DE1923917B2 - Werkzeugmaschinenantriebssteuerung mittels eines Rechners - Google Patents
Werkzeugmaschinenantriebssteuerung mittels eines RechnersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur numerischen Steuerung von impulsgesteuerten Werkzeugmaschinen
mittels eines Rechners, der in zeitlich gleichen Abständen Γ Steuerbefehle an einen Pufferspeieher zur
Übertragung auf Abruf an den Werkzeugmaschinenantrieb liefert
Bei computergesteuerten Werkzeugmaschinen erfolgt der Werkzeugvorschub schrittweise unter Berücksichtigung
der zuvor erreid.ten Koordinatenwerte.
Aus dem US-Patent 3069606 st ein numerisches Programmsteuerungssystem für Werkzeugmaschinen
bekannt, welches für jede Bearbeitungskoordinate einen Kanal aufweist Die Steuerinformationen werden als
Datenworte fester Länge in zeitlich gleichen Abständen jeweils von dem Ausgaberegister eines Kanals aufgenommen.
Jedes Datenwort beinhaltet unter anderem eine Befehlsnummer und Vorschubanweisungen für die
verschiedenen Koordinatenrichtungen. Die Werkzeugmaschine arbeitet mit einem festen Zeittakt, der von
einem Taktoszillator abgeleitet wird. Die Frequenz des
Oszillators hat eine solche Größe, daß mit jedem Steuerpuls ein Steuerwort für die maximale Einsteilgeschwindigkeit
des Maschinenwerkzeuges übertragen wird. Zur Speicherung aller Steuerworte wäre somiit bei
hochauflösenden Werkzeugmaschinenantrieben viel Speicherplatz im Rechner erforderlich.
Es ist damm Aufgabe der Erfindung, zur Vermeidung dieses Nachteils eine rechnergesteuerte Werkzeugmaschine
anzugeben, die es gestattet, bei Verwendung; von Werkzeugmaschinenantrieben, die von einer Standardauflösung
abweichen, die Datenübertragung dem Auflösungsvermögen des neuen Antriebes anzupasnen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs genannten Maßnahmen.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß es aus der deutschen Auslegeschrift 1122 610
bekannt ist — insbesondere aus Fig. 2 mit dem zugehörigen Beschreibungsteil - Werkzeugmaschinenantriebe
mit verschiedenen Impulsuntersetzungen anzusteuern, um Geraden unterschiedlicher Steilheit fahren
zu können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Werkzeugmaschinenantriebssteuerung
mittels eines Rechners,
Fig.2 eine tabellarische Aufstellung von Datenwör-
Fig.2 eine tabellarische Aufstellung von Datenwör-
tern zur Maschinenwerkzeugsteuerung anhand eines Beispiels.
Die in Fig. 1 gezeigte Anlage stellt eine herkömmliche
numerische Steueranlage dar, soweit der Teileprogrammierer betroffen ist Der Teileprogrammierer
ίο beschriebt ein zu schneidendes Teil und die Art, in
welcher der Schnitt des Maschinenwerkzeuges verlaufen soll, dadurch, daß ein Rechnerprogramm in einer
geeigneten Programmsprache geschrieben wird, um mit dessen Hilfe ein Band zu erstellen, auf welchem die
jeweilige Stellung und Lage des Schnittwerkzeuges festgehalten ist Ein spezieller Nach-Rechner wandelt
diese Information in eine Form um, die von dem eigentlichen Steuerrechner zur direkten numerischen
Steuerung benötigt wird. Gemäß der Darstellung in
F i g. 1 werden die Ausgabeergebnisse des Nachrechners 2 über Eingabe-/Ausgabeeinheiten 4 in den
Rechner 1 eingegeben. Diese Ausgabeergebnisse können in Form von Lochkarten oder Magnetbändern
vorliegen. Die Ausgabeergebnisse werden über die Eingabe-/Ausgabeeinheiten 4 als elektrische Signale an
die Zentraleinheit € gegeben. Die Zentraleinheit 6 ist über die Leitung 29 mit einem Kernspeicher 27
verbunden. Dieser Kernspeicher ist Ober die Leitungen 25 und 26 mit den Kanälen 10 und 11 verbunden. Diese
μ Leitungen dienen der Übertragung des Inhalts der
gewählten Bereiche des Kernspeichers 27 auf die entsprechenden Ausgangsregister der Kanäle. Der
Kanal 10 ist über die Leitungen 7 und 8 und der Kanal 11
ist über die Leitungen 7 und 9 mit der Zentraleinheit 6 verbunden. Die Anzahl der Kanäle ist nicht begrenzt,
jedoch ist für jedes zu steuernde Maschinenwerkzeug ein Kanal erforderlich.
Die Zentraleinheit 6 sowie die Kanäle 10 und 11 und
der Kernspeicher arbeiten in herkömmlich bekannter Weise.
Der Kanal 10 ist über die Leitung 12 mit der Übertragungssteuerung 14 verbunden, die ihrerseits
wieder über eine Leitung 16 an eine Empfangssteuerung 18 und über eine Leitung 35 an einen Steuerzähler 36
angeschlossen ist Die Empfangssteuerung 18 umfaßt einen Impuls-Oszillator 18' und ist über die Leitung 20
mit dem Werkzeugmaschinenantrieb 22, über die
Leitung 37 mit «Jem Steuerzähler 36 und über die Leitung 43 mit der Übertragungssteuerung 14 verbun-
den. Das Ausgangssignal vom Steuerzähler 36 wird über
die Leitung 38 an die Übertragungssteuerung 14 geleitet In ähnlicher Weise ist die Übertragungssteuerung
15 über die Leitung 13 mit dem Kanal 11, über die
Leitung 17 mit der Empfangssteuerung 19, die einen
Impuls-Oszillator 19' enthält, und über die Leitung 44
mit dem Ausgang des Impuls-Oszillators 19' verbunden. Die Übertragungssteuerung 15 ist außerdem über die
Leitung 39 mit dem Steuerzähler 40 verbunden, der seinerseits wieder über die Leitung 41 an die
6ö Empfangssteuerung 19 angeschlossen ist. Das Aus*
gangssignal vom Steuerzähler 40 wird über die Leitung 42 an die Übertragungssteuerung 15 weitergeleitet,
während die durch die Empfangssteuerung 19 empfangenen Steuerwörter über die Leitung 21 an das
μ angeschlossene Maschinenwerkzeug 23 weitergeleitet
werden.
Die Übertragungssteuerungen 14 und 15 übernehmen drei Funktionen. Als erstes übertragen sie Impulse von
den Steuerzählern, die durch die Impuls-Oszillatoren
18', 19' gespeist werden, auf die Rechnerkanäle, um die Eingabe neuer Wörter in die Ausgangsregister der
Kanäle zu veranlassen. Als zweites leiten sie Befehlswörter in den Ausgangsregistern auf die Empfangs-Steuerungen
und die Maschinenwerkzeuge bei Empfang eines Impulses vom Impuls-Oszillator. Als drittes
verstärken und formen sie die von den Ausgangsregistern zur Übertragung an die Empfangssteuereinheiten
empfangenen Wörter. Die sequentielle Eingabe von Wörtern aus dem Kernspeicher 27 in den Kanal unter
Steuerung eines extern erzeugten Impulses ist allgemein bekannt und wird deshalb nachfolgend nur kurz
beschrieben. Jeder Kanal enthält zwei Register. Das erste Register, ein Wortzählregister, wird durch die
Zentraleinheit mit einer Anzahl von Wörtern geladen, die der Kanal aus dem Kernspeicher liest Ein zweites
Register, das Kanaladreßregister, wird durch die Zentraleinheit mit der ersten Adresse im Kernspeicher
geladen, deren Inhalt vom Kernspeicher in das Eingabe-/Ausgaberegister zu lesen ist Die auf jeden
Kanal gegebenen Impulse von den Steuerzählern dienen der Übertragung der Adresse im Kanaladreßregister
in das Speicheradreßregister des Kernspeichers. Jedesmal, wenn die Adresse aus dem Kanaladreßregister
in das Speicheradreßregister gegeben wird, wird auch die Wortzahl in dem Zählregister heruntergesetzt
und die im Kanaladreßregister enthaltene Adresse heraufgesetzt Wenn das Wortzählregister auf 0
zurückgezahlt worden ist, wird jede weitere Obertragung
des Inhaltes des Kanaladreßregisters in da.« Speicheradreßregister verhindert Die Zentraleinheit
muß dann eine neue Adresse in das Kanaladreßregister und eine neue Zahl in den Wortzahl-Zähler laden. Mit
einem verketteten Verfahren kann man jedoch auch diese beiden Register ohne Eingreifen der Zentraleinheit
automatisch laden.
Um einen Werkzeugmaschinenantrieb in Echtzeit anzusteuern, muß der Rechner einen Befehl an das
Servogerät eines jeden Schlittens für einen Bewegungsschritt entweder in der positiven oder in der negativen
Richtung oder für keinen Bewegungsschrixt geben. Der Rechner liefert diese Information in Form eines
Befehlswortes, in welchem u. a. jeweils zwei Bitpositionen
für jede Bewegungsachse des Maschinenwerkzeuges reserviert sind. Eine binäre Eins in der linken
Position sieht eine Bewegung um einen Schritt in der negativen Richtung vor, während eine binäre Eins in der
rechten Position einen Bewegungsschritt des zugehörigen Schlittens in der positiven Richtung vorsieht Eine
Null in beiden Positionen bedeutet, daß keine Bewegung erwünscht ist Ein Befehl mit zwei binären Einsen ist
nicht vorgesehen. Der Begriff Einstellschärfe des Maschinenwerkraiges (Werkzeugmaschinenantriebsauflösung)
kennzeichnet den Weg, den ein Schlitten bei Empfang eines elektrischen Impulses durch das
Servogerät zurücklegt
Das im Kernspeicher für einen Antrieb gespeicherte Befehlswort wird ungeachtet der Auflösung so berechnet,
als ob das Maschinenwerkzeug eine Auflösung von z. B. 0,001 einer Längeneinheit hätte. Wenn der zu
steuernde Antrieb eine Auflösung von u hat und
m = ■■' eine ganze Zahl ist, wird die Zahl m in den
Steuerzähler gesetzt, und der Oszillator, der Impulse auf
den Steuerzähler gibt, auf 1000 · m Impulse pro see
eingestellt. Der Steuerzahler gibt 1000 Anforderungsimpulse
pro see auf den Kanal, wodurch in jeder Millisekunde ein neues Befehlswort aus dem Rechner in
den Kanal gelesen wird. Die Übertragungssteuerung, die nicht nur die vom Rechnerkanal empfangenen
Impulse formt und in der Höhe ausrichtet, sondern diese
Impulse auch an die Empfangssteuerung weiterleitet, wird mit 1000 · m Impulsen beaufschlagt und bewirkt,
daß das aktive Befehlswort m-mal auf die Empfangssteuerung gegeben wird.
Angenommen, der Antrieb 22 sei um eine Strecke Ax = 1,0116 einer Längeneinheit zu bewegen. Bei einer
Einstellschärfe von 0,0002 einer Längeneinheit beträgt
0,001
0,0002
0,0002
= 5.
Die Zentraleinheit 6 hätte in ihrem ersten Befehlswort,
das im Kernspeicher 25 gespeichert wird, eine Information gemäß Schritt 1 in Fig.2. Die rechte
Position des x-Teiles enthält in diesem Fall eine binäre
Eins; eine Bewegung in der y- unti if-Richtung während
dieses Schnittes ist nicht vorgesehta Die letzten drei
Bitpositionen des Wortes, die m-Bits, werden mit der
Zahl 5 in dualer Zahlendarstellung versehen.
In diesem Beispiel wird nur die Arbeitsweise des erster Rechnerkanals 10 und des zugehörigen Antriebs
22 beschrieben. Andere Kanäle und zugehörige Werkzeuge arbeiten analog. Das erste Befehlswort wird
aus dem Kernspeicher 27 über die Leitungen 24 und 25 in den ersten Rechnerkanal mit dem, Ausgangsregister
10 gesetzt Mit dem ersten Impuls vom Oszillator 18', der über die Leitung 43 an die Übertragungssteuerung
14 gegeben wird, wird ein Wort aus dem Ausgangsregister des Kanals 10 über die Leitung 16 an die
Empfangssteuerung 18 und von dort aus über die Leitung 20 an den Antrieb 22 gegeben. Der jjj-Bitteil des
Wortes wird über die Leitung 35 in den Steuerzähler 36 gesetzt, wodurch dieser mit der Zahl 5 geladen wird. Die
Impulse vom Oszillator 18' in der Empfanges ieuerung
10 werden dann kontinuierlich über die Leitung 37 auf den Steuerzähler 36 geleitet, der dann mit einer
Geschwindigkeit von 1000 Impulsen pro see überläuft,
da der Oszillator wegen m = 5 auf 5000 Impulse pro see gesetzt wurde. Jedes im Ausgangsregister 10 erscheinende
Wort wird m-mal über die Übertragungssteuerung 14 und die Empfangssteuerung 18 auf den Antrieb
22 geleitet
Um einen Werkzeugmaschinenantrieb beispielsweise um 1,0116 einer Längeneinheit zu bewegen, sind die
nachfolgend aufgeführten 1014 Befehlswörter erforderlich.
1 Längeneinheit = 1000 Befehlswörter
0,01 Längeneinheit= 10 Befehlswörter
0,001 Längeneinheit = 1 Befehlswort
0,0006 Längeneinheit = 3 Befehlswörter
0,01 Längeneinheit= 10 Befehlswörter
0,001 Längeneinheit = 1 Befehlswort
0,0006 Längeneinheit = 3 Befehlswörter
All diese in F i g. 2 gezeigten Befehlswörter enthalten »binäre Einsen« in den rechtsstehenden x-Positionen.
Um die Endeinstellung durchzuführen, enthalten die ersten 1011 Befehlswörter eine 5 in den m-Bitpositionen,
während das 1012, bis 1014, Worte eine Eins in den m-Bitpositionen enthält Das 1015. Befehlswort enthält
wieder eine 5, um die Anlage für den nächsten Schnitt zurückzustellen. Aus Fig.2 geht hervor, daß die
Übertragungssteuerung für die ersten 1011 Befehlswörter jedes dieser Befehlswörter fünfmal leitet, da der
Steuerzähler auf 5 gesetzt ist. Die Impulse vom Oszillator werden so über die Leitung 43 an die
Übertragungssteuerung 14 gegeben, daß jedes dort
erscheinende Wort fünfmal auf den Antrieb 22 geleitet
wird. Für die Endeinstellung werden jedoch das 1012. bis 1014. Befehlswort nur einmal weitergeleitet, da der
Zähler auf 1 voreingestellt ist Jedes im Ausgangsregister 10 erscheinende Befehlswort wird danach durch die
Übertragungssteuerung 14 nur einmal auf den Antrieb geleitet, da bei Voreinstellung des Zählers 36 auf 1 jeder
Ober die Leitung 37 vom Oszillator abgegebene Impuls
die Abgabe eines Impulses Ober die Leitung 38 hervorruft, der seinerseits wiederum das Einlesen eines
neuen Befehlswortes in das Ausgangsregister veranlaßt. Die im Ausführungsbeispiel in den Befehlswörtern
enthaltenen Zahlen m können natürlich auch direkt vom Rechner geladen werden. Im Gegensatz zum beschriebenen
Ausführungsbeispiel kann das Ausgangsregister auch in der Empfangssteuerung neben dem Antrieb
angeordnet werden. Diese Anordnung ist vorteilhaft, wenn das Verarbeitungsgerät in einem wesentlichen
Abstand vom Antrieb angeordnet ist, weil dadurch die Datenübertragungsgeschwindigkeit zwischen Kanal
und Empfangssteuerung um einen Faktor m reduziert wird, wodurch auch die Anfälligkeit gegen Störsignale
und die Bandbreitenprobleme vermindert werden. Wenn das Ausgangsregister in der Empfangssteuerung
angeordnet wird, werden die Impulse vom Oszillator so gegeben, daß die Wörter m-mal vom Ausgangsregister
an das Maschinenwerkzeug geleitet werden. Außerdem dienen die Impulse vom Steuerzähler dazu, neue
Befehlswörter aus dem Speicher über den Kanal in den Ausgabepuffer in die Empfangssteuerung zu setzen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Anordnung zur numerischen Steuerung von impulsgesteuerten Werkzeugmaschinen mittels eines Rechners, der in zeitlich gleichen Abständen T Steuerbefehle an einen Pufferspeicher zur Übertragung auf Abruf an den Werkzeugmaschinenantrieb liefert, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einem Werkzeugmaschinenantrieb (22) zugeordneten Pufferspeicher (10) und dem Werkzeugmaschinenantrieb (22) ein Oszillator (18') vorgesehen ist, dessen Grundfrequenz einer vorgegebenen Standardauflösung S entspricht und dessen Frequenz zur Anpassung an die tatsächliche Werkzeugmaschinenantriebsauflösung auf m ■ S einstellbar ist (m = ganzzahliger Wert), und da!B der im Pufferspeicher gespeicherte Steuerbefehl. während derZsit Tm-mal zur Werkzeugmaschinenantriebssteüfcsang verwendet wird.
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