Fräsergeometriekorrektur in numerischen Steuerungen für das fünfachsige Fräsen

162 Pages·1989·2.539 MB·German

by  Ralf Viefhaus (auth.)

ISW Forschung und Praxis
Berichte aus dem Institut für Steuerungstechnik
der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen
der Universität Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. G. Pritschow
Band 79
Ralf Viefhaus
Fräsergeometriekorrektur in
numerischen Steuerungen
für das fünfachsige Fräsen
Springer-Veriag
Beriin Heidelberg New Vork
London Paris Tokyo Hong Kong 1989
D93
Mit 75 Abbildungen
ISBN 978-3-540-51491-6 ISBN 978-3-642-52332-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-52332-8
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© Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1989
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Gesamtherstellung: Druckerei Kuhnie, Esslingen
2362/3020-543210
Geleitwort des Herausgebers
In der Reihe "ISW Forschung und Praxis" wird fortlaufend über Forschungs
ergebnisse des Instituts für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und
Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart (ISW) berichtet, das sich in
vielfältiger Form mit der Weiterentwicklung des Systems Werkzeugmaschine
und anderer Fertigungseinrichtungen beschäftigt. Die Arbeiten dieses Instituts
konzentrieren sich im besonderen auf die Bereiche Numerische Steuerungen,
Prozeßrechnereinsatz in der Fertigung, Industrierobotertechnik sowie Meß-,
Regel-und Antriebssysteme, also auf die aktuellsten Bereiche der Ferti
gungstechnik. Dabei stehen Grundlagenforschung und anwenderorientierte
Entwicklung in einem stetigen Austausch, wodurch ein ständiger Technologie
transfer zur Praxis sichergestellt wird.
Die Buchreihe erscheint in zwangloser Folge und stützt sich auf Berichte über
abgeschlossene Forschungsarbeiten und Dissertationen. Sie soll dem Inge
nieur bei der Weiterbildung dienen und ihm Hilfestellungen zur Lösung spezifi
scher Probleme geben. Für den Studierenden bietet sie eine Möglichkeit zur
Wissensvertiefung. Sie bleibt damit unter erweitertem Namen und neuer Her
ausgeberschaft unverändert in der bewährten Konzeption, die ihr der Gründer
des ISW, der leider allzu früh verstorbene Prof. Dr.-Ing. G. Stute, im Jahre 1972
gegeben hat.
Der Herausgeber dankt der Druckerei für die drucktechnische Betreuung und
dem Springer Verlag für Aufnahme der Reihe in sein Lieferprogramm.
G. Pritschow
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für steuerungstech
nik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)
der Universität Stuttgart.
Dem Direktor des Instituts, Herrn Professor Dr.-Ing. G. Prit
sChow, gilt mein besonderer Dank für das rege Interesse an
meiner Arbeit, seine Anregungen und seine Unterstützung sowie
für die übernahme des Hauptberichts.
Herrn Professor Dr.-Ing. U. Heisel danke ich für die übernahme
des Mitberichts.
Den Mitarbeitern am Institut danke ich für die kollegiale, of
fen und konstruktive Atmosphäre der Zusammenarbeit, insbeson
dere Herrn Dipl.-Ing. W. Kempf und Herrn Dipl.-Ing. J. Zirbs
für ihre Diskussionsbeiträge auf dem Gebiet der Programmier
systeme.
Des weiteren möchte ich mich für die Unterstützung hinsicht
lich des fachlichen und redaktionellen Gelingens der Arbeit
bei Herrn C. Fülberth, Herrn M. Wäder und Herrn D. Wieber be
danken.
Ralf Viefhaus
- 7 -
Inhaltsverzeichnis seite
Abkürzungen und Formelzeichen 11
1 Einleitung 16
2 Fünfachsiges Fräsen gekrümmter Flächen 19
2.1 Technologie des fünfachsigen Fräsens 19
2.2 Struktur einer Gesamtlösung für das fünfachsige 21
Fräsen
2.3 Arbeitsweise eines NC-Programmiersystems 24
2.4 Numerische steuerungen für das fünfachsige Fräsen 27
2.5 Festlegen der Aufgaben 33
3 Fräserradiuskorrektur für das 21/2achsige Fräsen 37
3.1 übergang zwischen zwei NC-Sätzen 37
3.1.1 Arten von übergängen 37
3.1.2 Mathematische, programmtechnische und funktionale 40
Aspekte bei Schnittpunktberechnungen
3.1.2.1 Mathematische und programmtechnische Aspekte 40
3.1.2.2 Vermeidung von Kollisionen 41
3.1.2.3 Einfügen von Radien 42
3.2 Anwahl und Abwahl der Werkzeugradiuskorrektur 43
4 Fräsergeometriekorrektur für das fünfachsige Frä- 45
sen beliebig gekrümmter Flächen
4.1 Begriffsdefinitionen zur Fräserführung beim fünf- 47
achsigen Fräsen
4.2 Allgemeine Vorgehensweise bei der Bearbeitung be- 48
liebig gekrümmter Flächen
4.2.1 Fräsbahnarten 49
4.2.2 Beschreibung des Fräsrillenprofils 50
4.2.3 Bestimmung des Voreilwinkels ß 52
- 8 -
4.3 Lösungen für eine Fräsergeometriekorrektur 55
4.3.1 Anforderungen an ein modifiziertes Programmiersy- 56
stern
4.3.2 Fräsergeometriekorrektur in der NC 60
4.3.3 Bearbeitungszeiten und Oberflächengüte bei Anbin- 63
dung an ein modifiziertes Prograrnrniersystem
4.3.3.1 Bearbeitungszeiten und Oberflächengüte bei Ver- 64
wendung eines Schaftfräsers
4.3.3.2 Bearbeitungszeiten und Oberflächengüte bei Ver- 70
wendung eines zylindrischen Gesenk- oder Kugel
kopffräsers
4.3.4 Oberflächengüte bei Anbindung an ein konventio 72
nelles Programmiersystem
4.3.4.1 Oberflächengüte bei Verwendung eines Schaftfrä- 73
sers
4.3.4.2 Oberflächengüte bei Verwendung eines zylindri- 73
schen Gesenk- oder Kugelkopffräsers
5 Fräsergeometriekorrektur für das fünfachsige Frä- 77
sen beliebig gekrümmter Flächen unter Berücksich
tigung von Grenzflächen
5.1 Allgemeine Vorgehensweise bei der Bearbeitung be- 77
liebig gekrümmter Flächen unter Berücksichtigung
von Grenzflächen
5.1.1 Einsatz eines zylindrischen Gesenk- oder Kugel- 78
kopffräsers
5.1.2 Einsatz eines Schaftfräsers 80
5.1.3 Einsatz eines Faßfräsers 81
5.2 Lösungen für eine Fräsergeometriekorrektur 82
5.2.1 Anforderungen an ein modifiziertes Programmiersy- 82
stern
5.2.2 Fräsergeometriekorrektur in der NC 86
- 9 -
6 Fräsergeometriekorrektur für das fünfachsige Frä- 89
sen von Regelflächen
6.1 Allgemeine vorgehensweise bei der Bearbeitung von 89
Regelflächen
6.2 Lösungen für eine Fräsergeometriekorrektur 91
6.2.1 Anforderungen an ein modifiziertes Programmiersy- 91
stern
6.2.2 Fräsergeometriekorrektur in der Ne 92
7 Dreiachsiges Fräsen beliebig gekrümmter Flächen 98
8 Schruppbearbeitung mit Berücksichtigung eines 100
Offsets
9 Verwendung einer Geometrieschnittstelle 104
9.1 Geometrieschnittstellen 105
9.1.1 lGES-Schnittstelle 107
9.1.2 VDA-Flächenschnittstelle 108
9.1. 3 SET-Schnittstelle 109
9.1.4 PDDl, PDES und CAD-l 110
9.1. 5 STEP-Schnittstelle 110
9.2 Auswahl einer Schnittstellenspezifikation 111
9.3 Anwendung der VDA-Flächenschnittstelle 112
9.3.1 VDAFS-Flächen- und Kurvenbeschreibung 112
9.3.2 Auswertung der VDAFS-Flächenbeschreibung 113
9.3.3 Erzeugen von Fräsbahnpunkten aus einer Kurven 121
beschreibung
10 Realisierung im Rahmen eines Steuerungssystems 123
für Werkzeugmaschinen und Roboter
10.1 Gesamtkonzept des Steuerungssystems 123
10.1.1 Funktionales Konzept 123
10.1.2 Gerätete~hnisches Konzept 127
- 10 -
10.2 Realisierung der Werkzeugradiuskorrektur für 130
die Bearbeitung in einer Hauptebene
10.3 Realisierung des Moduls für die On-line-Fräser- 132
geometriekorrektur für das fünfachsige Fräsen
10.3.1 Programmstruktur des Moduls 132
10.3.2 Behandlung der Ein- und Ausgabedaten 134
10.3.3 Programmierung beim fünfachsigen Fräsen mit 136
On-line-Fräsergeometriekorrektur
10.3.3.1 Programmiermodus, Bearbeitungsfall und Fräser- 137
beschreibung
10.3.3.2 Geometrische Angaben im NC-Programm 139
10.3.3.3 Vergleich des Umfangs der NC-Steuerdaten 140
10.3.4 zeitverhalten des Moduls 143
11 Zusammenfassung 148
Schrifttum 151
- 11 -
Abkürzungen
Automatical1y Erogrammed ~ools; problemorien
tierte Programmiersprache für NC-Werkzeugma
schinen
BSEA ~edienungs- und ~teuerdatengin- und -gusgabe;
Funktionsblock einer numerischen Steuerung
CAO gomputer Aided nesign; rechnerunterstütztes
Konstruieren
gomputer Aided Manufacturing; rechnerunter
stütztes Fertigen
CAP gomputer Aided Elanning; rechnerunterstützte
Arbeitsplanung
CLOATA gutter ~ocation Oata; Sprache für NC-Proces
sorausgabedaten, die als Eingabe für NC-Post
processoren verwendet werden
ONC nirect liumerical gontrol
GEO Geometriedatenverarbeitung; Funktionsblock ei
ner numerischen Steuerung
lGES ~nitial graphics ~xchange ~pecification
I ROATA ~ndustrial Bobot Oata
lSW ~nstitut für ~teuerungstechnik der Nerkzeugma
schinen und Fertigungseinrichtungen der Univer
sität Stuttgart
lSWAX5 Programmiersystem für mehrachsiges Fräsen am
lSW
NC liumerical gontrol; numerische Steuerung
NCVA NC-Oatenyerwaltung und -gufbereitung; Funk
tionsblock einer numerischen Steuerung
PC Eersonal gomputer
POOl Eroduct nefinition nata ~nterface
POES Eroduct nata ~xchange ~ecification
PPS Eroduction Elanning ~ystem; rechnerunterstützte
Produktionsplanung und -steuerung
RAM Bandom Access Memory; Schreib-Lese-Speicher
SET ~tandard d' ~change et de ~ransfer
SPS ~reicherQrogrammierbare ~teuerung; Funktions
block einer numerischen Steuerung