DE2428856B2

DE2428856B2 - Numerisch arbeitende Programmsteuerung für Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2428856B2
Application number: DE2428856A
Authority: DE
Inventors: Peter Robert Biggleswade Bedfordshire Parker (Grossbritannien)
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1979-02-22
Also published as: NL7407622A; GB1454096A; DE2428856A1; US3947667A

Description

χ = Äsinaundy = Rcosa.

mit

tang« = A YlAX = -

gilt, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwendung der Rechenregel

n- = V₁(Ir- 1), r = 1,2 η

T = 1

zur Errechnung der Quadrate der Verschiebungen (A X; A Y) jeweils auf einen Impuls (A X, A Y) ansprechende Schaltstufen (14,15) vorgesehen sind, derart bemessen, daß sie nachgeschaltete erste Schieberegister (16, 17) je Impuls (A X. A Y) eine Folge von Taktimpulsen zuführen, um die Umläufe der Schieberegister (15, 17) durch erste, die Zahl 1 hinzuzählend'. Addierer (18) zu bewirken, wobei die Ausgangsgröße eines jeden Schieberegisters bei jedem Umlauf (r_x— 1) bzw. (r_y— 1) ist, worin r_x und r_y die Anzahl der Impulse (X, Y) darstellen, daß die Ausgänge (r_x-1; r, - 1) der Schieberegister (16, 18) in einem weiteren Schieberegister (22) über mit der Zahl 2 multiplizierende Multiplizierer (19) und über die Zahl 1 hinzuzählende Addierer (20) aufaddiert werden, so daß das weitere Schieberegister kontinuierlich die Summe Nl + N) bildet, daß diese Summe mit dem in einem weiteren Schieberegister (25) vom Programmgeber eingespeicherten Wert für R² in einem Vergleicher (26) verglichen wird, und daß die Werkzeug-Nullpunktverschiebung mil χ = Ny und y = N, festgelegt ist, wenn N\+ N² _S

x= /?sin«undy = Rcosa.
tang M = AYZAX= -

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Die Erfindung betrifft eine numerisch arbeitende Programmsteuerung für Werkzeugmaschinen mit einer Kompensationseinrichtung zur Berücksichtigung unterschiedlicher Werkzeugradien, die programmierte Inkremente von Verschiebungen Δ X und Δ Y in X- und K-Koordinatenwerten, korrigiert um Nullpunktsverschiebungen χ bzw. y ausführt, um so eine Nullpunktsverschiebung R eines Werkzeuges zu kompensieren, wobei

Eine numerisch arbeitende Programmsteuerung dieser Art ist beispielsweise aus der DF-OS 15 88 093 bekannt. Die X- und K-Koordinatenwerte werden durch Verschiebungen bzw. Nullpunkt-Korrekturwerte at bzw. yzur Berücksichtigung einer Werkzeug^Nullpunkt-Verschiebung R korrigiert, wobei die Werkzeug-Nullpunkt-Verschiebung R mit entsprechenden Koeffizienten vervielfältigt wird. Die Richtung des Werkzeuges gegenüber der x-Achse ist gegeben durch λ, wobei gilt

tang« = 4 YZAX.

A X und Δ Y bedeuten dabei die Verschiebung, die das Werkzeug ausführen muß bzw. die bezüglich des Werkzeuges vorgenommen werden müssen. Da das Werkzeug senkrecht zu der Richtung, in der es sich bewegt, verschoben werden muß, müssen die erforderlichen Werte für die Verschiebungen χ bzw. y gleich R ■ sin α bzw. R ■ cos <% sein. Es ist aber bekanntlich ein verhältnismäßig umständlicher und zeitraubender Rechenvorgang erforderlich, um die Koeffizienten sin <x und cos κ zu berechnen und dann die entsprechenden Multiplikationen durchzuführen, um so χ bzw. y zu erhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Bestimmung der Verschiebungen mit Hilfe einfachereren Rechenoperationen durchzuführen, so daß sich die Schaltung für die Programmsteuerung vereinfacht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer numerisch arbeitenden Programmsteuerung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß unter Anwendung der Rechenregel

η¹ =σ"(2γ- 1), r = 1.2, ...»

r= I

zur Errechnung der Quadrate der Verschiebungen jeweils auf einen Impuls AX, AY ansprechende Schaltstufen vorgesehen sind, derart bemessen, daß sie nachgeschaltete erste Schieberegister je Impuls A X, Δ Y eine Folge von Taktimpulsen zuführen, um die Umläufe der Schieberegister durch erste, die Zahl 1 hinzuzählende Addierer zu bewirken, wobei die Ausgangsgröße eines jeden Schieberegisters bei jedem Umlauf r,- 1 bzw. r_y— 1 ist, worin r, und r_y die Anzahl der Impulse X, Y darstellen, daß die Ausgänge r,— \; r_y— 1 der Schieberegister in einem weiteren Schieberegister über mit de/" Zahl 2 multiplizierende Multiplizierer und über die Zahl I hinzuzählende Addierer aufaddiert werden, so daß das weitere Schieberegister kontinuierlich die Summe Nl + N] bildet, daß diese Summe mit dem in einem weiteren Schieberegister 25 vom Programmgeber eingespeicherten Wert für R² in einem Vergleicher 26 verglichen wird, und daß die Werkzeug-Nullpunkt-Verschiebung mit χ = N_y und y = N_x festgelegt ist, wenn N², + N]= R² ist.

Der erfindungsgemäßen Programmsteuerung liegt folgende mathematische Formel

r = η

;i² = V (2r - I). r = 1.2 η

τ- I

/ugiundc.

Die Richtigkeit dieser Formel läßt sich mil den folgenden, bekannten Gleichungen beweisen:

τ ~ η

V ■· -

laraus folgt

Σ 2r = Σ (Ir) + Ir.;

r=l r=0

r=B-l

r=0

Geht man bei dem Aufbau der numerisch arbeitenden Programmsteuerung von dieser Formel aus, so wie es ι oben gemäß der Erfindung vorgeschlagen wird, so sind offensichtlich zur Bestimmung von χ bzw. y nur verhältnismäßig einfache Rechenoperationen, nämlich im wesentlichen nur Zähl- und Summiervorgänge, erforderlich. Zur Bestimmung bzw. Berücksichtigung der Verschiebungen χ bzw. y hinsichtlich der X- und V-Achse gemäß der Erfindung werden in dem zweiten, gemeinsamen Register die Gesamtsummen der Zahlen (2r—1) aufsummiert, wobei r der Zahl entspricht, die jeweils aufeinanderfolgend in dem entsprechenden Register erscheint Die Werte, die dann in dem zweiten Register enthalten sind, stellen jeweils das Quadrat der Verschiebungen dar, die durch die Zahlen in den Registern repräsentiert wird.

Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel und an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

F i g. 1 und 2 Diagramme zur Erläuterung der Erfindung und

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Programmsteuerung.

In F i g. 1 ist L eine Linie, die vom Punkt Xi, Y\ bis zum Punkt Xl, Y2 zu bearbeiten ist, wobei ein Werkzeug benutzt wird, das eine Nullpunktsverschiebung R besitzt. Die Achse des Werkzeuges muß daher vom Punkt A ι zum Punkt A₂ bewegt werden. Es sei angenommen, daß die Werkzeugachse sich im Punkt -4, befindet. Dann müssen die Koordinaten des Punktes A₂ bestimmt werden, um die Verschiebung des Werkzeuges richtig programmieren zu können. Die Koordinaten des Punktes A₁ sind (X2-x) und (Y2+y) Außerdem ist

(_X2 + y2) = Rt

tan λ = Δ Υ/Δ X= x/y.

Dabei ist auf die Inversion von X und Y in dieser Gleichung hinzuweisen. Sie folgt daraus, daß R senkrecht zu L s'eht. Die numerische Steuerung führt die Verschiebung in bekannter Weise dadurch aus, daß sie gleichzeitig Impulsfolgen erzeugt, deren Takt jeweils proportional zu Δ X und Δ Y ist und deren Anzahl jeweils Δ X und Δ Υ repräsentiert. Die gleichen Impulsfolgen können benutzt werden, um χ und y in einem vorhergehenden Arbeitsgang zu bestimmten. In diesem Arbeitsgang werden die Impulse gezählt und zwei Zahlen N, und N_x gebildet. Dabei gilt immer die Beziehung ;an«=|i. Gilt N₁+ N]= W.so sind N, und Nf die Seiten des Dreiecks, dessen Hypotenuse R ist. Da tan α = -^- und tn« = x/y gilt, ist χ = N, und v=N..

Das Vorzeichen läCt sich, wie es in solchen Situationen üblich ist, durch die Annahme einer geeigneten logischen Übereinkunft bestimmen. Dtbei ist der Quadrant des Koordinatensystems zu berück sichtigen, in dem gearbeitet wird, und die Seite von L, auf der A liegt Falls « immer bezüglich der X-Achse gemessen wird und Werte zwischen 0° und 90° einnehmen kann, so ist, wie in F i g. 2 gezeigt wird, die Größe von χ und y nach dem oben abgehandelten in Verfahren zu berechnen und die in Fig.2 gezeigten Vorzeichen können benützt werden.

Ein Schaltkreis, der die benötigten Rechenoperationen ausführt, ist in F ig. 3 gezeigt Dieser Schaltkreis arbeitet in Serien-Serienbetrieb, es kann jedoch auch der Parallel-Parallelbetrieb angewendet werden. Der Schaltkreis enthält als Impulsgeber einen bekannten Interpolator 10, der Δ X- und A V-Impulsfolgen erzeugt, die über Schalter 11 und 12 an X- und y-Stellmoioren 13 zu legen sind, um die Verschiebungen des Werkzeugkopfr:. der Werkzeugmaschine zu steuern. Zuerst werden jed ich die Schalter in die gezeigte Position geschaltet, um die Δ X- und A K-Impulsfolgen, an die Schaltstufen 14 und 15 für den ΑΓ-Zyklus und den V-Zyklus zu legen. Jeder dieser Schalt·-tufen 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 1 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 Umläufe r,— 1 und />- 1. worin r_x und r_y die Anzahlen ihrer Umläufe sind. Damit repräsentieren sie auch die Zahlen N_x und N_y von Δ X-undd V-Impulsen am Ende der Umläufe.

Die Ausgangsgrößen r>—1 und />—1 der Schieberegister 16 und 17 werden jeweils einem Multiplizierer 19, der mit der Zahl 2 multipliziert, und einem weiteren Addierer 20, der die Zahl 1 zuzahlt, zugeführt. Die Ausgänge der Addierer 20 werden jeweils einer UND-Stufe 29 und 30 zugeführt, an denen jeweils auch die Δ X- und Δ y-Impulse des Interpolators IO liegen.

Die Ausgangssignale der UND-Stufen 29 und 30 liegen an einer ODER-Stufe 21, deren Ausgangssignal über einen Addierer 23 in ein weiteres Schieberegister 22 eingespeichert wird, dessen Inhalt /Vf + N] repräsentiert. Das Schieberegister 22 wird, um das Addieren von Zahlen in ihm zu ermöglichen, synchron mit jedem Wiederumlauf der Schieberegister 16 oder 17 ebenfalls einen Umlauf ausgesetzt.

Um dies zu erreichen, werden die Schiebeimpulse, die •in c'2ü Schieberegistern 16 und 17 liegen, auch an das Schieberegister 22 über eine ODER-Stufe 24 gelegt. Damit sich die X- und K-Zyklen nichi gegenseitig überlagern, ist der Interpolator 10 so ausgebildet, daß e/ die X- und V-Impulse so aussendet, daß nach Auftreten eines Impulses genügend Zeit bleibt, um den X- oder den ^-Zyklus zu beenden, bevor ein weiterer Impuls abgegeben wird, Da die Stufen 29 und 30 nur jeweils bei Δ X- und Δ K-Impulsen zu betätigen sind, dienen diese Stufen dazu, falsche Informationen vom Eingang de^r Addierstufe 23 fernzuhalten.

Der Wert von R⁷ ist in einem weiteren Schieberegister 25 vorgespeichert und die Inhalte der Schieberegister 22 und 24 werden in einem Vergleicher 26 verglichen, der einen Stopimpuls erzeugt, wenn Nl + Nl > R² ist. Mit diesem Stopimpuls wird verhin-

den. daß die Schaltkreise 14 und 15 weitere Umläufe der Schieberegister 16 und 17 auslösen und außerdem wird mn den Stopimpulsen bewirkt, daß dem Interpolator IO über die Verbindungsleiter 27 und 28 die Werte N_x und .V₁ zugeführt werden, die in den Schieberegistern 16 und 17 ,instehen. Im Interpolator 10 werden diese Werte als Korrektur ν und λ für die programmierten Koordinaten X₁ und V; verwendet.

Die Impulsfolgen Δ X und Δ Y werden dann wieder ausgesendet, wobei die Schalter 11 und 12 umgeschaltet sind, wodurch die Stellmotoren 13 den spananhebenden Punkt des Werkzeugs längs der Linie L zu dem Punkt X 2, Yl bewegen, wobei sich die Werkzeugachse längs der Parallel-Linie von A\ nach A₂(l^: i g. l)bewegt.

Hierzu 2 Watt

Claims

Patentanspruch:

Numerisch arbeitende Programmsteuerung für Werkzeugmaschinen mit einer Kompensationseinrichtung zur Berücksichtigung unterschiedlicher Werkzeugradien, die programmierte Inkremente von Verschiebungen Δ X und A Y in X- und y-Koordinatenwerten, korrigiert um Nullpunktsverschiebungen χ bzw. y ausführt, um so eine Nullpunktsverschiebung R eines Werkzeuges zu kompensieren, wobei