DE2224918A1

DE2224918A1 - Numerisches Steuerungssystem für Drehbänke

Info

Publication number: DE2224918A1
Application number: DE19722224918
Authority: DE
Inventors: Piero Dr.-Ing.; Lauro Luciano Dr.-Ing.; Ivrea Turin Pomella (Italien). G05d 3-04
Original assignee: Olivetti SpA
Current assignee: Olivetti SpA
Priority date: 1971-05-18
Filing date: 1972-05-18
Publication date: 1972-12-07
Also published as: JPS572460B1; DE2224918C2; GB1388769A

Description

!Turnerisches Steuerungssystem für Drehbänke

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein numerisches Steuerungssystem für Drehbänke das einen Programmteil enthält, der einen diskreten Heßwert für die seitliche Positionierung eines Drehmeißels entlang einer den Abstand der Schnittkante des Drehmeißels von der Achse eines spanabhebend zu bearbeitenden und von einer Spindel der Drehbank getragenen Werkstücks darstellenden Koordinate erzeugt, sowie eine Verarbeitungseinrichtung, die durch den Programmteil gesteuert wird und auf den diskreten Meßwert zur Erzeugung eines Meßwertes kontinuierlicher Positionierung für den Drehmeißel anspricht.

Ivumcrische Steuerungssysteme sind bekannt, die zur Positionierung eines beweglichen Bauteils einer Werkzeugmaschine auf de χ- Grundlage eines Befehlsprogramms geeignet sind, das die Kennzeichnung diskreter Punkte der Bahn des beweglichen Bauteils enthält, wobei die Bahn durch geradlinige Abschnitte oder durch Kreisbögen verbunden ist. Interpolations einrichtungen, die einen Teil der numerischen Steuerung bilden, befähigen zu einer numerischen Steuerung des be- ' weglichen Bauteils kontinuierlicher Art, die auf der Grund-

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lage der Koordinaten der diskreten Punkte hervorgerufen wird ο

Bei der Anwendung dieser bekannten Systeme zur numerischen Steuerung einer Drehbank ist es deshalb möglich, Dreharbeitsvorgänge durch Vorschreibung von Längenangaben und Durchmessern von Unstetigkeitsstellen in der gewünschten Form des Werkstückes auszuführen, die durch geradlinige Strecken oder Kreisbögen verbunden t/erden, und darüber hinaus durch Vorschreibung der Vorsehubgeschwindigkeit des Drehnieißels entlang der Bahn und der Umlaufgeschwindigkeit der Drehbankspindel.

Während jedoch die Vorsehubgeschwindigkeit des Drehmeißels entlang der gewünschten Bahn eng mit Betrachtungen der technologischen Beschaffenheit des verwendeten Materials und mit der geforderten Bearbeitungsgüte des Werkstücks zusammenhängt und deshalb direkt von Entscheidungen abhängt, die auf der Überlegung des Programmierers beruhen, ist auf der anderen Seite die Umlaufgeschwindigkeit der Spindel eng mit der Schnittgeschwindigkeit verbunden, die anzuwenden gewünscht wird und die auch vom Durchmesser des Werkstücks an jedem Punkt abhängt. Um das Programm der Werte der Umlaufgeschwindigkeit der Spindel zu bestimmen, das vorzuschreiben ist, muß der Programmierer deshalb zuerst die gewünschte Schnittgeschwindigkeit in Bezug auf den verwendeten Drehmeißel, das spanabhebend zu bearbeitende Material und die Schnitttiefe entscheiden und daraus die Umlaufgeschwindigkeit der Spindel durch Teilung der Schnittgeschwindigkeit durch den Kreisumfang des Werkstücks an jedem Punkt berechnen.

Diese Berechnung ist relativ einfach und schnell in dem i'all auszuführen, bei dem das Werkstück aus einer Aufeinanderfolge von zylindrischen Zonen besteht, so als v/äre die Berechnung eine- kleine;,Umlaufgeschwindigkeitszahl der Spindel gefordert. Das Problem ist jedoch kompliziert, wenn das Werstück Zonen mit kontinuierlicher Veränderung im Durchmesser umfaßt, z. B. kegelförmige oder kegelstumpfförmige Zonen oder Zonen, die

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durch Drehung von ζ» B. aus einer Aufeinanderfolge von Kreisbögen bestehenden Kurven erhalten werden. In solchen Zonen muß eine Umlaufgeschwindigkeit der Spindel, die als ein Verhältnis zwischen der maximal erlaubten Schnittgeschwindigkeit und dem Kreisumfang an dem Punkt der Zone mit dom kleinsten Durchmesser berechnet ist,"mit beträchtlicher Ausdehnung der spanabhebenden Bearbeitungszeiten vorgeschrieben werden» Falls gewünscht wird, eine optimale Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhalten, um die spanabhebenden Bearbeitungszeiten so weit wie möglich herabzusetzen, ist es notwendig, ein Programm aif zustellen, das Punkt für Punkt die Umlaufgeschwindigkeit der Spindel entlang der Zone mit einer kontinuierlichen Veränderung im Durchmesser angibt, mit folgerichtiger Ausweitung des Programms, mit Ausdehnung der Zeit für Aufstellung das Programms selbst, mit Vergrößerung der Fehlerwahrseheinlichkeit und schließlich mit Verzicht auf die Vorteile, die durch numerische Steuerungssysteme geboten werden.

Es wäre deshalb wünschenswert, die numerische Steuerung auf eine solche Art zu erhalten, daß das Befehlsprogramm für die numerische Steuerung eher eine Kennzeichnung der gewünschten Schnittgeschwindigkeit als eine Kennzeichnung der Umlaufgeschwindigkeit der Spindel enthält.

Bei der Anwendung solcher numerischer Stcuerungssysteme bekannter Art in spanabhebenden Dreharbeitsvorgängen wird darüber hinaus der den Durchmesser angebende Wert durch das numerische Steuerungssystem in eine Stellungsangabe für den-Werkzougschlitton in Hinblick auf eine ausgewählte Bezugsebene so übersetzt, daß der Abstand der Schnittkante des verwendeten Drohincißels von der Umdrehungsachse des Werkstücks gleich dem gewünschten Radius ist, wodurch die zum tilt sächlichen Durchmesser gehörende Information verloren geht. Wenn der verwendete Drehmeißel durch einen anderen Drehmeißel während des spanabhebenden Bearbeitungsvorgangs orseLzl wird, entspricht die Position des Werkzeugschlittens

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nicht mehr der geforderten Stellung der Schnittkante. Darüber hinaus kann es geschehen, daß der neue Drehmeißel eine gegenüber der Stellung der Schnittkante des vorhergehenden Drehmeißels in Längsrichtung verschobene Schnittkante besitzt. Beide Faktoren lassen Fehler entweder in der Längsabaessung oder ia Durchmesser entstehen.

Obwohl es möglich ist, den verschiedenen Längen und verschiedenen Längssteilungen der Schnittkanten verschiedener Drohmeißel durcb.Einfuh.rung eines Ersatzdurchmossers und Abmessung sangabon -iechnurig zu tx-agcn, die die unterschiede in Länge und Umfang einschließen, wäre jedoch wünschenswert, daß die Programme Kit die wirklichen Angaben des Problems enthaltenden Befehlen formuliert werden könnten, mit den zusätzlichen Befehlen die Abweichungen in Länge und Umfang beim Wechsel von einem Drehmeißel auf einen anderen angeben. Daraus ox-gibt sich die Aufgabe, ein numerisches Steuerungssystem für Drehbänke mit einem die wirklichen Angaben eines Bearbeitungsproblems enthaltenden Bei'ehlsprogramm zu schaffen«

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Programmteil einen Meßwert für die Schnittgeschwindigkeit erzeugt und das System eine Itechnereinrichtung enthält, die mit zwei Meßwerten gespeist wird, um das Verhältnis zwischen dem Meßwert der.Schnittgeschwindigkeit und dem Meßwert kontinuierlicher seitlicher Positionierung des Drehmcißels su bilden, und ein diesem Vtahältnis proportionaler Ausgangsmeßweit zu liefern, der als Steuerungsbefehl an den Stellmotor der Spindel zur Regelung ihrer Umlaufgeschwindigkeit gemäß diesem Verhältnis angelegt wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand eines bevorzugten Ausrrühmnssbeiöpielc und der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schcmatiseho Darstellung eines Di-ehmeißelspannhaltcrs in Bezug auf das spanabhebend

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zu bearbeitende Werstüek;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines numerischen Steuerungssystems für Drehbänke nach der Erfindung; und

Fig. 3 ein Schaltbild, teilweise in Blockform, der Divisionsschaltung des Systems nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form die Anordnung eines spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücks in Bezug auf den Drehmeißel bei einer Drehbank. Das spanabhebend zu bearbeitende Werkstück 10 umfaßt zwei zylindrische Zonen 12, lh mit jeweiligen Durchmessern x., x_o. Zwischen den Längsabmessungen z., z„, die die angrenzenden Enden der zylindrischen Zonen 12, lh bestimmen, gibt es eine nichtzylindrische Zone 16, die in diesem Fall kegelstumpfförmig ist,

Das Werkstück 10 wird von einem Drehmeißel 18 spanabhebend bearbeitet, der von einem Revolverkopf 20 getragen wird, der Bewegungen in einer Richtung parallel zur Umdrehungsachse des Werkstücks 10 (Pfeil z) und in einer Richtung senkrecht zu dieser Uiadrehungsachse (Pfeil x) ausführen kann, was auf die Wirkung voneinander abhängiger (nicht dargestellter) Werkzeugschlitten beruht, die den Revolverkopf tragen. Der Revolverkopf 20 ist darüber hinaus mit einem zweiten Drehmeißel 22 versehen. Bekannte (nichl dargestellte) Servomechanismen, die durch kontinuierliche von einem hiernach beschriebenen (nicht dargestellten) numerischen Steuerungssystem gelieferten Positionierungsbefehle gesteuert werden, sind geeignet, den Revolverkopf 20 über die Vorrichtung der ihn tragenden Schlitten zu bewegen, damit die Schnittkanten 19 des Drehmeißels 18 entlang einer gewünschten Bahn und einer gewünschten Geschwindigkeit in der x-z-Ebene verschoben werden kann.
Das numerische Steuerungssystem liefert darüber hinaus Befehle

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von einer Antriebsvorrichtung, die zur Drehung des Revolverkopfes 20 durch Winkelzunahmen von 90° geeignet ist, den zwd ten Drehmeißel in eine Arbeitsstellung in Übereinstimmung mit Erfordernissen zu bringen. Wenn sich der Drehmeißel 22 in Arbeitsstellung befindet, ist seine Schnittkante ?.h von der Stellung der Schnittkante 19 des Drehmeißels 18 jeweils durch Abweichung P, D in den Richtungen :;, ζ versetzt,

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines verbesserten numerischen Steuerungssystems nach der Erfindung. Ein Lochstreifenleser 26 liest diskrete Punkte der Bahn des Drehmeißels darstellende Meßwerte von einem auf einem (nicht dargestellton) Lochstreifen aufgezeichneten Programm ab. Im Fall von Fig. 1 können die letzten vom Leser abgelesenen Heßwerte als dem Punkt 21 entsprechend angenommen werden, der durch eine Kennzeichnung x_o in mm des Durchmessers des Teils und eine Kennzeichnung z_o in mm seiner Liingsabmessung dargestellt ist, l/eitere von dem Leser 26 abgelesene ließwerte P, D in mm stellen jeweils Abweichungen in der Richtung des Durchmessers und in der Längsrichtung des Werkstücks dar, und zwar von der Arbeitsstellung der Schnittkante 2h eines Drehmeiöels 22 in Hinblick auf die entsprechende Arbeitsstellung der Schnittkante 19 des als Bezugsdrehmeißel betrachteten Drehmeißels IS, obwohl dieser nicht notwendigerwdse einem wirklichen Drehmeißel entspricht.

Ein anderer von dem Leser 26 abgelesener Meßwert F schreibt die Vorschubgeschwindigkeit des Drehmeißels in dor z-ilichtung in Form von Bewegungszunahmen pro Umdrehung des Werkstücks oder Umlauf der Spindel (mm/Umlauf) vor.

Endlich liest der Leser 26 von dem Programm einen die bei der spanabhebenden Bearbeitung geforderte Schnittgeschwindigkeit darstellenden Meßwert S in Form von Abständen ab, die durch die Schnittkante entlang der Oberfläche des Werkstücks in einer Zeiteinheit (mm/min) zurückgelegt werden.

Andere von dem Leser 26 abgelesene Meßwerte schreiben jeweils

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vor, welcher der Drehmeißel"18, 22 (und möglicher anderer von dom Revolverkopf 20 getragener Drehmeißel) in dem spanabhebenden Bearbeitungsvorgang verwendet wird und welches Übersetzungsverhältnis oder mechanisches Bereiehsverhältnis in einem Geschwindigkeitswochselgetriebe eingestellt werden soll, das den Lauf des Spindelmotors auf die Spindel überträgt. Diese Befehlsmeßwerte lenken geeignete Servomechanismen di-r rekt über Pufferspeicher, Da jedoch diese Signale und die Geräte, auf die die Signale einwirken, bekannt sind und keinen Teil der Erfindung bilden, sind diese in den Zeichnungen nicht dargestellt und werden weiter nicht beschi~ieben,

Alle Meßwerte v/erden von dem Leser 26 in Serienforiu gelesen und in dieser Form werden die Heßwerte oder Befehle F,, s_?l P, z_o, D, S jeweils über einadrig-e Leitungen 28, 30, 32, 34, 36, 38 den jeweiligen Pufferspeichern 40, 42, 44, 46, 48, geliefert. D.ic Speicher 40, 42, 44, 46, 48 können vorzugsweise von einem (nicht dargestellten) Zeitmesser eingestellte magnetostriktive Verzögerungsleitungen sein, um die noch in serieller Form vorhandenen Eingangssignale periodisch'auf Leitungen 52, 54, 56, 58, 60 zurückzustellen. Der Speicher 50 ist andererseits·ein Flip-Flop-Register, das die über die Leitungen 38 ankommenden seriellen Meßwerte in parallele ließwerte übersetzt, die über eine zwölf adrige Ausgangsleitung 62 (für drei 7ΛΣΣernsteilen im BCD-Code) abgeliefert werden.

Die an den Leitungen 56 und 60 verfügbaren jeweiligen Meßwerte P, D, liegen an einem ersten Eingang von jeweiligen fJeriendigitaladdierer 64 und 66 an. Über jeweilige Lei— txuigoii Go, yo gelangen an die zwei jeweiligen zweiten Eingänge der Addierer 64 und 65 jeweilige IießwertcZX P, /S D, die von manuell zu bedienenden Korrektureinriehtungen 72, bekannter Art ,'jeliefert werden, die kleine von Hand einzustellende Korrekturen bei den Meßwerten P, D erlauben. Deshalb sind die korrigierten Abweichungen P¹, D¹ der Schnittkante des vorwondoton DrchraciiJels in Hinblick auf einen wirklichen oder

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gedachten Bezugsdrelimeißel jeweils an den Ausgangslcitungen 76 und 78 der Addierer öh und 66 verfügbar,

Weitere Seriendigitaladdierer 80, 32 empfangen jeweils über die Leitungen .5h, 76 und 58, 78 die Ileßwertpaare x_o, I^Jt und z„, D^f, und liefern als Ausgangs signal an die Leitungen 8h und 86 jeweils die Ersatzmeßwerte x'_o, z'_o von Durchmesser und Läng Sabines sung des Teils, die den Abweichungen in der Stellung des verwendeten Drehmeißels Rechnung tragen.

Der Befehl F für die Vorschubgeschwindigkeit in mm/Umlauf, der an der Leitung 52 verfügbar ist, wird an einen ersten Eingang einer multiplizierenden Vorrichtung 88 angelegt. Ein zweiter Eingang dieser multiplizierenden Vorrichtung empfängt ein Signal n¹ über eine Leitung 90 von einem regelbaren Frequenzteiler 91, der über eine Leitung 93 von einem Signal η gesteuert wird, das von einem Winkelgeschwindigkeitsanzeiger 92 erzeugt wird, der mit der Spindel der Drehbank verbunden ist. Die Signale n, n¹ bestehen aus Impulszügen mit einer der Umlaufgeschwindigkeit der Spindel entsprechenden Frequenz. Das Verhältnis n'/ii zwischen dein Ausgangsund Eingangssignal des regelbaren Frequenzteilers 91 kann manuell von dem Steuerpult des numerischen Steuerungssystems durch begrenzte prozentuale Veränderungen zwecks endgültiger Eichung oder Korrektur der in dem Programm aufgenommenen Vorschubmeßwerte eingestellt werden. Die multiplizierende Vorrichtung 88 multipliziert das Signal F mit dem Signal n, wobei ein an eine Leitung 9h weitergegebener Heßwert A erhalten wird, der die für den Drehmeißel in der Form von in einer Zeiteinheit (mm/min) zurückgelegten Abstände vorgeschriebene Vorsehubgeschwindigkeit darstellt.

Obwohl die multiplizierende Vorrichtung 88 einen Codierer der zurücksetzbaren Zählerart zur Umwandlung dos Froquenzsignals η in ein digitales Signal und eine digital raulti-

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plizierende Vorrichtung herkömmlicher Art enthalten kann, wird zwecks Vereinfachung der Schaltungen bevorzugt, die multiplizierende Vorrichtung 88 als ein durch Impulse unter der Kontrolle des (nicht dargestellten) Zeitmessers gesteuertes Rechonwcrksregister auszubilden, das den digitalen Meßwert F bei jedem über die Leitung 90 in der durch den (nicht dargestellten) Zeitmesser gesetzten Einheitszeit ankommenden Impuls zu sich selbst hinzuaddiert, um auf diese Weise einen das Produkt = η · P darstellenden digitalen Meßwert A zu liefern.

Die jeweils an den Leitungen 9^li_f 84, 86 verfügbaren digitalen Befehle A, x^! _o, z'_o gehen in einen Interpolator 96 bekannter Art, z. D. der aus der DT-OS 1 563 [596 bekannten Art, der die diskreten Eingangsbefehle interpoliert, ura im wesentlichen kontinuierliche Ausgangsmeßwerte x'» z¹ oder periodisch wiederkehrende diskrete Heßwerte mit einer Periode zu liefern, die veraachliissigbar in Hinblick auf die maschinellen Zeitkonstanten der Maschine ist, die jeweils auf den Leitungen 98 und 100 vorliegen. Die Meßwerte χ¹ , ζ' stellen deshalb Punkt für Punkt die Quer- und Längsstellung dee Drehmeißels und damit die Positionierung des Quer- und Längsschlittens dar.

Die seriellen digitalen-Meßwerte x" , z¹ werden dann .in analoge Form durch jeweilige Digital-Analog-Umsetzer 102, lO^x bekannter Art umgewandelt, die die einzelnen jeweiligen analogen Ausgai^boJBhlssignale x¹ . , z^! . über Leitungen IO6, jeweiligen Servomechanismen 110, 112 zur Positionierung des (nicht dargestellten) Längsschlittens und des Querschlittens liefern, von dem der Revolverkopf 20 mit den Drehmeißeln 18, 22 getragen wird.

Eine Steuerung der Schnittgeschwindigkeit kann nicht durch direkte Verwendung des Sclmittgoschwindigkeitsbefehls S zur Steuerung des mit der Spindel verbundenen Servomechanismus vorgenommen v/erden, insofern als S in m/min gegeben ist,

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während die Umlaufgeschwindigkeit in U/min ausgedrückt wird. Im Fall, daß die Spindel mit einer Geschwindigkeit umläuft, die die vorgeschriebene Schnittgeschwindigkeit S steigen läßt, muß folgende Gleichung erfüllt sein:

³ = 'fr · ^:: _n ·ω ι

in der bedeutet:

S die bereits erwähnte vorgeschriebene Schnittgeschwindigkeit in m/min;

χ der "momentane" Durchmesser des Werkstücks in mm, 03 die Umlaufgeschwindigkeit der Spindel in U/min.

Da jedoch die Spindel über ein Geschwiiidigkeitswechsolgetriobe angetrieben wird, das seinerseits von dem Spindelstellmotor in Bewegung gesetzt wird, und da dieser Stellmotor den Regelbefehl erhält, wird es notwendig sein,AJ mit dem Übersetzungsverhältnis oder dem mechanischen Bereichsverhältnis G des Geschwindigkeitswechselgetriebes oder einer Übersetzungsvorrichtung zu multiplizieren, um einen die Umlaufgeschwindigkeit des Stellmotors vorschreibenden Meßwert Ii zu erhalten:

N = GOj ,
woraus sich ergibt:

Es muß bemerkt werden, daß χ der tatsächliche Durchmesser de;; Werkstücks an einem gegebenen Punkt ist, d. h. der Ersatzmeßwert kontinuierlicher seitlicher Positionierung ohne mögliche Korrekturen P¹ entsprechend den Abweichungen in der Stellung der Schnittkante des verwendeten Drehmeißels an diesem Punkt in Hinblick auf einen ßezugsdrehmeißel ist.

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Deshalb wird der an Leitung 98 vorliegende kontinuierliche Seriendigitalersatzbefchi χ¹ über eine Leitung IJA an einen ersten Eingang einer digital subtrahierenden Schaltung 116 angelegt, an derem anderen Eingang der korrigierte Meßwert P¹ seitlicher .Abweichung über eine Leitung 118 anliegt. Das Ausgangssignal χ der subtrahierenden Schaltung 116 an der Leitung 120 stellt deshalb den wirklichen in serieller digitaler Form ausgedrückten' Durchmesser des Werkstücks dar. Dieser Meßwert wird an einen z. B. aus einem Flip-Flop-Register bestehenden Serien-Parailel-Umsetzer 122 angelegt, um an einer Ausgangsleitung 124 einen Meßwert x# zu erhalten, der den tatsächlichen Durchmesser des Wertstücks in paralleler digital ei" Forn darstellt.

Eine Division-Umsetzer-Schaltung 126, die zur Bildung des Verhältnisses zwischen zwei Eingangssignalen in paralleler digitaler Form und zur Umsetzung des Quotienten in eine analoge Form geeignet ist, empfängt an einem ersten Eingang über eine Leitung 62 den parallelen digitalen Meßwert S* der Schnittgeschwindigkeit und an einem zweiten Eingang über eine Leitung 124 den parallelen digitalen Meßwert X* , der den tatsächlichen Durchmesser des Werkstücks darstellt» Das in analoger Form vorliegende Ausgangssignal N erfüllt deshalb die Gleichung :

in der k von den Parametern der Schaltung abhängt.

Ein dritter Eingang der Division-Umsetzer-Schaltung 126 empfängt über eine Leitung 128 von einer mit dem Geschwindigkeitswechselgeiriebe der Spindel verbundenen bekannten Wiederholeinrichtung 130 ein paralleles digitales Signal G, das das Übersetzungsverhältnis oder das mechanische Bereichsverhältnis darstellt, auf das die Maschine zu diesem Augenblick eingestellt ist. Wie später genauer beschrieben wird, ist dieses

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Signal G geeignet, den Proportionalitätskoeffizienten k der Division-Umsetzer-Schaltung 126 auf eine solche Weise verhältnismäßig zu beeinflussen, daß es tatsächlich ein Signal N in Übereinstimmung mit der Gleichung liefert:

Eine andere Korrekturvorrichtung 152, die manuell betätigt wird, befähigt weiter zu kleinen Korrekturen des Proportionalitätskoeffizienten der vorstehenden Gleichung, die manuell vorgenommen werden, um Verbesserungen und eine optimale Arbeitsweise an der Ausführungsstelle der Schnittgeschwindigkeit zu erlauben, bei der die spanabhebende Bearbeitung durchgeführt wird. Die Korrekturvorrichtung 132 ist deshalb in prozentualen Korrekturen einer Schnittgeschwindigkeit ^/\_ S geeicht.

Das analoge Ausgangssignal N der Division-Umsetzer-Schaltung 126 wird endgültig an eine Leitung 13^ zum Stellmotor I36 angelegt, der die Spindel der Drehbank antreibt.

Die Division-Umsetzer-Schaltung 126 kann von bekannter Art sein und enthält z. B. Digital-Analog-Umsetzter für jedes der Eingangssignale und bekannte verhältnisbildende Schaltungen für analoge Signale, die eine regelbare Verstärkerstufe zur Veränderung des Proportionalitätskoeffizienten Ic oder k¹ enthalten. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jedoch eine besonders vorteilhafte Schaltung verwendet, die blockschaltartig in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Befehl S* der Schnittgeschwindigkeit erreicht die Division-UmsetzerrSchaltung 126 über die zwölfadrige Leitung 62 in BCD-Form, mit drei Ziffernstellen S* , S* , S*., über drei Gruppen von vier Adern der zwölfadrigen Leitung 62, die in Fig. 3 jeweils durch 62-1, 62-2, 62-3 gekennzeichnet sind.

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Die zweiten und dritten Ziffernstellen S*₂i ^s*-z ^aes Befehls der Schnittgeschwindigkeit stellen zwei bedeutende Ziffernstellen oder die Mantissen der Schnittgeschwindigkeit dar, während die dritte Ziffernstelle S**., den Maßstab oder die Betragsordnung der Geschwindigkeit kennzeichnet, d. h. in einer hekömmlichen Art die Ordnung von IO kennzeichnet, mit der die Zahl S*_o * S*- zu multiplizieren ist, um die geforderte Schnittgeschwindigkeit zu erhalten. Die Digitalzahl S*o · S*„ wird in eine analoge Form in einer ersten Digital-Analog-Umsetzerstufe 200 umgewandelt, deren Umwandlungskonstante mit Hilfe der manuell zu verstellenden Korrekturvorrichtung 132 verändert werden kann, die vorzugsweise aus einer Potentiometerart besteht. Diese Korrekturvorrichtung 132 befähigt die die Maschine überwachende Person dazu, die programmierte Schnittgeschwindigkeit zu verringern, wenn die Art der Späne oder andere Faktoren, aus denen ein erfahrener Bedienungsmann Schlüsse ziehen kann, anzeigt, daß die programmierte Geschwindigkeit für gute spanabhebende Bearbeitung zu hoch ist. Wenn umgekehrt die die Maschine überwachende Person eine höhere Geschwindigkeit ohne Beeinträchtigung der spanabhebenden Bearbeitung als zulässig beurteilt, kann er diese Steigerung in der spanabhebenden Bearbeitung einführen, wodurch eine Zeitersparnis erreicht wird.

Der analoge Ausgangsmeßwert der ersten Stufe wird über eine Leitung 202 an eine zweite Digital-Analog-Umsetzerstufe 204 angelegt, die durch die Ziffernstelle S^₁ über die Adergruppe 62-I gesteuert wird, um das an Leitung 202 vorliegende Signal auf die vorgeschriebene Betragsordnung zu bringen und an die Ausgangsleitung 20b ein analoges Befehlssignal -S. für die Schnittgeschwindigkeit mit negativem Vorzeichen zu liefern.

Von der Leitung 206 gelangt das Signal -S über einen Eingangswiderstand R. an den negativen Eingang eines Operationsverstärkers Au, an dessen positivem Eingang ein Potential zur

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Kompensation der Offsetspannung über eine Leitung 208 angelegt wird. Zwischen dem Ausgang 210 des Verstärkers A. und seinem negativen Eingang ist ein Rückkopplungsnetzwerk geschaltet, das Widerstände R₂, R„ und einen Kondensator C mit hiernach beschriebenen Aufgaben enthält.

Das Ausgangssignal des Verstärkers A. an der Leitung 210 wird über eine Leitung 212 und einen von vier Eingangswider-

ständen R. , R~, R^-, R„ an den negativen Eingang eines zweiten Operationsverstärkers A₂ angelegt, dessen positiver Eingang über eine Leitung 214 ein Potential zur Kompensation der Off setspannung empfängt. Die Widerstände R^, R~, Rg, R₇ v/erden mittels Schließens oder öffnens eines oder mehrerer von vier elektronischen Schaltern I. , I-, Ig, I₇ ausgewählt, die durch die an den jeweiligen Adern der vieradrigen Leitung 128 vorliegenden Signale gesteuert werden, über die das mechanische Bereichssignal G geliefert wird, das eine einzelne Ziffernstelle im BCD-Code enthält. Die elektronischen Schalter I., I_P, Ig, I₇ wie alle anderen elektronischen Schalter, auf die hiernach noch Bezug genommen wird, bestehen vorzugsweise aus Feldeffekttransistoren (FET).

Weitere elektronische Schalter Ig» Iq, I-in' ^H ^koimen Seschlossen oder geöffnet v/erden, um eine direkte Verbindung

L₀ und einen oder mehrere von drei Widerständen R_n, R,_n, R.. ο ♦ y⁷ IU'

auswählen, um zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers A₂ als Rückkopplungseleraente geschaltet zu werden. Die vier elektronischen Schalter Iq, Iq> ¹Io' ^n' werden jeweils durch die Meßwerte gesteuert, die an den vier Adern 124-1 einer ersten Gruppe von insgesamt drei Gruppen von Adern 124-1, 124-2, 124-3 der zwölfadrigen Leitung 124 vorliegen, die drei Ziffernstellen x* ., x* _o, x* „, des

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Durchmesserbefehls in paralleler digitaler Form trägt. Wie im Fall des Befehls S* der Schnittgeschwindigkeit kennzeichnet die erste Ziffernstelle :r* . des Durchmesserbei'ehls auch in diesem Fall die Betragsordnung oder den Maßstab des Durchmesser».

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Die zwei bedeutenden Ziffernstellen χ* ₂, χ* „ in paralleler digitaler Form steuern über die zwei Gruppen von Adern 124-2, 124-3 acht elektronische Schalter jeweils und I^g» ^17» *18* """1Q* ^{um 0}^^{13011 O(3er} mehrere Eingangswiderstände aus den insgesamt vorhandenen Widerständen R-jo» ^1V il.. , R^r-, ß-jß» ^Ri7» ^ai8» ^¹IQ ^¹¹⁶³ dritten Operationsverstärkers A^ auszuwählen, der mit'einem einzelnen Rückkopplungswiderstand R₂₀ und mit einer Offsetkonipensationsleitung 216 versehen ist. Die acht elektronischen Schalter "Ijq» *iv ^14» I._r, I₁₍r, I-17» -"-ι«» ■'■ίο ^s^-ⁿ^ einer Ausgangsleitung 123 des Verstärkers A₂ parallel geschaltet.

Das Ausgangssignal des Verstärkers A„ gelangt über.eine Leitung 218 und einen Widerstand Ro.. an den gleichen negativen Eingang des Operationsverstärkers A^, an dem das Signal -S. anliegt.

Aus der Beschreibung, die von den mit den zwei Verstärkern A₉, A„ verbundenen Schaltungen gegeben wurde, kann ersehen werden, wie das Eingangssignal dieser Verstärkerkaskade an der Leitung 212 tatsächlich mittels der zwei Verstärker durch ein en dem Verhältnis zwischen dem Durchmessersignal x* und dem mechanischen Bereichssignal G proportionalen Faktor multipliziert wird. Die ganze die drei Verstärker A^, A₂, A^ enthaltende Schleife liefert deshalb an Leitung 210 ein Ausgangs-

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signal N, das die Gleichung erfüllt:

S. - X_n · Π =-ψ— , woraus folgt: N =—-- ,

K . χ

worin K gleich die Verstärkung von A^ ist, und deshalb, mit einer Annäherung, die um so größer ist, je größer die Verstärkung des Verstärkers A, ist, dem analogen Signal N ent~ spricht, mit dem eine Steuerung des Spindelstellmotors gewünscht wird.

Die Aufgabe des Kondensators C in dem Rückkopplungsnetzwerk dos Verstärkers A^ ,besteht darin, den Durchgang der Ver-

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Stärkung der Kette A., A_Q, A„ mit zugehörigen Schaltungseiementen durch die O-dB-Achse bei hohen Frequenzen mit einem Abfall von 20 dB/Oktave sicherzustellen, um die Stabilität der Rückkopplungsschleife zu gewährleisten.

Ein bevorzugtes AusführungsbeJtepiel eines numerischen Steuerungssystems verbesserter Art nach der Erfindung wurde dargestellt. Es ist jedoch offensichtlich, daß die aufgestellten Arbeitsprinzipien auch mit anderen Schaltungsarten und mit Meßwerten erreicht werden können, die auf andere Weise verschlüsselt werden. Insbesondere ist es mit geeigneten Schaltungsabwandlungen möglich, parallele digitale Meßwerte dort anzuwenden, wo sich die Beschreibung auf serielle digitale Meßwerte bezieht und umgekehrt. Dieselbe willkürliche Wahl trifft bei Vergleichen von analogen Signalen in Hinblick auf digitale Si gnale zu. Die Wahl der geeignetesten Arten der Meßwerte oder der Befehle wird von Gestaltungsbetrachtungen verbunden mit Kosten, Präzision des technologischen Arbeitsvorganges und verfügbaren Materialien usw. abhängen.

Darüber hinaus ist es möglich, die Hauptziele der Erfindung zumindest teilweise auch duroh Auslassung einiger von den vorteilhaften Merkmalen der zuvor beschriebenen Schaltungsausführungen zu verwirklichen, insbesondere können z, B, die manuell einzustellenden Korrekturvorrichtungen Tk und/oder 72 von Fig. 2 ausgelassen werden, wo sie überflüssig sind, ohne daß die Grundvorteile der Erfindung verloren gehen. Dieselbe Auslassungswahl gilt auch, wenn man die Einstellung der Schnittgeschwindigkeit (Korrekturvorrichtung 132, Fig. 2) betrachtet. Endlich ist es auch möglich, eine Steuerung des Proportionalitätskoeffizienten in der Division-Umsetzer-Schaltung 126 (Fig. 2) durch ein mechanisches Bereichssi gnal G in dem Fall auszulassen, bei dem ein Steuerungssystem mit einem unverstellbaren übersetzungsverhältnis für die Spindel verwendet wird,

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

f 1.J Numerisches Steuerungssystem für Drehbänke, das einen Programmteil enthält, der einen diskreten Meßwert für die seitliche Positionierung eines Drehmeißels« entlang einer den Abstand der Schnittkante des Drehmeißels von der Achse eines spanabhebend zu bearbeitenden und von einer Spindel der Drehbank getragenen Werkstücks dar-, stellenden Koordinate erzeugt, sowie eine Verarbeitung s-' einrichtung, die durch den Programmteil gesteuert wird und auf den diskreten Meßwert zur Erzeugung eines Meßwertes kontinuierlicher seitlicher Positionierung für · den Drehmeißel anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmteil (26-50) darüber hinaus einen Meßwert (s) für die Schnittgeschwindigkeit erzeugt und das System eine Hechnereinrichtung (126) enthält, die mit zwei Meßwerten (S, χ ) gespeist wird, um das Verhältnis (s/x ) zwischen dem Meßwert (S) der Schnittgeschwindigkeit. und dem Meßwert (x_n) kontinuierlicher seitlicher Positionierung des Drehmeißels zu bilden und um ein diesem Verhältnis proportionalen Ausgangsmeßwert (Ki) zu liefern, der als Steuerungsbefehl an den Stellmotor der Spindel zur Regelung ihrer Umlaufgeschwindigkeit gemäß diesem Verhältnis angelegt wird.

2. Numerisches Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (130, 128) zur Erzeugung eines mechanischen Bereichssignals (G) für die Wechselgetriebevorrichtung des Spindelmotors enthalten sind und daß die Rechnereinrichtung (126) auf das Bereichssignal zur Abwandlung des Proportionalitätskoeffizienten (ic) zwischen dem Ausgangsmeßwert (N) der Hechnereinrichtung und dem Verhältnis (s/x ) gemäß des Übersetzungsverhältnisses der Wechselgetriebevorrichtung anspricht.

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3. Numerisches Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtung (126) darüber hinaus eine geeignete Korrektureinrichtung (132) enthält, die manuell betätigt wird, um den ProportLonalitätskoeffizienten (k¹) zwischen dem Ausgangsmeßwert (N) der Rechnereinrichtung und dem Verhältnis (S/x ) einzustellen,

^lt. Numerisches Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert (s) der Schnittgeschwindigkeit und der Meßwert (χ ) der seitlichen Positionierung, die an der Rechnereinrichtung (126) anliegen, durch Umsetzereinrichtungen (50, 122) in eine parallele digitale Form umgewandelt werden und das Ausgangssignal (N) der Rechnereinrichtung in analoger Form vorliegt.

5. !Turnerisches Steuerungssystem nach Anspruch ^!i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtung (126) Digital-Analog-Umsetzer (200, 20^zi) ZUi* Umwandlung des Meßwerts für die Schnittgeschwindigkeit, einen Multiplizierer (A₂, A₃, 124, 128, 123, I₄-I₁₉, W ^L8> V^R19' ^E20' 218, 214, 216), der zur Bildung des Produkts aus dem Ausgangsineßwert (N) der Rechnereinrichtung (l26) und dem Verhältnis zwischen dem Meßwert (x* ) kontinuierlicher seitlicher Positionierung und dem mechanischen üereichssignal (G) geeignet ist, und eine Schaltung (ii.-R,., it_o. , C, A., 210) enthält, die zur Eildung der Differenz zwischen dem umgewandelten Meßwert (-S.) der Schnittgeschwindigkeit und dem Ausgangsmeßwert (K) dos Multiplizierers geeignet ist, um diesen dem Verhältnis zwischen dem Mcüwert der Schnittgeschwindigkeit und dem ließwert kontinuierlicher seitlicher Positionierung proportionalen ließwert zu liefern.

6. löimerisches Steuerungssystem nach Anspruch i>, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplizierer (siehe Anspruch ^:j)

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ein Analogverstärker (A₂ j A₁₇,. 123, R₂₁-R₇, L₈, R₉-R₂₀) einschließt, der Einrichtungen (l.-I.^) enthält, die durch den Heßwert (x) kontinuierlicher seitlicher Positionierung und den mechanischen Bereichsmeßwert (G) zui" Regelung der Verstärkung des Verstärkers gesteuert werden.

7. Numerisches Steuerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (I^-I-iq) zur Veränderung der Verstärkung des Verstärkers elektronische Schalter sind, die durch jeweilige parallele Bits des Meßwertes (^₁₁) kontinuierlicher seitlicher Positionierung und durch Bits des mechanischen Bereichs— meßwei-ts zur Verbindung eines oder mehrerer verschiedener Widerstände (R^-R₇, Rq-R.q) die die Verstärkung "bestimmen, in der Verstärkerschaltung gesteuert werden.

8. Numerisches Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 5 ois 7, insoweit sie von Anspruch 3 abhängen, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (l32).den Umwandlungskoeffizienten (k¹) des Digital-Analog-Umsetzers korrigiert.

9. Numerisches Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmteil darüber hinaus den Verarbeitungseinrichtungen (52-60, 6'i-86, 96) einen Meßwert (P) seitlicher Abweichung von der seitlichen Stellung der Schnittkante des verwendeten Drehmeißels (18, 20) in Hinblick auf einen Bezugsdrehmeißel liefert und die Verarbeitungseinrichtungen Addiereinrichtungen (64, 80) zum Addieren des Meßwerts (p) der seitlichen Abweichung zu dem Meßwert OO der seitlichen Positionierung enthalten, um einen Ersatzmeßwert (x^! _n) seitlicher Positionierung zu erhalten, sowie eine Subtrahiereinrichtung (II6), die die Differenz zwischen dem Ersatzmeßwert seitlicher Positionierung und dem Meßwert

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seitlicher Abweichung bildet, um den Meßwert seitlicher Positionierung zu erzeugen, der der Umsetzereinrichtung (122) in paralleler Form geliefert wird.

10. Numerisches Steuerungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,·daß die Addiereinrichtungen (64, 80) einen Kortekturmeßwert (AP) für das seitliche Abweichung ssignal von einer manuell einzustellenden Korrektureinrichtung (72) empfangen können.

11. Numerisohes Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmteil (26-50) darüber hinaus einen Meßwert (P) der Vorschubgeschwindigkeit für den Drehmeißel in der Form einer Abstandszunahme pro Umlauf der Spindel erzeugt, und daß eine MuI-tipliziereinriohtung (88) vorhanden ist, die angeordnet ist, um den Meßwert der Vorschubgeschwindigkeit mit einem Signal (n) der Umlaufgeschwindigkeit der Spindel zu multiplizieren, das durch Anzeigeeinrichtungen (91, 92) geliefert wird, um einen Befehl (a) der Vorsohubgeschwi^digkeit in Bewegungszunahmen in einer Zeiteinheit den Verarbeitungseinriohtungen (52-60, 64-86, 96) zu liefern.

12. Numerisches Steuerungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinriohtungen (91, 92) einen Meßwertgeber (92) enthalten, der einen Impulszug bei einer Geschwindigkeit proportional der Umlaufgeschwindigkeit der Spindel liefert, und einen manuell einstellbaren Frequenzteiler (91) zur Korrektur seines Proportionalitätskoeffizienten (k) enthält·

13ο Numerisches Steuerungssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadaroh gekennzeichnet, daß die Multipliziereinriohtung (88) aus einem zurücksetzbaren ßeohenwerkregister besteht, das zu sich seihst das Meßergebnis (F) der Vorschubgesohwindigkeit des Drehmeißels in Abstandzunahmen pro

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Umlauf der Spindel bei jedem Impuls hinzuaddiert, der vom Frequenzteiler (9l) in einer Zeiteinheit empfangen wird,

Ik, Numerisches Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Programmteil (26-50) darüber hinaus einen diskreten Meßwert (z₂) longitudinaler Positionierung für den Drehmeißel und einen Meßwert (D) longitudinaler Abweichung der Stellung des verwendeten Drehmeißels in Hinblick auf die Sohnittkante eines Bezugsdrehmeißels erzeugt und Addiereinrichtungen (66, 82) in den Verarbeitungseinrichtungen (52-60, 64-86, 96) die letzten zwei Meßwerte zusammenaddieren, um einen Ersatzmeßwert (z¹ ) longitudinaler Positionierung zu erzeugen.

15· Numerisches Steuersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Addiereinrichtungen (66, 82) einen Korrekturmeßwert (A D) für den longitudinalen Abweichungsmeßwert (D) von einer manuell einzustellenden Korrektureinrichtung (7^) empfangen können.

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