DE2428856A1

DE2428856A1 - Schaltkreis zur erzeugung einer zahl, die das quadrat wenigstens einer verschiebung repraesentiert, und numerische steuerung fuer eine werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2428856A1
Application number: DE2428856A
Authority: DE
Inventors: Peter Robert Parker
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1975-01-16
Also published as: NL7407622A; DE2428856B2; GB1454096A; US3947667A

Description

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CINCINNATI MILACRON INC., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio (USA)

Schaltkreis zur Erzeugung einer Zahl, die das Quadrat wenigstens einer Verschiebung repräsentiert, und numerische Steuerung für eine Werkzeugmaschine.

Die Erfindung betrifft einen Schaltkreis zur Erzeugung einer Zahl, die das Quadrat wenigstens einer Verschiebung repräsentiert, und eine numerische Steuerung für eine Werkzeugmaschine. Dieser Digitalschaltkreis kann bei verschiedenen Begebenheiten benutzt werden, bei denen der pythagoräische Lehrsatz zur Anwendung kommt. Insbesondere lässt er sich zur Kompensation des Schneidstahlradius bei der numerischen Steuerung einer Werkzeugmaschine einsetzen. . ·

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Repräsentiert die Zahl η eine Verschiebung, so kann η zum Quadrat für jeden Wert von η mittels bekannter Multiplizierer gebildet werden. Diese Multiplizierer sind jedoch relativ komplex.

Es besteht die Aufgabe, einen Schaltkreis der eingangs genannten Art in sehr einfacher Weise aufzubauen.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens ein erstes Register angeordnet ist, in das eine Zahl wiederholt einzugeben ist, die eine Verschiebung repräsentiert, dass Schaltstufen vorgesehen sind, mit denen in einem zweiten Register die kummulative Summe der Zahlen (2r + 1) zu speichern ist, worin r die Zahlen darstellt, die der Reihe nach im ersten Register auftreten. Im folgenden wird gezeigt, dass die Zahlen im zweiten Register die Quadrate der Verschiebungen repräsentieren, die den Zahlen im ersten Register entsprechen.

Diese Behauptung lässt sich mit den folgenden, bekannten Gleichungen beweisen:

r = η

r = η +η

2
r = 1

r = η
darum folgt η = ~^^-> 2r - η

r = 1

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η²

r = η - 1

(2r + 1)

r = O

Oft ist es erforderlich, die Summe der Quadrate von zwei oder mehr Verschiebungen, beispielsweise von Verschiebungen, längsorthogonaler Koordinatenachsen zu bilden. Dabei repräsentiert die Summe der Quadrate das Quadrat der resultierenden Verschie-* bung. Vorzugsweise wird hierzu für jede Verschiebung ein erstes Register vorgesehen, wobei in diese Register die Zahlen, die Verschiebungen repräsentieren, einzugeben sind und'in dem zweiten Register die. Summe aller kumulativer Summen (2r + i) zu speichern sind, die jeweils einem der ersten Speicher zugehören.

Mit einer richtigen Anwendung der Erfindung wird das Problem gelöst, den Schneidstahlradius zu kompensieren. Dies bedeutet, dass die Achse des Aufspannkopfs einer Werkzeugmaschine gegenüber der Linie um einen Abstand R versetzt ist, die spanabhebend bearbeitet wird. Dieser Abstand R wird im folgenden als NuIl-

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Punktsverschiebung bezeichnet. Er kann "beispielsweise der Radius eines Fräss- oder Schleifwerkzeuges sein. Die spanabhebend zu bearbeitende Linie kann unter jedem Winkel in einer Ebene liegen, die im folgenden als 2, Y Ebene bezeichnet wird. Falls die spanabhebend zu bearbeitende Linie parallel zu der X- oder Y-Achse liegt, ist das Problem einfach. R muss dann lediglich von dem durch die Linie dividierten Y- oder X-Wert abgezogen oder zu diesem Wert zugezählt werden. Dabei ist das Vorzeichen durch die Seite bestimmt, von der hier die Linie bearbeitet wird. Das Problem ist nicht so einfach zu lösen, wenn die Linie einen Winkel on mit der X-Achse bildet, für den gilt tan cc = ΔΥ/ΔΧ. Dabei sindAX undAX die Inkremente der Verschiebung längs der X- und Y-Achsen, die man erhält, wenn man die Linie von einem Punkt X1, Y1 zu einem Punkt 22, Ί.2 zieht.

Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist es, die Nullpunktsverschiebungen längs der X- und Y-Achsen, die mit χ und y bezeichnet werden und die Werkstückkoordinaten sind, in das Koordinatensystem des Werkzeuges überzuführen. Damit wird es für das Bedienungspersonal möglich, eine Werkzeugmaschine in Ausdrücken der Werkstückkoordinaten zu programmieren, was eine höchst wünschenswerte Vereinfachung bedeutet.

Hierzu wird vorzugsweise die numerische Steuerung für eine Werkzeugmaschine, die eine ITullpunktsversehiebung R besitzt und die so programmiert ist, dass sie Inkremente von Verschiebungen

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undÄY ausführt, so ausgebildet, dass vor Ausführung einer Verschiebung eine erste und eine zweite Impulsfolge mit einem Takt zu-erzeugen sind, der Jeweils proportional zuAXundZ\Y
ist, dass als Zählstufen Schieberegister vorgesehen sind, die zwei fortschreitend anwachsende Zahlen N und IT erzeugen,

χ y

dass Schaltstufen vorgesehen sind, mit denen kontinuierlich

2 2 2 2 2

die Summe IT + IT zu bilden und N + N mit E zu verx y . χ y

gleichen sind und mit denen eine Werkzeugnullpunktsverschie-

2 2 ?

bung x = N und y = N festzusetzen ist, wenn N +N=R
y χ χ y

Im folgenden wird der erfindungsgemässe Schaltkreis beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Die Figuren 1- und 2 erläuternde Diagramme;

Figur 3 in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel.

In Figur 1 ist L eine Linie, die vom Punkt X1, Y1 bis zum
Punkt X2, Y2 zu bearbeiten ist, wobei ein Werkzeug benutzt wird, das eine Nullpunktsverschiebung R besitzt. Die Achse des Werkzeuges muss daher vom Punkt A. zum Punkt A£ bewegt werden. Es sei angenommen, dass die Werkzeugachse sich im Punkt A^ befindet. Dann müssen die Koordinaten des Punktes A~ bestimmt werden, um die Verschiebung des Werkzeuges richtig programmieren zu können. Die Koordinaten des Punktes A£ sind (X2 - x) und
(Y2 + y). Ausserdem ist (x² + y²) = R² und tan CX = ΔΥ/4Χ = x/y.

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Dabei ist auf die Inversion von X und X in dieser Gleichung hinzuweisen. Sie folgt daraus, dass R senkrecht zu L steht. Die numerische Steuerung führt die Verschiebung in bekannter Weise dadurch aus, dass sie gleichzeitig Impulsfolgen erzeugt, deren Takt jeweils proportional zuAx undAY ist und deren Anzahl jeweils AX und AY repräsentiert. Die gleichen Impulsfolgen können benutzt werden, um χ und y in einem vorhergehenden Arbeitsgang zu bestimmen. In diesem Arbeitsgang werden die Impulse gezählt und zwei Zahlen N und N gebildet. Dabei gilt immer die Beziehung tan α = jf- . Gilt N + Ή - R , so sind

-X.

N und IT die Seiten des Dreiecks, dessen Hypotenuse R ist.

Da tan er. = ·=%- und tan cc = x/y gilt, ist χ = N und y = Π . χ y χ

Das Vorzeichen lässt sich, wie es in solchen Situationen üblich ist, durch die Annahme einer geeigneten logischen Übereinkunft bestimmen. Dabei ist der Quadrant des Koordinatensystems zu berücksichtigen, in dem gearbeitet wird, und die Seite von L, auf der A liegt. Palis cc immer bezüglich der X-Achse gemessen wird und Werte zwischen 0° und 90° einnehmen kann, so ist, wie in Figur 2 gezeigt wird, die Grosse von χ und y nach dem oben abgehandelten Verfahren zu berechnen und die in Figur 2 gezeigten Vorzeichen können benützt werden.

Ein Schaltkreis, der die benötigten Rechenoperationen ausführt, ist in Figur 3 gezeigt. Dieser Schaltkreis arbeitet in Serien-Serienbetrieb, es kann jedoch auch der Parallel-Parallelbetrieb angewendet werden. Der Schaltkreis enthält als Impulsgeber ei-

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neu "bekannten numerischen Steuerungsinterpolator 10, der AX und ΔΥ-Impulsfolgen erzeugt, die über Schalter 11 und 12 an X- und Y-Stellmotoren 13 zu legen sind, um die Verschiebungen des Werkzeugkopfes der Werkzeugmaschine zu steueren. Zuerst werden jedoch die Schalter in die gezeigte Position geschaltet, um die ΔΧ- undΔΥ-Impulsfolgen, an die Schaltstufen 14 und 15 für den X-Zyklus und den Y-Zyklus zu legen. Jeder dieser Schaltkreise 14 und 15 spricht auf einen Eingangsimpuls an und erzeugt eine Folge von Taktimpulsen, die ausreichend sind, um einen vollständigen Umlauf bzw. eine vollständige Wiederholung in den Schieberegistern 16 und 17 zu bewirken. Diese Schieberegister beginnen mit der Zahl 0 und sind in eine Schleife geschaltet, die ebenfalls über eine Addierstufe 18 führt, die immer die Zahl 1 zuzählt. Die Zahlen in den Registern repräsentieren daher am Anfang der umlaufe r - 1 und r- 1, worin r und r die Anzahlen ihrer χ y χ y

Umläufe sind. Damit repräsentieren sie auch die Zahlen 3SL und N νοηΔΧ- und AY-Impuls en am Ende der Umläufe.

Die Ausgangsgrössen r - 1 und r - 1 der Schieberegister

χ y

16 und 17 werden jeweils einem Multiplizierer 19» der mit der Zahl 2 multipliziert, und einem weiteren Addierer 20, der die Zahl 1 zuzählt, zugeführt. Die Ausgänge der Addierer 20 werden jeweils einer UND-Stufe 29 und 30 zugeführt, an denen jeweils auch die-dX- und AY-Impulse des Interpolators 10 liegen.

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Die Ausgangssignale der UND-Stufen 29 und 39 liegen an einer ODER-Stufe 21, deren Ausgangssignal über einen Addierer 23

ρ in ein Register 22 eingespeichert wird, dessen Inhalt Έ +

2
IT repräsentiert. Das Register 22 ist ebenfalls ein Schiebe-

register und i<rird,um das Addieren von Zahlen in ihm zu ermöglichen, synchron mit jedem Wiederumlauf der Register 16 oder 17 ebenfalls einem Umlauf ausgesetzt.

Um dies zu erreichen, werden die Schiebeimpulse, die an den Registern 16 und 17 liegen, auch an das Register 22 über eine ODER-Stufe 24 gelegt. Damit sich die X- und Y-Zyklen nicht gegenseitig überlagern, ist der Interpolator 10 so ausgebildet, dass er die X- und Y-Impulse so aussendet, dass nach Auftreten eines Impulses genügend Zeit bleibt, um den X- oder den Y-Zyklus zu beenden, bevor ein weiterer Impuls abgegeben wird. Da die Stufen 29 und 30 nur jeweils beiΔΧ- und Δγ-Impulsen zu betätigen sind, dienen diese Stufen dazu, falsche Informationen vom Eingang der Addierstufe 23 fernzuhalten.

ρ
Der Wert von R ist in einem Register 25 vorgespeichert und die Inhalte der Register 22 und 24 werden in einem Vergleicher

2 2

verglichen, der einen Stopimpuls erzeugt, wenn IT +N ^>R ist. Mit diesem Stopimpuls wird verhindert, dass die Schaltkreise 14 und 15 weitere Umläufe der Schieberegister 16 und 17 auslösen und ausserdem wird mit den Stopimpulsen bewirkt, dass dem Interpolator 10 über die Verbindungsleiter 27 und die Werte H" und N zugeführt werden, die in den Schieberegi-

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stern 16 und 17 anstehen. Im Interpolator 10 werden diese Werte als Korrektur y und χ für die programmierten Koordinaten X~ und-Yo verwendet.

Die ImpulsfolgenZ\X und ΛΥ werden dann wieder ausgesendet, wobei die Schalter 11 und 12 umgeschaltet sind, wodurch die Servomotoren 13 den spananhebenden Punkt des Werkzeugs längs der Linie L zu dem Punkt X2, Y2 bewegen, wobei sich die Werkzeugachse längs der Parallel-Linie von A^, nach Ao (Figur 1) bewegt.

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Claims

Patentansprüche

/ 1. ' Schaltkreis zur Erzeugung einer Zahl, die das Quadrat wenigstens einer Verschiebung repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes Register (16, 17) angeordnet ist, in das eine Zahl wiederholt einzugeben ist, die eine Verschiebung repräsentiert, dass Schaltstufen (19) 20, 23) vorgesehen sind, mit denen in einem zweiten Register (22) die kumulative Summe der Zahlen (2r +1) zu speichern ist, worin r die Zahlen darstellt, die der Reihe nach in einem ersten Register auftreten.
2. Schaltkreis nach Anspruch 1 zur Erzeugung der Summe der Quadrate von wenigstens zwei Verschiebungen, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Verschiebung ein erstes Register (^16, 17) vorgesehen ist, dass in den ersten Registern die Zahlen, die Verschiebungen repräsentieren, wiederholt mit einem Takt einzugeben sind, der proportional zur geweiligen Verschiebung ist, und dass die Schalt stuf en (19, 20, 23), die das Speichern der Summe aller kumulativen Summen (2r + 1) im zweiten Speicher (22) bewirken, jeweils einem der ersten Register zugehören.
3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes erste Register ein Schieberegister (16, 17) ist, dass ein Impulsgeber (10) vorgesehen ist, dessem Impulse

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die Inkremente der Verschiebung oder der Verschiebungen repräsentieren, und dass Schaltstufen (14,' 15) vorgesehen sind, die auf jeden dieser Impulse ansprechen und die über einen Addierer (18),der die Zahl 1 zuzählt, einen erneuten Umlauf der Inhalte der entsprechenden ersten Schieberegister und die die Eingabe dieser Inhalte in das zweite Register (22) bewirken, über einen Multiplizierer (19)»der mit der Zahl 2 multipliziert, und dem ein Addierer (20) nachgeschaltet ist, der die Zahl 1 zuzählt.

numerische Steuerung für eine Werkzeugmaschine, die eine NullpunktsverSchiebung R besitzt und die so programmiert ist, dass sie Inkremente von Verschiebungen Δ 2 undAY ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass vor Ausführung einer Verschiebung eine erste und eine zweite Impulsfolge mit einem Takt zu erzeugen sind, der jeweils proportional zu ΔΧ und ΔY ist, dass als Zielstufen Schieberegister (16, 17) vorgesehen sind, die zwei fortschreitend anwachsende Zahlen' Ν_χ und Έ erzeugen, dass Schaltstufen (19, 20, 22, 23) vorzugsweise nach Anspruch 2 oder 3 vorgesehen sind, mit

2 2 denen kontinuierlich die Summe ϊί + N zu bilden und

2 2 2
N + H mit R zu vergleichen öind und mit denen eine Werkzeugnullpunktsverschiebung χ = N und y = N festzu-

y χ

2 2 2

setzen ist, wenn N +H = R ist.

χ y

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