum Gummieren des inhaltes des A-Registers 12 und dos B-Registers 13. eine Subtraktionsstufe 15, um die Differenz A-B zwischen dem Inhalt des A-Registers 12 und des B-Registers 13 zu liefern, eine Multiplikationsstufe 16, um das Produkt des Inhaltes des A-Registers 12 und dem B-Registers 13 zu liefern, eine Divisionsstuferr um den Quotienten A/B zu liefern, und eine Quadratwurzelschaltung 18 gezeigt, um die Quadratwurzel \j A des Inhaltes des A-Registers zu liefern. Ein Steuerregister 19 dient dazu, die Instruktionen für den Betrieb der oben genannten Stufen zu speichern, während ein Festwertspeicher 20 (ROM) das feste Programm speichert. Eine Torschaltung 21 ist vorge-

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sehen, um die Registergruppe 11 mit externen Schaltungen (Register 6-6 und Wählschaltung 6-8 für den effektiven Kreuzungspunkt) zu verbinden. Die Ausgänge der Additionsstufe 14, der Subtraktionsstufe 15, der Multiplikationsstufe 16 und der Divisionsstufe 17 und der Quadratwurzelschaltung 18 werden an den Eingang der Registergruppe 11 durch die Sammelleitung S angelegt.

Das Steuerregister 19 hat einundzwanzig Bitpositionen O bis 20, um den Betrieb der Registergruppe 11, des A-Registers 12, des B-Registers 13 und der Schaltungen 14 bis 18 zu steuern. Die Bitpositionen 0 bis 4 des Steuerregisters 19 bilden eine Adresse für die übertragung von Informationen von der Registergruppe an das A-Register 12, d.h. der Inhalt der Registergruppe 11, der durch die Adresse in den Bitpositionen 0 bis 4 bezeichnet wird, wird in das A-Register 12 eingelesen. Die Bitpositionen 5 bis 9 bilden die Adresse für die übertragung von Informationen von der Registergruppe 11 an das B-Register 13. Die Bitpositionen 10 bis 14 bilden die Adresse der Registergruppe 11, an der das Ergebnis der Berechnung der Schaltungen 14 bis 18 gespeichert ist. Die Bitpositionen 15 bis 20 bezeichnen jede spezielle Operation in den Rechenschaltungen. Wenn die Bitposition 15 des Steuerregisters 19 auf EIN steht, öffnet sich die Torschaltung 21, und externe Daten kommenfuie Registergruppe oder berechnete Daten gehen aus der Registergruppe 11 an eine externe Schaltung durch die Torschaltung 21. Die Bitposition 16 betätigt die Quadratwurzelschaltung 18, die Bitposition 17 betätigt die Divisionsschaltung 17, die Bitposition 18 betätigt die Multiplikationsstufe 16, die Bitposition 19 betätigt die Subtraktionsstufe 15 und die Bitposition 20 betätigt die Additionsstufe 14. Die Instruktionen sind in dem Festwertspeicher 20 gespeichert und werden in das Steuerregister 18 eine nach der anderen ausgelesen, um jeden Befehl auszuführen.

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Der Inhalt der Registergruppe 11 ist so geordnet, daß die Adressen R-1, R-2, R-9 und R-11 die Koeffizienten a, b, c und d in den Gleichungen (1), (2), (5), (6), (9) und (10) speichern, und die Adressen R-7, R-8, R-15 und R-16 speichern die errechneten Koordinaten der Kreuzungspunkte QJ, Q Λ Q_x^' ^und Q 2'· Andere Adresser
Berechnung zugeteilt.

Q 2'· Andere Adressen werden zeitweise als Arbeitsbereich in der

Es können auch weitere sechzehn Arbeitsregister für einen Arbeitsbereich in der Berechnung vorgesehen sein. Eines dieser Register wird durch das Steuerregister 19 bezeichnet (A-Register-Wahl oder B-Register-Wahl mit jeweils 5 Bitpositionen).

Fig. 12 zeigt das Flußdiagramm für die Berechnung des Kreuzungspunktes Q¹ (Q_x ¹/ Q ') in den Gleichungen (3) und (4) unter Verwendung der Einrichtung von Fig. 11, wobei angenommen wird, daß die Konstanten a, b und c in den Bereichen R-1, R-9 bzw. R-2 gespeichert sind, und daß die Gleichungen Q ' = c/(a-b) und Q ' = aQ_x' gelten. Durch die Instruktionen in dem Block 31 wird der Inhalt von R-1 in der Registergruppe 11 an das A-Register 12 übertragen. Dies wird durch die Instruktionen bewirkt, die die Adresse R-1 in den Bitpositionen 0 bis 4 haben. Die Instruktionen in dem Block 32 bringen den Inhalt von R-9 in das B-Register 13. Die Instruktionen in dem Block 33 führen die Berechnung (Α-Register minus B-Register) durch, und das Resultat wird in der Adresse R-3 gespeichert. Diese Berechnung wird durch die Befehle durchgeführt, bei denen die Bit-Position 20 auf EIN ist, um die Additionsstufe 14 zu betreiben, und bei der die Bitpositionen 0 bis 4 die Adresse R-3 anzeigen. Als nächstes wird durch die Instruktionen in dem Block 34 der Inahlt c der Adresse R-2 an das Α-Register übertragen, und die Instruktionen in dem Block 35 übertragen den Inhalt a-b der Adresse R-3 an das B-Register. Durch die Instruktionen in dem Block 36 wird die Division A/B.durchgeführt, und das Resultat wird in R-7

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als x-Koordinate Q ' gespeichert. Durch den Inhalt des Blockes

37 wird der Inhalt Q ' der Adresse R-7 an das A-Register 12 übertragen. Durch die Befehle in dem Block 38 wird der Inhalt a der Adresse R-1 an das B-Register übertragen, und durch die Befehle in dem Block 39 wird die Berechnung AxB ausgeführt, und das Resultat wird in der Adresse R-15 als y-Koordinate Q ' gespeichert. Somit sind die x- und y-Koordinaten berechnet und in den Adressen R-7 und R-15 gespeichert.

Das in dem Festwertspeicher 20 gespeicherte, feste Programm kann die gewünschten Koordinaten des Kreuzungspunktes unter Verwendung der Einrichtung von Fig. 11 liefern.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtung 6 durch einen programmierten Mikrocomputer verwirklicht werden. Fig. 13 zeigt das Flußdiagramm für solch einen Mikrocomputer.

Die numerische Steuereinheit 5 gibt die Koordinaten, den Radius und/oder die Befehle der i-ten Kontur P., die von dem Teileprogramm auf dem Lochstreifen ausgelesen werden, und die Informationen der Wähleinrichtung 5a an die Kompensationseinrichtung 6 (Block 50) ab, und die Kompensationseinrichtung 6 errechnet die kompensierte Kontur P.' entsprechend den Daten von der Steuereinheit 5 (Block 51). Als nächstes gibt die Steuereinheit 5 die Koordinaten, den Radius und/oder den Instruktionscode der (i + 1)-ten Kontur Pj₊₁ an die Kompensationseinrichtung 6 (Block 53) ab, und die Kompensationseinrichtung 6 berechnet die kompensierte Kontur P¹ aus der Kontur P.₊₁ (Block 53). Als nächstes werden die Koordinaten des Ursprungs für die Berechnung des Kreuzungspunktes bestimmt. Wenn die erste Kontur P. ein Bogen ist (Block 54), wird der Ursprung so bestimmt, daß er im Mittelpunkt des ersten Bogens P. liegt* (dieser Fall umfaßt

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sowohl den Spezialfall, daß die erste Kontur ein Bogen und die zweite Kontur eine gerade Linie ist als auch den Spezialfall, daß die erste Kontur ein Bogen und die zweite Kontur ebenfalls ein Bogen ist), wie in Block 55 gezeigt ist. Wenn die erste Kontur kein Bogen ist, und wenn die zweite Kontur ein Bogen ist (Block 63), wird der Ursprung so bestimmt, daß er auf dem Mittelpunkt der zweiten Kontur P-.-i liegt, wie in Block 64 gezeigt ist. Wenn die erste Kontur kein Bogen ist, und wenn die zweite Kontur ebenfalls kein Bogen ist, d.h. wenn beide Konturen gerade Linien sind, wird der Ursprung so festgelegt, daß er auf dem Ausgangspunkt S.' der ersten kompensierten Kontur P.' (Block 65) liegt. In Abhängigkeit von den Koordinaten des festgelegten Ursprungs werden die Konstanten a, b, c und d in den Gleichungen (1), (2), (5), (6), (9) und (10) ermittelt, wie durch den Block 56 dargestellt ist. Als nächstes werden die Koordinaten des Kreuzungspunktes oder des Schnittpunktes in dem Koordinatensystem ermittelt, das auf dem festgelegten Ursprung beruht, wobei die Gleichungen (3), (4), (7), (11) und (12) benutzt werden, wie durch den Block 57 dargestellt ist. Wenn die Zahl der auf diese Weise berechneten Kreuzungspunkte gleich eins ist (Block 58), wird der berechnete Kreuzungspunkt als effektiver Kreuzungspunkt Q ' gewählt, wie durch den Block 58a dargestellt ist. Wenn zwei Kreuzungspunkte vorhanden sind (Block 66), wird einer der Kreuzungspunkte als effektiver Kreuzungspunkt ausgewählt (Block 67). Dann wird das Koordinatensystem, das zur Vereinfachung der Berechnung des Kreuzungspunktes umgesetzt worden ist, in das ursprüngliche Koordinatensystem zurückübersetzt (Block 60), und die zurückübersetzten Daten werden an die Steuereinheit 5 abgegeben (Block 61). Wenn es keinen Kreuzungspunkt zwischen den kompensierten Konturen gibt (Block 68) wird die herkömmliche Kompensation angewendet (Block69), d.h., der Bogen R., der die Endpunkte E.¹ der kompensierten Kontur P.' mit dem Ausgangspunkt S.₊₁' der nächsten kompensierten Kontur P.₊₁' verbindet und den Radius r hat,

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wird, nachdem das Endsignal von der Steuereinheit 5 abgegeben worden ist, die entsprechend der kompensierten Kontur P.' gearbeitet hat, an die Steuereinheit 5 abgegeben (Block 69). Sodann treibt die Steuereinheit 5 das Fräsmesser 1 an der Maschine entsprechend den Daten von dem Teileprogramm auf dem Lochstreifen und entsprechend den kompensierten Konturen P.¹ von der Kompensationseinrichtung 6 durch Vorschub-Befehlsimpulse an, die an die Maschine abgegeben werden (Block 62). Auf diese Weise wird das Fräsmesser 1 so gesteuert, daß das Werkstück entsprechend den programmierten Sollkonturen gefräst wird.

Fig. 14 zeigt ein numerisches Beispiel für die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung. In dem Beispiel wird folgendes Teileprogramm vorgegeben, um die gewünschten Konturen P₁, P^ und P., zu liefern:

	G90	X20	YIlO	HOl = +10	(P1)
	G9 2	HOl	Y140 FlO	(P2)
	G4 2	X60	Y120	(P3)
Nl	GOl	X120	Y60
N2	GOl	X150
N3	GOl

In dem Programm bezeichnet G9O das absolute Koordinatensystem, G92 bezeichnet die Befehle für den Ausgang des Koordinatensystems, H01 bezeichnet die Zahl der Einstellung an der Wähleinrichtung, durch die der Radius des Fräsmessers festgelegt wird, G42 ist der Code für den Befehl, den Radius des Fräsmessers zu kompensieren, G01 ist der Befehl für eine geradlinige Kontur, X und Y sind Koordinaten und F ist die Vorschubgeschwindigkeit. Durch dieses Programm wird vorgegeben, daß der Radius des Fräsmossers gleich 10 ist, indem HO1 = 10 gilt, und daß die Sollkonturen P₁, P₂ und Po wie folgt lauten:

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P₁ ist eine Gerade von ( 20, 110) nach ( 60, 140), P₂ ist eine Gerade von ( 60, 140) nach (120, 120), und P₃ ist eine Gerade von (120, 120) nach (150, 60).

Daher ist das Inkrement zwischen dem Endpunkt und dem Ausgangspunkt jeder Kontur P₁, P₂, P-, wie folgt:

P1 '	X1	= 40, y	1 = 30
P2;	X2	= 60, y	2 = ~20
P3'·	X3	= 30, y	3 = ~60·

Wenn für den Radius r des Fräsmessers gilt r = 10, sind die aus der Instruktion G42 resultierenden, kompensierten Konturen P₁ ¹, P₂' und P₃'. Der Befehl G92 bestimmt den Ausgangspunkt S₁ als (20, 110). Die Kompensationsberechnung wird in folgenden Schritten ausgeführt:

a) Die Steuereinheit 5 liefert die Daten über P₁ an die Kompensationsrechenschaltung 6-3 in Fig. 10, und r (r.. , r.. ), was den Koordinaten des Radius r des Fräsmessers an dem Punkt S₁ entspricht, wird wie folgt berechnet:

_r = yi ^x r ₌ 30 χ 10

"^1X / X² + yj /~40^:

_r - -Xi ^x r _s -40 x 10

^ly " "

? + y\ /4o² + 30*

Daher ist der Punkt S₁ ', der der Ausgangspunkt der kompensierten Kontur P₁ ¹ ist, ausgedrückt durch S_1x ¹ = 20+6 = 26, und S₁ ' = 110-8 = 102.

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3005138

- 28 -

b) Auch r (r₉ , r~ ), was die Koordinaten des Radius r an 2 ^x *-y

dom Ausgangspunkt S₂ der zweiten Kontur P₂ darstellt, wird wie folgt berechnet:

r = ^Yz * ^r ₌ ~20 χ IQ S ^xl + yI / 60² + 20²

/ 60² + 20²

c) Da beide Konturen P₁ und P₂ gerade Linien sind, wird der neue Ursprung als Ausgangspunkt S₁ ¹ der ersten Kontur P-gewählt, mit anderen Worten sind die Koordinaten des neuen Ursprungs gleich

S₁ ¹ = (S_1x ¹, S₁ ') = (20+6, 110-8) = (26, 102) wie in Fig. 14 dargestellt ist.

d) Die Koordinaten des Punktes S₃₁ (^S2_X'' ^S2v'^ ^{in Bezu}9 auf den augenblicklichen Ursprung S₁ ¹ (26, 102) sind:

^S2x* - ^rlx ^{+ x}l ^{+ r}2x * -⁶⁺⁴°-3 ^S2y' ^{= r}ly ⁺ ^l ^{+ r}2y " ⁸⁺³⁰"⁹ =

Daher können die Koeffizienten a., b und C₁ der Geraden und P₂ ¹ wie folgt ausgedrückt werden:

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= 30/40
bi = yi/x2 = -20/60

Folglich sind die Gleichungen für die Geraden P₁' und P»':

P · y = 30/40 χ

P₂' ye -20/60 X + 39

e) Die Koordinaten des Kreuzungspunktes Q₁' werden dann wie folgt erhalten:

Q_1x ¹ = ci/fai-bi) = 36
^Qly' ^=a>-^Qlx' - ²⁷

Der Kreuzungspunkt Q₁' wird als effektiver Kreuzungspunkt genommen, da nur ein Kreuzungspunkt vorhanden ist.

f) Die Koordinaten des Kreuzungspunktes Q₁' in Bezug auf den ursprünglichen Ursprung O sind:

	+	blx	= 36	+	26 =	62
0Iy1	+	siy	= 27	+	102 =	129

Die Koordinaten Q · (62, 129), werden an die Steuereinheit abgegeben, die das Fräsmesser so bewegt, daß desen Mittelpunkt sich von S₁' (26, 102) nach Q₁' (62, 129) bewegt.

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h) Wenn das Fräsmesser sich entlang dem Weg P₁' von S₁' nach Q ' bewegt, wird die Berechnung des Kreuzungspunktes Q-' zwischen P₂ ¹ und P₃ ¹ durchgeführt:

h1) Berechnung von r (r₃ , r₃ )

-60 x 10

'^3X /30² + 60²

= -9

-30 x 10 ^3y / 30² + 60²

h2) Die Koordinaten von S₃ ¹ in Bezug auf den Ursprung sind:

x· = -6+40+60-9-36 y¹ = 8+30-20-4-27 = -13

h3) Die Koeffizienten a~ , b„, c_? sind:

a₂ = bi = -20/60

b₂ = -60/30

C₂ = y'-c₂x' = -13+(60/30)x49 =

Daher gilt:

P₂ ¹; y = -20/60-X
P₃ ¹; y = -60/30-x + 85

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h4) Die Koordinaten des Kreuzungspunktes Q₂ ¹ sind:

Q_2x' = c₂/(a₂-b₂) * 51

Dann sind die Koordinaten von Q₂' in Bezug auf den ursprünglichen Ursprung O folgende;

Q_2x ¹ + Q_1x ¹ = 51 + 62 = 113 Q_2x ¹ +Q_1x ¹ » -17 + 129 = 112

i) Die Koordinaten von Q₂ ¹ (Q_2x ¹/ Q_2v') werden an die Steuereinheit angelegt, wenn das Endsignal, welches erzeugt wird, wenn das Fräsmesser den Punkt Q₁' erreicht, an die Torschaltung 6-10 in Fig. 10 angelegt.

Durch Wiederholen der Kompensationsberechnung des Kreuzungspunktes in der oben beschriebenen Weise wird daher der kompensierte Weg des Mittelpunktes des Fräsmessers erhalten. Es ist zu beachten, daß die erfindungsgemäße Einrichtung adaptiv auch Änderungen der Werkzeuggröße aufgrund von Herstellungsfehlern und/oder von Abnutzung des Fräsmessers berücksichtigen kann.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung kann vermieden werden, daß das Fräsmesser über die Sollkonturen hinausfräst, weil der Ausgangspunkt und/oder der Endpunkt der kompensierten Konturen in den Kreuzungspunkt dieser Konturen gelegt wird, und die Berechnung des Kreuzungspunktes kann wegen der besonderen Wahl des Ursprungs der Koordinatensystems stark vereinfacht werden. Daher kann die Kompensation durch einen geringen Aufwand an Hardware oder durch einen programmierten Mikrocomputer ausgeführt werden, ohne das Fräsmesser anzuhalten. Daher gibt es keine

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Fräsmarken, die durch Anhalten des Fräsmessers erzeugt werden und die Genauigkeit des Produktes beeinträchtigen würden. Es können daher auch komplizierte Formen an dem Produkt gefräst oder geschnitten werden, wobei man nur eine einfache Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtung benötigt.

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- ΪΙ-

Leerseite

Claims (2)

Ansprüche

1.) Numerische Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einem Lochstreifenleser (4) zum Auslesen der gewünschten, programmierten Konturen (P., wobei i eine ganze Zahl ist) von einem Lochstreifen, einer numerischen Steuereinheit (5), die einen Befehlsimpuls an eine Maschine (7) mit einem Bearbeitungswerkzeug (1), das den Radius (r) aufweist, entsprechend den gewünschten Konturen liefert, und mit einer Werkzeuggrößen-Kompensationseinrichtung (6), um die Konturen von dem Lochstreifenband entsprechend der Werkzeuggröße zu modifizieren,

dadurch gekennzeichnet größen-Kompensationseinrichtung aufweist:

daß die Werkzeug-

eine Einrichtung, um die kompensierten Konturen (P.' und ') aus den ursprünglichen Konturen (P. und P....)zu liefern,

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wobei der Abstand zwischen der kompensierten Kontur und der ursprünglichen Kontur gleich dem Radius (r) des Bearbeitungswerkzeuges ist,

(b) eine Einrichtung, um die Koordinaten des provisorischen Ursprungs für die kompensierten Konturen (P₁' und P_i+1') zu liefern, wobei der Ursprung der Ausgangspunkt (S.') der ersten Kontur (P.') ist, wenn die erste Kontur (P.') und die zweite Kontur (P-^₊I¹) gerade Linien sind, der Ursprung der Mittelpunkt des Bogens ist, wenn die erste Kontur (P.') eine gerade Linie ist und die zweite Kontur (P-J₊-]¹) ^eir* Bogen ist, und der Ursprung der Mittelpunkt des ersten Bogens ist, wenn die erste Kontur (P.') ein Bogen ist,

(c) eine Einrichtung zur Herstellung der Konstanten, um die Konturen (P.' und P.,..¹) auf der Basis des festgestellten Ursprungs darzustellen,

(d) eine Einrichtung, um die Koordinaten des Schnittpunktes zwischen der ersten Kontur (P.') und der zweiten Kontur

(P. .. ') zu liefern,

(e) eine Einrichtung, um den effektiven Schnittpunkt aus dem in der Einrichtung von Merkmal (d) ermittelten Schnittpunkt auszuwählen,

(f) eine Einrichtung zum Umsetzen des Koordinatensystems in das urjp-füngliche Koordinatensystem, und

(g) e^ne Einrichtung, um die Werkzeuggrößen-Kompensationsdaten, die auf diese Weise erhalten werden, an die numerische Steuereinheit (5) abzugeben.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lieferung der Koordinaten des Schnittpunktes aufweist

(a) eine Gruppe Register (11) mit einer Vielzahl von Speicherbereichen,

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(b) zwei Register (12, 13) die mit der Registergruppe verbunden sind,

(c) Rechenschaltungen einschließlich einem Addierer, einem Subtrahierer, einem Multiplizierer, einem Dividierer und einer Quadratwurzelschaltung, um den Inhalt der Register (12, 13) zu berechnen,

(d) eine Torschaltung für die Eingabe und die Ausgabe von Daten zwischen der Registergruppe (11) und einer externen Schaltung,

(e) ein Steuerregister zum Steuern der Betriebsweise der Registergruppe (11), der beiden Register (12, 13) und der Rechenschaltungen, und

(f) einen ROM- oder Festwertspeicher (20) zum Speichern der festen Daten, die in das Steuerregister nacheinander eingelesen werden.

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