DD216552A1 - Cnc-bahnsteuerung fuer maschinen, insbesondere brennschneidemaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur CNC-Bahnsteuerung von Maschinen, insbesondere Brennschneidemaschinen, die durch relativ geringe spezifische Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit und den Bedienkomfort gekennzeichnet sind. Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine CNC-Bahnsteuerung so zu realisieren, dass der technische Aufwand und damit die Kosten wesentlich geringer als bei bekannten Loesungen werden. Dies wird dadurch erreicht, indem saemtliche Funktionen einer CNC-Bahnsteuerung auf der Basis einer sinnvollen Beschraenkung der Genauigkeit auf die bei einer Reihe von Fertigungsaufgaben zulaessigen Toleranzen softwaremaessig von einem Mikrorechner, bestehend aus CPU, RAM, EPROM sowie digitalen und analogen Ein- bzw. Ausgabetorschaltkreisen, realisiert werden. An diesem Mikrorechner sind die Wegmesssysteme, die Stellantriebe, das Bedientableau und die Programmeingabe direkt ohne zusaetzliche hardwaremaessige Informationsaufbereitung oder Informationsverarbeitung angeschlossen. Durch die geringen Abmessungen kann die Steuerung an oder in die Maschine eingebaut werden.

Description

-A-

Titel der Erfindung:

CNC-Bahnsteuerung für Maschinen, insbesondere Brennschneidemaschinen

⁵ ; .. .- ' '.'. . ·'..' , ' . Anwendungsgebiet:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur CNC-Bahnsteuerung für Maschinen, insbesondere Brennschneidemaschinen, die durch relativ geringe spezifische Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit, die Bearbeitungsgeschwindigkeit und den Bedienkomfort gekennzeichnet sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: · . .'< - .. ' '' ' . ν-·' Rechnergestützte numerische Steuerungen für Maschinen sind in vielen Varianten bekannt, so z.B. die in der DE-OS 27 30 335 beschriebene Ein-Prozessor-Steuerung mit Bildschirm und Tastatur an der Maschine. Nachteilig bei den bisher bekannten CNC ist die Tatsache, daß der Rechner nur einen mehr oder weniger großen Teil der Funktionen einer NC realisiert und immer noch bestimmte Aufgaben wie z.B. Drehrichtungserkennung, Soll-Ist-Wert-Vergleich, wie bei herkömmlichen NC als Hardware ausgeführt sind. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß NC-Steuerungen überwiegend für spanabhebende Werkzeugmaschinen mit hohen Genauigkeitsforderungen eingesetzt werden, bei Einsatz von Rechnern aber durch die technisch gegebene Verarbeitungsgeschwindigkeit Zeitprobleme bei der Reali-

sierung präziser Lageregelungen auftreten, die eine Verteilung auf mehrere parallel arbeitende Mikrorechner notwendig macht oder bestimmte Funktionen in die Hardware auslagert, um den Rechner zu entlasten. Bei Einsatz dieser ClTC an Grobdrehmaschinen oder Brennschneidemaschinen ist der hohe technische Aufwand nicht immer gerechtfertigt. Auch sind diese CUC dann noch so groß, daß sie neben der Maschine aufgestellt werden müssen, so daß spezielle Aufwendungen zur störsicheren Übertragung der Wegmeßinformation und der Stellsignale, wie z.B. in DE-28 12 187.1 beschrieben, erforderlich werden.

Ziel der Erfindung:

T5 ;. ;..-. ·. Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch konsequente Nutzung der Möglichkeiten moderner hochintegrierter Schaltkreise in Verbindung mit einer sinnvollen Beschränkung der Genauigkeit auf die bei einer Reihe von

20' Fertigungsaufgaben zulässigen Toleranzen das Verfahren der CNC-Bahnsteuerung so zu realisieren, daß der technische Aufwand und damit die Kosten wesentlich geringer als bei bekannten Lösungen werden, so daß auch solche Maschinen, bei denen HC bisher aus Kostengründen nicht vertretbar war bzw. bei denen die hohen Kosten herkömmlicher NC, hervorgerufen durch hohen technischen Standard, in Kauf genommen werden mußte, mit einer hinsichtlich des Verhältnisses von Aufwand zu Nutzen voll befriedigende CNC-Bahnsteuerung ausgerüstet, sowie darüberhinaus bereits vorhandene geeignete Maschinen mit dieser Steuerung nachgerüstet werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Die bisher bekannten Steuerungen"haben den Nachteil, daß viele Funktionen einer CNC noch durch Hardware realisiert werden, wie z.B. Drehrichtungserkennung

der Wegmeßsysteme und externe Positionszähler. Meist sind CNC auch mit mehr oder weniger komfortablen Möglichkeiten zur manuellen Programmkorrektur, Programmeingabe oder Programmkontrolle ausgestattet. Dies alles bedingt einen mitunter erheblichen technischen Aufwand (Mehrrechner-CMC) , der sich auf Kosten, Betriebszuverlässigkeit und Qualifikationsniveau des Bedien- und Instandhaltungspersonals niederschlägt. Für Fertigungsaufgaben mit geringeren Anforderungen an die Genauigkeit und den Bedienkomfort sind die bisher bekannten CNC einfach über-. dimensioniert und damit unökonomisch bzw. nicht akzeptabel.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Steuerung zu schaffen, die diese Nachteile beseitigt, in ihrem Aufbau einfach und unkompliziert ist, aber durch maschinelle Programmeingabe den Einsatz moderner Methoden der Programmherstellung wie z.B. rechnergestützte Zuschnittoptimierung bei Brennschneidemaschinen möglich macht. Dies wird dadurch erreicht, indem sämtliche Punktionen einer CNC-Bahnsteuerung softwaremäßig von einem Mikrorechner, bestehend aus Mikroprozessor, BAM- und ROM-Schaltkreisen sowie digitalen und analogen Ein- bzw. Ausgabetorschaltkreisen, realisiert werden. An diesen Mikrorechner sind die Wegmeßsysteme, die Stellantriebe, das Bedientableau und die Programmeingabe direkt angeschlossen.

Die Programmeingabe erfolgt zweckmäßigerweise über einen Mihilochstreifenleser, Magnet bandcasset te,, PROM- oder gestützten RAM-Modul. Als Wegmeßsysteme eignen sich insbesondere inkrementale Wegmeßsysteme.

Durch die geringen Abmessungen, insbesondere bei Verwendung von Ein-Karten-Mikrorechnern geeigneter Konfiguralion, kann die Steuerung an oder in die Maschine eingebaut werden, so daß durch die kurzen Signalleitungen spezielle Entstörmaßnahmen entfallen.

Programmierung und Bedienung vereinfachen sich, so daß keine besondere Qualifikation des Bedienpersonals als auch der Instandhalter notwendig ist.

- 4 -

Ausführungsbeispiel:

Für die zweckmäßigste Realisierung gibt es prinzipiell 2 Varianten, die sich durch die Verwendung handelsüblicher Mikrorechnerbaugruppen unterscheiden.

In Figur 1 ist die Realisierung durch weitgehenden Einsatz handelsüblicher MR-Baugruppen dargestellt. Sie besteht aus dem Stromversorgungsmodul, dem Einkartenrechner und einer Prozeßkoppelsteckeinheit.

Der Stromversorgungsmodul erzeugt die Versorgungsspannungen für den Rechner und die Prozeßkoppelsteckeinheit, wobei die Versorgung letzterer auch von der Antriebssteuerung der Maschine erfolgen kann. Falls der Daten- und Befehlsspeicher des Einkartenrechners zu klein ist, ist eine zusätzliche Speichererweiterungssteckeinheit erforderlich.

Die Prozeßkoppelkarte realisiert die D/A-Wandlung der Steuersignale des Rechners für die Antriebsmotoren für den Fall, daß der Einkartenrechner nicht über Analog-Ausgabetore verfügt, sowie die Potentialtrennung und Verstärkung digitaler Ein- und Ausgaben. Die Vorteile dieser Variante bestehen in dem geringen Entwicklungsaufwand, da nur die Prozeßkoppelsteckeinheit in Eigenregie zu realisieren ist.

Bei Verzicht auf den Einsatz handelsüblicher Mikrorechnerbaugruppen kann die Steuerung durch einen optimierten Stromversorgungsmodul und die Unterbringung der gesamten Steuerelektronik auf einer Steckeinheit äußerst material- und platzsparend realisiert werden.

Die konkrete Realisierung wird nun am Beispiel der Steuerung einer Kreuzwagen-Brennschneidemaschine in Figur 2 unter weitestgehender Verwendung von Baugruppen des OEM-Mikrorechnersystems K 1520 dargestellt. Aus diesem System werden die Zentrale Verarbeitungseinheit ZRE K 2521 und der kombinierte RAM/EPROM-Speicher OFS K 3620 einschließlich der dazugehörigen Stromversorgungsmodule eingesetzt. Als Arbeitsspeicher für

rechnerinterne Daten einschließlich des einzulesenden Brennschneideprogramras steht ein RAM von 3 k Byte zur Verfügung, der Festwert-Programmspeicher von 9 k Byte enthält die entsprechenden Lageregelung-, Aritmethik-, Wegmeß- und anderen Programme zur Realisierung der MC-Bahnsteuerung sowie der Verarbeitung maschinentypischer Steuersignale.

An das Bussystem dieses Rechners ist die Prozeßkoppelsteckeinheit angeschlossen, auf der sich drei 8-Bit-Ausgabetore befinden, die zur Ansteuerung der beiden 8-Bit-Digital-Analogwandler und verschiedener Relais zur Maschinensteuerung dienen.

Die D/A-Wandler erzeugen die Steuerspannung im Bereich von + 10 V zur Ansteuerung der geregelten Antriebe der X- und Y-Richtung. Die Relais dienen zum Ein-/Ausschalten des Schneidsauerstoffs, des Vorschubs und weiterer maschinentypischer Steuersignale.

Die Bewegungen der Brennschneidemaschine in X- und Y-Richtung werden durch inkrementale Wegmeßsysteme erfaßt, die in Abhängigkeit von der Drehrichtung zueinander phasenverschobene Impulse in bekannter Weise ausgeben. Einer der beiden Impulse erzeugt über einen entsprechend programmierten Zähler/Zeitgeber-Schaltkreis-Eingang auf der ZVE Interrupt. Durch den bereitgestellten Interrupt-Vektor startet sofort eine Programmroutine zum Testen des 2. Impulses, der an dem Parallel-Ein/Ausgabe-Schaltkreis PIO der ZVE anliegt, so daß die Drehrichtung sicher erkannt wird. Die Wegmeßimpulse werden somit vorzeichenrichtig in einem rechnerinternen Register gespeichert und dienen nach Multiplikation mit einem maschinenspezifischen Paktor zwecks Umrechnung in Millimeter Fahrweg in bekannter Art und Weise als Istwert für die Lageregelung sr out ine

Da nur 2 Eingänge des ΡΙΟ-Ports für die Wegmessung benutzt werden, können die restlichen mit Steuersignalen für den Rechner wie Start/Stopp Brennschneiden, Fahrtrichtungsurakehr, Brennschneidprogramm Einlesen usw. belegt werden.

Der 2. Port des PIO dient zur maschinellen Dateneingabe, wobei die Datenübertragung mit den ΡΙΟ-Signalen Ready und Strobe gesteuert wird. Bei der Eingabe über Lochstreifen ist die Verwendung von Handlesern im Taschenrechnerformat besonders zweckmäßig. Damit ist die Steuerung ohne weiteres im Steuerpult und auf der Maschine unterzubringen.

Durch die freien Eingänge des CTC und die bidirektionale Arbeitsweise des speziell nur bei der maschinellen Dateneingabe benutzten Ports B bietet die in diesem Beispiel dargestellte Lösung Möglichkeiten für eine Erweiterung, beispielsweise der Erweiterung auf CKC in 3 Achsen.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch:

   1. CNC-Bahnsteuerung für Maschinen, insbesondere Brennschneidemaschinen, in zwei oder mehr Achsen durch einen Mikrorechner mit inkrementalen Wegmeßsystemen, maschineller Programmeingabe und programmgesteuerter Erzeugung von Sehaltfunktionen, integriert in die Antriebssteuerung oder das Bedienpult, gekennzeichnet dadurch, daß sämtliche logische und arithmetischen Punktionen einer CIiC durch die Software eines einzigen Mikrorechners realisiert werden.
2. 2. CNC-Bahnsteuerung für Maschinen, insbesondere Brennschneidemaschinen, gekennzeichnet dadurch, daß bei Verwendung handelsüblicher Einkartenrechner, eventuell mit Speichererweiterung, neben der Software nur noch eine Prozeßkoppelsteckeinheit für die Ausgabe maschinentypischer Steuersignale über Relais o.a. und die D/A-Wandler zur Ausgabe der Steuerspannung für die elektronisch geregelten Achsantriebe erforderlich ist.
3. 3. CNC-Bahnsteuerung für Maschinen, insbesondere Brennschneidemaschinen, gekennzeichnet dadurch, daß durch den Einsatz von handelsüblichen LSI-Schaltkreisen CPU, RAIvI, EPROM, PIO und D/A-Wandler eine Einkarten-CNC-Bahnsteuerung realisiert werden kann.

   Hierzu .£ Seiten Zeichnungen