DE2422035B2

DE2422035B2 - Numerisches Steuersystem zur Vorschubsteuerung der beweglichen Teile einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2422035B2
Application number: DE19742422035
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Kita Nagoya Kimura; Yasumasa Aichi Narikiyo (Japan)
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1973-05-09
Filing date: 1974-05-07
Publication date: 1979-10-18
Also published as: DE2422035A1; GB1473914A; DE2422035C3; SE402988B; JPS566003B2; JPS50284A; CH607123A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein numerisches Steuersystem zur Vorschubsteuerung der beweglichen Teile einer Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches System ist in der JP-OS 47-9 649 beschrieben. Bei diesem numerischen Steuersystem, das im folgenden als NC-System bezeichnet wird, werden die BetrieLsvorgänge zeitlich parallel durchgeführt und die einzelnen Bearbeitungs- und Betriebsvorgänge können gleichzeitig ausgeführt werden. Bei rechnergesteuerten numerischen Steuersystemen, 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 nicht ohne die Hilfe zusätzlicher Ausrüstungen und Geräte möglich.

Es gibt zwei Arten von Vorschub-Befehlssignalen, nämlich das Vorschubgeschwindigkeitssignal F (mm/ min.), das die Größe der Werkzeugbewegung pro Zeiteinheit darstellt, und das Vorschubsignal F' (mm/ Umdrehung), das die Größe der Werkzeugbewegung pro Umdrehung der Spindel der Werkzeugmaschine darstellt.

Zunächst sei das Vorschubgeschwindigkeitssignal F (mm/min.) betrachtet. Es sei angenommen, daß das kleinste Vorschubwegelement der X-Achsen-Bewegung des beweglichen Teils einer Werkzeugmaschine, das die Genauigkeit der Werkzeugmaschine bestimmt, durch AX dargestellt ist (d. h. Vorschub entlang der X-Achse), und daß ein Wert AF, der kleiner als AX ist, als eine Einheitsgröße der Vorschubgeschwindigkeit eingeführt wird. Die Einheitsgröße der Vorschubgeschwindigkeit AF ist durch eine Gleichung AF=FZM ausgedrückt, wobei Fdie vorgegebene Vorschubgeschwindigkeit und M eine ganze Zahl ist, die gleich der Anzahl der Taktimpulse pro Minute ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem eine gleichmäßige Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit in einem CNC möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Steuerung

der Vorschubgeschwindigkeit in einem CNC-System möglich.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erzeugt der Taktgenerator periodische Taktimpulse mit konstanter Wiederholfrequenz, wobei das Vorschubgeschwindigkeitssignal F die Dimension (mm/min) aufweist

Gemäß der im Patentanspruch 2 angegebenen Ausgestaltung der Erfindung wird die Vorschubsteuerung auf der Grundlage des Vorschubgeschwindigkeitssignals F' (mm/Umdrehung) durchgerührt, so daß sich eine Vorschubgescbwindigkeit ergibt, die von der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel abhängt Hierbei werden Taktimpulse mit einer konstanten Impulsdichte automatisch erzielt, obwohl die Dichte der von dem Taktgenerator abgegebenen Impulse sich Ober einen großen Bereich mit der Änderung der Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel ändert u"d außerdem wird die Einheitsgröße der Werkzeugbewegung AF=FZM im Verhältnis zur konstanten Impulsrate bestimmt so daß die Vorschubsteuerung bei einer vorgegebenen Drehzahl durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des numerischen Steuersystems zur Gewinnung der Vorschubgeschwindigkeit F (mm/min), die die Größe der Bewegung des beweglichen Teils pro Zeiteinheit darstellt

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Ausfühl ungsform des numerischen Steuersystems zur Gewinnung der Vorschubgeschwindigkeit F' (mm/Umdrehung), die die Größe der Bewegung des beweglichen Teils pro Umdrehung der Hauptspindel der Werkzeugmaschine darstellt

Zunächst sei die F i g. 1 betrachtet. Die Einheitsgröße der Vorschubgeschwindigkeit Δ F wird einem Rechenwerk 3 zugeführt, das aus einer Anzahl von Rechenelementen besteht. Das Rechenwerk 3 berechnet aus der Einheitsgröße der Vorschubgeschwindigkeit Δ F Größen wie z. B. 1 · AF, 2 ■ AF, 3 ■ AF,... M ■ AF... in den jeweiligen Rechenelementen. Die Rechenelemente sind jeweils mit Gattern einer Gattergruppe 2 verbunden. Andererseits wird die Anzahl der Taktsteuerimpulse T in der Zählscha'tung 1 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vorschubsteuervorgängen gezählt und ein ausgewähltes Gatter der Gattergruppe 2 wird in Abhängigkeit von der Anzahl N der gezählten Impulse geöffnet, so daß eine Größe N-AF einem Addierer 4 zugeführt wird. (Dabei ist N eine ganze Zahl.)

Daher wird die Einheitsgröße der Vorschubgeschwindigkeit AF entsprechend der Anzahl der in der Zählschaltung 1 gezählten Impulse verarbeitet und gleichzeitig wird die in der Zählschaltung 1 gezählte Anzahl von Impulsen auf 0 gesetzt. Der Addierer 4 addiert die Eingangsgröße N ■ idFan der Gattergruppe 2 zu dem Inhalt Σ AF eines Registers 5, so daß die Größe Σ AF+ NAF wiederum dem Register 5 als ein neuer Wert für die Größe Σ AF zugeführt wird. Der Addierer 4 und das Register 5 bilden einen Akkumulator. Der neue Wert der Größe Σ Δ F wird dann mit einem bestimmten X-Achsen-Vorschubwegelement AX in dem Vergleicher 6 verglichen. Wenn Σ AF<AX ist, so liefert der Vergleicher 6 keinen Ausgang und wenn Σ AF>AX ist, so liefert der Vergleicher ein Ausgangssignal an das Gatter 7.

Dieses Ausgangssignal bewirkt, daß die Größe Σ AF in einer in der Zeichnung nicht gezeigten bekannten Schaltung verarbeitet wird, um eine Größe Σ AF-AX zu gewinnen, die in dem Register 5 gespeichert wird. Andererseits wird, während das Ausgangssignal an das Gatter 7 angelegt ist, das Gatter 7 geöffnet, um das .Y-Achsen-Vorschubwegelement ΔΧ einem Addierer 8 zuzuführen, der dieses Vorschubwegelement AX im dem WErt von X addiert, der der Inhalt eines Registers 9 ist und die derzeitige Position des beweglichen Teils der Werkzeugmaschine auf der X-Achse anzeigt Der Addierer 8 und das Register 9 bilden einen Akkumulator. Entsprechend liefert der Addierer 8 eine Größe X+ AX, die dem Register 9 als neuer Wert für X zugeführt wird, der die derzeitige Position des beweglichen Teils anzeigt Das Signal des Registers 9 steuert die Bewegung des beweglichen Teils der Werkzeugmaschine entlang der X-Achse mit der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit

Die Einheitsgröße der Vorschubgeschwindigkeit AF, die in der vorstehenden Gleichung AF=FZM auftrat, wird zu der Größe ^AF (Inhalt des Registers 5) bei Empfang der Taktsteuerimpulse T addiert. Wenn die Periode der Taktsteuerimpulse T als erstes festgelegt wird, so ist der Wert von M zur Erzielung einer gewünschten Größe AF notwendigerweise bestimmt, weil Fdas Befehlssignal und daher eine bekannte Giöße ist Sollte es sich ergeben, daß der Wert von M keine ganze Zahl wird, so sollte die Periode der Taktsteuerimpulse T geändert werden, damit der Wert von M ganzzahlig wird.

Auf diese Weise kann die Vorschubsteuerung auf der Grundlage der Vorschubgeschwindigkeit F (mm/min) durch geeignete Bestimmung der Periode der Taktsteuerimpulse T und des Wertes von M durchgeführt werden. In diesem Falle kann die Berechnung von N-AF in dem Rechenwerk 3 durch die /;-fache Zuführung von AF an den Addierer 4 ersetzt werden. Die vorstehende Beschreibung bezog sich auf die Vorschubsteuerung auf der Grundlage der Vorschubgeschwindigkeit F(mm/min).

Die Vorschubsteuerung auf der Basis des Vorschubs F'(mm/Umdrehung) kann auf ähnliche Weise durchgeführt werden, indem die Zahl M₀ der Impulse, die während einer einzigen Umdrehung der Hauptspindel erzeugt werden, anstelle der Taktsteuerimpulse T verwendet wird. Da sich bei der Vorschubsteuerung auf der Grundlage des Vorschubsignals F' (mm/Umdrehung) die Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel über einen weiten Bereich ändert, d. h. von einer niedrigen bis zu einer hohen Umdrehungszahl, würde die Dichte der der Zählschaltung 1 zugeführten Impulse nicht konstant sein. Wenn beispielsweise die Hauptspindel mit 10 Umdrehungen pro Minute rotiert und 600 Impulse pro Umdrehung der Hauptspindel erzeugt werden, so werden 6 · 10³ Impulse pro Minute (10² Impulse pro Sekunde) erzeugt, d. h. die Impulsfrequenz trägt 100 Hz, während die Frequenz 10 kHz beträgt, wenn die Hauptspindel mit 1000 Umdrehungen pro Minute rotiert.

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

Im folgenden wird beschrieben, wie die Impulsdichte niedrig und nahezu konstant gehalten wird. Die Impulsfolge 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 Impulsfolge 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/A, Mo/8... aus der Anzahl Mo der Eingangsimpulse berechnen. Jedes der Rechenelemente, die in Reihe geschaltet sind, weist die Funktion der Halbierung der Anzahl der Eingangsimpulse auf. Die Rechenelemente sind jeweils mit Gattern einer Gattergruppe 12 verbundea 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 Impulsfolge Mo wird dann im Vergleicher 10 mit der Dichte der Bezugsimpulse von dem Impulsgenerator 13 verglichen, wobei das Verhältnis der Dichten gewonnen wird und der Vergleicher 10 gibt einen Befehl ab, dasjenige Gatter der Gattergruppe 12 zu öffnen, das einem Wert entspricht, der am weitestgehend diesem Verhältnis angenähert ist. Von dem geöffneten Gatter wird eine gleichförmige Impulsfolge Mi abgenommen, die eine im wesentlichen konstante Dichte aufweist, 2s wobei die gleichförmige Impulsfolge Mi sich daraus ergibt, daß die Impulsfolge Mo auf eine vorgegebene Impulsfolge verringert wurde. Die gleichförmige Im fiulsfolge Mi wird dann der Zählschaltung 1 zugeführt, η diesem Fall ist, wenn die Hauptspindel mit niedrigen Drehzahlen gedreht wird, die Dichte der Impulsfolge Mo klein, so daß die Impulsfolge Mo direkt der Zählschaltung 1 zugeführt wird, ohne daß die Impulsfolge verringert wird. Im praktischen Betrieb, bei dem die Hauptspindel mit hohen Drehzahl rotiert, weist das Vorschubsignal F' (mm/Umdrehung) einen kleinen Wert auf. Entsprechend werden die mit Hilfe des Rechenwerkes 11 gewonnenen Größen Mo/2, Mo/A ... für M in der Gleichung AF= F/M verwendet, wobei die

Werte für Δ F= Fl M£, Fl ^... sind.

Wie es weiter oben beschrieben wurde, kann die Vorschubsteuerung bei einer vorgegebenen Drehzahl dadurch durchgeführt werden, daß alle bis dahin gespeicherten Eingangsimpulse zum Zeitpunkt des Vorschubsteuervorganges verarbeitet werden, obwohl die Betriebsvorgänge in der CNC zeitlich in Serie erfolgen, und zwar sowohl bei einer Vorschubsteuerung, die auf dem Vorschubgeschwindigkeitssignal F (mm/ min) als auch auf dem Vorschubsignal F' (mm/Umdrehung) beruht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Numerisches Steuersystem zur Vorschubsteuerung der beweglichen Teile einer Werkzeugmaschi- ne, mit Speicherregistern zur Speicherung der Werte F, X für die Vorschubgeschwindigkeit bzw. den Vorschubweg der beweglichen Teile entlang mindestens einer vorgegebenen Achse, mit einem Taktgenerator zur Steuerung von Verknüpfungs- ι ο gliedern zur Weiterleitung von Bruchteilen AF des Vorschubgeschwindigkeitsbefehls Fan einen ersten Akkumulator zur Akkumulation der. Bruchteile AF und mit einem zweiten Akkumulator zur Akkumulation von ein kleinstes Vorschubwegelement darstel- lenden Werten AX des Befehls für den Vorschubweg, wobei die Werte AX aus dem Speicherregister zur Speicherung des Wertes für den VorschuBweg über ein zweites Verknüpfungsglied dem zweiten Akkumulator zugeführt werden und das zweite Verknüpfungsglied durch Ausgangssignale eines Vergleichers durchgeschaltet wird, der die Summe Y AF aus dem ersten Akkumulator mit dem Vorschubwegelement AX aus dem X-SpeicherregU ster vergleicht und ein Ausgangssignal abgibt, wenn 2AF>AX ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Rechnersteuerung des numerischen Steuersystems, bei der die Befehle für die einzelnen Steuervorgänge zeitlich hintereinander und jeweils durch Zeitintervalle getrennt abgegeben werden, eine Zählschaltung (1) für die Impulse der Taktimpulsfolge (T) des Taktgenerators vorgesehen ist, daß ein Rechenwerk (3) mit einer Anzahl von Multiplikationselementen (Xi bis XN) vorgesehen ist, die den Wert AF aus dem zur Speicherung des Wertes F dienenden Speicherregister empfangen und den Wert 4Fjeweils mit einer festen ganzen Zahl von 1 bis N multiplizieren, daß die Ausgänge der Multiplikationselemente (Xi bis XN) über eine Anzahl von Verknüpfungsgliedern (2) mit dem Eingang des ersten Akkumulators (4, 5) verbunden sind, daß die Zählschaltung (ί) jeweils diejenige Gatterschaltung freigibt, die dem Multiplikationselement (3) zugeordnet ist, das den Wert (A F) mit der in der Zählschaltung (1) gespeicherten Zahl der in einem Intervall empfangenen Impulse multipliziert, daß der Ausgang (£ AF) des ersten Akkumulators (4, 5) einem Eingang des Vergleichers (6) zugeführt wird, dessen anderem Eingang das Vorschubweg element (AX) von dem zweiten zur Speicherung des go Wertes (X) dienenden Speicherregister zugeführt wird und daß der Vergleicher (6) ein Ausgangssignal an das zweite Verknüpfungsglied (7) abgibt, wenn 2 AF-AX größer oder gleich 0 ist und die Weiterleitung eines Vorschubwegelementes AX an den Eingang des zweiten Akkumulators (8, 9) bewirkt.

2. Numerisches Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator Impulse erzeugt, deren Frequenz eine Funktion der _b0 Drehzahl der Hauptspindel der Werkzeugmaschine ist, daß die Ausgangsimpulse des Taktgenerators einerseits einem Eingang eines Vergleichers (10) zugeführt werden, dessen anderem Eingang Impulse mit einer festen Frequenz von einem Impulsgenera- b5 tor (13) zugeführt werden, daß die Impulse des Taktgenerators weiterhin einer Frequenzteilerschaliüiig (ί ί) ink einer Anzahl von in Reihe geschalteten Frequenzteilerstufen zugeführt werden, deren Ausgangssignale ebenso wie die Ausgangsimpulse des Taktgenerators einer Verknüpfungsschaltung (12) mit einer Anzahl von Verknüpfungsgliedern zugeführt werden, deren Steuereingänge mit dsm Ausgang des Vergleichers (10) verbunden sind und daß der Vergleicher (10) diejenige Verknüpfungsschaltung (12) durchschaltet, die der Frequenzteilerstufe (11) zugeordnet ist, deren Teilerverhältnis am weitestgehenden dem von dem Vergleicher (10) ermittelten Verhältnis zwischen der Frequenz der Impulse der Taktimpulsquelle und des Impulsgenerators (13) entspricht, wobei die Ausgangssignale des durchgeschalteten Verknüpfungsgliedes der Zählschaltung (1) als Taktimpulse zugeführt werden.