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Die Erfindung betrifft ein numerisches Steuersystem für Werkzeugmaschinen
nach Maßgabe von auf einem Informationsträger blockweise aufgezeichneten Ortssignalen
für mehrere Koordinaten und Zeitsignalen mit mehreren Zifferstellen, bestehend aus
einer die Signale des Informationsträgers in elektrische Signale umsetzenden Eingabevorrichtung,
aus an diese angekoppelte Zwischenspeicher für die Orts- und Zeitsignale, einem
Befehlsverteiler, der die Ortssignale des Zwischenspeichers interpoliert und zeitabhängig
auf die verschiedenen Maschinenkoordinaten verteilt, ferner aus einem Erkennungskreis
und einem Zeitsignalverteiler, welche den Befehlsverteiler abhängig von den Zeitsignalwerten
des Zeitsignal-Zwischenspeichers steuern.
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Ein derartiges Steuersystem ist aus der USA.-Patentschrift
3 002 115 bekannt'. Die Ortssignale legen die jeweiligen Koordinatenendpunkte
eines Verschiebungsschrittes fest. Das Zeitsteuersignal steuert den zeitlichen Vorschub
im wesentlichen durch Teilung einer Grundtaktimpulsfolge. In einer solchen Steuerung
hat der Befehlsverteiler die Funktion, die räumliche Bahnkurve des Werkzeugs durch
Interpolation der durch die Ortssignale vorgegebenen Stützpunkte zu errechnen und
die Lagesollwerte zeitgerecht auf die einzelnen Maschinenkoordinaten zu verteilen.
Dieser Befehlsverteiler ist eine sehr umfangreiche und aufwendige Einrichtung, da
er zahlreiche logische Kreise und Speicherkreise enthält. Die Kapazität eines solchen
Befehlsverteilers ist bei der Steuerung einer Werkzeugmaschine nur ungenügend ausgenutzt.
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Die Zeitmultiplextechnik ist bekannt, ebenso die Anwendung der Zeitmultiplextechnik
zur gleichzeitigen Verarbeitung von Signalen in nur einer Regel- oder Rechenanlage
(0 p p e 1 t, Kleines Handbuch technischer Regplvorgänge,
3. Auflage, 1960, S. 564 und-592).
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Aufgabe der Erfindung ist die mehrfache Ausnutzung eines Befehlsverteilers
zur Steuerung mehrerer Werkzeugmaschinen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung
durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: C
a) An den Befehlsverteiler
sind mehrere Werkzeugmaschinen angeschlossen, b) jeder Maschine ist eine
besondere Eingabeeinrichtung zugeordnet, c) die Orts- und Zeitsignale sowie Hilfssignale
der Eingabeeinrichtungen werden mittels getrennter Synchronisierkreise in Zeitmultiplexsignale
umgeformt-, d) aus den Zeitmultiplexsignalen werden in einem Trennkreis Zeitmultiplex-Steuersignale
für eine Ortssignaltorschaltung und solche für eine Zeitsignaltorschaltung erzeugt;
e) die Ortssignaltorschaltung befindet sich im Ausgang eines weiteren, die
Orts- und Zeitsignale der Eingabeeinrichtungen in Zeitmultiplexsignale gemeinsam
umformenden Synchronisierkreises und erzeugt ein Zeitmultiplex-Ortssignal; das Zeitmultiplex-Ortssignal
wird über einen mehrkanaligen Ortssignal-Speicherkreis auf den Befehlsverteiler
gegeben; g) die Zeitsignaltorschaltung dient der Gewinnung von Zeitmultiplex-Zeitsignalen
aus den Zeit-'len der erstgenannten Synchronimultiplexsigna sierkreise, h) die Zeitmultiplex-Zeitsignale
werden nach Koordinatenziffern getrennt über diesen zugeordnete Speicherkreise auf
den Erkennungskreis gegeben; i) das Ausgangssignal des Befehlsverteilers wird in
einem weiteren Trennkreis in die Steuersignale für die einzelnen Maschinen aufgespalten.
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Die Zeitsignale legen mit Hilfe der in dem Erkennungskreis abgeleiteten
Impulse die jeweilige Vorschubgeschwindigkeit fest. Infolgedessen müssen diese Zeitsignale
am Eingang des Erkennungskreises in Parallelform zur Verfügung stehen. Deshalb geht
es nicht an, sämtliche Signalkomponenten (Ortssignale und Zeitsignale) in einer
Zeitmultiplexfolge einzuordnen, so daß die Erfindung nicht nach Art der Mehrfachausnutzung
einer Regel- oder Rechenanlage vorgehen kann. Es müssen vielmehr an dem Befehlsverteiler
jeweils die für die verschiedenen Koordinatenwerte entsprechenden Zeitgabesignale
anliegen.
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Die Erfindung ermöglicht die mehrfache Ausnutzung des Befehlsverteilers
und des Erkennungskreises sowie des Zeitsignalverteilers, also der aufwendigsten
Teile des Steuersystems. Zwar sind entsprechend der Vielzahl der angeschlossenen
Maschinen zusätzliche Torschaltungen erforderlich, doch fällt dieser Schaltungsaufwand
gegenüber dem Befehlsverteiler nicht ins Gewicht.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Prinzips
eines üblichen Systems zur numerischen Steuerung, F i g. 2 ein Blockschaltbild
zur Erläuterung der Zeitmultiplextechnik, F i g. 3 ein Blockschaltbild der
im System nach F i g. 1 verwendeten Kreise, F i g. 4 eine Teilaufsicht
auf eine Lochkarte, F i g. 5 ein Blockschaltbild des Systems der Erfindung
und F i g. 6 ein Zeitimpulsdiagramm für das System der F ig. 5.
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Wie in F i g. 1 dargestellt, besteht ein übliches numerisches
Steuersystein aus einer Eingabeeinrichtung I zum Umsetzen von auf einem Band oder
einer Karte kodierten und gespeicherten Eingangsdaten (Orts- und Zeitsignale) in
elektrische Signale, einem Befehlsverteiler PT zur Gewinnung von Lagesollwerten
nach MaßgabeMer Orts- und Zeitsignale und aus einer Werkzeugmaschine M, die abhängig
von den Lagesollwerten gesteuert werden soll. Bei einem derartigen System besteht
der Befehlsverteiler PT aus verschiedenen Arten von logischen Kreisen und Speicherkreisen.
Die Frequenz der in diesen Digitalkreisen verarbeiteten Signale ist klein, z. B.
in der Größenordnung von 1 kHz, im Vergleich zu Impulssignalen in Digitalkreisen
anderer Geräte, z. B. elektronischen Rechengeräten. Die Digitalkreise in einem System
gemäß F i g. 1 sind jedoch im allgemeinen so ausgebildet, daß sie Impulssignale
verarbeiten können, die wesentlich höhere Frequenzen haben, z. B. in der Größenordnung
von 100 kI-1z. Der Impulsverteiler ist
in einem solchen Falle
bezüglich seiner Kapazität nicht ausgenutzt und weist eine beträchtliche Uberschußkapazität
auf.
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Eine verbesserte Ausnutzung des Befehlsverteilers ist durch Anwendung
der Zeitmultiplextechnik nach F i g. 2 möglich. Danach sind mehrere Eingabeeinrichtungen
1" 12 ... I" einem Befehlsverteiler PTa zugeordnet, an den die zu steuernden
Maschinen Ml, M2 ... M" angeschlossen sind.
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Zum erleichterten Verständnis der Erfindung soll vor einer ausführlichen
Beschreibung des numerischen Zeitmultiplex-Steuersystems zuerst der grundsätzliche
Aufbau eines üblichen numerischen Steuersystems einer Werkzeugmaschine beschrieben
werden.
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F i g. 3 zeigt den allgemeinen Aufbau der Steuerung
eines Schneidwerkzeugs für die numerische Steuerung eines Maschinenwerkzeugs in
drei Koordinaten X, Y
und Z. Bei diesem Beispiel wird als Informationsträger
eine Lochkarte verwendet. Die Aufzeichnung soll etwa gemäß F i g. 4 vorgenommen
sein, wobei Folgen von Eingabedaten a, b, e, d und e in Parallelspuren
auf einem Lochstreifen t. angeordnet sind. Es sind Ortssignale x, y, z
für die betreffenden Koordinaten mit K Zifferwerten an den Eingabestellen
A, B und C
der Spuren a, b, c aufgezeichnet.
Diese Ortssignale legen die Wegstrecken für einen jeden Arbeitsschritt fest. Ferner
ist ein Zeitsignal t, das sich aus den Binärstellen t", ty und t- zusammensetzt
und die Schneidzeit der Schneidwerkzeuge bezüglich der Ortssignale x,
y und z festlegt, als (K + 1)-Zifferwert dieser drei Spuren
aufgezeichnet. Hilfsinformationen D
und E der Spuren d und e
sind zur Codewahl, zum Codefehlernachweis und zur Fehlerberichtigung vorgesehen.
Derartige Blöcke- sind nacheinander aufgezeichnet und durch entsprechende Blocksignale
Br eingeleitet.
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Die Signale A, B, C, D und E der
Signalfolgen werden in der Eingabeeinrichtung I in elektrische Signale umgesetzt,
und die entsprechenden Ausgangssignale der Eingabeeinrichtung I werden zu Speicherkreisen
Rx, Ry und Rz geleitet, und zwar über Torschaltkreise Gx, Gy und Gz, die
den Durchgang der obigen Signale steuern. Außerdem ist ein Zeit- und Ortssignaltrennkreis
CL vorgesehen, welcher die parallel anliegenden Signale A,
B, C, D und E der entsprechenden Spuren entschlüsselt. Wenn die
Signale beliebiger, gleichstelliger Zifferwerte der Spuren A, B
und
C Ortssignalwerte für x, y oder z oder ein Zeitsignal darstellen,
so erzeugt der Kreis CL ein Torsignal G, das die Torschaltkreise Gx,
Gy und Gz öffnet und dadurch erreicht, daß die obigen Signale parallel in
die entsprechenden Stellen der Speicherkreise Rx, Ry und Rz eint -eten. So wird
in jedem dieser Speicherkreise z. B. in der ersten Stelle ein Signal für die Zeitsteuerung
aufgezeichnet und Ortssignale x, y und z in den weiteren Stellen.
Der Kreis CL
erzeugt ein Haltsignal P, wenn ein Blocksignal Br durch
die Eingabeeinrichtung I ausgelesen wird, und beendigt damit den Auslesevorgang
der Eingabevorrichtung I. Der Kreis CL erzeugt außerdem ein weiteres Betriebssignal
F.
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Ein Zeitsignal-Erkennungskreis TL wertet die Zeitsignalwerte tx, ty
und tz aus und erzeugt daraus ein einziges Zeitgabesignal t", das im wesentlichen
eine Teilfolge nicht dargestellter Taktimpulse darstellt. Das Zeitgabesignal wird
in einem Zeitsignalverteiler PC weiterverarbeitet. Die Zeitimpulse laufen
durch Zeitgabesteuertore und gelangen an entsprechende Ziffereingänge des Verteilers.
Der jeweilige Ziffereingang ist durch das Offnen des entsprechenden Zeitgabetorkreises
durch das obige Zeitgabesignal festgelegt. Durch diesen Vorgang wird die Arbeitszeit
des Schneidwerkzeugs festgelegt. Der Ausgang des Zeitsignalverteilers
PC wird zu einem Befehlsverteiler PL geführt, der dieAusgangsimpulse der
verschiedenen Zifferwerte gemäß den Signalen x, y und z der entsprechenden
Speicherkreise derart steuert, daß die crforderlichen Lagesollwerte x0, yo und zo
für die Festlegung des Schneidweges erzeugt werden. Die in digitaler Form erzeugten
Lagesollwerte werden üblicherweise durch einen Digital-Analog-Wandler in analoge
elektrische Signale umgesetzt und außerdem verstärkt, wonach sie eine gesteuerte
Bewegung des zu bewegenden Schneidwerkzeugs der Maschine M hervorrufen.
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Wenn ein Signalblock verarbeitet ist, schreitet die Eingabeeinrichtung
I zur Verarbeitung des nächsten Blockes weiter. Durch die fortschreitende Wiederholung
dieses Vorgangs wird das Schneidwerkzeug der zu steuernden Maschine fortlaufend
längs des Schneidweges (Bahnkurve) bewegt.
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Bei einem System mit obigem Aufbau soll nun gemäß der Erfindung für
eine Vielzahl von Eingabeeinrichtungen und zu steuernden Maschinen ein Befehlsverteiler
im Zeitmultiplexbetrieb verwendet werden. Die Ortssignale aller Dimensionen können
unmittelbar nach der Zeitmultiplextechnik verarbeitet werden. Andererseits ist in
dem Teil -1#,>r logische Operationen durch Feststellung von Koinzidenz und Antikoinzidenz
zwischen den verschiedenen Ausgängen der Eingabeeinrichtungen feststellt, ein Zeitmultiplexbetrieb
nur zwischen den Ausgängen äquivalenter Werte der verschiedenen Eingabeeinrichtungen
möglich.
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Ein numerisches Steuersystem mit Zeitmultiplexschaltung gemäß den
obigen Ausführungen ist in F i g. 5 dargestellt. Diese Ausführungsform stellt
ein Beispiel eines Zeitmultiplexsystems im Fall einer dreidimensionalen Steuerung
des Maschinenwerkzeugs nach F i g. 3 dar, wobei zur Vereinfachung nur zwei
Eingabeeinrichtungen und zwei zu steuernde Maschinen dargestellt sind.
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Informationsträger in den Eingabeeinrichtungen I, und 12 von F i
g. 5 sollen ebenfalls Lochstreifen sein, deren Spuren mit A"
Bl, CI, Dl, EI bzw. A2, B2, C2,
D2,
E2 bezeichnet werden.
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Die Ortssignale der verschiedenen Koordinaten und die Zeitsignalwerte
in den Spuren A" B, und C, sowie A2, B2 und C2 der obigen
Signalblöcke werden mit x" yl, z, bzw. t, und x2, y2,
z2 bzw. t2 bezeichnet. Die binären Ziffersignale der aus K Ziffersignalen bestehenden
Ortssignale x" y, und z, bzw. x2, y2, z2 werden Mit Xll,
X12 ... Xlk, Yll, Y12 ... Ylk, ZU,
Z12
- - - Zl k und x21, X22 ... X2k, Y22
... y2k und z21, Z22 ... Zlk bezeichnet. Weiterhin sollen die Ziffersignale
der Hilfssignale Dl, EI und D2, E2 mit D,1, D12 ...
D, j, Ell, E12 - - - Ei i und D.1, D22 ... D.2
j, E2 mit D,1, D12 ... Dli, El% E12 ... Elj und D21,
D22
... ki, E21, E22 ... E2j ezeichnet sein. Ferner werden die Zeitsignale
t, und t2 aus tl x, tly, tj., bzw. t2.1 t2" t2z gebildet. Diese Signale werden
in den Eingabeeinrichtungen II und 12 als elektrische Signale A" Bl,
CI, Dl, E, und A2, B2, C2, D2, E2 erzeugt.
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Die Bezugszeichen SY, SYb, SY" SYd, SY, bezeichnen Synchronisierkreise
zum jeweiligen Verarbeitender Signale der jeweils gleichen Spuren der Eingabeeinrichtungen
I,
und 1,2 auf Zeitmultiplexbasis, und zwar unter Verwendung von im einzelnen nicht
erläuterten Synchronimpulsen. Man
erhält so Zeitmultiplexsignale A,Ä,-, YlB--2,
C1C2, DD, und E1E2:
| -41 Al = ..... . X11X21X12X22
..... tlxt2x |
| Bi B2 = ..... Y1lY2lY12Y22 ..... tlyt2Y |
| Ci C7 = - - - - - Z11Z21Z12Z22
..... tlzt2z |
| D, D, = ..... DI1D21D12D22 .....
D,jD2j |
| Ei E2 = ..... El 1 E21 El 2 42.2 ..... EliE2i
io |
Die Zeitmultiplexsignale mit
je einem Signalanteil für beide Maschinen treten
in den Zeit- und Ortssignaltrennkreis
CL ein, an dessen Ausgang ein Steuersignal
G,
G2 fiLr
eine Ortssignaltorschaltung
G, ein Betriebssignal
F F2, ein Haltesignal PP2 und ein 15 Steuersignal T, T2 für eine Zeitsignaltorschaltung
G,
Gty, G" erzeugt werden. Während also im oben beschriebenenüblichenSystem,wenndieOrtssignalex,
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y und z der drei Koordinaten und das Zeitsignal t an dem Trennkreis
CL eintreffen, ein Torsteuer- 20 signal
G erzeugt wird, werden beim
System nach der Erfindung,wenn Ortssignale(x1,yl, z1 undx2,y2,z2) der Eingabeeinrichtung
an dem Kreis
CL eintreffen, ein MultipIex-Steuersignal G1G2 für eine Ortssignaltorschaltung
und, wenn Zeitsignale eintreffen, ein
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Multiplex- Steuersignal T,
T, für die Zeitsignaltorschaltung erzeugt.
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Die von den beiden Eingabeeinrichtungen erzeugten Signale
A" Bl, C, und A2, B2, C2 werden außerdem zu einem Synchronisierkreis
SY geleitet, der diese Signale 30
unter Verwendung von Synchronisierimpulsen
zu Zeitmultiplexsignalen umformt. Die Zeitmultiplex-Ausgangssignale dieses Synchronisierkreises
SY werden in der Ortssignaltorschaltung G gemäß dem Steuersignal G1G2- gesteuert.
Im Ausgang der Tor- 35
schaltung G erscheint das Zeitmultiplex-Ortssignal
U
der sechs Koordinatensignale, welches durch )cll, x2" Yll,
Y21, Z11, Z21, )Cl2, X22, Y12, Y221 Z12, Z22 - - - -Xik-, X2k,
Ylk, Y2k, Zlk, z2k- dargestellt werden kann. Ein sechskanaliger Zeitmultiplex-Speicherkreis
R-6 nimmt dann 4o das obige Zeitmultiplex-Ortssignal auf.
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Torschaltkreise Gtx, G,y und G,- für die Zeitsteuerung werden durch
das Multiplex-Steuersignal T, T2 betrieben, das nur den Durchgang derjenigen Zeitsignale
tl" tly und tj, (= tj) bzw. t2x, t2y und t2z 45 (= t2) ermöglicht, weiche
in den Signalen A, Bl, C, bzw. A2, B2, C, enthalten
sind. Demgemäß sind die durch diese Torschaltkreise für die Zeitsteuerung hin-durchgehenden
Impulse Zweifach-Zeitmultiplex-Signale -Cl.t2x, tlyt" und tl t2.. Diese ZeitmultipleX-
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signale für die Zeitsteuerung werden in entsprechenden Zeitmultiplexspeicherkreisen
R#,-2, Ry-2 und Rz-2 gespeichert und zu geeigneten Zeitpunkten ausgelesen und in
einen Erkennufigskreis TL eingeführt, in dem eine logische Operation mit den kombinierten
Si- 55
gnalen t, , t, , und t, z durchgeführt
wird, um ein resultierendes Zeitsteuersignal tl" für die Zeitsignalwerte der Eingabeeinrichtung
I, zu erhalten, dann eine logische Operation mit den kombinierten Signalen t2, t2y
und t2z durchgeführt wird, um ein resultierendes 6o Zeitsteuersignal t2" für die
Zeitsignalwerte der Eingabeeinrichtung 12 zu erhalten. Diese Signale werden als
Zeitmultiplexsigna17,-jt-2" für die Zeitsteuerung zu dem Zeitsignalverteiler PCa
ausgesendet.
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Der Zeitsignalverteiler PCa leitet ZeitgabeimpulSe, 65
die für
jede Maschine synchronisiert sind, in den Eingang geeigneter Zählerstellen,
und zwar für jede Maschine entsprechend dem Zeitsteuerungs-Multiplexsignal Fl#t-2,
Die nicht durchgelassenen Impulse jeder Zifferstelle einer jeden Koordinatenimpulsfolge
werden durch die Ortssignale gesteuert, die in dem Speicherkreis R-6 gespeichert
sind, wodurch das gewünschte Multiplex-Impulssignal V für die Bewegungssteuerung
des Schneidvorgangs erhalten wird. Dieses Signal V wird gemäß der jeweiligen Koordinate
in einem Trennkreis DC mit Hilfe von Synchronisierimpulsen aufgespalten, wodurch
Lagesollwertsignale xo, y10, z10 und x20, y20, --20 für die Maschinen M,
und U2 erhältlich sind. Diese Signale werden in die beiden Maschinen eingegeben,
um den Schneidweg des Schneidwerkzeugs jeder Maschine zu steuern.
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Das zeitliche Auftreten der einzelnen Synchronisierimpulse zueinander
ist in F i g. 6 dargestellt. Die mit CP, bis CP6 bezeichneten Impulse stellen
Sechsfach-Synchronisierimpulse einer Wiederholungsperiode H dar, die in dem Synchronisierkreis
SY, dem Speicherkreis R-6 und dem Trennkreis DC eine entsprechende gegenseitige
Versetzung der Einzelimpulse um H16 steuern. Die mit CPI, bezeichneten Impulse sind
Synchronisierimpulse der Periode HI6, welche die Signalimpulsbreite jeder der obigen
Phasen festlegen. Die mit CP(i) und CP(2) bezeichneten Impulse sind Zweifach-Synchronisierimpulse
mit einer Wiederholungsfrequenz H13, die in den Synchronisierkreisen SY"
SYb, SY" SYd und SY, den Zeitmultiplexpeicherkreisen RX-2, RY-2 und RZ-2
sowie dem Zweifach-Zeitmultiplexzähler PC" verwehdet werden, wobei die beiden
Phasen gegeneinander um H/6 versetzt sind. Die mit CP,lj bezeichneten Impulse
sind Synchronisierimpulse mit einer Wiederholungsfrequenz H/6,
welche die
Signalimpulsbreite jeder der obigen Phasen festlegen.
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Die in dem Befehlsverteiler PL verwendeten Speicherkreise bestehen
im wesentlichen aus Eingangsregistern für eine zeitweise Speicherung und Ausgangsregistern
zur Durchführung logischer Operationen. Nach der Erfindung arbeitet jedes dieser
Register auf Zeitmultiplexbasis.
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Das an Hand von F i g. 5 beschriebene Steuersystem- weist zwei
Eingabevorrichtungen und zwei Arten von Zeitmultiplexsignalwegen auf, und zwar einen
sechskanaligen und einen zweikanaligen Weg, um zwei Maschinen gleichzeitig steuern
zu können. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, es können
vielmehr entsprechend der Leistungsfähigkeit des Befehlsverteilers auch eine größere
Anzahl von Maschinen - bei entsprechender Zeitmultiplexkanalzahl
- gesteuert werden.