DE4108880C2 - Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine - Google Patents

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine (NC), und zwar insbesondere auf eine numerische Steuerungs­ vorrichtung mit einer Vielzahl von Antriebswellen zum Bewegen oder Verstellen eines ein Werkstück tragenden Tisches in drei Dimensions- oder Meßrichtungen und einer Spindel zum Tragen eines Werkzeugs. Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist eine numerische Steuerungsvorrichtung, bei der eine maschinelle Profilbearbeitung unter Verwendung eines Bogeninterpolationsverfahrens durchgeführt wird, wobei gemäß der Erfindung ein Positionsfehler der Spindelachse mit hoher Genauigkeit optimal korrigiert werden kann, wenn die Bewegungs- oder Drehrichtungen von jeweiligen Antriebswellen geändert werden.
Bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine zum Durchführen eines dreidimensionalen Schnittvorganges sind Antriebswellen zum Bewegen oder Verschieben in der X-, Y- und Z-Richtung eines rechtwinkligen Koordinatensystems vorgesehen, und darüberhinaus sind Antriebswellensteuerungen für die jeweilige Antriebswellen und eine Spindel zum Anbringen eines Werkzeugs vorhanden. Die Antriebswellensteuerungen werden gleichzeitig angesteuert, um einen Tisch, auf dem ein Werkstück angebracht ist, zum dreidimensionalen Bearbeiten des Werkstücks zu verschieben. Zum Ausführen einer solchen Mehrwellensimultansteuerung wird im allgemeinen eine programmierte numerische Steuerung verwendet. Da numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen der oben beschriebenen Art allgemein bekannt sind, wird der Einfachheit halber auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet.
Jede der oben erwähnten Antriebswellensteuerungen enthält einen Servomotor zum Bewegen oder Verstellen eines bewegbaren Teils, das das Werkstück trägt, eine Servosteue­ rung zur Ansteuerung des Servomotors in Abhängigkeit von einem Positionsbefehl und einen Positionsdetektor zum Erfassen der Position des Servomotors und zum Zurückführen der erfaßten Position zu der Servosteuerung. Die genannten Mechanismen sind für alle Antriebswellen vorgesehen.
In einer derartigen numerischen Steuerung treten aufgrund des Vorhandenseins mechanischer Teile verschiedenartige Positionsfehler auf, zu denen als typischer Positionsfehler ein auf Lose oder Spiel beruhender Totgangfehler zählt. Es wurden bereits verschiedenartige Verfahren vorgeschlagen, um den Positionsfehler in den Bewegungsrichtungen der jeweiligen Antriebswellen zu kompensieren, d. h. den Positionsfehler, der auftritt, wenn die bewegbaren Teile in derselben Richtung angetrieben bzw. verstellt werden.
Methoden oder Verfahren dieser Art sind in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen JP-A-63-308613 (1988) und JP-A-52-2074 (1977) beschrieben.
Bei den bekannten Steuerungen tritt allerdings ein kleiner Positionsfehler der Spindel auf, wenn die Bewegungsrichtung jeder Antriebswelle umgekehrt wird.
Werden beispielsweise beim Verstellen oder Verschieben des Tisches eines Bearbeitungszentrums horizontaler Bauform die Bewegungsrichtungen der jeweiligen Antriebswellen in den drei Dimensionsrichtungen umgekehrt, tritt ein kleiner Fehler parallel zur Achse der Spindel auf. Bei den bekannten Steuerungen wurden jedoch solche Positionsfehler nicht korrigiert.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Positionsfehlers eines Bearbeitungszentrums horizontaler Bauform, bei dem die Achse der Spindel parallel zur Y-Achse der Tischantriebsachse ist, wobei der Positionsfehler unter Anwendung eines Doppel-Kugel-Stangen-Prüfverfahrens gemessen wird, das auch DBB-Prüfverfahren genannt wird (DBB-Prüfverfahren = double ball bar test method). Dieses DBB-Prüfverfahren ist im einzelnen in einem Aufsatz mit dem Titel "Study on the Motion Accuracy of NC Machine Tools" (Teil 1) von Yushiaki Kakino, Frühjahrstreffen des Institute of Precision Machining, 2. Sep. 1985, und in einer Literaturstelle mit dem Titel "Method of Evaluation of the Degree of Precision of NC Machine Tool", veröffentlicht von Murata, 20. Sep. 1988, Seite 20, Kapitel 3 "Meßgeräte" erläutert.
Fig. 3 veranschaulicht das Ergebnis der Messung, die man durch Messen des Positionsfehlers der Tischantriebswelle bei einem Bearbeitungszentrum horizontaler Bauart erhält, und zwar unter Verwendung des DBB-Prüfverfahrens, wobei die Spindelachse parallel zur Y-Achse der Tischantriebswelle ist. In Fig. 3 stellen X und Y die X- und Y-Koordinaten­ achse der Bewegungsrichtung des Tisches dar, der das Werkstück trägt, wobei die Achse der Spindel parallel zur Y-Achse verläuft.
Es soll ein Fall betrachtet werden, bei dem ein gekrümmtes Werkstück, beispielsweise ein Zylinder, zu bearbeiten ist. Wenn in einem solchen Fall der Tisch von einer Position in der Y-Achsenrichtung zu einer Position in der Y-Achsenrichtung durch eine Position in der X-Achsen­ richtung unter Verwendung eines Bogeninterpolationsverfahrens bewegt wird, kommt es bei der Position zu einer Umkehr der Bewegungsrichtung des Tisches in der Richtung der Y-Achse. Dabei wird aufgrund eines mechanischen Fehlers die Achse der Spindel veranlaßt, in einer X-Achsenrichtung eine Abweichung vorzusehen. Die Folge davon ist, daß sich die Achse der Spindel zum Startpunkt über eine Abweichungsposition in der X-Achsenrichtung bewegt. Wenn danach der Tisch gestartet wird, um in der Gegenuhrzeigersinnrichtung vom Punkt in der X-Achsenrichtung zu drehen, wird die Position der Achse der Spindel in der Richtung längs der X-Achse fehlerhaft, da die Richtung der Bewegung des Tisches in der Y-Achsenrichtung umgekehrt ist. Der Tisch geht daher nicht durch Punkt A im Falle der Gegenuhrzeigerdrehung, sondern stattdessen beginnt der Tisch aus der Position B zu starten, um sich von der Position auf der Y-Achse aus zu bewegen, und bewegt sich in Richtung auf die Position B. Der Tisch bewegt sich somit von der Position in der Y-Achse zu der Position in der X-Achse. Unter diesen Bedingungen wird die Bewegung des Tisches in der Y-Achsenrichtung umgekehrt, wobei ein Positionsfehler der Spindel aus denselben Gründen auftritt, wie es oben beschrieben worden ist.
Dieser Fehler erreicht einen Maximumwert, wenn die Richtung der Bewegung der zur Spindelachse parallelen Antriebswelle umgekehrt wird. Bei den anderen Antriebswellen treten ähnliche Fehler auf, wenn die Bewegungsrichtungen dieser Antriebswellen umgekehrt werden.
Da sich aufgrund der Umkehr der Bewegungsrichtung der Antriebswelle diese Erscheinungen wiederholen, und zwar sowohl bei einer Drehung im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn, tritt ein Positionsfehler der Spindel­ achse mit dem Ergebnis auf, daß der Ort der Bewegung der Spindel zu einem Doppelkreis wird, wie es durch Symbole CW und CCW in Fig. 3 dargestellt ist, wodurch die Genauigkeit der Bewegung eines numerisch gesteuerten Mechanismus abnimmt und die damit einhergehende Ungenauigkeit der Positionierung die Bearbeitungsgenauigkeit vermindert.
Die Unzulänglichkeiten der bekannten oben beschriebenen numerischen Steuerung können (vgl. Fig. 5) wie folgt zusammengefaßt werden. Ein Positionsbefehl Xc wird einem Servomotor 103 über ein erstes Addierglied 101 und eine Servosteuerung 102 zugeführt. Die Anzahl der Umdrehungen oder die Winkelposition des Rotors des Servomotors 103 wird von einem Codierer 104 abgefühlt, und das Ausgangssignal des Codierers 104 gelangt zu einem Eingangs­ anschluß eines zweiten Addierglieds 105. In Abhängigkeit vom Positionsbefehl Xc gibt ein Umkehrdetektor 106 ein Ausgangs­ signal Ax abhängig von der Umkehr des Positionsbefehls Xc ab, und das Ausgangssignal Ax des Umkehrdetektors 106 steuert die Stellung des Umschaltkontakts eines Umschalters 107. An dem einen feststehenden Kontakt liegt normalerweise ein Nulltotgangsignal 0 an. Dem anderen feststehenden Kontakt des Umschalters 107 werden Kompensationsdaten Cx zugeführt. Das Ausgangssignal des Umschalters 107 gelangt zu einem weiteren Eingangsanschluß des zweiten Addierglieds 105. Die durch das zweite Addierglied 105 gebildete Summe oder Differenz wird einem weiteren Eingangsanschluß des ersten Addierglieds 101 zugeführt, und zwar mit der Wirkung, daß der Positionsfehler des bewegbaren oder verschiebbaren Teils so klein wie möglich wird.
Aus der DD 150 805 ist zwar eine Positioniereinrichtung bekannt mit einer Servosteuerung, Einrichtungen zum Erfassen der Positionen eines Servomotors und mehreren Teilspeichern zum Speichern verschiedener Korrekturwerte sowie auch einem Richtungsdecoder, jedoch ist in dieser Schrift die Positioniereinrichtung nur für eine Antriebsachse gedacht und berücksichtigt nur die Richtungsumkehr dieser einen Achse. In die Korrektur werden auch Positionsfehler einbezogen, die durch elektrische und elektronische Bauelemente und Baugruppen verursacht werden, jedoch wird jede Achse nur für sich korrigiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der DD 150 805 eine gesteuerte Werkzeugmaschine mit mehreren Antriebswellen zum dreidimensionalen Bewegen des Werkzeugtisches zu schaffen, die bei Bewegungsumkehr der Antriebswellen eine genauere Fehlerkompensation ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanaspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wird die Position einer Antriebswelle nicht nur bei einer Bewegungsumkehr dieser Antriebswelle selbst, sondern auch bei der Bewegungsumkehr einer anderen Antriebswelle korrigiert. Die eigene Kompensationsgröße im Patentanspruch 1 dient zur Kompensation eines Positionsfehlers der Maschinenspindelachse, der durch den Totgang oder das Spiel einer Antriebswelle verursacht wird, wenn eine Drehrichtungsumkehr dieser Antriebswelle selbst erfolgt. Die zweite Art von Kompensationsgröße, die relative Kompensationsgröße im Patentanspruch 1, dient zur Kompensation eines Positionsfehlers der Spindelachse, der durch eine Antriebswelle verursacht wird, wenn bei einer anderen Antriebswelle eine Drehbewegungsumkehr auftritt. Nach der Erfindung wird aus der eigenen Kompensationsgröße und der oder den relativen Kompensationsgrößen ein Fehlerkompensationsgrößensignal gewonnen. Dieses Signal wird dann dazu verwendet, um das Positionsbefehlssignal bzw. das aus einem Positionsbefehl und Positionserfassungssignal gebildete Regelabweichungssignal zu korrigieren.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschauli­ chung der Beziehung zwischen dem Hauptabschnitt einer numerischen Steuerung einschließlich eines Rechners und einer Servosteuerung zur Kompensation des Positionsfehlers in der X-, Y- und Z-Achsenrichtung der Antriebswellensteuerung,
Fig. 2 ein Schaltbild zur Veranschaulichung von Einzelheiten der Verbindungen der in Fig. 1 gezeigten Positions­ fehlerkompensationseinrichtung für die X-, Y- und Z-Achse,
Fig. 3 eine graphische Darstellung zum Aufzeigen des Orts der durch eine bekannte numerische Steuerung ge­ steuerten Spindel,
Fig. 4 eine graphische Darstellung zum Aufzeigen des Ergeb­ nisses der Messung des Positionsfehlers der Spindel bei einer Werkzeugmaschine, die von der neuartigen numerischen Steuerung nach der Erfindung gesteuert wird, und
Fig. 5 ein Schaltbild einer bekannten numerischen Steuerung.
Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer numerischen Steuerung oder einer numerischen Steuerungsvorrichtung, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Zur Linken einer gestrichelt eingezeichneten Linie befindet sich der Hauptabschnitt der numerischen Steuerung einschließlich einer Zentraleinheit CPU, eines Festwertspeichers ROM, eines Direktzugriffsspeichers RAM und einer Eingabe/Ausgabe- Schnittstelle E/A. All diese Einheiten sind in einer an sich bekannten Art und Weise mit einer Busleitung 110 verbunden. Die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle E/A liefert Positionsbefehle (Befehlsignale) Xc, Yc und Zc an jeweilige Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113. Die Antriebswellensteuerung 111 erzeugt ein Umkehrerfassungssignal Ax, das die Umkehr der Drehbewegung des Servomotors 103 (s. Fig. 5) anzeigt. Das Umkehrerfassungssignal Ax wird allen Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113 zugeführt. In gleicher Weise erzeugen die anderen Antriebswellensteuerungen 112 und 113 ebenfalls Umkehrerfassungssignale Ay und Az, die ebenfalls allen Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113 zugeführt werden.
Fig. 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild der Antriebs­ wellensteuerungen 111, 112 und 113, die in der X-, Y- und Z-Achsenrichtung eines rechtwinkligen Koordinatensystems die Bewegungen eines Tisches steuern, der zum Tragen eines Werkstücks dient. Die nachstehende Beschreibung ist auf einen Fall abgestellt, bei dem die Spindel parallel zur Antriebswelle Y verläuft. Jede der Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113 enthält Servomotoren 12a, 12b und 12c, Servosteuerungen 14a, 14b und 14c zur Steuerung der Servomotoren 12a, 12b und 12c in Abhängigkeit von den Befehlssignalen Xc, Yc und Zc, sowie Positionsdetektoren (Positionserfassungs­ einrichtungen) 16a, 16b und 16c, die den Servomotoren 12a, 12b und 12c zugeordnet sind und dazu dienen, die Positionen der Servomotoren 12a, 12b und 12c zu erfassen und die erfaßten Positions­ signale der Servomotoren 12a, 12b und 12c zu den Servosteuerungen 14a, 14b und 14c zurückzuführen. Die Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113 enthalten Umkehrdetektoren 18a, 18b und 18c, die die Umkehr der Antriebswelle erfassen und deren Ausgangs­ signale allen Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113 zugeführt werden, wie es bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert worden ist. Ferner enthalten die Antriebswellen­ steuerungen Speichereinrichtungen 20a, 20b und 20c, die zum Speichern von Kompensationsbeträgen dienen, die die Positionsfehler der Spindelachse kompensieren, die durch die Bewegungsrichtungsumkehr der verschiedenen Antriebswellen verursacht werden. Schließlich enthalten die Antriebs­ wellensteuerungen 111, 112 und 113 noch Auswahleinrichtungen 22a, 22b und 22c, die die Speichereinrichtungen 20a, 20b und 20c auswählen, die die Korrekturbeträge speichern. Die Auswahl­ einrichtungen 22a, 22b und 22c werden betrieben in Abhängigkeit von den erfaßten Ergebnissen der Umkehrdetektoren 18a, 18b und 18c.
In allen Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113 wird das der jeweils zugeordnete Antriebswelle zugeordnete Umkehrerfassungssignal Ax, Ay und Az einem Umschalter 107a, 107b und 107c als Umschaltsignal zugeführt. Wie bei dem an Hand von Fig. 5 beschriebenen Stand der Technik wählen die Umschalter 107a, 107b, und 107c in Abhängigkeit von den Umkehrerfassungssignalen Ax, Ay und Az für die zugeordnete Antriebswelle gedachte, d. h. eigene Kompensationssignale (Kompensationsgröße) Cxx, Cyy bzw. Czz oder jeweils ein Nulltotgangsignal 0 aus. Die jeweils ausgewählten Signale werden dann Addiergliedern 17a, 17b und 17c zugeführt, wie es aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Gemäß den Signalen, die die mit den verschiedenen Antriebs­ wellen zugeordneten Umkehrdetektoren 18a, 18b und 18c ausgeben, wählen die Auswahleinrichtungen 22a, 22b und 22c jeweils die Speichereinrichtungen 20a, 20b und 20c aus, die die Kompensationsbeträge speichern. Dadurch werden die gespeicherten Fehlerkompensationsbeträge zurück zu den Servosteuerungen 14a, 14b und 14c geführt, um die Positionsfehler zu korrigieren.
Die nach der Erfindung ausgebildete numerische Steuerung arbeitet wie folgt: Die oben beschriebene numerische Steuerung enthält drei Antriebswellen zum Bewegen eines ein Werkstück tragenden Tisches einer Werkzeugmaschine in der X-, Y- und Z-Richtung rechtwinkliger Koordinaten, die Spindel einer Werkzeugmaschine und die Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113 für die einzelnen Antriebswellen. Durch gleichzeitige Steuerung der Antriebs­ wellensteuerungen 111, 112 und 113 zum Bewegen des Tisches ist eine dreidimensionale Bearbeitung möglich.
Die numerische Steuerung analysiert die Positionsbefehle Xc, Yc und Zc der jeweiligen Antriebswellen gemäß vorbestimmten Betriebsprogrammen, um aufeinanderfolgend die Positions­ befehle der jeweiligen Antriebswellen anzulegen und die Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113 entsprechend anzusteuern. Die Betriebsprogramme basieren auf eingegebenen Daten.
Die Positionsbefehle Xc, Yc und Zc gelangen zu den Servosteuerungen 14a, 14b und 14c, die zur Ansteuerung der Servomotoren (Motor) 12a, 12b und 12c dienen. Die Drehbewegungen dieser Motoren 12a, 12b und 12c werden von den Positionsdetektoren 16a, 16b und 16c erfaßt, und ihre Ausgangssignale Xf, Yf und Zf werden über die in Fig. 5 dargestellten ersten und zweiten Addierglieder 101 und 105 zurück zu den Servosteuerungen 14a, 14b und 14c geführt, wodurch das vom Tisch getragene Werkstück zu einer Bearbeitungsposition bewegt wird, und das Werkstück in der X-, Y- und Z-Achsenrichtung mit Hilfe eines an der Spindel befestigten Werkzeugs bearbeitet wird.
Wie es unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben worden ist, wird der Tisch zum Bearbeiten einer gekrümmten Oberfläche, beispielsweise eines Zylinders, im Uhrzeigersinn (Cw) von der Position aus in der Y-Achsenrichtung mittels eines Bogeninterpolationsverfahrens gestartet, um über den Punkt in der X-Achsenrichtung die Position in der Y-Achsenrichtung zu erreichen. Sobald der Tisch die Position erreicht hat, wird die Bewegungsrichtung des Tisches umgekehrt. Die Achse der Spindel unterliegt dabei einem Fehler in Richtung der Position in der X-Achsenrichtung aufgrund eines mechanischen Fehlers. Die Achse der Spindel kehrt dann zur Ursprungsposition zurück, nachdem sie die Abweichungsposition in der X-Achsenrichtung passiert hat.
Wenn dann der Tisch gestartet wird, um in Gegenuhrzeiger­ richtung (CCW) von der Position in der X-Achsenrichtung zu drehen, weicht die Position der Achse der Spindel von der Position in der X-Achsenrichtung ab, weil die Bewegungs­ richtung des Tisches in der Y-Achsenrichtung auch umgekehrt wird, so daß, wenn der Tisch in der Uhrzeigersinnrichtung bewegt wird, das Ergebnis auftritt, daß der Tisch von der Position B anstelle der Position A startet. Die Achse der Spindel wird somit von der Position in der Y-Achsen­ richtung in Richtung auf die Position in der X-Achsen­ richtung gestartet. Dabei kehrt sich die Bewegungsrichtung des Tisches um, so daß ein Positionsfehler der Achse der Spindel in der gleichen Weise wie oben beschrieben verursacht wird.
Dieser Fehler erreicht das Maximum, wenn die Richtung der Bewegung des Tisches in einer Richtung parallel zur Achse der Spindel umgekehrt wird, aber es treten auch ähnliche Fehler auf, wenn die Bewegungsrichtungen der anderen Antriebswellen umgekehrt werden.
Zum Zwecke der Kompensation solcher Positionsfehler sind die Antriebssteuerungen 111, 112 und 113 mit Umkehrdetektoren 18a, 18b und 18c ausgerüstet, die die Umkehr der Antriebs­ motoren 12a, 12b und 12c erfassen und ihre Ausgangssignale Ax, Ay und Az den Antriebswellensteuerungen 111, 112 und 113 zuführen, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben worden ist.
Die jeweiligen Antriebswellensteuerungen 111, 112, und 113 sind mit den Speichereinrichtungen 20a, 20b und 20c ausgerüstet, die Korrekturbeträge speichern, die zum Kompensieren der Positionsfehler erforderlich sind und die vorab durch Ausmessen der Positionsfehlerbeträge an den Achsen der Spindel ausgemessen worden sind, die auftreten, wenn die Bewegungsrichtungen der verschiedenen Antriebs­ wellen umgekehrt werden.
In diesen Speichereinrichtungen 20a, 20b und 20c stellt Cxy den Kompensationsbetrag bezüglich der Y-Achse dar, wenn sich die Drehung in der X-Achse umkehrt, und Cxz stellt den Kompensationsbetrag bezüglich der Z-Achse dar, wenn sich die Drehung in der X-Achse umkehrt. Gleichermaßen stellt Cyx den Kompensationsbetrag bezüglich der X-Achse dar, wenn sich die Bewegung in der Y-Achse umkehrt, Cyz stellt den Kompensationsbetrag bezüglich der Z-Achse dar, wenn sich die Bewegung in der Y-Achse umkehrt, Czx stellt den Kompensationsbetrag bezüglich der X-Achse dar, wenn sich die Bewegung in der Z-Achse umkehrt, und Czy stellt den Kompensationsbetrag bezüglich der Y-Achse dar, der durch die Umkehr der Bewegung in der Z-Achse verursacht wird. O stellt den Kompensationsbetrag dar, wenn keine Umkehr der Achse auftritt.
In Abhängigkeit von den Signalen Ax, Ay und Az, die von den Umkehrdetektoren 18a, 18b und 18c erzeugt werden, welche den jeweiligen Antriebswellen entsprechen, wählen die Umschalter (Auswahleinrichtungen) 22a, 22b und 22c die Speichereinrichtungen 20a, 20b und 20c aus, die die Kompensationsbeträge speichern, und zwar in einer solchen Weise, daß die aus den Speichereinrichtungen 20a, 20b und 20c ausgelesenen und dann zu den Servosteuerungen 14a, 14b und 14c zurückgeführten Fehlerkompensationsgrößensignale Cx, Cy und Cz die Kompensation der Positionsfehler bewirken.
Wenn somit, wie oben beschrieben, die Bewegungsrichtung des bewegbaren Teils längs der Y-Achse umgekehrt wird, liefert der Umkehrdetektor 18b sein Ausgangssignal Ay an die Antriebswellensteuerungen 111 und 113 für die anderen Antriebswellen, um den Kompensationsbetrag Cyx (Kompensationsbetrag für den X-Achsenfehler, der durch die Umkehr der Bewegung in der Y-Achse verursacht ist) und den Kompensationsbetrag Cyz (Korrektur- oder Kompensationsbetrag für die Z-Achse, der durch die Umkehr der Bewegung in der Y-Achse verursacht ist) aus den Speichereinrichtungen 20a und 20c mit Hilfe bzw. durch Betätigung der Umschalter 22a und 22c auszuwählen. Die ausgelesenen Kompensationsbeträge werden zurück zu den Servosteuerungen 14a und 14c geführt, um den Positionsfehler zu kompensieren. Die Orte der Spindel sind durch CW und CCW, wie in Fig. 3 gezeigt, dargestellt, wobei die Genauigkeit der Bewegung der mechanischen Teile der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine und damit die Genauigkeit der Positionierung und Bearbeitung verbessert werden (vgl. Fig. 4).

Claims (6)

1. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, enthaltend:
  • - eine Befehlsvorrichtung,
  • - einen Tisch zum Haltern eines zu bearbeitenden Werkstücks,
  • - eine Maschinenspindel zum Anbringen eines zum Bearbeiten des Werkstücks dienenden Werkzeugs,
  • - mehrere Antriebswellen mit voneinander verschiedenen Achsenrichtungen zum dreidimensionalen Bewegen des Tisches, und
  • - eine Antriebswellensteuerung (111; 112; 113) für jede zu steuernde Achse, wobei jede Antriebswellensteuerung (111; 112; 113) ihrerseits aufweist:
    • -- einen Servomotor (12a; 12b; 12c), der von einem Positionsbefehl (Xc; Yc; Zc) der Befehlsvorrichtung angesteuert ist,
    • -- einen Umkehrdetektor (18a; 18b; 18c), der bei Detektion einer Bewegungsumkehr der Antriebswelle anhand des Positionsbefehls (Xc; Yc; Zc) ein Umkehrerfassungssignal (Ax; Ay; Az) erzeugt,
    • -- eine Speichereinrichtung (O; Cxx, 20a, O, Cyy, 20b; O, Czz, 20c), die Kompensationsgrößen speichert, die eine eigene Kompensationsgröße (O, Cxx; O, Cyy; O, Czz) zum Kompensieren eines Positionsfehlers der Achse der Maschinenspindel umfaßt, der durch Totgang der Antriebswelle verursacht wird, wenn diese eine Bewegungsumkehr ausführt,
    • -- eine Auswahleinrichtung (22a, 107a; 22b, 107b; 22c, 107c), die ein Fehlerkompensationsgrößensignal (Cx; cy; Cz) auswählt, das sich aus der eigenen Kompensationsgröße (O, Cxx; O, Cyy; O, Czz) welche das Bewegungsverhalten der betrachteten Achse berücksichtigt, und zusätzlich aus relativen Kompensationsgrößen (Cyx, Czx; Czy; Cxy; Cxz; Cyz), welche das Bewegungsverhalten der übrigen Achsen berücksichtigen, zusammensetzt,
    • -- einen Positionsdetektor (16a; 16b; 16c), der ein die Position des Servomotors (12a; 12b; 12c) anzeigendes Positionserfassungssignal (Xf; Yf; Zf) ausgibt, und
    • -- eine Servosteuerung (14a; 14b; 14c), die den Servomotor (12a; 12b; 12c) in Abhängigkeit von einem kompensierten Positionsabweichungssignal, das aus dem Positionsbefehl (Xc; Yc; Zc), dem Positionserfassungssignal (Xf; Yf; Zf) und dem Fehlerkompensationsgrößensignal (Cx; Cy; Cz) gebildet ist, steuert.
2. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach Anspruch 1,
  • - bei der die mehreren Antriebswellen drei Antriebswellen umfassen.
3. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
  • - bei der jede Speichereinrichtung (O, Cxx, 20a; O, Cyy, 20b; O, Czz, 20c) enthält: einen Eigenkompensationsgrößenspeicher zum Speichern der eigenen Kompensationsgröße (O, Cxx; O, Cyy; O, Czz) und
    • -- einen Erstrelativkompensationsgrößenspeicher zum Speichern einer relativen Erstkompensationsgröße (Cyx; Czy; Cxz), welche die Einflüsse auf die eigene Antriebswelle kompensiert, die durch Bewegungsumkehr einer anderen Antriebswelle verursacht werden, wenn diese andere Antriebswelle eine durch ihren Umkehrdetektor (18a; 18b; 18c) erfaßt Bewegungsumkehr ausführt.
4. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach Anspruch 3,
  • - bei der die relativen Kompensationsgrößen (Cyx; Czx; Czy; Cxy; Cxz; Cyz) ferner eine relative Zweitkompensationsgröße (Czx; Cxy; Cyz) zum Kompensieren von Einflüssen auf die eigene Antriebswelle, die durch Bewegungsumkehr einer weiteren der anderen Antriebswellen verursacht werden, umfassen,
  • - Jede Speichereinrichtung (O, Cxx, 20a; O, Cyy, 20b; O, Czz, 20c) ferner einen Zweitrelativkompensationsgrößenspeicher enthält,
  • - der Eigenkompensationsgrößenspeicher die eigene Kompensationsgröße (Cxx; Cyy; Czz) und Nulltotgangdaten (0) speichert, wobei die Nulltotgangdaten (0) einen Totgang der ersten Antriebswelle von Null angeben,
  • - der Erstrelativkompensationsgrößenspeicher die relative Erstkompensationsgröße (Cyx; Czy; Cxz) zum Kompensieren eines Einflusses auf die eigene Antriebswelle bei Bewegungsumkehr der anderen Antriebswelle und erste Nullkompensationsgrößendaten speichert, die eine Nullumkehr der anderen Antriebswelle anzeigen, und
  • - der Zweitrelativkompensationsgrößenspeicher die relative Zweitkompensationsgröße (Czx; Cxy; Cyz) zum Kompensieren eines Einflusses auf die eigene Antriebswelle bei Bewegungsumkehr der weiteren anderen Antriebswelle und zweite Nullkompensationsgrößendaten speichert, die eine Nullumkehr der weiteren anderen Antriebswelle anzeigen.
5. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach Anspruch 3,
  • - bei der jede Auswahleinrichtung (22a, 107a; 22b, 107b; 22c, 107c) enthält:
    • -- einen Eigenkompensationsgrößenwähler (107a; 107b; 107c), der in Abhängigkeit vom Umkehrerfassungssignal (Ax; Ay; Az) auswählt, ob die eigene Kompensationsgröße (O, Cxx; O, Cyy; O, Czz) in das Fehlerkompensationsgrößensignal (Cx; Cy; Cz) einbezogen werden soll, und
    • -- einen Erstrelativkompensationsgrößenwähler (22a; 22b; 22c), der in Abhängigkeit vom Umkehrerfassungssignal (Ax; Ay; Az) einer anderen Antriebswelle auswählt, ob die relative Erstkompensationsgröße (Cyx; Czy; Cxz) in das Fehlerkompensationsgrößensignal (Cx; Cy; Cz) einbezogen werden soll.
6. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach Anspruch 5,
  • - bei der jede Auswahleinrichtung (22a, 107a; 22b, 107b; 22c, 107c) ferner einen Zweitrelativkompensationsgrößenwähler enthält, wobei der Erstrelativkompensationsgrößenwähler (22a; 22b; 22c) in Abhängigkeit vom Umkehrerfassungssignal (Ax; Ay; Az) der anderen Antriebswelle auswählt, ob die relative Erstkompensationsgröße in das Fehlerkompensationsgrößensignal (Cx; Cy; Cz) einbezogen werden soll, und
  • - der Zweitrelativkompensationsgrößenwähler in Abhängigkeit vom Umkehrerfassungssignal (Ax; Ay; Az) einer weiteren anderen Antriebswelle auswählt, ob eine relative Zweitkompensationsgröße (Czx; Cxy; Cyz) in das Fehlerkompensationsgrößensignal (Cx; Cy; Cz) einbezogen werden soll zum Kompensieren von Einflüssen auf die eigene Antriebswelle bei Bewegungsumkehr der weiteren anderen Antriebswelle.
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