Table Of ContentISW Forschung und Praxis
Berichte aus dem Institut fOr Steuerungstechnik
der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen
der Universitat Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. G. Pritschow
Band 76
Dieter Michael Scheifele
Grafisch dynamische Simu
lation des Bearbeitungsvor
ganges fur Doppelschlitten
drehmaschinen
Springer Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo 1988
D93
Mit 54 Abbildungen
ISBN-13: 978-3-540-50068-1 e-ISBN-13: 978-3-642-83552-0
001: 10.1007/978-3-642-83552-0
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c9 Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg· 1988
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Gesamtherstellung: Druckerei Kuhnle, Esslingen
2362/3020-543210
Geleitwort des Herausgebers
In der Reihe "ISW Forschung und Praxis" wird fortlaufend Uber Forschungs
ergebnisse des Instituts fUr Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und
Fertigungseinrichtungen der Universitat Stuttgart (ISW) berichtet, das sich in
vielfaltiger Form mit der Weiterentwicklung des Systems Werkzeugmaschine
und anderer Fertigungseinrichtungen beschaftigt. Die Arbeiten dieses Instituts
konzentrieren sich im besonderen auf die Bereiche Numerische Steuerungen,
ProzeBrechnereinsatz in der Fertigung, Industrierobotertechnik sowie MeS-,
Regel-und Antriebssysteme, also auf die aktuellsten Bereiche der Ferti
gungstechnik. Dabei stehen Grundlagenforschung und anwenderorientierte
Entwicklung in einem stetigen Austausch, wodurch ein standiger Technologie
transfer zur Praxis sichergestellt wird.
Die Buchreihe erscheint in zwangloser Foige und stUtzt sich auffierichte Uber
abgeschlossene Forschungsarbeiten und Dissertationen. Sie soli dem Inge
nieur bei der Weiterbildung dienen und ihm Hilfestellungen zur Lasung spezifi
scher Probleme geben. FUr den Studierenden bietet sie eine Maglichkeit zur
Wissensvertiefung. Sie bleibt dam it unter erweitertem Namen und neuer Her
ausgeberschaft unverandert in der bewahrten Konzeption, die ihr der GrUnder
des ISW, der leider allzu frUh verstorbene Prof. Dr.-Ing. G. Stute, im Jahre 1972
gegeben hat.
Der Herausgeber dankt der Druckerei fUr die drucktechnische Betreuung und
dem Springer Verlag fUr Aufnahme der Reihe in sein Lieferprogramm.
G. Pritschow
Die vorliegende Arbeit entstand wlihrend meiner Tatigkeit als wissen
schaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Steuerungstechnik der Werkzeug
maschinen und Fertigungseinrichtungen der UniversiUt Stuttgart. Herm
Professor Dr.-Ing. G. Pritschow danke ich fOr seine freundliche wissen
schaftliche UnterstOtzung, fur die Anregungen zur Gestaltung dieser Ar
beit und die Obemahme des Hauptberichtes, Herrn Professor Dr.-Ing. H.
J. Wamecke fur den Mitbericht.
Die Arbeit entstand vor dem Hintergrund einer fruchtbaren Zusammenarbeit
mit der Industrie. Dafur darf ich mich bei allen Partnern fur aufge
schlossene, offene Gesprliche bedanken.
Allen Mitarbeitern, Mitarbeiterinnen und Student en des Institutes, be
sonders Herrn Professor Dr.-Ing. A. Storr, Herm Dr.-Ing. B. Walker und
Herrn Dipl.-Ing. W. Kugler danke ich fur kritische Hinweise und Diskus
sionen, fur die interessante Zusammenarbeit und die schone Zeit.
Dieter Michael Scheifele
7
Inhaltsyerzeichnis
Abkurzungsverzeichnis, Formelzeichen 10
1 Ejnlejtung 13
2 StAnd d~r I~,bnjk b~j d~r ORtjmj~rYng ygn ~C-St~Y~rdA-
1m 16
2.1 MOglichkeiten zur Oberprufung vor Obertragung von NC-
Steuerdaten in die NC 17
2.2 MOglichkeiten zur Oberprufung von NC-Steuerdaten .it in
die NC integrierten Funktionen 20
2.2.1 Trockenlauf 21
2.2.2 Probelauf 21
2.2.3 Rechnerische Methoden 23
2.2.4 Grafische Darstellungen 24
2.2.4.1 Verfahrwegsdarstellungen 24
2.2.4.2 Darstellung der WerkstGckveranderungen 26
2.3 GegenGberstellung der Verfahren zur Oberprufung von NC-
Steuerdaten .it in die NC integrierten Funktionen 27
3 ArIfgrdenngen An eine jntegrierte grafjscbe SjlD!!latjgn
ygn Meh[Scblittend~bbearbeitungen 30
3.1 Art der grafischen Darstellung 30
3.2 Geratetechnische Bedingungen 34
3.3 Programmtechnische Bedingungen 37
3.4 Zeitliche Bedingungen 39
8
4 KonzeDtion ejner jn die Ne integrierbaren Simulation 43
4.1 Modell fur eine in die Ne integrierbare Simulation 48
4.2 Berucksichtigung des dynamischen Verhaltens der Regel
strecken von Werkzeugmaschinen bei der Bearbeitungssi-
mulation 52
4.3 Vergleich der MOglichkeiten 55
5 oatenfluB einer in dje Ne jntegrjerbaren Simylatjon
nach dem BildanderungsDrjnzip 57
5.1 Simulationsversorgungsdaten 57
5.2 Simulationssteuerdaten 59
5.3 Schnittstelle zur Bildsteuereinheit 61
5.4 Einbindung in den FluB der Bearbeitungsdaten 62
5.5 Zusammenfassung der Einbindungsproblematik 64
6 Grafisches Gryndsystem eGGS) 66
6.1 Anforderungen an die grafischen Moglichkeiten 66
6.2 Schnittstelle eines grafischen Grundsystems (GGS) 67
6.2.1 Obergabeschnittstelle nach Reihenfolge 68
6.2.2 Parallele Eingangsstruktur 69
6.3 Grafiksprache 71
6.4 Struktur eines grafischen Grundsystems (GGS) 72
6.5 Interpolatoren zur Bewegung von Segmenten 74
6.5.1 Interpolationsverfahren 74
6.5.1.1 Di e Parameterform 74
6.5.1.2 Die implizite Form 75
6.5.2 Wegdiskreter Zirkularinterpolator fur Grafikdarstel
lungen 76
6.6 Ablaufsteuerung zur simultanen Bewegung mehrerer Seg
mente 80
6.6.1 Auftrageverwaltung und Auftragsbearbeitung 80
6.6.1.1 AnstoBhaufigkeit fur gradlinige Bewegungsdarstellung 81
6.6.1.2 AnstoBhaufigkeit fur kreisformige Bewegungsdarstellung 82
9
6.6.1.3 Schrittl~nge des Oktanteninterpolators 83
6.6.1.4 Fehler durch Polygonalisierung des Kreisbogens 86
6.6.1.5 Fehler durch Quantisierung 87
6.6.1.6 Fehlerfortpflanzung 88
6.6.1.7 Struktur des Zirkularinterpolators 89
6.6.2 AnstoBalgorithmus fUr die 89
Auftr~geverwaltung
6.7 Zusammenfassung grafisches Grundsystem (GGS) 92
7 Struktur des NC-Funktionsprogrammes SIM zur grafjschen
Simulation nach dem Bjld&nderungsprjnzjp 94
7.1 Grobstruktur des NC-Funktionsprogrammes SIM 94
7.1.1 Sequentielle Struktur 96
7.1.2 Parallele Struktur 97
8 Real jsierung 100
8.1 Eingriffsmaglichkeiten fUr den Maschinenhersteller 107
8.2 Einsatz der entwickelten Simulation fOr die Doppel-
schlittendrehbearbeitung 109
9 Zusammenfassung III
Schrjfttym 113
10
Abkurzungsyerzejchnis
BSEA Funktionsprogranm "Bedien- und Steuerdatenein
/ausgabe"
C Name einer Programmiersprache
CAO Computer Aided Design
CCW Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn (counterclockwise)
CLDATA Cutter Location Data
CRT Cathode Ray Tube
CW Drehung im Uhrzeigersinn (clockwise)
DDA Digital Differential Analyser
DNC Direct Numerical Control
F Feedrate, Vorschub
"Schlitten" Funktionseinheit zur Simulation der Bearbeitung durch
einen Schlitten
FIFO Chronologiespeicher (first in, first out)
GAl Grafik-Anwender-Interpreter des GGS
GDC Graphic Display Controller
GEO NC-Funktionsprogranm "Geometriedatenverarbeitung"
GGS Grafisches Grundsystem
GKM Grafik-Kern-Modul des GGS
GKS Graphical Kernel System
GSA Teilfunktionseinheit zur Anzeige alphanumerischer Satz
informationen
GSB Teilfunktionseinheit zur Bereitstellung bildbeschrei
bender Informationen aus Simulationsversorgungsdaten
GSL Teilfunktionseinheit fUr Synchronisations- und Konmuni
kationsaufgaben
GSM Teilfunktionseinheit fur mathematische Probleme
GSN Funktionseinheit zur NC-Ankopplung
GSS Teilfunktionseinheit zur Emulation der SPS
GTM Grafik-Treiber-Modul des GGS
IGES Initial Graphics Exchange Specification
MPST Mehrprozessor-Steuersystem
N Satznunmer
NC Numerische Steuerung, Numerical Control
11
NCYA NC-Funktionsprogralllll "NC-Progralllllverwaltung und
-aufbereitung"
P-Regler Proportionalregler
Pixel Picture Element, Bildpunkt bei Rasterbildschirmen
R Werkzeugradius
RID Rechnerinterne Darstellung
RIDB Rechnerinterne Darstellung der Bearbeitungsaufgabe
SIM NC-Funktionsprogralllll "grafische Simulation"
SPS Speicherprogralllllierbare Steuerung
TW Werkzeugwechselzeit
YDAFS Yerband der Deutschen Automobilindustrie - Flachen
schnittstelle
FoI'MJ zei chen
ai Identitat der Auftragsbearbeitungen
ai' bi Filterparameter eines digitalen Filters
BS Kreisbogenstiick
o Oampfungskonstante des Regelkreises
FBS Fehler bei Bestilllllung des Kreisbogenstiicks
FI, Fuv, Fv Fehlerfunktionen des Interpolators
F(p} Ubertragungsfunktion eines Systemes
FlIsQ, FlIsu Fehlerfunktionen fiir obere und untere Abschatzung von lis
FlIu, FlIu· ,FlI s Fehlerfunktionen fiir Abschatzung von lIu, lIu·, lis
H(z) Ubertragungsfunktion eines digitalen Systems
i,k Schleifenvariable, Laufvariable
Ky Yerstarkungsfaktor des Lagereglers
Ni Anzahl der Interpolationsschritte
ni AnstoBhaufigkeit
p Laplace-Operator
p~ur)' g(llsu) Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen
r Kreisradius
si Bahnlange
T Abtastzeitkonstante
TA Antriebszeitkonstante
