DE2139053A1 - Numerische Werkzeugmaschinensteue rung - Google Patents
Numerische Werkzeugmaschinensteue rungInfo
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
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Description
2139013
D! '^3
The Bendix Corporation
Executive Offices
Bendix Center 30. JuIi 1971
Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-1671
Numerische Werkzeugmaschinensteuerung
Die Erfindung betrifft numerische Werkzeugmaschinensteuerungen, insbesondere eine numerische Steuerung mit einem einzigen zeitmultiplexgebildeten
arithmetischen Operator zur Verarbeitung von Befehlssignalen für die verschiedenen gesteuerten Maschinenachsen
in serieller Reihenfolge.
Numerische Punktsteuerungen bedienen sich im allgemeinen einer Anzahl von Recheneinrichtungen zur Erzeugung der Steuersignale,
die den den befehlgesteuerten Achsen zugeordneten Mechanismen zugeführt werden. Wie bekannt, kann eine normale numerische. Steuerung
verschiedene Achsen steuern und damit mehrere dieser Mechanismen aufweisen. In der Praxis ist somit für jede gesteuerte
Achse eine Recheneinrichtung vorgesehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel einer früheren Steuerung vergleicht die Recheneinrichtung oder Recheneinheit die Sollstellung mit
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der Iststellung des Werkzeugmaschinenschlittens und berücksichtigt
dabei befohlene Versetzungen, um dann das resultierende Ausgangssignal an einen Akkumulator oder ein Α-Register zu übertragen.
Dieses Ausgangssignal wird Fehlersignal genannt. Im Akkumulator
wird das Fehlersignal mit jeweils verschiedenen Signalen für den "Auslöse- oder Schaltpunkt11 verglichen, um die Verstellgeschwindigkeit
der Werkzeugmaschine zu verändern, wenn der Fehler zunehmend kleiner wird. Diese Schaltpunkte befinden sich im allgemeinen
in bestimmten Abständen von der Sollstellung, voriwelcher ab die Werkzeug- oder Werkzeugmaschinengeschwindigkeit bis zum Endschalt-
und
punkt abnimmt, wobei der Motor abgeschaltet wird/die Werkzeugmaschine
antriebslos in die Sollstellung einfahren kann.
Vorstehend wurde der Stand der Technik erläutert, auf welchen sich
die Erfindung bezieht. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verringerung der Bausteine d?r Anlage durch Verwendung von nur
einer einzigen Recheneinrichtung zur Verarbeitung der Befehlssignale für die verschiedenen gesteuerten Achsen einer numerisch
gesteuerten Anlagp. Die Aufgabe wird durch einen Multiplexbetrieb gelöst, bei welchem die Befehlssignalmengen für die verschiedenen
Achsen in zeitmultiiexer Weise gebildet und der einzigen Recheneinrichtung
zugeführt werden, wobei die zeitmultiplexe Arbeitsweise die Durchführung eines Unterprogramms für die verschiedenen
Eingangssignale verlangt, die in feststehender Ordnung und in getrennten Intervallen eingegeben werden.
Nach einem Merkmal der Erfindung werden Taktsignale zur Eingabe der Achsenbefehlssignale in die Recheneinrichtung in getrennten
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Intervallen erzeugt, um jedes Befehlssignal einer feststehenden
Reihenfolge von Verarbeitungsgängen zu unterziehen, wobei die Dauer der getrennten Intervalle länger ist, als die zur Durchführung
der feststehenden Arbeitsfolge erforderliche Zeit. Zu der seriell durchgeführten Arbeitsfolge gehört der Vergleich des
Fehlersignals mit den verschiedenen Schaltpunkten, so daß der
Servomotor des Werkzeugmaschinenschlittens entsprechend gesteuert werden kann.
Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher
Bedeutung sein. In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen numerischen
Steuerung; und
Fig. 2 ein Impulsdiagramm, das die Beziehung zwischen den
Größen der in der Schaltung der Fig. 1 auftretenden Signale darstellt.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße numerische Steuerung 10 für die Einzelpunktsteuerung der Achsen der Werkzeugmaschine 12 gezeigt,
wobei diese Werkzeugmaschine drei zueinander senkrecht stehende Achsen für die Verstellung oder Versetzung des Werkzeugs
besitzt, sowie Schaltwerke, beispielsweise in der Form von Motoren oder Schraubenböcken bzw. Schraubenwinden zur Steuerung
der Versetzung des Werkzeugs oder des Werkzeugmaschinenschlittens in allen drei Achsen. Die Wahl der Zahl Drei ist nicht erfin-
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dungswesentlich und es können mehr oder weniger Achsen mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren multiplexgesteuert werden. Die gewünschten Achsenbewegungen werden der Anlage 10 durch die Steuertafel
14 mit den bekannten und geeigneten Eingabevorrichtungen für die numerischen Daten X-, Y- und Z-Achse eingegeben. Die über die
Steuertafel 14 eingegebenen bzw. über Drehknöpfe eingespeisten Befehle gelangen an den Speicher 16 mit den Registern 18, 19jLnd
20 für die X-, Y- und Z-Achse. Wie bekannt, können die Positionierbefehle auch von einem Lochstreifenleser eingegeben werden. Jedes
^ Register besitzt drei getrennte Teile: Den ersten Teil zur Speicherung
des Eingabebefehls, den zweiten Teil zur Speicherung einer Werkzeug- oder Schlittenversetzung, wenn eine'solche gefordert wird,'
und den dritten Teil zur Speicherung der Wer e für die Ist-Stellung des Werkzeugs oder des Schlittens, wobei diese Daten vom Werkzeug
bzw. Schlitten 12 über einen Rückführungs- oder Regelkanal an das Register übertragen werden. Die digitalen Daten der Register oder
Registerfelder 18, 19 und 20 werden dem Multiplexer 22 eingespeist,
dessen Ausgänge 24, 25 und 26 für Befehlssignale, Versetzungssignale und Positionierungssignale an die einzige Recheneinrich-
" tung 28 geführt sind. Die Recheneinrichtung 28dient zur Abgabe
eines multiplexgebildeten Fehlersignals an die Leitung 42, das proportional ist dem Achsenbefehl plus der Einzelversetzung in
einer jeden gesteuerten Achse minus der gegenwärtigen Iststellung des Werkzeugmaschinenschlittens. Diese Aufgabe wird, zusammen mit
der weiteren Funktion des Vergleich des Fehlersignals mit einer Anzahl von Schaltpunkten, als serielle Folge von Arbeitsgängen
durchgeführt, die von Taktsignalen gesteuert werden,welche auf den Eingangsleitungen 30 vom Taktsignalgeber 31 im Multiplexer 22
her anliegen. _t._
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In zunehmend kleineren Abständen von der Sollstellung werden durch
die Schaltpunktsteuerung 52 drei Schaltpunkte festgelegt, wobei die Ausgangsleitungen 34, 35 und 36 der Schaltpunktsteuerung 52
• an die Recheneinrichtung 28 geführt sind. In diesen Ausgangsleitungen
liegen die den Schaltpunkten 1, 2 und 3 zugeordneten
Koinzidenztore 38, 3 9 und 40, welche die Auslösepunkte der Reihe
nach bei Auftreten der Taktsignale des Taktsignalgebers 31 über die Leitungeni, 2 und 3 beaufschlagen.
Die Ausgangsleitung 42 der Recheneinrichtung 28 ist mit dem Akku- mulstDT 44 verbunden, der als Pufferspeicher für das Achsenfehlersignal
dient. Ober die Ausgangsleitung 146 ist der Akkumulator 44 zur Recheneinrichtung zurückgeführt, so daß der Inhalt des Akkumulators
mit dem über die Leitungen 34, 35 und 36 an die Recheneinrichtung gelangenden Schaltpunktsignalen verglichen werden kann.
Ferner ist der Akkumulator 44 mit der logischen Schaltung 48 für. Fehlersignale verbunden, welche die Befehle für die X-, Y- und
Z-Achse an die einzelnen Schaltwerke der Werkzeugmaschine 12 sowie auch an die Stellungsanzeige 50 verteilt. Die Schaltung 48
ist mit den Taktsignalen synchronisiert, um die Fehlersignale an die richtigen Achsen zu verteilen.
Im Multiplexer 22 empfängt eine erst© Reihe von UND-Toren 52, 54
und 56 die Taktsignale 1, 2 und 3 fqsb Taktsignalgeber 31 sowie
die Be fehl ssigxia !größen von den Registern 18, 19 und 20 „ Die
Ausgangssignale der ÜND-Tore 52 B 54 und 56 gelangen/gemeinsam
an das ODER-Tor 58„ dessen Ausgaragssignal wiederum auf der Befehlsausgabeleitmig
24 erscheint„
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Eine zweite Reihe von UND-Toren 60, 62 und 64 empfängt die Taktsignale
des Generators 31 sowie die Signal-großen für die Versetzungen in der X-, Y- und Z-Achse von den Registern 18, 19
und 20. Die Ausgangssignale der UND-Tore 60, 62 und 64 gelangen gemeinsam an das ODER-Tor 66, dessen Ausgangssignal wiederum auf
der Leitung 25 für Versetzungsbefehle erscheint.
Eine dritte Reihe von UND-Toren 68, 70 und 72 empfängt die Taktsignale
des Generators 31 sowie die Signalgrößen für die Ist-Stellung von den Registerteilen 18, 19 und 20. Die Ausgangssignale
der UND-Tore 68, 70 und 72 gelangen gemeinsam an das ODER-Tor 74, dessen Ausgangssignal wiederum ein Positionierbefehl
auf der Leitung 26 ist. Jede Signalgröße für einen Befehl, eine Versetzung und eine Positionierung gelangt an die Recheneinrichtung
28 zur Errechnung des Fehlersignals auf der Leitung 42 in Abhängigkeit von einer nachstehend beschriebenen seriellen Arbeitsfolge.
Arbeitsweise
Die Arbeitsweise der numerischen Steuerung 10 der Fig. 1 wird jetzt
anhand des Impulsdiagramms der Fig. 2 beschrieben. Die drei obersten Kurven der Fig. 2 sind die pha.senversetzten Rechteckspannungen
76, 78 und 80, die durch den TaktSignalgeber 31 erzeugt
werden und auf den Leitungen 1, 2 und 3 anliegen. Wie vorstehend
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beschrieben, gelangen diese drei phasenversetzten Signale zu den UND-Toren 52, 54, 56, 60, 62, 64, 68, 70 und 72 zur zeitmultiplexgebildeten
Übertragung der Befehls·;Versetzungs- und Positionierungssignale
von den drei Registern 18, 19 und 20 füi/die gesteuerten Achsen. Außerdem gelangen diese Signale an die Schaltpunkttore
38, 39 und 40 zur Übertragung von Schaltpunktdaten an die Recheneinrichtung 28. Somit werden die Tore 52, 60 und 68
durchgesteuert, solange die Spannung 76. hochpegelig ist, um die Signalgrößen für die X-Achsen an die Recheneinrichtung zu übertragen.
Solange die Spannung 78 hochpegelig ist, werden die Tore 54, 62 und 70 zur Übertragung der Signalgrößen für die Y-Achse an
die Recheneinrichtung durchgesteuert. Schließlich werden die Tore 56, 64 und 72 durchgesteuert, solange die Spannung 80 hochpegelig
ist, um die Signalgrößen für die Z-Achse an die Recheneinrichtung zu übertragen.
Fig. 2 zeigt acht weitere phasenversetzte Impulsbilder, die mit TS 1 bis TS8 bezeichnet sind und auf der Leitung 30 erscheinen,
wie in Fig. 1 gezeigt. Der Impuls TS2 eilt dem Impuls TS1 zeitlich nach, undüer Impuls TS3 eilt dem Impuls TS2 zeitlich nach,
bis alle acht Impulse TS1 bis TS8 wflhrend des hochpegeligen Zustandes
der Spannung 76 aufgetreten sind. Die zweite Impulsreihe TSl bis TS8 tritt während des hochpegeligen Intervalls des Impulses
78 auf. Die dritte Impulsreihe TS1 bisTS8 tritt während
des hochpegeligen Zustandes der Wellenform 80 auf, worauf sich der Zyklus wiederholt. Diese Impulsformen der Fig. 2 können
leicht mit Hilfe eines bekannten stabilen Oszillators und einer bekannten geeigneten Verzögerungsschaltung erzeugt werden.
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Die serielle Arbeitsfolge in der Recheneinrichtung 22 bei Auftreten
der Taktimpulse TS 1 bis TS8 läuft wie folgt ab: TS1 bewirkt die Eingabe von Daten für eine früher gemessene Stellung
in das Speicherfeld für das Stellungssignal; TS2 löst die algebraische Addition des Befehls und der Daten für die Versetzung
sowie die Speicherung der Summe im Akkumulator 44aus; TS3 bewirkt eine Ergänzung der Komplementärzahlen dieser Summe, falls
erforderlich, sowie die Einspeicherung des Ergebnisses im Akku-
^ mulator 44; TS4 bewirkt eine Subtraktion der Sollstellungsdaten
vom Inhalt des Akkumulators und eine Einspeicherung der Differenz im Akkumulator 44; TS5 löst eine Ergänzung durch Komplementärzahlen
der Größe des Differenzsignals aus, falls erforderlich. Jetzt ist im Akkumulator das Fehlersignal gespeichert. Bei Auftreten
von TS6 wird der Inhalt des Akkumulators mit dem ersten Schaltpunktsignal des Schaltpunkttors 38 verglichen. Wenn durch
diesen Vergleich angezeigt wiard, daß das Schaltwerk eine Versetzung
des Werkzeugmaschinenschlittens zur Stellung des Schaltpunkts ausgelöst hat, dann wird der diese Schlittenbewegung
" steuernde Motor abgebremst bzw. verlangsamt. Dies kann auf verschiedene
Weise, einschließlich Stromumschaltung, durchgeführt werden. Bei Auftreten von TS7 wird der Inhalt des Akkumulators
mit dem zweiten Schaltpunktsignal verglichen, und die Motorendrehzahl
wird wiederum herabgesetzt, wenn der Vergleich zeigt,daß der
Schaltpunkt erreicht wurde. Bei Auftreten von TS8 wirdüer Inhalt
des Akkumulators 44 mit dem dritten Schaltpunktsignal verglichen, und wenn dieser Schaltpunkt erreicht worden ist, dann wird der
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Motor abgeschaltet, und der Werkzeugmaschinenschlitten bzw. das Werkzeug kann antriebslos Cira Leerlauf) in die Sollstellung einfahren.
Diese Arbeitsfolge wird laufend und seriell für die Signalgrößen der X-, Y- und Z-Achse wiederholt, um die Stellung des
Werkzeugmaschinenschi it.tens dauernd mit nur einer Recheneinrichtung steuern zu können, wobei diese serielle Steuerungsweise eine
Vereinfachung der Arbeitsgänge und der Herstellung der Anlage gestattet.
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Claims (7)
- Patentanwalt» Dr. Ing. H. Ne9*ncknkDipl. Ing. H. Hzt.
Dipl. Phys. W. Srf.dkThe Bendix CorporationExecutive OfficesBendix Center 30. Juli 1971Anwaltsakte M-1671Southfleid,Mich. 48075,USAPatentansprüche,/Verfahren zum Betrieb einer numerischen Steuerung für eine Werkzeugmaschine mit einer Anzahl von gesteuerten Achsen und einer Anzahl von diesen Achsen zugeordneten Einrichtungen, die in Abhängigkeit von entsprechenden Stellungsbefehlen arbeiten, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Serielle Eingabe der Befehlssignale in festen Intervallen an eine Recheneinrichtung zur Durchführung einer seriellen Folge von Rechenoperationen, wiederholte Durchführung der Folge von Rechenoperationen für jedes Befehlssignal während der Dauer dieser feststehenden Intervalle, sowie als Teil der Folge von Rechenvorgangen, der Vergleich der durch die Recheneinrichtung von den BefehlsSignalen abgeleiteten Signale mit jeweils mindestens zwei Schaltpunktsignalen, um die Weise festzulegen, in welcher die zugeordneten Einrichtungen gesteuert werden.-11-109807/1387 - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnets daß die Eingabe der Befehlssignale die Einspeisung der Befehlssignale in eine Anzahl von Toren umfaßt, welche die die Intervalle darstellenden phasenversetzten Taktsignale erzeugen, sowie dadurch, daß die Taktsignale an die Tore angelegt werden.
- 3. Numerische Steuerung für eine Werkzeugmaschine mit einer Anzahl von stellungsgesteuerten Schaltwerken zur Positionierung des Werkzeugmaschinenschlittens in den entsprechenden Achsen nach dem Verfahren von Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bausteine umfaßt: Einrichtungen zur Abgabe von Signalen für Stellungsdaten (14,16) an jedes Schaltwerk (12), eine Recheneinrichtung (28) zur Erzeugung von Stellungsfehlersignalen für die Schaltwerke und schließlich einen Multiplexer (22) zur Abgabe der Signale für die Stellungsdaten an die Recheneinrichtung (28) in einer serfellen Folge in Abhängigkeit von den Signalen der stellungsgesteuerten Achsen,
- 4. Numerische Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Abgabe von Signalen für die Stellungsdaten (16) für jede Achse (18,19,20) folgende Bausteine umfaßt: Einen Speicher für Befehlssignale, einen Speicher für Versetzungssignale und einen Speicher für die Iststellung.
- 5. Numerische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinuchtung (28) ein Ausgangssignal erzeugt, das auf das Befehlssignal plus Versetzungssignal minus Stellungssignal bezogen ist.-12-10988 7/13 87
- 6. Numerische Steuerung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (28) über die Schaltpunkttore (38,39,40) mit der Schaltpunktsteuerung (52) zum Vergleich des Ausgangssignals mit mindestens einem Schaltpunktsignal für jede Achse verbunden ist, um bei Erreichen des Schaltpunktes die Merkmale der Schaltwerksteuerung zu verändern.
- 7. Numerische Steuerung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (22) eine Anzahl von zwischen den Stellungsgebern (14,16) und die Recheneinheit (28) geschalteten Koinzidenztoren (52,54, 56,60,62,64,68,70,72) enthält, sowie dadurch, daß ein Taktsignalgeber (31) mit den Koinzidenztoren, den Schaltpunkttoren (38,59,40) und mit der Recheneinrichtung (28) verbunden ist.109887/ 1387Leerseife
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