DE2165862A1

DE2165862A1 - Adaptives Steuersystem für die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2165862A1
Application number: DE19712165862
Authority: DE
Inventors: Kengo Kawasaki Kanagawa; Hattori Seiichi Tokio; Tamura Masaharu Yokohama Kanagawa; Kobayashi (Japan). P
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1970-12-31
Filing date: 1971-12-31
Publication date: 1972-07-20
Also published as: CA951812A; SU954000A3; GB1377199A; FR2120169B1; US3811345A; FR2120169A1; DE2165862C2; JPS5114746B1

Description

PATENTANV/ALT

8000 München 60 2165862

Flossmannstraße 15 Telefon (OS 11) 883603/883604

71/874-9

Fujitsu Ltd., Kawasaki-shi, Japan

Adaptives Steuersystem für die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen

Die Erfindung betrifft ein adaptives Steuersystem für die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen wie z.Bl einer Drehbank.

Venn bei einem bekannten Steuersystem die Drehmomentbelastung an der Hauptspindel die zulässige Grenze überschreitet, wird die Werkzeugmaschine so gesteuert, daß sich das Schneidwerkzeug vom Werkstück entfernt und damit das Belastungsdrehmoment verringert wird. Sodann wird die optimale Belastung, die gleich denamaximal zulässigen Belastung ist, beibehalten, so daß die verwendete Maschine mit maximaler Leistung gefahren werden kann (vgl. japanische Patentanmeldung 45-24-594·).

Da bei dem bekannten System jedoch das Schneidwerkzeug so gesteuert wird, daß es sich längs der vorgegebenen endgültigen TJmrißlinie des Werkstückes bewegt und sehneidet, kann d®r nicht schneidende Teil des Werkzeuges mit dem Werkstück in "Berührung kommen und gegen dieses anschlagen. Außerdem besteht der Nachteil, daß das Schneidwerkzeug manchmal bricht, da der nicht schneidende Teil des Schneidwerkzeuges nicht so widerstands-

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fähig, wie die Schneidkante des Werkzeuges ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem adaptiven System einer numerischen Steuerung von Maschinen diese Nachteile zu eliminieren· Es soll ein Steuersystem geschaffen werden, das eine Beschädigung des Werkzeuges vermeidet und automatisch die optimale Schnittiefe des Schneidwerkzeuges auswählt, wobei die Auswahl der ersten Schnittiefe des Schneidwerkzeuges von ) der Kante des Schneidwerkzeuges abhängt· Sie Zeit, .während der die Werkzeugmaschine steht, soll reduziert werden und damit die Gesamtherstellungszeit verkürzt werden.

Das erfindungsgemäße Steuersystem ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Programm vorgesehen ist, das Baten über den Umriß des unbearbeiteten Werkstückes besitzt, die Hocken vorausgehen, welche die gewünschte Umrißlinie des bearbeiteten Werkstückes befehlen,

b) elektrisch zwischen eine Pulsverteilerbaugruppe und eine Motorantriebsschaltung für ein Schneidwerkzeug eine Steuereinrichtung geschaltet, und diese so gestaltet ist, daß der von der Impulsverteilerbaugrpppe ausgegebene Ausgangsimpuls entsprechend den Programmbefehlen verarbeitet wird, und

c) die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß der Prozeß derart gesteuert wird, daß zu Beginn des Schneidprozesses

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die Schnittiefe des Schneidwerkzeuges in Richtung der Werkstückmitte nicht größer als die Breite der Schnittkante des Schneidwerkzeuges ist·

Die numerische Steuerung erfolgt Her also durch einen Programmstreifen, der vor einem die Ausführung der herzustellenden, Uarißlinie betreffenden Block einen Informationsblock über den unbearbeiteten Umriß des Werkstückes besitzt. Die erste eingestellte Schnittiefe in Richtung des Mittelpunkts des Werkstückes zu Beginn des Schneidprozesses ist kleiner oder gleich der Schnittkante des Schnittwerkzeuges gewählt· Die darauffolgende Schnittiefe ist so gewählt, daß sie, bezogen auf den Basispunkt, zu dem das Werkzeug nach dem vorhergehenden Schneidprozeß zurückkehrt, gleich der genannten ersten Schnitttiefe ist. Ferner wird bei dem Programmblock vom Beginn bis zum Ende ein einmal verteilter Block nicht nochmals in den darauffolgenden Prozessen verteilt, sondern er gibt unmittelbar, nachdem er gelesen worden ist, ein die Verteilung betreffendes Endsignal aus, und der nächste Block wird unmittelbar darauf gelesen und verteilt.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von acht Figuren näher erläutert. Es zeigen

fig. 1 eine Ausbildung eines Umrisses eines unbearbeiteten Werkstückes und das Programm für den Schneidprozeß diese Werkstückes gemäß dieser Erfindung

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Pig. 2 ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung für ein erfindungsgemäßes adaptives numerisches Steuersystem Pig. 3 eine Ausführungsform einer ümrißlinie eines rohen Werkstückes, die programmierte Bahn des Werkzeuges und die von der Schnittkante des Werkzeuges tatsächlich durchlaufend Bahn Pig. 4 ein AbIaufdiagramm, das den Arbeitsablauf zeigt,wenn das unbearbeitete, bzw. rohe, Werkstück nach Pig. 3 geschnitten wird

Pig. 5 den tatsächlichen Weg der Schneidkante des Schneidwerkzeuges, wenn der Schneidprozeß nach Pig. 3 halb beendet ist, und

Pig. 6 bis 8 weitere Gestaltungen von Umrißlinien des Eonmaterials, den programmierten Weg des Schneidwerkzeugs und den tatsächlichen Weg der Schneidkante des Schneidwerkzeuges.

In Pig. Λ sind ein Beispiel eines Umrisses eines unbearbeiteten Werkstückes und das Programm zur Herstellung des bearbeiteten Werkstückes dargestellt. Die ümrißlinie B-C-D-E-P-G-H des bearbeiteten Werkstückes ist hierbei mit einer Schraffur versehen. Der Schneidprozeß erfolgt im allgemeinen längs der Linie 1 der Pig. 1. Überschreitet die Drehmomentbelastung der Hauptwelle jedoch die zulässige Grenze, dann wird der Schneidprozeß längs der Linie 2 vorgenommen, wobei sich das Schneidwerkzeug in Z Sichtung bewegt.

Pig. 1B stellt das Programm für den Schneidprozeß dar. Dieses

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Programm ist gemäß der FANXTC 240 - Programmsprache kodiert. Es wird im folgenden zunächst dieses Programm erläutert.

In der ersten Linie steht der Kode "TIIGE¹¹, wobei T den Auswahlkode der Werkzeugmaschine, 11 den Kode für die Werkzeugnummer und die Teilkreisnummer für ein Werkzeug, CE ein Blockendezeichen bedeuten.

In der zweiten Linie steht der Kode "Ö111 GOO U-135OOCE". Hierbei bedeuten ö ein Zeichen, das den Start der adaptiven Abtastung anzeigt, 111 die Bezugsnummer des Programmstreifens, GOO ein Zeichen, das ein schnelles Zuführen des Werkzeuges befiehlt, U-13500 ein Befehlszeichen für die-U-Eichtung (die der -Σ Sichtung entspricht) für eine 13500 Impulsen entsprechende Länge und CE ein Blockendezeichen· Di· zweite Linie zeigt den Hinriß des Eohmaterials· Ihr Vorhandensein ist eines der Merkmale dieser Erfindung.

In der dritten Linie steht der Kode ⁿ G01 w-11000 F100CE".Dieser ( entspricht dem Schneidvorgang zwischen den Stellen B und C der Fig. 1A. G01 befiehlt einen linearen Schneidprozeß, w-11000 befiehlt eine Bewegung des Werkzeuges in-w~ Sichtung (die der -Z Eichtung entspricht) um eine Länge entsprechend 11000 Impulsen, bzw. Schritten, FiOO befiehlt, daß das Werkzeug mit einer Geschwindigkeit von 100 mm pro Umdrehung der Hauptspindel bewegt wird, und CE ist ein Blookendezeichen.

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' In der vierten Linie steht der Kode ^WU3OOOCR^M. Dieser entspricht dem Schneidevorgang zwischen den Punkten 0 und D in Pig. 1Δ, wobei U3OGDdas Werkzeug in -IJ Eichtung auf einer Länge entsprechend 3000 Impulsen "befiehlt und OR ein Blockendezeichen darstellt.

Der Kode ^Mw-75OOGR" in der fünften Linie entspricht dem Schneidvorgang zwischen den Punkten D und E, wobei w-7500 das Werk- ^w zeug entsprechend einer Länge von 7500 Impulsen in die -w Richtung befiehlt, und CR ein Blockendezeichen darstellt.

Der Kode "G02U5000 w-25OOi25OO CR" in der sechsten Linie ist dem Schneidprozeß zwischen den Punkten I und F der Fig. 1A zugeordnet. G02 befiehlt einen kreisförmigen Schnitt, U5000 x~25OO zeigt an, daß die Schnittlänge des Schneidwerkzeuges 5OOO Impulsen in der +U Richtung und 2500 Impulsen in der -w Richtung entspricht, i2500 stellt die Koordinaten des ^ Kriimmungsmittelpunktes bezogen auf den Anfangspunkt des Bogens dar, und OR ist ein Blockendezeichen.

Der Kode "G01U2000 W-8000CR" in der siebenten Linie entspricht dem Schneidprozeß zwischen den Punkten E und G. GO1 befiehlt einen linearen Schneidvorgang, U2000 w-8000 befiehlt das Werkzeug auf einer 2000 Impulsen entsprechenden Länge in 4-U Richtung und auf einer 8000 Impulsen entsprechenden Länge in -w Richtung, und CR ist ein Blockendezeichen.

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Der Kode "11350OCR¹¹ in der achten Linie entspricht dem Schneidprozeß zwischen den Punkten G und H der Fig. 1A. U35OO befiehlt, daS Werkzeug auf einer 3500 Impulsen entsprechenden Länge in die +U Richtung, und CR ist ein Blockendezeichen·

Der Kode ^MM90CR" in der letzten Linie steht für das Programmende. M90 zeigt das Ende des adaptiven Arbeitsvorganges an, und CR ist ein Blockendezeichen.

Wie bereits erwähnt ist es eines der Merkmale dieses? Erfindung, daß vor den Ausführungsblöcken, die die gewünschte Umrißlinie des bearbeiteten Werkstückes befehlen, ein Blook, im vorliegenden Fall "Ö111 U135OOCR", steht, der die Umrißlinie des unbearbeiteten Werkstückes angibt.

Obgleich das Programm nach Fig. 1B gemäß der FAKUC 24-0 - Programmsprache kodiert ist, ist selbstverständlich die Erfindung nicht auf die Anwendung dieser Sprache beschränkt, es ist vielmehr jede Programmsprache für eine numerische Steuerung anwendbar.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Steuereinheit für das erfindungsgemäße adaptive numerische Steuersystem. Die Steuereinheit enthält Zähler 11 bis 18, wobei mit den Bezugszeichen 13, 14-, 15 und 18 reversible Zähler bezeichnet sind. Sie Steuereinheit enthält außerdem einen Rechteckwellenoszillator OSC 20, der eine Ausgangsspannung mit einer vorgegebenen Frequenz liefert, eine Meß-

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einrichtung d-DET 21, die betätigt wird, wenn der Inhalt des Zählers 11 einen vorgegebenen Wert d erreicht, eine Verzögerungsdnrichtung DL 22, die ein um einen vorgegebenen Zeitabschnitt nach dem Eintreffen eines Eingangssignals verzögertes Ausgangssignal liefert. Eine Vergleichsschaltung COM 23 vergleicht den Inhalt der beiden Zähler 16 und 17 und liefert ein Ausgangssignal, wenn Cg^ir Cn· Mit DEN ist das Endsignal für die Impulsverteilung bezeichnet, EER, GEE, -XE und +ZE sind Signale, die angeben, daß die Signale EE, GE, -X und +Z vom Programmstreifen abgelesen worden sind. Das Signal EE wird zu Beginn des Programmstreifens geschrieben und das Signal CE am Ende jedes Blocks des Programmstreifens. Das Signal BES bedeutet Bückstellung. Mit PDU 24 ist eine Impulsverteilereinheit und mit PMD 25 eine Antriebsschaltung für einen Schrittmotor bezeichnet. Das Signal EEV befiehlt das Eückspulen des Programmstreifens.

Die in Mg. 2 dargestellte Impulsverteilerbaugruppe 24 besitzt vier Ausgänge +X, -X, +Z und -Z. Das Aus gangs signal -X wird einem der Eingänge der AND Gatter 74, 43, 44 und zugeführt. Das Ausgangssignal +X wird einem der Eingänge der AND Gatter 32,52 und 53 zugeführt. Das Ausgangssignal +Z wird einem der Eingänge des AND Gatters 42 zugeführt. Das Ausgangs signal -Z wird einem der Eingänge des AND Gatters 57 zugeführt. Die negative Polarität cL des Ausgangs

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d der Meßeinrichtung d-DEI 21 wird dem zweiten Eiggang des AHD Gatters 46 zugeleitet, das Ausgangssignal des AND Gatters als ein additives Signal dem Eingang des Zählers (C₂) 12. Venn das Impulsverteilungsendsignal DEN erscheint oder ein Zähler ( O₅) 13 zu Mull wird, wird der Zähler (Cg) 12 auf Null zurückgestellt. Das Ausgangssignal des Zählers (Op) 12 wird der positiven Klemme des Zählers (C₈). 18 zugeführt. Der Zähler (Oq) 18 liefert ein Ausgangssignal, wenn sein Inhalt nicht Null ist, und dieses Ausgangssignal wird der zweiten Eingangsklemme des AND Gatters 43 zugeführt. Ein Signal, das erscheint, wenn der Inhalt des Zählers (Gc) Null ist, wird dem dritten Eingang des AND Gatters 43 und der Ausgang des AjND Gatters der negativen Klemme des Zählers (Cg) 18 zugeführt. Ein Signal, das erscheint, wenn der Inhalt des Zahlers (C₈) 18 Null ist, wird der zweiten Eingangskieame dee AND Gatters 74 zugeleitet. Das Ausgangs signal des AND Gatters 74 wird zusammen mit dem Ausgangssignal des AND Gatters 37 den Eingängen der AND Gatter 75 und 39 über das OR Gatter 38 zugeführt. Außerdem wird das Ausgangssignal des AND Gatters 37 der negativen Klemme des Zählers (Cc) 15 zugeführt. An den zweiten Eingang des AND Gatters 75 wird die negative Polarität SL des Ausgangs d der Heßeinrichtung d-DET 21 angelegt. Die Ausgangsgröße des AND Gatters 75 wird dem Eingang eines Zählers (O^ ) 11, die Ausgangsgröße des Zählers (C^) 11 dem Eingang der Meßeinrichtung d-DET 21 zugeführt. Der Zähler (C₁) 11 wird zu Null gemacht, wenn der Inhalt des Zählers (C,) 13 zu Null wird. Das Ausgangssignal der Meßeinrichtung d-DET 21 wird über einen Inverter 50 dem zweiten Eingang des AND Gutters 39 zugeführt.

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Der Xus gang des AND Gatters 39 ist an den -Z Anschluß einer Antriebsschaltung (PMD) 25 fur einen Schrittmotor angeschlossen. Außerdem ist der Ausgang der Meßeinrichtung d-DET 21 mit dem zweiten Eingang des AKD Gatters 44 verbunden, dessen Ausgang zum OE Gatter 51 geführt ist. Ein IJapulssignal, das erscheint, wenn die Drehmomentbelastung an der Hauptspindel der Werkzeugmaschine die zulässige Grenze überschreitet, wird der Klemme zugeführt. Die Klemme 70 ist über ein OB Gatter 51 mit der positiven Klemme des Zählers (C^) 14 und außerdem über ein OS Gatter 33 mit einem der Eingänge sowohl eines OB Gatters 34 als auch eines AND Gatters 54 verbunden. Dem zweiten Eingang des AND Gatters 52 wird ein Signal zugeführt, das anzeigt, daß der Inhalt des Zählers (C^) 14 nicht Kill ist, und die Ausgangsgröße des ABD Gatters 52 wird dem negativen Eingang des Zählers (C^) 14 zugeführt. Der Zähler (G^) 14 zählt die Verteilungsimpulse in +Z Sichtung· Sas Ausgangssignal, das anzeigt, daß der Inhalt dieses Zählers Hull ist, wird über ein AND Gatter 53 und ein OB Gatter 34 dem !-Eingang der Antriebs schaltung (HID) 25 für den Schrittmotor zugeleitet. Der Zähler (C^) 14 gibt unmittelbar, nachdem sein Inhalt zu lull geworden ist, ein kurzes Auegangssignal ab, und dieses wird über die Verzögerungseinrichtung (IXE) 22 dem AHD Gatter 32 zugeführt. Der Ausgang des AND Gatters 32 ist mit einem Eingang des OB Gatters 33 verbunden. Das differenziert« Bückflankensignal des Ausgange der Verzögerungseinrichtung (BL) 22 wird ein Datenstreif enrückspulsignal (BEV) und über den Inverter 56 und das AND Gatter

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35 einem Eingang des AND Gatters 57 zugeführt. DSr Ausgang des Oszillators (OSC) 20, an den Impulssignale einer vorgegebenen Frequenz ausgegeben werden, ist mit den Eingängen sowohl eines AND Gatters 35 als auch eines AND Gatters 37 verbunden. Der Ausgang einer bi-stabilen Kippstufe 58 ist zum zweiten Eingang des AND Gatters 54· und der Ausgang des ANB Gatters 54- zum positiven Eingang des Zählers (G₁-) 15 zugeführt. Der Zähler (C,-) zählt die Impulse, die der Länge der Verschiebung des Werkzeuges in +X Sichtung entsprechen als Punktion des Überschusses des Drehmomentes über den zulässigen Wert des Drehmoments. Der Ausgang, der anzeigt, daß der Inhalt des Zählers (C₁-) nicht Null ist, ist mit dem zweiten Eingang des AND Gatters verbunden. Das Signal, das anzeigt, daß der Inhalt des Zählers (C3) 18 Null ist, wird dem zweiten Eingang des AND Gatters 42 zugeführt, und das Ausgangs signal des AND Gatters dem Eingang sowohl des AND Gatters 45 als auch des AND Gatters 71- Das Ausgangssignal des AND Gatters 45 wird zusammen mit dem Ausgangssignal des AND Gatters 35 über das OE Gatter 55 dem positiven Eingang des Zählers (G^) 13 zugeführt. Der Ausgang des AND Gatters 71 und der Ausgang des AND Gatters 35 liegen über ein OE Gatter 36 am +Z Eingang der Antriebsschaltung (PMD) 25 des Schrittmotors. Der Ausgang des AND Gatters 57 ist mit dem negativen Eingang des Zählers (C*) 13 verbunden und über das AND Gatter 31 auch mit dem -Z Anschluß der Antriebsschaltung (PMD) 25 für den Schritt-

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motor. Der Zähler (C,) 13 zählt die Verteilungsimpulse in +Z !Richtung. Ein Ausgangssignal, das anzeigt, daß der Inhalt des Zählers (0,) 13 Null ist, wird dem Eingang des AND Gatters und außerdem der bi-stabilen Kippstufe 58 zugeführt, während das Ausgangssignal des Zählers (C,) 13, das anzeigt, daß der Inhalt nicht Null ist, dem dritten Eingang des AND Gatters 31 zugeführt wird· Der Ausgang der bi-stabilen Kippstufe 58 ist außerdem mit dem zweiten Eingang des AND Gatters 31 verbunden.

Andererseits werden dem ersten Eingang des AND Gatters 49 über das OE Gatter 48 die Signale -IE und +ZE zugeführt. Das Signal CEE wird dem Eingang des Zählers (C₇) 17 und außerdem dem ersten Eingang des AND Gatters 75 zugeführt. Das Impulsverteilungsendsignal DEN wird dem ersten Eingang des AND Gatters 30 und dem Eingang des OE Gatters 72 zugeleitet. Der Ausgang cL der Meßeinrichtung d-DET 21 negativer Polarität ist mit dem zweiten Eingang des AND Gatters 30 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit dem zweiten AND Gatters 49 in Verbindung steht.Die Ausgangsgröße des AND Gatters 49 wird dem Eingang des Zählers (Cg) 16 zugeführt. Die Ausgänge der Zähler (Cg) 16 und (C„) 17 werden jeweils den entsprechenden Eingängen der Vergleichsschaltung 23 zugeführt. Die Vergleichsschaltung gibt ein Ausgangssignal ab, wenn der Inhalt des Zählers (Cg) 16 gleich oder größer als der Inhalt des

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Zählers (O₇) 17 ist (?C₆) <^ (O₇)J. Dieses Ausgangssignal wird dem zweiten Eingang des AND Gatters 73 zugeführt. Das Ausgangssignal des AND Gatters 73 hat über die OR Gatter 73 und 72 das Signal DEM zur Folge. Ein Signal, das anzeigt, daß der Inhalt des Zählers (Oc) 15 Null ist, wird dem Eingang des AND Gatters 40 zugeführt. Der Ausgang diese AND Gatters ist mit dem Ausgang des OR Gatters 4-1, verbunden.

Pig. 3 zeigt eine Ausbildung einer ümrißlinie eines unbearbeiteten Werkstückes, den programmierten Weg des Schneidwerkzeuges und den tatsächlichen Weg der Arbeitsbewegung der Schneidkante des Werkzeuges. Bei der Ausführungsform nach I¹Xg. 3 ist die Umrißlinie IW des Rohmaterials gestrichelt dargestellt, und die Umrißlinie J-L-K-Z des erhaltenen Werkstückes mit einer Schraffur versehen. Der Pfeil A-H-J,bzw. B-D-E-P stellt den tatsächlichen Weg der Arbeitsbewegung der Schneidkante des Werkzeuges dar.

In Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, das die Arbeitsweise des Programmstreifens und der Schneidkante des Werkzeuges veranschaulicht, wenn das Werkstück von der gestrichelten Umrißlinie nach Pig. 3 bis zur schraffierten Umrißlinie J-L-K-Z bearbeitet wird. Wie bereits in Fig. 2 erwähnt, besitzt der Programmstreifen zu Beginn des Programms einen Block mit der Information über die Umrißlinie des unbearbeiteten Werkstückes. Die folgenden Blöcke betreffen die bear-

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beitete IMrißlinie des Werkstückes.

Venn gemäß Fig. 4 der erste Block von A bis H des Streifens entsprechend Bezugszahl 100 gelesen worden ist, wird der Inhalt des Zählers (Cn) 17 zu Eins, und das Schneidwerkzeug wird entsprechend der Bezugszahl 110 von A in die H !Richtung bewegt. Der Wert d ist entsprechend der Schneidkante des Schneidwerkzeuges vorbestimmt, und das Schneidwerkzeug kann sich vom Basispunkt aus in -X Richtung um nicht mehr als den Abstand d verschieben. Wenn während des Schneidprozesses das auf das Schneidwerkzeug einwirkende Lastmoment die zulässige Grenze überschreitet, kehrt das Schneidwerkzeug in die S. Eichtung um, so daß die Schnittief e verringert wird. Das Schneidwerkzeug bewegt sich unter der maximal zulässigen Drehmomentbelastung in -Z Hichtung. Venn das Schneidwerkzeug auf der gewünschten Ifiarißlinie die vorgeschriebene Stelle erreicht, wird es in die +Z !Richtung umgedreht. Sann bewegt es sich von der Stelle in -Z Richtung um eine Strecke weiter, die der vorgegebenen Länge d gleich ist. Durch Wiederholung dieser Torgänge schreitet der Schneidprozeß voran.

Es wird nun unter Bezugnahme auf die Pig. 2, 3 und 4- die Arbeitsweise erläutert. Wahrend sich gemäß Fig. 3 das Schneidwerkzeug von A in H Hichtung bewegt, werden die Verteilungsimpulse in -X Sichtung durch die Zähler (C₁) 11 und (C₂) 12 gezählt. Erreicht der Inhalt des Zähleis(C,|) 11 einen dem vor-

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bestimmten Wert d entsprechenden Wert, dann gibt die Meßeinrichtung (d-DET) 21 ein Ausgangssignal ab, und der Schrittmotor stoppt seine Bewegung in der -X und +Z Richtung (B in Fig. 3, Bezugszahl 110 in Fig. 4). Gleichzeitig beendet der Zähler (C2) 12 seine Zählung, und sein Inhalt; wird auf den Zähler (Cg) 18 übertragen. Solange das Werkzeug angehalten wird, gibt die Impulsverteilereinheit (PDTJ) 24 die Impulse von B bis H aus, und die Impulse des Verteilers längs der -X Achse und der + Z Achse wexLen durch die Zähler (C^) 14 und (C,) 13 gezählt. Wenn die Verteilung, bzw. Ausgabe, an der Stelle H in Fig. 3 beendet ist, veranlaßt das Blockendezeichen CR ein Verteilungsendsignal DEN (Fig. 2). Da jedoch das Ausgangssignal der Meßeinrichtung d-DET 21 gleich Eins ist und das Ausgangssignal des AND Gatters 30 gleich Null, spricht der Zähler (C,-) 16 nicht an. Wenn der letzte Block von H bis J (101 der Fig. 4) gelesen wird, wird der Inhalt des Zählers (Cr₇) 17 gleich Zwei, und es wird die Verteilung, bzw. Ausgabe, in der -X Richtung und in der +Z Richtung ausgeführt, wobei die Impulse des Verteilers durch die Zähler (G^) 14 und (C,) 13 noch gezählt sind. Da zu dieser Zeit die Meßeinrichtung d-DET 21 noch ein Ausgangssignal abgibt, wird der Inhalt des Zählers (Cg) 16 auf Null gehalten, so daß die Vergleichsschaltung (COM) 23 ein Ausgangssignal abgibt und das Signal CRR nicht das Impulsverteilungsendsignal DENN abgeben kann. W©nn nun der Block von J bis K gelesen wird, (101 in Fig. 4), werden die Verteilerimpulse in der -Z Rich-

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tung vom Inhalt des Zählers (C,) 13 subtrahiert. Bei Fortsetzung der Verteilung, bzw. Ausgabe, zwischen J und E stoppt das ¥erkzeug andÄer Stelle B (103 in Fig. 4), wenn die Verteilung die Stelle L erreicht hat, die die gleiche Z Koordinate besitzt wie die Stelle B. Der Inhalt des Zählers (O₅) 13 wird Bull. Die Impulse werden zwischen L und K (104 in Fig. 4) ausgegeben, und das AND Gatter 31 geöffnet. Das Schneidwerkzeug schneidet längs der -Z Achse von B bis M. Venn während des Schnexdprozesees das Lastmoment die zulässige, vorgegebene, Grenze überschreitet, bewegt sich das Werkzeug mit einer dem überschüssigen Drehmoment entsprechenden Geschwindigkeit in die +X Richtung (Punkt R in Fig. 3). Die Anzahl der Impulse, die der Bewegung in die +1 Eichtung entspricht, wird dem Inhalt des Zählers (O₄) 14 und dem Inhalt des Zählers (O₅) zugefügt. Im allgemeinen wird die Aneahl der Impulse, die als Funktion des überschüssigen Lastmomentea an der Hauptspindel der Bewegung larder +X Eichtung entspricht, durch die Zähler (C^) 14 und (C₅) 15 gezählt. Nachdem das Werkzeug die Stelle H erreicht hat, wird der Block des Datenstreifens von K bis Z gelesen (105 in Fig. 4), die Verteilung, bzw. Ausgabe, der Impulse wird fortgesetzt und das Werkzeug läuft von der Stelle M zur Stelle D (112 in Fig. 4). In den Blöcken von J bis K und von K bis Z werden die Impulse des Verteilers in der +X Eichtung vom Inhalt des Zählere (C^) 14 subtrahiert. Die Ver-Schiebung des Werkstückes in die -Z Richtung wird durch die

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diesbezüglichen Verteilerimpulse entschieden. Wenn das Werkzeug die Stelle D bei der Darstellung nach Pig, 3 erreicht, an der das Programm dem Werkzeug befiehlt, anzuhalten, wird der Inhalt des Zählers (Q^) 14- zu Mull, und dann gibt die Verzögerungseinrichtung 22 (Pig. 2) unverzüglich über eine vorgegebene Zeitdauer ein Ausgangssignal aus. Die Verteilerimpulse in der +1 Sichtung werden über das AND Gatter 32, das OH Gatter 33 und das OR Gatter 34· direkt der Antriebsschaltung 25 für den Schrittmotor zugeführt. Demzufolge läuft das Werkzeug längs des programmierten Weges von D bis E (113 in Fig. 4),und die Verteilerimpulse in der +Z Richtung für diese Periode werden über das OS Gatter 33 dem Inhalt des Zählers (G₅) 15 hinzugezählt. Wenn das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung 22 zu Hüll wird (das Werkzeug befindet sich zu dieser Zeit an der Stelle E in Pig. 3) stoppt das Werkzeug, und gleichzeitig veranlaßt das Signal REW ein Rückspulen des Programm Streifens (107 in Fig. $)· Das Ausgangssignal des Oszillators 20 wird über das AND Gatter 35 und das OR Gatter 36 dem Z Eingang der Antriebsschaltung 25 für den Schrittmotor und über das AND Gatter 35 und das OR Gatter 55 dem Zähler (O₅) 13 zugeführt. Das Werkzeug läuft in die +Z Richtung (114- in Fig. 4), und der Inhalt des Zählers (0,) 13 wird den Impulsen hinzugezählt, die der Verschiebung des Werkzeuges entsprechen. Die Verschiebung des Werkzeuges erfolgt während dieser Zeit mit hoher Geschwindigkeit, und das Werkzeug läuft von der Stelle E zur Stelle F. Wenn das Werkzeug die Stelle J erreicht hat, dessen

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Z Koordinate gleich, der der Stelle B ist, wird der Inhalt des Zäfclers (C,) 13 zu Mull und das AND Gatter 35 gesperrt. Die Verschiebung des Werkzeuges in die +Z Richtung stoppt. Gleichzeitig wird der Inhalt sämtlicher Zähler (C₁) 11, (C₂) 12, (Cr₇) 17 auf Null zurückgestellt.

Der Oszillator 20 führt nun über das AHD Gatter £7, das OE Gatter 38 und das JLND Gatter 39 dem -Σ Anschluß der Antriebsschaltung 25 für den Schrittmotor ein Hechteckwellensignal zu. Das Werkzeug läuft in die -I Richtung (115 in Fig. 4), und die Anzahl der Impulse wird durch den Zähler (C^) 11 gezählt. Gleichzeitig werden diese Impulse vom Inhalt des Zählers (C₁-) 15 subtrahiert. Erreicht das Werkzeug die Stelle B, dann wird der Inhalt des Zählers (C₅) 15 zu Ball, und das AND Gatter 37 schließt. Die Bewegung des Werkzeuges in die -Z Richtung wird gestoppt. Da außerdem das Impulsverteilungsendsignal DENN über das AND Gatter 40 und das OR Gatter 41 ausgegeben wird, läuft der Progrtmmstreifen erneut an. Wenn der Block von A bis H gelesen wird (108 in Pig. 4), beginnt die Verteilung der Impulse in die -J und +Z Richtung. Da jedoch, der Inhalt des Zählers (Cg) 18 zu dieser Zeit nicht Null ist, sind die AND Gatter 74 und 42 geschlossen. Das Werkzeug bewegt sich somit nicht. Die Impuls· des Verteilers in -X Richtung werden durch den Zähler (O₂) 12 gezählt. Das Ausgangssignal aus dem AND Gatter 43 wird vom Inhalt des Zählers (C₈) 18 subtrahiert. Wenn die Verteilung, bzw. Auegabe, der Impulse die Stelle B erreicht hat, an der das Werkzeug stoppt (109 in ?ig· 4),

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wird der Inhalt des Zählers (Gg) 18 zu Null, und da das AMD Gatter 74 und das AND Gatter 42 geöffnet sind,bewegt sich das Werkzeug längs des programmierten Weges (116 in Eig„ 4), und der Zähler (C,.) 11 beginnt erneut zu zählen«, Wann der Inhalt des Zählers (C,.) 11 den vorgegebenen Wert d erreicht hat, erzeugt die Meßeinrichtung (d-DET) 21 ein Ausgangssignal, und das Werkzeug stoppt. Der Inhalt des Zählers (Og) 12 ersetzt den Inhalt des Zählers (Gq) 18,und gleichzeitig werden die Zähler (C^) 11 und (C₂) 12 gestoppt. Außerdem wird das AHD Gatter 44 geöffnet, die Zähler (G₅) 13 und (O₄) 14 laufen erneut an, und das Werkzeug beginnt sich in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, zu bewegen und in -Z Sichtung zu schneiden. Der Schneidprozeß setzt sich durch Wiederholung des beschriebenen Arbeitszyklus fort.

Wenn nach dem Lauf N-$M -3 A des Werkzeuges entsprechend Fig. der Block von A bis H gelesen worden ist, wird &©r Inhalt des Zählers (Cg) 12 auf Null gestellt, und der Inhalt des Zählers (Cg) 16 wird Eins. Wenn sodann der Programablock von H bis 3 gelesen wird, läuft das Werkzeug zur Stelle 0, bei der der Inhalt des Zählers (C^) 11 den vorgegebenen Wert d erreicht, und danach läuft das Werkzeug in der gleichen Weise wie oben beschrieben in die -Z Sichtung und kehrt zur Stelle 0 zurück. Der Prograamstreifen läuft erneut an. Wenn das Signal GR des Blocks A bis H gelesen wird, wird unverzüglich das Verteilüngsendeignal DW ausgeg©fe©a_?imd der

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nächste Block wird wegen des Vorhandenseins des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung 23 gelesen. Wenn das Signal CE des nächsten Blockes gelesen wird, wird der Inhalt des Zählers (Cg) 16 zu Eins und der Inhalt des Zählers (Cr₇) 17 zu Zwei. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 25 und das Verteilungsendsignal DEN verschwinden, und die Verteilung von H bis J beginnt erneut.

Kommt es vor, daß das Werkzeug den Funkt Z erreicht während der Inhalt des Zählers (C^) 14 für einen vollständigen Zyklus auf Hull stehen bleibt, dann bedeutet dies, daß das Werkzeug längs des programmierten Weges von J über K bis Z schneidet·

Die Fig. 6 und 7 stellen den Fall dar, daß einige Blöcke lediglich eine -Z oder eine +Z Komponente besitzen. In diesen Fällen steuert der Frograamstreifen den Weg von A über J zu Z längs der Umrißlinie des unbearbeiteten Werkstückes in der fc gleichen Weise, wie es oben erläutert worden ist, und das Werkzeug dringt um eine vorgegebene Tiefe d in das rohe Werkstück ein.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausruhrungsform eines unbearbeiteten Werkstückes, bei dem das Werkzeug längs des Weges Q-»R-^S-^T-*U geht. Unter der Annahme, daß die Länge 1* der optimalen Tiefe d . des Schnittes entspricht, ist wenn 1^,-1,., die Länge I_x.

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ebenfalls der optimalen Schnittiefe gleicht. Da l^+lp^o+l^^» ist die Schnittiefe von S bis U ebenfalls gleich der optimalen !Tiefe d ._ des Schnitts. Demzufolge ist die Schnittiefe (automatisch) auf den optimalen Wert d ^ gesteuert.

Wie erwähnt, sieht das adaptive Steuersystem für die numerische Steuerung gemäß dieser Erfindung eine optimale Schnittiefe für das Werkzeug vor, bei der das unbearbeitete Werkstück lediglich die Schnittkante des Werkzeuges berührt, so daß eine Beschädigung des Werkzeuges verhindert wird. Dies wird durch ein Programm verwirklicht, welches einen Informationsblock über den Umriß des unbearbeiteten Werkstückes besitzt, der den Blöcken über die gewünschte Umrißlinie des bearbeiteten Werkstückes vorangestellt ist. Nach Beendigung des ersten Schnittzyklus werden die folgenden Schnittzyklen mit optimaler Schnittiefe durchgeführt. Ferner erfolgt die Verteilung, bzw. Ausgabe, der Impulse für jeden Block lediglich einmal, und wenn ein bereits verteilter, bzw. ausgegebener, Block gelesen worden ist, wird die Verteilung von Impulsen für diesen Block nicht nochmals vorgenommen, sondern der nächste Block wird unverzüglich gelesen und verteilt. Dies verkürzt die Zeit, während der das Werkzeug für die Neuverteilungsp'friode angehalten wird. Somit wird die Herstellungszeit verkürzt, und die Maschinenleistung wird erhöht.

5 Ansprüche
8 Figuren

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Claims

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Pat enta η Sprüche

ϊ-y Adaptives Steuersystem für die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Programm vorgesehen ist, das Daten über den Umriß des rohen Werkstückes besitzt, die Blöcken vorausgehen, welche die gewünschte Umrißlinie des bearbeiteten Werkstückes befehlen;

b) elektrisch zwischen eine Impulsverteilerbaugruppe und eine Motorantriebsschaltung für ein Schneidwerkzeug eine Steuereinrichtung geschaltet und diese so ausgebildet ist, daß der von der Impulsverteilerbaugruppe ausgegebene Ausgangsimpuls entsprechend den Progremmbef ehlen verarbeitet wird und

c) die Steuereinrichtung ferner so ausgebildet ist, daß der Prozess derart gesteuert wird, daß zu Beginn des Schneidprozesses die Schnittiefe des Schneidwerkzeuges in Eichtting der Werkstückmitte nicht größer als die Breite der Schnittkante des Schneidwerkzeuges ist.

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2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung die Schnittiefe in das Werkstück derart steuert, daß während des Arbeitsprozesses die auf die Maschine ausgeübte Belastung gleich oder geringer als die zulässige obere Grenzbelastung ist, und daß die darauffolgende Schnittiefe von dem Basispunkt aus bis zur Stelle, zu der das Werkzeug nach dem vorhergehenden Schnittprozess zurückkehrt, auf einen vorgegebenen Wert gesteuert wird.
3. Adaptives Steuersystem nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung derart arbeitet, daß vom Beginn des Programms bis zum Endblock unmittelbar vor den Blöcken, die den gewünschten Umriß des bearbeiteten Werkstückes befehlen, alle Blöcke, die einmal verteilt bzw. ausgegeben sind, im folgenden Zyklus nicht erneut verteilt werden, sondern unmittelbar am Ende des jeweiligen Blocks ein Verteilungsendsignal ausgegeben wird.
4. Adaptives Steuersystem nach Anspruch "!,dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung einen Zähler enthält, der die Impulse zählt, welche der Länge der Bewegung des Werkstückes in Richtung der Mitte des Werkstückes zu Beginn des Schneidprozesses entsprechen und ferner eine Meßeinrichtung

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die ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Inhalt der Zählers einen vorgegebenen Wert erreicht.

5, Adaptives Steuersystem nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , dass für den Pail, dass das Werkzeug längs zwxschenliegender Umrisslinien des Werkstückes unter der Steuerung der Verteilerimpulse lediglich mittels X-Koordinaten' schneidet, es ein Oszillator der Steuereinrichtung, dessen Periode so gewählt ist, dass sie kürzer als die Periode der Verteilerimpulse ist, ermöglicht, das Werkzeug für eine kurze Zeit zu stoppen.

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