DE1763227A1

DE1763227A1 - Numerische Lageregeleinrichtung fuer Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE1763227A1
Application number: DE19681763227
Authority: DE
Inventors: Rhoades John Merrill
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-04-24
Filing date: 1968-04-23
Publication date: 1970-12-03
Also published as: GB1217961A; FR1570014A; DE1763227B2

Description

Pafenionwcdi

. V/ilhelra Belcher

Frankfurt/Main-1 1763227

ParksiraßeW 5511/K

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Scheneotady, N.T.. USA

Numerische .Lageregeleinrichtung für Werkzeugmaschinen

Die Erfindung betrifft eine numerische Lageregeleinrichtung für Werkzeugmaschinen mit einem Impulsfolgefrequenzwandler, der ein mehrstufiges Sollwertregister enthält, das in seinen einzelnen Stufen die Ziffern einer Sollwertzahl speichert, ™ die dem Sollwert der Relativgeschwindigkeit von Werkzeug und Werkstück längs einer zu schneidenden Bahn oder Kontur entspricht, mit einem mehrstufigen Multiplizierzähler, der von einem Taktimpulsgeber abgegebene Taktimpulse zählt, deren Impulsfolgefrequenz einer vorbestimmten Bahngeschwindigkeit entspricht, mit einer Multipliziertorschaltung, die Stufen des Sollwertzahlregisters und des Multiplizierzählers miteinander verbindet und eine Folge von Impulsen abgibt, deren Frequenz mindestens gleich der Taktimpulsfrequenz ist und der gespeicherten Zahl entspricht.

■ Bei der maschinellen Bearbeitung von Werkstücken, z.B. durch M Fräsen, Drehen, Bohren usw., werden das Werkzeug und das Werkstück häufig relativ zueinander mit vorbestimmter Geschwindigkeit bzw. Drehzahl bewegt und gedreht. Me vorgewählten Yorschubgeschwindigkeiten und Drehzahlen basieren auf der Annahme, daß die verschiedenen Parameter von Werkstücken und Werkzeug, z.B. die Materialeigenschaften und die Geometrie des Werkzeugs, konstant bleiben, so daß es genügen würde, eine einzige oder mehrere Senneidgeschwindigkeiten einzustellen, um eine gute Schneidwirkung zu erzielen. In der Praxis bleiben diese Parameter jedoch nicht konstant. Sie ändern sich vielmehr ständig, so daß die herkömmlichen Schneidverfahren an sich nicht die wirksamsten sind. Die Schneidwerk-

009849/0751

17G3227

~ 2 —

zeuge werden stumpf, und es treten harte Stellen und Flächen mit verschiedener Bearbeitbarkeit im Verlauf eines Schneidvorgangs auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lageregeleinrichtung für Werkzeugmaschinen zu schaffen, die selbständig verschiedene Bearbeitungsgeschwindigkeiten zur Erzielung einer besseren Bearbeitung von Materialien mit unbekannter oder sich ändernder Bearbeitbarkeit einstellt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit einem oder mehreren Heßeinrichtungen für physikalische Größen jeweils eine Bezugssignalquelle und ein Summierer ver-

bunden ist, der in Abhängigkeit von der algebraischen Differenz eines ein Maß für die gemessene physikalische Größe bildenden Meßsignals und dem zugehörigen Bezugssignal ein Fehlersignal erzeugt, daß die logische Schaltung über die Amplitudenmeßschaltung auf die Polarität des Fehlersignals anspricht und bewirkt, daß der reversible Zähler aufwärts oder abwarte zählt und dadurch die Frequenz der Multipliziertorschal tungsausgangsimpulsfolge ändert·

Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nun anhand der Abbildungen eines AusfÜhrtingsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt aas BlocJt&ößältbild einer bevorzugten, Ausführung der Erfindung.

Fig. 2 zeigt die Einzelheiten eines verbesserten Impulsfolgefrequenzwandlers, der mit Vorteil in der erfindüngsgemäßen Lagerege!einrichtung verwendet werden kann.

009849/0751

Fi,j. 3 zeigt Einzelheiten der Einrichtung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine elektronische numerische Lageregeleinrichtung, die zur Regelung der Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück einer Werkzeugmaschine 18 verwendet wird, um einen Gegenstand mit einer vorbestimmten Komplizierten Kontur aus dem Werkstück herauszuarbeiten. Diese La^eregeleinrichtungen werden auch als numerische Bahnregeleiiirichtungen oder numerische Bahnsteuerungen bezeichnet. Eine ausführlichere Beschreibung dieser Regeleinrichtungen findet sich in den britischen Patentschriften 1 019 896 und 1 019 89B. Bei einer derartigen Einrichtung wird der Sollwort der Relativgeuchwindigkeit von Werkstück und Werkzeug in jedem Augenblick während des Schneidvorgange vorgegeben. Die vorbestimmte Geschwindigkeit, Bahnlänge und Bahnrichtung eines Schnitts, den die Maschine, gesteuert durch die Lagerege !einrichtung, ausführen soll, wird von einem Eingangsdatengeber 19 der Regeleinrichtung 20 in numerischer Form zugeführt. Die eingegebenen Daten sind zuvor auf einem Lochstreifen, auf Lochkarten oder auf einem Magnetband gespeichert. Sie werden in entsprechende Nebeneinrichtungen der Regeleinrichtung weitergeleitet, woraufhin der Regelvorgang eingeleitet wird. Damit die numerischen Informationen von der elektronischen Küge!einrichtung verwendet werden können, müssen die eingegebenen Daten in einer an die Gesamteinrichtung angepaßten Form dargestellt werden. Die Geschwindigkeit und Bahnlänge können dabei in an sich bekannter Weise als eine Folge elektrischer Impulse dargestellt werden. Bei dieser Darstellung entspricht jeder Impuls der Folge einem vorbestimmten Inkrement der Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück, so daß, wenn der Regeleinrichtung η Impulse zugeführt werden, die Werkzeugmaschine mit jedem Impuls ein Inkrement und mithin oei η Impulsen*η Inkremente zurücklegt.

0098 4 9/07 51

BAD ORIGINAL

Wenn jeder Impuls einem Vorschubinkrement entspricht, dann ist die Vorschubgeschwindigkeit der Impulsfolgefrequenz dieser Impulse proportional, so daß die Vorschubgeschwindigkeit durch Vorgabe der Impulsfolgefrequenz bestimmt werden kann. Gleichzeitig ist auch die Länge der zurückgelegten Strecke proportional der Anzahl der zugeführten Impulse.

Die verschiedenen Impulsfolgefrequenzen werden aus der Impulsfolge frequenz der von einem Grundtaktimpulsgeber 21 abgegebenen Impulse abgeleitet.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild der gesamten numerischen Lageregeleinrichtung dient hauptsächlich zur Erläuterung des Zusammenwirkens der drei größeren Teile der Einrichtung, nämlich der Werkzeugmaschine (18), der Regler 22 und des elektronischen Steuerteils 20* Außerdem wird anhand dieser Figur eine anpassungsfähige (adaptive) Steueranordnung erläutert, die zur Abwandlung der Arbeitsweise des elektronischen Steuerteils verwendet wird. Bei dieser automatischen Lageregeleinrichtung werden die Bahnlängen- und Geschwindigkeitssollwerte jeweils durch die Phasenlage und Phasenänderungsgeschwindigkeit einer Impulsfolge oder von Impulsfolgen dargestellt, die von einem Funktionsgenerator 222 den Reglern 22 zugeführt werden, die an die Werkzeugmaschine· (18) angeschlossen sind und sie antreiben. Von einer Meßeinrichtung wird die Lage der Werkzeugmaschine (Werkzeug oder Werkstück) gemessen und in eine Impulsfolge umgesetzt, deren Phasenlage gegenüber einer Bezugsphasenlage ein Maß für den Lage-Istwert der Werkzeugmaschine darstellt. Die Phase des Lagesollwertsignala wird mit der Phase des Lage-Istwert-Signals verglichen und die die Regelabweichung darstellende Phasendifferensin ein der PhasendiffereiE proportionales iehlersignal umgesetzt, das zur Steuerung des Keglers im Regelkreis verwendet wird. Das Vorzeichen des Fehlersignals gibt dabei an, ob das Sollwertsignal dem Lage-Ietwert-Signal vorauseilt oder nacheilt.

0098 4 9/0751

BAD ORIGINAL

Durch die Rückführung des Istwert-Signals wird die lage der Werkzeugmaschine nach Betrag und Richtung so geregelt, daß das Fehlersignal zu Null wird.

Im vorliegenden Pail wird die Vorschubbewegung des Werkzeugs 18 in Richtung zweier zueinander senkrechter Koordinatenachsen X und Y geregelt. Pur jede Achse ist ein Antrieb 23 und 24 vorgesehen. Die Antriebe 23 und 24 treiben ihrerseits Wellen und Getriebe an, die die Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück in Richtung der beiden Koordinatenachsen bewirken. Die Einrichtung kann auch zur Regelung der ReIa- ™ tivbewegung in Richtung dreier Koordinaten verwendet werden, jedoch ist eine Beschreibung der dritten Koordinate zur Vereinfachung der Erklärung des Prinzips der Erfindung weggelassen. Anstelle des Werkzeugs kann auch der Maschinentisch, auf dem das Werkstück eingespannt ist, selbst angetrieben werden. Die Antriebe 23 und 24 können aber auch beide Teile, das Werkzeug und dae Werkstück (bzw. den Maschinentisch) antreiben. Im vorliegenden Falle sei angenommen, daß es sich bei dem angetriebenen Maschinenteil um das Werkzeug handelt.

Im Normalbetrieb werden die vom Sollwertgeber 19 eingegebenen Daten, die die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuge 18, die d X- und Y-Vorschubinkremente und die Schneidrichtung bestimmen, in Abhängigkeit von programmierten Adressen durch den gesamten Steuerteil 20 geleitet. Die Impulsfolgefrenuenz (25 Hertz) der vom Taktimpulsgeber 21 abgegebenen Taktimpulee läßt sich mit Hilfe einer von Hand zu betätigenden Vorschubgeschwindigkeit-Überateuerungsvorrichtung 25 übersteuern und wird dann von einer Vorrichtung 26 in eine dem vom Sollwertgeber 19 vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeitsollwert entsprechende Impulsfolgefrequenz umgesetzt, bevor sie vom Punktionsgenerator 222 in zwei jeweils dem Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit in X- und Y-Richtung entsprechende

009849/0751

Komponenten-Impulsfolgefreiiuenzen zerlegt wird. Diese Komponenten-Impulsfolgefrequenzen werden jeweils den X- und Y-Reglern 22 zugeführt. Die Antriebe 23 und 24 werden ihrerseits von den Ausgangssignalen der Regeler 22 derart gesteuert bzw. geregelt, daß sich das Werkzeug mit der gewünschten Relativgeachwindigkeit gegenüber dem Werkstück und in der gewünschten Richtung bewegt.

Vorzugsweise wird nun die Impulsfolgefrequenz der vom Taktimpulsgeber 21 und von der Überateuerungavorrichtung 25 abgegebenen Impulse in Abhängigkeit von während der Bearbeitung gemessenen Größen geändert. Zu diesem Zwecke werden die von der Übersteuerungsvorrichtung 25 abgegebenen Taktimpulse durch eine Anpassungssteueranordnung, die diese Änderungen durchführt, geleitet und dann Über die Vorrichtung 26 dem Funktionsgenerator 222 und den Regelern 22 zugeführt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung erfolgt diese Änderung in Abhängigkeit von ausgewählten Kombinationen der von einem Vibrationamesser 27, einem Temperaturmesser 28 und einem Werkzeugdrehmomentaeaaer 29 abgegebenen Meßwerte. Wenn also die gemessene Vlbration geregelt werden soll, dann achließt der Wahlschalter 30 den KontaJct 3Of» ünä eat werden positive Werte des Vibrationsmeeaer-Ausgangseignal» über eine Diode einem Summierer 320 zugeführt. Im Summierer 320 werden die poaitiven Werte des Vibrationsmesaer^Ausgangasignala einem negativen Bezugesignal überlagert, das dem Summierer 320 aus einer Bezugssignalqueile 33zugeführt wird, um ein Vibrationefehlersignal auf der Ausgangsieitung 34 de» Summierers 320 zu bilden. In ähnlicher Weise kann ein Temperaturfehlersignal oder ein Drehmomentfehlersignal gebildet werden, das auf der Leitung 34 erscheint, wenn der Kontakt 30c oder der Kontakt 3Od geschlossen wird. In allen drei Fällen dient das von der Quelle 33 abgegebene Signal als Bezugssignal. Durch Widerstände 35 - 39 werden den einzelnen Signalen vorbestimmte

009849/0751

relative "Gewichte" zugemessen. Statt eines einzigen Meßsignals Können dem Summierer 320 auch zwei oder mehrere gleichzeitig oder nacheinander zugeführt und mit einem Bezugesignal aus der Quelle 33 verglichen werden, um ein zusammengesetztes Fehlersignal zu bilden. Durch wahlweises Schließen der Kontaxte 30a, 30b und 30c zusätzlich zu entsprechenden Kontakten 3Od, 3Ue und 30f können auch die dadurch jeweils ausgewählten !.jeiiüi^ruile in zugehörigen Summierschaltungen 42 - 44 mit zugehörigen Bezugssignalen aus Quellen 45 - 47 verglichen werden, bevor sie dem Summierer 320 über Dioden 31 - 33 zugeführt werden und mit einem Bezugssignal aus der Quelle 33 verglicnen werden, um ein entsprechendes Fehlersignal auf der Leitung 34 zu erhalten. -

Dan betreffende Fehleroignal auf der Leitung 34 wird in einem Rechenverstärker 4B verstärkt und Amplitudenmesrern 50 - 53 zugeführt. Wenn das vom Verstärker 48 abgegebene Fehleraignal 4cA positiv ist, und die Amplitude des Fehlersignals 4öA eine erste Amplitude überschreitet, spricht der Amplitudeninesser ^I an, und wenn das Fehlersignal 48A eine zweite Amplitude überschreitet, die größer als die erste Amplitude ist, spricht der Aiaplitudenmeeser 50 an.

In ähnlicher Weise spricht der Amplitudenmesser 52 bei negativem Fehlersignal 48A an, wenn die Amplitude des Signals 4faA eine erste Amplitude überschreitet, und der Amplitudenutesser 53 spricht an, wenn das Fehlersignal 4&A eine zweite Amplitude überschreitet, die größer als die erste Amplitude ist. Die Ausgangssignale der Amplitudenmeeser 50 - 53 werden einer "logischen¹¹ Impulsfolgefrequenz-Auswahlschaltung 54 zugeführt. Dieser Schaltung werden auch Sperrimpulse vom Taktimpulegeber 21 über Impulsfolgefrequenz-Teiler 55 und zugeführt· Bei den Ausgangsimpulsen des Teilers 56 handelt es sich um Impulse mit hoher und niedriger Impulsfolgefrequenz, die jeweils auf Leitungen 57 und 5b erscheinen. Die

009849/0751 BAD OR(G(NAi.

Schaltung 54 wählt in Abhängigkeit von den Ausgangssignaleη der AmplitudenmeBser 50 - 53 eine der beiden auf den Leitungen 57 und 58 erscheinenden ImpulsfolgefrecLuenzen aus und führt die ausgewählte Impulsfolgefrequenz einem Impulsfolgefrequenzwandler 60 über eine Leitung 59 ^zu· Außerdem wird dem Wandler 60 bei positivem Fehlersignal ebenfalls in Abhängigkeit von Ausgangssignalen der Amplitudenmesser 50 - 53 ein "Zähl-Aufwärta"-Signal über eine Leitung 61 oder bei negativem Fehlersignal ein "Zähl-Abwärts"-Signal über eine Leitung 62 zugeführt. Beim Schließen des von einem Wähler 63 gesteuerten Kontaktes 63a erhält der Wandler 60 Vorschubgeschwindigkeitsimpulse von der Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerungsvorrichtung 25. Der Wähler 63 schließt auch den Kontakt 63b und öffnet den Kontakt 63a, wenn die Anpassungaateueranordnung nicht benutzt wird. Die Impulsfolgefrequenz dieser Impulse wird vom Wandler 60 mit einer Geschwindigkeit und in einer Zählrichtung (aufwärts oder abwärts) umgewandelt, die von den auf den Leitungen 59» 61 und 62 erscheinenden Signalen abhängt. Die Auugangssignale des Wandlers 60 werden dann über eine Leitung 64 und die die Vorschubgeschwindigkeitsimpulsfolge frequenz bestimmende Vorrichtung 26 dem Funktionsgenerator 222 zugeführt, um die Vorechubgeschwindigkeit in Richtung der beiden Koordinatenachsen zu steuern. Die vom Sollwertgeber 19 abgegebenen Sollwertsignale werden also in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsgrößen umgewandelt, um eine bessere, wirksamere oder sichere Bearbeitung zu erzielen.

Mit Hilfe der Steueranordnung ist es auch möglich, die Steuerung einer zweiten Betriebsgröße zu modifizieren, z.B. die Spindeldrehzahl einer Werkzeugmaschine. Normalerweise wird die Drehzahl des Spindelantriebs 65 von einer Regeleinrichtung 66 in Abhängigkeit von einem Sollwertsignal 66b geregelt. Zur Schaffung der Anpassungsfähigkeit werden die der Regeleinrichtung 66 zu^eführten vorgewählten Steuersignale in Abhängigkeit von Signalen abgewandelt, die von einem Digital/Ana-

009849/0751

bad

^CA9

Iog-Um3etzer 67 abgegeben werden. Der Umsetzer 67 spricht auf Binärzustandakombinationen der Auegangaimpulee des Wandlers 60 an und erzeugt in Abhängigkeit davon ein analoges Signal, dessen Amplitude proportional den Ausmaß der Änderung der Impulsfolgefrequenz der Ausgangaimpulae des Wandlers 60 ist. Dieses analoge Signal ändert wiederum die vorgewählten Spindeldrehzahl-Sollwertsignmle, die der Regeleinrichtung 66 zugeführt werden, so daß sich auch die Drehzahl des Antriebe 65 entsprechend ändert·

Her Grad der Änderung der Ausgangesignale der Übersteuerung»- β vorrichtung 25 kann auch »it Hilfe eines an den Analof-Auegang des Umsetzer 67 angeschlossenen Meßgeräte 68angezeigt werden· Vorzugsweise ist auch eine Übersteuerung vorgesehen, wenn der Grad der Änderung einen vorbestimmten Wert überschreitet· Dazu werden von einer Sohaltereteuerung 69 Kontakte 69a geöffnet, wenn das analoge Ausgangssignal des Umsetzers 67 einen vorbestimmten Wert überschreitet· Dadurch kann z.B. der Bearbeitungevorgang angehalten werden»

In bestimmten Fällen ist es *weokm*iig, das von der Quelle abgegebene Bezugsaignal duroh öff»Jen dee Kontakte· 70a mit Hilfe des fähler« 70 zu unterbrechen und die von den Summier-' M schaltungen 42, 43 und 44 abgegebenen Summensignale oder von irgendeiner Kombination dieser Summenaignale ein Abwärta-Bähl-Signal erzeugen *u lausen, indem eie am? eueinander im Summierer 320 addiert und nicht mit dem Bezugesingal aus der Quelle 33 verglichen werden* In diesem fallt wird die Impulsfolge frequen« der von der Ubersteuerungsvorrichtung 25 abgegebenen Sollwertimpulse nur in Rückwärts-Zählrichtung geändert, d.h. verringert. Diese Betriebsart gestattet das Programmieren gewünschter Vorschubgeschwindigkeiten, wobei die MeSslgnaie der gemessenen Betriebsgrößen zum Schutz der Anlage dienen.

009849/0751

SAD ORIGINAL. . ,„

In Fig. 2 ist auafUhrlicher eine Anordnung tür Umwandlung bzw. Änderung der normalen Vorsohubgeschwindigkeitsollwertaignale in Abhängigkeit von Messungen der Betriebsgrößen gezeigt.

Bas duroh Vergleich bewerteter Meßwerte verschiedener Betriebsgrößen, wie Vibration, Temperatur, Durchbiegung, Drehmoment us«., alt einem Betugssignal gebildete analoge Fehler·» signal 4ΘΑ muÄ, bevor die den Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit darstellende Impulefolgefrequens geändert wird, zum Andern der normalen Vorschubgeeohwindigkeitsimpulefolgefrequenc in Zihl-Aufwirte oder Zähl-Abwärte-8ignale umgeeetst werden. Oastt wird das Pehlereignal 48A gleioheeitig den Amplitudenmeesern 50 - 53 augefUhrt. BIe Amplitudenmesser sind beispielsweise so ausgelegt, dafi der Amplitudenmeeeer 50 beim Übergang eines Signale τon "0" auf M", auf eine positive Polarität und eine verhältnismäßig hohe Amplitude, z.B. fünf Volt oder darüber, anspriobt, während der Amplitudenmesser 51 auf positive Signale mit verhältnismäßig niedriger Amplitude von beispielsweise drei oder weniger Volt und der Amplttudenmeeser 52 Auf. Signale mit negativer Polarität und Terhältnismaltp niedriger Amalitea· ve» beispielsweise drei oder weniger VbIt und der Ampllt*a«mme*ser 53 auf Signale mit negativer Polarität und einer Amplitude' von fünf oder mehr Volt aasprioht. tenn also 4ie Amplitude «er littgangssignale der Amplitudeniaesser »*i»»iel»weiee Mleimer als drei Volt ist, dann spricht unabhängig ron der Felarität der Singangssignale kein Amplitudenileeeer an, d.h. an ihren Ausgangseignalen erscheinen O-Slgnale. Bsi einem +7-VoIt-Signal sprechen die beiden Amplitudenmesser 50 und 51 an, indem sie ein 1-Signal abgeben. Bei umgekehrter Polarität sprechen die Amplitudenmesaer 52 und 53 an, indem sie ein 1-Signal abgeben. Die Amplitudenmesser stellen also praktisch Schwellwertdetektoren mit einer Totzone zwischen +3 und -3 Volt, einer "positiven unteren" Ansprechzone zwischen +3 und +5 Volt, einer

009849/0751

bad

"positiven oberen" Ansprechzone zwischen 5 und mehr Volt, einer "negativen unteren" Anspreehzone zwischen -3 und -5 Volt und einer "negativen oberen" Anspz'eehzone für Signale, deren Amplitude negativer als -5 Volt ist, dar. Wenn das zugeführte Fehlersignal in der Totzone liegt, dann braucht Kein Ä:iderun_£;aateuersignal, das die normale Voraahubimpulsfoi efre^uenz ändern würde, gebildet zu werden. Wenn dagegen der Amplitudeninesyer 51 ein 1-Signal abgibt, dann sollte eine Aufwärtszahlung mit einer ersten Impulsfolgefrequenz erfolgen. Aenn der Amplitudenmesser 50 dagegen ein 1-Signal abgibt, dann sollte mit einer höheren Frequenz aufwärts gezählt werden. In ähnlicher Weise ist es zweckmäßig, mit zwei verschiedenen Frequenzen abwärts zu zählen, je nachdem, in welchem Bereich die Fehlersignale liegen.

Die Impulsfolgefrequenz der von der Übersteuerungsvorrichtung 25 abgegebenen Impulse wird in Abhängigkeit vom Binurzustand der Ausgangaaignale der Amplitudenmesser 50 - 53 in eine andere Iuipuisfolfaefrequenz auf der Leitung 64 umgewandelt und der iiageregeleinrichtung zur Regelung der Drehzahl der Vorschubantriebe zugeführt. Me Einheiten 71a und Hb enthalten im wesentlichen einen reversiblen Zähler 71» dessen binäre Zählstufen ihren Zustand in Abhängigkeit von zugeführten Signalen ändern können. Durch den Zustand der auf Leitungen 75a 75h erscheinenden Signale werden Multipliziertore 74 gesteuert. Diese Tofe werden auch als Verknüpfungsglieder bezeichnet. Sie verknüpfen verschiedene Impulsfolgen mit verschiedener Impulsfoigefrequenz, die auf den Leitungen 73a - 73h erscheinen und das Zählergebnis der durch einen Multiplizierzähler 72 gezählten Ausgangsimpulse der Übersteuerungsvorrichtung 25 darstellen·. Zur Erläuterung sei angenommen, daß die Multiplicicrtore 24 in der Weise arbeiten, daß nur 50 $> der Eingangsimpulse der Übersteuerungsvorrichtung 25, also Impulse mit einer Impulsfolgefrequenz von 41,5 Kilohertz auf der Leitung 64 erscheinen. Zur Durchführung dieser Mul.tipli-

009849/0751

BAD

- 12 -

kation mit dem Faktor 0,5 (entsprechend 50 $) werden die Multipliziertore 74 von den Zuständen der auf den Leitungen 75a - 75h erscheinenden Ausgangssignale des Zählers 71 gesteuert. Die Zustände der Signale, die den Zählfaktor 0,5 darstellen, werden an Drehschaltern 76a und 76b eingestellt. Je nach der Stellung der Drehschalter 76 erscheinen auf den Leitungen 77a - 77h verschiedene binär-dezimalkodierte Signale. Wenn beispielsweise ein Zählfaktor von 50 $ eingestellt iüt,.erscheint auf den Eingangsleitungen 77e und 77g der Zehner- und Vierzi^er-Binärzählerstufen ein 1-Signal. Die vom Drehschalter 76 getroffene Auswahl wird von einer Transfersignalquelle 7Ö gesteuert, um die richtigen binären Zustände der Signale auf den Leitungen 77^a - 77h zu schaffen. Ein dem Zähler 71 aus einer Quelle 79 zugeführtes Lößchsignal löscht den zuvor eingestellten Zählfaktor für den Impulsfolgefrequenzwandler. Nach Betätigen der Löschsignalquelle 79 kann eine neue Impulsfolgefrequenz durch Betätigen des Drehschalters und der Trarisfersignalquelle 78 eingestellt werden. Anstelle des Drehschalters 76 kann auch eine andere Programmdatenquelle verwendet werden, die eine der gewünschten Vorschubgeschwindigiceit entsprachende Sollwertzahl in den Zähler 71 setzt. In diesem Sinne kann der Zähler 71 als Sollwertregister "bezeichnet werden.

Damit die .Einrichtung "adaptiv" arbeitet, d.h. ihren Betrieb selbsttätig an vorbestimmte Betriebsgrößen anpaßt, werden dem reversiblen Zähler 71 Signale zugeführt, die bestimmen, ob der Impulsfolgefrequenzwandler 60, beginnend bei der voreingestellten Vorscnubgeschwindigkeitssollwertzahl bzw. Frequenz, iie am Drehschalter 76 eingestellt wurde, aufwärts oder abwärts unü mit welcher Geschwindigkeit bzw. Frequenz er aufwärts oder abwärts zählen soll. Die Signale, die das Aufwärts- oder Abwärtszählen bestimmen, werden über Leitungen ö0 uni fc1 zugeführt, wohingegen die Geschwindigkeit bzw. Frequenz,

009849/0751 BAD Ö

mit der aufwärts oder abwärts gezählt werden soll, von einem über eine Leitung 82 zügeführten Signal bestimmt wird.

Es wurde bereite erwähnt, wie diese Zähl-Abwärts- oder Zähl-Aufwärts-Signale, die über die leitungen 80 und 81 zugeführt werden, gebildet werden. Deshalb soll nun die Auswahl der Frequenz, mit der aufwärts oder abwarte gezählt wird, beschrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeiepiel beträgt die Abwärts- oder Aufwärts-Zählimpulsfolgefrequenz 50 Hertz oder eine andere geeignete Frequenz, wenn das Fehlersignal 48A in den positiven oder negativen oberen Ansprechzonen liegt, wo- ™ hingegen die Zählfrequenz einen Betrag von TO Hertz oder irgendeinen anderen wählbaren niedrigen Setrag hat, wenn das Fehlersignal 48A in den positiven oder negativen unteren Ansprechzonen liegt. In der Totzone ist die Zählfrequenz praktisch Null. Die entsprechende Zählimpulsfolgefrequenz wird dadurch gebildet, daß Impulse mit einer Impulefolgefrequenz von beispielsweise 250 Hertz (die vom Teiler 55» Fig. 1, abgegeben werden) einem zweistufigen Dezimalzähler 83 zugeführt werden. Die Impulsfolgefrequenz der von der Stufe 86a über eine Leitung 84 abgegebenen Impulse ist im Verhältnis von 5 »1 untersetzt und hat einen; Betrag von 50 Hertz, wohingegen die Impulsfolgefrequenz der von der Stufe 83b M über eine Leitung 85 abgegebenen Impulse im Verhältnis von 25 i 1 untersetzt ist und einen Betrag von 10 Hertz hat. Bin ODER-Glied 86 spricht auf die Amplitudenmeaeer 51 oder 52 an, indem es ein 1-öignal über eine Leitung 87 abgibt, wenn die Amplitudenmesser ihrerseits 1-Signale abgeben. Ein ODER-Glied 88 gibt ein 1-Signal auf eine Leitung 89 ab, wenn die Amplitudenmesser 50 oder 53 ein 1-Signal abgeben. Das 1-Signal des ODEH-GIiedes 88 wird einem UND-Glied 90 zugeführt, das daraufhin die 50-Hertz-Impulse von der Leitung 84 auf ein ODER-Glied 91 durchschaltet. Das vom ODER-Glied 86 abgegebene 1-Signal schaltet die 10-Hertz-Ausgangsimpulse der

009849/0751

BAD Ö

Stufe 63b über ein UND-Glied 92 zum ODER-Glied 91 durch, wenn ein dem UND-Glied 92 vorgeschaltetes NICHT-Glied 93 ein 1-Signal abgibt. Daa ODER-Glied 91 schaltet dann entweder die 50-Hertz-Impulse oder die 10-Hertz-Impulse zum reversiblen Zähler 71 durch. Wenn das Fehleraignal 48A also in der oberen Ansprechzone liegt, dann werden die 5O-Hertz-Impulse über die Leitung Ö2 dem reversiblen Zähler 71 zugeführt, woraufhin der Zähler 71 ^e nach der Polarität abwärts oder aufwärts gezählt wird, wie es vom Zustand der auf den Leitungen 60 und 81 erscheinenden Signale bestimmt wird.

Zunächst sei angenommen, dad die Drehschalter 76 im Normalbetrieb anfänglich so eingestellt sind, daß 50 # der von der Übersteuerungsvorrichtung 25 abgegebenen Impulse als abgewandelte VorsohubgeachwindigkeitBimpulse der Vorrichtung 26 über die Leitung 64 zugeführt werden. Wenn daa Pehleraignal 48A einen Abwärts-Zählzuatand auf der Leitung 81 anzeigt, dann zählt der Zähler 71 mit einer Geschwindigkeit von 50 oder 10 Hertz in Abhängigkeit vom Signal auf der Leitung 82 abwarte. Der Zahlvorgang des Zähle»71 bewirkt, daß eich der Zustand der Signale auf den Leitungen 75a - 75h in einer solchen Richtung ändert, daß die Multipliziertore 74 eine Kombination der auf Leitungen 73a - 73h erscheinenden getrennten Impulszüge durchlassen, was zur Folge hat, daß sich die Impulsfolge frequenz der auf der Leitung 64 erscheinenden Impulse verringert. In ähnlicher Weise bewirkt ein über die Leitung 80 dem Zähler 71 zügeführte3 Aufwärts-Zählsignal, daß der Zähler 71 seinen Zustand derart ändert, daß sich die Impulsfolge frequenz der Vorachubgeschwindigkeitsimpulae, die auf der Leitung 64 erscheinen, von 50 i» auf einen höheren Wert ändert, je nachdem, ob die Impulse mit der Frequenz von 50 oder 10 Hertz über die Leitung 82 zugeführt werden.

Man sieht also, daß die Impulsfolgefrequenzwandleranordnung

009849/0751

nach "Fig."'k.¹ die in Abhängigkeit vom Sollwert voreingestellte, die VOrschubgeachflindigkeit bestimmende Impulsfolgefrequenz der impulse auf der Leitung 64 in Abhängigkeit von der Amplitude und Polarität des Fehlernignals 48A in einer vorbestimmten Richtung (d.h. nach oben oder nach unten) und bis auf einen vorbestimmten Wert ändert. Die Änderung erfolgt also-in.Abhängigkeit von Betriebsgrößen, die zu diesem Zwecke _t:eii.essen wurden, ftenn sich die Betriebsgrößen ändern, dann ändert tiich die VorschubgeschwindigKeit entsprechend, um den Bituriöüvorgang zu veroesaern.

Fif-. j /,e-lgt eine spezielle Spindeldrehzahlregeleinrichtung, die ai. die Einrichtung nach Fig. 1 angeschlossen ist. Von einem Sj iiiieliruhzahl-Sollwertgeber 94 wird ein voreingeatelites Vplndelarenzahl-Sollwertsignal über geschlossene Kontakte 95a, die von einem Wähler 95 gesteuert werden, einem Summierer 9b zugeführt, der dieses Sollwertsignal mit einem modifikationssignal vom Umsetzer 67 kombiniert, wenn der Ko;.L^Kt m:5o durch dun Wähler 95 geschlossen ist. Nach dieser Kc-Uibinatiiui :^.v. Überlagerung· wird dau aogewandelte (modifizierte) Soll.vertsignal in einem fiechenveratärker 97 und einem Leintun^svei'atärker 90 verstärkt, bevor es zum Antreiben de« Spindela.ntrieba.otors 99 diesem zugeführt wird. Wenn das Aus;;angijai_;;nai des Umsetzers ö7 positiv ist, erhöht sieh die Drekzahi des Motors gegenüber dem eingestellten Sollwert, wohingegen sitih dio Drehzahl verringert, wenn das Signal negativ ist. jie Bewertung der Signale vom Umsetzer o7-wird durch öj.tsjfiv-ciiende Einstellung von Widerständen 100 und 101 geändert, υπ; die uenauigkeit der Drehzahlregelung zu erhöhen, wird ein der Prehzahl der Spindel proportionales Signal vom Tachonieter 102 über einen Widerstand öO zum Eingang des Rechenverytarkers 97 zurückgeführt und vom Ausgangssignal des Summierers 9o subtrahiert. Wenn iceine adaptive Steuerung bzw. Regelung gewünscht wird, kann der Wähler 95 so betätigt weruen, da«j er den Kontakt 95a schließt und den Kontakt 95b

. 009849/0751
BAD ORIGINAL

öffnet. Diese adaptive oder anpassungsfähige Regeleinrichtung nach den Fig. 2 und 3 bewirkt, daß die Impulsfolgefrequenz der vom Taktimpulsgeber 21 abgegebenen Impulse nach der Voreinstellung mit Hilfe der von Hand zu betätigenden Übersteuerungsvorrichtung 25 um einen Prozentsatz geändert wird, der gleich der im Zähler 71 gespeicherten .Zahl ist, wobei diese Zahl noch weiter durch die verstärkten und klassifizierten Fehlersignale 48A und 47b geändert wird. Es ist auch möglich, stat.t der Ausgangsimpulse der Übersteuerungsvorrichtung 25 die vom Taktimpulsgeber 21 abgegebenen Taktimpulse oder die Ausgangsimpulse der Vorrichtung 26 oder des Funktionsgenerators 220 direkt selbsttätig zu ändern. Obwohl Vorrichtungen angegeben sind, die den reversiblen Zähler 71 so steuern, daß er mit einer von zwei festen Zählfrequenzen aufwärts oder abwärts oder überhaupt nicht zählt, je nach dem Binärzustand der Signale auf den Leitungen faO oder 81, liegt es im Rahmen der Erfindung, den Zähler mit mehr als zwei festen Zählfrequenzen oder auch mit proportionalen Zählfrequenzen aufwärts oder abwärts zählen zu lasßen. Unter bestimmten Umständen, z.B. zu Beginn des Schneidvorgangs, kann es auch zweckmäßig sein, den AnpassungsVorgang kurzzeitig solange zu verzögern, bis Meßeinrichtungen oder andere Betriebsgrößen ihren stationären Zustand erreicht haben. So können beispieleweise bei der Einrichtung nach Pig. 3 die Zähl-Abwärta- oder Zähl-Aufwärte-Signale auf den Leitungen 80 und 81 dadurch verzögert werden, daß man die Leitungen jeweils an ein UND-Glied anschließt, von denen jedes kurzzeitig durch ein ZeitverzÖgerungssignal gesperrt wird, bevor die Durchschaltung zum Zähler 71 erfolgt.

009849/0751

Claims

P_a_t_e_n_t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e

1. Numerische Lageregeleinrichtung für Werkzeugmaschinen mit einem Impulsfolgefrequenzwandler, der ein mehrstufiges Sollwertregister enthält, das in seinen einzelnen Stufen die Ziffern einer Sollwertzahl speichert, die dem Sollwert der Relativgeschwindigkeit von Werkzeug und Werkstück längs einer zu schneidenden Bahn oder Kontur entspricht, mit einem mehrstufigen Multiplizierzähler, der von einem Taktimpulsgeber abgegebene Taktimpulse zählt, deren Impulsfolgefrequenz einer vorbestimmten Bahngeschwindigkeit entspricht, mit einer Multipliziertorschaltung, die Stufen des Sollwertzahlregisters und des Multiplizierzählers miteinander verbindet und eine Folge von Impulsen abgibt, deren Frequenz mindestens gleich der Taktimpulsfrequenz ist und der gespeicherten Zahl entspricht, d a d u r c h g e k e η η ζ β i c h η e t , daß das Sollwertregister als reversibler Zähler (71) ausgebildet ist, daß ein oder mehrere Meßvorrichtungen (27-29) vorgesehen sind, von denen jede eine physikalische Größe des Werkzeugs oder Werkstücks mißt und ein elektrisches Signal als Maß für die geweilige Größe abgibt, daß eine Signalamplitude nmeßschaltung (50 - 53) vorgesehen ist, die feststellt, ob eine dieser physikalischen Größen innerhalb oder außerhalb normaler vorDestimmter Grenzen liegt, daß eine logische Schaltung (54) an eine Impulsquelle (56) angeschlossen ist und von der Amplitudenmeßschaltung durchgesehalte t wird, wenn die gemessene physikalische Größe außerhalb normaler Grenzen liegt, so daß von der Impulsquelle abgegebene Impulse über die logische Schaltung zum reversiblen Zähler (71) durchgeschaltet werden und die im reversiblen Zähler gespeicherte Zahl und infolgedessen die Frequenz der Ausgangsimpulse der Multipliziertorschaltung (74) Inder Sichtung ändert, daß die gemessene physikalische Größe in den Bereich zwischen normalen Grenzen zurüokgeregelt wird.

009849/0751

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mit einem oder mehreren Meßeinrichtungen für physikalische Größen jeweils eine Bezugsaignalquelle (45 - 47) und ein Summierer (520) verbunden ist, der in Abhängigkeit von der algebraischen Differenz eines ein Maß für die gemessene physikalische Größe bildenden Meßsignals und dem zugehörigen Bezugssignal ein Fehlersignal (4BA) erzeugt, daß die logische Schaltung über die Amplitudenmeßschaltung auf die Polarität des Fehlersignals anspricht und bewirkt, daß der reversible Zähler (71) aufwärts oder abwärts zählt und dadurch die Frequenz der Multipliziertorschaltungsausgangsimpulsfolge ändert.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die logische Schaltung ebenfalls auf den Wert des Fehlersignals anspricht und bewirkt, daß der Impulsfolgefrequenzwandler (60) die Frequenz der Multipliziertorschal tungsausgangsimpulse in eine erste Frequenz ändert, wenn der Wert des Fehlersignals in einem vorbestimmten Amplitudenbereich liegt, und in eine zweite Frequenz ändert, wenn der Wert des Fehlersignals in einem zweiten Amplitudenbereich liegt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 31 dadurch gekennzeichne t , daß ein Digital/Analog-Umsetzer (67) an den reversiblen Zähler (71) angeschlossen ist und ein analoges Signal erzeugt, das einen Wert hat, der der Wirksamkeit entspricht, mit der das Werkstück vom Werkzeug bearbeitet wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß es eine auf das analoge Signal ansprechende und mindestens eine der Relativbewegungen von Werkzeug und Werkstück unterbrechende Vorrichtung enthält.

009849/0751

, BAD ORIGINAL

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine eine andere Betriebsgröße des Werkzeugs beim Bearbeiten des Werkstücka messende Vorrichtung enthält, die ein ein Maß für diese Betriebsgröße darstellendes Signals erzeugt, daß sie ferner eine ein zugehöriges Bezugssignal erzeugende Vorrichtung und eine die Differenz von Meßsignal und Bezugssignal in Form eines zweiten Fehlersignals darstellende Vorrichtung enthalt und daß der Summierer diese beiden Fehlersiijnale einander überlagert und das resultierende Signal der logischen Schaltung zuführt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, d a du r c h ge k e η η zeichnet , daß sie eine eine zweite Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück bewirkende Antriebsvorrichtung, eine Sollwcirtsignal^uelle für die zweite Relativbewegung und eine auf das analoge Signal ansprechende und den Wert des Sollwertsignala für die zweite Relativbewegung in Abhängigkeit vom Wert des analogen Signals ändernde Vorrichtung enthalt und daß die Antriebsvorrichtung auf das Sollwertsignal für die zweite Relativbewegung anspricht und eine zweite Relativbewegung von Werkzeug und Y/erkstücK. in Abhängigkeit vom Wert dieses Sollwertsignals bewirkt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennz e i c h η e't , daß die erste Relativbewegung eine geradlinige und die zweite Relativbewegung eine Drehbewegung ist.

9· Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die physikalischen Größen messenden Meßvorrichtungen eine MeßVorrichtung enthalten, die mindestens entweder die Werkaeugtemperatur oder die Werkzeugvibration oder das Werkzeugdrehmoment bei der Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug mißt.

009849/0751

it

Leerseite