DE2422035A1

DE2422035A1 - Numerisches steuersystem

Info

Publication number: DE2422035A1
Application number: DE19742422035
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Kimura; Yasumasa Narikiyo
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1973-05-09
Filing date: 1974-05-07
Publication date: 1974-11-28
Also published as: CH607123A5; JPS566003B2; JPS50284A; GB1473914A; DE2422035C3; SE402988B; DE2422035B2

Description

Patentanwälte 7, MAI 1874

bipl.lng.CWqllach ₆₄₆

Dipl. Ing. G. Koch

Dr. T. Haibach 2422035

8 München 2
Kauflngerstr. 8, Tel. 24 02 75

Okuma Machinery Works Ltd, Nagoya-shi / Japan

Numerisches Steuersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein numerisches Steuersystem and insbesondere auf die Steueruna der Vorschubgeschwindigkeit der beweglichen Teile einer Werkzeugmaschine mit Hilfe eines rechnergesteuerten numerischen Steuersystems* das der Werkzeuconas chine zugeordnet ist und einen Kleinrechner einschließt.

Bei einem üblichen numerischen Steuersystem, (das im folgenden als NC-System bezeichnet wird) werden die Betriebsvorgänge zei ilich parallel durchgeführt und die einzelnen Bearbeitungs- und Betriebsvorgänge können gleichzeitig auscreführt werden. Bei bekannten und derzeit verwendeten rechnergesteuerten numerischen Steuersystamen (die im folgenden als CNC-Systeme bezeichnet werden) erfolgt jeder BetriebsVorgang jedoch zeitlich gesehen in Serie, so daß die Vorschubgeschwindigkeit in keinem anderen Bearbeitungs- oder Betriebsschritt gesteuert werden kann, als während des Schrittes der Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit. Entsprechend kann die Vorschubgeschwindigkeit nicht unmittelbar in Abhängigkeit von dem Eingang des Steuersignals gesteuert werden und die gleichmäßige Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit ist ohne die Hilfe anderer Ausrüstungen und Geräte unmöglich.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,. ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die genaue Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit während einer begrenzten Zeitperiode für die Vorschubgeschwindigkeitssteuerung in einem CNC-System möglich ist. Es gibt zwei Arten von Vorschub-Befehlssignalen, nämlich das Signal F fmm/min) das die Größe der Werkzeugbewegung pro Zeiteinheit darstellt, und F (mm/Umdr.) das die Größe der Werkzeugbewegung pro Umdrehung der Spindel der Werkzeugmaschine darstellt.

Zunächst sei das Befehlssignal F Cmm/min) betrachtete Es sei angenommen, daß die minimale Einstellgröße der Bewegung des beweglichen Teils einer Werkzeugmaschine gegenüber dem Tisch, die die Genauigkeit der Werkzeugmaschine bestimmt, durch ΔΧ dargestellt ist (das heißt Verschiebung entlang der X-Achse), und daß ein Wert AF der kleiner als ΔΧ ist, als eine Einheitsgröße der Werkzeugbewegung eingeführt wird, die diesem Signal zur Bewegung des Tisches entspricht, daß ein Impulssignal T ist, das aus Taktsteuerimpulsen besteht, die mit einer konstanten Periode auftreten. Die Einheitsgröße der Werkzeugbewegung AF ist durch eine Gleichung AF « F/M ausgedrückt, wobei F der vorgegebene Vorschub und M eine beliebige ganze Zahl ist. Die Vorschubsteuerung erfolgt automatisch, nachdem die Steuerung des Achsen-Servoantriebs und des Bedienungsfeldes, das eine Vorzugsstellung gegenüber der Vorschubsteuerung aufweist, beendet wurde.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes numerisches Steuersystem zur Verwendung mit einer Werkzeugmaschine umfaßt eine Speicherschaltung, die die Anzahl der Eingangsimpulse speichert, um als Signal für die Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit des beweglichen Teils der Werkzeugmaschine zu dienen, ein Rechenwerk mit einer

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Anzahl von Rechenelementen, die die Einheitsgröße der bewegung AF empfangen und arithmetisch berechnen, eine Gruppe von Gattern, die für die Anzahl der Rechenelemente vorgesehen sind und die in Abhängigkeit von dem Signal geöffnet werden,, das der Ansah! von Impulsen entspricht, die vor dem Vorgang der Vorschubsteuerung gespeichert und noch nicht für den Vorgang behandelt wurden, einen Akkumulator zur Akkumulation der Einheitsgröße! der Werkzeugbewegung AF, die von der Gruppe von Gattern zugeführt weiden« einen Vergleicher zum Vergleich der gesamten akkumulierten Einheitsgröße der Werkzeugbewegung EAF mit einer

minimalen
bestimmtenyElnheitegroBe der Bewegung ΔX, und einen Akkumulator zur Anzeige der Position des beweglichen Teils der Werkzeugmaschine durch Akkumulati on der minimalen Einstellgrößeider Bewegung ΔΧ in Abhängigkeit von dem Vergleicher_f wobei die Einheitsgrößen der Werkzeugbewegung AF,die der Anzahl der unbehandaltsn Impuls« entsprechen, zusammen innerhalb der Zeit eines einzelnen Vorganges der Vorschubgeschwindigkeitssteuerung durch öffnen des ausgewählten Gatters der Gattergruppe in Abhängigkeit von deir Signal behandelt werden, das von der Speichereinheit entsprechend der Anzahl der unbehandelten Eingangsimpulse zugeführt wird, um auf diese Welse die Vorschubgeschwindigkeit zu steuarn

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen„

Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der Zeichnung näher erläutert«

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems zur Gewinnung der Größe der Werkzeugbewegung pro Zeiteinheit, wobei das System

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in einer Ausfuhrungsform des numerischen Steuersystems verwendet wird,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Systems zur Gewinnung einer konstanten Hauptspinde1-Impulsdichte, wobei das System in einer Ausführungsform eines numerischen Steuersystems gemäß der Erfindung verwendet wird.

Zunächst sei die Piq. 1 betrachtet. Eine Einheitsgröße der Werkzeuqbewegung AF wird einem Rechenwerk 3 zugeführt, das aus einer Anzahl von Rechenelementen besteht« Das Rechenwerk 3 berechnet aus der Eingangs-Einheitsgröße der Werkzeugbewegung AF Größen wie zum Beispiel IxAF, 2xAF, 3xAF, . „.., NxAF, ...» in den jeweiligen Rechenelementen. Die Rechenelemente sind jeweils mit Gattern einer Gattergruppe 2 verbunden. Andererseits werden die Taktsteuerimpulse T in der Speicherschaltung 1 bis zur nächsten Vorschubsteuerung gespeichert und ein ausgewähltes Gatter der Gattergruppe 2 wird in Abhängigkeit von der Anzahl der gespeicherten Impulse geöffnet, so daß eine Größe MxAF einem Addierer 4 zugeführt wird (dabei ist N eine beliebige ganze Zahl).

Daher wird die Einheitsgröße der Werkzeugbewegung AF entsprechend der Anzahl der unverarbeiteten in der Speicherschaltung 1 gespeicherten Impulse verarbeitet und gleichzeitig werden die in der Speicherschaltung 1 gespeicherten Impulse rückwärts gezählt, bis die Anzahl auf O verringert ist. Der Addierer 4 addiert die Eingangsgröße Nx.AF an der Gattergruppe 2 mit dem Inhalt EAF eines Akkumulators 5, der die bis dahin empfangenen Einheitsgrößen der Werkzeugbewegung AF akkumuliert, so daß die Größe EAF + NAF wiederum dem Akkumulator 5 als eine neue Größe ZAF zugeführt wird. Die neue Größe EAF wird dann mit einer bestimmten minimalen Ein-

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stellgröße der Bewegung ΔΧ in einem Vergleicher 6 verglichen. Wenn £AF<AX ist, so liefert der Vergleicher 6 keinen Ausgang, und wenn ZAFs&AX let, liefert der Vergleicher ein Ausgangssignal an Gatter 7.

Das Ausgangssignal bewirkt, daß die Größe EAF in einer in der Zeichnung nicht gezeigten gut bekannten Schaltung verarbeitet wird, um eine Größe ΣΔΡ-ΔΧ zu gewinnen, die in dem Akkumulator 5 gespeichert wird. Andererseits wird, während das Ausgangssignal an das Gatter 7 angelegt ist, das Gatter 7 geöffnet, um eine Einheitsgröße der Bewegung ΔΧ einem Addierer 8 zuzuführen, der die Einheitsgröße der Bewegung ΔΧ zu dem Wert von X addiert, der der Inhalt eines Akkumulators 9 ist und die derzeitige Position des beweglichen Teils der Werkzeugmaschine auf der X-Achse anzeigt. Entsprechend liefert der Addierer 8 eine Größe Χ+ΔΧ, die dem Akkumulator 9 als neuer Wert zugeführt wird, der die derzeitige Position des beweglichen Teils anzeigt. In Abhängigkeit von dem Signal von dem Akkumulator 9 bewegt sich der Tisch der Werkzeugmaschine entlang der X-Achse, wobei die Vorschubsgeschwindigkeitssteuerung durchgeführt wird.

Die Einheitsgröße der Werkzeugbewegung AF, die in der vorstehenden Gleichung AF»F/M auftrat, wird zu der Größe SAF als der Inhalt des Akkumulators in Abhängigkeit von dem Empfang der Taktsteuerimpulse T addiert. Wenn die Periode der Taktsteuerimpulse T als erstes bestimmt ist, so ist der Wert von M zur Erzielung einer gewünschten Größe AF notwendigerweise bestimmt, weil F das Befehlssignal und daher eine bekannte Größe ist. In dem Fall, In dem der Wert von M keine oanze Zahl ist, sollte die Periode des Taktsteuerimpulssignals T geändert werden, damit der Wert von M ganzzahlig wird.

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Auf diese Heise kann die Vorschubsteuerung auf der Grundlage des Vorschubbefehlsslcrnals F (nsn/min) durch geeignete Bestimmung der Perlode des Taktsteuerimpulssignals T und des Wertes von M durchgeführt werden. In diesem Falle kann die Berechnung von NxAF in den Rechenwerk 3 durch die n-fache Zuführung von AF an den Addierer 4 ersetzt werden. Die vorstehende Beschreibung bezog sich auf die Vorschubsteuerung auf der Basis des Vorschubbefehlssignals F (mm/min) und die Vorschubsteuerung auf der Basis des Vorschubbefehlssignals F (mm/Umdr.) kann auf ähnliche Weise durchgeführt werden, indem die Impulsrate Mo, die während einer einzigen Umdrehung der Hauptspindel erzeugt wird, anstelle der Taktsteuerimpulse T verwendet wlrd₀ Bei der Vorschubsteuerung auf der Grundlage des Befehlssignals F (mm/Umdr.) ändert sich die Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel über einen weiten Bereich, das heißt von einer niedrigen «u einer hohen Umdrehungszahl, so daB die Dichte der Speicherschaltung 1 zugeführten Impulse nicht konstant ist„ Wenn beispielsweise die Hauptspindel mit 10 Umdrehungen pro Minute rotiert und 600 Impulse pro Umdrehung der Hauptspindel erzeugt wer-

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den, werden 6x10 Impulse pro Minute (10 Impulse pro Sekunde) erzeugt, daß heißt die Impulsfrequenz beträgt lOOHz, während die Frequenz 10 KHz beträgt, wenn die Hauptspindel mit 1000 Umdrehungen pro Minute rotiert.

Wenn die Anzahl der pro Zeiteinheit erzeugten Impulse ansteigt, das heißt, wenn die Impulsdichte anwächst, spricht das in Fla. 1 gezeigte System irgendwann nicht mehr an. Daher ist es erforderlich, die Dichte der Speicherschaltung zugeführten Impulse konstant zu halten.

Das Verfahren zum Konstanthalten der Impulsdichte wird im folgenden anhand der Fig. 2 beschrieben. Wenn die Hauptspindel mit hohen

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Drehsahlen rotiert 1st das vorgegebene Vorschubbefehlselgnal F (mn/Umdr.) üblicherweise klein und die ganze Zahl M In der Gleichung AF"F/M kann ebenfalls klein gemacht werden. Die Impulsrate Mo, die pro Umdrehung der Hauptspindel erzeugt wird, wird einem Vergleicher 10 und einem Rechenwerk 11 zugeführt, die beide weiter unten beschrieben werden. Die Dichte der Impulerate Mo ist bei hohen Drehgeschwindigkeiten hoch und bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten niedrig. Das Rechenwerk 11 besteht aus einer Anzahl von Rechenelementen, die jeweils die Größen Mo/2, Mo/4₍, Mo/8 .... aus der Anzahl Mo der Eingangsimpulse berechnete Insbesondere weist jedes der Rechenelemente, die in Reihe geschaltet sind, die Funktion der Halbierung der Anzahl der Eingangsimpulse auf. Die Rechenelemente sind jeweils mit Gattern einer Gattergruppe. 12 verbunden. Der Vergleicher 10, der die pro Umdrehung der Hauptspindel erzeugten Impulse empfängt, ist außerdem mit einem Impulsgenerator 13 verbunden, der ein Impulssignal mit einer konstanten Wiederholfrequenz liefert. Die Dichte der Impulsrate Mo wird dann im dem Vergleicher 10 mit der Dichte der Bezugsimpulse von dem Impulsgenerator 13 verglichen, wobei das Verhältnis der Dichten gewonnen wird und der Vergleicher IO gibt einen Befehl ab, das Gatter der Gattergruppe 12 zu offenen _B das einem Wert entspricht, der am weitgehendsten diesem Verhältnis angenähert ist. Von dem geöffneten Gatter wird eine gleichförmige Impulsfolge Mi abgenommen, die eine im wesentlicher konstante Dichte aufweist, wobei die gleichförmige Impulsfolge Mi sich daraus ergibt, daB die Impulsrate Mo auf eine vorgegebene Impulsrate verringert wurde. Die gleichförmige Impulsfolge Mi wird dann der Speicherschaltung 1 zugeführt. In diesem Fall ist, wenn die Hauptspindel mit niedrigen Drehzahlen gedreht wird, die Dichte der Impulsfolge Mo klein, so daB die Impulsfolge Mo direkt der Speicherschaltung 1 zugeführt wird, ohne das die Impulsrate verringert wird. Im praktischen Betrieb, bei dem die Hauptspindel mit hohem Drehzahlen rotiert, weist das Vorschubbefehlssignal F(mm/Umdr.) einen

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kleinen Wert auf. Entsprechend werden die mit Hilfe des Rechenwerkes 11 gewonnenen Grüßen Mo/2, Mo/4 .<,„<> für M in der

Gleichung AF*F/m verwendet, wobei die Werte für AF«F/=-j2,

Mo
F/—2~ . ··, sind, ao daß sowohl das Vorschubbefehlssignal F als der Nenner der Einheitsgröße der Werkzeugbewegung AF als auch die Größe des Nenners der Einheitsgröße der Werkzeugbewegung AF bei einer Rotation mit hoher Drehzahl klein sind. Auf diese Weise wird der Wert von AF unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel im wesentlichen konstant gehalten.

Wie es weiter oben beschrieben wurde, kann die Vorschubsteuerung bei einer vorgegebenen Drehzahl dadurch durchgeführt werden, daß alle bis dahin gespeicherten Eingangsimpulse während der Zeit des Vorsohubeteuervorganges verarbeitet werden,

obwohl die Betriebsvorgänge in der CNC zeitlich in Serie erfolgen, und zwar bei einer Vorschubsteuerung, die entweder auf dem Vorschubbefehlssignal F(mm/min) oder F(iran/Umdr.) beruht.

Wenn die Vorschubsteuerung auf der Grundlage des Vorschubbefehlssignals F(mm/ümdr.) durchgeführt wird, wirf die pro Umdrehung der Hauptspindel erzeugte Impulsrate Mo als Eingangsimpulsfolge verwendet, um auf diese Weise eine Vorschubgeschwindigkeit zu erzielen, die der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel entspricht. Entsprechend können Impulse mit einer konstanten Dichte automatisch erzielt werden, obwohl die Dichte der Eingangsimpulsrate sich über einen großen Bereich mit der Änderung der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel ändert und außerdem wird die Einheitsgröße der Werkzeugbewegung AF«F/M im Verhältnis zur konstanten Impulsrate bestimmt, so daß die Vorschubsteuerung bei einer vorgegebenen Drehzahl durchgeführt werden kann.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche t

( 1. !Numerisches Steuersystem zur Vorschubsteuerung der beweg» v^y Hohen Teile einer Werkzeugmaschine gekennzeichnet duroh eint Speicherschaltung^ die die Anzahl der Eingangslmpulee speichert, um als Signal für die Steuerung der Vorsohubgesohwlndigkelt des beweglichen Teils der Werkzeugmaschine zu dienen, ein Rechenwerk (3) mit einer Anzahl von Rechen«lementen, die die Einheitsgröße AF der Werkzeug= bewegung empfangen und arithmetisch berechnen» eine Gruppe (2) von einer Anzahl von Gattern* die jeweils mit den ein» zelnen Reohenelementen verbunden sind und die in Abhängigkeit von dem Signal geöffnet werden, das der Anzahl von Impulsen entspricht, die vor dem Yorsohubsteuervorgang gespeichert und noch nicht für diesen Vorgang verarbeitet wurden, einen Akkumulator (5) zur Akkumulation der Einheitsgrößen AF der Werkzeugbewegung, die von der Gruppe von Gattern zugeführt werden* einen Vergleichen (6) zum Vergleich der gesamten akkumulierten Einheitsgröße ΣΔΡ mit einer bestimmten minimalen Einheitsgröße ΔΧ der Bewegung, und einen Akkumulator (9) zur Anzeige der Position des beweglichen Teils der Werkzeugmaschine durch Akkumulation der minimalen Einstellwerte ΔΧ der Bewegung in Abhängigkeit von dem Vergleicher, wobei die Einheitsgrößen ^F der Werkzeugbewegung, die der Anzahl der unbehandelten Impulse entsprechen, zusammen innerhalb der Zeit eines einzelnen Vorsohubsteuervorganges duroh Offnen des ausgewählten Gatters der Gattergruppe in Abhängigkeit von dem Signal behandelt werden, das von der Speiohereinheit entsprechend der Anzahl der unbehandelten Eingangsimpulse zugeführt wird« um auf diese Weise die Vorsohubgesohwindlgkeit zu steuern»

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2. Numerisches Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß der Vergleioher (6) die gesamte Ein» heitsgröße ΣAF der Werkzeugbewegung mit der minimalen Einstellgröße ΔΧ der Werkzeugbewegung vergleicht« die in Abhängigkeit von der Genauigkeit der Werkzeugmaschine bestimmt ist* und dafl der Vergleicher ein Ausgangssignal nur dann liefert« wenn 2ΔΡ gleich oder größer als ΔΧ ist»

3« Numerisches Steuersystem nach Anspruch 1« gekennze ichnet durch einen weiteren Vergleicher (10) zum Vergleich der Dichte von Impulsen« die als ein Signal zur Steuerung der Vorsohubgeeohwlndigkeit in Abhängigkeit von der Drehung der Hauptspindel erzeugt werden« wobei die Dichte der Impulse eine konstante Impulswiederholfrequenz aufweist und wobei die Größe des Vorsohubbefehlssignals durch eine Eir.heitsgröße der Werkzeugbewegung pro Umdrehung der Hauptspindel gegeben 1st« ein Rechenwerk (11) mit einer Anzahl von Reohenelementen, die jeweils die Anzahl der ihnen zugefUhrten Eingangsimpulse addieren« und eine Gattergruppe (12) die aus einer Anzahl von Gattern besteht« die jeweils mit der Anzahl der Re ohene lernen te verbunden sind und die in Abhängigkeit von dem von dem Vergleicher (10) abgegebenen Befehl geöffnet werden« wobei ein ausgewähltes Gatter in Abhängigkeit von dem von dem Vergleicher (10) gelieferten Befehl geöffnet wird« der der Differenzzwischen der Dichte der Bezugsimpulse und der Dichte der in Abhängigkeit von der Drehung der Hauptepindel erzeugten Impulse entspricht« so daß die entsprechend der Hauptspindeldrehung erzeugten Impulse in eine Impulssignalfolge umgewandelt werden« die eine konstante Impulsdichte aufweist und die der Speicherschaltung (l) zugeführt wird.

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