DE2034374A1 - Steuereinrichtung fur eine Werkzeug maschine - Google Patents

Steuereinrichtung fur eine Werkzeug maschine

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DE2034374A1
DE2034374A1 DE19702034374 DE2034374A DE2034374A1 DE 2034374 A1 DE2034374 A1 DE 2034374A1 DE 19702034374 DE19702034374 DE 19702034374 DE 2034374 A DE2034374 A DE 2034374A DE 2034374 A1 DE2034374 A1 DE 2034374A1
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Marion Wickhffe Ohio Kosem (V St A )
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Bunker Ramo Corp
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Description

Patentan
wälte
P 3377-29/Zi
THE BlfflKER-RAKO CORPORATION
Oakbrook North, Oak Brook, Illinois 60521 /USA
"Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine. '
Die Erfindung "bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine' mit einer Spindel zum· Aufrechterhalten einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit eines Werkstücks relativ zu einem Schneidwerkzeug.
In bekannten Steuereinrichtungen zum Steuern des Vorschubs einer Maschine mit einer Spindel, welche eine relative Drehbewegung zwischen einem Schneidwerkzeug und einem Werkstück herstellt, wird häufig der Vorschub entlang zwei oder mehr senkrecht aufeinander stehender Achsen in Längeneinheiten.-pro Umdrehung; (IPR) programmiert. Die Steuerung des Vorschubs als Punktion der Winkelgeschwindigkeit'der Spindel ist moglicn, wenn ein Spindeldekoder vorgesehen ist, der Grandvorschubirnpulse mit einer Frequenz abgibt, die proportional der Winkelgeschwindigkeit der Spindel ist. Eine derartige Steuerung inb wünschenßi/ert, um eine vorgegebene-netallabtragleintuns \ aufrechtzuerhalten*
009881/1644
if·
In der Anwendung für eine Drehbank ist die Metallabtragleistung eine Punktion der programmiert eh Vorschubges'chwindigkeit (IPR), der relativen Umfangsgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug, ausgedrückt in Oberflächenlängeneinheiten pro Zeiteinheit (SPM), und der Tiefe des Schnittes. Diese Parameter sind geläufig und in diesen Einheiten in einschlägigen Handbüchern für die verschiedensten Werkstückmaterialien und Werkzeugzusammensetzungen zu finden. Es ist anzustreben, eine numerische Werkzeugmaschinensteuerung zu entwickeln,die eine konstante Umfangsgeschwindigkeit ψ zwischen einem Werkstück und einem Schneidwerkzeug, unabhängig von programmierten Verschiebungen des Werkzeugs relativ zum Werkstück senkrecht zur Drehachse, aufrechterhält. Das wurde näherungsweise durch eine zusätzliche Programmierung der Spindelgeschwindigkeit für unterschiedliche Achsabstände des Werkzeugs am Umriß des Werkstücks erreicht. Jedoch ist es erstrebenswert, die gewünschte Oberflächengeschwindigkeit unabhängig vom Umriß des Werkstücks zu programmieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung anzugeben, mit der es möglich ist9 eine vorgegebene fe Umfangsgeschwindigkeit zwischen einem Werkstück und einem Schneidwerkzeug selbsttätig aufrechtzuerhalten*,
Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht dsriiioj die vorgegebene VorschubgescbwincLigkeit und Umfangs=- geschwindigkeit als Funktion der Winkelgeschwindigkeit'einer Spindel aufrechtzuerhalten, die eine relative Drehbewegung zwischen einem Schneidwerkzeug und einem Werkstück v«rur·= 3aeM;s wobei die Lage des Schneidwerkzeugs gegenüber dem Werkstück in Abhängigkeit von programmierten Steuerbefehlen ser>.k??eelit aur Drehachse variabel isto
Diese Mfgäbe wird gemäß der Erfindung dadurch gelost, daß ein erster Generator zum Erzeugen eines ersten Signals vorgesehen ist, das proportional der Winkelgeschwindigkeit der Spindel ist, daß ein Vervielfacher vorgesehen ist, mit dem das erste Signal mit einem aus der Lage des Werkzeugs gegen--' über der Achse der relativen Bewegung abgeleiteten Faktor 'multiplizierbar ist, um ein zweites Signal zu erhalten, &s proportional der momentanen Umfangsgeschwindigkeit ist, daß ein zweiter Generator ..zum Erzeugen eines dritten Signals vorgesehen ist, das der vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit proportional ist, daß ein Vergleicher vorgesehen ist, mit dem das zweite Signal mit dem dritten Signal vergleichbar ist, daß ein Steuergenerator vorgesehen ist, dessen Steuersignal' proportional der im Vergleicher erhaltenen Differenz ist, und daß ein Spindelantrieb vorgesehen ist, dessen Drehzahl von dem' Steuersignal steuerbar ist.
Ein Spindeldekoder erzeugt Gründvorschubimpulse mit einer Frequenz, die proportional der Winkelgeschwindigkeit der Spindel ist. Diese Grundvorschubimpulse werden mit einem Faktor multipliziert, der der durch Steuerbefehle gegebenen Lage des Schneidwerkzeugs senkrecht zur Drehachse der Spindel proportional ist, wodurch ein erster Impulszug erzeugt wird, der proportional der momentanen Umfangsgeschwindigkeit ist. Es wird ein zweiter Impulszug erzeugt, der proportional der vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit ist,und seine Frequenz mit der des ersten verglichen. Die daraus erhaltene Differenz wird laufend integriert und äs Integral dazu benutzt, die Spindeldrehzahl proportional zu steuern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen -anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels ' 4 gemäß der Ei'f indung und
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinrichtung nach Fig. 1 zur Steuerung der Umfangsgeschwindigkeit.
Fig. 1 zeigt die wesentlichen Bestandteile einer numerischen Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einer Spindel 10. Die Einrichtung enthält ein Tonband-Wiedergabegerät 11 zum Auslesen einen Steuerprogramms, welches die schrittweisen Lageänderungen des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück beschreibt. Das Programm enthält auch Kodeworte, die' Steuerfunktionen beinhalten, die notwendig sind, um eine automatische Bewegung des Werkzeugs 1Öa zu gewährleisten.
Die Steuerdaten, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind auf den Tonband in einzelnen Blöcken kodiert. Jeder Block beinhaltet einen Steuerbefehl für einen vektoriellen Abstand in Absolutwerten X und Y oder in einzelnen Schritten ΔΧ'und ΔY für die einzelnen Achsen. Wenn das Programm in Absolutwerten vorliegt, muß ein Vergleich zwischen den Steuerdaten und der momentanen Lage des Werkzeugs relativ zu einem von der Spindel 10 bewegten Werkstück 10b angestellt werden, um die einzelnen Schritte, die das Werkzeug in verschiedenen Raumrichtungen durchlaufen muß, festzulegen. Wenn jedoch die in dem Programm gespeicherten Daten bereits in schrittweiser Form vorliegen, können die Steuerdaten dazu verwendet werden, das Werkzeug die vorgegebenen Schritte aus seiner momentanen Lage heraus zu bewegen. Zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung sei angenommen, daß die Steuerdaten entlang zweier aufeinander senkrecht stehender Achsen in schrittweiser Form vorliegen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf zwei Achsen und auf ein derartiges Programm beschränkt.
00988371644
Jeder Datenblock 'enthält außerdem eine Angabe für den Vorschub, die entweder in Form einer Vorschubzahl (FIM) oder als modale Geschwindigkeit, beispielsweise in Zentimetern pro Umdrehung (IPR) ausgedrückt ist. Wenn der Vorschub als modale Geschwindigkeit ausgedrückt ist, ist eine Anordnung erforderlich, um die Vorschubzahl aus der modalen Geschwindigkeit ,und den vektoriellen Abstand D des Werkzeugs,über den es in Abhängigkeit von Steuerbefehlen zu bewegen ist, zuerrechnen, um die vektorielle Geschwindigkeit des Werkzeugs zu steuern. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der Vorschub als modale Geschwindigkeit in Zentimetern pro Umdrehung (IPR) der Spindel 10 ausgedrückt ist.
Die numerischen Steuerdaten werden blockweise in eine Datenverteilereinheit 12 eingelesen, wo die Daten für die \tfeitere Verteilung an die Einheiten der numerischen Steuereinrichtung dekodiert werden. Zur Darstellung der vorliqgenden Erfindung wird ein zweiaxiales (x und y) Steuersystem beschrieben« Die Erweiterung auf ein dreiaxiales System bereitet keine Schwierigkeiten. Die durch die Verteilereinheit 12 aufzuschlüsselnden Steuerdaten beinhalten axiale Schrittbewegung (/iX und Δ Y) und als modale Geschwindigkeit (IPR) ausgedrückte Angaben über den Vorschub.
Ein Taktgenerator 13 erzeugt Grundtaktimpulse, die dem ganzen numerischen Steuersystem zugeführt werden, während eine gemeinsame, durch den (Taktgenerator 15 gesteuerte Steuer- · einheit 14 vorgesehen ist, die Taktsignale erzeugt, um den einwandfreien Ablauf der a\ifeinanderfolgonden Arbeitsgänge der Steuereinrichtung zusteuern.
DaB bisher Ausgeführteist in vielen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen üblich. Eine über die bekannte Einrichtung hinausgehende Verbesserung besteht darin9 daß ein Spindel« clekodor 15 vorgesehen ist,' der eiriou die l>rolibevjc:gunp; der
009883/ IP I1 k .. . - β
Spindel schrittweise auflösenden Meßwertumforner 16 enthält, welcher über eine Spindellogikeinheit 17 die wesentliche Verbin- f dung zwischen einem Vorschubfrequenagenerator 18 und der Spindel 10 herstellt. Der Meßwertumformer 16 ist. mechanisch über ein Getriebe mit der Spindel 10 verbunden und gibt Impulszüge mit einer Frequenz, die proportional der Winkelgeschwindigkeit der Spindel 10 ist, über die Leitungen Λ und B ab. Der Meßwertumformer 16 kann auch auf einer dritten, nicht dargestellten Leitung einen Ausgangsimpuls pro Umdrehung liefern, der als Referenzsignal in solchen Ausführungen dient, wo, wie beim Gewindeschneiden ein synchronisiertes Anlassen erforderlich ist.
Der Meßwertumformer 16 erzeugt beispielsweise 25ΟΟ Impulse pro Umdrehung auf jeder der beiden Leitungen A und B. Die
beiden Signale auf den Leitungen A und B sind jedoch um ' 90° phasenverschoben. Diese Signale werden der Logikeinheit 17 zugeführt, die sie in einen einzigen Impulszug von 10.000 Impulsen pro Umdrehung der Spindel umformt.
Der programmierte Vorschub wird normalerweise in Längeneinheiten pro Umdrehung (IFR) ausgedrückt, während der Spindeldekoder 15 eine Anzahl von Impulsen (d„he 10.000) pro Umdrehung der Spindel 10 erzeugt. Der Vorschubfrequenzgenerator 18, der einen VorschubfrequenzvervielfacSier enthält, erzeugt, ein Ausgangssignal mit einer Impulsfrequenz, die von der Winkelgeschwindigkeit der Spindel 10 und dem programmierten Vorschub (IPR) abhängt und dazu benutzt wird., um die vektorielle Geschwindigkeit eines Schneidwerkzeugs relativ zu einem Werkstück unabhängig τοη prograamierten Lageänderungen i\X MrA tS aufrechtzuerhalten«,
öä dz-Kv Vorgelmb als modal© Geschwindigkeit in Längeneinheiten ρΐΌ l?:iu:>?9i.«\mg vorliegt und nicht in Form einer Vorsehubzahl (ILT"; cH :■ i^ ^i eh dem Ve-rimltnis" der vorgegebenen Ge schwind ig-
keit V zum vektoriellen Abstand D der programmierten Lageänderung δΧ und δΎ ist, ist"es notwendig, den Vorschubfrequenzgenerator 18 mit dem reziproken Wert von D, d.h. 1/D zu speisen. Um den Wert 1/D zu bilden, ist ein Rechner 19 vorgesehen, welcher den Vert D aus den programmierten Lageänderungen b, X und AY errechnet (oder annähert) und aus diesem Wert .eine Zahl errechnet, die dem VorsclTubfrequenzgenerator in digitaler Form zuführbar ist. Der Vorschubfrequenzgenerator 18 erhält Impulse mit einer Frequenz, die gleich dem Produkt f » IPR ist und erzeugt Impulse mit einer Frequenz, die gleich dem Produkt f Q · IPR ■· 1/D ist.
Ein Umrißsignalgenerator 20 ist vorgesehen, dem der Ausgangsimpuls aus dem Vorschubfrequenzgenerator 18 zugeführt wird und der eine bestimmte Anzahl von Impulsen P und P für
χ y . ■■ ■ die ix- und y-Achse der Steuereinrichtung erzeugt, um sie einer Maschinenservosteuereinheit 22 zuzuführen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt der Umrißsignalgenerator 20 eine lineare Interpolationsfunktion unter der Verwendung von Frequenzvervielfachern. Es ist jedoch zu bemerken, daß der Umrißsignalgenerator 20 auch mit digitalen Differentialintegratoren bestückt sein kann, um die Interpolationsfunktionen zu erzeugen. Es sei weiterhin bemerkt, daß jede bekannte Einrichtung für eine mehraxiale lineare oder nicht-lineare Interpolation Verwendung finden kann. Das /.usgangssignal des Umrißsignalgenerators 20 besteht also aus Impulszügen P und P , wobei jeder Impulszug einer
■ χ ■ y .
.Achse zugeordnet ist. Die Anzahl der Impulse in jedem Impulszug ist abgestimmt auf die programmierten Lageänderungen und ihre Frequenz ist proportional der Impulsfrequenz aus dem Vorschubfrequenzgenerator 18.
Im Umrißsignalgenerator 20 wird der Impulszug aus dem Vorschubfrequenzgenerator als Zeitgeber für den Maschinenumlauf benutzt. Wenn beispielsweise die maximal programmierbare Be- · wegung für einen Datenblock 9,9999 cm beträgt und die Anzahl
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der Impulse für eine volle Bedienung 99.999 ist, wird diese Anzahl von Impulsen (der Einfachheit halber 10O1OOO) aus dem Vorschubfrequenzgenerator 18 als Periode eines Maschinenumlaufes abgenommen, um einen Datenblock zu vollenden. Der Umrißsignalgenerator 20 kann deshalb auf fünfdekadißchen Zählern bestehen, die 100v000 Impulse abzählen können, nachdem • sie ein Startsignal a\is der gemeinsamen Steuereinheit 14 erhalten haben. Wenn diese Anzahl von Impulsen abgezählt ist, wird ein Endsignal erzeugt, um das Zählen der Impulse zu ' beenden. Das Endsignal wird der gemeinsamen-Steuereinheit 14 zugeführt, um den nächsten Datenblock abzurufen.
Die Servosteuereinheit 22 erhält die Impulszüge P und P , aus dem Umrißsignalgenerator 20 und erzeugt analoge Signale-, die proportional der Frequenz der'Impulszüge sind, um die Geschwindigkeit und die Lageänderung von Stellgliedern 2p zu steuern. Die Servosteuereinheit 22 vergleicht auch die durch SchrittbefehJe aus der Anzahl der Impulse P und P festgelegte Bezugslage mit der momentanen Lage des Werkzeugs, die über Rückkoppelmeßumformer 24 und 25 für die einzelnen Achsen χ und y gemessen wird. Wenn die Differenzen zwischen der Referenzlage und der tatsächlichen Lage auf Null reduziert worden ist, werden die Stellglieder 23 durch die Servo- | Steuereinheit 22 angehalten.
Die bisher beschriebene Einrichtung gewährleistet eine numerische Steuerung des Vorschubs, der proportional der Winkelgeschwindigkeit der Spindel 10 ist. Es wird also eine vorgegebene vektorielle Geschwindigkeit des Werkzeugs 10a relativ zu einem Werkstück 10b in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit der Spindel 10 aufrechterhalten. Um eine konstante Umfangsgeschwindigkeit unabhängig von programmierten Lageänderungen ΔΧ des Werkzeugs 10a entlang der auf der Drehachse der Spindel und dem Werkstück senkrecht stehenden x-Aclise aufrechtzuerhalten, ist eine Steuereinheit 26 für die Umfangsgeschwindigkeit vorgesehen. Da
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die Frequenz f des Impulszuges von der Logikeinheit 17 proportional der momentanen Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks 10b ist, kann ein Signal mit einer der momentanen Umfangsgeschwindigkeit des Werkzeugs 10a relativ zu einem Werkstück 10b proportionalen Frequenz durch die MuItiplikation des Impulszuges der Frequenz f mit dem Abstand X des Werkzeugs
der Drehachse erhalten werden. Der Wert X kann aus den Steuerbefehlen für die Lageabweichung ΔΧ abgeleitet werden. Ein Spindelantrieb 27 wird durch ein Steuersignal gesteuert, welches durch Vergleich des Frequenzproduktes f · X mit einer Frequenz, die proportional der gewünschten Umfangsgeschwindigkeit (SFM) ist, abgeleitet wird.
Jeder der Steuerbefehle für die Lageäbweichung ΔΧ und AY, die aus dem Tonband ausgelesen werden, enthält ein Signal ( ein Bit), welches in dem Umrißsignalgenerator 20 gespeichert wird. Zur Interpolation braucht der Umrißsignalgenerator 20 dann nur die ImpulSKÜge P und P an die Servosteuereinheit 20 abzugeben, die gleich den programmierten Lageänderungen &X und ΔΥ sind. Das Signal für jede programmierte Lageänderung wird an die Servosteuerung der Maschine zusammen mit dem Impulszug übertragen. Dementsprechend sind die Kanäle für die Impulszüge P und P_ in Fig. 1 gleichzeitig als Übertragungskanäle für das genannte Signal zu verstehen.
Da der P -Kanal das Signal für die programmierte Lageänderung
!X.
wird, kann daran ein Vor-ßückwärtszähler angeschlossen werden, der die Schrittbefehle ΔΧ integriert, indem er entsprechend den Impulsen■ P„ in Abhängigkeit von einem positiven oder negativen Signal vorwärts oder rückwärts zählt, Weiterhin ist der-P —Kanal zwischen dem Urnrißsignal generator 20 und der Servosbeue.reinheit 22 auch mit der Steuereinheit 26 für die Uirifarif^ngorjchv/indigkeib der i'.plndel verbunden.
- 10 00-9883/164-4
Ein "bevorzugtos Ausführimgsbeispiel der Steuereinheit 26 zur Steuerung der Umfangsgeschwindigkeit der Spindel sei anhand der Pig. 2 "beschrieben. Ihre Bedeutung in auf eine Spindel bezogenen numerischen Steuereinrichtungen, beispielsweise Drehbänken, liegt darin, daß die Spandicke, die das Schneidwerkzeug abträgt, d.h. die Abtragleistung, eine Funktion ,des programmierten, in Längeneinheiten pro Umdrehung (IPR) ausgedrückten Vorschubes, der Tiefe des Schnittes und der relativen Umfangsgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ist. .
Die vorgegebene Umfangsgeschwindigkeit ist unmittelbar in linearen.Einheiten, wie Längeneinheiten pro Minute auf der Oberfläche· (SPM^ programmiert. Wenn jäiese programmierte Umfangsgeschwindigkeit SPM zusammen mit dem programmierten Vorschub IPE gesteuert werden kann, wird eine konstante Abtragleistung erzielt, solange die Tiefe des Schnittes konstant gehalten wird.
Der Vorschub bei derartigen Drehbewegungen wird bestimmt durch die Winkelgeschwindigkeit der Spindel und dem"Radius des Werkstückes entlang der x-Achse. Die absolute Lage des Werkzeugs· entlang der x-Achse wird durch einen Vorwärts-Rückwärtszähler JO festgelegt, welcher die P -Impulse für jede Schrittabweichung X von der Spindelachse weg vorwärts : ■ und in umgekehrter Richtung rückwärts zählt. Das bedeutet, daß zu jeder beliebigen Zeit während des Arbeitsablaufes der Inhalt des Zählers 30 ein Maß für den momentanen Wert von X der Lage des Werkzeugs 10a zur x-Achse ist.
Der Zusammenhang zwischen der Umfangsgeschwindigkeit'und der Winkelgeschwindigkeit der Spindel wird durch folgende Formel ausgedrückt:
V » Ηω. ■ ' "
worin R der radiale Abstand des Schneidwerkzeugs 10a von
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der Spinde la ch.se und ω die Winkelgeschwindigkeit ist. Da der Zähler 30 für die x-Achse die Information über den Radius enthält und die Frequenz f aus dem Spindeldekoder 15 (Fig. Ό proportional der .Winkelgeschwindigkeit ist, kann folgende Beziehung.für die Umfangsgeschwindigkeit aufgestellt werden:
Um zu jeder Zeit einen Impulszug mit einer .Frequenz, die proportional der momentanen Umfangsgeschwindigkeit ist, zur Verfügung stellen zu können, wird der Impulszug der Frequenz f des Spindeldekoders 15 mit dem Inhalt des Zählers 30 durch einen Pulsfrequenzvervielfacher 31 multipliziert. Der durch ein QDER-Gatter 32 dargestellte Ausgang des Vervielfachers trägt ein Signal der Frequenz f · X, welches proportional der momentanen Umfangsgeschwindigkeit ist.
Ein Impulszug, dessen Frequenz proportional der vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit ist, kann auch in ähnlicher Weise unter Verwendung eines konstanten Signals mit der Frequenz 2fp aus einem in seiner Spannung konstant gehaltenen Oszillator 33 erzeugt werden. Ein Flip-Flop FFx. wird durch dieses Signal getriggert und gibt über ein UND-Gatter 34- und 35 Signale mit einer Frequenz f^ ab, die nicht in Phase liegen. Das ■ Signal aus dem UHD-Gatter 35 wird dann als Synchronisiertakt für den Spindeldekoder 15 benutzt. Auf diese Weise gewährleistet der durch die Logikeinheit 1? der Spindel und den Dekoder 15 erzeugte Impulszug, wie anhand der Fig. 1 beschrieben ist, daß der Impulszug mit der Frequenz f · X aus dem ODER-Gatter 32 außer Phase mit dem im Vervielfacher 36 und dem ODER-Gatter 37 erzeugten Inpulszug der Frequenz fρ · SFH ist.
Der Faktor SFM stellt einen programmierten Wert für die vorgegebene Umfangsgeschwindigkeit dar, die in Längeneinheiten entlang der Oberfläche pro Zeiteinheit ausgedrückt ist. Die
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- 12 -
if
Frequenz fρ · SFM ist alno dem vorgegebenen Vorschub proportional, .während die Frequenz f ♦ X dem tatsächlichen Vorschub proportional ist. Die beiden Frequenzen werden dann durch eine Antikoinzidenzschaltung, die ein JK-Fl ip-]j'lop FF2 und zwei UND-Gatter 38 und 39 enthält, verglichen. Das an einem der Ausgänge des einen der zwei UND-Gatter 38 bzw. 39 erscheinende Ausgangssignal besitzt eine Frequenz, die gleich der Differenz zwischen der vorgegebenen Frequenz fp· SFM und der tatsächlichen Frequenz f · X ist. Wenn ϊο· SFM größer als f · X ist, verursacht die Differenzfrequenz aus dem UND-Gatter 38, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler 40 eine Addition vornimmt. Wenn im anderen Fall die Frequenz f . X größer als die Frequenz f„ · SFM' ist, verursacht die Differenzfrequenz am Ausgang des UND-Gatters 39, daß der Vorwärts-Kückwärtszähler 40 "eine Subtraktion vornimmt. Wenn die tatsächliche Frequenz f · X gleich der vorgegebenen Frequenz f2 · SFM ist, gibt keines der UND-Gatter 38 und 39 einen Impuls an den Vorwärts-Rückwärtszähler 40 ab.
Es sei bemerkt, daß die gewählte Frequenz fp bestimmt wird durch die zum Programmieren des orschubs gewählten Einlieiten, indem der Steuervörschub fp· SFM gleich f ♦ X in einer stabilen Schleife ist. Andere Einlieiten als der Vorschub pro Minute können durch Wahl einer eigenen Frequenz fo programmiert werden. Die Wahl kann durch Einstellen einer bestimmten Spannung am Oszillator 33} beispielsweise durch ein Potentiometer 41 erfolgen, um ein Signal mit der doppelten als der vorgegebenen Frequenz f~ zu erzeugen. Die Stellung des Potentiometers 41 kann natürlich variiert werden, um den programmierten Vorchub aufzuheben.
Um das Ziisammenspiel des Flip-Flops FFp mit den UND-Gattern 38 und 39 zum Erzeugen einer Differenzfrequenz auf einer der zwei an den Vorwärts-Rückwärtszähler angeschlossenen Aungangsleitungen zu verstehen, sei wiederholt, daß der Impulszug mit der Frequenz fp» SFM nacht in Phase mit dem Iiupulszug der Frequenz f · X ist. Es sei nuch bemerkt, daß daß JK-FF0 durch dar. gleiche f.ijgnal potaktet wird, welches das
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Flip-l^lop FF. mit der Frequenz 2fρ triggert.. Angenommen die Frequenzen fo· SFM und f · X sind gleich, dann werden die-J- und K-Eingarigsanschlüsse des .Flip-Flops FFp abwechselnd während der Taktperiode des Signals mit der Frequenz 2fp eine bestimmte Spannung tragen. 'Dementsprechend wird ein Taktimpuls das Flip-Flop FFg zuerst in den zweiten Schaltzustand überführen, wodurch das UND-Gatter 38 leitend wird. Bevor jedoch ein weiterer'Impuls an den J-Eingangsanschluß gelangt, wird das Flip-Flop FFp durch einen folgenden Taktimpuls, der ankommt während der K-Eingangsanschluß die bestimmte Spannung trägt, xtfieder in den ersten Schaltzustand übergeführt. Demzufolge wird das UND-Gatter 38 gesperrt, bevor es einen Impuls übertragen kann. In gleicher Weise vilrd ein Taktimpuls das Flip-Flop FF.·, nachdem das Flip-Flop FFp in den ersten Schaltzustand übergeführt wurde, um das UND-Gatter 39 in Betrieb zu setzen, während des nächsten Impulses an den J-Eingangsanschluß in den zweiten Schaltzustand übergeführt, bevor ein weiterer Impuls an den K-Eingangsanschluß gelangt. Auf diese Weise x^ird das UND-Gatter 39 gesperrt, bevor es einen Impuls übertragen kann. Das bedeutet, daß weder das UND-Gatter 38 noch das UND-Gatter 39 Impulse übertragen kann, solange die Frequenzen fρ · SFM und f · X gleich sind.
Wenn die Frequenz fρ · SFM größer ist, kann das JK-Flip-Flop FFp in den zweiten Schaltzustand übergeführt werden-und. ein darauf folgender Impuls am J-Eingangsanschluß auftreten, bevor es den ersten Schaltzustand wiedereinnimmt. Es können also einer oder mehrere Impulse durch das UND-Gatter 38 immer dann übertragen v/erden, wenn das JK-Flip-Flop,seinen j'v/eiten Schaltzustand einnimmt. Solange die Frequenz fo· SFM größer als die Frequenz f · X ist, werden keine Impulse " durch d?i;; ■ UlTD-Gn tt er 39-überbragen, da das Flip-Flop.seinen or\;ben Schal b/zusbrind olnriimmb, bevor ein f ο Leen der Impuls am. K-Eirigan-jiJurinchluB ankommt. In pjl.eichcr l/oise gilb, daß
nur das MD-Gatter 39 Impulse überträgt, wenn die Frequenz f · X1 größer als die Frequenz, f ~ · SFH ist.
Angenommen die Frequenz f . X ist größer als die Frequenz fp- SFM, d.h. unter der Annahme, daß die tatsächliche Umfangsgeschwindigkeit größer als die vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit (SFM) ist, dann drückt sich die erforderliche Korrektur in einer Erniedrigung der Geschwindigkeit des Antriebsmechanismus es 27 der Spindel 10 aus. Diese Erniedrigung wird durch Impulse, die durch das UND-Gatter 39 übertragen werden, erreicht, indem der Vorwärts-Rückwärtszahler 40 nach rückwärts zählt. Ein Digital-Analogkonverter 42, der.an den Vorwärts-Rückwärtszähler 40 angeschlossen ist, gibt dann an den Antrieb 27 für die Spindel ein Steuersignal von niedrigerer Amplitude ab.
Der Antrieb 27 für die Spindel besteht im wesentlichen aus einem Energieverstärker für einen Antriebsmotor für die Spindel. Unterschiedliche, typenbedingte Eigenschaften von verschiedenen Spindelantrieben stören nicht, da es sich um einen geschlossenen Steuerkreis handelt. Dieser wird durch den Spindeldekoder 15» den Impulsfrequenzvervielfacher 31 und den Vorwärts-Rückwärtszähler 40 (die programmierten Werte SFM dienen als Bezugspunkt für die Steuerschleife) gebildet, da die Spindel ihre Antriebsenergie aus dem Antrieb 27 erhält,und das Signal aus dem Digital-Analogkonverter 42 dazu dient, die Antriebsenergie für die Spindel zu steuern.
Eine geschlossene Schleife dieses Typs hat entscheidende ■?. Vorteile. Der erste Vorteil liegt in der Genauigkeit, da . jide Abweichung innerhalb des Auflösungsvermögens der Einrichtung .verstärkt und durch die Rückkopplung aufgehoben wird. Das Auflösungsvermögen der Rückkopplung kann natürlich, durch Erhöhen der Grundtaktfrequenz 2fo und durch proportionales Erhöhen der Impulse pro Umdrehung der Signale A und B (Fig. 3)»
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aus denen die Signalfrequenz f abgeleitet ist, erhöht werden, Der·zweite Vorteil besteht darin, daß die Komponenten in der Schleife nicht kritisch sind. Beispielsweise braucht der Digital-^nalOgkonverter 4-2 nicht notwendigerweise eine exakt lineare Kennlinie besitzen. Wenn die Schleife geschlossen ist, wird der Vorwärts-Rückwärts zähl er 40 bei jeder Zahl, bei der eine Übereinstimmung zwischen." der vorgegebenen (prop-jrammierten) Umfangsgeschwindigkeit und der tatsächlichen Umfangsgeschwindigkeit besteht, aussetzen.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    ./ Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einer £>pin.del zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit eines Werkstücks relativ zu einem Schneidwerkzeug, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Generator (15) zum Erzeugen eines ersten Signals vorgesehen ist, das proportional der Winkelgeschwindigkeit der Spindel (10) ist, daß ein Vervielfacher (31) vorgesehen ist, mit dem das erste Signal mit einem aus der Lage des Werkzeugs (10a) gegenüber der Achse der relativen Bewegung abgeleiteten Faktor multiplizierbar ist, um ein zweites Signal zu erhalten, das proportional'der momentanen Umfangsgeschwindigkeit ist, daß ein zweiter Generator (18) zum Erzeugen eines dritten Signals vorgesehen ist, das der vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit proportional ist, daß ein Vergleicher (JO) vorgesehen ist, mit dem das zweite Signal mit dem dritten Signal vergleichbar ist, daß ein Steuergenerator (22) vorgesehen ist, deösen Steuersignal proportional der im Vergleicher erhaltenen Differenz ist, und daß ein Spindelantrieb (27) vorgesehen ist, dessen Drehzahl von dem Steuersignal steuerbar ist.
    2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g eic e η η zeichnet , daß das erste, zx^eite und dritte Signal Impulswiederholfrequonzen aufweist, und daß der Vergleicher (JO) derart ausgebildet ist, daß er laufend eine Differenz
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    zwischen den ihm zuführbaren Impulsen des zweiten "und dritten Signals "bildet. - . "
    3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch g e k en η ζ e i c h η e t , daß der Vergleicher (30) einen Steuerteil aufweist,- mit dem Steuerimpulse abgebbar sind, •wenn diesen phasenverschobene Impulse aus dem zweiten und dritten Signal zugeführt werden, daß ein Flip-Flop (FFg) vorgesehen ist, daß dieses FUp-F1Op in Abhängigkeit von Impulsen des dritten Signals in seinen zweiten Schaltzustand und in Abhängigkeit von Impulsen des zweiten Signals in seinen ersten Schaltzustand überführbar ist, daß ein Vorwärts-Rückwärtszähler (4-0) vorgesehen ist, und daß eine Gatter- schaltung (38,39) vorgesehen ist, um den Vorwärts-Rückwärtszähler für Impulse des dritten Signals in einer Richtung und für Impulse des zweiten Signals in der anderen Richtung zu betätigen, während das Flip-Flop" den zweiten bzw. ersten Schaltzustand einnimmt, wodurch die in dem-Zähler befindliche Zahl ständig den Wert des genannten Steuersignals repräsentiert.
    1V. Steuereinrichtung nach wenigstens, einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch g e k e η η ζe i c h η e t , daß ein Vorschubfrequenzgenerator (18) zum Erzeugen eines vierten Signals aus dem ersten Signal vorgesehen ist, welches der vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück in Richtung des Vektors der Steuerbewegungen im Raum proportional ist, daß ein Umrißsignalgenerator (20) vorgesehen IBb, mit dam aus dem vierten Signal Ausgangssignale ableitbar sind, die den einzelnen aufeinander senkrecht stehenden Richtungen zugeordnet nirid und dessen jedes Ausgangs sign al elrio I.nz ίύιΐ von Impulsen auf weißt, die der Steuerbewegung in diener Richtung entspricht.
    l). ".Steuereinrichtung nach wenigstens .einem .der Ansprüche 1 bin ^, dadurch g e k e η η·. ζ e ich η et, daß, das vierte Signal Impul furiederh öl frequenz on aufweist. .
    OR1G)NAL 009883/IBU -'3-
    -jr-
    6. Verfahren zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit eines Werkstücks relativ zu einem Werkzeug in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine-, die dazu in der Lage ist, das Werkzeug in aufeinander senkrecht stehenden Achsen relativ zu dem Werkstück" zu bewegen, wovon eine der Achsen senkrecht· auf der relativen Drehbewegung ,zwischen dem Werkzeug und. dem Werkstück steht, dadurch gekennzeichnet , daß ein erstes Signal erzeugt wird, welches proportional der Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück ist, daß dieses erste Signal mit einem Faktor multipliziert wird, der in einem Verhältnis zur kürzesten Entfernung des Werkzeugs von der Drehachse der Drehbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück steht, wodurch ein zweites Signal entsteht, welches der tatsächlichen Umfangsgeschwindigkeit des Werkzeugs relativ zu. dem Werkstück proportional ist, daß ein drittes Signal erzeugt wird, welches proportional der vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit ist, daß das zweite Signal mit dem dritten Signal verglichen wird, daß ein Steuersignal erzeugt wird, welches der Differenz zwischen dem zweiten Signal und dem dritten Signal proportional ist, und daß die Winkelgeschwindigkeit der relativen Drehbewegung in Abhängigkeit von diesem Steuersignal gesteuert wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k en η zeichnet , daß das erste, zweite und dritte Signal Iinpulswiederholfrequenzen aufweist und daß beim Vergleich zwischen dem zweiten und dritten Signal laufend Impulse des zweiten Signals von Impulsen des dritten Signals subtrahiert werden.
    .8. Verfahren nach Anspruch 6 und/oder 7»-dadurch gekennzeichnet , daß die Lage des Werkzeugs gegenüber der Achse der Drehbewegung senkrecht au dieser Achse
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    BAb
    nach einem Programm schrittweise durchgeführt wird, und daß die Umfangsgeschwindigkeit -der tangentialen Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug entspricht.
    9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem Impulse des zw3 iten Signals von Impulsen des dritten Signals subtrahiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß Impulse des dritten Signals, die mit Impulsen des zweiten Signals außer Phase liegen, festgestellt werden, daß ein Flip-Flop in Abhängigkeit von Impulsen des dritten Signals in den zweiten Schaltzustand und in Abhängigkeit von Impulsen des zweiten Signals in den ersten Schaltzustand übergeführt wird, daß Impulse des dritten Signals im zweiten Schaltzustand des Flip-Flops einem Vorwärts-Rückwärtszähler zugeführt werden, um ihn in einer Richtung zu betätigen, daß dem. Vorwärts-Rückwärtszähler Impulse des zweiten Signals im ersten Schaltzustand des Flip-Flops zugeführt werden, um ihn in der entgegengesetzten Richtung zu betätigen, wodurch der Inhalt des Zählers zu jedem Zeitpunkt den Wert des Steuersignals bestimmt.
    10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch g e k e η η ζ ei ch η e t , daß aus dem ersten Signal ein viertes Signal abgeleitet wird, das proportional einer vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück in Richtung eines Vektors von Steuerbewegungen in den aufeinander senkrecht stehenden Achsen ist, daß von dem vierten Signal Ausgangssignale abgeleitet werden, daß jedes Ausgangssignal einer der aufeinander senkrecht stehenden Richtungen zugeordnet ist, und daß jedes Ausgangssignal eine Anzahl von Impulsen auf v/eist, die der Steuei%ev7egung in der ihm zugeordneten Richtung entspricht.
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