DE2111889A1

DE2111889A1 - Numerische Regeleinrichtung

Info

Publication number: DE2111889A1
Application number: DE19712111889
Authority: DE
Inventors: Evans John Towles
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-03-17
Filing date: 1971-03-12
Publication date: 1971-10-07
Also published as: SE380110B; FR2083350B1; FR2083350A1; GB1349009A; US3657525A; NL7103596A; BE763984A; DE2111889C2; CH526810A

Description

Palenicmwält©

Dr.-Ing. Wilhelm Heichel Dipl-Ing. Wolfgang Beichel

6 Frankfurt a. M. 1 ⁶⁶⁰⁰

Parkstraße 13

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, VStA

Numerische Regeleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine numerische Regeleinrichtung für die Relativbewegung eines Werkzeugs und eines Werkstücks, die in einer Werkzeugmaschine eingespannt sind.

Bei numerischen Lageregeleinrichtungen von Werkzeugmaschinen wird die Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück durch ein Programm von Befehlen in digitaler Form vorgeschrieben, das gewöhnlich mit Hilfe eines Lochstreifens in die Regeleinrichtung eingegeben wird. Die in die Regeleinrichtung einzugebenden Daten müssen sowohl die Geschwindigkeit, auch Vorschubgeschwindigkeit genannt, als auch die Bahn der Relativbewegung von Werkzeug und Y/erkstück enthalten. Jedes programmierte Bahninkrement wird durch Signale vorgeschrieben, die Bewegungsinkremente in Richtung zweier oder dreier senkrecht aufeinanderstellender Koordinaten, die beispielsweise als X-, Y- und Z-Koordinaten bezeichnet werden können, angeben. Die Erfindung wird anhand einer Regeleinrichtung für nur zwei Koordinaten (X und Y) beschrieben, ist jedoch auch ohne weiteres bei einer Regeleinrichtung mit der dritten Koordinate (Z) anwendbar. Die Koordinaten-Informationen enthalten die relativen Beträge der Verschiebung (des Vorschubs), den die Maschinenteile ausführen müssen, um die gewünschte neue Lage

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einzunehmen. Die resultierende Bewegung des Werkstücks erfolgt dann in einer "diagonalen" Richtung, die als "Hypotenuse" eines rechtwinkligen Dreiecks bezeichnet werden kann, deren Katheten durch die X- und Y-Koordinate gebildet sind. Das "Vorschubgeschwindigkeitssignal", auch kurz nur "Geschwindigkeitssignal" genannt, schreibt in seiner Ausgangsform die gewünschte absolute Geschwindigkeit des Werkzeugs in Richtung der Diagonalen oder Hypotenuse vor. Um die gewünschte Geschwindigkeit zu erzielen, muß die Regeleinrichtung Signale erzeugen, die die Geschwindigkeiten der steuernden Maschinenteile (Stellglieder) in Richtung der X- und Y-Achse vorgeben. Diese Signale sind Kombinationen (Funktionen) der Verschiebungskomponenten in Richtung der X- und Y-Koordi— naten und des Geschwindigkeitssignals. Um dies zu bewirken, wird für jede Koordinate eine Folge von Impulsen erzeugt. Um die gewünschte resultierende Geschwindigkeit in der diagonalen Richtung zu erzielen, müssen die X- und Y-Komponenten des Geschwindigkeitssignals in Abhängigkeit von der Form des durch die X- und Y-Koordinaten bestimmten rechtwinkligen Dreiecks modifiziert werden. Üblicherweise wird diese Modifizierung oder Abänderung der Geschwindigkeitssignale programmiert und in die Einrichtung eingegeben. Dies bedeutet für den Programmierer jedoch eine erhebliche Rechenarbeit und erhöht die Kosten der Programmierung erheblich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine numerische Lageregeleinrichtung zu schaffen, bei der die Geschwindigkeitsinformationen direkt in Geschwindigkeitseinheiten programmiert sein können und die eine Lageregelung mit der gewünschten Geschwindigkeit auf einer beliebig geformten Bahn in zwei oder drei Dimensionen ermöglicht.

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Ausgehend von einer numerischen Regeleinrichtung zum Regeln des Betriebs einer Werkzeugmaschine durch Regeln der Relativbewegung eines Werkzeugs und eines Werkstücks in Abhängigkeit von programmierten Koordinaten in Richtung zumindest zweier aufeinander senkrecht stehender Achsen und zum Regeln der Vor-Schubgeschwindigkeit der Relativbewegung in Richtung einer Diagonalen, die durch die Koordinaten festgelegt ist, in Abhängigkeit von Vorschubgeschwindigkeitssignalen mit einem Funktionsgenerator, der derart betreibbar ist, daß er Sollwertsignale in Form von getrennten Impulsfolgen für jede der Achsen in Abhängigkeit von den programmierten Koordinaten erzeugt, ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine separate Vorrichtung zur Aufnahme der Achsen-Sollwertsignale und zum Erzeugen getrennter Darstellungen der quadrierten Funktionen der Bewegungen, die in Richtung jeder der Achsen durch die Achsen-Sollwertsignale vorgeschrieben werden, eine zum Summieren der Quadrate der jeweiligen Achsen-Bewegungs-Sollwertsignale angeschlossene Vorrichtung, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Vorschubgeschwindigkeits-Signalen in Form einer Impulsfolge, die eine programmierte Geschwindigkeit darstellt, eine an die Vorschubgeschwindigkeitssignalerzeugungsvorrichtung angeschlossene Vorrichtung zum Speichern einer Darstellung einer Summe von Vorschubgeschwindigkeitssignalen, eine Vorrichtung zum Quadrieren der Darstellung dieser Summe von Vorschubgeschwindigkeits-Sollwertsignalen, eine Vorrichtung zum Vergleichen dieses Quadrats von Vorschubgeschwindigkeitssignalen mit der Summe der Quadrate der Achsen-Bewegungs-Sollwertsignale und eine Vorrichtung, die in Abhängigkeit von einer Differenz betreibbar ist, die bei dem Vergleich ermittelt wird, um Signale zu erzeugen, die den Betrieb des Funktionsgenerators derart steuern, daß die einzelnen Achsen-Sollwert-Signale dahingehend geändert werden, daß die Differenz verringert und die Vorschubgeschwindigkeit auf dem programmierten Wert gehalten wird.

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Diese Einrichtung arbeitet nach dem bekannten geometrischen Gesetz, daß bei einem rechtwinkligen Dreieck die Summe der Kathetenquadrate gleich dem Hypotenusenquadrat ist. Nach diesem Gesetz wird der Betrieb der Einrichtung ständig so geregelt, daß sich eine Geschwindigkeit in Richtung der diagonalen Hypotenusenbahn ergibt, die mit der programmierten Geschwindigkeit übereinstimmt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellen.

Fig. 1 stellt perspektivisch eine numerische Regeleinrichtung und eine Werkzeugmaschine dar. '

Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung dar.

Fig. 3 stellt in Form eines Blockschaltbildes Einzelheiten der direkten Vorschubgeschwindigkeitsregelschaltung der Einrichtung nach Fig. 2 dar.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild entsprechend Fig. 3 und stellt eine andere Ausführungsform der direkten Vorschubgeschwindigkeits-Regelschaltung der Einrichtung nach Fig. .2 dar.

In Fig. 1 ist die numerische Regeleinrichtung mit 1 und die Werkzeugmaschine mit 2 bezeichnet. Die Werkzeugmaschine 2 ist mit einem Werkzeug 3 versehen, das zum Bearbeiten eines Werkstücks 4 dient, das auf einem Tisch 5 befestigt ist. Bei der Bearbeitung wird das Werkzeug 3 relativ zum Werkstück 4 oder das Werkstück 4 relativ zum Werkzeug 3 bewegt, und zwar

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in Abhängigkeit von programmierten Befehlen. Die Relativbewegung von Werkzeug 3 und V/erkstück 4 v/ird als Bewegung der Werkzeugmaschine bezeichnet. Die programmierten Befehle können der Regeleinrichtung 1 auf verschiedene W ise zugeführt werden. So können die programmierten Befehle beispielsweise durch Einstellen von Drehschaltern 6, durch einen Lochstreifen 7, in dem die Befehle gespeichert sind, oder direkt aus einem (nicht dargestellten) elektronischen Rechner eingegeben werden.

Die Regeleinrichtung 1 kann zur Regelung zahlreicher Bearbeitungsvorgänge verwendet werden. So ist die Yferkzeugmaschine 2 mit einem Fräser als Werkzeug 3 dargestellt. Als Beispiel wird die Einrichtung für eine Vorschubregelung in Richtung von nur zwei Achsen beschrieben, die mit X und Y bezeichnet sind und in einer horizontalen Ebene senkrecht aufeinanderstellen. Die X-und Y-Bewegungskomponenten, aus denen die resultierende Bewegung der Werkzeugmaschine zusammengesetzt ist, werden durch Stellmotoren 37 und 47 (Fig. 2) hervorgerufen, die sich in der Werkzeugmaschine 2 befinden.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer numerischen Regelschaltung, die eine nach der Erfindung ausgebildete "direkte" Vorschubgeschwindigkeits-Regelschaltung 10, auch Direktvorschubgeschwindigkeits-Regelschaltung genannt, enthält. Die programmierte Geschwindigkeitsinforrnation wird über eine Einheit 15 in einen Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 geleitet, der einem Funktionsgenerator 22 über eine Verbindung 60 und die Schaltung 10 eine Impulsfolge zuführt. Der Funktionsgenerator 22, der X- und Y-Koordinatendaten von der Einheit 15 erhält, löst iterativ eine mathematische Funktion zur Bildung einzelner Achsen-Sollwertimpulsfolgen, die aus F- und F -Impulsen zur Einstellung des Drehwinkels von X- und Y-Stell-

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motoren 37 und 47 bestehen.

Die Schaltung wird durch einen Taktimpulsgeber 11 synchronisiert, der einen quarzstabilisierten Oszillator enthalten kann. Der Taktimpulsgeber 11 dient als Zeitgeber und als Impulsquelle. Eine Zeitgebereinheit 12 ist an den Taktimpulsgeber 11 angeschlossen und führt einem Bezugsphasenzähler und einem Vorschubgeschv/indigkeitsgenerator 14 eine Impulsfolge zu. Der Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 ändert bzw. modifiziert die von der Zeitgebereinheit 12 zugeführte Impulsfolge in ein Geschwindigkeitssollwertsignal, das aus F-Impulsen besteht und über die Verbindung 60 geleitet wird. Dieses Signal stellt die programmierte Geschwindigkeit dar, mit der die Werkzeugmaschine betrieben werden soll.

Der Funktionsgenerator 22 erhält über eine Verbindung 15A Signale von der Dateneingabeeinheit 15. Die Dateneingabeeinheit 15 stellt den Funktionsgenerator 22 zu Beginn der Verarbeitung jedes Datenbloeks so ein, daß er das Verhältnis bestimmt, in dem die F - und F -Impulse erzeugt werden, um eine neue Lage einzunehmen, die durch die X- und Y-Koordinaten in diesem Datenblock festgelegt ist. Durch Andern aufeinanderfolgender inkrementeller X- und Y-Koordinaten läßt sich die Bahn der Werkzeugmaschine auf eine Kreisform, geradlinig oder jede beliebige andere Form einstellen.

Die F - und F -Impulse des Funktionsgenerators 22 werden X- und Y-Streckenzählern 25 und 26 zugeführt, die die vorgegebene Vorschubstrecke in Richtung jeder Achse überwachen. Die F und F -Impulse werden auch X- und Y-Sollwertphasenzählern und 29 zugeführt. Die Sollwertphasenzähler 28 und 29 setzen diese Impulsfolgen in Signale um, deren Phasenlage in bezug auf eine Bezugsphasenlage die Sollage der X- und Y-Stellmstören 37 und 47, die zur Lageeinstellung in Richtung der Jlaschi-

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nenachsen 37A und 47A vorgesehen sind, darstellen.

Die Einstellung des X-Stellmotors 37 erfolgt in Abhängigkeit von einem die Regelabweichung darstellenden Fehlersignal, das von einem X-Abweichungsfühler 30 gebildet wird, der die Solllage des Stellmotors 37 mit seiner Istlage vergleicht. Das Sollage-Eingangssignal erhält er vom X-SoIlwertphasenzähler 2S und das Istlage-Eingangssignal von einem Resolver 32 (auch Drehmelder genannt). Der Resolver 32 ist mechanisch mit dem X-Stellmotor 37 und der X-Maschinenachse 37A verbunden und erzeugt eine Wechelspannung, deren Phasenlage die Istlage des X-Stellmotors 37 darstellt. Eine Resolver-Stromversorgungseinrichtung 34, die mit einem Ausgang des Bezugszählers 30 verbunden ist, führt dem Resolver 32 ein Eingangssignal zu. In ähnlicher Weise ist ein erster Eingang eines Y-Abweichungsfühlers 40 mit einem Ausgang des Y-Sollwertphasenzählers 29 und ein zweiter Eingang mit dem Ausgang eines Y-Resolvers verbunden, der mechanisch mit dem Y-Stellmotor 47 verbunden ist und eingangsseitig an der Resolver-Stromversorgungseinrichtung 34 liegt. Das Ausgangssignal des Y-Abweichungsfühlers treibt den Y-Stellmotor 47 und die Y-Maschinenachse 47A an.

Die F_x- und F -Impulsfolgen des Funktionsgenerators 22 werden auch jeweils über Verbindungen 61 und 62 der direkten Vorschubgeschwindigkeits-Regelschaltung 10 zugeführt. Wie bereits erwähnt wurde, wird der Schaltung 10 über die Verbindung 60 ausserdem ein Impulsfolgesignal F zugeführt, das die programmierte Vorschubgeschwindigkeit darstellt. Eine entsprechend geänderte Geschwindigkeitssignal-Impulsfolge wird dem Funktionsgenerator 22 über die Verbindung 63 von der Schaltung 10 zugeführt.

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Einzelheiten des Aufbaus der Direktvorschubgeschwindigkeits-Regelschaltung 10 sind in Fig. 3 dargestellt, und der Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 und Funktionsgenerator 22 sind ebenfalls in Fig. 3 dargestellt, um das Verständnis der Wirkungsweise der Schaltung 10 zu erleichtern. Die Impulse der die programmierte Geschwindigkeit darstellenden Geschwindigkeitssignal- Impulsfolge F , die über die Verbindung 60 ge-

kr

leitet werden, werden in einem Speicherregister 66 in der Schaltung 10 aufsummiert. Die Sollwert-Impulsfolgesignale F und F werden jeweils über die Verbindungen 61 und 62 in Register 64 und 65 der Schaltung 10 geleitet und dort aufsummiert. Jedesmal wenn dem Register 66 ein Impuls zugeführt wird, der die in diesem Register gespeicherte Anzahl um eins erhöht, wird der Inhalt dieses Registers mit Hilfe eines Addierers 7OA zum Inhalt eines Quadratsummierregisters 70 addiert. Diese Addition wird derart ausgeführt, daß die Summe der Anzahlen, die aus dem Register 66 in das Quadratsummierregister 70 übertragen und dort addiert werden, dem Quadrat der in dem Register 66 aufsummierten Anzahl entspricht. In ähnlicher Weise wird der Inhalt der Register 64 und 65 mit Hilfe des Addierers7OA jedesmal vom Inhalt des Quadratsummierregisters 70 subtrahiert, wenn eines der Register 64 oder 65 einen Impuls erhält. Auch diese Subtraktion wird derart ausgeführt, daß die Summen der Subtraktionsergebnisse jeweils dem Quadrat der in den Registern 64 und 65 gespeicherten Anzahlen entspricht. Wenn daher die Differenz in dem Quadratsummierregister 70 null ist, bedeutet dies, daß die programmierte Geschwindigkeit F in Richtung der Diagonalen oder Hypotenuse mit der vorgegebenen Geschwindigkeit übereinstimmt, die durch die Komponentensollwerte F und F bestimmt wird. Wenn das Quadratsummierregister eine Differenz registriert, wird dem Eingang des Funktionsgenerators 22 über ein Flipflop 75A und die Verbindung 63 ein Differenzsignal zugeführt, das den Betrieb des Funktionsgenerators 22

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dahingehend ändert, daß dieser die F - und F -Impulsfolgen

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ändert, um die Gleichheit wieder herzustellen.

Der Addierer 7OA arbeitet zur Bildung der Quadrate nach dem mathematischen Gesetz, daß das Quadrat einer Zahl gleich der Summe einer dieser Zahl gleichenden Anzahl von ungeraden Zahlen ist. So läßt sich das Quadrat von drei durch Addieren der drei ungeraden Zahlen 1, 3 und 5 bilden. In ähnlicher Weise läßt sich das Quadrat von vier durch Addieren der vier ungeraden Zahlen 1, 3, 5 und 7 bilden. Daraus folgt weiter, daß, wenn das Quadrat einer Zahl, z.B. 3, die im Register 66 gespeichert ist, bereits durch Summieren im Quadratsummierregister 70 gebildet wurde, bei Erhalt des nächsten Impulses vom Register 66 der im Quadratsummierregister 70 registrierte Wert auf das Quadrat von η + 1, also z.B. von 4, erhöht werden kann, indem die nächste ungerade Zahl, also in diesem Beispiel die Zahl 7, zu dem in dem Register 70 enthaltenen Wert hinzuaddiert wird. Wie leicht einzusehen ist, entspricht dies der Addition des Ausdrucks 2n + 1, wobei η die im Register in dem Augenblick gespeicherte Zahl, z.B. 3, ist, in dem der nächste Impuls eintrifft, um den Zählwert des Registers 66 um 1, also auf 4, zu erhöhen. Der Addierer 70A enthält daher eine logische Schaltung und Zeitgeberschaltungen zur Addition der Größe 2n +. 1 zum Inhalt des Quadratsummierregisters 70, wenn im Register 66 die Zahl η gespeichert ist. In ähnlicher Weise werden die in den Registern 64 und 65 gespeicherten Zahlen zur Berechnung und Subtraktion der kumulativen Quadrate vom Inhalt des Quadratsummierregisters 70 verwendet. Bei Verwendung binärer digitaler Schaltungen, insbesondere Umlauf-Speicherregistern, läßt sich die Funktion 2n leicht dadurch berechnen, daß der Inhalt des Registers 66 einfach um eine Ziffernstelle nach links (nach oben) in bezug"auf den Inhalt des Quadratsummierregisters 70 verschoben wird, wenn die Addition ausgeführt wird. Es hat sich herausgestellt, daß bei Ver-

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Wendung einer digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltung der Addierer 70Λ ein einfacher binärer Addierer sein kann - mit entsprechenden Synchronisierschaltungen - , der seriell betrieben werden kann, um die in den Registern 64, 65 und 66 gespeicherten Zahlen nacheinander ■ und nicht gleichzeitig zu addieren und zu subtrahieren.

Die Anwendung des Gesetzes, daß bei einem rechtwinkligen Dreieck die Summe der Kathetenquadrate gleich dem Hypotenusenqua-

w drat ist, ermöglicht eine genaue Berechnung der Seiten des rechtwinkligen Dreiecks, die durch die programmierten und . als Sollwert vorgegebenen X- und Y-Koordinaten und durch die programmierte Geschwindigkeit festgelegt sind. Dies ermöglicht eine genaue Regelung der Vorschubgeschwindigkeit anhand programmierter Daten, die dem Vorschubgeschwindigkeitsgenerator direkt ohne Umrechnung durch den Programmierer zur Berücksichtigung von Winkeländerungen zugeführt werden können. Ausdiesem Grunde wird die Schaltung 10 "direkte" Vorschubgeschwindigkeits-Regelschaltung genannt. Mit fortschreitendem Betrieb der Schaltung werden die in den Registern 64, 65 und 66 gespeicherten Zahlen schrittweise größer. Um die Kosten der Ein-

fc richtung in zulässigen Grenzen zu halten, ist die Kapazität dieser Register begrenzt. Daher sind die Register 64, 65 und 66 vorzugsweise gleich groß ausgebildet. Bei dieser Ausbildung ist das "Hypotenusen"-Register 66 zuerst voll. Daher ist eine (nicht dargestellte) besondere Schaltung vorgesehen, die feststellt, wann dieser Fall auftritt, und gegebenenfalls werden alle drei Register 64, 65 und 66 auf den Leerzustand zurückgesetzt. Sie beginnen dann sofort wieder sich zu füllen und eine Fortsetzung der Berechnung der im Register 70 gespeicherten Quadrate zu bewirken. Bei Verwendung von Registern 64, 65 und 66 mit einer Kapazität von jeweils nur acht Binärstolion ist der Abrundungsfehler, der sich durch das Löschen der Re-

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ORIGINAL

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gister und das erneute Auslösen der Zählung ergibt, kleiner als ein halbes Prozent des Sollwerts der Geschwindigkeit. Wenn eine höhere Genauigkeit erwünscht ist, können Register mit größerer Kapazität verwendet werden..

Wenn die vom Quadratsummierregister 70 ermittelte Differenz null ist, bedeutet dies eine Gleichheit der programmierten Geschwindigkeit F mit dem Istwert der Geschwindigkeit, die durch die Signale F und F vorgegeben wird, während eine negative Differenz eine größere Geschwindigkeit als die durch die Signale F , und F vorgegebene anzeigt. In beiden Fällen wird dem Funktionsgenerator 22 kein Ausgangssignal vom Quadratsummierregister 70 über das Flipflop-Tor 75A und die Verbindung 63 zugeführt. Die Einrichtung wartet daher solange, bis zumindest ein weiterer Programm-Vorschubgeschwindigkeitsimpuls F über die Verbindung 60 im Register 66 eintrifft, so daß die programmierte Vorschubgeschwindigkeits-Impulsfolge aufholen und dann den Sollwert der .Vorschubgeschwindigkeit geringfügig überschreiten kann. Wenn dieser überschritten wird, enthält das Quadratsummierregister 70 eine positive Differenz, und das als Tor wirkende Flipflop 75A wird dann gesetzt, so daß es dem Funktionsgenerator 72 einen Impuls über die Verbindung 63 zuführt, der den Funktionsgenerator zur Abgabe eines F - oder eines F -Impulses veranlaßt. Das Flipfiop 75A wird dann durch einen Taktimpuls über die Verbindung 73 zurückgesetzt. Dem Funktionsgenerator 22 werden daher nur dann Impulsfolgesignale zugeführt, wenn die im Quadratsummierregister 70 gespeicherte Differenz positiv ist. Dennoch reguliert diese bei nur einer Polarität erfolgende Übertragung von Impulsen das Gleichgewicht zwischen der Summe der Quadrate der in den Registern 64 und 65 gespeicherten Größen und dem Quadrat der im Register. 66 gespeicherten Größe wegen der kontinuierlichen Folge von Impulsen F , die aus dem Vorschubgeschwindigkeitsgenerator über das Register 66 geleitet werden. Wenn das Quadratsummier-

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register ein positives Gleichgewicht anzeigt, werden dem Funktionsgenerator 22 Impulse über das Flipflop-Tor 75A zugeführt, damit dieser F- und F -Impulse abgibt, so daß die in den Registern 64 und 65 gespeicherten Größen mit den im Register 66 gespeicherten Größen "gleichziehen". Wenn die im Quadratsummierregister 70 gespeicherte Größe negativ ist, läßt das Flipflop-Tor 75A keine Impulse durch, so daß der Funktionsgenerator keine F_x- und F -Impulse erzeugt und die im Register 66 gespeicherten Vorschubgeschwindigkeitsgeneratorimpulse "aufholen" können.

Fig. 4 stellt ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der "direkten" Vorschubgeschwindigkeits-Regelschaltung 10 dar. Wie bei dem gerade anhand von Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel, sind auch hier der Funktionsgenerator 22 un.d der Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 dargestellt. Eine Abweichung von der Schaltung nach Fig. 3 besteht bei der Schaltung nach Fig. 4 darin, daß ein zusätzlicher Regelkreis vorgesehen ist. Das Register 66 speichert ständig eine Zahl, die die Diagonale oder Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks darstellt, eine die Summe der Vorschubgeschwindigkeitssignale darstellende Zahl. Diese Zahl wird jedoch durch Registrieren von Fehlerimpulsen F gespeichert, die von dem Quadratsummierregister 70 über einen Ergebnisinkrementgenerator 75 über eine Verbindung 81 abgegeben werden. Dieser Fehlersignalkreis hält die im Register 66 gespeicherte Zahl auf einem Wert, der ausreicht, die in dem Quadratsummierregister 70 ermittelte Beziehung der Quadrate einander anzugleichen. In einem Differenzregister 80 wird festgestellt, ob der Wert F_r mit der Impulsfolge F , die vom Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 abgegeben wird, übereinstimmt. Wenn die im Differenzregister gespeicherte Zahl positiv ist, wodurch angezeigt wird, daß die programmierte Vor-

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- XO —

Schubgeschwindigkeit (F.) überschritten wird, wird der zweite Regelkreis durch eine Verbindung 82 zu einem Flipflop-Tor 75A geschlossen, um dem Funktionsgenerator 22 einen neuen Impuls über die Verbindung 63 zuzuführen. Der Funktionsgenerator 22 gibt dann Impulse an die Register 64 und 65 ab, um die Sollwertsignale mit den die programmierte Vorschubgeschwindigkeit darstellenden Impulsen F , die der Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 abgibt, "gleichziehen zu lassen". Wenn dieser Zustand erreicht ist, stimmt die im Register 66 gespeicherte Anzahl der Vorschubgeschwindigkeitssignale mit der vom Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 abgegebenen Anzahl von Vorschubgeschwindigkeitssignalen überein.

Um einen derartigen Betrieb zu erreichen, kann es sich bei dem Ergebnisinkrementgenerator 75 um ein binäres Flipflop-Tor handeln, das nur auf eine negative Zahl im Quadratsummierregister 70 anspricht. Der Betrieb bei dieser Polarität ist erforderlich, da eine negative Zahl bedeutet, daß der Inhalt des Registers 66 inkrementiert (erhöht), werden muß, um einen Abgleich bzw. Gleichheit im Suramierregister 70 zu erhalten.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 enthält auch Maßstabsoder Übertragungsverhältnis-Regelschaltungen 85 und 86, die jeweils zwischen dem Eingangsanschluß 61 und dem Register 64 bzw. dem Eingangsanschluß 62 und dem Register 65 liegen. Die Übertragungsverhältnis-Regelschaltungen sind wählbar derart betätigbar, daß sie die Impulsfolgen F und F im Verhältnis

χ y

von 1 : 1 oder 10 : 1 vom Funktionsgenerator 22 in die Register 64 und 65 Übertragen. GewünschtenfalIs kann auch ein größeres Verhältnis als 10 verwendet werden. Der Betrieb mit dem Übertragungsverhältnis 10 wird dann angewandt, wenn die Einrichtung feststellt, daß die programmierte Geschwindigkeit so hoch ist, daß der Funktionsgenerator 22 nicht in der Lage

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ist, Impulse mit so hoher Folgefrequenz zu erzeugen, daß diese als ein der programmierten Geschwindigkeit gleicher Geschwindigkeitssollwert vorgegeben werden kann. Dieser Zustand wird durch das Auftreten einer großen Zahl im Differenzregister 80 durch Anschließen des Ausgangs des Differenzregisters 80 über eine Verbindung 83 an ein ODER-Glied 29 festgestellt. Der Ausgang des ODER-Gliedes 29 ist mit einem Eingang eines Flipflop 290 verbunden, dessen Ausgangsanschlüsse jeweils Steuersignale für das Verhältnis von 1 : 1 und 10 : 1 liefern. Der Verhältnis- ^ regelbetrieb ist auch von der Programmierung einer hohen Geschwindigkeit abhängig, was dadurch erreicht wird, daß ein passender Ausgang des Vorschubgeschwindigkeitsgenerators 14 mit dem ODER-Glied 29 verbunden ist. Wenn dem Flipflop 290 kein Signal vom ODER-Glied 29 zugeführt wird, gibt es über den Anschluß 87 ein 1 : 1 Steuersignal ab. Ein Ausgangssignal des ODER-Gliedes 29 setzt das Flipflop 290, so daß es über den Anschluß 88 ein 10 : 1 Steuersignal abgibt. Am Ende der Verarbeitung eines D_atenblocks wird das Flipflop 290 durch ein Signal über eine Verbindung 290A zurückgesetzt.

Über den Eingangsanschluß 61 werden Impulse Eingangsanschlüssen zweier UND-Glieder 90 und 91 der Verhältnisregelschaltung ψ 85 zugeführt. Ein weiterer Eingang des UND-Gliedes 90 ist mit dem 10 : 1 Steueranschluß 88 und ein weiterer Eingang des UND-Gliedes 91 mit dem 1 : 1 Steueranschluß 87 verbunden. Der Ausgang des UND-Gliedes 90 ist mit einem Impulsvervielfacher 93 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang eines UND-Gliedes 94 verbunden ist. Der andere Eingang des UND-Gliedes 94 ist ebenfalls mit dem 10 : 1 Steueranschluß 88 verbunden. Beide UND-Glieder 91 und 94 sind mit ihrem Ausgang an ein ODER-Glied 96 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Register 64 verbunden ist. In ähnlicher Weise werden UND-Gliedern 100 und 101 über den Eingangsanschluß 92 F -Impulse zugeführt. Ein weiterer Ein-

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gang dieser UND-Glieder ist ebenfalls jeweils mit einem der \ Anschlüsse 87 und 88 verbunden. Dem UND-Glied 100 ist ein weiterer Impulsvervielfacher 103 nachgeschaltet. Der Ausgang des* Impulsvervielfachers 103 ist mit einem Eingang eines UND-Gliedes 104 verbunden, das einen v/eiteren mit dem Anschluß 88 verbundenen Eingang aufweist. Beide UND-Glieder 104 und 101 sind mit einem ODER-Glied 106 verbunden, dessen Ausgang mit dem Y-Register 65 verbunden ist.

Wenn die Zahl im Differenzregister 80 und die programmierte Geschwindigkeit unterhalb vorbestimmter Werte liegen, ist das Flipflop 290 zurückgesetzt. Dies sperrt die als Tore wirkenden UND-Glieder 90 und 94 und öffnet das als Tor wirkende UND-Glied 91. Dann werden F -Impulse unverändert über den Anschluß 61, das UND-Glied 91 und das ODER-Glied 96 ins Register 64 durchgelassen. Wenn die Zahl im Differenzregister 80 gleich oder größer als eine vorbestimmte Zahl ist oder wenn die vom Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 vorgegebene Geschwindigkeit so groß ist, daß die numerische Regelschaltung mit der vorgegebenen Geschwindigkeit nicht "Schritt halten" kann, dann wird das Flipflop 290 gesetzt. Dadurch wird die numerische Regelschaltung auf einen Betrieb im Verhältnis von 10 : 1 umgeschaltet. Das UND-Glied 91 wird gesperrt, während die UND-Glieder 90 und 94 geöffnet werden. Dem Register 64 werden F Impulse Über den Anschluß 61, über das UND-Glied 90, vervielfacht durch die Schaltung 93 und über das UND-Glied 94 sowie das ODER-Glied 96 zugeführt. In ähnlicher Weise leiten die UND-Glieder 100 und 104 F -Impulse über den Vervielfacher 103 ins Register 65.

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Claims

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Patentansprüche

( 1.)Numerische Regeleinrichtung zum Regeln des Betriebs einer Werkzeugmaschine durch Regeln der Relativbewegung eines Werkzeugs und eines Werkstücks in Abhängigkeit von programmierten Koordinaten in Richtung zumindest zweier aufeinander senkrecht stehender Achsen und zum Regeln der Vorschubgeschwindigkeit der Relativbewegung in Richtung einer Diagonalen, die durch die Koordinaten festgelegt ist, in Abhängigkeit von Vorschubgeschwindigkeitssignalen, mit einem Funktionsgenerator, der derart betreibbar ist, daß er Sollwertsignale in Form von getrennten Impulsfolgen für jede der Achsen in Abhängigkeit von den programmierten Koordinaten erzeugt, gekennzeichnet durch eine separate Vorrichtung (54, 65, 70Δ) zur Aufnahme der Achsen-Sollwertsignale und zum Erzeugen getrennter Darstellungen der quadrierten Funktionen der Bewegungen, die in Richtung jeder der Achsen durch die Achsen-Sollwertsignale vorgeschrieben werden, eine zum Summieren der Quadrate der jeweiligen Achsen-Bewegungs-Sollwertsignale angeschlossenen Vorrichtung (70), eine Vorrichtung (14) zum Erzeugen von Vorschubgeschwindigkeitssignalen in Form einer Impulsfolge, die eine programmierte Geschwindigkeit darstellt, eine an die Vorschubgeschwindigkeitssignalerzeugungsvorrichtung angeschlossene Vorrichtung (66) zum Speichern einer Darstellung einer Summe von Vorschubgeschwindigkeitssignalen, eine Vorrichtung (66, 70A) zum Quadrieren der Darstellung dieser Summe von Vorschubgeschwindigkeits-Sollwertsignalen, eine Vorrichtung (70) zum Vergleichen dieses Quadrats von Vorschubgeschwindigkeits-Sollwertsignalen mit der Summe der Quadrate der Achsen-Bewegungs-Sollwertsignale und eine Vorrichtung (75Δ), die in Abhängigkeit von einer Differenz betreibbar ist, die bei dem Vergleich ermittelt wird, um Signale zu erzeugen, die den Betrieb des Funktionsgenerators (22) derart steuern, daß die

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einzelnen Achsen-Sollwertsignale dahingehend geändert werden, daß die Differenz verringert und die Vorschubgeschwindigkeit auf dem programmierten Wert gehalten wird.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,da durch gekennzeichnet, daß die separate Vorrichtung zur Aufnahme und Erzeugung separater Darstellungen der quadrierten Funktionen der Bewegungen, die in Richtung jeder der Achsen vorgegeben werden, ein separates Register (64, 65) für jede Achse zum Speichern der unquadrierten Funktionen der Bewegungen, die in Richtung dieser Achse vorgegeben werden, aufweist, das zum Speichern einer Zahl dient, die den Sollwert der Bewegung in Richtung dieser Achse anzeigt, und daß die Vorrichtung zum Speichern einer Darstellung der Summe von Vorschubgeschwindigkeitssignalen ein Register (66) enthält.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Quadriervorrichtung (70A) zum Erzeugen der quadrierten Funktionen der Bewegungen (der Bewegungssollwerte), die in Richtung dieser Achse vorgegeben wurden, und zum Quadrieren der Darstellung der Summe von Vorschubgeschwindigkeitssignalen vorgesehen ist.
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadriervorrichtung (70A) eine Addierschaltung enthält, die derart betreibbar ist, daß sie kumulative Quadratfunktionswerte durch sukzessive Additionen der Funktion 2n + 1 erzeugt, wobei bei jedem Register (64, 65, 66) jedesmal eine Addition ausgeführt wird, wenn es einen neuen Impuls erhält, und η die Zahl ist, die in dem Register gespeichert ist, bevor es den neuen Impuls erhält.
5. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Summieren der Quadrate der jeweiligen Achsen-Bewegungs-

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Sollwertsignale und die Vorrichtung zum Vergleichen des Quadrats der Summe von Geschwindigkeitssignalen mit der Summe der Quadrate der Achsen-Bewegungs-Sollwertsignale in einer einzigen Addiervorrichtung (70A) und einem einzigen Quadratsummierregister (70) zum Summieren des Quadrats der Summe von Geschwindigkeitssignalen mit entgegengesetzten Vorzeichen wie die Summe der Quadrate der Achsen-Bev/egungs-Sollwerte und zum Speichern des eine numerische Differenz anzeigenden Ergebnisses zusammengefaßt sind.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abhängigkeit von einer bei dem Vergleich festgestellten Differenz betätigbare Vorrichtung (75A) derart betätigbar ist, daß sie nur dann Signale erzeugt, wenn die Differenz ein vorbestimmtes Vorzeichen aufweist.
7. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß an das Vorschubgeschwindigkeitsregister (66) eine Vorrichtung angeschlossen ist, die betätigbar ist, wenn das Vorschubgeschwindigkeitsregister eine Zahl speichert, die größer als ein vorbestimmter Wert ist, und daraufhin das Vorschubgeschwindigkeitsregister (66) und die Achsen-Register (64, 65) löscht.
8. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (66) zum Speichern einer Darstellung einer Summe der Vorschubgeschwindigkeitssignale direkt an die Vorschubgeschwindigkeitserzeugungsvorrichtung (14) zur Aufnahme und Speicherung der programmierten Geschwindigkeitssignale angeschlossen ist.

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9. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Vorrichtung (66) zum Speichern einer Darstellung einer Summe der Vorschubgeschwindigkeitssignale so angeschlossen ist, daß er die Differenzsignale aus der in Abhängigkeit von einer festgestellten Differenz betätigbaren Vorrichtung (75) aufnimmt,, daß die Differenzsignale die darin gespeicherten Vorschubgeschwindigkeitssignale darstellen und daß die in Abhängigkeit von der Feststellung einer Differenz betätigbare Vorrichtung eine weitere Vorrichtung (80) enthält, die so angeschlossen ist, daß sie die programmierten Geschwindigkeitssignale aus der Vorschubgeschwindigkeitserzeugungsvorrichtung (14) mit den Differenzsignalen (81), die die Vorschubgeschwindigkeitssignale darstellen, vergleicht, und derart betätigbar ist (über 82, 75Δ, 63), daß sie den Funktionsgenerator (22) in Abhängigkeit von diesem Vergleich steuert.
10. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (80) zum Vergleichen der programmierten Geschwindigkeitssignale aus der Vorschubgeschwindigkeitserzeugungsvorrichtung (14) mit den die Vorschubgeschwindigkeitssignale darstellenden Differenzsignalen (81) ein Differenzregister (80) enthält, dem die zu vergleichenden Signale zugeführt v/erden, wobei eines der Signale zum Inhalt des Registers addiert und das andere der Signale vom Inhalt des Registers subtrahiert wird, und daß eine Verbindung (82, 75Δ, 63) von dem Differenzregister (80) zum Funktionsgenerator (22) zum Ändern des Betriebs des Funktionsgenerators, jedesmal wenn in dem Differenzregister ein Komplementwert angezeigt ist, führt.
11. Regeleinrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ubertragungsverhältnisregelvorrichtung (85, 86) zwischen dem Funktions-

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generator (22) und den Achsen-Sollwert-Registern (64, 65), die den Achsen-Sollwert-Registern wählbar den Sollwert der Bewegung in Richtung der jeweiligen Achse darstellende Signale oder ein Vielfaches dieses Sollwerts darstellende Signale zuführen, und daß die Regeleinrichtung eine bistabile Veriiältnisauswahlvorrichtung (290) enthält, die einen zustandsempfindlichen Eingang (83, 29) aufweist, der so angeschlossen ist, daß er auf eine in dem Differenzregister (80) gespeicherte Zahl vorbestimmter Größe anspricht, und Ausgänge (87, 88) aufweist, die an die Übertragungsverhältnisregelvorrichtung zum Auswählen der Eingangssignale der Achsen-Register angeschlossen sind.

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