DE2165862C2

DE2165862C2 - Adaptive Steuerungsvorrichtung für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2165862C2
Application number: DE2165862A
Authority: DE
Inventors: Seiichi Tokyo Hattori; Kengo Kawasaki Kanagawa Kobayashi; Masaharu Yokohama Kanagawa Tamura
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1970-12-31
Filing date: 1971-12-31
Publication date: 1983-11-03
Also published as: CA951812A; FR2120169B1; US3811345A; SU954000A3; GB1377199A; FR2120169A1; JPS5114746B1; DE2165862A1

Description

Die Erfindung betrifft eine adaptive Steuerungsvorrichtung für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Steuerungsvorrichtung dieser Gattung ist aus der Druckschrift AEG-Prospekt »Geometrische Datenverarbeitung«, September 1970 (IHA70) bekannt Diese Druckschrift beschreibt ein DNC-System, bei dem eine oder mehrere NC (numerisch gesteuerte)-Werkzeugmaschinen, die auch eine adaptive Steuerung enthalten könne, an einen zentralen Rechner angeschlossen sind. In diesen Rechner werden Steuerdaten für die Fertigteilkontur, Werkzeug- und Werkstoffdaten sowie Angaben über die Rohteilkontur eingegeben. Im Rechner werden aus diesen Angaben die technologischen Daten für die Hauptspindeldrehzahl sowie das an der Hauptspindel zulässige Drehmoment und die Grenzen für den minimal und maximal zulässigen Vorschub errechnet Diese Daten werden zusätzlich zu den geometrischen Daten an die NC/AC-Einrichtung der Maschine übertragen. Diese verändert den Vorschub in Abhängigkeit vom zulässigen Moment und erreicht auf diese Weise die höchstzulässige Zerspannleistung. Aus der zulässigen Schnittiefe und den Rohteilabmessungen werden im Rechner Anfahrpunkte außerhalb des Rohteils errechnet weiche die verschiedenen aufeini iderfoigenden Schnittniveaus bestimmen. Abgesehen davon, daß der Druckschrift nicht zu entnehmen ist, daß bei der Errechnung der Anfahrpunkte auch Werkzeugbewegungen des vorangehenden Schneidzyklus berücksichtigt werden, erfolgt hier die Ermittlung der Anfahrpunkte vor und unabhängig von einer Bewegung des Werkzeugs. Will man dieses Prinzip von einer DNC-Anlage auf eine einfache NC-Anlage übertragen, dann muß man auf jeden Fall einen ausreichend schnellen Rechner vorsehen, damit nicht durch die Ermittlung der Anfahrpunkte unnötig viel Zeit verlorengeht

Aus der Druckschrift »Zeitschrift für wirtschaftliche Fertigung«, 1970, Heft 8. Seiten 405 bis 410 ist eine adaptive Steuerungsvorrichtung für NC-Werkzeugmaschinen bekannt, bei der die adaptive Steuerung, soweit aus der Druckschrift ersichtlich, nicht die Schnittiefe, sondern die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs beeinflußt. Für einen in mehreren Zyklen auszuführenden Schneidvorgang zur Erzielung einer Fertigkontur aus einer Rohkontur, ist bei diesem Stand der Technik für jeden Zyklus ein gesonderter Anfahrpuukt außerhalb der Rohkontur mittels Programm vorgegeben. Das Werkzeug fährt bei jedem Zyklus den zugehörigen Anfahrpunkt an und bewegt sich von ■diesem aus ir. Schneidrichtung geradlinig, bis es gegebenenfalls auf die Fertigkontur des Werkstücks trifft. In diesem Fall bewt.gt es sich entsprechend dieser Fertiekontur weiter. Während der Schneidvorgangs wird die Vorschubgeschwindigkeit mit Hilfe der adapwen Steuerung in Abhängigkeit von der Hauptspindelbelartung auf einen maximalen möglichen Wert eingestellt Der Stand der Technik der vorerwähnten Druckschrift (AEG-Prospekt) geht — abgesehen davon, daß es sich dort um eine DNC-Anlage handelt — insofern über den hier erörterten Stand der Technik hinaus, als dort die Anfahrpunkte nicht im NC-Programm enthalten sein müssen, sondern von dem

ίο zentralen Rechner der DNC-Anlage errechnet werden. Dies bedeutet daß der Rechner der DNC-Anlage dem Programmierer die Arbeit abnimmt die Anfahrpunkte abhängig von der maximal zulässigen Schnittiefe und der Rohteilkontur auszurechnen und in das Programm einzugeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine adaptive Steuerungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß es ohne Benutzung eines zentralen Rechners und ohne Programmieruiig von Anfahrpunkten möglich ist ist Schnittiefe zu Beginn eines jed.ü Schneidzyklus entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten von Werkzeug und Werkstück zu begrenzen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Steuerungsvorrichtung erfmdungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst

Bei dieser Lösung wird die Bestimmung der Anfahrpunkte von der elektrisch zwischen der Impuls-Verteilereinheit und der Antriebseinheit angeordneten Steuereinheit während der Impulsverteilung durchgeführt Die im Programm enthaltenen Daten über die Rohteilkontur sind Vorschubbefehle, durch die das Werkzeug längs der Rohteilkontur bewegt werden kann. Es handelt sich bei diesen Daten also um gleiche Steuerdaten, wie sie für die Fertigteilkontur im Programm enthalten sind. Damit ist die Ortskurve der Anfahrpunkte durch diese die Rohteilkontur betreffenden Vorschubbefehle vorgegeben. Die Lage der einzelnen Anfahrpunkte auf dieser Ortskurve wird aber von Her Steuereinheit in Abhängigkeit nicht nur von der je nach Schneidenbreite maximal zulässigen Schnitttiefe, sondern auch von Änderungen der Schnittiefe im vorherigen Schneidzyklus bestimmt Diese Becücksichtigung einer Schnittiefenänderung im vorangegangenen Schneidzyklus führt zu sauberen und schnelleren Schnitten als es der Fall wäre, wenn zu Beginn jedes neuen Schneidzyklus die maximal zulässige Schnittiefe vorgegeben würde, obwohl bereits bei allen vorherigen Schneidzyklen festgestellt wurde, daß aufgrund des speziellen Materials oder aus anderen Gründen diese maximale Schnittiefe nicht durchführbar ist so daß dis adaptive Steuerung zur Verringerung der Schnittiefe eii.greifen muß. Bei der Erfindung führt die Art der Vorgabe der Anfahrpunkte dazu, daß von der adaptiven Steuerungsvorrichtung nur verhältnismäßig geringe Korrekturen vorgenommen werden müssen. Die Schnittiefe zu Beginn eines Schneidzyklus ist nur dann kleiner als die max-mal zulässige Schnittiefe. wenn sich beim vorangegangenen Schneidzyklus herausgestellt hat, daß die maximal zulässige Schnittiefe nicht durchführbar ist.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Steuereinheit. Dei besondere Vorteil der Ausbildung gemäß Anspruch 6 besteht darin, daß nach Lesen eines Vorschubbefehlsblocks entsprechend der Rohteilkontur keine entsprechenden Vorschubimpulse ausgegeben werden, sondern gleich der nächste Block

gelesen wird, wenn das Werkzeug durch diese Vorschubimpulse ohnehin nicht bewegt würde.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

F i g. l(A) die Rohteilkontur (BAH)und die Fertigteilkontur (BCDEFGH)emes Werkstücks,

F i g. l(B) das Programm für den Schneidvorgang zur Erzielung der Fertigteilkontur,

F i g. 2-(l) und 2-(2) ein Blockschaltbild der Steuereinheit der Steuerungsvorrichtung,

Fig.3 die Rohteilkontur und die Fertigteilkontur eines Werkstücks sowie die programmierte Bahn des Schneidwerkzeugs und die von diesem tatsächlich durchlaufende Bahn,

Fig.4 ein Ablaufdiagramm des Arbeitsablaufs zur Bearbeitung des Rohteils von F i g. 3,

K ι g. 5 die tatsächliche Schneidband des Sciineidwerkzeugs, wenn der Schneidprozeß nach F i g. 3 halb beendet ist, und

Fig.6 bis 8 weitere Beispiele von Rohteil- und Fertigteilkonturen sowie programmiertem Weg und tatsächlichem Weg des Schneidwerkzeugs.

In Fig. 1 sind ein Beispiel eines Umrisses eines unbearbeiteten Werkstückes (Rohteilkontur) und das Programm zur Herstellung des bearbeiteten Werkstükkes dargestellt. Die Umrißlinie B-C-D-EF-G-H des bearbeiteten Werkstückes (Fertigteilkontur) ist mit einer Schraffur versehen. Der Schneidprozeß erfolgt im allgemeinen längs der Linie 1 der Fig. 1. Überschreitet die Drehmomentbelastung der Hauptspindel jedoch die zulässige Grenze, dann wird der Schneidprozeß längs der Linie 2 vorgenommen, wobei sich das Schneidwerkzeug in X- Richtung bewegt.

F i g. 1B stellt das Programm für den Schneidprozeß dar. Dieses Programm ist gemäß Her FANUC 240 — Programmsprache kodiert. Es wird im folgenden zunächst dieses Programm erläutert.

In der ersten Zeile steht der Kode »TI 1CR«, wobei T den Auswahlkode der Werkzeugmaschine, 11 den Kode für di«: Werkzeugnummer und die Teilkreisnummer für ein Werkzeug und, CR ein Blockendezeichen bedeuten. In der zweiten Zeile steht dev Kode »0111 GOO U-13500CR«. Hierbei bedeuten 0 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 - tARichtung (die der -X-Richtung entspricht) für eine 13500 Impulsen entsprechende Länge und CR ein Blockendezeichen. Die zweite Zeile zeigt den Umriß des Rohteils. Ihr Vorhandensein ist eines der Merkmale dieser Erfindung.

In der dritten Zeile steht der Kode »GOl w-11000 FIOOCR«. Er entspricht dem Schneidvorgang zwischen den Stellen B und C der Fig. IA. GOl befiehlt einen linearen Schneidprozeß, w-11000 befiehlt eine Bewegung des Werkzeuges in — w-Richtung (die der -Z-Richtung entspricht) um eine Länge entsprechend 1 ,JOO Impulsen bzw. Schritten, FlOO befiehlt, daß das Werkzeug mit einer Geschwindigkeit von 100 mm pro Umdrehung der Hauptspindel bewegt wird, und CR ist ein Blockendezeichen.

In der vierten Zeile steht der Kode »U3000CR«. Er entspricht dem Schneidevorgang zwischen den Punkten C und D in Fig. IA, wobei U3000 das Werkzeug in — LARichtung auf einer Länge entsprechend 3000 Impulsen befiehlt und CR ein Blockendezeichen darstellt.

Der Kode »W-75OOCR« in der fünften Zeile entspricht dem Schneidvorgang zwischen den Punkten D und f, wobei w-7500 das Werkzeug entsprechend einer Länge von 7500 Impulsen in die - w-Richtung befiehlt, und CR ein Blockendezeichen darstellt.

Der Kode »GO2U50O0 w-25OOi25OO CR« in der sechsten Zeile ist dem Schneidprozeß zwischen den Punkten Eund Fder F i g. 1A zugeordnet. G02 befiehlt einen kreisförmigen Schnitt, U5000 w-2500 zeigt an, daß

ίο die Schnittlänge des Schneidwerkzeuges 5000 Impulsen in der + {/Richtung und 2500 Impulsen in der - w-Richtung entspricht. i25OO stellt die Koordinaten des Krümmungsmittelpunktes bezogen auf den Anfangspunkt des Bogens dar, und CR ist ein Blockendezeichen.

Der Kode »G01U2000 W-8000CR« in der siebenten Zeile entspricht dem Schneidprozeß zwischen den Punkten F und G. GOl befiehlt einen linearen Schneidvergang, U2Q0Q v-8000 befiehlt das Werkzeug auf einer 2000 Impulsen entsprechenden Lange in

+ 17-Richtung und auf einer 8000 Impulsen entsprechenden Länge in -w-Richtung, und CR ist ein Blockendezeichen.

Der Kode »U35OOCR« in der achten Zeile entspricht dem Schneidprozeß zwischen den Punkten G und Hder

Fig. IA. U3500 befiehlt das Werkzeug auf einer 3500 Impulsen entsprechenden Länge in die + L/Richtung, undCRi- icin Blockendezeichen.

Der Kode »M90CR« in der letzten Zeile steht für das Programmende. M90 zeigt das Ende des adaptiven

Steuerungsvorganges an, und CR ist ein Blockendezeichen.

Wie bereits erwähnt, ist es eines der Merkmale dieser Erfindung, daß vor den Ausführungsblöcken, die die gewünschte Umrißlinie des bearbeiteten Werkstückes

befehlen, ein Block - im vorliegenden Fall »Olli U13500CR« - steht, der die Umrißlinie des unbearbeiteten Werkstückes angibt.

Obgleich das Programm nach F i g. 1B gemäß der FANUC 240 — Programmsprache kodiert ist, ist

selbstverständlich die Erfindung nicht auf die Anwendung dieser Sprache beschränkt, es ist vielmehr jede Programmsprache für eine numerische Steuerung anwendbar.

F i g. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungs-

form einer Steuereinheit für die erfindungsgemäße adaptive numerische Steuerungsvorrichtung. Die Steuereinheit enthält Zähler 11 bis 18, wobei mit den Bezugszeichen 13, 14, 15 und 18 reversible Zähler bezeichnet sind. Die Steuereinheit enthält außerdem

einen Rechteckoszillator 20 als Impulsgenerator, der eine Ausgangsspannung mit einer vorgegebenen Frequenz liefert, einen Detektor 21, der betätigt wird, wenn der Inhalt des Zählers 11 einen vorgegebenen Wert d erreicht, und eine Verzögerungseinrichtung 22, die ein

um einen vorgegebenen Zeitabschnitt nach dem Eintreffen eines Eingangssignals verzögertes Ausgangssignal liefert. Ein Vergleicher 23 vergleicht den Inhalt der beiden Zähler 16 und 17 und liefert ein Ausgangssignal, wenn G 2; C₇. Mit DEN ist das

Endsignal für die Impulsverteilung bezeichnet; ERR, CRR, -XR und +ZR sind Signale, die angeben, daß die Signale ER, CR, X und +Z vom Programmstreifen abgelesen worden sind Das Signal ER wird zu Beginn des Programmstreifens geschrieben und das Signal CR

am Ende jedes Blocks des Programmstreifens. Das Signal RES bedeutet Rückstellung. Mit 24 ist eine Impulsverteilereinheit und mit 25 eine Antriebseinheit für einen Schrittmotor bezeichnet Das Signal REW

befiehlt das Rückspulen des Programmstreifens.

Die in F i g. 2 dargestellte Impulsverteilerbaugruppe 24 besitzt vier Ausgänge + X, — X, +Z und — Z. Das Ausgangssignal -X wird einem der Eingänge der UND-Gatter 74, 73, 44 und 46 zugeführt. Das Ausgangssignal +X wird einem der Eingänge der UND-Gatter 32, 52 und 53 zugeführt. Das Ausgangssigna! ·.· Zwird einem der Eingänge des UND-Gatters 42 zugefülirt. Das Ausgangssignal —Ζ wird einem der Eingänge jles UND-Gatters 57 zugeführt. Das invertierte Signal c/des Ausgangssignals rf des Detektors 2t wird dem zweiten Eingang des UND-Gatters 46 zugeleitet, das Ausgangssignal des UND-Gatters 46 als ein additives Signal dem Eingang des Zählers 12. Wenn das Impulsverteilungsendsignal DEN erscheint oder ein Zähler 13 zu Null wird (3-0), wird der Zähler 12 auf Null zurückgestellt. Das Ausgangssignal des Zählers 12 wird der positiven Klemme des Zählers 18 zugeführt. Der Zähler JS liefert ein Ausgsngssigria!, Vrcnn sein Inhalt nicht Null ist, und dieses Ausgangssignal wird der zweiten Eingangsklemme des UND-Gatters 43 zugeführt. Ein Signal, das erscheint, wenn der Inhalt des Zählers 15 Null ist, wird dem dritten Eingang des UND-Gatters 43 und der Ausgang des UND-Gatters 43 der negativen Klemme des Zählers 18 zugeführt. Ein Signal, das erscheint, wenn der Inhalt des Zählers 18 Null ist, wird der zweiten Eingangsklemme des UND-Gatters 74 zugeleitet. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 74 wird zusammen mit dem Ausgangssignal des UND-Gatters 37 den Eingängen der UND-Gatur 75 und 39 über das ODER-Gatter 38 zugeführt. Außerdem wird das Ausgangssignal des UND-Gatters 37 der negativen Klemme des Zählers 15 zugeführt. An den zweiten Eingang des UND-Gatters 75 wird das Signal (/angelegt. Die Ausgangsgröße des UND-Gatters 75 wird dem Eingang eines Zählers 11, die Ausgangsgröße des Zählers 11 dem Eingang des Detektors 21 zugeführt. Der Zähler 11 wird zu Null gemacht, wenn der Inhalt des Zählers 13 zu Null wird. Das Ausgangssignal des Detektors 21 wird über einen Inverter 50 dem zweiten Eingang des UND-Gatters 39 zugeführt.

Der Ausgang des UND-Gatters 39 ist an den — X-Anschluß einer Antriebseinheit 25 für einen Schrittmotor angeschlossen. Außerdem ist der Ausgang des Detektors 21 mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 44 verbunden, dessen Ausgang zum ODER-Gatter 51 geführt ist. Ein Impulssignal, das erscheint, wenn die Drehmomentbelastung an der Hauptspindel der Werkzeugmaschine die zulässige Grenze überschreitet, wird der Klemme 70 zugeführt. Die Klemme 70 ist über ein ODER-Gatter 51 mit der positiven Klemme des Zählers 14 und außerdem fiber ein ODER-Gatter 33 mit einem der Eingänge sowohl eines ODER-Gatters 34 als auch eines UND-Gatters 54 verbunden. Dem zweiten Eingang des UND-Gatters 52 wird ein Signal zugeführt das anzeigt daß der Inhalt des Zählers 14 nicht Null ist und die Ausgangsgröße des UNd-Gatters 52 wird dem negativen Eingang des Zählers 14 zugeführt Der Zähler 14 zählt die Vorschubimpulse in +X-Richtung. Das Ausgangssignal, das anzeigt daß der Inhalt dieses Zählers Null ist wird über ein UND-Gatter 53 und ein ODER-Gatter 34 dem A'-Eingang der Antriebseinheit 25 für den Schrittmotor zugeleitet Der Zähler 14 gibt unmitelbar, nachdem sein Inhalt zu Null geworden ist ein kurzes Ausgangssignal ab, und dieses wird über die Verzögerungseinrichtung 22 dem UND-Gatter 32 zugeführt Der Ausgang des UND-Gatters 32 ist mit einem Eingang des ODER-Gatters 33 verbunden. Das differenzierte Rückflankensignal vom Ausgang der Verzögerungseinrichtung 22 wird ein Datenstreifenrückspulsignal (REW) und über den Inverter 56 dem UND-Gatter 57 und außerdem einem Eingang des UND-Gatters 35 zugeführt. Der Ausgang des Oszillators 20 ist mit den Eingängen sowohl eines UND-Gatters 35 als auch eines UND-Gatters 37 verbunden. Der Ausgang einer bi-stabilen Kippstufe 58

ίο ist zum zweiten Eingang des UND-Gatters 54 und der Ausgang des UND-Gatters 54 zum positiven Eingang des Zählers 15 geführt. Der Zähler 15 zählt die Impulse, die der Länge des Vorschubs des Werkzeuges in + X-Richtung entsprechen, als Funktion des Überschus ses des Drehmomentes über den zulässigen Wert des Drehmoments. Das Ausgangssignal das anzeigt, daß der Inhalt C5 des Zählers 15 nicht Null ist, ist auf den zweiten Eingang des UND-Gatters 37 geführt. Das Signa!, das anzeigt, da2 der Inhalt CS dci Zählers JS Null ist, wird dem zweiten Eingang des UND-Gatters 42 zugeführt und das Ausgangssignal des UND-Gatters 42 dem Eingang sowohl des UND-Gatters 45 als auch des UND-Gatters 71. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 45 wird zusammen mit dem Ausgangssignal des UND-Gatters 35 über das ODER-Gatter 55 dem positiven Eingang des Zählers 13 zugeführt. Der Ausgang des UND-Gatters 71 und der Ausgang des UND-Gatters 35 liegen über ein ODER-Gatter 36 am + Z-Eingang der Antriebseinheit 25 des Schrittmotors.

Der Ausgang des UND-Gatters 57 ist mit dem negativen Eingang des Zählers 13 verbunden und über das UND-Gatter 31 auch mit dem -Z-Anschluß der Antriebseinheit 25 für den Schrittmotor. Der Zähler 13 zählt die Vorschubimpulse in +Z-Richtung. Ein Ausgangssignal, das anzeigt, daß der Inhalt des Zählers 13 Null ist. wird dem Eingang des UND-Gatters 37 und außerdem der bi-stabilen Kippstufe 58 zugeführt, während das Ausgangssignal des Zählers 13, das anzeigt, daß der Inhalt nicht Null ist, dem dritten Eingang des UND-Gatters 31 zugeführt wird. Der Ausgang der bi-stabilen Kippstufe 58 ist außerdem mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 31 verbunden.

Andererseits werden dem ersten Eingang des UND-Gatters 49 über das ODER-Gatier 48 die Signale -XR und +ZR zugeführt. Das Signal CRR wird dem Eingang des Zählers 17 und außerdem dem ersten Eingang des UND-Gatters 73 zugeführt. Das Impulsverteilungsendsignal DEN wird dem ersten Eingang des UND-Gatters 30 und dem Eingang des ODER-Gatters 72 zugeleitet Das Signal d ist mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 30 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit dem zweiten UND-Gatter 49 in Verbindung steht Die Ausgangsgröße des UND-Gatters 49 wird dem Eingang des Zählers 16 zugeführt Die Ausgänge der Zähler 16 und 17 werden jeweils den entsprechenden Eingängen des Vergleichers 23 zugeführt. Er gibt ein Ausgangssignal ab, wenn der Inhalt C₆ des Zählers 16 gleich oder größer als der Inhalt Cj des Zählers 17 ist [(Ce)S(C?)]. Dieses Ausgangssignal wird dem zweiten Eingang des UND-Gatters 73 zugeführt Das Ausgangssignal des UND-Gatters 73 hat über die ODER-Gatter 72 und 41 das Impulsverteilungssignal DENN zur Folge. Ein Signal, das anzeigt daß der Inhalt des Zählers 15 Null ist wird dem Eingang des UND-Gatters 40 zugeführt Der Ausgang dieses UND-Gatters ist mit dem Eingang des ODER-Gatters 41 verbunden. Fig.3 zeigt eine Ausbildung einer Umrißlinie eines

unbearbeiteten Werkstückes, den programmierten Weg des Schneidwerkzeuges und den tatsächlichen Weg seiner Schneide. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist die Umrißlinie IW des Rohmaterials gestrichelt dargestellt, und die Umrißlinie J-L-K-Z des erhaltenen Werkstückes ist mit einer Schraffur versehen. Der Pfeil A-H-J bzw. ED-E-F stellt den tatsächlichen Weg des Werkzeuges dar.

In Fig.4 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, das die Arbeitsweise des Programmstreifens und des Schneid-Werkzeuges veranschaulicht, wenn das Werkstück von der gestrichelten Umrißlinie IW nach Fig.3 bis zur schraffierten Umrißlinie J-L-K-Z bearbeitet wird. Wie bereits in F i g. 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 bearheitete 1 Jmrißlinip He«: Werkstückes

Wenn gemäß Fig.4 der erste Block von A bis Hdes Streifens entsprechend Bezugszahl 100 gelesen worden ist, wird der Inhalt des Zählers 17 zu Eins, und das Schneidwerkzeug wird entsprechend der Bezugszahl 110 von A in Richtung H bewegt. Der Wert d ist entsprechend der Schneide 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 A'-Richtung um, so daß die jo Schnittiefe verringert wird. Das Schneidwerkzeug bewegt sich unter der maximal zulässigen Drehmomentbelastung in —Z-Richtung. Wenn das Schneidwerkzeug auf der gewünschten Umrißlinie die vorgeschriebene Stelle erreicht, wird es in die +Z-Richtung umgekehrt. J5 Dann bewegt es sich von der Stelle ^:n — X-Richtung um eine Strecke weiter, die der vorgegebenen Länge d gleich ist. Durch Wiederholung dieser Vorgänge schreitet der Schneidprozeß voran.

Es wird nun unter Bezugnahme auf die F i g. 2,3 und 4 -to die Arbeitsweise erläutcl.

Während sich gemäß F i g. 3 das Schneidwerkzeug von A in Richtung H bewegt, werden die Vorschubimpulse in — X-Richtung durch die Zähler 11 und 12 gezählt. Erreicht der Inhalt des Zählers 11 einen dem -«5 vorbestimmten Wert d entsprechenden Wert, dann gibt der Detektor 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 12 seine Zählung, und sein Inhalt wird auf den Zähler 18 übertragen. Solange das Werkzeug angehalten wird, gibt die Impulsverteilereinheit 24 die Impulse von B bis H aus, und die Impulse des Verteilers längs der —X-Achse und der +Z-Achse werden durch die Zähler 14 und 13 gezählt Wenn die Verteilung bzw. Ausgabe an der Stelle Hm F i g. 3 beendet ist, veranlaßt das Blockendezeichen CR ein Verteilungseridsignal DEN (Fig.2). Da jedoch das A isgangssignal des Detektors 21 gleich Eins ist und das Aüsgangssignal des UND-Gatters 30 gleich Null, spricht der Zähler 16 nicht an. Wenn der nächste Block von H bis /(101 der Fig.4) gelesen wird, wird der Inhalt des Zählers 17 gleich Zwei, und es wird die Verteilung bzw. Ausgabe in der -X-Richtung und in der +Z-Richtung ausgeführt, wobei die Impulse des Verteiler? durch die Zähler 14 und 13 noch gezählt sind. Da zu dieser Zeit der Detektor 21 noch ein Ausgangssignal abgibt, wird der Inhalt des Zählers 16 auf Null gehalten, so daß der Vorgleicher 23 kein Ausgangssignal abgibt und das Signal CRR nicht das Impulsverteilungsendsignal DENN hervorrufen kann. Wenn nun der Block von /bis AC gelesen wird, (101 in F i g. 4), werden die Vorschubimpulse in der —Z-Richtung vom Inhalt des Zählers 13 subtrahiert. Während der Verteilung bzw. Ausgabe zwischen /und K stoppt das Werkzeug an der Stelle B (103 in Fig.4), bis die Verteilung die Stelle L erreicht hat, die die gleiche Z-Koordinate besitzt wie die Stelle B. Der Inhalt des Zählers 13 wird Null. Die Impulse werden zwischen L und K (104 in Fig. 4) ausgegeben, und das UND-Gatter 31 wird geöffnet. Das Schneidwerkzeug schneidet längs der — Z-Achse von B bis M. Wenn während des Schneidprozesses das Lastmoment die vorgegebene, zulässige 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 +A"-Richtung entspricht, wird dem Inhalt des Zählers 14 und dem Inhalt des Zählers 15 hinzugefügt. Im allgemeinen wird die Anzahl der Impulse, die als Funktion des überschüssigen Lastmomentes an der Hauptspindel der Bewegung in der + X-Richiung entspricht, durch die Zähler 14 und 15 gezählt. Nachdem das Werkzeug die Stelle M erreicht hat. wird der Block des Datenstreifens von K bis Zgelesen (105 in F i g. 4), die Verteilung bzw. Ausgabe der Impulse wird fortgesetzt, und das Werkzeug läuft von der Stelle M zur Stelle D (112 in F i g. 4). Bei den Blöcken von J bis K und von K bis Z werden die Impulse des Verteilers in der +.Y-Richtung vom Inhalt des Zählers 14 subtrahiert. Der Vorschub des Werkstückes in -Z-Richtung wird durch die diesbezüglichen Vorschubimpulse entschieden. Wenn das Werkzeug die Stelle D bei der Darstellung nach Fig.3 erreicht, an der das Programm dem Werkzeug befiehlt, anzuhalten, wird der Inhalt des Zählers 14 zu Null, und dann gibt die Verzögerungseinrichtung 22 (F i g. 2) unverzüglich über eine vorgegebene Zeitdauer ein Ausgangssignal aus. Die Vorschubimpi/'se in der + X-Richtung werden über das UND-Gatter 32, das ODER-Gatter 33 und das ODER-Gatter 34 direkt der Antriebseinheit 25 für den Schrittmotor zugeführt. Demzufolge läuft das Werkzeug längs des programmierten Weges von D bis £(113 in Fig.4), und die Vorschubimpulse i · der +X-Richtung für diese Periode werden über das ODER-Gatter 33 dem Inhalt des Zählers 15 hinzugezählt Wenn das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung 22 zu Null wird (Das Werkzeug befindet sich zu dieser Zeit an der Stelle E in F i g. 3), stoppt das Werkzeug, und gleichzeitig veranlaßt das Signal REWein Rückspulen des Programmstreifens (107 in Fig.4). Das Ausgangssignal des Oszillators 20 wird über das UND-Gatter 35 und der ODER-Gatter 36 dem Z-Eingang der Antriebseinheit 25 für den Schrittmotor und über das UND-Gatter 35 und das ODER-Gatter 55 dem Zähler 13 zugeführt Das Werkzeug läuft in die +Z-Richtung (114 in Fi g. 4), und der Inhalt des Zählers 13 wird den Impulsen hinzugezählt, die dem Vorschub des Werkzeuges entsprechen. Der Vorschub des Werkzeuges erfolgt während dieser Zeit mit hoher Geschwindigkeit, und das Werkzeug läuft von der Stelle £zur Stelle F. Wenn das Werkzeug die Stelle Ferreicht hat, deren Z-Koordinate gleich der der Stelle B ist wird der Inhalt des Zählers 13 zu Null und das UND-Gatter 35 gesperrt Die Verschiebung des Werkzeuges in +Z-Richtung stoppt Gleichzeitig wird der Inhalt sämtlicher Zähler 11,12,17

auf Nun zurückgestellt.

Der Oszillator 20 führt nun über das UND-Gatter 37. das ODERGatter 38 und das UND-Gatter 39 dem - A"-Anschluß der Antriebseinheit 25 für den Schrittmotor ein Rechtecksignal zu. Das Werkzeug läuft in die -X-Richtung (115 in Fig.4), und die Anzahl der Impulse wird durch den Zähler 11 gezählt. Gleichzeitig werden diese Impulse vom Inhalt des Zählers 15 subtrahiert. Erreicht das Werkzeug die Stelle B, dann wird der Inhalt des Zählers 15 zu Null, und das UND-Gatter 37 schließt. Die Bewegung des Werkzeuges in die - X-Richtung wird gestoppt. Da außerdem das Impulsverteilungsendsignal DENN über das UND-Catter 40 und das ODER-Gatter 41 ausgegeben wird, läuft der Progr^mmstreifen erneut an. Wenn der Block von A bis H gelesen wird (108 in F i g. 4), beginnt die Verteilung der Impulse in die -X- und +Z-Richtung. Da jedoch der Inhalt des Zählers 18 zu dieser Zeit nicht Null ist, sind die UND-Gatter 74 und 42 geschlossen. Das Werkzeug bewegt sich somit nicht Die Impulse des Verteilers in - ^-Richtung werden durch den Zähler 12 gezählt. Das Ausgangssignal aus dem UND-Gatter 43 wird vom Inhalt des Zählers 18 subtrahiert. Wenn die Verteilung bzw. Ausgabe der Impulse die Stelle B erreicht hat, an der das Werkzeug stoppt (109 in F i g. 4), wird der Inhalt des Zählers 18 zu Null, und da das UND-Gatter 74 und das UND-Gatter 42 geöffnet sind, bewegt sich das Werkzeug längs des programmierten Weges (116 in F i g. 4), und der Zähler 11 beginnt erneut zu zählen. Wenn der Inhalt des Zählers 11 den vorgegebenen Wert d erreicht hat, erzeugt der Detektor 21 ein Ausgangssignal, und das Werkzeug stoppt. Der Inhalt des Zählers 12 ersetzt den Inhalt des Zählers 18, und gleichzeitig werden die Zähler 11 und 12 gestoppt. Außerdem wird das UND-Gatter 44 geöffnet, die Zähler 13 und 14 laufen erneut an, und das Werkzeug beginnt sich in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, zu bewegen und in —Z-Richtung m schneiden. Der Schneidprozeß setzt sich durch Wiederholung des beschriebenen Arbeitszyklus fort.

Wenn nach dem Lauf N-* M-* A des Werkzeuges £ ltsprechend F i g. 5 der Block von A bis H gelesen worJen ist, wird der Inhalt des Zählers 12 auf Null gestellt, und der Inhalt des Zählers 16 wird Eins. Wenn sodann der Programmblock von H bis / gelesen wird, «5 läuft das Werkzeug zur Stelle O, bei der der Inhalt des Zählers 11 den vorgegebenen Wert d erreicht, und danach läuft das Werkzeug in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, in die —Z-Richtung und kehrt zur Stelle O zurück. Der Programmstreifen läuft erneut an. Wenn das Signal CA des Blocks A bis H gelesen wird, wird unverzüglich das Verteilungsendsignal DEN ausgegeben, und der nächste Block wird wegen des Vorhandenseins des Ausgangssignals des Vergleichers 23 gelesen. Wenn das Signal CR des nächsten Blockes gelesen wird, wird der Inhalt des Zählers 16 zu Eins und der Inhalt des Zählers 17 zu Zwei. Das Ausgangssignal des Vergleichers 23 und das Verteilungsendsscal DEN verschwinden, und die Verteilung von H bis / beginnt erneut.

Kommt es vor, daß das Werkzeug den Punkt Z erreicht, während der Inhalt des Zählers 14 für einen vollständigen Zyklus auf Null stehen bleibt, dann bedeutet dies, daß das Werkzeug längs des programmierten Weges von /über ACbis Zschneidet.

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

Fig.8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines unbearbeiteten Werkstückes, bei dem das Werkzeug längs des Wsges Q-* R-* S- Γ— U geht. Unter der Annahme, daß die Länge U der optimalen Tiefe d_opt des Schnittes entspricht, ist, wenn k — h, die Länge /1 ebenfalls der optimalen Schnittiefe gleich. Da h + k = h + h*=d, ist die Schnittiefe von Sbis Uebenfalls gleich der optimalen Tiefe d_op, des Schnitts. Demzufolge ist die Schnittiefe (automatisch) auf den optimalen Wert dop, gesteuert.

Wie erwähnt, sieht das adaptive Steuersystem für die numerische Steuerung gemäß dieser Erfindung eine optimale Schnittieie für das Werkzeug vor, bei der das unbearbeitete Werkstück lediglich die Schneidkante des Werkzeuges berührt, so daß eine Beschädigung des Werkzeuges verhindert wird. Dies wird durch ein Programm ermöglicht, welches einen Informationsblock über den UmriS 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 unverzüglich gelesen und verteilt. Dies verkürzt die Zeit, während der das Werkzeug für die Neuverteilungsperiode angehalten wird. Somit wird die Herstellungszeit verkürzt, und die Maschinenleistung wird erhöht.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Adaptive Steuerungsvorrichtung für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen, bei der die mittels eines Schneidwerkzeugs in mehreren Schneidzyklen zu erzeugende Fertigteilkontur eines Werkstücks als Vorschubbefehle in einem Programm enthalten ist, das entsprechend der erforderlichen Anzahl von Schneidzyklen wiederholt gelesen wird, mit einer Impulsverteilereinheit, die über eine Steuereinheit Vorschubimpulse entsprechend den Vorschubbefehlen an eine Antriebseinheit der Werkzeugmaschine liefert, wobei das Schneidwerkzeug jeden Schneidzyklus von einem gesonderten Anfanrpunkt außerhalb der Rohteilkontur beginnt, welcher derart vorgebbar ist, daß die Schnittiefe bei Beginn des Schneidzyklus kleiner als die Schneidenbreite des Schneidwenk:eugs ist, und wobei die Schnittiefe während des Schneidzyklus in Abhängigkeit von einer maximal zulässigen Maschinenbelastung automatisch änderbar ist dadurch gekennzeichnet, daß das Programm vor den Vorschubbefehlen für die Fertigteilkontur Vorschubbefehle zur Führung des Schneidwerkzeugs längs der Rohteilkonuir enthält, nach deren Maßgabe das Schneidwerkzeug unter der Steuerung durch die Steuereinheit zu dem zum nächstfolgenden Schneidzyklus gehörenden Anfahrpunkt vorschiebbar ist, der von der Steuereinheit in Abhängigkeit vom Ausgangspunkt bzw. vom vorherigen Anfahrpunkt, von der entsprechend ,der Schneidenbreite des, Schneidwerkzeugs maximal zulässigen Schnittiefe (\J) und von während des vorherigen Schneidzyklus erfolg« .n Schnittiefenänderungen bestimmbar ist.

2. Adaptive Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Impulsverteilereinheit an die Steuereinheit abhängig von den Vorschubbefehlen Vorschubimpulse in einer ersten Richtung (+ X-Richtung) oder einer hierzu entgegengesetzten zweiten Vorschubrichtung (— X- Richtung) und/oder einer dritten Vorschubrichtung ( + Z-Richtung) bzw. einer hierzu entgegengesetzten vierten Vorschubrichtung ( — Z-Richtung) abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit enthält: einen ersten Impulsgenerator zur Lieferung von Vorschubimpulsen in + X-Richtung an die Antriebseinheit (25), wenn die maximal zulässige Maschinenbelastung überschritten wird; einen ersten Zähler (13), der nach Erreichen des Anfahrpunktes eines Schneidzyklus so durch das Schneidwerkzeug Vorschubimpulse in + Z-Richtung und in -Z-Richtung aufwärts bzw. abwärts zählt; einen zweiten Zähler (14), der nach Erreichen des Anfahrpunktes eines Schneidzyklus durch das Schneidwerkzeug Vorschubimpulse in -A"-Richtung und Ausgangsimpulse des ersten Impulsgenerators in einer Zählrichtung sowie Vorschubimpulse in + X- Richtung in der entgegengesetzten Zählrichtung zählt; ein erstes Verknüpfungsglied (31), durch das die Weiterleitung von 6ö Vorschubimpulsen in —Z-Richtung von der Impulsverteilereinheit (24) zur Antriebseinheit (25) verhinderbar ist, solange der Zählerstand des ersten Zählers (13) ungleich Null ist; und ein zweites Verknüpfungsglied (53), durch das die Weiterleitung von Vorschubimpulsen in + X-Richtung von der Impulsvertcilereinheit (24) zur Antriebseinheit (25) verhinderbar ist, solange der Zählerstand des

zweiten Zählers (14) ungleich Null ist.

3. Adaptive Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Verzögerungseinrichtung (22) aufweist, die während einer bestimmten Zeitspanne, nachdem der Zählerstand des zweiten Zählers (14) Null geworden ist, ein Ausgangssignal abgibt, und daß ein drittes Verknüpfungsglied (32) zur Weitergabe von Vorschubimpulsen an die Antriebseinheit (25) während der Dauer dieses Ausgangssignals vorgesehen ist.

4. Adaptive Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit aufweist: einen zweiten Impulsgenerator (20) zur Lieferung von Impulsen vorgegebener Frequenz; einen dritten Zähler (15), der Vorschubimpulse in + X-Richtung während der Dauer des Ausgangssignals der Verzögerungseinrichtung (22) und Impulse vom ersten Impulsgenerator aufsummiert: e>n viertes Verknüpfungsglied (35), mittels dessen die Ausgangsimpulse des zweiten Impulsgenerators (20) nach dem Verschwinden des Ausgangssignals der Verzögerungseinrichtung (22) als Vorschubimpulse in +Z-Richtung an die Antriebseinheit (25) ausgebbar und vom ersten Zähler (13) zählbar sind, bis der erste Zähler (13) den Zählerstand Null erreicht; und ein fünftes Verknüpfungsglied (37), mittels dessen die Ausgangsimpulse vom zweiten Impulsgenerator (20) vom Inhalt des dritten Zählers (15) subtrahierbar sind, nachdem der Inhalt des ersten Zählers (13) Null geworden ist, und mittels dessen die Ausgangsimpulse des zweiten Impulsgenerators (20) der Antriebseinheit (25) als Vorschubimpulse in — X-Richtung zuführbar sind, bis der Zählerstand des dritten Zählers (15) Null geworden ist.

5. Adaptive Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit aufweist: einen vierten Zähler (11) zum Zählen von Impulsen, die der Antriebseinheit (25) als Vorschubimpulse in -X-Richtung zugeführt werden; einen Detektor (21), der ein Ausgangssignal ausgibt, wenn der vierte Zähler 11) einen bestimmten Zählerstand erreicht; einen fünften Zähler (12), der die von der Impulsverteilereinheit (24) gelieferten Vorschubimpulse in — X-Richtung aufsummiert, bis der Detektor (21) sein Ausgangssignal erzeugt, und der löschbar ist, wenn der erste Zähler (13) den Zählerstand Null erreicht; und einen sechsten Zähler (18), der den Inhalt des fünften Zählers übernimmt, wenn der Detektor (21) sein Ausgangssignal erzeugt, und von dessen Inhalt die Vorschubimpulse in — X-Richtung subtrahierbar sind, während der inhalt des dritten Zählers (15) Null ist. bis der Inhalt des sechsten Zählers (18) den Zählerstand Null erreicht.

6. Adaptive Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit aufweist: einen siebenten Zähler (17), der das Blockendesignal (CRR) zählt, das jeweils zwischen zwei Vorschubbefehlsblöcken gelesen wird, und der gelöscht wird, wenn der Inhalt des ersten Zählers (13) Null wird; einen achten Zähler (16), der. solange das Schneidwerkzeug noch nicht den nächsten Anfahrpunkt erreicht hat, das Verteilungsendesignal (DEN)zähh, das erzeugt wird, wenn nach dem Lesen eines Vorschubbefehlblocks die entsprechenden Vorschubimpulse verteilt wurden; und einen Ver-

gleicher (23), der den Inhalt des siebenten Zählers (17) mit dem des achten Zählers (16) vergleicht und die Ausgabe von Vorschubimpulsen nach Lesen eines die Rohteilkontur betreffenden V.orschubbefehlblocks verhindert und ein Verteilungsendesignal liefert, wenn der Inhalt des achten Zählers (16) größer oder gleich dem des siebenten Zählere (17) ist, wobei aufgrund des Verteilungsendesignals der nächste Vorschubbefehlsblock des Programms gelesen wird.