DE1538595B2 - Numerisch arbeitende Programmsteuerungsanordnung für Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerisch arbeitende Programmsteuerungsanordnung für Werkzeugmaschinen mit einer Bahnsteuerung, mit einem Datenspeicher und mit einem Außen- und einem Inneninterpolator, bei der der Rechenprozeß zwischen beiden Interpolatoren derart aufgeteilt ist, daß im Außeninterpolator grob, verteilte Stützpunktdaten für eine Werkzeugbahn und zugehörige technologische Daten errechnet werden, daß der entsprechend einfach aufgebaute Inneninterpolator diese Stützpunktdaten abruft und weitere Zwischendaten für die grobverteii£ ten Stützpunktdaten ermittelt und daß von diesen Daten gesteuerte elektrische Antriebe vorhanden sind, die das Werkzeug der Werkzeugmaschine entlang der vorgegebenen Werkzeugbahn steuern (Simon »Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen«, Hauser-Verlag München, 1963, S. 186 bis 189).

Es sind bereits Steuereinrichtungen bekannt, mit denen Maschinen, wie beispielsweise Werkzeugmaschinen, durch die Eingabe und Verarbeitung vonDaten gesteuert werden. Diese Daten betreffen im allgemeinen die Ortskoordinaten der beweglichen, steuerbaren und positionierbaren Maschinenelemente einschließlichetwa notwendiger begrifflich definierter Stellbefehle.

Soll hier die Bewegung auf beispielsweise einer Achse oder Koordinateneinrichtung gesteuert werden, wobei lediglich Anfangs- und Endpunkte der Bewegung von Interesse sind und während der Bewegung kein funktioneller Zusammenhang mit der Zeit erzwungen wird, dann handelt es sich um eine Steuerung ohne Funktionszusammenhang.

In anderen Fällen ist es beispielsweise notwendig, daß ein Funktionszusammenhang zwischen einer oder mehreren Ortskoordinaten und der Zeit oder zwischen einzelnen Ortskoordinaten, d. h. zwischen Werkstück, Werkzeugdrehzahl, Werkzeugvorschub und dergleichen, besteht.

Die Erzwingung eines Funktionszusammenhanges wird bei den bekannten Steuereinrichtungen durch elektronisch, pneumatisch, hydraulisch und mechanisch arbeitende Steuerelemente ermöglicht.

Die zuvor erwähnten Steuerdaten werden den Steuereinrichtungen beispielsweise von einem Lochband, einem Magnetband oder anderen Datenträgern oder auch direkt von einem Prozeßrechner zugeführt Die Steuereinrichtungen, auch Steuereinheiten genannt, rufen die Daten von den externen Speichern und den in der Maschine angeordneten Meßwertgebern zu geeigneten Zeitpunkten ab. Nachdem die Soll- und Ist-Werte in einer Steuereinheit gespeichert sind, verarbeitet diese die Werte nach vorgegebenen Regelkennlinien zu Stellimpulsen, mit deren Hilfe die Maschine, d. h. Werkstückdrehzahl, Werkzeugvorschub u. dg!., aesteuert wird.

F i g. 1 zeigt schematisch eine numerische Maschinensteuerung, für die angenommen wird, daß ein Funktionszusammenhang zwischen einzelnen Achsen (worunter nicht nur x-, y- und z-Achsen, sondern auch Zeitachsen u.dgl. verstanden werden sollen) erzwungen wird. Eine Steuerung mit einem derartigen Funktionszusammenhang wird auch als Bahnsteuerung bezeichnet. "£~-

Die bekanntgewordenen Verfahren und Einrichtungen zur Bahnsteuerung erfordern zur Erzwingung des Funktionszusammenhangs einen sehr großen apparativen Aufwand. So müssen z. B. zur Bearbeitung gekrümmter Flächen sehr viele Daten-Zeichen berechnet und Befehlszeichen angegeben werden, da die Koordinaten vieler Bahnpunkte angegeben werden müssen, damit eine hohe Genauigkeit, d. h. eine gute Annäherung an die ideale Flächenkrümmung ermöglicht wird.

Der Abstand zweier benachbarter Bahnpunkte kann, je nach Einzelfall, etwa 0,001 bis 1 mm betragen.

Um die benötigte Anzahl von Zeichen zu erhalten, kann man alle Zeichen von außen zuführen, oder man errechnet aus wenigen zugeführten Zeichen nach mathematischen Gesetzen zusätzliche Zeichen in der Steuereinheit. Die Errechnung von Zwischenwerten wird allgemein als Interpolation bezeichnet. Die Maschinen zur Errechnung von Zwischenwerten nennt man daher Interpolator. Ein in die Steuereinheit eingebauter Interpolator wird Inneninterpolator genannt. Werden die Zwischenwerte bereits der Steuereinheit zugeführt, dann bezeichnet man die interpolierende Rechenmaschine als Außeninterpolator.

Die oben beschriebenen Werkzeugmaschinensteuerungen sind beipielsweise durch die S. 32 des Buches von Simon, »Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen«, bekannt.

Auf den S. 186 bis 189 dieses Buches sind auch Bahnsteuerungen beschrieben, bei denen eine äußere Datenverarbeitungsanlage zur Berechnung von Stützpunkten der Bahnkurve benutzt wird und in einer inneren Datenverarbeitung durch lineare Interpolation die restliche Bahnpunkte ermittelt werden.

Der regeltechnische Aufwand, der auch die Errechnung der Zwischenwerte für Bahnsteuerungen umfaßt, ist auch dann außerordentlich groß, wenn man sich auf Gleichungen sehr einfacher Kurven beschränkt. In vielen Fällen muß bei der Interpolation zudem ein Funktionszusammenhang zwischen mehr als zwei Achsen berücksichtigt werden. Die hierfür speziell geschaffenen Recheneinrichtungen sind entsprechende Einzweckrechner mit relativ großem Aufwand. Oft kann ein solcher Einzweckrechner gar nicht voll ausgelastet werden, weil unter Umständen nur wenige Werkstücke mit Hilfe der Bahnsteuerungen gefertigt werden sollen und für die Herstellung einer überwiegenden Anzahl von Werkstücken ein Funktionszusammenhang nicht berücksichtigt zu werden braucht, da eine Punkt- oder Streckensteuerung genügt.

Die für eine Bahnsteuerung erforderliche große Zeichenzahl ist auf Lochstreifen oder ähnlichen Datenträgern oft nicht mehr unterzubringen. Bei Lochstreifenlesern kommt noch hinzu, daß deren Lesegeschwindigkeit für eine Bahnsteuerung vielfach nicht ausreicht.

Der Erfindung liegt folgende Aufgabe zugrunde; Bei der Zusammenarbeit eines Außen- und eines Inneninterpolators in einer numerischen Programm-Steuerungsanordnung soll die zwischen diesen zu über- ! tragende Datenmenge in der Weise reduziert werden, daß bei übertragenen Weginformationen und deren zeitlichen Ableitungen die Übertragung von Zwischenwerten einzusparen ist, solange sich die jeweils höchste zeitliche Ableitung nicht mehr ändert.
Gekennzeichnet ist die Erfindung bei der eingangs genannten Programmsteuerungsanordnung dadurch, daß die im Außeninterpolator ermittelten Stützpunktdaten pro Koordinate neben den üblichen Weginformationen auch deren zeitliche Ableitungen sowie einen

ίο Sonderwert enthalten, welcher angibt, über wieviele der vorgegebenen Taktzeichten die niedrigste konstante Ableitung konstant bleibt, daß der Inneninterpolator je Taktzeit eine neue Weginformation und deren' Ableitungen durch Umkehr des Differenzenverfahrens ausgehend von der konstant bleibenden Ableitung errechnet, und daß der Inneninterpolator den Sonderwert in jeder Taktzeit um —1 modifiziert, bis er einen Mindestwert, insbesondere Null annimmt, und dadurch die Übertragung neuer Stützpunktdaten einleitet.

Aus der Erfindung ergeben sich also folgende . Vorteile:

1. Es wird nur ein einfacher Inneninterpolator benötigt. Der Hauptteil des Inneninterpolators be-· steht bei digitalem Soll-Ist-Wertvergleich aus einem Additions- bzw.: Subtraktionsrechenwerk, welches sowieso zum Bilden der Regelabweichung (Differenz zwischen Soll- und Istwert) erforderlich ist.

2. Die von einem Außeninterpolator errechneten Steuerdaten werden in einem wesentlich reduzierten Informationsfluß (geringere Datenmenge) zu der Steuereinheit übertragen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den prinzipiellen Aufbau einer numerischen Werkzeugmaschinensteuerung,

F i g. 2 a, 2 b das Blockschaltbild einer Maschinensteuerung und eine schematische Darstellung der Schlitten, Meßwertgeber und Regelelemente,

F i g. 3 das Blockschaltbild des Inneninterpolators nach der Erfindung ohne nähere Details,

F i g. 4, 4 a, 4 b, 4 c das Blockschaltbild des Inneninterpolators nach F i g. 3 mit Details,
F i g. 5 die schematische Darstellung der zeitlichen Staffelung der Verarbeitungszeiten für die einzelnen Achsen und

Fig. 6a, 6b die zeitliche Staffelung der Verarbeitungszeit in drei Phasen.

F i g. 1 zeigt noch einmal schematisch das allgemeine bekannte Prinzip einer numerisch gesteuerten Maschine. Von einer Datenquelle Dw werden Steuerbefehle b und Sollwerte sw zu einer Steuereinheit STE übertragen, wenn über die Leitung da von dieser Einheit ein Datenabrufsignal gesendet wurde. Die Steuereinheit erzeugt Stellsignale ss und Befehle b, die zu den Stellelementen der Maschine M übertragen werden. In der Maschine selbst befinden sich Meßwertgeber MWG, welche die Ist-Werte iw in den verschiedenen Achsen zu der Steuereinheit STE übertragen, damit diese die erforderlichen Stellsignale ss und Steuerbefehle b erzeugen kann. ""

Fi g. 2 a und 2 b zeigen die Verhältnisse an Hand einer Werkzeugmaschinensteuerung etwas ausführlicher. Ein zylindrisches, jedoch nicht unbedingt kreiszylindrisches Werkstück WST wird durch ein Werkzeug WKZ, beispielsweise einen Fräser, dessen Schneidkanten innerhalb eines gedachten Kreiszylinders liegen,

an seinen Außenflächen bearbeitet. Das Werkstück rotiert hierbei auf einem Drehtisch DT, dessen jeweilige Drehlage fortwährend von einem Winkelwertgeber WWG als Ist-Wert (Zw₂) an eine Steuereinheit STE (in F i g. 2b dargestellt)gemeldet wird. Wie die F i g. 2a erkennen läßt, wird das Werkzeug nur in einer Achse vor- und zurückbewegt. Zu jeder Wir/kellage des Werkstückes gehört, entsprechend der gewünschten Außenkontur des Werkstückes, eine bestimmte Position des Maschinenschlittens MS, die als Orts-Soll-Wert (Ai) bezeichnet werden kann. An dem Maschinenbett MB befindet sich der Vorschubkolben VK, welcher mit Hilfe des Stellsignals ss hin und her bewegt werden kann. Im Maschinenschlitten ist der nicht dargestellte Motor für die Drehbewegung des Fräsers unterge-

bracht. Das Maschinenbett enthält ferner den Längenmeßwertgeber LMWG, welcher den Ist-Wert der Stellung des Maschinenschlittens MS und damit des Werkzeuges gegenüber dem Maschinenbett MB angibt. Seine Ausgangssignale (/V₁) werden ebenfalls zu der Steuereinheit übertragen. Auch der Antrieb für den Drehtisch DT, welcher nicht dargestellt ist, ist in dem Maschinenbett untergebracht. Der mit der Achse des Drehtisches verbundene Winkelwertgeber WWG meldet, wie bereits erwähnt, die augenblickliche Winkellage des Drehtisches DT als Ist-Signale Zw₂ zu der Steuereinheit.

Ein Außeninterpolator errechnet außer den Weginformationen A₁ bis A_n noch andere Werte nach dem bekannten Differenzenschema:

Es ist diesem Schema zu entnehmen, daß die Größe B₁ der Differenz der Größen A₁ und A₀ entspricht. Nach dem gleichen Bildungsgesetz ergibt sich C₁ als Differenz B₁ — B₀ und D₁ als Differenz C₁ — C₀, usw.

Mathematisch gesehen entsprechen die ß-Werte den Sekantensteigungen zwischen den einzelnen /f-Werten, wenn man A über dem Drehwinkel aufträgt und gleiche Winkelabstände zwischen benachbarten /4-Werten voraussetzt. Setzt man eine konstante Winkelgeschwindigkeit o) (F i g. 2a) voraus, dann entsprechen die /!-Werte einem Weg, die B-Werte einer mittleren Geschwindigkeit (zwischen zwei Punkten),. die C-Werte einer mittleren Beschleunigung und die D-Werte einer mittleren Beschleunigungsänderung je Zeiteinheit.

Wie die oben angegebene Darstellung erkennen läßt, sind beliebig viele weitere Ableitungen nach der Zeit möglich. Die Zahl der benötigten Ableitungen ist jedoch von dem zu lösenden Problem bzw. von der verwendeten Maschine abhängig.

Bei einer konstanten Beschleunigung des Maschinenschlittens ändert sich der C-Wert nicht, und die D-Werte werden Null.

Wie bereits erwähnt, werden die A-, B- und C-Werte mit Hilfe eines Außeninterpolators berechnet. Diese Werte werden von der Speichereinheit dieses Außeninterpolators zum Inneninterpolator übertragen und dort ausgewertet. Bleiben einzelne dieser übertragenen Werte konstant, beispielsweise während einer konstanten Beschleunigung des Maschinenschlittens, so werden trotz fortlaufender Änderung des Λ-Wertes (der Weginformationen) diese konstanten Werte nicht vom Außeninterpolator zum Inneninterpolator übertragen, sondern von ihm aus einmalig übertragenen Ausgangswerten berechnet. Es sei einmal beispielsweise angenommen, daß sich die konstante Beschleunigungsphase über 1000 · 0,125° = 125° erstreckt, dann wird gleichzeitig mit diesen Ausgangswerten die Zahl 1000 übertragen.

Im Inneninterpolator wird diese Zahl in einen Zähler gebracht, der nach jeweils 0,125° diese Zahl um 1 erniedrigt.

Wenn dann schließlich der Zähler seinen minimalen Zählerstand Z_mi_n erreicht hat (welcher, je nach Bauart dann den Wert Null oder —Z_max enthält), werden neue Ausgangswerte abgerufen. Diese Ausgangswerte enthalten auch einen neuen Λ-Wert als neue Weginformation. Der neu übertragene Λ-Wert muß mit dem inzwischen im Inneninterpolator errechneten A-Wert übereinstimmen (Kontrolle).

Wenn nach Abschluß dieser Beschleunigungsphase ein Schlitten beispielsweise mit konstanter Geschwindigkeit gefahren werden soll, dann enthalten die gerade übertragenen neuen Ausgangswerte den C-Wert Null,

d. h., B bleibt konstant (B kann z. B. nach einer Verzögerungsphase auch Null werden und dann eventuell für eine bestimmte Zeitdauer auch Null bleiben).
In dem nachstehenden Beispiel wird angenommen,

daß sich der Wert B₁ während der Zeitabschnitte Z₁ bis Z₀₀₉ nicht ändert. Es wird also zur Zeit Z₁ zusammen mit der zugehörigen Datengruppe A₁, E₁ und C₁ der Zählerstand Z = 999 übertragen. Das bedeutet also, daß während der Gesamtzeit Z₁ bis Zi₀₀₀ B₁ = B₂ = B₃

= ... A₉₉₉ ist. Von dem Zeitpunkt Z₁₀₀₀ an kann beispielsweise für die Zeitdauer von 50 Zeitabschnitten der Wert Ci₀₀₀ konstant bleiben, so daß sich die erläuterten Verhältnisse für den Wert C wiederholen.

Zeit ->

Z ->

Ό	/	B2
Λ	/
^o /	/
/C1
999
/
C2

B₃ B,

C₁

Im Inneninterpolator werden die nicht übertragenen Weginformationen A₂ bis A₉₉₉ und deren Ableitungen durch Umkehrung des Differenzenverfahrens errechnet.

Da B₁ = B₂ = B₃ ... = B₉₉₉ ist, errechnet sich A₂ aus A₁ + B₁, A₃ aus A₂ + B₁ usw. Die Berechnung von Weginformationen A wird so lange ausgeführt, bis der Sonderwert Z Null geworden ist. Die berechnete Weginformation A₁₀₀₀ muß mit der vom Außeninterpolator übertragenen Weginformation A₁₀₀₀ übereinstimmen. Da angenommen ist, daß von der Zeit Z₁₀₀₀ ab C₁₀₀₀ konstant bleiben'soll, ergibt sich S₁₀₀J aus C₁₀₀₀ + Si₀₀₀ und Λ₁₀₀₁ aus /I₁₀₀₁ + B₁₀₀₁, usw.

Nun ist es beispielsweise auch möglich, die Taktfolge des Winkelwertgebers WWG in Fig. 2a durch einen Oszillator zu erzeugen und das Werkstück dann nicht auf einem Drehtisch rotieren zu lassen, sondern auf einem zweiten Maschinenschlitten senkrecht zur Bewegungsrichtung des in F i g. 2a dargestellten Maschinenschlittens MS zu bewegen.

Zur Durchführung der Bahnsteuerung müssen dann die Weginformationen des zweiten Maschinenschlittens angegeben werden, die beispielsweise mit A₁ bis A_n' bezeichnet werden. Die /i'-Werte werden ebenso wie die Λ-Werte im Außeninterpolator berechnet und in wenigen Ausgangswerten komprimiert. Die Modifizierung der Weginformationen (mit Hilfe der Ableitungen B und C), von A' (mit Hilfe von B und C), von A" usw. erfolgen im Inneninterpolator sequentiell, wie später noch am Beispiel der F i g.5 erläutert werden wird. Diese zeitliche Staffelung muß auch bei der Datenvorgabe durch den Außeninterpolator berücksichtigt werden.

Im folgenden sind vier Tabellen dargestellt, die den Datenfluß vom Außeninterpolator zum Inneninterpolator der Maschine getrennt für die x-, die y-, die z- und die α-Achse als Beispiel zeigen. Mit der Wertegruppe A₀, B₀ und C₀ wird zum Zeitpunkt Z₀ auch der Wert Z₀ = 0008 übertragen. Wie bereits erwähnt, gibt der Sonderwert Zj an, über wieviel Taktzeiten ti sich ein bestimmter Wert z. B. Cl der Wertgruppe nicht verändert. In dem erwähnten Beispiel handelt es sich um die Werte C₀ bis C₈, die als Differenz der entsprechenden B-Werte eine konstante positive Größe sind. Da es sich bei den Λ-Werten um Weginformationen handelt, ergeben sich die B-Werte nach dem Differenzenschema bezogen auf die Zeitachse als geschwindigkeitsproportionale und die C-Werte als Ableitungen der Geschwindigkeiten nach der Zeit als beschleunigungsproportionale Werte. Im vorliegenden Beispiel ist also die Beschleunigung b zumindest bis zur Übertragung, eines neuen Sonderwertes Z konstant. Zum Zeitpunkt Z₈ werden neue A-, B-, und C-Werte sowie der Wert Z = 0015 übertragen. Da C₈ = Null ist, bleiben, wenn der Sonderwert Z gleich 0015 ist, die Werte C₉ bis C₂₃ gleich Null. Das bedeutet, daß während der Zeit Z₈ bis Z₂₃ der x-Schlitten mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. .

Zur Kontrolle der Funktionsfähigkeit des Systems wird ferner zur Zeit Z₈ der Wert A₈ überprüft. Die Prüfung selbst ist ein Vergleichsvorgang, bei dem der in der Steuereinheit errechnete Wert z. B. A₆ mit dem übertragenen Wert A₈ verglichen wird. Beide Weginformationen müssen bei einwandfreier Arbeitsweise des Systems übereinstimmen. Der Vergleichsvorgang wird also immer durch einen Sonderwert Z, der gleich Zmin ist, ausgelöst.

Während der Zeit Z₈ bis Z₂₃, während welcher der zum Inneninterpolator in einen Zähler übertragene Z₈-Wert von Taktimpuls zu Taktimpuls um 1 erniedrigt wird, kann beispielsweise ein anderer Sonderwert Z₉ = Zmax übertragen werden. Ein solcher Fall ist für die x-Achse zur Zeit Z₉ dargestellt. Der Sonderwert Z₈ ist in dem gewählten Beispiel (vierstellige Dezimaldarstellung) Zmax = 9999. Diese Instruktion gibt in dem durch die Tabellen (für x-, y-, z- und α-Werte) gezeigten Beispiel an, daß die Modifikationssperre für den Zählerstand Z, der j-Achse unverzüglich aufgehoben werden soll.

Diese Modifikationssperre war durch eine im Anschluß an die Eingabe der Information A₀, B₀, C₀ und Z₀' eingegeben Instruktion bewirkt worden.

Es ist zu beachten, daß Instruktionen, entsprechend der in F i g. 6 a und 6 b gezeigten Darstellung zeitlich früher als in den Tabellen dargestellt, eingegeben werden. Es ist ferner zu beachten, daß auch zwei oder mehr Instruktionen während der Zeiten At, A t', A t" und Δ t'" eingegeben werden können (Beispiel siehe.

j III TJ Hl /-" '/' ,.„Α Λ HI D "' /~* ΊΙ\

A₁ ,B₁ ,C₁ und A₂ ,B₂ ,C₂ ).

Wie die Tabelle der x-Koordinaten weiter zeigt, werden zur Zeit Z₂₃ neue Kennwerte zur Steuereinheit übertragen, unter denen sich auch der Wert Z₂₃ = 0016 befindet. Der Wert Z₂₃ gibt an, daß sich für die nächsten 16 Taktzeiten der Wert für C nicht mehr ändert Bei dem vorliegenden Beispiel sind die Werte C₂₃ bis C₃₉ konstant und besitzen den Wert -¹I₂-C₀. Der ^-Schlitten wird daher konstant verzögert, bis seine Geschwindigkeit derjenigen zur Zeit Z₆ entspricht. Zur

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ίο

Zeit /₃₉ wird eine neue Information übertragen. Außer- dann muß der Inneninterpolator ein Fehlersignal er-

dem wird der Wert A_3a geprüft, d. h., der übertragene zeugen. Die ebenfalls neu übertragenen Werte B₃₉

Wert A₃₉ wird mit dem im Inneninterpolator errechne- und C₃₉ brauchen nicht mit den in den entsprechenden

ten Wert Λ₃₉ verglichen. Bei einer richtigen Arbeitsweise Registerstufen des Hauptregisters///? befindlichen

der Einrichtung müssen diese beiden Werte überein- 5 Werten übereinzustimmen,
stimmen. Wird keine Übereinstimmung festgestellt,

Zeit ->

A₁ B₁ B₂

	x-Koordinate	Cn =	el	A5	Cn	+ 1	h
h	h h	h		h	prüfen
Errechnung	von A8 mit C8 +			A1
ι A2	A3 Ai	\	kAs

t₆

C₇

0008

C₀ bis C₈ gleichgroß und positiv;

hse: konstante_B^eschleunigun£

0015

9999

Befehl beseitigt

Zeit ->

«14

B,_n ■ B-,

A₁₂ A₁₃

B₁₂ B₁₃ B₁.

A-,

17

Modifikationssperre von Z'o

'l7 'l8 ^19

Λ Δ Λ

^Λη ^λιά ^Λ\»

B₁₈ B₁

^J19

^-10 ^-11 Qi Cl3 Cj₄ Cj₅ Cj₆ Cj₇ Cj₈ C

Z wird fortlaufend um 1 vermindert; C₈ bis C₂₃ gleich Null; Β_μ bis B₂₃ gleich und positiv.

Zeit ->

t.

'24 '25 '26 '27 '28 '29

prüfen

'20

~ gleichförmige

Bewegung

A₂S A₂S A₂₁ A₂₈ A₂₉

B₂Q B₂₁ B₂₈ B₂₉

C₂₅ C₂₇ C₂₈ C₂₉

C₂₃ bis C₃₉ konstant gleich — (C_o/2)

»30

'32 *33 '34 '35

■^32 -"33 A₃^ A₃₅

-"33 -"34 -"35

C30 C₃J C₃₂ C₃₃ C₃4 C₃₅ C₃J . C₃₇

Konstante Verzögerung, betragsmäßig halb so groß wie die vorangegangene Beschleunigung

'37

prüfen

^J37

9000

Zeit -»

^-Koordinate

(- η — C η + ι

12

Modifikation von Z Ό beginnt

'Ό

ti

t '

W «V «V »V

0003

9999

A '■ A ' A ' A ' A ' A ' A '

^Λ! "3 "j /I₅ /i_e /I₇ yig

JJ₃ tS_i ΰ₅ Hg JS₁ Jig JS₉

Cr s~* ι r~i ι f~t ι si ι (~\ ι *-ι ι

*-'4 ^ 5 ^β ^ 7 ^8 *^9

C₀' =0; B₀' =0; ^-Schlitten bis t_n' in Ruhe.
Befehl sperrt Modifikation von Z₀

Zeit ->

f I f I

•12 MS

'13 '14 '15 »16 '17

f ' f ' f ' f ι

»16 »17 _ »18 Mt

> Λ ι A ι A' A ' A ' A '

Ζ "14 -"15 ^Λ16 "17 -"18 "19

-014 "⁰Io -⁰Ie -°17 -°18 -°19

Cl IS

■Ί7 *-18

gleichförmig beschleunigte Bewegung

t ' t ' t ' t ' t '

20 21 22 23 24

prüfen

A ' A ' A ' A ' A '

"20 "21 "22 "23 "24

η ι J> ' Ώ ' D ' D '

•"20 -"2I -"22 -"23 -"24

Ci
20

20

Z' -> bis ί₂₆', da C_n' = positiv

0376

t ' t ' t '

»27 »28 »29

"25 / -^26 / "27 "28 "29

'-'28 '-'29

C₂₆' = 0

»30 '31 '32 '33 '34 '35 '36 '37 '38

A ' A ' A ' A ' A ' A ' A ' A ' A '

"30 "31 "32 "33 "34 "35 "36 "37 "38

^>30 ^31 ^32 ^33 ^34 ^35 -»36 ^»37 ^Λ38 ^DZ*

30 ^31 *-"32 ^33 ^34 ^35 ^3β ^37 ^38 ^39

gleichförmige Bewegung bis ί₄₀₂'

13

z-Koordinate

CIt f-t Il η — *-Ίΐ + ι

(nicht dargestellt)

fn"

// λ It λ Il λ Il

■ V

W''' ^Λ

B."

Z" -» 3732 A₂" A₃" A₁" A₅" A₉" Α_Ί" A₈" A₉" B₃" B," B₅" B₆" Β_Ί" B_a" B₉"

ξ-ι Il (Ί It v-f Il si Il s~t It f-1 Ii s~t it

C₃ ί_4 C₅ C₆ C₇ Cg C₉

C₀" = O; z-Schlitten in Ruhe, wenn B₀" =

fn" »V t

11 '12 '13 '14

it * 'ι +α t a * ti * Ii

'Ii »15 '16 »17

18 »19

¹IO

Α_ΛΛ" A

// Λ ti

12

¹U

JD₁₀ /Jj₁ JD₁₂ .O₁₃ jE»i4 X>15 -⁰IG

C// ζ*¹ α /~* it /~* " f Ii /~* ti (~< Ii

!0 C₁₁ C₁₂ C₁₃ C₁₄ C₁₅ C₁₆

A₁₁ A_1B

B Il

₁₇ L-₁₈

z-Schlitten in gleichförmiger Bewegung, wenn B₀" +

»20 '21 »22 »23

»25 »26 »27 ^28

J₂₀

f J Il Λ Il A Il J Il Λ Il A Il J // A Il A^'

s*21 -^22 -"23 -^24 -^25 -^26 -^27 -"28 -^29

η Il D " D " D " D " D " D " Z? "

^21 -°22 &2Z -°24 ·°25 -°26 -°27 -°28

^29

C// y^I //

20 C₂₁

C₂₃

₂₆ C₂₇

ft Il

C₂₇

// /~i ti

^29

Vorgang beendet zur Zeit Z₃₇₃₂"; ab diesem

Zeit -=►

Il f Il

'30 *31 ⁴32 ^f33 *34 *35 *3β '37

t t

»38 »39

1 -^

32 -^33

J " A " A " A " A

-^34 -^35 -"36 "37 "

35 ^Λ36 ^Λ37 ^Λ38

η it -"3O

CIl S~* Il

30 C₃₁

Ώ Ii Ώ α Ώ a D " X? "

-°32 -"33 -°34 -°35 -"36

l *~ι It /-Ι // s~t ti S-I It

C₃₃ ■ 1^34 C35 C₃₆

η it Ώ "

-Das -°39

// /~ι It

₃₇ «_₃₈

Zeitpunkt werden neue Werte für A", B", C" und Z" eingelesen.

Zeit -*■

15

«-Koordinate

16

Cm f-t in η — Cn +1

(nicht dargestellt)

. Ill <0

ti"

<2

A '" A Hl Ai

A₅ A₆ A₁

"* / B₂"'*/ B₃'" Bl" B₅'" B₆'" B₁"' B_B'" B

2 / C₃ C₄

8760

9999

9999

\ 1

Vorgang bei α-Achse
— Doppelbefehl, eingelesen währen Δ t'"

III Hl . Ill . Ill _f III f III . Ill _f III _f III

»10 «11 '12 »13 '14 »15 »16 '17 '18 »19

im A '" A in A '" A "ι A '" A '" A "' A '" A '"

₁₀ A₁₁ A₁₂ A₁₃ Au Ate. Air At, Α_λλ Α-,

₁₅

A ₁₆

A _1&

JtJ₁₀ D₁₁ D₁₂ H₁₃ ί>ΐ4 D₁₅ D₁₆ D₁₁ XJ₁₈ B-

19

Cm C in C ι··

10 *-Ί1 Οίο

Ίβ

C₁₈

analog zu Vorgang bei z-Achse

- /// _f III _f IH . Ill _f III f HI f in f

»₂₀ »₂1 »22 '23 »24 »25 »26 *!

/// j /// * III λ III

'28 '29

A₂₀ A₂₁ A₂₂ A₂₃ A₂^ V*25 ^Λ26 ^J

η in Tj hi η nt r> "' D '" D '" D '" D '"

-"20 -"2I -"22 "Xl -"24 -"25 -"26 -"27

C/// 20

₂₆

s*i in f~t in

C₂₇ C₂₈

₂₈

aber

Zeit

»30

»31 '32

'34

'35

, in »38

'37 »38

A i" A in A in A m A

A₃₂ A₃₃ A₃I A₃₅ A₃₆

D "' D '" D '" D "' D '" B HI B HI fl

D₃₀ D₃₁ D₃₂ O₃₃ U₃₄ D₃₅ D₃₆ D

Cm' s~i in f~t in /-ι it' (~t in fi til (~* m (^ m

C₃₁ C₃₂ C₃₃ C₃₄ C₃₅ O₃₆ O₃₇

bis zur Zeit Z₈₇₆₀"

₃₁ A_3i

Ί -"38

In der Tabelle für die.y-Koordinate wird angegeben, nierte Bewegungszustand bis zur Aufhebung der

daß ab dem Zeitpunkt i₀' keine Modifizierung des 65 Modinkationssperre unverändert andauert.

Sonderwertes Z₀ in dem, Inneninterpolator erfolgt, da In der Tabelle für die z-Koordinate wird zur Zeit

eine Instruktion die Modifizierung.unterbindet. Die- t₀" der Wert Z₀" = 3732 in den Zähler des Inneninter-

ses bedeutet, daß der durch die Werte C₀ und B₀ den- polators übertragen. ■ ■ ■

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Schließlich zeigt die Tabelle für die α-Koordinate noch die Darstellung eines Doppelbefehles. Bei einem Doppelbefehl werden also zweimal die Z-Werte Z = Zmax übertragen.

F i g. 3 zeigt als Blockschaltbild einen Inneninterpolator, der gleichzeitig als Steuereinheit für die Werkzeugmaschine dient. In einer Datenquelle DQ, beispielsweise einer BandspeichereinheiTmit.den entsprechenden Steueraggregaten, sind die aus Instruktionen und Daten bestehenden Steuerinformationen gespeichert. Die Steuerinformationen werden über ein Vorregister VR, welches zur Pufferung dieser Informationen vorgesehen ist, in das Hauptregister HR übertragen. Von dort können die Daten über den Umsetzer für die Komplementbildung KU entweder von diesem beeinflußt oder unbeeinflußt zu einer Addierschaltung AD übertragen werden. Von dem MeßwertgeberMWG werden die Orts-Istwerte eventuell auch Geschwindigkeits-Istwerte und Ist-Werte der Geschwindigkeitsänderung in digitaler Form in den Inneninterpolator übertragen. Wenn sie in komplementärer Darstellung durch den Umsetzer KU in die Addierschaltung AD übertragen werden, wird dort die Regelabweichung (Differenz Sollwert-Istwert) gebildet und in dem Register RAR für die Regelabweichung zwischengespeichert. In dem angeschlossenen Digitalregler DR werden digitale Stellsignale erzeugt, die zu dem Schaltungskomplex ARU übertragen werden. Dieser Schaltungskomplex besteht aus einem Register, einem Digitalanalogwandler und einem Zeitsteuerschalter. Die Ausgangssignale dieses Schaltungskomplexes steuern direkt die Antriebe der Achsen χ bis α im vorliegenden Beispiel.

Zur Durchführung der Steuerfunktionen enthält der Inneninterpolator weiter noch einen Instruktionsentschlüsseier ID, welcher aus den übertragenen oder erzeugten Instruktionen entsprechende Befehle an die Maschine abgibt. Bestimmte Befehle können auch zur Verriegelungsschaltung BB übertragen werden, mit deren Hilfe dann eine Beeinflussung des Digitalreglers DR möglich ist. Weitere Beeinflussungen des Digitalreglers DR sind durch die Schaltungen AB und ZB möglich, die bestimmte Zusatzbedingungen berücksichtigen.

Ferner ist im Inneninterpolator eine Modifizierschaltung DC vorgesehen, die den bereits im Zusammenhang mit den verschiedenen Tabellen erwähnten Zählerstand Z, der mit in das Vorregister VR und Hauptregister HR übertragen wird, von Taktsignal ti zu Taktsignal ti _{+ 1} um den Wert 1 vermindert. Zur Feststellung des maximalen und minimalen Zählerstandes dienen die Erkennungsschaltungen ZMD und ZMR. Wie bereits erwähnt, werden bei der Erkennung des maximalen Zählerstandes in der Schaltung ZMD die übertragenen Kennwerte so modifiziert, daß sie nun Instruktionen oder ähnliches enthalten. Der minimale Zählerstand erlaubt die Übertragung von vorher in das Vorregister übertragenen Daten in das Hauptregister. Ferner ist eine /4-Fehlererkennungsschaltung AF vorgesehen, die, wie bereits erwähnt, dann ein Fehlersignal abgibt, wenn am Ende einer Modifizierungsoperation des Zählers der übertragene Λ-Wert mit dem in der Steuereinheit errechneten /4-Wert nicht übereinstimmt.

Fi g. 4, 4a bis 4c zeigt ein ausführlicheres Blockschaltbild des Inneninterpolators.Tn der Datenquelle DQ befinden sich eine Magnetbandeinheit BE und ein Schieberegister SR, aus dessen letzter Stufe jeweils von der Erkennungsschaltung LD ein neuer Wert abgerufen wird, welcher dann in das Vorregister VR übertragen wird. Das Vorregister VR dient zur Pufferung der A-, B-, C- und Z-Werte in den entsprechenden Registerstufen, deren Ausgänge über Und- Tore, über die eine Zeitsteuerung erfolgt, mit den Eingängen des Hauptregisters HR verbunden sind. Das Hauptregister HR besteht im wesentlichen aus einer Registergruppe zur Speicherung der A-, B-, C- und Z-Werte

ίο für jede gesteuerte Achse der Maschine. Hierbei ist die Registergruppe I für die x-Achse, die RegistergruppeII für diey-Achse, die Registergruppe III für die z-Achse und die Registergruppe IV für den Drehwinkel « eines Tisches vorgesehen.

Die in dem Hauptregister HR jeder Registergruppe I bis IV zugeordneten Und-Tore dienen der Zeitsteuerung für die Ein- und Ausgabe der für diese Gruppen bestimmten Daten. Die Speicherstufen in den Registern bestehen aus Verriegelungsschaltungen, die über den Eingang r jeweils zurückgestellt oder gelöscht werden.

Zur Zeit t₀ befinden sich in den Registergruppen I bis IV folgende Werte:

A0, B0,	C05	Z0
A0', B0',	C '	Z0'
A " H "	*-o ,	Z0'
		Z0'
Während der Zeit

erfolgt die Verarbeitung dieser Daten. Die zeitliche Staffelung der Verarbeitung der Daten in den einzelnen Registergruppen zeigt die F i g. 5. Es werden während der Zeit Δ t die Daten der Registergruppe I, während der Zeit A t' die Daten der Registergruppe II, während der Zeit Δ t" die Daten der Registergruppe III und während der Zeit Δ t'" die Daten der Registergruppe IV verarbeitet.

Die Zeitabschnitte Δ t, Δι', At" und At'" sind in sich gleichartig gegliedert. Die Zeitsteuerung für diese Gliederung wird von einem Taktgeber gesteuert. Die Zeitabschnitte

At+ At' + At" + At'"

sind erheblich kleiner sind als das Zeitintervall J₁ —1₀.

Die ZeitintervalleZ₁ — t₀ = t₂ — Z₁ = ... t_n — t_n-i sind untereinander gleich und werden als Zyklusdauer bezeichnet. Die Zyklusdauer beträgt bei modernen numerisch gesteuerten Maschinen etwa 4 ms.

F i g. 5 zeigt in der oberen Zeile die Verarbeitungszeit A t für die Daten und Instruktionen der x-Achse, in der zweiten Zeile die Verarbeitungszeit A t' für die Information der y-Achse, in der dritten Zeile die Zeit A t" für die Verarbeitung der Informationen für die z-Achse und schließlich in der vierten Zeile die Verarbeitungszeit Δ t'" für die Angaben der α-Achse (z.B. Drehtisch).

Es ist im allgemeinen vorteilhaft, die Verarbeitungszeiten Δ t bis A /'"jeweils in sich gleichartig zu gliedern. Es genügt auch im allgemeinen, die Zyklusdauer in sich gleichmäßig aufzugliedern (siehe die Zeitpunkte t₀', t₀" und t₀'"). Es sind jedoch auch Fälle denkbar, in denen es günstiger ist, unterschiedliche Zeitabschnitte bei der Aufteilung der Zyklusdauer zu wählen. Dieses ist vor

allem dann der Fall, wenn Maschinen verwendet werden, deren Zykluszeit einstellbar ist.

Die Verarbeitungsschritte im Inneninterpolator zu den Verarbeitungszeiten At, At', At" und At'"sind in den F i g. 6a und 6 b dargestellt. Hierbei zeigt die F i g. 6 a das Schema der Verarbeitung der im Hauptregister HR befindlichen Information .füf eine Achse.

Die F i g. 6 b zeigt das Einschreiben neuer Informationen für die gleiche Achse aus dem Vorregister VR in das Hauptregister HR. Dieses Einschreiben findet jedoch nur dann statt, wenn während der in F i g. 6 a gezeigten Verarbeitung der Zähler für diese Achse den Wert Zmin erreicht hat.

Das Einschreiben einer oder mehrerer Instruktionen, die nicht zur Steuerung der Achsen dienen, in besondere Befehlsregister zeigt die Fig. 6b in Phase 3. Wenn, wie in F i g. 6 b in Phase 2 gezeigt wurde, neue Daten von der Datenquelle in der Vorregister VR übernommen wurden, dann wird unmittelbar nach dem Einschreiben der Werte über die Erkennungsschaltung ZMD (F i g. 4) für den maximalen Zählerstand mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung durch die * Schaltung VZ die Decodierung dieser Instruktion im Instruktionsdecoder ID freigegeben (s. F i g. 4). Voraussetzung für diese Freigabe ist allerdings, daß die in das Vorregister VR neu eingegebene Information einen Sonderwert Z enthält, der dem maximalen Z-Wert entspricht. Nach der Übertragung der A-, B- und C-Werte aus dem Vorregister in den Instruktionsdecoder/D erfolgt dort deren Entschlüsselung. Die Ergebnisse dieser Entschlüsselung werden in entsprechenden Verriegelungsschaltungen gespeichert. Diese Verriegelungsschaltungen, beispielsweise MZR, MZ'R, MZ"R, MZ'"R, BB und andere, symbolisch, mit f(A), f(A'), f(A") und f(A'") bezeichnete oder nicht dargestellte bewirken, daß für bestimmte Achsen beispielsweise die Erlaubnis für die Modifikation der Zählerstände mit der Zahl —1 freigegeben oder unterbunden wird. Außerdem werden über diese Schaltungen Zusatzbeeinflussungen am Digitalregler DR entweder für einzelne Achsen getrennt oder für alle Achsen gemeinsam vorgenommen. Ferner können Vorgänge in der Werkzeugmaschine selbst, wie das Ein- und Ausschalten des Kühlmittelflusses, das Ein- und Abschalten von Meßvorgängen oder der Maschine selbst oder ein Werkzeugwechsel über den Instruktionsdecoder angeordnet werden (Ausgänge SB).

Über eine weitere Verzögerungsschaltung VZ₁ und den monostabilen Multivibrator SS₁ wird nach Ablauf der Instruktionsdecodierung der Inhalt des Vorregisters Fi? gelöscht.

Immer wenn der Inhalt des Vorregisters VR ausgelesen und im Anschluß daran gelöscht wurde, wird dieses von der Erkennungsschaltung LD festgestellt. Diese Schaltung erzeugt ein Ausgangssignal welches über die Verzögerungsschaltung FZ₂ und den monostabilen Multivibaror SS₂ das in der letzten Stufe des Schieberegisters SR befindliche Zeichen in das leere Vorregister Fi? bringt.

Dieses sind die drei Hauptphasen, in die die Verarbeitungszeiten At, At', At" und At'" eingeteilt werden. Für die Inbetriebnahme des Systems müssen besondere Bedingungen eingehalten werden. Es wird hierbei unterschieden zwischen zwei Fällen der Inbetriebnahme :

Der erste Fall betrifft die Inbetriebnahme des Systems nach einer normalen Abschaltung. Der zweite Fall betrifft die Wiederinbetriebnahme des Systems

nach einer Betriebsunterbrechung, die durch verschiedene interne oder externe Bedingungen erzwungen worden war.

Im Falle 1 ist es zweckmäßig, die nachstehende Einschaltfolge für die normale Inbetriebnahme der Maschine zu verwenden:

a) Gleichspannungen einschalten,

b) Meßwertgeber MWG einschalten,

c) Die Meßwerte A, A', A" und A'" von den Meßwertgebern MWG in das Hauptregister HR übertragen,

d) in allen Registerstufen I bis IV die 5-Register auf Null setzen,

e) in allen Registerstufen I bis IV die C-Register auf Null setzen,

f) über die Schaltungsanordnung DC die —1-Modifikation für alle Achsen unterbinden und verhindern, daß Z = Z' = Z" = Z'" = Z_min ist,

g) Taktgeber einschalten (Datenverarbeitung beginnt),

h) Hydraulik, Schrittmotoren oder andere Antriebe

einschalten,
i) Ausgangslage erzwingen (durch nicht dargestellte Taste); die Schlitten laufen dann in die Ausgangs- * position und bleiben dort stehen,

j) Starttaste STT (s. Fig. 4) betätigen; es werden dann die Daten der Ausgangslage eingelesen; A = 0, B = 0 oder φ 0, C = 0 oder φ 0; erste Information einlesen; Instruktion gibt die — Ι-Μ0-

difikation frei.

Durch das Betätigen der Start-Taste STT wild die in F i g. 6 a dargestellte erste Phase der Bearbeitungsfolge unterbunden. Der Ablauf dieser ersten Phase ist an sich nicht sinnvoll, da in den Registern keine Anfangs-Werte für die Verarbeitung vorliegen. Mit Betätigung der Starttaste STT wird das Minimalwertregister ZMR (F i g. 4) gesetzt. Dadurch wird der Steuereinheit die Möglichkeit gegeben, in die Phase 2 einzulaufen, die in F i g. 6 b ausführlicher dargestellt ist.

Wie bereits erwähnt, befindet sich ein Λ-Meßwert der Ausgangslage im Hauptregister HR, welcher von den Meßwertgebern MWG her dorthin übertragen wurde. Über den unteren Zweig des Komplement-Umsetzers KU (Inverter I₂) wird das Komplement dieses ^(-Wertes in die Addierschaltung AD übertragen. Anschließend wird der Λ-Wert im Hauptregister HR gelöscht und ein neuer Λ-Wert aus dem Vorregister VR in das Hauptregister HR und in die Addier-

schaltung Λ£> übertragen. Die verschiedenenen Ubertragungsphasen wurden einmal über das Ausgangssignal der Schaltung LD dann aber auch über die Und-Schaltungen am Eingang und Ausgang des Hauptregisters HR bewirkt. Da der neu aus der Datenquelle über das Vorregister und Hauptregister HR in die Addierschaltung AD übertragene Α-Wert der Wert der Ausgangslage ist, muß das Resultat in der Addierschaltung AD Null sein. Wenn dieses nicht der Fall ist, erzeugt der Null-Decoder ND ein Ausgangssignal, welches über die Verzögerungsschaltung VZ₃ zu einer Verriegelungsschaltung AFR, zur Speicherung des Fehlersignals, übertragen wird. Das Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung AFR wird zur Schaltung STOP übertragen, die zu einer Betriebsunterbrechung

der Maschine führt.

Die Wiederinbetriebnahme der Maschine nach einer Betriebsunterbrechung, der vorher erwähnte Fall 2, wird noch an anderer Stelle näher erläutert werden.

Wenn also kein Fehler festgestellt wird, wird der im Hauptregister HR befindliche B-Wert gelöscht und aus dem Vorregister VR ein neuer B-Wert eingegeben. Außerdem wird der Inhalt der Addierschaltung A D über den Eingang r gelöscht. Weiterhin wird der C-Wert und der Sonderwert Z im Hauptregister HR gelöscht und ein neuer C- und Sontferwert Z aus dem Vorregister in das Hauptregister ffbe'rtragen.

Nach dieser Übertragung wird ein Signal v/72 zu einem Eingang der Und-Schaltung CZ₁ übertragen. Dieses Signal soll mit Hilfe dieser Und-Schaltung die Rückstellung des Vorregisters über das Oder-Tor O₁ vorbereiten. Wie bereits erwähnt wurde, wird das Vorregister VR auch durch das Signal v/71 über den zweiten Eingang des Oder-Tores O₁ gelöscht, wenn die Instruktionsverarbeitung nach einem maximalen Zählerstand in dem Instruktionsdecoder ID beendet ist.

Im Anschluß daran wird über die Rückstelleitung r die Verriegelungsschaltung ZMW für den Minimalwert des Zählerstandes in dem Register ZMR für den Minimalwert zurückgestellt. Das Ausgangssignal zmv wird zu der Und-Schaltung U₁ übertragen, die über das Oder-Tor O₁ nun endgültig den Inhalt des Vorregisters VR löscht. Über den bereits erläuterten Weg wird, wenn das Vorregister VR leer ist, ein Signal da erstellt, welches eine neue Information aus der letzten Stufe des Schieberegisters SR in der Datenquelle DQ abruft. Somit wird eine neue Information in das Vorregister FjR eingegeben und die zweite Phase der Verarbeitungszeit beendet.

Unmittelbar nach der zweiten Phase kann die dritte Phase der Verarbeitungsdauer At, Δ t', Δ t", oder Δ t'" begonnen werden, wenn der zuvor übertragene neue Sonderwert Z der Maximalwert des Zählerstandes ist. In diesem Fall wird, wie in F i g. 6b und den bereits vorher zu dieser Figur gegebenen Erläuterungen angedeutet ist, eine neue oder es werden sogar mehrere neue Instruktionen in das Vorregister VR eingeschrieben.

Nach der Verarbeitung der Instruktionen wird das Vorregister VR wieder mit Hilfe des Signals vr/1 gelöscht und mit Hilfe des Signals da wieder von der Datenquelle her mit der nächsten Information geladen. Damit ist die dritte Phase der Verarbeitungszeit beendet (siehe auch F i g. 6 b).

Die Verarbeitung der Informationen erfolgt, wie F i g. 5 zeigt, für alle Achsen x-tx sequentiell. Zur Zeit t₀' beginnt die Verarbeitung für die j-Achse, zur Zeit t₀" die Verarbeitung für die z-Achse, und zur Zeit ?„'" die Verarbeitung der Information für die «-Achse. Zum Zeitpunkt J₁ beginnt dann der nächste Zyklus mit der Verarbeitung der Information für die x-Achse. Von den in der vorausgegangenen dritten Phase übertragenenen Kennwerte wird der Wert C der mittleren Geschwindigkeitsänderung in die Addierschaltung AD und in das Register R₃ am Digitalregler DR übertragen. In dieses Register kann entweder der C-Wert aus dem Hauptregister HR oder der C-Wert aus dem Meßwertgeber MWG übertragen werden. Wie Fig. 6a als Darstellung der ersten Phase der Bearbeitungszeit weiter angibt, wird dann der Wert B der Geschwindigkeit in die Addierschaltung A D übertragen und auch gleichzeitig in das Register R₂ am Digitalregler DjR gebracht. Auch hier kann es sich, wie zuvor bei dem Wert C, um den Wert aus dem Hauptregister HR oder um den Wert aus dem Meßwertgeber MWG handeln. Der B-Wert, der sich noch im Hauptregister7/Ä befindet, wird über die Eingänge r der Registerstufen gelöscht. Danach wird der Inhalt der Addierschaltung AD als neuer ß-Wert in das Hauptregister HR gebracht. Die Zeitsteuerung im Hauptregister HR und in dem Vorregister VR sowie in einigen anderen Registern wird durch die vor- oder nachgeschalteten Und-Tore vorgenommen. Die Durchschaltung der Signale über diese Und-Tore erfolgt mit Hilfe von Taktsignalen TAS, die in einer sinnvollen zeitlichen Staffelung an die einzelnen Schaltstufen gelegt werden, ,o Durch die zeitliche Staffelung dieser Taktsignale TAS, wobei die Bezeichnung TAS summarisch für eine Anzahl von Zeittaktimpulszügen gewählt ist, wird erreicht, daß der aus der Addierschaltung A D in das Hauptregister HR zurückübertragene Wert immer in das ihm zugeordnete Register A bis Z, A' bis Z', A" bis Z" oder A"' bis Z'" eingespeichert wird.

Durch eine weitere Taktfolge aus den Taktsignalfolgen TAS wird bewirkt, daß der in einem Register Λ, A', A" oder A'" aus einer der Registerstufen / bis IV befindliche Λ-Wert aus dem Hauptregister HR in die Addierschaltung AD übertragen wird. Durch die Addition mit dem in der Addierschaltung AD befindlichen Wert ergibt sich eine neue Weginformation (/!-Wert). Der alte Λ-Wert wird im Hauptregister HR wieder über die Eingänge r gelöscht und der neue Wert aus dfcr Addierschaltung AD über die Rechenwertleitung rwl in das Hauptregister HR übertragen.

Wie die F i g. 6 a weiter zeigt, wird daraufhin das Komplement des digitalen Meßwertes in die Addierschaltung AD übertragen. Hierbei wird der digitale Ist-Wert selbst über die Istwert-Leitung iwl zu dem Komplementumsetzer KU übertragen. Da das Komplement des digitalen Ist-Wertes zur Addierschaltung AD weitergeleitet werden soll, muß am Eingang des Inverters I₁ das Signal ka für die Komplementaddition vorliegen. Dieses Signal hat die Wirkung, daß der obere Datenpfad über das nicht durchgeschaltete Und-Tor U₂ gesperrt ist. Der digitale Meßwert kann nur über den unteren Datenpfad über die Inverterschaltung I₂, die das Komplement bildet und das Und-Tor U₃ zu der Addierschaltung AD gelangen. Das Signal ka wird ebenfalls im Zusammenhang mit den Taktsignalen TAS erzeugt.

Der nach der Übertragung des komplementären Ist-Wertes in der Addierschaltung AD befindliche Wert ist die neue Regelabweichung (Sollwert — Istwert). Diese Regelabweichung wird über ein Und-Tor in das Register R₁ am Digitalregler DR übertragen. Ferner werden alle vorhandenen Zusatzfunktionen für eine Zusatzbeeinflussung des Digitalreglers DR über das Oder-Tor O₂ zu dem Digitalregler DR übertragen. Über diesen Zweig werden auch, wenn nötig, Änderungen der Regelkennlinien, getrennt nach Achsen, per Instruktion vorgenommen. Der Digitalregler DR ermittelt dann die Stellgröße für die Steuerung der entsprechenden Achse. Über den Rückstelleingang r wird schließlich der Inhalt der Addierschaltung AD gelöscht.

Der Ausgangswert des Digitalreglers DR wird nun zu dem entsprechenden der Steuerregister R_it R₅, R_R oder R₇ übertragen, durch T^S-Signale zeitgesteuert und durch Digital-Analogwandler DA W als analoge Stellgröße zu den Stellelementen der Maschine gebrächt.

Wie die F i g. 6 a zeigt, läuft der Regelvorgang bis zu dem Abschluß des soeben erwähnten Ereignisses konstant ab. Danach ist es möglich, den Regelvorgang zeitlich variabel zu gestalten, da während der Dauer

des Durchschaltens die Stellgröße x,y, ζ oder λ zeitlich verändert werden kann. Ferner wird der Z-Wert aus dem Hauptregister///? in die Addierschaltung A D übertragen. Auch hier folgt die zeitliche Steuerung der Übertragung mit Hilfe der Taktsignale TAS.

Wie Fig. 6a weiter erkennen'läßt, bleibt der in einem der Steuerregister R₁ bis R₁ gespeicherte Wert der Stellgröße zunächst erhalten. "£■■--'

Wenn der zeitlich variable Teil des Regelvorganges beendet ist, verläuft der Regelvorgang wieder konstant. Jedoch ist es möglich, daß er gegenüber einem vorher ablaufenden Regelvorgang nun verändert ablauft.

Wie bereits erwähnt, befindet sich ein einer bestimmten Achse entsprechender Sonderwert Z in der Addierschaltung AD. Dieser Wert wird mit dem Wert —1 modifiziert, wenn die entsprechende der Und-Schaltungen CZ₄, U₄,', U₄," und U₄,'" durch ein Zeitsteuersignal TAS zu diesem Zweck geöffnet wird. Voraussetzung für das Öffnen dieser Und-Schaltungen ist, daß sich das zugeordnete Register MZR bis MZ'"R in seiner »Eins-«Lage befindet. Die Steuerung dieser zuletzt erwähnten Register erfolgt durch den Instruktionsdecoder/D.

Es wird auf diese Weise die Möglichkeit geschaffen, eine —1-Modifikation des in der Addierschaltung AD befindlichen jeweiligen Sonderwertes Z zu unterbinden. Zu diesem Zwecke wird von dem Instruktionsdecöder ID das entsprechende Register über die Leitung r zurückgestellt. Diese Rückstellung wird durch Instruktion in der bereits erläuterten Weise mit Hilfe des Sonderwertes Z_max angeordnet.

Es ist so auf einfache Weise möglich, beispielsweise den Drehtisch über eine beliebig große Anzahl von Taktzeiten in der gleichen Lage zu fixieren. Der λ-Wert für die Drehtischlage bleibt also während dieser Zeit konstant (konstant bleibt auch der /4-Wert, während der zugehörige B-Wert = 0 ist).

Falls also die —1-Modifikation des in der Addierschaltung AD befindlichen Sonderwertes Z nicht unterbunden wird, wird dieser Wert in der Addierschaltung AD um 1 vermindert. Danach wird der entsprechende Sonderwert Z im Hauptregister HR gelöscht und durch den um 1 verminderten Z-Sonderwert aus der Addierschaltung ersetzt. Die Übertragung des neuen Z-Sonderwertes erfolgt in der bereits erläuterten Weise über die Rechenwertleitung rwl.

Wenn bei der vorausgegangenen Modifizierung des Sonderwertes Z der Wert Z_nU_n erreicht worden ist, wird dieses von dem Minimalwertdecoder MD in dem Minimalwertregister ZMR erkannt. Das hierdurch gewonnene Ausgangssignal von MD wird über die Verzögerungsschaltung KZ₄ zu der Verriegelungsschaltung ZMV übertragen. Deren Ausgangssignal zmv wird über die Einschreibleitung el zu den Und-Toren des Vorregisters VR übertragen. Wenn sich nun in dem Register Z innerhalb des Vorregisters VR nicht gerade der Maximalwert Z_max befindet, liefert der Inverter I₃ das Ausgangssignal zms, welches die erwähnten Und-Tore für eine Durchschaltung vorbereitet. Der Zeitpunkt der Durchschaltung wird dann wiederum durch die Zeitsignale TAS vollzogen. Auf diese Weise wird also eine neue Information aus dem Vorregister VR in das Hauptregister HR übertragen. Im Anschluß daran wird dann auch noch der Inhalt der Addierschaltung AD über den Eingang r gelöscht. Mit dieser letzten Operation ist nun auch die erste Phase der Verarbeitungsintervalle Δ t bis Δ t'" beendet.

Wie bereits erwähnt, können sich nun die Phase2

und je nach Fall, auch die Phase 3 anschließen. O'i&e. Arbeitsspiele werden so lange fortgesetzt, bis die Aufgabe der Maschine, beispielsweise die Herstellung eines bestimmten Werkstückes, erfüllt ist.

Es können auch Betriebsunterbrechungen auftreten, die wie bereits erwähnt, unter anderem auch durch das Auftreten eines Λ-Fehlers erzwungen werden. Für eine solche Betriebsunterbrechnung werden Signale erzeugt, die das Einschreiben von B- und C-Werten in die Addierschaltung verhindern. Ferner muß dafür gesorgt werden, daß die —1-Modifikation des SonderwertesZ für alle Achsen verhindert wird. Als Folge dieser Maßnahme bleiben alle Schlitten und ein eventuell vorhandener Drehtisch stehen.

Das Wiedereinschalten der Maschine nach einer Betriebsunterbrechung, also der vorher erwähnte Fall 2, erfordert das Abschalten aller Signale, die das Einschreiben von B- und C-Werten in die Addierschaltung AD und die —1-Modifikation des Sonderwertes Z verhindert haben.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

409 531/Π 9

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Numerisch arbeitende Programmsteuerungsanordnung für Werkzeugmaschinen mit einer Bahn- steuerung, mit einem Datenspeicher und mit einem Außen- und einem Inneninterpolator, bei der der Rechenprozeß zwischen beiden. Interpolatoren derart aufgeteilt ist, daß im Äußeninterpolator grob verteilte Stützpunktdaten für eine Werkzeugbahn und zugehörige technologische Daten errechnet werden, daß der entsprechend einfach aufgebaute Inneninterpolator diese Stützpunktdaten abruft und weitere Zwischendaten für die grobverteilten Stützpunktdaten ermittelt und daß von diesen Daten gesteuerte elektrische Antriebe vorhanden sind, die das Werkzeug der Werkzeugmaschine entlang der vorgegebenen Werkzeugbahn steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die im Äußeninterpolator ermittelten Stützpunktdaten pro Koordinate neben den üblichen Weginformationen (Ai) auch deren zeitliche Ableitungen (Bu Ct, Di) sowie einen Sonderwert (Z₁) enthalten, welcher angibt, über wieviele der vorgegebenen Taktzeiten U,tt _{+ 1} ... ti + n) die niedrigste konstante Ableitung konstant bleibt, daß der Inneninterpolator je Taktzeit eine neue Weginformation (At _{+ 1}) und deren Ableitungen (Bt _{+ 1}, Cj _{+ 1}) durch Umkehr des Differenzenverfahrens, ausgehend von der konstant bleibenden Ableitung (Bi, Ct, Di), errechnet und daß der Inneninterpolator den Sonderwert (Zi) in jeder Taktzeit um — 1 modifiziert, bis er einen Mindestwert (Z_mtn), insbesondere Null, annimmt und dadurch die Übertragung neuer Stützpunktdaten einleitet.

2. Programmsteuerungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inneninterpolator nach der Übertragung neuer Stützpunktdaten deren Weginformation (Ai) mit der errechneten Weginformation (Ai) vergleicht und bei Nichtübereinstimmung ein Fehlersignal erzeugt.

3. Programmsteuerungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weginformation und deren zeitliche Ableitungen für die Koordinaten eines Bahnpunktes (x, y, z, cc) zeitmultiplex in den Koordinaten zugeordneten Zeitabschnitten (At, At', At", At"'; F i g. 5) errechenbar sind.

4. Programmsteuerungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Inneninterpolator übertragenen oder dort errechneten Ableitungen der Weginformation (Bt, Ct, Di) als der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und der Beschleunigungsänderung proportionale Werte zur Berechnung der Stellgrößen herangezogen sind.

5. Programmsteuerungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneninterpolator in bekannter Weise ein Vorregister (VR; F i g. 3) vorgesehen ist, welches zwischen Datenquelle (DQ) und Hauptregister (HR) geschaltet ist, daß zwischen Hauptregister und Digitalregister (DR) ein Komplementumsetzer (KU), eine Addierschaltung (AD) und ein Register (RAR) für die Speicherung der Regelabweichung vorge- ⁶S sehen ist, daß zur Erkennung des Sonderwertes (ZnHn) an den Ausgang der Addierschaltung eine Erkennungsschaltung(ZMR) angeschaltet und daß zur Sonderwert-Modifikation eine Modifizierschaltung (DC) vorgesehen ist.

6. Programmsteuerungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Komplementumsetzer [KU) zwei Pfade aufweist, über dessen einen Pfad die Information unbeeinflußt und über dessen zweiten Pfad bei Vorliegen eines Signals (ka) der Komplementärwert der Information zu der Addierschaltung (AD) übertragen wird.