DE3704619C2 - - Google Patents

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:

Tabelle 1

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.

Tabelle 2

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.