(57)【要約】  研削盤を制御する際に、軸に付設された軸駆動ユニットのための制御指令の計算が、従来技術におけるようにオフラインにて研削盤外部で、したがって前もって行なわれるのではなく、オンラインにて、すなわちリアルタイムで行なわれる。これを可能にするために、変換モデルが用意される。工具座標系（ＷＫＳ）における５つの成分を有するベクトルを軸の運動（矢印１６，１８，２０，２２，２４）のための制御指令に換算することができる。
2009537338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの直線軸（Ｘ１，Ｚ１）および直線軸とは異なる他の少なくとも２つの軸（Ｃ１，Ｂ１，Ａ１，Ｓ１）を有する研削盤（１４）の工作物（１０）の加工時における制御のための方法であって、次のステップを有する方法、
ａ）部分プログラムの助けにより工作物（１０）の目標表面輪郭が発生させられるステップ、
ｂ）目標表面輪郭から、直交座標系における目標表面の位置に対応する３つの決定量と、研削盤（１４）の砥石車（１２）の姿勢を顧慮した目標表面の姿勢方向に対応する２つの決定量とから成る５つの決定量を有するベクトルが導き出されるステップ、
ｃ）ベクトルが研削盤（１４）におけるデータ処理装置に供給されるステップ、
ｄ）データ処理装置における変換モデルに基づいてベクトルから研削盤（１４）の軸に付設された軸駆動ユニットのための軸制御指令がリアルタイムで計算されるステップ、
ｅ）計算により生じた軸制御指令が即座に軸駆動ユニットへ供給され、軸駆動ユニットによって軸制御指令が変換されるステップ。
【請求項２】
研削盤（１４）が２つの直線軸（Ｘ１，Ｚ１）、２つの回転軸（Ｃ１，Ｂ１）および旋回軸（Ａ１）により制御され、計算のステップが、直交座標系における目標表面の位置に対応する３つの決定量から２つの直線軸（Ｘ１，Ｚ１）および回転軸（Ｃ１）のための制御指令が導き出されること、ならびに目標表面の姿勢方向に対応する２つの決定量から他の回転軸（Ｂ１）および旋回軸（Ａ１）のための制御指令が導き出されることを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
２つの直線軸（Ｘ１，Ｚ１）および直線軸とは異なる他の少なくとも２つの軸（Ｃ１，Ｂ１，Ａ１，Ｓ１）と、軸に付設された駆動ユニットと、データ処理装置とを備えた数値制御研削盤（１４）において、データ処理装置が次のように構成されていること、すなわちデータ処理装置に供給される工作物（１０）の目標表面輪郭に関するベクトル情報からリアルタイムで軸駆動ユニットのための軸制御指令を発生し、軸駆動ユニットに与えるように構成されていることを特徴とする数値制御研削盤。
【請求項４】
データ処理装置において変換モデルに基づいて５つの決定量を有するベクトルを５つの軸のための目標軸運動に変換することができるコンピュータプログラムが格納されていることを特徴とする２つの直線軸（Ｘ１，Ｚ１）、２つの回転軸（Ｃ１，Ｂ１）および旋回軸（Ａ１）を備えた請求項３記載の数値制御研削盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作物の加工時における２つの直線軸および直線軸とは異なる他の少なくとも２つの軸を有する（数値制御）研削盤、特に円筒研削盤の制御のための方法に関する。本発明は、この方法が実施可能である数値制御研削盤にも関する。
【０００２】
フライス盤の分野から、加工すべき工作物の目標表面輪郭に関する数値制御データを得て、これを機械軸に付設された駆動ユニットのための制御指令に変換することは公知である。これはフライス盤においてはそれゆえ簡単である。なぜならば、フライス盤が一般に互いに垂直な３つの直線軸を有することから目標表面輪郭の直交座標が制御指令に直接的に変換されるからである。
【０００３】
この簡単な可能性が冒頭に述べた如き研削盤の場合には与えられない。２つの直線軸に加えて直線軸とは異なる少なくとも１つの軸を使用することによって、工作物の目標表面輪郭の直交座標を駆動ユニットのための制御指令の発生のために容易には使用することができない。そこで従来技術においては、オフラインにおいて、すなわち工作物の加工前に本来の研削盤もしくはそれのデータ処理装置の外側において、例えばＣＡＤシステムの助けを借りて発生させるのが普通である（ＣＡＤはコンピュータ支援設計を意味する）。軸制御指令の前もっての計算によって多くの柔軟性が失われる。軸における送り（軸速度）の調整時における障害も生じる。
【０００４】
その送りはプログラム指令に適合させられて定義されなければならない。軸制御指令の前もっての計算はデータ範囲に関する制限がもたらされることも引き起こす。したがって、従来技術においては、いわゆる補間運動を行なうことがむずかしい。すなわち、工具が工作物において予め定められた輪郭線に沿って移動するように多数の軸が調整されて動くような運動を行なうことがむずかしい。直線または曲線であり得るこのような輪郭線を少なくとも近似的に定義することができるように、輪郭線が部分区間に区分され、軸がそれぞれ、工具が部分区間の始点から終点へ移動されるように制御される。この場合に、始点から終点へ至る経路は正確に調整することができない。輪郭の定義における改善が、従来技術による方法の場合にはデータ量の増大をもたらす。
【０００５】
やり方の柔軟性の不足は、計算が機械に独立したモデルに起因するのではなく、むしろ制御すべき研削盤の機械固有の特性と一緒にプログラム化されなければならないことからも生じる。
【０００６】
本発明の課題は、研削盤、特に円筒研削盤のために、精密な軸制御指令を用意することによって、工作物の目標表面輪郭を従来よりも精密に発生させる可能性を提供することにある。
【０００７】
この課題は、請求項１による方法および請求項３による数値制御研削盤によって解決される。
【０００８】
本発明による方法は次のステップを有する。
ａ）部分プログラムの助けにより工作物の目標表面輪郭が発生させられるステップ、
ｂ）目標表面輪郭から、直交座標系における目標表面の位置に対応する３つの決定量と、研削盤の砥石車の姿勢を顧慮した目標表面の姿勢方向に対応する２つの決定量とから成る５つの決定量を有するベクトルが導き出されるステップ、
ｃ）ベクトルが研削盤におけるデータ処理装置に供給されるステップ、
ｄ）データ処理装置における変換モデルに基づいてベクトルから研削盤の軸に付設された軸駆動ユニットのための軸制御指令がリアルタイムで計算されるステップ、
ｅ）計算により生じた軸制御指令が即座に軸駆動ユニットへ供給され、軸駆動ユニットによって軸制御指令が変換されるステップ。
【０００９】
本発明は、軸制御指令をもはや外部のＣＡＤシステムにおいて予め発生させるのではなくて、数値制御研削盤自体において発生させることに基づいている。本発明は、この計算がリアルタイムにて行なわれることにも基づいている。この特徴によって、もはや従来技術のような大きなデータ量が発生しないことが保証される。したがって、本発明による方法の助けにより工作物に沿って正確な輪郭線を移動することができる。制御指令のリアルタイム計算のおかげで、ほとんど工作物上において各座標点を軸駆動ユニットによって可能にされる精度（粒度）で軸制御指令を割り当てることができるので、移動すべき輪郭線をもはや部分区間に区分する必要がない。
【００１０】
軸制御指令のオンライン計算（リアルタイム計算）が変換モデルの使用によって可能にされる。変換モデルは全体として大きな柔軟性も必然的にもたらす。変換モデルは機械の細部に依存せずに使用可能であり、その都度機械固有にパラメータ化されるだけでよい。したがって、研削盤内のデータ処理装置のために変換モデルを含んだ搭載すべきソフトウェアを用意することができる。
【００１１】
短期間発生する運動学的パラメータの変化もしくは運動学自体の変化は計算の際に短期間補償することができる。
【００１２】
一般に工作物座標系である直交座標系において直線移動および回転が可能である。工作物を目標位置に引き入れることができない場合には、直線移動または回転の測定だけが必要であり、軸制御指令の計算時に補正を行なうことができる。従来技術におけるオフラインでの前もっての計算の場合、この種のことは可能でない。本発明の場合には柔軟に補正を行なうこともでき、これは工具の形に関係する。例えば砥石車の磨耗が測定され、オンライン計算の際に考慮されるとよい。変換モデルの助けによるオンライン計算によって、軸制御指令は正確に直交座標点における輪郭に合わせられていて、直交座標点ごとにその都度、軸制御指令が計算される。したがって、軸運動における速度〈送り〉の決定の際に、もはや問題が起こらない。むしろ、その速度は工作物ジオメトリ沿いの移動の際における「輪郭速度」に等しい。本発明によって複雑な運動も可能にされ、特に異なる軸の重ね合わせ運動も可能である。これの例が工作物との接触線に沿った工具の揺動である。
【００１３】
有利な実施形態においては情報が次のようなベクトルから成る。直交座標系における目標表面の位置に対応する３つの決定量から２つの直線軸および１つの回転軸のための制御指令が導き出される。目標表面の姿勢方向に対応し、したがってそうでなくとも制御指令のために準備されている２つの決定量から、砥石車の制御ための制御指令が算定可能である。一般的には、これは他の回転軸および旋回軸のための制御指令である。
【００１４】
２つの直線軸と、直線軸とは異なる他の少なくとも２つの軸と、軸に敷設された駆動ユニットと、データ処理装置とを備えた本発明による数値制御研削盤は、データ処理装置が次のように構成されていることを特徴とする。すなわち、データ処理装置は、データ処理装置に供給される工作物の目標表面輪郭に関するベクトル情報からリアルタイムで軸駆動ユニットのための軸制御指令を発生し、軸駆動ユニットに与えるように構成されている。
【００１５】
上述の目的のためのデータ処理装置の構成はコンピュータプログラムの用意によって行なわれることが有利である。数値制御研削盤が２つの直線軸、２つの回転軸および１つの旋回軸を有する場合には、５つの決定量を有するベクトルが変換モデルに基づいて、５つの軸のための目標軸運動に変換されるとよい。この場合に、目標軸運動から容易に軸制御指令を導き出すことができる。
【００１６】
以下において図面に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図は、本発明の有利な実施形態において使用される変換モデルを概略的に示す。
【００１７】
ここで大事なのは、工具による工作物１０の加工、より詳しく言うならば、全体で１４にて示された円筒研削盤における砥石車１２による工作物１０の加工である。工作物は、ＷＳＫにて表された工作物座標系を持つ。円筒研削盤はＭＫＳにて表された機械座標系を持ち、砥石車１２には工具座標系ＷＺＫＳが割り当てられる。
【００１８】
機械は次の運動可能性を含む。直線軸Ｘ１は、機械座標系ＭＳＫのｘ軸に沿った移動のための可能性を提供する（矢印１６参照）。直線軸Ｚ１は、機械座標系ＭＳＫのｚ軸に沿った移動のための可能性を提供する（矢印１８参照）。回転軸Ｃ１はｚ軸を中心とする矢印２０に対応した回転のための可能性を提供する。砥石車１２は、回転軸Ｂ１による矢印２２に対応した回転および旋回軸Ａ１における矢印２４に対応した旋回を可能にする構造に固定されている。砥石車の本来の回転は回転軸Ｓ１により行なわれる。図には計算の際にモデルの枠内に含められる長さＬ１〜Ｌ４が書き込まれている。
【００１９】
部分プログラムにより工作物１０の目標表面輪郭が設計される。この目標表面輪郭から５つの決定量を有するベクトルを導き出すことができる。ベクトルは目標表面上における個々の点に対応する。３つの第１の決定量は工作物座標系における点のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に対応した座標である。部分プログラムの助けによる目標表面輪郭の発生時に、工具の特性、ここでは砥石車１２の特性も考慮されることから、目標表面輪郭の２つの他の自由度を定義することができ、２つの自由度は、後で軸Ｂ１およびＡ１に割り当てることができる。このことを本出願は「姿勢方向」なる概念により表す。両自由度は、どのように点の加工が砥石車１２の助けにより行なわれるべきか定義するために、目標表面上の点の隣接周辺を考慮する。数学的に見れば、２つの決定量は表面の２次元における工作物表面輪郭の方向誘導の２つの値である。
【００２０】
ベクトルの第１の３つの決定量から軸Ｘ１，Ｚ１およびＣ１の運動を求めることができる。工作物座標系ＷＫＳのｚ軸は機械座標系ＭＫＳのｚ軸と一致する場合には、ｚ座標を直接的に矢印１８に対応する運動に変換することができる。ｘ軸に沿った運動の計算には、基礎軸Ｃ１による矢印２０に対応する回転のために、ｙ軸も関係する。座標系ＭＫＳおよびＷＫＳが一致しない場合には３つの全ての座標が３つの全ての軸Ｘ１，Ｚ１およびＣ１の運動に入り込む。ベクトルにおける目標表面の姿勢方向に関する両決定量は、回転軸Ｂ１および旋回軸Ａ１のための制御指令に直接的に伝達される。２つの部分へのベクトルの分解、すなわち軸Ｘ１，Ｚ１およびＣ１に割り当てられている第１の３成分と軸Ｂ１およびＡ１に割り当てられている第２の成分へのベクトルの分解が、もちろん理想的な場合である。ベクトルの成分、したがってベクトルの５つの決定量が５つの異なる自由度に対応するので、この理想的な場合が座標系ＭＫＳおよびＷＫＳの相互の関係またはベクトルの正確な定義のゆえに与えられていなくても、基本的には上述の５つの軸の軸運動の計算もその都度５つの全成分から可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の有利な実施形態において使用される変換モデルの概略図。
【符号の説明】
【００２２】
１０        工作物
１２        砥石車
１４        円筒研削盤
１６        矢印
１８        矢印
２０        矢印
２２        矢印
２４        矢印
Ａ１        旋回軸
Ｂ１        回転軸
Ｃ１        回転軸
Ｌ１〜Ｌ４  長さ
Ｓ１        回転軸
Ｘ１        直線軸
Ｚ１        直線軸
ｘ，ｙ，ｚ  直交座標軸
ＭＫＳ      機械座標系
ＷＫＳ      工作物座標系
ＷＺＫＳ    工具座標系
【図１】
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【国際調査報告】
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