DE3821412A1

DE3821412A1 - Verfahren zum korrigieren der fehlausrichtung eines werkstuecks in einer nc-werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3821412A1
Application number: DE3821412A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kunugi; Yoshinari Sasaki
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1987-06-26
Filing date: 1988-06-24
Publication date: 1989-01-05
Also published as: KR890000944A; JPS645753A; KR940003150B1; US4942611A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von NC-Werk zeugmaschinen, z.B. einer Walzenschleifmaschine, die zum Schleifen eines Werkstücks zu einer Walze dient. Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Korrigie ren der Fehlausrichtung eines Werkstücks in einer NC- Werkzeugmaschine. Eine solche Fehlausrichtung liegt vor, wenn die Achse des Werkstücks gegenüber der Achse der Werkzeugmaschine versetzt ist. Erfindungsgemäß soll eine automatische Korrektur der NC-Daten nach Maßgabe der Fehl ausrichtung erfolgen.

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen (NC-Werkzeug maschinen), beispielsweise Walzenschleifmaschinen oder der gleichen, die zum Schleifen eines Werkstücks zu einer Walze dienen, sind im allgemeinen derart ausgebildet, daß sie das Werkstück um die maschineneigene Achse bei gege bener Drehzahl drehen, während ein Werkzeug radial bezüg lich des Werkstücks vor- und zurückbewegt und gleichzeitig das Werkzeug axial bezüglich des Werkstücks bewegt wird. Wenn die Werkzeugmaschinen das Werkzeug in einer solchen Weise bewegen, besitzen die Maschinen im allgemeinen eine Speichereinrichtung zum Speichern von numerischen Steuer daten, die basieren auf den radialen Bewegungshüben des Werkzeugs an den jeweiligen axialen Positionen. Diese numerischen Steuerdaten werden durch sukzessive Programmie rung erhalten. Eine Steuereinheit dient zum Ausgeben von Steuerimpulsen an einen Aktuator, der das Werkzeug auf der Grundlage der gespeicherten numerischen Steuerdaten bewegt. Solche Werkzeugmaschinen werden im großen Umfang auch zur spanabhebenden Bearbeitung von Walzen eingesetzt, die in Walzwerken oder dergleichen eingesetzt werden.

Ein von einer solchen numerisch gesteuerten Werkzeug maschine zu bearbeitenden Werkstück muß exakt an der maschineneigenen Achse befestigt werden. Da das beispiels weise zu einer Walze für eine Walzstraße zu fertigende Werkstück im allgemeinen jedoch ein großes Volumen und ein beträchtliches Gewicht aufweist, ist es schwierig, die Mittelachse oder Drehachse des Werkstücks exakt mit der Achse der Werkzeugmaschine auszurichten. Ist das Werkstück in der Werkzeugmaschine versetzt oder gekippt bezüglich der Maschinenachse angeordnet, so ist das Werk stück bei der spanabhebenden Bearbeitung fehlausgerichtet.

Die in dem Speicher der NC-Werkzeugmaschine gespeicherten NC-Daten werden bezüglich der Koordinaten in axialer Richtung der Werkzeugmaschine bereitgestellt. Wenn folg lich ein fehlausgerichtetes Werkstück zu einer Walze verar beitet wird, ist die Umfangsfläche der fertigen Walze nicht parallel zur Mittelachse der Walze geschliffen, sondern zu einer konischen Form geschliffen. Um eine Fehl ausrichtung eines Werkstücks in einer NC-Werkzeugmaschine zu vermeiden, ist es notwendig, das Werkstück mit einer exakt durchgeführten Zentrierung zu montieren. Dies ist aufwendig.

Es ist gängige Praxis, ein Werkstück während eines Bearbei tungsvorgangs mehrere Male zu zentrieren, um Unregelmäßig keiten der Lagerstellen an den einander entgegengesetzten Enden des Werkstücks auszuschalten. Solche Unregelmäßig keiten können ihre Ursache in der geringen Zentriergenauig keit und in Temperatureinflüssen haben. Der Vorgang wird durchgeführt mit Hilfe von speziellen Mechanismen, die am Spindelstock und am Reitstock der Werkzeugmaschine positioniert sind, um das Werkstück bezüglich der Maschi nenachse zu verschieben. Diese Mechanismen umfassen Motoren zum Verschieben des Spindelstocks und des Reit stocks, um so die zentrierende Justierung zu erreichen. Eine solche Anordnung erfordert jedoch einen aufwendigen und komplexen Aufbau der Werkzeugmaschine und führt dazu, daß die Bearbeitungszeit pro Werkstück beträchtlich hoch ist und der Wirkungsgrad der Maschine nur gering ist, da während der Bearbeitung Zentriermaßnahmen ergriffen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Korrigieren der Fehlausrichtung eines Werkstücks in einer NC-Werk zeugmaschine, z.B. einem Walzenschleifen, zu schaffen, bei dem das Werkstück auch dann die richtige Endform erreicht, wenn das Werkstück fehlausgerichtet in der Werkzeug maschine montiert oder nicht genau mit der Werkzeugmaschi nenachse ausgerichtet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise in Blockform gehaltene schematische Skizze einer NC-Werkzeug maschine, bei der das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Art und Weise veranschaulicht, in der ein Werkstück in einer Werkzeugmaschine montiert wird, und

Fig. 3 ein Diagramm eines Koordinatensystems, bei dem eine Achse mit der Achse des Werkstücks ausgerichtet ist.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein zu einem walzenförmigen Körper spanabhebend zur Bearbeitung des Werkstücks 2 fest zwischen einem Spindelstock und einem Reitstock 6 einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine eingespannt, wobei die Längsachse des Werkstücks 2 ausgerichtet ist mit einer Achse 8 (in Richtung des Pfeils Z) der Werkzeugmaschine. An den Spindelstock 4 ist ein Spindelmotor 10 gekoppelt, der das Werkstück 2 um die Achse 8 dreht.

Ein Schleifwerkzeug 12 mit einem drehbaren Schleifstein ist auf einem Verschiebetisch 16 montiert, der verschieb lich auf einer Führung 14 geführt ist. Der Schleifstein 12 wird von einem Motor 24 um eine Achse 18 gedreht. Der Verschiebetisch 16 wird durch einen Servomotor 20 in Richtung des Pfeils Z verschoben, während er entlang der Führung 16 geführt wird. Der Verschiebetisch 16 ist ferner durch einen Servomotor 22 in Richtung des Pfeils X ver schieblich (radial bezüglich des Werkstücks 2), und zwar entlang einem weiteren (nicht dargestellten) Führungs mechanismus.

Eine numerische Steuereinheit 30 dient zum Abgeben von Steuerimpulsen an Treibereinheiten 32, 34 und 36, die die Servomotoren 20 und 22, den Spindelmotor 10 und den Schleif stein-Motor 24 treiben, um die Drehung des Werkstücks 2 und die des Schleifsteins 12 sowie die Bewegung des Werkstücks 2 und des Schleifsteins 12 entlang der X- und Z-Achse zu steuern, damit das Werkstück 2 so geschliffen wird, daß es entsprechend den numerischen Steuerdaten die gewünschte Form erhält.

Die numerische Steuereinheit 30 umfaßt eine Verarbeitungs einheit 38 in Form eines Mikrocomputers oder dergleichen, einen Speicher 40 zum Speichern eines Steuerprogramms und numerische Steuerdaten, die die Verarbeitungseinheit 38 in die Lage versetzen, eine numerische Steuerung durchzu führen, und eine Impuls-Verteilerschaltung 42 zur Ausgabe von Steuerimpulsen an die Treibereinheiten 32, 34 und 36, ansprechend auf von der Verarbeitungseinheit 38 kommende Befehle. Außerdem enthält die numerische Steuereinheit 30 einen Oszillator 44, der an die Verarbeitungseinheit 38 gekoppelt ist. Die Impulsverteilerschaltung 42 besitzt Schieberegister 50, 52 und 54. Die numerische Steuerein heit 30 ist an eine Eingabeeinheit 46 angeschlossen, über welche ein Steuerprogramm, numerische Steuerdaten und dergleichen eingegeben werden, ferner an eine Anzeigeein heit 48. Mit C ist eine Spantiefe oder Schnittiefe be zeichnet, S ist der Radius des Werkstücks 2 vor dem Schlei fen.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Korrigieren der Fehl ausrichtung des Werkstücks 2 in der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit dem obigen Aufbau beschrieben.

Fig. 2 zeigt schematisch, wie das Werkstück 2 in der Werk zeugmaschine montiert ist. Wenn die Achse Wz des Werk stücks 2 nicht ausgerichtet ist mit oder versetzt ist gegen über der Achse 8 (in Richtung des Pfeils Z) der Werkzeug maschine, wird das Ausmaß der Fehlausrichtung oder Ver setzung der Achse Wz des Werkstücks 2 von einem Mikro meter oder dergleichen gemessen, um Korrekturdaten für die numerischen Steuerdaten zu bestimmen, und diese Korrekturdaten werden in den Prozessor 38 eingegeben. Die Korrekturdaten sollten zumindest die Koordinaten (Xa, Za) der X- und Z-Achsen eines Punkts A, an welchem eine Fehlausrichtungs-Korrektur beginnen sollte, und die Koordinaten (Xb, Zb) der X- und Z-Achsen eines Punkts B, an dem eine Fehlausrichtungs-Korrektur abgeschlossen werden sollte, umfassen.

Auf der Grundlage der Korrekturdaten korrigiert die Ver arbeitungseinheit 38 unter den im Speicher 40 abge speicherten numerischen Speicherdaten die Stellungs- oder Positionsdaten des Schleifsteins 12 entlang der Achse 18 und/oder die Daten des Bewegungshubs des Schleifsteins 18 in radialer Richtung (angedeutet durch den Pfeil X).

Bei einem ersten Prozess für eine solche Datenkorrektur wird die Einschnittiefe C in radialer Richtung (Pfeil richtung X) des Schleifsteins 12 abhängig von der Stellung des Schleifsteins 12 entlang der Achse 18 derart korri giert, daß die korrigierte Einschnittiefe C′ die Form

C′ = C + δ (1)

hat, wobei C die Einschnittiefe des Schleifsteins 12 und δ der Betrag der Fehlausrichtung des Werkstücks 2 gemäß Fig. 2 ist. Der Betrag der Fehlausrichtung w ist durch folgende Gleichung gegeben:

wobei S der Radius des Werkstücks 2 ist. Wenn ein Befehl für eine Fehlausrichtungskorrektur und die Korrekturdaten über die Eingabeeinheit 46 in die Verarbeitungseinheit 48 eingegeben werden, bewirkt letztere Korrekturberechnungen entsprechend den Gleichungen (1) und (2), um den Bewegungs hub des Schleifsteins 12 in radialer Richtung (X-Richtung), d.h. die Einschnittiefe C, abhängig von der Stellung des Schleifsteins 12 entlang der Achse 18 (Z-Richtung) zu korrigieren, und sie veranlaßt den Schleifstein 12, das Werkstück 2 bis zur Einschnittiefe C′ zu schleifen. Auf diese Weise läßt sich die Werkstück-Fehlausrichtung auto matisch korrigieren.

Nach einem zweiten Prozess zum Korrigieren der Werkstück- Fehlausrichtung werden die Koordinaten der Steuerwerte der numerischen Steuerdaten derart transformiert, daß eine Achse des der numerischen Steuereinheit 30 inhärenten Koordi natensystems ausgerichtet wird mit der Achse Wz des Werk stücks 2.

Genauer gesagt: die Koordinaten der numerischen Steuer daten werden so transformiert, daß eine Radialrichtung Wx senkrecht zur Achse Wz des Werkstücks 2 als X-Achse verwendet wird. Diese Koordinatentransformation läßt sich durch folgende Gleichung beschreiben:

Wenn ein Befehl für eine Fehlausrichtungs-Korrektur sowie die Korrekturdaten über die Eingabeeinheit 46 in die Verarbeitungseinheit 38 eingegeben werden, führt diese entsprechend der Gleichung (6) eine Korrektur-Berechnung durch, um die Koordinaten der Positionsdaten des Schleif steins 12 entlang der Achse 18 sowie die Daten des Be wegungshubs des Schleifsteins 12 in Radialrichtung (Pfeil X) aus den System-Koordinaten der numerischen Steuereinheit 30 zu transformieren in solche bezüglich der Achse Wz und der Radialrichtung Wx des Werkstücks 2. Außerdem versetzt die Verarbeitungseinheit den Schleifstein 12 in die Lage, das Werkstück 2 auf der Grundlage der transformierten Koordinatenwerte zu schleifen. Demzufolge wird die Fehl ausrichtung des Werkstücks automatisch korrigiert.

Bei dem oben erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren wird die Fehlausrichtung des Werkstücks gemessen, um Korrektur daten zu erhalten. Unter den numerischen Steuerdaten, den Positionsdaten des Werkzeugs entlang der Achse und/oder den Daten des Bewegungshubs des Werkzeugs in radialer Richtung werden auf der Grundlage der Korrekturdaten korrigierte Werte berechnet, und das Werkzeug wird auf der Grundlage der korrigierten Werte zur Bearbeitung des Werkstücks gesteuert. Es ist also nicht notwendig, eine exakte Zentrier-Prozedur bei dem in die Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück vorzunehmen. Die Anzahl der Schritte bei der Bearbeitung des Werkstücks ist verringert, und die Bearbeitungseffizienz der Maschine ist erhöht. Da kein spezieller Zentriermechanismus an der Werkzeugmaschine vor handen sein muß, kann die Werkzeugmaschine einen einfachen Aufbau besitzen.

Claims

1. Verfahren zum Korrigieren der Fehlausrichtung eines Werkstücks in einer NC-Werkzeugmaschine, die das mit vor bestimmter Drehzahl gedrehte Werkstück einer (spanabheben den) Bearbeitung zur Bildung einer Walze unterzieht, wobei ein Werkzeug relativ zum Werkstück radial vor und zurück und auch axial bewegt wird, umfassend die Schritte:

- Messen des Betrags der Fehlausrichtung der Werkstückachse und Eingeben des gemessenen Betrags als Korrekturdaten in eine Steuereinrichtung, die numerische Steuerdaten (NC- Daten) speichert, die durch sukzessive Programmierung der Radialbewegungshübe eines Werkzeugs abhängig von den Axialstellungen des Werkzeugs erzeugt werden,
- unter den numerischen Steuerdaten werden korrigierte Werte der Stellungsdaten des Werkzeugs in axialer Richtung und/oder korrigierte Werte der Daten der Hübe der Werkzeugbewegung in radialer Richtung auf der Grundlage der Korrekturdaten berechnet, und
- das Werkzeug wird auf der Grundlage der berechneten korrigierten Werte bei der Bearbeitung des Werkstücks gesteuert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Korrektur daten eingegeben werden als zumindest die Koordinaten in Axial- und Radialrichtungen eines Startpunkts an dem Werkstück, an welchem auf der Grundlage der korrigierten Werte die Bearbeitung des Werkstücks beginnen sollte, sowie eines Endpunkts des Werkstücks, an dem die Bearbei tung des Werkstücks auf der Grundlage der korrigierten Werte beendet werden sollte.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die korrigierten Werte der Stellungsdaten des Werkzeugs in axialer Richtung und/oder die korrigierten Werte der Daten der Bewegungs hübe des Werkzeugs in radialer Richtung auf der Grundlage der Korrekturdaten durch Koordinatentransformation be rechnet werden, um eine Achse der der Steuereinrichtung zugrundeliegenden Koordinaten auszurichten mit der Achse des Werkstücks.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem korrigierte Daten C′ des Bewegungshubs des Werkzeugs in radialer Richtung (X-Richtung) bezüglich einer vorbestimmten Stellung des Werkzeugs in axialer Richtung (Z-Richtung) angegeben werden durch: wobei C Daten bezüglich des Bewegungshubs vor der Korrektur sind, folgende Abkürzungen gelten:Δ X= Xa - Xb Δ Z= Za - Zb Xa′= Xa + Sx Xb′= Xb + Sx Za′= Za + Sz Zb′= Zb + Sz Xa, Za die Koordinaten des Startpunkts der Werkstückbe arbeitung, Xb, Zb die Koordinaten des Endpunkts der Werk stückbearbeitung und Sx, Sz Komponenten in X- und Z-Rich tung des Radius S des Werkstücks vor dessen Bearbeitung sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem korrigierte Stellungsdaten Z des Werkzeugs in axialer Richtung (Z-Richtung) und korrigierte Daten X der Bewegungshübe des Werkzeugs in radialer Richtung (X-Richtung) gegeben sind durch: wobei X′, Z′ die Daten des Bewegungshubs und die Positions daten vor der Korrektur sind und weiterhin gilt: Xa, Za die Koordinaten des Startpunkts des Werkstücks, Xb, Zb die Koordinaten des Endpunkts des Werkstücks und S der Radius des Werkstücks vor dessen Bearbeitung ist.