WO2003032098A2 - Verfahren zur bahnsteuerung - Google Patents

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WO2003032098A2
WO2003032098A2 PCT/EP2002/010227 EP0210227W WO03032098A2 WO 2003032098 A2 WO2003032098 A2 WO 2003032098A2 EP 0210227 W EP0210227 W EP 0210227W WO 03032098 A2 WO03032098 A2 WO 03032098A2
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angular
speed
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linear
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Josef Haunerdinger
Johann Zacek
Anton Brader
Michael Rauth
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Dr. Johannes Heidenhain Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for path control according to claim 1.
  • Numerical controls are used in modern machine tools to control the positioning and movement of tools relative to a workpiece. In order to machine a workpiece according to a specification, it is necessary to move the tool relative to the workpiece on previously defined paths. One therefore speaks of a path control.
  • the desired paths are defined in a part program that is processed by the numerical control.
  • the numerical control converts the geometrical instructions of the part program into instructions for the position control of the different axes of the machine tool.
  • any tool paths are approximated by support points between which the path control interpolates linearly.
  • the path control interpolates linearly.
  • several movement axes are available, on which the desired path can be projected. The default for every movement
  • the supply axis then again consists of interpolation points (axis positions) that have to be approached successively and synchronously by each axis. This applies to both linear and angular axes.
  • a corner provided in the part program between two path sections of the tool path cannot be traversed exactly with a finite speed, since this requires an infinite acceleration would.
  • the maximum speed with which a corner can be traversed therefore depends on the maximum permissible tolerance with which the actual tool path may deviate from the ideal tool path. The greater this tolerance, the higher the possible speed.
  • a corner defined in the part program is rounded more and more with increasing speed.
  • a disadvantage of the described path control method is that in machine tools with several axes, the axes with the worst dynamics (e.g. lowest maximum acceleration) specify the speed control. More dynamic axes have to wait for the slowest axis involved in a path section. Such less dynamic axes are often the angular axes of a machine tool. In addition, in the case of a limitation by an angular axis, it is operated at the limit itself. This leads to an impairment of the surface quality of the machined workpiece, since in this case the angular axis takes full advantage of the path deviation that is permitted.
  • the worst dynamics e.g. lowest maximum acceleration
  • a separate speed control for angular axes and linear axes is now carried out. This is achieved, for example, by using softer filters for rounding the speed profiles of the angular axes than for rounding the speed profiles of the linear axes.
  • lower accelerations (and higher derivatives of the speed profiles) occur in the angular axes, the deviations of the control loop of the angular axes become smaller, which in turn means the surface quality of the machined Workpiece rises.
  • the RTCP unit In order to maintain the necessary path accuracy, the RTCP unit must control a compensating movement in the linear axes so that the point of engagement of the tool on the workpiece does not change compared to a synchronous speed control. With appropriate parameterization, the effect of the improved surface quality can be shifted in whole or in part in favor of a higher processing speed.
  • FIG. 1 shows a machine tool with numerical control
  • Figure 3a, b shows a position profile for two axes
  • Figure 4a, b shows a speed profile for two axes.
  • FIG. 1 shows a machine tool 1 with a tool 2.
  • a workpiece 3 is clamped on a machining table 4.
  • Workpiece 3 and tool 2 can be moved against each other in several axes. Linear axes in the X and Z directions can be seen in the drawing, a third linear axis in the Y direction is perpendicular to the drawing plane.
  • the B axis is shown in FIG. 1.
  • the tool 2 can be pivoted about the direction of the Y axis.
  • a second angular axis A arises when the processing table 4 can be tilted about the X axis.
  • the axes X, Y, Z, A, B are controlled by means of a numerical control 5, which can, for example, process a parts program or receive and execute individual commands from the operator of the machine tool.
  • a movement of the tool 2 about the angular axis B leads to a displacement of the tip of the tool 2 relative to the workpiece 3.
  • the programmer only has to specify the desired path of the tip of the tool 2 and the tool direction, the desired positions of the angular axes A, B then become automatically calculated.
  • An RTCP unit 6 of the numerical control 5 ensures that when moving in an angular axis A, B the linear axes X, Y, Z are traced so that the point of engagement of the tool 2 on the workpiece 3 is kept on the predetermined path, only the direction of the tool 2 changes relative to the workpiece 3. At least two linear axes X, Z are necessary to correct the point of engagement when moving about an angular axis B.
  • the invention can therefore only be meaningfully used on machine tools with at least one angular axis A, B and at least two linear axes X, Y, Z.
  • FIGS. 2a and 2b A very simple example of a movement between tool 2 and workpiece 3 in two axes Y and B specified in a part program for a numerical control 5 is shown with reference to FIGS. 2a and 2b.
  • the programmer (or an interpolator in the numerical control 5, which approximates a path specified by the programmer through support points) specifies a starting point 10 and an end point 11, between which the tool 2 has a path section 12 with a predetermined speed with respect to the Y axis to edit.
  • a change in the tool direction is specified. From an initial position 13, the tool should pivot about an angular axis B into an end position 14.
  • the starting position 13 is at the time T1 at the starting point 10 and the end position 14 at the time T2 at the end point 11.
  • FIG. 3a shows the linear movement 20 specified by the programmer in the X-axis.
  • a linear interpolation is carried out between the starting point 10 and the end point 11, which initially corresponds to a movement at constant speed, as shown in dashed lines in FIG. 4a.
  • FIG. 4a Analogously, FIG.
  • FIG. 3b shows the angular movement 21 specified by the programmer in the B-axis: a linear interpolation is carried out between the starting position 13 and the end position 14, which initially corresponds to a rotation at constant speed, as shown in dashed lines in FIG. 4b. It should be noted at this point that care is usually taken when programming a tool path to avoid such jumps in speed. Using this simplified example, however, the invention can be easily illustrated.
  • curve 32 represents the speed profile of the angular axis B after a correspondingly softer filtering. It can be seen that now lower accelerations occur than with synchronous speed control according to curve 31. The surface quality of the workpiece 3 is improved, since due to the lower acceleration occurring in the separate speed control in the angular axes A, B results in better path accuracy.
  • the angular axis B can namely maintain a target path according to curve 32 better than a target path according to curve 31.
  • an increase in speed can also be achieved if one takes advantage of the fact that the angular axes A, B now have an "acceleration reserve". If you increase the specified total web speed, the angular axes A, B come closer to their limit, but overall all axes X, Y, Z, A, B will now move faster from the starting point 10 to the end point 11.
  • the programmer of a part program is free to choose which of the two effects he would prefer to use.
  • One way to influence the effect of separate speed control in one direction or another is to specify the degree of rounding of a speed profile for linear axes X, Y, Z and angular axes A, B separately, for example, to set the filter parameters accordingly.
  • tolerances separately for the filter for the linear axes X, Y, Z and the filter for the angular axes A, B, which allow a maximum deviation from that specified by the programmer.
  • the RTCP unit 6 takes into account the positions of the tool 2 which differ from the synchronous target positions and holds the point of engagement of the tool 2 on the workpiece 3 on the target path.
  • the movement between tool (2) and workpiece (3) can also be specified by other methods than described in the example.
  • modern numerical controls (5) it is possible to program part programs with splines or NURBS, by means of which curved paths can be specified without jumps in the speed or acceleration profile.
  • speed profiles or acceleration profiles are ultimately specified, the processing of which can take place according to the invention with a separate speed control for linear axes X, Y, Z and angular axes A, B.

Abstract

Für ein Verfahren zur Bahnsteuerung mittels einer Numerischen Steuerung (5) wird vorgeschlagen, die Geschwindigkeitsführung der Linearachsen (X, Y, Z) und der Winkelachsen (A, B) einer Werkzeugmaschine (1) zu trennen. Das Geschwindigkeitsprofil der Winkelachsen (A, B) wird dann stärker verrundet als das Geschwindigkeitsprofil der Linearachsen. Dadurch entstehende Positionierfehler des Werkzeugs (2) gegenüber dem Werkstück (3) werden durch Ausgleichsbewegungen in den Linearachsen (X, Y, Z) korrigiert. Diese Aufgabe kann vorteilhaft von einer in modernen mehrachsigen Werkzeugmaschine meist bereits vorhandenen RTCP-Einheit (6) übernommen werden. Durch die geringeren Beschleunigungen in den Winkelachsen ergibt sich eine verbesserte Oberflächenqualität oder wahlweise auch eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit.

Description

Verfahren zur Bahnsteuerung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bahnsteuerung nach Anspruch 1.
In modernen Werkzeugmaschinen werden Numerische Steuerungen eingesetzt, um die Positionierung und Bewegung von Werkzeugen relativ zu einem Werkstück zu kontrollieren. Um ein Werkstück entsprechend einer Vor- gäbe zu bearbeiten, ist es notwendig, das Werkzeug relativ zum Werkstück auf vorher festgelegten Bahnen zu bewegen. Man spricht daher auch von einer Bahnsteuerung. Die Festlegung der gewünschten Bahnen erfolgt in einem Teileprogramm, das durch die Numerische Steuerung abgearbeitet wird. Die Numerische Steuerung setzt dabei die geometrischen Anweisun- gen des Teileprogramms in Anweisungen an die Lageregelung der verschiedenen Achsen der Werkzeugmaschine um.
In einem solchen Teileprogramm werden beispielsweise beliebige Werkzeugbahnen durch Stützpunkte angenähert, zwischen denen die Bahnsteuerung linear interpoliert. In modernen Werkzeugmaschinen wie einer 5-Achs- Fräsmaschine stehen mehrere Bewegungsachsen zur Verfügung, auf die die gewünschte Bahn projiziert werden kann. Die Vorgabe für jede Bewe- gungsachse besteht dann wiederum aus Stützpunkten (Achspositionen), die nacheinander und synchron von jeder Achse angefahren werden müssen. Dies gilt sowohl für Linearachsen als auch für Winkelachsen.
Da eine Werkzeugmaschine bestimmten Einschränkungen hinsichtlich der maximalen Beschleunigung und auch des maximalen Rucks (Änderung der Beschleunigung) in seinen Bewegungsachsen unterliegt, kann eine im Teileprogramm vorgesehen Ecke zwischen zwei Bahnabschnitten der Werkzeugbahn nicht mit einer endlichen Geschwindigkeit exakt durchlaufen werden, da hierzu eine unendliche Beschleunigung notwendig wäre. Die maxi- male Geschwindigkeit, mit der eine Ecke durchlaufen werden kann, hängt daher von der maximal zulässigen Toleranz ab, mit der die tatsächliche Werkzeugbahn von der idealen Werkzeugbahn abweichen darf. Je größer diese Toleranz, desto höher ist die mögliche Geschwindigkeit. Eine im Teileprogramm festgelegte Ecke wird dabei mit zunehmender Geschwindigkeit immer stärker verrundet.
Ähnliche Beschränkungen gelten auch bei der Abarbeitung eines einzelnen Bahnabschnittes, für den jede Achse von einem Startpunkt (Projektion des ersten Stützpunktes) zu einem Endpunkt (Projektion des zweiten Stützpunktes) bewegt werden muß. Üblicherweise ist für diese Bewegung eine Geschwindigkeit vorgegeben. Da aber ein Geschwindigkeitssprung am Startpunkt eines Bahnabschnittes mit unendlicher Beschleunigung verbunden wäre, muß eine Verrundung des Geschwindigkeitsprofils erfolgen. Diese Verrundung kann durch eine Filterung des Geschwindigkeitsprofils mit FIR - Filtern erfolgen, wie es beispielsweise in der EP 864952 A1 beschrieben ist. Da sich jede Bahn aus der Überlagerung aller Achsbewegungen zusammensetzt, muß die Filterung der einzelnen Bahnabschnitte so erfolgen, daß alle Sprünge in der Geschwindigkeit in gleicher Weise geglättet werden. Nur so ist eine synchrone Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungsführung für jede der Achsen gewährleistet, die zur Einhaltung der vorgegeben Werk- zeugbahn führt.
Nachteilig am beschriebenen Verfahren der Bahnsteuerung ist, daß in Werkzeugmaschinen mit mehreren Achsen jeweils die Achsen mit der schlechtesten Dynamik (also z.B. geringster maximaler Beschleunigung) die Geschwindigkeitsführung vorgeben. Dynamischere Achsen müssen auf die jeweils langsamste Achse, die an einem Bahnabschnitt beteiligt ist, warten. Oft handelt es sich bei solchen weniger dynamischen Achsen um die Win- kelachsen einer Werkzeugmaschine. Es kommt hinzu, daß im Falle einer Limitierung durch eine Winkelachse diese selbst am Limit betrieben wird. Dies führt zu einer Beeinträchtigung der Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstückes, da die Winkelachse in diesem Fall die ihr erlaubte Bahnabweichung voll ausnützt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bahnsteuerung anzugeben, das eine verbesserte Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstückes liefert oder kürzere Bearbeitungszeiten erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Details des Verfahrens ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhän- gigen Ansprüchen.
Es wurde erkannt, daß die Stellung einer Winkelachse auf die Position eines Werkzeuges relativ zu einem auf einer Werkzeugmaschine aufgespannten Werkstück dann keine Rolle spielt, wenn eine in vielen modernen Werkzeugmaschinen vorhandene Werkzeuglagekorrektur aktiviert ist. Diese Werkzeuglagekorrektur, üblicherweise auch als RTCP-Einheit (Rotating Tool Center Point) bezeichnet, sorgt dafür, daß bei einer Bewegung in einer Winkelachse die Linearachsen so nachgeführt werden, daß der Eingriffspunkt des Werkzeuges am Werkstück erhalten bleibt.
Erfindungsgemäß wird nun eine getrennte Geschwindigkeitsführung für Win- kelachsen und Linearachsen vorgenommen. Dies wird beispielsweise dadurch erzielt, daß für die Verrundung der Geschwindigkeitsprofile der Winkelachsen weichere Filter verwendet werden als für die Verrundung der Geschwindigkeitsprofile der Linearachsen. Dadurch treten in den Winkelachsen geringere Beschleunigungen (und höhere Ableitungen der Geschwindig- keitsprofile) auf, die Abweichungen des Regelkreises der Winkelachsen werden kleiner, wodurch wiederum die Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstückes steigt. Um dennoch die notwendige Bahntreue zu erhalten, muß die RTCP-Einheit eine Ausgleichsbewegung in den Linearachsen so steuern, daß sich der Eingriffspunkt des Werkzeuges am Werkstück gegenüber einer synchronen Geschwindigkeitsführung nicht ändert. Bei entspre- chender Parametrisierung läßt sich der Effekt der verbesserten Oberflächengüte ganz oder teilweise zugunsten einer höheren Bearbeitungsgeschwindigkeit verschieben.
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigt
Figur 1 eine Werkzeugmaschine mit Numerischer Steuerung,
Figur 2a, b eine Werkzeugbahn in zwei Ansichten,
Figur 3a, b ein Positionsprofil für zwei Achsen, und
Figur 4a, b ein Geschwindigkeitsprofil für zwei Achsen.
In Figur 1 erkennt man eine Werkzeugmaschine 1 mit einem Werkzeug 2. Auf einem Bearbeitungstisch 4 ist ein Werkstück 3 aufgespannt. Werkstück 3 und Werkzeug 2 sind gegeneinander in mehreren Achsen bewegbar. So sind in der Zeichnung Linearachsen in X- und Z-Richtung zu erkennen, eine dritte Linearachse in Y-Richtung steht senkrecht auf der Zeichenebene. In einer 5-Achs-Fräsmaschine gibt es dazu noch zwei Winkelachsen, von denen in Figur 1 die B-Achse dargestellt ist. Das Werkzeug 2 ist um die Richtung der Y-Achse schwenkbar. Eine zweite Winkelachse A entsteht, wenn der Bearbeitungstisch 4 um die X-Achse verkippt werden kann. Die Steuerung der Achsen X, Y, Z, A, B erflogt mittels einer Numerischen Steuerung 5, die beispielsweise ein Teileprogramm abarbeiten oder einzelne Befehle vom Bediener der Werkzeugmaschine entgegennehmen und ausführen kann.
Wie man in Figur 1 leicht erkennen kann, führt eine Bewegung des Werkzeuges 2 um die Winkelachse B zu einer Verschiebung der Spitze des Werkzeugs 2 gegenüber dem Werkstück 3. Um die Programmierung einer Werkstückbearbeitung in mehreren Achsen X, Y, Z, A, B mit wenigstens einer Winkelachse A, B zu vereinfachen, muß vom Programmierer lediglich die gewünschte Bahn der Spitze des Werkzeuges 2 und die Werkzeugrichtung vorgegeben werden, die Sollpositionen der Winkelachsen A, B werden dann automatisch berechnet. Eine RTCP-Einheit 6 der Numerischen Steuerung 5 stellt dabei sicher, daß bei einer Bewegung in einer Winkelachse A, B die Linearachsen X, Y, Z so nachgefahren werden, daß der Eingriffspunkt des Werkzeuges 2 am Werkstück 3 auf der vorgegebenen Bahn gehalten wird, es ändert sich lediglich die Richtung des Werkzeugs 2 relativ zum Werkstück 3. Zur Korrektur des Eingriffspunktes bei der Bewegung um eine Winkelachse B sind wenigstens zwei Linearachsen X, Z notwendig. Die Erfindung läßt sich daher nur an Werkzeugmaschinen mit wenigstens einer Winkelachse A, B und wenigstens zwei Linearachsen X, Y, Z sinnvoll einsetzen.
Anhand der Figuren 2a und 2b sei ein sehr einfaches Beispiel für eine in einem Teileprogramm für eine Numerische Steuerung 5 vorgegebene Bewegung zwischen Werkzeug 2 und Werkstück 3 in zwei Achsen Y und B dargestellt. Vom Programmierer (oder von einem Interpolator in der Numerischen Steuerung 5, der eine vom Programmierer vorgegebene Bahn durch Stützpunkte annähert) ist ein Startpunkt 10 und ein Endpunkt 11 vorgegeben, zwischen denen das Werkzeug 2 bezüglich der Y-Achse einen Bahnabschnitt 12 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit bearbeiten soll. Gleichzeitig ist eine Änderung der Werkzeugrichtung vorgegeben. Von einer Anfangsstellung 13 soll das Werkzeug in eine Endstellung 14 um die Win- kelachse B schwenken. Dabei liegt zum Zeitpunkt T1 am Startpunkt 10 die Anfangsstellung 13 und zum Zeitpunkt T2 am Endpunkt 11 die Endstellung 14 vor. Da sich die Spitze des Werkzeuges 2 während des Schwenks von Stellung 13 nach Stellung 14 z.B. in der Z-Achse bewegt, muß der Bearbeitungstisch 4 eine entsprechende Ausgleichsbewegung in der Linearachse Z vollziehen, ebenso ist eine Ausgleichsbewegung der Linearachse X notwendig. Diese Aufgabe wird von der RTCP-Einheit 6 in der Numerischen Steuerung 5 übernommen. In Figur 2b ist daher die Winkelachse B in die Werkzeugspitze verschoben dargestellt. Figur 3a stellt die vom Programmierer in der X-Achse vorgegebene Linearbewegung 20 dar. Zwischen Startpunkt 10 und Endpunkt 11 wird eine lineare Interpolation vorgenommen, was zunächst einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit entspricht, wie sie in Figur 4a gestrichelt dargestellt ist. Analog stellt Figur 3b die vom Programmierer in der B-Achse vorgegebene Winkelbewegung 21 dar: zwischen Anfangsstellung 13 und Endstellung 14 wird eine lineare Interpolation vorgenommen, was zunächst einer Drehung mit konstanter Geschwindigkeit entspricht, wie sie in Figur 4b gestrichelt dargestellt ist. Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß üblicherweise schon bei der Programmierung einer Werkzeugbahn darauf geachtet wird, solche Sprünge in der Geschwindigkeit zu vermeiden. Anhand dieses vereinfachten Beispiels läßt sich die Erfindung jedoch leicht darstellen.
Da aber ein Sprung in der Geschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit, wie er in Figur 4a bzw. 4b dargestellt ist, nicht möglich ist (die maximale Be- schleunigung ist für jede Achse begrenzt!), muß das Geschwindigkeitsprofil der Figuren 4a und 4b so verrundet werden, daß keine nicht stetig differenzierbaren Bereiche (Sprünge, Knicke) mehr auftreten. Dies kann etwa mittels Filtern erfolgen, wie sie in der Eingangs erwähnten EP 864952 A1 beschrieben sind. Gibt man den Sprung in der Geschwindigkeit für jede der Achsen durch einen solchen Filter, entsteht eine Vorgabe für die gefilterte Linearbewegung 30 bzw. die gefilterte Winkelbewegung 31. Dabei wurde im Stand der Technik darauf geachtet, die Verrundung der Geschwindigkeitsprofile für alle Achsen X, Y, Z, A, B in gleichem Maße durchzuführen, um eine synchrone Bewegung aller Achsen zu erhalten. Man kann dies auch als syn- chrone Geschwindigkeitsführung für alle Achsen bezeichnen. Dies hatte zur Folge, daß die Verrundung des Geschwindigkeitsprofils immer so erfolgen mußte, daß die Achse mit der kleinsten maximalen Beschleunigung (oder auch die mit dem kleinsten maximalen Ruck) nicht überlastet wurde. Die Dynamik der übrigen Achsen wurde daher nicht ausgenutzt.
Da aber üblicherweise gerade die Winkelachsen A, B weniger dynamisch sind als die Linearachsen X, Y, Z, wird nun vorgeschlagen, statt der synchronen Geschwindigkeitsführung für alle Achsen X, Y, Z, A, B eine ge- trennte Geschwindigkeitsführung für Winkelachsen A, B und Linearachsen X, Y, Z anzuwenden. Geschwindigkeitssprünge in den Winkelachsen A, B sollen nun stärker verrundet werden als Geschwindigkeitssprünge in den Linearachsen X, Y, Z. Hierfür wird etwa das Geschwindigkeitsprofil der Win- kelachsen A, B über andere, vorzugsweise weichere Filter geglättet als das Geschwindigkeitsprofil der Linearachsen X, Y, Z. Dies kann über eine unterschiedliche Parametrisierung eines Filtertyps (z.B. Tiefpaß - Filter) oder über unterschiedliche Filtertypen (z.B. harter Tiefpaß - Filter für Linearachsen X, Y, Z und weicher Dreiecksfilter für Winkelachsen A, B) geschehen.
In Figur 4b stellt die Kurve 32 das Geschwindigkeitsprofil der Winkelachse B nach einer entsprechend weicheren Filterung dar. Man erkennt, daß nun geringere Beschleunigungen auftreten als bei synchroner Geschwindigkeitsführung nach Kurve 31. Es ergibt sich eine Verbesserung der Oberflä- chenqualität des Werkstückes 3, da sich durch die bei der getrennten Ge- schwindigkeitsführung in den Winkelachsen A, B auftretende niedrigere Beschleunigung eine bessere Bahntreue ergibt. Die Winkelachse B kann nämlich eine Sollbahn nach Kurve 32 besser einhalten als eine Sollbahn nach Kurve 31.
Es läßt sich aber auch eine Geschwindigkeitssteigerung erzielen, wenn man die Tatsache ausnützt, daß die Winkelachsen A, B nun eine "Beschleunigungsreserve" aufweisen. Erhöht man die vorgegebene Bahngeschwindigkeit insgesamt, kommen zwar die Winkelachsen A, B wieder näher an ihr Limit, aber insgesamt werden alle Achsen X, Y, Z, A, B nun schneller vom Startpunkt 10 zum Endpunkt 11 gelangen. Es steht dem Programmierer ei- nes Teileprogramms frei, welchen der beiden Effekte er bevorzugt nutzen möchte. Eine Möglichkeit, den Effekt der getrennten Geschwindigkeitsführung in die eine oder andere Richtung zu beeinflussen besteht darin, das Maß der Verrundung eines Geschwindigkeitsprofils für Linearachsen X, Y, Z und Winkelachsen A, B getrennt vorzugeben, also z.B. die Filterparameter entsprechend zu setzen. So könnte man getrennt für den Filter für die Linearachsen X, Y, Z und den Filter für die Winkelachsen A, B Toleranzen vorgeben, die eine maximale Abweichung von der vom Programmierer vorge- gebenen Linearbewegung 20 bzw. Winkelbewegung 21 festlegen. Je größer diese Toleranz vorgegeben wird, desto weicher verhält sich der jeweilige Filter und desto stärker wird das jeweilige Geschwindigkeitsprofil verrundet.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bahnsteuerung mit ge- trennter Geschwindigkeitsführung ist, daß trotz nicht mehr synchroner Bewegung zwischen den Linearachsen X, Y, Z und Winkelachsen A, B der Eingriffspunkt des Werkzeuges 2 am Werkstück 3 unverändert, d.h. auf der vom Programmierer ursprünglich vorgegebenen Bahn bleibt. An der Maßhaltigkeit des Werkstückes ändert sich so nichts. Der in der Figur 4b erkenn- bare Unterschied zwischen den Kurven 31 (synchrone Geschwindigkeitsführung) und 32 (getrennte Geschwindigkeitsführung) stellt die Abweichung der Winkelachse B von der synchronen Geschwindigkeitsführung dar. Diese Abweichung muß also über Ausgleichsbewegungen in den Linearachsen X, Y, Z korrigiert werden, um eine resultierende Bahn der Spitze des Werkzeu- ges 2 relativ zum Werkstück 3 zu erhalten, die der der synchronen Geschwindigkeitsführung entspricht. Diese Aufgabe kann von der RTCP-Einheit 6 übernommen werden.
Es müssen lediglich die Linearachsen X, Y, Z synchron bewegt werden, während die Winkelachsen A, B mit einer getrennten Geschwindigkeitsfüh- rung gesteuert werden können. Die RTCP-Einheit 6 berücksichtigt die von der synchronen Sollpositionen abweichenden Positionen des Werkzeuges 2 und hält den Eingriffspunkt des Werkzeuges 2 am Werkstück 3 auf der Sollbahn.
Die obigen Betrachtungen wurden anhand einer begrenzten Beschleunigung in den Winkelachsen durchgeführt. Es wurde von einer Geschwindigkeitsführung gesprochen. Natürlich sind auch den höheren Ableitungen der Werkzeugbahn Grenzen gesetzt, z.B. der maximalen Änderung der Beschleunigung, also dem Ruck. So sind nicht nur Sprünge in der Geschwindigkeit unmöglich, sondern auch Knicke. Es muß also auch ein Knick in der Ge- schwindigkeit verrundet werden. Da sich diese Größen aber bis auf Konstanten jeweils gegenseitig bestimmen, gelten die Betrachtungen auch für eine Begrenzung durch den maximalen Ruck. In diesem Sinn kann dann auch von einer synchronen bzw. getrennten Beschleunigungsführung gesprochen werden.
Die Vorgabe der Bewegung zwischen Werkzeug (2) und Werkstück (3) kann auch durch andere Verfahren als im Beispiel beschrieben vorgenommen werden. So ist es in modernen Numerischen Steuerungen (5) möglich, Teileprogramme mit Splines oder NURBS zu programmieren, durch die gekrümmte Bahnen ohne Sprünge im Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil vorgegeben werden können. Auch hier werden letztlich Geschwindigkeitsprofile (oder Beschleunigungsprofile) vorgegeben, deren Ab- arbeitung erfindungsgemäß mit einer getrennten Geschwindigkeitsführung für Linearachsen X, Y, Z und Winkelachsen A, B erfolgen kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Bahnsteuerung in wenigstens zwei Linearachsen (X, Y, Z) und wenigstens einer Winkelachse (A, B), bei dem die Bewegung des Werkzeuges (2) gegenüber dem Werkstück (3) durch ein Teileprogramm für eine Numerische Steuerung (5) vorgegeben wird, wobei die Geschwindigkeitsführung in der Numerischen Steuerung (5) getrennt für die Linearachsen (X, Y, Z) und die Winkelachsen (A, B) vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch die getrennte Geschwindigkeitsführung entstehende Abweichungen der Bewegung zwischen Werkzeug (2) und Werkstück (3) durch Ausgleichsbewegungen der
Linearachsen (X, Y, Z) korrigiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ausgleichsbewegungen der Linearachsen (X, Y, Z) durch eine RTCP-Einheit (6) gesteuert werden, die bei einer gegebenen Abweichung der Winkelachsen (A, B) von einer synchronen Geschwindigkeitsführung aller Achsen (X, Y, Z, A, B) den
Eingriffspunkt des Werkzeuges (2) am Werkstück (3) konstant hält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die getrennte Geschwindigkeitsführung für die Linearachsen (X, Y, Z) und die Winkelachsen (A, B) dadurch erzielt wird, daß Geschwindigkeitsprofile in den Winkelachsen (A, B) stärker verrundet werden als Geschwindigkeitsprofile in den Linearachsen (X, Y, Z).
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei zur Verrundung von Geschwindigkeitsprofilen in den Winkelachsen (A, B) weichere Filter als zur Verrundung von Geschwindigkeitsprofilen in den Linearachsen (X, Y, Z) eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zur Verrundung von Geschwindigkeitsprofilen in den Winkelachsen (A, B) Dreiecksfilter eingesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei zur Verrundung von Ge- schwindigkeitsprofilen in den Linearachsen (X, Y, Z) Tiefpaß - Filter eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Maß für die Verrundung für Geschwindigkeitsprofile für die Winkelachsen (A, B) und die Linearachsen (X, Y, Z) getrennt vorgegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für die Winkelachsen (A, B) und die Linearachsen (X, Y, Z) jeweils eigene Toleranzen für die Verrundung von Geschwindigkeitsprofilen vorgegeben werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für die Winkelachsen (A, B) und die Linearachsen (X, Y, Z) jeweils unterschiedliche Filterparameter für die Verrundung von Geschwindigkeitsprofilen vorgegeben werden.
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