DE1923917C3 - Werkzeugmaschinenantriebssteuerung mittels eines Rechners - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur numerisehen Steuerung von impulsgesteuerten Werkzeugmaschinen mittels eines Rechners, der in zeitlich gleichen Abständen TSteuerbefehle an einen Pufferspeicher zur Übertragung auf Abruf an den Werkzeugmaschinenantrieb liefert

Bei computergesteuerten Werkzeugmaschinen erfolgt der Werkzeugvorschub schrittweise unter Berücksichtigung der zuvor erreichten Koordinatenwerte.

Aus dem US-Patent 30 69 608 ist ein numerisches Programmsteuerungssystem für Werkzeugmaschinen bekannt, welches für jede Bearbeitungskoordmate einen Kanal aufweist. Die Steuerinformationen werden als Datenworte fester Länge in zeitlich gleichen Abständen jeweils von dem Ausgaberegisier 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 Einstellgeschwindigkeit des Maschinenwerkzeuges übertragen wird. Zur Speicherung aller Steuerworte wäre somit bei hochauflösenden Werkzeugmaschinenantrieben viel Speicherplatz im Rechner erforderlich.

Es ist darum 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 anzupassen.

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 11 22 610 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

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beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Werkzeugmaschinenantriebssteuerung mittels eines Rechners,

Fig.2 eine tabellarische Aufstellung von Datenwörtern zur Maschinenwerkzeugsteuerung anhand eines Beispiels.

Die in F i g. 1 gezeigte Anlage stellt eine herkömmliche numerische Steueranlage dar, soweit der Teileprogrammierer betroffen ist Der Teileprogrammierer beschriebt ein zu schneidendes Teil und die Art, in welcher der Schnitt des Maschinenwerkzeuges verlaufen soll, dadurch, daß ein Rechnerprogranm 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 Fig. 1 werden die Ausgabeergebnisse des Nachrechners 2 über Eingabe-AAusgabeeinheiten 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 6 gegeben. Die Zentraleinheit 6 ist über die Leitung 29 mit einem Kernspeicher 27 verbunden. Dieser Kernspeicher ist über die Leitungen 25 und 26 mit den Kanälen 10 und 11 verbunden. Diese 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 dem Steuerzähler 36 und über die Leitung 43 mit der Übertragungssteuerung 14 verbunden. 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 Empfangssteuerung 19 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal 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 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 Empfangssteuerungen 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, ain 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 iir 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 zurückgezählt worden ist, wird jede weitere Übertragung des Inhaltes des Kanaladreßregisters in das 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 Bewegungsschritt 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 Richfung 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 Maschinenwerkzeuges (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 Längeneil^{l f} 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 Steuerzähler 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 /n-mal auf die Empfangssteuerung gegeben wird.
Angenommen, der Antrieb 22 sei um eine Strecke

ίο Ax= 1,0116 einer Längeneinheit zu bewegen. Bei einer Einstellschärfe von 0,0002 einer Längeneinheit beträgt

0,001

I)I - - ~i

0.0002

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 ^-Teiles enthält in diesem Fall eine binäre

jo Eins; eine Bewegung in der y- und ^-Richtung während dieses Schnittes ist nicht vorgesehen. 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

r, ersten 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

jo 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

η Leitung 20 an den Antrieb 22 gegeben. Der m-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 Empfangssteuerung 10 werden dann kontinuierlich über die Leitung 37 auf

au 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 erforderlieh.

1 Längeneinheit = 1000 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 m den m-Bitpositionen, während das 1012. bis 1014. Worte eine Eins in den /72-Bitpositionen enthält. Das 1015. Befehlswort enthält wieder eine 5, um die Anlage für den nächsten Schnitt zurückzustellen. Aus F i g. 2 geht hervor, daß die Übertragungssteuerung für die ersten 1011 Befehlswör-

b5 ter 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 1OH. 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 über die Leitung 37 vom Oszillator abgegebene Impuls die Abgabe eines Impulses über 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 Verarbeitungsgeräl in einem wesentlichen Abstand vom Antrieb angeordnet ist, weil dadurch die Datenübertragungsgeschwindigkeit zwischen Kanal und Empfangssleuerung 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)

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 5 entspricht und dessen Frequenz zur Anpassung an die tatsächliche Werkzeugmaschinenantriebsauflösung auf m ■ S einstellbar ist (m = ganzzahliger Weit), und daß der im Pufferspeicher gespeicheile Steuerbefehl während der Zeit Tm-mal zur Werkzeugmaschinenantriebssteuerung verwendet wird. 2»