DE3142615A1

DE3142615A1 - Numerisch gesteuerte werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3142615A1
Application number: DE19813142615
Authority: DE
Inventors: Akihiko Kuga; Hiroo Mitaki Kuga; Hachiro Iruma Saitama Sekigawa
Original assignee: MYANO TEKKOSHO KK; MIYANO TEKKOSHO KK; Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: MYANO TEKKOSHO KK; Yaskawa Electric Corp; MIYANO TEKKOSHO KK
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1982-07-29
Also published as: GB2089068A; GB2089068B; FR2492716A1; FR2492716B1; JPS5775311A

Description

■4 KABUSHIKI KAISHA YASKAWA DENKI SEISAKUSHO

Kitakyushu-Shi, Fukuoka-Ken, Japan und KABUSHIKI KAISHA MIYANO TEKKOSHO
Ueda-Shi, Nagano-Ken, Japan

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, die die Werkzeuge gemäß einem Werkstück-Koordinatensystem bewegt, das auf ein Werkstück gelegt oder gesetzt ist.

Bei einer numerisch gesteuerten Drehbank wird ein auf ein Werkstück gelegtes Koordinatensystem nach dem folgenden Verfahren aufrechterhalten; Unmittelbar nachdem aus einer Vielzahl von Werkzeugen, die auf einem Werkzeugschlitten montiert sind, ein gewünschtes Werkzeug durch ein Teilprogramm ausgewählt oder spezifiziert worden ist, wird durch das Teilprogramm ein sogenannter ■§ Befehl zum Programmieren des absoluten Nullpunkts, beispielsweise "G 5 0 X(x) ° Z(z) EOB" ausgegeben, so daß * unter Bezugnahme auf die Fig. 1 die momentane, oder laufende Position (x, z) der Schneidspitze des spezifizierten Werkzeugs in ein Momentanpositionsregister gesetzt ""*" 25 wird, das. geeignet ist, die Bewegungssteuerung gemäß

der numerischen Steuerung auszuführen, wobei ein anvisiertes Koordinatensystem, das auf ein Werkstück zu ■ ■ legen oder zu setzen ist, konstant aufrechterhalten werden kann. Bei der Darstellung nach der Fig. 1 dient das Bezugszeichen W zur Bezeichnung eines zu bearbeitenden Werkstücks und das Bezugszeichen WZ zur Bezeichnung de^ Nullpunkts des Koordinatensystems, das auf das Werkstück W gelegt ist. Mit T1, T2 und T3 sind Werkzeuge bei ausgewählten Positionen auf einem nicht dargestellten Werkzeugschlitten bezeichnet.

Bei diesem Verfahren muß man allerdings den Befehl ,₄ "G 5 0" zum Programmieren des absoluten Nullpunkts au;;-

geben, wenn der Werkzeugschlitten eine besondere Position einnimmt. Folglich ist es erforderlich, einen solchen Befehl auszugeben, der veranlaßt, daß der Werkzeugschlitten zu der besonderen Position bewegt wird, bevor der Befehl zum Programmieren des absoluten Nullpunkts ausgegeben wird.

Bei einem anderer. Verfahren werden die Differenzabstandsdaten zwischen der Schneidspitze eines Werkzeugs, das als Referenz verwendet wird, und den Schneidspitzen der anderen Werkzeuge in einem Werkzeugpositionsversetzungsspeicher gespeichert. Die Positionierung wird dadurch ausgeführt, daß der einem zu benutzenden Werkzeug entsprechende Inhalt des Speichers mit der Bewegungsbefehlsposition des Werkzeugs addiert wird, wodurch die Differenzabstände zwischen den Schneidspitzen der Werkzeuge augenscheinlich eliminiert werden.

Auch dieses Verfahren ist nachteilig, weil der Inhalt des Momentanpositionsregisters um den Inhalt des Versetzungsspeichers erhöht wird, so daß die Position der Schneidspitze nicht richtig angegeben wird.

Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu beseitigen, die bei Verfahren auftreten, die herkömmlicherweise in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen auftreten.

Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine bzw. eine numerische Werkzeugmaschinensteuerung anzugeben, bei der unabhängig davon, wo der Werkzeugschlitten positioniert ist, die Werkzeuge nacheinander gewechselt werden können, während ein auf ein Werkstück gelegtes Werkstück-Koordinatensystem unverändert aufrechterhalten wird, und der Inhalt des Momentanpositionsregisters die Position der Schneidspitze des benutzten Werkzeugs mit hoher Genauig-

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keit angibt=

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Hauptanspruch gelöst.

• Eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, bei der die Werkzeuge an einem Werkzeugschlitten befestigt sind, enthält nach der Erfindung Speicher zum Speichern der Abstandsdaten zwischen dem Ursprungspunkt eines auf ein zu bearbeitendes Werkstück gelegten Koordinatensystems und den Positionen der Schneidspitzen der Werkzeuge, die in ausgewählter Weise positioniert sind, ein Grundpositionsregister für die Position des Werkzeugschlittens und ein Momentanpositionsregister zur Angabe der laufenden Position, der Schneidspitze eines zu verwendenden Werkzeugs=. Ist ein Werkzeug spezifiziert, werden die gespeicherten Abstandsdaten des betreffenden Werkzeugs mit dem Inhalt des Grundpositionsregisters addiert. Das Additionsergebnis wird in das Momentanpositionsregister gegeben» Der Werkzeugschlitten wird um eine Strecke bewegt ₉ die der Differenz zwischen der durch das Teilprogramm befohlenen Position und dem Inhalt des Momentanpositionsregister s entspricht. Dadurch können unter unveränderter Aufrechterhaltung des Koordinatensystems die Werkzeuge nacheinander gewechselt werden.

Dio Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beispielshalber erläutert. Es zeigt:

F I G . 1 ein Schaubild der Positionsbeziehung ■ 5 eines üblicherweise angewendeten Befehls zum Programmieren des absoluten Nullpunkts "G 5 0",

F I G . 2 ein Schaubild der Positionsbeziehung von WerkzeugabStandsdaten für ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine,

F I G . :> ein Schaubild zur Erläuterung von Datenspeichern und Positionsregistern in der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine nach der Fig. 2,

F I G . 4 ein Schaubild zur Erläuterung eines Koordinatensystems, das auf ein Werkstück gelegt ist, welches von der Werkzeugmaschine nach der Fig. 2 bearbeitet v/erden soll,

F I G . 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Austausche von. Werkzeugmaschinen in der Werkzeugmaschine nach der Fig. 2,
25

F I G . 6 Schaubilder zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer nach der Erfindung ausgebildeten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine-und

F I G . 7 Schaubilder zur Erläuterung eines anderen weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Zunächst soll ein erstes Ausführungsbeispiel einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine nach der Erfindung beschrieben werden.

_ ι —

Bei der Darstellung nach der Fig. 2 dient ein an einer Spindel befestigtes Futter CH zum Haltern eines Werkstücks-W. Ein Werkzeugschlitten TS kann mit Hilfe eines numerischen Steuergeräts in den Richtungen einer eingezeichneten X-Achse und Z-Achse bewegt werden= Mehrere Werkzeuge T1, T2 „.. und Tn sind bei wahlfreien Positionen an Werkzeugständern TP eines am Werkzeugschlitten TS angebrachten Halters TH für Einzelwerkzeuge oder Werkzeugsätze angebracht= Bei dem in der Figo 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Werkzeughalter drehbar angeordnet.

(1) Zuerst wird der Werkzeugschlitten TS zu einer Position RZ bewegt, die einen vorbestimmten Abstand vom Futter CH hat und zu der man den Werkzeugschlitten wiederholt mit Leichtigkeit bewegen kann. Dies ist mit Hilfe einer Funktion möglich, die im allgemeinen als Bezugspunkt-Rückkehr-Funktion bekannt ist« Den gleichen Zweck kann man auch dadurch erreichen_s daß der Werkzeugschlitten TS mit Hilfe einer Meßeinrichtung oder dergleichen zu einem Bezugspunkt bewegt wird.

(2) In der Fig. 3 dargestellte Speicher MT1, MT2_S o.. und MTn dienen zum Speichern von Abstandsdaten zwisehen einem Werkstück-Koordinatensystem-Ursprungspunkt WZ, bei dem es sich um einen Festpunkt auf dem Werkstück W handeltj, und den Schneidspitzen von Werkzeugen, die sich bei Werkzeugpositionen befinden, die durch einen Werkzeugauswahlmechanismus oder dergleichen ausgewählt sind. In diesen Speichern sind Abstandsdaten Δ X1, Α.Ζ1,ΔΧ2, ΔΖ2, ...^Xn,Δ Zn gespeichert, bei denen es sich um die Komponenten in der X-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung handelt. Die Positionen 4er in der Fig. 2 gezeigten Werkzeuge sind entsprechend der Darstellung nach der Fig. 3 gespeichert.

(3) Zusätzlich ist entsprechend der Darstellung nach der Fig. 3 ein Grundpositionsregister BR vorgesehen, das zur Definition der Position des Werkzeugschlittens TS dient. Unter den in der Fig. 2 gezeigten Bedingungen sind eine X-Achse-Komponentenposition XBO und eine Z-Achse-Komponentenposition ZBO im Grundpositionsregister BR auf "0" gesetzt. Wenn danach der Werkzeugschlitten TS in der X-Achsenrichtung oder in der Z-Achsenrichtung bewegt wird, werden die Positionsdaten im Grundpositionsregister BR auf den neuesten Stand gebracht.

Die vorbereitenden Maßnahmen sind damit abgeschlossen. Diese Vorbereitungsoperation ist stets auszuführen, wenn der Netzschalter für die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine eingeschaltet wird.

(4) Der Werkzeugschlitten TS wird zu einer gewünschten Position bewegt. Ss wird angenommen, · daß der Inhalt des Grundpositionsregisters BR aufgrund der Bewegung auf XB und ZB erneuert wird.

■ (5) Wenn·unter dieser Bedingung durch ein Teilprogramm eine Werkzeugnummer Tn spezifiziert wird, erfolgt die Auswahl des Werkzeugs Tn. Gleichzeitig werden die Inhalte des Werkzeugabstandsdatenspeichers MTn, der der Werkzeugnummer Tn entspricht, und des Grundpositionsregisters BR einer Addition unterzogen. Das Ergebnis dieser Addition wird in ein Momentanpositionsregister PR gebracht. Es werden somit die folgenden Berechnungen ausgeführt, und die sich ergebenden Daten werden im Momentanpositionsregister PR gespeichert:

(MTn)	(BR)	(PR)
ΔΧη	+ XB +	XP
AZn	+ ZB +	ZP

Die in das Momentanpositionsregister PR gesetzten Inhalte XP und ZP geben genau den Abstand zwischen dem Werkstück-Koordinatensystem-Ursprungspunkt WZ auf dem Werkstück W und der Schneidkante des Werkzeugs Tn an, " wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. In der Fig. 4 entspricht die Position eines Punktes Pn der Position des in der Fig. 2 gezeigten Punktes Pn. Folglich ist ein Werkstück-Koordinatensystem für das Werkzeug Tn mit dem Punkt WZ als Koordinatenursprungspunkt erstellt worden.

(6) Mit den die Schneidspitzenpositiön des Werkzeugs Tn angebenden Inhalten des Momentanpositionsregisters PR wird die Bewegung des Werkzeugs Tn gesteuert.

Damit kann das Werkstück mit dem Werkzeug Tn bearbeitet werden» Die Bewegungssteuerung des Werkzeugs Tn erfolgt derart, daß der Werkzeugschlitten TS um eine Strecke bewegt wird, die der Differenz zwischen der durch das Teilprogramm befohlenen Werkzeugposition und dem Inhalt $ des Momentanpositionsregisters PR entspricht, das die laufende oder momentane Position der Schneidspitze des *· Werkzeugs angibt.

(7) Nachdem das Werkstück mit dem Werkzeug Tn bearbeitet worden ist, können andere Werkzeuge T1, T2 usw.

in der gleichen Weise betätigt werden, wie es oben in den Abschnitten (4), (5) und (6) erläutert worden ist-

Es treten somit die folgenden Wirkungen aufs 30

Unabhängig davon, wo der Werkzeugschlitten TS positioniert ist, können lediglich durch Spezifizieren der Werkzeugnummern durch das Teilprogramm die Werkzeuge nacheinander gewechselt werden, um das Werkstück zu bcarbeiten, während das Werkstück-Koordinatensystem mit dem Punkt WZ als Koordinatenursprungspunkt unverändert aufrechterhalten bleibt. Bei diesen Vorgängen gibt der

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Inhalt des Momentanpositionsregisters PR die Position der Schneidspitze eines gerade benutzten Werkzeugs mit hoher Genauigkeit an.

Die herrschenden Verhältnisse sollen an Hand der Fig. 5 im einzelnen erläutert werden, wobei das Werkzeug Tn durch das Werkzeug T1 ersetzt wird. Bei der Darstellung nach der Fig. 5 sind die Positionen der Punkte P1 und Pn die gleichen wie in der Fig. 2.

10

Wenn nach der Bearbeitung mit dem Werkzeug Tn die Schneidspitze des Werkzeugs Tn in einer Position ist, die um X'B, Z'B vom Punkt Pn entfernt ist, und dann das Werkzeug T1 durch das Teilprogramm spezifiziert wird, werden die im obigen Abschnitt (5) beschriebenen Datenberechnungen und Datensetzoperationen ausgeführt. In dem betrachteten Fall ist die Position der Schneidspitze des Werkzeugs T1 vom Punkt P1 um X*B, Z'B entfernt, wie es für das Werkzeug Tn in bezug auf den Punkt Pn' der Fall ist. Es werden daher die folgenden Datenberechnungen und Datensetzoperationen ausgeführt:

(MT1)	(BR)	(PR)
ΔΧ1	+ X'B	= X'P
ΔΖ1	+ Z'B	= Z'P

25

Für das Werkzeug T1 wird somit die Position des Werkstück-Koordinatensystem-Ursprungspunkts WZ genau eingehalten.

30

Ein zweites Beispiel einer- nach der Erfindung ausgebildeten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine soll an Hand der Fig. 6 erläutert werden.

Wie es aus der Fig. 6 hervorgeht, .kann man dort für ein Werkstück W zwei oder mehrere Werkstück-Koordinatensysteme einstellen.

Die Fig. 6 läßt erkennen, daß ein erster Werkstück-Koordinatensystem-Ursprungspunkt 1WZ vorgesehen ist und daß die Abstandsdaten von Werkzeugen T01, T02 usw'. für dieses Koordinatensystem in Speichern MTO1, MT02 usw. gespeichert sind.

Auf das Werkstück ist ein zweiter Werkstück-Koordinatensystem-Ursprungspunkt 2WZ gesetzt, und die Abstandsdaten von Werkzeugen T11, T12 usw, sind für dieses Koordinatensystem in Speichern MT11, MT12 usw. gespeichert«

- Somit kann man einen Abschnitt des Werkstücks W₅ für

den die Bearb'eitungsabmessungen unter Bezugnahme auf den Koordinatenursprungspunkt 1WZ spezifiziert sind, mit den ' 15 Werkzeugen T01, T02 usw. bearbeiten. Einen anderen Abschnitt des Werkstücks W, für d^:en die Bearbeitungsabmessungen in bezug auf den Koordinatenursprungspunkt 2WZ spezifiziert sind, kann man mit den Werkzeugen T11, T12 usw. bearbeiten. Somit ist es möglich, das Werkstück mit einer Reihe von Teilprogrammen zu bearbeiten. Auf diese Weise kann man die mühevolle Operation vermeiden, daß das Koordinatensystem umzuschalten ist, nachdem sich der Werkzeugschlitten TS in eine besondere Position bewegt hat.

25

Ein drittes Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine ist in der Fig. 7 dargestellt. Das beim zweiten Ausführungsbeispiel.nach der Fig. 6 benutzte technische Konzept mehrere Werkstück-Koordinatensysteme zum Bearbeiten eines Werkstücks einzusetzen, ist hier auf eine" numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine angewendet, die mehrere Spindeln hat. Durch Festlegen eines Werkstück-Koordinatensystems für jede der Spindeln kann man ein Werkstück frei bearbeiten. Somit stellt das dritte Ausführungsbeispiel eine Verbesserung gegenüber dom zweiten Ausführungsbeispiel dar.

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An zwei Spindeln angebrachte Futter dienen zur Halterung von Werkstücken AW bzw. BW. Der Hub des Werk-. zeugschlittens TS reicht aus, um beide Werkstücke' AW und BW bearbeiten zu können. Jeder der Speicher-MT1, MT2 usw., die zur Speicherung der Abstandsdaten, dienen und für die Werkzeuge T1, T2 usw. vorgesehen sind, hat Bereiche A und B, in denen verschiedene Daten gespeichert sind. Die Abstandsdaten der Werkzeuge T1, T2 usw. sind bezüglich eines Werkstück-Koordinatensystem-Ursprungspunkts AWZ auf dem Werkstück AW in den Bereichen A gespeichert, wohingegen die Abstandsdaten der Werkzeuge T1, T2 usw. bezüglich eines Werkstück-Koordinatensystem-Ursprungspunkts BWZ, der für das Werkstück BW gesetzt ist, in den Bereichen B gespeichert sind.

Bevor unter dieser Bedingung- ein Teilprogramm eine Werkzeugnummer (T1, T2 usw.) spezifiziert, wird ein Codebefehl (beispielsweise ein M- oder G-Code) ausgegeben, um die Daten in dem Bereich A oder die Daten in dem Bereich B auszuwählen. Demzufolge kann man irgendein Werkstück mit irgendeinem Werkzeug in einer solchen Weise bearbeiten, daß beispielsweise unmittelbar nach der Bearbeitung des Werkstücks BW mit dem Werkzeug T1 das Werkstück AW mit dem Werkzeug T2 bearbeitet wird. Es ist daher möglich mit Hilfe des Teilprogramms die Kombinationen aus Werkstücken und Werkzeugen in gewünschter Weise auszuwählen.

Unabhängig davon, wo der Werkzeugschlitten positioniert ist, können die Werkzeuge nacheinander frei gewechselt werden, wobei das Koordinatensystem oder die Koordinatensysteme unverändert aufrechterhalten bleiben.

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Leerseite

Claims

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60C0 Frankfurt a. M. I . (

KABUSHIKI KAISHA YASKAWA DENKI SEISAKUSHO,

Kitakyushu-Shi, Fukuoka-Ken, Japan und KABUSHIKI KAISHA MIYMO TEKKOSHO₅

Ueda-Shi, Nagano-Ken, Japan

Patentansprüche

(1 Λ Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit einer Vielzahl von Werkzeugen, die an den Werkzeugständern eines an einem Werkzeugschlitten befestigten Halters für Einzelwerkzeuge oder Werkzeugsätze montiert sind, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (MT1, MT2, ... MTn)₉ die in Kombination mit Werkzeugnummern, die den Werkzeugen (T1, T2, .„.

Tn) zugeordnet sind_s Abstandsdaten zwischen einem Werkstück-Koordinatensystem-Ursprungspunkt (WZ), bei dem es sich um einen auf einem zu bearbeitenden Werkstück (W) vorgesehenen festen Punkt handelt, und den jeweiligen Positionen der Schneidspitzen der Werkzeuge, die ausge- *

wählt positioniert sind, ' ■ |

und dadurch, daß bei der Spezifizierung einer Werkzeugnummer durch ein Teilprogramm die vorab gespeicherten Abstandsdaten, die der spezifizierten Werkzeugnummer entsprechen, mit den Daten in einem Grundpositionsregister (BR) addiert werden, das die Position des Werkzeugschlittens (TS) angibt., daf3 dar, ßrgebnlis d.ioner Addition in ein Momentanpositionsregister (PR) gesetzt wird und daß der Inhalt des Momentanpositionsregisters als die momentane oder laufende Position der Schneidspitze eines Werkzeugs betrachtet wird, das die durch das Teilprogramji spezifizierte Werkzeugnummer hat, wobei der Werkzeugschlitten um eine Strecke bewegt wird, die der Differenz zwischen der durch das Teilprogramm befohlenen Position des Werkzeugs und dem Inhalt des Momentanpositionsregisters entspricht, das die laufende Position der Schneidspitze des Werkzeugs angibt.

2. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Werkstück (W) eine Vielzahl von Werkstück-Koordinatensystemen vorgesehen sind.

3. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, · dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine mit einer Vielzahl von Spindein ausgerüstet ist.