DE3704619C2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
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Description
Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Vorrichtung
für eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus US 43 86 306 bekannt.
Dort geht es darum, die Zustellbewegung eines Werkzeugs mit
einer aus einer Fehlfunktion resultierenden überhöhten
Geschwindigkeit zu vermeiden, wozu nicht nur die Winkelstellung
der Spindel sondern auch ihre Drehzahl erfaßt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine numerisch
gesteuerte Vorrichtung für eine Werkzeugmaschine der eingangs
genannten Art dahingehend zu verbessern, daß durch Ganghöhen
fehler der Spindel hervorgerufene Positionsfehler dauerhaft
korrigiert werden.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Aus GB 13 84 323 ist eine numerisch gesteuerte Vorrichtung
für eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der ähnlich wie
bei der Erfindung ein Detektor das Maß an Drehung der Spindel
wahrnimmt und in eine Rückkopplungssteuereinheit eingibt. Die
Steuereinrichtung wird dort aber mit diesem rückgekoppelten
Signal und mit einem in einem Speicher voreingestellten Betrag
an zu kompensierendem toten Gang beaufschlagt. Ferner ist auch
dort eine Meßeinrichtung vorgesehen, die das tatsächliche Maß
an Verschiebung des Aufspanntisches liefert und in eine Rück
führimpulsfolge umwandelt; dieses Maß an Verschiebung wird
dort aber als Istwert von dem durch die Recheneinheit vorge
gebenen Sollwert subtrahiert, und mit diesem Differenzbetrag
wird der Motor gesteuert, um in der Antriebseinrichtung vor
handenes Spiel zu kompensieren.
Im Vergleich zum Stand der Technik weist die Erfindung
zwar gleiche Meßdecoder auf; deren Meßsignale werden aber bei
der Erfindung zu einem unterschiedlichen Zweck, nämlich zur
Korrektur von Positionsfehlern aufgrund von Ganghöhenfehlern
der Spindel, verwendet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnungen
eine herkömmliche numerisch gesteuerte Vorrichtung und
ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer herkömm
lichen numerisch gesteuerten Vorrichtung und
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild des bevorzugten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen numerisch
gesteuerten Vorrichtung mit einer Rückkopplungs
schleife für Korrekturwerte.
In Fig. 1 der zugehörigen Zeichnung ist eine herkömmliche
numerisch gesteuerte Vorrichtung dargestellt. Ein Werkstück B
ist auf einem Aufspanntisch 11 einer Werkzeugmaschine festgelegt.
Kugelumlaufspindeln 10, die am Aufspanntisch 11 in
Richtung der x-Achse und der y-Achse vorgesehen sind, werden
über den Antrieb eines Motors 9 unter der Steuerung der
numerisch gesteuerten Vorrichtung auf der Grundlage von
Arbeitssteuerdaten gedreht, die vorher eingegeben wurden.
Das hat zur Folge, daß der Aufspanntisch 11, an dem die
nicht im einzelnen dargestellten Kugelmuttern befestigt
sind, und somit das Werkstück B, das auf diesem Aufspanntisch 11
festgelegt ist, verschoben werden, während die Kugelmuttern
mit den Kugelumlaufspindeln 10 in Schraubineingriffnahme
stehen. Nachdem ein Werkzeug C an einer Arbeitsposition
für das Werkstück B angeordnet ist, wird dieses Werkzeug
C in Richtung der z-Achse bewegt, die der senkrechten
Richtung auf die Zeichenebene entspricht. Der Einfachheit
halber sind nur der Motor 9 zum Steuern der Bewegung des
Aufspanntisches 11 in Richtung der x- oder y-Achse und die Kugelumlaufspindel
10 sowie die zugehörigen Bauteile dargestellt.
Bei der numerisch gesteuerten Vorrichtung zum Steuern der Werkzeugmaschine
werden die oben beschriebenen Daten, die von
einer Eingabeeinheit 2 kommen, über eine CPU-Steuereinheit 3
oder einen Zentralprozessor CPU 3 auf eine Speicherplatte 4
übertragen, um darin kurzzeitig gespeichert zu werden. Die
Eingabeeinheit 2 liest beispielsweise ein Aufzeichnungsband,
auf das Daten wie beispielsweise numerische Steuerinformationen
aufgezeichnet sind. Korrekturbeträge oder Korrekturwerte
der Ganghöhenfehler sind vorher durch eine Bedienungsperson
in einem Teilspeicherbereich 4 a der Speichereinheit 4
gespeichert. Unter Ausnutzung dieser Korrekturwerte für Ganghöhenfehler
wird ein Steuersignal dadurch erhalten, daß ein
gegebener Rechenvorgang in einer Recheneinheit 5 ausgeführt
wird. Die Drehung des Motors 9
und somit die Verschiebung des Aufspanntisches 11 können
auf der Grundlage dieses Steuersignals mittels eines Steuerverstärkers
6 gesteuert werden.
Ein erster Detektor 8, der mit dem Motor 9 gekoppelt ist, nimmt
das Maß an Drehung dieses Motors 9 wahr. Das sich ergebende
Detektorsignal wird der CPU-Steuereinheit 3 über eine
Rückkopplungssteuereinheit 7 rückgekoppelt. Die CPU-Steuereinheit 3
vergleicht somit zunächst den vorgegebenen Betrag an Verschiebung
des Aufspanntisches 11 mit dem Betrag der Verschiebung,
der aus dem oben beschriebenen Maß an Drehung des Motors 9
erhalten wird und führt anschließend eine Steuerung des Motors
9 mit Rückkopplung derart aus, daß diese Werte übereinstimmen.
Bei der herkömmlichen numerisch gesteuerten Vorrichtung werden
die Korrekturwerte für Ganghöhenfehler der Kugelumlaufspindel 10,
die vorher in der Speichereinheit 4 gespeichert werden,
auf der Grundlage der Meßwerte berechnet, wie es bereits
beschrieben wurde. Die Meßwerte werden dadurch erhalten, daß
die Ganghöhenfehler der Kugelumlaufspindeln 10 tatsächlich mit
einer separaten Meßeinrichtung gemessen werden. Die sich ergebenden
Korrekturwerte oder Korrekturdaten werden am Teilspeicherbereich
4 a durch die Bedienungsperson abgespeichert.
Wenn somit die Kugelumlaufspindeln 10 derartige Ganghöhenfehler
haben, werden Positionsfehler zwischen der Position des
tatsächlich verschobenen Aufspanntisches 11 und der Position des
Aufspanntisches 11 hervorgerufen, die durch die Kugelumlaufspindeln 10
oder die Drehung des Motors 9 bestimmt sind. Das hat zur
Folge, daß eine fehlerfreie numerische Steuerung nicht erzielt
werden kann.
Im folgenden wird anhand von Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen numerisch gesteuerten Vorrichtung beschrieben.
Wie es aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Hauptaufbau dieser
numerisch gesteuerten Vorrichtung im wesentlichen mit dem der
herkömmlichen numerisch gesteuerten Vorrichtung identisch, die
in Fig. 1 dargestellt ist, wobei gleiche oder ähnliche Schaltungen
von Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen
sind.
Die in Fig. 2 dargestellte numerisch gesteuerte Vorrichtung
zeichnet sich durch eine Meßeinrichtung 12 aus, die das Maß an
Verschiebung des Aufspanntisches 11 mißt. Das Maß an Verschiebung
des Aufspanntisches 11, das durch diese Meßeinrichtung 12 gemessen
wird, liegt über der Rückkopplungssteuereinheit 7 am Zentralprozessor
CPU oder der CPU-Steuereinheit 3.
Die Meßeinrichtung 12 für das Maß an Verschiebung des Aufspanntisches
11 besteht hauptsächlich aus einem Stangenelement 13
mit einem Kontaktteil 14 und einem Detektorteil 15, der am Aufspanntisch
11 befestigt ist und zwei Kontakte aufweist, die
durch den Kontaktteil 14 kurzgeschlossen werden. Der Kontaktteil
14 ist an der Meßeinrichtung 12 parallel, beispielsweise zur
Kugelumlaufspindel 10 in einem vorbestimmten Abstand, angebracht.
Das Stangenelement 13 ist an der numerisch gesteuerten Vorrichtung
befestigt und arbeitet als eine Skala mit hoher Genauigkeit,
wobei der Kontaktteil 14 beispielsweise aus magnetischen
Materialien besteht, die in den Skalenteil eingebettet
sind. Wenn die Meßeinrichtung 12 als zweiter Detektor durch
den Detektorteil 15 hindurchgeht, spricht dieser auf den Kontaktteil
14 an, so daß die genaue vorliegende Position des
Aufspanntisches 11 der CPU-Steuereinheit 3 über die Rückkopplungssteuereinheit
7 rückgekoppelt werden kann. Die Bauteile 12,
13 und 14 bilden zum Beispiel einen bekannten Detektor, wie
beispielsweise eine lineare Skala. Die gegenwärtig verfügbaren
linearen Skalen können Längen von ⁵/₁₀ ₀₀₀ bis ¹/₁₀₀₀ mm als
Einheit messen.
Wenn die Kugelumlaufspindel 10 dadurch gedreht wird, daß der
Motor 9 unter der Steuerung der CPU-Steuereinheit 3 betrieben
wird, wird der Aufspanntisch 11 verschoben, an dem die Kugelmutter
befestigt ist, die mit dieser Kugelumlaufspindel 10
in Schraubineingriffnahme steht. Während der Detektorteil 15,
der an diesem Aufspanntisch 11 angebracht ist, auf dem Kontaktteil
14 bewegt wird, werden folglich die Kontakte des Detektorteils
15 durch den Kontaktteil 14 kurzgeschlossen, so
daß Detektorimpulse, die durch die Bildung dieser Kurzschlüsse
erzeugt werden, an der Rückkopplungssteuereinheit (Rückkopplungseingabeteil) 7 liegen.
Da das Maß an Drehung des Motors 9 durch den damit gekoppelten
ersten Detektor 8 innerhalb des Zeitintervalls zwischen den aufeinanderfolgenden
Impulsen wahrgenommen wird, die durch den Kurzschluß
dieser Kontakte erzeugt werden, wird das Maß an tatsächlicher
Verschiebung des Aufspanntisches 11 bezüglich des
Maßes an Drehung des Motors 9 unter der Steuerung der CPU-Steuereinheit
3 berechnet und wird somit ein Unterschied zwischen
dem Maß an tatsächlicher Verschiebung und dem Maß an
Verschiebung, das auf der Grundlage der Auslegungswerte der
Kugelumlaufspindel 10 berechnet wurde, in der Recheneinheit 5
berechnet. Der sich ergebende Unterschied wird als Korrekturwert
für die Ganghöhenfehler in der Speichereinheit 4 a gespeichert.
Der erste Detektor 8, der mit dem Motor 9 gekoppelt ist, ist
ein Impulsgenerator, der eine bestimmte Anzahl von Impulsen
pro Umdrehung erzeugt. Der zweite Detektor 12 ist gleichfalls
ein Impulsgenerator, der jedoch einen Impuls
immer dann erzeugt, wenn er den Kontaktteil 14 passiert. In
der Rückkopplungssteuereinheit 7 zählt ein Zähler das Eingangsimpulssignal
vom ersten und zweiten Detektor 8 und 12.
Dann werden die sich ergebenden Zählerstände als Rückkopplungssignale
der CPU-Steuereinheit 3 geliefert.
Die CPU-Steuereinheit 3 berechnet anschließend den Unterschied
zwischen den Daten des vorliegenden Wertes vom Rückkopplungssignal
des ersten Detektors 8 zu einem gegebenen Zeitpunkt
und den vorliegenden Daten, die vom Rückkopplungssignal des
zweiten Detektors 12 erhalten werden. Sowohl die Differenzdaten
als auch die Daten des vorliegenden Wertes vom ersten
Detektor 8 werden im Speicherbereich 4 a als Korrekturwerte
für die Ganghöhenfehler gespeichert.
Wenn die vorliegenden Werte von den Rückkopplungssignalen des
ersten und zweiten Detektors 8 und 12 und auch deren Differenzwert
beispielsweise die Werte sind, die in der folgenden Tabelle
1 angegeben sind, kann die folgende Beziehung aufgestellt
werden:
Wenn der vorliegende Wert f₁ gleich 10 ist, ist der richtige
vorliegende Wert f₂ gleich 12, so daß während des Durchganges
des Aufspanntisches 11 durch diesen Punkt das Maß an Verschiebung
um 2 vermindert wird, wenn er sich in die positive Richtung
+ bewegt. Wenn sich andererseits der Aufspanntisch 11
in die negative Richtung - bewegt, muß das Maß an Verschiebung
um 2 erhöht werden. Das gleiche Kriterium gilt für die verbleibenden
vorläufigen Werte f = 20, 40 und 50.
Das hat zur Folge, daß der Speicherbereich 4 a die folgenden
in der Tabelle 2 aufgeführten Werte speichern wird.
Es versteht sich, daß der Differenzwert f₁ - f₂ = 0 nicht
im Speicherbereich 4 a der Speichereinheit 4 gespeichert werden
muß.
Gemäß der Erfindung kann ein Codierer, der eine optische Codierungsplatte
zum optischen Lesen des Maßes an Verschiebung
in Form von digitalen Werten als Einrichtung zum Messen des
Maßes an Verschiebung des Aufspanntisches 11 verwandt werden. In
diesem Fall ist die Codierungsplatte parallel zur Kugelumlaufspindel
10 statt des oben beschriebenen Stabelementes 13 angebracht
und wird das tatsächliche Maß an Verschiebung des Aufspanntisches 11
direkt mit höherer Genauigkeit gelesen, da die optische Codierungsleseeinheit
am Aufspanntisch 11 befestigt ist. Das Maß an
Verschiebung des Aufspanntisches 11 kann direkt bezüglich des
Maßes an Drehung des Motors 9 berechnet werden, so daß die
sich ergebenden Korrekturwerte für die Ganghöhenfehler mit
höherer Genauigkeit erhalten werden können.
Nachdem die sich ergebenden Korrekturwerte für die Ganghöhenfehler
erzielt und in der Speichereinheit 4 gespeichert sind,
kann die Einrichtung 12 zum Messen des Maßes an Verschiebung
des Aufspanntisches 11 von der Werkzeugmaschine abgenommen
werden, da sie nicht mehr daran angeordnet sein muß, bis die
Kugelumlaufspindel 10 abgenutzt ist oder durch eine neue Spindel
ersetzt wird.
Claims (4)
1. Numerisch gesteuerte Vorrichtung für eine Werkzeugmaschine
mit
- - einer Kugelumlaufspindel zum Hin- und Herbewegen eines Aufspanntisches in Abhängigkeit von ihrer Drehrichtung,
- - einem Motor zum Drehen der Kugelumlaufspindel und einem ersten Detektor, der ein Maß an Drehung der Kugelumlaufspindel wahrnimmt, wobei das Maß an Drehung der Kugelumlaufspindel, das vom ersten Detektor wahrgenommen wird, in eine Rückkopplungssteuereinheit eingegeben wird, und ein Maß an Verschiebung des Aufspanntisches aus dem Maß an Drehung berechnet wird sowie eine Differenz zwischen dem berechneten Maß an Verschiebung und einem weiteren Maß an Verschiebung des Aufspanntisches, das vorher als numerischer Wert eingegeben wurde, berechnet wird, um den Motor mit Rückkopplung auf der Grundlage dieser Differenz zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur von Positionsfehlern des Aufspanntisches (11) aufgrund von Ganghöhenfehlern der Kugelumlaufspindel (10) Meßeinrichtungen (12) zum Messen eines tatsächlichen Maßes an Verschiebung des Aufspanntisches (11) abnehmbar an der Werkzeugmaschine angebracht sind,
- - das tatsächliche Maß an Verschiebung des Aufspanntisches (11), das von den Meßeinrichtungen (12) erhalten wird, in die Rückkopplungssteuereinheit (7) eingegeben wird,
- - ein bestimmter Wert zur Korrektur der Ganghöhenfehler der Kugelumlaufspindel (10) aus dem Maß an Drehung der Kugelumlaufspindel (10) und dem tatsächlichen Maß an Verschiebung des Aufspanntisches (11), das von den Meßeinrichtungen (12) erhalten wird, berechnet und anschließend in einer Speichereinheit (4) der numerisch gesteuerten Vorrichtung gespeichert wird und
- - die numerisch gesteuerte Vorrichtung den Motor (9) auf Steuerwerte ansprechend steuert, die auf der Grundlage des vorher eingegebenen weiteren Maßes an Verschiebung des Aufspanntisches (11) und des Wertes zur Korrektur der Ganghöhenfehler berechnet werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtungen (12) aus einer linearen
Skala bestehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die lineare Skala Längen von annähernd
⁵/₁₀ ₀₀₀ bis ¹/₁₀₀₀ mm messen kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtungen (12) aus einem optischen
Codierer bestehen.
Priority Applications (1)
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DE19873704619 DE3704619A1 (de) | 1987-02-13 | 1987-02-13 | Numerisch gesteuerte vorrichtung fuer eine werkzeugmaschine |
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DE19873704619 DE3704619A1 (de) | 1987-02-13 | 1987-02-13 | Numerisch gesteuerte vorrichtung fuer eine werkzeugmaschine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3704619A1 DE3704619A1 (de) | 1988-08-25 |
DE3704619C2 true DE3704619C2 (de) | 1990-07-12 |
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ID=6320958
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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Cited By (1)
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JPH0667716A (ja) * | 1992-08-19 | 1994-03-11 | Mitsubishi Electric Corp | 数値制御装置並びに数値制御方法 |
JP4703863B2 (ja) * | 2001-01-31 | 2011-06-15 | 東芝機械株式会社 | 有限型ころがり案内のずれ補正方法および装置 |
CN109164758B (zh) * | 2018-09-13 | 2021-03-02 | 泉州市信贵机械设备有限公司 | 基于物联网的智能数控机床控制方法及*** |
Family Cites Families (2)
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---|---|---|---|---|
JPS522074B1 (de) * | 1971-04-22 | 1977-01-19 | ||
JPS5674708A (en) * | 1979-11-26 | 1981-06-20 | Toyoda Mach Works Ltd | Numerical control device |
-
1987
- 1987-02-13 DE DE19873704619 patent/DE3704619A1/de active Granted
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Also Published As
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DE3704619A1 (de) | 1988-08-25 |
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