DE2111889C2

DE2111889C2 - Numerische Regeleinrichtung für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2111889C2
Application number: DE2111889A
Authority: DE
Inventors: John Towles Waynesboro Va. Evans
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-03-17
Filing date: 1971-03-12
Publication date: 1983-05-26
Also published as: DE2111889A1; CH526810A; FR2083350A1; GB1349009A; NL7103596A; US3657525A; FR2083350B1; SE380110B; BE763984A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerische Regeleinrichtung für eine Werkzeugmaschine zum Regeln der Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück in Abhängigkeit von programmierten Daten, mit einem Vorschubgeschwindigkeitsgenerator, der ein Vorschubgeschwindigkeitssignaf in Form von Impulsen erzeugt, deren Folgefrequenz einem programmierten Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit auf der Bewegungsbahn entspricht, mit einer Rsgelschaltung, die ein vom Vorschubgeschwindigkeitssignal abhängiges Signal mit von Vorschubgeschwindigkeitskomponentensignalen eines Funktionsgenerators abhangigen Signalen vergleicht und ein vom Vergleichsergebnis abhängiges Vergleichssignal dem Funktionsgenerator zuführt, wobei der Funktionsgenerator in Abhängigkeit von dem Vergleichssignal und programmierten Daten die VorschubgeschwindigkeilsKomponentensignale in Form von Vorschubimpulsen für einen inkrementellen Vorschub in Richtung wenigstens zweier zueinander senkrechter Achsen mit Folgefrequenzen erzeugt, deren Quadratsumme durch die Regelschaltung und den Funktionsgenerator dem Quadrat der Impulsfolgefrequenz des Vorschubgeschwindigkeitssignals angenähert wird.

Bei numerischer 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 Vorschubgeschwindigkeit als auch die Bahn der Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück 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 hei 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 einzunehmen. Die resultierende Bewegung des Werkstücks erfolgt dann in einer »diagonalen« Richtung, die als »Hypotenuse« eines rechtwinkligen Dreiecks bezeichnet werden

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Κμππ, deren Katheten durch die X- and. K-Koordlnate gebildet sind. Das »Vorscliubgeschwindlgkettsslgnal« 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 K-Achse vorgeben. Diese Signale sind Kombinationen (Funktionen) der Vorschubkomponenten in Richtung der X- und K-Koordinaien und des Vorschubgeschwindigkeitssignals. Um dies zu bewirken, wird for jede Koordinate eine Folge von Impulsen erzeugt. Um die gewünschte resultierende Geschwindigkeit in der diagonalen Richtung zu erzielen, müssen die X- und K-Komponenten des Vorschubgeschwindigkeitssignals in Abhängigkeit von der Form des durch die X- und Y-Koordinaten bestimmten rechtwinkligen Dreiecks modifiziert werden. Üblicherweise wird diese Modifizierung programmiert und in die Einrichtung eingegeben. Dies bedeutet für den Programmierer jedoch eine erhebliche Rechenarbeit und erhöht die Kosten der Programmierung erheblich.

Bei einer bekannten Regeleinrichtung der eingangs genannten galtungsgemäßen Art (DE-OS 14 63 238) werden die Quadratwurzeln der Quadraisumme der Vorschubgeschwindigkeitskomponenten nach Näherungsverfahren berechnet, so daß das aus dem Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit abgeleitete Vorschubgeschwindigkeitssignal mit einem erheblichen Fehler behaftet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine numerische Regeleinrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit längs der gewünschten Bahn mit höherer Genauigkeit und geringem Aufwand durchführbar ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Regelschaltung die Quadratsumme mit dem Quadrat der Impulsfolgefrequenz des Vorschubgeschwindigkeitssignals verglichen wird und die Quadrate jeweils dadurch gebildet werden, daß zu einem aus der Impulsanzahl /; geni.deten Quadrat mit dem nächsten Impuls die Zahl 2n+\ addiert wird. Bei dieser Ausbildung der Regeleinrichtung kommt man ohne Näherungsverfahren für die Bildung der Quadrate aus. Wenn nämlich das Quadrat von /; bekannt ist, dann ist nach dem nächsten Impuls das Quadrat von //+1 gemäß der bekannten Beziehung (η+ \Ϋ = η' + 2n+ 1 einfach um In+ I größer als das Quadrat von /;. Das Produkt In läßt sich sehr einfach bilden, z. B. durch eine Verschiebung der binären Darstellung von /; um eine Binärstelle. Desgleichen läßt sich die Addition der Zahr I sehr einfach durchführen. Insgeamt lassen sich die Quadrate mithin fehlerfrei und mit einfachsten Mitteln bilden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden Im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben, die bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellen. Es zeigt

Fig. I perspektivisch eine numerische Regeleinrichtung und eine Werkzeugmaschine,

FIg, 2 sin Blockschaltbild der Regeleinrichtung,

Flg. 3 in Form eines Blockschaltbildes Einzelheiten der direkten Vorschubgeschwindlgkeitsregelschaltung der Einrichtung nach Flg. 2 und

Flg. 4 ein Fig. 3 entsprechendes Blockschaltbild einer anderen Ausführung?^form der direkten Vorschubgeschwindigkeits-Regelschaltung der Einrichtung nach Fit?. 2.

In Fig, I 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 Werkstocks 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 in Abhängigkeit von programmierten Befehlen. Die Relativbewegung von Werkzeug 3 und Werkstück 4 wird als Bewegung der

ίο Werkzeugmaschine bezeichnet. Die programmierten Befehle können der Regeleinrichtung 1 auf verschiedene Weise 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 Werkzeugmaschine 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 aufeinanderstehen. Die .Y- und K-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. Der programmierte Vorschubgeschwindigkeitssollwert wird über eine Einheit 15 in einen Vor-Schubgeschwindigkeitsgenerator 14 geleitet, der einem Funkionsgenerator 22 über eine Verbindung 60 und die Schaltung 10 eine Impulsfolge zuführt. Der Funktionsgenerator 22, der X- und K-Koordinatendaten von der Einheit 15 erhält, löst iterativ eine mathematische Funktion zur Bildung einzelner Achsen-Sollwertimpulsfolgen aus, die aus .V- und K-Vorschubimpulsen mit den Impuisfolgeft%quenzen F₁ und F₁ zur Einstellung des Drehwinkels von X- und K-Stellmotoren 37 und 47 bestehen.

Die Schaltung wird durch einen Tpktimpulsgeber 11 synchronisiert, der einen quarzstabilisierten Oszillator enthalten kann. Der Taktimpulsgeber 11 uient als Zeitgeber und als Impulsquelle. Eine Zeitgebereinheit 12 ist an den Taktimpulsgeber 11 angeschlossen und führt einem Bezugsphasenzähler 13 und dem Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 eine Impulsfolge zu. Der Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 ändert bzw. modifiziert die von der Zeitgebereinheit 12 zugeführte Impulsfolge in ein Vorschubgeschwindigkeitssollwertslgnal, das die Impulsfolgefrrquenz F₁, aufweist und über die Verbindung 60 geleitet wird. Diese Impulsfolgefrequen? F₁, stellt den programmierten Vorschübgeschwlndlgkeltssollwert dar.

Der Funktionsgenerator 22 erhält über eine Verbindung 15.4 Signale von der Dateneingabeeinheit 15. Die Dateneingabeeinheit 15 stellt den Funktionsgenerator 22 zu Beginn der Verarbeitung jedes Datenblocks so ein, daß er das Verhältnis der Impulsfolgefrequenzen F₁ und F_v bestimmt, mit denen Vorschubimpulse erzergt werden, um eine neue Lage einzunehmen, die durch die X- und Y- Koordinaten in diesem Datenblock festgelegt ist.

Durch Andern aufeinanderfolgender inkrementeller X- und ^-Koordinaten laßt sich die Bahn der Werkzeugmaschine auf eine Kreisform, geradlinig oder jede beliebige andere Form einstellen.

Die Impulse des Funktionsgenerators 22 mit den Impulsfolgefrequenzen F, und F₁ werden X- und Y-Streckenzählern 25 und 26 zugeführt, die die vorgegebene Vorschubsirecke In Richtung jeder Achse überwachen. Die Impulse mit den Impulsfolgefrequenzen F_x und F, werden auch X- und K-Sollwertphasenzählem 28 und 29/f zugeführt. Die Sollwertphasenzähler 28 und 29/) setzen diese Impulsfolgen In Signale um. deren Phasenlage in bezug auf eine Bezugsphasenlage die Sollage der ,V- und K-Stel I motoren 37 und 47, die zur Lageeinstellung in Richtung der Maschinenachsen 37.4 und 47/) vorgesehen sind, darstellt

Die Einstellung des .V-Stellmotors 37 erfolgt In Abhängigkeit von einem die Regelabweichung darstellenden Fehlersignal, das von einem V-Abwelchungsfühler 30 gebildet wird, der die Sollage des Stellmotors 37 mit seiner Istlage vergleicht. Das Sollage-F.ingangssignal erhalt er vom .V-Sollwertphasenzahler 28 und das Istlage-Elngangssignal von einem Resolver 32 fauch Drehmelder genannt). Der Resolver 32 Ist mechanisch mit dem V-Stellmotor 37 und der .V- Vorschubspindel 37.4 verbunden und erzeugt eine Wechselspannung, deren Phasenlage die Istlage des -V-Stellmotors 37 darstellt. Eine Resolver-Stromversorgungseinrichtung 34. die mit einem Ausgang des Be/ugszählers 13 verbunden ist. führt dem Resolver 32 ein Eingangssignal zu. In ähnlicher Weise Ist ein erster Eingang eines K-Abwelchungsfühlers 40 mit einem Ausgang des ) -Sollvvertphasenzählers 29.4 und ein zweiter Eingang mit dem \usgang eines V-Resolvers 42 verbunden, der mechanisch mit dem >-Stellmotor 47 verbunden Ist und eingangsseitig an der Resolver-Stromversorgungselnrlchtung 34 liegt. Das Ausgangssignal des y'-Abweichungsfühlers 40 treibt den } -Stellmotor 47 und die l'-Maschinenachse 47/1 an.

Die Impulsfolgen des Funktionsgenerator 22 mit den Impulsfolgefrequenzen F, und F₁ 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 Vorschubgeschwindigkeitssignal mit der Impulsfolgefrequenz F., zugeführt, das den programmierten Vorschubgeschwindigkeitssollwert darstellt. Impulse mit entsprechend geänderter Vorschubgeschwindigkeits-lmpulsfolgefrequenz werden dem Funktionsgenerator 22 über die Verbindung 63 von der schaltung 10 zugeführt.

Einzelheiten des Aufbaus der Direktvorschubgeschwindigkeits-Regelschaitung 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 mit der den programmierten Vorschubgeschwindigkeitssollwert darstellenden Impulsfolgefrequenz F_p, die über die Verbindung 60 geleitet werden, werden in einem Register 66 in der Schaltung 10 aufsummiert. Die Impulse mit den Impulsfolgefrequenzen F_x 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 70/1 zum Inhalt eines Ergebnisregisters 70 addiert. Diese Addition wird derart ausgeführt, daß die Summe der Anzahlen, die aus dem Register 66 in das Ergebnisregister 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 Addierers 70/) jedesmal vom Inhalt des Ergebnisregisters 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 entsprechen. Wenn daher die Differenz In dem Ergebnisregister 70 null Ist. bedeutet dies, daß die programmierte Vorschubgeschwindigkeit F₁, In Richtung der Diagonalen oder Hypotenuse mit der Vorschubgeschwindigkeit übereinstimmt, die durch die Vorschubgeschwlndlgkelts-Komponentenslgnale mit den Inipulsfolgefrequenzen F₁ und F₁ bestimmt wird. Wenn das Ergebnlsreglstci eine Differenz registriert, wird dem Eingang des Funktionsgenerators 22 über ein Flipflop 75.4 und die Verbindung 63 ein Differen/signal zugeführt, das den Betrieb des Funktionsgenerators 22 dahingehend ändert, daß dieser die Impulsfolgefrequenzen F, und F, ändert, um die Gleichheit wieder herzustellen.

Der Addierer 70.4 arbeitet /ur Bildung der Quadrate nach dem mathemalischen Gesetz, daß das Quadrai einer Zahl gleich der Summe einer dieser Zahl gleichenden Anzahl von ungeraden Zahlen Ist. So liißt sich das Quadrat von drei durch Addieren der drei ungeraden Zahlen 1.3 und 5 bilden. In ähnlicher Welse Iäl3t sich das Quadrat von vier durch Addieren der vier ungeraden Zahlen I. 3. 5 und 7 bilden. Daraus folgt weiter, daß. wenn das Quadrat »Mner Zahl. z. B. 3. die im Register 66 gespeichert ist. bereits durch Summieren im Quadratsummierrcgister 70 gebildet wurde, bei Erhalt des nächsten Inipulses vom Register 66 der im Ergebnisregister 70 registrierte Wert auf das Quadrat von n * 1. also ζ B. von 4. erhöht werden kann, indem die nächste ungerade ZJiI. 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 + I. wobei '( die im Register 66 in dem Augenblick gespeicherte Zahl, ζ B. 3. ist. in dem der nächste Impuls eintrifft, um den Zählwert des Registers 66 um I. aho auf

4. zu erhöhen. Der Addierer 70.4 enthält daher eine logische Schaltung und Zeitgeberschaltunger, zur Addition der Größe In +■ I zum Inhalt des Ergebnisregisters 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 Ergebnisregisters 70 verwendet. Bei Verwendung binärer digitaler Schaltungen, insbesondere Umlaufspeicherregistern. läßt sich die Funktion In leicht dadurch berechnen, daß der Inhalt des Registers 66 einfach um eine Ziffernstelle nach links (nach oben) in bezug auf den Inhalt des Ergeb'isregisters 70 verschoben wird, wenn die Addition ausgeführt wird. Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung einer digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltung der Addierer 70.4 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.

ω Die Anwendung des Gesetzes, daß bei einem rechtwinkligen Dreieck die Summe der Kathetenquadrate gleich dem Hypotenusenquadrat ist. ermöglicht eine genaue Berechnung der Seiten des rechtwinkligen Dreiecks, die durch die programmierten und als Sollwert vorgegebenen X- und K-Koordinaten und durch die programmierte Vorschubgeschwindigkeit festgelegt sind. Dies ermöglicht eine genaue Regelung der Vorschubgeschwindigkeit anhand programmierter Daten, die dem

\ orschiibgeschwindigkeitsgenerator direkt ohne Umrechnung durch den Programmierer zur Berücksichtigung von Winkeländerungen zugeführt werden können. Aus diesem Grunde wird die Schaltung 10 »direkte« Vorschubgeschwlndigkjits-Regelschaltung genannt. Mit fortschreitendem Betrieb der Schaltung werden die in den Registern 64, 65 und 66 gespeicherten Zahlen schrittweise größer. Um die Kosten der Einrichtung In zulässigen Ci-nzen 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 Leer/ustancl zurückgesetzt. Sie beginnen dann sofort wieder sich zu füllen und eine Fortsetzung der Berechnung der im Register 70 gespeicherten Quadrate zu bewlrki-n. Bei Verwendung von Registern 64, 65 und 66 mit einer Κί^ΐΐζ!'.^'. ^von

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

Wenn die vom Ergebnisregister 70 ermittelte Differenz null ist. bedeutet dies eine Gleichheit der programmierten Vorschiibgjschwlndigkelt (F₁J mit der resultierenden Geschwindigkeit, die durch die Vorschubgeschwlndigkeltskomponeniensignale mit den Impulsfolgefrequenzen F₁ und ^r sorgegeben wird, während eine negative Differenz eine größere Geschwindigkeit als die durch die \ orschubgeschwindigkeitskomponentensignale mit den Impulsfolgefreqiienzen F, und F, vorgegebene anzeigt. In beiden Fällen wird dem Funktionsgenerator 22 kein Ausgangssignal vom Ergebnisregister 70 über das Flipflop-Tor 75.4 und die Verbindung 63 zugeführt. Die Einrichtung wartet daher solange, bis zumindest ein weiterer Programm-Vorschubgeschwindigkeitsimpuls (F₁J über die Verbindung 60 im Register 66 eintrifft, so daß die programmierte Vorschubgeschwindigkeits-lmpulsfolgeii?quenz F₁, aufholen und dann den Sollwert der Vors:hubgeschwinciigkeit geringfügig überschreiten kann. Wenn dieser überschritten wird, enthält das Ergebnlsregister 7(1 eine positive Differenz, und das als Tor wirkende Flipflop 75.4 wird dann so gesetzt, daß es dem Funktionsgenerator 22 einen Impuls über die Verbindung 63 zuführt, der den Funktionsgenerator zur Abgabe eines F₁- oder eines F,-Impulses veranlaßt. Das Flipflop 75/1 wird dann durch einen Taktimpuls über die Verbindung 73 zurückgesetzt. Dem Funktionsgenerator 22 werden daher nur dann Impulse zugeführt, wenn die im Ergebnisregister 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 mit der Impulsfolgefrequenz F_1n die aus dem Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 Ober das Register 66 geleitet werden. Wenn das Ergebnisregister einen positiven Wert anzeigt, werden dem Funktionsgenerator 22 Impulse über das Flipflop-Tor ISA zugeführt, damit dieser F,- und F_r-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 ISA keine Impulse durch, so daß der Funktionsgenerator keine F,- und F₁-Impulse erzeugt und die ins Register 66 eingegebenen Vorschubgeschwlndlgkeitsgeneratorlmpulse »aufholen« können.

F i g. 4 stellt ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbelspiels der »direkten« Vorschubgeschwindlgkeits-Regelschaltung 10 dar. Wie bei dem gerade anhand von Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbelspiel, sind auch

ίο hler der Funktionsgenerator 22 und der Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 dargestellt. Eine Abweichung von der Schaltung nach Fi g. 3 besteht bei der Schaltung nach Flg. 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 Vorschubgeschwindißkeltsimpulse darstellende Zahl. Diese Zahl wird jedoch durch Registrieren von Fehlerimpulsen F, gespeichert, die von dem Ergebnisregister 70 über eine Vorrich-

ΙΛ« Ti ,,»,I

eine Verbindung 81 abgegeben werden. Dieser Fehlersignalkreis hält die Im Register 66 gespeicherte Zahl auf einem Wert, der ausreicht, die in derr Ergebnisregister 70 ermittelte Beziehung der Quadrate einander anzugleichen. In einem Differenzregister 80 wird festgestellt, ob der Wert F, mit der Impulsfolgefrequenz F₁,, die vom Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 erzeugt wird, übereinstimmt. Wenn die im Differenzregister gespeicherte Zahl positiv ist, wodurch angezeigt wird, daß die programmierte Vorschubgeschwindigkeit (F_n) überschritten wird, wird der zweite Regelkreis durch eine Verbindung 82 zu einem Flipflop-Tor ISA 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 der die programmierte Vorschubgeschwindigkeit darstellenden Impulsfolgefrequenz F_n, die der Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 erzeugt, »gleichziehen zu lassen«.

Wenn dieser Zustand erreicht ist. stimmt die Im Register 66 gespeicherte Anzahl der Vorschubgeschwindigkeitsimpulse mit der vom Vorschubgeschwindigkeitsgenerator 14 abgegebenen Anzahl von Vorschubgeschwindigkeitsimpulsen überein.

Bei dem Ergebnisinkrementgenerator 75 kann es sich um ein binäres Flipflop-Tor handeln, das nur auf eine negative Zahl im Ergebnisregister 70 anspricht. Das Ansprechen auf diese Polarität ist erforderlich, da eine negative Zahl bedeutet, daß der Inhalt des Registers 66 inkrementiert (erhöht) werden muß, um einen Abgleich bzw. Gleichheit im Ergebnisregister 70 zu erhalten.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 enthält auch Maßstabs- oder 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 Impulsfolgefrequenzen F_x und F₁. im Verhältnis von 1 :1 oder 10:1 vom Funktionsgenerator 22 in die Register 64 und 65 übertragen. Gewünschtenfalls 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 Vorschubgeschwindigkeit so hoch ist, daß der Funktionsgenerator 22 nicht in der Lage ist. Impulse mit so hoher Folgefrequenz zu erzeugen, daß diese als ein der programmierten Vorschubgeschwindigkeit gleicher Vorschubgeschwindigkeitssollwert vorgege-

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ben 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 ODF.R-Glled 29 festgestellt. Der Ausgang des ODER-Gliedes 29 Ist mit einem Eingang einer bistabilen Übertragungsfaktorwählvorrichtung 290 In Form eines Flipflop verbunden, dessen Ausgangsanschlüsse jeweils Steuersignale für das Verhältnis von 1:1 und 10:1 liefern. Der Verhältnisregelbetrieb Ist auch von der Programmierung einer hohen Vorschubgeschwindigkeit abhängig, was dadurch erreicht wird, daß ein passender Ausgang des Vorschubgeschwlndigkeltsgenerators 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 Datenblocks wird das Fliptlop 290 durch ein Signai über eine Verbindung 290.1' zurückgesetzt.

Über den Eingangsanschluß 61 werden Impulse Eingangsanschlüssen zweier UND-Glieder 90 und 91 der Verhältnisregelschaltung 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 Γ,-Impulse zugeführt. Ein weiterer Eingang dieser UND-Glieder Ist ebenfalls jeweils mit einem der Anschlüsse 87 und 88 verbunden. Dem UND-Glied 100 ist ein weiterer Impulsvervlelfacher 103 nachgeschaltet. Der Ausgang des Impulsvervlelfachers 103 Ist mit einem Eingang eines UND-Gliedes 104 verbunden, das einen weiteren mit dem Anschluß 88 verbundenen Eingang aufweist. Beide UND-Glieder 104 und 101 sind mit einem ODER-Glied 106 verbunden, dessen Ausgang mit dem ^-Register 65 verbunden ist.

Wenn die Zahl Im Dlfferenzreglster 80 und die programmierte Vorschiibgeschwincligkeit unterhalb vorbestimmter Werte liegen, ist das Flipflop 290 zurückgesetzt. Dies sperrt die als !ore wirkenden UND-Glieder 90 und 94 und öffnet das als Tor wirkende UND-Glied 91. Dann werden Impulse mit der Impulsfolgefrequenz F\ unverändert über den Anschluß 61. das UND-Glied 9; und das ODER-Glied 96 ins Register 64 durchgelassen Wenn die Zahl Im Dlfferenzregister80 gleich oder größer iiis eine vuiuesii Mimic Zaiii isi uuci wenn die VüiVi VYnschubgeschwindigkeitsgenerator 14 vorgegebene Vorschubgeschwindigkelt so groß ist. daß die numerische Regelschaltung mit der vorgegebenen Vorschubgeschvvlndlgkeit nicht »Schritt halten» kann, dann wird das Flipflop 290 gesetzt. Dadurch wird die numerische Regelschaltung huf einen Betrieb Im Verhältnis von IO : I umgeschaltet. Das UND-Glied 91 wird gesperrt, während die UND-Glieder 90 und 94 geöffne; werden. Dem Register 64 werden Impulse mit der lmpulslolgefrequenz F, 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 M)O und 104 Impulse mit der Impulsfolgefrequenz F₁ über den Vervielfacher 103 ins Register 65.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patenuinsprtjche;

1. Numerische Regeleinrichtung für eine Werkzeugmaschine zum Regeln der Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück In Abhängigkeit von programmierten Daten, mit einem Vorschubgeschwindigkeitsgenerator, der ein Vorschubgeschwindigkeitssignal in Form von Impulsen erzeugt, deren Folgefrequenz einem programmierten Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit auf der Bewegungsbahn entspricht, mit einer Regelschaltung, die ein vom Vorschubgeschwindigkeitssignal abhängiges Signa! mit von Vorschubgeschwindigkeitskomponentensignalen eines Funktionsgenerators abhängigen Signalen vergleicht und ein vom Vergleichsergebnis abhängiges Vergleichssignal dem Funktionsgenerator zuführt, wobei der Funktionsgenerator in Abhängigkeit von dem Vergleichssignal und programmierten Daten die Vorschubgeschwindigkeitskomponenienslgnale in Form von Vorschubimpulsen für einen inkrementellen Vorschub in Richtung wenigstens zweier zueinander senkrechter Achsen mit Folgefrequenzen erzeugt, deren Quadrasumme durch die Regelschaltung und den Funktionsgenerator dem Quadrat der Impulsfolgefrequenz des Vorschubgeschwindigkeitssignals angenähert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regelschaltung (10) die Quadratsumme (F,¹+ F/) mit dem Quadrat (F₁,²) der Impulsfolgefrequenz des Vorschubgeschwindigkeitssignals verglichen wird und die Quadrate (F₁ ², F_v ², F₁,¹) jeweils dadurch gebilUM werden, daß zu einem aus der Impulsanzahl /; gebildeten Quad^.t mit dem nächsten Impuls die Zahl 2;;+ I add'ert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch ' dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl /; der Impulse der Vorschubgeschwindigkeitskomponentensignale in wenigstens zwei Registern (64, 65), jeweils einem ersten Register (64) und einem zweiten Register (65), und die des Vorschubgeschwindigkeitssignals in einem dritten Register (66) speicherbar ist, daß diese Register (64. 65, 66) mit einer Addier- und Subtrahiervorrichtung (70.4) verbindbar sind, die zu den Impulsanzahlen die Zahl 2/;+I addiert und die Differenz aus Quadrat (F²) und Quadratsumme (F² + F₁ ²) in ein Ergebnisregister (70) überträgt, das mit dem Funktionsgenerator (22) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Löschschaltung für die Register (64, 65, 66) vorgesehen ist. die betäligbar ist. wenn der Inhalt des dritten Registers (66) einen vorbestimmten Wert überschreitet.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Register (66) dem Vorschubgeschwindigkeitsgenerator (14) unmittelbar nachgeschaltet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des dritten Registers (66, Flg. 4) an den Ausgang einer in Abhängigkeit von einer Differenz eines vorbestimmten Vorzeichens. die in dem Ergebnisregister (7(1) gespeichert lsi. betatigbaren Vorrichtung (75) angeschlossen ist, daß das Ausgangssignal dieser Vorrichtung (75) das Vorschubgeschwlndlgkcltssignal darstellt, daß ein Diflerenzreglster (80) das Vorschubgeschwindlgkellssignal mit dem Ausgangssignal (81) der diffcrenzabhiinglg betaligbaren Vorrichtung (75) vergleicht und derart betreibbar ist. daß sie den Funktionsgenerator (22) in

Abhängigkeit von diesem Vergleich steuert.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine ÜbertragungsverhSItnlsregelvorrlchtung (85, 86, FIg,4) zwischen dem Funktionsgenerator (22) und dem ersten und zweiten Register (64, 65) liegt und dem ersten und zweiten Register -Sollwerte für den Vorschub längs der jeweiligen Achsen darstellende Impulsfolgen, die entweder mit einem ersten Übertragungsfaktor oder mit einem zweiten Übertragungsfaktor multipliziert sind, wählbar zuführt, und daß ferner eine bistabile Übertragungsfaktorwählvorrichtung (290) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit dem Dlfferenzregister (80) und ausgangsseitig mit der Übertragungsverhältnisregelvorrtchtung (85, 86) verbunden ist und die den Übertragungsfaktor für die Eingangssignale des ersten und zweiten Registers (64, 65) in Abhängigkeit davon wählt, ob der Inhalt des Diflerenzregisters ober- oder unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.