DE2346318A1

DE2346318A1 - Numerische steuerung fuer werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2346318A1
Application number: DE19732346318
Authority: DE
Inventors: Gert Saul
Original assignee: BOSCH IND AUSRUESTUNG
Current assignee: BOSCH IND AUSRUESTUNG
Priority date: 1973-09-14
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1975-03-27

Description

R.Nr. 6S BGE3 HU/mm

ROBERT BOSCH. INDUSTRIEAUSRÜSTUNG GMBE, 7 STUTTGART 30 (FEUER-BACH) , KRUPPSTRASSE I- 234631

Numerische Steuerung für Werkzeugmaschinen

Die Erfindung betrifft eine numerische Steuerung für mehrere Achsen einer Werkzeugmaschine, mit einer Einrichtung zur schrittweisen Vorschubsteuerung in zumindest einer Achsrichtung durch Aufteilen eines Bearbeitungsweges in einzelne Schrittlängen, die eine Steuerschaltung enthalten, welche das Unterschreiten einer Mindestschrittlänge am Ende eines Bearbeitungsweges verhindert.

Bei bestimmten Werkzeugmaschinen, wie z.B. Nibbel- oder Hobelmaschinen, wird eine schrittweise Vorschubbewegung erforderlich, wobei sichergestellt werden muß, daß der einzelne Vorschubschritt eine Mindestschrittlänge aufweist. Bei einem entsprechenden Aufbau der numerischen Steuerung kann in bekannter Weise sichergestellt werden, daß während dem Abarbeiten eines vorgegebenen Bearbeitungsweges, z.B. durch Abarbeiten eines vorprogrammierten Satzes, annähernd gleichgroße Schrittlängen verfahren werden, die größer als die geforderten MindestSchrittlängen sind. Am Ende eines Bearbeitungsweges jedoch verbleibt ein sehr schwer vorherbestimmbarer Wegrest, der unter Umständen wesentlich kleiner sein kann als eine Mindestschrittlänge. Wird dieser Wegrest abgearbeitet, kann z.B. bei Nibbelmaschinen das Werkzeug zum vorhergehenden Stanzloch ausweichen und hierdurch beschädigt werden bzw. brechen oder bei Hobelmaschinen das Werkzeug nicht mehr ausreichend in das Werkstück eingreifen.

Um dies zu vermeiden ist es bekannt (siehe z.B. deutsche Patentanmeldung P 2 162 530.9), das Abarbeiten dieses Wegrestes

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zu unterbinden. Hierbei können jedoch vor allem bei größeren Mindestschrittlängen störende Abweichungen vom Bearbeitungsweg entstehen. Um derartige Abweichungen zu vermeiden, ist es weiterhin bekannt (siehe deutsche OS 2 052 757)^ schon mehrere zuvor festgelegte Normalschritte vor dem letzten Bearbeitungsschritt eine besondere Rechen- und Steuerlogik einzusetzen , welche den restlichen Verfahrweg in eine gleiche Anzahl kleinere, annähernd gleichgroße Schritte unterteilt. Hierdurch kann der Endpunkt des Bearbeitungsweges genau angefahren werden, jedoch wird z.B. eine Feinbearbeitung mit kleinen Schritten, welche noch ausreichend aber nicht weit genug von einem Mindestschritt entfernt sind, eingeschränkt, da sonst bei einer Unterteilung des Restweges in kleinere Schritte die Mindestschrittlänge unterschritten werden kann. Insbesondere ist weiterhin eine schrittweise Vorschubbewegung in mehreren Achsrichtungen über einen linearen Interpolator schwierig und die Verwendung anderer Interpolatoren für eine Bahnsteuerung, z.B. einen Zirkularinterpolator, kaum möglich, da sich hierbei die Schrittlängen fortlaufend ändern, das heißt z.B. daß sich zu Beginn des Bearbeitungsweges andere Vorschubschritte in einer Achsrichtung ergeben als am Ende, und eine Veränderung der Schrittlänge in einer Achsrichtung eine Bahnabweichung bewirkt.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Weg aufzuzeigen, wie mit Hilfe einer einfachen Rechen- und Steuerlogik der restliche Verfahrweg aufgeteilt werden kann, wobei eine Verwendung auch bei Bahnsteuerung möglich ist.

Die Nachteile der bekannten Steuerungen lassen sich vermeiden, wenn gemäß der Erfindung eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen eines Restverstellweges kleiner als das η-fache der Mindestschrittlänge eine Vorrichtung steuert, welche den Restverstellweg annähernd in (n-a) gleiche

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Schritte unterteilt, wobei η eine ganze Zahl gleich oder größer 3 und a eine ganze Zahl kleiner η ist.

Eine sehr einfache Schaltung ergibt sich, wenn bei Erreichen eines Verstellweges kleiner als das Dreifache des Mindest-BChfittes eine Unterteilung des Restverstellweges in annähernd zwei gleichgroße Schritte erfolgt. Zur Bestimmung des Rest-Weges kann hierbei ein Speicher dienen, der entsprechende Weginkremente der einzelnen Schritte aufsummiert und zu Beginn des nachfolgenden Schrittes gelöscht wird, die Vergleichseinjfiehtung ein Vorschubsignal für den auszuführenden Schritt unterbindet, sobald erstens der Restverstellweg kleiner als das η-fache der Mindestschrittlänge ist und zweitens der Speicherinhalt einem Wert entspricht oder erreicht der gleich größer als eine Mindestschrittlänge ist.

Erfolgt die Steuerung des Vorschubes in zwei Achsrichtungen X Und y über einen Interpolator, so kann eine Vorrichtung vorgesehen werden, welche Ausgangssignale des Interpolators annähernd in eine Eingangsgröße As = ~γΔ x + Ay für die Vergleichseinrichtung umwandelt. Diese Eingangsgröße kann äann dem Speicher zum Aufsummieren zugeführt werden. Zur Aufteilung des Restverfahrweges kann eine Unterscheidungslogik vorgesehen sein, welche die Achsrichtung mit dem wertgrößten Vorschub am Ende des Verfahrweges ermittelt, deren Restweg dann s:ur Aufteilung herangezogen wird. Die Aufteilung des Ifcestverfahrweges kann durch einfaches Subtrahieren eingespeicherter Signale bewirkt werden, wobei einem Speicher hier-Vervielfachte Vorschubsignale zugeführt werden. Als

kann hierbei der gleiche Speicher Verwendung finden, zuvor dem Aufsummieren der Werte für die einzelnen Schrittlängen diente.

Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestell-

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ORIGINAL !NSPECTH)

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ten Aisführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das trinzipschaltbild einer numerischen Steuerung für eine Nibbelmaschine mit schrittweisem Vorschub in zwei Achsridhtungen χ und y,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Schaltbild Fig. 1 mit Einzelheiten der Mindestschrittlogik.

Von feiner Eingabe z.B. mit einem Lochstreifen- oder Magnetband-Leser Werden Weg¹- und Schaltinformationen 1 in einen Rechenßpeicher 2 und eine Vorschubsteuerung 2 eingegeben, die nach entsprechender Umwandlung Weg¹- und Vorschub-Informationen für die beiden Achsen x und y an einen Interpolator 3 und Soll-Wertspeicher 4; 5 für die H- und y-Achse liefern. Die Ausgangsimpulse des Interpolators 3 werden getrennten Interpolator-IßtWertregistern 6; 7 für die x- und y-Achse zugeführt und in jeweils einem Vergleicher 8; 9 mit den entsprechenden Werten der SöÜWertspeicher 4; 5 verglichen. Aus diesem Vergleich wird jeweils ein Steuersignal für den Antrieb der jeweiligen Achse gewönnen, das der Antriebssteuerung 10; 11 der entsprechenden Aehäe zugeführt wird, die ein Ausgangssignal 12; 13 an den Antrieberegelkreis-für die beiden Vorschubantriebe weitergeben.

Gegensatz zu anderen numerischen Steuerungen wird der einge-Satz z.B. bei Nibbelmaschinen schrittweise abgearbeitet. Wird über einen zusätzlichen Signalgeber der Vorschub Ittmindest solange unterbunden, wie das Werkzeug in Eingriff äeia Werkstück ist. Dieser Signalgeber kann einen Kontakt-

17 enthalten, der über ein von der Stellung der Werkzeug- »ÄBchinen abhängiges Stellglied 18 gesteuert oder mechanisch bewird.

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Für diese im wesentlichen bekannte Art der Steuerung ist nun eine Mindestschrittlogik 14 vorgesehen, welche bei Erreichen eines Restweges des über die Eingabe 1 eingelesenen Bearbeitungssatzes - der kleiner ist als ein festgelegtes Mehrfaches eines Mindestschrittes - dafür sorgt, daß dieser Restweg in annähernd gleichgroße Schritte unterteilt wird, die immer größer sind als ein Mindestschritt. Hierzu erhält die Mindestschrittlogik 14 die Istwertsignale 15x und 15y von den Istwertregistern 6; 7 und die Sollwertsignale 16x und 16y vom Rechenspeicher 2 oder den Sollwertspeichern 4 und 5.

Der Aufbau der Mindestschrittlogik 14 ist in Fig. 2 näher dargestellt. Die Stufen 4 bis 9 sind wie in Fig. 1 geschaltet, wobei die Stufe 6 das Interpolatorausgangssxgnal 2Ox für die x-Achse und die Stufe 7 das Interpolatorausgangssignal 2Oy für die y-Achse erhält. Die Ist- und Soll-Wert-Signale gelangen aus den Stufen 4 und 6 an eine Restwegermittlung 21, welche aus diesen Signalen ein SignalΔχ = Ist χ - Soll χ an den Ausgang 22 χ und in analoger Weise aus den Ausgangssignalen der Stufen 5 und 7 ein Signal Ay = Ist y - Soll χ am Ausgang 22 y erzeugt. Die Signale Ax und Ay an den Ausgängen 22 χ und 22 y werden einem Größenvergleicher 23 zugeführt, der bei jedem Schritt ermittelt, welches der Signale Ax oder Ay als erstes einen Wert erreicht der kleiner ist als ein Mindestschritt und entsprechend dieser Entscheidung einen von zwei Flip-Flops 24 oder 25 setzt. Hierzu können die Flip-Flops über einen Anschluß 26 des Maschinenstellungssignalgebers (17; 18 gemäß Fig. 1) vor oder nach jedem Schritt zurückgesetzt werden. Der Größenvergleicher 23 erhält zur Größenfestlegung des Mindestschrittes ein Signal aus einer Mindestschritt-Stufe 27_f in welcher der Mindestschritt durch eine Handeinstellung und/oder vom Programm her eingebbar bzw. veränderbar ist.

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Die Ausgangssignale des Interpolators 20 χ und 20 y für beide Achsen werden weiterhin einer WegSignalermittlung 28 zugeführt, Ax + Ay ermittelt und dieses

einem Schrittlängenspeicher 29 weitergibt, der diese Signale aufaddiert. Vor oder nach jedem Schritt erhält der Speicher 29 ein Löschsignal vom Anschluß 26. Das Summensignal des Speichers 29 gelangt gleichfalls über eine Leitung 30 in den Größenvergleicher 23 und wird dort mit einem Signal aus der Mindestschrittstufe 27 verglichen, das dem Mindestschritt entspricht und über die Leitung 31 zugeführt wird. Ist das Summensignal wertgrößer als das Mindestschrittsignal, wird ein weiteres Flip-Flop 32 gesetzt. Weiterhin wird in der Mindestschrittstufe 27 ein Signal erzeugt, das einem mehr fachen z.B. dem dreifachen Wert eines Mindestschrittes ent spricht. Dieses Signal wird über eine Leitung 33 gleichfalls dem Größenvergleicher zugeführt und dort mit den Restwegsignalen der x- und y-Achse verglichen. Unterschreitet eines dieser Signale den z.B. dreifachen Wert des Mindestschrittes, so wird ein Ausgangssignal über eine Leitung 34 an eine Steuerlogik 35 gegeben. Erhält die Steuerlogik dieses Signal, sperrt sie über eine Steuerleitung 36 die weitere Ausgabe von Steuerimpulsen aus dem Interpolator wenn oder sobald das Elip-Plop 32 anzeigt, daß ein Mindestschritt schon verfahren ist. Hierdurch erfolgt der nächste Stanzhub mit drei Mindestschritten Abstand vor dem Wegende_f oder kurz danach sobald ein Mindestschritt vom vorhergehenden Hub ausgehend verfahren ist.

Über das Ausgangssignal, das bei Erreichen eines Restweges entsteht der kleiner ist als das Dreifache eines Mindest- «öhrittes, erfolgt über die Steuerlogik 35 eine Umschaltung mehrerer Stufen. So wird nach Löschung des Schrittlängenspeichers 29 der Restweg der Achse χ oder y in diesen Speicher «ingegeben, welcher vor der Unterbrechung des Interpolators zuerst die Mindestschrittgröße erreicht hat. Diese Entscheidung wird den Flip-Flops 24 und/oder 25 entnommen, deren

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Ausgänge 37; 38 über die Steuerlogik 35 auf zwei Und-Glieder 39; 40 derart einwirken, daß nur das wertgrößere Signal des Restweges einer Achse über ein Oder-Glied 41 an den Schrittlängenspeicher eingespeichert wird.

Gleichzeitig wird die Wegsignalermittlungsstufe 28 gesperrt und nach ausgeführtem.Hub, z.B. durch den über den Kontaktgeber (17 in Fig. 1) wieder, freigegebenen Interpolator, die nun eingehenden Signale (20 χ oder 20 y) der Achse mit der größeren Impulszahl einer Verdopplerstufe 42 zugeführt. Die Auswahl der Signale kann in gleicher Weise wie bei der Einspeicherung in den Schrittlängenzähler über Und-Glieder 43; 44 erfolgen. Die Interpolatorausgangssignale gelangen nun über die Verdopplerstufe 42 derart in den Schrittlängenspeicher 29, daß eine Subtraktion des Inhaltes dieses Speichers mit verdoppelten Verstellsignalen erfolgt, wodurch der Speicher annähernd bei Erreichen des halben Restweges leer ist. Das Nullsignal des Schrittlängenspeichers gelangt dann über eine Leitung 45 an die Steuerlogik, die nun wiederum über die Leitung 36 den Interpolator sperrt. So erfolgt der nächste, vorletzte Hub annähernd in der Mitte des Restweges, wobei dieser Hub mindestens mit einem Verstellweg ausgeführt wird, der einem Mindestschritt entspricht. Der letzte Hub erfolgt dann mit einer Sperrung des Interpolators in bekannter Weise über die Soll-Istwert-Vergleichsstufe_r sobald der Endpunkt des Weges erreicht ist.

Da die Mindestschrittlogik hierbei nicht in die Impulserzeugung des Interpolators eingreift, sondern diesen lediglich in gleicher Weise wie der Stellungsgeber (18 in Fig. 1) vorzeitig sperrt, können Bahnkurven ohne eine Bahnabweichung verfahren werden. Hierbei spielt es auch keine Rolle, wenn z.B. die Vorschubsignale für die erste Achse zu Beginn des Verfahrweges größer sind als die Vorschubsignale der

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zweiten Achse und am Ende des Verfahrweges das Verhältnis sich geändert hat, oder gar die Vorschubsignale dieser ersten Achse zu Null werden, z.B. beim Verfahren eines Viertelkreisbogens.

Im allgemeinen reicht ein Vergleich des Restweges der einzelnen Achsen χ und y mit dem Mehrfachen des Mindestschrittes aus, um den Beginn der Restschrittunterteilung in gleichgroße Teile zu starten, wobei ein Ausgangssignal erzeugt wird sobald die RestwegsignaIe beider Achsen kleiner sind als das Dreifache des Mindestschrittes. Hierbei wird das Ausgangssignal maximal (bei einem Verfahrwinkel von 45 ) um das Ύ 2-fache früher ausgelöst. Die sich hierbei ergebenden beiden Restschritte können dann eine Größe von maximal das 2,Ifache eines Mindestschrittes erreichen. Um dies zu vermeiden, können die Restwegsignale der beiden Achsen z.B. ähnlich wie in der Stufe 28 zu einem Gesamtrestwegsignal zusammengefaßt und mit dem festgelegten Mehrfachen des Mindestschrittes verglichen werden, oder es erfolgt ein Vergleich mit einem mehr als dreifachen Mindestschrittsignal. So kann z.B. nach Erreichen eines Fünffachen des Mindestschrittes mit einer Unterteilung des Restweges in vier annähernd gleiche Schritte gearbeitet werden. Hierzu erfolgt in der Stufe 42 erst eine Vervierfachung, dann eine Verdreifachung und am Schluß eine Verdoppelung der Leerzählsignale.

Will man kleine Schritte in Mindestschrittgröße am Schluß eines Verfahrweges vermeiden, kann es von Vorteil sein, schon bei einem Restweg mit mehr als dem Dreifachen eines Mindestschrittes der Steuerlogik 35 ein Startsignal zuzuführen. So kann z.B. bei Erreichen des Vierfachen eines Mindestschrittes eine Aufteilung des Restweges in zwei annähernd gleiche Schritte erfolgen. Die Größe und/oder die Zahl des Vielfachen kann von Hand und/oder über die Programmeingabe über eine Steuerleitung 46 einstellbar sein.

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Eine Vereinfachung und Doppelausnutzung der Stufen oder Stufenteile ergibt sich, wenn in an sich bekannter Weise multiplex gearbeitet wird; wobei dann z.B. über eine MuItiplexstufe ( nicht dargestellt) eine zeitliche Auswahl einzelner zu verarbeitender Impulse erfolgt.

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Claims

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Patentansprüche

Numerische Steuerung für mehrere Achsen einer Werkzeugmaschine, mit einer Einrichtung zur schrittweisen Vorschubsteuerung in zumindest einer Achsrichtung durch Aufteilen eines Bearbeitungsweges in einzelne Schrittlängen die eine Steuerschaltung enthalten, welche das Unterschreiten einer Mindestschrittlänge am Ende eines Bearbeitung sweges verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichseinrichtung (23) vorgesehen ist, die bei Erreichen eines Restverstellweges kleiner als das n-fache der Mindestschrittlänge eine Vorrichtung (35, 29, 42) steuert, welche den Restverstellweg annähernd in (n-a) gleiche Schritte unterteilt, wobei η eine ganze Zahl größer 3 und a eine ganze Zahl kleiner η ist.
2. Numerische Steuerung nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen eines Restverstellweges, der kleiner als das Dreifacher der Mindestschrittlänge ist, eine Unterteilung dieses Restverstellweges in annähernd zwei gleichgroße Schrittlängen erfolgt.
3. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (29) vorgesehen ist, welcher den Schrittlängen entsprechende Verstellsignale der einzelnen Schritte aufsummiert und zu Beginn des nachfolgenden Schrittes gelöscht wird, die Vergleichseinrichtung (23) ein Vorschubsignal für den auszuführenden Schritt unterbindet, sobald erstens der Restverstellweg kleiner als das η-fache der Mindestschrittlänge ist und zweitens der Speicherinhalt einem Wert entspricht oder erreicht, der gleich oder größer als eine Mindestschrittlänge ist.

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4. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des schrittweisen Vorschubes in zwei Achsen χ und y über einen Interpolator (3) erfolgt und eine Vorrichtung (28) vorgesehen ist, welche Ausgangssignale des Interpolators annähernd in eine Eingangsgröße As= Λ/Δχ + Δγ für die Vergleichseinrichtung (23) umwandelt.
5. Numerische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicher (29) zum Aufsummieren der Weginkremente je Schritt die Eingangsgröße

As= "V Ax^ + Δ y²' zugeführt ist.
6. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung

(23) eine Unterscheidungslogik enthält, welche für die Achsrichtung mit dem wertgrößten Vorschubsignal, bei Erreichen des η-fachen der Mindestschrittlänge, ein besonderes Ausgangssignal liefert.
7. Numerische Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterscheidungslogik eine Steuerlogik (35) für die Vorschubimpulse steuert, welche weitere Vorschubsignale für einen auszuführenden Schritt unterbindet und in einem Speicher (29) das Einspeichern eines Wertes bewirkt, welcher dem wertgrößten Restverfahrweg in einer Achsrichtung entspricht.
8. Numerische Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

zeichnet, daß ein Impulswandler (42) vorgesehen ist _T welcher Ausgangsimpulse des Interpolators (3) vervielfacht,, insbesondere verdoppelt, und die Steuerlogik (35) bei einem der Sperrung der Vorschubsignale folgenden Schritt mit den vervielfachten Vorschubimpulsen der Achse mit dem wertgrößten Vorschubsignal ein Leerzählen des Speichers (29) bewirkt«

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9. Numerische Steuerung nach Anspruch 8/ dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (29) bei erfolgtem Leerzählen mit einem Speicherstand Null ein Ausgangssignal liefert^das weitere Vorschubsignale sperrt.
10. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicher (29) zum Einspeichern des Restverfahrweges der Achse mit dem wertgrößten Vorschubsignal der Speicher verwendet ist,welcher zum Aufsummieren der Eingangsgröße Δε = ν Δχ + Ay dient, wobei dieser Speicher bei einer Sperrung weiterer Vorschubsignale gelöscht wird.
11. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung

(23) eine Mindestschritt-Restüberwachung aufweist, welche die Sperrung der Vorschubsignale verhindert solange der Verfahrweg je Schritt kleiner ist als die Mindestschrittlänge, und weiterhin der Mindestsehritt-Restüberwachung ein Signal zugeführt ist, das annähernd einen Wert aufweist welcher dem η-fachen des Mindestschrittes abzüglich dem zurückgelegten Verfahrweg je Schritt entspricht, und ein Ausgangssignal liefert sobald dieser Wert größer ist als ein Mindestschritt.
12. Numerische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstell- und/oder Programmiereinrichtung (27) vorgesehen ist, in welche der Wert einer Mindestschrittlänge frei wählbar eingebbar ist, und diese Einrichtung ein erstes Ausgangssignal liefert, welches dem Wert einer Mindestschrittlänge entspricht und ein zweites Ausgangssignal errechnet, das dem η-fachen des Wertes der Mindestschrittlänge entspricht.

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