DE1904296A1

DE1904296A1 - Numerisch gesteuerte Lageregeleinrichtung

Info

Publication number: DE1904296A1
Application number: DE19691904296
Authority: DE
Inventors: Logerwell Donald Lyle; Tipton James Phillips
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-02-02
Filing date: 1969-01-29
Publication date: 1969-09-04
Also published as: GB1244792A; FR2001215A1; US3569682A

Description

Dr.-Ing. Wilhelm fieichel

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ParksliaB« 13

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., USA

Numerisch gesteuerte Lageregeleinrichtung

"Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Lageregeleinrichtung zum Regeln koordinierter Bewegungen von Maschinenelementen relativ zu einem Werkstück auf verschiedenen Bahnen, die durch verschiedene Bewegungskoordinatenachsen bestimmt sind, wobei eine Koordinatenachse allen Bahnen gemeinsam ist.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung numerisch gesteuerter Bahnregeleinrichtungen dar, wie sie in der britischen Patentschrift 1 019 896 beschrieben sind. Bei diesen bekannten Bahnregeleinrichtungen 'wird die Relativbewegung eines Werkstücks und des Werkzeugs einer Werkzeugmaschine, mit dessen Hilfe daa Werkstück bearbeitet wird, in Richtung zweier Koordinaten geregelt. Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, die Bewegung zweier Werkzeuge (weiterhin auch Maschinenelemente genannt) unabhängig voneinander relativ zu einem Werkstück zu regeln. Dabei ergibt sich als besondere Schwierigkeit die Synchronisation der Bewegungen» wenn die Hihrungagröäen für die beiden Werkzeuge asynchron und unabhängig voneinander gebildet werden. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit Einrichtungen, bei denen gleichzeitig zwei Konturen oder Bahnen geregelt werden und die beiden Bannen in aufeinander senkrecht stehende Bahnkomponenten zerlegbar sind, und zwar derart, daß die eine Komponente jeder Bahn in derselben Richtung liegt wi* eine Komponente der anderen Bahn* Die Bahn mit den beiden gemeinsamen Komponenten wird hier als X-Achse bezeichnet* '

Diese Art von Regeleinrichtungen, mit denen sich die Irfia4uaag befaßt, werden i» englischen auch als «PULS RAfE CONfROl StSfms*

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(Impulsfolgefrequenz-Regeleinrichtungen) bezeichnet* Hierbei wird die Vorschubgeschwindigkeit in Richtung jeder Koordinate bzw. Achse durch die Folgefrequenz von Antriebsimpulsen bestimmt, von denen jeder ein vorbestimmtes Weginkrement bestimmt, das in Richtung der betreffenden Koordinate zurückgelegt werden soll. Die Folgefrequenz der Impulse wird dann in Abhängigkeit von der gewünschten resultierenden Vorschubrichtung und Geschwindigkeit entweder programmiert oder von einem Digitalrechner gleichzeitig beim Verfahren (also im sogenannten "ON LINE"-Betrieb) in Abhängigkeit von programmierten Stützwerten berechnet. Dieser Rechner wird auch als "Inneninterpolator¹¹ ψ bezeichnet.

Die vorliegende Einrichtung kann gleichzeitig zwei Bahnen regeln, die geometrisch ähnlich sein können, und kann bei einer Maschine eingesetzt werden, die einen gemeinsamen Support hat, der über dem Werkstück bewegbar ist und zwei Werkzeugköpfe hat, die gemeinsam auf dem Support angeordnet und bewegbar sind. Der Support läßt sich über dem Werkstück in eine Richtung bewegen, die gewöhnlich als gemeinsame Achse X bezeichnet wird, und die Köpfe, in die beispielsweise Schneidstähle oder Schneidbrenner eingesetzt sind, bewegen sich mit dem Support in Uichtung der Achse X und auch jeweils in Richtung weiterer Achsen ■ Y und V, die einen rechten Winkel axt der gemeinsamen Achse X bilden.

Der Aufbau der Maschine verlangt, daß die Bahnen gleichzeitig gefahren werden. Da sich jedoch der gesamte Maschinensiißport längs der gemeinsamen Achse X bewegt, können sich die Köpfe nicht gleichzeitig mit verschiedenen. Geschwindigkeiten in dieser Richtung bewegen* Durch di© Erfindung soll daher eine numerisch gesteuerte I&geregeleinrichtung geschaffem werden, die die Werkzeuge einer Maschine gleichzeitig auf zwei oder mehreren geometrisch ähnlichen Bahnen in Abhängigkeit von unabhängigen Signalen für diese Bahnen führt, bei der die geführten Werkzeuge auf demselben Support gehaltert sind» so daß

sie relativ zu einem Werkstück längs einer gemeinsamen Bewegungskomponentenachse bewegt werden können, und bei der die Bahngeschwindigkeiten derart eingestellt sind, daß sie sich mit derselben Geschwindigkeit längs der gemeinsamen Achse bewegen können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einrichtung voneinander unabhängige Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale für die Bahngeschwindigkeit jedes Maschinenelements abgebende Vorrichtungen, die Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale in Komponentenvorschubgeschwindigkeitssollwertsignale für jede der Achsen zerlegende Punktionsgeneratoren, eine die Komponentenvorschubgeschwindigkeitssollwertsignale für die gemeinsame Achse vergleichende Vorrichtung und eine auf das Vergleichsergebnis derart ansprechende Steuervorrichtung enthält, daß sie die Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale für die Bahngeschwindigkeit dahingehend verstellt, daß die Komponentenvorschubgeschwindigkeitsollwertsignale für die gemeinsame Achse übereinstimmen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher er_ läutert, wobei alle aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden Einzelheiten zur Lösung der Aufgabe im Sinne . der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Maschine, die gleichzeitig auf zwei Bahnen verfahren kann.

Die Pig. 2a und 2b zeigen zwei Gruppen von Bahnen, die von der Maschine nach. Pig. 1 gleichzeitig verfahren werden können.

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Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung nach der Erfindung für die Maschine nach Fig. 1.

Pig. 4 ist ein Blockschaltbild der Überwachungsvorrichtung in der Regeleinrichtung nach Fig. 3. " .

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der Signalübertragungssteuerung in der Regeleinrichtung nach Fig. 3 und

Fig. 6 zeigt den zeitlichen Verlauf von Signalen, die an verschiedenen Punkten in der Einrichtung nach' Fig. 3 auftreten.

Die Maschine na,ch Fig. 1 ist mit einem einzigen Support 1 versehen, der auf zwei parallelen Schienen 2 und 3 gleiten kann und dessen Bewegungsrichtung mit der gemeinsamen Achse X zusammenfällt. Zwei Werkzeugköpfe 4, 5 sind am Support 1 angeordnet und können senkrecht zur X-Richtung in Richtung von mit V und Y bezeichneten Achsen bewegt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel fallen die Achsen V und Y zusammen, doch ist dies keine notwendige Voraussetzung für die Erfindung. Die Werkzeugköpfe 4 und 5 können beispielsweise Schneidbrenner, · Zeichenstifte, Anreißwerkzeuge oder mechanische Schneidwerkzeuge enthalten. Die Werkzeugköpfe 4 und 5 und die gegebenenfalls darin enthaltenen Werkzeuge werden im folgenden auch als Maschinenelemente bezeichnet. Die Werkzeugköpfe beschreiben zwei Konturen oder Bahnen, während sie sich relativ zueinander in Richtung der Achsen V und Y bewegen und bei gleichzeitiger Bewegung des Supports 1 in Richtung der X-Achse. Die Geschwindigkeit und Strecke der Bewegung in Richtung der Achsen X, V und Y wird für beide Bahnen numerisch in Form elektrischer Impulse in die Regeleinrichtung eingegeben. Die· Relativbewegung zwischen dem Support 1 und dem nicht gezeigten Werkstück in Richtung der X-Achse kann auch dadurch bewirkt werden, daß die Bewegung des Werkstücks geregelt wird und der Support 1 stehen aleibt.

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Die Fig. 2a zeigt zwei geometrisch ähnliche Bahnen in Form gerader Linien 6 und 7 mit gleicher Steigung. Beim'Verfahren der beiden Bahnen bewegt sich der Support 11 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit längs der gemeinsamen Achse X, und die beiden Köpfe 5 und 4 bewegen sich mit derselben Geschwindigkeit jeweils längs der Achsen Y und V. Die geometrische Ähnlichkeit der Bahnen 6 und 7 ist mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit des Supports 1 in X-Hichtung möglich. Dies genügt wiederum der Forderung, daß .die Maschine beide Bahnen gleichzeitig durch koordinierte Bewegung des Supports 1 und der Köpfe 5 und 4 verfährt.

Fig. 2b zeigt zwei Bahnen 8 und 9i deren Anfangspunkte ebensoweit auseinander liegen wie ihre Endpunkte, die sich jedoch geometrisch unähnlich sind. Die Bahn 8 läßt sich mathematisch durch den Ausdruck X = KJ beschreiben. Die Bahn 9 laßt sich durch die Ausdrücke X = R · cos wt und V = R · sin wt beschreiben, wobei R der Radius des Bogens ist. Wenn die Bahngeschwindigkeiten bzw. die Vorschubgeschwindigkeiten auf beiden Bahnen

8 und 9 weitgehend gleich und konstant sein sollen, dann ist klar,.daß die Komponente der Bahngeschwindigkeit in X-Richtung bei der Bahn. 9 nicht konstant ist. Wegen der Krümmung der Bahn

9 muß die Geschwindigkeit in X-Richtung am Anfang geringer und am Ende der Bahn höher sein. Da jedoch der Sollwert der Geschwindigkeit in X-Richtung bei der Bahn 8 weitgehend konstant ist, sind die Sollwerte der Geschwindigkeiten in X-Richtung verschieden. Diese Verschiedenheit muß korrigiert werden, weil die Maschinenelemente aufgrund des Aufbaus der Maschine auf demselben Support sitzen und mithin zwangsläufig stets mit derselben Geschwindigkeit in X-Richtung bewegt werden. Diese Übereinstimmung wird dadurch erreicht, daß die Sollwerte für die Geschwindigkeit in X-Richtung beider Bahnen verglichen und dann eine der konstanten Grundbahngeschwindiglceiten der Bahn XY oder XV so eingestellt wird, daß die Sollwerte der Geschwindigkeiten in X-Richtung übereinstimmen und gleichzeitig jede der ge-

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wünschten Bahnriohtungen oder Irajektorien "beibehalten werden.

Pig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung nach der Erfindung. Über Leitungen 13 und 14 werden einer Signalübertragungssteuerung 10 Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale in Form von Impulsfolgen zugeführt, deren Impulsfolgefrequenz jeweils die konstante Bahngeschwindigkeit der Maschinenelemente auf den beiden Bahnen XY und XV bestimmt. Die Signalübertragungssteuerung 10 wird von Schaltsignalen gesteuert, die ihr über Ein^angsleitungen 15'und 16 zugeführt werden und die Übertragung der Yorschubgeschwindigkeitssollwertsignale zu den jeweiligen Ausgangsleitungen 11 und 12 kurzzeitig unterbrechen. Dieser Steuervorgang wird später noch ausführlicher beschrieben. Die Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale an den Eingangsleitungen 13 und 14 bilden einen Teil der zur Steuerprogrammvorbereitung eingegebenen Daten und werden von den verschiedensten Faktoren, wie dem dynamischen Verhalten der Maschine, dem Werkstückmaterial, der Qualität des Werkzeugs und anderen ähnlichen Faktoren bestimmt. Diese Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale können von einem nicht gezeigten Impulsfolge frequenzwandler, wie er in der oben, erwähnten, britischen Patentschrift beschrieben ist, erzeugt werden.

Nach dem Durchschalten der Signalüherregungssteuerung 10 werden die jeweils mit CV1 und CV2 bezeichneten Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale für die beiden Bahnen über die Ausgangsleitungen 11 und 12 jeweils einem Funktionsgenerator 17 und 18 zugeführt· In diese Funktionsgeneratcirexi werden jeweils über einen Eingang D außerdem Bahnrichtungedateji eingegeben. Die Funktionsgeneratoren setzen die von der Signalübertragungs~ steuerung 10 modifizierten Varschubgeschwindigkeitssollwert« signale in Abhängigkeit von den Richtungsdaten durch Komponentenzerlegung in Komponentenvorschubgeschwindigkeitssollwerteignale um, d.h« in Signale, die die Vorsehubgesahwindigkeit

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in Richtung der Koordinatenachsen bestimmen. Das KomponentenvorSchubgeschwindigkeit s soliwert signal PCX! für die X-Achse erscheint am Ausgang 21 des Funktionsgenerators 17 und wird über eine Leitung 28 einem X-Sollwertzähler 25 und über eine Leitung 32 einem torgesteuerten Vorwärts-Rückwärts-Zähler 31 zugeführt. Das Komponentenvorschubgeschwindigkeitssollwertsignal PCX2 für die X-Achse wird vom Ausgang 23 des Funktionsgenerators 18 zum Eingang 33 des Zählers 31 geführt. Der Zähler 31 überwacht die jeweiligen. Geschwindigkeiten in X-Richtung und steuert Tore in der Signalübertragungssteuerung 10 über die Eingangsleitungen 16 und 15.

Das Komponentenvorschubgeschwindigkeitssollwertsignal vom Ausgang 22 des XY-Bahn-Funktionsgenerators 17 wird dem Eingang 29 eines Y-SollwertZählers 26 zugeführt. Auch die !Component envorachubgeschwindigkeitsignale werden dem V-Sollwertzähler 27 über Anschlüsse 24 und 30 vom XV-Funktionsgenerator 18 zugeführt. Den Sollwertzählern 251 26 und 27 werden ebenfalls über die Eingänge D Daten zugeführt, und sie geben ihrerseits Steuersignale an Lageregler für die Maschinenelemente ab. Die Funktionsgeneratoren 17 und 18 und die Sollwertzähler 25, 26 und können ebenso ausgebildet sein, wie es in der erwähnten britischen Patentschrift beschrieben ist.

Der Überwachungszähler 31 vergleicht die Komponentenvorschub-»- geschwindigkeitssollwertsignale PCX1 und PCX2 für die X-Achse, indem er bei Erhalt von P0X1-Impulsen vorwärts und bei PGX2-Impulsen rückwärts zählt. Wenn der Zähler 31 aus einem 0- oder Gleichgewichtszustand (über einen oberen Grenzwert +K oder einen unteren Grenzwert -K hinaus) herausgezählt hat, veranlaßt er das Schließen eines der Tore in der Signalübertragungssteuerung 10, um die Grundvorschubgeschwindigkeitssollwertsignale XY oder XV kurzzeitig zu unterbrechen und dadurch praktisch Impulse in der Impulsfolge der Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale zu unterdrücken und damit die Bahngeschwindigkeit des Maschinenelemente auf der zugehörigen Bahn XY oder XV

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zu verringern und die Vorschubgeschwindigkeiten in X-Richtung einander anzugleichen. Dadurch wird zwar der Betrag der resultierenden Vorschubgeschwindigkeit, also der Bahngeschwindigkeit, korrigiert, aber die Richtung beibehalten. Wenn also die Geschwindigkeit des Maschinenelements auf der Bahn XV in X-Richtung zu groß ist, werden die Vorschubgeschwindigkeitsollwertsignale CV2 für die Bahn XV kurzzeitig unterbrochen, um die Vorschubgeschwindigkeit des Maschinenelements auf der Bahn XV zu verringern und dadurch das Komponentenvorschubgeschwindigkeitssollwertsignal PCX2 für die X-Richtung an das Sollwertsignal PCX1 für die Bahn XY anzugleichen.

Pig. 4 zeigt eine spezielle Ausführung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 31. Dieser Zähler enthält ein Entscheidungsschaltnetz

36 mit zwei NOR-Gliedern 37 und 38. Zwei Eingänge dieser NOR-Glieder bilden jeweils die Eingänge 33 und 32 des Zählers 31. Der Eingang 33 ist auch mit einem NICHT-Glied 43 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang 41 des NOR-Gliedes 38 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist der Eingang 32 mit dem Eingang eines zweiten NICHT-Gliedes 44 verbunden, dessen Ausgang am Eingang 39 des NOR-Gliedes 37 liegt. Der Ausgang des NOR-Gliedes

37 ist über ein NICHT-Glied 56 mit dem Eingang 46 eines Zählers 45 verbunden. Der Ausgang des NOR-Gliedes 38 ist über ein NICHT-Glied 57 mit dem Eingang 48 des Zählers 45 verbunden.

Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 45 hat drei Eingänge 46, 47 und 48 und mehrere Ausgänge 49 bis 55. Der Zähler zählt vorwärts, wenn seinem Eingang 46 vor dem Auftreten eines als Ausläsesignal C dienenden 0-Signals am Eingang 47 ein O-Signal zugeführt wird. In gleicher Weise zählt der Zähler 45 rückwärts, wenn seinem Eingang 48 vor dem Auftreten eines als Auslösesignal C dienenden O-Signals am Eingang 47 ein Ö-Signal zugeführt wird. Der jeweilige Zählerstand des Zählers wird durch das Auftreten eines Signals an einem einzigen seiner Ausgänge angezeigt. Das Auslöeesignal C gibt ein nicht gezeigter Taktimpulsgeber ab, der als Bezugstaktgeber für den Betrieb der gesamten Regeleinrichtung dient.

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Der Zweck des Schaltnetzes 36, das die NOR-Glieder 37 und 38 enthält, "besteht lediglich darin, zu gewährl ei steif, daß der Zähler 45 nur dann weiterzählt, wenn nur einer der Signalimpulse PCX1 oder PCX2 auftritt. Da der Zweck des Zählers 45 darin besteht, das Verhältnis der Häufigkeit des Auftretens der Impulse PCX1 gegenüber der Häufigkeit des Auftretens der Impulse PCX2 konstant zu halten, braucht der Zähler nicht betätigt zu werden, wenn beide Impulse auftreten. Die Wirkungsweise dieses Schaltnetzes 36 sei an einem typischen Beispiel erläutert« Wenn am Eingang 32 ein ΡΌΧ1-Impuls auftritt, also dem NOR-Glied 38 ein 1-Signal zugeführt wird, gibt dieses NOR-Glied 38 ein O-Signal ab, das vom'NICHT-Glied 57 in ein 1-Signal invertiert wird und daher den Zähler 45 über den Eingang 48 nicht weiterschalten kann. Der PCX1-Impuls wird außerdem dem NICHT-Glied 44 zugeführt, so daß dieses dem Eingang 39 dee NOR-Gliedes 37 ein O-Signal zuführt. Wenn kein PCX2-Signal vorhanden ist, also am Eingang 33 ein O-Signal auftritt, ist damit die NOR-Bedingüng des NOR-Gliedes 37 erfüllt, so daß dieses NOR-Glied 37 ein 1-Signal abgibt, das nach der Inversion durch das NICHT-Glied 5.6 den Zähler 45 über den Eingang 46 um einen Zählschritt weiterschaitet". Wenn gleichzeitig mit dem PCX1-Signal ein PCX2-Signal auftritt, also dem unteren Eingang .des NOR-Gliedes 37 ein 1-Signal zugeführt wird, dann wird dieses NOR-Glied 37 gesperrt und der Vorwärtszählachritt verhindert. .Da die Schaltung symmetrisch ist, wird in ähnlicher Weise um einen Schritt rückwärts gezahlt, wenn zwar ein PCX2-Impuls aber kein PCX1-Impuls auftritt.

An den den Werten 2 bis 5 zugeordneten Ausgängen 49 bis 52 des Zählers 45 sind die Eingänge 61 bis 64 eines NOR-Gliedes 59 angeschlossen, dem ein NICHT-Glied 69 nachgeschaltet ist, so daß das Signal am Ausgang 35 die einfache ODER-Verknüpfung der Eingangssignale des NOR-Gliedes 59 darstellt. Auch an den .den. Werten 5 bis 8 zugeordneten Ausgängen 52 bis 55 des Zählers 45 sind die Eingänge 65 bis 68 eines NOR-Gliedes 60 angeschlossen, dem ebenfalls ein NICHT-Glied 70 nachgeschaltet ist, um

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eine reine ODER-Verknüpfung zu erzielen. Diese Verknüpfungsglieder an den Ausgängen des Zählers 45 sorgen dafür, daß der Zählerstand, bei oder in der Nähe des Null-Abgleichs in dem Zählbereich liegt", in dem der Zähler um sein Zählbereichsende herumzählt. D.h. bei den Zählerständen 9 und 0 (nicht gezeigt) sowie 1, erfolgt keine Korrektur. Sobald der zähler jedoch bis auf 2 oder höher gezählt hat, wird das NOR-Glied 59 betätigt, so daß ein Korrektursignal am Ausgang 35 erscheint. In ähnlicher Weise wird das NOR-Glied 60 betätigt, wenn der Zähler von 9 auf 8 oder noch weiter rückwärts zählt, so daß am Ausgang 34 ein Korrektursignal erscheint. Biese Korrektursignale " werden der Signalübertragungssteuerung 10 zugeführt und steuern dessen Durchlaßzustand.

Fig. 5 zeigt ein ausführlicheres Blockschaltbild der Signalübertragungssteuerung 10. Sie enthält NOR-Glieder 71 und 72. Die Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale für die XY-Bahn werden dem Eingang 74 des NOR-Gliedes 71 über ein NICHT-Glied 73 zugeführt. Der andere Eingang 75 des NOR-Gliedes 71 ist mit dem Eingang 15 verbunden, dem das eine Korrektursignal vom torgesteuerten Vorwärts-Rückwärts-Zähler 31 zugeführt wird. Die Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale für die XV-Bahn werden dem Eingang 77 des NOR-Gliedes 72 über ein NICHT-Glied 76 zugeführt. Der andere Eingang 78 des NOR-Gliedes 72 ist mit dem Eingang 16 verbunden, dem das andere Korrektursignal vom torgesteuerten Vorwärts-Rückwärts-Zähler 31 zugeführt wird. Das NOR-Glied 71 gibt also jedesmal dann ein 1-Signal ab, wenn am Eingang 13 ein Impuls, d.h. ein 1-Signal, und am Eingang 15 vom torgesteuerten Vorwärts-Rückwärts-Zähler 31 her kein Im- * puls, d.h. ein 0-Signal auftritt. In ähnlicher V/eise gibt das NOR-Glied 72 beim Auftreten eines Impulses (1-Signals) am Eingang 14 nur dann ein 1-Signal ab, wenn am Eingang 16 vom Zähler 31 her kein Impuls, d.h. ein 0-Signal auftritt. Die Ausgänge der NOR-Glieder 71 und 72 sind jeweils über NIOHT-Glieder 79 und 80 mit den Auegängen 11 und 12 verbunden.

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Fig. 6 zeigt typische Kurvenformen von Signalen, die in der ISinrichtung während des Betriebs auftreten. Die erste Kurve zeigt den Verlauf des Taktsignals C, das regelmäßig zwischen dem Binärzustand Eins und Null in Zeitabständen hinundherschwingt, die als Bezugsgröße für die anderen Signale verwendet werden. Da der Zähler 45 nur bei Auftreten von O-Signalen weiterschaltet, wirkt sich der Taktimpuls C am Auslöseeingang des Zählers nur dann aus, wenn er auf null übergeht. Der O-Zustand ist daher im Kurvenverlauf des Taktsignals C oben dargestellt. Alle anderen Kurven sind in der üblichen V/eise mit dem 1-Zustand oben und dem O-Zustand unten dargestellt. Die nächsten beiden in Pig. 6 dargestellten Kurven zeigen den Verlauf der Koiaponentenvorschubge schwindigkeitssollwertsignale PCX1 und PCX2 für die gemeinsame X-Achse. In der nächsten Zeile, die mit 31 bezeichnet ist, ist eine Folge von Zahlen dargestellt, die den Zählerstand des Zählers 31 in den verschiedenen Zeitabschnitten bzw. Taktintervallen des Betriebs der Einrichtung in Abhängigkeit von der Kombination der Kurven nach Pig. 6 wiedergeben. Die nächste Kurve 13' zeigt typische Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale für die Bahn XY, die der Einrichtung am Eingang 13 zugeführt werden. Die nächste Kurve zeigt den Verlauf des Ausgangssignals CV1 der Signalübertragungssteuerung 10. Die nächste Kurve 14' zeigt den Verlauf des Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignals für die Bahn XV am Eingang 14. Die letzte Kurve zeigt daa Ausgangssignal CV2 der Signalübertragungssteuerung 10. Ganz unten in Pig. 6 sind vom Taktgeber bestimmte gleiche Taktintervalle t , t- usw. angegeben.

Im Taktintervall von t_Q bis t₁ sind die Signale PCX1 und PCX2 im O-Zustand (also keine Impulse vorhanden). Nach Fig. 4 wird das am Eingang 33 auftretende O-Signal PCX2 durch das NICHT-Glied 43 in ein 1-Signal invertiert und dem Eingang 41 des NOR-Gliedes 38 zugeführt, so daß das NOR-Glied 38 gesperrt wird. In ähnlicher Weise wird das am Eingang 32 auftretende O-Signal PCX1 vom NICHT-Glied 44 in ein 1-Signal inverta?iert, bo daß

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das NOR-Glied 37 gesperrt wird. Mithin wird der Zählerstand des Zählers 45 nicht geändert.

Im Zeitpunkt t₁ wird PCX1 ein 1-Signal. PCX2 bleibt ein O-Signal. Dies bedeutet, daß in diesem Augenblick ein Vorschubbefehl für die X-Achse und für die Bahn XY, jedoch kein Befehl für die Bann XV auftritt. Dies hat zur Folge, daß dem NOR-Glied 37 O-Si-gnale und mithin dem Zähler 45 am Eingang 46 ein O-Signal zugeführt werden und der Zähler 45 einen Vorwärtszählimpuls erhält. Der Zähler 45 zählt jedoch erst im Zeitpunkt t₂ um eins weiter, wenn der Auslöseimpuls C auf null übergeht. Am Ausgang fe 1 des Zählers 45 erscheint daher ein 1-Signa-^, da dieser Ausgang jedoch mit keinem der NOR-Glieder 59 und 60 verbunden ist, wird der Signalübertragungssteuerung 10 kein Signal zugeführt.

Im Zeitpunkt t', geht das Signal PCX1 auf null und das Signal PCX2 gleichzeitig auf eins über. Dies bedeutet, daß in diesem Augenblick für die Bahn XV ein X-Vorschubbefehl , dagegen für die Bahn XY kein Vorschubbefehl auftritt. Nach Pig. 4 wird das 1-Signal PCX2 durch das NIOHT-Glied 43 in ein O-Signal am Eingang 41 des NOR-Gliedes 38 invertiert. Das O-Signal PCX1 am Eingang 32 wird dem anderen Eingang des NOR-Gliedes 38 zugeführt, so daß dem NICHT-Glied 57 ein 1-Signal und dem Eingang 48 des Zählers 45 ein O-Signal zugeführt wird und der Zähler P 45 von eins auf null rückwärts zählt, wenn der Auslöseimpuls C im Zeitpunkt t, auf null zurückgeht. Vom Zeitpunkt te bis zum Zeitpunkt t_? sind beide Signale PCX1 und PCX2 im 0-Zustand, so daß sich der Zählerstand nicht ändert. Im Zeitpunkt t₇ geht PGX2 auf eins über, während PCX1 im. 0-Zustand bleibt, so daß der Zähler im Zeitpunkt t_Q, wenn der Taktimpuls C auf null übergeht, auf neun zurückzählt. Der Ausgang 9 des_: „Zählers 45 ist mit keinem der NOR-Glieder 59 und 60 verbunden^ so daß an den Ausgängen 34 oder 35 keine 1-Signale erscheinen. __, .

Im Zeitpunkt t.J₁ geht PCX2 wieder auf·eins über, und PCX 1 bleibt null. Im Zeitpunkt t₁₂._s wird der Zähler 45 also um eine

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weitere Eins auf acht zurückgezählt. Dies bedeutet, daß am Ausgang 55 des Zählers 45 ein -1-Signal erscheint, das dem Eingang 16 der Signalübertragungssteuerung 10 (Pig. 5) nach der zweifachen Inversion (Negation) und dem Eingang 78 des NOR-Gliedes 72 zugeführt wird. Dieses 1-Signal am Eingang 78 des NOR-Gliedes 72 unterbricht die Vorschubgeschwindigkeitssollwert signale CV2 am Ausgang 12. Dies ist in der Kurve CV2 in Fig. 6 gezeigt.

Im Zeitpunkt t-jg geht PCX1 auf eins über, während PCX2 imO-Zustand bleibt, was zur Folge hat, daß im Zeitpunkt t.jg, wenn das nächste O-Signal C beginnt, eine Vorwärtszählung erfolgt. Der Zählerstand ist dann neun, so daß keinem der NOR-Glieder 59, 60 ein 1-Signal zugeführt wird und CV2 wieder freigegeben wird.

Man sieht also, daß, wenn sich PCX1 und PCX2 im selben Binärzustand befinden, der Zähler 45 nicht weiterzählt und die Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale CV1 und CV2 mit der normalen Folgefrequenz weiter abgegeben werden. Wenn die Signale PCX1 und PCX2 solange mit unterschiedlicher Folgefrequenz auftreten, daß der Zähler bis auf acht rückwärts oder bis auf zwei .vorwärts zählen kann, dann wird eines der Vorschubgeschwindigkeitssollwert signale CV1 oder CV2 unterbrochen. Das unterbrochene. Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignal wird erst dann wieder freigegeben, wenn der Zählerstand in einem Bereichliegt, in dem keine Korrektur erforderlich ist. Die Unterbrechung der Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignalimpulse durch kurzzeitiges Sperren des einen Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignals oder des anderen, erfolgt in der Regel so schnell, daß die X-Synchronisation stetig erfolgt und sich lediglich die resultierende Gesamtvorschubgeschwindigkeit eines der Maschinenelemente relativ zum anderen verringert.

Obwohl in Fig. 6 die Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignalkurven 13· und H¹ in idealisierter Form, d.h. mit gleich-

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bleibenden Impulsabständen dargestellt sind, versteht sich, daß die Impulsfolgefrequenz dieser Signale so geändert wird, daß sie der gewünschten konstanten Vorschubgeschwindigkeit jedes Maschinenelements entspricht. Wenn sie in der Weise erzeugt werden, wie es in der eingangs erwähnten Patentschrift beschrieben ist, kann es sein, daß die Impulse des Vorschubgeschwindigkeitsollwertsignals zwangsläufig nicht gleich weit auseinander liegen, da die Geschwindigkeitsänderungssteuerungen und Programmsteuerungen Impulse unterdrücken, um den Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit zu ändern. Der in Fig. 6 dargestellte Betrieb dieser Einrichtung, bei dem die Sollwertimpulse CV2 vom Zeitpunkt t« bis zum Zeitpunkt t„ unterbrochen sind, wird also als ein normaler Geschwindigkeitsänderungssteuervorgang in der Gesamteinrichtung behandelt.

Sie Differenz zwischen der Frequenz der Impulse PCX1 für die X-Achse und der Frequenz der Gesamt-XY-Bahn-Vorschubgeschwindigkeitsimpulse CV1, von der die Impulse PCXI abgeleitet werden, wird durch den Funktionsgenerator 17 in Abhängigkeit von den in den Funktionsgenerator eingegebenen Richtungsdaten D hervorgerufen· Die Impulse PCXI stellen nur die X-Komponente des Vorschubgeschwindigkeitssollwertes CV1 für die Bahngeschwindigkeit auf der Bahn XY dar.

Da sich die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung selbst so korrigiert, daB die Vorschubgeschwindigkeitssollwerte-für beide Maschinenelemente für die X-Ricntung gleich sind, braucht die Bewegung des Supports 1 nach Fig. 1 lediglich in Abhängigkeit von einem der X-Sollwertsignale geregelt zu werden. Deshalb werden dem X-Sollwertzähler 25 in Fig. 3 nur die Impulse PCX1 zugeführt.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Grundvorschubgeschwindigkeitssollwertsignalfrequenz (H¹) für die Bahn XV praktisch doppelt so groß wie die Frequenz des Vorschubgeschwindigkeit-

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signals 13' für die Bahn XY. Diese Frequenzdifferenz bei den programmierten Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignalen ist jedoch'für den Betrieb der Einrichtung nicht unbedingt notwendig. Man sieht jedoch, daß sich die Einrichtung sehr gut an diese Differenzen in den ursprünglich programmierten Vorschubgeschwindigkeitsollwertsignalfrequenzen anpaßt. Schließlich erhält man, wenn diese unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten bei beiden Bahnen verlangt werden, einen etwas "glatteren" bzw. stetigeren Betrieb der Einrichtung, wenn die niedrigere Grundfrequenz dem Punktionsgenerator 17 zugeführt wird, der die Pührungssollwertimpulse PCX1 an den X-Sollwertzähler 25 abgibt, der dann die Bewegung der Maschine in X-Richtung steuert. Das ist deshalb richtig, weil die meisten Korrekturen durch Unterbrechung des hochfrequenteren Vorschubgeschwindigkeits'ollwertsignals CV2 ausgeführt werden, ohne daß das Vorschubgeschwindigkeitsollwertsignal CV1, von dem die Führungssollwertimpulse PCX1 abgeleitet werden, unterbrochen wird. ·

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Claims

19Q4296 Patentansprüche

1. Numerisch gesteuerte Lageregeleinrichtung zum Regeln koordinierter Bewegungen von Maschinenelementen relativ zu einem Werkstück auf verschiedenen Bahnen, die durch verschiedene Bewegungskoordinatenachsen bestimmt sind, wobei eine Koordinatenachse allen Bahnen gemeinsam ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung voneinander unabhängige Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale (CV1, CV2) * für die Bahngeschwindigkeit jedes'Maschinenelements abgebende Vorrichtungen (13, 14), die Vorschubgeschwindigkeitssollwert-. signale in Komponentenvorschubgeschwindigkeitssollwertsignale (PCX1, PCX2, POY, PCV) für jede, der Achsen (X, Y, V) zerlegende Punktionsgeneratoren (17, 18), eine die !Component envorschubgeschwindigkeitssollwertsignale (PCX1, PCX2) für die gemeinsame Achse (X) vergleichende Vorrichtung (31) und eine auf das Vergleichsergebnis derart ansprechende Steuervorrichtung (10) enthält, daß sie die Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale (CV1, CV2) für die Bahngeschwindigkeit dahingehend verstellt, daß die Komponentenvorschubgeschwindigkeitssollwertsignale (PCX1, PCX2) für die gemeinsame Achse (X) übereinstimmen.

) 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsvorrichtung (31) eine an die Funktionsgeneratoren (17, 18) angeschlossene Überwachungsvorrichtung enthält, die die Differenz der Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale für die gemeinsame Achse (X) feststellt.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, d a d-u r .c h gekennzeichnet, daß die Überwachungsvorrichtung (31) immer dann ein Signal abgibt, wenn diese Differenz einen vorbestimmten Mindestwert überschreitet, und daß die Steuervorrichtung (10) auf dieses Signal anspricht.

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4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Überwachungsvorrichtung (31) abgegebene Signal anzeigt, welcher Komponentenvorschubgeschwindigkeitsollwert für die gemeinsame Achse der geringste ist, und daß die Steuervorrichtung (10) diejenigen Bahnvorschubgeschwindigkeitssollwertsignale (0V1, CV2) für die anderen Bahnen unterbricht, um den Komponentenvorschubgeschwindigkeitssollwert für die gemeinsame Achse (X) an den geringsten Bahngeschwindigkeitssollwert anzupassen.

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeitssollwertsignale (CV1, CV2) die Form von Impulsfolgen haben, deren Impulsfolgefrequenz die Vorschubgeschwindigkeit auf jeder Bahn bestimmt, daß die Vorschubgeschwtndigkeitsimpulsfolgen den Funktionsgeneratoren (17, 18) zugeführt werden und daß das .Ausgangssignal jedes Funktionsgenerators (17, 18) eine Impulsfolge für jede Vorschubachse ist, wobei die Impulsfolgefrequenz jeder Impulsfolge den Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit in Richtung 4er zugehörigen Achse bestimmt.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsvorrichtung (31) ein torgesteuerter Vorwärts-Rückwärts-Zähler für jedes geregelte Bahnpaar (XY, XV) ist, daß der Zähler (31) bei Erhalt von Impulsen für die gemeinsame Vorschubachse (X) vom einen Funktionsgenerator (17) eines Paares vorwärts· und bei Erhalt von Impulsen für die gemeinsame Vorschubachse (X) vom anderen Funktionsgenerator (18) des Paares rückwärts zählt, daß die Steuervorrichtung (10) bei Erhalt eines Signals von diesem Zähler-die dem einen Funktionsgenerator (17) zugeführte Vorschubgeschwindigkeitsimpulsfolge unterbricht, wenn der Zähler-" stand oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, und die dem anderen Funktionsgenerator (18) zugeführte Vorschubge-

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schwindigkeitsimpulsfolge unterbricht, wenn der Zählerstand unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Sollwertzähler (25) für die gemeinsame Vorschubachse (X) und getrennte Sollwertzähler (26, 27) für jede Bewegungskomponente in Richtung einer anderen Koordinatenachse als der gemeinsamen Achse (X) für jede Bahn (XY, XV) enthält, daß der Sollwertzähler (25) für die gemeinsame Achse (X) so angeschlossen ist, daß er auf die Impulsfolge (PCX1) .für die gemeinsame Achse (X) von einem ausgewählten (17) der IPunktionsgeneratoren anspricht, daß jeder der anderen (26, 27) der Sollwertzähler so angeschlossen ist, daß er auf die jeweiligen Impulsfolgen (PGY, PCV) aus der» zugeordneten Punktionsgeneratoren (17, 18) für die entsprechenden Vorschubachsen (Y, V) anspricht und daß die Sollwertzähler (25, 26, 27) derart betrieben sind, daß sie Impulsfolgen erzeugen, die Lagereglern für die Maschinenelemente zugeführt ¥iarden.

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