DE2165862C2 - Adaptive Steuerungsvorrichtung für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen - Google Patents
Adaptive Steuerungsvorrichtung für numerisch gesteuerte WerkzeugmaschinenInfo
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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 dopt 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 dop, 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 (6)
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.
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