-
Die Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung
zum Steuern einer numerisch gesteuerten (NC)
Zahnrad-Fräsmaschine oder Fräsmaschine usw. und insbesondere eine
numerisch gesteuerte Vorrichtung zum Steuern einer
NC-Zahnrad-Fräsmaschine, mit der die Synchronisierung zwischen der
Spindelachse eines Fräswerkzeuges und der Drehachse des zu
fräsenden Zahnrades veränderbar ist, ohne dar die
Synchronisierung verlorengeht.
-
Eine Fräsmaschine zum Fräsen von Zahnrädern wird in
Verbindung mit einer numerisch gesteuerten Einrichtung benutzt
und bei einer Fräsmaschine muß eine Spindelachse
(nachstehend als Fräserachse bezeichnet) mit der Drehachse
(nachstehend als C-Achse) eines zu fräsenden Zahnrades
synchronisiert werden und somit werden Rückführimpulse von dem
Positionsgeber an der Fräserachse an die C-Achse in einem
bestimmten Verhältnis geliefert.
-
Da die NC-Fräsmaschine die Impulsanzahl der Fräserachse und
C-Achse nicht überwacht, die synchronisiert sind, muß
trotzdem die Synchronisierung zwischen ihnen geändert
werden, nachdem die Synchronisierung einmal verlorengegangen
ist und demzufolge wird die Drehung der C-Achse angehalten
und damit muß ein Fräserstartpunkt bestimmt werden, wenn
mehrere Zahnräder mit unterschiedlichem Modul gefräst
werden müssen.
-
Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat die Amnelderin die
japanische Patentanmeldung Nr. Hei-1-337 058 mit der
Bezeichnung "Numerische Steuereinrichtung" angemeldet.
-
Obwohl diese Erfindung eine Änderung der Synchronisierung
zwischen der synchronisierten Fräserachse und einer C-Achse
ohne Verlieren der Synchronisierung ermöglicht, dauert es
eine beträchtliche Zeitspanne, bevor eine neue
Synchronisierung erfolgt, nachdem ein Befehl zur Änderung der
Synchronisierung ausgegeben worden ist.
-
Es sei bemerkt, daß eine NC-Fräsmaschine mit mehreren
Fräsern zum Fräsen mehrerer Werkstücke versehen ist und oft
gebraucht wird und dar bei solchen Maschinen die
Synchronisierung schnellstmöglich verändert werden soll.
-
In Anbetracht dieser Ausführungen liegt eine Aufgabe der
Erfindung darin, eine numerische Steuereinrichtung zum
Steuern einer NC-Zahnrad-Fräsmaschine zu schaffen, mit der
eine Änderung der Synchronisierung zwischen einer
Fräserachse und einer C-Achse ohne Verlust der Synchronisierung
innerhalb einer Umdrehung der Fräserachse ausgeführt werden
kann.
-
Um die genannte Aufgabe erfindungsgemäß zu lösen, ist eine
numerische Steuereinrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 vorgesehen.
-
Die Achsensteuerschaltung mit einer Synchronisiersteuerung
steuert die Drehzahl des Spindelmotors und die Drehzahl
einer C-Achse, basierend auf den Rückführimpulsen von dem
Positionsgeber an der Fräserachse, so daß ein Verhältnis
zwischen Drehzahl der Fräserachse und Drehzahl der X-Achse
einen bestimmten Wert hat. Ferner überwacht der erste
interne Zähler dauernd die Anzahl der Rückführimpulse vom
Positionsgeber und der zweite interne Zähler überwacht
ständig die Anzahl der Pulse zu der C-Achse.
-
Wenn ein Verhältnis der Drehzahl der Fräserachse zur
Drehzahl der C-Achse geändert werden soll, so berechnen die
Rechnermittel Korrekturimpulse basierend auf der Anzahl der
Rotationsimpulse der Fräserachse und der Anzahl der
Drehimpulse der C-Achse, die von dem ersten und zweiten Zähler
gezählt werden, und die Korrekturimpulse werden an die C-
Achse gegeben, um die Drehzahl der C-Achse zu erhöhen oder
zu verlangsamen, um somit die Fräserachse und die C-Achse
in einem neuen Synchronverhältnis während der Drehung der
Fräserachse und der C-Achse abzustimmen.
-
Die Zeichnung zeigt:
-
Fig. 1 eine Übersicht einer erfindungsgemäßen Anordnung;
-
Fig. 2 ein Diagramm mit der Darstellung der Werte der
internen Zähler der Fräserachse und einer C-Achse
gemäß der Erfindung;
-
Fig. 3 ein Flußdiagramm bei einer Änderung der
Synchronisierung gemäß der Erfindung und
-
Fig. 4 ein Blockschaltbild des Aufbaues einer numerisch
gesteuerten Einrichtung mit einer zusätzlichen
Achsensteuereinrichtung gemäß der Erfindung.
-
Nachstehend ist eine bestmögliche Ausführungsform der
Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
-
Fig. 1 zeigt eine Übersicht, wonach ein Werkstück 1 ein
herzustellendes Zahnrad ist und eine C-Achse 13 als
Drehachse zum Drehen des Werkstücks 1 dient, die von einem
Servomotor 11 über Zahnräder 12a und 12b angetrieben ist.
Ein Fräser 2 ist auf einer Fräserachse 3 als Spindelachse
befestigt und wird von einem Spindelmotor 5 zum Fräsen der
Verzahnung des Werkstückes 1 drehbar angetrieben. Ein
Positionsgeber 7 ist mit dem Spindelmotor 5 über Zahnräder 6a
und 6b verbunden und liefert ausgangsseitig Rückführimpulse
proportional zur Drehung des Spindelmotors 5. Die
Rückführimpulse werden einer Synchronisierschaltung 8 zugeführt und
von dem internen Zähler a 15a gezählt. Sobald der Zähler a
15a die Rückführimpulse während einer Drehung der Fräsachse
3 gezählt hat, startet der Zähler 15a neu und zählt von 1
ab.
-
Die Achsensteuerschaltung 14 in der Synchronisierschaltung
8 liefert einen Rotationsbefehl einschließlich der Drehzahl
der Fräserachse 3 zu einem Spindelverstärker 4 und ferner
liefert er einen Rotationsbefehl einschließlich der
Drehzahl der C-Achse 13 zu einem Servoverstärker 10. Das
Verhältnis der Drehzahl der Fräserachse 3 zur Drehzahl der C-
Achse 13 ist auf ein gegebenes Verhältnis eingestellt. Der
Spindelverstärker 4 treibt den Spindelmotor 5 entsprechend
dem Rotationsbefehl von der Achsensteuerschaltung 14, um
die Fräserachse zu drehen und in der gleichen Weise treibt
der Servoverstärker 10 den Servomotor 11 entsprechend dem
Drehbefehl der Achsensteuerschaltung 14, um die C-Achse zu
drehen. Ein interner Zähler 15b zählt Befehlsimpulse, die
an die C-Achse gegeben werden und wenn der interne Zähler
15b die Befehlsimpulse gezählt hat, die während einer
Drehung der C-Achse 13 abgegeben worden sind, startet der
Zähler 15b neu von 1 aus. Mit dieser Anordnung überwachen
die internen Zähler 15a und 15b die Impulsanzahl beider
Achsen, die stets synchronisiert sind.
-
Der Synchronisierungsbefehl wird mit folgendem Ausdruck
ausgeführt:
-
G81 Tt&sub1;Ll&sub1;
-
wobei G81 ein Synchronisierungs-Startbefehl ist, t&sub1; die
Zähnezahl eines Zahnrades und l&sub1; die Nutanzahl eines
Fräsers. Man bemerke, daß das Verhältnis der Drehzahl der
Fräserachse zur Drehzahl der C-Achse gleich t&sub1; : l&sub1; ist.
-
Wird ein Synchronisierungs-Änderungsbefehl ausgegeben, um
das Verhältnis der Drehzahl der Fräserachse 3 zur Drehzahl
der C-Achse zu verändern, so berechnen
Korrekturimpuls-Berechnungsmittel 9 Korrekturimpulse basierend auf der Anzahl
der Zählerstände der internen Zähler 15a und 15b und
liefert diese an die Synchronisierschaltung 8. Die
Korrekturimpulse werden von der Synchronisierschaltung 8 ausgegeben
und dazu benutzt, die Drehzahl des Servomotors 11 durch den
Servoverstärker 10 zu ändern, und nach Ausgabe der
Korrekturimpulse erhält man eine Änderung der Synchronisierung
mit einem neuen Drehzahlverhältnis.
-
Der neue Synchronisierbefehl wird gemäß dem folgenden
Ausdruck ausgeführt:
-
G85 Tt&sub2;Ll&sub2;.
-
Darin ist G85 ein Befehl zur Änderung der Synchronisierung,
t&sub2; die Zähnezahl eines Zahnrades und l&sub2; die Nutzahl eines
Fräsers. Man bemerkt, daß das Verhältnis der Drehzahl der
Fräserachse zur Drehzahl der C-Achse gleich t&sub2; : l&sub2; ist.
-
Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit den Werten der internen
Zähler der Fräserachse und der C-Achse gemäß der Erfindung. In
diesem Beispiel werden der Startbefehl für die
Synchronisierung und der Befehl für eine Synchronisieränderung gemäß
den folgenden Ausdrücken ausgeführt:
-
G81 T2L1;
-
darin ist G81 ein Startbefehl zur Synchronisierung, 2 ist
die Zähnezahl eines Zahnrades und 1 ist die Nutzahl eines
Fräsers. Man bemerke, daß das Verhältnis der Drehzahl der
Fräserachse zur Drehzahl der C-Achse gleich 2 : 1 ist.
-
G85 T4L1;
-
darin ist G85 ein Befehl zur Synchronisieränderung, 4 ist
die Zähnezahl eines Zahnrades und 1 ist die Nutzahl eines
Fräsers. Man bemerke, daß das Verhältnis der Drehzahl der
Fräserachse zur Drehzahl der C-Achse gleich 4 : 1 ist.
-
Außerdem stellt in dieser Figur eine T-Achse die Zeit dar
und eine I-Achse stellt die Impulsanzahl dar, die von den
internen Zählern gezählt werden. Die Anzahl der
Rotationsimpulse der Fräserachse und C-Achse werden gelöscht und
erhalten einen Anfangszustand, wenn diese Achsen einen
Fräsvorgang beginnen, d.h. jeder der internen Zähler hat einen
Wert von 0 und nach dem Starten des Fräsvorgangs wird das
Verhältnis zwischen der Fräser- und C-Achse überwacht,
basierend auf den Werten der internen Zähler.
-
Der Wert Io der I-Achse stellt die Ausgangsimpulsanzahl
während einer Drehung der Fräserachse dar, d.h. ein
Maximalwert der gezählten Pulszahl wird von dem mit der
Fräserachse verbundenen Positionsgeber rückgeführt. Der Wert
Ii der I-Achse stellt die Ausgangsimpulszahl während einer
Drehung der C-Achse dar, d.h. ein Maximalwert der
Rotationsbefehlimpulse, die zum Servoverstärker geführt werden.
Demzufolge wird die Zählung von 1 aus neu gestartet, wenn
die Impulszahl der Fräserachse den Wert Io erreicht hat und
damit erfolgt die Darstellung des Rotationszustandes des
Fräsers durch einen Sägezahn.
-
Der Ursprung der T-Achse und I-Achse ist mit O bezeichnet
und der Zeitpunkt, in dem der Befehl für die
Synchronisierungsänderung erfolgt, ist mit T2 bezeichnet. Die Zeitdauer
auf der T-Achse, in der die Rotationsimpulse der
Fräserachse am Ursprung O der Koordinate auf den Maximalwert Io
ansteigt, ist mit T1 bezeichnet. Der Zeitpunkt nach
zweimaliger Umdrehung der Fräserachse ab der Zeit T1 auf der T-
Achse ist mit T4 bezeichnet und der Zeitpunkt nach
viermaliger Umdrehung der Fräserachse ab dem Zeitpunkt T4 auf der
T-Achse ist mit T5 bezeichnet. Der Zeitpunkt nach einem
zweimaligen Umdrehen der Fräserachse vom Ursprung O der
Koordinate aus ist mit T3 bezeichnet.
-
Die Koordinaten (T3, Ii), (T4, Ii) und (T5,Ii) sind jeweils
von einem Punkt A, Punkt B und Punkt C dargestellt. Die
Impulszahl der Fräserachse ist mit Iot, die Impulszahl der C-
Achse mit Iit zum Zeitpunkt T2 und die Koordinate (T2, Iit)
durch einen Punkt F dargestellt.
-
Der Punkt, in dem eine Gerade parallel zur Geraden T4-D und
durch den Punkt F I = Ii schneidet, wird von einem Punkt C
dargestellt und der Punkt, in dem obige Gerade T = T1
schneidet, ist ein Punkt E. Die Koordinate (T4, Iit)
entspricht einem Punkt J und dem Punkt, an dem eine Gerade
parallel zur T-Achse und durch den Punkt E eine Gerade B-T4
schneidet, ist durch den Punkt K gegeben.
-
Wenn der Befehl G85T4L1 zur Änderung der
Synchronisierung erfolgt, nachdem der Synchronisier-Startbefehl
G81T2L1 ausgegeben worden ist, wird in diesem Beispiel die
Anzahl der Drehzahl der Fräserachse : die Anzahl der
Drehzahl der C-Achse im Synchronisierverhältnis von 2 : 1 auf
4 : 1 geändert.
-
Die Anzahl der Korrekturimpulse für die C-Achse zu
deren Synchronisierung wird aus der Anzahl der
Rotationsimpulse Iot der Fräserachse und der Anzahl der
Rotationsimpulse Iit der C-Achse zum Zeitpunkt T2 berechnet, zu dem
der Befehl G85T4L1 ausgegeben wurde. In diesem Beispiel
wird die Anzahl der Korrekturimpulse aus den folgenden
Ausdrücken berechnet:
-
Ih = MODIA [(Ii - Iit) + IA (Iot/Io)],
-
worin
-
Ih: Anzahl der Korrekturimpulse, d.h. ein
Liniensegment BH in der Figur;
-
(Ii-Iit) die Impulszahl, die in der C-Achse verbleibt, um
die die C-Achse rotiert werden muß, bis sie eine
volle Drehung ab dem Zeitpunkt T2 vollendet hat,
d.h. das Geradensegment BJ in der Figur;
-
IA(Iot/Io) die Impulszahl, die für eine Umdrehung der
C-Achse nötig ist, während die Anzahl der
Rotationsimpulse der Fräserachse sich von 0 auf Iot
ändert, d.h. ein Geradensegment JK in der Figur;
-
MODIA ein Rest, der erhalten wird, wenn ein
arithmetischer Operator (als Ganzzahl behandelt) durch
den Rest geteilt wird, d.h. ein Rest, den man
erhält, wenn [(Ii - Iit) + IA (10t/Io)] durch IA
geteilt wird, und
-
IA ist (1/4) Ii, d.h. die Impulszahl der C-Achse
während einer Drehung der Fräserachse.
-
(c) Die in (b) berechneten Korrekturimpulse werden mit
einer maximalen Zustellgeschwindigkeit verteilt und an die
C-Achse ausgegeben. Die Korrekturimpulse werden bei
maximaler Fräsgeschwindigkeit abgegeben, um eine Änderung zu
der neuen Synchronisierung möglichst bald innerhalb eines
sicheren Bereiches zu erzielen. Die Korrekturimpulse werden
längs eines geraden Segments FG in der Figur aufaddiert und
die Addition wird in Punkt G in der Figur vollendet.
-
Ein neues Synchronverhältnis beginnt an dem Punkt,
an dem die Korrekturimpulse addiert worden sind. Eine
Gerade GB in der Figur repräsentiert eine neue Synchronisierung
(4: 1) und verläuft parallel zur Geraden EC und T4D.
-
Wie vorbeschrieben, werden die Korrekturimpulse basierend
auf der Anzahl der Rotationsimpulse der Fräserachse und C-
Achse, wie sie von den internen Zählern gezählt werden,
berechnet und deshalb wird ein neues Synchronisierverhältnis
hergestellt, wenn die Verteilung der Xorrekturimpulse
vervollständigt worden ist, während die Fräserachse und die C-
Achse rotieren. Genauer gesagt, erhält man das neue
Synchronisierverhältnis innerhalb einer Zeit, in der eine
volle Umdrehung der Fräserachse ausgehend von dem Zeitpunkt
ausgeführt worden ist, in dem der Befehl zur
Synchronisierungsänderung ausgegeben wurde.
-
Wenn außerdem das Positionsverhältnis der Fräserachse und
C-Achse zum Synchronisieren falsch ist, so können
Korrekturimpulse zum Korrigieren der Abweichung basierend auf der
Anzahl der Rotationsimpulse der Fräserachse und C-Achse,
die von den internen Zählern gezählt werden, berechnet
werden und die Positionsabweichung wird korrigiert, wenn die
Korrekturimpulse der C-Achse zugeführt werden.
-
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen
Synchronisieränderung, bei der die Zahlen mit der vorgestellten
"S" die Schritte des Verfahrens bezeichnen.
-
(S1) Es wird bestimmt, ob ein Befehl zur Änderung eines
Synchronverhältnisses ausgegeben ist, und wenn ja,
schreitet das Verfahren zum Schritt S2 weiter.
-
(S2) Es erfolgt Zugriff zu den Werten der internen
Zähler für die Fräser- und C-Achse.
-
(S3) Die Korrekturimpulse werden berechnet.
-
(S4) Die Korrekturimpulse werden auf die C-Achse mit
maximaler Fräserzustellgeschwindigkeit verteilt.
-
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Komponenten einer
numerisch gesteuerten Einrichtung (CNC) und einer zusätzlichen
Achsensteuereinrichtung gemäß der Erfindung. Der Prozessor
21 der numerisch gesteuerten Einrichtung steuert diese
insgesamt und zwar entsprechend einem im ROM 22
abgespeicherten Systemprogramm. Der ROM 22 ist ein EPROM oder EEPROM
und RAM 23 ist ein SRAM zum Speichern verschiedener Daten.
Ein nicht flüchtiger Speicher 24 besteht aus einem CMOS
o.ä. zum Speichern eines Bearbeitungsprogramms 24a,
Parameter usw. und diese Daten gehen nicht verloren, auch nicht
bei einem Netzausfall, da der CMOS von einer Batterie
gestützt ist und ein nicht flüchtiger Speicher ist.
-
Eine programmierbare Maschinensteuerung (PMC) 25 erhält
Befehle, wie M-Funktion, S-Funktion, T-Funktion usw.,
dekodiert und verarbeitet diese Befehle in einem Folgeprogramm
25a und gibt ein Ausgangssignal aus zum Steuern einer
Werkzeugmaschine. Ferner erhält die PMC ein Grenzschaltsignal
von der Werkzeugmaschine oder ein Schaltsignal von einem
Maschinensteuerfeld, verarbeitet dies in dem Abfolgepro
gramm 25a und liefert ein Signal, das zum Steuern der
Werkzeugmaschine erforderlich ist. Ein von der numerisch
gesteuerten Einrichtung angefordertes Signal wird über einen
Bus 35 in den RAM 23 übertragen und vom Prozessor 21
ausgelesen.
-
Eine graphische Steuerschaltung 26 konvertiert Daten, wie
die laufende Position, Verschiebungsbeträge usw. jeder
Achse, die im RAM 23 abgespeichert sind, in Anzeigesignale und
führt diese Signale an eine Anzeige 26a zur Anzeige. Eine
Kathodenstrahlröhre oder eine Flüssigkristall-Anzeige wird
als Anzeige 26a benutzt. Eine Tastatur 27 gibt verschiedene
Daten aus.
-
Eine I/O-Schaltung 32 überträgt oder erhält I/O-Signale zur
bzw. von der Werkzeugmaschine. Genauer gesagt erhält die
I/O-Schaltung 32 das Grenzschaltsignal von der
Werkzeugmaschine und das Schaltsignal von dem Maschinensteuerfeld und
diese Signale werden von dem PMC 25 gelesen. Ferner erhält
die I/O-Schaltung 32 ein Ausgangssignal zum Steuern der
Luftbetätigung usw. der Werkzeugmaschine und liefert dieses
Signal an die Werkzeugmaschine.
-
Ein manueller Impulsgenerator 33 liefert einen Impulszug
abhängig von einem Drehwinkel, um so jede Achse genau zu
verlagern. Der manuelle Impulsgenerator 33 ist gewöhnlich
am Maschinensteuerfeld angeordnet.
-
Ein Spindelverstärker 4 treibt einen Spindelmotor 5, ein
Positionsgeber 7 liefert Positionsimpulse und ein
Zusatzdetektor 31 zählt Synchronisierimpulse. Ein gemeinsamer RAM
ist mit 34 bezeichnet.
-
Der Prozessor 41 der zusätzlichen Achsensteuereinrichtung
steuert die zusätzliche Achsensteuerschaltung insgesamt
gemäß dem in einem ROM 42 abgespeicherten Systemprogramm. Der
ROM 42 ist ein EPROM oder EEPROM. Der RAM 43 ist mit
internen Zählern 15a und 15b versehen, um die Rückführimpulse
der Spindelachse und die Befehlsimpulse der C-Achse zu
zählen, und besteht aus einem SRAM. Eine
Positionssteuerschaltung 44 erhält einen Positionsbefehl vom Prozessor 41
und liefert ein Drehzahl-Befehlssignal zum Steuern des
Servomotors 11 an den Servoverstärker 10 und dieser verstärkt
das Drehzahl-Befehlssignal für den Antrieb des Servomotors
11. Mit dem Servomotor 11 ist ein Positionsgeber 47
verbunden und dieser liefert Positionsimpulse an die
Positionssteuerschaltung 44.
-
Obwohl die Erfindung in Bezug auf eine
Synchronisierungsänderung einer Fräsmaschine erläutert wurde, kann sie auch
für andere Synchronisieraufgaben bei der
Schraubenherstellung, beim Bearbeiten polygonaler Formen verwendet werden,
sowie für überlagerte Synchronisation o.ä..
-
Wie vorbeschrieben, sind erfindungsgemäß die internen
Zähler vorgesehen, um die Rückführimpulse der Fräserachse und
die Befehlsimpulse der C-Achse zu zählen, wobei die Anzahl
der Impulse beider Achsen synchronisiert und ständig
überwacht werden, und wenn das Synchronisierverhältnis zwischen
der Fräserachse und der C-Achse geändert werden soll, so
werden basierend auf den Werten der Zähler Korrekturimpulse
berechnet und zur C-Achse addiert und damit läßt sich eine
Änderung des Synchronisierverhältnisses mit neuen
Bedingungen unmittelbar ausführen, ohne dar die Synchronisierung
verlorengeht und so können viele Zahnräder mit
unterschiedlichen Modulen in kurzer Zeit gefräst werden.
-
Außerdem kann die Positionsabweichung der synchronisierten
Fräserachse und C-Achse korrigiert werden, wenn
Korrekturimpulse berechnet werden und diese an der C-Achse verteilt
werden, ohne dar die Synchronisierung verlorengeht.