DE2201924B2

DE2201924B2 - Einrichtung zur bewegung eines maschinenteils in mindestens zwei achsen einer maschine, insbesondere einer werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2201924B2
Application number: DE19722201924
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. 8520 Spardorf Bornhorst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-01-15
Filing date: 1972-01-15
Publication date: 1976-02-05
Also published as: JPS5392589U; JPS4880970A; PL78883B1; DE2201924A1; CS158595B2; IT978104B; BE794061A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Bewegung eines Maschinenteils in mindestens zwei Achsen einer Maschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, unter Verwendung eines motorischen Antriebs in jeder Achse, bei dem ein parabolischer Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung eines •berlagerten Lageregelkreises und eines Drehzahlref elkreises mittels dazwischengeschalteter Rechenglieder erzeugbar ist.

Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise in der Siemens-Zeitschrift, 1960, Heft 10, S. 664 bis 668 beschrieben ist. Bei dieser bekannten Anordnung wird der parabolische Zusammenhang durch den zwischen Wegregelkreis und Drehzahlregelkreis geschalteten Digital-Analog-Wandler erreicht, in dem die gewünschte Parabel stufenförmig angenähert wird. Eine ähnliche Schaltung ist auch aus der DT-AS 11 09 249 bekannt, bei der die Parabelfunktion mittels Diodenpotentiometer end Schwellwertglieder durch geradlinige Äste nachgebildet wird.

Die Forderung nach einem parabolischen Zusammenliang der beiden Größen beruht unter anderem auf dem Problem, daß bei einer linearen Beziehung zwischen Ausgangssignal des Lageregelkreises und Drehzahlführungsgröße die für ein ausreichendes Signal notwendige Verstärkung bei kleinen Lagerabweichungen zu einem derartigen Signal bei größeren Lagerabweichungen führt, daß ein geregeltes Einfahren in die Sollposition innerhalb des noch zur Verfugung stehenden Weges nicht mehr möglich ist und daß andererseits bei zu geringer Verstärkung und bei sehr kleinen Lagerabweichungen kein ausreichendes Führungssignal mehr erzeugt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin bei einer Drehzahlregelung mit parabolischem Zusammenhang zwischen Lageabweichungssignal und Führungsgröße dafür zu sorgen, daß bei gleichzeitigem Verfahren des Maschinenteils in mehreren Achser, kein Konturfehler auftritt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die jeweils größere der als Drehzahlführungsgrößen dienenden Ausgangsgrößen der Rechenglieder derart zusätzlich zur Steuerung der Rechenglieder in den anderen Achsen einsetzbar ist, daß das Verhältnis des hier resultierenden Ausgangssignals zum größeren Ausgangssignal gleich dem Verhältnis der Eingangsgrößen der Rechenglieder ist

Durch diese realtiv einfache Anordnung läßt sich dafür sorgen, daß bsi gleichzeitigem Verfahren eines Maschinenteils in zwei Achsen, z. B. bei einer Werkzeugmaschine, mit der eine Schräge bearbeitet wird, das Verhältnis zwischen den Nachläufen in den beiden Achsen gleich dem Verhältnis der Geschwindigkettskomponenten ist. Hierdurch werden Abweichungen des tatsächlich bearbeiteten Werkstückes vom vorgegebenen Sollwert weitgehend vermieden.

Besonders einfach ist die Einrichtung aufzubauen, wenn die Rechenglieder aus Verstärkeranordnungen bestehen, in deren Rückführung elektronische Multiplizierbausteine angeordnet sind und die Steuerung der Rechenglieder über die Multiplizierbausteine vornehmbar ist.

An Hand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Antrieb, dessen analogem Drehzahlregelkreis (Geschwindigkeitsregelkreis) ein digitaler Lageregelkreis überlagert ist,

F i g. 2 ein Rechenglied zur Bildung eines parabolischen Zusammenhangs zwischen Ausgangssignal As des Lageiegelkreises und Drehzahlführungsgröße Vs,

F i g. 3 Drehzahlführungsgröße (Geschwindigkeitsführungsgröße) V₁ als Funktion des Nachlaufs As für verschiedene Kennlinien,

F i g. 4 einen Ausschnitt aus F i g. 3 in der Nähe des Nullpunktes,

F i g. 5 eine Schaltung zum Verfahren in zwei Achsen einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Schrägen,

F i g. b die Entstehung eines Konturfehlers bei parabolischem Zusammenhang zwischen Lageabweichung und Drehzahlführungsgröße.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist mit dem als Antrieb einer Arbeitsspindel 10 dienenden Gleichstrommotor 7 eine Tachometermaschine 8 gekuppelt, deren Drehzahlistwert n„i zusammen mit der Drehzahlführungsgröße n* (entspricht Geschwindigkeitsführungsgröße v$) am Eingang eines Drehzahlreglers 5 liegt. Der Drehzahlregler 5 steuert seinerseits das Thyristorstellglied 6 des Motors 7. Diesem analogen Drehzahlregelkreis ist ein digitaler Lageregelkreis überlagert, der die Drehzahlführungsgröße liefert. Hierzu ist mit dem Gleichstrommotor 7 zusätzlich ein digitaler Impulsgeber 9 gekuppelt, der für jede zurückgelegte Winkeleinheit (Weg) einen Impuls liefert. Die vom Impulsgeber 9 gelieferte Pulsfrequenz s/wird in einem Differenzzähler 2 mit der von einem Taktgeber oder Interpolator I gelieferten Pulsfolge ss, dem Sollwert des zurückzulegenden Weges, verglichen. Abhängig von der Differenz der beiden Pulsfolgen, dem Nachlauf des Motors 7 gegenüber dem Lagesollwert, wird vom Zähler 2 ein Ausgangssignal As abgegeben, das über einen Digitalanalogwandler 3 und ein Rechenglied 4 dem Drehzahl-

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regler 5 als Drehzahlführungsgröße ns(= Vs) vorgegeben wird. Das Rechenglied 4 hat dabt i die Aufgabe, zwischen dem Ausgangssignal As d ts Lageregelkreises und dem Eingangssignal Vs (bzw. ns) des Drehzahlreglers 5 eine parabolische Beziehung herzustellen, also

V₅ = Jt · v/21

Wenn der Geschwindigkeitsverlauf in Abhängigkeit vom Nachlauf As nach dieser Funktion verläuft, kann der Antrieb bei plötzlicher Sperre der vom Taktgeber 1 erzeugten Impulsfrequenz innerhalb des Nachlaufweges As zum Stillstand kommen, wobei die Führungsgröße ns (= Vs) so vorgegeben wird, daß das Bremsmoment bis zum Stillstand des Motors nahezu konstant bleibt

Den Aufbau des Rechengliedes zeig*. Fig.2. Am Eingang des Verstärkers 44 liegt über einem einstellbaren Widerstand R\ ein dem Ausgangssignal As des Lageregeikreises proportionales Signal an. Am gleichen Eingang liegt über einem einstellbaren Widerstand Rz das Ausgangssignal eines Multiplizierbausteins 43, z. B. eines Hall-Multiplizierers an, von dem der eine Eingang direkt mit dem Ausgang des Verstärkers 41 und der andere Eingang über eine Diode 44 mit dem Ausgang der Verstärkeranordnung verbunden ist. Der andere Eingang des Verstärkers 41 liegt über einen Widerstand Äo an Masse. Da sich der Verstärker in etwa so einstellt, daß sich die über R\ und Ri fließenden Ströme kompensieren, ergibt sich die Beziehung

V =

R₃

Is = A

l.v.

wenn R2 = °o ist.

Dem Ausgang des Verstärkers 41 ist noch ein Umkehrverstärker 42 mit Verstärkungsfaktor nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal ebenfalls über eine Diode 45 am gleichen Eingang des Multiplizierbausteines 43 wie die Diode 44 liegt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß je nach dem Vorzeichen des Nachlaufs As auch der vorzeichenrichtige Wert zum Eingang des Verstärkers 41 zurückgeführt wird und das Vorzeichen von Δ s gleich dem Vorzeichen von V₅ ist.

Die sich mit der bisher geschilderten Verstärkeranordnung ergebende Kennlinie Ve = f (As) ist in Fig. 3 dargestellt. Diese Kennlinie hat nur noch den Nachteil, daß sie im Nullpunkt eine unendliche Verstärkung aufweist Dies ist aus regeltechnischen Gründen nicht zulässig. Zusätzlich ist daher in der Rückführung des Verstärkers 41 ein einstellbarer Widerstand Ri vorgesehen, der aHein in etwa die Kennlinie Vm in F i g. 3 ergäbe. Aus der Superposition der beiden Kennlinien resultiert die verwendete Kennlinie v_e = (As), die bei ausreichender Verstärkung am Nullpunkt gleichzeitig für größere Lageabweichungen eine zulässige Geschwindigkeitsregelgröße liefert

ίο Wie in der Fig.3 dabei nicht gezeichnet, gilt die entsprechende gespiegelte Kennlinie für negative Lageregelabweichungen.

Beim gleichzeitigen Verfahren von zwei Achsen einer Werkzeugmaschine ergäbe sich durch den paraboli-

sehen Zusammenhang zwischen jeweiligem Nachlauf und Geschwindigkeitsführungsgröße ein Konturfehler. Um dies zu verhidnern, muß dafür gesorgt werden, daß das Verhältnis von Wegdifferenz zur Geschwindigkeit in den beiden Achsen gleich ist Fig.6 läßt dies erkennen. Um vom Punkt Pi zum Punkt Pi zu gelangen, ist ein Weg von Ax bzw. Ay zurückzulegen. Aus dem parabolischen Zusammenhang zwischen Weg und Geschwindigkeit ergibt sich für die Geschwindigkeit V₁ der größeren Wegdifferenz ein relativ kleinerer Wert

als bei proportionaler Beziehung. Damit liegt der resultierende Geschwindigkeitsvektor V außerhalb der gewünschten Kontur zwischen P\ und Pi. Es ist also dafür zu sorgen, daß die Geschwindigkeitskomponenten in beiden Achsen proportional der jeweiligen Soll-Ist-Differenz sind, damit kein Konturfehler entsteht F i g. 5 zeigt hierzu die erforderliche Schaltung, wobei die Bauteile mit gleichen Bezugsziffern wie in den vorhergehenden Figuren versehen sind und zur Unterscheidung der beiden Achsen jeweiis noch die Zusatzbuchstaben a oder b tragen.

Das geforderte Verhältnis der Größen läßt sich dadurch erreichen, daß jeweils den Multiplizierbausteinen 43a und 436 in der Rückführung der Verstärker 41 und 416 eine Größe zugeführt wird, die der jeweils größten Geschwindigkeitskomponente Vx bzw. Vy entspricht. Hierzu sind die Diodenrückführungen mit einem Schalter 45 untereinander verbindbar. Hierdurch wird an einem der Eingänge der Multiplizierbausteine der jeweils größere Wert wirksam, so daß das Verhältnis der Geschwindigkeitskomponenten wieder dem Verhältnis der Wegdifferenzen entspricht

An Hand einer Rechnung sei dies näher erläutert: Cs sei angenommen, daß Vx > Vy. Hieraus ergibt sich

R₃ ^r

ν,ν,
R₃

' I.V. = V

R,

Damit wird also wieder die geforderte Abhängigkeit /.wischen den einzelnen Komponenten des Lageregelkreises und den Geschwindigkeitsführungsgrößen erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

22 Ol Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Bewegung eines Maschinenteils

in mindestens zwei Achsen einer Maschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, unter Verwendung eines motorischen Antriebs in jeder Achse, bei dem ein parabolischer Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung eines überlagerten Lageregelkreises und eines Drehzahlregelkreises mittels dazwischengeschalteter Rechenglieder erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils größere der als Drehzahlführungsgrößen dienenden Ausgangsgrößen (Vx, Vy) der Rechenglieder (41a bis 45a bzw. 416 bis 456) derart zusätzlich zur Steuerung der Rechenglieder in den anderen Achsen einsetzbar ist, daß das Verhältnis des hier resultierenden Ausgangssignals zum größeren Ausgangssignal gleich dem Verhältnis der Eingangsgrößen der Rechenglieder ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzeichenrichtige Rückführungen der Ausgangssignale der Verstärkeranordnungen (41a, 42a bzw. 426,416) an die Eingänge der Multiplizierbausteine (43a, 436) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Multiplizierbausteinen (43a, 436) einstellbare Widerstände (R2) in den Rückführungen vorgesehen sind.

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