DE2145322A1

DE2145322A1 - Numerische Drehmaschinensteuerung

Info

Publication number: DE2145322A1
Application number: DE19712145322
Authority: DE
Inventors: Hymie Detroit Mich Cutler (V St A)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-09-21
Filing date: 1971-09-10
Publication date: 1972-03-23
Also published as: FR2107843A1; CH543120A; FR2107843B1; US3720120A

Description

Dipl. Ing. H. Η,· :x

Dipl. Phys. W. Schrniiz

8 MUnchen i5,Ho*öri$ir.23

Bendix Center 8. September 1971

Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-1744

Numerische Drehmaschinensteuerung

Die Erfindung betrifft eine numerische Steuerung für eine Drehmaschine, die der Härte des zu bearbeitenden Werkstücks angepaßt werden kann, um die Spindeldrehzahl und den Vorschub zu steuern, wodurch sich eine bestimmte Gebrauchslebensdauer des Werkzeugs und eine maximale Menge der Spanabhebung während dieser Gebrauchslebensdauer ergibt.

Numerische Kopiersteuerungen zur Steuerung der Bewegungsbahn des spanabhebenden Werkzeugs einer Werkzeugmaschine gegenüber dem durch die Maschine bearbeitenden Werkzeug aufgrund von eingegebenen numerischen Daten sind weit verbreitet. Außer den Daten für die gewünschte Bewegungsbahn können die der Anlage eingegebenen numerischen Daten auch Daten für die Bewegungsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs längs der Bahn sowie für die Drehzahl der Maschinenspindel enthalten.

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Bei der Aufbereitung der numerischen Daten sind die genauen Bedingungen, unter welchen die Maschine ein bestimmtes Werkstück formgebend bearbeitet, unbekannt, und somit muß der ungünstigste mögliche Fall berücksichtigt werden, und dementsprechend müssen vorsichtig bewertete Werkzeugvorschübe und Spindeldrehzahlen programmiert werden. Die wichtigste hierbei auftretende Variable ist die Härte des zu verformenden Werkstücks, die sich infolge der speziellen Metallegierung, Schwankungen bei der Wärmebehandlung oder Vergütung oder auch infolge der WerkstoffVerhärtung als Ergebnis vorhergehender Bearbeitungsgänge in einem weiten Bereich verändern kann. Somit werden bei der Programmierung relativ langsame Vorschübe und Drehzahlen berücksichtigt, die sich für die spanabhebende Bearbeitung der härtesten möglichen Werkstoffe eignet, wobei man im aktiven Betrieb auf die höheren Produktionsgeschwindigkeiten verzichtet, die dann erreicht werden könnten, wenn der Werkstoff weicher ist als der programmierte. Ebenso kann an der Anlage eine Handeingabe für die Daten vorgesehen sein, die zur Übersteuerung der programmierten Vorschub- und Drehzahlwerte verwandt werden kann. Der Bedienungsmann kann jedoch häufig die nachteiligen Schneidbedingungen nicht schnell genug erkennen und schnell genug darauf reagieren, um Schaden am Werkzeug oder am Werkstück zu vermeiden, und ist außerdem bestrebt, bei der Übersteuerung der programmierten Geschwindigkeiten Vorsicht walten zu lassen, wodurch sich eine unrationelle Leistung der Anlage ergibt.

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Um diese Nachteile zu vermeiden, wurden anpassungsfähige numerische Steuerungen entwickelt, welche die dem eigentlichen spanabhebenoen Vorgang begleitenden Parameter messen, wie z.B. die Werkzeu^kraft bzw. das Werkzeugmoment, die Schwingungen und Temperatur der Werkzeugmaschine und so weiter, und die die Vorschübe und Drehzahlen in einer bestimmten aus mehreren Möglichkeiten gewählten Betriebsart steuern, d.h. es werden optimierend Rückführungs- oder Regelmessungen zur Berechnung der Parameter und der Wirksamkeit der spanabhebenden Maschine durchgeführt, wobei im Regelkreis die Steuersignale direkte Funktionen der gemessenen Parameter sind oder im Optimierungsbetrieb innerhalb der Grenzwerte liegen, die der Anlage eingegeben und die durch die Regelsignale gesichert werden.

Die Erfindung betrifft eine solche Anpassungssteuerung, bei welcher der Vorschub des Schneidwerkzeugs und die Drehzahl der Spindel einer Drehmaschine in einem Regelkreis als Funktion der Härte des Werkstücks gesteuert werden, wobei diese Härte durch eine Messung der Schnittkraft bestimmt wird, die durch das Werkzeug ausgeübt wird, um eine annähernd vorhersagbare Gebrauchslebensdauer für das spanabhebende Werkzeug zu erreichen und die Menge des Spanabhubs während dieser Gebrauchslebensdauer zu optimieren.

Die Forderung, die Vorschübe und Drehzahlen so zu steuern, daß eine bestimmte Gebrauchslebensdauer erreicht wird, ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen den Produktionskosten der maschinenbearbeiteten Teile, der Standzeit des Werkzeugs und dem Ausstoß

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oder Produktionsgeschwindigkeit. Unter Verwendung von langsamen Schnittgeschwindigkeiten und einer geringen Zerspanungsleistung läßt sich eine sehr lange Standzeit oder Gebrauchslebensdauer des Werkzeugs erreichen, und die ,gesamte Metallzerspanung während dieer Werkzeugstandzeit wird sehr groß sein, doch ist der Ausstoß der Maschine sehr klein. Am anderen Extrem ergeben hohe Schnittgeschwindigkeiten und Zerspanungsleistungen eine sehr kurze Bearbeitungszeit für ein einzelnes Teil und maximieren damit kurzfristig den Ausstoß, jedoch wird die Standzeit des Werkzeugs sehr verkürzt, was einen häufigen Werkzeugwechsel mit den entsprechend langen Rüstzeiten bedingt, wodurch der tatsächliche Ausstoß langfristig ebenfalls herabgesetzt wird. Ebenso ist dann die gesamte lietallzerspanung während der Werkzeugstandzeit sehr gering, wodurch die anteiligen Bearbeitungskosten bei der Herstellung eines jeden Teils erhöht werden. Zwischen diesen beiden Extremen liegen die Werte für die Gebrauchslebensdauer des Werkzeugs, mit welchen die Teilekosten weitgehend herabgesetzt werden bzw. der Gewinn pro Teil auf der Grundlage der Bearbeitungs- und Lohnkosten pro Minute, der Werkzeugkosten und der Zeit für den Werkzeugwechsel und das Neuanlaufen des Programms maximiert wird.

Durch Schaffung einer voraussagbaren Werkzeugstandzeit können nicht nur die Kosten optimiert werden, sondern auch der Werkzeugwechsel durch den Bedienungsmann kann einprogrammiert werden. Die erwartete Gebrauchslebensdauer des Werkzeugs kann in Form' numerischer Daten in die Anlage eingegeben werden und laufend mit der bisherigen Standzeit eines bestimmten Werkzeugs ver-

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glichen werden, um ein Ausgangssignal zur Anzeige abzugeben, daß ein Werkzeugwechsel vorgenommen werden muß, wenn beide Signale gleich sind. Dadurch braucht das Werkzeug nicht periodisch auf Verschleiß untersucht zu werden, und es bedarf keines menschlichen Werturteils, wann ein Ersatz nötig ist.

Um diese programmierte Geschwindigkeit des Werkzeugverschleisses unabhängig von den verschiedenen Härten des Werkstücks zu erreichen, werden die Vorschübe und Drehzahlen als Funktion der Härte gesteuert. Die momentan auftretende Härte des Werkstücks wird durch die auf das Werkzeug ausgeübte Schnittkraft gemessen, da diese Kraft eine Funktion der bearbeiteten Zerspanungsfläche und der Schwierigkeit ist, mit welcher der Span vom Werkstück abgetrennt wird. Je härter das Werkstück ist, umso größer ist der Widerstand für das Abtrennen des Spans. Somit ist bei konstanten Zerspanungsleistungen, d.h. bei konstanter Schnittiefe und konstantem Vorschub die Größe der auf das Werkzeug einwirkenden Kraft eine Furition der Härte des Werkstücks. Diese Größe könnte einfach dadurch konstant gehalten werden, daß der Vorschub in Abhängigkeit von den abgetasteten Veränderungen des Kraftmoments oder der Härte ohne Einstellung der Schnittgeschwindigkeit oder der Spindeldrehzahl angepaßt wird. Da jedoch die Werkzeugstandzeit eine Funktion sowohl der Schnittgeschwindigkeit als auch der Zerspanungsleistung und der Härte des Werkstücks ist, muß die Schnittgeschwindigkeit eingestellt werden, um einen konstanten Werkzeugverschleiß für verschiedene Härte- und Vorschubwerke zu erhalten.; Da die Schnittgeschwindigkeit einen erheblich größeren Einfluß

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auf die Geschwindigkeit des Werkzeugverschleißes ausübt als der Vorschub, kann eine relativ kleine Änderung der Schnittgeschwindigkeit starke Änderungen der Werkstückhärte ausgleichen. Da die Abtragsgeschwindigkeit das Produkt aus der Schnittgeschwindigkeit und der Zerspanungsleistung ist, bleibt der Produktionsverlust bei einer Herabsetzung der Schnittgeschwindigkeit relativ klein. Damit erhält das erfindungsgemäße Anpassungsverfahren die programmierte Werkzeugstandzeit so, daß sich während dieser Werkzeugstandzeit eine maximale Abtragungsgeschwindigkeit erreichen läßt.

Das nachstehend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert den Maschinenvorschub als Funktion der Spindeldrehzahl. Es steuert die Spindeldrehzahl als Funktion des Radius des bearbeiteten Teils, so daß die Regelwerte unabhängig vom Radius des Teils in Oberflächenweg pro Minute (SFM = surface feetper-minute) ausgedrückt werden können. Bei der Ableitung des Vorschubs in Wegeinheiten pro Minute (IPR = inches-per-minute) und der Spindeldrehzahl in Oberflächenweg pro Minute wird nur ein einziger Regelwert verwandt. Dieser Wert, der Sollpunkt für die Schnittkraft des Werkzeugs wird unter Verwendung von Daten des Lochstreifens gewonnen, die auch die Schnittiefe enthalten. Der Vorschub in Wegeinheiten pro Minute (IPR) wird so festgelegt, daß die gemessene Schnittkraft des Werkzeugs gleich ist dem Sollpunktwert. Die Drehzahl in Oberflächenweg pro Minute (SFM) wird unter Verwendung des so bestimmten IPR-Wertes errechnet. Das Signal für die Wegeinheit pro Umdrehung (IPR) wird so abgeleitet, daß

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die durch den Vorschub, die Schnittiefe und die Schnittgeschwindigkeit bestimmte Zerspanungsleistung auf solchen Werten gehalten wird, daß keine übermäßigen Kräfte auf das Werkzeug einwirken können, die dessen Bruch verursachen könnten. Für eine gegebene Schnittiefe kann diese maximale Sicherheitszerspanungskraft aus empirischen Daten errechnet werden, wobei diese Berechnung entweder separat durch den Programmierer oder im On-Line-Betrieb durch den Rechner für das gespeicherte Programm durchgeführt werden kann. Der Sollpunkt für die Schnittkraft wird laufend mit der IST-Schnittkraft verglichen, und der I PP.-Wert wird als Funktion des Verhältnisses zwischen diesen beiden Werten verändert. Diese Veränderung erfolgt periodisch, damit die Steuerung Zeit hat, zwischen zwei ivertänderungen richtig einzuschwingen.

Indem der SFM-Wert aus dem IPR-Wert errechnet wird, wird die Schnittgeschwindigkeit mit der Härte des Werkstücks verändert. Der Grund hierfür liegt darin, daß der durch dieses Verfahren bestimmte IPR-Wert ein Haß für die Härte des Werkstücks darstellt.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gewinnt Steuerung ein IPR-Signal aus der IST-Schnittkraft sowie aus der programmierten Schnittiefe. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Schnittiefe mit einem geeigneten Taster direkt gemessen werden oder aus den'programmierten Bahndaten errechnet werden. Das entstehende IPR-Signal ist umgekehrt proportional zur Werkstückhärte und stellt somit ein Maß für die Härte dar, und der Vorschub wird als direkte Funktion dieses Wertes sowie als Funktion der Spindeldrehzahl gesteuert. Die Schnittgeschwindigkeit

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in Oberflächenweg pro Minute (SFM) wird aus dem IPR-Signal errechnet, \vobei eine Gleichung benützt wird, die aus empirischen Versuchen für den Wert von IPR abgeleitet ist, mit dem sich eine bestimmte Werkzeugstandzeit unter wechselnden Werten für die Schnittgeschwindigkeit und die ScLnittiefe erreichen läßt. Da die Schnittkraft des Werkzeugs eine Funktion sowohl des Vorschubs und der Schnittiefe als auch der Werkstückhärte ist und ziemlich unabhängig von der Schnittgeschwindigkeit ist, kann der Vorschub in umgekehrtem Verhältnis ,der Werlstückhärte nachgeführt werden, und die Schnittgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß sich die programmierte Werkzeugstandzeit für die gegebene Werkstückhärte erreichen läßt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine numerische Steuerung zu schaffen, welche die Vorschübe des Schneidwerkzeugs und die Spindeldrehzahlen anpassungsfähig als Funktion der Werkstückhärte verändert, um eine bestimmte optimale Werkzeugstandzeit sowie einen maximalen Metallabtrag während dieser Standzeit zu erreichen.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die einzige Zeichnung zeigt das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung teilweise als Blockschaltbild und teilweise als Schemazeichnung.

In der Zeichnung ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung als numerische Steuerung für eine Drehmaschine schematisch

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bei der Bearbeitung des Werkstücks 10 dargestellt. Das Werkstück wird durch den Spindeltrieb 12 gedreht und durch den Drehmeißel 14 bearbeitet, der radial gegenüber der Drehachse des Werkstücks durch den Antrieb 16 für die X-Achse und längs der Drehachse des Werkstücks durch an Antrieb 18 für die Z-Achse zugestellt wird. Der X-Achsenantrieb-16 bewegt den Drehmeißel 14 auf den beiden Führungsbahnen 20 und wird selbst auf dem Schlitten 22 geführt, der durch den Z-Achsenantrieb 18 auf den beiden Führungsbahnen 24 verschoben wird.

Die erfindungsgemäße Anlage dient zur Abgabe von Steuersignalen für den Spindeltrieb 12, den X-Achsentrieb 16 und den Z-Achsentrieb 18 in Abhängigkeit von Daten eines Datenträgers, der vorzugsweise in der Form eines herkömmlichen achtkanaligen Lochstreifens 28 ausgeführt ist. Der Lochstreifen ist im BCD-Code (binär kodierte Dezimalzahlen) kodiert, wobei sich jedes alphanumerische Zeichen in der Breite des Streifens erstreckt. Der Streifen enthält bestimmte einführende Datenblocks, die wiederum Daten enthalten, die während des gesamten Schnittvorgangs konstant bleiben. Weiter enthält der Streifen eine Reihe von Blöcken, die jeweils einen Abschnitt der Sollbewegung bestimmen und auch andere Daten abgeben, die im Zusammenhang mit diesem Bewegungsabschnitt gebraucht werden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der Einführungsblock die folgenden Daten:

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Größe	Niedrigster Stellenwert	Einheit	Kurzbe zeichnung
Standzeiterwartung für Werkzeug	0,1	Minute	TL
Maximaler IPR-Wert	0,0001	IPR	Max IPR
Minimaler IPR-Wert	0,0001	IPR	Min IPR
Schnittkraftkonstante Nullschirittiefe	1,0	Pfund (kg)	FCO
Schnittkraftkonstante pro Schnittiefe	1,0	Pfund (kg) pro Zoll (cm) Schnittiefe	FPK
Maximaler SFM-Wert	0,1	SFi!	Max SFM
Minimaler SF-Wert	0,1	SFM	Min SFM

Zahlenbereichkonstante für die Schnittgeschwindigkeit 10,000

Konstante für den Schnittgeschwindigkeitsexponenten 0,01

CSK CSQ

Ein normaler Black für einen Bewegungsabschnitt aufdem Lochstreifen enthältieinen Kode zur Kennzeichnung, daß es sich um einen Datenblock handelt, eine Delta-X-Zahl, eine Delta-Z-Zahl, die Zahl für die Schnittiefe in eintausenstel Zoll sowie den Kode für das Ende des Blocks. Alle diese Daten werden in der herkömmlichen Weise für numerische Steuerungen kodiert.

Die auf dem Lochstreifen gespeicherten Daten werden durch den Lochstreifenleser 30 in elektrische Signale umgesetzt, der die Zeichen seriell ausliest und sie an die Dekodier- und Speicher-

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einheit 32 abgibt, welche die Weiterleitung der einzelnen Daten bestimmt und diese solange speichert, bis sie von der Anlage angefordert werden. Die Dekodier- und Speichereinheit steuert auch die Fortschaltung des Lochstreifenlesers 30. Die Daten eines Einführungsblocks bleiben in der Dekodier- und Speichereinheit 32 während des gesamten Bearbeitungsvorgangs, wogegen die Daten eines jeden Blocks nur solange gespeichert werden, bis der nächste Block ausgelesen wird.

Die Dekodier- und Speichereinheit 32 sowie die anderen elektronischen Baugruppen mit Ausnahme des Lochstreifenlesers und der Interpolatoren werden zu Erläuterungszwecken als jeweils eigene Einheiten beschrieben, doch im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden ihre Funktionen durch einen entsprechend programmierten Allzweckrechner durchgeführt. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dieser Rechner ein Mi,cro Systems Model 810 Computer. Bei anderen Ausführungsbeispielen können größere und schnellere Computer verwandt werden oder die Anlage kann fest verdrahtet sein. Die Funktion der einzelnen Einheiten des Allzweckrechners wird genügend genau erklärt, damit ein in Echtzeitsystemen erfahrener Systemanalysator das entsprechende Steuerprogramm für jeden genügend großen Rechner erstellen kann, der zur Durchführung der gewünschten Arbeitsgänge befähigt ist, oder damit ein auf dem Gebiet der Digitalschaltungen erfahrener Ingenieur die fest verdrahtete Anlage zur Durchführung dieser Arbeitsgänge entwickeln kann.

' ' " ' —12-

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Die Daten für die Standzeiterwartung des Werkzeugs TL gelangen von der Einheit 32 an den Werkzeugstandzeitabtaster 34, der auch die Zeit des zerspanenden Vorgangs mißt. Diese beiden Zahlen werden laufend miteinander verglichen,und wenn sie gleich sind, wird eine geeignete Warnvorrichtung 36, z.B*. ein Signallicht oder Signalhorn beaufschlagt, um dem Bedienungsmann der Ilaschine zu ■melden, daß die Zeit für einen Werkzeugwechsel gekommen ist.Dies enthebt den Bedienungsmann der Notwendigkeit der regelmäßigen Überprüfung des Werkzeugs auf Verschleiß.

Die Größen FCO, FPK, Schnittiefe, Max IPR und Min IPR dinen zur Errechnung des IPR-Wertes, wobei diese Aufgabe des Computers durch die Einheit 38 ausgeführt wird.

Die Einheit 38 empfängt auch das Ausgangssignal des mit dem Werkzeug 14 verbundenen Schnittkraftabtasters 40, der die normale Kraft mißt, welche durch das Werkstück auf das Werkzeug ausgeübt wird. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird diese Kraft dadurch gemessen, daß Dehnungsmesser an den Halterung sschrauben des Werkzeugrevolvers angebracht werden, doch können auch andere bekannte Verfahren zur Messung dieser Normalkraft und zur Erzeugung eines ihr proportionalen elektrischen Signals angewandt werden.

Die Einheit 38 errechnet zuerst den Sollpunkt für die Schnittkraft, der eine Funktion der Schnittiefe nach der folgenden Gleichung ist:

Sollpunkt = FCO + (D · FPK)

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Die Konstanten FCO und FPK werden empirisch durch eine Versuchsreihe bestimmte, in welcher die maximale sichere Kraft festgelegt wird, die bei einer bestimmten Schnittiefe auf das Werkzeug einwirken darf. Diese empirischen Werte gelten nur für eine bestimmte Form des Drehmeißels und müssen geändert werden, wenn das Werkzeug ausgewechselt wird. Der Sollpunkt sowie das Ausgangssignal des Schnittkraftabtasters werden periodisch zur Errechnung und Fortschreibung des IPR-Signals nach der folgenden Gleichung verwandt :

Neuer IPR-Wert = Sollschnittkraft

Istschnittkraft · Alter IPR-Wert

Diese Berechnung wird in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführt und sie erhöht in anpassender Weise den IPR-Wert als Prozentsatz seiner Abweichung vom Sollwert, bis er diesem Sollwert gleich ist. Der errechnete Wert IPR wird mit den Maximal- und Minimalwerten verglichen, und wenn er diese Grenzen überschreitet, dann wird der Grenzwert durch die Ailage verarbeitet und nicht der berechnete Wert.

Die so gewählte IPR-Zahl dient dann zur Berechnung der Vorschubzahl (FRN). Diese Funktion wird durch den programmierten Regler 42 durchgeführt, der die IPR-Zahl und die Delta-X- und Delta-Z-Zahl von der Dekodier- und Speichereinheit 32 empfängt. Die Rechnung besteht aus der Lösung der Gleichung:

FRN - IPR * K

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wobei K eine Systemkonstante ist, die nicht verändert zu werden braucht.

Die Vorschubzahl wird in Verbindung mit einem Impulszug des Wandlers 46 verwendet, der durch ein entsprechendes Vorgelege an den Spindeltrieb 12 gekuppelt ist. Für jedes Rotationsinkrement der Spindel gibt der Wandler 46 einen Ausgangsimpuls ab. Der Wandler ist bekannt und kann mit drei Bürsten versehen sein, so daß der Drehsinn der Spindel vom Zeitpunkt des Auftretens dieser Impise an den Bürsten abgegriffen werden kann. Der Wandler 46 greift diesen Drehsinn ab und löscht die restlichen Impulse, die infolge von Schwingungen der Anlage auftreten, und gibt seinen Ausgangsimpulszug an das Synchronisierungsgerät 48 ab, das die Impulstaktzeiten mit der Gesamtarbeitsgeschwincligkeit der Anlage in Übereinstimmung bringt.

Das Ausgangssignal des Synchronisierungsgerätes 48 sowie die Vorschubzahl des Reglers 42 gelangen an den Vorschubinterpolator Der Interpolator 44 ist vorzugsweise ein bekannter Differentialanalysator, dessen Ausgangsimpuls mit einer seinem Eingangsimpulszug proportionalen Geschwindigkeit abgegeben wird, wobei dieser Eingangsimpulszug vom Synchronisierungsgerät 48 her und die Vorschubzahl vom Regler 42 her anliegen. Die Verarbeitung erfolgt durch Addition der Vorschubzahl in ein Register, wenn ein Impuls vom Wandler 46 her anliegt und durch Erzeugung von Ausgangsimpulsen, wenn im Register ein Überlauf auftritt. Dieser Überlauf tritt mit einer Geschwindigkeit auf, die der Eingangsimpulsge-

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- 15 scliwindigkeit und der Größe der Vorschubzahl proportional ist.

33er Vorsclmbinterpolator 44 sowie die anderen Interpolatoren der Anlage sind kein Teil des Allzweckreclmers, sondern fest verdrahtete Einheiten. Diese Beschaltung wurde gewählt, um eine Überlastung der Allzweckrec'uners durch den einfachen, jedoch mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Interpolationsvorgang zu vermeiden.

Das Ausgangssignal des Vorschubinterpolators 44 gelangt an den Interpolator 50 für die X-Achse und den Interpolator 52 für die. Z-Achse. Diese Einheiten empfangen auch die Delta-X- und die Delta-Z-Zahl von der Dekodier- und Speichereinheit 32 und geben Ausgangsimpulszüge ab, die diesen Zahlen einerseits und den Vor- -?chubimpulszug des Interpolators 44 andererseits proportional sind. Der Ausgangsimpulszug des Interpolators 50 . für die X-Achse gelangt an den Servomotor 16 für die X-Achse, der vorzugsweise als eine bekannte phasenanaloge Schaltung ausgelegt ist und für jeden empfangenen Impuls ein Inkrement einer Abtriebsbewegung erzeugt.

Der Ausgangsimpulszug des Interpolators 52 für die Z-Achse gelangt in gleicher Weise an den Servomotor 18 für die Z-Achse. Dementsprechend wird das Werkzeug 14 in der X- und der Z-Achse mit Geschwindigkeiten bewegt, die einerseits den in einem bestimmten Datenblock des ausgelesenen Lochstreifens enthaltenen Befehlszahlen und andererseits der errechnften Vorschubzahl proportional

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Das Ausgangssignal des Reglers 42, der die Vorschubzahlen errechnet, dient auch zur Berechnung der SFM-Zahl. Diese Rechnung wird durch den Allzweckrechner an dem entsprechenden Punkt seines Arbeitszyklus durchgeführt, jedoch für die Zwecke der Erläuterung wird diese Rechnung in der Beschreibung- durch die Einheit 60 durchgeführt. Die durchgeführte Pechnung lautet:

SFM = CSK -. IPRCSQ

Die Konstanten CSK und CSQ werden nach Dekodierung und Speicherung durch die Einheit 32 vom Einführungsblock ausgelesen und durch Versuche für die Drehschnittgeschwindigkeit empirisch gewonnen, die erforderlich ist, um bei einer bestimmten Zerspanungsleistung eine gegebene Werkzeugstandzeit zu erreichen. Die Gleichung/wurde von einem mathematischen Modell des Schneidvorgangs abgeleitet, und andere Gleichungen, die mit den empirisch gewonnen Daten vereinbar sind, können ebenso verwandt werden.

Zur Steuerung der Spindeldrehzahl wird die errechnete SFM-Zahl zusammen mit den Signal für den Radius des Bearbeitungsschnittes verwendet. Diese Berechnung wird durch die Einheit 62 durchgeführt, an der das Ausgangssignal des R-Speichers 64 anliegt. Der R-Speicher empfängt die Befehlsimpulse für die X-Achse vom Interpolator 50 und speichert sie in zweiseitiger Richtung (additiv und subtraktiv), um eine Zahl zu errechnen, die dem Ist-Schneidradius gleich ist. Diese Zahl wird dann zusammen mit der SFM-Zahl der Einheit 62 eingegeben. Die SFM-Zahl wird durch den Radius geteilt, wodurch eine RPM-Zahl entsteht. Der errechnete Wert

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— j ι -.

von RPM dient dann zur Steuerung der Drehzahl des Spindeltriebs 12.

Im Betrieb liest der Lochstreifenleser 30 die Einführungsdaten des ersten Blocks auf dem Lochstreifen 28, und diese Daten werden durch den Allzweckrechner dekodiert und gespeichert, wobei diese Funktion zu Zwecken der Erläuterung in der Dekodier- und Speichereinheit 32 durchgeführt wird. Dann wird der Anfangsblock der Weg-•iDschnittdaten vom Lochstreifenleser 30 gelesen, und auf der Grundlage der programmierten Schnittiefe wird die Sollschnittkraft errechnet und mit der Ist-Schnittkraft verglichen, um eine IPR-Zahl zu erhalten. Diese Zahl (bzw. ihr Grenzwert, wenn diese Zahl eine Grenze übersteigt) wird gespeichert und zusammen mit den Daten für Delta-X und Delta-Z in dem gerade ausgelesenen Block verwendet, um eine Vorschubzahl zu errechnen. Mit Hilfe dieser Vorschubzahl erhält man dann einen konstanten IPR-Wert unabhängig von der Länge des befohlenen Bewegungsabschnittes. Diese Vorschubzahl wird als Funktion der Spindeldrehzahl interpoliert, um die Vorschubbefehle für die Interpolatoren der X- und Z-Achse abzuleiten, welche die Impulszüge zur Steuerung der Bewegungen in der X- und Z-Achse erzeugen. Mit diesem Arbeitsgang erhält man den befohlenen Weg pro Umdrehung (IPP), und dieser Weg pro Umdrehung wird periodisch angepaßt, um sich dem Soll-IPR-Wert anzunähern. Bei größerer Härte des Werkstücks verringert sich der IPR-Wert, und damit paßt sich die Anlage an die Härte des Werk Stücks an.

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Um eine konstante Werkzeugstandzeit unabhängig von diesen Änderungen der IPR-Werte zu erreichen, wird die IPR-Zahl zur Errechnung der entsprechenden SFM-Zahl benutzt. Diese Zahl wird als Funktion des Ist-Radius des bearbeiteten Teils verarbeitet, um eine RPM-Zahl abzuleiten, welche den Spindeltrieb steuert. Auf diese Weise wird die IPR-Zahl der Werkstückhärte angepaßt, und die Spindeldrehzahl wird verändert, um trotz der Vorschubänderungen eine konstante Gebrauchslebensdauer des Werkzeugs zu erhalten.

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Claims

Patentansprüche

Numerische Steuerung für eine Drehmaschine mit einer ein Werkstück haltenden Drehspindel und einem gegenüber dem Werkstück verstellbaren Drehmeißel, bestehend aus: Einer Quelle von numerischen Daten für die Sollbewegungsbahn des Drehmeißels gegenüber dem Werkstück, einem Antrieb zur Positionierung des Ürehmeißels am Werkstück und einem Antrieb mit veränderlicher Drehzahl für die Spindel, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung die folgenden Bauteile umfaßt: Einen die zwischen dem Werkstück (10) und dem Drehmeißel (14) auftretende Kraft messenden Schnittkraftabtaster (40), einen Rechner (44,50,52), der die durch den Antrieb (16,18) am Drehmeißel (14) erzeugte Bewegung als Funktion der numerischen Daten für die Sollbahn und die Schnittkraft steuert, wobei der Rechner (60,64,62) auch die Drehzahl des Spindeltriebs (12) als Funktion der Ist-Schnittkraft in einer solchen Weise

steuert, daß eine bestimmte Werkzeugstandzeit erreicht ~²⁰~ wird.

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2. Numerische Steuerung nacli Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Antrieb erzeugte Bewegungsgeschwindigkeit, der den Drehmeißel gegenüber dem Werkstück positioniert, durch Verwendung eines Drehzahlwandlers (46) eine Funktion der Drehzahl des Spindeltriebs ist. .
3. Numerische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die numerischen Daten (28) Daten über die höchst-zulässige Kraft enthalten, die zwischen dem Drehmeißel und dem Werkstück auftreten darf sowie dadurch, daß die Arbeitsgeschwindigkeit des den Drehmeißel (14) positionierenden Antriebs (16,18) als Funktion des Verhältnisses zwischen der Ist-Kraft und der höchst—zulässigen Kraft gesteuert wird.
4. Numerische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für die numerischen Daten auch Daten über den Sollweg des Drehmeißels relativ zur Spindel in zwei zueinander senkrecht stehenden Achsen sowie über die Schnittiefe enthält, und daß der Rechner (32,38,42) von den numerischen Daten einen Sollwert für die durch den Drehmeißel auf das Werkstück ausgeübte Kraft ableitet, ferner dadurch, daß der rechner (42) einen Vorschubwert von der Ist-Schnittkraft (40) und von der errechneten Soll-Schnittkraft ableitet, und schließlich dadurch, daß die Bewegung (16,18) des Drehmeißels (14) gegenüber der Spindel sowie auch die Spindeldrehzahl (12) gemäß dem errechneten Vorschubwert und den numerischen Daten gesteuert werden.

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5. Numerische Steuerung nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung der Spindeldrehzahl als Funktion des errechneten Vorschubs Mittel zur Bestimmung des Schnittradius (64) sowie zur Erzeugung (62) eines konstanten Signals enthält, das eine konstante Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Drehmeißel und der Oberfläche des Werkstücks

-unabhängig vom ausgeformten Radius erzeugt.
6. Numerische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die numerischen Daten auch Daten über eine programmierte Werkzeugstandzeit enthalten, und daß die Anlage Mittel zur Festlegung (34) der Gebrauchslebensdauer des Drehmeißels enthält, wobei diese mit der programmierten Werkzeugstandzeit verglichen wird und ein Warnsignal (36) erzeugt wird, wenn beide Zeiten gleich sind.

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