DE2034373A1

DE2034373A1 - Steuereinrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit des Vorschubs eines Werk zeugs

Info

Publication number: DE2034373A1
Application number: DE19702034373
Authority: DE
Inventors: Marion Wickhffe Ohio hohberger dive Paul Port Jefferson NY Kosem (V St A )
Original assignee: Bunker Ramo Corp
Current assignee: Bunker Ramo Corp
Priority date: 1969-07-10
Filing date: 1970-07-10
Publication date: 1971-01-14
Also published as: US3612841A; GB1317167A; FR2051669B1; FR2051669A1

Description

Dip/ i j. A. Grönecker _t 10. J UU1970

D> -/- H. Kinkeldey .

D ■·»: W. Stockmair B MOn- in 22. Maximilianstr. 43

THE BUMER-HAMO CORPOEATION Oakbrook North, Oak Brook, Illinois 60521- / USA

Steuereinrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit des Vorschubs eines Werkzeugs.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung zum Steuern der relativen Geschwindigkeit des Vorschubs eines Werkzeugs zu einem Werkstück mit einer mit einer Spindel versehenen Maschine, die dazu in der Lage ist, ein Werkzeug relativ zu einem Werkstück in zueinander senkrechten Richtungen . schrittweise zu bewegen und bei der eine Schrittbewegung entlang einer vorgegebenen Achse in Abhängigkeit von einem entsprechenden Steuerbefehl auslösbar ist.

In typischen numerischen Steuersystemen wird ein Schneidwerkzeug relativ zu einem Werkzeug dadurch bewegt, daß die ge.wünschte Abweichung des Werkzeugs aus seiner momentanen Lage bezüglich zwei oder drei aufeinander senkrecht stehender Achsen x,y und ζ bestimmt wird. Zu einer optimalen Ausnutzung dieses Systems gelangt man dadurch, daß die vektorielle Abweichung .D mit maximaler Geschwindigkeit durchlaufen wird, wenn D

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die Quadratwurzel aus der Summe der einzeln quadrierten Abweichungen X, Y und Z ist. Diese maximale Geschwindigkeit wird in erster Linie von der Ausbildung des Schneidwerkzeugs und seiner Materialzusammensetzung bestimmt. Deshalb ist diese Geschwindigkeit im allgemeinen ein vorgegebener Parameter, der beim Aufstellen eines numerischen Steuerprogramms mit den zu erwartenden Einflüssen beim Schneiden in Beziehung zu bringen ist.

Die gewünschte Geschwindigkeit V (Vorschub) wird entweder als Vorschubzahl (I¹RH) für jede vektorielle Abweichung D, die gleich dem Quotienten aus V und D ist, oder als modale Geschwindigkeit V ausgedrückt, wenn ein- Vorschub-rRechner vorgesehen ist, der den Vorschub aus der programmierten Geschwindigkeit und den Werten der Abweichung verarbeitet. In jedem Pail erzeugt ein Vorschubfrequenzgenerator einen -Pulszug mit einer Frequenz, welche das Produkt aus der Frequenz der Grundvorschubimpulse und der Vorschubzahl FRlT für die gewünschte Metal lab tragrate ist.

Die Metallabtragrate ist weiter von anderen Eigenschaften der maschinellen Bearbeitung, wie der Tiefe und Breite des Schnittes, der Spandicke, dem Typ des Sehneidwerkzeugs und der Spindelgeschwindigkeit abhängig. Es ist durchaus möglich, alle diese Eigenschaften beim Entwurf eines das Werkzeug leitenden Programms zu berücksichtigen und in einem Speichermedium zu speichern. Die Aufgabe, ein solches Programm aufzustellen, wird jedoch beschwerlicher, wenn diese Eigenschaften nicht konstant bleiben. Die Abhängigkeit von der Spindelgeschwindigkeit ist insbesondere bei solchen maschinellen Anwendungen, wie beim Einschalten einer Drehbank, wichtig. Dabei ist es wünschenswert, den Vorschub in Abhängigkeit von der Spindelgeschwindigkeit zu steuern, um eine konstante vektorielle Geschwindigkeit des Schneidwerk-

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"³"

zeugn in einem Werkstück unabhängig von programmierten Änderungen der Lage den Schneidwerkzeuge aufrechtzuerhalten.-Ein Parameter einer derartigen Steuerung drückt sich aus in der Werkzeuf-belastbarlreit, die durch die Spantiefe bzw. dar» Spanvol\u::en pro 'Einheitsvorschub gegeben ist. Im Fall von Drehbewepingen, wie bei einer Drehbank, kann der Vorschub in. Längeneinheiten pro Umdrehung (IPR) der Spindel angegeben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine numerische Steuereinrichtung anzugeben, mit der eine relative Bewegung zwischen einem Schneidwerkzeug und einem Werkstück in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit einer Spindel 'durchführbar ist. · -

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine numerische Steuereinrichtung anzugeben, die es erlaubt, eine gewünschte vektorielle Geschwindigkeit eines Schneidwerkzeugs durch ein Werkstück in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit einer Spindel, die eine Relativbewegung zwischen dem Sehneidvjerkzeug und dem Werkstück verursacht, unabhängig von programmierten Änderungen der Stellung der Werkzeugmaschine aufrechtzuerhalten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein erster Signalgeber zur Abgabe eines der Winkelgeschwindigkeit der Spindel proportionalen ersten Signals vorgesehen ist, daß ein von diesem ernten Signalgeber steuerbarer zweiter Signalgeber zur Abgabe eines der gewünschten Geschwindigkeit in einer Richtung proportionalen zweiten Signals vorgesehen ist, das einem Vektor von Steuerbewegungen in mehreren Richtungen entspricht, daß ein Steuersignalgeber mit mehreren Ausgängen vorgesehen ist, dessen jeder Ausgang einer der BeweBungcrichtungen des .'Werkzeugs zugeordnet ist, und daß Jedem der Ausgange eine entsprechende Anzahl von Impulsen

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für die ihm zugeordnete Richtung der Bewegung zuführbar ist.

Ein Spindeldekoder erzeugt einen Zug von Grundvorschub impulsen mit einer Frequenz, die proportional der Winkelgeschwindigkeit der Spindel ist. Ein Vorschubfrequenzgenerator multipliziert diesen Iiapulszug mit einem Fairbor, welcher gleich dem Verhältnis der Gewünschten Geschwindigkeit'eines Schneidwerkzeugs (relativ su einen Werkstück) zu dem vektoriellen Abstand, ^: den das Werkstück während eines Ha-schinenumlaufes in Abhängigvon programmierten Abweichungen entlang einer oder mehrerer Achsen durchläuft, ist.

V/eitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.Darin zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines /.usführungsbeispiels gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine logische Schaltung für einen Spindeldekoder in der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm der Arbeitsweise des Spindeldekoders nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Vorschubfrequenzgenerators und eines Uhrißsignalgenerators nach Fig. 1 und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausfuhrung

eines Vorschubfrequenzgenerators und eines Umrißsignalgenerators nach Fig. 1.

In Fig. 1 sind die wesentlichen Bestandteile einer numerischen Steuereinrichtung für eine Maschine dargestellt, die mit · einer Spindel 10 versehen ist. Die Einrichtung beinhaltet ein Tonband-Wiedergabegerät 11, um ein Steuerprogramm, welches die

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räumlichen Abweichungen von. den Achsen der Werkzeugmaschine "beschreibt, ausliest. Das Programm enthält u.a. Kodewörter, welche Steuerfunktionen beinhalten, die für eine automatische Arbeitsweise der Werkzeugmaschine mit dem Schneidwerkzeug 7a nötig sind.

Die Daten der Steuerbefehle, die die vorliegende Erfindung ■betrifft, sind auf dem Tonband in einzelnen Blöcken programmiert, Jeder Block stellt einen Steuerbefehl für einen vektoriellen Abstand,entweder in Absolutwerten X und Y oder in Schritten ΔΧ und ΔΪ dar. Bei der Darstellung in absoluter Form wird ein Vergleich zwischen den Steuerbefehlsdaten und der momentanen" Stellung der Werkzeugmaschine bzw. des Schneidwerkzeugs 10a relativ zu einem Werkstück 10b, welches durch die Spindel· 10 in Drehung versetzbar ist, angestellt, um die Lageänderung, die das Werkzeug entlang unterschiedlicher Achsen durchführen muß, zu bestimmen. Wenn die Daten jedoch in der durch einzelne Schritte festgelegten Form vorliegen, werden die Steuerbefehlsdaten dazu verwendet, das Werkzeug die festgelegten Schritte aus seiner momentanen Lage heraus durchführen zu lassen. Zur verständlichen Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sei angenommen, daß die Steuerbefehlsdaten entlang zweier aufeinander senkrecht stehender Achsen χ und y in der in einzelne Schritte unterteilten Form vorliegen. Genauso gut könnten sie jedoch in absoluter Form vorliegen, wobei die Anzahl der aufeinander senkrecht stehenden Achsen in jedem Fall auch drei betragen kann.

Jeder Block von Steuerbefehlsdaten soll auch ein den Vorschub bestimmendes Kodewort enthalten, welches entweder in Form einer Vorschubzahl (FEK) oder als modale Geschwindigkeit , beispielsv/eise in einer Länge pro Umdrehung (IPR) ausgedrückt ist. Wenn der Vorschub als modale Geschwindigkeit ausgedrückt ist, ist eine Anordnung erforderlich, um die

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Vorschubzahl aus den vektoriellon Abstand J), us don das Werkzeug in Abhängigkeit von den axialen Befehlen r>.X und iY zur Steuerung seiner vekfcoriellen Geschwindigkeit bev/ogt werden soll, zu errechnen. In dom anhand der Figuren 4- und 5 noch näher ausgeführten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der Vorschub als modale Geschwindigkeit in Zentimeter pro Umdrehung der Spindel 10 ausgedrückt ist.

Die numerischen Steuerdaten werden blockweise gleichzeitig in eine Daten-Verteilereinheit 12 eingelesen, wo sie für die folgende Verteilung in einzelne Einheiten der numerischen Steuereinrichtung dekodiert werden. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird eine zwei-axiale (x und y) Steuereinrichtung beschrieben. Die Erweiterung auf eine drei-axiale Einrichtung ergibt sich für einen Fachmann von selbst. Die durch die Daten-Verteilereinheit 12 zu verteilenden Daten bestehen aus axialen Schrittbefehlen (&.X und LY) und einem als modale Geschwindigkeit (IPE) ausgedrückten Vorschub.

Ein Taktgeber 13 erzeugt Grundtaktimpulse, die an die ganze numerische Steuereinrichtung gegeben werden, während eine gemeinsame, durch den Taktgenerator 13 synchronisierte Steuereinheit 14 vorgesehen ist, die Zeitsignale erzeugt, die den einwandfreien Ablauf der zeitlich aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgänge in der numerischen Steuereinrichtung steuert.

Das bisher Beschriebene ist bei vielen numerischen Steuereinrichtungen üblich. Die grundsätzliche erfindungsgemäße Verbesserung für derartige numerische Steuereinrichtungen bezieht sich auf einen Spindeldekoder 15, der mit einem Meßwertumformer 16 zum Umformen der Drehstellung, der Spindel in digitale Signale versehen ist. Der Meßwertumformer 16. stellt zusammen mit einer Spindel-Logikeinheit 17 die grundlegende Verbindung zwischen einem Vorschubgenerator 18 und

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BADt)RfGiWAL

_ 7 —

der Spindel ΊΟ clnr· Der Heßwertuinforiaer 1b ist mechanisch über ein Getriebe mit der Spindel 10 verbunden und gibt über die Verb in dune F 2 ei tunken A und B Tinpulszüge mit einer Frequenz ab, die proportional der Winkelgeschwindigkeit der Spindel int. Der !"«eßwertunformer 1C kann auch über eine nicht dargestellte dritte Leitung pro Umdrehung jeweils einen Ausgangsimpuls abgasen, der in Anwendungen, v;ie beispielsweise beim Gewindeschneiden, v:o ein synchronisierter Start erforderlich ist, aIn Re ferenr. signal dienen·

Der Heßwertumforner 16 erzeugt beispielsweise 2500 Impulse pro Umdrehung auf ^eder der zwei Leitungen A und B, die jedoch un 90° phasenverschoben sind. Das Ausgangssignal des HeßwertunforinerG 16 ist in Form von zwei Inpulszügen A und B in Fig. 3 dargestellt. Diese Signale werden der Logikeinheit 17 zugeführt, die diese in einen einzigen Inpulssug mit 10 000 Impulsen pro Undrehung der Spindel 10 mnfornt. Die Art und Weise dieser Uniforming ist in Fig. 2 dargestellt, die in folgenden erläutert wird.

Der programmierte Vorschub wird normalerweise in Längeneinheiten pro Umdrehung (1ΓΗ) ausgedrückt, wahrend der Spindeldekoder 15 eine Anzahl von Impulsen (beispielsueise 10 000)pro Umdrehung der Spindel 10 abgibt. Der Vorschubfrequenzgenerator 18, der einen Vorschubmultiplikator enthält, erzeugt unter anderen in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit der Spindel 10 und dem programmierten Vorschub Aur.gangsinpulce und wird dazu verwendet, eine konstante vektorielle Geschwindigkeit des Werkzeuges 10a relativ zu einen Werkstück 10b ,unabhängig von programmierten axialen Lageänderungen^aufrechtzuerhalten. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Auflösungsvermögen 0,00254 mm gewählt. Demzufolge v.'ird der Vorschub innerhalb 0,00254 mm pro "Umdrehung der Spindel 10 exakt gesteuert und der maximal programmierbare Vorschub beträgt 25,399 mm.

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BAD ORiGiNAL

Du der Vo-ν:chub als modale Geschwindigkeit in MüLimetern pro Undrchung programmiert ist und nicht in einer Vorschubzahl (ί-ΉΐΟ, diG Gleich dem Verhältnis der. gewünschten.Geschwindigkeit V zu dom vektoriellen Abstand D der programmierten Abweichungen /LX und ΔΙ ist, ist es notwendig, den Vorschubfrequenzgenerator 18 mit dem reziproken Wert den vektoriellen Abstandes I) zu spei Gen. Das kann entweder über einen zusätzlich in dem Programm gespeicherten und durch das Tonband-Wiedergabegerät 11 ausgeleseiien Wert oder über einen Rechner 19 geschehen, welcher einen Wert D aus den programmierten Abweichungen ΔΧ und ^Y errechnet oder annähert. Zum besseren Verständnis sei hier angenommen, daß ein gesonderter Rechner vorgesehen ist, was jedoch für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist. Stattdessen kann der Wert D vorher errechnet und wie angegeben gespeichert v/er den, oder der Vorschub kann als Vorschubzahl gespeichert werden-. Im letzten Fall benötigt der Vorschubfrequenzgenerator den Wert D nicht als Eingang. Hit anderen Worten, wenn eine Vorschubzahl statt der modalen Geschwindigkeit in dem Steuerprogramm Verwendung findet, braucht der Vorschubgenerator 18 nur aus einem vierdekadigen Pulszugmultiplikator bestehen, dem als Eingangssignal ein Signal f , wie in Pig. 3 gezeigt ist, und als Ausgang, ein Impulszug mit einer Frequenz, die sich aus dem Produkt der Frequenz f und der Vorschubzahl FRlT ergibt, angeordnet irvi;.

Der Ausgangs inipul szug des Vorschubfrequenzgenerators 18 wird einem Umrißnignalgenerator 20 zugeführt. Weiterhin ist eine Ifeschinen-Servosteuereinheit 22 vorgesehen, der den X- und y-Achsen des ServoSteuersystems zugeordnete Zählimpulse

P und P zugeführt werden, In dem Ausf ühr.ungsb ei spiel χ y -

gemäß der Erfindung erzeugt der Umrißsignalgenerator 20 eine lineare Interpolationsfunktion unter Verwendung von Multiplikatoren, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 noch näher, ausgeführt wird. Bs sei jedoch hier erwähnt,, daß der Umrißsigr.algenerstor 20 auch mit Differentialintegratoren bestückt sein kenn, um die Interpolationsfunktion zu erzeugen.

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_ ο

Es sei auch "bemerkt, daß beide Ausführungen zu einer mehraxial en. linearen oder nichtlinearen· Intertjolation bekannter Art fähig sind. Das Ausgangssignal des Umrißsignal^o-n orators 20 besteht aus Impulszügen P und P , wovon, jeder Irrpul szug-

x y

für eine Achse programmiert ist und die Anzahl der Impulse in jedem Impulszug auf die programmierte Atmeichung abgestimmt 'ist. Die Impulsfrequenz ist proportional der Impulsfrequenz aus dem Vorschubfrequenzgenerator 18.

Der Umrißsignalgenerator 20 benutzt den Impulszug des Vorschubfrequenzgenerators 18 als allgemeinen Zeitgeber für den Maschinensteuerumlauf. Wenn beispielsweise die maximal programmierbare Bewegung für einen Datenblock 9 j9999 cm beträgt, ist die Anzahl der Impulse, die diese Bewegung durch-*· führen, 99 999· Es v/erden also 100 000 Impulse aus dem Vorschubfrequenzgenerator 18 gezählt, um eine Periode eines Maschinenumlaufes zu durchlaufen und einen Datenblock auszulesen. Beispielsweise kann der Umrißsignalgenerator 20 einen Fünfdekadenzähler aufweisen,um 99 9999 Impulse zu zählen,bis er ein Startsignal aus der gemeinsamen Steuereinheit 14 erhält. Wenn diese Anzahl von Impulsen gezählt ist, wird ein Endsignal durch den letzten Vorschubimpuls benutzt, um das Auszählen der Impulse zu beenden. Das Endsignal wird der gemeinsamen Steuereinheit 14 zugeleitet, um den nächsten ■ -■ -. Datenblock abzurufen.

Die Maschinen-Servoeiniieit 22 erhält die Impulszüge P und P aus dem Umrißsignalgön.erato3? 20 und erzeugt Servosignale für die Steuerung des? Gescüwiadigkeit und derLageänderung eines ersten Stellglieds 23, die proportional den Irequenz'eä der Impulszüge sind. Die Maschinen-ServoSteuereinheit 22 vergleicht V auch die geführte, durch die Anzahl der Impulse P, und P_ durch einzelne Schritte angegebenen Bezugslage mit der gleichzeitigen tatsächlichen Lage durch die durch die Rückkoppel-Meßwertumformer 24 und 25 für die Achsen χ und y erzeugten Daten, Wenn die Differenz zwischen den Signalen für die Bezugslage und den rückgekoppelten Signalen auf Null verkleinert

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ist, werden die Stellglieder 23 durch die Jiaschinon-Servo-· Steuereinheit 22 angehalten. Hierzu sei bemerkt, daß die Befehle LX und LY Jeweils ein in dem Zeichengenerator gc- · speichertes Zeichenbit enthalten, welcher, durch die Haschineii-Servosteuereinheit 22 geleitet wird, um die Richtung der Bewegung zu steuern.

Die Merkmale der Erfindung sollen nun im einzelnen im Zusarinenhang mit den Fig. 2, 3> 4· und 5 erläutert werden. Fig. 2 zeigt die Logikeinheit 17 der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Der Logikeinheit 17 v/erden an Eingangsanschlüssen eines exklusiven ODER-Gatters 26 die phasenverschobenen Impulszüge A und B zugeführt. Das exklusive ODER-Gatter 26 erzeugt an seinem Ausgangsanschluß die logische Funktion AU + XB. Ein Flip-Flop FF,, vom Typ D, welches durch Taktinpulse synchronisiert ist,ändert seinen Schaltzustand in Abhängigkeit vom . Zustand des exklusiven ODER-Gatters 26. Die in dritten Diagramm der Fig. 3 gezeigten Taktimpulse haben beispielsweise eine Frequenz von 2 IiHz.

Die zueinander komplementären Ausgangssignale Q und ^ des Flip-Flops FF,, haben die doppelte Frequenz der Signale A und B. Wenn beispielsweise die Signale A und B,' wie bereits ausgeführt, 2 500 Impulse pro Umdrehung der Spindel aufiveisen, haben die Signale Q und ^ des Flip-Flop? FF^ 5 000 Impulse pro Umdrehung der Spindel 10* _i; :■'■-.--

Zwei Differenziernetzwerke 2? und 28aj?%iten mit einem ODEE-Gatter 29 isusamaen, um 4aß Aüsgä£g4|ignal des? !"Lip-Hops FF_-1 in einen Impuls zug zu yejiwti^aeilii^ i^pei. jedem jp^itiven ■ Übergang der Signale Q und Ά ein Impuls: Zukommt* Das in Fig. 3 dargestellte resultierende Signal fζ wi^d einem Dezimal~ ImpulsfrequenzmultiplikatO3? 30 deö

18, wie in Fig.; 4 dargestellt, zugefünEti, um am Ausgariganschluß eines ODER-Gatters *51 einen Impuls^ugjait einer Freiquenz ZU erzeugen, die proportional dem Produkt aus der Frequenz f₀ und einem aus einem Meßwertumformer 32 erhältlichen Faktor ist.

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Gegebenenfalls ]:ann sum Erhöhen der Betriebsed ch^ruoit C\.qu linpul^fi'equenanultTpl.ikatorr» j>0 ein Ιι:.ρυ1:;ΓθΓχαο·^_?' "boir- _:l?\r— weise -ein 1-Iultivibrntor, an Auegang der ilpindcl-j orikeinhoit 17 vorge.sehen sein.

Die an den Hcr:v;ertuinfor;ner 32 gelangende Zahl int eine Vorschubrahl, die durch den VorscLubfrequeii^generatoi· aus den IPR- und den D-Vert errechnet und in der im Zusammenhang mit Kin:· 1 geschilderten V/eise dorthin übertragen wird. Das Startcicnal aus der [*eneinoanen Steuereinheit Λ^ι\- (Fiß· 1) erlaubt es, den Meßv.'crtunformer 32 die errechnete \^rorschubzahl nach einer zvm Errechnen genügenden Zeit an den Impulnfrequensnultiplikator 30 weiterzuleiten. \.'enn die Vorschub-' zahl nicht erreclmet vierden soll-," sondern anstatt des Wertes IPR gespeichert werden soll, kann das -Startsignal aus der gemeinsamen Steuereinheit 14- progranniert sein und zu einer früheren Zeit,nachdem die Datenverteilung erfolgt ist, abgerufen werden. So kann in Zunannienhsng mit der vorliegenden Erfindung ein Spindeldekoder 15 zusammen mit einem herkömmlichen Vorschubgenerator 18 in einer üblichen numerischen Steuereinrichtung mit einem konventionellen Uuirißsignalgenerator 20, der eine, 'wie dargestellt, lineare Interpolation oder eine nichtlineare Interpolation ermöglicht, vorgesehen sein. Jede Art von Interpolation kann mit Inpulsfrequensnultiplikatoren, wie in Pig· ^l\- dargestellt, oder digitalen Differentialintegratoren erreicht werden.

Ein Flip-Flop FFo führt eine Steuerung in jedem Interpolationszyklus durch ein UITD-Gatter 33 aus, welches die Impulse aus dem Impulsfrequcn^nultiplikator 33 sperrt, bis ein Startsignal ankommt, welches das Flip-Flop FFp über ein UITD-Gatter 34- und einen monostabilen I-Iultivibrator 35 schaltet. Der monostabile Kultivibrator 35 spricht auf die Vorderflanlce eines durch das UIID-G-atter 5'+ übertragenen-Signals sn 'un.d

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erzeugt einen kurzen Impuls um das Flip-Flop FFp ^zu schalten. Danach ist das Flip-Flop Fl'' bereit, durch einen mono stabilen Multivibrator 36 mittels eines durch den Umrißsignalgenerator 20 erzeugten Endsignaüs v/i oder in seinen ersten Schaltzustand umzuschalten. Un zu sichern, daß dan Flip-Flop FF₀ nicht während eines Impulsen des Eingangssignals f in seinen zweiten •Schaltzustand übergeführt wird, wird das Signal f einem UIID-Gatter 34 über einen Inverter 37 zugeführt. -

Der in Fig. 4- dargestellte Umrißsignalgenerator 20 für ein ziveiachsiges Steuersystem weist zwei Dezimal-Pulsfrequenzmultiplikatoren 53 und 39 auf, welche . Pulszüge P und P jeweils über ODEE-Gatter 40 und 41 übertragen. Die Frequenz des Impulszuges P ist gleich dem Produkt f · FRlT -» X_und die des Impulszüges P gleich dem Produkt f_» FRN * Y.

Jeder der Impulsfrequenzmultiplikatoren 38 und 39 enthält fünf in üblicher V/eise in Kaskade geschaltete dekadische Zähler mit dezimaler Frequenzteilung, Das mit einem solchen Multiplikator erhältliche Produkt besteht aus einer fünfstelligen Dezimalzahl. Jede Stelle wird dazu verwendet, Impulse mit unterschiedlicher Frequenz einzublenden. Die eingeblendeten Impulse v/erden dann durch einen Pufferschaltkreis, der der Einfachheit halber schematisch nur als getrenntes ODER-Gatter dargestellt ist, zusammengefügt.

Die dem dekadischen Impulsfrequenzmultiplikator 30 zugeführte Vorschubzahl wird immer kleiner als eins- sein. Ebenso werden die programmierten Abweichungen für den Umrißsignalgenerator 20 kleiner als eins sein. In riunerischen Steuereinrichtungen, bei denen die Steuerbefehle gleich oder größer als eins sind, ist eine Einrichtung erforderlich, die den Maßstab der.Zählimpulse wahrend eines Umlaufes ändert. Das bedeutet jedoch, keine Einschränkung der Erfindung, da dies durch die üblichen Vorschubfrequenz- und Umrißsignalgener&toren, wie sie in Fir. 4 darrestellt sind, erreicht werden kann.

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Jeder' Umlauf wird durch die dekadischen Zähler des Impulsfrequenzmultiplikators 39 im Umrißsignalgenerator 20 getaktet, in den die Impulse des Impulszuges f_Q, die durch den Impulsfrequenzmultiplikator 30 gemessen werden, gezählt werden. Es sei angenommen, daß die Zahl der benötigten Impulse, um eine maximal programmierbare Bewegung zu vollenden, 99 ist und 100 000 als Standardzahl von Impulsen pro Umlauf, wie bereits genannt, gewählt wurde. Die fünf dekadischen Zähler des Impulsfrequenzmultiplikators 39 gestatten ein Zählen von 100 000 Impulsen. Nachdem 99 999 Impulse gezählt wurden, wird der nächste durch das UITD-Gatter 33 übertragene Impuls ein Endsignal auslösen, welches den Impulsfrequenzmultiplikator 39 verläßt.. Dieses Endsignal wird dazu verwendet, den Umlauf zu beenden. Wenn die Frequenz des Signals f_Q zunimmt, was auf ein Anwachsen der Winkelgeschwindigkeit der Spindel 10 (Pig. 1) zurückzuführen ist, wird die Zeit, die benötigt \d.rd, das Schneidwerkzeug 10a über eine vorgegebenen Wegstrecke relativ zu dem Werkstück zu bewegen, automatisch verkleinert werden. Aus diesem Grund wird die Zeit zum Erzeugen eines Endsignals durch die höhere Frequenz des Signals f verkleinert. In gleicher Weisej wie die Vorschubzahl anwächst nimmt die Zeit für einen Umlauf durch die Wirkung des Impulsfrequenzmultiplikators #0- ab. Diese Technik zum Erzeugen eines Endsignais hat bereits in manchen herkömmlichen Steuereinrichtungen Verwendung gefunden.

Im folgenden soll die Art und Weise, in we Icher eine Vorschub- \ zahl in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel errechnet wird, anhand der Fig. 4 erläutert werden. Die modale Geschwindigkeit, gemessen in Millimeter pro Umdrehung, wird über die Daten-Verteilereinheit 12 (Fig. 1) an einen dezimalen Frequenzmultiplikator 50 weitergeleitet. In gleicher V/eise wird der vektorielle Abstand D der Schrifctabweichungen hX und ΔΥ von dem D-Rechner 19 mit Hilfe der Steuerung der gemeinπameη nteuoreinheit 14 an einen dezimalen FrequenamilbipLikabor 51 gel ei beb, nachdem der D-He elin or 19 den

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vektoriellen Abstand D aus den ßchrittabweichunpjen LX und .'.Γ errechnet hat. Die Rechnung kann unmittelbar durch Bilden der Quadratwurzel aus der Summe der einsein quadrierten Schrittabweicbungen durchgeführt v/erden, was jedoch nicht bedeutet, daß diese nicht in irgendeiner anderen Form aus den Schrittabweichungen LX und ΔΥ gebildet v/erden kann.. Die dezimalen Impulsfrequensinultiplikatoren 50 und 51 arbeiten mit einem Dezimal zähl er ^l)2 und einen dezimalen Impulsfrequenzmultiplikator 53 zusammen, um in dem. Dezimal zahl er 52 eine Zahl zu bilden, welche gleich ist dem Verhältnis aus der modalen Geschwindigkeit IPR zu dem vektoriellen Abstand D, die definitionegemäß gleich der Vorschubzahl ist, die von dem Impulsfrequenzmultiplikator 30 benötigt wird. Das wird dadurch erreicht, daß Impulse mit einer ersten Frequenz f^ über ein UND-Gatter 54 geleitet werden. Die Frequenz der durch den Impulsfrequenzmultiplikator 50 über ein ODER-Gatter 55 übertragenen Impulse ist dann gleich dem Produkt f^, · IPR. ITber ein UlTD-Gatter 56 werden Impulse mit der gleichen Frequenz ΐ* geleitet, die jedoch mit den durch das TJITD-Gatter 54 übertragenen Impulsen nicht phasengleich sind, was durch ein Flip-Flop FF, vom T-T'yp gesteuert wird. Das Flip-Flop FF, arbeitet als binärer Schaltkreis in Abhängigkeit von Taktimpulsen mit einer Frequenz 21* aus dem Taktgenerator 13 (Fig. 1).

Zuerst wird der Dezimalzähler 52 durch einen nicht dargestellten RücksteilSchaltkreis auf Null gesetzt. Dieser Rückstellschaltkreis stellt alle internen dekadischen Zahler der Impulsfrequenzmultiplikatoren 5°»51 und 53 auf Hull, "bövor der Vorschubwert IER und der D-Wert unter der Steuerung der gemeinsamen Steuereinheit 14 eingebracht wird. Als Folge davon wird dep durch ein ODER-Gatter 57 dargestellte Ausgang des Impulsfrequenzmultiplikators 53 am Anfang ein Signal der Frequenz Null abgeben. Jedoch wird fast gleichzeitig ein Flip-Flop FF. vom JK-Typ in seinen zweiten Schaltzustand durch einen Taktimpuls geschaltet, welcher zeitlich mit einem Impuls aus dem ODER-Gatber 55 zusammenfällt. Wenn das Flip-Flop FF. in seinen

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zweiten Schaltzustand geschaltet ist, überträgt ein UITD-Gattcr 58, ö.or: er. einer Anschluß nit dem Q-Ausgangcanschluß des Fljp-Flopr: T£ _L verbunden int, Impulse vom ODEIi-Gatter an cen 3»eziinal:"^:'.hler 52.

"Wenn tier Dozir,: l^hler 52 Impulse von dem UITD-Gatter 58 erhält, wird der' liultipliliationsfaktor für den Inpulsfrequenznultj~lil:ator ; > -uu einen bestimmten Wert über seinen anfänglichen V.'ert ImIl ei^höht. Dadurch v:ird -verursacht, daß Impulse über das ODER-Gatrer 57 an die dekadischen Zähler des Impuls-. freq\ien=riultiplikators- 51 geleitet v/erden. Dadurch v/ird die Frequenz ar. -Ausgang de." ODER-Gatters 5? gleich dem Produkt . U · f., v.Ob ei Ii eine Zahl in dem De^imalsähler 52 ist. Die Frequenn eines Ir.pul s züge ζ an Auepro ng eines ODER-Ga tters v;ird pleich den Produkt f^· IT · D.

Da die das UITD-Gatter 56 verlassenden Inpulse, die sun Entstehen der Inpulc-lrette nit der Frequenz f^¹ II · D führen, nicht pleichpliarir- nit den Impulsen aus dein TÜtD-Gatter 54-sind, die 2un Entstehen der Isipulskette nit der Frequenz f^ · IPR führen, erhalten die Eincangranschlünse J und II des Flip-Flops FF_/+ Inpulse aus den ODER-Gattern 55 und 59, die nicht in Phase liegen. Dementsprechend wird das Flip-Flop FF^ in seinen ersten Schaltzustand übergeführt,-wenn durch das ODER-Gatter 59 ein Impuls übertragen wird. Der durch das ODSR-Gatter 55 übertragene nächste Inpuln kann deshalb das UITD-Gatter 5& nicht passieren, jedoch verursachen, daß das Flip-Flop FF^ wieder in seinen ersten Schaltzustand übergeht. 'Venn'dann ein weitere^r Impuls durch das ODER-Gatter 55 übertragen wird, bevor das ODER-Gatter 54- ein Impuls verläßt-"(weil die Frequenz f. · IPR größer als die Frequenz f ^j '· N · D ist), wird" der Dezimalzähler 52 weiter schrittweise betätigt, v/as zu einer Erhöhung der Zahl N führt, wodurch, die Frequenz der durch das ODER-Gatter 59 übertragenen Inpulse steigt.

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Das wird so lange fortgeführt bis die Frequenz f,. · N · D Cl ei cii der Frequenz f* · 1.PR ist. Zu dieser Zeit int das ProduJct H · D gleich der modalen Geschwindigkeit IPR. Deshalb ist die Zahl K die benötigte Vorschubzahl FRlT, um die vektoi'iolle Geschwindigkeit eines Schneidwerkzeugs 10a konstant zu halten.

Da die Seit sum Berechnen der Vorsehubzahl FRlJ nicht gleich ist, ist die gemeinsame Steuereinheit 14 so ausgelegt, daß an den Mefiwerturnformer 32 erst dann ein Start impuls abgegeben wird, um die errechnete Vorschubzahl FIiIT an den Impulsfrequenzmultiplikator 30 weiterzuleiten, wenn die maximal benötigte Zeit verstrichen ist. In der Praxis kann es sein, daß der Impulsfrequenzmultiplikator 30 kein internes Register zum Speichern der Vorschubzahl FRlT auf v/eist. Wenn dies nicht der Fall ist, muß der Iießwertumformer 32 mit einem Speicherregister versehen sein. Das kann dadurch erreicht werden, daß ein Flip-Flop vom D-Typ für {jedes Bit eines vier dekadischen Zählers in dem Dezimalzähler 52 vorgesehen ist. Ein an die Taktanschlüsse all dieser Flip-Flops geleitetes Startsignal v/ird dann verursachen, die errechnete Vorschubzahl FRlT in den Meßwertumformer 32 einzuführen und darin zu speichern. Wenn ein Umlauf vollendet ist, wird der Meßwertumformer 32 dann durch ein Endsignal zurückgestellt, was jedoch nicht unbedingt notwendig ist, da eine neue Vorschubzahl FRlI die laufende Vorschubzahl FRlT ersetzen kann, wenn das nächste Startsignal für den nächsten Umlauf auftritt. Dieses v/ird natürlich nur dann durch die gemeinsame Steuereinheit 14 eingeleitet, nachdem diese aus dem Umrißsignalgenerator 20, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Endsignal erhält.

Anhand der Fig. 5 soll nun ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben werden* Da der Vorschub.frequenzgenerator 18* (Fig. 1) die Aufgabe hat, einen Impuls zug mit einer Frequenz f · FRlT zu erzeugen, worin FRIT das Verhältnis zwischen V (programmiert als Vorschubwert IPR) und D ist, ist es möglich, die Frequenz f

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_BAD _ommAl.

der Impulse von der Spindel-Logikeinheit 17 unmittelbar mit dem .Vorschubwert- IPE in einem Impulsfrequenzmultiplikator 60 zu multiplizieren. Die Frequenz f . · IPR der Impulse wird dann, in Verbindung mit einen ODER-Gatter 61, unmittelbar mit dem reziproken Wert von D in einem Impulsfrequenzmultiplikator 62 multipliziert. Auf diese Weise ist die Impulsfrequenz •in Verbindung mit einem ODER-Gatter 63 gleich dem Produkt der Frequenz f und dem Verhältnis von V zu D.

Durch das ODER-Gatter 63 werden keine Impulse an den Umrißsignalgenerator 20 übertragen bevor nicht ein Startsignal eine. UmlaufSteuereinheit 64 in den zweiten Schaltzustand übergeführt hat, um das UND-Gatter 33 in der im Zusammenhang, mit Fig. 4 beschriebenen V/eise, in Funktion zu setzen. Ein Endsignal schaltet die UmlaufSteuereinheit 64 wieder in den ersten Schaltzustand zurück, wenn eine Anzahl von Impulsen für die x-und y-Achsen, die gleich den entsprechenden numerischen Steuerdaten ist, übertragen wurde.

Aus dem bisherigen ist leicht ersichtlich, daß der in Fig. 1 dargestellte Vorschubfrequenzgenerator 18 gegenüber dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wesentlich einfacher gestaltet v/erden kann, wenn der reziproke Wert von D durch einen D-Rechner 19' bereitgestellt werden kann, der derart abgeändert ist, daß er den reziproken Wert von D in einem weiteren Arbeitsschritt nach der Berechnung des Wertes D errechnet.

Aus den bisherigen Ausführungen ist ersichtlich, daß hiermit eine wesentlich verbesserte Frequenzsteuerung für die .Grundvorschubimpulse eines Vorschubfrequenzgenerators in einem numerischen Steuersystem als Funktion der Winkelgeschwindigkeit der Spindel offenbart wurde. Der Vorschub wird sowohl als Funktion der Spindeldrehzahl als auch der programmierten Geschwindigkeit und des vektorieIlen Abstandes D gesteuert.

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Die Erfindung int nichi; auf die ausgeführten Beispiele beschränkt. Es ist eine große Anzahl von Abwandlungen der Erfindung möglich. Insbesondere kann der Vars.chubfrequenzgenerntor 18 und der Unrißrjignalgencrator 20 zur Anpassung an unterschiedliche Arbeitsbedingungen auch anders als in der in Pig. 4 dargestellten Ausführungsform ausgeführt sein.

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Claims

Patentansprüche

1. Steuereinrichtung zum Steuern der relativen Geschwindigkeit des Vorschubs eines Werkzeugs zu einen Werkstück mit einer mit einer Spindel versehenen Haschine, die dazu in der ^age ist, ein Werkzeug relativ zu einen'-Werkstück in zueinander senkrechten Rieh tunken schrittweise zu bewegen und bei der eine Schrittbewegung entlang einer vorgegebenen Achse in Abhängigkeit von einen entsprechenden Steuerbefehl auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß .ein erster Signalgeber (15) zur Abgabe eines.der'Winkelgeschwindigkeit-der Spindel proportionalen ersten Signals (f ) vorgesehen ist, daß ein von diesem ersten Signalgeber steuerbarer zweiter Signalgeber (18) zur Abgabe eines der gewünschten Geschwindigkeit in einer Richtung proportionalen zweiten Signale vorgesehen ist, das einen Vektor von Steuerbewegungen in mehreren Richtungen entspricht, daß ein Steuersignalgeber (20) mit nehreren Ausgängen vorgesehen ist, dessen jeder Auegang einer der Bewegungsrrchtungen des Werkzeuts (10ä)-zugeordnet ist, und daß jeden der Ausgänge eine entsprechende Anzahl von Impulsen (P , P „) für die ihnen zugeordnete Richtung der Bev/egung zuführbar ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g ο kenn zeichnet, daß das acste und zweite Signal Impulswiederholfrequenzen aufweist und die an den Ausgängen liegenden Signale Impulszüge darstellen.

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3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch

g· e k, e η η ζ e i c h η e t , daß die Anordnung aura Erzeugen den zweiten Signals einen Vornchubfrequenzgenerator (18) enthält, der einen Reforenzinpulszug in Abhängigkeit von numerischen Datonbefehlen für aufeinander senkrecht stehende Achsen mit einer Frequenz abgibt, die proportional dem Verhältnis der gewünschten und in linearen räumlichen Einheiten pro Undrehung der Spindel (10) ausgedrückten Geschwindigkeit zu der gewünschten vektoriellen Abweichung einer Werkzeugmaschine ist, daß die Anordnung zum Erzeugen mehrerer Ausgangssignale (P ,P ) einen Umrißsignalgenerator (20) enthält, der in Abhängigkeit von diesem Impulszug zum Umsetzen der jeder Achse zugeordneten numerischen Daten in einer entsprechenden Anzahl von Impulsen, steuerbar ist,daß diese Impulse einer Häschinen-Servosteuerung (22) mit einer der gewünschten Geschwindigkeit proportionalen Frequenz zuführbar sind, daß das erste Signal (f_Q) ein Impulszug einer der V/inke Ige sch windigkeit der Spindel (10) proportionalen Frequenz ist, und daß der 'Vorschubfrequenzgenerator (18) in Abhängigkeit von dem ersten Signal so steuerbar ist, daß der von ihm erzeugte Referenzimpulszug ein arithmetisches Kittel des ersten Signals und des genannten Verhältnisses darstellt.

4. Steuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Anordnung zum numerischen Programmieren einer linearen gleichzeitigen Bewegung während aufeinander folgender Umläufe der Haschine zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug entlang der Achsen, dadurch gekennzeichnet , daß der Vorschubfrequenzgenerator (18) eine Multiplikation der Frequenz seines Eingai^impulszüges mit einem Faktor vornimmt, der gleich dem Verhältnis der gewünschten Geschwindigkeit des Werkzeugs (10a) relativ zu dem Werkstück zu der gewünschten vektoriellen Abweichung, die das Werkzeug während eines Umlaufes der Maschine in

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Abhängigkeit von der programmierten Abweichung durchläuft, ist, daß dabei ein Impulszug von Vorschubimpulsen mit einer Frequenz erzeugbar ist, die proportional der Winkelgeschwindigkeit der Spindel (10) ist, daß der Umrißsignalgenerator (20) in Abhängigkeit von den VorschuMmpulsen der 'multiplizierenden Anordnung steuerbar ist, um die Periode des Umlaufes der Kaschine als Verhältnis zu der Frequenz der Vorschubimpulse festzulegen und gleichzeitig deren Anzahl zu bestimmen, die gleich den numerisch programmierten Daten für jede Achse ist. "

5· ■■■' Verfahren zum Steuern der relativen Geschwindigkeit eines Werkzeugs gegenüber einem Werkstück in einer Haschine mit einer Spindel und einer Anordnung zum schrittweisen Bewegen des Werkzeugs in aufeinander senkrecht stehenden Richtungen, wobei ein Schritt entlang einer bestimmten Achse in Abhängigkeit von einem Steuerbefehl zur Bewegung in dieser Richtung durchgeführt wird, dadurch g e k e η η ζ e i ch η e t ,daß ein erstes Signal erzeugt wird, das proportional zu der Winkelgeschwindigkeit der Spindel ist, daß ein zweites Signal erzeugt wird, das proportional dem Verhältnis der gewünschten vektoriellen Geschwindigkeit der Anordnung zum schrittweisen Bewegen des Werkzeugs zu dem vektoriellen Abstand ist, über den diese Anordnung in Abhängigkeit von programmierten Bewegungen entlang der Achsen bewegt wird, daß das erste und zweite Signal miteinander multipliziert wird, um ein Produktsignal zu erhalten, welches der Winkelgeschwindigkeit der Spindel und dem genannten Verhältnis proportional ist, und daß die Frequenz de.r der Anordnung zugeführten Impulse, in Abhängigkeit vom Wert des Produktsignals variiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η ζ ei c ha et , daß das erste,das zweite und das Produktsignal Pulswiederholfrequenzen aufweisen, daß der Schritt

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zum Verändern der Frecmens des Cignols, das der Anordnung zugeführt; wird, ein Abzahlen der Anzahl der Impulse doc der Anordnimg zugeführten Fro dul:t signals umfaßt, die für _t"jecie der Achsen gleich den entsprechenden numerischen, programmierter; Daten ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die gewünschte vektorielIe Geschv/indigkeit in Einheiten pro Umdrehung der Spindel programmiert ist.

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