DE1549634B1 - Anordnung zur numerischen bahnsteuerung insbesondere bei einer werkzeugmaschine - Google Patents

Description

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Fig. 10 schematische Übersicht einer erfindungs- Ebene verlegt werden, die parallel zu einer der Ebenen,

gemäßen Anordnung, des Bezugssystems verläuft, wobei gilt:

F i g. 11 Diagramm zur Erläuterung eines Arbeits- _α _ ο _ _ q
Programms der Rechenmaschine. * / _ o> _ ι _ q '
F i g. 1 zeigt ein Bezugsdreibein oxyz und den an 5 _{oder auc}l} ^, ₌ ß„ _ ^y„ _ _Q '
den Einheitsvektoren angebrachten Kubus, der Einheitskubus genannt und mit amnb bezeichnet ist. Wenn die ebene Linie AMNB konvex verläuft, Die Ausgangskurve c ist in dem Kubus zwischen besitzt die Kurve C keinen Wendepunkt (F i g. 4), den beiden einander gegenüberliegenden Ecken« wenn dagegen die Abschnitte AM und NB unter-'(0,0,0) und b (1,1,1) ausgespannt. io schiedliche Richtungsabweichung gegenüber der Gera-Diese Kurve kann beliebige Gestalt haben, wenn den MN aufweisen, besitzt die Kurve C einen Wendesie den folgenden Bedingungen genügt: punkt (Fig. 5), wenn schließlich die Abschnitte AM sie tangiert ox in α ^unc* ^B einen Punkt gemeinsam haben, besitzt die sie tangiert die Parallele zu oz in b, Kurve entweder zwei Wendepunkte (F ig. 6) oder sie schmiegt sich an die Ebene xoy in a, »5 einen Umkehrpunkt (Unstetigkeitspunkt Kmckpunkt) sie schmiegt sich an die znyoz parallele Ebene in b. P¹ZV⁰**. ^emen Kreiizungspunkl (Fig. 8)..

^J * Außerdem kann man erkennen, daß bei geringer

Die Projektionen der Kurve c in die drei Ebenen xoy Länge eines der Vektoren AM, MN oder NB im

bzw. yoz bzw. xoz (oder in dazu parallele Ebenen) Vergleich zur Länge der beiden anderen die transsind mit C₁ bzw. c₂ bzw. c₈ bezeichnet, wie in F i g. 2 20 formierte Kurve C sich der transformierten Kurve

dargestellt, und es läßt sich erkennen, daß die Kurve c der Projektion der Kurve c auf die eine oder andere

definiert ist als Schnitt zweier Zylindernächen, die Ebene des Systems oxyz nähert,

je als Leitlinie eine beliebige der Projektionen C₁, C₂ Es ergibt sich also, daß man, ausgehend von einer

und C₃ haben und als Erzeugende Senkrechte auf die frei gewählten Ausgangskurve c, unmittelbar ebene die jeweilige Projektion, enthaltende Ebene. 25 oder nicht in einer Ebene liegende Kurven von

Die Kurve c kann, unabhängig von ihrer Gestalt, außerordentlich verschiedenartiger Gestalt bestimmen

durch die Koordinaten x, y und ζ jedes ihrer Punkte kann, indem man die Größe der Vektoren AM und

definiert werden; die Koordinaten werden in Form BN auf den Tangenten an die beiden Endpunkte A

einer Tabelle oder als Funktion eines Parameters Θ und B der zu bestimmenden Kurve festlegt, mit andegegeben, der beispielsweise zwischen 0 und 1 variieren 30 ren Worten: Ein derartiges Kurvenstück wird unter

kann, wenn der Fahrstrahlpunkt W_n der Kurve c Bezugnahme auf die Ausgangskurve c vollständig

von α nach b wandert, d. h., es ist in diesem Fall definiert durch die Koordinaten der vier Punkte A,

M, N und B.

x=j (<9), y = k (Θ), z = l (Θ). Die vorstehenden Überlegungen erlauben nun, an

35 die Definition einer gewölbten Fläche durch Scharen

Wenn nun ein zweites Bezugsdreibein OXYZ von nicht in einer Ebene liegenden Kurven heranzu-

(F i g. 3) in Betracht gezogen wird und wenn vier gehen.

Punkte A, M, N, B dieses Dreibeins durch die Pro- Eine derartige Fläche, die im allgemeinen subjektiv

jektion der Vektoren AM, MN, NB auf die Achse OX, durch Herstellen eines Modells in allmählicher

OY, OZ gegeben sind, nämlich 40 Annäherung bestimmt wurde, muß nur durch eine

für ^LM- α α' κ" bestimmte Zahl von Punkten verlaufen. Unter Um-

für MN· ß' ß''ß" ' ständen kann die Richtung der Normalen in jedem

für NB- γ γ¹' γ" ' dieser Punkte vorgeschrieben werden.

' Um die Fläche vollständig zu bestimmen, wird

(wobei diese Projektionen der Übersichtlichkeit halber 45 zunächst auf die Fläche (F i g. 9) ein Netz von

nur für die X- und die y-Achse eingezeichnet sind), Linien gezeichnet, das durch diese Punkte läuft und

ist die Transformation, die den Einheitskubus amnb zwei Scharen bildet, etwa eine Schar Φ«, von Leifc-

in das Parallelepiped mit den Vektoren AM, MN, NB linien und eine weitere Schar »(?« von Erzeugenden;

übergehen läßt, gegeben durch die Kurvenscharen bilden ein Karomuster.

γ—ν ι _{α x} ι ß_v 1 _v ~ 50 Wie oben angegeben, ist ein gekrümmtes Kurven-

Y __ γ^Λ ι _Λ'_χ ι o'y 1 yi_z' stück, etwa der Bogen A₀B₀ vollständig definiert

Z — Z 1 _K"_x 1 ß"_v 1 y"~ durch Bezugnahme auf die gewählte Ausgangskurve c,

durch die Koordinaten der Punkte A₀ und B₀ und die

Dabei sind x,y, ζ und X, Y, Z die Koordinaten von Koordinaten der Enden M₀ und N₀ der Vektoren, die

in entsprechender Lage einerseits im System oxyz 55 auf den jeweiligen Tangenten abgetragen sind, die die

und andererseits im System OXYZ befindlichen Punk- betrachtete Kurve ^₀-S₀ in den Punkten A₀ und B₀

ten. berühren.

Wenn insbesondere die Größen x, y, ζ den Be- Ein Bogenstück A₀A₁ wird in entsprechender Weise

Ziehungen der Kurve c im System oxyz genügen, so bestimmt.

läuft die transformierte Kurve C im System OXYZ ⁵° Durch die Punkte M₀, M₁, M₂ usw. einerseits bzw.

durch A und B, besitzt AM und BN als Tangenten in durch die Punkte N₀, N₁, N₂ usw. andererseits läßt

diesen Punkten und schmiegt sich an die Ebenen AMN man Kurven T₁ bzw. JZ₁ laufen, die wie die Kurven D

und MNB an. und C bestimmt sind mit Hilfe von Vektoren, welche

Damit die transformierte Kurve C eine ebene von dem Techniker willkürlich oder automatisch auf

Kurve ist, ist es notwendig und hinreichend, daß die 65 Grund vorgegebener Übereinkommen oder Regeln

gebrochene Linie AMNB eine Ebene definiert. Diese gewählt sind, die nicht einen Teil der Erfindung

Bedingung läßt sich z. B. auf einfache Weise ver- bilden,

wirklichen, wenn die Punkte A, M, N, B in eine Die beiden Kurvenscharen T und U definieren

5 ' ■ . : 6

zusammen mit der Kurvenschar D die Schar G und jeder Koordinate sind nur drei Multiplikationen

damit die gekrümmte Fläche. und drei Additionen erforderlich.

Auf den Bogenstücken A₀A₁, M₀M₁, N₀N₁ und 2. Es können unmittelbar ebene Kurven mit Wende-

B₀B₁ finden sich vier Punkte^, M₀, N_@, Bq, die zu punkten oder Kreuzungspunkten ermittelt werden,

dem gleichen Wert Θ des Parameters gehören, und 5 womit sich die Zahl der Elementarabschnitte

diese vier Punkte definieren den Abschnitt der Erzeu- verringert, die zur Bestimmung einer Kurve

genden, der zwischen die Abschnitte A₀B₀ und A₁B_{1 er}forderlich sind,

der Erzeugenden G₀ und G₁ eingeschaltet ist ₃_ _{Es mßt sich unmittelbar eine} räumliche Kurve

Damit ist also der Teil der Fläche, der durch die bestimmen, ohne daß es erforderlich wäre, auf

Abschnitte A₀A₁ und B₀B₁ der Leitlinien D₁ und D₂ io ^ _{Projektionen dieser Kurve auf die Fläclien}

einerseits und durch die Abschnitte^ und A₁B₁ eines Bezugssystems zurückzugreifen,

der Erzeugenden G₀ und G₁ andererseits begrenzt ist, . „. , .. , _.. " ..._Oi ., „ .. ,.

vollständig bestimmt, weü man den Abschnitt Α_ΘΒ_Θ ⁴" ?^me gekrümmte Flache kßt ach vollständig einer beliebigen Erzeugenden G₀ zwischen den bestimmen durch drei Kurvenscharen: eme

Erzeugenden G₀ und G₁ bestimmen kann. 15 Leithmen-Kurvenschar und zwei Kurvenscharen,

Alle anderen Abschatte der betrachteten gekrümm- . ^ die HuUflache der Vektoren bestimmen, welche tenFlächekönneninähnlicherWeisebestimmtwerden, ^a»^{f den} Tangenten längs der Erzeugenden

und damit läßt sich die gesamte Fläche, wie oben abgetragen sind.

angegeben, durch die drei Kurvenscharen D, T und U Bei der praktischen Ausübung dieser Methode

bestimmen. 20 kann, wie bereits im Zusammenhang mit der fran-

Um die Kontinuität der Fläche längs einer Leitlinie zösischen Patentschrift 1 395 705 gesagt, von der an zu gewährleisten, muß an jedem Punkte die Bedingung sich bekannten ziffernmäßigen Steuerung einer Maerfüllt sein, daß die Tangente an die Leitlinie selbst schine Gebrauch gemacht werden, etwa ausgehend und die Tangenten an die beiden Abschnitte der von einem Digitalrechner, der die Koordinaten einer Erzeugenden, die hier zusammenstoßen, in einer 25 Folge von Punkten ermittelt, die einer Folge diskreter Ebene liegen. Zuwachsraten der Größe des Parameters Θ entspricht,

Zum Beispiel müssen an dem Punkt B₀ die drei der in die Parametergleichung der durch diese Rechen-Tangenten B₀Q₀ an D₂, B₀N₀ an B₀A₀ und -B₀P₀ an maschine untersuchten Kurve eintritt; die Rechen- B₀C₀ in der gleichen Ebene liegen. maschine empfängt die folgenden Daten: ·

Eine einfache Methode, um diese Bedingung zu 30 i (&) k (Θ) ΚΘ)

erfüllen, ist, es so einzurichten, daß die beiden Tan- '

genten an die Abschnitte der Erzeugenden (hier und für jede Kurve
Β_ΘΝ@ und Β_ΘΡ_Θ) einander verlängern, und wenn man Xa, κ, β,γ

weiter angibt, daß die Längen der auf diesen Tan- Ya, <*■', β',γ'

genten abgetragenen Abschnitte in einem bestimmten 35 Xa, «, β,γ

Verhältnis stehen, kann die Kurve T₂ der zwischen den „.. , ' ., , ' , -^₁₁

Leitlinien!^ und K₃ liegenden Fläche automatisch ^{fur den FaU ebener Kurven oder} ergänzt durch
aus der Kurve U₁ abgeleitet werden. Za,u!',β",γ"

Wenn in einem Punkte der Fläche die Normale

errichtet ist, müssen offensichtlich der die Leitlinie 40 für den Fall räumlicher Kurven (wobei dann die bestimmende Vektor und der oder die die Abschnitte Anreiß- oder Werkzeugmaschine natürlich einen nach der Erzeugenden bestimmenden Vektoren, die in drei Richtungen statt nach zwei Richtungen verstelldiesem Punkt zusammenkommen, zur Normalen baren Schlitten erhalten muß).

orthogonal verlaufen. Nachstehend wird in Form eines Ausführungs-

Die den Gegenstand der Erfindung darstellende 45 beispiels (F i g. 10) eine Anlage gezeigt, mit der sich

Methode hat insbesondere gegenüber der in der die beschriebene Methode ausführen läßt.

französischen Patentschrift 1 395 705 beschriebenen Bei dieser Anlage wird in Verbindung mit einem

Methode die folgenden Vorteile: Digitalrechner 10 eine Fräsmaschine 11 und ein Anreiß-

1. Die Rechnungen werden vereinfacht. ^tisch }² benutzt Zweck dieser Anlage ist, der Fräs-

BeiderfranzösischenPatentschrift 1395 705 erfor- 5o maschine und dem Tisch nur Hufe des Rechners

dert die Bestimmung jeder Koordinate des Fahr- Jerstelhnf ormationen m der Weise zu vermitteln,

Strahlpunktes des zu erzeugenden Kurvenstücks ^daß ^°\ räumliche Wiedergabe (durch die Fras-

sechs Multiplikationen und fünf Additionen maschine) und/oder ein^Projeküon auf eine beliebige

sowie die Bestimmung eines Koeffizienten, wäh- J^bene ^. ¹^ ^,T¹??¹¹⁶^ ™ⁿ Erzeugenden der

rend nach dem vorliegenden Verfahren die ⁵⁵ hervorzubringenden Flache_ erfolgt wobei noch (mit

Koordinaten des Fahrstrahlpunkts wie folgt JJlfe der .Koordinaten) eine mathematisch exakte

definiert sind· Definition dieser Flache gewonnen wird.

Damit der Rechner diese Informationen liefern

Xw — Xa -f- ocx -h ßy +γζ, kann, werden ihm die oben angeführten Daten ein-

Yw ^= Ya + oc'x + ß'y + γ'ζ, 6ο gegeben.

Zw = Za H- oi"χ + ß"y + γ"ζ, Durch die Anwendung dieses Systems macht man

sich von dem langwierigen Verfahren frei, alle EIe- _v ;_v _v Ii__ry ~ mente des Modells Punkt für Punkt auszumessen.

^—-A-M—Λ As Oi. —XM—-* A, OC -—/-iM—*-* A 5 TTT* · 1 · , ·. * · 1 1

₌j^ _jr 01 __ γ __y B" =Z —Z ^{e s} weiter unten zeigt, müssen nur einige charak-

... γ ν ' «' ' ν ν¹' -." 7^ff ^¹' ⁶5 teristische Punkte ausgemessen werden, während das

benutzte Verfahren die mathematisch exakte Defini-

(Diese Parameter brauchen für jeden Bogen nur tion der Kurve unabhängig von ihrer Gestalt liefert, einmal errechnet zu werden); für die Ermittlung In F i g. 10 ist zu erkennen, daß die Anlage außer

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den schon genannten Elementen einen Taktimpuls- in Betrieb, indem er in den Rechner die Koordi-

geber 17 aufweist, der den verschiedenen Elementen naten X, Y, Z von vier Punkten A, M, N, B eingibt,

zeitlich gleichabständige Synchronisierungssignale lie- die am Modell abgenommen sind oder willkürlich

fert. Diese Signale werden einerseits an die Schaltun- gewählt wurden und die den Abschnitt AB einer

gen 13 und 14, andererseits an die Schaltungen 15 5 bestimmten, wiederzugebenden Kurve definieren,

und 16 geführt. Die Schaltungen 13 und 14 stellen Nachdem diese Werte an den Bedienungstischen

Positionscodiergeräte dar, die mit den Antriebsachsen eingegeben sind, berechnet der Rechner an Hand

des Anreißtisches und des Frästisches verbunden der Tabellen x, y, ζ als Koordinaten der Fahrpunkte,

sind, und zwar zwei Achsen 21 und 22 (daher zwei Diese Rechnung läuft in zwei Schritten ab:

Codiergeräte) in X- und F-Richtung für den Anreiß- io , „ ,

tisch und drei Achsen 23, 24, 25 (daher drei Codier- *· Berechnung der Parameter «,«,«, β, β, β ,

geräte) in X-, Y-, Z-Richtung für die Fräsmaschine. γ, γ', γ", die durch die Beziehungen

Diese Codiergeräte geben in Form eines Zifferncodes _{κ ==}χ_Μ_χ_Αί β =χ_Ν-χ_Μ, _γ =χ_Β~χ_Ν ,

die genaue Lage jeder Achse an. Diese Positionsin- ^ __ γ_Μ_ γ_Α β' _ γ_Ν— γ_Μ γ' = Υ_Β— Y_n

formationen werden, gesteuert durch einen Syn- 15 <x."=Z_m-Za\ ß"=Z_N-zJ, y"=Z_B~Z_N\
chronisierungsimpuls, an den Rechner weitergeleitet,

von dem sie in noch zu erläuternder Weise ausge- definiert sind.

wertet werden. Die Schaltungen 15 und 16 stellen „„ , < ^ ^-^vvrr^-^i.
Decodierschaltungen dar, die von dem Rechner 2. Berechnung der Koordmaten X, 7, Z der Fahreine Antriebsinformation fur jeden der mit den Achsen so strahlpunkte auf einem Bogen gemäß den Beder Fräsmaschine und des Tisches verbundenen ⁿ° ⁿ'

Motoren erhalten und die diese numerische Infor- χ — χ_Λ _|_ _αχ + ßy + γ ζ,

mation in einen den Motoren direkt zuführbaren γ = γ_Α -j- _κ'_χ -|_ ß'y 4- γ'ζ,

Analogwert umsetzen; die Motoren sind in Fig. 10 Z = Za + od'x + ß"y + γ"ζ.

schematisch durch Kreise dargestellt, in denen die 25

zugehörige Koordinatenachse vermerkt sind. Ferner Für einen gegebenen Bogen bewahrt nun die

sind Steuerpulte 19 und 20 vorgesehen, mit denen die Rechenmaschine im Speicher das Resultat dieser

Ausgangsdaten unmittelbar in den Rechner einge- Operationen, die die absoluten Koordinaten des

geben werden können. wiederzugebenden Kurvenabschnitts definieren.

Der Taktimpulsgeber 17 ist mit dem Rechner 30 Von diesen Daten ausgehend berechnet dann der

über eine Unterbrecherschaltung 18 verbunden, die Rechner die Richtungskosinus-Werte der Tangente

den Rechner veranlaßt, eine Information aufzuneh- an die Bahnkurve in jedem dieser Punkte nach der

men, die entweder von den Codiergeräten oder von Formel

den Steuerpulten herrührt. Xj — Xj

In dem Ausführungsbeispiel ist als Rechner 10 35 ^{cos Kl} ~ y~/_Xi _ _x.y _j_ (j. —y.y -f (_Zi _ _z.y '
ein üblicher Digitalrechner benutzt, der einen Speicher " ^{3 3}
mit adressierbaren Speicherplätzen enthält, sowie Von diesem Wert ausgehend erfolgt die endgültige logische Rechen- und Verarbeitungskreise und Steuer- Betätigung der mechanischen Elemente des Tisches kreise für die Informationsein- und -ausgabe. Ins- und der Fräsmaschine. Die vorhergehende Rechnung besondere ist eine bestimmte Anzahl Speicherplätze 4° läuft unabhängig von den mit der Rechenmaschine jeder Eingangs- und/oder Ausgangsleitung zugewiesen, verbundenen Einrichtungen ab. Es handelt sich jetzt wo die ankommende oder ausgehende Information darum, die den Antriebsmotoren jeder Fräsmaschinengespeichert wird. Der Rechner behandelt diese bzw. jeder Tischachse zuzuführende Größe zu beInformationen mittels eines in den Speicher ein- stimmen, damit die materielle Reproduktion der Kurve gelesenen Programms. Dieses Programm ist aufgeteilt 45 erfolgt.

in eine bestimmte Anzahl Unterprogramme, die je Die mit jeder Maschinenachse verbundenen Posi-

einem Schritt einer bestimmten Aufgabe entsprechen tionscodiergeräte 13 und 14 sind von üblicher Bauart

(der Interpolation, der Korrekturberechnung, der und führen auf parallelen Eingangsleitungen Signale

Ausgabe usw.), deren logische Verknüpfung den zu, welche in binärer Darstellung die Stellung der

Betrieb des Systems ermöglichen soll. Die Funktionen 50 jeweiligen Achse angeben. Diese Signale werden unter

und die Verknüpfung eines derartigen Programms der Wirkung eines Abtastimpulses, der von dem

ergeben sich aus der F i g. 11, die ein Logikschaltbild Taktimpulsgeber 17 ausgeht, in den Speicher geleitet,

des Ablaufs der verschiedenen auf den Antrieb von Diese Einleitung erfolgt völlig synchron, wobei die

Anreißtisch und Fräsmaschine bezüglichen Opera- Spanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lesungen

tionen darstellt. 55 ein und desselben Codiergeräts während des ganzen

Den verschiedenen Unterprogrammen, die zusam- Arbeitsablaufs konstant bleibt. Es ist zu beachten,

men das vollständige Programm bilden, sind ent- daß der Anreißtisch 12 ebenso wie die Fräsmaschine 11

sprechend der jeweiligen Priorität Prioritätsstufen von kontinuierlich laufenden Motoren (nicht von

zugeordnet und werden von dem Rechner ihrer Schrittmotoren) angetrieben werden und daß der

Priorität entsprechend verarbeitet. 60 in Betracht zu ziehende Antriebsparameter die Dreh-

Das System arbeitet, schematisch dargestellt, folgen- zahl dieser Motoren ist. Die am Rechner 10 verfügbare

dermaßen: Information stellt daher einen Befehl zur Änderung

Die oben definierte Kurve c wird in den Rechner der Drehzahl in positivem oder negativem Sinne dar;

eingespeichert in Form einer Wertetafel mit χ =j (Θ), der Befehl erscheint codiert und stellt nach Durch-

y — k(&), z — l(ß), die z.B. die Werte von x, y 65 laufen der Decodiergeräte 15, 16 eine Steuerspannung

und ζ für hundert Punkte der Ausgangskurve angibt, dar, um die die Steuerspannung der Motoren erhöht

wenn Θ zwischen 0 und 1 variiert. oder erniedrigt wird.

Anschließend setzt der Bedienungsmann das System Für den Wirkungsantrieb der Arbeitsorgane (am

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Tisch oder an der Fräsmaschine) liefert das System natenJT, Y oder Z der Flächenpunkte sind, so daß eine lineare Interpolation zwischen den vorher be- auf einfachem Wege die Darstellung einer Orthogonalrechneten Kurvenpunkten, deren Zahl beispielsweise projektion auf eine beliebige Ebene der gezeichneten mit hundert angenommen wurde. Diese Interpolation Fläche (oder der Linie) gewonnen werden kann,
basiert bier auf der Berechnung der Größe T· V · cos α«, 5 Die Zusammenstellung und die gegenseitige Verwo T die Abtastperiode ist, V die Verschiebungsge- knüpfung dieser verschiedenen Unterprogramme ergeschwindigkeit längs der betrachteten Achse und ben sich aus dem Schema nach F i g. 11. In diesem cos oci der Richtungskosinus gegen diese Achse. Wenn Schema werden auch die diesen Unterprogrammen diese Größe der durch Rechnung ermittelten theo- zugeordneten Prioritätsstufen angezeigt. Das entretischen Koordinate hinzugefügt wird, ergibt sich io spricht der Tatsache, daß der Rechner bestimmte die endgültige Stellung, in der .das Werkzeug sich hei Informationen, die sich ständig weiterentwickeln, vor der folgenden Abtastperipde befindet. anderen behandeln soll. Das gilt vor allem für die Zwischen der theoretischen Stellung und der von Position der Achsen der Motoren für X, Y, Z und dem Positionscodiergerät angezeigten tatsächlichen damit für die aus den Codiergeräten 13 und 14 herstellung besteht jedoch immer eine Differenz, die 15 kommende Information sowie für die daraus unmittelman zur Gewinnung einer genauen Spur in Rechnung bar hervorgehenden Daten, d. h. für die Interpolationsstellen muß. Diese Korrektur ε, gemessen an drei und Korrekturrechnungen und für die Befehle zur aufeinanderfolgenden Punkten und entstehend aus Drehzahländerung.

der linearen Kombination der drei FeMeTe₁, e_a, ε₃ Wie in Verbindung mit Fig. 10 erläutert, werden in jedem dieser Punkte, wird in Antriebscode über- 20 diese Informationen in regelmäßigen, von dem führt, um dem Antriebsmotor jeder Achse einen Taktimpulsgeber 17 gesteuerten Intervallen berück-Befehl zur Drehzahländerung zuzuführen. sichtigt, der die Rechenmaschine durch die Unter-Auf diese Weise werden die Positionsfehler für jede brecherschaltungen 18 anregt und die Übertragung Achse des Tisches und der Fräsmaschine korrigiert. der von den Codiergeräten 13,14 herrührenden Inf or-

Die Rechenmaschine kann auch auf direktem Wege as mation auslöst.

die Drehzahl an einer der beiden Maschinen verän- Dann wird die Information von dem Rechner

dem, wenn eine schnelle Änderung des Krümrnungs- verarbeitet und schließlich der abschließende Befehl

radius des in Arbeit stehenden Abschnitts auftritt, der Antriebsdrehzahl am Ende der Abtastperiode

um die Trägheit der mechanischen Teile in Rechnung an die Schaltungen 15 und 16 zum Antreiben des

zu ziehen, oder wenn die Abschnitte so kurz sind, 30 Motors weitergegeben.

daß die Rechenzeit zwischen zwei Punkten nicht Die schematische F i g. 11 läßt drei Rechenausreicht. ' schleifen mit abnehmender Priorität I, II und III

Im ersten Fall vergleicht der Rechner die Winkel erkennen.

der Tangenten an aufeinanderfolgenden Punkten des Die Schleife I entspricht der Aufnahme der von Abschnitts. Wenn der Unterschied einen vorgegebenen 35 den Codiergeräten 13, 14 herrührenden Information Wert überschreitet, wird ein Befehl zur Verringerung und der Interpolationsrechnung (Schaltkreis 26) im der Drehzahl ausgegeben. Hinblick auf das vorhergehende Auftreten in dem Sy-Im zweiten Fall ist, um zu verhindern, daß das stern der für diese Operationen erforderlichen Infor-System mangels auf die Arbeitsorgane zu übertragen- mationen. Wenn diese Informationen vorhanden sind, der Daten anhält, vorgesehen, daß eine bestimmte 4° geht das System zur Interpolations- und Korrektions-Anzahl Punkte im voraus berechnet werden können, rechnung (Schaltkreis 27) über, um einen Ausgangsund wenn diese Anzahl unter eine vorgegebene Grenze befehl zu ermitteln, der auf-die jeweiligen Motoren sinkt, liefert das System einen Befehl zur Drehzahl- für X, Y, Z zu übertragen ist. Gegebenenfalls ermittelt verringerung an die Motoren. der Rechner die Arbeitsgeschwindigkeit und verändert Andererseits ist es vorgesehen — damit die Lei- 45 danach die augenblickliche Geschwindigkeit (Schaltstungsfähigkeit der Anlage beim Arbeiten kurzer kreis 28). Gleichzeitig wird eine Anzeige der verAbschnitte nicht eingeengt wird—, nur eine verminderte schiedenen, aus den Codiereinrichtungen herrührenden Zahl von Zwischenpunkten an Stelle der hundert Werte vorgenommen (Schaltkreis 29).
Punkte zu berechnen, die oben beispielshalber vor- Sobald diese Rechnungen durchgeführt sind, führt gesehen waren. Dazu berechnet die Maschine zu 50 man in der Schleife II eine Einheit auf einen Punkt-Beginn jedes Abschnitts die Länge von fünf Sehnen, zähler 30, um dem System anzuzeigen, daß ein bedie einer vorgegebenen Änderung des Parameters Θ rechneter Punkt gezählt worden ist. Dieser Zähler, entsprechen. Wenn die Länge dieser Sehnen unterhalb der in beliebiger bekannter Weise ausgeführt sein eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, ermittelt man kann, zeigt ständig die Zahl der noch vorhandenen die zugehörige Bogenhöhe und bestimmt daraus den 55 berechneten Punkte an. In dem Schema der Fig. 11 zur Aufrechterhaltung eines erträglichen Fehlers zu ist als ein die Erfindung nicht begrenzendes Beispiel unternehmenden Schritt. angegeben, daß diese Zahl zwischen 12 und 20 hegen Von dem Eingangssteuerpult aus können ver- soll. Wenn sie unter 12 sinkt, wird eine Verlangsamung schiedene zusätzliche Daten in die Rechenmaschine des Systems ausgelöst (Schaltkreis 31), oder es wird eingegebenwerden, z. B. die Koordinaten des Anfangs- 60 gegebenenfalls sogar angehalten, um es dem Rechner punktes,. der Anreißmaßstab, der Durchmesser des zu ermöglichen, eine ausreichende Zahl von Punkten Fräsers, wobei der letztgenannte Wert eine Korrektur zu errechnen. Wenn die Zahl der Punkte ausreicht in einer oder mehreren Arbeitsebenen der Maschine (mehr als 20), löst man eine Folge von Anschlußherbeiführt, befehlen für den nächsten Punkt aus (Schaltkreis 32), Da der Anreißtisch nur in zwei Dimensionen arbeitet, 65 um die-nächste Abtastmaßnahme einzuleiten. Diese sind bei dessen Antrieb Verzweigungsschaltungen Folge bildet im wesentlichen die Schleife mit Prioritätll, vorgesehen, damit die auf zwei Achsen des Tisches die an sich nur in Anspruch genommen wird, wenn übertragenen Koordinaten indifferent die Koordi- Interpolation und Korrektur vorgenommen werden

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oder wenn die zu diesen Operationen erforderlichen den Bogens ausgelöst wird, sobald das System die

Daten nicht bereitstehen. Diese Schleife enthält Spur des zweiten Abschnitts erreicht, der am Punkt B

Folgen zur Rechnung der Länge zwischen aufein- beginnt.

anderfolgenden Punkten (Schaltkreis 33), zum Ver- Das System liefert daher die Berechnung der oben gleich dieser Länge mit einer Mindestlänge (Schalt- 5 definierten Koeffizienten α, β, γ (Schaltkreis 41), es kreis 34) und für den Fall, daß diese Länge unterhalb bestimmt den optimalen Schritt (Schaltkreis 42), wenn einer vorgegebenen Grenze liegt, zum Berechnen der die Abschnittslänge zu gering ist für die Berechnung Arbeitsgeschwindigkeit, die für die folgende Inter- dieser Länge (Schaltkreis 43), berechnet (Schaltkreis polation vorgesehen werden soll (Schaltkreis 35), 44) und speichert (Schaltkreis 45), indem es sich auf zum Berechnen der Sinus und Kosinus des betrachte- io den Tisch 46 bezieht, die Koordinaten des Fahrten Abschnitts (Schaltkreis 36), zum Berücksichtigen Strahlpunkts, die die Bezugskurve definieren, ein.
des Fräserhalbmessers (Schaltkreis 37), zum Ermitteln Das System kann weiter den Eintritt der Infordes Krümmungsradius der Linie (Schaltkreis 38) aus mation (Schaltkreis 47) steuern, die den oder die dem Sinus und Kosinus und zum dementsprechenden folgenden Abschnitte (III) definiert.
Ändern der Drehzahl, zum Einreihen der verschiedenen 15 Vorstehend wurde beschrieben, wie das System Werte und schließlich zum Hinzufügen einer Einheit die Steuerbefehle für eine bestimmte Kurve des in den Punktzähler (Kreis 39). Modells berücksichtigt und befolgt. Der Bedienungs-Wenn auf diese Weise ein Punkt gerechnet ist, wird mann bestimmt so verschiedene Erzeugende der ein Signal in die Schleife III zu einem Bogenzähler Fläche und, ausgehend von den diese Erzeugenden (Kreis 40) geleitet, der ständig überwacht, ob das 20 definierenden Punkten A, M, N, B, ermittelt der Rech-System sich auf einem Segment bewegt, dessen Be- ner unmittelbar die zwischenliegenden Erzeugenden zugskoordinaten (Punkte A, M, N, B) in das System und die Leitlinien, die durch, die verschiedenen Punkte eingeführt worden sind. Das läßt sich, auf einfache laufen, wobei für die Rechnung immer die Lage der Weise erreichen, indem die Koordinaten des berech- Ausgangskurve c berücksichtigt wird. Die gekrümmte neten Punkts mit denen eines Segmentpunkts (etwa 25 Fläche, deren Koordinaten man feststellen möchte, des Punktes B) verglichen und ein Aufruf des folgen- wird dadurch schnell und genau bestimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche· Patentschrift 1 395 705 bekannt. Sie ist bei Anreiß- " oder Werkzeugmaschinen anwendbar.

1. Anordnung zur numerischen Bahnsteuerung, Mit dieser Anordnung lassen sich ebene Bahnkurven insbesondere bei einer Werkzeugmaschine, unter bestimmen, vorausgesetzt, daß die Kurven sich in

Verwendung eines digitalen Inneninterpolators, 5 Bahnelemente zerlegen lassen, die keine Wendepunkte

welchem die Anfangs- und Endkoordinaten auf- aufweisen.

einanderfolgender Bahnelemente sowie Kenndaten Es lassen sich damit auch räumliche Kurven bevon an den Anfangs- und Endpunkt des jeweiligen stimmen, wenn man eine räumliche Kurve als Schnitt-Bahnelementes angelegten Tangenten eingespeist linie zweier Zylinder auffaßt, die als Leitlinien die sind und der mit den Daten einer Ausgangskurve io Projektionen der genannten Kurve auf zwei Ebenen und mit einer das jeweilige Bahnelement auf eine eines Bezugstrieders besitzt.

schiefe Projektion dieser Ausgangskurve zurück- Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine führenden Parameter - Transformationsgleichung Anordnung zur numerischen Bahnsteuerung zu schafprograrnmiert ist, zum Erhalt von Steuersignalen, fen, mit der einerseits ebene Kurven von noch erheblich die Stellgliedern zugeführt werden, dadurch 15 vielfältigerer Gestalt als die nach der französischen gekennzeichnet, daß in den Inneninter- Patentschrift 1 395 705, und zwar insbesondere Kurpolator zusätzlich zu den Koordinatenwerten Xa, ven mit Wendepunkten und Kreuzungspunkten, sowie Ya, Za', Xb, Yb, Zb der Anfangs- und Endpunkte andererseits räumliche Kurven unmittelbar bestimmt der Bahnelemente als Kenndaten der Tangenten werden können, woraus sich die Möglichkeit ergibt, noch die Koordinatenwerte Xm, Ym, ZmI Xn, 20 eine gekrümmte Fläche durch Scharen räumlicher Yn, Zn der Endpunkte von Tangentenabschnitten Kurven zu bestimmen. Diese Aufgabe wird mit einer eingespeist sind, wobei diese Tangentenabschnitte Anordnung zur numerischen Bahnsteuerung der ein- und der sie verbindende Abschnitt die Seiten eines gangs genannten Art gelöst, bei der gemäß der Erfin-Parallelepipeds bilden, das mittels der Trans- dung in den Inneninterpolator zusätzlich zu den Koformationsgleichung auf einen Einheitskubus mit 25 ordinatenwerten Xa, Ya, Za; Xb, Yb, Zb der Anfangsder zwischen zwei gegenüberliegenden Ecken und Endpunkte der Bahnelemente als Kenndaten dieses Einheitskubus einbeschriebenen, dem Bahn- der Tangenten noch die Koordinatenwerte Xm, Ym, element entsprechenden Ausgangskurve zurück- Zm', Xn, Yn, Zn der Endpunkte von Tangentengeführt wird, und auf einanderf olgende Punkte Xw, abschnitten eingespeist sind, wobei diese Tangenten- Yw, Zw des Bahnelements gemäß folgender 30 abschnitte und der sie verbindende Abschnitt die Transformationsgleichung erhalten werden: Seiten eines Parallelepipeds bilden, das mittels der Y _ j , „γ \ β_v A- _vz Transformationsgleichung auf einen Einheitskubus ■J⁷ __ γ^Λ ι ι \ ßiy j_y'J mit der zwischen zwei gegenüberliegenden Ecken

w a _ ^ py γ , dieses Einheitskubus einbeschriebenen, dem Bahn-

Zw = Za + otx-j-py + vz, , , , ,, . _n ' .. ₁ „.., .

35 element entsprechenden Ausgangskurve zurückgeführt

worin x, y und ζ die Koordinaten des laufenden wird, und aufeinanderfolgende Punkte Xw, Yw, Zw Kurvenpunktes der Ausgangskurve und des Bahnelementes gemäß folgender Transformations-

„ „/ „n gleichung erhalten werden;

UV) UV j Oi- 3

^ß>^ß';^ß"„' 4o Xw^Xa +αχ + ßy +γζ,

7'⁷'^r Yw=Ya + oc'x + ß'y +γ'ζ,

die jeweiligen Projektionen auf die Achsen X, Y ^w ⁼ Za + k"x + ß"y H- γ"ζ,

und Z jedes der zwei genannten Tangentenabschnitte und des sie verbindenden Abschnittes worin x, y und ζ die Koordinaten des laufenden sind. 45 Kurvenpunktes der Ausgangskurve und

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rechner eine Inter- «, α , α ., polation zwischen benachbarten der genannten ß,ß,ß> Folge von Punkten vorgesehen ist, die sich auf Y, 7 > V die Berechnung des Richtungskosinus der Tan- 5°

genten in jedem der genannten Punkte stützt. die jeweiligen Projektionen auf die Achsen X, Y und Z

jedes der zwei genannten Tangentenabschnitte und

des sie verbindenden Abschnittes sind.

Die Anordnung wird nun zur weiteren Veran-

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur nume- 55 schaulichung an Hand der Zeichnungen näher errischen Bahnsteuerung, insbesondere bei einer Werk- läutert. Es zeigt

zeugmaschine, unter Verwendung eines digitalen Fig. 1 eine in einen Einheitskubus einbeschriebene

Inneninterpolators, welchem die Anfangs- und End- Ausgangskurve,

koordinaten aufeinanderfolgender Bahnelemente sowie Fig. 2 eine Möglichkeit zur Kennzeichnung der

Kenndaten von an den Anfangs- und Endpunkt des 60 Ausgangskurve,

jeweiligen Bahnelementes angelegten Tangenten ein- F i g. 3 ein durch Transformation des Einheits-

gespeist sind und der mit den Daten einer Ausgangs- kubus erzeugtes Parallelepiped mit einbeschriebener kurve und mit einer das jeweilige Bahnelement auf Bahnkurve, die durch die Transformation aus der eine schiefe Projektion dieser Ausgangskurve zurück- Ausgangskurve erhalten ist, führenden Parameter-Transformationsgleichung pro- 65 F i g. 4 bis 8 Beispiele für unterschiedliche ebene grammiert ist, zum Erhalt von Steuersignalen, die Kurven,

Stellgliedern zugeführt werden. F i g. 9 ein Kurvennetz zur Bestimmung einer

Eine derartige Anordnung ist aus der französischen gekrümmten Fläche,