DE2041508A1

DE2041508A1 - Numerische Lageregeleinrichtung fuer Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2041508A1
Application number: DE19702041508
Authority: DE
Inventors: Cooper Carrill Conley; Rhoades John Merrill
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-08-22
Filing date: 1970-08-21
Publication date: 1971-03-04
Also published as: FR2059636B2; GB1263687A; FR2059636A2

Description

Patentanwälte

Dr'.-Ing. Wilhelm Reiph&l .

Dipl-Ihg. Wolfgang Reichel

6 -Frankfurt a. M. 1 6377

Parkslraße 13

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

Numerische Lageregeleinrichtung für.Werkzeugmaschinen . '

Zusatz zum.Hauptpatent ....... (Patentanmeldung P 17.63 227.8-32)

Die Erfindung ist ein Zusatz zum Gegenstand des Hauptpatents
....... (Patentanmeldung P 17 63 227.8-32), das eine numerische Lageregeleinrichtung für Werkzeugmaschinen betrifft.

Bei der numerischen Lageregeleinrichtung nach dem Hauptpatent
werden die Relativbewegungen eines Werkstücks und eines dieses Werkstück bearbeitenden Werkzeugs mit Hilfe binärer Schaltwerke geregelt. Zu diesen Bewegungen gehört gewöhnlich eine Vorschubbewegung mit geregelter Geschwindigkeit, im folgenden auch Vorschubgeschwindigkeit genannt, mit der das Werkstück an das
Schneidwerkzeug oder das Schneidwerkzeug an das Werkstück herangeführt wird, um einen Schnitt auszuführen. Die Relativbewegung von Werkstück und Werkzeug umfaßt gewöhnlich ferner die Drehung einer Spindel mit geregelter Drehzahl, wobei die Spindel ange- . trieben wird, um das Werkstück zu drehen, oder eines drehbaren Werkzeugs, z.B. eines Schneidrads oder einer Messerscheibe.

Die optimale Vorschubgeschwindigkeit hängt heben der normalen
Forderung, daß die Bearbeitung so schnell wie möglich erfolgen
soll, von anderen, die Geschwindigkeit begrenzenden Faktoren

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ab, wie der Schärfe oder Stumpfheit des Werkzeugs, der Dicke des zu schneidenden Metalls, der Zusammensetzung des zu bearbeitenden Materials, der Härte und Hitzebeständigkeit des Werkzeugs und die Menge und Art des Kühl- und Schmiermittels, das bei der Bearbeitung verwendet wird. Eine zu hohe Vorschubgeschwindigkeit kann zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Werkstücks oder Werkzeugs führen. Es ist daher wichtig, bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen die Vorschubgeschwindigkeit jederzeit direkt und optimal zu regeln. Das Hauptpatent befaßt sich mit einer derartigen Vorschubregelung.

" Es wurde auch festgestellt, daß eine direkte und optimale Regelung der Spindeldrehzahl der 'Werkzeugmaschine gleichermaßen wichtig für die Bestimmung solcher betriebswesentlicher Größen, wie des Spindeldrehmoments, des Drehmoments der Stellmotoren für die X- und Y-Vorschubrichtung, der Werkzeugtemperatur und von Werkzeugschwingungen, ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Regeleinrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie in der Lage ist, die Spindeldrehzahl entweder zusammen mit der Vorschubgeschwindigkeit oder unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit zu regeln. Dabei soll die Spindeldrehzahl Ik unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit derart regelbar sein, daß die Oberflächengeschwindigkeit eines an dem Werkzeug vorbeigedrehten Werkstücks konstant ist und die Spindeldrehzahl beeinflussende Änderungen des Radius und Umfangs des Werkstücks kompensiert werden. Dies hat sich in vielen Fällen als besonders vorteilhaft erwiesen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Lageregeleinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einem Impulsfolgefrequenzwandler, der ein mehrstufiges Sollwertregister enthält, das eine Sollwertzahl speichert, die dem Sollwert der Relativgeschwindigkeit von Werkzeug und Werk-

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stück längs einer zu schneidenden Bahn oder Kontur entspricht, mit einem mehrstufigen Multiplizierzähler, der von einem Taktimpulsgeber abgegebene Taktimpulse zählt, mit einer ^sMultipliziertorschaltung, die Stufen des Sollwertzahlregisters und des Multiplizierzähler miteinander verbindet und eine Folge von Impulsen abgibt, deren Frequenz der gespeicherten Zahl entspricht, wobei das Sollwertregister als reversibler Zähler ausgebildet ist, Meßvorrichtungen oder Fühler vorgesehen sind, von denen jeder eine physikalische Größe des Werkzeugs oder Werkstücks mißt und ein elektrisches Signal als Maß für die jeweilige Größe abgibt, eine Signalamplitudenmeßschaltung vorgesehen ist, die feststellt, ob -eine dieser physikalischen Größen innerhalb oder außerhalb normaler vorbestimmter Grenzen liegt, eine logische Schaltung an eine Impulsquelle angeschlossen ist und von der Amplitudenmeßschaltung durchgeschaltetwird, wenn die gemessene physikalische Größe außerhalb normaler Grenzen liegt, so daß von der Impulsquelle abgegebene" Impulse über die logische Schaltung zum reversiblen Zähler . durchgeschaltet werden und die im reversiblen Zähler gespeicherte Zahl und infolgedessen die Frequenz der Ausgangsimpulse der Multipliziertorschaltung in der Richtung geändert wird, daß die gemessene physikalische Größe in den Bereich zwischen normalen Grenzen zurückgeregelt wird,--nach dem Hauptpatent ....... (P 17 63 227.8-32) dadurch gelöst, daß in der Einrichtung vorgesehen ist ein zweiter Impulsfolgefrequenzwandler, der von dem zuerst erwähnten Impulsfolgefrequenzwandler getrennt ist, ein Spindeldrehzahlsollwertdigitalisierer, der digitalisierte Spindeldrehzahlsollwertimpulse erzeugt, die einen Spindeldrehzahlsollwert darstellen, und diese dem Eingang des zweiten Impulsfolgefrequenzwandlers zuführt, ein Digital/Analog-Umsetzer, der dem zweiten Impulsfolgefrequenzwandler nachgeschaltet ist und die umgewandelte Impulsfolgefrequenz in ein analoges Spindeldrehzahlsteuersignal umsetzt, das die Spindeldrehzahl der Werkzeugmaschine bestimmt, und daß die Signalamplitudenmeßschaltung derart betreibbar ist, daß sie den jeweiligen ersten und zweiten Impulsfolgefrequenzwandler derart steuert, daß diese die jeweilige Vorschubsoll-

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wertfrequenz und Spindeldrehzahlsollwertimpulsfolgefrequenz in Abhängigkeit von durch die Zustandsfühler gemessenen physikalischen Zuständen veränderbar steuern und modifizierte Sollwertimpulsfolgefrequenzen zur unabhängigen Regelung der Vorschubgeschwindigkeit und Spindeldrehzahl der Werkzeugmaschine erzeugen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden an fc Hand von Zeichnungen ausführlicher beschrieben.

Die Figuren'1 und 2 stellen zusammen ein Blockschaltbild

einer nach der Erfindung ausgebildeten Einrichtung dar.

Die Fig. 3 zeigt Einzelheiten der Spindelradius-

kompensationsschaltung nach Fig. 2.

Die Regeleinrichtung nach den Figuren 1 und 2 führt eine Lageregelung in Richtung zweier zueinander senkrecht stehender Bewegungsachsen durch, die jeweils als X- Achse und als Y- Achse bezeichnet werden. Eine dritte Achse kann vorgesehen sein, ist P jedoch nicht dargestellt.

Die Einrichtung regelt eine Werkzeugmaschine, deren X- und Y-Vorschubachsen-Stellmotoren mit 121 und 121' bezeichnet sind (Fig. 1). Da die X- und Y- Regelkreise und ihre zugehörigen numerischen Steuerbauteile im wesentlichen gleich aufgebaut sind und gleich arbeiten, beschränkt sich die folgende Beschreibung auf die Y- Bauteile. Der Stellmotor 121 kann entweder das Werkzeug oder einen Tisch steuern, auf dem das Werkstück befestigt ist. Im folgenden sei angenommen, daß die Stellmotoren die Lage des Werkzeugs steuern.

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Für jeden der beiden X-. und Y- Stellmotoren ist ein Regelkreis vorgesehen, wobei der Y- Regelkreis.und der X- Regelkreis die Vorschubvorrichtungen unabhängig voneinander an-* treiben. Der Y- Regelkreis enthält einen Lageregler 122, der einen den Stellmotor 12.1 antreibenden Gleichstromverstär- .· ker enthält» Der Stellmotor 121 betätigt eine Vorschubvorrichtung oder ein Rädergetriebe. Der Stellmotor 121 treibt -ferner einen Istwertgeber 123 in Form eines Tachometers an, der dem Regler 122 ein Drehzahl-Istwertsignal zuführt. Der Stellmotor 121 treibt auch einen Lageistwertgeber 124 in Form eines Synchronresolvers an, der ein die Lage des Werkzeugs darstellendes Signal erzeugt. Das Ausgangssignal des , Lageistwertgebers 124 wird über einen Impulsformer 125 einem Phasendiskriminator 126 zugeführt. Der Phasendiskriminator dient zum Vergleichen der Istlage des Werkzeugs, die durch das Lageistwertsignal dargestellt wird, mit der Sollage, die durch den Dateneingabesteuerteil der Einrichtung mit dem Sollwertphasenzähler 142 vorgegeben wird. Die Phasenlage, des dem Phasendiskriminator -126 über eine Leitung 127 zugeführten Sollwertsignals wird mit der Phasenlage des vom Lageistwertgeber 124 erzeugten Lageistwertsignals verglichen. Die Differenz der Phasenlagen, die durch ein vom Diskriminator 126 dargestelltes Differenz- oder Fehlersignal dargestellt wird, ist ein Maß für die Differenz zwischen der Sollage und der Istlage, d.h. der Lageregelabweichung. Dieses Fehlersignal wird i einem Regler 122 über einen Digital/Analog-Umsetzer 128 zugeführt. Der Regler 122 steuert dann die Vorschubvorrichtung in Abhängigkeit vom Fehlersignal in eine Richtung, in der das Fehlersignal bzw. die Regelabweichung Null wird.

Die Sollwerte werden aus einer Dateneingabevorrichtung 131 Γ eingegeben. Die Sollwerte können in Lochstreifen, Lochkarte» oder auf Magnetband gespeichert sein. Die ■ "Dateneingabe vor- :richtung 13.1 liest die gespeicherten Sollwerte und erzeugt daraus digital verschlüsselte Signale/ die zur Regelung der. . . ..

.-Maschine erforderlich sind. Die nüaerischen .Eingangsinforma« .ti'onen sind digital, verschlüsselt■'und,'stellen die Geschwin-

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digkeit dar, mit der das Y/erkzeug auf einer vorbestimmten Bahn relativ zum V/erkstück bewegt werden soll. Die Eingangsinformationen stellen ferner die Bahnkomponenten in X- und Y- Richtung und/oder die Mittelpunkte von Kreisbögen dar, wenn es sich um eine kreisförmige Bahn handelt.

Die Einrichtung enthält ferner einen Bezugstaktoszillator 132, der eine Folge von Bezugstaktimpulsen erzeugt. Die Taktimpulse werden einem Bezugszähler 133 zugeführt, um die Bezugstaktfrequenz zu untersetzen und die verschiedenen Taktimpulsfolgefrequenzen zu erzeugen, die für den Betrieb der einzelnen Teile der Einrichtung erforderlich sind. Ein Ausgang des Bezugszählers ist über eine Leitung 134 mit der Vorrichtung 131 verbunden, um die Ausgabe der programmierten Befehle zu synchronisieren. Ein weiterer Ausgang des Zählers 133 speist über eine Lageistwertgeber-Stromversorgungsschaltung 135 den Lageistwertgeber 124.

Noch ein weiterer Ausgang des Bezugszählers 133 steht über eine von Hand zu bedienende Vorschubgeschwindigkeits-Ubersteuerungsschaltung 136, eine Verbindung 136A, einen Betriebsartenwählschalter 157 (Fig. 2), einen Vorschubgeschwindigkeitsimpulsfolgefrequenzwandler 21 und eine Verbindung 121B mit einem Bahngeschwindigkeitssollwertsteuerteil 137 (Fig. 1) in Verbindung. Die in den Bahngeschwindigkeitssollwertsteuerteil 137 geleitete Impulsfolge und die Anzahl der insgesamt in den Steuerteil für einen bestimmten Bahnabschnitt eingegebenen Impulse bestimmen den Sollwert der Bahngeschwindigkeit des Werkzeugs und die Länge des Bahnabschnitts, den das Werkzeug zurücklegen soll. Die Aufgabe des Steuerteils 137 besteht in der Umwandlung der aus dem Vorschubgeschwindigkeitsimpulsfolgefrequenzwandler 21 zugeführten Bezugsimpulsfolge in eine Impulsfolge, die eine (der Bewegungsgeschwindigkeit entsprechende) Zahl darstellt» die in einem Lochstreifen eingestanzt und von der Dateneingabevorrichtung 131 in die Einrichtung eingegeben wird. Diese Zahl wird als Vorschubgeschwindigkeitszahl, bezeichnet und dem Eingang eines Bahnfunktionsgenerators 138 zuge-' ' 109 810/1627

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führt. Der Funktionsgenerator 138 zerlegt das ihm von dem Bahngeschwindigkeitssollwertsteuerteil 137 zugeführte Bahngeschwindigkeitsollwertsignal in zwei Komponenten- Impulsfolgen entsprechend der gewünschten Geschwindigkeitskomponenten in Richtung der X- und Y- Achse in Übereinstimmung mit programmierten Sollwerten. Die Y- Impulsfolgefrequenz, die am Ausgang des Funktionsgenerators 138 erscheint, wird dem Eingang eines Y-Längenzählers 139 zugeführt, der die Länge der Bahn steuert, auf der das Maschinenelement bei einem bestimmten Schnitt."entlanggeführt werden soll. Zu diesem Zweck wird von der aus der Vorrichtung 131 in den Längenzähler 139 eingegebenen, programmierten Zahl aus für jedes Bewegungsinkrement, das vom Funktionsgenerator zugeführt wird, um einen ' Zählschritt rückwärts gezählt, bis der Zählerstand des Längenzählers den Wert Null erreicht. Wenn der Zähler 139 die Anzahl der Impulse auszahlt, die gleich dem Sollwert der Bahnlänge ist, wird die Abgabe von Bewegungs- bzw. Vorschubimpulsen so lange unterbrochen, bis ein neuer Block von Befehlen in den Funktionsgenerator und die Längenzähler übertragen worden ist. Diese Übertragung wird dadurch ausgelöst, daß alle Längenzähler den Zählerstand Null erreichen.

Die Bewegung der Werkzeugmaschine wird durch einen Sollwert-'-phasenzähler 142 gesteuert, dem eine Sollwertimpulsfolge zugeführt wird, die am Ausgang des Längenzählers 139 erscheint. | Im Sollwertphasenzähler 142 wird die Y-Koordinatensollwertimpulsfolge algebraisch mit einer Bezugstaktimpulsfolge summiert, die über eine Verbindung 133A vom Bezugszähler 133 zugeführt wird. Wenn der Y-Vorsehubgeschwindigkeitssollwert keine Bewegung in Y-Richtung verlangt und die Verkzeugmaschi- ■ ne stillsteht, ist die Impülsfolgefrequenz der vom Funktionsgenerator 138 abgegebenen Impulsfolge Null, so daß die Phasenlage der vom Sollwertphasenzähler 142 abgegebenen phasenmo- dulierten Impulsfolge konstant gehalten wird. Der Sollwert- ^; phasenzähler 142 und der Lageistwertgeber 24 sind so ausgebildet, daß sie unter diesen Umständen Signale abgeben, deren

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Impulsfolgefrequenz genau gleich ist und die in Phase sind. Das vom Phasendiskriminator 126 abgegebene Fehlersignal ist daher Null, so daß das Maschinenelement weiterhin stillsteht. V/enn dem Längenzähler 139 jedoch eine Impulsfolge vom Funktionsgenerator 138 zugeführt wird, hat die algebraische Addition dieser Impulsfolge mit der Bezugstaktimpulsfolge die Wirkung, daß die Phasenlage der Ausgangsimpulse des Phasenzählers 142 relativ zur Phasenlage der Istlage-Impulsfolge, die dem Phasendiskriminator vom Lageistwertgeber 124 zugeführt wird, entweder vorverschoben oder verzögert wird. Der Lageregler 122 treibt daher den Y-Vorschub-Stellmotor 121 in der passenden Richtung und mit einer Geschwindigkeit an, die dem Fehlersignal proportional ist, das im Phasendiskriminator 126 gebildet und jenem über den Digital/Analog-Umsetzer 128 zugeführt wird. Da die Y-Vorschubvorrichtung ihre Bewegung fortsetzt, durchläuft sie schließlich die gesamte Strecke bzw. Länge, die für einen speziell vorgeschriebenen Schneidvorgang erforderlich ist. Wenn diese Strecke zurückgelegt ist, wird dies vom Y-Längenzähler 139 festgestellt und ein Sperrsignal erzeugt, das dem Sollwertphasenzähler 142 zugeführt wird und bewirkt, daß die Eingabe weiterer Impulse in den Sollwertphasenzähler aus dem Funktionsgenerator verhindert wird.

Der Spindeldrehzahlsollwertgeberteil enthält eine Spindeldrehzahl-Sollwertzähler 52 (Fig. 2), dem über einen seiner Eingänge ein Sollwert für die Spindeldrehzahl entweder über Drehschalter oder eine Verbindung 131A aus der Dateneingabevorrichtung 131 (Fig. 1) zugeführt wird. Außerdem wird dem Spindeldrehzahlsollwertzähler 52 eine Bezugstaktimpulsfolge aus dem Bezugszähler 133 über einen Wählschalter 151 zugeführt, der so eingestellt werden kann, daß die Bezugstaktimpulse vom Zähler 133 direkt über eine Verbindung 133B oder die von Hand zu betätigende Vorschubgeschwindigkeitsübersteuerungsschaltung 136 und die Verbindung 136A zugeführt werden. Der Spindeldrehzahlsollwertzähler 52 erzeugt dann eine Spindeldrehzahl-Impulsfolge in Übereinstimmung mit dem Spindeldrehzahlsollwert. Die

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resultierende Spindeldrehzahlsollwertimpulsfolge wird dann über eine Verbindung 52A einem Spindeldrehzahiimpulsfolgefrequenzwandler 51 zugeführt, in de.m sie in der unten beschriebenen Weise gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Spindeldrehzahlimpulsfolgefrequenzwandlers 51 wird dann über eine Verbindung 51B und einen Digital/Analog-Umsetzer . 50 sowie einen Rechenverstärker 56 dem Spindelantriebsmotorregler 153 zugeführt. Der Spindelantriebsmotorregler 153 steuert den Spindelmotor 154. Der Spindelmotor dreht das Werkstück relativ zum Werkzeug oder das Werkzeug relativ zum Werkstück.

Ein Spindeldrehzahlgeber 155 in Form eines Tachometers", das mit der Welle des Spindelantriebsmotors 154 verbunden ist, führt dem Spindelantriebsregler 153 ein Drehzahlistwertsignal zu, um die Drehzahl des Spindelantriebsmotors zu regeln.

Die Impulsfolgefrequenz der im Spindeldrehzahlsollwertzähler 52 erzeugten Impulsfolge stellt den Sollwert der Spindeldrehzahl dar. Dieses Spindeldrehzahlsollwertsignal kann dann in dem Spindeldrehzahlimpulsfolgefrequenzwandler 51 digital beeinflußt werden, um die Drehzahl des Spindelantriebsmotors .zu steuern. Das digital verschlüsselte Spindeldrehzahlsollwe-rtsignal wird dann im Digital/Analog-Umsetzer 50 in ein analoges Signal umgesetzt, dessen Betrag dem Spindeldrehzahlsollwert entspricht und das vom Spindelmotorregier 153 verwendet werden kann.

Der Rechenverstärker 56 enthält eine Verstärkungseinstellrückführschaltung 156, die mehrere Digital/Analog-Umsetzerelemente enthält, die durch ein Schaltwerk zum Ändern der Verstärkung des Rechenverstärkers 56 in umgekehrter Abhängigkeit von Änderungen* des Radius eines bearbeiteten Werk-»': stückteils gesteuert w:erdenDurch Anwendung dieser Steuerung kann die. Einrichtung als Drehbankregeleinriohtimg; verwendet f bei der für eine glelchbleifeende Oberflächengeschwia»

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digkeit des Werkstücks relativ zum Werkzeug gesorgt ist. Für diese Steuerfunktion werden vom Bahnfunktionsgenerator 138 Radiusänderungsdaten über eine Verbindung 138A zugeführt. Der Aufbau und die Wirkungsweise der Verstärkungseinstellrückführschaltung 156 wird an Hand von Fig. 3 ausführlicher beschrieben.

Der Vorschubgeschwindigkeitsimpulsfolgefrequenzwandler 21 und Spindeldrehzahlimpulsfolgefrequenzwandler 51 v/erden von den Ausgängen 27A und 27B der Bezugsvergleich- und Vorrangeingangsgrößen-Auswahlsteuerschaltung 27 selektiv gesteuert. Die Schaltung 27 kann einen von beiden Impulsfolgefrequerizwandlern 21 und 51 oder beide unabhängig steuern. Der Schaltung 27 werden mehrere Eingangssignale von mehreren Betriebszustandsfühlern zugeführt, die Betriebszustände wie das Y-Drehmoment (Belastung) bei 122A, das X- Drehmoment (Belastung) bei 122A', die Werkzeugtemperatur in 69, die Werkzeugauslenkung in 68, die Werkzeugschvringung in 67, das Spindeldrehmoment in 153A und die Spindelleistung in 153B messen. Die Schaltung 27 wählt einzelne Betriebszustandseingangsmeßgrößen zur Steuerung des Vorschubgeschwindigkeitsimpulsfolgefrequenzwandlers 21 oder des Spindeldrehzahlimpulsfolgefrequenzwandlers 51 oder beider in Abhängigkeit von der ausgewählten Betriebsart aus.

Die Schaltung 27 kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß sie auf das Spindeldrehmomentsignal auf der Verbindung 153A und die X- und Y- Drehmomentsignale auf den Verbindungen 122A¹ und 122A anspricht und -bestimmt, welches dieser Signale Vorrang haben soll und den Vorschubgeschwindigkeitsimpulsfolgefrequenzwandler 21 in Abhängigkeit von dem vorrangigen Drehmomentsignal steuert.

Der Impulsfolgefrequenzwandler 21 wird durch die Schaltung über die Steuerschaltung 21A gesteuert. In ähnlicher Weise wird der' Spindeldrehzahllmpulsfolgefrequenzvrandler 51 von der Schal-

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tung 27 über die Steuerschaltung 51A gesteuert. Der Impulsfolgefrequenzwandler 21 , die Steuerschaltung 21A und die Schaltung 27 sind in dem Hauptpatent ausführlicher dargestellt und beschrieben. Der Impulsfolgefrequenzwandler 21 entspricht dem Impulsfolgefrequenzwandler 60 nach dem Hauptpatent. Die Steuerschaltung 21A entspricht der Kombination der Impulsfolgefrequenzauswählsehaltung 54, der Amplitudenmesser 50-53 und des Rechenverstärkers48 nach·dem Hauptpatent. Die Schaltung 27 enthält den algebraischen Summierer 320, die Dioden 31-33, die Bezugssignalquellen 45-47, den Wählschalter 30 und die Verbindungselemente nach dem Hauptpatent.

Nach der Erfindung ist ein· vollständig separater Impulsfolgefrequenzwandler 51 zur Regelung der Spindeldrehzahl zusammen mit der Steuerschaltung 51A vorgesehen. Dieser Impulsfolgefrequenzwandler 51 stellt ein zusätzliches Bauteil dar, dessen Aufbau im wesentlichen dem des Impulsfolgefrequenzwandlers 60 nach dem Hauptpatent entspricht. Die angeschlossene Steuerschaltung 51A enthält eine zusätzliche Schaltung, deren Aufbau der logischen Impulsfolgefrequenzauswählsehaltung 54, den Amplitudenmessern 50-53 und dem Rechenverstärker 48 nach dem Hauptpatent entspricht. Der Impulsfolgefrequenzwandler ist unabhängig steuerbar, und zwar über die Steuerschaltung 51A durch die Schaltung 27 in Abhängigkeit von den verschie- | denen Betriebszustandsfühlem.

In einer Betriebsart erhält der Impulsfolgefrequenzwandler 21 Impulse vom Schalter 157 über eine Verbindung 136A aus der von Hand zu betätigenden Vorsehubgeschwindigkeitsübersteuerungsschaltung 136 nach Fig. 1. Bei dieser Betriebsart und der in der Zeichnung dargestellten Stellung des Schal- ■ ters 157 wird die Vorschubgeschwindigkeit unabhängig von der Spindeldrehzahl bestimmt. In einer typischen Betriebsart wird die Vorschubgeschwindigkeit dann begrenzt, um ein zu hohes Spindelmotordrehmoment zu verhindern.

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Nach Fig. 1 ist ferner ein Güteverhältnisanzeiger 159 über Leitungen 21C und 51C jeweils an die reversiblen Zähler angeschlossen, die in dem Vorschubgeschwindigkeitsimpulsfolgefrequenzwandler 21 und dem Spindeldrehzahlimpulsfolgefrequenzwandler 51 enthalten sind. Durch Vergleichen der numerischen Ausgangssignale der Impulsfolgefrequenzwandler, die den Istwert der Vorschubgeschwindigkeit und den Istwert der Spindeldrehzahl anzeigen, mit dem von der Dateneingabevorrichtung 131 eingegebenen Vorschubgeschwindigkeits- und Spindeldrehzahl-Sollwert zeigt der Güteverhältnisanzeiger 159 der Bedienungsperson der Einrichtung die relative Betriebsgüte der Maschine an. Der Anzeiger 159 zeigt daher Schwierigkeiten an, die einen Werkzeugwechsel oder eine andere Wartung der Maschine erforderlich machen können.

Wenn die Einrichtung in einer Betriebsart für konstante Spandicke betrieben werden soll, wird der Wählschalter 157 auf den Kontakt 161 umgeschaltet. Die dann dem Impulsfolgefrequenzwandler 21 zugeführte Impulsfolge wird über einen Vorverstärker 163 (Fig. 2) vom Ausgang eines Spindeldrehzahlistwertverschlüßlers 162 abgenommen, der mit dem Läufer des Spindelantriebsmotors 154 drehbar ist. Dabei werden vom Verstärker 163 über eine Verbindung 133B aufgenommene Taktimpulse in Abhängigkeit von Spindeldrehzahlistwertsignalen modifiziert, die ihm vom Verschlüßler 162 zugeführt werden, bevor sie über den Schalter 157 zum Impulsfolgefrequenzwandler 21 weitergeleitet werden. Aufgrund dieser Verbindung wird die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Spindeldrehzahl geregelt, so daß die Dicke des Spans, der während des Betriebs der Maschine durch das Werkzeug vom Werkstück abgehoben wird, konstant bleibt. Wenn daher das Drehmoment des Werkzeugs zunimmt, weil das Werkzeug stumpfer oder das bearbeitete Material härter wird, werden die Spindeldrehzahl und Vorschubgeschwindigkeit gleichzeitig geändert, um die Drehmomentzunahme zu kompensieren, während die Spandicke gleichzeitig konstantgehalten wird.

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Die Einrichtung kann auch auf andere kritische Zustände ansprechen. Wenn beispielsweise das Werkzeug beschädigt ist und zu starke Schwingungen bzw. Vibrationen ausführt, kann der Spindeldrehzahlsollwert in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Schwingungs- bzw. Vibrationsfühlers geändert werden, und . zwar dahingehend, daß die Vorschubgeschwindigkeit und/oder Spindeldrehzahl so lange verringert wird, bis die Schwingung bzw. Vibration auf einen zulässigen Wert verringert worden ist. Wenn sich die Leistungsfähigkeit unzulässig'weit verschlechtert hat, signalisiert der'Leistungsfahigkeits- oder Gütefühler 159 der Bedienungsperson, daß ein Werkzeugwechsel erforderlich ist, oder er kann die Maschine selbsttätig anhalten, 'wenn die Güte oder Leistungsfähigkeit sehr gering ist.

Im folgenden soll die Verstärkungssteuerungsrückführschaltung 156 nach Fig. 2 ausführlicher beschrieben werden, die in einem Rückführzweig des Rechenverstärkers 56 liegt. Die Schaltung156 enthält einen reversierbaren digitalen Zähler, in dem ein Wert gespeichert wird, der dem Radius desjenigen Teils entspricht, der bearbeitet wird. Der Radius-Zähler wird zu Beginn über die Dateneingabevorrichtung 131 nach Fig. 1 auf den Anfangsradius eingestellt. Danach wird der Radius durch eine Übertragung von Impulsen über die Verbindung 138A .aus dem Bahnfunktionsgenerator 138 korrigiert. Diese Impulse entsprechen den Impulsen, die auch dem X-Längenzähler 139'zugeführt werden. Die Vorschübgeschwindigkeit in X-Richtung entspricht Änderungen der Lage des Werkzeugs in bezug auf den Radius des Werkstücks, das bearbeitet wird. Der reversierbare Radius-Zähler» der in der Schaltung 156 enthalten ist,, ist in den Zeichnungen nicht ausführlich dargestellt. Er kann jedoch· in herkömmlicher Weise ausgebildet sein.

Nach Fig. 3 ist ^eder Stufe des reversierbaren Radius-Zählers ein Digital/Analog-ümsetzer 10Ia-IOIn nachgeschaltete Diese:· pigital/Analog-Umsetzer liegen alle parallel an gemeinsamen Verbindungen 145 uad 146. und über, eine Entkopplungsdlode 143

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am Rechenverstärker 56, der in Fig. 3 um der Klarheit willen nochmals dargestellt ist. Jeder der Digital/Analog-Umsetzer 101a-101n besteht aus einem Transistor und einem Dioden-Tor, der', wenn er durchgesteuert ist, einen Stromkreis über den angeschlossenen V/iderstand 144 zwischen den gemeinsamen Verbindungen 145 und 146 schließt. Der Wert des V/iderstands 144 ist direkt proportional den; Ziffernv/ert, der durch die Zählerstufe dargestellt wird, an die ein bestimmter Digital/Analog-Umsetzer angeschlossen ist. Die Widerstände sind so ausgelegt, daß die Summe der Leitfähigkeiten der Parallelkreise, die durch alle eingeschalteten Digital/Analog-Umsetzer gebildet werden, den Radius genau darstellt. Je höher daher die Gesamtleitfähigkeit dieser Rückführzweige ist, umso größer ist der angezeigte-Radius. Dies ist zweckmäßig, da die Spindeldrehzahl bei einem großen Radius des Werkstücks geringer sein sollte. Dies wird durch Erhöhung der Leitfähigkeit der Rückführzweige und entsprechende Verringerung der Spannung und Drehzahl des Motors erreicht.

Die Verbindung vom Ausgang der Zählerstufe des reversiblen Zählers zum Digital/Analog-Umsetzer 101^a ist durch die Zahl 10 gekennzeichnet. Diese Zahl stellt den Wert dar, der durch diese Stufe des Zählers registriert wird. Auch die anderen Digital/Analog-Umsetzer 101b-101n sind jeweils durch entsprechende Werte an ihren Eingangsanschlüssen gekennzeichnet. Der andere Eingang aller Digital/Analog-Umsetzer ist ein gemeinsamer Schalteingang 147, der die Einrichtung in der Radiuskompensationsbetriebsart steuert. Jeder der Umsetzer 101a-101n ist nur durch das Vorhandensein von Eingangssignalen an seinen beiden Eingangsanschlüssen betreibbar, z.B. an den Eingangsanschlüssen 10 und 147 des Umsetzers 101a.

Wenn eine Konstantgeschwindigkeitsbetrlebsart anstelle der Radiuskompensationsbetriebsart gewählt werden soll, wird das Schaltsignal vom Anschluß 147 weggenommen und stattdessen einem Steuereingang 148 ein Schaltsignal zugeführt, das eine Schal-

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tung 152 durchschautet _t die ähnlich ausgebildet ist, wie die Umsetzer 101a—101η. Dadurch ergibt sich ein einziger Rückführschaltungsimpedanzwert, der nicht ,auf Radiusänderungen einstellbar Ist. .

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Claims

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Patentansprüche

η.) Numerische Lageregeleinrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einem Impulsfolgefrequenzwandler, der ein mehrstufiges Sollwertregister enthält, das eine Sollwertzahl speichert, die dem Sollwert der Relativgeschwindigkeit von Werkzeug und Werkstück längs einer zu schneidenden Bahn oder Kontur entspricht, mit einem mehrstufigen Multiplizierzähler, der von einem Taktimpulsgeber abgegebene Taktimpulse zählt, mit einer Multipliziertorschaltung, die Stufen des Sollwertzahlregisters und des Multiplizier-

P Zählers miteinander verbindet und eine Folge von Impulsen abgibt, deren Frequenz der gespeicherten Zahl entspricht, wobei das Sollwertregister als reversibler Zähler ausgebildet ist, Meßvorrichtungen oder Fühler vorgesehen sind, von denen jeder eine physikalische Größe des Werkzeugs oder Werkstücks mißt und ein elektrisches Signal als Maß für die jeweilige Größe abgibt, eine Signalamplitudenmeßschaltung vorgesehen ist, die feststellt, ob eine dieser physikalischen Größen innerhalb oder außerhalb normaler vorbestimmter Grenzen liegt, eine logische Schaltung an eine Impulsquelle angeschlossen ist und von der Amplitudenmeßschaltung durchgeschaltet wird, wenn die gemessene

fc physikalische Größe außerhalb normaler Grenzen liegt, so daß von der Impulsquelle abgegebene Impulse über die logische Schaltung zum reversiblen Zähler durchgeschaltet werden und die im reversiblen Zähler gespeicherte Zahl und infolgedessen die Frequenz der Ausgangsimpulse der Multipliziertorschaltung in der Richtung geändert wird, daß die gemessene physikalische Größe in den Bereich zwischen normalen Grenzen zurückgeregelt wird, nach dem Hauptpatent (P 17 63 227.8-32), dadurch gekennzeichnet , daß in der Einrichtung vorgesehen ist ein zweiter Impulsfolgefrequenzwandler (51), der von dem zuerst erwähnten Impulsfolgefrequenzwandler (21) getrennt ist, ein Spindeldrehzahlsollwertdigitalisierer (52), der digitalisierte Spindeldrehzahlsollwert-

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impulse erzeugt, die einen Spindeldrehzahlsollwert darstellen, und diese dem Eingang des zweiten Impulsfolgefrequenzwandlers zuführt, ein Digital/Analog-Umsetzer (50), der dem zweiten Impulsfolgefrequenzwandler (51) nachgeschaltet ist und die umgewandelte Impülsfolgefrequenz in ein analoges Spindeldrehzahlsteuersignal umsetzt, das die Spindeldrehzahl der Werkzeugmaschine bestimmt, und daß die Signalamplitudenmeßschaltung (27) derart betreibbar ist, daß sie den jeweiligen ersten und zweiten Impulsfolgefrequenzwandler (21, 51) derart steuert, daß diese die jeweilige Vorschubsollwertfrequenz und Spindeldrehzahlsollwertimpulsfolgefrequenz in Abhängigkeit von durch die Zu-. standsfühler (67, 69, 69) gemessenen physikalischen Zu- . ständen veränderbar steuern und modifizierte Sollwertimpulsfolgefrequenzen zur unabhängigen Regelung der Vorschubgeschwindigkeit und Spindeldrehzahl der Werkzeugmaschine erzeugen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dad u r c h

g e k e ή η ζ e i c h η e t , daß eine Vorranggrößenauswahlsteuer schaltung (27) zum Auswählen einer der physikalischen Betriebsgrößen zur Steuerung des Betriebs des zuerst erwähnten Impulsfolgefrequenzwandlers und des zweiten Impulsfolgefrequenzwandlers vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch

g e k e η η ζ e i ohne t , daß eine der zu messenden physikalischen Größen das Drehmoment ist und die Einrichtung eine Drehraomentfühlvorrichtung (153J 122, 122") zum Bilden von Signalen, die das Spindeldrehmoment darstellen, und. zum getrennten Bilden von Signalen,, die. jeweils das Drehmoment von Vorschubmotoren für mindestens zwei verschiedene Vorschubaehsen (Y,X) darstellen, enthält, und daß die Voryang=' größenauswäfaXscfaaltung (2?.) .derart betreibbar Xst_p daß sie ■ da@ vorrangige Drehmoment signal zur Steuerung; dss B^tritfes .'

.i.o.s0to/i^:627

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4. Einrichtung nach .einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Spindeldrehzahlmeßvorrichtung (162) und eine Steuervorrichtung (163), die eine Impulsfolge zur Steuerung des zuerst erwähnten Impulsfolgefrequenzwandlers (21) und zur Bildung einer abgewandelten Vorschubgeschwindigkeitsimpulsfolge (21B) erzeugt, die ein gesteuertes Verhältnis in bezug auf die Spindeldrehzahl hat, so daß die Spindeldrehzahl und Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine derart proportional veränderbar steuerbar sind, daß die Dicke des vom Werkzeug während eines Bearbeitungsvorgangs abgehobenen Spans weitgehend konstant geregelt ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (159) zum Vergleichen des Vorschubgeschwindigkeitssollwertes (von 131) mit dem Vorschubgeschwindigkeit sausgangssignal (21C) des zuerst erwähnten Impulsfolgefrequenzwandlers (21) zum Anzeigen der Bearbeitungsgüte der Werkzeugmaschine enthält.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Vergleichsvorrichtung (159) eine Vorrichtung zum Vergleichen des Spindeldrehzahlsollwertes (von 131) mit dem Ausgangssignal (51C) des zweiten Impulsfolgefrequenzwandlers (51) zum Anzeigen der Bearbeitungsgüte oder des Bearbeitungswirkungsgrades hinsichtlich der Genauigkeit, mit der die Spindeldrehzahl und Vorschubgeschwindigkeit auf den Sollwert geregelt wird, enthält.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei c ii η e t , daß sie eine Vorrichtung (156,56) zum Ändern der Spinde!drehzahl in Abhängigkeit von Anderuuigen des Radius eines von der Werkzeugmaschine bearbeiteten Teils in einer Rj chtung und um einen

Betrag, die bzw, der eine Konstanthaltung der Oberflächenge schwindigke11 de s beai be11 eΐ en I"e11s relativ zum Werkzeug

bewirkt, enthält. 1098 IQ/162?

BAD ORIGINAL
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch

ge k e η η ζ ei c h η e t , daß sie eine Spindeldrehzahlbetriebsartauswahlvorrichtung (147,148) zum wählbaren Trennen der radiusempfindlichen Spindeldrehzahländerungsvorrichtung (156) und zum Verbinden einer Konstantdrehzahlrege !vorrichtung (152) zum Regeln der Spindeldrehzahl enthält.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,

da durch g e k e η η ζ e ic h η et, daß die Vorrichtung (156,56) zum Ändern der Spindeldrehzahl einen Spindelmotordrehzahlregler mit einem Rechenverstärker (56) und eine Vorrichtung (156) zum Ändern der Verstärkung des Rechenverstärkers in Abhängigkeit von einer Änderung des Radius eines Teils, das bearbeitet wird, so daß die Ausgangssignale des Rechenverstärkers selbsttätig dahingehend korrigiert werden» daß der Sollwert der Oberflächengeschwindigkeit des an der Werkzeugspitze vorbeibewegten Teils konstant bleibt, wenn sich der Radius des bearbeiteten Teils ändert, enthält.
10. Einrichtung nach. Anspruch 9, dadurch

ge k e η η ζ e i c h η e t , daß die Vorrichtung (156) zum Verändern der Verstärkung des Rechenverstärkers (56) mehrere wählbar betätigbare Digital/Analog-Ümsetzer (101a-101n), die parallel in einem Rückführzweig des Verstärkers liegen, und einen digitalen Radius-Zähler enthält, der derart betreibbar ist» daß er eine dem gemessenen Radius des bearbeiteten Teils entsprechende Zahl speichert, und daß der Digital/Analog-Ümsetzer dem Radius-Zähler nachgeschaltet ist und ein analoges Signal im Rückführzweig ausbildet, das der im Radius-Zähler gespeicherten Radius-Meßzahl entspricht.

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